HC27+28: Thorax- en longontwikkeling

Algemene informatie

Prenatale versus postnatale circulatie

1. Zuurstofarm bloed verzamelt zich in de rechterharthelft en gaat via de longslagader naar de longen
2. In de longen vindt de gasuitwisseling plaats: bloed wordt zuurstofrijk
3. Via de longader gaat het zuurstofrijke bloed naar de linkerharthelft
4. Vanuit de aorta komt het bloed in de grote bloedsomloop

Prenatale circulatie:

• Ductus venosus: zorgt ervoor dat het bloed dat via de vena umbilicalis aankomt, direct aangesluist wordt naar de vena cava inferior → de lever wordt overgeslagen
  • De ductus venosus ligt dus ter hoogte van de lever
• Foramen ovale: zorgt ervoor dat bloed vanuit het rechter atrium wordt doorgesluist naar het linker atrium → de rechterventrikel wordt overgeslagen
  • Een deel van het bloed gaat nog wel van het rechter atrium naar de rechterventrikel
• Ductus botalli/arteriosus: zorgt ervoor dat bloed vanuit de rechterventrikel gelijk naar de aorta gaat → de kleine bloedsomloop wordt overgeslagen

Postnatale circulatie:

1. Na de geboorte daalt de longvatweerstand heel erg → longen worden doorbloed
2. Het kind zit niet meer vast aan de placenta → embryonale shunts zijn niet meer nodig
   • Ductus venosus wordt een ligamentje (bindweefselstreng) → ligamentum venosum
   • Foramen ovale wordt door druk van de longcirculatie aan de linkerkant hoger → foramen ovale wordt afgesloten → wordt fossa ovale
     • De fossa ovale bestaat bij 70% van de mensen uit bindweefsel
   • Ductus botalli sluit doordat de bloedstroom van de truncus pulmonalis naar de aorta omkeert → ligamentum arteriosum/ligamentum van Botalli
     • Het ligamentum arteriosum is niet meer toegankelijk voor bloed

Kort overzicht embryologie

• Ectoderm
  • Aan deze zijde bevindt zich de amnionholte
• Mesoderm
  • Hierin ligt een hartbuisje: het toekomstige hart
    • Boven het hartbuisje ligt het septum transversum: draagt bij aan de vorming van het middenrif/diafragma
• Endoderm
  • Aan deze zijde bevindt zich de dooierzak

• De amnionholte komt “om het embryo heen” te liggen
• Een deel van de dooierzak wordt ingestulpt en vormt de voordarm
• Het hartbuisje en het septum transversum klappen om → liggen nu ter hoogte van de thorax
  • Het hartbuisje ligt dan bovenop het diafragma
  • Om het hartbuisje heen ligt de pericardholte (gevormd uit het intra-embryonale coeloom)

Longontwikkeling in de vroege embryologie

• Het middengedeelte vormt de toekomstige pericardholte
• Aan weerszijden van het middengedeelte zijn twee de pericardio-peritoneale kanalen 
• De peritoneale holte

1. Eerst zijn de voorgangers van o.a. de luchtpijp en de oesophagus nog met elkaar verbonden → de voordarm moet gesplitst worden:
   • De tracheoesophageale septum scheidt de ventraal gelegen laryngotrachaele tube van de dorsaal gelegen voorganger van de oropharynx en oesophagus 
     • Trancheoesophageale septum = voorganger van de larynx, trachea, bronchiën en longen
     • Oropharynx = mond-keelholte
     • Oesophagus = slokdarm
   • De voordarm kan op verschillende manieren verkeerd gescheiden worden
     • Tracheoesophageale fistula is een doorgang tussen de trachea en de oesophagus
   • Uit het endoderm van de voordarm ontstaan de longen, larynx, trachea en bronchiën
   • Uit het splanchnische mesoderm ontstaat bindweefsel, glad spierweefsel en kraakbeen
   • Oesophagus atresie: de scheiding tussen slokdarm en luchtpijp is niet goed aangelegd
2. De pleuraholtes ontstaan: de ruimtes die ontstaan zijn uit het intra-embryonale coeloom zijn eerst nog met elkaar verbonden, tijdens de ontwikkeling verandert dit:
   • Pleuropericardiale membranen groeien de pericardio-peritoneale kanalen in, waardoor zij gescheiden worden van de pericardholte → de pericardio-peritoneale kanalen worden de pleuraholten
     • Het coeloomepitheel dat tegen de long aanligt heet de viscerale pleura (longvlies)
     • Het coeloomepitheel dat tegen de thoraxwand aanligt heet pariëtale pleura (borstvlies)
   • De afgrenzing tussen pleuraholten en peritoneale holten wordt gevormd door de verplaatsing van het septum transversum tijdens de kromming van het embryo
3. De linker- en rechterlong worden van elkaar gescheiden door het pleuro-pericardiale membraan → deze ontstaat als volgt:
   1. Doordat de longen groeien uit splanchnisch mesoderm wordt de lichaamswand opzij geduwd → er ontstaan pleuro-pericardiale plooien
   2. De pleuro-pericardiale plooien gaan zich reordeneren → groeien uit tot pleuro-pericardiale membranen
   3. Pleuro-pericardiale membranen groeien naar het midden toe
   4. Pleuro-pericardiale membranen fuseren met het mesenchym (verder ontwikkeld mesoderm)
   5. Pleuro-pericardiale membranen dragen bij aan tussenschotvorming → scheiden de linker en rechter long van elkaar
4. De linker- en rechterlong zijn worden na scheiding beide omgeven door hun eigen pleuraholte
5. De structuur en ontwikkeling van de rechter- en linkerlong is anders:
   • Rechterlong:
     • 3 longkwabben
     • Rechter bronchusboom is verticaler dan links
   • Linkerlong:
     • 2 longkwabben
     • Linker bronchusboom heeft een bocht
6. De centrale ruimte tussen de pleuraholten vormt het mediastinum

