Формирование первичных кровеносных сосудов

Кардиогенез :: Общие закономерности развития микрососудов…

Развитие кровеносных и лимфатических сосудов (Бобрик И. И., Шевченко Е. А., Черкасов В. Г.) Киев, 1991г.

с.14-58

Глава 2 Источники и механизмы развития первичных микрососудов

2.5. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ МИКРОСОСУДОВ ВНУТРИОРГАННОГО РУСЛА

На ранних этапах эмбриогенеза первичные микрососуды возникают путем канализации интерстициальных каналов и щелей в зонах агрегации мезенхимных клеток. Первые микрососуды типа протокапилляров появляются внеэмбрионально – в желточном мешке. Несколько позднее первичные микрососуды формируются и в теле эмбриона – из внутризародышевой мезенхимы. Источники возникновения и механизмы формирования одинаковы как для крупных магистральных сосудов, так и для внутриорганных микрососудов. На самых ранних стадиях эмбриогенеза, например, аорта, нижняя полая вена представляют собой протокапилляры, стенки которых состоят из слоя развивающихся эндотелиоцитов, окруженных недифференцированными мезенхимными клетками (R. Hirakow, T. Hiruma, 1983). Таким образом, стадия протокапилляров является обязательным этапом развития и магистральных сосудов, и микрососудов внутриорганного русла. Ветви дочерних магистральных сосудов возникают путем почкования от материнского ствола (см. главы 3 и 4).

Внутриорганное русло возникает in situ из внутриорганной мезенхимы или, если орган эпителиальной природы, из окружающей закладку органа мезенхимы. Развитие первичного внутриорганного русла в закладке органа предшествует врастанию магистральных сосудов (В. Ф. Парфентьева и соавт., 1971; И. И. Бобрик и соавт., 1982, 1986; И. Б. Багрянский, 1983; В. В. Куприянов и соавт., 1986). Установлены следующие стадии взаимоотношений между вне- и внутриорганными сосудами (Н. В. Попова-Латкина и соавт., 1976): экстра- и интраорганные сосуды развиваются независимо друг от друга; экстраорганные сосуды достигают органа, но еще не вступают в связь с его интраорганными сосудами; соединение интраорганных сосудов с внутриорганным сосудистым руслом. Связь между интра- и экстраорганными сосудами устанавливается на стадии 16,5-17 мм длины эмбриона (В. А. Малишевская, 1971). Таким образом, на определенном этапе развития происходит соединение магистральных органных сосудов с внутриорганными кровеносными сосудами, вследствие чего органы «подключаются» к общему кровотоку плода.

В каждом органе возникновение и последующее развитие внутриорганного первичного протокапиллярного русла протекают асинхронно. По-видимому, это определяется гетерохронией возникновения закладок органов, а также особенностями органо- и гистогенеза (М. Б. Новиков, 1971; И. И. Бобрик и соавт., 1986). В пределах органа также наблюдается асинхронность в темпах дифференцировки протокапилляров. Более интенсивно развиваются отделы протокапиллярного русла, расположенные в зоне повышенной метаболической активности. Отмечается также градиент дифференцировки – от периферии органа к центру.

В развитии внутриорганного русла можно выделить следующие этапы (И. И. Бобрик и соавт., 1985, 1986).

I. Этап дососудистой микроциркуляции – ультрациркуляция интерстициальной жидкости по межклеточным каналам и щелям.

II. Этап сосудистой циркуляции.

1. Предциркуляционная фаза – формирование из интерстициальных каналов и щелей, выстланных «береговыми» клетками мезенхимной природы первичных протокапилляров. На ранних стадиях развития просвет некоторых протокапилляров не замкнут. Кроме того, участки протокапиллярной сети возникают фрагментарно и формируют незамкнутое протокапиллярное русло. Стенка первичных микрососудов типа протокапилляров образована при-мордиальными эндотелиоцитами, которые по ультраструктурным особенностям строения относятся к эндотелиоцитам непрерывного типа. На данной стадии развития возникающие протокапилляры лишены базальной мембраны. В последующем развивающиеся протокапилляры, широко анастомозируя между собой, формируют замкнутое диффузное протокапиллярное русло. Таким образом, смена дососудистой микроциркуляции презумптивным внутриорганным протокапиллярным руслом является важным этапом органогенеза. На данном этапе развития в системе микроциркуляции можно выделить только два компартмента: сосудистый и интерстициальный.

