Präsentation der Lernziele der einzelnen Module dieses Kurses, mit anderen Worten, das Wissen, das der/die Studierende sich im Laufe des Studiums dieses Kurses aneignen sollte

Einführung in den Kurs mit Hilfe der Zusammenfassungen der einzelnen Module.

Die Lunge nimmt im Gegensatz zu anderen Organsystemen ihre Funktion als Gasaustauschapparat erst mit der Geburt auf. Sie hat aber während der Schwangerschaft eine wichtige Funktion als Amnionflüssigkeit produzierendes Organ. Pränatal sind die Lufträume daher mit Amnionflüssigkeit gefüllt, welche mit den ersten Atemzügen fast schlagartig durch Luft ersetzt werden. Auch ändern sich mit der Geburt die Durchblutungsverhältnisse auf dramatische Weise.

Folgende Entwicklungsschritte sind für die zukünftige Aufgabe der Lunge als gasaustauschendes Organ von Bedeutung:

• ein weit verzweigter Atemwegsbaum mit einem mukoziliären Reinigungsmechanismus
  
• eine komplexen Gasaustauschregion mit kurzer Diffusionsstrecke
  
• ein dichtes Kapillarnetz, das mit den Lufträumen in engem Kontakt steht (Blut-Luftschranke)
  
• ein Oberflächenfilm (Surfactant), der durch Reduktion die Oberflächenspannung der Alveolen und dadurch deren Kollapsneigung verringert.

Man unterteilt die Lunge morphologisch in zwei Abschnitte:

1. Luftleitender Anteil (leitende Atemwege)
   
2. gasaustauschender Anteil (Lungenparenchym)

Als gasaustauschendes Organ hat die adulte Lunge eine Oberfläche von ca. 140 m², was nur mit einer enormen Differenzierung des embryonal angelegten Trachealschlauches in komplexe Lufträume erreicht werden kann. Grundlage dafür sind die dichotomen Teilungen, im Mittel 16 Generationen rein luftleitende Atemwege, die in den Bronchioli terminales enden. Die folgenden ca. 7 Generationen von dichotomen Teilungen dienen dem gasaustauschenden Parenchym. Durch die Differenzierung des Parenchyms entsteht eine sehr dünne Diffusionsbarriere zwischen Luft und Blut (Blut-Luftschranke), die an dünnen Stellen im Bereich von 0.05-0.25mm liegt. Funktionell ebenso wichtig ist die rechtzeitige Differenzierung der Typ II Alveolarepithelzellen, welche für die Produktion des Surfactants verantwortlich sind.

Die Gesichtsregion entwickelt sich ventral des rostralen Neuralrohrs aus Teilen der Notochorda, und dem Pharynx, der beidseits von einer Serie von Aortenbögen umgeben ist. Zwischen diesen Strukturen und dem Ektoderm hat es eine grosse Zahl von Neuralleistenzellen (neurektodermaler Herkunft) und Mesenchymzellen, die vom Mesoderm abstammen. Sie haben eine Tendenz zu segmentaler Anordnung und bilden die verschiedenen Abschnitte der Gesichtswülste und die Pharyngealbögen. Das Gesicht und der Kiefer stammen aus einem unpaaren Stirnnasenwulst (Processus fronto-nasalis) und beidseits einem Processus maxillaris und mandibularis ab, die vom ersten Pharyngealbogen stammen. Durch unterschiedliches Wachstum der einzelnen Fortsätze bildet der Prozessus fronto-nasalis die obere Hälfte des Gesichtes (Prozessus frontalis) und die Nase bzw. den mittleren Teil von Oberkiefer und –lippe (Prozessus nasalis medialis und lateralis). Der Prozessus maxillaris vereinigt sich mit dem Prozessus nasalis medialis und bildet den lateralen Teil des Operkiefers und der Oberlippe. Der Prozessus mandibularis bildet den Unterkiefer und das Kinn. Zwischen dem Prozessus nasalis lateralis und dem Prozessus maxillaris entsteht der Ductus nasolacrimalis, der die Orbita mit der Cavitas nasalis verbindet.

Der Gaumen entsteht durch die Fusion des unpaaren Prozessus palatinus medialis (primären Gaumen) mit den beiden Prozessus palatini laterales (sekundärer Gaumen).