Ontwikkeling van het diafragma

• Septum transversum
  • Ontstaat uit een craniaal mesodermgebied dat zich bij de lengtekromming van het embryo caudaal van de hartaanleg tegen de voordarm aanlegt
  • Vormt het centrale pezige gedeelte (centrum tendineum) van het diaphragma
• Mesenterium van de oesophagus (mesenchym)
• Pleuroperitoneale membranen
  • Fuseren de andere structuren
  • Scheiden de pleuraholtes met de peritoneale holtes
  • Vormt na de geboorte maar een klein deel van het diafragma
  • Bij defecte pleuroperitoneale membranen ontstaat een gat in het diafragma → congeniatele hernia diafragmatica
    • Hierbij kunnen er darmen groeien in de thorax
• Spier-ingroei vanuit de lichaamswand
  • Vormt het perifere spiergedeelte van het diaphragma

Het hart

• Het instroomdeel zit aan de caudale kant en is verbonden met het veneuze deel → sinus venosus

• Het uitstroomdeel zit aan de craniale kant en is verbonden met het arteriële deel → ventrale aorta

De hartbuis neemt al snel een “S” vorm aan in een proces dat “looping” wordt genoemd. Het hartbuisje bestaat dan uit:

• Binnenwand: endocard

• Cardiac jelly

• Buitenkant: myocard (hartspieren)

  • Wordt gevormd uit het omringende mesoderm

  • Klopt al in dit stadium

Het hart zit vast aan mesoderm. Later komt de epicard als buitenste laag om het hart te liggen. Achter het hart ligt mesenchym: dit heet ook wel second heartfield. 

Op een gegeven moment gaat cardiac jelly zich concentreren: er ontstaan endocardkussens. Deze gaan zitten op de overgangen van de toekomstige boezems en kamers, en op de overgangen van de kamers en grote vaten. Endocardkussens spelen dus een rol bij klepvorming en septatie. 

Boezemseptatie:

Tijdens de ontwikkeling van het hart is er eest één groot gemeenschappelijk atrium. De linker- en rechteratrium ontstaan door tussenkomst van een tussenschot. Hierbij spelen 4 onderdelen een rol:

• Septum primum: de eerste aanleg van een atriumseptum

  • Structuur die vanaf het dak van het atrium naar beneden groeit richting het kussentje → sluit niet helemaal

  • Er blijft een opening tussen de kussens en het septum primum: het osteum primum

• Osteum primum: sluit op een gegeven moment

• Osteum secundum: een gat dat ontstaat in het septum primum, nadat de osteum primum is gesloten

  • Ontstaat door apoptoseverschijnselen 

  • Blijft tijdens de hele foetale fase open

• Septum secundum: een 2^e septum ontstaat

  • Groeit aan de rechterkant van het septum primum

  • Septum secundum gaat deels het osteum secundum overlappen

  • Sluit deels af, er kan nog wel bloed langs

  • Onderkant van septum secundum en osteum secundum samen wordt foramen ovale 

Het foramen ovale bestaat dus uit de onderrand van het septum secundum en de osteum secundum. Na de geboorte sluit het foramen ovale doordat de druk aan de linkerkant hoger wordt: 2 septumcomponenten worden tegen elkaar aangeduwd waardoor het foramen ovale dichtgaat → de fossa ovale ontstaat.

