28.3: Desenvolvimento embrionário

objetivos de aprendizagem

Ao final desta seção, você poderá:

• Distinguir os estágios do desenvolvimento embrionário que ocorrem antes da implantação
• Descreva o processo de implantação
• Listar e descrever quatro membranas embrionárias
• Explique a gastrulação
• Descreva como a placenta é formada e identifique suas funções
• Explique como um embrião se transforma de um disco plano de células em uma forma tridimensional semelhante a um humano
• Resuma o processo de organogênese

Ao longo deste capítulo, expressaremos as idades embrionárias e fetais em termos de semanas a partir da fertilização, comumente chamada de concepção. O período de tempo necessário para o desenvolvimento completo de um feto no útero é chamado de gestação (gestare = “carregar” ou “suportar”). Pode ser subdividido em períodos gestacionais distintos. As primeiras 2 semanas de desenvolvimento pré-natal são chamadas de estágio pré-embrionário. Um ser humano em desenvolvimento é chamado de embrião durante as semanas 3 a 8 e feto da nona semana de gestação até o nascimento. Nesta seção, abordaremos os estágios de desenvolvimento pré-embrionário e embrionário, que são caracterizados pela divisão, migração e diferenciação celular. No final do período embrionário, todos os sistemas orgânicos estão estruturados de forma rudimentar, embora os próprios órgãos sejam não funcionais ou apenas semifuncionais.

Desenvolvimento embrionário pré-implantação

Após a fertilização, o zigoto e suas membranas associadas, juntas chamadas de conceptus, continuam a ser projetados em direção ao útero pelo peristaltismo e pelos cílios pulsantes das células epiteliais da trompa de Falópio. Durante sua jornada até o útero, o zigoto passa por cinco ou seis divisões celulares mitóticas rápidas. Embora cada clivagem resulte em mais células, ela não aumenta o volume total do conceito (Figura 28.4). Cada célula filha produzida pela clivagem é chamada de blastômero (blastos = “germe”, no sentido de semente ou broto).

Aproximadamente 3 dias após a fertilização, um conceito de 16 células chega ao útero. As células que estavam frouxamente agrupadas agora estão compactadas e parecem mais uma massa sólida. O nome dado a essa estrutura é mórula (mórula = “amoreira pequena”). Uma vez dentro do útero, o conceptus flutua livremente por mais alguns dias. Ele continua a se dividir, criando uma bola de aproximadamente 100 células e consumindo secreções endometriais nutritivas chamadas leite uterino, enquanto o revestimento uterino engrossa. A bola de células agora fortemente ligadas começa a secretar fluido e a se organizar em torno de uma cavidade cheia de fluido, o blastocel. Nesse estágio de desenvolvimento, o conceito é chamado de blastocisto. Dentro dessa estrutura, um grupo de células se forma em uma massa celular interna, que está fadada a se tornar o embrião. As células que formam a camada externa são chamadas de trofoblastos (trofo = “alimentar” ou “nutrir”). Essas células se desenvolverão no saco coriônico e na porção fetal da placenta (o órgão de nutrientes, resíduos e trocas gasosas entre a pessoa grávida e a prole em desenvolvimento).

A massa interna das células embrionárias é totipotente durante esse estágio, o que significa que cada célula tem o potencial de se diferenciar em qualquer tipo de célula no corpo humano. A totipotência dura apenas alguns dias antes que os destinos das células sejam definidos como precursores de uma linhagem específica de células.

Figura 28.4 Clivagens pré-embrionárias As clivagens pré-embrionárias fazem uso do citoplasma abundante do conceito, pois as células se dividem rapidamente sem alterar o volume total.

À medida que o blastocisto se forma, o trofoblasto excreta enzimas que começam a degradar a zona pelúcida. Em um processo chamado “eclosão”, o concepto se liberta da zona pelúcida em preparação para a implantação.

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Assista a este filme de lapso temporal de um conceito a partir do dia 3. Qual é a primeira estrutura que você vê? Em que ponto do filme o blastocoel aparece pela primeira vez? Que evento ocorre no final do filme?

