Die Entstehung der dreiblättrigen Keimscheibe. Der Primitivstreifen Die dritte und die vierte Woche

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1 4 Die Frühentwicklung Allgemeine Embryologie Abb..13 Haftstiel zwischen viszeralem und parietalem Blatt des extraembryonalen Mesoderms (Vergrößerung aus Abb..1; zurallantois s. S. 30). Die Blutbildung beginnt in der Dottersackwand..3.3 Die dritte und die vierte Woche In der dritten Woche finden Zellproliferationen und -bewegungen statt, die zur Bildung der dreiblättrigen Keimscheibe führen. Verfolgen Sie, wie kurz danach durch die Abfaltung des Keims aus der Scheibenform der Embryonalkörper entsteht (Formgebung) Die Entstehung der dreiblättrigen Keimscheibe Der Primitivstreifen Etwa zu Beginn der dritten Woche erscheint auf der Epiblastenoberfläche am kaudalen Ende der Keimscheibe eine längliche Verdickung, der Primitivstreifen. Dieser median gelegene Primitivstreifen wächst nach kranial aus, etwa bis zur Mitte der Keimscheibe (Abb..15). An seinem kranialen Ende entsteht eine rundliche Verdickung, der Primitivknoten. ImPrimi- tivstreifen entwickelt sich eine längliche Vertiefung, die Primitivrinne, im Primitivknoten eine rundliche Einsenkung, die Primitivgrube. Beachte: Durch die Entstehung des Primitivknotens ist erkennbar, wo kranial und kaudal an der Keimscheibeist.Auchkannjetztzwischenrechterund linker Seite unterschieden werden. Das heißt, nun sind die Körperachsen festgelegt: Die zur Amnionhöhle gerichtete Epiblastschicht ist die Dorsalseite,

2 Allgemeine Embryologie Die Frühentwicklung 5 Abb..14 Sekundärer Dottersack. (a) Entstehung des sekundären Dottersackes durch Abschnürung eines Teils des primären Dottersackes; (b) sekundärer (definitiver) Dottersack und Exozoelzyste (13. Tag). die zum Dottersack weisende Hypoblastschicht stellt die Ventralseite der Keimscheibe dar. Die Invagination Innerhalb des Epiblasten kommt es zu Zellproliferationen. Die Epiblastzellen wandern auf den Primitivstreifen zu und in die Primitivrinne hinein. Hier lösen die epithelialen Epiblastzellen ihre Zellkontakte und werden zu amöboid beweglichen Zellen (epithelio-mesenchymale Umwandlung). Diese Zellen wandern auf beiden Seiten zwischen Epi- und Hypoblast aus (Invagination). Durch Proliferation und Wanderung bilden sie eine neue Zelllage zwischen Epiblast und Hypoblast, das (intraembryonale) Mesoderm (Abb..16).

3 6 Die Frühentwicklung Allgemeine Embryologie Beachte: Am Rand der Keimscheibe grenzt das Mesoderm an das extraembryonale Mesoderm. Der Prozess der Zellinvagination bei der Bildung der dreiblättrigen Keimscheibe wird auch als Gastrulation bezeichnet. Abb..15 Dreiblättrige Keimscheibe: (a) Dorsalansicht der Keimscheibe nach Entfernung des Amnions (Anfang 3. Woche): Bildung des Primitivstreifens; (b) Querschnitt durch die Keimscheibe. oben = dorsal, unten = ventral. Die Entstehung des Entoderms und der Chorda dorsalis Auch vom Primitivknoten wandern Epiblastzellen aus. Sie verhalten sich jedoch anders als die des Primitivstreifens. Sie bilden zwei Strukturen, nämlich das Entoderm und die Chordadorsalis. Das Entoderm (inneres Keimblatt, auch Endoderm) entsteht aus Zellen, die vom Primitivknoten in die Hypoblastschicht wandern und den Hypoblasten dabei immer weiter verdrängen. Andere am Primitivknoten auswandernde Zellen bilden