Die Nase entsteht aus den beiden Nasenplakode im Stirnnasenwulst. Sie sinken ein und bilden zwei Nasensäcke, die beidseits aussen durch den Prozesses nasalis lateralis (später Nasenflügel) und medialis (später Nasenseptum) begrenzt sind. Die Nasensäcke (primäre Nasenhöhlen) öffnen sich durch die Choanen in die Mundhöhle. Erst etwas später erweitern sich diese beiden Nasenhöhle nach hinten. Sie bleiben in der Mitte durch das Nasenseptum voneinander getrennt Der sekundären Gaumens trennt sie von der primären Mundhöhle.

Die Zähne bilden sich durch die Interaktion zwischen einer ektodermalen Leiste im Ober- bzw. Unterkiefer und Neuralleistengewebe. Zuerst sind sie kappenförmig und später glockenförmig. Der ektodermale Anteil bildet das Schmelzorgan (Ameloblasten), welche die harte Zahnschmelzschicht bilden. Im Innern bilden sich aus dem Neuralleistengewebe die Odontoblasten, welche für die Dentinproduktion verantwortlich sind. Auch die Speicheldrüsen stammen von Aussprossungen des Ektoderms ab.

Die Zunge entsteht aus verschiedenen Wülsten im Bereich des Pharynxbodens. Dadurch erklärt sich das komplizierte Innervationsmuster der Zunge. Die Muskulatur der Zunge stammt von den okzipitalen Somiten ab, die mit dem Nervus glossopharyngeus (Hirnnerv XII) in die Zunge (Zungenstrang) einwandern.

Alle Pharyngealbögen werden im Innern durch die Schlundtaschen (Sacci pharyngeales) und auf der Aussenseite durch die Schlundfurchen (Sulci pharyngeales) begrenzt. Sie bilden viele verschiedene Strukturen im Halsbereich. Aus dem 1. Pharyngealbogen entsteht der Ober- und Unterkiefer. Die 1. Schlundfurche bzw. Schlundtasche bildet mit dem sie umgebenden Mesenchym des 1. und 2. Pharyngealbogens die zahlreichen kleinen Anteile des Mittelohrs und den Meatus externus. Die 2., 3. und 4. Schlundfurche obliterieren und bilden die Oberfläche des Halses. Komponenten des 2. bis 4. Pharyngealbogens bilden die Skelett-, Muskel- und Bindegewebsanteile des Halses. Schliesslich entstehen aus der 3. und 4. Schlundtaschen beidseits Anteile des Thymus, der Parathyroidea und das Corpus ultimopharyngeale (nur aus 4. Schlundtasche). Die Thyroidea entsteht als unpaare ventrale Aussprossung aus dem oberen Pharynxbereich (Foramen caecum).

Der Darm entsteht aus einem Rohr, welches sich aus dem Endoderm bildet. Kranial endet dieses Rohr an der Membrana oropharyngealis und kaudal an der Membrana cloacalis. Er wird unterteilt in einen Vorder-, Mittel- und Hinterdarm. Der Mitteldarm steht in Verbindung mit der Vesicula umbilicalis. Die unterschiedliche Entwicklung der verschiedenen Darmabschnitte beruht auf lokalen Interaktionen mit dem umgebenden Mesenchym (epithelio-mesenchymale Interaktion). So bilden sich als ventrale Aussprossungen neben der Thyroidea im obersten Abschnitt die Primordia des Respirationssystems, des Pankreas und der Leber bzw. Gallenblase.

Der Oesophagus bleibt als Rohr bestehen, obliteriert aber im Laufe der embryonalen Entwicklung und erfährt erst in der Fetalzeit eine Rekanalisation. Er verlängert sich, wie fast alle Darmabschnitte, beträchtlich mit dem Wachstum des Embryos. Der Magen erscheint schon früh als spindelförmige Erweiterung. Er ist an einem dorsalen und ventralen Mesogastrium aufgehängt und gelangt durch Rotation in seine adulte Lage. Der Mitteldarm bildet wegen der grossen Längenzunahme eine Schlaufe in das Nabelzölom (physiologische Nabelhernie). Durch die Aufrichtung des Embryos in der späten Embryonalzeit können sich die Darmschlaufen wieder in die Bauchhöhle zurückverlagern, erfahren aber eine Drehung (270 Grad) um die eigene Achse. Dies führt zur charakteristischen Anordnung des Colons um die Schlaufen des Dünndarmes. Auch verwachsen später Teile des Mesenteriums mit der hinteren Bauchwand. Dadurch liegen das Colon ascendens und descendens sekundär retroperitoneal. Wie beim Oesophagus obliteriert auch das Lumen des Dünndarms während einer gewissen Zeit in der frühen Fetalzeit, um nachher wieder rekanalisiert zu werden.

