Физиология имплантации

Время на прочтение
менее
11 минут
Прочитано

Физиология имплантации

21 ноября 2007
Комментарии: 0

В эволюционно-биологическом плане овоимплантация является, безусловно, одним из самых значительных ароморфозов, так как она соответствует принятию млекопитающими новой, качественно более высокой стратегии воспроизводства, состоящей в том, что материнский организм выполняет функции питания и защиты зародышей благодаря их прикреплению к маточной стенке.

У человека имплантация в силу многих объективных причин еще очень мало изучена.

В эволюционно-биологическом плане овоимплантация является, безусловно, одним из самых значительных ароморфозов, так как она соответствует принятию млекопитающими новой, качественно более высокой стратегии воспроизводства, состоящей в том, что материнский организм выполняет функции питания и защиты зародышей благодаря их прикреплению к маточной стенке.

У человека имплантация в силу многих объективных причин еще очень мало изучена. Так, с помощью светового микроскопа к настоящему времени были изучены только две человеческие имплантирующиеся бластоцисты. Электронно-микроскопического исследования имплантации у человека провести пока не удалось. Совершенно ничего не известно о ферментных процессах, сопровождающих и обеспечивающих имплантацию человека. Ученые не имели ни одной возможности провести гистохимическое исследование этого процесса.

Но несмотря на это, наши представления об имплантации у человека не стоят на месте и постоянно углубляются и уточняются. На основе того небольшого фактического материала, имеющегося в нашем распоряжении, можно дать схематическое описание всего процесса, заполняя пробелы с помощью тщательного анализа данных, полученных из опытов на животных. Большое число работ, проделанных по изучению механизмов имплантации у различных видов животных позволило расшифровать многие аспекты этих механизмов и сделать выводы о некоторых общих закономерностях и специфичных для каждого вида особенностях имплантации. Возможности изучения преимплантационного развития и имплантации у человека были расширены после разработки программ оплодотворения вне организма и пересадки зародышей.

Вследствие скудности точных сведений об имплантации у человека в настоящее время отсутствует единая система деления процесса имплантации на стадии, и разные авторы предлагают свои системы классификации. Вот некоторые из них:

Leroy (Бельгия, 67) Enders (США, 38)
1. Транспорт и правильное расположение зародышей. 1.Завершение образования бластоцисты.
2. Ориентация. 2.Созревание бластоцисты.
3. Растворение прозрачной оболочки. 3.Аппозиция (apposition) бластоцисты и поверхности эпителия матки.
4. Соединение (accolement). 4.Адгезия трофобласта к маточному эпителию.
5. Фиксация (fixation). 5.Пенетрация маточного эпителия.
6. Плотное прилегание (adherence). 6.Установление сосудистых отношений и последующее образование плаценты.
7. Слияние (fusion).  
8. Пенетрация (penetration).  
9. Проникновение в периваскулярное пространство.  
10.Проникновение в сосуды.  

Как видим, по существу схемы эти совпадают. Следует отметить, что стадия слияния эпителия матки и трофобласта по классификации Леруа характерна только для кролика. Ключевым моментом во всех современных классификациях стадийности имплантации является выделение этапов аппозиции (стадии 4 и 5 по Леруа и стадия 3 по Эндерсу) и адгезии (стадия 6 по Леруа и 4 по Эндерсу) (attachment, adhesion). Роберт Эдвардс, ссылаясь на Смита и Вильсона называет стадию аппозиции также стадией предприкрепления (pre-attachment). Крупный американский эмбриолог K.L.Moore выделяет следующие стадии имплантации:

  1. Дегенерация прозрачной оболочки (дни 4—5).
  2. Прикрепление бластоцисты к эпителию эндометрия (дни 5—6).
  3. Синцитиотрофобласт проникает в эпителий и строму эндометрия (дни 7—8).
  4. В синцитиотрофобласте появляются лакуны (9-й день).
  5. Бластоциста погружается под поверхность эпителия эндометрия (дни 9—10).
  6. Образование лакунарной сети путем слияния отдельных лакун (дни 10—11).
  7. Проникновение синцитиотрофобласта в синусоиды эндометрия (дни 11—12).
  8. Закрытие дефекта эпителия (дни 12—13).
  9. Выраженная децидуальная реакция (дни 13—14).

При таком широком понимании имплантации, часто различают раннюю (до 10-го дня после оплодотворения), среднюю (10-й — 11-й дни) и позднюю имплантацию (12-й — 13-й дни). В данном обзоре внимание прежде всего будет уделено ранней имплантации.