2. Циркуляционная фаза.

А. Стадия постепенной структурной и функциональной дифференцировки отделов протокапиллярного русла. Происходит подключение диффузного протокапиллярного русла посредством магистральных сосудов к общему кровотоку плода. Условия внутриогранной гемодинамики способствуют выделению в диффузном протокапиллярной русле приводящих и отводящих сосудов. Метаболический фактор определяет развитие обменных микрососудов. Стенка протокапилляров представлена эндотелиоцитами на различных стадиях цитодифференцировки и формирующейся базальной мембраной. Протокапилляры окружены клетками развивающейся паравазальной соединительной ткани.

Процессы развития первичного протокапиллярного русла по времени совпадают со становлением функциональной активности органов. Гемодинамичёские условия, возникающие в различных отделах протокапиллярной сети, способствуют появлению признаков структурной дифференцировки стенок протокапилляров, прежде всего звеньеспецифичных черт организации эндотелиоцитов. Подробно ультраструктурные признаки звеньеспецифичности эндотелиоцитов будут рассмотрены в главе 4. Претерпевают соответствующие структурные изменения и клетки паравазальной соединительной ткани. Метаболическая активность и особенности функционирования каждого органа или его определенного тканевого региона обусловливают органоспецифическую особенность строения эндотелиоцитов, которые наиболее четко демонстрируются в обменном звене протокапиллярного русла. В эндотелиоцитах обменного звена внутриорганного русла параллельно процессам цитодифференцировки протекают процессы специализации, структурным проявлением которой служит различная организация путей трансэндотелиального транспорта.

Б. Смена первичного внутриорганного протокапиллярного русла вторичным органоспецифичным гемомикроциркуляторным руслом. В эндотелиоцитах процессы специализации приводят к тонким перестройкам системы трансэндотелиального транспорта, обеспечивая постепенное превращение эндотелиоцитов непрерывного типа в другие специализированные типы сосудистого эндотелия (эндотелий соматического и фенестрированного типов, синусоидныи и синусный эндотелий, высокий эндотелий посткапиллярных венул), выстилающие звенья вторичного гемомикроциркуляторного русла.

Дифференцировка первично протокапиллярной сети во вторичное органоспецифичное гемомикроциркуляторное русло определяет качественно новую ступень в процессе цитодифференцировки эндотелиоцитов – появление звенье- и органоспецифичных черт их структурной организации. Таким образом, смена первичного протокапиллярного русла вторичным органоспецифичным является важным и обязательным этапом в развитии каждого органа. На этой стадии органогенеза в системе микроциркуляции уже можно выделить три компартмента: кровеносный, формирующий гемомикроциркуляторное русло, лимфоносный, формирующий лимфомикроциркуляторное русло, и интерстициальный, образующий пути интерстициального транспорта. Явления тканевой ультрациркуляции, наблюдающиеся в интерстиции, определяют функциональную взаимосвязь между кровеносным и лимфоносным отсеками системы микроциркуляции и рабочими элементами органа в пределах тканевого микрорегиона.

В. дальнейшее развитие и совершенствование внутриорганного вторичного микроциркуляторного русла.