Implantação

No final da primeira semana, o blastocisto entra em contato com a parede uterina e adere a ela, inserindo-se no revestimento uterino por meio das células trofoblásticas. Assim começa o processo de implantação, que sinaliza o fim do estágio pré-embrionário de desenvolvimento (Figura 28.5). A implantação pode ser acompanhada por pequenos sangramentos. O blastocisto normalmente se implanta no fundo do útero ou na parede posterior. No entanto, se o endométrio não estiver totalmente desenvolvido e pronto para receber o blastocisto, o blastocisto se desprenderá e encontrará um local melhor. Uma porcentagem significativa (50—75 por cento) dos blastocistos não consegue se implantar; quando isso ocorre, o blastocisto é eliminado com o endométrio durante a menstruação. A alta taxa de falha na implantação é uma das razões pelas quais a gravidez geralmente requer vários ciclos de ovulação para ser alcançada.

Figura 28.5 Desenvolvimento pré-embrionário A ovulação, a fertilização, o desenvolvimento pré-embrionário e a implantação ocorrem em locais específicos do sistema reprodutor feminino em um período de tempo de aproximadamente 1 semana.

Quando a implantação é bem-sucedida e o blastocisto adere ao endométrio, as células superficiais do trofoblasto se fundem umas com as outras, formando o sinciciotrofoblasto, um corpo multinucleado que digere as células endometriais para fixar firmemente o blastocisto na parede uterina. Em resposta, a mucosa uterina se reconstrói e envolve o blastocisto (Figura 28.6). O trofoblasto secreta gonadotrofina coriônica humana (hCG), um hormônio que direciona o corpo lúteo a sobreviver, aumentar e continuar produzindo progesterona e estrogênio para suprimir a menstruação. Essas funções do hCG são necessárias para criar um ambiente adequado para o embrião em desenvolvimento. Como resultado desse aumento da produção, o hCG se acumula na corrente sanguínea materna e é excretado na urina. A implantação é concluída em meados da segunda semana. Apenas alguns dias após a implantação, o trofoblasto secretou hCG suficiente para que um teste de gravidez de urina caseiro dê um resultado positivo.

Figura 28.6 Implantação Durante a implantação, as células trofoblásticas do blastocisto aderem ao endométrio e digerem as células endometriais até que estejam firmemente fixadas.

Na maioria das vezes, um embrião se implanta no corpo do útero em um local que pode apoiar o crescimento e o desenvolvimento. No entanto, em um a dois por cento dos casos, o embrião se implanta fora do útero (uma gravidez ectópica) ou em uma região do útero que pode criar complicações para a gravidez. Se o embrião se implantar na porção inferior do útero, a placenta pode potencialmente crescer sobre a abertura do colo do útero, uma condição chamada placenta prévia.

Distúrbios do...

Desenvolvimento do embrião

Na grande maioria das gestações ectópicas, o embrião não completa sua jornada até o útero e se implanta no tubo uterino, conhecido como gravidez tubária. No entanto, também há gestações ectópicas ovarianas (nas quais o óvulo nunca saiu do ovário) e gestações ectópicas abdominais (nas quais um óvulo foi “perdido” para a cavidade abdominal durante a transferência do ovário para o tubo uterino, ou em que um embrião de uma gravidez tubária foi reimplantado no abdome). Uma vez na cavidade abdominal, um embrião pode se implantar em qualquer estrutura bem vascularizada — a cavidade retuterina (bolsa de Douglas), o mesentério do intestino e o omento maior são alguns locais comuns.

A gravidez tubária pode ser causada por tecido cicatricial dentro do tubo após uma infecção bacteriana sexualmente transmissível. O tecido cicatricial impede o progresso do embrião para o útero — em alguns casos, “prendendo” o embrião e, em outros casos, bloqueando completamente o tubo. Aproximadamente metade das gestações tubárias desaparecem espontaneamente. A implantação em um tubo uterino causa sangramento, que parece estimular as contrações do músculo liso e a expulsão do embrião. Nos demais casos, é necessária uma intervenção médica ou cirúrgica. Se uma gravidez ectópica for detectada precocemente, o desenvolvimento do embrião pode ser interrompido pela administração do medicamento citotóxico metotrexato, que inibe o metabolismo do ácido fólico. Se o diagnóstico for tardio e o tubo uterino já estiver rompido, o reparo cirúrgico é essencial.

