Министерство образования Российской Федерации
Управление образования администрации города Чебоксары
МОУ «Кадетская Школа»
Реферат на тему:
Развитие зародыша человека
Выполнил: курсант 9 «А» класса
Иванов К.
Проверила: Нардина С.А.
Чебоксары 2004 г.
На что похож ребенок в самом начале своей жизни – в животе матери?
Это яйцо, иными словами - клетка. Она состоит, как и все клетки человеческого тела, из капельки вещества – протоплазмы с ядром посередине. Это очень крупная клетка практически видимая невооруженным глазом, размером в одну десятую миллиметра.
Это происходит в результате соединения двух клеток: мужской клетки, или сперматозоида, и женской, яйцеклетки. Яйцеклетка – крупная клетка округлой формы. Что касается сперматозоида, он в 30 или 40 раз меньше – правда, без учета его длинного колеблющегося хвоста, благодаря которому сперматозоид перемещается. При контакте с яйцеклеткой сперматозоид теряет свой хвост. А его ядро проникает внутрь яйцеклетки. Оба ядра сливаются, происходит оплодотворение яйцеклетки; отныне она становится яйцом. Каждая из клеток, образующих яйцо несет в себе признаки одного из родителей. Носителями этих признаков являются маленькие, похожие на палочки образования, содержащиеся в ядрах всех клеток и называемые хромосомами. Ядро каждой клетки человеческого тела содержит 46 хромосом: 23 – от отца и 23 – от матери. Однотипные хромосомы отца и матери образуют пару. Каждый из нас в любой клетке тела имеет 23 пары хромосом, присущих только ему и определяющих его индивидуальные признаки; вот почему определенные черты нашей внешности, ума или характера делают нас похожими на отца и мать, на бабушек и дедушек или других родственников.
Пол ребенка является результатом случайного подбора хромосом. Вначале обратим внимание на внешний вид хромосом: их размер и форма различны, но в каждой нормальной клетке имеются по крайней мере 44 хромосомы, каждая из которых имеет подобную себе. Сгруппированные по две, они образуют 22 пары. Их классифицируют по размеру: самая крупная имеет номер 1, а самая маленькая – номер 22. 23 – я пара стоит особняком. У женщины она, как и все остальные, образована двумя подобными хромосомами, обозначенными буквой икс (X). А у мужчин в 23 – й паре находится лишь одна X-хромосома вместе с меньшей по размеру, обозначенной буквой игрек (Y).
В организме родителей яйцеклетка или сперматозоид являются клетками, содержащими лишь половину хромосом, то есть по 23 каждая. Таким образом, все яйцеклетки однотипны: все они имеют X-хромосому. Сперматозоиды же бывают двух типов: одни из них имеют под номером 23 X- хромосому, другие - Y- хромосому. Если яйцеклетка по воле случая соединяется со сперматозоидом, несущим X- хромосому, яйцо разовьется в девочку, а если случай приводит к оплодотворению яйцеклетки сперматозоидом, содержащим Y-хромосому, то яйцо развивается в мальчика. Таким образом, определение пола происходит во время оплодотворения.
Теоретически узнать пол ребенка можно было бы именно с этого момента, если бы в нашем распоряжении имелись технические средства, позволяющие наблюдать яйцо без риска его повредить. Возможно наступит день, когда случайность уступит место науке и родители будут сами выбирать пол своего ребенка, в любом случае это произойдет лишь при условии разделения в составе спермы X- и Y- сперматозоидов. Едва образовавшись, яйцо начинает делиться на две, четыре, восемь, шестнадцать и т.д. клеток. По истечении нескольких дней клетки функционально специализируются: одни - на формирования органов чувств, другие - кишечника, третьи – половых органов и т.п. Именно Y-хромосома сообщает половым клеткам, что им предстоит развиваться по мужскому типу. Внешние признаки пола становятся заметны к началу четвертого месяца беременности. Но на хромосомном уровне, определяющем и внешние его проявления, пол существует с момента оплодотворения. Вот почему в некоторых случаях можно узнать пол ребенка уже в начале беременности (на втором- третьем месяце), благодаря хромосомным исследованиям некоторых клеток яйца (так называемая пункция трофобласта и амниоцентез), или благодаря своего рода радару, который с помощью ультразвука позволяет увидетьмаленький половой член зародыша в материнской матке.
Оплодотворенное яйцо продвигается по маточной трубе, одновременно делится и превращается в многоклеточный зародыш, который через 4-5 дней попадает в полость матки. В течение 2 дней зародыш остается в матке свободным, затем погружается в ее слизистую оболочку и прикрепляется к ней. Начинается зародышевый период внутриутробного развития. Из части клеток формируются оболочки. Наружная оболочка имеет ворсинки с капиллярами. Через ворсинки происходит питание и дыхание зародыша. Внутри ворсинчатой оболочки имеется еще одна, тонкая и прозрачная, как целлофан. Она образует пузырь. В жидкости пузыря плавает зародыш. Эта оболочка предохраняет зародыш от ударов и шумов.
К концу 2-го месяца внутриутробного развития ворсинки сохраняются только на той стороне зародышевой оболочки, которая обращена к матке. Эти ворсинки разрастаются и разветвляются, погружаясь в слизистую матки, обильно снабженную кровеносными сосудами. Развивается плацента в виде диска, прочно укрепленного в слизистой матки. С этого момента начинается плодный период внутриутробного развития.
Через стенку кровеносных капилляров и ворсинок плаценты идет обмен газами и питательными веществами между организмом матери и ребенка. Кровь матери и плода никогда не смешивается. С 4-го месяца беременности плацента, выполняя роль железы внутренней секреции, выделяет гормон. Благодаря ему в период беременности слизистая матки не отслаивается, не возникают менструальные циклы и плод сохраняется в матке в течение всей беременности.
