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Embryonalentwicklung (Embryogenese)

Abstract

Als Embryonalentwicklung bezeichnet man die pränatale Entwicklung bis zum Ende der 8. Entwicklungswoche. Diese Zeit ist sehr ereignisreich, da hier grundlegende Entwicklungsschritte vollzogen werden, auf deren Basis später die Organentwicklung stattfindet. Nach der Implantation des Keims in die Gebärmutterschleimhaut besteht der Keim aus Embryoblast und Trophoblast. Während sich der Embryoblast im Verlauf zu den verschiedenen embryologischen Körperstrukturen weiterentwickelt, ist der Trophoblast vor allem an der Ausbildung des pränatalen Versorgungssystems beteiligt. Direkt zu Beginn der zweiten Woche differenziert sich der Embryoblast weiter in Epiblast und Hypoblast, wodurch die zweiblättrige Keimscheibe entsteht. In dieser Zeit entstehen auch Amnionhöhle und Dottersack sowie das extraembryonale Mesoderm und die spätere Chorionhöhle (= extraembryonales Zölom). In der dritten und vierten Woche findet dann die Differenzierung der zweiblättrigen zur dreiblättrigen Keimscheibe im Rahmen der Gastrulation statt. Aus den drei Keimblättern (Entoderm, Mesoderm, Ektoderm) entstehen verschiedene Strukturen, die im Anlageplan festgehalten sind. Auch das Nervensystem entsteht in diesen Wochen. Bei der sog. Neurulation bilden sich aus dem Ektoderm das Neuralrohr und die Neuralleiste nach Stimulation mit Signalmolekülen der Chorda dorsalis. Weiterhin werden in dieser Zeit die Körperachsen festgelegt und die Embryonalanlage erreicht durch kraniokaudale und laterale Abfaltung eine dreidimensionale Struktur. Die fünfte bis achte Woche sind vor allem durch die Anlage der noch fehlenden Organe und die weitere Differenzierung des embryonalen Gewebes gekennzeichnet.

Frühentwicklung (2. Woche)

Nach der Implantation in der ersten Woche besteht der Keim aus Embryoblast und Trophoblast. Der Embryoblast differenziert sich in der zweiten Woche weiter, sodass zwei Schichten entstehen, die als Epi- und Hypoblast bezeichnet werden. Das Areal, in dem die beiden Schichten aufeinanderliegen, wird als zweiblättrige Keimscheibe bezeichnet. Aus dieser Keimscheibe wandern Zellen so aus, dass zwei Höhlen entstehen, die als Amnionhöhle (vom Epiblasten gebildet) und Dottersack (vom Hypoblasten gebildet) bezeichnet werden. Da der Trophoblast im Vergleich zur Amnionhöhle und zum Dottersack schneller wächst, entsteht dort eine dritte Höhle (Chorionhöhle), die von extraembryonalem Mesoderm ausgekleidet wird. Neben der Entwicklung der Keimscheibe bildet sich in der zweiten Woche auch der uteroplazentare Kreislauf aus.

Die zweiblättrige Keimscheibe

Direkt nach der Implantation differenziert sich der Embryoblast in zwei einander anliegende Zellschichten , die zusammen als zweiblättrige Keimscheibe bezeichnet werden. Nach Bildung von Amnionhöhle und Dottersack liegt die zweiblättrige Keimscheibe genau dazwischen.

Aus dem Epiblast gehen neben der Amnionhöhle alle drei Keimblätter (Ektoderm, Mesoderm und Entoderm) und somit das gesamte embryonale Gewebe hervor! Aus dem Hypoblast entsteht das extraembryonale Mesoderm sowie der Dottersack!

Entstehung von Amnionhöhle und Dottersack

Aus der frisch entstandenen zweiblättrigen Keimscheibe wandern im Anschluss Zellen aus, die je um den Epi- bzw. Hypoblasten eine Höhle formen.

Entstehung der Amnionhöhle

Die Amnionhöhle wird von Zellen des Epiblasten gebildet.

Entstehung des Dottersacks

Der Dottersack wird von Zellen des Hypoblasten gebildet.

