Имплантация , также известная как нидация , [1] — это стадия эмбрионального развития млекопитающих , на которой бластоциста вылупляется, прикрепляется, прилипает и внедряется в эндометрий матки самки . [2] Имплантация — это первая стадия беременности , и в случае ее успешного прохождения самка считается беременной . [3] Имплантированный эмбрион обнаруживается по наличию повышенного уровня хорионического гонадотропина человека (ХГЧ) в тесте на беременность . [3] Имплантированный эмбрион будет получать кислород и питательные вещества для роста.
Для имплантации матка должна стать восприимчивой. Восприимчивость матки включает в себя множество перекрестных помех между эмбрионом и маткой, инициируя изменения в эндометрии. Этот этап дает синхронность, которая открывает окно имплантации, что позволяет успешно имплантировать жизнеспособный эмбрион. [4] Эндоканнабиноидная система играет жизненно важную роль в этой синхронности в матке, влияя на восприимчивость матки и имплантацию эмбриона. [5] Эмбрион экспрессирует каннабиноидные рецепторы на ранней стадии своего развития, которые реагируют на анандамид (AEA), секретируемый в матке. AEA вырабатывается на более высоких уровнях до имплантации, а затем снижается во время имплантации. Эта сигнализация имеет важное значение в перекрестных помехах эмбриона и матки для регулирования сроков имплантации эмбриона и восприимчивости матки. Для успешной имплантации необходимы адекватные концентрации AEA, которые не являются ни слишком высокими, ни слишком низкими. [5] [6] [7]
Существует обширное разнообразие типов клеток трофобласта и структур плаценты у разных видов млекопитающих. [8] Из пяти признанных стадий имплантации, включая две предимплантационные стадии, которые предшествуют плацентации , первые четыре схожи у всех видов. Пять стадий — это миграция и вылупление, предконтакт, прикрепление, адгезия и инвазия. [8] Две предимплантационные стадии связаны с предимплантационным эмбрионом . [9] [10]
У людей после стадии вылупления, которая происходит примерно через четыре-пять дней после оплодотворения , начинается процесс имплантации. К концу первой недели бластоциста поверхностно прикрепляется к эндометрию матки. К концу второй недели имплантация завершается. [11]
Существует пять признанных стадий имплантации у млекопитающих, включая две предимплантационные стадии, которые предшествуют формированию плаценты . Это: миграция и вылупление, предконтакт, прикрепление, адгезия и инвазия. Первые четыре стадии схожи у разных видов, а процесс инвазии варьируется. [8] [12] Эти три стадии аппозиции , прикрепления и инвазии также альтернативно называются контактом (аппозицией), адгезией (прикреплением) и проникновением (инвазией), [10] [9] и могут иметь место только в течение ограниченного периода времени, известного как окно имплантации, когда матка наиболее восприимчива.
Имплантация включает в себя два этапа миграции: первый — миграция зиготы , а второй — миграция трофобласта . [ 13] Оплодотворение ооцита происходит в ампуле фаллопиевой трубы . Реснички на слизистой оболочке трубы перемещают зиготу в ее миграции к матке. [13]
Во время этой миграции зигота претерпевает ряд клеточных делений , в результате которых образуется шар из 16 уплотненных бластомеров, называемый морулой . [14] Морула попадает в матку через три или четыре дня, и по мере этого в моруле образуется полость, называемая бластоцелем, из которой образуется бластоциста . Бластоциста содержит внутреннюю клеточную массу , которая в дальнейшем разовьется в эмбрион , и внешний клеточный слой трофобластов, которые разовьются во внезародышевые оболочки ( плодовые оболочки ). [15]
Бластоциста все еще заключена в оболочку яйца, известную как zona pellucida , и для того, чтобы она могла имплантироваться в стенку матки, она должна избавиться от этого покрытия. Эта стадия известна как zona hatching , и когда происходит достаточное растворение, бластоциста способна инициировать стадию аппозиции имплантации. Литические факторы в полости матки, а также факторы из самой бластоцисты необходимы для разрушения оболочки яйца. Механизмы в последнем указываются тем фактом, что zona pellucida остается нетронутой, если неоплодотворенное яйцо помещается в матку при тех же условиях. [16]
