Embryonale Entwicklung der Bauchorgane

Wiederholung der frühen embryologischen Entwicklung

Blastozyste und zeiblättrige Keimscheibe

Die Morula (16-Zellphase) durchläuft einen Prozess namens Blastulation, bei dem sich ein Hohlraum zu bilden beginnt. Die Zellen differenzieren sich in äußere und innere Zellmassen.

• Äußere Zellmasse → Trophoblast → Plazenta und Membranen
• Innere Zellmasse → Embryoblast → Zweiblättrige Keimscheibe:
  • Epiblast
  • Hypoblast
• Amnionhöhle: eine Flüssigkeitshöhle, die sich „oberhalb“ des Epiblasten (zwischen Epiblast und Trophoblast) entwickelt
• Primitiver Dottersack:
  • Ein Hohlraum „unterhalb“ des Hypoblasten
  • Wichtig in der GI-Entwicklung

Dreiblättrige Keimscheibe

Die zweiblättrige Keimscheibe durchläuft einen Prozess der Gastrulation und bildet somit die dreiblättrige Keimscheibe bestehend aus 3 Schichten:

• Ektoderm (fortlaufend mit dem Amnion)
• Mesoderm:
  • Paraxiales Mesoderm
  • Intermediäres Mesoderm
  • Laterales Plattenmesoderm (LPM):
    • Somatische Schicht des LPM
    • Splanchnikusschicht des LPM
  • Extraembryonales Mesoderm:
    • Umgeben der Amnionhöhle → kontinuierlich mit somatischem LPM
    • Umgeben des Dottersacks → kontinuierlich mit dem splanchnischem LPM
• Endoderm:
  • Embryonales Endoderm (normalerweise nur Endoderm genannt) → Bildung des primitiven Darmrohrs
  • Extraembryonales Endoderm → Auskleidung des Dottersacks
  • Sekundärer Dottersack: Hohlraum zwischen embryonalem und extraembryonalem Endoderm
• Faltungen der dreibblättrigen Keimscheibe (in 2 Richtungen):
  • Laterale Faltung:
    • Bildung einer zylindrischen Struktur umgeben von Ektoderm und der Amnionhöhle
    • Bildung eines primitiven Darmrohrs aus Endoderm
  • Kranio-kaudale Faltung:
    • Bildung eines kranialen Endes und eines kaudalen Endes (Embryo „bohnenförmig“)

Entfernen des Dottersacks weiter vom Körper weg → Verbindung von Dottersack und Darmrohr = Dottergang/Ductus omphaloentericus

Obliteration des Ductus omphaloentericus und des Dottersacks

• Entfernen des Dottersacks vom embryonalen Körper während der lateralen Faltung
• Ductus omphaloentericus (Ductus vitellinus): Verbindung des Mitteldarms mit dem Dottersack während der Entfernung des Dottersacks
• Wachstum der Amnionhöhle ca. 4.–6. Woche: Beginn auf der dorsalen Seite des Embryos
  • Wachstum und Erstrecken um die kranialen und kaudalen Enden des Embryos
  • Zusammentreffen der wachsenden Amnionhöhlenränder ventral am Abdomen → Abklemmen des Dottersacks/Veröden des Ductus omphaloentericus
• Klinische Relevanz: Unzureichende Obliteration des Ductus omphaloentericus führt zu einem Meckel-Divertikel:
  • Echtes Divertikel (mit allen Schichten der Darmwand)
  • Ursprung von der antimesenterischen Oberfläche des mittleren bis distalen Ileums und Verankerung an der vorderen Bauchwand
  • Mögliche Folgen: Fistel, Volvulus, Dünndarmverschluss und/oder Nekrose

Überblick über die Differenzierung des Darmrohrs

Vom Darm abgeleitete Strukturen

Das primitive Darmrohr wird nach Abschluss der lateralen Faltung aus Endoderm gebildet.