Pankreas und Leber bzw. Galle bilden sich als Aussprossungen aus dem Darm. Das Primordium der Leber entsteht auf Höhe des Septum transversum. Durch die enorme Grössenzunahme dehnt sie sich aber in die Bauchhöhle aus und bleibt nur noch durch die Area nuda mit dem Septum transversum (Zwerchfell) verbunden. Sie bildet mit den Vasa omphalomesenterica zusammen das komplizierte System der Sinusoide der Leber. Das Pankreas entsteht aus zwei Anteilen, dem Pankreas ventrale und dorsale. Durch Verlagerung des ventralen Anteils um das Duodenum vereinigen sich die beiden und bilden im Mesogastrium dorsale das definitive Pankreas, welches sich aber etwas später an die hintere Bauchwand legt . Durch die Verwachsung der Mesenterien in diesem Bereich liegt auch das Pankreas schliesslich sekundär retroperitoneal.

Im ganzen Intestinaltrakt können viele verschiedene Missbildungen entstehen. Sie reichen von Stenosen, Atresien, Duplikationen, Fisteln, Divertikel bis zu abnormalen Rotationen. Auch können genetische Störungen für Malformationen in diesem Bereich verantwortlich sein.

Aus funktioneller Sicht lässt sich das Nervensystem in ein somatisches und ein autonomes Nervensystem einteilen. Aus anatomischer Perspektive hingegen unterscheiden wir zwischen peripheren Komponenten, den Nerven und Ganglien, sowie aus zentralen Anteilen in Gehirn und Rückenmark. Die peripheren Komponenten beinhalten die afferenten (sensibel/sensorische) und die efferenten (motorischen) Verbindungen zwischen Rezeptoren und Zentralnervensystem einerseits sowie Zentralnervensystem und Erfolgsorganen andererseits. Dieses Modul befasst sich in erster Linie mit der Entwicklung des Zentralnervensystem.

Unter dem Einfluss von Chorda und Mesoderm entwickelt sich im dorsalen Ektoderm eine Verdickung, die Neuralplatte 7 . Zwischen dem 19. und dem 32. Tag der Embryonalentwicklung wird diese Neuralplatte zum Neuralrohr 10 umgeformt. Daraus gehen Gehirn und Rückenmark hervor. Bereits vor dem Schluss des Neuralrohrs wandern die Zellen der Neuralleisten aus 9 . Sie liefern im Wesentlichen das periphere Nervensystem. Die Umwandlung von Zellen des Oberflächenektoderms in neurektodermale Zellen beruht auf der fehlenden Sekretion eines hemmenden Faktors. Hinzu kommen verschiedene sekretorische Signalmoleküle, welche die Polarität, die innere Organisation und die Segmentierung des Neuralrohrs festlegen. Die dorso-ventrale Differenzierung manifestiert sich am Rückenmark in einer Trennung der sensorischen und der motorischen Komponenten.

Ab dem 25. Tag 9 lassen sich am rostralen Ende des Neuralrohrs drei Bläschen unterscheiden, das Prosencephalon, das Mesencephalon und das Rhombencephalon. Mit der 5. Woche setzt die weitere Unterteilung des Prosencephalons in Telencephalon und Diencephalon und des Rhombencephalons in Metencephalon und Myelencephalon ein. Da am Mesencephalon keine weitere Gliederung erfolgt, ergeben sich daraus 5 sekundäre Hirnbläschen.
Das Nervengewebe entsteht im Bereiche der ependymalen Proliferationszone, welche an den inneren Hohlraum angrenzt. In der ersten Hälfte der Embryonalentwicklung entstehen aus dieser Schicht die Gliazellen und die Nervenzellen, deren Neuriten erst anschliessend myelinisiert werden.
Aus dem zentralen Hohlraumsystem gehen die Ventrikel des Gehirns und der damit zusammenhängende Zentralkanal des Rückenmarks hervor.

Das Rückenmark differenziert sich rasch zwischen der 6. und der 10. Woche. Analog zur Bildung der Somiten des Mesoderms kommt es auch am Rückenmark zu einer segmentalen Gliederung (Metamerie). Die sensiblen Dorsalwurzeln und die motorischen Ventralwurzeln verbinden sich in jedem Segment zur Bildung der paarigen Spinalnerven. Diese segmentale Organisation wird durch die aufsteigenden und die absteigenden Bahnen zur Verbindung von Gehirn und Rückenmark ergänzt.