Среди известных молекулярных регуляторов, способствующих вылуплению, преобладают протеазы , которые стимулируются различными факторами роста . [17] Бластоциста также вырабатывает цитокины , как провоспалительные, так и противовоспалительные, которые играют решающую роль во время имплантации и других этапов беременности. Оба типа цитокинов модулируют активность протеаз, включая ММП , активаторы плазминогена и катепсины . [17] Неизвестно, являются ли цитокины, участвующие в вылуплении, провоспалительными или противовоспалительными, или какие протеазы в этом участвуют. Однако общепризнано, что провоспалительные цитокины доминируют во время имплантации. Цитокины также присутствуют в маточном молоке , которое может регулировать развитие и функционирование бластоцисты, но нет никаких доказательств, подтверждающих их участие в вылуплении. Фактор ингибирования лейкемии (LIF) — это провоспалительный цитокин, экспрессируемый в эндометрии во время лютеиновой фазы менструального цикла , с самой высокой экспрессией, наблюдаемой во время окна имплантации. LIF играет роль в адгезии и инвазии. [17]
Вспомогательный зональный хэтчинг может иметь место при вспомогательной репродукции, когда блестящая оболочка может быть искусственно проколота для облегчения вылупления. [18]
После вылупления zona самая первая свободная связь или контакт между бластоцистой и эндометрием называется аппозицией. Аппозиция обычно происходит там, где в эндометрии есть небольшая крипта, а также там, где zona pellucida достаточно разрушена, чтобы позволить трофобласту бластоцисты напрямую контактировать с нижележащим эндометрием. В конечном итоге внутренняя клеточная масса (также эмбриобласт) внутри слоя трофобласта выравнивается ближе всего к децидуальной оболочке . Если внутренняя клеточная масса не выравнивается с децидуальной оболочкой при аппозиции, она имеет возможность свободно вращаться внутри трофобласта и достигать этого выравнивания. Аппозиция представляет собой лишь слабое взаимодействие трофэктодермы с эпителием матки, которое нестабильно к сдвиговому напряжению . Аппозиция также обратима, что позволяет изменять положение бластоцисты в матке. [14]
Адгезия – это гораздо более прочное прикрепление к эндометрию, чем свободное прилегание. [ необходима цитата ]
Трофобласты прикрепляются, проникая в эндометрий с помощью выступов трофобластических клеток. [ необходима цитата ]
Эта адгезионная активность осуществляется микроворсинками, которые находятся на трофобласте. Трофобласт имеет связующие волокнистые соединения, ламинин, коллаген типа IV и интегрины, которые помогают в этом адгезионном процессе. [19]
Муцин-16 — это трансмембранный муцин, экспрессируемый на апикальной поверхности эпителия матки. Этот муцин предотвращает имплантацию бластоцисты в нежелательное место на эпителии. Таким образом, MUC-16 ингибирует межклеточную адгезию. Было показано, что его удаление во время формирования пиноподий облегчает инвазию трофобласта in vitro . [20]
Идентичность молекул на трофобласте и эндометриальном эпителии, которые опосредуют первоначальное взаимодействие между ними, остается неопределенной. Однако ряд исследовательских групп предположили, что в этом участвует MUC1 , член семейства муциновых гликозилированных белков. [21] MUC1 является трансмембранным гликопротеином, экспрессируемым на апикальной поверхности эндометриальных эпителиальных клеток во время окна имплантации у людей, и было показано, что он дифференциально экспрессируется между фертильными и бесплодными субъектами в это время. [21] MUC1 демонстрирует углеводные фрагменты на своем внеклеточном домене, которые являются лигандами L-селектина , молекулы клеточной адгезии на поверхности клеток трофобласта. [22] [23] Модель имплантации in vitro дала доказательства в поддержку гипотезы о том, что L-селектин опосредует присоединение бластоцисты к эпителию матки, взаимодействуя с его лигандами. [24]
