Die erste Woche der Entwicklung des Embryos (präembryonale Periode) umfasst die Vorgänge, die von der Befruchtung der Eizelle bis zur Einnistung des Embryos erfolgen. Beim Eisprung (Ovulation) wird die reife Eizelle in die Eileiterampulle (Ampulla tubae uterinae) freigesetzt. Dort kann sie durch Spermien befruchtet werden, die auf dem Weg zur Eizelle weiter reifen. Nach der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle entsteht eine diploide Zygote, die sofort beginnt, sich zu teilen. Nachdem die beiden Zellschichten des Keims in einen Embryoblasten und Trophoblasten differenziert vorliegen schlüpft die Blastozyste aus der Zona pellucida und die Einnistung des Keims in die Uterusschleimhaut erfolgt um den 5.- 6. Tag.
Präembryonale Periode:
Nach dem Eisprung (Ovulation) wird die reife und befruchtungsfähige Eizelle in die Ampulla Tubae uterinae (Eileiterampulle) freigesetzt. In dieser kann sie von einem reifen Spermium (Spermatozoon) befruchtet werden. In der Präimplantationsphase wandert die befruchtete Eizelle in die Gebärmutterhöhle, wo die Implantation um den 6. Entwicklungstag herum stattfindet.
Im Folgenden sind die einzelnen Schritte im Detail dargestellt:
Kohabitation: Beim Geschlechtsverkehr (Kohabitation) gelangen ca. 200-600 Millionen Spermien in die Vagina und wandern durch den Uterus in die Eileiter. Auf dem Weg sterben viele Spermien ab.
Kapazitation: Die wenigen Spermien, die überlebt haben, steigen in die Eileiterampulle auf und reifen dort. Dieser Reifungsprozess wird als Kapazitation bezeichnet und umfasst die Destabilisierung der Zellmembran über dem Akrosom. Das Spermium und die Eizelle können so besser binden. Die Kapazitation wird durch das Peptid FFP (Fertilization Promoting Peptide) ermöglicht. Dieses liegt im Sperma in hohen Konzentrationen vor. Durch die Vermischung des Ejakulats mit den Vaginalsekreten und dem sinkenden pH-Wert erreicht das FFP eine optimale Konzentration, die die Kapazitation ermöglicht.
Im Zeitraum von 6-24 Stunden nach dem Eisprung ist eine Eizelle befruchtungsfähig.
Konzeption: Zur Befruchtung (Konzeption) kommt es, wenn ein Spermium innerhalb der befruchtungsfähigen Zeit auf eine Eizelle trifft. Dies erfolgt in der Regel in der Ampulle der Tuba uterina. Nur funktionell reife Spermien können in die Corona radiata (Schicht aus Granulosazellen, die die Eizelle wie ein Ring umgibt) eindringen.
Akrosomreaktion (Imprägnation): Die Eizelle ist von schützenden Schichten, der Corona radiata, die aus Granulosazellen besteht und der Zona pellucida, umgeben. Da der reine Spermien-Geißelschlag nicht ausreicht, um die Schichten zu durchdringen, setzt das Spermium verschiedene Enzyme (z.B. Hyaluronidase) frei, um die Corona radiata zu durchdringen.
Sobald das Spermium die Zona pellucida der Eizelle erreicht, findet die Akrosomreaktion statt. Das Akrosom ist eine enzymhaltige Blase im Kopf des Spermiums und setzt bei Kontakt mit den Glykoproteinen der Zona pellucida Enzyme frei. Die Enzyme ermöglichen es dem Spermium, die Zona pellucida zu durchdringen und den perivitellinen Raum zu erreichen, der sich zwischen der Zona pellucida und der Eizellmembran befindet.
Das Spermium bindet an die Eizellmembran und die Membranen beider Zellen verschmelzen. Das genetische Material des Spermiums kann somit in das Zytoplasma der Eizelle eintreten.
Die Befruchtung wird vervollständigt, wenn die männlichen und weiblichen genetischen Materialien in der Eizelle verschmelzen und eine Zygote bilden.
Die Zygote (= befruchtete Eizelle) ist das Ergebnis der Befruchtung.
Reaktion der Eizelle auf die Imprägnation: Nach der Verschmelzung des ersten Spermiums mit der Eizelle werden rasche Veränderungen in der Zona pellucida ausgelöst, die das Eindringen weiterer Spermien verhindern (Polyspermie-Block). Dies stellt sicher, dass nur ein Spermium die Eizelle befruchtet. Durch die Andockung der Spermien werden Ionenkanäle aktiviert, die eine rasche Depolarisation auslösen und somit kurzfristig das Eindringen weiterer Spermien verhindern. In der kortikalen Zone der Eizelle befinden sich unter der Plasmamembran Granula. Der Inhalt der Granula wird bei der Repolarisation calcium-induziert in den Raum zwischen der Eizelle und der Zona pellucida abgegeben. Die Zona pellucida verändert hierdurch ihre Struktur. Sie wird für weitere Spermien undurchlässig.
