Развитие пищеварительной системы у эмбриона человека касается эпителия пищеварительной системы и паренхимы ее производных, которые происходят из энтодермы. Соединительная ткань, мышечные компоненты и компоненты брюшины происходят из мезодермы . Различные области кишечной трубки, такие как пищевод , желудок , двенадцатиперстная кишка и т. д., определяются градиентом ретиноевой кислоты , который вызывает экспрессию факторов транскрипции, уникальных для каждой области. Дифференциация кишечника и его производных зависит от реципрокных взаимодействий между кишечной энтодермой и окружающей ее мезодермой. Hox-гены в мезодерме индуцируются сигнальным путем Hedgehog, секретируемым кишечной энтодермой, и регулируют краниокаудальную организацию кишечника и его производных. Кишечная система простирается от ротоглоточной мембраны до клоакальной мембраны и делится на переднюю кишку , среднюю кишку и заднюю кишку . [1]
В конце третьей недели появляется нервная трубка , которая является складкой одного из слоев триламинарного зародышевого диска , называемого эктодермой . Этот слой поднимается и закрывается дорсально , в то время как кишечная трубка сворачивается и закрывается вентрально, образуя «трубку поверх трубки». Мезодерма , которая является другим слоем триламинарного зародышевого диска , удерживает трубки вместе, а латеральная пластинчатая мезодерма , средний слой зародышевого диска, разделяется, образуя висцеральный слой, связанный с кишечником, и париетальный слой , который вместе с вышележащей эктодермой образует боковую стенку тела. Пространство между висцеральным и париетальным слоями латеральной пластинчатой мезодермы является первичной полостью тела. Когда боковая стенка тела складывается, она перемещается вентрально и сливается по средней линии. Полость тела закрывается, за исключением области соединительного стебля . Здесь кишечная трубка сохраняет связь с желточным мешком. Желточный мешок — это мембранный мешок, прикрепленный к эмбриону, который обеспечивает питательными веществами и функционирует как кровеносная система очень раннего эмбриона. [1]
Боковая стенка тела складывается, втягивая амнион вместе с собой, так что амнион окружает эмбрион и простирается над соединительным стеблем, который становится пуповиной , которая соединяет плод с плацентой . Если вентральная стенка тела не закрывается, могут возникнуть дефекты вентральной стенки тела, такие как эктопия сердца , врожденный порок развития, при котором сердце ненормально расположено вне грудной клетки. Другим дефектом является гастрошизис , врожденный дефект передней брюшной стенки, через который свободно выступает содержимое брюшной полости. Другой возможностью является экстрофия мочевого пузыря , при которой часть мочевого пузыря находится вне тела. В нормальных обстоятельствах париетальная мезодерма образует париетальный слой серозных оболочек, выстилающих внешнюю поверхность (стенки) брюшинной , плевральной и перикардиальной полостей . Висцеральный слой образует висцеральный слой серозных оболочек, покрывающих легкие, сердце и органы брюшной полости. Эти слои непрерывны у основания каждого органа, поскольку органы лежат в соответствующих полостях. Брюшина , сывороточная мембрана, которая образует выстилку брюшной полости , формируется в слоях кишечника, а местами брыжейки отходят от кишечника в виде двойных слоев брюшины . Брыжейки обеспечивают путь для сосудов, нервов и лимфатических сосудов к органам. Первоначально кишечная трубка от каудального конца передней кишки до конца задней кишки подвешена к дорсальной стенке тела дорсальной брыжейкой. Вентральная брыжейка , происходящая от поперечной перегородки , существует только в области конечной части пищевода, желудка и верхней части двенадцатиперстной кишки. [2]
В процессе удлинения роста кишечный проток выпячивается и вращается. Грыжеобразование ( лат . «разрыв») происходит примерно на 7½ неделе у человеческого эмбриона и относится к ретракции кишечника из экстраэмбрионального пупочного целома в брюшную полость (панель B3).
Кишечный проток поворачивается на 90° (против часовой стрелки, если смотреть от хвоста к голове) вокруг оси тела (см. панель B1) в том же направлении, что и сердце . Согласно теории осевого поворота , поворот является частью сложного поворота, который охватывает все тело у всех позвоночных животных. Во время этого поворота передняя часть головы поворачивается на 90° против часовой стрелки, тело на 90° по часовой стрелке, но щадя сердце и кишечник. Соответственно, эмбрион поворачивается на бок. Передний мозг поворачивается относительно в то время как сердце и кишечник (которые не принимают участия в повороте) поворачиваются против часовой стрелки относительно тела. [4] [5]
Складывание происходит типичным образом, как показано на диаграмме (панель B2-3, C). Складывание является результатом удлинения канала.
