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Herzentwicklung des menschlichen Embryos

Dieser Text entstand ursprünglich während meiner Zeit am Gymnasium für den Embryologie-Unterricht. Die Recherche und das Schreiben haben mir damals unglaublich viel Spass gemacht, und ich habe die ganzen Informationen zu diesem Thema in mich hineingeschlungen. Wenn ich mir heute die Quellenliste so ansehe, muss ich unweigerlich schmunzeln: Vorlesungen über iTunes U, das waren noch Zeiten!

Herzentwicklung des menschlichen Embryos

Ohne Herz lebt der Mensch normalerweise noch 10 Minuten. Schlägt es aber ein Leben lang, zieht es sich ca. 3.5 Milliarden mal zusammen und entspannt sich wieder. Im heranwachsenden Embryo ist das Herz das erste funktionierende Organ [1].

Bildung des Herzschlauchs

Das Mesoderm, aus dem das Herz entstehen wird, bildet sich während der Gastrulation des Embryoplasten beim Menschen in der dritten Woche nach der Befruchtung. Die Keimscheibe ist nun dreiblättrig. Nun entwickelt sich ein Gefässystem, um die Versorgung durch Diffusion abzulösen. Um die Neuralplatte entstehen hufeisenförmig angeordnete Gefässfragmente (Gefässinseln). Oben am Embryo bildet sich die Herzanlage (kardiogene Platte) mit der Perikardhöhle. Diese werden um 180 Grad gedreht und liegen nun am entstehenden Rücken des Embryos (dorsal). Aus Mesodermzellen bildet sich um die Herzanlage das Myokardium, den Herzmuskel, der sehr früh (25-27 Tag) zu pumpen beginnt. Schaut man sich jetzt die Herzanlage genauer an, sieht man den so genannten Endokardschlauch, der aussenherum von Herzgallerte umgeben ist, wobei diese wiederum durch Myokardmantel und Epikard (Myoepikard) von der Perikardhöhle getrennt werden. Kurz gesagt besteht der Herzschlauch aus dem äussersten Epikard, dann dem Myokard (dem Herzmuskel) und zum Schluss dem Endokard bzw. dem Endokardschlauch. Noch zu betonen ist, dass die Herzanlage am Anfang der Entwicklung in einem nahen Darmabschnitt die Leberbildung induziert (Induktion einer „leberspezifischen Gentranskription“), wobei von der Chorda Dorsalis aber Hemmfaktoren für andere Darmabschnitte gebildet werden müssen [2]. So schafft sich das Herz sozusagen seinen engsten Freund, welcher Blut produzieren kann und wird. Der Herzschlauch hat nun eine Y-artige Form. Es hat zwei Blutgefässe oben und zwei unten, die in eben diesen Endokardschlauch münden. Es sind aber noch keine Lungenvenen oder Aorten zu unterscheiden. Wäre man ein Fisch, würde man im Grunde genommen nicht mehr bekommen, das Herz wäre so ausgebildet.

Bildung der Herzschlaufe

Beim Menschen aber kommt der komplizierte Part erst jetzt, dieser Schlauch muss sich zu dem vierkammerigen Herz wie wir es aus der Anatomie kennen weiterbilden. In Seitenansicht auf den Herzschlauch erkennt man an einem Ende den Einflusstrakt, der sich während der „Schlaufung“ hinter und nach oben des embryonalen Ventrikels, der immer das Blut pumpt, schiebt und sich nach oben dreht (es entsteht die D-Schlaufe). Der Ausflusstrakt (Conus, später in die Lungenarterie endend) wird nach unten gezogen und der Ausflusstrakt wandert weiter hoch, dabei wird immer mehr „Material“ vom Gewebe für die Vorhöfe, dem Sinus venosus (Mündung von Venen in den rechten Vorhof), in die Perikardhöhle bzw. den Herzbeutel gezogen. Umfasst der Einflusstrakt oder besser die entstehenden Vorhöfe links und rechts ein Teil des Ausflusstrakts, wächst das embryologische Ventrikel nach unten und kerbt sich in der Mitte ein (benennt als Sulcus interventricularis), um später zum linken und rechten Ventrikel (Herzkammer) zu werden. Das Perikard (Perikardhöhle, Herzbeutel) wird sehr früh bei der Herzanlage gebildet (23 Tag). Es liegt zuerst kranial (am Kopf) des Embryos und ist nach der 180 grädigen Drehung ventral (gegen den Bauch) der Herzanlage zu finden (vor der Drehung dorsal, also gegen den Rücken, was die 180 Graddrehung verbildlicht).

