一、卵裂与胚泡附植
(一) 卵裂
受精的结束标志着合子(早期胚胎)开始发育,其特点是:DNA的复制非常迅速;细胞仅限于分裂而没有生长,其分裂是在透明带内进行的,所以整个体积并未增加。这种分裂称为卵裂,卵裂所形成的细胞又称卵裂球。合子的发育,以形态特征大体可分为以下几期:
1. 桑葚期
第1次卵裂,沿动物极(极体所在一端)向植物极方向,将单细胞合子一分为二。合子分为两个卵裂球之后,继续进行卵裂,但卵裂球并不同时进行分裂,通常较大的一个首先进行第2次分裂。形成3个细胞的胚胎,然后较小的卵裂球进行分裂形成具有4细胞的胚胎,第2次卵裂与第1次卵裂方向垂直。四卵裂球完成第3次分裂形成8细胞胚胎,继而分裂16细胞的胚胎以至于32细胞胚胎。随着分裂的细胞数目不断增加,由于受透明带内孔隙的限制,细胞体积逐渐缩小,并从球形变为楔形,互相扁平,使细胞最大程度地接触,产生各种连接,以至于32细胞在透明带内形成致密的细胞团。其形状像桑葚,故称为桑葚胚。
2. 囊胚期
当受精卵分裂到16细胞后,细胞团中央开始出现裂隙。裂隙扩大而成腔,内部逐渐充满液体。此时细胞也开始分化,一部分细胞仍集聚成团,另一部分细胞逐渐变为扁平形围在腔的周围,于是成为囊胚。在桑葚胚、囊胚发育过程中可以看到细胞定位的现象。即较大的、分裂不太活跃、核蛋白和碱性磷酸酶密集的细胞聚集在一个极,偏向囊胚腔的一边,叫做内细胞团,也称胚结,它将来发育成胚体;小而分裂活跃、富含粘多糖和酸性磷酸酶的细胞聚集在另一个极,形成胚胎的外层,继而形成滋养层,将发育为胎膜和胎盘; 中间的腔便是囊胚腔,以后内细胞群变为扁平到盘状。囊胚初期细胞被束缚于透明带内,随后突破透明带,脱颖而出,并体积增大,成为泡状透明的孵化囊胚或称胚泡。
3. 原肠胚
胚胎进一步发育,出现内外胚层后,有原肠胚发生的现象,但它不能像囊胚那样作为发育的两个不同的阶段,应该视为囊胚发育中同时出现的一个重要特征。
(二) 早期胚胎的迁移
在卵裂中的早期胚胎,沿着输卵管运行,大约在排卵后6~9天进入子宫角内,此时正是桑葚胚或囊胚的早期。在移动期间,胚胎除消耗自己储存的有限营养外,还有赖于输卵管及子宫内膜的分泌物。胚胎进入子宫内壁不是立即着床,而是到子宫内后有一个呈游离状态的间隔期。
由于子宫壁的收缩,在迁移中可能使囊胚改变在子宫内的位置,以至一侧子宫角的胚胎或一侧卵巢排出的卵子在受精后可能迁移至另一侧子宫角,然后在子宫定位。Cunther & Bucklitsh (1967)报道,他对63头大马士革犬全部摘除一侧卵巢,交配后4~5周,观察两侧子宫颈胎儿的着床情况,47头犬的两侧子宫颈都有胎儿,有卵巢侧子宫角的胎儿多。因此,一侧卵巢的黄体数有时不能决定其同侧子宫角内胚胎数的多少。胚胎之所以能在子宫均匀分布就是由于其在子宫内游离而得以移动的结果。当胚胎在输卵管及子宫内尚处于游离状态时,采取冲洗技术较易将这些早期胚胎洗出,以供早期胚胎在体外培养或做移植试验之用。
(三) 胚胎的附植
囊胚在子宫腔内经过一段时间后,即准备附着于子宫内膜,开始和子宫建立密切的联系,这一过程称为附植。胚胎在游离状态时,囊胚凭借胎水的压力而使其外层 (滋养层) 贴附于子宫壁上,这和灵长类的胚胎埋入子宫上皮里(不在子宫腔内) 称为植入(也称嵌植、着床) 的特点完全不同。
犬的带状囊胚扩展时,它在子宫腔内的运动越来越受限制,位置被逐渐固定下来,囊胚的外层 (滋养层) 逐渐与子宫内膜发生组织及生理上的联系,胚胎始终存在于子宫腔内,故称之为附植更为确切。附植是胚泡和子宫的相互作用,胚泡着床之前除子宫内膜增殖外,子宫的分泌活动增强,子宫组织内的糖原、脂肪储备及各种酶的活性也同时增加。