Verschmelzung der genetischen Materialien des Spermiums und der Eizelle: Damit die genetischen Materialien des Spermiums und der Eizelle verschmelzen können, muss zunächst die zweite Reifeteilung der Meiose der Eizelle beendet werden. Die Meiose ist eine spezielle Form der Zellteilung, die in den Keimzellen (Eizellen und Spermien) stattfindet. Ihre Hauptfunktion ist die Produktion von Gameten (Geschlechtszellen) mit einem halbierten, also haploiden Chromosomensatz. Dies ist entscheidend, da es sicherstellt, dass bei der Befruchtung, wenn sich Eizelle und Spermium vereinen, die normale diploide Chromosomenanzahl wiederhergestellt wird. Weiterhin fördert dies die genetische Vielfalt. (Für die Grundlagen der Meiose siehe Biologie) Bei der Meiose der Eizelle entstehen drei Polkörperchen. Sie sind quasi „Nebenprodukte“, die im Verlauf meistens degenerieren.
In der Eizelle: Vor der Befruchtung befindet sich die Eizelle in der Metaphase II der Meiose II. Sie hat bereits die Meiose I abgeschlossen, aber die Meiose II wird erst nach dem Eindringen eines Spermiums vollendet. Somit ist das genetische Material in der Eizelle haploid, aber die Chromosomen bestehen noch aus zwei Schwesterchromatiden.
Im Spermium: Spermien haben bereits beide meiotischen Teilungen abgeschlossen und sind vollständig haploid, d.h., sie enthalten nur einen einzelnen Satz von Chromosomen, ohne Schwesterchromatiden. Jedes Spermium trägt somit die Hälfte des genetischen Materials, das zur Bildung eines neuen Organismus erforderlich ist.
Beendigung der 2. Reifeteilung der Meiose: Wenn ein Spermium in die Eizelle eindringt wird die zweite Reifeteilung (Meiose II) der Eizelle beendet. Während der zweiten Reifeteilung werden die Schwesterchromatiden, die in der ersten Reifeteilung getrennt wurden, auf zwei Tochterzellen aufgeteilt. Das Ergebnis ist die Bildung von einem weiteren Polkörperchen und der reifen Eizelle.
Die reife Eizelle, jetzt mit einem haploiden Chromosomensatz (23 Chromosomen), bildet den weiblichen Vorkern. Dieser Vorkern enthält das genetische Material der Mutter. Schließlich verschmelzen der männliche Vorkern (eingebracht vom Spermium) und der weibliche Vorkern, was zur Bildung einer Zygote führt. Diese Zygote enthält nun die vollständige Anzahl von 46 Chromosomen, die Hälfte von der Mutter und die andere Hälfte vom Vater.
Nach der Befruchtung der Eizelle durch ein Spermium beim Menschen erfolgen mehrere Schritte bis zur Einnistung des Embryos in die Gebärmutterschleimhaut. Dieser Prozess umfasst mehrere Phasen:
Zygotenbildung: Die Befruchtung führt zur Verschmelzung der genetischen Materialien von Eizelle und Spermium, wodurch eine Zygote entsteht. Diese Zygote enthält wie zuvor dargestellt einen kompletten diploiden Satz von Chromosomen, die Hälfte des genetischen Materials stammt je von der Mutter und dem Vater.
Erste Zellteilungen: Die Zygote beginnt sich durch Mitose zu teilen, ein Prozess, der als Furchung bezeichnet wird. Diese ersten Zellteilungen erhöhen die Zellzahl, ohne dass die Gesamtgröße des Embryos zunimmt. Die resultierenden Zellen werden Blastomeren genannt.
Morula-Stadium: Nach mehreren Teilungen besteht der Embryo aus einer Kugel aus Zellen, die als Morula bezeichnet wird. Dies geschieht etwa drei bis vier Tage nach der Befruchtung. Die Morula bewegt sich durch den Eileiter in Richtung Gebärmutter.
Blastozystenbildung: Etwa am fünften Tag entwickelt sich die Morula zur Blastozyste. Die Blastozyste ist eine hohle
Struktur, die aus einer äußeren Zellschicht, dem Trophoblasten, und einer inneren Zellmasse besteht. Der Trophoblast wird später die Plazenta und die den Embryo umgebenden Membranen bilden. Die innere Zellmasse wird zum eigentlichen Embryo.