Er kunnen meerdere dingen misgaan bij het vormen van de atria:

• Atrium septum defect type I: osteum primum is niet goed gesloten

  • Kan gesloten worden door een catheter in de lies aan te brengen

• Atrium septum defect type II: osteum secundum is niet goed gesloten

Ventrikelseptatie:

Septatie van de ventrikels mag niet te snel plaatsvinden. Er moet eerst een verbinding tussen het rechteratrium en de rechterventrikel ontstaan → de tricus pidalisklep

Als septatie tussen de ventrikels te snel gebeurt, botst het bloed tegen een septum. Er moet eerst remodelering plaatsvinden. Als dit niet gebeurt, blijft er een gaatje in het hart. 

Tussen de toekomstige ventrikels zit een plooitje: de primaire plooi. Deze plooi komt op twee manieren steeds hoger in de ventrikels te liggen:

• Stuwing: door de uitgroei van de ventrikels wordt hij omhooggestuwd

• Actieve proliferatie: de plooi groeit zelf ook

Daarna vindt remodelering plaats: er blijft een interventriculair foramen. Dit is nodig omdat de tricus pidalisklep en de aorta hun definitieve positie nog niet bereikt hebben. Uiteindelijk sluit de interventriculaire foramen door fusie van kussens die liggen in het AV-kanaal (atrioventriculaire kanaal) en in de outflow tracti (verbindingen tussen de ventrikels en de longslagaders, en de ventrikels en de aorta).

Door expansie van het atrioventriculaire kanaal gaat het rechter atrium uiteindelijk boven de rechterventrikel liggen.

Scheiding grote vaten:

De aorta en truncus pulmonalis zijn eerst samen één grote buis. Bij het scheiden van de aorta en truncus pulmonalis spelen de neurale lijstcellen een rol:

• Migreren naar de arteriële pool van het hart

• Zenden signalen uit om een septum tussen de aorta en truncus pulmonalis te maken

Uiteindelijk komt de truncus pulmonalis voorin te liggen en de aorta achterin. Ook is er een gescheiden pulmonalisklep en aortaklep.

Het scheiden van de vaten en de ventrikels gaat niet altijd goed. Common arterial trunk/persistent truncus arteriosus is een zeldzame hartafwijking. Deze bestaat uit een combinatie van twee afwijkingen:

• Een grote opening tussen de twee ventrikels

• Slechts één bloedvat dat het hart verlaat

  • Dit bloedvat vertrekt vanuit beide kamers

  • Vanuit dit bloedvat ontspringen zowel aorta als longslagader → het bloed wordt gemengd

Kieuwboogarteriën:

Het vasculaire systeem evalueert van een symmetrisch systeem naar een asymmetrisch systeem. Zo gaat de aorta is splitsen. Uiteindelijk gaat de aortaboog zich vertakken in:

• Arteria subclavia sinistra

• Arteria carotis communis sinistra

• Arteria brachiocephalicus

  • Arteria subclavia dextra

  • Arteria carotis communis dextra

Hierbij spelen de kieuwboogarteriën een rol. Deze ontspringen vanuit de aortazak. Er zijn 6 paar kieuwboogarteriën, waarvan de 3^e, 4^een 6^e kieuwbogen van belang zijn: 

• 3^e kieuwboogarteriën: vormen de arteria carotis communis → een belangrijk gebied van de hersenen

• Linker 4^e kieuwboogarterie: vormt de verbinding tussen de aortaboog en de arteria carotis communis

• Rechter 4^e kieuwboogarterie: vormt de arteria subclavia dextra

• Linker 6^e kieuwboogarterie: vormt de ductus botalli → verbinding tussen de truncus pulmonalis en de aortaboog

Ontwikkeling van de hartkleppen:

De kleppen hebben in het hart een belangrijke rol. Deze ontstaan uit de “kussens” die tussen de atria en ventrikels zijn ontstaan nadat de gelei tussen het endocard en epicard zich heeft gedifferentieerd. Deze kussens worden later in de ontwikkeling omgebouwd tot vier klepsystemen:

• Semilunaire klep

• Mitralisklep

• Tricuspidalis klep

Geleidingssysteem:

Geleidingssystemen zijn hartspieren, die zich anders hebben gedifferentieerd. Het geleidingssysteem verzorgt de contractie van de hartspier. Deze zijn ontstaan uit het myocard.