На последующих этапах пре- и постнатального онтогенеза наблюдаются структурные перестройки системы микроциркуляции, адекватные функциональным и метаболическим потребностям данного органа. Этапы выраженных структурных перестроек развивающегося внутриорганного русла на протяжении пренатального онтогенеза указывают на высокую чувствительность, а следовательно, и уязвимость не только развивающихся сосудов, но и органов в целом (В. Г. Черкасов, 1979; Н. В. Кобозева, 1981; И.И.Бобрик и соавт., 1982; Е.А.Шевченко, 1982). Согласно взглядам П. Г. Светлова (1960), периоды выраженной дифференцировки и повышенной функциональной активности являются наиболее чувствительными к действию неблагоприятных факторов, так как на протяжении относительно короткого (критического) времени наблюдается ввод в действие определенной части генетического аппарата. В пренатальный период онтогенеза система микроциркуляции во многом обеспечивает нормальный органо- и гистогенез. Это определяется тем, что даже минимальное снижение поступления энергетических и пластических субстратов к развивающимся органам, а также нарушения гуморальной регуляции приводят к возникновению дегенеративных процессов, различных аномалий и пороков развития, иногда не совместимых с жизнью плода.

Развитие кровеносных и лимфатических сосудов / Бобрик И. И., Шевченко Е. А., Черкасов В. Г. – К.: Здоровья, 1991.- 206с.

Глава 1. Изучение кровеносных и лимфатических сосудов как важнейший фактор развития медицины;

Глава 2. Источники и механизмы развития первичных микрососудов, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5;

Глава 3. Развитие артерий;

Глава 4. Развитие сосудов гемомикроциркуляторного русла, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5;

Глава 5. Развитие магистральных вен;

Глава 6. Развитие лимфоносных сосудов;

Заключение.

Кардиогенез :: Образование кровеносных сосудов и сердца. (Бодемер Ч.…

(Бодемер Ч. Современная эмбриология 1971)

с.321-327, Образование кровеносных сосудов и сердца.

Глава XVI Внезародышевые оболочки и кровеносная система

Образование кровеносных сосудов и сердца

Одним из самых значительных процессов в развитии является образование сердца. На ранних стадиях обрастания желтка бластодермой в висцеральном листке боковой пластинки дифференцируются кровяные островки. Составляющие их мезодермальные клетки образуют как кровь, так и выстилку кровеносных сосудов. Клетки, расположенные внутри кровяных островков, дифференцируются в клетки крови, тогда как клетки наружного слоя образуют эндотелиальные мешочки. Множество таких мешочков сливается, и в результате роста и удлинения они превращаются в кровеносные сосуды. Этот процесс приводит к образованию сложной сети сосудов в области, которая окружает зародыш; её называют сосудистым полем (area vasculosa). В течение первого дня развития в бластодерме у переднего конца первичной полоски по обе стороны от неё образуются два мезодермальных скопления. Экспериментально показано, что это два мезодермальных зачатка сердца, которые возникают из клеток эпибласта, прошедших через первичную полоску и собравшихся в слое мезодермы по обе стороны гензеновского узелка. В течение первых 24 час до появления каких-либо видимых признаков развития сердца презумптивный миокард (см. ниже) приобретает специфические биохимические свойства и способность к самодифференцировке. Расположенные с обеих сторон области мезодермы, способные дифференцироваться в сократимую сердечную мышцу при пересадке их в индифферентное окружение, больше истинного зачатка сердца и, таким образом, представляют собой типичные эмбриональные поля. Образование складок эктодермы и энтодермы в процессе образования передней кишки зародыша приводит к объединению двух зачатков сердца по средней линии и образованию одной срединной трубки с двойными стенками. Эндокард (фиг. 195), состоящий из типичного эндотелия, образует выстилку сердца. Из висцерального листка боковой пластинки, лежащей над эндотелием, возникает эпимиокард; он образует толстый мышечный слой – миокард и тонкий немышечный покровный слой – эпикард. На фиг. 196 изображено сердце и приведена схема кровообращения на ранней стадии развития.