При овуляции и оплодотворении двух или более яйцеклеток образуются два или более плода. Это будущие близнецы. Они не очень похожи друг на друга. Иногда два плода развиваются из одной яйцеклетки, часто они имеют одну плаценту. Такие близнецы всегда одного пола и очень похожи друг на друга
Зародыш в матке быстро развивается. К концу первого месяца внутриутробного развития голова зародыша составляет 1/3 длины тела, появляются контуры глаз, на 7-ой неделе можно различить пальцы. Через 2 месяца зародыш становятся похожими на человека, хотя длина его в это время составляет 3 см.
К 3 месяцам внутриутробного развития формируются почти все органы. К этому времени можно определить пол будущего ребенка. К 4,5 месяцам прослушиваются сокращения сердца плода, частота которых в 2 раза больше, чем у матери. В этот период плод быстро растет и к 5 месяцам весит около 500 г, а к моменту рождения 3-3,5 кг.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1.Энциклопедия Блинова И.И. и Карзова С.В. стр.367-369
2.Учебник по биологии для 9 класса, авт.Цузмер А.М., Петришина О.Л. стр.167-172
Состав зародыша человека в первые дни существования
Оплодотворение яйца – стр. 3
Образование плаценты - стр.3
Развитие зародыша – стр.4
Список литературы – стр. 5
Агентов из плаценты к эмбриону внесосудистым путем и выполняет, таким образом, защитную функцию. На основании изложенного можно отметить основные особенности ранних стадий развития зародыша человека: 1) асинхронный тип полного дробления и образование “светлых” и “темных” бластомеров; 2) раннее обособление и формирование внезародышевых органов; 3) раннее образование амниотического пузырька и...
Период зародыш представляет собой двухслойный щиток, состоящий из двух листков: наружного зародышевого (эктодерма), и внутреннего зародышевого (энтодерма). Рис.2. Положение эмбриона и зародышевых оболочек на разных стадиях развития человека: А - 2-3 нед; Б - 4 нед: 1 - полость амниона; 2 - тело эмбриона; 3 - желточный мешок; 4 - трофоласт; В - 6 нед; Г - плод 4-5 мес: 1 - тело эмбриона...
Проблема была раскрыта Энгельсом в работе "Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека", опубликованной в 1896 г., хотя она была написана вскоре после выхода в свет "Происхождения человека" Дарвина. В то время наука располагала относительно скудными данными об ископаемых предках человека. Позднее многочисленные находки остатков костей и орудий труда ископаемых людей блестяще подтвердили...
Пятью мозговыми пузырями (полостями с жидкостью); имеются также выпуклые глаза с хрусталиками и пигментированной сетчаткой. В период от пятой до восьмой недели завершается собственно эмбриональный период внутриутробного развития. В течение этого времени эмбрион вырастает от 5 мм до примерно 30 мм и начинает напоминать человека. Его внешность изменяется следующим образом: 1) уменьшается изгиб...
Человек зарождается, когда сперматозоид — мужская половая клетка, попав в организм женщины, сливается с ее яйцеклеткой и образуется единая клетка. Новая клетка развивается путем деления. В какое-то время у зародыша появляются и потом исчезают признаки, присущие представителям животного мира: по образу и подобию рыб формируются жаберные дуги, челюстной сустав, который есть у пресмыкающихся, отрастают хвост и тонкий волосяной покров. Эти древнейшие формы существуют недолго и потом либо видоизменяются, либо исчезают.
Зародыш быстро проходит как бы все стадии эволюции . Этот процесс называется рекапитуляцией (повторением).
Немецкие биологи Фриц Мюллер и Эрнст Геккель сформулировали в XIX в. биогенетический закон: «Индивидуальное развитие каждой особи есть краткое и быстрое повторение исторического развития вида, к которому эта особь относится».
Развиваясь в материнской утробе, зародыш человека проходит всю эволюцию живого. У этого четырехнедельного эмбрионе (длина его — всего 4 мм) отчетливо видны жаберный аппарат, как у рыб, и хвост. Через несколько недель они исчезнут. Русский биолог А.Н. Северцов (1866 — 1936) установил, что в индивидуальном развитии повторяются признаки не взрослых предков, а их зародышей.
Ребенок развивается в материнской утробе примерно 266 дней, или 38 недель (первые восемь недель его называют эмбрионом, далее — плодом). В эмбриональный период из бесформенного скопления клеток постепенно формируется зародыш, в общих чертах уже напоминающий человека. К концу этих восьми недель заложены все основные внутренние и наружные органы человека. Правда, по внешнему виду эмбриона еще нельзя определить его пол — это удастся лишь по прошествии еще двух недель.
На девятой неделе начинается плодный, или фетальный, период — пора роста и созревания организма. С этого времени крохотный ребенок, лежащий в особой водной оболочке, начинает изгибаться, шевелить ручками и ножками. Кожа его, поначалу прозрачная, как стекло, мутнеет и утрачивает прозрачность. К концу четвертого месяца сердце малыша заметно крепнет. Каждый день оно перекачивает по его ковеносным сосудам более 30 л крови. Теперь плод достигает 16 см в длину и весит 170 г. На пятом месяце будущий ребенок уже весьма ощутимо толкается, болтает руками и ногами. Он уже чувствует движение и слышит. Громкие звуки заставляют его сердце биться быстрее. И вот еще что происходит в это время: на кончиках пальцев вырисовывается узор из тонких витых линий. Узор этот «пристает» к пальцам навсегда. Дотронувшись до любого предмета, человек оставляет на нем отпечатки своих пальцев. Они уникальны: на Земле не сыскать и двух человек с одинаковыми отпечатками пальцев.
