Desarrollo del sistema cardiovascular

Transcripción

1 Desarrollo del sistema cardiovascular Dr. Juan A Claver, Cátedra de Histología y Embriología, Facultad de Ciencias Veterinarias, UBA 2012 En los estadios iniciales del desarrollo embrionario, los requerimientos respiratorios, excretorios y nutricionales del embrión dependen de mecanismos de difusión simple. Al ir creciendo el embrión, la difusión rápidamente se torna inadecuada a sus necesidades de intercambio, por lo que se requiere de un sistema capaz de distribuir de manera eficiente oxigeno y nutrientes a los tejidos, y transportar sus productos de desecho. Estos requerimientos son provistos por el sistema cardiovascular. El sistema cardiovascular es el primero de los sistemas funcionales que se desarrolla en el embrión. Está compuesto por una bomba central, el corazón, conectada con una red de arterias que acarrean sangre hacia los tejidos. Otro sistema paralelo de vasos, las venas se encargan de retornar la sangre desde los tejidos al corazón. Por último, un sistema auxiliar, el sistema linfático colabora con el retorno de los fluidos extracelulares hacia el sistema vascular. Desarrollo de los vasos sanguíneos El desarrollo de los vasos sanguíneos involucra una compleja serie de eventos, mediante los cuales las células endoteliales se diferencian, proliferan, migran y se organizan en una red vascular organizada. Los primeros vasos sanguíneos surgen fuera del embrión. Las células del mesodermo asplácnico que rodean al saco vitelino forman acúmulos denominados islotes sanguíneos. Con la formación de canales vasculares extraembrionarios se constituye un sistema circulatorio primitivo. En un principio, los islotes sanguíneos son estructuras compactas. Posteriormente, las células periféricas de los islotes, bajo los efectos de factores de crecimiento, cambian de forma y se hacen planas, envolviendo a las células más internas. Las células planas externas formarán el endotelio vascular, mientras que las centrales, redondeadas, formarán los precursores sanguíneos de los eritrocitos nucleados del embrión (fig. 1).

2 Fig 1: Etapas en la formación de los islotes sanguíneos a nivel de mesodermo esplácnico del saco vitelino La formación de los vasos sanguíneos ocurre en dos pasos secuenciales denominados vasculogenesis y angiogenesis. La vasculogenesis es la formación de los primitivos vasos a partir de islotes sanguíneos y comienza alrededor de la tercera semana de gestación en los mamíferos domésticos, primero en el mesodermo del saco vitelino y más tarde, también en el alantoides. Una serie de factores de crecimiento que incluyen el factor de crecimiento fibroblástico (Fgf- 2), la proteína morfogenética del hueso (BMP), el factor de crecimiento endotelial vascular (Vegf) y las angiopoyetinas, influyen en los eventos iniciales de la vasculogenesis. El Fgf-2 y el BMP inducen a las células del mesodermo asplácnico del saco vitelino a transformarse en hemangioblastos. El Vegf se expresa en altos niveles en áreas cercanas a la formación activa de vasos y actúa sobre los hemangioblastos o angioblastos promoviendo su diferenciación a células endoteliales. Las angiopoyetinas promueven la interacción entre las células endoteliales y las células musculares lisas, las que eventualmente rodearan a algunos vasos en desarrollo. (Fig. 2 y 3)

3 Célula mesenquimática Fgf2, Bmp Pericitos Músculo liso Hemangioblasto Célula endotelial VEGF Angiopoyetinas Vaso sanguíneo Fig 2: Factores inductores de la vasculogénesis Figura 3: Contribución de los hemangioblastos a la formación de vasos sanguíneos y la hematopoyesis. La angiogenesis consiste en el brote y crecimiento de nuevos vasos a partir de los vasos preexistentes. Este proceso es de fundamental importancia para el desarrollo embrionario y continúa durante la vida posnatal, siendo además decisivo en la reparación de los tejidos lesionados. El Vegf, producido por células mesenquimàticas, actúa sobre las células endoteliales en aquellos puntos donde comienza el desarrollo de nuevos vasos. A continuación, las angiopoyetinas interactúan con los receptores Tie-2 de las células endoteliales en los sitios de crecimiento vascular. En estos puntos, las células endoteliales pueden proliferar y formar nuevos vasos. La interacción entre Vegf y Tie-2 induce, además, la liberación del factor de crecimiento plaquetario (Pdgf), que estimula la migración de células mesenquimàticas hacia el endotelio vascular. En respuesta a otros factores

