Font Size

Profile

Menu Style

Cpanel

28July2021

You are here: Home Lecture/Topic Residents' Topic Review Embryogenesis and Fetal Morphological Development

Embryogenesis and Fetal Morphological Development

Embryogenesis and Fetal Morphological Development

พ.ญ. ชลรส เจริญรัตน์
อาจารย์ที่ปรึกษา พ.ญ. สุพัตรา ศิริโชติยะกุล

Embryonic period(1)

ช่วง embryonic period ถือเป็นช่วงเวลาสำคัญของ organogenesisซึ่งจะอยู่ในช่วงสัปดาห์ที่ 3 ถึงสัปดาห์ที่ 8 หลังจากมีการ ovulation และ fertilization และในช่วงนี้แต่ละ germ cell layer จะพัฒนาเป็นอวัยวะต่างๆ

Derivatives of the ectodermal germ layer

เมื่อจบสัปดาห์ที่ 3 จะมีการยกตัวของ neural plate กลายเป็น neural folds ตำแหน่งตรงกลางว่า neural grooveและมา fuse กันตรงกลางกลายเป็น neural tubeทำให้CNS มีลักษณะจะเป็น close tubular structureส่วน anterior neuroporesจะปิดใน day 25 ส่วน posterior neuroporeจะปิดในday 28หลังจากนั้นจะมี neural crest migration ไปยัง underlying mesenchyme ส่วนของectoderm germ layer จะกลายเป็น central nervous system, peripheral nervous system, sensory epithelium ของ ear, nose , eye และ epidermis นอกจากนี้ยังกลายเป็น sebaceous gland, mammary gland, pituitary gland และ enamel ของฟัน

Derivatives of the mesodermal germ layer

จะมีการหนาตัวขึ้นของ mesoderm ส่วนใกล้ midline เรียกว่า Paraxial mesoderm ซึ่งจะกลายเป็น neuromeresและ somite ในภายหลัง ส่วน mesoderm ด้าน lateral จะยังคงบางอยู่และไปคลุม amnion (Parietal mesoderm layer) และ yolk sac (Visceral mesoderm layer) ระหว่าง Paraxial mesoderm และ visceral mesoderm เชื่อมกันด้วย intermediate mesoderm ซึ่งสุดท้าย develop เป็น urogenital structure

Somite คู่แรกจะพบที่ occipital region ในวันที่ 20 ของ development ภายหลังจะกลายเป็น axial skeleton,myotome (muscle tissue), sclerotome(cartilage and bone), dermatome (dermis)

Parietal mesoderm ร่วมกับ ectoderm จะ form ร่วมกันเป็น ventral body wall ส่วน visceral mesoderm ร่วมกับ endoderm จะform เป็น wall ของ gut tube

ในสัปดาห์ที่ 3 First blood island จะพบที่ mesoderm รอบๆ wall of yolk sac induced ให้เกิด hemangioblastซึ่งเป็น precursor สำหรับ vessel and blood transformation อย่างไรก็ตาม definite hematopoietic stem cells สร้างมาจาก mesoderm ที่ตำแหน่ง aorta-gonad-mesonephros region (AGM) ซึ่ง cell เหล่านี้จะไปรวมตัวที่ liver ทำให้ liver กลายเป็น hematopoietic organ หลักในช่วง 2-7 เดือนแรก

Derivatives of the endodermal germ layer

Endodermal germ layer จะพัฒนาเป็น epithelial lining ของ GI tract, respiratory tract, tympanic cavity, auditory tube และ urinary bladder นอกจากนี้ยัง form เป็น parenchyma ของ thyroid , parathyroid, liver และ pancreasในการพัฒนาของ embryo จะมี cephalocaudal growth ร่วมกับ lateral body wall folds จะมา fuse กัน (ยกเว้นส่วน umbilical region ) developed gut tube ส่วน amnionจะถูกดึงไปทางด้าน ventral ทำให้ embryo lie in the amniotic

หน้าที่ yolk sac คือเป็น nutritive organ ในช่วง earliest stage of development , first blood island นอกจากนี้ยัง provide germ cell ที่อยู่บริเวณ posterior wall ซึ่งสุดท้าย migrate มาที่ gonad เพื่อกลายเป็น eggs และ sperm