Инвазия — это дальнейшее внедрение бластоцисты в эндометрий. Выступы клеток трофобласта, которые прилипают к эндометрию, продолжают размножаться и проникать в эндометрий с помощью желатиназ A ( ММП-2 ) и B ( ММП-9 ). [25] Трофобласты проникают в матку, пытаясь достичь материнского кровоснабжения, чтобы создать основу для фетального кровотока. [26] Они также секретируют предимплантационный фактор , пептид, который помогает их вторжению и формированию плаценты. [27] По мере проникновения эти трофобласты сливаются со своими соседями, окончательно дифференцируясь в многоядерную ткань, синцитий, известный как синцитиотрофобласт . Между этим слоем и бластоцистой находится цитотрофобласт . [28] [29]
Когда синцитиотрофобласт достигает базальной мембраны под децидуальными клетками , он вытесняет их, чтобы продолжить вторжение в строму матки. Вытеснение достигается путем деградации молекул клеточной адгезии (CAM), которые связывают децидуальные клетки, и связанного с ними внеклеточного матрикса . Деградация достигается секрецией фактора некроза опухоли-альфа из синцитиотрофобласта, который ингибирует экспрессию CAM и бета-катенина . Внеклеточный матрикс деградирует металлопротеиназами , такими как коллагеназы , желатиназы и матриксные металлопротеиназы , а также сериновыми протеазами . [30] Коллагеназы расщепляют коллаген типов I , II , III , VII и X. [30] Желатиназы существуют в двух формах: одна расщепляет коллаген типа IV , а другая расщепляет желатин . [30] Внеклеточный матрикс разрушается сериновыми эндопептидазами и металлопротеиназами . Синцитиотрофобласт затем может проникнуть в эндометрий, захватив с собой эмбрион, где он и внедряется. [30] В конце концов, синцитиотрофобласт вступает в контакт с материнской кровью и образует хорионические ворсины — начало плацентации . После проникновения разрыв в эпителии матки, образовавшийся в результате проникновения бластоцисты, закрывается фибриновой пробкой . Фибриновая пробка представляет собой коагуляцию сгустка крови и клеточного детрита. [11]
Экстраворсинчатые трофобласты — это клетки из вторгшихся ворсин, которые мигрируют в миометрий матки матери. Эти клетки реконструируют спиральные артерии, чтобы улучшить и обеспечить приток крови матери к растущему эмбриону. Также есть доказательства того, что этот процесс происходит с венами матки, стабилизируя их для улучшения дренажа крови плода и метаболических отходов. [31] Также было задокументировано, что трофобласты мигрируют в различные ткани матери. В связи с этим трофобласты были вовлечены в явление, известное как фетоматеринский микрохимеризм , когда фетальные клетки устанавливают клеточные линии в материнских тканях. [32]
Было показано, что предимплантационные бластоцисты способны секретировать факторы роста, гормоны и трипсиноподобные протеазы для участия в процессе вылупления. [33]
Во время инвазии бластоциста секретирует факторы для множества целей. [33] Она секретирует несколько аутокринных факторов, нацеливаясь на себя и стимулируя ее для дальнейшего вторжения в эндометрий. Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) является аутокринным фактором роста для бластоцисты, в то время как инсулиноподобный фактор роста 2 стимулирует ее инвазивность. [30] Хорионический гонадотропин человека не только действует как иммунодепрессант, но и сигнализирует матери о том, что она беременна , предотвращая лютеолиз желтого тела и менструацию, поддерживая функцию желтого тела. [30] Секреции открепляют децидуальные клетки друг от друга, предотвращают отторжение эмбриона матерью, запускают окончательную децидуализацию и предотвращают менструацию. Преимплантационный фактор секретируется клетками трофобласта перед образованием плаценты. [27]