4 liberados por las células endoteliales, las células mesenquimàticas se diferencian en musculares lisas vasculares. Otros mecanismos de angiogenesis involucran el remodelado de vasos preexistentes mediante anastomosis o ramificaciones o por incremento del diámetro luminal. El desarrollo particular de las paredes vasculares depende del volumen y dirección del flujo sanguíneo. Aquellos vasos que acarrean el mayor volumen de sangre, aumentan de diámetro y se rodean de capas de tejido adicionales provenientes del mesodermo circundante, para formar las arterias. Los otros vasos, las venas permanecen con paredes delgadas. Los vasos sanguíneos que se desarrollan en las membranas fetales, denominados vasos extraembrionarios, consisten en un par de arterias vitelinas, un par de arterias umbilicales (alantoicas) y sus correspondientes venas. La formación de vasos intraembrionarios, comienza poco después de la de los extraembrionarios y procede de manera similar. A posteriori, los vasos intraembrionarios y extraembrionarios se anastomosan, completando así el sistema circulatorio rudimentario de embrión. Desarrollo Embriológico Del Corazón. Durante el desarrollo, a partir de un simple tubo, el corazón experimentará un crecimiento diferencial que lo transformará gradualmente en una estructura de cuatro cámaras. Todo esto ocurre mientras el corazón bombea sangre hacia el embrión y sus membranas extraembrionarias. Los movimientos (al principio peristálticos) comienzan en el perro durante la tercera semana de gestación. Desarrollo de los tubos cardíacos Durante la tercera semana de gestación el embrión de mamífero es plano y consiste en tres capas: ectodermo, mesodermo y endodermo. A nivel del mesodermo lateral derecho e izquierdo, se forman pequeños espacios vesiculares, los que luego coalescen para formar los celomas intraembrionarios derecho e izquierdo, dividiendo al mesodermo lateral en sus hojas somática y esplácnica. Más tarde, los celomas derecho e izquierdo se fusionan en craneal del tubo neural en desarrollo conformando una cavidad en forma de herradura que será la futura cavidad pericárdica Por debajo de este celoma, el mesodermo se condensa en una estructura angiogénica que sigue la misma forma de herradura. Esta región se denomina placa cardiogénica porque de aquí de formará el corazón (ver figura 4).

5 Fig 4: Vista dorsal de un embrión humano (el amnios ha sido cortado) de 3 semanas que muestra la formación de la placa cardiogénica Cuando esta estructura se cavita forma un tubo con forma de U, cuyos extremos dan origen a los tubos endocárdicos derecho e izquierdo. Células del mesodermo esplácnico migran y rodean a los tubos endocárdicos formando el manto mioepicárdico. Al principio esta capa no se une directamente al endotelio de los tubos, sino que entre ellos queda un tejido muy laxo denominado gelatina cardíaca. Al crecer el proceso cefálico y comenzar los plegamientos del embrión, la placa cardiogénica queda ubicada ventralmente a la región faríngea. Los tubos endocárdicos se encuentran a nivel de la línea media y terminan fusionándose en un tubo único. (Figs. 5 y 6)

