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Von der Befruchtung zur Implantation

Abstract

Die erste Woche der Embryonalentwicklung (0.–7. Tag der Embryonalperiode) beinhaltet die Vorgänge, die von der Befruchtung der Eizelle zur Implantation führen. Dabei wird die beim Eisprung freigesetzte reife Eizelle in der Tubenampulle befruchtet und durchläuft anschließend einen Reifungsprozess, so dass sie sich in der Gebärmutterschleimhaut einnisten kann. Auch das Spermium muss zunächst weiter reifen, um sich den Weg zur Eizelle bahnen zu können. Nach der Verschmelzung von Eizelle und Spermium entsteht die nun diploide Zygote, die sofort mit der Zellteilung beginnt. Über mehrere Teilungsschritte wird aus dem Keim die Morula und letztlich die implantationsfähige Blastocyste. Nach der Differenzierung der beiden Zellschichten des Keims in Embryoblast und Trophoblast schlüpft die Blastocyste aus der Zona pellucida und es kommt etwa am 6. Tag zur Implantation des Keims in der Gebärmutterschleimhaut. Werden mehrere Eizellen befruchtet oder teilt sich eine Eizelle später in zwei Embryonalanlagen, entsteht eine Mehrlingsschwangerschaft mit ein- bzw. zweieiigen Zwillingen.

Die Vorembryonalentwicklung

Nach dem Eisprung liegt die reife, befruchtungsfähige Eizelle in der Tuba uterina und kann dort von einem reifen Spermium befruchtet werden. In der Präimplantationsphase wandert die befruchtete Eizelle dann in das Uteruscavum, wo am 6. Entwicklungstag die Implantation erfolgt.

Befruchtung (Fertilisation, Konzeption)

Beim Geschlechtsverkehr gelangen ca. 200–600 Millionen Spermien in die Scheide, von denen die meisten innerhalb kurzer Zeit absterben. Die verbliebenen Spermien steigen bis in die Tubenampulle auf und durchlaufen währenddessen einen Reifungsprozess (Kapazitation). Zusätzlich erfolgt die sog. Akrosomenreaktion, die ermöglicht, dass das Spermium zur Eizelle vordringen kann. Durch die Anheftung des Spermiums an die Eizellmembran bekommt diese das notwendige Signal zur Beendigung der 2. Reifeteilung. Schließlich entsteht durch Verschmelzung der beiden Keimzellen die Zygote, die sofort mit der Zellteilung beginnt.

Die mitochondriale DNA wird, im Gegensatz zur DNA des Zellkerns, ausschließlich von der Mutter weitergegeben, da bei der Imprägnation die väterlichen Mitochondrien abgebaut werden!

Sterilität und Infertilität
Tritt trotz regelmäßigen, ungeschützten Geschlechtsverkehrs innerhalb eines Jahres keine Schwangerschaft ein, spricht man von einer Sterilität. Das Unvermögen, eine Schwangerschaft bis zur Lebensreife des Kindes auszutragen, obwohl eine Konzeption prinzipiell möglich ist, wird bei der Frau hingegen als Infertilität bezeichnet . Sterilität und Infertilität können verschiedene Ursachen haben: Häufigste Ursache bei Frauen ist der Tubenverschluss, der nach einer Infektion oder im Rahmen einer Endometriose auftreten kann. Je nach Ursache der Sterilität gibt es eine Vielzahl von therapeutischen Optionen. Neben der Ermittlung des Konzeptionsoptimums kann eine hormonelle Therapie eingeleitet werden, bei der es in 30% der Fälle zu einer Schwangerschaft kommt. Möglich sind auch operative Eingriffe, z.B. zur Wiederherstellung der Tubendurchgängigkeit oder der Entfernung von Implantationshindernissen. Ultima ratio ist die künstliche Befruchtung.