einen nach kranial wachsenden Strang aus epithelialen Zellen. Dieser Strang liegt in der Medianebene und zunächst im Hypoblasten; er wird als Chordafortsatz (auch Kopffortsatz) bezeichnet (Abb..17). Auf der Ventralseite des Chordafortsatzes entsteht eine Rinne, die zunehmend tiefer wird und deren Ränder schließlich verschmelzen. Es entsteht ein Rohr, die Chorda dorsalis. Gleichzeitigwandern von lateral Entodermzellen vor die Chorda dorsalis (und vervollständigen die ventrale Entodermschicht). Die Chorda dorsalis kann als primitiver Achsenstab des Embryonalkörpers aufgefasst werden. Sie entwickelt sich nicht zu speziellen Organen, induziert aber benachbarte Strukturen (s. paraxiales Mesoderm S. 7 und Neurulation S. 31). Später bildet sich die Chorda dorsalis bis auf Reste in den Zwischenwirbelscheiben (Nucleus pulposus) zurück. Von der Chorda dorsalis sezernierte Faktoren sind für die Bildung der Neuralrinne von essenzieller Bedeutung (s. S. 31). Abb..16 Auswanderung der Epiblastzellen (Invagination, 16. Tag). (a) Dorsalansicht; (b) Querschnitt durch die Keimscheibe. Weitere Strukturen der dreiblättrigen Keimscheibe Von der Primitivgrube kann eine röhrenförmige Einsenkung nach ventrokranial wachsen. Diese Einsenkung kann sich vorübergehend als Canalis neurentericus in den Dottersack öffnen (durch/nach Verschmelzung des Chordafortsatzes mit dem Entoderm). Der Canalis neurentericus, der seinen Eingang

4 Allgemeine Embryologie Die Frühentwicklung 7 an der Primitivgrube hat, verbindet also vorübergehend Amnionhöhle und Dottersack. Kranial von der Chorda dorsalis sowie kaudal vom Primitivstreifen findet sich jeweils ein rundlicher Bezirk, der mesodermfrei ist. Das heißt, an diesen Stellen liegen Ektoderm und Entoderm direkt aneinander. Der kraniale Bezirk heißt Buccopharyngealmembran (Rachenmembran, Oropharyngealmembran; auch häufig Prächordalplatte genannt, s. u.); der kaudale Bezirk heißt Kloakenmembran. Beachte: Die Gleichsetzung von Prächordalplatte und Buccopharyngealmembran ist nicht ganz korrekt, aber meist üblich, denn die Prächordalplatte ist eigentlich eine Mesodermplatte kaudal vor der Buccopharyngealmembran. Ob es einen Canalis neurentericus beim Menschen regelmäßig gibt, ist eher unwahrscheinlich. Danach wird aber gelegentlich in Prüfungen gefragt Die Differenzierung des Mesoderms Im Folgenden wird das intraembryonale Mesoderm nur noch als Mesoderm bezeichnet. Es grenzt am Rand der Keimscheibe an das extraembryonale Mesoderm.ZusammenmitdemEktoderm(s.u.)und dem Entoderm ist es Bestandteil der dreiblättrigen Keimscheibe. Wenn vom extraembryonalen Mesoderm die Rede ist, wird es immer als solches genannt. Schlagen Sie ggf. die Entstehung des Mesodermsnochmalsnach(s.S.1). Durch Proliferation und Differenzierung gliedert sich das Mesoderm in paraxiales Mesoderm (beidseits der Chorda dorsalis) intermediäres Mesoderm (lateral vom paraxialen Mesoderm, Abb..18) Seitenplattenmesoderm (lateral vom intermediären Mesoderm, Abb..18). Das paraxiale Mesoderm Das paraxiale Mesoderm ist eine strangförmige Verdichtung von Mesodermzellen neben der Chorda dorsalis. Seine Entstehung wird durch ein von der Abb..17 Entwicklung des Chordafortsatzes (16. Tag). (a) Medianschnitt; (b) Querschnitt durch die Keimscheibe. Chorda dorsalis exprimiertes Signalmolekül induziert. Am Ende der 3. Woche