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HISTOLOGIA E EMBRIOLOGIA AULA 2 Prof.ª Fernanda Eliza Toscani Burigo 2 CONVERSA INICIAL Etapas do desenvolvimento embrionário Embora extraordinária e de grande complexidade, a fecundação é apenas o passo inicial do desenvolvimento embrionário. De seu resultado – a célula-ovo ou zigoto – formar-se-á um organismo pluricelular. Em todas as espécies animais conhecidas, a embriogênese tem início após um evento denominado segmentação ou clivagem, caracterizado por divisões mitóticas sucessivas da célula-ovo. Poderemos perceber que os padrões de clivagem se diferenciam de acordo com o tipo de célula-ovo em questão, principalmente influenciado pela quantidade e distribuição de vitelo no citoplasma. Após essa importante etapa, formam-se a mórula e blástula, as quais evoluirão para a estrutura da gástrula, caracterizando o processo denominado de gastrulação; nele, importantes episódios ocorrem, como a formação dos folhetos embrionários, do início do tubo digestório e do celoma (quando é o caso). Cada um desses acontecimentos será detalhado nos temas que se seguem. Por fim, tem-se a neurulação, episódio marcante principalmente para os cordados, cujo tubo neural e cuja notocorda diferenciam-se nas estruturas do sistema nervoso e da coluna vertebral, respectivamente. Nessa etapa, ocorre a formação dos órgãos, em um evento denominado organogênese, durante o qual acontece a ativação e a inativação de genes específicos. Por último, mas não menos importante, abordaremos a formação dos anexos embrionários, indicando suas funções, importância e ocorrência nos diferentes grupos animais. Ainda daremos ênfase, em nossos estudos, ao desenvolvimento embrionário humano. São objetivos desta aula: Geral: diferenciar as diferentes etapas do desenvolvimento embrionário e a importância destas para o desenvolvimento morfofisiológico saudável. Específicos: • Reconhecer as etapas da clivagem e formação da mórula; • Diferenciar, estruturalmente, blástula de gástrula; • Identificar as estruturas da nêurula e a formação do sistema nervoso; 3 • Diferenciar os folhetos embrionários e conhecer o papel que estes exercem na formação dos tecidos adultos; • Pesquisar o perigo do uso de medicamentos e drogas no período gestacional. TEMA 1 – CLIVAGEM OU SEGMENTAÇÃO Logo após a formação do zigoto, inicia-se uma série de mitoses consecutivas – que caracterizam a fase de clivagem, resultando em um rápido aumento da quantidade de células (hiperplasia), que se agregam em um compacto e maciço celular, cujas células são menores e denominadas de blastômeros. Tal estrutura lembra uma amora (fruto), sendo denominada de mórula (Figura 1). Figura 1 – Estrutura da mórula Crédito: NOBEASTSOFIERCE/SHUTTERSTOCK Tais acontecimentos ocorrem ainda na tuba uterina, local da fecundação. No entanto, é importante ressaltar que a clivagem pode ocorrer de formas diferentes, dependendo do animal e do tipo de óvulo (ou ovo, referindo-se à célula-ovo) que produz, o qual pode ser classificado de quatro formas principais, de acordo com a quantidade e distribuição de vitelo (substância nutritiva, constituída por gotículas de lipídios) no citoplasma. São eles: a) Ovo oligolécito (Fig. 2) – são óvulos pequenos, que possuem pouco vitelo, distribuído de forma homogênea por todo o ovo. Ocorrem nos poríferos, equinodermos e mamíferos. 