Seitlich am Telencephalon erscheinen um die 6. Woche zwei seitliche Bläschen, aus denen sich später die Grosshirnhemisphären entwickeln 14 . Im dorsalen Teil der Bläschen, dem Pallium, entsteht der Grosshirnrinde durch radiäre und tangentielle Einwanderung der verschiedenen Nervenzellen. Diese zelluläre Differenzierung findet während der ersten beiden Trimester der Entwicklung statt. Im Bereiche des Metencephalons geht die Kleinhirnrinde aus zwei verschiedenen Germinativzonen hervor, einer inneren im Bereiche der Ventrikulärzone der Flügelplatten einerseits sowie einer äusseren im rostralen Teil der Rautenlippen.

Dem Myelencephalon entspringen die Hirnnerven IX bis XII. Der caudale Abschnitt des Myelencephalons gleicht in seinem Aufbau dem Rückenmark wobei sich dorsal die Schaltstellen der sensorischen Bahnen entwickeln. Rostral weitet sich das Myelencephalon unter Bildung des Dachs des IV. Ventrikels. Der darin entstehende Plexus choroideus bildet Liquor cerebrospinalis.

Am Metencephalon lassen sich ein Boden (Pons) und ein Dach (Kleinhirn) unterscheiden. Durch die dorsale Ausdehnung der vorderen Rautenlippen trägt die Flügelplatte zur Entstehung des Kleinhirns bei. Auch die Brückenkerne entstehen durch tangentielle Zellwandanderung aus der Flügelplatte. Gemeinsam mit der Grundplatte beteiligt sie sich zudem an der Bildung der Kerngebiete der Hirnnerven V bis VIII.

Im Dach des Mesencephalons differenzieren sich zwei Zellmassen zu den Colliculi superiores und inferiores, wichtigen Schaltstellen der Sehbahn und der Gehörbahn. Im Tegmentum des Mesencephalons liegen die Kerngebiete der Hirnnerven III und IV sowie die suprasegmentalen Kerngebiete des motorischen Systems (Substantia nigra, Nucleus ruber). Ventral wird die Marginalzone des Mesencephalons durch absteigende Fasersysteme zu den Hirnstielen verdickt.

Im Prosencephalon verschwindet die Grundplatte zugunsten der Flügelplatte. Das Diencephalon umgibt den III. Ventrikel und verbindet das Telencephalon mit dem Mesencephalon. Im Dach des Diencephalons entsteht der Plexus choroideus des III. Ventrikels sowie der Epithalamus (Epiphyse). Auf beiden Seiten des III. Ventrikels entstehen die Kerngebiete des Thalamus als polymodale Schaltstellen im Dienste der Grosshirnrinde. Der Sulcus subthalamicus markiert die Grenze zwischen Thalamus und Hypothalamus. Aus dem ventralen Bereich des Hypothalamus gehen eine Hormondrüse, die Hypophyse, sowie das Auge und der N. opticus hervor.

In den seitlichen Hemisphärenbläschen des Telencephalons führen das starke Wachstum der dorsolateralen Proliferationszone und die Wanderung der Nervenzellen in den oberflächlichen Schichten zur Entstehung der Grosshirnrinde. Diese dehnt sich nach lateral, dorsal, caudal und ventral aus, so dass die Grosshirnlappen entstehen, welche unter Bildung des Sulcus lateralis die Insula umgeben. Die Ausdehnung der Rinde führt zudem zur Entstehung der Hirnwindungen und der Hirnfurchen.
Die Kommissuren des Telencephalons im Dienste der olfaktorischen und temporalen Rindenareale (Commissura rostralis), des Hippocampus (Commissura fornicis) und des Neocortex (Corpus callosum) entwickeln sich aus der Lamina terminalis.
Das olfaktorische System bildet sich durch gegenseitige Induktion zwischen Ventralfläche des Lobus frontalis und Nasenschleimhaut.

Die Blutversorgung des Gehirns setzt früh ein während der Bildung des Neuralrohrs in der 4. Woche. Dabei bestehen zwei Zuflusssysteme, die A. carotidea interna und die A. vertebralis. Die beiden Vertebralarterien verbinden sich zur A. basilaris, welche den Hirnstamm versorgt. Sie entlassen auch segmentale Spinalarterien an das Rückenmark. Die Blutversorgung des Telencephalons erfolgt über 3 Hirnarterien, die für ein je eigenes Areal zuständig sind. Der venöse Rückfluss erfolgt unabhängig vom arteriellen System über ein Netz von Sinus innerhalb von Duraduplikaturen und mündet in die V. jugularis interna.