Notiuni Privind Cardiogeneza

Noțiuni privind cardiogeneza

I. 1. Evoluția filogenetică a aparatului cardiovascular

Aparatul cardio-vascular, prin complexitatea sa și prin legaturile intime morfologice si funcționale pe care le are intre diferitele sisteme și organe, este considerat cel mai vechi sitem din punct de vedere filogenetic, în centrul acestei activități de integrare funcțională fiind sistemul microcirculator tisular.

Nevoile patului capilar muscular determina modificarile morfo-funcționale în întreg ansamblul aparatului cardio-vascular, atât din punct de vedere filogenetic cât și din punct de vedere filogenetic, cât și din punct de vedere adaptativ fiziologic si fiziopatologic postnatal (1).

Dintre nevertebrate,spongierii,organisme pluricelulare mai puțin evoluate nu posedă sistem nervos,digestiv,circulator și excretor.Există un raport mai mare suprafață volum la spongieri,celenterate si plathelmiți și astfel, nu există un sistem circulator pentru schimbul de gaze și nutrienți sau pentru produșii de catabolism, schimburile realizându-se prin difuziune celulară și curenți citoplasmatici.Pe măsura ce corpul animalelor evoluează de la simplu la complex, schimburile cu mediul se intensifică iar simpla difuziune nu mai poate realiza transportul substanțelor pe distanțe mari, fapt ce a determinat apariția sistemului circulator.

In sistemele circulatorii specializate, substanțele circulă într-un lichid cu flux continuu al cărui propulsie este asigurată de diferențele presionale existente.Fluxul sanguin asigură transportul diferitelor molecule, indiferent de structura lor si de mărime, sau de starea lor (în suspensie sau dizolvate).

Toate tipurile de sisteme circulatorii sunt alcatuite dintr-o pompă contractilă, care asigură propulsia lichidului, un lichid circulator, care circulă prin tot corpul și un sitem de vase prin care circulă lichidul (deschise,în lacule,la nevertebrate și închise la vertebrate). Există, așadar, două tipuri de sisteme circulatorii la seria animală,unul în sistem deschis prezent la moluște,artropode și tunicate și altul închis prezent la anelide,echinoderme și vertebrate. Cel deschis este caracterizat de vase care își pierd în anumite locuri pereții proprii, deschizându-se direct in țesuturi, distribuția lui fiind astfel slab controlată. Cel închis este pompat de inimă care are pereți proprii într-un sistem circulator închis, cantitatea care irigă un anumit teritoriu fiind adaptată permanent nevoilor metabolice (2, 3).

La moluște,care au un sitem circulator deschis, prin el circulând hemolimfa, apare inima, care poate fi bi sau tricamerala. Sistemul circulator este lacunar și are în componența lui doar sânge oxigenat.

La anelide apare primul sistem circulator de tip închis.La râmă (Lumbricus terestris), sistemul circulator este alcatuit dintr-un vas dorsal si unul ventral conectate prin vase circulare, âte unul pentru fiecare inel.Anterior sunt 5 vase contractile transversale- „inimi” – care prin contacția pereților asigura deplasarea sangelui.

Fig. M. 1. Sistemul circulator la Lumbricus terestris

La artropode sitemul circulator este tot in regim închis, dar inima are structra tubular, având în structura ei ventriculite contractile.

Evoluția organismului de la simplu la complex și nevoia de a se asigura un flux continuu sanguin la presiuni din ce în ce mai ridicate, alături de sporirea funcției respiratorii a sângelui, a determinat evoluția cordului la vertebrate.

Toate vertebratele poseda un sistem circulator cu o inimă care posedă( fig. M. 2.) :

o structură musculoasă,care asigura forța motrice;

pluricamerală;

situată ventral, în regiunea toracică;

asigură propulsia sângelui în toate regiunile corpului.

Fig. M. 2. Cordul la vertebrate

La vertebrate, fluxul continuu al sângelui este asigurat de elasticitatea pereților vasculari, chiar daca activitatea cordului este una ritmică.Mușchii scheletici asigura întoarcerea venoasă iar sensul unic al circulației este asigurat de prezența valvelor atât la nivelul inimii, cât și la nivelul vaselor.

La ciclostomi și pești circulația este relativ simplă.Prin inima bicamerală, alcatuită din atriu si ventricul circulă doar sânge neoxigenat.Ventriculul este cel care pompeaza sângele către branhii unde are loc oxigenarea.De aici sângele oxigenat este trimis în tot corpul, la țesuturi, unde cedează oxigenul și preia dioxidul de carbon.Circuitul se închide prin revenirea sângelui venos la inimă, în sinusul venos.

Fig. M. 3. Sistemul circulator la pești

La tetrapode, circulația este dublă, inima pompând sânge simultan, cu fiecare contracție, atât la țesuturi, cât și la plămân.

Amfibienii și reptilele au inima tricamerală, sângele oxigenat adus de la plămâni prin intermediul venelor cave fiind amestecat cu sângele neoxigenat, adus din restul corpului de venele cave.Circulația de acest tip se numește incompletă.

La crocodilieni apar doi ventriculi, separați complet iar circulația devine astfel una completă.

Păsarile și mamiferele au inima tetracamerală,alcătuită din două atrii și doi ventriculi, circulația sângelui fiind una completă (sângele arterial nu se amestecă cu cel venos).