  • Primärer Dottersack: Entsteht durch die seitliche Auswanderung der Hypoblastenzellen (= Dottersackepithel), sodass die ehemalige Blastocystenhöhle von Dottersackepithel ausgekleidet ist
  • Sekundärer Dottersack: Durch Abschnürung eines Teils des primären Dottersacks verkleinert sich dieser bis zum Ende der zweiten Woche zum sekundären Dottersack

Die zweiblättrige Keimscheibe bildet nun die Trennschicht zwischen Dottersack und Amnionhöhle!

Auswanderung des extraembryonalen Mesoderms

Das extraembryonale Zölom entspricht der Chorionhöhle, die von der mittleren Eihaut (=Chorion, bestehend aus parietalem Blatt des extraembryonalen Mesoderms und dem Trophoblasten) ausgekleidet ist.

Gastrulation, Neurulation und Morphogenese (3.-4. Woche)

Im Laufe der dritten und vierten Woche differenziert sich die Embryonalanlage weiter aus. Die drei Keimblätter entstehen und die Blutbildung im Mesenchym des Dottersacks beginnt. Außerdem werden das Nervensystem und das Darmrohr angelegt. Im Laufe der vierten Woche entwickelt sich die spätere Körperform des Embryos durch die laterale Abfaltung der Keimscheibe sowie die Ausbildung der Extremitätenknospen. Ebenso entstehen die ersten intraembryonalen Blutgefäße und die Herzanlage als Basis des primordialen Kreislaufsystems. Im kranialen Bereich des Embryos bilden sich die Schlundbögen, die Linsenplakode und die Ohrgrübchen aus.

Voraussetzung für die Gastrulation: Primitivstreifen und Primitivknoten

Der Primitivstreifen entsteht als längliche Zellverdichtung in der Medianebene des Epiblasten. Gemeinsam mit dem Primitivknoten und den aus ihm hervorgehenden Strukturen bildet er die Voraussetzung für die Entwicklung der dreiblättrigen Keimscheibe.

Der Primitivstreifen legt die kraniokaudale Körperachse fest, der Primitivknoten definiert den kranialen Pol!

Gastrulation

Bei der Gastrulation entsteht durch Auswanderung von Epiblastenzellen die dreiblättrige Keimscheibe. Vom Epiblasten ausgehend wandern Zellen zwischen Epi- und Hypoblast ein und werden zum intraembryonalen Mesoderm. Der Hypoblast wird komplett durch Zellen des Epiblasten verdrängt, aus denen in der Folge das Entoderm entsteht. Der ursprüngliche Epiblast wird zum Ektoderm.

Das gesamte embryonale Gewebe entspringt dem Epiblasten!

Voraussetzung für die Neurulation: Die Chorda dorsalis

Die Chorda dorsalis entsteht parallel zur dreiblättrigen Keimscheibe aus dem Chordafortsatz. Sie ist die Leitstruktur für die Ausbildung des Nervensystems. Relikte der Chorda dorsalis sind die Nuclei pulposi der Zwischenwirbelscheiben.

Die Chorda dorsalis bildet sich im Verlauf der Embryonalentwicklung zurück. Relikte sind die Nuclei pulposi der Zwischenwirbelscheiben!

Neurulation

Als Neurulation wird die Entstehung des Neuralrohrs und der Neuralleisten bezeichnet, die Vorläufer des zentralen und peripheren Nervensystems sind. Daneben entstehen aus der Neuralleiste auch noch eine Reihe anderer Gewebe. Parallel zur Bildung des Neuralrohrs entsteht das Oberflächenektoderm, das später die Epidermis des Rückens bildet.

Das gesamte Nervensystem entsteht aus Ektoderm!