4 b) Ovo telolécito incompleto ou heterolécito (Fig. 3) – óvulos com quantidade mediana de vitelo, distribuído de forma desigual: forma o polo animal (P.A. = divisões mitóticas rápidas, formará o embrião) e o polo vegetativo (P. V. = reserva de vitelo, divisões mitóticas lentas). Ocorrem nos anelídeos, moluscos, alguns peixes e anfíbios. c) Ovo telolécito completo ou megalécito (Fig. 4) – são óvulos grandes, com grande quantidade de vitelo, distribuído de forma heterogênea. Também forma o polo animal e o polo vegetativo. Ocorrem nos répteis, aves e mamíferos ovíparos. d) Ovo centrolécito (Fig. 5) – óvulos pequenos, com vitelo distribuído na porção central do ovo. Ocorrem nos artrópodes, como insetos, crustáceos e aracnídeos. Figura 2 – Ovo oligolécito Figura 3 – Ovo heterolécito Figura 4 – Ovo megalécito Figura 5 – Ovo centrolécito 5 Conforme citado anteriormente, cada tipo de ovo sofre um tipo distinto de segmentação, a qual pode ser classificada em: a) Holoblástica – quando todo o ovo se divide (holos = total). Pode gerar células de mesmo tamanho e proporções, os blastômeros, caracterizando a segmentação holoblástica igual (Fig. 6), presente nos ovos oligolécitos. Também pode originar células de diferentes tamanhos, devido a uma divisão desproporcional, formando os micrômeros (oriundos da divisão do P. A.) e macrômeros (formados a partir da divisão do P. V.). Neste caso, a clivagem é holoblástica desigual (Fig. 7), visível nos ovos heterolécitos. Figura 6 – Segmentação holoblástica igual Figura 7 – Segmentação holoblástica desigual Holoblástica igual = BLASTÔMEROS (ovo oligolécito – Ovo M ór ul Holoblástica desigual = MICRÔMEROS E MACRÔMEROS = (ovo hoterolécito – anfíbio) Ovo (2n) Mórula 6 b) Meroblástica – Nesse tipo de segmentação, somente o polo animal se divide, sendo, portanto, uma segmentação parcial (meros = parcial). Quando o P. A. se divide, formando um pequeno disco sobre o polo vegetativo, denomina-se segmentação meroblástica discoidal (Fig. 8), sendo característica dos ovos megalécitos. Já nos ovos centrolécitos, a divisão ocorre no polo animal, gerando uma camada de células que se sobrepõe ao vitelo de forma superficial, caracterizando a clivagem meroblástica superficial (Fig. 9). Figura 8 – Segmentação meroblástica discoidal Figura 9 – Segmentação meroblástica superficial Meroblástica discoidal = só PA se divide (ovo telolécito – Répteis e aves) Ovo (2n) Mórula Ovo (2n) Mórula 7 Após o período de clivagem – cerca de quatro dias após a fecundação – a mórula chega ao útero e um pouco do fluido presente na cavidade uterina começa a penetrar pelos espaços intercelulares do maciço celular. A partir de então, formar-se-á a blástula (ou blastocisto nos embriões humanos - Figura 10). Figura 10 – Processo de clivagem até a formação do blastocisto Crédito: TIMONINA/SHUTTERSTOCK TEMA 2 – BLASTULAÇÃO E GASTRULAÇÃO No quinto dia após a fertilização, forma-se a blástula, estrutura composta por uma camada de células, a blastoderme, e por uma cavidade preenchida por fluido, a blastocele. Nos embriões humanos, a blástula se chama blastocisto e, à medida que a quantidade de líquido aumenta na blastocele, são separadas as camadas celulares em duas porções: o trofoblasto e o embrioblasto (Figura 11). O trofoblasto é a camada de células que reveste o embrião e que dará origem à placenta, promovendo a implantação do blastocisto na parede uterina. Já o embrioblasto constitui-se por blastômeros responsáveis pela origem do embrião; tais células são denominadas células-tronco embrionárias e, por serem pluripotentes, têm capacidade de formar qualquer tipo celular. De acordo com Sadler (2017), no trofoblasto ocorre modificação nas camadas externa e interna (sinciciotrofoblasto e citotrofoblasto respectivamente). O sinciciotrofoblasto secreta enzimas responsáveis por abrir uma extensão nas células do endométrio e nutrir o embrião e é responsável pela secreção do hormônio gonadotrofina coriônica humana (HCG), que inibe a 8 descamação do endométrio e uma nova ovulação; os níveis desse hormônio são utilizados para os testes de gravidez. Já na camada mais interna, o citotrofoblasto, o endométrio que nesse tempo cobre o embrião, forma