임신 및 수정

대부분의 의사는 마지막 생리 첫날을 임신의 시작으로 간주합니다. 이 시기를 "월경 주기"라고 하며, 수정 약 2주 전부터 시작됩니다. 수정에 대한 몇 가지 기본 정보는 다음과 같습니다.

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배란

매달 여성의 난소 중 하나는 작은 액체로 가득 찬 주머니 안에 일정 수의 미성숙 난자를 생성하기 시작합니다. 주머니 중 하나가 성숙을 완료합니다. 이 "우성 난포"는 다른 난포의 성장을 억제하여 성장을 멈추고 퇴화합니다. 성숙한 난포는 파열되어 난소에서 난자를 방출합니다(배란). 배란은 일반적으로 여성의 다음 생리 주기 2주 전에 일어납니다.

황체의 발달

배란 후, 파열된 난포는 황체라는 조직으로 발달하여 프로게스테론과 에스트로겐이라는 두 가지 호르몬을 분비합니다. 프로게스테론은 자궁내막(자궁 내벽)을 두껍게 만들어 배아의 착상을 준비합니다.

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계란의 방출

난자는 배출되어 나팔관으로 이동하며, 수정 과정에서 최소 한 개의 정자가 난관에 들어갈 때까지 그곳에 머물러 있습니다(난자와 정자, 아래 참조). 난자는 배란 후 24시간 이내에 수정될 수 있습니다. 평균적으로 배란과 수정은 마지막 월경 후 2주 후에 이루어집니다.

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월경주기

정자가 난자와 수정되지 않으면 정자와 황체가 퇴화되고, 상승했던 호르몬 수치도 사라집니다. 그러면 자궁내막의 기능층이 떨어져 나가 월경 출혈이 발생합니다. 이러한 주기가 반복됩니다.

수분

정자가 성숙한 난자에 도달하면 수정이 이루어집니다. 정자가 난자에 도달하면 난자의 단백질 껍질에 변화가 생겨 더 이상 정자가 들어갈 수 없게 됩니다. 이 시점에서 아이의 성별을 포함한 유전 정보가 저장됩니다. 어머니는 X 염색체만 제공합니다(어머니=XX). Y 정자가 난자를 수정하면 아이는 남자(XY)가 되고, X 정자가 수정하면 아이는 여자(XX)가 됩니다.

수정은 단순히 난자와 정자의 핵 물질이 합쳐지는 것이 아니라, 복잡한 생물학적 과정의 집합체입니다. 난모세포는 방사관(corona radiata)이라고 하는 과립막 세포로 둘러싸여 있습니다. 방사관과 난모세포 사이에는 투명대가 형성되며, 이 투명대에는 정자 특정 수용체가 있어 다정자 발생을 방지하고 수정란이 난관을 따라 자궁으로 이동할 수 있도록 합니다. 투명대는 성장하는 난모세포에서 분비되는 당단백질로 구성됩니다.

감수분열은 배란 중에 재개됩니다. 감수분열 재개는 배란 전 황체형성호르몬(LH) 피크 이후에 관찰됩니다. 성숙 난모세포의 감수분열은 핵막 소실, 염색질의 2가 결합, 그리고 염색체 분리와 관련이 있습니다. 감수분열은 수정 중 극체 방출과 함께 종료됩니다. 정상적인 감수분열 과정에는 난포액 내 고농도의 에스트라디올이 필요합니다.

정세관 내의 남성 생식 세포는 체세포 분열의 결과로 1차 정모세포를 형성하며, 이는 여성 난자와 유사한 여러 단계의 성숙을 거칩니다. 감수 분열의 결과로, 염색체 수의 절반을 포함하는 2차 정모세포가 형성됩니다(23). 2차 정모세포는 정세포로 성숙하고, 더 이상 분열을 거치지 않고 정자로 변합니다. 이러한 일련의 성숙 단계를 정자 생성 주기라고 합니다. 인간의 경우, 이 주기는 74일 만에 완료되고, 분화되지 않은 정모세포는 독립적으로 움직일 수 있고 난자 침투에 필요한 효소 세트를 갖는 고도로 특수화된 정자로 변합니다. 운동에 필요한 에너지는 cAMP, Ca ²⁺, 카테콜아민, 단백질 운동성 인자, 단백질 카르복시메틸화효소를 포함한 여러 요인에 의해 제공됩니다. 신선한 정액에 존재하는 정자는 수정이 불가능합니다. 이 능력은 여성 생식기에 진입하여 막 항원을 잃으면서 획득되는데, 여기서 수정능 획득(capacitation)이 일어납니다. 난자는 정자의 머리 핵을 덮고 있는 첨체 소포를 용해하는 물질을 분비하는데, 이 소포에는 부계 유래 유전 물질이 존재합니다. 수정 과정은 나팔관의 팽대부에서 일어나는 것으로 여겨집니다. 나팔관의 깔때기는 이 과정에 적극적으로 참여하여 난포가 표면에 돌출된 난소 부분에 밀착되어 마치 난자를 빨아들이는 것처럼 작용합니다. 나팔관 상피에서 분비되는 효소의 영향으로 난자는 방사관(corona radiata) 세포에서 방출됩니다. 수정 과정의 핵심은 부모 세대의 유기체에서 분리된 여성 생식 세포와 남성 생식 세포가 하나의 새로운 세포, 즉 접합자(zygote)로 통합, 융합하는 것입니다. 접합자는 세포일 뿐만 아니라 새로운 세대의 유기체이기도 합니다.