В течение первых дней после оплодотворения яйцо млекопитающих относительно автономно. Развитие, происходящее в преимплатационный период, видимо, мало зависит от материнских факторов как трубного, так и маточного происхождения до стадии ранней бластоцисты, и развитие зародыша на этом этапе регулируется скорее собственной эндогенной программой, нежели внешними сигналами материнского происхождения. В течение раннего преимплантационного развития зародыш нуждается в пирувате и лактате. Белковый синтез и другие метаболические процессы усиливаются во много раз между стадиями восьми бластомеров и бластоцисты. Изменения чувствительности зародыша к внешним факторам идут в течение преимплантационного периода параллельно изменениям свойств плазматических мембран и параллельно созревание органелл бластомеров и приближению их свойств к свойствам органелл соматических клеток. Многочисленные исследования показали, что зародыши, достигшие стадии бластоцисты, высоко чувствительны к факторам внешней среды, и значит, попадают под жесткий контроль любых изменений маточного окружения. Surani и Fishel выдвинули концепцию, имеющую серьезное экспериментальное подкрепление (мышь, крыса), о том, что белки полости матки могут включать в себя компоненты, действующие по типу факторов роста, способные связываться с гипотетическими рецепторами на поверхности бластоцисты и вызывать специфический ответ бластоцисты по схеме: соединение белка с рецептором ­ открытие ионных каналов — метаболический ответ. Двухвалентные ионы (кальция или магния) являются необходимыми участниками этого взаимодействия, и их отсутствие в среде о6условливает отсутствие ответа зародыша.

Очевидно, что двухвалентные ионы необходимы для усиленного ответа бластоцисты, но точный механизм их действия не установлен (ионы кальция необходимы и для связывания белков матери с рецепторами). Возможно, что такие взаимодействия могут регулировать секрецию зародышем ХГ-подобных белковых макромолекул и стероидных гормонов, хотя в отношении возможности выработки последних преимплантационной бластоцистой человека ясности пока нет. У крысы, мыши, хомяка и кролика прямого свидетельства того, что бластоциста способна к стероидному синтезу до имплантации нет, а для крысы и мыши есть даже доказательства противоположного. Однако бластоцисты свиньи, коровы и овцы могут синтезировать стероидные гормоны.

При попадании в полость матки бластоциста подходит к месту имплантации. Видимо, выбор места имплантации имеет свои закономерности и определяется местными свойствами эндометрия. При доставке бластоцисты в нужное место, каким обычно является передняя или задняя стенка матки вблизи от средней линии, она медленно вращается до тех пор, пока эмбриональный полюс не вступит в контакт с эпителием слизистой оболочки матки. Контакт этот строго видоспецифичен. Следующим шагом является установление прямого контакта между бластоцистой и эпителием матки. Вероятно, такой контакт может установиться только после освобождения бластоцисты от прозрачной оболочки и от наружного гликопротеинового покрова, так называемой глойолеммы. Каким способом освобождается от прозрачной оболочки бластоциста человека пока совершенно не известно. Не известно даже время, когда происходит освобождение бластоцисты от прозрачной оболочки у человека. У макаки резус лизис зоны имеет место приблизительно за день до имплантации. У мыши, многие особенности имплантации которой близки имплантации у человека, лизис прозрачной оболочки происходит в сенсибилизированной эстрогенами матке либо за счет действия маточной протеазы, либо за счет локального действия рН. Возможно участие в этом процессе и ферментов трофобласта. Сбрасыванию прозрачной оболочки способствуют ритмичные сокращения бластоцисты. Заключенная в прозрачную оболочку бластоциста является электрически нейтральным телом, в то время как после «вылупливания» поверхность зародышевого пузырька становится отрицательно заряженной.

Начальным этапом установления контакта бластоцисты и эндометрия является стадия аппозиции. Свободная подвижность бластоцисты в эту стадию прекращается. Осуществляется аппозиция как за счет секреции определенных веществ, так и за счет прямых межклеточных взаимодействий. Большую роль в этом контакте могут играть поверхностные гликопротеины эпителия эндометрия и поверхности трофобласта. Различные исследования дали большое число подтверждений теории о том, что поверхностные углеводы играют важную роль в межклеточном взаимодействии и адгезии и в определении ростовых характеристик эмбриональных и опухолевых клеток. Возможно, что сходные явления имеют место и в процессе имплантации. Сразу после растворения покровов бластоцисты и эндометрия, возникают многочисленные интердигитации микроворсинок бластоцисты и эпителия эндометрия. Препаратов, отражающих эту стадию имплантации у человека, нет.