К началу шестого месяца плод весит 600 г. Если ребенок появится на свет на шестом месяце беременности (то есть раньше срока), то — при хорошем уходе врачей — он выживет. А если все сложится нормально, он родится в конце девятого месяца. Такие новорожденные весят не меньше 3200 г, при росте в среднем 50 см.
Человек родился! С этого дня начнется отсчет месяцам, годам, десятилетиям его жизни. Но ведь до появления на свет будущий человек целых девять месяцев живет и развивается в материнском чреве! И от того, как протекает внутриутробный период, во многом зависят здоровье будущего ребенка, его физические и умственные способности.
Жизнь человека начинается в тот момент, когда в материнском организме сливаются воедино две половые клетки: женская - яйцеклетка и мужская - . При этом в ядре образовавшейся новой клетки - зиготы встречаются 23 отцовские и 23 материнские хромосомы. Эти материальные носители наследственной информации формируют генетический аппарат нового человека, который отныне будет управлять индивидуальным развитием его организма. Хромосомы же определяют и пол будущего ребенка. А вернее, его определяет 23-я половая хромосома отца.
Как известно, у женщин половые хромосомы одинаковы (XX), поэтому яйцеклетка всегда несет Х-хромосому. А вот у возможны варианты. Ведь у мужчин в генетическом аппарате клетки в 23-й паре могут находиться как XX-, так и ХУ-хромосомы. Поэтому примерно половина зрелых несет в себе Х-хромосому, а другая половина- У-хромосому. И если с яйцеклеткой сливается носитель Х-хромосомы, будет развиваться девочка, а когда в оплодотворении участвует носитель У-хромосомы, то - мальчик. Таким образом, пол будущего ребенка, как говорится, зависит от мужчины.
Итак, половые клетки родителей слились воедино. Затем в течение некоторого времени - от 15 минут до нескольких часов - ничего не происходит и будущий человек остается одноклеточным организмом, таким, например, как амеба. Наконец, из одной клетки образуются 2, потом 4, 5, 7, 8... 16... Темп деления нарастает, но клетки делятся асинхронно, то есть не все сразу, образуя то четное, то нечетное число.
В этот период, когда достаточно крупные первые клетки тесно соприкасаются друг с другом, зародыш больше всего похож на тутовую ягоду. Его так и называют - морула (от латинского morus - тутовая ягода). Эта «ягодка», продолжая делиться, медленно продвигается по яйцеводу к тому месту, где ей суждено поселиться на долгих девять месяцев,- к матке. На этот путь уходит вся первая неделя. К ее концу морула перестает быть ягодой и превращается в пузырек: плотная клеточная масса разделяется на зародышевый узелок и поверхностный слой клеток, окружающих этот узелок.
В таком виде зародыш поступает в матку. Поскольку к этому времени он успевает почти полностью израсходовать тот небольшой запас питательных веществ, который был припасен для него в яйцеклетке, зародыш спешит прикрепиться к стенке матки, чтобы получать кислород и питание из организма матери. Делает он это с помощью своих наружных клеток. Часть их образует оболочки плода, предохраняющие его от различных неблагоприятных воздействий. А другие наружные клетки врастают, словно растения корнями, в слизистую оболочку матки. Там они быстро разрастаются и сильно ветвятся. Внутри ветвлений проходят мелкие кровеносные сосуды, которые через пуповину ведут к плоду. Так формируется плацента, или детское место,- орган связи плода и матери.
Плацента обеспечивает зародыш кислородом и питательными веществами. Через плаценту выводятся из организма ненужные, отработанные вещества. Она служит барьером, препятствует переходу в кровь зародыша химически вредных веществ. Именно плацента охраняет плод от проникновения болезнетворных микробов, если мать заболела. Роль ее настолько важна и многообразна, что специалисты даже утверждают: нарушения деятельности плаценты могут сделать из потенциального Эйнштейна обыкновенную посредственность, несмотря на все наследственные задатки. Повреждения плаценты, ее отслойка чаще всего грозят зародышу гибелью.
Одновременно с детским местом возникает и постепенно увеличивается пуповина. По ее кровеносным сосудам кровь зародыша течет к детскому месту. Там, насытившись кислородом и питательными веществами и очистившись от ненужных, отработанных продуктов жизнедеятельности, кровь возвращается вновь к зародышу.
Между зародышем и окружающей его тонкой оболочкой находятся околоплодные воды. Всасываясь и образуясь вновь, они способствуют обмену веществ зародыша. А кроме того, они охраняют его от неравномерного давления стенок матки, которое могло бы нарушить форму развивающихся органов.
А что же происходит в это время с самим зародышем? Его развитие не прекращается ни на секунду: надо спешить, ведь за считанные недели ему предстоит проделать тот путь эволюционного развития, которым природа, создавая человека, шла миллионы лет.
В течение второй недели после оплодотворения клетки зародышевого узелка расщепляются на два слоя, а затем на третьей неделе между ними появляется и третий слой. Это так называемые зародышевые листки: из каждого листка впоследствии разовьются строго определенные органы и ткани. Одновременно со средним листком закладывается и хорда- скелетный тяж, идущий вдоль средней линии со стороны спины зародыша. Со временем на месте хорды образуется позвоночник.
В середине третьей недели у зародыша возникают первые кровеносные сосуды. А примерно через три дня после их появления начнет формироваться и сердце. Удивительно, у 23-дневного зародыша оно имеет форму трубки, но уже сокращается! Сердце работает и одновременно создает себя - формируются его полости, внутри-сердечные перегородки, клапаны.