1. 附植部位
胚胎大体上都是在对胚胎发育最有利的地方附植。所谓有利是指子宫血管稠密,可获得丰富的营养; 距离均等,避免拥挤,使胚胎各得其所。实际上胚胎附植的具体部位是固定的,即胚体位于子宫系膜的对侧,如此可使滋养层靠近血管稠密而营养丰富的子宫系膜侧。
2. 附植过程
附植是一个渐进的过程。起初在胎膜和子宫相接触的部位发生反应。随着囊胚的扩展,接触面加大,发生反应的部位也随之扩展。胚胎附植的子宫变化,是在卵巢的卵泡激素及黄体激素的协同作用下进行的。首先是在卵泡激素的作用下,子宫内膜明显增厚,接着在黄体激素的作用下,子宫内膜更加明显增厚,子宫腺体增殖,分泌增强,发生所谓前驱妊娠或着床性增殖。此时,胚泡接触子宫内膜,即开始着床。
犬的胚胎在左、右子宫角内的着床情况大致数量相同、间隔相等。
犬受精卵的附植时间,由于排卵的时间和排出的初级卵母细胞成熟分裂的时间不同而难以确定。多数观点认为,犬的受精卵是在排卵后第8.5天进入子宫,大约在第9天定位,第11~12天囊胚覆盖物消失,局部子宫内膜基质水肿,13天后新分化的滋养层合胞体代替子宫上皮,并侵入子宫内膜腺。星修三的研究结果认为,犬受精卵的着床是在交配后是第18.5~24天,排卵后是第21~23天,变动范围大小受犬的排卵时间、卵子状态、卵子获得受精能力和保持受精能力的时间以及精子保持受精能力的时间所决定。
3. 影响附植的因素
附植是胚胎于子宫内膜相互作用而附着于子宫的过程。其中包括极为复杂的形态学、生理学和生物化学方面的变化。所以,影响附植的因素也甚为复杂。
(1)母体激素的制约 胚泡附植受体内激素的控制,通常需要雌激素和孕酮的联合作用,才能引起子宫内膜的一些变化,产生分泌性内膜。雌激素还可以引起一些有利于附植的变化,如抑制腔上皮的胞吞作用; 使子宫产生接受性; 引起基质细胞的细胞分裂等。
(2)胚泡激素 母体对妊娠的识别,有赖于胚泡所产生的信号,胚泡能合成某些激素,它们可能在胚泡附植过程中起着重要作用。首先是促进和维持黄体的功能。孕酮对于子宫具有抗炎剂的作用,抑制炎症样反应。然而在预期的附植部位会呈现一种炎症样反应 (如毛细血管的通透性增加)。胚泡合成并分泌的雌激素,可以拮抗孕酮的抗炎症作用,从而使胚泡附植部位抑制附植的孕酮的作用降低,使局部毛细血管通透性增高,有利于胚泡在子宫实现附植。
(3)子宫的接受性 子宫并不是在任何情况下都允许胚泡附植的,它仅在一个极短的关键时期产生接受性,容许胚泡附植。在雌激素和孕激素的相互作用的调控下,才能使子宫产生接受性。除子宫对胚泡有接受性外,胚泡对子宫环境也具有依附性,子宫分泌液中的特殊蛋白,对胚泡的附植起着关键作用,此时如果子宫环境受到干扰和破坏,使胚泡与子宫环境不同步,则胚泡不能附植。胚泡和内膜之间任何一方发生问题(子宫特殊蛋白缺乏、子宫分泌物不能进入胚胎),都会使附植中断。
(4) 母体子宫液蛋白、雌激素与cAMP都能促进子宫合成蛋白质、RNA、DNA,以至附植前后子宫液中含有多种蛋白成分,其中以子宫球蛋白 (亦称胚激肽)最为特异。它对胚泡的发育具有刺激作用,所以被称为胚激肽,它的合成与分泌受孕酮和雌激素的控制。它能控制附植时子宫腔与滋养层细胞蛋白溶酶的分泌量,并能和孕激素结合,保护胚泡不受孕激素的毒性影响而分解,所以,它也是附植不可缺少的关键因素。
二、胎膜与胎盘
