In der 3. Woche der Embryonalentwicklung beginnt sowohl die Neurulation, als auch die Entwicklung des Herz-Kreislauf-Systems. Die Neurulation bezeichnet die Bildung des Neuralrohrs in der Entwicklung des Zentralnervensystems. Diese komplexen Prozesse sind ein Zusammenspiel aus zahlreichen Faktoren und Wechselwirkungen. Die Embryologie ist für das Verständnis eines Organs stets relevant. Hat man die Entwicklung verstanden, erschließt sich einem die Anatomie und mögliche Fehlbildungen. Schritt für Schritt werden in diesem Beitrag die prüfungsrelevanten Vorgänge erläutert. 

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Entwicklung des Herzens

Bild: “Development of the Human Heart” von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0


Die Stufen der Neurulation

1. Stufe: Induktion

Am Anfang der 3. Woche der Embryonalentwicklung beginnt die Induktion der Neurulation. Die Chorda dorsalis und paraxiales Mesoderm sezernieren Signalmoleküle. Das hat die Differenzierung des darüberliegenden Ektoderm zu Neuroektoderm zur Folge.

2. Stufe: Bildung der Neuralplatte

Aus dem Neuroektoderm entsteht die Neuralplatte, ein Gebiet mit verdichteten und erhöhten Epithelzellen. Sie wächst in der Richtung von kranial nach kaudal. Das kraniale Ende vergrößert sich zunächst schneller und ist daher breiter als das kaudale Ende. Aus diesem Gewebe wird einmal das Gehirn entstehen.

3. Stufe: Bildung des Neuralrohr

Etwa am 18. Tag vertieft sich die Neuralplatte und bildet die Neuralrinne. Die Ränder erhöhen sich durch sogenannte konvergente Extension. Das bedeutet, dass sich Zellreihen ineinander verschieben und so die Neuralfalten bilden. Schließlich verschmelzen die Neuralfalten, schnüren die Neuralrinne ab und bilden somit das Neuralrohr. Das ist die Basis für das zentrale Nervensystem.

4. Stufe: Verschluss des vorderen und hinteren Neuroporus

Das Neuralrohr ähnelt einem Kanal, der an beiden Enden geöffnet ist. Das Kopfende wird Neuroporus anterior genannt. Das Gehirn wird sich in dieser Region entwickeln. Das kaudale Ende, der Neuroporus posterior, wird das Rückenmark bilden. Der Hohlraum des Neuralrohres bildet später das Ventrikelsystem des Zentralnervensystems.

Am 25. Embryonaltag schließt sich das Kopfende, der Neuroporus anterior. Zwei Tage später verschließt sich der Neuroporus posterior. Das Neuralrohr endet nun etwa auf der Höhe des späteren S2 Segments. Wird das Schließen des Neuralrohrs gestört, kommt es zu Neuralrohrdefekten oder dysraphischen Störungen.

5. Stufe: Zellen der Neuralleisten

An den geschlossenen Neuralfalten spalten sich die Neuralleisten ab. Die Zellen der Neuralleisten sind sehr wichtig in der Embryonalentwicklung. Obwohl sie dem Ektoderm entstammen, werden sie manchmal sogar als viertes Keimblatt bezeichnet. Die Zellen der Neuralleisten haben die Fähigkeit zu wandern und in zahlreiche Zelltypen zu differenzieren. Sie bilden Glia- und Nervenzellen, Melanozyten der Haut, Calcitoninzellen der Schilddrüse, Zellen des Nebennierenmarks und viele der Bindegewebs- und Knochenzellen des Schädels.

Merke: Viele Zelltypen des zentralen Nervensystems bilden sich aus dem Neuralrohr. Zahlreiche Zellen des peripheren Nervensystems entstehen aus den Neuralleistenzellen.

Primäre Neurulation vs. sekundäre Neurulation

Die primäre Neurulation bezeichnet die Entwicklung des Neuralrohrs unter Einfluss der Chorda dorsalis und dem Mesoderm. Sie endet in der 4. Woche mit dem Verschluss des Neuroporus posterior. Im Anschluss folgt die sekundäre Neurulation. Dabei entwickelt sich das kaudale Ende des Neuralrohrs zur Chorda neuralis und wird dann kanalisiert. Dieser Vorgang endet in der 6. Woche.