В это время уже функционирует артериальная и венная система сосудов. Но путь кровотока у зародыша иной, чем у новорожденного. Ведь до момента рождения легкие не работают, и кислород доставляется вместе с кровью через пуповину. Только после рождения, когда пуповину перережут, изменится направление кровотока и начнет функционировать легочный круг кровообращения. Тогда сосуды, направляющие кровь к пуповине и обратно, отомрут. Правда, это еще не скоро, ведь прошел только первый месяц.
Только месяц, но уже сокращается сердце и по кровеносным сосудам струится кровь, уже в трех зародышевых листках кроются прообразы будущих органов... Но и будущие болезни часто уходят своими корнями в эти первые дни, потому что именно в этот период зародыш крайне чувствителен ко всякого рода неблагоприятным воздействиям, повреждающим факторам. И таким «повреждающим фактором» для него может стать любой, на ваш взгляд, пустяк - немного сухого вина, одна - три сигареты, таблетка снотворного... Задумайтесь над этим и постарайтесь с первых же дней исключить из своей жизни все, что могло бы повредить вашему будущему ребенку!
Зародышевым (эмбриональным) развитием человека является ранний период развития до 8 недель. В течение этого времени из оплодотворенной яйцеклетки зарождается тело, которое обладает всеми основными признаками человека. После восьми недель развития внутриутробный организм называется плодом, а период развития плодным.
Эмбриональное развитие человека делится на несколько периодов. Рассмотрим этапы развития эмбриона человека. Первый период одноклеточного зародыша (зиготы, обладающей всеми свойствами обеих половых клеток) протекает с момента оплодотворения яйцеклетки, в которой находятся два ядра. Каждое ядро содержит половинный набор хромосом (23 хромосомы папы и 23 хромосомы мамы).
Человеческий эмбрион начинает медленно продвигаться по фаллопиевой трубе, подгоняемый бахромками трубы и током жидкости в ней. Главной целью его движения является матка.
Впервые деление одноклеточного эмбриона человека происходит через 30 часов после оплодотворения. Затем деление происходит по одному дроблению в сутки.
Через четверо суток эмбрион приобретает вид комочка, который состоит примерно из 8-12 клеток. Далее деление клеток человеческого зародыша будет происходить все быстрее и быстрее.
В этот период матка начинает подготавливаться к принятию зародыша. Слизистая оболочка матки утолщается и становится рыхлой. В ней начинает появляться множество дополнительных кровеносных сосудов.
Клетки эмбриона человека начинают выделять ферменты, которые разрушают слизистую оболочку матки. Специальные ворсинки на поверхности зародыша начинают быстро увеличиваться, прорастать в ткань матки. На имплантацию человеческого зародыша необходимо 40 часов. Появляется новый орган, называющийся плацента или детское место. Плацента - это орган, который связывает организм матери с зародышем, а также обеспечивает питание эмбриона.
К концу второй недели длина человеческого зародыша составляет 1,5 мм.
Развитие эмбриона человека происходит в соответствии с четко выстроенным планом.
На четвертой неделе развития начинают появляться зачатки большинства органов и тканей будущего человека (почки, кишечник, хрящи остевого скелета, кости, поперечнополосатая мускулатура, щитовидная железа, печень, кожные покровы, уши, глаза).
На пятой неделе длина человеческого зародыша составляет около 7,5 мм. На этом сроке при помощи (ультразвуковое исследование) можно увидеть сокращения сердца эмбриона.
В период 32 дней развития у эмбриона человека начинают появляться зачатки рук, ближе к 40 дню - зачатки ног.
В конце своего развития зародыш уже становится длиной около 3-4 см (от темени до копчика). В это время заканчивается закладка всех основных органов зародыша, он приобретает все признаки человека, как во внешнем облике, так и во внутренней организации.
Организм человека является сложной системой, деятельность которой регулируется на различных уровнях. При этом определенные вещества должны участвовать в конкретных биохимических процессах, чтобы все клетки, органы и целые системы могли правильно функционировать. А для этого требуется заложить правильное основание. Подобно тому, как многоэтажный дом не выстоит без соответствующим образом подготовленного фундамента, «здание» человеческого тела требует корректной передачи наследственного материала. Именно заложенный в нем генетический код управляет развитием зародыша, позволяет сформироваться всем взаимодействиям и обуславливает нормальное существование человека.
Однако в некоторых случаях в наследственной информации появляются ошибки. Они могут возникать на уровне отдельных генов или же касаться их крупных объединений. Подобные изменения называются генными мутациями. В отдельных ситуациях проблема относится к целым хромосомам, то есть к структурным единицам клетки. Соответственно, их называют хромосомными мутациями. Наследственные болезни, развивающиеся вследствие нарушений хромосомного набора или строения хромосом, получили название хромосомных.
В норме каждая клетка организма содержит одно и то же количество хромосом, объединенных в пары с одинаковыми генами. У человека полный набор состоит из 23 пар, и только в половых клетках вместо 46 хромосом находится половинное число. Это необходимо для того, чтобы в процессе оплодотворения при слиянии сперматозоида и яйцеклетки получилась полноценная комбинация со всеми необходимыми генами. Гены распределены по хромосомам не случайно, а в строго определенном порядке. При этом линейная последовательность сохраняется одинаковой для всех людей.
Однако в процессе образования половых клеток могут произойти различные «ошибки». В результате мутаций изменяется количество хромосом или их структура. По этой причине после оплодотворения в яйцеклетке может оказаться избыточное или, напротив, недостаточное количество хромосомного материала. Из-за дисбаланса процесс развития зародыша нарушается, что может привести к самопроизвольному прерыванию беременности, рождению мертвого ребенка либо развитию наследственного хромосомного заболевания.
Этиология хромосомных заболеваний
К этиологическим факторам хромосомных патологий относятся все разновидности хромосомных мутаций. Кроме того, некоторые геномные мутации также способны оказывать подобное действие.