Das Darmrohr lässt sich zunächst in 3 Bereiche unterteilen:

• Vorderdarm: abdominale Derivate mit Versorgung aus dem Truncus coeliacus
  • Ösophagus
  • Magen
  • Proximales Duodenum (oberhalb der Ampulla Vateri)
  • Leber
  • Gallenblase und Gallenwege
  • Pankreas
  • Vom Vorderdarm abgeleitete Strukturen oberhalb des Abdomens:
    • Primordialer Pharynx und seine Derivate
    • Zervikale und thorakale Speiseröhre
    • Respiratorischer Trakt
• Mitteldarm: Derivate mit Versorgung aus der A. mesenterica superior (Englisches Akronym: SMA)
  • Distales Duodenum (unterhalb der Ampulla Vateri)
  • Jejunum
  • Ileum
  • Caecum
  • Appendix
  • Colon ascendens
  • Proximale ⅔ des Colon transversum
• Hinterdarm: Derivate mit Versorgung aus der A. mesenterica inferior (Eglisches Akronym: IMA)
  • Distale ⅓ des Colon transversum
  • Colon descendens
  • Colon sigmoideum
  • Rektum
  • Kranialer Anteil des Analkanals

Vom Endoderm abgeleitete Strukturen

Aus dem Endoderm abgeleitete Strukturen im Zusammenhang mit der Entwicklung der Bauchorgane:

• Epitheliale Auskleidung des gesamten GI-Trakts
• Schleimhaut- und Submukosadrüsen

Vom Mesoderm abgeleitete Strukturen

Aus dem Mesoderm abgeleitete Strukturen im Zusammenhang mit der Entwicklung der Bauchorgane:

Splanchnikusschicht des LPM:

• Wand des Verdauungskanals (d.h. intestinale Wände)
  • Muskelgewebe (z.B. Zirkuläre und Längsschichten, Sphinkter)
  • Bindegewebe
• Gefäßsystem
• Viszerales Peritoneum
• Mesenterien:
  • Dorsales und ventrales Mesogastrium → Omentum majus und minus, Ligamentum falciformis
  • Mesenterium des Dünndarms
  • Transversales und sigmoidales Mesokolon
  • Zahlreiche benannte Ligamentes abdominales

Somatische Schicht des LPM: Peritoneum parietale

Von Ektoderm abgeleitete Strukturen

Vom Ektoderm abgeleitete Strukturen im Zusammenhang mit der Entwicklung der Bauchorgane:

• Neuralleistenzellen: enterischer Nervenplexus (d.h. Plexus myentericus und submucosus)
• Nerven: mit Innervation der Bauchorgane
• Membranen:
  • Aufeinandertreffen des Ektoderms und Endoderms (ohne Mesoderm dazwischen) am kranialen und kaudalen Ende und Bildung von Membranen → Reißen der Membranen und Bildung der Öffnungen des GI-Trakts
  • Kraniales Ende: Oropharyngealmembran → Mund
  • Kaudales Ende: Kloakenmembran → Anus
• Epithel: Auskleidung des distalen Analkanal

Vorderdarm-Derivate, Omenta und Milz

Ösophagus

Separation vom respiratorischem System:

• Lungenknospe:
  • Knospen an der ventralen Seite des Vorderdarms um 4. Woche herum
  • Wachstum gleichzeitig ventral und kaudal
  • Einbeziehen sowohl des Endoderms als auch des umgebenden Splanchnikus-LPM
• Tracheoösophageale Furche:
  • Wachstum der Lungenknospe nach ventral und kaudal → Bildung der tracheoösophagealen Furche als seitliche Vertiefungen zwischen der neuen Lungenknospe und dem Vorderdarm
  • Mediales Vorrücken der Furchen → Separation der Lungenknospe und Bildung des tracheoösophagealen Septums
• Durch das tracheoösophageale Septum Bildung von 2 separaten Schläuchen:
  • Ösophagus (posterior, vom ursprünglichen Vorderdarm)
  • Trachea (anterior, von der Lungenknospe)
• Klinische Relevanz:
  • Tracheoösophageale Fistel (TEF): bei unvollständigem Verschluss der tracheoösophagealen Furchen in der Mittellinie
  • Ösophagusatresie: keine Bildung von Teilen des Ösophagus; oft gemeinsam mit TEF