Embryo1

(ที่มา: Cunningham G, Leveno K, Bloom S, Spong C, Dashe J, Hoffman B, et al. Williams Obstetrics. 24 ed. United States of America: McGraw-Hill Companies, Inc.; 2014, p. 131)

Fetal period

Fetal organ system development

Amniotic fluid formation(2)

ในช่วง early pregnancy amniotic fluid มาจาก Ultrafiltrateของ maternal plasma ส่วนในช่วง second trimester มาจาก fetal plasma ที่ diffuse ออกมาผ่าน fetal skin แต่หลังจากที่มี cornification ของ fetal skin ที่ GA 20 week amniotic fluid ส่วนใหญ่มาจาก fetal urine โดย Fetal kidney เริ่มสร้าง urine ที่ GA 12 week โดยปริมาณน้ำคร่ำจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆตามอายุครรภ์ที่เพิ่มขึ้น และเพิ่มขึ้นสูงสุดที่อายุครรภ์ 34-36 สัปดาห์

Cardiovascular system(3)

Embryo2

(ที่มา: Cunningham G, Leveno K, Bloom S, Spong C, Dashe J, Hoffman B, et al. Williams Obstetrics. 24 ed. United States of America: McGraw-Hill Companies, Inc.; 2014, p. 155)

ในสัปดาห์ที่ 3 Endocardial tubes ทั้งสองข้างจะมา fuse กันเพื่อสร้าง heart tube Heart beat จะเริ่มมีใน day 22-23 , Blood flow จะเริ่มมีในระหว่างสัปดาห์ที่ 4 ซึ่งสามารถเห็นได้จาก ultrasound, Partitioning of primordial heart จะเริ่มที่ กลางสัปดาห์ที่ 4 และเสร็จสิ้นในสัปดาห์ที่ 8(3)ซึ่งระบบ fetal circulation จะเป็นดังภาพ(2)

โดยในภาวะหลังคลอด เนื่องจาก left atrium มี pressure มากขึ้น ดังนั้น valve of foramen ovaleจึงไปปิดของ foramen ovale กลายเป็น oval fossa แบบ functional มีการ constrict ของ ductusvenosusภายใน 10-96 ชั่วโมง และมี anatomy closure ภายใน 2-3 สัปดาห์หลังคลอด กลายเป็น ligamentumvenosumส่วน hypogastric artery จะกลายเป็น umbilical ligament หลังคลอด 3-4 วัน ส่วน umbilical vein ที่ยังอยู่ในท้องทารกจะกลายเป็น ligamentumteres

Hematologic development(2)

Hemopoiesisในช่วงแรกเกิดที่ yolk sac ต่อมาคือ liver และ bone marrow ตามลำดับ ซึ่งในช่วงแรกเม็ดเลือดแดงจะมี nucleus และมีขนาดใหญ่ แต่จะมีอายุสั้น เมื่อ GA มากขึ้น ขนาดของเม็ดเลือดแดงจะลดลงและ nucleus จะหายไป และมีอายุนานขึ้น hemoglobin content เพิ่มขึ้น ซึ่งกระบวนการ hemopoiesisถูกควบคุมโดย fetal erythropoietin ซึ่งแหล่งหลักในช่วงแรกมาจาก liver จนกว่าไตของเด็กจะสร้างขึ้นเอง

ในเด็กแรกเกิด ระดับของ factor II, VII, IX ,X, XI จะมีเพียง 50% ของ level ในผู้ใหญ่ และอาจมีระดับลดลงอีกใน 2-3 วันหลังคลอด ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องให้ vitamin K ในเด็กแรกเกิด เพื่อป้องกันภาวะ newborn hemorrhage

ในช่วง fetus Hbส่วนใหญ่จะเป็นชนิด Hb F ซึ่งจะเริ่มลดลงในช่วงสัปดาห์ท้ายๆของการตั้งครรภ์ โดยเมื่อครบกำหนดคลอด ประมาณ 1/3 ของ Hbเป็นชนิด HbFและจะมีสัดส่วนที่ลดลงจนมีสัดส่วน HbFเท่ากับผู้ใหญ่ที่ 6-12 เดือน

Immunology

มี evidence ว่า fetal immunological competence เริ่มที่ GA 13 week โดย maternal IgGจะเริ่ม transport ไปหา fetus ที่ GA 16 week และเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 4 สัปดาห์สุดท้ายของการตั้งครรภ์ ส่วนในทารกนั้น ถ้าหากมีภาวะ congenital infection fetus จะมีการสร้าง IgMขึ้นมาเพื่อตอบสนอง Level IgGและ IgMของ newborn จะเท่ากับ level ในผู้ใหญ่ที่อายุ 3 ปี และ 9 เดือนตามลำดับ

Fetal B lymphocyte พบใน fetal liver ที่ GA 9 weeks และพบใน blood และ spleen ที่ GA 12 weeks ส่วน T lymphocyte จะออกมาจาก Thymus gland ที่GA14 weeks

Skull (1, 2, 4)

Embryo3

Embryo4

ประกอบด้วย 2 frontal bones, 2 parietal bones, 2 temporal bones, upper portion of the occipital bone และ wing of the sphenoid แต่ละส่วนเชื่อมกันด้วย sutures (membranous spaces) มีความสำคัญในกระบวนการ moildingหาก ตำแหน่ง suture นั้นมี bone เชื่อมกันมากกว่า 2 ชิ้น จะเรียกว่า fontanellesซึ่งมี 2 ตำแหน่งคือ anterior และ posteriorซึ่งส่วนใหญ่ anterior fontanelleปิดที่อายุ 18 เดือน และ posterior fontanelleปิดที่อายุ 1-2 เดือนหลังคลอด

เมื่อวัดparameter ต่างๆของ newborn พบว่า greatest transverse diameter คือ biparietal (9.5 cm) , greatest longitudinal diameter คือ occipitomental (12.5 cm) , greatest circumference จะวัดจาก occipitofrontal diameter ส่วน smallest circumference จะวัดจาก suboccipitobregmatic diameter

Central nervous system and spinal cord(1, 2)

เมื่อมีการสร้าง neural fold ส่วน cranial neuroporeจะปิดในวันที่ 25 ของ development ส่วน caudal neuroporeจะปิดในอีก 3 วันถัดมาซึ่งส่วน cephalic end ของ neural tube จะพัฒนาเป็น primary brain vesicle (prosencephalon, mesencephalon และ rhombencephalon) พอในสัปดาห์ที่ 5 ส่วน prosencephalonจะแบ่งเป็น telencephalon (primitive cerebral hemispheres) และ diencephalon และ rhombencephalonจะแบ่งเป็น metencephalon (pons and cerebellum) และ myelencephalonเรียกโดยรวมว่าเป็น secondary brain vesicle

Neuronal proliferation and migration จะเสร็จสิ้นที่อายุครรภ์ 20-24 weeksคือมี Gyri formation and proliferation, differentiation and migration of cellular elements

Myelination ของ ventral roots ของ cerebrospinal nerves และ brainstem เริ่มที่อายุครรภ์ประมาณ 6 เดือน (midgestation) จนถึง 1 ปีแรกหลังคลอด

ในช่วง embryo อายุครรภ์ประมาณ 3 เดือน spinal cord จะยาวตลอด vertebral column แต่เมื่ออายุครรภ์มากขึ้น vertebral column และ duraจะยาวเร็วกว่า neural tube โดยที่อายุครรภ์ 24 สัปดาห์ จะอยู่ที่ระดับ S1 และ เมื่อคลอดจะอยู่ที่ระดับ L3ส่วน duraจะยาวไปถึง coccygeal level

Gastrointestinal system(1, 2)

การกลืนจะเริ่มที่อายุครรภ์ 10-12 weeks ซึ่งเป็นช่วงเวลาเดียวกันที่ small intestine เริ่มมี peristalsis

Liver : Liver primordiumจะเริ่มปรากฎในกลางสัปดาห์ที่ 3 มาจาก endodermal epithelial จาก foregut ซึ่งหน้าที่สำคัญได้แก่ hematopoietic function (10th week) ,bile formation (12th week) และ cholesterol synthesis Serum liver enzymeจะเพิ่มขึ้นตามอายุครรภ์ที่เพิ่มขึ้น แต่อย่างไรก็ตามความสามารถในการ conjugated bilirubin ยังคงทำได้น้อย ซึ่งส่วนใหญ่ของ unconjugated bilirubin จะถูก excrete ไปยัง amniotic fluid หลังอายุครรภ์ 12 สัปดาห์

Pancreas : สามารถพบ glucagon และ insulin ที่ fetal pancreas ที่อายุครรภ์ 8 และ 9 สัปดาห์ตามลำดับ และสามารถพบ insulin in fetal plasma ที่อายุครรภ์ 12 สัปดาห์enzyme จาก pancreaseส่วนใหญ่สามารถพบได้ที่อายุครรภ์ 16 weeks

Urinary system(2, 3)

ใน embryo จะมีการพัฒนาของไต 3 ชุด ได้แก่ pronephros (nonfunctionและ involute at 2nd week), mesonephros (เริ่มพบที่ late 4th week มี glomeruli และ tubules function สร้าง urine ที่ 5th week และหายไปที่ 12th week) และ permanent kidney ที่เรียกว่า metanephros

Metanephrosซึ่งประกอบด้วย ureteric bud และ nephrogenicblastemaเริ่มพัฒนาในสัปดาห์ที่ 5 และ function ใน 4 week ต่อมาโดยช่วง 10th -18th week จำนวนของ glomeruli จนเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนถึง 36 สัปดาห์ the loop of Henle เริ่มทำงานที่ GA 14th week

Kidney และ ureter พัฒนามาจาก intermediate mesoderm Bladder ส่วนใหญ่จะพัฒนามาจาก urogenital sinus ยกเว้นบริเวณ trigoneซึ่งมาจาก caudal end ของ mesonephric ducts ในช่วงแรก bladder จะเชื่อมกับ allantois แล้วภายหลังจะconstrict กลายเป็น urachus (ยาวตั้งแต่ apex of bladder ถึง umbilicus) ใน adult จะเรียกว่า median umbilical ligamentUrethra พัฒนามาจาก urogenital sinus เช่นกัน

Fetal kidney สามารถสร้าง urine ได้ที่ GA 12 weeks มีความสำคัญคือ control amniotic composition และvolume

Lung development (2, 5)

มี 5 stages ได้แก่

  1. Embryonic stage (3-7 weeks after contraception) : lung bud ที่มาจาก foregut endoderm จะมีการ grow และมีการแตกเป็น bifurcate เป็น right และ left mainstem bronchi และ branching ซึ่งเชื่อมกับ lung vessel เมื่อสิ้นสุด embryonic stage จะมี trachea ที่แยกกับ esophagus โดยสมบูรณ์ และ lobar and segmental bronchi
  2. Pseudoglandular stage (6-16 weeks) : เป็นช่วงที่มีการสร้าง branch ของ airway และการสร้าง diaphragm เมื่อจบช่วงระยะนี้ ทารกจะมี segmental bronchi, terminal bronchi, diaphragm รวมถึงมีการ develop pattern of pulmonary artery และ vein
  3. Canalicular stage (16-26 weeks) :เป็นช่วงการเปลี่ยนแปลงจาก previable lung เป็น viable lung ที่สามารถ gas exchange ได้ มีเหตุการณ์หลักๆ 3 เหตุการณ์ในระยะนี้ได้แก่ 1. มีการสร้าง acinusซึ่งมาจาก terminal bronchiole 2. การพัฒนา alveolar-capillary respiratory membrane ซึ่งเป็น potential air-blood barrier โดยเริ่มที่อายุครรภ์ 21 weeks และสุดท้ายคือ 3. Epithelial differentiation ร่วมกับมีการสร้าง lamellar bodies ในcytoplasm ของ Immature type II cell โดยเริ่มที่อายุครรภ์ 20 สัปดาห์
  4. Saccular stage (24-36 weeks) : ถือเป็นช่วงที่ fetal lung จะ sensitive ต่อ maternal glucocorticoid treatment เป็นช่วงที่ aciniจะมี septationเป็น respiratory bronchiole, alveolar ducts และกลายเป็นprimitive pulmonary alveoli ในที่สุดนอกจากนี้ยังมีการพัฒนา lung microvascular ที่เพิ่มมากขึ้นด้วย
  5. Alveolar stage (32-36 weeks) : คือการที่ alveolar septationร่วมกับมี alveolar capillary membrane (เรียนกระบวนการนี้ว่า alveolization)โดยอัตราการสร้าง alveolar จะสูงที่สุดที่ GA 36 weeksต่อเนื่องยาวนานถึงหลายเดือนหลังคลอด, มี maturation of type II cells ดังนั้นจะมีการสร้าง surfactant ที่เพียงพอสำคัญการมีชีวิตรอดของทารกแรกเกิดเนื่องจากเป็นสารที่ป้องกัน alveolar collapse ขณะ expiration

Breathing : fetal chest movement สามารเห็นได้จาก ultrasound ตั้งแต่ GA 11 weeks เมื่อเข้าสู้ช่วงต้นเดือนที่ 4 ของการตั้งครรภ์ ทารกจะมี movement of breathing ที่เพียงพอกับการหายใจเอา amniotic fluid เข้าออกจากปอด

Endocrine gland and development

Pituitary gland(2)

ประกอบด้วย anterior pituitary gland ซึ่งมาจาก oral ectoderm (Rathke pouch) และ posterior pituitary gland ที่มาจาก neuroectoderm

  1. Anteriorpituitary gland สามารถสร้าง hormone ACTH at GA 7 week และสร้าง GH และ LH ได้ที่ GA 13 weeks โดยที่เมื่อสิ้นสุดที่อายุครรภ์ 17 weeks สามารถสร้าง pituitary hormone ได้ทั้งหมด
  2. Posterior pituitary gland สามารถสร้าง oxytocin และ AVP ได้ที่ GA 10-12 weeks

Thyroid gland(2, 3)

เริ่มสร้างในวันที่ 24 หลังจาก fertilization มาจาก thyroid primodiumที่อยู่ตรง floor ของprimodial pharynx หลังจากนั้นจะ descend ไปอยู่บน2nd-3rd tracheal ring ที่ GA 7 week ร่วมกับthyroglossal duct ที่เชื่อมระหว่าง thyroid gland กับ tongue จะหายไป

Thyroid gland จะสามารถสร้าง thyroid hormone ได้ที่ GA 10-12weeks โดยจะสร้างเพิ่มขึ้นเมื่ออายุครรภ์มากขึ้น

Development of genitalia(1, 2)

กุญแจสำคัญในการ develop เป็น male หรือ female นั้นขึ้นอยู่กับ SRY(sex-determining region on Y)gene ที่อยู่บน chromosome แขนสั้นของ Y chromosome ซึ่ง SRY protein จะเป็น testis-determining factor

Gonad

ในช่วงแรกจะมี proliferation ของ epithelium และ condensation ของ underlying mesenchyme กลายเป็น gonadal ridges และกลายเป็น primitive sex cords (indifferent gonad)ในช่วงสัปดาห์ที่ 4 germ cell จะ migrate แบบ amoeboid movement มาทาง dorsal mesentery ของ hindgut และ invadegenital ridges ในสัปดาห์ที่ 6

Testis development

เมื่อ embryo เป็น XY sex chromosome สามารถสร้าง testis-determining factor ได้ ทำให้primitive sex cord ส่วนของ medulla เจริญเด่นชัด ส่วน cortex จะบางลง โดยการพัฒนาของ testis จะเริ่มที่ 6-7 สัปดาห์ ภายใน primitive sex cord จะมีprimitive germ cells และ sertoli cells (มาจาก surface epithelium ของ gland) อยู่ภายใน seminiferous tubules ต่อมา sertoli cell จะสร้าง AMH ทำให้ Müllerianduct ไม่เจริญ ส่วน Leydig cell ที่มาจาก mesenchyme ของ gonadal ridge จะอยู่ระหว่าง testis cord สามารถสร้าง testosterone ได้ที่อายุครรภ์ 8 สัปดาห์ ซึ่งมีผลกับ sexual differentiation ของ genital ducts และ external genitalia