У человека встречаются делеции, дупликации, транслокации и инверсии, то есть все типы мутаций. При делеции и дупликации генетическая информация оказывается в недостаточном и избыточном количестве соответственно. Поскольку современными методами можно выявить отсутствие даже небольшой части генетического материала (на уровне гена), то провести четкую границу между генными и хромосомными заболеваниями практически невозможно.
Транслокации представляют собой обмен генетическим материалом, который происходит между отдельными хромосомами. Иными словами, происходит перемещение участка генетической последовательности на негомологичную хромосому. Среди транслокаций выделяют две важные группы – реципрокные и Робертсоновские.
Транслокации реципрокного характера без потери задействованных участков называются сбалансированными. Они, как и инверсии, не вызывают потери генной информации, поэтому не приводят к паталогическим эффектам. Тем не менее, при дальнейшем участии таких хромосом в процессе кроссинговера и редукции могут образовываться гаметы с несбалансированными наборами, обладающие недостаточным набором генов. Их участие в процессе оплодотворения приводит к тому, что у потомства развиваются те или иные наследственные синдромы.
Для Робертсоновских транслокаций характерно участие двух акроцентрических хромосом. В ходе процесса короткие плечи утрачиваются, а длинные сохраняются. Из 2 исходных хромосом формируется одна цельная, метацентрическая. Несмотря на потерю части генетического материала развития патологий в таком случае обычно не происходит, поскольку функции утраченных участков компенсируются аналогичными генами в остальных 8 акроцентрических хромосомах.
При концевых делециях (то есть при их утрате) может сформироваться кольцевая хромосома. У ее носителя, получившего такой генный материал от одного из родителей, отмечают частичную моносомию по концевым участкам. При разрыве через центромеру может сформироваться изохромосома, имеющая одинаковые по набору генов плечи (у обычной хромосомы они отличаются).
В некоторых случаях может развиваться однородительская дисомия. Она возникает, если при нерасхождении хромосом и оплодотворении возникнет трисомия, а после этого одна из трех хромосом будет удалена. Механизм этого явления в настоящее время не изучен. Однако в результате в хромосомном наборе появится две копии хромосомы одного родителя, в то время как часть генной информации от второго родителя будет утеряна.
Многообразие вариантов искажения хромосомного набора обуславливает различные формы заболеваний.
Имеется три базовых принципа, которые позволяют точно классифицировать возникшую хромосомную патологию. Их соблюдение обеспечивает однозначное указание на форму отклонения.
Согласно первому принципу необходимо определить характеристику мутации, генной или хромосомной, причем требуется также четко указать конкретную хромосому. К примеру, это может быть простая трисомия по 21 хромосоме или триплоидия. Сочетание индивидуальной хромосомы и типа мутации определяет формы хромосомной патологии. Благодаря соблюдению этого принципа можно точно установить, в какой структурной единице имеются изменения, а также выяснить, зафиксирован избыток или недостаток хромосомного материала. Такой подход более эффективен, чем классификация по клиническим признакам, поскольку многие отклонения вызывают сходные нарушения развития организма.
Согласно второму принципу нужно определить тип клеток, в котором произошла мутация – зигота или гамета. Мутации в гаметах приводят к появлению полных форм хромосомного заболевания. В каждой клетке организма будет содержаться копия генетического материала с хромосомной аномалией. Если же нарушение происходит позднее, на этапе зиготы или во время дробления, то мутация классифицируется как соматическая. В этом случае часть клеток получает изначальный генетический материал, а часть – с измененным хромосомным набором. Одновременно в организме может присутствовать два и более типа наборов. Их сочетание напоминает мозаику, поэтому такая форма болезни называется мозаичной. Если в организме присутствует более 10% клеток с измененным хромосомным набором, клиническая картина повторяет полную форму.
Согласно третьему принципу выявляется поколение, в котором мутация появилась первый раз. Если изменение было отмечено в гаметах здоровых родителей, то говорят о спорадическом случае. Если же оно уже имелось в материнском или отцовском организме, то речь идет о наследуемой форме. Значительная часть унаследованных хромосомных заболеваний вызывается робертсоновскими транслокациями, инверсиями и сбалансированными реципрокными транслокациями. В процессе мейоза они могут привести к образованию патологической комбинации.
Полная точная диагностика подразумевает, что установлены тип мутации, затронутая хромосома, выяснен полный или мозаичный характер заболевания, а также установлена передача по наследству или спорадическое возникновение. Получить необходимые для этого данные можно при проведении генетической диагностики с использованием проб пациента, а в некоторых случаях и его родственников.
Общие вопросы
Интенсивное развитие генетики в течение последних десятилетий позволило развить отдельное направление хромосомной патологии, которая постепенно приобретает все большое значение. К этой области относятся не только хромосомные болезни, но и различные нарушения во время внутриутробного развития (к примеру, выкидыши). В настоящее время счет аномалий идет уже на 1000. Свыше ста форм характеризуются клинически очерченной картиной и называются синдромами.
Выделяется несколько групп болезней. Триплоидией называется случай, при котором в клетках организма имеется лишняя копия генома. Если же появился дубликат только одной хромосомы, то подобное заболевание называется трисомией. Также причинами аномального развития организма могут быть делеции (удаленные участки генетического кода), дупликации (соответственно, лишние копии генов или их групп) и иные дефекты. Английский врач Л. Даун в 1866 году описал одну из самых известных болезней такого рода. Синдром, получивший его имя, развивается при наличии лишней копии 21 хромосомы (трисомия-21). Трисомии по другим хромосомам, как правило, заканчиваются выкидышами или приводят к смерти в детском возрасте из-за серьезных нарушений в развитии.
Позже были открыты случаи моносомии по X-хромосоме. В 1925 году Шерешевский Н.А и в 1938 году Тернер Г. описали его симптомы. Трисомия-XXY, которая встречается у мужчин, была описана Клайнфельтером в 1942 году.