6 Fig 5: Formación de los tubos endocárdicos Fig 6: Fusión de los tubos endocárdicos. Formación del corazón primitivo

7 Regiones del corazón primitivo El crecimiento diferencial del tubo endocárdico determina la formación de 5 regiones cardíacas primitivas. De craneal a caudal son: 1- Tronco arterioso (truncus arteriosus): La región de salida del corazón, de la que surgirán los grandes vasos. 2- Bulbo cardíaco (bulbus cordis): Región que contribuirá a la formación del ventrículo derecho. 3- Ventrículo: (vetriculum cordis) Región que formará el ventrículo izquierdo. 4- Atrio (Atrium) Región que sufrirá expansión para formar los atrios o aurículas derecha e izquierda. 5- Seno venoso (sinus venosus): Región par en la que desembocarán las venas del embrión. El seno venoso izquierdo formará el seno coronario. El derecho se incorporará a las paredes de la aurícula derecha. Formación del corazón de cuatro cámaras 1 Lo primero que ocurre es un alargamiento del tubo cardíaco y un plegamiento sobre sí mismo en forma de S (asa cardíaca). El plegamiento hace que el bulbo cardíaco se ubique ahora por debajo y el atrio por encima (fig 7). 2 El retorno venoso se desplaza hacia el lado derecho. El seno venoso derecho se agranda y se incorpora a la futura aurícula derecha. El seno venoso izquierdo, más pequeño, surge de la aurícula derecha como seno coronario. Fig 7: Formación del asa cardíaca

8 3 La abertura aurículo-ventricular común se separa en dos por el crecimiento de las almohadillas endocárdicas. Quedan ahora formadas las aberturas aurículoventriculares derecha e izquierda (fig 8) Tabicación aurículo-ventricular

9 Figura 8 (A, B y C) pasos de la formación de las aberturas aurículo ventriculares derecha e izquierda Tabicación ventricular: El crecimiento ventral de las almohadillas endocárdicas produce un tabique entre el bulbo cardíaco y el ventrículo. Este tabique será la porción muscular del tabique interventricular. Un cierre incompleto de este tabique ocasiona un flujo de sangre desde el ventrículo izquierdo hacia el derecho. Grandes defectos producen signos de insuficiencia cardíaca. Los ventrículos derecho e izquierdo se forman por crecimiento ventral de sus paredes externas, que se acompañan de excavación de sus paredes internas. Estas excavaciones serán también las responsables de moldear el tabique interventricular, las válvulas aurículo-ventriculares (tricúspide y mitral) y sus cuerdas tendinosas, los músculos papilares y las irregularidades de las paredes ventriculares internas. El tabique se completa más tarde (porción membranosa) al formarse el tabique aorto-pulmonar (ver más abajo, fig 14). Tabicación de las aurículas: Las aurículas izquierda y derecha se separan mediante una doble tabicación. La tabicación inter- auricular se complica debido a la necesidad del feto de una vía de comunicación directa que permita el flujo de sangre entre la aurícula derecha y la izquierda. En la tabicación están involucrados dos septos y tres forámenes: Septum primum: Crece desde la pared dorsal del atrium hacia las almohadillas endocárdicas. Queda temporariamente una comunicación, el foramen primum, que se cierra al completarse el

10 crecimiento del tabique. Luego aparecen fenestraciones en la región dorso-craneal del septum primum, que coalescen para formar el foramen secundum. Ya se puede hablar de un atrio derecho y un atrio izquierdo. Septum secundum: Crece desde la pared craneal de atrio derecho, muy cerca del septum primum. El septo permanece incompleto y su borde libre forma los límites de una abertura denominada foramen ovale (Fig 9). Mientras la presión en la aurícula derecha excede a la de la aurícula izquierda, la sangre penetra por el foramen ovale, fluye entre ambos septos y sale por el foramen secundum. (Fig 10). Al nacimiento, se equilibran las presiones entre ambas aurículas y el septum primum es forzado hacia el foramen ovale, formando una válvula que lo ocluye, impidiendo así la comunicación inter- atrial. Un defecto septal inter-atrial no representa una anomalía seria siempre que las presiones entre ambas aurículas sean semejantes. Fig 9: tabicación de las aurículas