Assistierte Reproduktionstechnik (ART)
Die assistierte Reproduktionstechnik (ART) – oder auch künstliche Befruchtung – ist die Ultima Ratio für ungewollt kinderlos bleibende Menschen. Hierbei gibt es verschiedene Methoden, wobei die In-vitro-Fertilisation (IVF) und die intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI) die gängigsten Methoden sind. Bei der IVF werden Spermien und Eizellen in einem Reagenzglas (von lat. „in vitro“ = „im Glas“) zusammengebracht und nach der Inkubation in die Gebärmutter übertragen. Die ICSI erfolgt analog; allerdings werden die Spermien nicht nur zur Eizelle hinzugegeben, sondern unter mikroskopischer Sicht direkt in die Eizelle eingebracht. Im Allgemeinen ist bei der ART die Rate für Mehrlingsschwangerschaften erhöht; zudem steigt das Risiko für chromosomale Anomalien. Gründe dafür sind u.a. das durchschnittlich höhere Lebensalter der Mütter sowie die durchschnittlich verminderte Spermienqualität der Väter, die eine ART in Anspruch nehmen.

Präimplantationsphase

Während der Wanderung durch die Tube teilt sich die befruchtete Eizelle mehrfach, um dann als Blastocyste am Implantationsort im Uterus anzukommen.

  • Ort: Tuba uterina und Uterus
  • Zeitfenster: 2.–5. Tag der Embryonalentwicklung
  • Stadien
    • Zygote: Direkt nach der Vorkernverschmelzung vollzieht die Zygote die erste Furchungsteilung
    • Zwei-Zell-Stadium: Nach der Teilung liegen zwei gleichgroße Blastomeren vor
    • Mehrzellstadien: Durch weitere Furchungsteilungen folgen das 4-, 8- und schließlich das 16-Zell-Stadium
    • Morula
    • Blastocyste
      • Durch Flüssigkeitseinstrom von außen kommt es zwischen der äußersten Zellschicht und der inneren Zellschicht zur Entstehung einer flüssigkeitsgefüllten Höhle (Blastocystenhöhle)
      • Äußere und innere Zellschicht differenzieren sich weiter in Trophoblast und Embryoblast

Während die Zygote noch omnipotent war, sind die Zellen der Blastocyste lediglich noch pluripotent!

Die Größe des Embryos ändert sich von der Zygote bis zur Blastocyste nicht, da sich mit jeder Zellteilung die Größe der Blastomeren halbiert!

Extrauteringravidität (Eileiterschwangerschaft)
Kommt es zu einem verfrühten Verlust der Zona pellucida, kann sich der Keim außerhalb der physiologischen Lokalisation im Uteruscavum implantieren. Der häufigste extrauterine Einnistungsort ist die Tuba uterina, insbesondere da im Rahmen von aufsteigenden genitalen Infektionen häufig entzündliche Stenosen entstehen. Diese sind für die befruchtete Eizelle nicht passierbar und es kommt zur extrauterinen Implantation. Klinisch auffällig werden ektope Schwangerschaften meist erst, wenn es z.B. durch einen Tubarabort oder eine Ruptur der Tube zum Austritt von Blut in die freie Bauchhöhle und im Zuge der peritonealen Reizung zu einem akuten Abdomen kommt. Die Extrauteringravidität kann eine lebensgefährliche Situation darstellen.

Präimplantationsdiagnostik
Bei der Präimplantationsdiagnostik (PID) erfolgt bereits vor Implantation der befruchteten Eizelle in den Uterus eine Diagnostik genetischer Erkrankungen. Grundsätzliche ist dies in Deutschland im Rahmen des Embryonenschutzgesetzes (ESchG) verboten. Allerdings gibt es einige Ausnahmen, die eine Präimplantationsdiagnostik erlauben. Hierzu zählt eine genetische Disposition der Mutter oder des Vaters für eine schwere Erbkrankheit sowie der Verdacht auf eine schwerwiegende Schädigung des Embryos, die sehr wahrscheinlich zu einer Tot- oder Fehlgeburt führen würde. In diesen Fällen muss allerdings unbedingt eine Aufklärung, Beratung und Einwilligung der Frau sowie die Zustimmung einer interdisziplinären Ethikkommission erfolgen. Zudem darf die PID nur von einem hierfür qualifizierten Arzt durchgeführt werden. Kein Arzt ist verpflichtet, eine PID durchzuführen.