Hatching: Die Blastozyste "schlüpft" aus der umgebenden Zona pellucida, die die Eizelle bis zu diesem Zeitpunkt umgeben hat. Dieser Prozess wird als Hatching bezeichnet und ist notwendig, damit die Blastozyste sich in die Gebärmutterschleimhaut einnisten kann.
Einnistung (Implantation/Nidation):
Zwischen dem sechsten und zehnten Tag nach der Befruchtung nistet sich die Blastozyste in die Gebärmutterschleimhaut ein. Die Einnistung beginnt mit der Anheftung des Trophoblasten an das Endometrium und führt zur Invasion in die Schleimhaut. Während dieses Prozesses kommt es zu wechselseitigen biochemischen Interaktionen zwischen der Blastozyste und dem Endometrium, die für eine erfolgreiche Implantation entscheidend sind. Durch den Kontakt zwischen dem Endometrium und dem Trophoblasten differenziert sich der Trophoblast in den außen gelegenen Synzitiotrophoblasten und den innen gelegenen Zytotrophoblasten.
Plazentaentwicklung:
Nach der Einnistung entwickelt sich der Trophoblast weiter zur Plazenta. Sie besteht aus Zotten, die in das Endometrium der Mutter eindringen, wodurch eine enge Verbindung zwischen dem mütterlichen und fötalen Blutkreislauf entsteht. Die Zotten maximieren die Kontaktfläche zwischen mütterlichem und embryonalem Blut. Die Plazenta ist durch die Nabelschnur mit dem Fötus verbunden.
Funktionen der Plazenta:
- Austausch von Nährstoffen und Blutgasen: Die Plazenta ermöglicht den Transfer von Sauerstoff und Nährstoffen vom mütterlichen Blut zum Fötus und den Abtransport von Abfallstoffen wie Kohlenstoffdioxid vom Fötus zur Mutter.
- Endokrine Funktion: Sie produziert wichtige Hormone wie das humane Choriongonadotropin (hCG), Progesteron, und Östrogene, die für die Aufrechterhaltung der Schwangerschaft und die Entwicklung des Fötus notwendig sind.
- Immunologischer Schutz: Die Plazenta fungiert als Barriere, die den Fötus vor bestimmten Infektionen schützt, während sie gleichzeitig einige Antikörper von der Mutter zum Fötus transportiert und so zur Immunität des Neugeborenen beiträgt. Die Plazenta trägt zur Immuntoleranz bei. Sie verhindert, dass das mütterliche Immunsystem den genetisch unterschiedlichen Fetus abstößt.
Aufbau der Plazentaschranke:
- Mikroskopische Struktur: Die Plazentaschranke besteht aus mehreren Schichten, einschließlich der Endothelzellen der fetalen Blutgefäße und deren Basallamina, des Bindegewebes des Chorionzottenstromas, der Basallamina des Trophoblasten, ggf. der Zytotrophoblasten und der Synzytiotrophoblasten, die die äußere Schicht der Zotten bilden.
- Selektive Permeabilität: Diese Schichten ermöglichen einen selektiven Austausch von Substanzen, während sie eine direkte Blutmischung zwischen Mutter und Embryo verhindern.
Austausch von Gasen und Nährstoffen:
- Sauerstoff und Kohlendioxid: Sauerstoff diffundiert aus dem mütterlichen Blut in das Blut des Embryos, während Kohlendioxid in die entgegengesetzte Richtung abgegeben wird. Dies erfolgt durch passive Diffusion.
- Nährstoffe: Glucose, Aminosäuren, Fettsäuren, Vitamine und Mineralien werden aktiv oder passiv aus dem mütterlichen Kreislauf in den fetalen Kreislauf transportiert.
- Abfallprodukte: Metabolische Abfallprodukte des Fetus, wie Harnstoff und Kreatinin, diffundieren in das mütterliche Blut zur Entsorgung.
Transfersystem:
- Aktiver Transport: Einige Substanzen, wie Aminosäuren, Peptide, Hormone, Fettsäuren, Vitamine und anorganische Ionen, benötigen spezifische Transportmechanismen, um die Plazentaschranke zu überwinden.
- Endozytose und Exozytose: Größere Moleküle wie Antikörper werden durch eine Endozytose und Exozytose transportiert.