vilosidades do córion que origina a placenta. Contínuas transformações também ocorrem no embrioblasto, que seconstitui em uma placa bilaminar, composta por duas camadas de células: o hipoblasto (que tem função na formação do saco vitelínico e da alantoide) e o epiblasto (responsável por participar na formação do embrião e do âmnio). Por volta do sétimo dia após a fertilização, o zigoto já passou pelos estágios de mórula e de blastocisto, e teve início a implantação na mucosa uterina, que perdurará por mais alguns dias (Figura 12). Figura 11 – Estrutura do blastocisto Crédito: DESIGNUA/SHUTTERSTOCK Figura 12 – Da fecundação à implantação do blastocisto Crédito: UDAIX/SHUTTERSTOCK 9 Assim, em torno da terceira semana de gestação inicia-se uma nova fase: a gastrulação. Nesta etapa, alguns eventos marcantes para a formação do embrião são observados. Dentre eles, o desenvolvimento de um disco embrionário trilaminar – a gástrula, responsável por formar os folhetos embrionários, caracterizado por células germinativas, que irão formar os mais variados tecidos do embrião (Figura 13). Os folhetos embrionários ou germinativos são: ectoderme, endoderme e mesoderme. Sabe-se que a invaginação de células desloca o hipoblasto, criando o endoderma embrionário, e outras ficam entre o endoderma recém-criado e o epiblasto, originando o mesoderma embrionário; as células que permanecem no epiblasto dão origem ao ectoderma, sendo o epiblasto a fonte de todas as células germinativas, ou seja, dele se formarão todas as estruturas do embrião. Os animais que só possuem dois folhetos (ectoderme e endoderme) são denominados diblásticos – é o caso dos cnidários, exclusivamente. Já os outros animais possuem os três folhetos, sendo denominados de triblásticos. A ectoderme é responsável pela formação do tecido epitelial de revestimento e seus anexos, como unhas e cabelos, pela formação das glândulas e do sistema nervoso. A mesoderme, por sua vez, forma o tecido conjuntivo (nos seus diferentes tipos), músculos, rins e medula óssea. Por fim, a endoderme dá origem ao pâncreas, fígado, revestimento do sistema digestório e genito-urinário e do trato respiratório, incluindo os pulmões. Figura 13 – Ectoderme, endoderme e mesoderme Crédito: VECTORMINE/SHUTTERSTOCK 10 Além disso, na gastrulação ocorre a invaginação da blastoderme, reduzindo a blastocele e originando uma nova cavidade, o arquêntero – o intestino primitivo do animal – e um pequeno orifício – o blastóporo – que dará origem à boca ou ao ânus (Figura 14). No primeiro caso, são chamados protostômios e incluem os grupos de cnidários a artrópodes; no segundo caso, denominam-se deuterostômios e incluem os equinodermos e todos os cordados. Figura 14 – Formação do arquêntero e do blastóporo A redução da blastocele leva à formação de uma cavidade completamente revestida pela mesoderme, que circunda o arquêntero e se preenche de fluido, cuja função é alojar e permitir o desenvolvimento dos órgãos, protegendo-os de impactos: o celoma. O desenvolvimento deste constituiu um acontecimento importante para o desenvolvimento da estrutura corporal dos animais, contribuindo para um aumento das dimensões e, sobretudo, da complexidade estrutural, embora não esteja presente em todos os animais – os celomados compreendem os grupos tomando como base os moluscos. Resumidamente, pode ser formado por dois processos: esquizocélico e enterocélico. No primeiro, o celoma se forma por separação das porções de mesoderme formadas de células na região do blastóporo, ao passo que no segundo se forma das "bolsas" existentes no arquêntero, quando da separação inicial da mesoderme da endoderme. Estas bolsas se soltam, posteriormente, e tornam-se os compartimentos celômicos (Figura 15). 