Диафрагма разделяет полость тела на грудную и брюшную полости . Она развивается из четырех компонентов: поперечной перегородки (центральное сухожилие), плевроперитонеальных мембран, дорсальной брыжейки пищевода и мышечных компонентов из сомитов на шейных уровнях от трех до пяти (С3–5) стенки тела. Поскольку поперечная перегородка изначально расположена напротив шейных сегментов от трех до пяти, и поскольку мышечные клетки для диафрагмы берут начало из сомитов на этих сегментах, диафрагмальный нерв , который иннервирует диафрагму, также возникает из этих сегментов спинного мозга (С3, 4 и 5). Грудная полость разделена на перикардиальную полость и две плевральные полости для легких плевроперикардиальными мембранами. [6]
В результате цефалокаудального и латерального складывания эмбриона часть полости желточного мешка, выстланной энтодермой, включается в эмбрион, образуя примитивную кишку . В цефалической и каудальной частях эмбриона примитивная кишка образует трубку, переднюю и заднюю кишку соответственно. Средняя часть, средняя кишка, остается временно соединенной с желточным мешком посредством желточного протока . [6]
Передняя кишка дает начало пищеводу, трахее, зачаткам легких, желудку и двенадцатиперстной кишке проксимальнее входа желчного протока. Кроме того, печень, поджелудочная железа и желчный аппарат развиваются как выросты эндодермального эпителия верхней части двенадцатиперстной кишки. Поскольку верхняя часть передней кишки разделена трахеопищеводной перегородкой на пищевод сзади и трахею и зачатки легких спереди, отклонение перегородки может привести к аномальным отверстиям между трахеей и пищеводом. Эпителиальные печеночные тяжи и желчная система, вырастающие в поперечную перегородку, дифференцируются в паренхиму. Кроветворные клетки (присутствующие в печени в большем количестве до рождения, чем после него), клетки Купфера и клетки соединительной ткани берут начало в мезодерме. Поджелудочная железа развивается из вентральной и дорсальной почки, которые позже сливаются, образуя окончательную поджелудочную железу. Иногда эти две части окружают двенадцатиперстную кишку ( кольцевая поджелудочная железа ), вызывая сужение кишечника. [7]
Средняя кишка образует первичную кишечную петлю, из которой берет начало дистальная часть двенадцатиперстной кишки до входа в желчный проток. Петля продолжается до соединения проксимальных двух третей поперечной ободочной кишки с дистальной третью. На своей вершине первичная петля временно остается в открытом соединении с желточным мешком через желточный проток . В течение шестой недели петля растет так быстро, что она выступает в пуповину (физиологическая грыжа ). На 10-й неделе она возвращается в брюшную полость. Пока происходят эти процессы, петля средней кишки поворачивается на 270° против часовой стрелки. Обычные аномалии на этой стадии развития включают остатки желточного протока, неспособность средней кишки вернуться в брюшную полость, мальротацию, стеноз и удвоение частей. [6]
Задняя кишка дает начало области от дистальной трети поперечной ободочной кишки до верхней части анального канала. Дистальная часть анального канала берет начало из эктодермы. Задняя кишка входит в заднюю область клоаки (будущий аноректальный канал ), а аллантоис входит в переднюю область (будущий урогенитальный синус ). Уроректальная перегородка разделяет две области, и разрыв клоакальной мембраны, покрывающей эту область, обеспечивает сообщение с внешней средой для ануса и урогенитального синуса. Верхняя часть анального канала происходит из энтодермы задней кишки. Нижняя часть (одна треть) происходит из эктодермы вокруг проктодеума . Эктодерма в области проктодеума на поверхности части клоаки разрастается и инвагинирует, образуя анальную ямку. Впоследствии дегенерация клоакальной мембраны устанавливает непрерывность между верхней и нижней частями анального канала. Аномалии в размере задней области клоаки смещают вход в анус вперед, вызывая ректовагинальные и ректоуретральные свищи и атрезии . [8]
Региональная спецификация кишечной трубки на различные компоненты происходит в то время, когда боковые складки тела сводят две стороны трубки вместе. Различные регионы кишечной трубки инициируются ретиноевой кислотой (RA) от глотки до толстой кишки. Эта RA вызывает экспрессию факторов транскрипции в различных регионах кишечной трубки. Таким образом, SOX2 определяет пищевод и желудок; PDX1 определяет двенадцатиперстную кишку; CDXC определяет тонкий кишечник; CDXA определяет толстый кишечник и прямую кишку. [9]
Дифференциация кишечника и его производных зависит от реципрокных взаимодействий между эндодермой кишечника (эпителием) и окружающей ее мезодермой (эпителиально-мезенхимальное взаимодействие). Hox-гены в мезодерме индуцируются SHH, секретируемым эндодермой кишечника, и регулируют краниокаудальную организацию кишечника и его производных. Как только мезодерма определяется этим кодом, он инструктирует энтодерму формировать компоненты средней и задней частей кишечника, такие как тонкий кишечник, слепая кишка, толстая кишка и клоака. [1]
Части кишечной трубки и ее производные подвешены к дорсальной и вентральной стенке тела брыжейками , двойными слоями брюшины, которые охватывают орган и соединяют его со стенкой тела. Такие органы называются интраперитонеальными, тогда как органы, которые лежат против задней стенки тела и покрыты брюшиной только на своей передней поверхности, считаются ретроперитонеальными. Таким образом, брыжейки представляют собой двойные слои брюшины, которые переходят от одного органа к другому или от органа к стенке тела в виде брюшинной связки. Брыжейки обеспечивают пути для сосудов, нервов и лимфатических структур к внутренним органам брюшной полости и от них. [6]
Первоначально передняя, средняя и задняя кишки находятся в обширном контакте с мезенхимой задней брюшной стенки. К пятой неделе соединительнотканный мостик сужается, и каудальная часть передней, средней и большей части задней кишки подвешены к брюшной стенке дорсальной брыжейкой, которая простирается от нижнего конца пищевода до клоакальной области задней кишки. В области желудка она образует дорсальный мезогастрий или большой сальник. В области двенадцатиперстной кишки она образует дорсальный мезодуоденум; а в области толстой кишки она образует дорсальный мезоколон. Дорсальная брыжейка, тощей и подвздошной петель , образует собственно брыжейку. [6]
Вентральная брыжейка, расположенная в области терминальной части пищевода, желудка и верхней части двенадцатиперстной кишки, происходит из septum transversum. Рост печени в мезенхиму septum transversum делит вентральную брыжейку на малый сальник, простирающийся от нижней части пищевода, желудка и верхней части двенадцатиперстной кишки до печени, и серповидную связку, простирающуюся от печени до вентральной стенки тела. [6]