Mesmo que o embrião tenha chegado ao útero com sucesso, ele nem sempre se implanta em uma localização ideal (o fundo ou a parede posterior do útero). A placenta prévia pode resultar da implantação de um embrião próximo ao orifício interno do útero (a abertura interna do colo do útero). Conforme o feto cresce, a placenta pode cobrir parcial ou totalmente a abertura do colo do útero (Figura 28.7). Embora ocorra em apenas 0,5% das gestações, a placenta prévia é a principal causa de hemorragia pré-parto (sangramento vaginal abundante após a 24ª semana de gravidez, mas antes do parto).

Figura 28.7 Placenta prévia Um embrião que se implanta muito perto da abertura do colo do útero pode levar à placenta prévia, uma condição na qual a placenta cobre parcial ou totalmente o colo do útero.

Membranas embrionárias

Durante a segunda semana de desenvolvimento, com o embrião implantado no útero, as células do blastocisto começam a se organizar em camadas. Alguns crescem para formar as membranas extraembrionárias necessárias para sustentar e proteger o embrião em crescimento: o âmnio, o saco vitelino, o alantoide e o córion.

No início da segunda semana, as células da massa celular interna se formam em um disco de duas camadas de células embrionárias, e um espaço - a cavidade amniótica - se abre entre ela e o trofoblasto (Figura 28.8). As células da camada superior do disco (o epiblasto) se estendem ao redor da cavidade amniótica, criando um saco membranoso que se forma no âmnio no final da segunda semana. O âmnio se enche de líquido amniótico e, eventualmente, cresce para envolver o embrião. No início do desenvolvimento, o líquido amniótico consiste quase inteiramente em um filtrado do plasma materno, mas quando os rins do feto começam a funcionar por volta da oitava semana, eles adicionam urina ao volume do líquido amniótico. Flutuando dentro do líquido amniótico, o embrião — e, posteriormente, o feto — é protegido de traumas e mudanças rápidas de temperatura. Ele pode se mover livremente dentro do fluido e pode se preparar para engolir e expirar pelo útero.

Figura 28.8 Desenvolvimento do disco embrionário A formação do disco embrionário deixa espaços em ambos os lados que se desenvolvem na cavidade amniótica e no saco vitelino.

No lado ventral do disco embrionário, oposto ao âmnio, as células da camada inferior do disco embrionário (o hipoblasto) se estendem até a cavidade do blastocisto e formam um saco vitelino. O saco vitelino fornece alguns nutrientes absorvidos pelo trofoblasto e também fornece circulação sanguínea primitiva para o embrião em desenvolvimento durante a segunda e terceira semana de desenvolvimento. Quando a placenta assume a nutrição do embrião por volta da 4ª semana, o saco vitelino foi bastante reduzido em tamanho e sua principal função é servir como fonte de células sanguíneas e germinativas (células que darão origem aos gametas). Durante a semana 3, uma bolsa externa do saco vitelino em forma de dedo se desenvolve na alantoide, um ducto excretor primitivo do embrião que se tornará parte da bexiga urinária. Juntos, os talos do saco vitelino e do alantoide estabelecem a estrutura externa do cordão umbilical.

A última das membranas extra-embrionárias é o córion, que é a única membrana que envolve todas as outras. O desenvolvimento do córion será discutido com mais detalhes em breve, no que se refere ao crescimento e desenvolvimento da placenta.