beginnt sich dieser Zellstrang in rundliche Gebilde, die Somiten, umzuwandeln (Abb..18, vgl. auchabb..1). Zwischen dem 0. und 30. Tag entstehen in kranio-kaudaler Richtung immer neue Somitenpaare. Sie bedingen die segmentale Gliederung des Körpers, die Metamerie (s. S. 4). Insgesamt bilden sich 4 bis 44 Somitenpaare aus (4 okzipitale, 8 zervikale, 1 thorakale, 5 lumbale, 5 sakrale, 8 bis 10 kokzygeale Somiten). Sie bestehen aus epithelialen Zellen und besitzen kurzzeitig einen Hohlraum (Myocoel). Während sich kaudal noch Somiten bilden, kommt es kranial bereits zu einer Untergliederung der Somiten (bedingt durch Signalmoleküle aus den Nachbarschaftsstrukturen Ektoderm und Chorda dorsalis). Die Somiten gliedern sich dann in: Sklerotom (ventromediale Portion) Dermomyotom (Dermatom + Myotom, dorsolaterale Portion, Abb..18). Die Sklerotomzellen wandern nach medial in Richtung Chorda dorsalis und bilden hier mit den Sklerotomzellen der Gegenseite die Anlage der Wirbel. Auch die Dermatomzellen wandern aus, und zwar in Richtung Oberflächenektoderm; sie bilden später das Bindegewebe der Haut. Das Myotom untergliedert sich dann noch weiter in Epimer (dorsal) und Hypomer (ventral). Das Epimer verbleibt an seiner Entstehungsstelle; aus ihm entsteht die autochthone

5 8 Die Frühentwicklung Allgemeine Embryologie Abb..18 Somitendifferenzierung, intermediäres Mesoderm und Seitenplattenmesoderm. Querschnitte: (a) 1. Tag; (b) 6. Tag; (c) 8. Tag; (d) 30. Tag. Das Entoderm kennzeichnet die ventrale Seite des Embryos. (bodenständige) Rückenmuskulatur. Die Zellen des Hypomers wandern aus und bilden das Material für die Muskeln der vorderen und seitlichen Rumpfwand. Ferner wandern Hypomerzellen in die Extremitätenanlagen ein. Zum zeitlichen Ablauf dieser Differenzierungen siehe Legende zu Abb..18. Aus dem paraxialen Mesoderm (Somiten) entstehen u. a. Wirbelkörper und bögen, Rippen, Material der Zwischenwirbelscheiben, Skelettmuskulatur (einschließlich Myoblasten der Extremitäten) und Bindegewebe der Haut. Die aus dem Epimer (dorsaler Anteil des Myotoms) stammende Muskulatur wird vom Ramus dorsalis des Spinalnerven innerviert. Das intermediäre Mesoderm Das intermediäre Mesoderm (auch Somitenstiel genannt) liegt zwischen dem paraxialen und dem Seitenplattenmesoderm (Abb..18). Aus dem intermediären Mesoderm gehen die Harnorgane hervor. Im Hals- und oberen Brustbereich entstehen segmental angeordnete Zellhaufen, die Nephrotome.Kaudaldavon bildet sich der nephrogene Strang aus. Der nephrogene Strang ist ein sog. unsegmentiertes Blastem. Unter einem Blastem versteht man undifferenziertes Gewebe (Mesenchymverdichtung aus Stammzellen), das als Ausgangsmaterial dient und aus dem durch Proliferation, Differenzierung, Musterbildung und Umwandlung in epitheliales Gewebe Organanlagen hervorgehen (z. B. Urniere, Nachniere, s. u.). Aus dem intermediären Mesoderm entstehen von kranial nach kaudal (zeitlich hintereinander) die Vorniere, die Urniere und die Nachniere (s. S.115). Das Seitenplattenmesoderm Das (laterale) Seitenplattenmesoderm ist unsegmentiert. In ihm treten bald Spalten auf, die zu einem größeren Hohlraum, dem intraembryonalen Zölom (= Leibeshöhle), zusammenfließen. Dadurch wird das Seitenplattenmesoderm in zwei Blätter geteilt:

6 Allgemeine Embryologie Die Frühentwicklung 9 das parietale Mesoderm (parietales Blatt des Mesoderms, Somatopleura, dem Ektoderm anliegend) und das viszerale Mesoderm (viszerales Blatt des Mesoderms, Splanchnopleura, dem Entoderm anliegend). Das parietale Mesoderm ist das Ausgangsgewebe für das Bindegewebe der vorderen und seitlichen Rumpfwand. Ferner entwickeln sich in ihm die Brustbeinanlagen (s. S. 59). Aus dem viszeralen Mesoderm entstehen das Bindegewebe und die glatte Muskulatur des Magen-Darm- Traktes. Im lateralen Teil des viszeralen Mesoderms entwickeln sich Blutinseln, aus denen Gefäßzellen (Endothel) und Blutzellen hervorgehen. Pleura meint hier die Seite (nicht das Brustfell, das auch so heißt). Splanchno-Pleura: Seite (Blatt) zu den Eingeweiden hin Somato-Pleura: Seite (Blatt) zum Körper (zur Körperoberfläche) hin. Die direkt an das Zölom grenzenden Zellen der Somatopleura und Splanchnopleura ordnen sich zu einem Plattenepithel an, dem Mesothel der serösen Häute der Bauch-, Brust- und Herzhöhle: die parietaleserösehaut(aus der Somatopleura) liegt innen an der Körperhöhlenwand die viszerale seröse Haut (aus der Splanchnopleura) liegt an der Oberfläche des Darmrohres und anderer innerer Organe. Die Entwicklung der serösen Häute wird auf S.101 ff. ausführlich besprochen. Das extraembryonale Zölom (die Chorionhöhle) entsteht im extraembryonalen Mesoderm (s.s.1). Das intraembryonale Zölom (die Leibeshöhle, die sich später ausbildet) entsteht im Seitenplattenmesoderm. Klinischer Bezug Teratom: Ein Teratom ist eine Geschwulst, bei der histologisch unterschiedlichste Gewebe, die sich aus allen drei Keimblättern ableiten, nachweisbar sein können (Neuralgewebe, Muskulatur, Fettgewebe, Bronchialepithel). Es kann in Hoden bzw. Ovar, im Kreuz- SteißbeinbereichoderauchindenKörperhöhlenvorkommen. Teratome können undifferenziertes Gewebe enthalten, das bösartig entarten kann Die Abfaltung der Keimscheibe Die Abfaltungen (Krümmungen) finden fast gleichzeitig in zwei Ebenen statt: in der Longitudinalebene: kraniokaudale Abfaltung in der Transversalebene: laterale Abfaltung. Bei den Abfaltungsprozessen kommt es zu einem Einrollen der Ränder der Keimscheibe. Dabei bilden sich das Darmrohr und die Leibeswand. Das intraembryonale Zölom steht am seitlichen Rand der Keimscheibe zunächst mit dem extraembryonalen Zölom (Chorionhöhle) in direkter Verbindung. Bei den Abfaltungsprozessen geht diese Verbindung verloren. Die kraniokaudale Abfaltung Bedingt durch das starke Wachstum des Neuralrohres krümmt sich die Keimscheibe und wölbt sich in die Amnionhöhle vor (Abb..19). Es kommt zur kraniokaudalenabfaltung. Durch die Krümmungen (Einrollungen) entstehen kranial und kaudal die Kopffalte und die Schwanzfalte. Durch diese Abfaltung wird ein großer Teil der Dottersackwand in den Embryonalkörper einbezogen (Abb..19c). Es entsteht im kranialen Bereich der Vorderdarm und im kaudalen Bereich der Hinterdarm. Der Bereich dazwischen, der Mitteldarm, steht über den weiten Dottergang (Ductus vitellinus Ductus omphaloentericus) mit dem Dottersack in Verbindung (Abb..19d). Der Übergang zwischen Mittelund Vorderdarm heißt vordere Darmpforte, der zwischen Mittel- und Hinterdarm hintere Darmpforte. Im Laufe der weiteren Entwicklung wird der Ductus vitellinus schnell enger und obliteriert schließlich. Dadurch wird der Dottersack von der embryonalen Darmanlage getrennt.