11 Figura 15 – Formação do celoma pelos processos esquizocélico (A) e enterocélico (B) Fonte: . Acesso em: 26 jul. 2019. Ao final desse estágio, o embrião está preparado para a formação dos primeiros órgãos. TEMA 3 – NEURULAÇÃO A interação entre os folhetos embrionários, em especial entre a mesoderme e a ectoderme que a recobre, pode ser caracterizada como uma das interações mais importantes de todo o desenvolvimento, pois dá início a um evento singular para o embrião: a organogênese, ou seja, a criação de tecidos e órgãos específicos, a qual se estende da terceira à oitava semana. Em tal interação, a mesoderme induz a ectoderme acima dela a se desenvolver em um tubo oco, o tubo neural, que se diferenciará em cérebro e medula espinhal (Figura 16). Caso o tubo neural não se feche completamente, pode provocar má formação, dentre elas a anencefalia (Figura 17) e a espinha bífida. 12 Figura 16 – Formação do tubo neural Crédito: VASILISA TSOY/SHUTTERSTOCK Figura 17 – Anencefalia Crédito: MEDICAL ART INCQ/SHUTTERSTOCK A formação desse tubo marca uma nova fase, a neurulação, caracterizada pela formação do tubo neural e da notocorda, bastão dorsal flexível, que constitui o eixo de sustentação dos protocordados e vertebrados, e, 13 para estes últimos se desenvolve em coluna vertebral. Nesta etapa, o embrião é chamado de nêurula (Figura 18). Figura 18 – Estrutura da nêurula Fonte: . Acesso em: 26 jul. 2019. O ectoderma embrionário dá origem à placa neural, que se espessa e se desloca para cima a fim de formar as pregas neurais – as quais se fundem e formam o tubo neural; enquanto isso, um sulco em forma de U surge no centro da placa, dividindo os futuros lados direito e esquerdo do embrião: é o sulco neural. Por fim, as células da porção mais dorsal do tubo neural se transformam nas células da crista neural, as quais darão origem às células pigmentares e às células do sistema nervoso periférico, como dos gânglios nervosos e também às meninges. A ectoderma superficial dará origem à epiderme e seus anexos e epitélios sensoriais. O mesoderma de um embrião pode ser dividido em sub-regiões, dentre as quais se destaca a que forma os somitos, blocos individualizados de células, responsáveis pela formação dos tecidos de sustentação do corpo, tais como cartilagem, osso, músculos e derme (Figura 19). O número total de somitos formados é característico para cada espécie, e é o melhor indicador da idade do embrião tomando como base a contagem daqueles. Por exemplo: um embrião com 20 dias possui entre 1 e 4 somitos, ao passo que um embrião com 30 dias possui entre 34 e 35 somitos. Ainda, a mesoderme é responsável pela formação do sistema vascular e urogenital (exceto bexiga) e baço. 14 Por fim, a endoderme tem por função o revestimento dos tratos digestório, respiratório e genito-urinário. Forma também pâncreas, fígado, tireoide e paratireoides. Com cerca de sessenta dias o embrião já está praticamente formado. Até o final da gestação irá praticamente crescer e se desenvolver; por isso a importância dos cuidados no primeiro trimestre de gestação. Importante ressaltar que a diferenciação tecidual e orgânica ocorre no sentido cefalocaudal. Além disso, a diferenciação dos eixos corporais (como a formação da cabeça), a lateralidade, dentre outros eventos marcantes dessa fase são regulados por uma cascata de moléculas e de genes sinalizadores. Figura 19 – Estrutura e formação dos somitos Cortes de um embrião de 23 dias. A – esquema de uma vista dorsal evidenciando o tubo neural, somitos e neuroporos anterior e posterior. B – Vista dorsal do embrião. C – Microscopia eletrônica de varredura da região dorsal do embrião. O ectoderma foi parcialmente removido para a visualização das estruturas. Imagem C modificada por Fátima Brito. Fonte: Sadler, 2017. Enquanto isso, o trofoblasto progride