I.2. Dezvoltarea ontogenetică a cordului

2.1. Aspecte generale privind diferențierea celulară

Formarea inimii ca întreg este un proces complex morfogenetic care depinde de reglarea spațio-temporală a celulelor cardiace progenitoare. Acestea derivă in principal din mezodermul splanhnic al primului si celui de-al doilea câmp cardiac cu o contribuție adițională importantă a crestelor neurale care provin din neuroectoderm (critice pentru maturarea polului arterial cardiac) (4).

In stadiile inițiale ale dezvoltarii,celulele de origine ale viitorului embrion sunt pluripotente, încă nediferențiate (săptămânile 1 și 2). Ulterior, pe măsura ce dezvoltarea progresează, celulele își capătă o anumită identitate și se adapteaza microclimatului local preluând progresiv o anumită funcție prestabilită genetic.

Conform concepției moderne diferențierea celulară este condiționată genetic și este condiționată de factori epigenetici celulari și extracelulari. Au fost studiate și demonstrate mecanisme similare si procese omoloage atât în cadrul unui organism cât si la organisme aflate în grade diferite ale evoluției filogenetice. S-a demonstrat că, atât vertebratele cat și nevertebratele exprimă gene similare în cursul dezvoltarii regiunilor echivalente (5).

O serie de gene au fost foarte bine conservate de-a lungul evoluției filogenetice. Printre acestea amintim Pax 6, finge, tinman, Hox (Gilbert,1997).

In urma transcripției unor gene se obțin proteine identice pentru specii diferite.In alte cazuri, la specii diferite, proteinele sunt diferite din puct de vedere conformațional dar îndeplinesc aceeași funcție. Aceasta diferență atestă diferențe in structura genelor transcrise, motiv pentru care majoritatea autorilor utilizează termenul de  « gene echivalente ».

Mecanismele comune de dezvoltare au permis extrapolarea unor studii efectuate pe animale la om, precum și implicarea acestora in apariția diferitelor anomalii.

Mesajele extracelulare cât și cele intracelulare determina modificări structurale la nivel receptorial și produc prin intermediul mesagerilor de ordin II și III exprimarea genelor morfogene, genele care contribuie la diferențiere.

Reglarea ciclului celular la eukariote este dependentă de genele homeotice. Acestea sunt similare la toate animalele, ele cuprinzând o secvență comună de ADN, de aproximativ 180 de baze, denumită homeobox (4).

Pentru ca o genă candidată să fie implicată in dezvoltarea organului ea trebuie să indeplinească 3 condiții:

gena trebuie sa aibă o anumită structură, adaptată organului, așa numita coexistența spațială a expresiei genei;

gena trebuie să fie exprimată corect din punct de vedere temporal (coexistența temporală a expresiei genei);

gena afectată se exprimă prin afectarea dezvoltării normale a organului respectiv.

2.2. Aspecte privind reglarea genetică a cardiogenezei

Defectele cardiace primitive reprezintă o importantă sursă de mortalitate când genele suferă mutații în studiile pe șoareci. La oameni aproximativ 1% din nou-născuți suferă de malformații cardiace și aproximativ 30% dintre fetuși mor înainte de naștere (6).

Cunoașterea cât mai amănunțită a celulelor progenitoare și a genelor care contribuie la sinteza proteinelor ce intră în diferitele căi de semnalizare ce le diferențiază este foarte importantă in terapia genica si în terapia cu celule stem în momentul in care inima adultului suferă o injurie gravă (7).

Notabil din punct de vedere embriologic este apariția a doua populații celulare care segragă devreme, în jurul începerii gastrulației. Aceste două populații contribuie la formarea câmpurilor cardiace, primar și secundar. Prima populație celulară reprezintă sursa pentru ventriculul stâng primitiv, în timp ce a doua reprezintă excusiv sursa tractului de ejecție miocardic. Ambele populații contribuie la formarea celorlalte structuri cardiace (8).

Studii realizate pe celule trasate cu diferiți coloranți au arătat că partea anterioară a câmpului cardiac secundar este programată să producă tractul de ejecție și miocardul ventriculului drept. In contrast, partea posterioară a câmpului cardiac secundar este programată să genereze miocardul atrial și celulele aferente lui (9,10).

Unii dintre primii markeri ai celulelor cardiace progenitoare este repreyentat de Mesp1 care s-a dovedit a fi foarte folositor in experimentele genetice în care mutațiile sunt ținta mezodermului cardiac. Experimente cu celule stem embrionice au dus la propunerea ca acest factor de transcripție acționează ca un adevarat reglator al destinului celular, down-regulând pluripotența genelor și genele mezodermale precoce și up-regulând genele pentru factorii de transcripție cum ar fi Gata4 sau Nkx2-5 (11,12).

Gene ca Gata4 sau Nkx2-5 sunt exprimate in cornurile cardiace, acolo unde diferențierea miocardică celulară are loc pentru prima dată. Transcripția factorilor T-box, cum ar fi Tbx5 și Hand 1-2, la fel și Mef2c, sunt implicați în diferențierea celulelor din cornuri, la fel ca și cele din cord (13).

Islet1 a fost considerat ca un marker al câmpului cardiac secundar.Poteina Islet1 a fost detectată și în cornul cardiac, în absența lui Nkx2-5, expresia lui Islet 1 menținându-se in diferențierea celulelor cardiace ale cornului cât și a cordului ulterior, sugerând că această reglare operează în ambele câmpuri cardiace (14).

Există așadar 3 mari căi de semnalizare in reglarea câmpului cardiac secundar,Tbx1, Islet1 și Nkx2-5. Toate aceste căi se intrepătrund, se activează si se inhibă, realizând un microclimat necesar dezvoltării ulterioare a cordului ( Fig. M.4.).

Fig. M.4. Calea de semnalizare in reglarea câmpului cardiac secundar (15).

Organul proepicardic este o structură tranzitorie care se formează ca un grup de celule in imediata vecinătate a polului venos al tubului cardiac. S-a crezut a fi derivat din mezenchimul celomic al septumului transvers și nu din câmpul cardiac secundar. Oricum, relația sa cu câmpul cardiac secundar este incertă. Celulele musculare netede ale vascularizației coronare se dezvoltă din epicard și până nu demult s-a crezut că și celulele endoteliale derivă din aceeași sursă. Rămâne un subiect de dezbatere dacă acest organ proepicardic contribuie și la diferențierea miocardului.Sugestia că celulele miocardului ar putea deriva din acest organ ar putea avea importanță terapeutică deoarece fibroblastele inimii derivă din epicard, și ar putea fi o sursă de celule stem (16,17,18).

Partea anterioară a câmpului cardiac secundar este marcată de expresia lui Fgf8, Fgf10 și a lui Tbx1 și celulele care au transcris aceste gene și formează polul arterial al inimii. Tbx1 contribuie la calea de ejecție a ventriculului drept și mutații la acest nivel, ca și tetralogia Fallot sunt destul de frecvente (19,20,21).

Celulele care contribuie la formarea atriului, la polul venos al inimii, expun Islet1, nu și markerii câmpului cardiac secundar anterior (câmpul cardiac secundar posterior). Contribuția celulelor Islet1 pozitive la formarea atriului și a canalului atrio-ventricular depinde de semnalul Wnt2 care duce la activarea Gata6 prin reglare de tip feed-forward. Spina vestibuli este o structură morfologică distinctă care contribuie la formarea septumului atrio-ventricular.Celulele care formează această structură sunt Islet1 poyitive și depind in mare parte de calea de semnaliyare Shh (22,23,24,25,26).

O dată cu formarea polului venos, după formarea miocardului atrial, se dezvoltă sinusul venos cu formarea miocardului din jurul venelor cave. Aceasta este marcată de expresia lui Tbx18 și de absența expresiei Nkx 2-5 și a Islet 1. Tbx 18 este necesar pentru dezvoltarea corectă a acestei părți a sinusului venos. Studii recente arată că celulele Tbx18 pozitive ale organului proepicardic și subdomenii ale câmpurilor cardiace secundar și terțiar derivă dintr-un precursor comun și demonstrează cum segregarea la liniile celulare epicardice sau miocardice este promovată de căile de semnalizare FGF sau BMP (27,28).

Specificația axială antero-posterioară depinde în mare parte de calea de semnalizare a acidului retinoic, după cum indică și expansiunea anormală posterioară în expresia markerilor genici ai câmpului cardiac secundar, ca Tbx1, Fgf8 și Fgf10 în embrioni mutanți Raldh2. Reducerea sintezei de acid retinoic rezultă in mai multe fenotipuri ai sindromului DiGeorge la nivelul polului arterial al cordului, undeTbx1 este implicată, și analiza Raldh2/Tbx1 (mutație experimentală pe șoarece) indică faptul că niveluri scăzute ale acidului retinoic accelerează recuperarea din întârzierea creșterii arteriale văzută la embrioni Tbx1 (29).

S-a demostrat ca nu doar patternul câmpului cardiac secundar, ci și limitele câmpului cardiac secundar este guvernată de calea de semnalizare prin acid retinoic. In embrionii peștelui-zebră, acidul retinoic a fost demonstrat că are rolul de a controla mărimea câmpului cardiac. Nivelele de acid retinoic reglează expresia antero-posterioară ale genelor in clustere Hox, care sunt potențiali efectori ai semnalizării acidului retinoic în câmpul cardiac secundar. La peștele-zebră, acest scenariu este complex iar efecte indirecte ale Hox5b care acționează în câmpul membrelor anterioare, down-reguleayă calea de semnalizare a acidului retinoic, și pot controla semnale care afectează numărul progenitorilor atriali. La șoareci, mutanții Raldh2, în ciuda expansiunii expresiei markerilor câmpului cardiac secundar, tubul cardiac nu reușește să crească corespunzător iar asta poate însemna că, deși multe celule exprimă gene ale câmpului cardiac secundar, nivelul expresiei este unul redus (29,30).

Câmpul cardiac secundar( SHF) are de asemenea o specificație axială dreapta-stânga prin intermediul căii de semnalizare Nodal care duce la activarea Pitx2c in partea stângă a SHF. Acest factor de transcripție are de asemenea un rol important în remodelarea cardiacă pe parcursul dezvoltării.Interferența cu semnalizarea stânga-dreapta are un efect pregnant asupra morfogenezei cardiace și asimetriei, exemplificată prin izomerismul atrial drept. Pitx2 represează de asemenea proliferarea in sinusul venos stâng, dar nedetectabil în stânga SHF. In stadiile avansate, în SHF posterior, Pitx2 este necesar pentru a iniția formarea venelor pulmonare miocardice, dar identitatea acestui miocard pare să depindă de Nkx 2-5. In plus, Pitx2 joacă și un rol important in dezvoltarea tractului de ejecție. Spiralarea structurii tractului de ejecție și rotația sacului aortic, care afecteza inițial simetria tractului de ejecție, a fost studiată prin mutații Pitx2, via PDGF si VEGF2 receptori. Au fost de asemenea demonstrate interacțiuni între Pitx2 și Tbx1, care sugerează că, în partea anterioară a SHF, expresia Pitx2 necesită Nkx2-5 și Tbx1, exprimată tranzitoriu pe partea stângă(31,32).

La om, mutații ale diferitelor gene implicate în cardiogeneză determină la făt diferite malformații cardiace. Astfel, mutația homozigotă a genei Nkx2-5 determină apariția defectelor septale atriale (Schott și col., 1998). Modelul expresiei Tbx5 corespunde perfect sediului defectelor cardiace observate la pacienții cu sindrom Holt-Oram (33).

Sindromul Holt-Oram (descris de Holt și Oram în 1960) este un sindrom malformativ cardiac ereditar, cu transmitere autosomal dominantă, constând într-o asociere de:

bloc atrioventricular (de diferite grade) ;

defecte septale cu hipoplazia cavităților stângi ale inimii;

stenoză aortic;

prolaps de valvă mitrală;

tetralogie Fallot (Newbury-Ecob și col. – 34) – reprezentată de o asociere a patru componente:

stenoză pulmonară;

defect septal ventricular;

dilatația aortei, situată “călare” pe septul interventricular

dilatare ventriculară dreaptă.

Mommersteeg și colab. (25) au demonstrat recent că Pitx2c joaca un rol critic în stabilirea programului de expresia genelor ce controlează dezvoltarea nodului sinoatrial în dreapta joncțiunii sino-atriale. În absența Pitx2, ambele camere atriale se dezvoltă pe tiparul atriului drept (izomerism cardiac drept – 35), inclusiv prezența bilaterală a câte unui nodul sino-atrial.

Moleculele de semnalizare implicate în cardiogeneză sunt reprezentate de:

Notch este proteină inductoare împortantă pentru stabilirea subpopulațiilor celulare în mezodermul cardiogen, prin reglarea asimetriei diviziunilor celulare și are efect inhibitor pe diferențierea miocardică;

Fgf (fibroblast growth factor) acționează împreună cu Bmp în diferențierea miocardului. Fgf 8 este proteină inductoare exprimată de mezodermul cardiogen și este importantă pentru specificația cardiac;

Bmp2 (bone morphogenetic protein) este proteină inductoare exprimată de mezodermul cardiogen și este importantă pentru specificația și diferențierea miocardului;

TGF β (transforming growth factor-36);

Cripto este proteină ce mediază efectul inductorilor nodali în diferențierea miocardului.

2.3. Cardiogeneza normală

3.1. Formarea câmpurilor cardiace

Aparatul cardiovascular reprezintă primul sistem funțional in corpul embrionar. Acest sistem incepe să se dezvolte precoce in embriogeneză date fiind viteza cu care se desfășoară procesele morfogenetice, embrionul nemaiputând să-și satisfacă nevoile nutriționale numai prin difuzie, fiind necesar un support metabolic adecvat și un sitem pentru eliminarea cataboliților(37-42).

Așadar, cardiogeneza este un process morfogenetic foarte complex care se petrece intre săptamîinile 3-8 de viață embrionară și care depinde de participarea celulelor cardiace progenitoare, acestea având o sincronizare temporo-spațială genetic controlată.

Structurile cardiac își au origineaîn mesoderm, însă implicarea neuroectodermului crestelor neurale nu este insignifiantă.

În săptămâna a 3-a de dezvoltare, celulele epiblastului vor migra spre 1/3 – 2/3 rostrale ale linie primitive și își fac loc intre acesta și hipoblast, formând astfel foița mezodermală a embrionului trilaminar. Există autori care susțin ca aceste celule formează o mare parte din foița endodermală(43,44).

Celulele cardiogenice provin în mare parte din epiblast, care se dezvoltă sub acțiunea unei gene specific, MZOD, care stimulează transormarea lor ulterioar in celule cardiogenice. Odată cu alungirea craniocaudală a liniei primitive, celulele progenitoare se vor așeza în placa mezodermală anterolaterală, bilateral, lateral de membra bucofaringiană, având la periferie septul transvers( primordial pentru diaphragm și stroma hepatică) și central, mezodermul viitorului faringe.

Înainte de apariția celomului intraembrionar, placa meyodermală conținea celule pluripotente din care se va dezvolta : inima, parte din diafragm, ficat, structure faciale etc. ( fig. M. 5.). Acesta este motivul pentru care unii autori consider ă placa mezodermală amintită camp morfogenetic cardiocraniofacial, respective cardiohepatodiafragmatic(45,46).

Fig. M. 5. Câmpul morfogenetic cardiohepatodiafragmatic după Moorman F. A.

1. mezodermul hepatic (septul transvers) 2. mezodermul cardiogen al câmpului cardiac primar (FHF) 3. mezodermul cardiogen al câmpului cardiac secundar (SHF)

4. mezoderm faringian sm – membrana bucofaringiană.

Celulele localizate în placa mezodermală anterolaterală vor migra în viitoarea splahnopleură unde se dispun anterior și posterior, formând astfel cele două câmpuri cardiac, primar și secundar, în care vor migra în continuare celule provenite din linia primitivă(47,48,49,50,51).

Celulele câmpului cardiac primar vor genera miocardul ventricular stâng, o parte din miocardul ventricular drept și a atriilor. Celulele progenitoare din câmpul cardiac secundar vor da naștere miocardului ventricular drept, o parte din cel stâng și a atriilor cât și a polului arterial( fig. M. 6.).

Fig. M. 6. Derivatele câmpurilor cardiace

■ – câmpul cardiac primar ■ – câmpul cardiac secundar

La formarea structurilor cardiac mai participă după cum am mai amintit în capitolul anterior și celule cu origini diverse(51).

Organul epicardic stă la originea epicardului. Acesta este situatîn apropierea polului venos al tubului cardiac și provine din mezenchimul celomic al septumului transvers. Celulele din organul proepicardic vor migra înspre tubul cardiac, la nivelul joncțiunii atrioventriculare, ca apoi sa se răspândească, caudal si cranial, acoperind miocardul. Tot din celule migrate din organul proepicardic se diferențiază celule muscular netede coronariene și fibroblaste(51).

Relativ recent, experimentele effectuate de Winter și Gittenberger-de Groot, 2007, confirmate de Zhou și col. și de Cai și col., 2008 au demonstrat că celulele organului proepicardic se diferențiază și în cardiomiocite, mai ales de la nivelului septului interventricular(51).

Pe de alta parte, se considera că celulele endoteliale coronariene au aceeași origine. Recent s-a demonstrat pe baza imunofluorescenței că celulele endoteliale coronariene provin din plexul venos provenit din sinusul venos, care invadează miocardul, după formareaepicardului(51).

Originea celulelor endocardice este una controversată. Se considera că ele provin din câmpul cardiogen. Cercetările recente (Harris și Black, 2010; Vincent și Buckingham, 2010; Milgrom-Hoffman și col., 2011) sugerează că ele provin din progenitori endoteliali.

Crestele neurale cardiace contribuie la cardiogeneză atât direct cât și printr-un rol inductor. Astfel, celulele crestelor neural cerebrale din dreptul rombomerelor 6-8 vor migra prin partea anterioară a câmpului cardiac secundar către partea anterioară a tubului cardiac, participând astfel la formarea pernițelor endocardice de la acest nivel și la formarea septului aorto-pulmonar(Kirby și col., 1983). De asemenea, aceste celule formarea și evoluția derivatelor vasculare ale arcurilor branhiale (arcurile aortice – fig. M. 7). Tulburarea in migrarea acestor celule duce la compromiterea ulterioară a dezvoltării polului arterial și a septării tractului de ejecție(Hutson și Kirby, 2007).

Fig. M. 7. Crestele neurale cardiac(52)

3. 2. Formarea și evoluția tubului cardiac

În săptămâna 4, în stadiul de 7 somite începe să se formeze aria cardiogenă, când la nivelul extremitații cefalice se formeză primele celule cu proprietăți angioformatoare care se aglomerează anterior deplaca neurală și lama precordală ( fig. M.8.).

Fig. M. 8. Disc embrionar. Stadiul 7 somite (53)

placa neurală 2. nod primitiv 3. linie primitivă 4. veziculă amniotică (limita secțiunii) 5. grupări de celule angiogenetice.

Insulele celulare se tunelizează și se anastomozează formând o rețea vasculară dispusă in potcoavă, anterior de membrana orofaringiană cu prelungire orientată posterior. Partea anterioară și centrală a rețelei constituie aria cardiogenă, la nivelul căreia se dezvoltă tubii cardiaci. Din reșeaua vasculară laterală se formează arterele dorsale. Aria cardiogenă corespunde părții anterioare a celomului, devenit celom pericardic( fig. M. 9.).

Fig. M. 9. Disc embrionar Stadiul 8, Z 23 (53)

1. placa cardiogenă 2. cavitatea pericardică (parte a celomului intraembrionar)

3. disc embrionar 4. vezicula ombilicală (limita secțiunii) 5. veziculă amniotică (limita secțiunii)

Formarea flexiunii cranio-caudale a corpului embrionar și accentuarea ei determină rotirea cu 180 de grade în jurul unui ax transversal a primordiului pericardului. Astfel, ca urmare a dezvoltarii rapide a sistemului nervos central spre zona cefalică acesta se extinde peste aria cardiogenă și viitoarea cavitate pericardică. Ca urmare a creșterii creierului și a foldării cefalice a embrionului, membrana bucofaringiană este împinsă inapoi iar inima și cavitatea pericardică se dispune prima oară in zona cervicala, ca apoi să ajungă în final la nivelul toracelui(fig M. 10.).

Fig. M. 10. Disc embrionar Stadiul 9, Z 25 (53)

1. placa cardiogenă 2. cavitatea pericardică (parte a celomului intraembrionar)

3. disc embrionar 4. vezicula ombilicală (limita secțiunii) 5. veziculă amniotică (limita secțiunii).

Aria cardiogenică se alungește și se îngustează, se flectează spre dreapta iar printr-un proces de convergenșă cele două extremități se apropie median și treptat, fuzionează în direcție craniocaudală.

În ziua a 19-a, endodermul subiacent trimite semnale specifice iar cordoanele angioblastice vor forma printr-un proces de diferențiere, în mezenchimul cardiogen, o pereche de tubi endocardici laterali(fig M.11 a.).

În urma curbării cefalice și laterale a embrionului, la începutul săptămânii a patra, tubii vor ajungea în regiunea toracică, de o parte și alta a liniei mediane:

în urma curbarii cefalice aria cardică se rotește cu 180 grade în jurul unui ax transversal. Consecutiv acestei mișcări inima ajunge în dreptul intestinului anterior sub stomodeum și sub membrana orofaringiană;

ulterior, plicile laterale ale corpului embrionar avansează ventral și converg, determinând încorporarea inimii.

Aceste mișcări determină antrenarea mezenchimului splahnic vitelin de către inimă și ficat, formând septul transvers.

Acești tubi endocardici ajung in contact( fig M.11b.) în urma mișcării de delimitare a corpului embrionar și se unesc într-un singur tub, tubul cardicac primitiv. Unirea celor tubi endocardici este facilitată printr-un proces complex de apoptoză-moarte celulară programată care are loc la nivelul suprafețelor de contact, în sens cranio-caudal.

Tubul cardicac primitiv este despărțit de pericard prin mezocardul dorsal. Ulterior acesta dispare cu apariția sinusului pericardic transvers care realizează legătura între cele două părți ale cavității pericardice(54).

Așadar, la începutul săptămânii a 4-a se schițează un sistem cardiovascular primitiv funcțional prin joncțiunea tubului cardiac cu vasele extraembrionare din corion și din peretele sacului vitelin. La începup mișcarea sângelui se face prin unde contractile, dar la sfârșitul săptămânii a 4-a apare flux unidirecțional și mișcări coordonate.

Din splahnopleura locală va rezulta o manta mioepitelială care va da naștere miocardului contractil si epicardului,seroasa inimii.

Fig. M. 11 a.. Formarea tubilor cardiaci (53)

1. celule epimiocardice 2. tub cardiac 3. endoderm 4. celule endocardice 5. notocord 6. aortă dorsală 7. creste neurale 8. plici neurale

Cardiomiocitele adulte rămân în număr relativ constant pe parcursul vieții, ele formându-se din celulele stem miocardice în urma unui proces complex de diferențiere sub influența factorilor de creștere, a factorilor epigenetici și a unor factori de transcripție(55).

Între endoteliul tubului cardiacprimitiv și mantaua mioepitelială rămâne un spațiu de țesut conjunctiv gelatinos, care va forma țesutul conjunctiv lax subendocardic.

Fig. M. 11 b. Formarea tubilor cardiac(53)

1. intestin primitiv 2. celom intraembrionar 3. tubi cardiaci 4. mezocard dorsal

5. epimiocard 6. șanț neural7. creste neurale 8. notocord 9. aortă dorsală

Din tubul cardiac primitiv care are un capăt cefalic, arterial și unul caudal, venos se individualizează 5 părți : trunchiul arterial, situat anterior, bulbus cordis, ventriculul primitiv, atrium , sinus venosus( fig M. 12.).

Fig. M. 12. Regiunile tubului cardiac

Trunchiul arterial 2. Bulbus cordis 3. Ventricul primitiv 4. Atrium 5. Sinus venosus

3.3. Formarea ansei cardiace

Segmentele enumerate anterior, reprezintă porțiuni dilatate, care sunt separate între ele prin porțiuni îngustate, atât la exteriot cât și la interior, mai ales la interior prin prezența unor îngroșări ale endocardului, pernuțele endocardice.

Între atrium și sinusul venos, la nivelul orificiului de comunicare se gasesc două valvule ce nu permit reîntoarcerea sângelui în timpul sistolei atriale; comunicarea între atrium și ventricul se realizează prin intermediul canalului atrioventricular, îngustat de prezența pernițelor endocardice; între venticul și bulbul arterial este strâmtoarea lui Haller. Lumenul bulbului arterial, cât și a trunchiului, se prezintă îngustat pe toată lungimea prin prezența a doua creste, dorsală și ventrală. După dispariția mezocardului dorsal, cordul rămâne atașat la pereții cavității pericardice la două extremități: la nivel cefalic, unde epicardul se reflectă în foița parietală, adică în regiunea unde trunchiul arterial perforează pericardul pentru a intra in planșeul faringian, mezocardul arterial; altul caudal, unde sinusul venos este cuprins în septul transvers, mezocardul venos. Între aceste 2 mezocarduri se va definitiva, în luna a 3-a fetală sinusul transvers al pericardului.

Din cauza creșterii accelerate a regiunilor ventriculară și bulbară, tubul cardiac care se dezvoltă intr-un spațiu limitat, având și extremitățile fixate ia forma unui S culcat formând ansa bulboventriculară.

Astfel, extemitatea venoasă a tubului cardiac va fi situată la stânga si posterior de trunchiul arterial, bulb și ventricul, iar la extremitatea arterială spre dreapta și anterior. Bulbul și ventriculul formează ansa superioară a S-ului, cu marea curbură spre dreapta și mica curbură spre stânga. Situația se modifică când extremitățile tubului se apropie și au loc modificările de oblicitate ale septului transvers.Extremitatea venoasă, atriul și sinusul venos se situează posterior și superior iar extremitatea arterială, inferior și anterior. Atriul primitiv capătă astfel raport anterior cu bulbul arterial și posterior cu sinusul venos. Având aceste două formațiuni, anterior și posterior, el nu se poate dezvolta decât lateral, unde apar două evaginații mari, viitoarele atrii definitive, se parate la exterior de un șanț în care se gasește trunchiul arterial. Atriile își continuă creșterea, superior și anterior, încât ajung să acopere posterior și lateral, trunchiul arterial și o parte din ventricul. Curbarea ansei cardiace aduce în contact direct bulbul și ventriculul, ale căror pereți fuzioneză parțial.

În săptămâna a 5-a septul dintre aceste două segmente dispare și cea mai mare parte a bulbului este încorporată la ventriculul promitiv. Acesta este separat la suprafață de atriul unic printr-un șanț coronar adânc. La suprafața ventriculului, apare un șanț care separă, la exterior, un ventricul drept mic de unul stâng voluminos. Apariția acestor șanțuri face ca în săptămâna a 6-a, când embrionul are aproximativ 12 mm, cordul să aibă aspectul exterior definitiv.

La această dată cordul embrionului este de 9 ori mai mic decât cel al adultului. În timp ce au loc aceste transformări exterioare, cordul suferă un proces de descensus și suferă și un proces de rotație datorită căruia ventriculele, care erau situate ventral, să se orienteze inferior și la stânga, iar atriile, superior și la dreapta. Simultan cu aceste modificări exterioare au loc procese care duc la separarea cavităților definitive.

3.4. Septarea cordului

Septarea cordului reprezintă un proces esențial în definitivarea procesului de dezvoltare morfogentetică.

Procesul începe la mijlocul săptămânii a 4-a și se termină la sfârșitul săptămânii a 5-a. În urma acestui proces complex rezultă:

Formarea atriilor drept și stâng din atriul prmitiv comun;

Septarea canalului atrioventricular;

Încorporarea sinusului venos la atriul drept și a venelor pulmonare la atriul stâng;

Transformarea parțială a bulbului în ventricul drept;

Diviziunea trunchiului arterial și restului bulbului în trunchi pulmonar și aortă;

Separarea ventriculelor.

Atriul primitiv, cu cele două mari diverticule, va ocupa pentru o perioadă de timp cea mai mare parte a cordului. Fiecare diverticul primește vase diferite, încă dinaintea separării lor în atriile definitive. Diverticulul drept primește vena vitelină dreaptă, ramura dreaptă a venei ombilicale și vena cardinală comună dreaptă. După dispariția dis săptămâna a 5-a, a venei viteline stângi, ramul stâng al venei ombilicale și venei cardiale comune comune stângi, cornul stâng se reduce și devine sinus coronar. Afluentul acestuia este venaoblică a atriului stâng și se varsă în atriul drept. În atriul stâng se deschide numai un vas subțire ce reprezintă trunchiul comun al venelor pulmonare.

La embrionul de 6 mm pe mijlocul pereților dorsal și cranial, își face apariția o plică endocardică de formă semilunară, care crește spre inferior, apropiindu-se de canalul atrioventricular. În lumenul canalului atrioventricular proemină două pernițe, ventrală și dorsală care proliferează și se apropie astfel una de cealaltă, fuzionează și formează septul intermediar. În acest mod, canalul atrioventricular este divizat în doua, unul stâng și altul drept. Între septul prim și septul intermediar se află un orificiu de comunicare între cele două atrii, numit orificiul prim. Înainte de fuzionarea acestor două septuri, în partea posterioară a septului prim se formează orificiul secund, printr.un proces de resorbție. La sfârșitul săptămânii a 6-a singura comunicare între cele două atrii e reprezentată de orificiul interatrial sau secund. În acest timp, la dreapta septului prim, la nivelul peretelui anterosuperior al atriului drept apare septul secund care acoperă inferior orificiul interatrial, determinând apariția orificiului oval. Septul secund va forma la adult limbul fosei ovale. Modalitatea de așezare a celor două septuri este în asa fel încât ele își completează reciproc segmentele lipsă. Diferența presională, în favoarea atriului drept, permite sângelui să treacă în atriul stâng, prin orificiul oval, prin mobilitatea valvei lui. Întoarcerea sângelui în atriul drept nu este posibilă, pe de o parte datorită diferenței presionale, pe de altă parte datorită valvei orificiului oval, care se mulează pe acesta, închizând orificiul.

În stadiul de embrion, orificiul oval reprezintă o adaptare funcțională la respirația fetală, deoarece face posibilă trecerea sângelui din inima dreaptă în cea stângă, ocolind circulația pulmonară. După naștere, inversarea presiunilor, permite fuzionarea valvei cu septul secund și formarea septului interatrial definitiv(Fig. M.13.a.).

Fig. M. 13. a. Septarea cordului

1. valvele sinusului venos. 2. septum primum 3. ostium secundum 4. septum secundum 5. vene pulmonare 6. pernuțe endocardice 7. foramen interventricular

8. septul muscular interventricular 9. foramen ovale

Așadar, atriul drept este format din 3 porțiuni:

Atriul primitiv drept din care va rezulta urechiușa dreaptă și regiunea mușchilor pectinați;

Jumătatea dreaptă a canalului atrioventricular ce va da regiunea netedă situată cranial de valva tricuspidă;

Sinusul venos ce formează sinus venarum.

Atriul stâng este format și el din 3 regiuni:

Vestibulul care ia naștere prin înglobarea porțiunii comune a venelor pulmonare;

Atriul primitiv stâng ce devine urechiușa stângă;

Jumătatea stângă a canalului atrioventricular.

Septarea ventriculelor are loc ulterior septării atriilor. În regiunea ventriculară a tubului cardiac, musculatura are o dezvoltare rapidă și se formează astfel două straturi: superficial, subțire, dar dens și unul profund ce umple în întregime lumenul tubului. Trabeculele sunt învelite de endocard, care trimite prelungiri în spațiile intertrabeculare pline cu sânge. Această situație este întâlnită la pești și amfibieni, însă la mamifere se reduce treptat; unele rămân ca atare devenind trabecule cărnoase ventriculare, altele rămân sub forma mușchilor papilari și cordajelor tendinoase, ce unesc peretele ventricular de valvele atrioventriculare. Stratul superficial se va îngroșa dând naștere musculaturii parietale, în special in zona ventriculară stângă. O parte dintre trabeculele situate pe linia mediană a ventriculului primitiv fuzionează, începând de la nivel apical, formând astfel un sept muscular incomplet reprezentat la adult prin porținea musculară a septului interventricular[56].

Marginea superioară a septului embrionar se dezvoltă spre septul intermediar pe care nu îl atinge însă, lăsând o comunicare interventriculară, orificiul interventricular. La sfârșitul săptămânii a 8-a orificiul va fi obliterat prin fuzionarea septului interventricular cu septul aorticopulmonar și prelungirea caudală a septului intemediar. Acest segment reprezintă porțiunea membranoasă a septului interventricular definitiv(Fig M.13.b.).

Fig. M. 13. b. Septarea cordului

1. septum primum. 2. septum secundum 3. vene pulmonare 4. ostium secundum

5. foramen ovale 6. septul interventricular membranos 7. septul interventricular muscular 8. pernuțe endocardice

Întâlnirea septului interventricular cu septul intermediar este deviată spre dreapta, ajungând la baza valvei septale a orificiului tricuspid, din cauza mișcării de torsiune a pereților tubului cardiac; consecința este raportul direct al atriului drept, pe o mică porțiune, cu ventriculul stâng prin baza valvei septale a orificiului tricuspid.

Desființarea comunicării interventriculare prin realizarea porțiunii membranoase a septului interventricular are loc la sfârșitul lunii a II-a, ca ultimă fază a procesului de septare.

Septarea bulbului arterial

În săptămâna a 5-a, porțiunea caudală a bulbului intră în alcătuirea ventriculului drept căruia îi formează regiunea conului arterial. Trunchiul arterial se scurtează, se turtește pe fețe și la embrionul de 5 mm se divide la nivelul extremității superioare, formând trunchiurile arteriale aortic și pulmonar. În lumenul său și al bulbului arterial apar două creste endocardice longitudinale, dreaptă și stângă, având o direcție în spirală, probabil datorită fluxului sanguin ventricular. Aceste creste vor fuziona și vor forma septul aorticopulmonar sau spiral ce va separa aorta de trunchiul arterei pulmonare, învelite inițial intr-o teacă comună.

Valvulele semilunare aortice si pulmonare se dezvoltă prin apariția la originea aortei și pulmonarei a câte trei proeminențe endocardice, care prin creșterea în înălțime și apariția unei concavități în partea parietală, se transformă ăn valvule semilunare.

Așezarea valvulelor explică modul de separare al aortei de pulmonară: la aortă două valvule anterioare și una posterioară, la pulmonară una anterioară și două posterioare. De asemenea se explică și raporturile dintre cele două mari vase la adult: la origine artera pulmonară este situată anterior și la dreapta aortei, pentru ca apoi să o încrucișeze pe fața ventrală și să treacă la stânga ei [56].

Formarea septului aorticopulmonar începe cranial și coboară spre ventriculul primitiv până la nivelul septului interventricular cu care fuzionează. De aceea, aorta ia anștere din ventriculul stâng iar trunchiul pulmonar din cel drept. Existența bulbului arterial ca parte separată a cordului embrionar, este demonstrată de malformațiile congenitale ale cordului, dintre care peste 90 % sunt datorate unui defect de încorporare a bulbului la ventricolul definitiv drept( stenoza congenitală a arterei pulmonare). La nivel ventricular stâng, bulbul cordului participă la formarea pereților vestibulului aortic, regiune situată inferior de valvulele aortice( fig M.14.).

Valvulele atrioventriculare (mitrală și tricuspidă) se dezvoltă ca proeminențe subendocardice în jurul celor două canale atrioventriculare.

Fig. M.14. Septarea bulbului arterial

1. aorta 2. conotrunchi 3. trunchi pulmonar 4. valvă aortică posterioară 5. valvă aortică stângă 6. valvă aortică dreaptă 7. valvă pulmonară dreaptă 8. valvă pulmonară anterioară 9. valvă pulmonară stângă

Formarea țesutului nodal

Originea celulelor sistemului excito-conductor a reprezentat un topic de interes al multor studii în ultimul an. Referitor la originea lor, s-a crezut că celulele țesutului nodal derivă din celulele crestei neurale cardiace, o populație de celule care au migrat la nivelul placadei otice. Celule neuroectodermale pătrund prin mezocardul arterial și venos și invadează peretele cordului, pentru a se concretiza în fasciculele cunoscute[57,58].

Recent se consideră că țesutul excito-conductor provine din cardiomiociți embrionari. Aceasta origine a fost demonstrată prin marcare retrovirală a unei singure celule miocardice embrionare, care a generat clone pluricelulare care conțin atât miocard de lucru, cât și celule excitoconductoare[59].

În schimb, la urmarirea celulelor marcate, migrate din crestele neurale și din organul proepicardic, acestea nu au fost găsite niciodată în sitemul de conducere, ci în strânsă legătură cu acesta.

Strâns legate de dezvoltarea țesutului excito-conductor sunt populațiile celulare din crestele neurale și din organul proepicardic. S-a observat că ablația crestelor neurale duce la pierderea compactării nodulului atrioventricular și la pierderea izolării sale electrice. Celule migrate din organul proepicardic au loc în diferențierea fibrelor Purkinje. Inhibarea creșterii organului proepicardic duce la hipoplazia și diferențierea anormală a fibrelor Purkinje.

Totuși mecanismul prin care cardiomiocitele embrionare devin fie miocard de lucru, fie țesut excito-conductor nu este pe deplin elucidat. Creșterea și diferențerea factorului Neuregulin a fost demonstrat să inducă cardiomiocitele să se transforme într-un fenotip de sistem de conducere, așa cum a fost demonstrat prin inducția expresiei lacZ după expunerea la Neuroregulin. Recent, o interacțiune dintre Endotelină și Neuroregulina a promovat diferențierea sistemului nodal la murine[60,61].

Nodulul siniatrial se va diferenția în peretele drept al sinusului venos care se va îngoba ulterior în atriul drept și se va situa la nivelul peretelui superior al acestuia.