Указанные случаи заболеваний стали первыми объектами исследований в этой области. После того, как расшифровали этиологию трех перечисленных синдромов, фактически появилось направление хромосомных болезней. В течение 60-х годов дальнейшие цитогенетические исследования привели к формированию клинической цитогенетики. Ученые доказали связь между патологическими отклонениями и хромосомными мутациями, а также получили статистические данные о частоте появления мутаций у новорожденных и в случаях самопроизвольного прерывания беременности.
Типы хромосомных аномалий
Хромосомные аномалии могут быть как относительно крупными, так и небольшими. В зависимости от их размеров меняются методы исследования. К примеру, для точечных мутаций, делеций и дупликаций, касающихся участков длиной в сотню нуклеотидов, обнаружение при помощи микроскопа невозможно. Определить хромосомное нарушение при помощи метода дифференциального окрашивания возможно только в том случае, если величина затронутого участка исчисляется в миллионах нуклеотидов. Небольшие мутации можно выявить лишь при помощи установления нуклеотидной последовательности. Как правило, большие по размерам нарушения (к примеру, видимые в микроскоп) приводят к более выраженному воздействию на функционирование организма. Кроме того, аномалия может затрагивать не только ген, но и участок наследственного материала, функции которого в настоящее время не исследованы.
Моносомией называется аномалия, выражающаяся в отсутствии одной из хромосом. Обратным случаем является трисомия – добавление лишней копии хромосомы к стандартному набору из 23 пар. Соответственно, меняется и число копий генов, которые в норме присутствуют в двух экземплярах. При моносомии отмечается нехватка гена, при трисомии – его избыток. Если хромосомная аномалия приводит к изменению числа отдельных участков, то говорят о частичной трисомии или моносомии (к примеру, по плечу 13q).
Известны также случаи однородительской дисомии. При этом пара гомологичных хромосом (либо одна и часть гомологичной ей) попадает в организм от одного из родителей. Причиной является неизученный механизм, предположительно состоящий из двух фаз – образование трисомии и удаление одной из трех хромосом. Воздействие однородительской дисомии может быть как незначительным, там и заметным. Дело в том, что если в одинаковых хромосомах имеется рецессивный мутантный аллель, то он автоматически проявляется. В то же время родитель, от которого была получена хромосома с мутацией, из-за гетерозиготности по гену может не иметь проблем со здоровьем.
Из-за высокой важности генетического материала для всех этапов развития организма даже небольшие аномалии могут вызвать серьезные изменения в скоординированной деятельности генов. Ведь их совместная работа шлифовалась в течение миллионов лет эволюции. Неудивительно, что последствия от возникновения такой мутации, скорее всего, начинают проявляться уже на уровне гамет. Особенно сильно они влияют на мужчин, поскольку зародыш в определенный момент должен перейти с женского пути развития на мужской. Если же активности соответствующих генов недостаточно, возникают различные отклонения, вплоть до гермафродитизма.
Первые исследования эффектов от хромосомных нарушений стали проводить в 60-х годах, после того как был установлен хромосомный характер некоторых заболеваний. Можно условно выделить две большие группы связанных эффектов: врожденные пороки развития и изменения, вызывающие летальные исходы. Современная наука располагает сведениями, что хромосомные аномалии начинают проявляться уже на стадии зиготы. Летальные эффекты при этом являются одной из основных причин гибели плода в утробе (этот показатель у человека достаточно высок).
Хромосомные аберрации – это изменение структуры хромосомного материала. Они могут как возникать спорадически, так и передаваться по наследству. Точная причина, по которой они появляются, не установлена. Ученые полагают, что за некоторую часть таких мутаций отвечают различные факторы окружающей среды (например, химически активные вещества), которые воздействуют на эмбрион или даже на зиготу. Интересен тот факт, что большая часть хромосомных аберраций обычно связана с хромосомами, которые зародыш получает от отца.
Значительная часть хромосомных аберраций встречается очень редко и была обнаружена один раз. В то же время некоторые другие достаточно часто встречаются, причем даже у людей, не связанных родственными узами. К примеру, широко распространена транслокация центромерных или близких к ним районов 13 и 14 хромосом. Утрата неактивного хроматина коротких плеч практически не влияет на состояние здоровья. При аналогичных робертсоновских транслокациях в кариотип попадает 45 хромосом.
Примерно две трети всех обнаруживаемых у новорожденных хромосомных аномалий компенсируются за счет других копий генов. По этой причине они не несут серьезной угрозы нормальному развитию ребенка. Если же компенсация нарушения невозможна, возникают пороки развития. Часто такая несбалансированная аномалия выявляется у больных с умственной отсталостью и другими врожденными пороками, а также у плода после самопроизвольных абортов.
Известны компенсированные аномалии, которые способны наследоваться из поколения в поколение без возникновения заболеваний. В некоторых случаях такая аномалия может перейти в несбалансированную форму. Так, если имеется транслокация, затрагивающая 21 хромосому, возрастает риск трисомии по ней. По статистике такие транслокации имеются у каждого 20 ребенка, у которого зафиксирована трисомия-21, причем в каждом пятом случае аналогичное нарушение есть у одного из родителей. Поскольку большая часть детей с вызванной транслокацией трисомией-21 рождается у молодых (менее 30 лет) мам, то в случае обнаружения этого заболевания у ребенка необходимо произвести диагностическое обследование молодых родителей.
Риск появления нарушений, которые не компенсируются, сильно зависит от транслокации, поэтому теоретические расчеты затруднены. Тем не менее, приблизительно определить вероятность соответствующей патологии можно на основании статистических данных. Такая информация собрана для распространенных транслокаций. В частности, робертсоновская транслокация между 14 и 21 хромосомами у матери с вероятностью 2 процента приводит к трисомии-21 у ребенка. Эта же транслокация у отца передается по наследству с вероятностью 10%.