Эмбрион отличается от клеток матери и был бы отвергнут как паразит иммунной системой матери, если бы он не выделял иммунодепрессанты . К таким агентам относятся фактор активации тромбоцитов , хорионический гонадотропин человека , фактор ранней беременности , простагландин E2 , интерлейкин-1 альфа , интерлейкин 6 , интерферон -альфа, фактор ингибирования лейкемии и колониестимулирующий фактор . [ необходима цитата ]
Другие факторы, секретируемые бластоцистой: [ необходима цитата ]
Чтобы обеспечить имплантацию, матка претерпевает изменения, чтобы иметь возможность принять зародыш. Рецептивность включает изменения в эндометриальных клетках при формировании пиноподий , которые помогают поглощать маточную жидкость; изменения в толщине эндометрия и развитии его кровоснабжения, а также формирование децидуальной оболочки . В совокупности эти изменения известны как трансформация плазматической мембраны и приближают бластоцисту к эндометрию и обездвиживают ее. На этом этапе бластоциста все еще может быть устранена путем вымывания из матки. [34] [35]
Успешная имплантация зависит от жизнеспособности эмбриона и восприимчивости матки. [4] Важнейшим фактором является синхронность развития эмбриона и матки. [36] Синхронность обеспечивает короткий период восприимчивости, известный как окно имплантации, и подразумевает много перекрестных помех между бластоцистой и эндометрием на этой стадии. [37] [38] [39]
Эндоканнабиноидная система играет жизненно важную роль в этой синхронности в матке, влияя на восприимчивость матки и имплантацию эмбриона. [5] Эмбрион экспрессирует каннабиноидные рецепторы на ранней стадии своего развития, которые реагируют на анандамид (AEA), секретируемый в матке. Эта сигнализация важна для перекрестных помех эмбриона и матки в регулировании сроков имплантации эмбриона и восприимчивости матки. Для успешной имплантации необходимы адекватные концентрации AEA, которые не являются ни слишком высокими, ни слишком низкими. [5] [40] IL-6 и FAAH оба имеют решающее значение для восприимчивости матки, и вместе с AEA наблюдается связь с адекватной толщиной эндометрия, которая поддерживает беременность. [5]
Во время адгезии перекрестные помехи передаются посредством взаимодействий рецепторов и лигандов , как интегрин-матриксных, так и протеогликановых. Рецепторы протеогликанов находятся на поверхности децидуальной оболочки, а их аналоги, протеогликаны, находятся вокруг клеток трофобласта бластоцисты. Эта система лиганд-рецептор также присутствует только в окне имплантации. [30] Бластоциста подает сигнал эндометрию о необходимости дальнейшей адаптации к ее присутствию, например, путем изменения цитоскелета децидуальных клеток . Это, в свою очередь, вытесняет децидуальные клетки из их связи с подлежащей базальной пластинкой , что позволяет бластоцисте выполнить последующее вторжение. [30]
Окно имплантации — это ограниченный временной интервал для успешного прикрепления бластоцисты. [41] У людей восприимчивость матки оптимальна на 20–24-й день секреторной фазы менструального цикла , когда уровень лютеинизирующего гормона находится на пике. [9] [42] В это время происходит взаимодействие между эмбрионом и эндометрием. [9] Эндотелиальные эпителиальные клетки, выстилающие матку, являются первыми клетками, которые обнаруживают сигналы от бластоцисты, и они трансформируются в нисходящие сигнальные пути. [33] У людей окно имплантации доступно только в течение 24–36 часов. [43]
Было показано, что эндометриальный микробиом играет важную роль в успешной имплантации, контролируя функцию эндометриальных клеток и функцию местной иммунной системы, которая предотвращает рост патогенов. Это связано с секрецией защитных веществ. [44] [45]
Пиноподии образуются в начале окна имплантации и встречаются у многих видов. [46] [41] Они представляют собой грибовидные выступы из апикальной клеточной мембраны эпителиальных клеток матки. [41] Пиноподии образуются путем набухания этих эпителиальных клеток и слияния нескольких микроворсинок для достижения максимального размера. [46] Они появляются между 19-м и 21-м днем гестационного возраста и полностью формируются на 20-й день. [41] Это соответствует возрасту оплодотворения приблизительно от пяти до семи дней, что хорошо соответствует времени имплантации. Пиноподии сохраняются только в течение максимум двух дней и рассматриваются как ультраструктурные маркеры восприимчивости. [46]