7 30 Die Frühentwicklung Allgemeine Embryologie Abb..19 Kraniokaudale Abfaltung (Krümmung) des Embryos. Beachte die Auswirkung der Abfaltung auf die Ausbildung des Darmrohres und die Lage des Herzens. Medianschnitte: (a) 1. Tag; (b) 3. Tag; (c) 6. Tag; (d) Ende des 1. Monats Mit der Abfaltung des Embryos beginnt die Trennung der (intraembryonalen) Darmanlage vom Dottersack. Das kraniale Ende des Vorderdarms ist durch die Bukkopharyngealmembran (Rachenmembran) verschlossen. Durch das Wachstum der Gehirnanlage verlagert sich die Rachenmembran in die Tiefe, es entsteht die Mundbucht, dasstomatodeum. Wenig später reißt die Rachenmembran, sodass die Mundbucht (und damit auch die Amnionhöhle) und der Vorderdarm in Verbindung stehen. Entsprechend ist das kaudale Ende des Hinterdarms durch die Kloakenmembran verschlossen. Durch Mesenchymproliferation um die Membran entsteht eine Einsenkung, die Afterbucht, Proktodeum. Die Kloakenmembran reißt später; sie gliedert sich in Anal- und Urogenitalmembran (s. S.18). Die laterale Abfaltung Bei der lateralen Abfaltung wachsen das Oberflächenektoderm und das parietale Blatt des Mesoderms von den seitlichen Rändern der Keimscheibe nach ventral und vereinigen sich hier (Abb..0). Dadurch bilden sie die seitliche und vordere Körperwand aus. In vergleichbarer Weise wachsen im Inneren der Embryonalanlage das Entoderm und das viszerale Blatt des Mesoderms von lateral aufeinander zu. Damit wird die bei der kraniokaudalen Abfaltung entstandene Darmrinne bis auf die Abgangsstelle des Ductus vitellinus zum Darmrohr verschlossen. Mit der Abfaltung beginnt auch der Descensus des Herzens (s. S. 8). Außerdem ist mit den Abfaltungen die Entwicklung der Nabelschnur (und Nabelbildung) und die Entfaltung der Amnionhöhle eng verbunden (s. S. 33) Die Allantois Schon am 16. Tag bildet sich aus der entodermalen Dottersackwand am kaudalen Embryonalpol eine Aussackung, die sich in den Haftstiel erstreckt, das Allantoisdivertikel (vgl. Abb..13, S. 4). Esstehtspä- ter mit der Harnblase in offener Verbindung, bildet sich bald zum Urachus zurück. Der Urachus bleibt als Falte, Plica umbilicalis mediana, an der Innenseite der vorderen Bauchwand zurück.

8 Allgemeine Embryologie Die Frühentwicklung 31 sich der Urachus oder der Ductus vitellinus nicht zurückbilden, entsteht eine Urachusfistel bzw. eine Fistel des Ductus vitellinus (Fistel: röhrenförmige Verbindung mit Öffnung am Nabel). Beide bedingen einen nässenden Nabel beim Neugeborenen. Die beiden Fisteln müssen differenzialdiagnostisch unterschieden werden: Urachusfistel (fehlende Rückbildung der Allantois): Fistel zwischen Nabel und Harnblase Fistel des Ductus vitellinus: Fistel zwischen Nabel und Darm. Bei einer Urachusfistel kann es zum Austritt von Flüssigkeit aus dem Nabel kommen. Die Allantois dringt in den Haftstiel ein Die Neurulation Ab der 3. Woche entsteht aus dem mittleren Abschnitt des Ektoderms das Nervensystem. Dabei wird die Differenzierung durch die darunter gelegene Chorda dorsalis induziert. Die Bildung der Neuroektodermzellen Die Induktion der Entstehung des Nervensystems ist eigentlich eine (komplizierte) Inhibition: Erhalten die Ektodermzellen keine Signalmoleküle, werden sie alle zu Neuralzellen. Durch intraektodermale Signale (bone morphogenetic proteins, BMPs) wird diese Differenzierungsrichtung zunächst in allen Ektodermzellen unterdrückt. Von den Zellen der Chorda dorsalis werden nun die Polypeptide Noggin und Chordin sezerniert, die als BMP-Antagonisten wirken. Dadurch werden die über der Chorda dorsalis gelegenen Ektodermzellen zu Neuroektodermzellen. Abb..0 Laterale Abfaltung des Embryos. Beachte die Ausformung des Embryonalkörpers. Querschnitte: (a) 1. Tag; (b) 5. Tag; (c) 8. Tag. Zum Begriff Meso s. S Klinischer Bezug Urachusfistel und Fistel des Ductus vitellinus. Wenn Die Bildung des Neuralrohrs Die Neuroektodermzellen proliferieren und bilden ein mehrreihiges Neuroepithel, das sich in Form der Neuralplatte anordnet. Im Folgenden senkt sich der mittlere Teil der Neuralplatte ein, gleichzeitig entstehen seitlich (beidseits) Erhebungen, die Neuralfalten (Neuralwülste). Dadurch ist die Neuralrinne entstanden, die parallel zur Chorda dorsalis verläuft (Abb..1a und Abb..1c). Die Neuralfalten wachsen aufeinanderzuundfusionierendannindermittellinie zum Neuralrohr. Der Verschluss zum Rohr beginnt auf Höhe des 4. Somiten und zieht sich von