Neurulation

Bild: “Neurulation” von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0

Neuralrohrdefekte

Übersetzt bedeutet dysraphisch so viel wie „abnormale Naht“. Der Verschluss des Neuralrohres, entweder am Neuroporus anterior oder posterior, ist also gestört. Daraus ergeben sich folgende Defekte.

  • Anencephalie: Der Neuroporus anterior bleibt unverschlossen. In der Folge fehlt ein großer Teil des Schädeldachs, des Groß- und Zwischenhirns. Anencephalie ist nicht mit dem Leben vereinbar.
  • Spina bifida: Der Neuroporus caudalis verschließt sich nicht und die Wirbelbögen bleiben geöffnet. Es gibt verschiedene Schweregrade. Dieser Defekt ist mit dem Leben zu vereinbaren, es kommt jedoch häufig zu Lähmungen.

Die Entwicklung des Herzens

Die Entwicklung des Herzens beginnt wie die Neurulation in der 3. Woche der Embryonalentwicklung. Die ersten Kontraktionen des Herzens lassen sich mit einem Ultraschallgerät bereits in der 4. Entwicklungswoche feststellen.

Entwicklung des Herzens

Bild: “Development of the Human Heart” von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0

Die kardiogene Platte

Etwa ab dem 18. Tag beginnt die Entwicklung des Herz-Kreislauf-Systems. Ein hufeisenförmiger Bereich der Splanchnopleura, der kranial der Neuralplatte liegt, bildet Zellgruppen. Aus diesen Zellen entsteht die kardiogene Platte. Sie besteht aus Endothelsträngen (Endokard), Zölomepithel (Myokard) und Zölominseln (Perikard).

Der Herzschlauch

Am Ende der 3. Woche hat sich aus der kardiogenen Platte eine tubuläre Struktur differenziert, der Herzschlauch. Bedingt durch die Abfaltung des Embryos, liegt er ventral. Folgende Strukturen bildet der Herzschlauch durch Ausstülpungen und Einschnürungen von kranial nach kaudal aus:

  • Truncus arteriosus: Die kardiale Ausstrombahn des Herzschlauchs ist mit dem Saccus aorticus verbunden.
  • Bulbus cordis: Es schließt sich der Truncus aorticus an. Darin entwickelt sich aus Zellen der Neuralleiste das Septum aorticopulmonale. Durch eine spiralenförmige Drehung des Septums um 180° werden die Aorta und der Trunkus pulmonalis voneinander getrennt.
  • Primitives Ventrikel
  • Primitives Atrium
  • Sinus venosus: In die Einstrombahn mit zwei Sinushörnern fließt Blut der Vv. vitellinae, V. umbilicalis und Vv. cardinales anteriores et posteriores

Etwa ab dem 22. oder 23. Tag können erste Kontraktionen festgestellt.

Die Herzschleife

Die Herzschleife bildet sich, wenn sich der Sinus venosus kranial hinter den Bulbus cordis schiebt. Es entsteht eine S-förmige Struktur, die auch Cor sigmoideum genannt. Das primitive Ventrikel liegt kaudal.

Die Atrioventrikulärkanäle

An der Verengung zwischen dem primitiven Atrium und dem primitiven Ventrikel bilden sich aus subendokardialem Bindegewebe die vier Endokardissen. Jeweils zwei Endokardkissen wachsen aufeinander zu, verbinden sich schließlich und bilden zum Einen die Atrioventrikulärkanäle. Die übrigen zwei Gewebepolster sind Teil der späteren Mitral- und Trikuspidalklappen. Diese Klappen werden einmal den Blutstrom zwischen den Vorhöfen und den Herzkammern kontrollieren.

Die Teilung des Atriums

Das Atrium primitvum wird am Ende der 4. Entwicklungswoche unterteilt. Um den rechten und linken Vorhof zu bilden, wächst vom Dach des Atrium das Septum primum in Richtung der Endokardkissen. Es schließt sich sichelförmig und hinterlässt dabei das Ostium primum als Kommunikation zwischen dem rechten und dem linken Vorhof. Schließlich verschwindet auch das Ostium primum.