rapidamente; a formação de capilares que se conectam entre si constitui o sistema viloso, que já está disponível a fornecer nutrientese oxigênio ao embrião. TEMA 4 – ANEXOS EMBRIONÁRIOS Anexos embrionários são estruturas derivadas dos folhetos germinativos, mas que não pertencem ao corpo do embrião. Nos tópicos anteriores já mencionamos uma breve formação dos principais anexos, agora detalharemos um pouco mais, destacando suas funções para o embrião e grupos de 15 ocorrência. Em nosso estudo iremos abordar: vesícula vitelínica, âmnio, córion, alantoide e a placenta (Figura 20). Figura 20 – Anexos embrionários Fonte: . Acesso em: 26 jul. 2019. a) Vesícula vitelínica: tem início nas células do hipoblasto; pela diferenciação da mesoderme e do tubo neural forma-se uma membrana que envolve o vitelo, compondo o saco ou vesícula vitelínica, ligada ao intestino do embrião. Conforme o embrião cresce, a reserva de vitelo vai sendo consumida, reduzindo-se, até desaparecer. Esse anexo é bem desenvolvido em peixes (único anexo desses animais), répteis e aves, mas não nos mamíferos, uma vez que estes apresentam ovo pobre em vitelo; para estes, a vesícula não tem papel significativo na nutrição, mas na formação das primeiras hemácias. Nos anfíbios, a vesícula não segue o padrão, embora presente. b) Âmnio: origina-se das células do epiblasto, desenvolvendo uma membrana que reveste completamente o embrião, preenchendo a cavidade com um líquido – o líquido amniótico. Sua principal função é o amortecimento de impactos (choque mecânico) e o impedimento da dessecação (desidratação) do embrião. Aves e répteis absorvem praticamente todo o líquido até o final de seu desenvolvimento; nos mamíferos, a ruptura da bolsa é um indicativo da proximidade do parto. c) Córion: inicia sua formação pelo trofoblasto (citotrofoblasto), que também dará origem à placenta nos mamíferos. É uma membrana mais externa, que reveste o embrião e todos os outros anexos. Localiza-se logo abaixo 16 da casca dos ovos de répteis e aves, atuando diretamente nas trocas gasosas desses animais, juntamente com o alantoide. d) Alantoide: é um anexo que deriva da porção posterior do intestino do embrião. Nos mamíferos, se fundirá com o córion para a formação da placenta e cordão umbilical; nas aves e répteis, participa das trocas gasosas (com o córion), na transferência de cálcio da casca para o embrião e no armazenamento de excretas nitrogenadas (nesse caso, o ácido úrico, que é atóxico para o novo ser). e) Placenta (Figuras 21, 22 e 23): originada do citotrofoblasto, que se caracteriza por formação de várias vilosidades, dando à placenta um aspecto radial. Conforme o blastocisto se implanta no útero, produz enzimas que digerem a parede do útero, produzindo as vilosidades coriônicas que se infiltram no útero e estabelecem a conexão entre mãe e feto. A placenta, portanto, é uma estrutura em parte fetal, em parte materna. A parte fetal se desenvolve pelas modificações do saco coriônico, ao passo que a materna deriva do endométrio. A placenta é exclusiva dos mamíferos (exceto os ovíparos) e exerce papel fundamental para o embrião, uma vez que permite a nutrição do feto e a troca de substâncias entre este e mãe – dentre elas, anticorpos e gases respiratórios – além realizar a excreção de produtos do metabolismo fetal e a síntese de hormônios. O cordão umbilical, importante estrutura que conecta a placenta ao feto, é derivada da junção de anexos – a membrana do âmnio, que reveste o saco vitelínico, e o alantoide. Fazendo-se o corte do cordão umbilical (Figura 24), pode-se observar a presença de duas artérias, que conduzem o sangue rico em CO2 do embrião para a placenta e para a mãe, que realizará as trocas gasosas, e uma veia, responsável por levar sangue oxigenado para o feto. Tais vasos são circundados por um tecido mucoso, a geleia de Wharton, cuja função é garantir proteção aos vasos umbilicais, evitando, por exemplo, uma compressão. 