Их развитие усиливается прогестероном и подавляется эстрогенами . Во время окна имплантации адгезия клеток к клеткам подавляется MUC1, гликопротеином клеточной поверхности, принадлежащим гликокаликсу . Пиноподии выше микроворсинок и выступают через гликокаликс, обеспечивая прямой контакт с прилипающим трофобластом. Наиболее важным свойством пиноподий является удаление гликопротеинов с клеточных поверхностей эпителиальных клеток матки. [9] Также было показано, что MUC16 исчезает с клеточных поверхностей с развитием пиноподий. Некоторые исследования сообщили, что пиноподии захватывают реснички, что предотвращает движение эмбриона, а во время имплантации обеспечивает тесный контакт и прилипание эмбриона. [41]
Пиноподии переносят маточную жидкость и ее макромолекулы в клетки посредством процесса эндоцитоза . Это уменьшает объем матки, приближая стенки к плавающей в ней бластоцисте. Таким образом, период активности пиноподий может ограничивать окно имплантации. [30] Пиноподии продолжают поглощать жидкость, удаляя большую ее часть на ранних стадиях имплантации. [47]
Эндометрий становится толще, васкуляризируется , а его железы становятся извилистыми и увеличиваются в секреции. Эти изменения достигают максимума примерно через семь дней после овуляции . [ необходима цитата ]
Кроме того, поверхность эндометрия производит своего рода округлые клетки, которые покрывают всю область по направлению к полости матки. Это происходит примерно через 9-10 дней после овуляции. [30] Эти клетки называются децидуальными клетками , что подчеркивает, что весь их слой сбрасывается при каждой менструации , если беременность не наступает, так же, как листья лиственных деревьев . С другой стороны, маточные железы снижают свою активность и дегенерируют примерно через 8-9 дней [30] после овуляции при отсутствии беременности.
Децидуальные клетки происходят из стромальных клеток, которые всегда присутствуют в эндометрии, и составляют новый слой, децидуальную оболочку . Остальная часть эндометрия, кроме того, выражает различия между люминальной и базальной сторонами. Люминальные клетки образуют компактный слой эндометрия, в отличие от базало-латерального губчатого слоя , который состоит из довольно губчатых стромальных клеток. [30]
Децидуализация расширяется, если наступает беременность, дополнительно развивая маточные железы, компактную оболочку и эпителий децидуальных клеток, выстилающий ее. Децидуальные клетки заполняются липидами и гликогеном и принимают многогранную форму, характерную для децидуальных клеток. Факторы из бластоцисты также запускают окончательное формирование децидуальных клеток в их надлежащую форму. Напротив, некоторые децидуальные клетки в непосредственной близости от бластоцисты дегенерируют, обеспечивая ее питательными веществами. [30] Признаком эмбрионального влияния является то, что децидуализация происходит в более высокой степени в циклах зачатия, чем в циклах без зачатия. [30] Кроме того, подобные изменения наблюдаются при подаче стимулов, имитирующих естественное вторжение эмбриона. [30]
Эмбрион высвобождает сериновые протеазы, которые вызывают деполяризацию эпителиальной клеточной мембраны и активируют эпителиальный натриевый канал . Это вызывает приток ионов кальция (Ca 2+ ) и фосфорилирование CREB. Фосфорилирование CREB повышает экспрессию COX2 , что приводит к высвобождению простагландина E2 (PGE2) из эпителиальных клеток. PGE2 действует на стромальные клетки, активируя пути, связанные с цАМФ, в стромальных клетках, что приводит к децидуализации. [48]
Децидуальная оболочка может быть разделена на отдельные секции, хотя они имеют одинаковый состав.