Embriogênese

Com o início da terceira semana de desenvolvimento, o disco de células de duas camadas se torna um disco de três camadas por meio do processo de gastrulação, durante o qual as células passam da totipotência para a multipotência. O embrião, que assume a forma de um disco oval, forma uma indentação chamada faixa primitiva ao longo da superfície dorsal do epiblasto. Um nó na extremidade caudal ou “caudal” da estria primitiva emite fatores de crescimento que direcionam as células a se multiplicarem e migrarem. As células migram em direção e através da faixa primitiva e depois se movem lateralmente para criar duas novas camadas de células. A primeira camada é o endoderma, uma camada de células que desloca o hipoblasto e fica adjacente ao saco vitelino. A segunda camada de células é preenchida como a camada intermediária ou mesoderma. As células do epiblasto que permanecem (sem terem migrado pela faixa primitiva) se tornam o ectoderma (Figura 28.9).

Figura 28.9 Camadas germinativas A formação das três camadas germinativas primárias ocorre durante as primeiras 2 semanas de desenvolvimento. O embrião nesta fase tem apenas alguns milímetros de comprimento.

Cada uma dessas camadas germinativas se desenvolverá em estruturas específicas no embrião. Enquanto o ectoderma e o endoderma formam camadas epiteliais estreitamente conectadas, as células mesodérmicas são menos organizadas e existem como uma comunidade celular frouxamente conectada. O ectoderma dá origem a linhagens celulares que se diferenciam para se tornarem os sistemas nervoso central e periférico, órgãos sensoriais, epiderme, cabelo e unhas. As células mesodérmicas acabam se tornando o esqueleto, os músculos, o tecido conjuntivo, o coração, os vasos sanguíneos e os rins. O endoderma passa a formar o revestimento epitelial do trato gastrointestinal, fígado e pâncreas, bem como dos pulmões (Figura 28.10).

Figura 28.10 Destinos das camadas germinativas no embrião Após a gastrulação do embrião na terceira semana, as células embrionárias do ectoderma, mesoderma e endoderma começam a migrar e se diferenciar nas linhagens celulares que darão origem à maturação órgãos e sistemas orgânicos na criança.

Desenvolvimento da placenta

Durante as primeiras semanas de desenvolvimento, as células do endométrio - chamadas de células deciduais - nutrem o embrião nascente. Durante as semanas pré-natais de 4 a 12 semanas, a placenta em desenvolvimento assume gradualmente a função de alimentar o embrião, e as células deciduais não são mais necessárias. A placenta madura é composta por tecidos derivados do embrião, bem como tecidos maternos do endométrio. A placenta se conecta ao conceito por meio do cordão umbilical, que transporta sangue desoxigenado e resíduos do feto por meio de duas artérias umbilicais; nutrientes e oxigênio são transportados da gestante para o feto por meio de uma única veia umbilical. O cordão umbilical é cercado pelo âmnio e os espaços dentro do cordão ao redor dos vasos sanguíneos são preenchidos com a geleia de Wharton, um tecido conjuntivo mucoso.

A porção materna da placenta se desenvolve a partir da camada mais profunda do endométrio, a decídua basal. Para formar a porção embrionária da placenta, o sinciciotrofoblasto e as células subjacentes do trofoblasto (células citotrofoblastos) começam a proliferar junto com uma camada de células mesodermas extraembrionárias. Eles formam a membrana coriônica, que envolve todo o conceito como córion. A membrana coriônica forma estruturas semelhantes a dedos chamadas vilosidades coriônicas que se enterram no endométrio como raízes de árvores, constituindo a porção fetal da placenta. As células citotrofoblásticas perfuram as vilosidades coriônicas, penetram mais no endométrio e remodelam os vasos sanguíneos maternos para aumentar o fluxo sanguíneo materno ao redor das vilosidades. Enquanto isso, as células mesenquimais fetais derivadas do mesoderma preenchem as vilosidades e se diferenciam em vasos sanguíneos, incluindo os três vasos sanguíneos umbilicais que conectam o embrião à placenta em desenvolvimento (Figura 28.11).

Figura 28.11 Seção transversal da placenta Na placenta, os componentes do sangue materno e fetal são conduzidos pela superfície das vilosidades coriônicas, mas as correntes sangüíneas materna e fetal nunca se misturam diretamente.