정자는 주로 자신의 핵물질을 난자에 주입하고, 이 핵물질이 난자의 핵물질과 결합하여 하나의 접합자 핵을 형성합니다.

난자의 성숙과 수정 과정은 복잡한 내분비 및 면역학적 과정을 통해 이루어집니다. 윤리적 문제로 인해 인간에서의 이러한 과정은 충분히 연구되지 않았습니다. 우리의 지식은 주로 동물 실험을 통해 얻어지며, 이는 인간의 이러한 과정과 많은 공통점을 가지고 있습니다. 체외 수정 프로그램에서 새로운 생식 기술의 발전 덕분에 인간 배아 발달 단계부터 배반포 단계까지의 체외 연구가 진행되었습니다. 이러한 연구 덕분에 초기 배아 발달, 난관 이동, 그리고 착상 기전에 대한 연구가 활발하게 진행되었습니다.

수정 후, 접합자는 난관을 따라 이동하며 복잡한 발달 과정을 거칩니다. 첫 번째 분열(두 개의 할구 단계)은 수정 후 2일째에 발생합니다. 난관을 따라 이동하면서 접합자는 완전한 비동기 분할을 거쳐 상실배를 형성합니다. 이 시점에 배아는 난황막과 투명막에서 분리되고, 상실배 단계에서 배아는 자궁으로 진입하여 느슨한 할구 복합체를 형성합니다. 난관을 통과하는 것은 임신의 중요한 순간 중 하나입니다. 초기 배아와 나팔관 상피 사이의 관계는 자가분비 및 측분비 경로에 의해 조절되며, 이는 배아에게 수정 및 초기 배아 발달 과정을 촉진하는 환경을 제공한다는 것이 밝혀졌습니다. 이러한 과정의 조절자는 착상 전 배아와 나팔관 상피 모두에서 생성되는 생식선자극호르몬 방출 호르몬으로 여겨집니다.

나팔관 상피는 리보핵산(mRNA)과 단백질의 전달자인 GnRH와 GnRH 수용체를 발현합니다. 이러한 발현은 주기에 따라 달라지며, 주로 황체기에 나타나는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 데이터를 바탕으로, 한 연구팀은 나팔관 GnRH가 수정, 초기 배아 발달, 그리고 착상에서 자가분비-측분비 경로 조절에 중요한 역할을 한다고 생각합니다. "착상 창"이 최대로 발달하는 시기에 자궁 상피에는 상당한 양의 GnRH 수용체가 존재하기 때문입니다.

GnRH, mRNA 및 단백질 발현이 배아에서 관찰되고 모룰라가 배반포로 변함에 따라 증가하는 것으로 나타났습니다. 배아와 난관 상피 및 자궁내막의 상호작용은 GnRH 시스템을 통해 수행되며, 이는 배아의 발달과 자궁내막의 수용성을 보장한다고 믿어집니다. 또한 많은 연구자들은 배아의 동시 발달과 모든 상호작용 메커니즘의 필요성을 강조합니다. 어떤 이유로 배아의 이동이 지연될 수 있다면, 영양막은 자궁에 들어가기 전에 침습적 특성을 보일 수 있습니다. 이 경우, 난관 임신이 발생할 수 있습니다. 빠른 움직임으로 배아는 자궁에 들어가는데, 자궁내막의 수용성이 없어 착상이 일어나지 않거나, 배아가 자궁의 아랫부분, 즉 난자의 추가 발달에 덜 적합한 곳에 머물러 있게 됩니다.

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난자 이식

수정 후 24시간 이내에 난자는 활발하게 세포 분열을 시작합니다. 난자는 나팔관에 약 3일 동안 머물게 됩니다. 접합자(수정란)는 계속해서 분열하며 나팔관을 따라 천천히 자궁으로 이동하여 자궁내막에 착상합니다(착상). 접합자는 처음에는 세포 덩어리가 되었다가, 이후 속이 빈 세포 공, 즉 배반포(배아 주머니)가 됩니다. 착상 전에 배반포는 보호막을 벗고 나옵니다. 배반포가 자궁내막에 접근하면 호르몬 교환이 배반포의 착상을 촉진합니다. 일부 여성은 착상 기간 동안 며칠 동안 점상 출혈이나 가벼운 출혈을 경험합니다. 자궁내막은 두꺼워지고 자궁경부는 점액으로 막힙니다.

