Развитие эмбриона и плода — третья неделя. Формирование мозга и нервной системы

На третьей неделе происходит гаструляция, gastrulatio — процесс, в ходе которого образуются три зародышевых листа: внешний — эктодерма, внутренний — энтодерма и средний — мезодерма, из которых формируются все ткани и органы зародыша. 

Источником зародышевого листообразования является эпибласт. Гипобласт не участвует в этом процессе, а только образует энтодерму неперминального желточного мешка. 

Образование зародышевых листков

В начале недели, в хвостовом конце эпибласта клетки размножаются и выстраиваются в линии, формируя Linea Primitiva. Головной конец заканчивается утолщением, называемым Hensen, или примордиальным узлом. От линии образуется первичная борозда, sulcus primitivus,  а от узла — первичная борозда, fovea primitiva. Клетки борозды и ямки начинают целенаправленно опускаться под эпибласт и мигрировать. Этот процесс называется входом, втягиванием, захватом или инвагинацией. Время, местоположение и направление движения определяют дальнейшую судьбу клеток.

Литературные источники по-разному трактуют образование зародышевых листочков. Недавние данные подтверждают, что зародышевые энтодерма и хорда происходят из клеток, захваченных через передний конец первичной борозды и первичную ямку. Некоторые из этих клеток полностью проникают в гипобласт, проходят между его клетками и образуют энтодерму зародыша. 

Другие клетки мигрируют прямо к головному концу диска и образуют отросток спинного мозга, processus notochordalis, который после сложных перестроек превращается в спинной мозг, или хорду, notochorda. Хорда — ось зародышевого диска. По мере роста зародыш она исчезает (остатки обнаруживаются только в ядрах межпозвонковых дисков, пульпозном ядре). 

Клетки, захваченные через первичную бороздку, мигрируют под эпибласт в краниолатеральном направлении. Они образуют эмбриональную мезодерму. Клетки эпибласта, не прошедшие первичную ямку и борозду, дают начало зародышевой эктодерме. 

Тело будущего эмбриона формируется вперед от первичной ямки, в результате чего эмбриональный диск растет в краниальном направлении, а первичная борозда укорачивается, пока не исчезнет (в конце 4 недели). 

В этот период у эмбриона образуются ротоглоточная мембрана и клоака (cloacalis). На этих двух участках эктодерма находится в прямом контакте с энтодермой. По краям эмбрионального диска зародышевые листочки соединяются с соответствующими неэмбриональными листочками, покрывающими стенки амниотического и желточного мешков. 

Формирование мозга

Между передним концом хорды и глоточной оболочкой рта находится предхордовый листок, lamina prechordalis. Его клетки излучают молекулярные сигналы, которые способствуют развитию (цефализации) будущего мозга, поэтому эта область называется организационным центром головы.

Таким образом, двухлистный диск становится зародышевым диском с тремя листами, disc embryonicus trilaminaris длиной около 1,5 мм и двухлистной бластоцистой с трехлистником, blastocystis trilaminaris. 

Формирование нервной системы

В конце третьей недели в эктодерме начинается нейруляция (формируется нервная пластинка), а в мезодерме — сомитогенез, сомитогенез и васкулогенез. 

Нейруляция — это образование нейроэктодермы (нервной трубки и участка), стимулируемое хордой. Хорда побуждает клетки расположенной над ней эктодермы подниматься и утолщаться. Это образует нервную пластину в эктодерме, lamina neuralis. Она начинает изгибаться, образуя нервную борозду, sulcus neuralis, по бокам — складки, plicae neurales. Когда складки разрастаются, в головном и спинном мозге формируются нервная трубка и трубчатые нервные клетки. На его концах остаются отверстия: нейропоры головы и хвоста. 

По мере роста складок трубка отделяется от поверхностной эктодермы. Часть клеток складки отделяется и располагается по обе стороны между трубкой и поверхностью эктодермы. Это создает нервный слой, crista neuralis. Его клетки быстро распространяются по всему зародышу и дифференцируются в клетки периферической нервной системы, надпочечников, перитонеальной перегородки, пигментные и другие клетки. 

Распространяясь на зародыш в голове, клетки нервного пятна превращаются в мезенхиму, mesenchyma capitis, из которой позже образуются различные производные соединительной ткани головы и шеи (кости, связки, твердые мозговые оболочки, зубной дентин, цемент и т. д.). Происходит миграция, пролиферация, адгезия и т. д. этих клеток. Нарушения процесса могут приводить к дефектам и синдромам в развитии различных органов, обычно называемым нейрокристопатиями. С поверхности эктодермы, ectoderma superficialis, позже сформирует кожный эпителий всего тела и его производные.

