Эмбриогенез глаза - органогенез глаза в 4-8 недели развития плода
В следующих статьях на сайте описана эмбриология глаза. Мы рассмотрели органогенез глазного яблока, а затем дифференцировку структур глаза как анатомического субстрата патологии развития. Глаз позвоночных формируется в результате скоординированного взаимодействия нейроэпителия, поверхностной эктодермы и экстраокулярной мезенхимы.
Из нейроэктодермы развивается сетчатка, радужка и зрительный нерв; поверхностная эктодерма формирует хрусталик и эпителий роговицы; из экстраокулярной мезенхимы, мезодермальных клеток и клеток нервного гребня развиваются строма и эндотелий роговицы, экстраокулярные мышцы, фиброзная и сосудистая оболочки глаза.
Пренатальное развитие глаза можно разделить на три периода:
1. Эмбриогенез включает в себя формирование первичных зачатков органов и завершается с появлением с обеих сторон расширений краниального отдела нервной борозды — зрительных ямок (зрительных борозд), которые считаются зачатками глаза, примерно в конце третьей недели гестации.
2. Органогенез включает в себя развитие первичных зачатков органов и продолжается до конца восьмой недели.
3. Дифференциация включает в себя дифференциацию примитивных органов в полностью или частично активный орган, она начинается в начале третьего месяца. В течение этого периода созревают сетчатка, зрительный нерв и передний край глазного бокала, развиваются стекловидное тело, хрусталик и структуры угла передней камеры.
Раннее формирование глаза у позвоночных происходит в результате строго определенной последовательности событий. Вскоре после начала гаструляции (формирования трех слоев эктодермы, мезодермы и энтодермы), в переднем отделе нервной пластинки образуются зрительные поля. Первыми морфологическими образованиями являются двусторонние углубления (зрительные борозды или ямки), образующиеся приблизительно на 22 день в нервных складках краниального отдела эмбриона.
Органогенез глаза (4-я-8-я недели гестации человека):
а) Четвертая неделя. На четвертой неделе зрительные ямки углубляются и образуют глазные пузыри (optic vesicle — OV), представляющие собой выпячивания латеральных стенок диэнцефалона. Зрительный стебель (короткая трубка, из которой в конечном итоге образуется зрительный нерв) соединяет глазные пузыри с передним мозгом.
Взаимодействие глазного пузыря и поверхностной эктодермы (surface ectoderm — SE) стимулирует развитие плакоды хрусталика; стенка глазного пузыря соприкасается с поверхностной эктодермой, утолщается и формирует ретинальный диск.
К концу четвертой недели начинается инвагинация, и глазной пузырь трансформируется в глазной бокал (optic cup — ОС). Одновременно возникают зачатки экстраокулярных мышц в виде уплотнений периокулярной мезенхимы. Нарушения на этих ранних стадиях приводят к тяжелым врожденным аномалиям, в том числе к анофтальмии, микрофтальмии и дефектам закрытия хориоидальной щели (optic fissure) (колобомам).
б) Эмбриогенез глаза в пятую неделю развития плода. Процесс инвагинации глазного пузыря и формирования глазного бокала происходит преимущественно на пятой неделе. В инвагинации принимают участие ретинальный диск, хрусталиковая пластинка и вентрокаудальная стенка глазного пузыря. Инвагинация ретинального диска глазного пузыря вызывает формирование внутреннего слоя глазного бокала, из которого развивается нейроретина, тогда как из наружного слоя глазного бокала разовьется пигментный эпителий сетчатки (retinal pigment epithelium — RPE).
Глазной бокал не непрерывен, снизу и вентрально он образует впадину, которая продолжается в зрительный стебель. Через эту впадину, которая называется эмбриональной хориоидальной щелью, внутрь глазного бокала проходит гиалоидная артерия. Первичное стекловидное тело развивается вокруг гиалоидных сосудов. Также при инвагинации в хрусталиковой плакоде (пластинке) образуется хрусталиковая ямка. Ямка хрусталика становится глубже, образуется хрусталиковый пузырек. В ходе дальнейшего развития хрусталиковый пузырек отделяется от поверхностной эктодермы.
Хрусталиковый пузырек имеет крупные размеры и заполняет глазной бокал. Из поверхностной эктодермы образуется эпителий роговицы.
в) Органогенез глаза в шестую неделю развития плода. На шестой неделе после сближения ограничивающих ее краев глазного бокала закрывается эмбриональная хориоидальная щель. Характер экспрессии генов клеток соединяющихся краев должен соответствовать месту и времени слияния. Эмбриональная щель начинает закрываться от середины кпереди и кзади.
Идет дальнейшее развитие сетчатки и ПЭС, который образует один слой кубоидных клеток. Возникает примитивная мембрана Бруха. За счет пролиферации клеток в герминативной зоне внутреннего слоя глазного бокала утолщается сенсорная сетчатка. На этой стадии аксоны ганглиозных клеток сетчатки, образующие волокна зрительного нерва, входят в зрительный стебель и покидают примитивный глаз. Формируется вторичное стекловидное тело, клеточная структура с ассоциированным экстрацеллюлярным матриксом, который изменяет первичный витреум, заполняя остаточное ретролентальное пространство.
г) Эмбриогенез глаза в седьмую неделю развития плода. Основные события, происходящие на седьмой неделе, включают в себя созревание ПЭС и развитие сенсорной сетчатки с формированием в заднем полюсе наружного и внутреннего нейробластных слоев. Первичные хрусталиковые волокна закрывают полость и образуют хрусталиковый пузырек. Периокулярная мезенхима в процессе своего развития формирует сосудистую сеть хориоидеи сзади, из нее же развиваются структуры переднего сегмента.
В формировании передней периокулярной мезенхимы у млекопитающих принимают участие клетки нервного гребня и мезодермы, тогда как у курицы она сформирована только из нервного гребня. Мезенхимальные клетки мигрируют кпереди, таким образом, клетки нервного гребня и клетки мезодермального происхождения принимают участие в образовании стромы роговицы, эндотелия и трабекулярной сеточки: шлеммов канал имеет мезодермальное происхождение.
д) Восьмая неделя. На восьмой неделе наблюдается дифференцировка ганглиозных клеток и выраженное развитие зрительного нерва; к концу восьмой недели формируется 2,67 миллиона аксонов. Аксоны зрительного нерва начинают контактировать с головным мозгом и формируют зародышевую хиазму. Продолжается созревание ПЭС, появляются меланосомы. Появляются клетки Мюллера, от них расходятся радиальные волокна внутрь — формируют внутреннюю пограничную мембрану, и кнаружи — к будущей наружной пограничной мембране.
Дифференциация роговицы включает в себя образование эндотелиальными клетками десцеметовой мембраны; строма роговицы состоит из 5-8 рядов клеток, эпителий сетчатки превращается в многослойный плоский эпителий.
В течение этого периода быстро изменяется хрусталик. Первичные хрусталиковые волокна заполняют хрусталиковый пузырек. Исчезают внутриклеточные органеллы. Экваториальные эпителиальные клетки начинают делиться, новые клетки оттесняются назад, затем удлиняются и становятся вторичными волокнами хрусталика. При развитии вторичных ядерных волокон образуется ядерный пояс хрусталика, представляющий собой ядра вторичных хрусталиковых волокон. Они образуют выгнутую кпереди дугу.
В местах соприкосновения концов вторичных хрусталиковых волокон в переднем и заднем полюсе хрусталика образуются линейные «швы». Передние швы первоначально имеют форму Y, а задние — перевернутого Y (X).
Четыре прямых мышцы врастают в клиновидную кость, развивается блок верхней косой мышцы. Из верхне-височного квадранта конъюнктивального мешка развиваются слезные железы.
(А) Формирование глазного пузыря на латеральной стенке диэнцефалона. Зрительный стебель соединяет глазной пузырь с передним мозгом. (9,5 дней гестации мыши, соответствуют 26 дням гестации человека).
(Б) Инвагинация глазного пузыря и образование хрусталикового пузырька (начало 10,5 дней гестации мыши, соответствует 28 дням гестации человека).
(В) Инвагинация хрусталиковой ямки, формирование из инвагинированного глазного пузыря двухслойного глазного бокала (конец 10,5 дней гестации мыши, соответствует 32 дням гестации человека).
(Г) Закрытие эмбриональной хориоидальной щели, формирование хрусталикового пузырька и первичного стекловидного тела (12,5 дней гестации мыши, соответствует 44 дням гестации человека).
(Д) Образование слоя нервных волокон, миграция клеток нервного гребня и образование ядерного пояса хрусталика (14,5 дней гестации мыши, соответствует 56-60 дням гестации человека).
(Е) Глаз в конце стадии органогенеза. Хорошо видны роговица, начинающие формироваться радужка, зачатки экстраокулярных мышц и слезная железа.
Стрелками показана зрачковая мембрана (16,5 дней гестации мыши соответствуют >60 дней гестации человека).
Инвагинация глазного пузыря, трехмерное изображение:
(А) Выпячивание глазного пузыря (9,5 дней гестации мыши, 32 дня гестации человека).
(Б) Закрытие эмбриональной хориоидальной щели.
(В) Парасагиттальный срез глаза мыши незадолго до закрытия эмбриональной щели.
(Г) Срастание краев эмбриональной щели.
Развитие нервного гребня и мезодермы в глазах птиц и млекопитающих.
Схематическое изображение разрезов глаз взрослой курицы и мыши, суммирующие различия и сходства в распределении клеток нервного гребня (отмечены красным цветом) и мезодермы (синим).
Основные различия отмечаются в строении переднего сегмента.