Wachstum und Descensus:

• Verlängerung des Ösophagus und Absenken zusammen mit Herz und Lunge
• Abschluss der Entwicklung bis zur 7. Woche

Magen

• Entwicklungsbeginn um die 4. Woche herum
• Fusiforme Dilatation des Vorderdarms: Ort des Primordialmagens
• Verlängerung des Ösophagus bewirkt Verschiebung des Magens unter das Zwerchfell.
• Schnelleres Wachstum der Hinterwand als der Vorderwand → C-Form
  • Hinterwand → große Kurvatur
  • Vorderwand → kleine Kurvatur
• 90-Grad-Rotation im Uhrzeigersinn um die Längsachse:
  • Große Kurvatur (dorsal):
    • Rotation nach anterior und nach links
    • Innervation der Vorderwand durch linken Vagusnerv
  • Kleine Kurvatur (ventral):
    • Rotation nach posterior und nach rechts
    • Innervation der Hinterwand durch rechten Vagusnerv
• Kleinere Rotation im Uhrzeigersinn um die anteroposteriore Achse:
  • Der kardiale Teil des Magens bewegt sich nach unten und nach links.
  • Pylorusanteil bewegt sich nach oben und nach rechts.

Omenta

Das Omentum majus und minus werden aus dem dorsalen und ventralen Mesogastrium (mesodermalen Ursprungs) gebildet. Wenn sie sich mit dem Magen drehen, bilden sie größere und kleinere Säcke.

Dorsales Mesogastrium:

• Aufhängung des Magens an der dorsalen Wand
• Ursprünglich in der Medianebene gelegen
• Bei 90-Grad-Längsrotation nach links verschoben
• Dadurch Raum hinter dem Magen = kleiner Sack (d.h. Bursa omentalis)
• Bildung mehrerer wichtiger Strukturen:
  • Wölbung nach der Magendrehung nach unten und Bildung des Omentum majus
  • Ligamentum gastrosplenicus: Verbindung Magen und Milz
  • Ligamentum splenorenale: Verbindung der Milz mit der posterioren abdominalen Wand (in der Nähe der Niere)
• Anterior des Omentum majus = großer Sack
• Strukturen, die sich im dorsalen Mesogastrium entwickeln:
  • Milz
  • Pankreas

Ventrales Mesogastrium:

• Befestigung von Magen, Duodenum, Leber und ventraler Bauchwand
• Ursprünglich in der Medianebene gelegen
• Bei 90-Grad-Längsrotation nach rechts verschoben
• Verschluss des kleinen Sacks zwischen Magen und Leber
• Bildung von 2 Primärstrukturen:
  • Omentum minus: Verbindung Magen und Leber
  • Ligamentum falciformis: Verbindung der Leber an die ventrale Bauchwand
• Strukturen, die sich im ventralen Mesogastrium entwickeln:
  • Leber
  • Gallenblase
  • Gallenwege

Duodenum/Zwölffingerdarm

• Entwicklungsbeginn in der 4. Woche
• Oberhalb der Ampulla Vateri: vom kaudalen Teil des Vorderdarm → Versorgung durch Truncus coeliacus
• Unterhalb der Ampulla Vateri: vom kranialen Teil des Mitteldarms → Versorgung durch SMA
• Verlängerung und Bildung einer C-förmigen Schleife
• Verbindung mit dem sich entwickelnden Pankreas mit der Befestigung an der posterioren abdominellen Wand
• Duodenale Obliteration und Rekanalisation:
  • 5. Woche: Durch schnelle Zellproliferation der Wände vollständige Obstruktion des Duodenallumens
  • Bis Ende 8. Woche:
    • Bildung von Vakuolen im Duodenum
    • Wachstum und Verschmelzung der Vakuolen → Lumenrekanalisation
  • Klinische Relevanz: Versagen der vollständigen Rekanalisation:
    • Duodenalstenose: Verengung des Zwölffingerdarms
    • Duodenalatresie: eine vollständige Obstruktion; Klinik mit galligem Erbrechen und einem “double-bubble”-Zeichen im Röntgenbild