Фиг. 195. Образование сердца путем слияния двух зачатков.

A. Два зачатка эндокарда представляют собой тонкостенные сосуды-эндокардиальные пузырьки. Два утолщения в висцеральном листке образуют будущую сердечную мышцу.

B. Эндокардиальные пузырьки сближаются, а зачатки эпимиокарда окружают эндокард и смыкаются над его верхней и нижней поверхностями. В. Эпимиокард образует оболочку вокруг эндокарда и дорзально соединяется с париетальным листком боковой пластинки. В результате сердце оказывается подвешенным на спинной брыжейке. Эндокард соединяется с желточными венами. 1 – париетальный листок боковой пластинки; 2 – хорда; 3 – нервная трубка; 4 – спинная мезодерма; 5 – эктодермальный эпителий; 6 – висцеральный листок боковой пластинки; 7 – передняя кишка; 8 -эндокардиальные пузырьки; 9 -энтодерма; 10 – эпимиокард; 11 – спинная брыжейка; 12 – спинная аорта; 13 – эндокард.

Фиг. 196. Строение кровеносной системы сразу после начала кровообращения по замкнутому кругу.

Желточные вены соединились с эндокардом сердца. Дуги аорты связывают сердце со спинной аортой. Желточные артерии соединяются со спинной аортой. Очень сложная сеть сосудов. возникающая в сосудистой зоне, связывает желточные артерии с желточными венами. Направление тока крови показано стрелками. 1 – дуга аорты; 2 – спинная аорта; 3 – сердце; 1 – желточная вена; 5 – желточная артерия; 6 – сосудистое поле.

Мезодермальный зачаток сердца имеет вид плотных скоплений клеток, сохраняющих свою индивидуальность в процессе образования сердца. Перемещение этих клеток является внутренне присущим и необходимым свойством развивающегося сердца. На фиг. 197, иллюстрирующей перемещение клеток, мезодермальный зачаток сердца показан только с одной стороны. Вскоре после того, как напротив гензеновского узелка образуются большие скопления мезодермы, клетки этих скоплений начинают перемещаться, по-видимому с помощью псевдоподий, вперед и по средней линии, образуя серп. Этот кардиальный серп по мере образования передних кишечных ворот образует внизу складку, и мезодермальные клетки в его боковых частях перемещаются вперед, сближаются и включаются в зачатки сердца.

Фиг. 197. Куриные зародыши на стадиях 5-12 (вид с брюшной стороны).

Показаны границы мезодермального зачатка сердца. Черный полусерп представляет собой мезодерму, из которой всегда образуется сердце. Точками отмечены области мезодермы, которые участвуют в образовании сердца у некоторых, но не у всех зародышей. Мезодермальный зачаток сердца показан только с одной стороны; таким образом, в действительности он имеет форму серпа на рисунках Л – Г. На рисунках Б – Ж показано положение клеток, из которых образуется сердце, на промежуточных стадиях (6-11). К стадии 12 (3) из большей части зачатка образовались ткани правой половины конуса (зачернены), петли желудочка (со спинной стороны не видны) и области синуса и предсердия (зачернены). Сетка с левой стороны на рисунке А представляет собой цифровой ключ для прослеживания судьбы маркированных участков в этих опытах.

С самых ранних стадий развитие сердца тесно связано с развитием головной энтодермы, и нормальное образование сердца также зависит от энтодермы. Так, удаление энтодермы на ранних стадиях развития амфибий приводит к развитию зародышей, лишенных сердца. Нарушение нормальных связей между энтодермой и мезодермальный зачатком сердца приводит к образованию у куриных зародышей двойного сердца. Энтодерму можно отделить от мезодермы, обрабатывая куриные зародыши лимоннокислым натрием; при этом нарушение связей на стадии первичной полоски приводит к тому, что сердечная мезодерма не перемещается, как обычно, но в ней дифференцируются пузырьки сократимой ткани. О ведущей роли энтодермы в перемещении мезодермы свидетельствует также отсутствие у куриных зародышей, лишенных энтодермы, каких-либо трубчатых структур. На стадии первичной полоски перемещение мезодер-мальных клеток, образующих сердце, по-видимому, случайно, а после образования серпа энтодерма, вероятно, направляет движение клеток. Даже в культуре энтодерма нужна для того, чтобы мезодермальные клетки совершали свойственное им перемещение. Таким образом, миграция клеток зачатка сердца и образование энтодермальной складки представляют собой самостоятельные процессы, однако после установления связи между мезодермой и энтодермой на стадии серпа мезодерма становится зависимой от энтодермы; при нарушении этой связи сердце развивается ненормально. Напомним (гл. XIV), что именно на этой стадии мезодермальный зачаток сердца, вероятно, действует на энтодерму в области кишечных ворот, индуцируя образование печени.

Фиг. 198. Слияние зачатков сердца куриного зародыша (вид с брюшной стороны).

Зачатки сердца представляют собой две трубки, которые сливаются, образуя единое трубчатое сердце. Это слияние начинается на уровне желудочков (стадия 8 сомитов) и продолжается в заднем направлении (А). На стадии 10 сомитов (Б) начинают сливаться парные зачатки предсердий и к стадии 14 сомитов образуется единое предсердие (В). На этой стадии венозный синус все еще сохраняется в виде двух зачатков. 1 – брюшные аорты; 2 – желудочек; 3 – предсердие; 4 – венозный синус.

Слияние зачатков сердца начинается у переднего края будущего сердца и затем постепенно распространяется назад (фиг. 198). У зародыша на стадии 7 сомитов (стадия 9) слияние происходит в области будущего желудочка, а предсердие в это время все еще представлено двумя отдельными трубками. К стадии 10 сомитов (стадия 10) парные зачатки желудочка уже соединились и начинается образование единого предсердия. Наконец, на стадии 14 сомитов (стадия 11) предсердие и желудочки четко обособлены, а два зачатка венозного синуса еще не соединились. На стадии 21 сомита (стадия 14; фиг. 199) процесс слияния зачатков сердца завершен.

Фиг. 199. Изменения формы сердца куриного зародыша (вид со спины).

На стадии 21 сомита парные зачатки венозного синуса сливаются и желудочек изгибается, образуя петлю. На последующих стадиях развития дальнейшее изгибание желудочка у зародыша приводит к тому, что он располагается сбоку от предсердия, а у 72-часового зародыша – позади предсердия. 1 -предсердие; 2 -желудочек; 3 -желточная вена; 4 -венозный синус; 5 -артериальная луковица; 6 -брюшная аорта; 7 -артериальный ствол; 8 – петля желудочка.

Еще до полного слияния зачатков сердца их форма изменяется, так что сердечная трубка приобретает S-образную форму (фиг. 199). Сначала сердце изгибается в правую сторону (стадии 13 и 13+); затем одна часть сердца, состоящая из желудочка и артериальной луковицы, образует складку над правой стороной другого плеча, состоящего из предсердия и части желудочка. Таким образом, у зародыша в возрасте 48 час (стадия 13) желудочек образует петлю. Наконец, в возрасте 72 час (стадия 19) предсердие занимает переднее положение, около брюшной аорты, тогда как петля желудочка простирается за венозный синус.