11 Fig 10) Recorrido de la sangre a través del agujero oval Formación de los troncos aórtico y pulmonar: Los troncos aórtico y pulmonar se forman por partición del tronco arterioso y región adyacente del bulbo cardíaco. Aparecen crestas en las paredes de esta región, que siguen un curso espiralado. Al completar su crecimiento, las crestas forman un tabique espiralado, el tabique aortopulmonar, también llamado tabique espiral o tabique tronco-conal. (Fig 11 y 12) Un fallo en la formación de este tabique ocasiona que la aorta quede comunicada con el ventrículo derecho y la arteria pulmonar con el izquierdo. Defecto fatal.

12 Fig 11: Formación del tabique espiral Fig 12: Conformación del tronco pulmonar y la aorta

13 Formación de las válvulas semilunares aórtica y pulmonar. Se forman por crecimiento de la intima y posterior erosión, de la misma forma que las válvulas aurículo-ventriculares. (Fig 13) Una erosión inapropiada producirá una insuficiencia valvular en caso de exceso, o una estenosis valvular, en caso de defecto. Fig 13: Proceso de formación de las válvulas aórtica y pulmonar Contribución de las crestas neurales al desarrollo cardíaco Un grupo especializado de células provenientes de las crestas neurales, denominadas células cardíacas de las crestas neurales, son las responsables de formar las paredes musculo-conectivas de las grandes arterias que surgen del corazón, de la porción membranosa del tabique interventricular ( fig 14) y del tabique aorto-pulmonar. Además, este mismo grupo de células contribuyen a la formación de melanocitos epidérmicos, y al tejido conectivo del tercero, cuarto y sexto arcos branquiales. El timo, la tiroides y la paratiroides, que surgen del aparato faríngeo tendrán, en consecuencia aportes neuroectodérmicos en la conformación de su estroma. Si se extirpan las células cardíacas de las crestas neurales del embrión de pollo, aparecen defectos septales en el ventrículo, así como también anomalías en el desarrollo del timo, de la tiroides y de las paratiroides.

14 Fig: 14 Formación del tabique interventricular (Según Langman) Tetralogía de Fallot: Anomalía cardíaca que ocurre en varias especies. Combinación de 4 defectos, todos relacionados con defectos en la formación del tabique espiral: 1- Defecto septal ventricular (la sangre pasa del ventrículo izquierdo al derecho). 2- Estenosis del tronco pulmonar 3- Dextroposición de la aorta 4- Hipertrofia del ventrículo derecho (secundaria a la comunicación interventricular)

15 Desarrollo del sistema arterial: 1 Aortas dorsal y ventral: En el embrión se desarrollan aortas dorsales y ventrales. Las dos aortas ventrales reciben sangre del tronco arterioso. Ambas aortas (dorsales y ventrales) se comunican por seis pares de arcos aórticos. Cada arco aórtico se sitúa en el seno de un arco branquial (o faríngeo)(fig 15). Las aortas ventrales se fusionan antes de entrar al corazón formando el tronco braquiocefálico. Por detrás de los arcos aórticos, las aortas dorsales (al principio pares)también se fusionan para formar una única aorta descendente, tal como se encuentra en adultos. En su recorrido origina ramas dorsales, laterales y ventrales, algunas de las cuales persisten como vasos del adulto. Fig 15 Situación de los arcos aórticos en relación a la faringe (Según Langman) 2 Destino de los arcos aórticos: Sólo el tercero, cuarto y sexto par de arcos aórticos se convierten en vasos del adulto. Los primeros dos arcos degeneran y el quinto es rudimentario o falta (Fig 16). Tercer arco: Ambos arcos se convierten en arterias carótidas internas y, más cerca del corazón, las carótidas comunes. Las carótidas externas brotan del tercer arco. La aorta dorsal

16 degenera entre los arcos tercero y cuarto. En consecuencia, el tercer arco irriga la cabeza, mientras que el cuarto las zonas más posteriores. Cuarto arco: El cuarto arco izquierdo forma el cayado aórtico. El derecho formará la porción proximal de la arteria subclavia derecha. Caudal al cuarto arco derecho la aorta dorsal derecha degenera. Su anormal persistencia (doble cayado aórtico) ocasiona compresión del esófago, que se acompaña de dificultades en la deglución y agrandamiento del esófago cranealmente a la compresión. Sexto arco: Las porciones proximales del sexto arco originan las arterias pulmonares. La distal derecha degenera mientras que la izquierda forma el conducto arterioso que comunica temporariamente la arteria pulmonar con la aorta. Fig 16: Destino de los arcos aórticos

17 Desarrollo del sistema venoso 1) Destino de las venas que llegan al corazón: Antes de la tabicación del corazón, las venas que llegan al seno venoso son tres pares: -Venas cardinales comunes: unión de las veas cardinales craneales y caudales. Recogen la sangre carboxigenada proveniente del cuerpo del embrión. - Venas vitelinas (onfalo-mesentéricas): provenentes del saco vitelino. - Venas umbilicales (alantoideas) Provienen del alantoides. Las venas cardinales craneales formarán las venas yugulares. Las caudales se reorganizan (ver más abajo) y son en parte reemplazadas por los sistemas venosos subcardinales y supracardinales. Las venas vitelinas, u onfalo-mesentéricas provienen de la esplacnopleura vitelina y llegan al seno venoso atravesando el septum transversus. En su trayecto pasan cerca del intestino donde originan un plexo alrededor del intestino. Cuando comienza a desarrollarse el hígado en el septum transversus, estas venas quedan incluidas en su seno, originando el extenso plexo vascular intrahepático. Salen del hígado como venas hepáticas derecha e izquierda que confluyen luego en la vena cava caudal. La vena vitelina izquierda pronto involuciona. La derecha involuciona en su porción proximal (vitelina). Sólo permanece la porción distal, que vinculará el intestino con el hígado y se transformará en la vena porta. Las venas umbilicales, o alantoideas, provienen de la vascularización placentaria y llevan sangre oxigenada. Al ingresar al embrión por el cordón umbilical corren al principio por fuera del hígado y abocan por separado al seno venoso. Pero al crecer éste órgano, también envían ramas comunicantes que incorporan sangre oxigenada a la circulación hepática. Las porciones extrahepáticas derecha e izquierda rápidamente involucionan obligando a toda la sangre a ingresar al hígado. La vena umbilical derecha involuciona rápidamente. La izquierda, en cambio se convertirá en la principal vía de oxigenación y nutrición del embrión al recoger toda la sangre proveniente de la placenta. A fin de eludir la circulación hepática (el hígado no funciona aún), se establece un cortocircuito, el conducto venoso, que atraviesa oblicuamente el hígado y aboca directamente en la cava caudal (fig 17).

18 Fig 17: Formación de las venas que llegan al corazón (según Langman) 2) Desarrollo de la vena cava craneal: Las venas cardinales forman al principio un sistema de vasos simétricos y paralelos que recogen la sangre del embrión. El desarrollo ulterior de estas venas se caracteriza por la aparición de extensas anastomosis entre ellas. En el caso de las cardinales anteriores se forma un gran vaso de interconexión oblicuo llamado vena braquiocefálica izquierda, que canaliza toda la sangre cefálica hacia la derecha. Caudalmente a esta anastomosis, la vena cardinal craneal izquierda se atrofia y pierde conexión con el corazón. La derecha, en cambio constituirá la vena cava craneal.

19 3) Desarrollo de la vena cava caudal: Los pormenores del desarrollo de la vena cava caudal son complejos y no están aun completamente dilucidados. Recordemos que inicialmente se encontraban las dos venas cardinales caudales en un diseño bilateral y simétrico. Durante el desarrollo de la vena cava caudal, la parte izquierda regresa y la mayor parte de la sangre es desviada hacia la derecha. Estos cambios se operan primero en craneal y a posteriori en caudal. La vena cava caudal se integra por diferentes segmentos que se origina de múltiples sitios (Fig 18). La primitiva vena cardinal caudal origina luego dos sistemas paralelos: las venas subcardinales y supracardinales Subcardinales: Drenan la región mesonéfrico-gonadal. - Supracardinales: drenan la región dorsal del embrión. Entre estas y las cardinales, rápidamente se establecen extensas anastomosis. Gradualmente, las venas cardinales empiezan a perder importancia. Las venas cardinales caudales van desapareciendo junto con la regresión del mesonefros, y la sangre es drenada principalmente por el sistema subcardinal derecho. Al final de toda esta reorganización compleja, la vena cava caudal queda armada a partir de: -Segmentos de la red venosa subcardinal derecha. -Parte de la vena vitelina derecha, que se anastomosa tempranamente a la subcardinal derecha y origina los segmentos intrahepático e intratorácico. -Segmentos de la supracardinal -Segmentos de la primitiva cardinal caudal. Las venas acigos y hemiacigos se construyen a partir de las supracardinales.

20 Fig 18 (A, B, C, D y E) Desarrollo de la vena cava caudal (según Noden)

21 4) Circulación fetal La placenta es el órgano encargado de la oxigenación del feto. La sangre sale de la placenta vía vena umbilical izquierda. A nivel del hígado atraviesa el conducto venoso y de allí se dirige a la vena cava caudal. Al llegar a la aurícula derecha, esta sangre oxigenada se mezcla con la desoxigenada que proviene de las venas hepáticas y cavas craneal y caudal, por lo que la sangre que llega a la aurícula derecha tiene menos oxígeno que la que sale de la placenta (Fig 19). Fig 19: Circulación fetal

22 La mayor parte de la sangre que llega a la aurícula derecha pasa a la aurícula izquierda atravesando el agujero oval. La poca sangre que llega al ventrículo derecho sale por la arteria pulmonar pero, dada la alta resistencia que ofrece la circulación pulmonar, una parte se dirige a la aorta vía conducto arterioso, donde se mezcla con la que sale del ventrículo izquierdo por la aorta. 5) Cambios circulatorios al nacimiento Obedecen a dos sucesos fisiológicos fundamentales: 1) Se interrumpe la circulación placentaria 2) Comienzan a funcionar los pulmones. Los principales cambios que ocurren al nacimiento son (fig 20): -Contracción de las arterias umbilicales: Antes y durante el parto las arterias umbilicales se contraen en sus porciones distales, reduciendo el flujo de sangre que va a la placenta. Las porciones proximales quedan como arterias vesicales superiores. Las distales formarán los ligamentos umbilicales laterales. -Contracción de las venas umbilicales: La derecha se atrofia antes del nacimiento. Durante el parto, el menor flujo de sangre hacia la placenta disminuye también el retorno venoso, lo que hace obliterar gradualmente a la vena umbilical izquierda que permanece en el adulto como ligamento redondo El conducto venoso hepático también involuciona. Este proceso puede tardar días. -Cierre del foramen oval: (posnatal) El aumento del flujo de sangre hacia los pulmones y a la aurícula izquierda iguala o supera la presión de la aurícula derecha, lo que ocasiona el cierre del foramen oval. El cierre completo puede demandar hasta un año. -Obliteración del conducto arterioso: (posnatal) El aumento en la concentración de oxígeno estimula la contracción del conducto arterioso que gradualmente se convierte en una estructura fibrosa, el ligamento arterioso. La secreción de bradiquinina también ayuda al estimular la contracción del músculo liso del conducto arterioso. El proceso puede tardar hasta 2 meses.

23 Fig 20: Circulación posnatal