A placenta se desenvolve durante todo o período embrionário e durante as primeiras semanas do período fetal; a placentação é concluída nas semanas 14—16. Como órgão totalmente desenvolvido, a placenta fornece nutrição e excreção, respiração e função endócrina (Tabela 28.1 e Figura 28.12). Ele recebe sangue do feto através das artérias umbilicais. Os capilares das vilosidades coriônicas filtram os resíduos fetais do sangue e devolvem sangue limpo e oxigenado ao feto através da veia umbilical. Nutrientes e oxigênio são transferidos do sangue materno ao redor das vilosidades através dos capilares e para a corrente sanguínea fetal. Algumas substâncias se movem pela placenta por simples difusão. Oxigênio, dióxido de carbono e quaisquer outras substâncias lipossolúveis seguem esse caminho. Outras substâncias se movem por difusão facilitada. Isso inclui glicose solúvel em água. O feto tem uma alta demanda por aminoácidos e ferro, e essas substâncias são transportadas pela placenta por meio de transporte ativo.

O sangue materno e fetal não se mistura porque as células sanguíneas não conseguem se mover pela placenta. Essa separação impede que as células T citotóxicas da gestante alcancem e posteriormente destruam o feto, que carrega antígenos “não próprios”. Além disso, garante que os glóbulos vermelhos fetais não entrem na circulação da gestante e desencadeiem o desenvolvimento de anticorpos (se forem portadores de antígenos “não próprios”) - pelo menos até os estágios finais da gravidez ou do parto. Essa é a razão pela qual, mesmo na ausência de tratamento preventivo, uma pessoa com Rh ⁻ não desenvolve anticorpos que possam causar doença hemolítica em seu primeiro feto Rh ⁺.

Embora as células sanguíneas não sejam trocadas, as vilosidades coriônicas fornecem ampla área de superfície para a troca bidirecional de substâncias entre o sangue materno e fetal. A taxa de troca aumenta ao longo da gestação, à medida que as vilosidades se tornam mais finas e cada vez mais ramificadas. A placenta é permeável a substâncias fetotóxicas lipossolúveis: álcool, nicotina, barbitúricos, antibióticos, certos patógenos e muitas outras substâncias que podem ser perigosas ou fatais para o embrião ou feto em desenvolvimento. Por esses motivos, as pessoas grávidas devem evitar substâncias fetotóxicas. O consumo de álcool por gestantes, por exemplo, pode resultar em uma série de anormalidades conhecidas como transtornos do espectro alcoólico fetal (FASD). Isso inclui malformações orgânicas e faciais, bem como distúrbios cognitivos e comportamentais.

Funções da placenta

Nutrição e digestão	Respiração	Função endócrina
Medeia a difusão da glicose, aminoácidos, ácidos graxos, vitaminas e minerais maternos Armazena nutrientes durante o início da gravidez para acomodar o aumento da demanda fetal mais tarde na gravidez Excreta e filtra resíduos nitrogenados fetais no sangue materno	Medeia o transporte de oxigênio da mãe para o feto e o transporte de dióxido de carbono do feto para a mãe	Secreta vários hormônios, incluindo hCG, estrogênios e progesterona, para manter a gravidez e estimular o desenvolvimento materno e fetal Medeia a transmissão dos hormônios maternos para o sangue fetal e vice-versa

Tabela 28.1

Figura 28.12 Placenta Esta placenta pós-expulsão e o cordão umbilical (branco) são vistos do lado fetal.

Organogênese

Após a gastrulação, rudimentos do sistema nervoso central se desenvolvem a partir do ectoderma no processo de neurulação (Figura 28.13). Tecidos neuroectodérmicos especializados ao longo do comprimento do embrião se espessam na placa neural. Durante a quarta semana, os tecidos de cada lado da placa se dobram para cima em uma prega neural. As duas dobras convergem para formar o tubo neural. O tubo fica no topo de uma notocorda em forma de bastonete derivada do mesodérmico, que eventualmente se torna o núcleo pulposo dos discos intervertebrais. Estruturas em forma de bloco chamadas somitos se formam em ambos os lados do tubo, eventualmente se diferenciando em esqueleto axial, músculo esquelético e derme. Durante a quarta e a quinta semanas, o tubo neural anterior se dilata e se subdivide para formar vesículas que se tornarão as estruturas cerebrais.

