胚层的形成和分化

五、胚层的形成和分化

(一)二胚层胚盘的形成

1.内胚层和卵黄囊的形成 在受精后第2周胚泡植入时,内细胞群靠近胚泡腔一侧的细胞分裂、增生,形成一层整齐的立方细胞,称为内胚层(endoderm)。内胚层的周缘向下延伸,形成一个由单层扁平细胞围成的囊,称为卵黄囊,故内胚层构成卵黄囊的顶。

2.外胚层和羊膜腔的形成 在内胚层形成的同时,其上方其余内细胞群形成一层柱状细胞,称为外胚层(ectoderm)。继之,在外胚层与滋养层之间形成一个腔,称为羊膜腔,腔壁为来自细胞滋养层细胞分裂增生形成的羊膜上皮。羊膜与外胚层的周缘连续,故外胚层构成羊膜腔的底。内胚层与外胚层紧密相贴,中间有一层基膜相隔,逐渐形成一个圆盘状结构,称为二胚层胚盘。胚盘(embryonic disc)是人体发育的原基。滋养层、羊膜腔和卵黄囊则是提供营养和起保护作用的附属结构。

3.胚外中胚层的形成 在二胚层胚盘形成的同时,细胞滋养层向内增生,形成松散分布的星形细胞,充填于整个胚泡腔,称为胚外中胚层,此时胚泡腔消失。随后,胚外中胚层细胞间出现小腔隙,并逐渐融合成一个大腔,称为胚外体腔。胚外体腔的出现将胚外中胚层分成两部分,附着于卵黄囊表面和羊膜囊表面的,称为胚外中胚层脏层,附着于滋养层内面的称为胚外中胚层壁层。随着胚外体腔的扩大,只在羊膜腔与细胞滋养层之间连有部分的胚外中胚层,称为体蒂。体蒂将参与脐带的组成(图12-8)。

图示

图12-8 第3周初胚的剖面

(二)三胚层胚盘的形成

1.原条的出现和中胚层的形成 至第3周初,外胚层细胞迅速增殖,在外胚层正中线的一侧形成一条增厚区,称为原条(primitive streak)。原条的出现,确定了胚盘的头尾端和中轴,原条所在侧为尾端。原条头端细胞增生形成一个球形细胞团,称为原结。继而在原条的中线出现浅沟,原结的中心出现浅凹,分别称为原沟和原凹。原沟深部的细胞在内、外胚层之间向头尾和两侧迁移扩展,形成胚内中胚层(intraembryonic mesoderm),它在胚盘边缘与胚外中胚层连续。此时的胚盘由三胚层组成。由于头端大,尾端小,故此时的胚盘呈梨形(图12-9)。

图示

图12-9 第16天人胚,示中胚层的形成

2.脊索的形成 原结的细胞增生,经原凹在内、外胚层之间沿中线向头端伸展,形成一条单独的细胞索,称为脊索(notochord),它在早期胚胎起一定支架作用。随着胚胎的发育,脊索继续向头端生长,原条则相对缩短,最终消失。若原条细胞残留,则可在人体骶尾部分化形成由多种组织构成的畸胎瘤(图12-10)。

图示

图12-10 三胚层及脊索的形成示意图

3.口咽膜和泄殖腔膜的形成 在脊索的头端和原条的尾端,各有一个没有中胚层的小区,此处的内、外胚层直接相贴呈薄膜状,分别称为口咽膜和泄殖腔膜。中胚层在向头端伸展时,绕过口咽膜于其前方汇合形成生心区,为心脏发生的原基。

(三)三胚层的分化

人胚第4周初到第8周末,三个胚层逐渐分化形成各器官的原基。

1.外胚层的分化 脊索形成后,诱导其背侧中线的外胚层增厚呈板状,称为神经板。继而,神经板中央下陷形成神经沟,沟两侧边缘隆起称为神经褶。两侧神经褶在神经沟中段靠拢并愈合,继之向头尾两端延伸。其头尾两端各有一开口,分别称为前神经孔和后神经孔,它们在第4周末融合,使神经沟封闭为神经管(neural tube)。神经管是中枢神经系统的原基,将发育为脑、脊髓、松果体、神经垂体和视网膜等。如果前、后神经孔没有愈合,则将分别导致无脑畸形和脊髓裂。在神经褶愈合过程中,它的一些细胞迁移到神经管的背外侧,形成两条与神经管和外胚层脱离的纵行细胞索,称为神经嵴(neural crest)。神经嵴将分化为周围神经系统及肾上腺髓质等结构。位于胚体表面的外胚层,将分化为皮肤的表皮及其附属器,以及牙釉质、角膜、晶状体、内耳膜迷路、腺垂体、口腔和鼻腔与肛门的上皮等(图12-11)。

2.中胚层的分化 中胚层形成后,在脊索两侧从内向外依次分化为轴旁中胚层、间介中胚层和侧中胚层。散在分布的中胚层细胞,称为间充质,分化为结缔组织以及血管、肌组织等。脊索则大部分退化消失,仅在椎间盘内残留为髓核。

(1)轴旁中胚层:紧邻脊索两侧的中胚层细胞迅速增殖,形成一对纵行的细胞索,即轴旁中胚层。它随即横裂为块状细胞团,称为体节(somite)。体节左右成对,从颈部向尾端依次形成,随着胚龄的增长而增多,到第5周时共形成42~44对,所以可以根据体节的数量推算早期胚龄。体节将分化为皮肤的真皮、大部分中轴骨骼(如脊柱、肋骨)及骨骼肌。

(2)间介中胚层:位于轴旁中胚层与侧中胚层之间,分化为泌尿系统、生殖系统的主要器官。(https://www.daowen.com)

(3)侧中胚层:中胚层最外侧的部分。由于胚内体腔的出现,侧中胚层被分为两层:与外胚层邻近的一层,称为体壁中胚层,将分化为体壁(包括肢体)的骨骼、肌肉、血管和结缔组织;与内胚层邻近的一层,称为脏壁中胚层,将分化为消化和呼吸系统的肌组织、血管和结缔组织等。胚内体腔将分化为心包腔、胸膜腔和腹膜腔(图12-12、图12-13)。

图示

图12-11 神经管及神经嵴发生示意图

图示

图12-12 中胚层早期分化及神经管的形成示意图

图示

图12-13 神经管及体节的形成(背面观)示意图

3.内胚层的分化 随着胚体头褶、尾褶和侧褶的发育,胚体由椭圆盘状逐渐变成圆柱状或圆筒形结构,内胚层被卷入胚体内形成原始消化管,又称原肠。其头端部分为前肠,由口咽膜封闭,尾端有封闭的泄殖腔膜,中部为中肠并借卵黄蒂与卵黄囊相通。内胚层将分化为消化管、消化腺、呼吸道和肺的上皮等。

(四)胚体的形成

随着三胚层的分化,胚盘边缘向腹侧卷折形成头褶、尾褶和左右侧褶,扁平形的胚盘逐渐变为圆柱形胚体。胚盘卷折主要是各部分生长速度的差异引起的。如胚盘中部由于神经管和体节的迅速生长而向背部隆起,生长速度快于边缘部,外胚层的生长速度又快于内胚层,致使外胚层包于胚体外表,内胚层卷到胚体内,胚体凸到羊膜腔内。胚盘头尾方向的生长速度快于左右方向的生长,头侧的生长速度又快于尾侧,因而胚盘卷折为头大尾小的圆柱形胚体,呈“C”字形。最终,胚盘头尾及两侧边缘卷折到胚体腹侧并逐渐靠近,将体蒂和卵黄囊包入,形成一条圆索状的原始脐带(图12-14)。

图示

图12-14 胚体卷折的形成(第4周人胚)示意图

在第5周至第8周,胚体外形有明显变化。第5周时,耳泡、眼泡和鼻窝出现,肢芽形成,体内各器官原基相继出现。第8周时,指、趾分开,颜面形成,外生殖器形成,但不辨男女。至第8周末,各器官已具雏形,外表已初具人形(图12-15)。

图示

图12-15 胚体外形的建立示意图

(五)胎龄的推算

胚胎龄的推算通常有月经龄和受精龄两种方法。月经龄是从孕妇末次月经的第1天算起,至胎儿娩出为止,共计280天。以28天为一个妊娠月,故有“十月怀胎”之说。临床上常用此法来推算孕妇的预产期。而胚胎学者则常用受精龄,即以受精之日为起点推算胚胎龄。受精一般发生在末次月经第1天之后的2周左右,所以从受精到胎儿娩出约266天。由于妇女的月经周期常受环境变化的影响,所以胚胎龄的推算难免有误差。

因此,胚胎学者常根据各期胚胎的外形特征及长度来推算胚胎龄,如第1~3周主要依据胚的发育状况及胚盘的结构;第4~5周常利用体节数、腮弓及眼耳鼻等原基的出现情况;第6~8周可依据四肢及颜面的发育特征。胎期可依据颜面、皮肤、毛发、外生殖器等发育状况及胎儿的身长、体重来推算胚胎龄(表12-1)。

表12-1 胎儿外形特征及身长、体重

图示