9. Vývoj vylučovací soustavy MAREK HAMPL 12. 4. 2023 BI6140 EMBRYOLOGIE 1 Funkce vylučovací soustavy BI6140 EMBRYOLOGIE 2 o vylučování metabolitů pomocí filtrace a exkrece o regulace množství elektrolytů v těle o Zpětná absorpce vody o tvorba Reninu – regulace krevního tlaku o kůra ledvin vytváří erytropoetin – regulace tvorby erytrocytů Vývoj vylučovací soustavy háďátka BI6140 EMBRYOLOGIE 3 Sundaram and Buechner, 2016. Genetics. WORMBOOK duktus (vývod) pór buňka kanálku žlázová buňka nervový kroužek neuron střevo Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition o vznik v oblasti faryngu a přední části střeva o tubulární orgán spojený ze tří jednobuněčných trubic: o kanálek – kanálková buňka, dva kanálky anteriorně a posteriorně o vývod – buňka vývodu (odvod z kanálku) o pór – buňka póru (vyústění na povrch hypodermis) o žlázová buňka – soubuní 2 buněk, nejasná funkce o neurony – regulační funkce ve vylučování o jednotlivé buňky vylučovací soustavy vznikají: o z AB blastomery vznikají: o vylučovací soustava o farynx, hypodermis, neurony o blastomera AB o dělení blastomery AB na ABa a ABp o ABa – ABar a ABal o ABp – ABpr a ABpl Vývoj vylučovací soustavy háďátka BI6140 EMBRYOLOGIE 4 Sundaram and Buechner, 2016. Genetics. WORMBOOK Tvorba dutiny a prorůstání (Hollowing and inward growth): tvorba váčků, napojování váčků na membránu, vznik a zvětšování dutiny; tvorba kapilár, terminálních buněk trachejí (hmyz), exkreční buňka kanálku Obalení a autofúze (wrapping and autofusion): obalení membrány okolo extracelulárního materiálu, autocelulární fúze bez švu; tvorba kapilár zebřičky, buňka vývodu Obalení (wrapping): obalení membrány okolo extracelulárního materiálu, autocelulární spojení (šev); tvorba kapilár a gliových buněk, buňky póru žlázová buňka neurony duktus (vývod) pór buňka kanálku žlázová buňka nervový kroužek neuron střevo Vývoj vylučovací soustavy drosophily BI6140 EMBRYOLOGIE 5 o základ: ektoderm zadního střeva Scott Gilbert. Developmental Biology 10th edition o Ektoderm – přední (stomodeum) a zadní střevo (proctodeum) endoderm mezoderm laterální ektoderm o vylučovací soustava hmyzu – systém malpigických trubic – vznik primární moči o selektivní reabsorpce v zadním střevu Vývoj malpigických trubic BI6140 EMBRYOLOGIE 6 Ainsworth et al. 2000. Royal Soc o vznik váčků z proktodeální invaginace – ektodermální původ o nedochází k velkým změnám v morfologii v průběhu vývoje o vznik dvou párů (kraniálně a kaudálně) epiteliálních pupenů na pomezí středního a zadního střeva o pupeny se rozrůstají kraniálně (delší) a kaudálně (kratší), vznik dlouhých malpigických trubic kraniální kaudální Vývoj malpigických trubic BI6140 EMBRYOLOGIE 7 Jung et al. 2005. Front Nephr o buňky středního střeva ovlivňují buňky přilehlého zadního střeva – změna tvaru buněk, tubulární invaginace do okolního prostoru buňka indukuje dělení okolních buněk o stěna tubulu tvořena 6 – 10 buňkami o interakce s kaudálním viscerálním mezodermem o determinace (Tip cell) buňky v apexu invaginace o tubuly rostou přidáváním buněk a jejich reorganizací o mezodermové buňky podstupují mezenchymovoepitelovou tranzici (MET), inkorporace do stěny tubulu mezi principální buňky – vznik stelátních buněk o stěna obepínající lumen tvořena dvěma typy buněk: o principální – transport iontů draslíku (K) o stelátní – transport iontů chloru (Cl) a vody hrotová buňka kaudální viscerální mezoderm dělení buněk