Ovary development

การพัฒนาของ ovary เริ่มที่ 7-8 สัปดาห์ เนื่องจากไม่มี Y chromosome ส่วนของmedulla จะฝ่อและถูกแทนที่ด้วย vascular stromaกลายเป็น rete ovariiส่วน cortex จะเจริญขึ้น โดยสัปดาห์ที่ 7 จะเรียกว่า cortical cord และจะ split กลายเป็น follicular cell ที่ซึ่งในภายหลังจะไปอยู่ล้อมรอบ primary oocyte ที่อยู่ใน medullaเกิด primodial follicle

Genital ducts

ในช่วง indifferent stage จะมีทั้ง mesonephric ducts (Wolffian) และ paramesonephric ducts (Müllerian)ในสัปดาห์ที่ 5 ของการพัฒนา กรณี male embryo sertoli cells จะมีการหลั่ง antimullerianhormone ทำให้ paramesonephric duct degenerateซึ่ง complete ในสัปดาห์ที่ 9-10เหลือเพียง cranial end เพียงเล็กน้อย เรียก appendix testis กรณี female embryo ส่วน cranial vertical portion และ horizontal part ของ paramesonephric duct จะกลายเป็น uterine tube ส่วน caudal portion จะมา fuseกันในสัปดาห์ที่ 10กลายเป็น uterus และ cervixส่วนของ mesonephric duct จะ degenerate เหลือเพียงบางส่วนใน epoophoronในบางครั้ง small caudal portion อาจพบที่ wall ของ uterus หรือ vagina ซึ่งอาจ form เป็น Gartner's cyst ในภายหลัง

Vagina เป็น organ ที่เป็น dual origin กล่าวคือ upper portion จะมาจาก paramesonephric duct ที่มา fuse กัน และ lower portion ที่มาจาก urogenital sinus มี recanalization ในเดือนที่ 6

External genitalia

ในช่วงสัปดาห์ที่ 3 จะมีการสร้าง cloacal fold ส่วน cranial part จะ form เป็น genital tubercle ส่วน caudal part จะแบ่งเป็น urethral fold และ anal folds ในขณะเดียวกันจะมี genital swelling (อยู่ข้าง urethral fold) ซึ่งใน male จะกลายเป็น scrotum และ female กลายเป็น labia majoraในสัปดาห์ที่ 8 ขึ้นไปจะสามารถแยกเพศได้ ใน male external genital differentiation เสร็จสิ้นในสัปดาห์ที่ 14 ส่วน female เสร็จสิ้นในสัปดาห์ที่ 11

Male :การพัฒนาเป็นผลมาจากอิทธิพลของ hormone testosterone โดยจะมี elongation ของ genital tubercle กลายเป็น phallus มีการสร้าง urethral grooveเป็นผลมาจาก urethral fold โค้งมาข้างหน้าซึ่งจะมา fuse กันในสิ้นเดือนที่ 3 เกิดการสร้างpenile urethra

Female :การพัฒนาเป็นผลมาจากอิทธิพลของ hormone estrogen ทำให้ genital tubercle โตขึ้นเล็กน้อยกลายเป็น clitoris urethral fold จะกลายเป็น labia minoraส่วน urogenital groove จะกลายเป็น vestibule

References

  1. Sadler TW. Medical embryology. 12 ed. USA: Lippincott Williams & Wilkins; 2012.
  2. Cunningham G, Leveno K, Bloom S, Spong C, Dashe J, Hoffman B, et al. Williams Obstetrics. 24 ed. United States of America: McGraw-Hill Companies, Inc.; 2014.
  3. Moore K, Persuad TVN. The developing human : clinically oriented embryology. 8 ed. USA: Elsevier Inc.; 2008.
  4. Netter F. Atlas of human anatomy. 6 ed. Philadelphia: Elsevier Inc.; 2014.
  5. JOBE A, KAMATH-RAYNE B. Fetal lung development and surfactant. Creasy and Resnik's : Maternal-Fetal medicine. 7 ed: Saunders; 2013.

Login Form