Entwicklung und Anpassung:
- Anpassung der Durchblutung: Die Plazenta reguliert aktiv ihre eigene Durchblutung, um den sich ändernden Bedarf an Nährstoffen und Sauerstoff des wachsenden Fetus zu decken. Im Verlauf der Schwangerschaft wächst sie und entwickelt eine größere Oberfläche, um mehr Stoffe und Blutgase austauschen zu können.
Frühe Entwicklung:
Befruchtung: Beginnt mit der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle.
Zellteilung: Es folgen mehrere Zellteilungen, die zur Bildung eines mehrzelligen Embryos führen.
Embryonalphase (bis zur 8. Woche):
Organentwicklung: In diesem Stadium beginnt die Entwicklung der grundlegenden Organsysteme.
Neuralrohrbildung: Für das Nervensystem entscheidend.
Fötale Phase (ab der 9. Woche bis zur Geburt):
Wachstum und Reifung: Die Organe wie Lungen, das Gehirn und andere lebenswichtige Organe reifen weiter, und das Wachstum beschleunigt sich.
Funktionelle Entwicklung: Beinhaltet die Entwicklung der Lungen, des Gehirns und anderer lebenswichtiger Organe.
Ein Fötus gilt in der Regel ab der 24. Schwangerschaftswoche als potenziell lebensfähig außerhalb des Uterus, da zu diesem Zeitpunkt die Lungen und andere lebenswichtige Organsysteme ein Maß an Reife erreicht haben, das ein Überleben mit intensivmedizinischer Unterstützung ermöglicht.
Die Embryonalzeit reicht von der Befruchtung der Eizelle bis zur 8. Woche. Die Fetalzeit geht von der 9. Woche bis zur Geburt. Die Schwangerschaftszeit beträgt in der Regel um die 40 Schwangerschaftswochen. Da der genaue Zeitpunkt der Befruchtung unbekannt ist, werden die Schwangerschaftswochen ab dem ersten Tag der letzten Regelblutung gezählt. Dieser liegt ca. 14-16 Tage vor der Befruchtung.
Physiologischer Ablauf der Geburt:
Wehenbeginn:
Regulierung durch Hormone:
- Östrogen: Im Laufe der Schwangerschaft steigt die Östrogenkonzentration an. Östrogen fördert die Reifung des Uterus und erhöht seine Empfindlichkeit gegenüber anderen geburtsfördernden Hormonen wie Oxytocin.
- Progesteron: Progesteron hält während der Schwangerschaft die Uterusmuskulatur entspannt. Vor der Geburt sinkt der Progesteronspiegel, was zur Aktivierung der Uterusmuskulatur beiträgt.
- Wehenauslösung: Oxytocin spielt eine Schlüsselrolle bei der Einleitung der Wehen. Während der Geburt verstärkt Oxytocin die Uteruskontraktionen, was wiederum eine positive Rückkopplung auf die Oxytocinausschüttung bewirkt und diese bis zur Geburt weiter erhöht.
- Prostaglandine: Prostaglandine helfen bei der Reifung des Gebärmutterhalses (Zervixreifung) und verstärken die Uteruskontraktionen. Sie spielen ebenfalls eine Rolle bei der Einleitung der Wehen. Ihre Ausschüttung wird durch Oxytocin stimuliert.
- Lockerung des Beckens: Relaxin, das hauptsächlich von der Plazenta und den Ovarien produziert wird, hilft, das Becken und den Gebärmutterhals für die Geburt zu lockern und zu erweitern.
- Corticotropin-releasing Hormon (CRH): Es wird vermutet, dass CRH, das auch von der Plazenta produziert wird, den Geburtsprozess beeinflussen kann.
Uteruskontraktionen: Das Myometrium des Uterus besteht aus glatten Muskelzellen, die durch ein Aktionspotenzial und eine Erhöhung der Calcium-Konzentration kontrahieren können. Durch verschiedene Hormone werden Kontraktionen des Uterus ausgelöst, um den Geburtsprozess zu initiieren und fortzusetzen. Im Verlauf des Geburtsprozesses verändert sich die Häufigkeit und Intensität der Wehen.
Eröffnungsperiode:
Eröffnung des Muttermundes: Der Muttermund weitet sich allmählich auf ca. 10 cm. Die Fruchtblase kann während dieser Phase platzen.
Austreibungsperiode:
Durchtritt durch den Geburtskanal: Das Baby tritt durch den Geburtskanal. Die Austreibungsphase endet mit der vollständigen Geburt des Kindes.
Nachgeburtsperiode:
Ausstoßung der Plazenta: Nach der Geburt des Kindes folgt die Ausstoßung der Plazenta.
Rückbildung des Uterus: Der Uterus beginnt sich zu verkleinern und in seinen vorherigen Zustand zurückzukehren.