indukce MET reorganizace principální stelátní ovlivnění střední stř. zadní stř. tubulární invaginace Původ a vývoj vylučovací soustavy obratlovců BI6140 EMBRYOLOGIE 8 o hlavní zdroj tkání vylučovací soustavy – intermediární mezoderm – epitelový základ močového měchýře a močové trubice o splanchnický mezoderm – cévy, pojivová tkáň, svalové buňky o Ektoderm – distální část močové trubice (samci) o vývoj vylučovací soustavy úzce spjat s vývojem rozmnožovací soustavy (intermediární mezoderm) o vylučovací systém se vyvíjí dříve než rozmnožovací o vylučovací systém se skládá: o ledviny o močovody o močový měchýř o močová trubice somatopleura neurální trubice Paraxiální mezodermIntermediární mezoderm amnion notochord splanchnopleura ektoderm endoderm dorzální aorta ledviny močovody močový měchýř močová trubice Vznik a vývoj intermediárního mezodermu BI6140 EMBRYOLOGIE 9 o mezoderm uložen intermediárně – mezi paraxiálním mezodermem a mezodermem laterální ploténky o invaginace buněk epiblastu do prostoru mezi nově vzniklý endoderm (původně hypoblast) a vznikající ektoderm (původně epiblast) o migrace buněk mezodermu kraniálně, kaudálně, laterálně o vznik tří oblastí mezodermu: o Paraxiální mezoderm – nejblíže vyvíjející se neurální trubici o Mezoderm laterální ploténky – laterálně uložená část mezodermu o Intermediární mezoderm – uložen mezi paraxiálním m. a m. laterální ploténky somatopleura neurální trubice Paraxiální mezodermIntermediární mezoderm amnion notochord splanchnopleura ektoderm endoderm dorzální aorta Vznik nefrogenních provazců BI6140 EMBRYOLOGIE 10 o z intermediárního mezodermu vznikají párové nefrotomy nefrogení provazce (základy), oblast urogenitálního valu o provazce se zakládají uvolněním buněk ze základu mezodermu laterálně od základů dorzální aorty o pronefrický region - kraniálně o mezonefrický region - kaudálně od pronefrického regionu o metanefrický region - kaudálně o tři párové základy vývojových stádií ledvin Duke embryology dorzální aorta splanchnický mezoderm somatický mezoderm Intermediární mezoderm Paraxiální mezoderm o buňky nefrogenního základu migrují kaudálně a postupně vytvářejí tři nefrogenní segmenty podél kraniokaudální osy těla: pronefrický region mezonefrický region metanefrický region kraniální kaudální somity kloaka Vývoj ledvin BI6140 EMBRYOLOGIE 11 o ledviny se vyvíjejí přes dvě přechodná stádia, třetí stádium je konečné: o Přechodná – pronefros a mezonefros o Definitivní - metanefros o Pronefros (předledvina) – první ledvinná tkáň, postupně degraduje o Mezonefros (prvoledvina) – druhé vývojové stádium ledvin, část degraduje, část je transformována o Metanefros (definitivní ledvina) – poslední stádium, trvalé ledviny pronefros degenerující pronefros mezonefros degenerující mezonefros mezonefros vznikající metanefros Teach Me Anatomy kraniální kaudální Vývoj pronefros BI6140 EMBRYOLOGIE 12 o rudimentární a nefunkční ledviny o vznikají ventrálně od vyvíjejících se kraniálních somitů o mezodermové buňky vytvářejí pronefrické dukty (trubice) laterálně o buňky duktů migrují kaudálně, kraniální část duktů indukuje vznik pronefrických tubulů z přilehlého nefrogenního mezenchymu o pronefrické tubuly jsou funkční pouze u ryb a larev obojživelníků, nefunkční u plazů, ptáků a savců o kraniální část duktů a tubulů degeneruje kraniální kaudální pronefros pronefrický duktus nefrogenní mezenchym upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 