Leber und Gallenwege

• Entwicklungsbeginn in der 3.–4. Woche
• Aus dem kaudalen Teil des Vorderdarms Bildung des Leberdivertikels und Vorstufe für:
  • Leber (Endodermdifferenzierung in Hepatozyten)
  • Intrahepatische Kanäle
  • Extrahepatische Anteile der Lebergänge
• Durch Vergrößerung des Leberdivertikels Verengung der Verbindung zum Duodenum → Hauptgallengang
• Auf der kaudalen Seite des Leberdivertikels Wachstum einer kleinere Knospe:
  • Bildung der Gallenblase
  • Verbindung zwischen kaudaler Knospe und Gallenblase → Ductus cysticus
• Das Leberdivertikel wächst in das ventrale Mesogastrium ein.
• 5.–9. Woche:
  • Hämatopoetische Stammzellen (mesodermalen Ursprungs) wandern in die Leber ein:
    • Beginn der Hämatopoese
    • Die Leber ist der primäre Ort der Hämatopoese bis etwa zur 28. Woche, wenn die Hauptaufgabe vom Knochenmark übernommen wird.
  • Synthese von Gallensäure
• 12. Woche: Beginn der Gallensekretion durch Hepatozyten

Pankreas

• Entwicklungsbeginn in der 4. Woche
• Hauptsächlich aus einer dorsalen Pankreasknospe aus dem Vorderdarm:
  • Akzessorischer Ductus pancreaticus
  • Teil des Pankreaskopfes
  • Corpus
  • Cauda des Pankreas
• Eine kleinere ventrale Pankreasknospe trägt zu folgendem bei:
  • Pankreaskopf
  • Processus uncinatus
  • Hauptgang des Pankreas/Ductus pancreaticus
• Sowohl endokrine als auch exokrine Zellen entstehen aus den pluripotenten, vom Endoderm abgeleiteten Zellen der Bauchspeicheldrüsenknospe.
• 7. Woche: Verschmelzung des Ductus pancreaticus und Ductus accessorius des Pankreas
• Bis 13. Woche: Bildung von Alpha-, Beta- und Delta-Zellen in den Inseln

Milz

• Entwicklungsbeginn in der 5. Woche
• Abgeleitet von mesenchymalen Zellen (d.h. vom Mesoderm, nicht vom Endoderm-abgeleiteten Vorderdarm)
• Aus der mesenchymalen Knospen des dorsalen Mesogastriums
• Verschmelzen der Knospen und Bildung der Milz
• Lobulae im Fetus; Verschwinden der Lobuale vor der Geburt
• Entwickelung im dorsalen Mesogastrium
• Versorgung durch Truncus coeliacus

Mitteldarm- und Hinterdarm-Derivate

Der Mitteldarm entwickelt den GI-Trakt vom distalen Duodenum (unterhalb der Ampulla Vateri) bis zum mittleren Colon transversum. Der Hinterdarm entwickelt sich vom distalen ⅓ des Colon transversum bis zum Anus des GI-Trakts.