17 Figura 21 – Formação da placenta – interação entre os tecidos materno e fetal Crédito: UDAIX/SHUTTERSTOCK Figura 22 – Anatomia da placenta Crédito: SILBERVOGEL/SHUTTERSTOCK 18 Figura 23 – Estrutura real da placenta Crédito: STEFAN DINSE/SHUTTERSTOCK Figura 24 – Corte transversal do cordão umbilical Crédito: MRIMAN/SHUTTERSTOCK TEMA 5 – PESQUISA – O PERIGO DO USO DE MEDICAMENTOS SEM ORIENTAÇÃO MÉDICA NO PERÍODO DE DESENVOLVIMENTO EMBRIONÁRIO O desenvolvimento de um novo ser está diretamente relacionado a uma complexa coordenação de divisões, migrações e interações celulares, além do envolvimento de diversos genes e diferenciação celular. Assim, qualquer agente 19 que interfira em qualquer um desses processos pode levar à malformação fetal. Os agentes causadores de malformações são denominados teratogênicos; dentre os principais, destacam-se as drogas e substâncias químicas. A talidomida, um sedativo leve, foi banida da classe farmacêutica por causar anomalias congênitas, como a focomelia, em razão da qual o bebê nascia com os ossos longos dos membros ausentes ou muito reduzidos. A tragédia da talidomida, que provocou a malformação de milhares de crianças, mostra a importância e limites para testar os efeitos das principais drogas no desenvolvimento embrionário, uma vez que espécies diferentes metabolizam diferentemente as drogas. Tomando como base esse exemplo, pesquise o efeito de outras drogas, em especial medicamentos, sobre o desenvolvimento do embrião, destacando a importância da prescrição médica para tal. Investigue, ainda, quais são as outras classes de teratogênicos, fazendo um breve resumo sobre elas. NA PRÁTICA • Desenvolva modelos com massa de modelar (ou biscuit) das principais etapas do desenvolvimento do embrião: mórula, blástula, gástrula e nêurula, indicando suas principais estruturas por meio de uma legenda. • Leia o artigo científico A importância do uso das células-tronco para a saúde pública, escrito por Lygia da Veiga Pereira, do Departamento de Genética e Biologia Evolutiva, Instituto de Biociências, USP. Disponível em: , e reflita sobre os seguintes tópicos: diferenças entre células-tronco embrionárias e adultas; possibilidades de terapias com ambas; polêmica e dilemas éticos. • Além dos medicamentos, as drogas lícitas (álcool e tabaco) e ilícitas também podem provocar inúmeras alterações na formação do embrião. Pesquise sobre elas e sua atuação na embriogênese, organizando suas ideias em um mapa conceitual. FINALIZANDO Nesta aula, abordamos as principais etapas do desenvolvimento embrionário, resumidas a seguir: 20 Em relação à segmentação, observamos que ela pode seguir diferentes tipos de padrões, de acordo com o tipo de ovo envolvido: Por fim, destacamos os anexos embrionários, apresentados a seguir, em ciclo, conforme presença nos grupos de cordados: •CÉLULA-OVO OU ZIGOTO SEGMENTAÇÃO •MÓRULA •BLÁSTULA GASTRULAÇÃO •GÁSTRULA •NEURULAÇÃO ORGANOGÊNESE SEGMENTAÇÃO HOLOBLÁSTICA IGUAL OVOS OLIGOLÉCITOS DESIGUAL OVOS HETEROLÉCITOS MEROBLÁSTICA DISCOIDAL OVOS MEGALÉCITOS SUPERFICIAL OVOS CENTROLÉCITOS 21 22 REFERÊNCIAS FERNÁNDEZ, C. G.; GARCIA, S. M. L. G. Embriologia. 3. ed. Dados eletrônicos. Porto Alegre: Artmed, 2012. GILBERT, S. F; BARRESI, M. J. F. Biologia do desenvolvimento. 11. ed. Porto Alegre: Artmed, 2019 GARCIA, S. M. L; FERNÁNDEZ, C. G. Embriologia. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. PAOLI, S. de. Citologia e embriologia. 1. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014. SADLER, T. W. Langman – embriologia médica. 13. edição. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017.