После имплантации децидуальная оболочка остается, по крайней мере, в течение первого триместра. [30] Однако ее наиболее заметное время приходится на ранние стадии беременности, во время имплантации. Ее функция как окружающей ткани заменяется окончательной плацентой . Однако некоторые элементы децидуализации сохраняются на протяжении всей беременности. [30]
Слои компакты и губки все еще видны под децидуальной оболочкой во время беременности. Железы слоя губки продолжают секретировать в течение первого триместра, когда они дегенерируют. Однако до этого исчезновения некоторые железы секретируют неравномерно много. Это явление гиперсекреции называется феноменом Ариаса-Стеллы [ 30 ] в честь патолога Хавьера Ариаса-Стеллы .
Не только слизистая оболочка матки трансформируется, но и секреция ее желез изменяется. Это изменение вызвано повышением уровня прогестерона из желтого тела . Целью секреции является эмбриобласт, и он выполняет несколько функций.
Эмбрион проводит около 72 часов в полости матки перед имплантацией. В это время он не может получать питание непосредственно из крови матери и должен полагаться на секретируемые питательные вещества в полости матки, например, железо и жирорастворимые витамины. [30]
Помимо питания, эндометрий секретирует несколько стероид -зависимых белков, важных для роста и имплантации. Холестерин и стероиды также секретируются. [30] Имплантация дополнительно облегчается синтезом матричных веществ, молекул адгезии и поверхностных рецепторов для матричных веществ.
Репродукция у людей не очень эффективна. Только около 30% естественных зачатий заканчиваются успешной беременностью. Из всех неудачных беременностей около 85% происходят из-за неудачной имплантации. [49] Считается, что неудачная имплантация вызвана недостаточной восприимчивостью матки в двух третях случаев и проблемами с самим эмбрионом в оставшейся трети. [50] Большинство процедур ЭКО терпят неудачу из-за неудачной имплантации, что составляет почти половину всех неудачных беременностей. [49]
Неадекватная восприимчивость матки может быть вызвана аномальной цитокиновой и гормональной сигнализацией, а также эпигенетическими изменениями . [51] Повторяющаяся неудача имплантации является причиной женского бесплодия . Таким образом, показатели наступления беременности могут быть улучшены за счет оптимизации восприимчивости эндометрия к имплантации. [51] Оценка маркеров имплантации может помочь предсказать исход беременности и обнаружить скрытый дефицит имплантации. [51] В рамках программы «орган-на-чипе» был разработан эндометрий-на-чипе для моделирования функционирования эндометрия, который мог бы более четко определять причины неудачи имплантации. [52] Органоиды также были разработаны для моделирования эндометрия и его роли в имплантации. [53]
Обзор нескольких небольших рандомизированных контролируемых исследований показал, что у женщин с более чем тремя неудачными попытками имплантации при вспомогательной репродукции использование вспомогательного низкомолекулярного гепарина повышает частоту живорождения примерно на 80%. [54] Поддержка лютеиновой фазы может включать использование прогестерона и хорионического гонадотропина человека (ХГЧ) для повышения шансов на успешную имплантацию. [55]
Цинк имеет решающее значение в период до зачатия (и успешной беременности), и его дефицит может привести к некомпетентному развитию бластоцисты. После оплодотворения яйцеклетки цинк высвобождается в цинковой искре , которая способствует изменениям, включающим затвердение zona pellucida, предотвращающее полиспермию . [56]
Кровотечение и кровянистые выделения обычны во время лютеиновой фазы менструального цикла и на ранних стадиях беременности, но не связаны с имплантацией. Имплантационное кровотечение происходит между 7 и 14 днями после оплодотворения [57] и представляет собой небольшое количество легкого вагинального кровотечения или кровянистых выделений, которые могут возникнуть на ранних сроках беременности из-за проникновения бластоцисты в слизистую оболочку матки во время имплантации. [58] [59] [60] К 13 дню место проникновения в эндометрий обычно закрывается фибриновой пробкой , но повышенный приток крови в пространства синцитиотрофобласта иногда может вызвать кровотечение в этом месте. [58] Имплантационное кровотечение может сопровождаться такими симптомами, как спазмы, тошнота, болезненность груди и головные боли. [61] Имплантационное кровотечение можно отличить от менструального кровотечения по цвету, свертываемости, силе и продолжительности потока. [62] [63]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )