Строение эмбриона человека на 21-й день развития: морфогенетические особенности и клинико-анатомическое значение

21-й день эмбриогенеза — этап, когда закладываются основы нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем.

К этому времени эмбрион человека достигает 2 мм в длину и уже имеет четко выраженную осевую организацию тела. Он изгибается как в кранио-каудальном, так и в латеральном направлениях. В результате этих движений начинается частичное отделение первичной кишки от желточного мешка. Тело эмбриона уже не выглядит плоской пластинкой: оно приобретает пространственную форму, а на его поверхности становятся заметны первые признаки сегментации — сомиты.

Нейруляция и формирование нервной системы

Нервная система на этом сроке находится в стадии активной нейруляции. Нервная пластинка преобразуется в нервный желобок, края которого постепенно сближаются и начинают формировать нервную трубку.

Краниальный и каудальный невропоры еще остаются открытыми, но в головной области уже закладывается первичный мозговой пузырь, из которого позднее образуются передний, средний и ромбовый мозг. 

На границах нервной пластинки формируются нервные гребни, клетки которых мигрируют латерально и вентрально, давая начало множеству структур: сенсорным и вегетативным ганглиям, шванновским клеткам, хромаффинным клеткам надпочечников, меланоцитам кожи и части лицевого скелета. Эти морфологические процессы происходят на фоне сложных клеточных взаимодействий.

Нервная пластинка формируется из нейроэпителиальных клеток, активно пролиферирующих и образующих нейробласты. Клетки нервного гребня мигрируют по строго заданным маршрутам и становятся источником различных клеточных популяций — от сенсорных нейронов до пигментных клеток кожи. Их миграция и дальнейшее развитие регулируются молекулами сигнальных путей WNT, BMP и FGF, а также транскрипционными факторами семейства SOX.

Осевой комплекс и сомиты

По оси зародыша располагается хорда — временный, но исключительно важный орган, который задает индукционные сигналы окружающим тканям. По обе стороны от нее формируются сомиты, число которых к 21-му дню составляет 4–7 пар.

Внутри сомитов выделяются три области:

• Склеротом — из которого развивается осевой скелет;
• Миотом — формирующий зачатки поперечно-полосатой мускулатуры;
• Дерматом — дающий начало соединительной ткани кожи.

Латеральнее сомитов находится промежуточная мезодерма, связанная с закладкой мочеполовой системы, а также латеральная пластинка мезодермы, разделяющаяся на париетальный (сомато-томический) и висцеральный (спланхнотомический) листки. Эти структуры формируют серозные оболочки, сосуды и часть соединительных тканей.

Хорда выделяет белок Sonic hedgehog (SHH), индуцирующий формирование вентральных структур нервной трубки и стимулирующий образование склеротома из сомитов. Одновременно дорсальная эктодерма секретирует белки семейства BMP, которые формируют дорсальные сенсорные области. Таким образом создается дорсо-вентральная поляризация нервной трубки. 

Сегментация мезодермы также подчиняется молекулярным ритмам. В образовании сомитов ключевую роль играет градиент ретиноевой кислоты, противостоящий каудальным сигналам FGF8 и WNT3a. Эти взаимодействия формируют «часовой механизм сегментации», определяющий порядок и частоту закладки новых сомитов.

Сердечно-сосудистая система и первичная кишка

К 21-му дню развития начинает функционировать сердечно-сосудистая система. В переднем отделе эмбриона, в кардиогенной зоне, формируется первичная сердечная трубка. Ее клетки способны к перистальтическим сокращениям, что знаменует начало кровообращения. 

Параллельно закладываются первые сосуды: артериальные дуги, кардинальные вены и сосудистые сплетения в желточном мешке. Последний играет ведущую роль в раннем кроветворении. В кардиогенной мезодерме клетки экспрессируют транскрипционные факторы NKX2-5, GATA4 и TBX5, что направляет их в сторону кардиомиоцитарной дифференцировки. Сигналы BMP2/4 и FGF усиливают этот процесс, а NOTCH-сигналинг участвует в формировании эндокардиальных подушечек.

В результате изгибов формируется первичная кишка, которая подразделяется на следующие отделы:

• Передняя кишка — дает начало глотке, пищеводу и зачаткам дыхательной трубки;
• Средняя кишка — сохраняет связь с желточным мешком через желточно-кишечный проток;
• Задняя кишка — образует дистальные отделы кишечника.

Энтодерма, формирующая первичную кишку, также находится под контролем молекулярных регуляторов. На переднем конце активны WNT-ингибиторы и факторы FGF, которые способствуют закладке дыхательного эпителия. В каудальной части преобладают сигналы WNT и BMP, способствующие развитию кишечных структур.

Внезародышевые структуры

На 21-й день эмбриогенеза внезародышевые структуры продолжают играть ведущую роль в обеспечении роста и жизнедеятельности эмбриона. В отличие от органов эмбриона, эти образования функционируют на самых ранних стадиях развития и постепенно уступают свою роль формирующейся плаценте и внутренним органам эмбриона.

Амнион

Амнион представлен тонкой эластичной оболочкой, выстланной изнутри однослойным кубическим эпителием эктодермального происхождения и снаружи мезенхимой. Амнион ограничивает амниотическую полость, заполненную амниотической жидкостью. На 21-й день она еще относительно мала, однако именно здесь создается среда, обеспечивающая защиту эмбриона от механических повреждений и создающая оптимальные условия для симметричного развития. В этот период клетки амниона уже начинают секретировать жидкость, содержащую ионы и белки, что способствует поддержанию осмотического равновесия.

Желточный мешок

Желточный мешок на данном этапе остается сравнительно крупным и активно вовлеченным в процессы обмена (подробнее о его формировании см. в статье «Строение эмбриона человека на 14-й день развития»). Его внутренняя поверхность выстлана эндодермальными клетками, а снаружи располагается мезодермальная оболочка, пронизанная капиллярной сетью. Именно в стенке желточного мешка образуются так называемые «кровяные островки» — скопления гемоангиобластов, которые дают начало эндотелию первых сосудов и примитивным эритроцитам, содержащим зародышевый гемоглобин. Процесс регулируется факторами VEGF и EPO. Таким образом, желточный мешок является основным источником первичного кроветворения. Кроме того, он участвует в питании эмбриона за счет диффузии питательных веществ и связан с первичной кишкой через желточно-кишечный проток. 

Аллантоис

Аллантоис имеет вид небольшого трубчатого дивертикула, отходящего от каудального конца первичной кишки и погружающегося в область туловищной складки. Несмотря на свои малые размеры, аллантоис играет ключевую роль в формировании внезародышевых сосудов: из его мезодермы возникают зачатки пупочных артерий и вены. Кроме того, эндодермальные клетки аллантоиса участвуют в закладке мочевого пузыря и урахуса, что определяет его значение в развитии мочевой системы.

Хорион

Хорион представляет собой внешнюю оболочку зародыша, выстланную трофобластическим эпителием и мезодермой. На его поверхности образуются многочисленные ворсинки, погруженные в синцитиотрофобласт, который внедряется в эндометрий матки. Ворсинки хориона содержат мезенхимные клетки и сосуды, соединяющиеся с кровеносной сетью эмбриона через пупочный канатик. Таким образом, хорион становится основой будущей плаценты. На 21-й день внутри ворсинок закладываются примитивные капилляры, а сам хорион обеспечивает газообмен и транспорт питательных веществ между материнской и эмбриональной средами.

Важнейшее значение имеет формирование плацентарного круга кровообращения. На этом сроке еще сохраняется ведущая роль желточного мешка, но ворсинки хориона начинают активно инвагинировать в эндометрий, что обеспечивает усиление контакта между системами матери и эмбриона.

Роль этапа и его клиническая значимость

Понимание морфогенеза эмбриона на 21-й день развития имеет критическое значение для выявления и профилактики врожденных пороков.

Критическими фазами являются:

1. Закладка осевой организации и сегментации. Аномалии сегментации параксиальной мезодермы, обусловленные нарушением градуированной экспрессии генов сегментации (таких как Notch, Mesp2 и Lunatic fringe), ведут к дефектам формирования сомитов. Это отражается на закладке позвонков и ребер, что клинически проявляется врожденными сколиозами, клиновидными позвонками, реберными аномалиями.
2. Начало нейруляции. Нарушения нейруляции, происходящие в результате сбоев в пролиферации, миграции и апоптозе нейроэпителиальных клеток, приводят к дефектам замыкания нервной трубки. Клинически это проявляется в виде анэнцефалии, при которой отсутствует формирование значительной части головного мозга, или спинальной дизрафии (спина бифида), характеризующейся незаращением дужек позвонков и возможным выпадением спинного мозга и оболочек.
3. Формирование первичного кровообращения. Патология формирования сердечной трубки на данной стадии связана с нарушением слияния двух эндокардиальных трубок и их последующей каудо-краниальной дифференцировки. Это может привести к тяжелым врожденным порокам сердца, таким как транспозиция магистральных сосудов, тетрада Фалло, дефекты межпредсердной или межжелудочковой перегородки. Эти аномалии часто сопровождаются нарушениями системной и легочной циркуляции, что требует ранней диагностики и коррекции.
4. Определение плана строения тела. К 21-му дню развития завершается ключевой этап ранней пространственной организации — формирование базового плана строения тела, который определяет расположение будущих органов и систем. Этот процесс является результатом ранее начавшейся гаструляции, осевой индукции и ранней нейруляции.

Найдите больше научно обоснованных материалов в наших социальных сетях

Подпишитесь и не пропустите новейшие ресурсы

Стадия эмбриогенеза по Карнеги 

Морфологические характеристики 9-й стадии (≈ 20–21 день после оплодотворения, длина эмбриона около 1,5–2,5 мм):

• Эмбрион имеет вытянутую форму, начинает формироваться эмбриональная складка.
• Нервная пластинка хорошо различима; заметны ее края, которые начинают подниматься и формировать нервные валики.
• Видна хорда, которая задает осевую организацию.
• Начинается процесс нейруляции.
• Параксиальная мезодерма сегментируется в первые сегменты-сомиты.
• В кардиогенной области закладываются две эндокардиальные трубки, которые постепенно сближаются и сливаются, образуя первичную сердечную трубку.
• Эмбрион все еще тесно связан с внезародышевыми структурами — желточным мешком, амнионом и хорионом.