(一)胎膜
在胚胎发育的早期,出现胚外体腔,经过胚层复杂的分化,形成胎膜及其与子宫接触联系的胎盘,其功能是通过胚外附属系统为胚胎提供营养,进行代谢,保护胚胎的继续生长发育。是子宫内发育阶段的临时器官。
胎膜主要指卵黄囊、羊膜、尿膜和绒毛膜,最初都是以简单的形式的滋养层出现的,除羊膜外,均和胚盘的形成直接有关。
1. 卵黄囊
卵黄囊是受精卵附植后不久发育形成的。起着原始胎盘的作用,通过它吸取子宫分泌物,供给胎儿生长发育的需要。随着胚胎的发育,卵黄囊逐渐萎缩,最终埋藏在脐带内,成为无机能的残留组织。卵黄囊来源于内中两胚层,内胚层形成卵黄囊壁的内层,中胚层形成囊壁的外层。卵黄囊形成的同时,中胚层出现血岛,血岛内部有幼稚细胞团,其周围的细胞稍偏离中心,形成一层平的血管上皮。幼稚细胞逐渐变圆,产生血红蛋白而呈红色。这种血岛初期为散在,随着发育逐渐结合,形成毛细血管网和发达的血管。卵黄囊的血管 (卵黄血管)通过胚胎的卵黄动脉和卵黄静脉共同构成卵黄循环。卵黄循环是胎儿心脏形成后开始搏动来进行的。血岛中出现的血细胞进入血液循环。
卵黄囊的血岛是胚胎初期的原始造血器官,肝、脾、骨髓、淋巴及胸腺器官形成后,取代了原始造血器官的作用。
犬的卵黄囊从发生到分娩时,在脉络膜内伸长,其前、后端附着在脉络膜内壁上。可以使胎儿在胎膜中心保持悬垂状态,似鸡卵的卵黄附着的 “卵带”作用,以保护胎儿。
2. 羊膜
胚盘形成以后,其腹侧的外胚层和中胚层生出皱褶,向外伸展,然后向胚盘之上隆起,形成皱褶,最后愈合,皱褶的内层和外层分离,内层形成羊膜囊,将胚胎包围起来。羊膜是胎儿最内侧的一层膜,其形状自形成后到分娩前保持原状不变。羊膜外侧覆盖有尿膜,两膜之间有血管分布。羊膜包围脐带形成脐带鞘,在胎儿的脐轮处与胎儿皮肤相接。羊膜囊内有羊水,妊娠初期羊膜液量少,随着胎儿的发育而增加。
羊水清澈透明、无色、粘稠,在妊娠末期可达8~30毫升。羊水的量比尿囊液少得多,初期大约为尿囊液的1/3,妊娠后半期羊水约为尿囊液的1/4。羊水中含有电解质和盐分,整个妊娠期间其浓度很少变化,此外还含有胃蛋白酶、淀粉酶、脂解酶、蛋白质、果糖、脂肪、激素等,并随着妊娠期的不同阶段而变化,目前对其循环和起源还不十分清楚。羊水的成分近似血清过滤液,来源于羊膜上皮或消化液,通过肠道吸收。分娩时羊水带乳白色光泽,稍粘稠,有芳香气味。正常情况下,羊水中含有脱落的皮肤细胞和白细胞。
羊水可以保护胎儿不受到外力的影响,防止胚胎干燥、胚胎组织和羊膜发生粘连,分娩时有助于子宫颈扩张并使胎儿体表及产道润滑,有利于胎儿产出。
3. 绒毛膜
在羊膜发育的同时,滋养层和体中胚层共同形成体壁层,是绒毛膜形成的基础,最终成为胎膜的最外层,包围着整个胚胎和其他胎膜。由于其外面被覆有绒毛故称为绒毛膜。绒毛膜在胎盘的形成上具有重要作用,而且和尿膜的关系甚密切。但是犬的尿膜不与绒毛膜融合形成血管网,而卵黄囊同绒毛膜融合形成卵黄囊-绒毛膜胎盘。
4. 尿膜
尿膜是与脉络膜内侧相连的囊膜。最初由原肠后部(后肠) 翻出胚体外而成,因此犹如卵黄囊一样也是由脏壁层构成。其功能一方面是储存胚胎排出的尿,因而它是胚体外临时的膀胱,并起着和羊膜相似的缓冲保护作用; 另一方面则代替在胚胎早期的卵黄囊的生理机能,由尿膜上的血管分布于绒毛膜,构成胎盘的内层组织。随着尿液的增加,尿囊亦逐渐增大,终于在胚外体腔占居大部分位置,有一部分和羊膜融合而成尿囊羊膜,大多数是和绒毛膜融合形成尿囊绒毛膜。