3주 동안 배반포 세포는 세포 덩어리로 성장하여 아기의 첫 신경 세포를 형성합니다. 수정 순간부터 임신 8주까지는 배아라고 불리고, 그 이후로는 출생할 때까지 태아라고 불립니다.

착상 과정은 자궁에 진입하는 배아가 배반포 단계에 도달했을 때만 가능합니다. 배반포는 배아가 형성되는 내배엽 세포층과 태반의 전구체인 영양외배엽 세포층으로 구성됩니다. 착상 전 단계에서 배반포는 착상전 인자(PIF), 혈관내피성장인자(VEGF), 그리고 VEGF의 mRNA와 단백질을 발현하는데, 이는 배아가 성공적인 태반 형성을 위한 혈관신생을 매우 빠르게 수행하고, 이후 발달에 필요한 조건을 조성하는 것으로 알려져 있습니다.

성공적인 착상을 위해서는 자궁내막 세포 분화에 필요한 모든 변화가 자궁내막에 나타나야 합니다. 이 변화는 일반적으로 배란 후 6~7일째에 관찰되는 "착상 창"이 나타나야 하며, 배반포가 일정 성숙 단계에 도달하고 프로테아제가 활성화되어 배반포가 자궁내막으로 진입하는 것을 촉진해야 합니다. "자궁내막 수용성은 스테로이드 호르몬에 의해 조절되는 자궁내막의 복잡한 시간적, 공간적 변화의 정점입니다." "착상 창"의 출현과 배반포 성숙 과정은 동시에 이루어져야 합니다. 그렇지 않으면 착상이 이루어지지 않거나 임신 초기 단계에서 중단될 수 있습니다.

착상 전 자궁내막 표면 상피는 점액질로 덮여 있는데, 이는 배반포의 조기 착상을 방지하고 감염으로부터 보호하며, 특히 여성 생식기 생리의 다양한 측면에서 일종의 장벽 역할을 하는 Muc1-에피시알린의 작용을 합니다. "착상 창"이 열릴 무렵, 점액질의 양은 배아에서 생성되는 단백질 분해 효소에 의해 파괴됩니다.

배반포가 자궁내막에 착상하는 과정은 두 단계로 구성됩니다. 1단계는 두 세포 구조의 유착이고, 2단계는 자궁내막 실질의 탈락막화입니다. 매우 흥미로운 질문은 배아가 아직 열려 있는 착상 부위를 어떻게 식별하는가입니다. 배반포가 자궁에 진입하는 순간부터 착상이 시작될 때까지 2~3일이 걸립니다. 배아는 자궁내막에 작용하여 착상을 준비하는 용해성 인자/분자를 분비한다고 가정합니다. 유착은 착상 과정에서 핵심적인 역할을 하지만, 두 개의 서로 다른 세포 덩어리가 결합되도록 하는 이 과정은 매우 복잡합니다. 수많은 요인이 관여합니다. 인테그린은 착상 시 유착에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다. 특히 인테그린-01은 착상 시 발현이 증가하기 때문에 중요합니다. 그러나 인테그린 자체는 효소 활성이 없기 때문에 세포질 신호를 생성하기 위해 단백질과 결합해야 합니다. 일본 연구진이 수행한 연구에 따르면, 소형 구아노신 삼인산 결합 단백질인 RhoA가 인테그린을 세포 접착에 참여할 수 있는 활성 인테그린으로 전환한다는 사실이 밝혀졌습니다.

인테그린 외에도 접착 분자에는 트로피닌, 부스틴, 타스틴과 같은 단백질이 포함됩니다.

트로피닌은 착상 부위의 자궁내막 상피 표면과 배반포 영양외배엽의 정단면에 발현되는 막 단백질입니다. 버스틴과 투스틴은 트로피닌과 결합하여 활성 접착 복합체를 형성하는 세포질 단백질입니다. 이 분자들은 착상뿐만 아니라 태반의 추가 발달에도 관여합니다. 세포외 기질 분자인 오스테오칸틴과 라미닌은 접착에 관여합니다.