Neuralrohrdefekte
Neuralrohrdefekte oder embryonale Spaltbildungen gehören zu den häufigsten ZNS-Fehlbildungen und entstehen, wenn sich das embryonale Neuralrohr unvollständig verschließt (meist am kaudalen oder kranialen Ende). Spaltbildungen am kaudalen Ende sind häufiger und werden als Spina bifida bezeichnet. Es wird eine Spina bifida occulta von eine Spina bifida aperta unterschieden. Bei der Spina bifida occulta besteht lediglich eine Spaltbildung des knöchernen Wirbelbogens, bei der Spina bifida aperta sind in den Defekt zusätzlich die Meningen und evtl. das Rückenmark einbezogen, weshalb die Klinik wesentlich ausgeprägter ist und sogar zum Auftreten einer Querschnittssymptomatik führen kann. Die Klinik der kranialen Spaltbildungen (Cranium bifidum) ist ebenfalls stark von der Lokalisation und Ausprägung abhängig, wobei die Maximalvariante, der Anenzephalus, nicht mit dem Leben vereinbar ist. Die Diagnose eines Neuralrohrdefekts wird häufig schon während der Schwangerschaft mittels Sonographie und der Bestimmung von erhöhten AFP- und Acetylcholinesterase-Werten im Fruchtwasser gestellt. Therapeutisch kann lediglich eine Defektdeckung erfolgen, die neurologische Prognose ist oft nur geringfügig beeinflussbar. Präventiv sollten während der Schwangerschaft ausreichende Mengen an Folsäure eingenommen werden, da sie wichtig für die Zellteilung ist und das Auftreten von Neuralrohrdefekten verhindern kann.

Morphogenese

Als Morphogenese wird die Entstehung der Körperform bezeichnet. Dabei kommt es zu sog. Abfaltungen (= Krümmungen) des Embryos, wodurch aus der flachen, zweidimensionalen Keimscheibe eine dreidimensionale Embryonalanlage wird, die sich im Verlauf der Schwangerschaft immer weiter der späteren menschlichen Körperform annähert. Während dieser Abfaltungsprozesse entstehen die Leibeshöhle, die Leibeswand und das Darmrohr. Neben der Entwicklung des Darmrohrs wird in diesem Abschnitt auch auf die Entstehung der oberen und unteren Körperöffnung eingegangen: Am kranialen und kaudalen Embryonalpol gibt es je einen mesodermfreien Bezirk, in dem Entoderm und Ektoderm direkt aufeinanderliegen und als Rachen- bzw. Kloakenmembran bezeichnet werden. In diesen beiden Bereichen entstehen im Verlauf Mund und After.

Festlegung der Körperachsen

Situs inversus
Sehr selten kommt es zu einer fehlerhaften Rechts-Links-Differenzierung, die zu einer Heterotaxie, d.h. zu einer Verlagerung der Brust- oder Bauchorgane von der rechten auf die linke Seite oder umgekehrt führt. Das klinische Bild wird als Situs inversus bezeichnet. Es handelt sich primär nicht um eine Erkrankung, jedoch sollte man diese Besonderheit bei Untersuchungen bedenken.

Kraniokaudale Abfaltung

  • Ziel: Einengung des Dottersacks
  • Ablauf: Der kraniale und der kaudale Embryonalpol rollen sich ein, wodurch die Keimscheibe gekrümmt wird
  • Ergebnis: Embryo hat eine C-Form
    • Kaudaler Anteil: Steißfalte
    • Kranialer Anteil: Kopffalte

Laterale Abfaltung

Entstehung von Rachen- und Kloakenmembran

Differenzierung der Keimscheibe

Differenzierung des Mesoderms

Axiales Mesoderm

Paraxiales Mesoderm

  • Lage: Strangförmig an die Chorda dorsalis angrenzendes Mesoderm
  • Bestandteile: Somiten
  • Ablauf:
    • Das paraxiale Mesoderm segmentiert sich entlang des Neuralrohrs in rundliche Zellhaufen (Somiten)
    • Bis zu Beginn der fünften Woche bilden sich in kraniokaudaler Richtung initial 42–44 Somitenpaare
    • Rückbildung einiger Somitenpaare, sodass letztlich 35–37 Somitenpaare übrig bleiben
    • Somiten als Ursegmente bedingen die auch beim ausgewachsenen Organismus (z.B. an den Wirbelkörpern) noch erkennbare segmentale Gliederung des Körpers (Metamerie)
    • Differenzierung der Somiten durch Signalmoleküle der Chorda dorsalis in unterschiedliche Abschnitte
  • Abschnitte der Somiten

Intermediäres Mesoderm

Seitenplattenmesoderm

MesenchymMesoderm: Mesoderm bezeichnet eines der drei Keimblätter, das sich zu unterschiedlichen Geweben differenzieren kann. Das Mesenchym hingegen stellt das embryonale Bindegewebe dar, das vor allem aus dem Mesoderm, aber auch aus anderen Keimblättern entsteht.