Meilensteine des Mitteldarms

• Kranialer Anteil: schnelles Wachstum und Bildung der Dünndarmschlingen
• Entwicklung einer Schwellung des Caecums:
  • Bildung von Caecum und Appendix
  • Ungleiches Wachstum der Caecumwände → Appendix medial des Caecums
• 5. Woche: Obliteration des Ductus omphaloentericus (Dottersack wird vom Mitteldarm abgeklemmt.)
• 6. Woche: physiologische Herniation des Mitteldarms durch den Nabel
  • Physiologischer Durchbruch des Mitteldarms durch den Nabelring
  • Mehr Platz im Embryo für die sich entwickelnden Bauchorgane (insbesondere die Leber)
• 6.–10. Woche:
  • Schnelles Wachstum des Mitteldarms außerhalb des Embryos
  • Rotation:
    • Mitteldarmrotation um 270 Grad gegen den Uhrzeigersinn um die SMA
    • Dünndarm in reifer anatomischer Position: Jejunumsbeginn im linken unteren Quadranten (LUQ)
    • Dickdarm in reifer anatomischer Position: umgekehrte U-Form um den Dünndarm herum
• 10. Woche: Rückkehr des Mitteldarms in die Bauchhöhle
  • Wachsende Bauchhöhle nun mit genügend Platz für den sich entwickelnden Mitteldarm
  • Klinische Relevanz: Unvollständige Rückkehr des Mitteldarms in die Bauchhöhle → Omphalozele (angeborener Defekt der vorderen Bauchwand mit Bedeckung des Darms von Peritoneum und Amnionmembranen)

Meilensteine des Hinterdarms

Der Hinterdarm entwickelt sich gleichzeitig und in enger Verbindung mit dem Urogenitalsystem.

• Kloake:
  • Distaler Teil des Hinterdarms
  • Angrenzend an die „Außenseite“ des sich entwickelnden Embryos an der Kloakenmembran:
    • Bereich des Zusammentreffens des Endoderms und Ektoderms an den Enden der primitiven Darmröhre
    • Einreißen und Bildung des Anus
  • Entleerung zu Beginn der Entwicklung in einen Drainageschlauch namens Allantois
• Allantois:
  • Entleerung sowohl der Darmröhre als auch des sich entwickelnde Harnsystem
  • Durchziehen der Nabelschnur
  • Später in der Entwicklung Urachus genannt
  • Letztendlich Obliteration zum medianen Ligamentum umbilicalis entlang der inneren vorderen Bauchwand
  • Klinische Relevanz: Eine unvollständige Obliteration kann zu einer Urachusfistel führen (bei Säuglingen kann bei der Geburt Urin aus dem Nabel austreten).
• 4.–7. Woche: Teilung der Kloake durch ein wachsendes urorektales Septum:
  • Beginn am superioren/proximalen Teil der Kloake → Wachstum nach distal bis zur Außenseite des Körpers → Bildung des Damms
  • Unterteilung der Kloake in 2 Strukturen:
    • Sinus urogenitalis (anterior/superior): Verbindung mit Ureteren; Entwicklung der Blase, Prostata (Mann) und Harnröhre
    • Analkanal (posterior/inferior)
  • Klinische Relevanz: Unvollständiges Durchtrennen des Septum urorektale → Fisteln zwischen Urogenitalsystem und Anorektum
• Analgrube:
  • Invagination des Ektoderms
  • Wachstum in Richtung Analkanal
  • Linea pektinalis/Linea terminalis:
    • Zusammentreffen des Endoderms (proximal) und Ektoderms (distal) im Analkanal
    • Markierung der vorherige Lage der Kloakenmembran
  • Klinische Relevanz:
    • Unperforierter Anus: Versagen der Ruptur der Kloakenmembran
    • Analatresie: Versagen der Bildung einer Analgrube; kompliziertere Reparatur, da keine Schließmuskeln vorhanden
• Hinterdarm/Endoderm-abgeleitet: proximale ⅔ des Analkanals, ausgekleidet von Zylinderepithel
• Von Ektoderm-abgeleitet: distale ⅓ des Analkanals, ausgekleidet von geschichtetem Plattenepithel
• Versorgung des Hinterdarms durch IMA