Зачаток сердца может начать сокращаться еще на стадии 7 сомитов (стадия 9), во время образования сердца и задолго до установления полного круга кровообращения. Сокращения начинаются в небольшом участке вдоль правого края зачатка, из которого образуются артериальная луковица и желудочек. Сокращающийся участок позже распространяется латерально, захватывая левую сторону сердца, и к стадии 11 сомитов (стадия 10+) левая сторона начинает сокращаться синхронно с правой. Возникновение на этой стадии сокращений сердца в области желудочка подтверждается тем, что перевязка или перерезка каудального отдела желудочка не прерывает сокращений. Предсердие начинает сокращаться на стадии 13 сомитов (стадия 11), и затем сокращение сердца приобретает характер волны сокращений; эта волна распространяется в задне-переднем направлении от предсердия к артериальной луковице. К стадии 16 сомитов (стадия 12) эта волна уже достаточно сильна, чтобы обеспечить циркуляцию кровяных клеток (фиг. 194 и 196). В период между стадиями 20 и 25 сомитов (стадия 14+) образуется венозный синус, который начинает регулировать ритм сердца. Становится очевидным, что сокращение развивающегося сердца начинается в его каудальном отделе. Центр инициации сокращений сердца сначала расположен в бульбовентрикулярной области (области луковицы аорты и желудочка), затем в предсердии и, наконец, в венозном синусе. Каждому из этих элементов присуща своя частота сокращений, причем эта частота у каждого последующего отдела выше, чем у предыдущего, т. е. она возрастает последовательно по мере распространения волны сокращений. В конце концов в стенку предсердия включается венозный синус и образующийся сикоаурикулярный узел – небольшое скопление специализированной мышечной ткани – становится пейсмекером (водителем ритма сердца).

Льюис давно показал, что отдельные клетки миокарда способны к автономным сокращениям. О независимой сократимости всего сердца говорит тот факт, что in vitro сердце зародыша ритмично сокращается. Последовательное функциональное доминирование различных элементов сердца особенно четко выявляется в опытах с удалением и рекомбинацией этих элементов. Если изолировать части эмбрионального сердца, то каждая из них сокращается с характерным для неё ритмом: бульбовентрикулярная область медленнее всего, предсердие с промежуточной скоростью, а венозный синус быстрее всего. Если сердце зародыша на стадии 16 сомитов (стадия 12) перерезать в месте соединения предсердия с желудочком и оставить обе части наложенными друг на друга, то рана вскоре зарастает новой тканью и целостность сердца восстанавливается. Пока обе части отделены друг от друга, каждая из них сокращается с присущей ей частотой, но при восстановлении целостности сердечной ткани частота сокращений бульбовентрикулярной области возрастает, достигая уровня, характерного для области предсердия и синуса. Доминирование этой последней еще более четко выявляется в следующем опыте. Область предсердия и венозного синуса после двух дней развития пересаживали к противоположному концу сердца, в бульбовентрикулярную область. В новом положении она не только продолжала сокращаться с характерной для неё, частотой, но волна сокращений распространялась в направлении, противоположном обычному, т.е. от артериального к венозному концу сердца.

Принято считать, что вначале волна сокращений в сердце передается от клетки к клетке и только позднее развивается определенная система передачи, которая служит основным механизмом, координирующим сокращение сердца. Возбуждающий импульс возникает в синоаурикулярном узле, находящемся в стенке правого предсердия, и этот стимул, определяющий частоту сокращения, передается группой специализированных мышечных волокон (волокон Пуркинье) мышцам предсердия. Эти последние передают импульс атриовентрикулярному узлу, расположенному в перегородке между предсердиями; отсюда возбуждающий импульс передается по волокнам атриовен-трикулярного пучка, находящимся в межжелудочковой перегородке, мышцам желудочка, которые активируются в направлении от эндокарда к эпикарду небольшими ответвлениями атриовентрикулярного пучка. Сроки дифференцировки этой проводящей системы в сердце зародыша пока еще не известны. Сердце куриного зародыша, очевидно, приобретает иннервацию к концу 3-го дня инкубации. Однако атриовентрикулярный пучок появляется не раньше 5-го дня, и поэтому можно предположить, что по крайней мере до этой стадии волна сокращений в сердце передается от клетки к клетке. Развитие и функциональная интеграция этой проводящей системы требуют дальнейших обширных исследований.