Embryonaler Anlageplan

Als Anlageplan (engl. fate map) bezeichnet man die Auflistung der Derivate einer Zellpopulation, also z.B. eines Keimblattes. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Gewebearten und Strukturen, die aus den drei Keimblättern entstehen.

Keimblattstruktur Differenzierte Gewebe/Organe
Ektoderm

Neuroektoderm (Neuralrohr)

Neuralleiste
Ektodermale Plakoden
  • Riechepithel
  • Innenohr
  • Linse
  • Kraniale sensorische Ganglien (anteilig)
Oberflächenektoderm
Mesoderm (= intraembryonales Mesoderm) Axial Prächordal
Chorda dorsalis
Paraxial Sklerotom
Dermatom
Myotom
Intermediär
Seitenplattenmesoderm Viszerales Blatt (Splanchnopleura)
Parietales Blatt (Somatopleura)
Entoderm

Weiterentwicklung des Embryos (5.-8. Woche)

Die fünfte bis achte Woche der Embryonalentwicklung steht vor allem im Zeichen der Organanlagen und der weiteren Differenzierung des Embryos. In der sich anschließenden Fetalperiode wächst und reift der Fetus nur noch, alle Organanlagen sind bis zum Ende der achten Woche angelegt. Auf die Differenzierung und die genaue Entwicklung der einzelnen Organe (Organogenese) soll an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden. Du findest sie immer zu Beginn der jeweiligen Organkapitel.

  • Dauer: 29.–56. Tag der Embryonalperiode
  • Ziel: Anlage aller noch fehlenden Organanlagen und weitere Differenzierung der einzelnen Gewebe
Charakteristika
5. Woche
  • Rasches Kopfwachstum durch Entwicklung von Gehirn und Gesichtsstrukturen
  • Die zwischen der 3. und 5. Woche entstehende Urniere wölbt sich in der Urogenitalleiste vor
  • Arm- und Beinknospen werden größer
  • Entstehung und Differenzierung weiterer Schlundbögen
6. Woche
  • Ausbildung von Fingerstrahlen
  • Ausbildung der Aurikularhöcker, die später zur Ohrmuschel werden
  • Auge durch Ausbildung von Netzhautpigment nun gut erkennbar
  • Beginnende Aufrichtung des Rumpfes
  • Entstehung des physiologischen Nabelbruchs
7. Woche
  • Beginn der Ossifikation der proximalen Knochen der oberen Extremität
8. Woche
  • Erstmals eindeutig menschliche Form erkennbar.
  • Finger zunächst noch durch Hautlappen, später vollständig getrennt
  • Beginn der Ossifikation der proximalen Knochen der unteren Extremität
  • Erstmals absichtliche Bewegungen der Extremitäten beobachtbar
  • Beginnende Geschlechtsunterschiede am äußeren Genital erkennbar, die allerdings noch nicht für eine sonografische Geschlechtsbestimmung ausreichen.

Wiederholungsfragen zum Kapitel Embryonalentwicklung

Frühentwicklung (2. Woche)

Direkt nach der Implantation differenziert sich der Embryoblast in die sog. „zweiblättrige Keimscheibe“, die aus Epi- und Hypoblast besteht. Welche Strukturen gehen aus dem Epiblast hervor?

Gastrulation, Neurulation und Morphogenese (3.–4. Woche)

Was ist die Chorda dorsalis und wo befinden sich ihre Relikte beim erwachsenen Menschen?

Das Neuralrohr ist nach seiner Entstehung zunächst nach kranial und kaudal hin geöffnet. Mit welcher Struktur steht das Neuralrohr dadurch in Verbindung und wann schließen sich die Öffnungen?

Wie entsteht die Neuralleiste und welche Strukturen des Nervengewebes gehen aus ihr hervor?

Aus welchen embryonalen Anlagen gehen folgende Strukturen bzw. Zellen hervor: Septum und Ausflussbahn des Herzens, autochthone Rückenmuskulatur, Extremitätenskelett, Thyreozyten, Drüsengewebe?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.