Klinische Relevanz

• Gastroschisis: Defekt, der durch die unvollständige laterale Faltung des dreiblättrigen Embryos verursacht wird, was zu einer unvollständigen „Röhre“ führt. Diese unvollständige Röhre führt zu einem Defekt in der Bauchdecke. Der Darm schwimmt frei in der Fruchtblase und ist nicht von Peritoneum bedeckt.
• Omphalozele: Versagen des Mitteldarms, nach physiologischer Herniation wieder in das Abdomen zurückzukehren. Dieses Versagen führt zu einem angeborenen Defekt der vorderen Bauchwand, bei dem der Darm von Peritoneum und Amnionmembranen bedeckt ist.
• Ösophagusatresie: Teile der Speiseröhre bilden sich nicht vollständig. Eine Ösophagusatresie koexistiert oft mit einer tracheoösophagealen Fistel.
• Tracheoösophageale Fistel: Verbindung zwischen Luftröhre und Speiseröhre. Diese Fistel tritt auf, wenn sich die tracheoösophagealen Furchen in der Mittellinie (die normalerweise die Trachea von Ösophagus trennen sollte) nicht vollständig schließen. Eine tracheoösophageale Fistel ist oft mit einer Ösophagusatresie verbunden. Mehrere unterschiedliche anatomische Variationen sind möglich.
• Hypertrophe Pylorusstenose: Verengung des Pylorus des Magens aufgrund der Verdickung des Pylorussphinktermuskels. Die hypertrophe Pylorusstenose zeigt sich klinisch mit nicht biliärem Erbrechen und einer olivenförmigen Raumforderung im epigastrischen Bereich.
• Angeborene Defekte des Duodenums: Versagen des Zwölffingerdarms, sich vollständig zu rekanalisieren, was entweder zu einer Stenose (Verengung) oder einer Obstruktion führt. Eine Duodenalatresie zeigt sich mit galligem Erbrechen, und auf dem Röntgenbild ist ein “double bubble”-Zeichen zu sehen. Dieser Defekt ist mit dem Down-Syndrom assoziiert.
• Pankreas anulare: entsteht durch das Wachstum der Pankreasknospe um das Duodenum mit Bildung eines Pankreasrings. Dies kann eine Obstruktion des Zwölffingerdarms verursachen. Frauen* sind häufiger betroffen als Männer*.
• Pankreas divisum: tritt auf, wenn die ventralen und dorsalen Gänge des Pankreas in der 8. Woche nicht zum Hauptgang des Pankreas verschmelzen. Dies kann später zu chronischen Pankreasschmerzen prädisponieren.
• Akzessorische Milzen: zahlreiche Milzmassen mit funktionierendem Milzgewebe, die auftreten können, wenn Milzknospen nicht vollständig miteinander verschmelzen. Eine akzessorische Milz existiert normalerweise in der Nähe des Milzhilus oder des Pankreasschwanzes.
• Intestinale Malrotation: Versagen des GI-Trakts, während der embryonalen Entwicklung eine normale Rotation um die Mesenterialgefäße zu durchlaufen. Eine Malrotation des Darms kann zu einer Reihe von anatomischen Mustern führen, die durch eine abnormale Lage und Befestigung des Darms in der Bauchhöhle gekennzeichnet sind. Diese Anomalien können klinisch stumm sein oder mit einer Reihe von Komplikationen einhergehen, von denen der Mitteldarmvolvulus die katastrophalste ist.
• Volvulus: Verdrehen oder axiale Rotation eines Teils des Darms um sein Mesenterium. Die häufigste Stelle von Volvulus bei Erwachsenen ist der Dickdarm. Die klinische Präsentation ist typischerweise mit Symptomen eines Darmverschlusses, wie Bauchschmerzen, Blähungen, Erbrechen und Verstopfung/Obstipation.
• Meckel-Divertikel: Ausbleiben der Verödung des Ductus omphaloentericus, wodurch ein „echtes“ Divertikel entsteht, d.h. eine Auswölbung aus dem Ileum mit allen Schichten der Darmwand. (Bei einem „falschen“ Divertikel ragen nur Schleimhaut und Submukosa heraus.) Diese Divertikel entstehen aus der antimesenterischen Oberfläche des mittleren bis distalen Ileums, verankern es an der vorderen Bauchwand und können zu einer Fistel, einem Volvulus, einem Dünndarmverschluss und/oder einer Nekrose führen.