Распространенность хромосомных аномалий
Результаты исследований показывают, что как минимум десятая часть яйцеклеток после оплодотворения и около 5-6 процентов плодов имеют различные хромосомные аномалии. Как правило, на 8-11 неделе в таком случае происходит самопроизвольное прерывание беременности. В некоторых случаях они вызывают более поздние выкидыши или приводят к рождению мертвого ребенка.
У новорожденных (по результатам обследования более 65 тысяч детей) изменение числа хромосом либо значительные хромосомные аберрации встречаются примерно у 0,5% от общего количества. Как минимум каждый 700-й имеет трисомию по 13, 18 или 21 хромосоме; около 1 из 350 мальчиков имеют расширенный до 47 единиц набор хромосом (кариотипы 47,XYY и 47,XXY). Моносомия по X-хромосоме встречается реже – единичные случаи на несколько тысяч. Порядка 0,2% имеют компенсированные хромосомные аберрации.
У взрослых иногда также выявляются наследуемые отклонения (как правило, компенсированные), иногда с трисомией по половым хромосомам. Исследования также показывают, что примерно 10-15 процентов от общего числа случаев умственной отсталости могут быть объяснены наличием хромосомной аномалии. Этот показатель значительно возрастает, если вместе с нарушениями умственного развития наблюдаются анатомические дефекты. Бесплодие также часто вызывается лишней половой хромосомой (у мужчин) и моносомией/аберрацией по X хромосоме (у женщин).
Связь хромосомных аномалий и злокачественных образований
Как правило, исследование клеток злокачественных новообразований приводит к обнаружению видимых в микроскоп хромосомных аномалий. Сходные результаты дает проверка при лейкозе, лимфоме и ряде других заболеваний.
В частности, для лимфом нередким случаем является обнаружение транслокации, сопровождающейся разрывом внутри или рядом с локусом тяжелой цепи иммуноглобулина (14 хромосома). При этом ген MYC перемещается с 8 хромосомы на 14.
Для миелолейкоза в большинстве случаев (свыше 95%) фиксируется транслокация между 22 и 9 хромосомами, вызывающая появление характерной «филадельфийской» хромосомы.
Бластный криз в процессе развития сопровождается появлением в кариотипе последовательных хромосомных аномалий.
Методами дифференциального окрашивания с последующим наблюдением в микроскоп, а также при помощи молекулярно-генетических способов тестирования, можно своевременно выявлять хромосомные аномалии при различных лейкозах. Эта информация помогает сделать прогноз развития, по ней уточняется диагноз и корректируется терапия.
Для распространенных солидных опухолей, таких, как рак толстой кишки, рак молочной железы и т.д. обычные цитогенетические методы применимы с некоторыми ограничениям. Тем не менее, характерные для них хромосомные аномалии также были выявлены. Имеющиеся в опухолях отклонения часто связаны с генами, отвечающими за процесс нормального роста клеток. Из-за амплификации (образования множественных копий) гена иногда отмечается формирование мелких мини-хромосом в клетках новообразований.
В некоторых случаях появление злокачественного образования вызывает потеря гена, который должен обеспечивать подавление пролиферации. Причин может быть несколько: делеции и разрыв в процессе транслокации являются наиболее частыми. Мутации такого рода принято считать рецессивными, поскольку наличие даже одной нормальной аллели обычно обеспечивает достаточный контроль роста. Нарушения могут появляться или наследоваться. Если же в геноме отсутствует нормальная копия гена, то пролиферация перестает зависеть от регулирующих факторов.
Таким образом, наиболее значимыми хромосомными аномалиями, влияющими на возникновение и рост злокачественных новообразований, являются следующие типы:
Транслокации, поскольку они могут привести к нарушению нормального функционирования генов, отвечающих за пролиферацию (либо вызвать их усиленную работу);
Делеции, которые наряду с прочими рецессивными мутациями вызывают изменения в процессе регуляции роста клетки;
Рецессивные мутации, из-за рекомбинации становящиеся гомозиготными и оттого проявляющиеся в полной мере;
Амплификации, стимулирующие пролиферацию клеток опухоли.
Выявление указанных мутаций в ходе генетической диагностики может указывать на повышенный риск развития злокачественных новообразований.
Известные заболевания хромосомной природы
Одним из самых известных заболеваний, происходящих по причине наличия аномалий в генетическом материале, является синдром Дауна. Он обуславливается трисомией по 21 хромосоме. Характерным признаком этой болезни является отставание в развитии. Дети испытывают серьезные проблемы во время обучения в школе, часто им требуется альтернативная методика преподавания материала. Вместе с тем отмечаются нарушения физического развития – плоское лицо, увеличенные глаза, клинодактилия и другие. Если такие люди прикладывают значительные усилия, они могут достаточно хорошо социализироваться, известен даже случай успешного получения высшего образования мужчиной с синдромом Дауна. У больных повышен риск заболеть деменцией. Это и ряд других причин приводит к небольшой продолжительности жизни.
К трисомии относится и синдром Патау, только в этом случае имеется три копии 13 хромосомы. Для заболевания характерны множественные пороки развития, часто с полидактилией. В большинстве случаев отмечается нарушение деятельности центральной нервной системы либо ее неразвитость. Часто (примерно в 80 процентах) больные имеют пороки развития сердца. Тяжелые нарушения приводят к высокой смертности – в первый год жизни умирает до 95% детей с этим диагнозом. Заболевание не поддается лечению или коррекции, как правило, можно лишь обеспечить достаточно постоянный контроль состояния человека.