dorzální ventrální somity pronefrický tubulus pronefrický duktus Wolfův vývod degenerace o kaudální část pronefrických duktů zachovává exkreční funkci v průběhu vývoje, vznik Wolfova vývodu z kaudální části pronefrického duktu Vývoj pronefrického tělíska BI6140 EMBRYOLOGIE 13 upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 dorzální aorta vnitřní glomerulus vnější glomerulus pronefrický duktus pronefrický tubulus o pronefrické tubuly tvořeny na úrovni každého kraniálního somitu coelom o každý vznikající tubulus je spojený s dutinou nefrocel otevírající se do coelomové dutiny nefrostomem o z dorzální aorty vznikají větvením smyčky kapilár (glomeruly), invaginace do: o epitelu coelomu – vnější glomeruly, filtrace z coelomu o stěny tubulu – vnitřní glomeruly, oddělení od coelomu o epitel obepínající smyčky kapilár tvoří Bowmanovo pouzdro o vnější glomeruly o vznik u nižších obratlovců, méně účinná filtrace o filtrovaná kapalina poháněna z coelomové dutiny do pronefrických tubulů aktivitou řasinkových buněk v okolí nefrostomu Vývoj mezonefros BI6140 EMBRYOLOGIE 14 o degenerace pronefros kraniálně o Wolfův vývod indukuje vývoj tubulů v přilehlém nefrogenním mezenchymu o vznik mezonefros – u některých savců (člověk) již dochází k filtraci o tvorba tubulů indukována více kaudálně o z kraniální oblasti dochází postupně k degeneraci mezonefrických tubulů u člověka, u myši naopak o místo tvorby hematopoetických kmenových buněk o samci – Wolfův duktus jako základ nadvarlete a chámovodu kraniální kaudální degenerující pronefros mezonefros nefrogenní mezenchym kloaka degenerace Wv Teach Me Anatomy Vývoj mezonefrických tělísek BI6140 EMBRYOLOGIE 15 o laterálně rozvoj nefrických duktů o indukce tvorby mezonefrických tubulů mediálně v oblasti nefrogenního mezenchymu o mezonefrické tubuly se laterálně napojují na nefrický (Wolfův) duktus o Bowmanovo pouzdro obepíná vznikající kapilární smyčky glomerulu z mezonefrických arterií o mezonefrické arterie vznikají větvením přímo z dorzální aorty o tubuly prorůstají mediálně a začínají vytvářet Bowmanovo pouzdro (kapsulu) upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 zárodek tubulu nefrický duktus coelom vznikající paramezonefrický duktus dorzální aorta mezonefrický tubulus nefrický duktus glomerulus somit mezonefrický duktus paramezonefrický duktus Bowmanovo pouzdro dutina glomerulu dorzální aorta vznikající paramezonefrický duktus laterálněmediálně Vývoj paramezonefrických duktů BI6140 EMBRYOLOGIE 16 o základ pro vznik Mullerova duktu o samice - základ pro vývoj vejcovodů, dělohy, čípku a horní třetiny pochvy o samci - atrofuje o vývoj laterálně od Wolfova duktu z coelomového epitelu, tzv. Mullerova hřebene o v kraniální oblasti paralelní vývoj s Wolfovými dukty o v kaudální oblasti přechod Mullerových duktů ventrálně kraniální kaudální gonády mezonefrický duktus (Wolfův) paramezonefrický duktus (Mullerův) Corsoginho et al. 2016. ECR laterálněmediálně Vývoj metanefros BI6140 EMBRYOLOGIE 17 o vznik definitivních ledvin (metanefros) kaudálně od mezonefros o vznik z párových primordiálních struktur – ureterálních (močovodných) pupenů – výrůstky mezonefrických duktů degenerující mezonefros mezonefros metanefrický nefrogenní mezenchym ureterální pupen nefrický duktus kraniální kaudální o prorůstání pupenů do nefrogenního mezenchymu (kaudální oblast nefrogenního základu) degenerace pupen: oledvinová pánvička osběrací kanálky mezenchym: odřeň okůra o z pupenů se vyvinou: o ledvinová pánvička o sběrací kanálky o sběrací kanálky indukují tvorbu struktur z mezenchymu: o dřeň o kůra Vývoj ledvin BI6140 EMBRYOLOGIE 18 o větvení uretrálního pupene – vznik sběracích kanálků o sběrací kanálky indukují vznik primitivních tubulů z metanefrického mezenchymu o tubuly se spojují se sběracími kanálky a mění přímý tvar na esovitě zahnutý (základ proximálního, mediálního a distálního segmentu nefronu) o druhá strana tubulů vytváří pohárek (Bowmanovo pouzdro) obepínající kapilární klubko (glomerulus) – dohromady tvoří ledvinné tělísko sběrací kanálek primitivní tubulus vyvíjející se tubulus esovitý tubulus kapilární klubko (glomerulus) Bowmanovo pouzdro přímý tubulus upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 Vývoj ledvin BI6140 EMBRYOLOGIE 19 upraveno McGeady et al. Veterinary Embryology. 2009 o tubuly se dále vyvíjejí, prodlužování ve tvaru U – vznik Henleovy kličky (prostup směrem k pánvičce) o tubuly odstupující od Bowmanova pouzdra – proximální stočené tubuly o sběrací kanálky se napojují na distální stočené tubuly o ledvinné tělísko, Henleova klička, proximální a distální stočené tubuly - nefron o kůra – ledvinná tělíska, proximální a distální tubuly o dřeň – Henleovy kličky, sběrací kanálky sběrací kanálek distální tubulus proximální tubulus Henleova klička Bowmanovo pouzdro glomerulus přívodná arteriolaodvodná arteriola sběrací kanálek Henleova klička kůra dřeň ledvinová pánvička močovod Buňky ledvinového tělíska BI6140 EMBRYOLOGIE 20 Trends in Genetics o kapiláry glomerulu obklopeny podocyty – tvorba glomerulární membrány o Mezangiální myofibroblasty – buňky hladké svaloviny cév, indukují invaginace a tím segmentace kapilárních kliček o Parietální epitel Bowmanova pouzdra – epitelové buňky tvořící obal glomerulu, potenciální role v regeneraci (zatím není známo) o fenestrovaný endotel – endotel glomerulárních kapilár s póry pro filtraci větších molekul Mezangiální myofibroblasty Parietální epitel Glomerulární bazální membrána fenestrovaný endotel výběžky podocytů podocyt Vznik štěrbinové membrány BI6140 EMBRYOLOGIE 21 o přímé (comma) tubuly – podocyty mají cylindrický tvar, apikální mezibuněčné spoje o esovité (S-shaped) tubuly – rozšíření apikálních částí podocytů, přesun mezibuněčných spojů směrem k bázi o vznik kapilárních kliček – indukce expanze apikálního povrchu podocytů okolo kapilár, vznik mezibuněčných spojů u báze o zralé glumeruly – přesun mezibuněčných spojů do prostoru mezi výběžky podocytů a bazální membránu, fúze bazálních membrán podocytů a endotelových buněk, vznik jedné glomerulární bazální membrány Schell et al. 2014. Sem Cell Dev Biol Vývojové vady ledvin BI6140 EMBRYOLOGIE 22 o Renální ageneze, dysgeneze, ektopická ledvina o nedochází k vývoji nebo narušení vývoje metanefrického pupene na jedné nebo na obou stranách o vysoké procento přežití s jednou ledvinou o chybění obou ledvin většinou letální pár hodin po porodu o Multicystická dysplázie ledvin o nedochází k vývoji nefronu a větvení ureterového pupene o ledvinové kanálky obklopeny nediferencovanými buňkami o často spojeno s rozštěpením močovodu – dva močovody o Hydronefróza o zúžení oblasti napojení pánvičky na močovod (stenóza) obtížný odtok moči o rozšíření ledvinové pánvičky o zvýšení tlaku v kůře – poškození, ztráta funkce o nutná operace Vývoj kloaky BI6140 EMBRYOLOGIE 23 o původ – endoderm zadního střeva o později rozdělení urorektálním septem na: o dorzálně – část kolonu, rektum o ventrálně – urogenitální sinus (močovod, měchýř) o savci – přechodná struktura o plazi, ptáci - trvale o spodní část kloaky spojena s vnější prostředím kloakovou membránou, ventrálně napojena na alantois Lewis and Kaplan, 2009. Cambridge University Press alantois žl. stopka stř. střevo zad. střevo urorektální septum kloaka ocas. střevo kloaková membrána alantois urorektální septum zad. střevo mezenchym zaškrcování stěny kloaky proktodeum urorektální septum kloaková membrána urorektální septum urogenitální sinus rektum základ močového měchýře urogenitální membrána perineum proktodeum uror. septum rektum anální kanálanální membrána urogenitální sinus urorektální septum perineum rektum Vývojové vady kloaky BI6140 EMBRYOLOGIE 24 o Perzistentní kloaka o nedochází k rozdělení kloaky o rektum, pochva a močová trubice jsou spojené do jednoho kanálu o většinou spojení do místa vývoje močové trubice o nutná operace Boston Children`s Hospital Urogenitální sinus BI6140 EMBRYOLOGIE 25 o ventrální část kloaky – urogenitální sinus – se dělí: o vezikulární segment – kraniální část, vývoj močového měchýře o pánevní segment – střední užší část o samci – hlavní část močové trubice o samice – celá močová trubice o falický segment – kaudální rozšířená část o samci – močová trubice penisu o samice – poševní předsíň kraniální kaudální vezikulární pánevní falický rektum Before We Are Born. 10. Edice. 2020. Vývoj močového měchýře BI6140 EMBRYOLOGIE 26 o původ – ventrální strana endodermu zadního střeva, tzv. urogenitální sinus o ventrální strana kloaky - odštěpení urorektálním septem o napojení urogenitálního sinu na allantois kraniálně, později zaniká o močový měchýř se vyvíjí z vezikulárního segmentu (kraniální část) urogenitálního sinu kraniálně od napojení močovodu o zbytek spojení allantois – měchýř → urachus (závěs měchýře na břišní straně) pochva klitoris vyvíjející se děloha vyvíjející se vaječník ledvina vejcovod urachus urorektální septum rektum močovod močový měchýř metanefros mezonefrický duktus mezonefros močový měchýř uretra ledvina varle močovod Before We Are Born. 10. Edice. 2020. Vývoj močovodů BI6140 EMBRYOLOGIE 27 o močovody vznikají invaginací stěny Wolfova duktu (ureterální pupen) směrem k nefrogennímu mezenchymu (vývoj ledvin) o napojení Wolfova duktu a vyvíjejícího se močovodu na vyvíjející se močový měchýř z kloaky o migrace ledvin kraniálně, prodlužování vznikajících močovodů o napojení močovodů v kraniální oblasti měchýře o samci - přesun Wolfova duktu kaudálně, napojení na močovou trubici o samice – Wolfův duktus zaniká Liaw et al. 2018. Differentiation o vznik trigonu močového měchýře o svalová trubice zajišťující aktivní odvádění filtrátu z ledvin mezonefrický (Wolfův) duktus ureterální pupen posteriorní stěna měchýře močová trubice mezonefrický (Wolfův) duktus močovod urachus trigonum Vývoj močovodů BI6140 EMBRYOLOGIE 28 Before We Are Born. 10. Edice. 2020. Vznik trigonu močového měchýře BI6140 EMBRYOLOGIE 29 o oblast napojení močovodu a Wolfova duktu (budoucí chámovod u samců) o oblast napojení těchto trubic – trigonum močového měchýře o trigonum tvořeno hladkou svalovinou měchýře, částečně pruhy hladké svaloviny původem z močovodů o základ pro vznik chlopní zabraňující návratu moči z měchýře močovody do ledvin – poškození ledvin močovod trigonum močová trubice základ chámovodu (mezonefrický duktus) prostatický váček prostatapůvod urogenitální sinus pozůstatek mezonefrického duktu (Gartnerův kanálek) samice samec Vývojové vady močového měchýře BI6140 EMBRYOLOGIE 30 o Extrofie močového měchýře o močový měchýř se vyvíjí mimo plod o měchýř nedokáže udržet moč - inkontinence o nutná operace Mayo Foundation for Medical Education and Research Vývoj močové trubice BI6140 EMBRYOLOGIE 31 o močová trubice se vyvíjí z pánevní a falické části urogenitálního sinu o původ – endoderm zadního střeva, vzniká spolu s močovým měchýřem oddělením urogenitálního sinu z ventrální strany kloaky o samci – pánevní oblast a falická oblast sinu, distální část falické oblasti tvořena z ektodermu, napojení Wolfova duktu (chámovodu) na močovou trubici, spojení vývodů vylučovací a rozmnožovací soustavy o samice – pánevní oblast sinu, Wolfův duktus zaniká, vývody vylučovací a rozmnožovací soustavy odděleny kloaka primitivní urogenitální sinus primitivní rektum primitivní rektum primitivní urogenitální sinus primitivní urogenitální sinus primitivní urogenitální sinus vezikulouretrální kanál urogenitální sinus horní a dolní část vezikulouretrálního kanálu pánevní (samci, samice) a falická (samci) část urogenitálního sinu močový měchýř močová trubice Vývojové vady močové trubice BI6140 EMBRYOLOGIE 32 o Epispádie o špatné vyústění močové trubice o vyústění na dorzální straně pohlavního údu o častěji u chlapců o Hypospádie o špatné vyústění močové trubice o vyústění na ventrální straně pohlavního údu o častěji u chlapců hypospádie (kaudálně, spojení s pochvou) epispádie (kraniálně) Vývoj nadledvin BI6140 EMBRYOLOGIE 33 o kůra nadledvin se vyvíjí z intermediárního mezodermu o dřeň nadledvin z buněk neurální lišty Pansky. Review of Medical Embryology o kůra - vývoj z epitelu coelomu v oblasti urogenitální lišty Kůra (intermediární mezoderm) Dřeň (neurální lišta) dorzálně ventrálně o dřeň – buňky neurální lišty migrují směrem k oblasti urogenitální lišty o buňky dřeně jsou obaleny buňkami kůry prekurzory buněk kůry prekurzory buněk dřeně Vývoj nadledvin BI6140 EMBRYOLOGIE 34 o kůra nadledvin se vyvíjí z intermediárního mezodermu o dřeň nadledvin z buněk neurální lišty Pansky. Review of Medical Embryology o migrace buněk neurální lišty do oblasti vznikající kůry, buňky kůry obalují buňky dřeně o diferenciace buněk kůry do vrstev: o Zóna reticularis (androgeny) o Zóna fasciculata (glukokortikoidy – kortisol, kortikosteron) o Zóna glomerulosa (mineralkortikoidy - aldosteron) kůra dřeň chromafinní b. o dřeň nadledvin: o Chromafinní buňky (katechomlaminy – adrenalin, noradrenalin) kůra dřeň Vývojové vady nadledvin BI6140 EMBRYOLOGIE 35 o Vrozená adrenální hyperplázie o narušení produkce kortizolu v zoně fasciculata o zvýšení produkce adrenokortikotropního hormonu o hyperstimulace kůry nadledvin k tvorbě prekurzorů hormonů o hyperplázie způsobená ukládáním nadbytečných prekurzorů o nadbytečná produkce androgenů - u žen způsobuje výskyt mužských pohlavních znaků Poznatky z dnešní přednášky oVývoj vylučovací soustavy bezobratlých (háďátko, Drosophila) oVývojové procesy v průběhu vzniku vylučovací soustavy oVývoj intermediárního mezodermu a nefrogeních základů oVývoj ledvin (pronefros, mezonefros, metanefros) oVývoj kloaky oVývoj močovodů a močového měchýře oVývoj močové trubice oVývoj nadledvin oVývojové vady BI6140 EMBRYOLOGIE 36