Formación del tubo cardíaco.
Durante el desarrollo embrionario, el tubo cardiaco es la estructura primitiva que eventualmente se convierte en el corazón. Este tubo cardiaco inicialmente es una estructura tubular y lineal que se forma temprano en el desarrollo embrionario. A medida que el embrión se desarrolla, este tubo se pliega, torce y se remodela para formar las cámaras y estructuras específicas del corazón.
Formación del tubo cardíaco lineal.
El desarrollo cardíaco es un proceso fundamental que comienza durante la gastrulación, una etapa clave en el desarrollo humano que ocurre al final de la segunda semana (Etapa Carnegie [CS] 7). Durante la gastrulación, el embrioblasto de dos capas se transforma en tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo.
El corazón se origina a partir de las primeras células mesodérmicas que migran desde el sitio de gastrulación hacia el borde anterolateral del disco embrionario trilaminar. A medida que estas células mesodérmicas migran, se vuelven competentes para diferenciarse en células del linaje cardíaco, marcando el inicio del desarrollo del corazón.
En el lugar de la gastrulación, los factores de crecimiento Wnt desempeñan un papel crucial bloqueando la diferenciación de las células mesodérmicas. A medida que estas células migran hacia la región anterolateral, abandonan el dominio de expresión de Wnt y entran en un dominio donde se inhibe activamente la señalización de Wnt. Este cambio en la señalización molecular es esencial para permitir la diferenciación de las células mesodérmicas hacia el linaje cardíaco.
Después de migrar hacia el borde anterolateral del embrión durante la gastrulación, las células mesodérmicas adquieren la capacidad de diferenciarse en el linaje cardíaco. Estas células mesodérmicas precardíacas, ahora competentes para desarrollarse en células del corazón, inician su diferenciación en cardiomiocitos. Este proceso está coordinado por factores de crecimiento de la proteína morfogenética ósea (BMP), los cuales son secretados por células endodérmicas y ectodérmicas ubicadas en el borde lateral del embrión plano.
Inducción del desarrollo
Este proceso de diferenciación comienza al comienzo de la tercera semana de desarrollo (Etapa Carnegie [CS] 8). En este punto, las células endodérmicas y ectodérmicas liberan señales, en forma de BMP, que inducen y coordinan la diferenciación de las células mesodérmicas hacia el linaje cardíaco.
Entre los primeros genes específicos expresados en el desarrollo cardíaco se encuentran los factores de transcripción Islet1 y Nkx2.5. Estos factores de transcripción desempeñan un papel crucial en la determinación y diferenciación de las células hacia el linaje cardíaco. La región del embrión que expresa estos factores de transcripción se conoce como la “región formadora del corazón” o “media luna cardíaca”. Esta región tiene una forma de herradura, y es en este sitio específico donde se establecerá la base del corazón embrionario.
Durante la etapa crucial del desarrollo cardíaco, varios procesos coordinados contribuyen a la formación y diferenciación de las células cardíacas. Los inhibidores de BMP secretados por el tubo neural juegan un papel crucial al regular la expansión medial, es decir, la expansión hacia el interior, de las células mesodérmicas precardíacas. Mientras tanto, los factores de crecimiento FGF expresados por el endodermo determinan el borde posterior de la región de formación del corazón. Este equilibrio de señales es fundamental para establecer los límites espaciales de la formación cardíaca.
En esta etapa, la diferenciación de los cardiomiocitos avanza rápidamente. Los cardiomiocitos primitivos, o células cardíacas iniciales, comienzan a contraerse espontáneamente. Esto se debe a la expresión de genes sarcoméricos que forman sarcómeros, las unidades contráctiles de las células musculares, y la presencia de bombas y canales de iones en la membrana celular que permiten la despolarización espontánea. La contracción se coordina eléctricamente mediante uniones en hendidura entre las células vecinas, lo que garantiza una contracción sincronizada del tejido cardíaco.
A medida que las células mesodérmicas precardíacas se forman y migran, un subconjunto de ellas experimenta una transición epitelial a mesenquimal. Este subconjunto de células forma las células endocárdicas, ubicadas entre el mesodermo precardíaco y el endodermo. Las células endocárdicas contribuyen a la formación de una red de pequeños canales que se fusionan en otros más grandes con el desarrollo continuo. Aunque los progenitores de células miocárdicas y endocárdicas se desarrollan simultáneamente, investigaciones han demostrado que las células individuales pueden diferenciarse específicamente en células endocárdicas o cardiomiocitos.
Desarrollo hacia la forma tridimensional
El desarrollo del embrión plano hacia una forma tridimensional (3D) es un proceso esencial que ocurre debido al plegamiento del embrión. Este plegamiento se debe al rápido crecimiento del tejido neural al final de la tercera semana de desarrollo (Etapa Carnegie [CS] 9). La regulación adecuada de este proceso es crítica, ya que su mala regulación puede dar lugar a malformaciones, como la ectopia cordis.
Durante el plegamiento, el corazón adquiere una forma de “Y” invertida con dos entradas caudolaterales (polo venoso) y una salida craneomedial (polo arterial o tracto de salida). En este punto del desarrollo, el tubo cardíaco está organizado en dos capas principales: una capa exterior compuesta por dos o tres capas de cardiomiocitos (células musculares del corazón) y una capa interior formada por células endocárdicas. Estas dos capas están separadas por una matriz extracelular llamada gelatina cardíaca.
En el lado dorsal, el tubo cardíaco está unido a la pared del cuerpo a través del mesocardio dorsal. Esta unión proporciona un anclaje estructural al corazón en desarrollo.
En esta etapa, el tubo cardíaco comienza a mostrar contracciones peristálticas lentas que se inician en el polo venoso. Estas contracciones peristálticas son movimientos ondulatorios coordinados que ayudan a impulsar la sangre a través del tubo cardíaco en desarrollo. Este proceso marca el inicio de la actividad contráctil del corazón embrionario, un hito fundamental en su desarrollo funcional.
El plegamiento tridimensional del embrión y la organización estructural del tubo cardíaco son procesos críticos para el desarrollo normal del corazón, estableciendo las bases anatómicas y funcionales del sistema cardiovascular en formación.
Anatomía del hígado
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