После стадии аппозиции, характеризующейся переплетением микроворсинок трофобласта и эндометрия, следует стадия адгезии, или прикрепления. Для нее характерно то, что плазматические мембраны трофобласта и эпителия эндометрия соприкасаются друг с другом на протяжении больших участков, где их разделяет узкая щель («ущелье» — гэп-соединение), шириной меньше 200 ангстрем. Интердигитации микроворсинок постепенно сменяются ровной волнистой границей контакта плазматических мембран материнского эпителия и трофобласта. Такая последовательность более или менее характерна для всех изучавшихся видов. После образования «гэп»-соединений, впервые описанных Potts, происходит укрепление контакта с помощью десмосом: перегородчатых десмосом (septate desmosomes, Potts), плотных соединений (tight junctions, Tachi et al.), пунктирных десмосом (punctate desmosomes) и примитивных соединительных комплексов, описанных Enders и Schlafke (цит. по 65). В стадию адгезии обмен информацией между слизистой оболочкой матки и бластоцистой усиливается. Возможно, что на данной стадии имеют место и электрические взаимодействия зародыша и эндометрия. К сожалению, человеческих препаратов данной стадии имплантации тоже нет.

Следует сказать, что в экспериментах на мышах показано, что для успешной инвазии после адгезии необходимо, чтобы в полости матки, по крайней мере, в течение суток до адгезии существовали оптимальные питательные условия для бластоцисты. В этот очень важный для имплантации период происходит превращение трофэктодермы в трофобласт и приобретение бластоцистой адгезивных, миграционных и инвазивных свойств. Sherman и Matthaei показали, что если среда в этот период обогащена сверх меры аминокислотами и витаминами, адгезия бластоцисты протекает хорошо, а инвазия плохо. Авторы считают, что в приготовлении к инвазии и разрастанию трофобласта претерпевают т. н. дестабилизацию, и что для такой реорганизации необходим белковый синтез. Зародыши, развивавшиеся в среде, не содержавшей избытка аминокислот, хотя и не сразу прикреплялись к субстрату, но прикреплялись прочно, так как в отсутствие экзогенного избытка аминокислот они не могли дестабилизироваться.

Наоборот, в среде, обогащенной аминокислотами, в течение периода, необходимого для приобретения бластоцистой адгезивных свойств, в бластоцистах параллельно шли изменения, ведущие к дестабилизации. Это создавало конфликтную ситуацию между дестабилизирующими и адгезивными факторами и постоянная адгезия либо задерживалась, либо (при отсутствии сывороточного альбумина) предотвращалась. Рабочая гипотеза авторов состоит в том, что дестабилизация отражает трансформацию архитектуры трофобласта из относительно ригидной в более гибкую, благоприятствующую разрастанию после прочной адгезии (101).

Через несколько часов после адгезии начинается погружение трофобласта в слизистую оболочку матки. В морфологическом плане на пути трофобласта к кровеносным сосудам эндометрия стоит три главных препятствия: эпителий эндометрия, базальная мембрана эпителия эндометрия и эндотелий сосудов. Исследования Enders A.C. et al. по изучению имплантации у макаки резус показали, что главным сдерживающим продвижение трофобласта вглубь эндометрия фактором является базальная мембрана эпителия эндометрия, в то время как базальная мембрана эндотелия сосудов является лишь эфемерным препятствием для быстро продвигающегося трофобласта. Препаратов стадии начальной пенетрации эпителия эндометрия бластоцистой человека пока нет. У животных имеется три типа пенетрации эпителия:

  1. Смещение маточного эпителия с базальной мембраны (крыса, мышь).
  2. Слияние трофобласта с эпителием матки (кролик).
  3. Проникновение отростков трофобласта между эпителиальными клетками матки (хорек).

Самым ранним препаратом имплантации бластоцисты человека является девятидневная бластоциста, полностью погрузившаяся под маточный эпителий; место имплантации запечатано сгустком. Наружный слой трофобласта превращен в синцитий, но еще не проник в сосуды матери. Два дня спустя, на одиннадцатый день, трофобласт уже проник в материнские сосуды, и трофобластные лакуны заполнены кровью. Важно отметить, что на этой стадии маточная строма проявляет очень слабую децидуальную трансформацию. Видимо, в процессе имплантации у человека децидуализация не играет сколько-нибудь важной роли и приобретает значение на более поздних стадиях.