다양한 성장인자는 매우 중요한 역할을 합니다. 연구자들은 착상에서 인슐린 유사 성장인자와 이를 결합하는 단백질, 특히 IGFBP의 역할에 특히 주목합니다. 이러한 단백질은 착상 과정뿐만 아니라 혈관 반응 모델링 및 자궁근층 성장 조절에도 중요한 역할을 합니다. Paria 등(2001)에 따르면, 자궁내막과 배아 모두에서 발현되는 헤파린 결합 상피세포 성장인자(HB-EGF)와 섬유아세포 성장인자(FGF), 골형성단백질(BMP) 등이 착상 과정에서 중요한 역할을 합니다. 자궁내막과 영양막이라는 두 세포계가 결합하면 영양막의 침윤 단계가 시작됩니다. 영양막 세포는 단백질 분해효소를 분비하여 영양막이 세포 사이 기질로 "밀어들어" 금속단백분해효소(MMP)로 세포외 기질을 용해합니다. 영양막세포의 인슐린 유사 성장 인자 II는 영양막세포의 가장 중요한 성장 인자입니다.

착상 시, 자궁내막 전체는 영양막-자궁내막 상호작용의 가장 중요한 구성 요소 중 하나인 면역 적격 세포로 가득 차 있습니다. 임신 중 배아와 모체 사이의 면역 관계는 이식편-수용체 반응에서 관찰되는 것과 유사합니다. 자궁 내 착상은 태반에서 발현되는 태아 동종항원을 인식하는 T 세포를 통해 유사한 방식으로 제어된다고 여겨졌습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 착상에는 T 세포가 아닌 NK 세포에 기반한 새로운 동종 인식 경로가 관여할 수 있음이 밝혀졌습니다. 영양막은 HLAI 또는 II형 항원을 발현하지 않지만, 다형성 HLA-G 항원은 발현합니다. 이 부계 유래 항원은 황체기 중반에 자궁내막에서 수가 증가하는 대과립 백혈구의 CD8 항원에 대한 접착 분자 역할을 합니다. CD3- CD8+ CD56+ 마커를 가진 이러한 NK 세포는 CD8- CD56+ 탈락막 과립 백혈구에 비해 TNFcc, IFN-γ와 같은 Th1 관련 사이토카인의 생성에 기능적으로 더 불활성입니다.또한, 영양막은 사이토카인 TNFα, IFN-γ 및 GM-CSF에 대한 낮은 결합 용량(친화도) 수용체를 발현합니다.결과적으로, Th2를 통한 반응으로 인해 태아 항원에 대한 우세한 반응이 있을 것입니다.즉, 주로 염증성 사이토카인이 아니라 반대로 조절성 사이토카인(il-4, il-10, il-13 등)이 생성됩니다.Th1과 Th2 사이의 정상적인 균형은 영양막 침윤의 더 성공적인 침윤을 촉진합니다.염증성 사이토카인의 과도한 생성은 영양막 침윤을 제한하고 정상적인 태반 발달을 지연시켜 호르몬과 단백질 생성이 감소합니다. 또한 T 사이토카인은 프로트롬빈 키나아제 활동을 증가시키고 응고 메커니즘을 활성화하여 혈전증과 영양막 박리를 유발합니다.

또한, 면역억제 상태는 태아와 양막에서 생성되는 분자인 페투인(fetuin)과 스페르민(spermine)의 영향을 받습니다. 이 분자들은 TNF 생성을 억제합니다. 영양막 세포에서 발현되는 HU-G는 NK 세포 수용체를 억제하여 침입하는 영양막 세포에 대한 면역학적 공격성을 감소시킵니다.

탈락막 기질 세포와 NK 세포는 영양막 성장과 발달, 증식 및 분화에 필요한 사이토카인 GM-CSF, CSF-1, aINF, TGFbeta를 생성합니다.

영양막의 성장과 발달로 인해 호르몬 생성이 증가합니다. 프로게스테론은 면역 관계에 특히 중요합니다. 프로게스테론은 태반 단백질, 특히 TJ6 단백질의 생성을 국소적으로 자극하고, 탈락막 백혈구 CD56+16+에 결합하여 세포자멸사(자연적인 세포사멸)를 유발합니다.

영양막세포의 성장과 자궁의 나선 세동맥 침윤에 반응하여 산모는 항체(차단 항체)를 생성하는데, 이 항체는 면역영양 기능을 하며 국소 면역 반응을 차단합니다. 태반은 면역학적으로 특권을 누리는 기관이 됩니다. 정상적으로 발달하는 임신의 경우, 이러한 면역 균형은 임신 10~12주에 확립됩니다.

임신과 호르몬

인간 융모성 생식선 자극 호르몬은 수정 순간부터 산모의 혈액에 생성되는 호르몬입니다. 태반 세포에서 생성됩니다. 임신 테스트기로 측정할 수 있지만, 마지막 생리 첫날로부터 3~4주 후에야 검출될 정도로 수치가 높아집니다.

임신 발달 단계를 3개월 기간 또는 삼분기라고 부르는데, 이는 각 단계에서 상당한 변화가 일어나기 때문입니다.