尿囊液可能来自胎儿的尿液和尿膜上壁的分泌物,或从子宫内吸收而来的。尿囊液起初清澈、透明、水样、琥珀色,含有白蛋白、果糖和尿素。尿囊液在妊娠期间是有很大变化的,犬的变化范围是10~50毫升。
尿囊液有助于分娩初期子宫扩张。子宫收缩时,尿囊也受到压迫即涌向抵抗力小的子宫颈,尿囊也就带着尿囊绒毛膜挤入颈管中,使它扩张开大。偶尔可发生尿水过多,此种情况称为尿囊积水,多数是尿膜血管受阻所致,性腺对尿囊液的容量也有影响。
5. 脐带
脐带是由包着卵黄囊残迹的两个胎囊及卵黄管延伸发育而成,是连接胎儿和胎盘的纽带,其外膜的羊膜,形成羊膜鞘,内含脐动脉、脐静脉、脐尿管、卵黄囊的遗迹和粘液组织。
动脉和静脉各有两条,血管弯转程度不大。脐静脉接近胎儿体时汇合成一条,脐动脉是胎儿下腹动脉的延续。胎儿通过脐动脉把体内循环的无营养静脉血液导入胎盘。脐静脉把在胎盘处与母体进行气体交换的新鲜动脉血运送给胎儿。
脐带的长度一般为犬体长的1/2,很坚韧,不能自然断裂。脐带内的血管肌肉层断裂时可剧烈收缩,因此,脐带被咬断(或切断) 时出血少。初生仔犬腹部残留的脐带断端经数天后,可干燥而自然脱落。
(三) 胎盘
胎盘通常是指胎儿绒毛膜的绒毛和母体子宫粘膜发生联系所形成的一种接合体。故胎盘由两部分组成。胎儿绒毛膜的绒毛部分为胎儿胎盘,子宫粘膜部分为母体胎盘。胎儿的血管和子宫血管分别分布到胎儿胎盘和子宫胎盘上去,并不直接相通,但彼此发生物质交换,从而构成完整的胎盘系统,保证胎儿发育的需要。此外,胎盘也能产生某些激素,而且能使孕体保持在子宫内,以保持胎儿的安全发育。
犬的胎盘在绒毛膜中央呈环状一圈,所以叫带状胎盘。其特征是绒毛膜的绒毛聚合在一起形成一宽带,环绕在卵圆形的尿膜绒毛膜囊的中部 (即赤道区上),子宫内膜也形成相应的带状母体胎盘。带状胎盘有两种: 一种是完全的带状胎盘,另一种是不完全胎盘,犬属于完全带状胎盘。完全带状胎盘在妊娠早期是由卵黄囊形成有功能的绒毛-卵黄胎盘,以及绒毛膜-尿膜在赤道区生长发育,侵入子宫上皮而形成的。因而,紧靠着尿膜中胚层细胞的滋养层细胞与母体子宫内膜毛细血管内皮细胞紧密相贴。卵黄囊是惟一退化器官,漂浮在尿水中; 绒毛膜-尿膜仍然形成一个充满液体的长椭圆形的囊,并带有一个胎盘绒毛带。
胎盘形成初期,胎儿的营养是以子宫粘膜上皮和绒毛上皮间的分泌物为主,由上皮细胞与结缔组织形成母体合体细胞块的崩解物和血液溶解产物对胚胎的发育也具有重要意义。
排卵后第25天 (胎儿体长为1.5厘米以上) 的带状胎盘明显分为两层。内层为胎儿侧胎盘。外层是母体侧胎盘,是由结缔组织覆盖子宫腺层和与其接触的腺上皮、深子宫腺层组成。分娩是胎儿与胎儿胎盘一起娩出,子宫侧的海绵层部分残留。分娩后,子宫侧胎盘的覆盖子宫腺层未吸收的部分,以脱落膜的形式剥离,作为恶露被排出。胎盘剥离后,子宫内面呈环状出血,这是红色恶露的来源。产后恢复期,子宫内膜上皮由腺盲端开始增殖的同时,结缔组织也随着增殖,子宫内膜剥离部被覆盖。此后,胎盘出血痕迹有黑色素沉着,一直到下次发情期仍然存在。
胎盘是维持胎儿生长发育的器官,它的主要功能是气体交换,供给胎儿营养,排泄废物和分泌激素等作用。具体内容为:
1. 气体交换
胎盘的气体交换同肺的气体交换本质是一样的,其不同之处是液体与液体系统进行交换,后者则为气体与液体系统进行交换。胎盘通过扩散进行气体交换来代替胎儿肺的呼吸作用。胎盘血液循环发生障碍,胎儿在子宫内就会窒息。
2. 营养代谢
胎儿所需要的营养物质均需由母体通过胎盘供给。