Один из пионеров в изучении имплантации, граф фон Шпее, наблюдавший имплантацию у морской свинки (1883г., 1901г.) говорил об «активной цитолитической роли трофобласта», «биохимическом процессе, стимулированном яйцом». С тех пор ферментные процессы, участвующие в имплантации, привлекали внимание многих исследователей. Сравнительно механистичные представления о простом растворении эндометрия активными цитолитическими ферментами трофобласта имеют в настоящее время лишь историческое значение.

Оказалось, что биохимия имплантации очень сложна и состоит из нескольких цепей взаимосвязанных реакций, действующих, возможно, по каскадному типу. Энзимы, обеспечивающие имплантацию зародыша человека пока совершенно не изучены. Поэтому в настоящее время можно говорить лишь о самых общих закономерностях. Экспериментальное изучение имплантации у многих видов показало, что в момент имплантации значительно повышается активность некоторых ферментов. Действие ферментов зародыша и матки должно быть неотъемлемой частью имплантации. Физиологическая регуляция имплантации, находящаяся под контролем стероидных гормонов, может осуществляться изменением активности протеаз и/или ингибиторов протеаз маточных тканей и зародыша.

Исследования на животных показали, что ограниченный протеолиз может быть частью таких явлений, как адгезия и инвазия бластоцисты. Полный гидролиз материнских белков, хотя и может иметь место при имплантации, является, скорее всего, не самым важным компонентом связанных с имплантацией ферментных реакций. Полный гидролиз могут осуществлять катепсины. Большинство представителей этого класса ферментов имеет оптимум в кислой среде и является типичными лизосомными ферментами. Некоторые из них были очень активны в местах имплантации (ферменты типа катепсина Е — кошка, свинья, морская свинка). Но особый интерес вызывают некоторые щелочные или нейтральные протеазы, способные действовать внеклеточно, и для которых некоторые данные позволяют предположить особую роль в инициации имплантации. Некоторые из них могут вызывать гидролиз только небольшого числа пептидных связей своих физиологических субстратов, процесс известный под названием ограниченного протеолиза. Функциями ограниченного протеолиза могут быть:

  1. Активация проферментов.
  2. Изменение клеточной поверхности
    • изменение адгезивности
    • влияние на клеточную миграцию
    • изменение секреции белков
  3. Метаболическая регуляция, или митогенная активация.
  4. Участие в дифференцировке клеток.

Можно предположить, что факторами регуляции ферментной активности при имплантации являются ингибиторы протеаз. Регуляция протеаз ингибиторами характерна практически для всех ферментных систем организма (пищеварительные ферменты, свертывающая и фибринолитическая системы крови и т.д.). Можно считать за правило, что в организме протеазы всегда контролируются сложной системой активаторов и ингибиторов.

Экспериментальные исследования показали, что маточная среда не только не всегда благоприятна для имплантации, но даже содержит, по крайней мере, на некоторых стадиях ингибирующие имплантацию факторы, так как процессы, сходные с имплантацией, особенно инвазивный рост трофобласта, легко начинаются в эктопических местах, независимо от гормонального статуса хозяина. Согласно современным представлениям, начало имплантации требует особого физиологического состояния зрелости трофобласта. Зрелый трофобласт, по-видимому, потенциально инвазивен у всех видов плацентарных млекопитающих. Физиологически преобладающей ролью маточного эпителия (и маточной секреции (?)) при имплантации является скорее ингибирующая, нежели стимулирующая. Зрелый трофобласт может имплантироваться, как только ингибирующее действие эндометрия значительно снижается. Таким образом, «индукция» имплантации по сути своей является деингибицией.

В эндометрии женщины был обнаружен ряд ингибиторов протеаз: aльфа-1-антитрипсин, aльфа-1-антихимотрипсин, aльфа-2-макроглобулин. Предположительными функциями ингибиторов протеаз эндометрия являются: 1)общая защитная роль, т. е. предотвращение распространения активности протеаз за пределы места имплантации; 2) более специфическая, регуляторная функция в инициации имплантации и в осуществлении равновесия между протеазами и их ингибиторами.

Важную роль в имплантации играет маточная секреция. Состав маточного секрета очень сложен и включает в себя ферменты, ингибиторы ферментов, иммуноглобулины, электролиты и др. Концентрация многих компонентов маточного секрета меняется на протяжении менструального цикла. Так, например, концентрация иммуноглобулина G значительно повышается в периовуляторный период, а в секреторную фазу опять понижается, но не до уровня пролиферативной фазы. Концентрация иммуноглобулина А повышается в периовуляторную фазу и понижается в секреторную. Уровень aльфа-1-антитрипсина и aльфа-1-антихимотрипсина повышается в периовуляторную фазу и снижается в секреторную фазу.

Особенно пристальное внимание было уделено изучению белковой секреции эндометрия. Состав маточной жидкости отличен от плазмы крови. Практически у всех видов, включая человека, в маточном секрете обнаружены компоненты, отсутствующие в плазме крови. Компоненты плазмы крови попадают в полость матки путем избирательного транспорта, так как соотношение различных фракций в плазме крови и в маточной жидкости различно и не коррелирует с молекулярной массой компонентов.

Большой интерес у исследователей вызвало открытие в составе маточного секрета кролика специфического белка, утероглобина, который раньше называли также бластоцистокинином. Утероглобин появляется в маточном секрете в секреторную фазу, перед имплантацией становится преобладающим белком в маточном секрете, после имплантации синтез и секреция утероглобина прекращаются. Основными свойствами утероглобина являются связывание стероидов и ингибирование трипсина. Точные физиологические функции утероглобина пока не известны, но предполагается, что он может выполнять трофическую, защитную и регулирующую метаболизм бластоцисты функции, обеспечивать правильный контакт между бластоцистой и эндометрием. Исследования Mukherjee et al. (1980) показали, что утероглобин имеет большое сходство с бета-2-микроглобулином, который является одним из антигенов HLA-системы. Таким образом, возможно, что утероглобин является маскирующим бластоцисту в иммунном отношении фактором, предотвращающим ее узнавание организмом матери.

В секрете эндометрия женщины нет белковой фракции со сходными с утероглобином кролика в хроматографическом отношении параметрами. Однако маточный секрет женщины обладает уникальным среди всех исследовавшихся видов свойством перекрестного иммунологического реагирования с антителами к утероглобину кролика. Sutcliffe et al. (1978, 1980) обнаружили в маточном секрете женщины специфический белок, который появляется в ткани беременной матки, в децидуальной ткани и в амниотической жидкости, относящийся к aльфа-2-глобулинам. Сходный, если не этот же белок был описан и в серии публикаций Joshi et al.

С. Lambardorias считает, что нет причин для того, чтобы отвергать существование утероглобиноподобного белка у человека. Автор пишет, что даже структура утероглобина у кролика и у человека может быть очень сходной. Различия могут затрагивать лишь несколько аминокислот или последовательность полипептидных цепей. Приняв критерии, установленные для утероглобина (связывание стероидов и блокирование трипсина), автор попытался выделить и идентифицировать человеческий эквивалент утероглобина. Были выделены три гликопротеиновых компонента, которые, по-видимому, являются ни чем иным как двумя субъединицами и целой молекулой, появляющейся во время, соответствующее имплантации, имеющей сродство к стероидным гормонам и усиливающей захват аминокислот бластоцистами свиньи in vitro. Автор полагает, что данный гликопротеин может быть переносчиком стероидных гормонов между эндометрием и бластоцистой. Интересным предположением автора является возможность переноса стероидов специфическим маточным гликопротеином не только от эндометрия к зародышу, но и в обратном направлении, т. е. от бластоцисты в организм матери, что может быть одним из путей узнавания о беременности материнским организмом.

В маточном секрете женщины был обнаружен и лактоферрин, описанный первоначально как железо-связывающий белок коровьего и женского молока. Наличие лактоферрина в маточном и цервикальном секрете может указывать на то, что он выполняет и другие физиологические функции, кроме связывания железа и меди. Возможно, что стимулирующие или облегчающие имплантацию факторы появляются в маточном секрете женщины только в присутствии бластоцисты. Такие факторы могут быть особенно важны у человека, так как в фазу желтого тела количество маточного секрета у человека очень незначительно и содержание белка в нем не велико. Подводя итог вышесказанному, можно предположить, что:

  1. Бластоциста может вызывать секрецию преимплантационного белка женщины;
  2. имплантирующаяся бластоциста человека может вообще не нуждаться в утероглобин-подобном белке до инвазии; в таком случае такие белки могут быть обнаружены в виде компонентов, связанных с тканью эндометрия, вероятнее всего, в ближайшем соседстве с местом имплантации.

 

И.И. Гузов
«Введение в медицину репродукции. Зачатие у человека»

Благодарим сайт Центра иммунологии и репродукции
за предоставленный материал

Из архива статей клуба мамы.py