Формирование тела и внутренних органов

Мезодерма по обеим сторонам хорды делится на подмышечные, paraxiale, промежуточные и боковые пластинки. Мезодерма состоит из сегментированных сомитомеров и сомитов. Первые сомитомеры появляются в конце 3 недели по обеим сторонам от головки хорды. Другие развиваются попеременно в краниокаудальном направлении в течение двух недель (по три пары в день). В шейке и теле зародыша они уплотняются, образуя в общей сложности 42–44 пары. 

В зародыше первые семь сомитомеров не образуют компактных сомитов, их клетки пролиферируют и вместе с клетками нервной склеры образуют мезенхиму головы, являющуюся источником мускулов и соединительных тканей головы. 

Интерстициальная мезодерма соединяет сомиту с с латеральной мезодермой. В области шеи и груди зародыша он сегментирован и называется сомитиевыми ногами, или нефротомами. Промежуточная мезодерма в поясничной области образует несегментированную метанефрогенную ткань. 

Латеральная мезодерма состоит из двух несегментированных листков — соматического (пограничного) и кишечного. Пограничный листок мезодермы вместе с поверхностной эктодермой приведет к образованию боковой и передней стенки тела, а листок кишечника вместе с энтодермой образует дыхательную и пищеварительную систему. 

Образование сердечно-сосудистой системы

Перед глоточной оболочкой рта, где соединяется латеральная мезодерма обеих сторон тела, образуется поле для образования сердца.

Здесь, в конце 3-й недели, начинает развиваться сердце, primordium cardiacum, которое на 21-22 дни уже начинает пульсировать со скоростью 65 об / мин. Начинает формироваться проводящая сердечная система. Из ангиобластов, которые происходят из латеральной мезодермы, образуются первые кровеносные сосуды, которые соединяются с неэмбриональным кровотоком, появившимся несколькими днями ранее в желточном мешке. Таким образом, сердечно-сосудистая система эмбриона  — первая система органов, которая начинает функционировать. 

Из боковых листьев и сомитов мезодермы образуются клетки, заполняющие промежутки между зачатками органов — они образуют мезенхиму. Между листьями находится полость, называемая внутриэмбриональной клеткой, целомой, которая позже становится полостями перикарда, грудной клетки и брюшины.

Нарушения формирования эмбриона на 3 неделе беременности

• Опухоль хорды, хордома. Остатки хорды могут привести к образованию доброкачественных или злокачественных медленнорастущих опухолей — хордом. Обычно они образуются у основания черепа или в крестце и копчике.
• Дефекты нервной трубки. Включают не только отсутствие роста нервной трубки, но и нарушения распределения окружающих тканей и структур (мозговых оболочек, спинномозговых артерий, мышц, кожи). Одно из них — трещина (расщелина) спинного мозга, myeloshisis. Это дефект нейруляции, при котором складки нервной борозды не соединяются, не разрастаются и вся или часть нервной трубки остается открытой. Разрыв спинного мозга всегда сопровождается открытым разрывом позвоночника, spina bifida aperta. 
• Кожный синус. Когда нейроэктодерма не полностью отделяется от поверхностной эктодермы во время нейруляции, на этом месте остается углубление или проток, соединяющий кожу с более глубокими тканями (подкожной тканью, спинным или головным мозгом). Чаще всего патология обнаруживается в крестце и хвостовой кости (называемой крестцово-кокковой полостью) вместе с закрытым разделенным позвоночником, spina bifida oculta.
• Дисплазия каудального отдела, сиреномелия. При формировании зародышевых листьев пролиферация и миграция клеток могут быть нарушены по определенным генетическим или тератогенным причинам, и недостаточная мезодерма может оставаться на каудальном конце зародышевого диска. Это может привести не только к гипоплазии и срастанию ног (хвост русалки), но и к другим дефектам распространения производных мезодермы пояснично-крестцовой области (мочевыводящие и половые органы, позвоночник, задний проход). Считается, что этот дефект также может быть вызван нарушением кровообращения в каудальной части тела зародыша.
• Обратное положение органов, situs inversus visceralis. Это расположение всех или некоторых внутренних органов, таких как сердце, на обратной стороне тела. Этот дефект вызван движением колеблющихся моноцилий в клетках первичного узла. 

Согласно теории «потока узлов», первичный узел секретирует морфогены, которые выталкиваются на левую сторону эмбрионального диска моноцилиями. Следовательно, происходит асимметричное распределение морфогенов, что определяет соответствующее расположение внутренних органов. У некоторых пациентов с перевернутым расположением органов наблюдается синдром Картагенера, который вызван первичной цилиарной дискинезией из-за мутации в гене белка динеина.