O folato, uma das vitaminas B, é importante para o desenvolvimento saudável do tubo neural. A deficiência de folato materno nas primeiras semanas de gravidez pode resultar em defeitos do tubo neural, incluindo espinha bífida, um defeito congênito no qual o tecido espinhal se projeta pela coluna vertebral do recém-nascido, que não se fecha completamente. Um defeito mais grave do tubo neural é a anencefalia, uma ausência parcial ou total do tecido cerebral.

Figura 28.13 Neurulação O processo embrionário de neurulação estabelece os rudimentos do futuro sistema nervoso central e esqueleto.

O embrião, que começa como uma camada plana de células, começa a adquirir uma forma cilíndrica por meio do processo de dobramento embrionário (Figura 28.14). O embrião se dobra lateralmente e novamente em cada extremidade, formando uma forma de C com pontas distintas na cabeça e na cauda. O embrião envolve uma parte do saco vitelino, que se projeta com o cordão umbilical do que se tornará o abdômen. A dobra cria essencialmente um tubo, chamado intestino primitivo, que é revestido pelo endoderma. O saco amniótico, que estava sobre o embrião plano, envolve o embrião à medida que ele se dobra.

Figura 28.14 Dobragem embrionária A dobra embrionária converte uma folha plana de células em uma estrutura oca semelhante a um tubo.

Nas primeiras 8 semanas de gestação, um embrião em desenvolvimento estabelece as estruturas rudimentares de todos os seus órgãos e tecidos a partir do ectoderma, mesoderma e endoderma. Esse processo é chamado de organogênese.

Como o sistema nervoso central, o coração também inicia seu desenvolvimento no embrião como uma estrutura tubular, conectada por meio de capilares às vilosidades coriônicas. As células do coração primitivo em forma de tubo são capazes de condução e contração elétricas. O coração começa a bater no início da quarta semana, embora na verdade não bombeie sangue embrionário até uma semana depois, quando o fígado superdimensionado começa a produzir glóbulos vermelhos. (Essa é uma responsabilidade temporária do fígado embrionário que a medula óssea assumirá durante o desenvolvimento fetal.) Durante as semanas 4—5, as cavidades oculares se formam, os botões dos membros se tornam aparentes e os rudimentos do sistema pulmonar são formados.

Durante a sexta semana, movimentos descontrolados dos membros fetais começam a ocorrer. O sistema gastrointestinal se desenvolve muito rapidamente para que o abdome embrionário o acomode, e o intestino entra temporariamente no cordão umbilical. As mãos e os pés em forma de pá desenvolvem os dedos das mãos e dos pés pelo processo de apoptose (morte celular programada), que faz com que os tecidos entre os dedos se desintegrem. Na semana 7, a estrutura facial é mais complexa e inclui narinas, orelhas externas e lentes (Figura 28.15). Na oitava semana, a cabeça é quase tão grande quanto o resto do corpo do embrião, e todas as principais estruturas cerebrais estão prontas. A genitália externa é aparente, mas neste momento, embriões masculinos e femininos são indistinguíveis. O osso começa a substituir a cartilagem no esqueleto embrionário por meio do processo de ossificação. No final do período embrionário, o embrião está aproximadamente 3 cm (1,2 pol.) da coroa à nádega e pesa aproximadamente 8 g (0,25 oz).

Figura 28.15 Embrião com 7 semanas Um embrião no final de 7 semanas de desenvolvimento tem apenas 10 mm de comprimento, mas seus olhos, gemas e cauda em desenvolvimento já estão visíveis. (Esse embrião foi derivado de uma gravidez ectópica.) (crédito: Ed Uthman)

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Assista a este vídeo para ver o processo de embriogênese desde a fertilização até a gravidez até o nascimento. Você consegue identificar quando a neurulação ocorre no embrião?