Implantation (= Nidation)

Die Blastocyste schlüpft etwa am 5. Tag aus der Zona pellucida und ist ab diesem Zeitpunkt implantationsfähig. Vor dem eigentlichen Implantationsvorgang differenziert sich der Trophoblast jedoch zunächst in Syncytiotrophoblast und Zytotrophoblast. Der Syncytiotrophoblast dringt in die Uterusschleimhaut ein und der Keim wird implantiert. Außerdem sorgt der Trophoblast durch Produktion von Hormonen und Signalmolekülen für die Aufrechterhaltung der Schwangerschaft.

Regulation der Implantation
β-HCG
Signalmoleküle
(Z.B. early pregnancy factor)
MHC-I-Moleküle
  • Antigenpräsentation, vorhanden auf der Zelloberfläche aller kernhaltigen Körperzellen sowie auf Thrombozyten
  • Fehlt auf den Syncytiotrophoblastenzellen → Mütterliches Immunsystem erkennt diese Zellen nicht als fremd

Der Keim bleibt während der gesamten Schwangerschaft vollständig von Endometriumgewebe umgeben!

Nidationsblutung
Die Einnistung der Blastocyste in die Uterusschleimhaut kann mit einem leichten Blutabgang einhergehen, der als Nidationsblutung bezeichnet wird. Dieser kann mit einer vorzeitigen Menstruationsblutung verwechselt werden.

Schwangerschaftsnachweis
Bereits ab dem 6.–9. Tag lässt sich durch β-HCG-Nachweis im Serum eine Schwangerschaft bestätigen. Daneben kann mithilfe eines Schwangerschaftstests die Schwangerschaft anhand des β-HCGs im Urin festgestellt werden. Je nach Test ist diese Bestimmung etwa ab der zweiten Woche nach der Befruchtung möglich. Auch der early pregnancy factor kann innerhalb der ersten zehn Entwicklungstage als Schwangerschaftsnachweis genutzt werden.

Mehrlinge

Mehrlingsschwangerschaften sind einerseits ein besonderes Ereignis für werdende Eltern, andererseits stellen sie auch eine besondere Herausforderung für Geburtshelfer und Ärzte dar. Zu unterscheiden sind Schwangerschaften mit eineiigen Zwillingen, die durch Teilung von einer befruchteten Eizelle in zwei Embryonalanlagen entstehen, von Schwangerschaften mit zweieiigen Zwillingen, die durch die Befruchtung von 2 Eizellen durch 2 Spermien entstehen.

Eineiige vs. zweieiige Zwillinge

Eineiige Zwillinge (monozygote Zwillinge) Zweieiige Zwillinge (dizygote Zwillinge)
Häufigkeit ca. ⅓ aller Zwillingsschwangerschaften ca. ⅔ aller Zwillingsschwangerschaften
Entstehung Teilung einer befruchteten Eizelle in zwei Embryonalanlagen Befruchtung von 2 Eizellen durch 2 Spermien
Genetik der Individuen Genetisch identische Individuen Genetisch unterschiedliche Individuen
Chorionhöhle und Amnionsack Unterschiedlich Stets dichorial-diamniot

Die Häufigkeit einer Zwillingsgeburt beträgt 1:85, wobei zweieiige Zwillinge doppelt so häufig sind wie eineiige!

Eineiige Zwillinge haben immer das gleiche Geschlecht, nur zweieiige Zwillinge können auch verschiedengeschlechtlich sein!

