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学习笔记|脑循环的胚胎学
01
胚胎学相关术语的定义

胚期指受精后的前8周或者孕妇最后1次月经后(孕龄)的前10周。在此阶段中,组织发生分化,形成各大重要器官(器官形成)。

●进化史指某一物种或分类学意义上的某一有机物群在进化发展过程中各个事件发生的次序。

●个体发生指单个有机体的形成。

胎期指胚期后、生产前的阶段。

异常和畸形异常指在正常的基础上有所偏差;畸形指形成过程有误,会出现结构缺陷。要将这两者与反常区分开。反常指某结构处于病理状态。

变异指某结构的不同形式,用以指代偏离常规形成模式或预期形成模式的产物。并非所有的变异都对个体有害。

1.1
胚期时间轴

胚期的前4周里,胎儿的心脏和循环系统还未形成。因此,本章节对脑血管形成过程的介绍始于第22天左右,也就是受精后第 4周的第1天。表 1.1列举出4周之后胚期的相关重大事件。

1.2
脑血管形成过程的基本概念

(1)血管发生始于内皮细胞丛。内皮细胞由其前体细胞(称为成血管细胞)分化而来。在生长因子和细胞外基质的作用下,内皮细胞形成可继续生长分化的血管。黏合内皮细胞形成管道的物质包括信号蛋白、血管外膜成纤维细胞、周细胞和平滑肌细胞。内皮细胞不断凋亡和增殖,最终形成原始血管网。血流形成之后会刺激血管根据组织需要进行选择性新生。在正常情况下,血管发生结束之后不会再次出现。但在病理条件下,其中的某些过程可能会被激活,如肿瘤形成时。

(2)血管新生指为了满足组织生长、伤口愈合以及肉芽组织形成等过程的营养需要而形成新血管的过程。血管通过两种方式新生∶出芽式新生和非出芽(分裂)式新生。

出芽式血管新生指原有的血管以类似树木或植物抽芽的形式形成新的血管。血管出芽式新生的第一步为内皮细胞受体的激活和蛋白酶的释放。蛋白酶使基膜降解,从而使内皮细胞能够进入相邻的基质中。然后,内皮细胞以'出芽'的形式靠近血管新生刺激因子。在移行过程中,内皮细胞在黏附分子——整合素的作用下两两串联排列形成新的血管。血管内皮生长因子(VEGF)是血管新生的主要动力,Notch 受体通道调控其合成过程。

非出芽式或分裂式血管新生指已有的血管通过分裂形成新血管的过程。该过程的核心是两条血管之间的周细胞和肌成纤维细胞的形成。周细胞和肌成纤维细胞合成细胞外基质,以形成新的血管。该过程所需的内皮细胞数比出芽式血管新生少,在胚胎发育的过程是一大优点。毛细血管网的形成贯穿人的一生,而非出芽式血管新生在毛细血管网的形成过程中发挥着重要作用。

02
神经管闭合以及头部动脉形成

D.H.Padget将脑血管的形成过程分为7个阶段(详见下文)。这7个阶段之后,胎儿的血管具有了成人血管的基本结构,而静脉和硬膜窦的形成将继续进行直至出生乃至出生以后。

首先回顾头部的形成过程,尤其是脑部和面部结构的形成。

2.1
脉络膜前期

神经管闭合发生在胚期开始后约 24天。血管在一个由原始细胞组成的网状结构(原脑膜)表面形成。初期,众多血管组成血管网,其中的动脉和静脉无法辨识(见图1.1)。纵向动脉血管在神经管(位于原脑膜内)的腹侧形成,组成纵向神经系统(LNS)。心脏的形成以及动脉干形成的成对腹侧和背侧动脉的过程先于该过程。

第 4 周时,脑神经管的头端形成 3 个膨出物,称为原始脑泡,分别为前脑泡、中脑泡和菱脑泡。4 大脑室在这 3个原始脑泡中形成。

2.2
脉络膜期

神经管不断增长的新陈代谢需要促使脉络膜(起源于原脑膜)内陷,进入脑泡中的脑室。这样一来,血流便在内(室管膜)外(软脑膜)表面形成。

第5周时,次级脑泡形成。该过程中,前脑泡分化形成端脑和间脑,菱脑泡分化形成后脑和末脑。故此时共有5个脑泡。与此同时,咽囊也逐渐发育成熟。

2.3
鳃期

脑在神经管头端形成并不断发育,头、颈部结构在其腹侧形成。第4周时,上述结构开始出现,由咽囊和咽囊之间的柱状弧形隆起(人体内称为鳃弓)发育形成。咽囊和鳃弓代表着曾经的一个进化阶段。在这个阶段里,生物体依靠鳃维持生命。

头、颈部结构由脑中的3个鳃弓发育形成,并在神经嵴细胞以及轴旁中胚层 、外胚层和内胚层等帮助下不断发育。

脑神经嵴细胞为头 、颈部的各个结构提供排列信息,而这些排列信息可以追溯到菱脑泡所处的1个短暂阶段。在这个阶段里,后脑分化为7个部分,称为菱脑原节。同源盒基因的表达使每个菱脑原节都有自己的独特之处。同源盒蛋白(转录因子)是同源盒基因表达的产物,用于指导面部结构的有序形成以及神经峰细胞的迁移和分化(形成最初的3个鳃弓),还用于调控神经定位 、神经节、骨、软骨以及结缔组织等的排列方式。

腹主动脉和背主动脉之间成对的连接血管在鳃弓之间形成,共有6条弓动脉,被仅在短时间内出现的咽囊分隔开。由于综合类教程中对心脏和大血管形成过程的描述已十分详细,这里便不再赘述。但需要知道的是,这6条发于背主动脉和腹主动脉囊之间的主动脉弓动脉并不是同时形成的。并且,需要注意头侧的 3条弓动脉,因为颈动脉系统是由它们发展形成的。脑膜融合产生节段和纵向动脉,后脑循环形成。纵向节间动脉形成一个动脉系统,称为纵向神经系统(LNS)。颈动脉系统形成之后,成人的纵向神经系统开始形成(图 1.1)。

2.4
颈动脉和椎基底动脉系统的形成

本部分对颈动脉形成过程中的几个阶段进行了介绍。对于脑动脉形成过程的了解来源于对死亡组织的研究。1992 年,E.D. CongdonP对主动脉弓系统以及几条主要的脑动脉(颈动脉、椎动脉和基底动脉)的起源进行了介绍。D.H.PadgetP根据一项研究的结果对胚期脑血管变化的细节进行了介绍。该研究以 22 个胚为研究对象,在华盛顿卡耐基研究所进行。

Padget 将颈动脉系统形成的整个过程分为7个阶段,并确定了每个阶段胚胎的大小。

第一阶段∶顶臀长为 4~5mm。

第二阶段顶臀长为 5~6mm。

第三阶段顶臀长为7~12mm。

第四阶段顶臀长为 12~14mm。

第五阶段顶臀长为 16~18mm。

第六阶段顶臀长为 20~24mm。

第七阶段顶臀长为 40mm。

颈内动脉形成于前3个阶段,椎基底动脉形成于第四阶段。接下来会按照时间先后顺序对上述两个形成过程进行介绍。其他的形成过程描述起来简单一些,因为是以平行结构的方式形成的。

 第一阶段

6条主动脉弓动脉将背主动脉和腹主动脉连接起来,其中上面的3条弓动脉形成颈动脉系统。这3条头端的弓动脉发生一系列退化之后,成人的颈动脉系统就形成了(图 1.2a)。

背主动脉在第三弓动脉处的尾端逐渐消失,其头端形成原始颈内动脉的第一个部分。它与腹主动脉的连接血管不发生退化,继续存在。颈总动脉由腹主动脉的尾端发展形成。第一、第二鳃弓的腹侧以及第一鳃弓背侧也退化,使第一、第二鳃弓与第二鳃弓背侧之间只剩下一条连接血管(图 1.2b和图1.2c)。

背主动脉头端的延伸,也就是目前的原始颈内动脉,有两条分支(前支和后支),分别形成大脑前动脉和后交通动脉。这两条动脉分别为正处于发育过程中的前脑泡(随后形成端脑)和中脑泡提供营养物质。另外,原始颈内动脉还通过暂存的原始三叉动脉 、耳动脉和舌下 动脉营养菱脑泡和正在形成的纵向神经系统(图 1.3)。

背主动脉在第一鳃弓头端处有 3 条分支:腹侧眼动脉、背侧眼动脉和最下方的原始上颌动脉。原始上颌动脉营养拉特克囊,后者在视泡出现之前形成垂体前叶(图1.2c)。

第二阶段

颈内动脉由背主动脉和第三鳃弓动脉以及部分腹主动脉形成。第二鳃弓动脉形成舌骨动脉干,并通过一条连接血管与第一鳃弓动脉相连通。这条连接血管最终会形成镫骨动脉,而第一鳃弓的其他部分会形成下颌动脉。

此时(胎儿的顶臀长约为 6mm),第三鳃弓动脉形成成对的腹侧咽动脉。腹侧咽动脉最终形成颈外动脉的近端动脉,但仍会经一条连接血管(图1.4 中用标记)与第二鳃弓动脉连通。另外,腹侧咽动脉会与其舌支以及甲状腺支一起组成舌面动脉系统。

连通第二鳃弓的血管与舌骨/镫骨动脉系统相交通,对了解颌内动脉(第二鳃弓)和脑膜中动脉(第一鳃弓)的形成至关重要。在这个阶段,眼睛开始发育形成的同时,两条原始眼动脉【腹侧眼动脉(VOA)和背侧眼动脉(DOA)】也初步形成。它们最终会退化,合并为一条眼动脉。这条眼动脉会按照腹侧眼动脉的发展过程继续发展。同时,背侧眼动脉退化,继续发展形成下外侧动脉干的前体动脉。另外,原始上颌动脉(另外一条背主动脉头端分支)是成人动脉系统中的垂体后下动脉。

最终,由于颈内动脉的后支——后交通动脉与纵向神经系统之间的连通得以加固,原始三叉动脉、原始耳动脉和原始舌下动脉开始退化。

 第三、第四阶段

第三、第四阶段是鳃期向后鳃期转变的过渡阶段。颈内动脉的脑部分支(腹侧支和背侧支)形成。其中,腹侧支形成原始嗅动脉,嗅动脉进而形成腹侧眼动脉;腹侧支还可以形成脉络丛前动脉和其他一些小的分支。随着端脑的发育,脉络丛前动脉和其他的小分支汇入大脑中动脉。另外,背侧支(后支)发展形成后交通动脉,后交通动脉进而发展形成脉络丛后动脉,并且营养中脑泡和正在形成的基底动脉。脉络丛前、后动脉为间脑提供营养物质。

颌内动脉和脑膜中动脉的形成过程比较复杂。因为鳃期结束之后,脸部结构的形成需要动脉不断形成和退化。第四阶段初期时,第二鳃弓舌动脉干延伸形成镫骨动脉,连通第一鳃弓。镫骨动脉有两个分支———眶上支(背侧支)和上下颌支(腹侧支)。眶上支属于眼动脉系统,上下颌动脉附属于正在形成的颌内动脉(图 1.5)。下面会详细介绍上述的几个过程。

平行的纵向神经系统在正发育的后脑的正中面融合形成基底动脉。初始时,主动脉第一节段动脉和原始舌下动脉营养其尾端。纵向神经系统外侧动脉和基底动脉的纵向管道在本阶段中非常重要。这些动脉仅短暂存在,被称为原始侧椎基底融合动脉。随着基底动脉和椎动脉的不断成熟,这些融合动脉逐渐退化。基底动脉纵向管道的上6个脊髓节段动脉形成椎动脉。随着椎动脉的形成,主动脉和这6个节段之间的其他连接血管逐渐退化。后脑泡形成的同时,基底动脉的对称分支也开始出现。

注:文章整理自《血管内神经外科学及介入神经放射学教程》

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