Еще одна форма трисомии, с которой рождаются дети, относится к 18 хромосоме. Заболевание в этом случае носит название синдрома Эдвардса и характеризуется множественными нарушениями. Деформируются кости, часто наблюдается измененная форма черепа. Сердечно-сосудистая система обычно с пороками развития, также проблемы отмечаются с органами дыхания. В результате около 60% детей не доживают до 3 месяцев, к 1 году умирает до 95% детей с этим диагнозом.
Трисомия по другим хромосомам у новорожденных практически не встречается, поскольку почти всегда приводит к преждевременному прерыванию беременности. В части случаев рождается мертвый ребенок.
С нарушениями числа половых хромосом связан синдром Шерешевского-Тернера. Из-за нарушений в процессе расхождения хромосом теряется X-хромосома в женском организме. В результате организм не получает должного количества гормонов, поэтому нарушается его развитие. В первую очередь это относится к половым органам, которые развиваются лишь отчасти. Практически всегда для женщины это обозначает невозможность иметь детей.
У мужчин полисомия по Y или X хромосоме приводит к развитию синдрома Клайнфельтера. Для этого заболевания характерна слабая выраженность мужских признаков. Зачастую сопровождается гинекомастией, возможно отставание в развитии. В большинстве случаев наблюдаются ранние проблемы с потенцией и бесплодие. В этом случае, как и для синдрома Шерешевского-Тернера, выходом может стать экстракорпоральное оплодотворение.
Благодаря методам пренатальной диагностики стало возможным выявление этих и других заболеваний у плода во время беременности. Семейные пары могут принять решение о прерывании беременности, чтобы попробовать зачать другого ребенка. Если же они принимают решение выносить и родить малыша, то знание особенностей его генетического материала позволяет заранее подготовиться к определенным методам профилактики или лечения.
Кариотип – систематизированный набор хромосом ядра клетки с его количественными и качественными характеристиками.
Нормальный женский кариотип - 46,XX Нормальный мужской кариотип - 46,XY
Исследование кариотипа - процедура, призванная выявить отклонения структуры строения и числа хромосом.
Показания для кариотипирования:
- Множественные врожденные пороки развития, сопровождаемые клинически анормальным фенотипом или дизморфизмом
- Умственная отсталость или отставание в развитии
- Нарушение половой дифференцировки или аномалии полового развития
- Первичная или вторичная аменорея
- Аномалии спермограммы – азооспермия или тяжелая олигоспермия
- Бесплодие неясной этиологии
- Привычное невынашивание
- Родители пациента со структурными хромосомными аномалиями
- Повторное рождение детей с хромосомными аномалиями
К сожалению, с помощью исследования кариотипа можно определить лишь крупные структурные перестройки. В большинстве же случаев аномалии строения хромосом представляют собой микроделеции и микродупликации невидимые под микроскопом. Однако такие изменения хорошо идентифицируются современными молекулярными цитогенетическими методами - флуоресцентной гибридизацией (FISH) и хромосомным микроматричным анализом.
Аббревиатура FISH расшифровывается как fluorescent in situ hybridization – флуоресцентная гибридизация на месте. Это цитогенетический метод, который применяют для выявления и определения положения специфической последовательности ДНК на хромосомах. Для этого используют специальные зонды - нуклеозиды, соединенные с флуорофорами или некоторыми другими метками. Визуализацию связавшихся ДНК-зондов проводят при помощи флуоресцентного микроскопа.
Метод FISH позволяет изучать небольшие хромосомные перестройки, которые не идентифицируются при стандартном исследовании кариотипа. Однако, имеет один существенный недостаток. Зонды являются специфичными только к одному участку генома и, как следствие, при одном исследовании можно определить наличие или число копий только этого участка (или нескольких при использовании многоцветных зондов). Поэтому важным является правильная клиническая предпосылка, а FISH анализ может только подтвердить иди не подтвердить диагноз.
Альтернативой этому методу является хромосомный микроматричный анализ, который при такой же точности, чувствительности и специфичности определяет количество генетического материала в сотнях тысяч (и даже миллионах) точек генома, что дает возможность диагностики практически всех известных микроделеционных и микродупликационных сииндромов.
Хромосомный микроматричный анализ – молекулярно-цитогенетический метод для выявления вариаций числа копий ДНК по сравнению с контрольным образцом. При выполнении этого анализа исследу¬ются все клинически значимые участки генома, что позволяет с максимальной точностью исключить хромосомную патологию у обследуемого. Таким образом могут быть выявлены патогенные деле¬ции (исчезновение участков хромосом), дупликации (появление дополни¬тельных копий генетического материала), участки с потерей гетерозиготности, которые имеют важное значение при болезнях импринтинга, близкородственных браках, аутосомно-рецессивных заболеваниях.
Когда необходим хромосомный микроматричный анализ
- В качестве теста первой линии для диагностики пациентов с дизморфиями, врожденными пороками развития, умственной отсталостью/задержкой развития, множественными врожденными аномалиями, аутизмом, судорогами или любым подозрением на наличие геномного дисбаланса.
- В качестве замены кариотипа, FISH и сравнительной геномной гибридизации, если подозревается микроделеционный/микродупликационный синдром.
- В качестве исследования для выявления несбалансированных хромосомных аберраций.
- В качестве дополнительного диагностического исследования при моногенных заболеваниях, связанных с функциональной потерей одного аллеля (гаплонедостаточностью), особенно если при секвенировании не удается выявить патогенную мутацию, и делеция всего гена может быть причиной.
- Для определения происхождения генетического материала при однородительских дисомиях, дупликациях, делециях.
1 тест - 400 синдромов (список)
Введение в хромосомный микроматричный анализ.
Информация для врачей
Правила забора материала для хромосомного микроматричного анализа