Eihautverhältnisse eineiiger Zwillinge

Beschreibung Teilungszeitpunkt der Eizelle Häufigkeit bei eineiigen Zwillingen
Dichorial-diamniot Jeder eineiige Zwilling hat eine eigene Fruchthöhle und Plazenta Innerhalb der ersten 3 Tage nach Konzeption ca. 29%
Monochorial-diamniot Die eineiigen Zwillinge teilen sich eine Plazenta, haben aber eine eigene Fruchthöhle Teilung zwischen Tag 3 bis Tag 8 nach Konzeption ca. 70%
Monochorial-monoamniot Die eineiigen Zwillinge teilen sich Plazenta und Fruchthöhle Teilung zwischen Tag 8 bis Tag 13 nach Konzeption ca. 1%
Monochorial-monoamniot (siamesische Zwillinge) Die Zwillinge teilen sich Plazenta und Fruchthöhle und sind miteinander verwachsen Teilung ab Tag 14 nach Befruchtung

<0,1%

Komplikationen und Sterblichkeit

Mehrlingsschwangerschaften haben ein erhöhtes Risiko für eine Vielzahl von Schwangerschaftskomplikationen. Beinahe jede gefürchtete Komplikation hat bei Mehrlingsschwangerschaften ein erhöhtes Risiko. Gründe dafür sind unter anderem die räumliche Enge und die vermehrte Hormonproduktion. Das Frühgeburtenrisiko ist deutlich erhöht.

  • Stärkere mütterliche Belastung
    • Übermäßige Schwangerschaftsübelkeit (Hyperemesis gravidarum)
    • Häufiger Gestosen
    • Zervixinsuffizienz, vorzeitige Wehentätigkeit, vorzeitiger Blasensprung
  • Versorgungsdefizit
    • Plazentainsuffizienz: Kann zu einer Hypotrophie durch intrauterine Mangelversorgung eines oder beider/aller Kinder führen
    • Fetofetales Transfusionssyndrom
      • Kurzbeschreibung: Bei monochorialen Zwillingsschwangerschaften kann es zu plazentaren Verbindungen zwischen den beiden Zwillingen kommen. Wenn das Blut in einer festen Flussrichtung von einem der Zwillinge zu dem anderen fließt, kommt es zu einer fetofetalen Transfusion vom Donor zum Akzeptor, wodurch beide Zwillinge gefährdet werden.
  • Geburtskomplikationen bei Mutter und Kind
  • Abortrisiko: Mehrlingsschwangerschaften haben ein deutlich erhöhtes Abortrisiko, so dass die Häufigkeit von Mehrlingsschwangerschaften deutlich höher liegt als die Anzahl an Mehrlingsgeburten. Es kann auch zu einem Abort von nur einem Zwilling kommen.
  • Perinatale Sterblichkeit: Die perinatale Sterblichkeit von Zwillingen liegt bis zu fünf mal höher als bei Einlingen. Insbesondere der zweite Zwilling ist gefährdet.

Mehrlingsschwangerschaften erfordern aufgrund des erschwerten Geburtsvorgangs häufiger eine Entbindung mittels Sectio caesarea (Kaiserschnitt)!

Wiederholungsfragen zum Kapitel Von der Befruchtung zur Implantation

Befruchtung

Wo findet die Befruchtung der Eizelle statt und in welchem Zeitfenster ist diese überhaupt möglich?

Beschreibe den Ablauf der sog. Akrosomenreaktion!

Präimplantationsphase

Wie entstehen Trophoblast und Embryoblast?

Wann findet die Implantation statt und wann ist sie typischerweise abgeschlossen? .

Wie differenziert sich der Trophoblast weiter und was sind die Aufgaben seiner „Abkömmlinge“?

Ab wann ist die Bestätigung der Schwangerschaft mittels β-HCG möglich?

Wie kommt es zu einer eineiigen, wie zu einer zweieiigen Zwillingsschwangerschaft? Wie ist in etwa das Verhältnis eineiig:zweieiig auf alle Zwillingsschwangerschaften bezogen?

Eineiige Zwillinge können verschiedene Eihautverhältnisse aufweisen. Welches ist das häufigste und wie ist es charakterisiert?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum