THE DEVELOPING HUMANTHE DEVELOPING HUMAN

The Respiratory SystemThe Respiratory System

ผศ.ดร. นซาอดะห ระเดนอาหมด

ภาควชากายวภาคศาสตร

มหาวทยาลยสงขลานครนทร

PSUPSU22/08/2011

Development ofe e op e o

B d C i i Di hBody Cavities, Diaphragm

2

22- day embryo:H h h d i t b i lHorseshoe-shaped intraembryonic coelom

intraembryonic coelom ตดตอกบ extraembryonic coelom3

t ae b yo c coe o e t ae b yo c coe o

26- day embryo: York sac หดสน, amniotic cavity ยดยาวออก

428- day embryo::

Ventral mesentery disappearedPeritoneum

ตนสปดาหท 5

Dorsal mesentery เปนทางผานของ arteries,nerves, lymphaticsไปเลยง gut

Ventral mesentery

g

Ventral mesentery disappeared: except atTerminal esophagus,StomachStomach,1st part of duodenum,Falciform lig. of liver

5

Day 26

• Yolk sac เรมหดสนขน ขณะเดยวกน amniotic cavity ยดตวออกไปyเรอยๆ ทาใหคลมตวออนไวมากขน จงเหน intraembryonic coelom ไดชดเจนขนและยงคงตดตอกบ extraembryonic coelom อยไดชดเจนขนและยงคงตดตอกบ extraembryonic coelom อย

• Yolk sac หดสนมากขน จนเหลอนอยมาก สวน dorsal part เรมปรากฏเหนเปน primitive gut ซงจะเจรญเปน GI tract ตอไปปรากฏเหนเปน primitive gut ซงจะเจรญเปน GI tract ตอไป

• intraembryonic coelom เหนชดเจนมาก โดยถกประกบอยระหวาง

gut, yolk sac & somatic mesoderm (somatopleure) ซงg , y ( p )กาลง form ตวเปน muscles ของ body wall

6

Day 28Day 28

Y lk ไ t • Yolk sac หดตวเขาไปหมดแลว กลายเปน gut สมบรณ ขณะเดยวกน

somatic mesoderm จากทงสองขางของลาตวเรม fuse กนตรงกลาง ทาใหตด intraembryonic coelom ออกเปนเอกเทศออกจาก

extraembryonic coelomextraembryonic coelom

• ตอมา ventral mesentery สญ.จะหายไปหมด ยกเวน ใน upper abdomen หนาตอตบกลายเปน falciform ligament of liver ทาให gintraembryonic coelom ซงเดมม 2 ขางลาตวกลายเปน cavity ใหญเพยงอนเดยวเพยงอนเดยว

7

StomachFalciform ligament

• เมอมการ form diaphragm (เจรญแทรกเขามา

ใน intraembryonic cavity) ทาใหเกดการแบง

ปintraembryonic cavity ออกเปน

• thoracic cavity อยเหนอ diaphragm และ

• peritoneal cavity ซงอยใต diaphragm

เมอมการเจรญของหวใจและ mediastinum ทาให thoracic cavity ถกแบงยอย

เปน pleural cavity 2 ขาง โดยม pericardial cavity แทรกอยตรงกลาง

In adultsIn adults

P i di l it ใ• Pericardial cavity เปนทอยของหวใจ เจรญมาจาก

intraembryonic coelom ทอยตรงระดบอก

Pl l it ป ป • Pleural cavity เปนทอยของปอด เจรญมาจาก

intraembryonic coelom ทอยตรงระดบอก

• Peritoneal cavity เปนทอยของระบบทางเดนอาหาร เจรญ• Peritoneal cavity เปนทอยของระบบทางเดนอาหาร เจรญมาจาก intraembryonic coelom ทอยตรงระดบทอง

10

The Embryonic Body CavityThe Embryonic  Body Cavity

Wk 4: intraembryonic coelom เจรญเปน 3 โพรงดงน

1.Pericardial cavity ชองเยอหมหวใจ

2.Pericardioperitonal canals ม 2 ชอง

3.Peritoneal cavity ชองเยอบชองทองy

11

PLEURA

Parietal pleuraParietal pleuraVisceral pleura

Pleural cavityPleural fluidPleural fluidFibrous adhesion

Hilus of lung

Pleural Recess

• Costodiaphragmatic Costodiaphragmatic recess

End at 8th rib- End at 8th rib

C t di ti l • Costomediastinal recess- ICS 4-5

13

Pericardium /Pericardial sacm

FibFibrous

Serous

Pericardial cavityPericardial cavity

Small intestine

MesenteryDuodeno-jejunal junction

S h Stomach: omentum

Small intestine: Small intestine: mesentery

P i t lLarge intestine: Parietal peritoneum

Large intestine:mesocolon

Development Development of

Diaphragm

Diaphragm เจรญมาจาก 4 สวนDiaphragm เจรญมาจาก 4 สวน

1. Septum transversum

2. Pleuroperitoneum membrane

3 Dorsal esophageal mesentery3. Dorsal esophageal mesentery (mesoesophagus)

4. Muscle of body wall4. Muscle of body wall18

Positional changes of the developing diaphragmg g g

41 days41 days(wk 6)

A 24 d ( k 4) 52 daysA. 24 days (wk 4):Septum transversum at C3-5

52 days(wk8)

19

แตยงคงไดรบ nerve supply มาจาก C3-5 (phrenic n.)***

ภาพตดขวาง cranial to septum transversumแสดงการเจรญของ fibrous pericardium

Phrenic n

6 k

Phrenic n.Pleuropericardial fold

Pleuropericardial membrane

5 wks 6 wks

8 wks

Phrenic n. Fibrous

207 wksFibrous pericardium

PHRENIC NERVE ใ fib ทอดตวอยใน fibrous

pericardiump

33-day embryoDev of septum transversum

Pleuroperitoneal membraneMesoderm ของ

Pleuroperitoneal membraneBody wall: ventrolaterale o a e a

Septum transversumposterior

แยกตบออกจากหวใจ

22

แยกตบออกจากหวใจ

Anterior

(large)

มองจากดานลาง

The end of 5th wk (A, B)6th k (C) 12th k (D) (small)6th wk (C); 12th wk (D) (small)

23

Origin of Di hDiaphragm

crusc us

24

Extension of pleural cavities into body walls to form peripheral parts of diaphragm, costo-diagphragmatic recesses, dome-shaped of diaphragmp g , gp g , p p g

25

Body wall tissue added peripherally to the diaphragm as the lung, pleural cavities enlarge เพอยดกะบงลมใหตดกบ inner surface ของ body wall.

สรปการเจรญของ diaphragm1. Septum transversum: wk 4-5เจรญเปน central tendonเจรญเปน central tendon

2. Pleuroperitoneum membrane: wk 6-7 เจรญเปน posterolateral portion

3 Dorsal esophageal mesentery (mesoesophagus): wk 6-7 3. Dorsal esophageal mesentery (mesoesophagus): wk 6-7 เจรญเปน posterior part & crura

4. Muscle of body wall: wk 9-12 เจรญเปน peripheral part

26

Posterolateral defect in diaphragm

(1)

มกพบรวมกบ CDH

1/2200 of newbornEventrationof diaphragm

(2)Eventrationof diaphragm

( )ขอบขอบกะบงลม

ปกตเปนกลามเนปกตเปนกลามเน

27เปนเมมเบรนแทน

Diaphragmatic hernia on left side

C: intestinal loops

A: Liver, stomach, bowel herniation

28

B: underneath liver into left chest; pulmonary hypoplasia

Ultrasound scan of thorax: h t hift d t th i ht t h t th l ftheart shifted to the right, stomach to the left

Through posterolateral defect inThrough posterolateral defect in“Congenital diaphragmatic hernia”

29Vertebral spine

The Lower Respiratory OrgansThe Lower Respiratory Organs

• Larnyx

• Trachea• Trachea

• Bronchus

• Bronchioles

• Alveolar ducts

• Alveoli• Alveoli

• Alveolar sacs30

Bronchial treeBronchial tree

Extrapulmonary bronchus = 1ry

31Intrapulmonary bronchus = 2nd 3rd

Terminal bronchioleRespiratory bronchioleRespiratory bronchiole

No cartilageNo cartilage

Alveolar ductAlveolar ductAlveolar sacAlveolus/ Alveoli

32

Respiratory primodium 4-wk embryo

Laryngotracheal groove Laryngotracheal diverticulumy g g Laryngotracheal diverticulum

Respiratory primodium

Endoderm: epithelium, glands ofEndoderm: epithelium, glands ofLarynx, trachea, bronchi

Splanchnic mesenchyme รอบ foregutCNT, cartilage, smooth m.

34

Development of tracheoesophageal septum

35

4th-5th wks

Development of Respiratory Diverticulum

Upper Larynx

Middle Trachea

36Lower Bronchus, lung

Larynx

E i l tti

C if

Epiglottis

False vocal cordCuneiform

True vocal cordVentricle / Vestibule

True vocal cord

Development of larynx

4 k 5 wksmesenchyme4 wks 5 smesenchyme

396 wks 10 wksPrimodial glottis (T)

recanalizationEpith ตน

Development of larynx1) Neural crest cells mesenchyme Cartilages2) Muscles เจรญมาจาก myoblast of ) ญ y

4th, 6th pairs of pharyngeal arches

• Laryngeal branch of vagus nerve• (nerve ประจาของ arch น)(nerve ประจาของ arch น)

3) Epiglottis เจรญมาจาก mesenchyme of caudal part of3) Epiglottis เจรญมาจาก mesenchyme of caudal part of hypopharyngeal eminence of 3rd, 4th pharyngeal 

harches4) Rostral part: เจรญเปน post. 1/3 of tongue

40

) p ญ p / g

Development of trachea

Endoderm: epithelium, glands

41

Splanchnic mesenchyme: CNT, cartilage, smooth m.

Development of tracheaEpithelium

Endoderm

4 wks 10 wksOf larnyx, trachea, bronchi

Gl d

11 wks

Glands

S l h i h ป CNT l til42

11 wks Splanchnic mesenchyme: จป. CNT, muscle, cartilage

TRACHEATRACHEA

Trachealis mTrachealis m.(smooth m.)

Hyaline cartilageHyaline cartilagex 10-12

Tracheoesophageal fistula (TEF)p g ( )

A: EsophagealA: Esophageal atresia: 85% cases

A, B, D: air can enter distal esophagus stomach;A, B, D: air can enter distal esophagus, stomach; Esophageal & gastric contents may enter trachea, lung

44

Development of Bronchi & Lung

45

ไ ใ

Development of Bronchi & Lungการเจรญของปอดเขาไปใน splanchnic mesenchyme ซงอยตดกบ

Pericardioperitoneal canals (ซงเปนตนกาเนด pleural cavities)

5 wks 6 wks

46Development of pleura: A=5 wks, B=6 wks

47

48

Develoment of bronchial buds, bronchi, lungs

2nd bronchus

49

Maturation of the lungs แบงเปน 4 ระยะ ดงน

1 Pseudoglandular (สปดาหท 6-16)1. Pseudoglandular (สปดาหท 6-16)

2 C li l i d ( ป 16 26)2. Canalicular period (สปดาหท 16-26)

3. Terminal sac period (สปดาหท 26-ระยะคลอด)

4. Alveolar period (32 สปดาห-8 ป)

50

51

Respiratory bronchiole:

Alveolar duct Alveolar duct 3-6 brs.

Alveolus เรมปรากฎ

BAB

ฎ

ใน wk 32

52

Pneumocyte type I, II

53

สรป Develoment of bronchial buds, bronchi, lungs

• Wk 4 • Respiratory/lung  bud primary 

, , g

• Wk 7

p y/ g p ybronchial buds 2nd , 3rd bronchial buds 

• 2nd bronchus 3rd bronchiWk 7  2 bronchus 3 bronchi

• Rt. = 10 segmental bronchi

Lt 8 9 t l b hi• Lt = 8‐9 segmental bronchi

• + mesenchyme = bronchopulmonary segment

• = 24 branches (wk 24)

• After birth (7 more branches)

54

Bronchopulmonary segmentsp y g

BronchioleNo submucosal glands

No cartilage

No submucosal glands

BronchusFragmented cartilageg g

การแลกเปลยนกาซเรมทการแลกเปลยนกาซเรมท

Respiratory bronchiole

1. Pneumocyte type Iy yp2. Pneumocyte type II: สราง surfactant3. Dust cells = macrophage

Alveolar ductsAl l

Alveolus = simple squamous epith.Alveolar sacs

p q p

1. Pseudoglandular (สปดาหท 6-16)g ( )

ใ เนอเยอปอดทกาลงเจรญอยในขณะนมลกษณะคลายตอมมทอ (รปท

4-11A)

ป ป ป เมอถงสปดาหท 16 องคประกอบทสาคญๆ ของปอดมการพฒนาแลว

ยกเวน อวยวะทเกยวกบการแลกเปลยนกาซ ฟตสจงยงไมสามารถ

หายใจได

ดงนนถาฟตสคลอดออกมาในระยะนจะไมสามารถมชวตรอดได

59

2. Canalicular period (สปดาหท 16-26)

ทอของ bronchi และ terminal bronchioles ขยายขนาดใหญขนและเนอเยอ

ปอดไดรบเลอดมาเลยงมากขน (รปท 4-11B) เมอครบ 24 สปดาห แตละ ปอดไดรบเลอดมาเลยงมากขน (รปท 4 11B) เมอครบ 24 สปดาห แตละ

terminal bronchiole จะแตกแขนงใหเปน respiratory bronchioles 2 แขนง

หรอมากกวา 2 แขนง แตละ respiratory bronchioles เจรญตอไปเปน หรอมากกวา 2 แขนง แตละ respiratory bronchioles เจรญตอไปเปน

alveolar ducts 3-6 แขนง (primodial alveolar ducts) ดงนนการหายใจ

เกดขนไดในชวงปลายของระยะน เนองจาก t i l ( i di l l li) เกดขนไดในชวงปลายของระยะน เนองจาก terminal sacs (primodial alveoli)

ซงมผนงบางมาก เรมปรากฏทสวนปลายของ respiratory bronchioles และ

ป เนอเยอปอดมหลอดเลอดมาเลยงมากพอ ดงนนทารกทคลอดกอนกาหนด

ในชวงปลายของระยะนจะสามารถรอดชวตไดถาไดรบการดแลอยางใกลชด

ไ โ ใอยางไรกตามทารกมโอกาสรอดชวตนอยเชนกน ถาระบบทางเดนหายใจและ

ระบบอนๆ ยงเจรญไมเตมท

60

3.Terminal sac period (สปดาหท 26-ระยะคลอด)

• ในระยะน terminal sac หรอ saccules มการเจรญอยางมากมาย (รปท 4-

11C) และเยอบผวทประกอบเปนผนงมลกษณะบางมาก หลอดเลอดฝอยจะ11C) และเยอบผวทประกอบเปนผนงมลกษณะบางมาก หลอดเลอดฝอยจะ

เรมแทรกเขาไปใน alveoli ผวสมผสทเกดจากเยอบผวและ endothelial cells

กอใหเกด “blood-air barrier” ทาใหเกดการแลกเปลยนกาซไดและทาใหกอใหเกด blood-air barrier ทาใหเกดการแลกเปลยนกาซไดและทาให

ฟตสรอดชวตไดหากคลอดกอนกาหนดในชวงน

ใ ป • ในสปดาหท 26 เยอบผวของ terminal sac จะถกบดวย type I pneumocyte

ซงเปน squamous epithelial cells ทเจรญมาจาก endoderm และเปนบรเวณ

ทมการแลกเปลยนกาซเกดขน ขณะเดยวกนหลอดเลอดฝอยทอยใน

mesenchyme ทลอมรอบ alveoli มการแตกตวอยางรวดเรวพรอมๆ กบท

หลอดนาเหลองฝอยมการเจรญอยางรวดเรวเชนกน ระหวาง squamous

epithelial cells มเซลลอกชนดทแทรกอยเปนระยะๆ เปนเซลลรปรางกลม

61

3 Terminal sac period (cont )3.Terminal sac period (cont.)

• ทาหนาทหลงสารเรยกวา type II pneumocyte ทาหนาทหลง ทาหนาทหลงสารเรยกวา type II pneumocyte ทาหนาทหลง

pulmonary surfactant สาร surfactants เคลอบเปนแผนฟลมบางๆ

ใ ดานในของ terminal sacs ชวยลดแรงตงผวทบรเวณ air-alveolar

interface และชวยให saccules (primodial alveoli) ขยายตวได โดย

ปองกนไมใหเกด atelectasis (การแฟบของถงลมขณะหายใจออก)

• การสราง surfactant จะเพมขนในตอนทายของการตงครรภ โ ใ โดยเฉพาะอยางยงในชวง 2 สปดาหกอนคลอด

62

4. Alveolar period (32 สปดาห-8 ป)

• ถงลมเรมปรากฏเมออายครรภ 32 สปดาห โดยเยอบผวของ terminal sac

ป จะมลกษณะบางมากเปนชนด squamous epithelial layer เซลลทบคอ type I

pneumocytes มลกษณะบางมากจนหลอดเลอดฝอยแทรกเขาไปใน terminal

ไ ป ฟ ป ป sacs ได (รปท 4-11D) เมอเขาสระยะทายของฟตส ปอดสามารถแลกเปลยน

กาซได เนองจาก alveolocapillary membrane (pulmonary diffusion barrier

ป หรอ respiratory membrane) มลกษณะบางมากพอทจะเกดการแลกเปลยน

กาซได แมวาปอดจะไมเรมทางานจนกวาทารกจะคลอด แตพฒนาการของปอด

ป ไ ตองพรอมทจะทางาน เพอวาเมอทารกคลอดออกมาแลว ปอดจะไดเรมทางาน

ทนท

• เมอเรมเขาสระยะ alveolar stage แตละ respiratory bronchiole จะไปสนสดใน

terminal sac ซงมผนงบางมากและถกแยกจากกนดวยเนอเยอเกยวพน

terminal sac เหลานตอมากคอ alveolar ducts นนเอง63

Self testsSelf tests

f 1. การสราง surfactant เรมเมอฟตสอายเทาใด?

2. ทารกคลอดกอนกาหนดอายเทาใดจงจะมชวตรอด? เพราะอะไร?

3. พฒนาการของถงลมเสรจสมบรณเมออายเทาใด

S ?4. สาเหตหลกของ RDS คออะไร? ทาไมจงเรยกวา hyaline membrane ?5. ความผดปกตของ trachea ชนดใดทพบบอยทสด6. จงบอกความผดปกตของกะบงลมทพบไดบอยมา 2 ชอ

64

กรงโรมมไดสรางในวนเดยว

66

Fetal breathing movements (FBMs)

67

Congenital lung cysts

A A i di t l l ft id it l tiA. Arrow indicates a large left-sides congenital cystic adenomatoid malformation; the heart (asterisk) shifted to the rightthe heart (asterisk) shifted to the right

B. Axial computed tomography image of the thorax in an infant

68

p g p y gwith a large right-sided congenital bronchogenic cyst (asterisk)