Bildung der Vorhöfe und der Ventrikel

Nach der Faltung fliesst das Blut aber immer noch gerichtet von der Plazenta durch das Herz. Da nun die inneren Umbauten wichtiger als die äusseren sind, vernachlässige ich die äussere Entwicklung. Bei den Übergängen von Vorhöfen und Ventrikel bilden sich starke Einkerbungen, dadurch verengt sich innen den Verbindungskanal zwischen Vorhof und Ventrikel (AV-Kanal, Canalis atrio-ventricularis). Der AV-Kanal verschiebt sich noch nach rechts, so dass er nun in der Mitte des Herzens ist, wodurch beide Ventrikel mit dem jeweiligen Atrium verbunden sind und zwei Wege für das Blut entstanden. In der Mitte dieses Kanals ist das AV-Kissen, dass später mit den nun wachsenden Zwischenhäuten (Septum primum der Atrien, Septum interventiculare der Ventrikeln) in Ventrikel und Vorhof zusammenwachsen wird und so linke und rechte Herzkammer unterteilt. Wichtig zu erwähnen ist, dass das Septum interventiculare, also die Trennhaut zwischen linkem und rechtem Ventrikel, zum Großteil passiv entsteht. Es findet durch die Grössenzunahme der Ventrikel eine Einschnürung statt. Diese Bildung der vier Kammern geschieht etwa während dem 32-50 Tag.

Bildung der Klappen

Schneidet man etwa am 30. Tag die Ventrikelkammer quer zum AV-Kanal, sieht man einen Spalt, der aber schon einen linken und rechten Kanal erkennen lässt. In der Mitte findet man das AV-Kissen, welches später zusammenwächst und so die beiden Kanäle komplett trennt. Im Ventrikelmuskel lässt sich auch schon das Septum als feine Ausbeulung erkennen. Nach dem Zusammenwachsen des Mittelteils des AV-Kanals sind die beiden Verbindungsgefässe für Atrien und Ventrikel gebildet. „Aufgehängt“ an übergebliebenen Septen bilden sich aus Endothelzellen, die von Muskeln unterlagert sind, die Segelklappen, welche bei Systole verhindern, das Blut zurück in das Atrium gedrückt wird. Die Taschenklappen, welche verhindern das Blut von der Ausstrombahn zurück fliessen, werden aus dem Endokard (der Herzinnenhaut) gebildet. Zur Verbesserung der Dichtung werden manchmal am Rand der Taschenklappe Verdichtungen gebildet.

Fehlbildungen

Durch diese komplexe Entwicklung ist es erstaunlich, das nur ca. 0.8% der Menschheit angeborene Herzfehler hat [3]. Öffnungen in der Scheidewand des Herzens entweder von Ventrikel oder Atrien können während der ersten Lebensjahre komplett verheilen, manche sind aber so gross, dass eine Operation sofort durchgeführt werden muss. Verengungen oder im allgemeinen Fehler bei der Klappenbildung können heutzutage sogar mit künstlichen Klappen ersetzt werden. Es können minimal invasive Operationen durchgeführt werden. Durch Blutgefässe können Geräte in das Herz eingeführt werden, ohne den ganzen Brustkorb öffnen zu müssen.

Quellenangaben

[1] A. Moorman, S. Webb, N. A. Brown, W. Lamers, and R. H. Anderson, “DEVELOPMENT OF THE HEART: (1) FORMATION OF THE CARDIAC CHAMBERS AND ARTERIAL TRUNKS,” Heart, vol. 89, no. 7, pp. 806-814, 2003.

[2] J. W. Rohen and E. Lütjen-Drecoll, Funktionelle Embryologie: die Entwicklung der Funktionssysteme des menschlichen Organismus; mit 9 Tabellen. Schattauer Verlag, 2012, p. 74.

[3] D. Bernstein, “Mending a broken heart,” presented at the lecture, Stanford School of Medicine, Sept. 27, 2011.