Währenddessen entstehen im kranialen Teil der Scheidewand kleine Perforationen. Sie schließen sich zusammen und bilden das Ostium secundum. Eine zweite Scheidewand, das Septum secundum, wächst ebenfalls von oben nach unten. Es verschließt dabei das Ostium secundum. Es bleibt eine schlitzförmige Öffnung zwischen den Septen und den Endokardkissen. Das Foramen ovale bleibt bis zu der Geburt geöffnet.

Teilung des Ventrikels

Die Teilung der Herzkammern erfolgt von der Herzspitze bis zu den Atrioventrikulärkanälen. Das muskuläre Septum wird durch die Einwanderung von Myoblasten gebildet. Im kranialen Anteil verbleibt bis zu der 7. Entwicklungswoche das Foramen interventriculare zwischen dem rechten und linken Ventrikel. Diese Öffnung wird zuletzt nur durch eine dünne Membran verschlossen. Daher wird dieser Teil des Septums Pars membranacea genannt.

Teilung des Herzens in vier Kammern

Bild: “Development of the Human Heart” von Phil Schatz. Lizenz: CC BY 4.0

Angeborene Fehlbildungen des Herzens

Bleibt durch einen Defekt der Septen eine Verbindung zwischen den Atria oder den Ventrikeln bestehen, kommt es zu einer Vermischung von sauerstoffreichem und -armem Blut.

Atriumseptumdefekt

Echokardiogram von Atriumseptumdefekt (Ostium secundum)

Echokardiogram von Atriumseptumdefekt (Ostium secundum)

Eine verbleibende Kommunikation der Vorhöfe wird als Atriumseptumdefekt (ASD) bezeichnet. Am häufigsten tritt ein offenes Foramen ovale auf. Seltener kommt ein Ostium-primum- bzw.  Ostium-secundum-Defekt vor.

Ventrikelseptumdefekt

Ventricular Septal DefectVentrikelseptumdefekte (VSD) sind die häufigsten angeborenen Herzfehler. Pars membranacea wird nicht ausgebildet und so besteht nur eine mangelhafte Scheidewand zwischen den Ventrikeln.

Die Fallot-Tetralogie

Ein vielfach in Prüfungen abgefragtes Syndrom ist die Fallot-Tetralogie. Es handelt sich um eine Kombination aus vier spezifischen congenitalen Fehlbildungen des Herzens und der großen Gefäße.

  1.  Ventrikelseptumdefekt
  2.  Pulmonalstenose
  3.  Hypertrophie des rechten Ventrikels
  4.  die „reitende Aorta“

 

Tetralogie

Beliebte Prüfungsfragen

Die Lösungen befinden sich unterhalb der Quellenangaben.

1. In welchem Zeitraum der Embryonalentwicklung findet die sekundäre Nerulation statt?

  1. 1.-3. Woche
  2. 4.-7. Woche
  3. 15.-17. Tag
  4. 25.-27. Tag
  5. Es wurde bisher kein bestimmter Zeitraum festgestellt.

2. Welche Zellen differenzieren nicht aus Neuralleistenzellen?

  1. Oligodendrozyten
  2. Schwann Zellen
  3. Melanozyten
  4. Odontoblasten
  5. Drüsenzellen des Nebenierenmarks

Quellen

Embryologie, 6. Aufl. von K. L. Moore, T. V. N. Persaud, M. G. Torchia – Urban&Fischer Verlag

Neuroanatomie, 5. Aufl. von Martin Trepel – Urban&Fischer

Frühembryonale Entwicklung des Nervensystems: Bildung von Neuralrohr und Neuralleisten via embryology.ch

Neural Tube Defects: From Origin to Treatment

The Neural Crest, Developmental Biology

Ultraschall in Gynäkologie und Geburtshilfe von Christof Sohn und Wolfgang Holzgrev

BASICS Embryologie von Susanne Schulze – Urban&Fischer

Antworten zu den Prüfungsfragen: 1B, 2B

 

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