(1) 水 可以通过胎盘,从母体直接进入胎儿。
(2)氮代谢 胚胎在囊胚期附植过程中,囊胚附着处的子宫上皮发生某种程度的蛋白分解,绒毛膜细胞可以吞噬组织碎片,未经改变的蛋白质可由母体进入胚胎。胎盘形成以后,胎盘是不能输送蛋白质的,胎儿血液中蛋白质的非蛋白氮物质均来自子宫粘膜细胞的分解产物及血浆成分。大部分蛋白质需经绒毛上皮的蛋白分解酶分解成分子量低的氨基酸,并在胎盘中再合成后,才能被吸收。
(3)糖代谢 胎盘能储存糖元,糖元和血糖浓度的高低影响其进入胎盘,胎盘中的糖元是其组织代谢产物,在不同妊娠期糖元含量也不同。胎儿血液中以果糖居多,葡萄糖含量低于母体。
(4)脂肪代谢 胎儿脂肪来自两个途径,一是由胎盘输送,二是从碳水化合物和乙酸合成的游离脂肪酸,以简单的弥散方式进入胎盘。
(5)矿物质代谢 胎儿血浆中的镁主要来源于子宫分泌物,绒毛直接摄取母体血红蛋白所含的铁及含铁色素。随着妊娠期的推进,血红蛋白增加,因而子宫及胎儿的铁含量增多,胎儿肝脏可储存铁,但储存量的多少并不能完全说明铁通过胎盘的数量及其利用率。钙和磷是以逆渗透梯吸收通过胎盘进入胎儿的,并在胎儿血液中保持较高水平,而且随着妊娠期的进展而增加。钠很容易通过胎盘进入胎儿。
(6)维生素和激素 维生素B2和维生素C很容易通过胎盘。脐静脉中维生素C的浓度高于脐动脉。胎儿血中维生素B2的浓度高于母血。维生素A、维生素D和维生素E都难以通过胎盘,所以脐血中这些维生素的浓度较低。
3. 排泄废物
胎儿的代谢产物如尿酸、肌酐等是由胎盘经母体血液排除的。
4. 防御作用
母体可经胎盘使胎儿对某些疾病有被动免疫力,一般细菌病原体是不能通过胎盘的。但是某些病原可在胎盘上先形成病灶,然后再进入胎体。
5. 内分泌作用
胎盘可产生雌激素、孕激素,母体内的雌激素、孕激素早期是由卵巢分泌的,以后则由胎盘代替而成为维持妊娠及胎儿发育的主要激素。
6. 药物渗透作用
某些药物可通过胎盘进入胎体,如镇静剂、吸入性麻醉剂、抗生素等,因此在妊娠期对母体应谨慎选用药物。
三、胎儿的发育
胎儿是由囊胚的内细胞团分化发育起来的。囊胚胚盘的细胞分为三层:最内层为内胚层,由此将形成肠道的衬里及其腺体和膀胱; 最外层是外胚层,在发育的初期,沿胚盘的中轴形成一长嵴,即神经外胚层,继而发育为肾上腺髓质、脑和脊髓,以及神经系统的所有其他衍生组织,如乳腺和其他皮肤腺、蹄爪、毛发及眼的晶体等; 中间为中胚层,由此将形成结缔组织、脉管系统、骨骼、肌肉和肾上腺皮质。原始的生殖细胞可能来源于中胚层和外胚层,这两种来源都有其证据。
胚胎的体节是由体壁中胚层发育而来的,体节分化成三区,由此再形成胎儿的不同部分。第一部分形成脊椎,将神经管封入其中,第二区靠近神经管上部,形成骨骼肌,第三部分是体节的下部,形成皮肤的结缔组织。
犬的妊娠期是58~63天,受精卵着床之后,胎儿生长发育到出生的时间为40~55天。在这么短的时间内完成个体发育,可见胎儿发育速度非常快。一般表示胎儿生长发育程度的方法有两种,一种是以胎儿的体重来表示,另一种是以胎儿的体长来表示。由于妊娠各阶段影响胎儿体重的因素较多,因而,多以体长来衡量胎儿的发育状况。表1-7-1为德国牧羊犬不同胎龄的胎儿体长变化情况。
表1-7-1 胎龄与胎儿体长
胎龄(周) | 胎儿体长(厘米) |
18日 | 0.4 |
3 | 0.7~1.0 |
4 | 1.0~3.0 |
6 | 4.4~4.7 |
7 | 12.0~13.0 |
8 | 16.0~21.0 |