Embriología del aparato respiratorio

(Extraída de pngimg.com, CC 4.0 BY-NC)

El desarrollo del sistema respiratorio comienza en la 4^a semana y termina alrededor de los 8 años, después del nacimiento.

El sistema respiratorio proviene del endodermo y del mesodermo esplácnico.

La parte que proviene del endodermo comparte origen con una porción del tubo digestivo, que se divide en intestino anterior, medio y posterior. El intestino anterior es el que da origen a las vías respiratorias y al tubo digestivo hasta llegar al duodeno, mientras que el medio da desde el duodeno hasta el colon y el intestino posterior lo continua hasta llegar a la cloaca.

A continuación veremos una explicación general de como se realiza este proceso (bibliografía más completa al final).

Esquema general de desarrollo pulmonar (OpenStax College, Anatomy and Phisiology, 2013. CC)

Cuarta semana: surco o hendidura laringotraqueal.

• Es la primera evidencia de la formación del sistema respiratorio a partir de los arcos faríngeos. Se observa como un pequeño orificio en la cavidad interna de la faringe primitiva.
• Quedará cerrado gracias a la proliferación de las células del mesodermo (S4-S5) del cuarto y sexto arco faríngeo.

Cuarta y quinta semana: proliferación del mesodermo.

Novena y décima semana: recanalización de la laringe, cuerdas vocales y ventrículos laríngeos.

• El surco se abre nuevamente por apoptosis, formando un lumen (recanalización) y las cuerdas vocales. El espacio entre ambas cuerdas vocales se denomina ventrículo laríngeo.

Laringe adulta en la que se observa el ventrículo laríngeo entre las cuerdas vocales
(Sobotta, Atlas and Text-Book of Human Anatomy, 1906).

• Las cuerdas vocales falsas se forman hacia la región cefálica, mientras que las reales se forman más hacia caudal.

Inervación y musculatura de la laringe:

1. Derivada del cuarto arco faríngeo: nervio laríngeo superior.
2. Derivados del sexto arco faríngeo: nervio laríngeo recurrente.

Quinta semana: divertículo respiratorio.

• Se forma por una evaginación del intestino anterior.
• Como el tubo digestivo debe estar separado de las vías aéreas, debe formarse un tabique.
• A partir del divertículo respiratorio se formará la tráquea y todo el resto formará el árbol respiratorio.
• Se forma un reborde traqueoefofágico (proveniente del mesodermo esplácnico) previo a la formación del tabique.
• Ambos rebordes se juntan en la región central → tabique traqueoesofágico.

Desarrollo de la tráquea.

• Deriva de la porción recta del divertículo respiratorio, que al principio tiene forma de saco y posteriormente se ramifica en bronquios, bronquiolos y alveolos.
• Las estructuras respiratorias siempre tendrán epitelio de revestimiento en su capa más interna (o sea, hacia el lumen), la que se conoce como mucosa.
• Las glándulas son parte de os epitelios y, por lo tanto, derivan del endodermo.
• Del mesodermo esplácnico derivan todos los otros elementos que conforman las vías respiratorias (tejido conectivo [que posee vasos sanguíneos, fibras de colágeno y sustancia amorfa], cartílago hialino y musculatura lisa).
  • 4 semanas: solo interacción entre las dos capas.
  • 10 semanas: empieza a encontrar su forma.
  • 11 semanas: mesodermo y endodermo se comienzan a diferenciar en los tejidos.

Interacción epitelio-mesénquima.

El tejido mesenquimático comanda el patrón de bifurcación, el que está dado por las distintas eñales moleculares. Por ejemplo:

• Endodermo traqueal + mesodermo bronquial = bifurcación.
• Endodermo bronquial + mesodermo traqueal = no hay bifurcación.

Aspectos moleculares del desarrollo del aparato respiratorio.

Hay factores que participan tando de la bifurcación del esbozo pulmonar como de su crecimiento, como el ácido retinóico y Tbx 4/S, pero se destaca a FGF-10 (factor de crecimiento fibroblástico 10), que se expresa a partir del mesénquima, induciendo al alargamiento del endodermo y la proliferación del esbozo pulmonar, que crece y se acerca al mesénquima que produce a este factor.

Las células del esbozo que proliferan de origen endodérmico secretan:

1. BMP4: detiene la proliferación celular.
2. Sonic hedgehog (Shh): que permite la producción de TGF B1 (factor de crecimiento transformante fibroblástico beta) que inhibirá la producción de FGF 10 en el mesénquima y producirá la mayor cantidad de matriz extracelular.

La secreción de epimorfina permitirá que las estructuras adquieran lumen.

El esbozo pulmonar se ramifica tempranamente en el día 28, donde hay dos yemas broncopulmonares (derecha e izquierda), que empiezan a crecer de forma diferencial (el derecho es más largo y vertical que el izquierdo).

El pulmón derecho suele recibir cuerpos extraños y además es atacado más por las infecciones virales y bacterianas.

Quinta semana: desarrollo de los bronquios principales y secundarios.

• En la quinta semana hay dos bronquis principales que se dividen de la siguiente forma:
  • Derecho: 3 bronquios secundarios o lobares.
  • Izquierdo: 2 bronquios secundarios o lobares.
• Estos bronquios secundarios se continúan dividiendo, formando los bronquios terciarios o segmentarios:
  • Derecho: 10 bronquios terciarios distribuidos en los tres lóbulos.
  • Izquierdo: 8 bronquis terciarios distribuidos en los dos lóbulos.
• Hasta el nacimiento solo existen 17 de 24 segmentaciones, el resto se produce después del nacimiento (postnatales): bronquios principales, lobares, segmentarios; bronquiolos, bronquios terminales y respiratorios, conductos alveolares y sacos alveolares (contienen a los alveolos).

Cavidad pleural y pleuras.

Las vías respiratorias quedan incluidas en la cavidad pleural, que está formada por las pleuras, una de las cuales está adosada al tejido (visceral) y otra adosada a la pared torácica (parietal), teniendo cada una un origen distinto:

• Visceral: del mesodermo esplácnico.
• Parietal: del mesodermo somático.

Entre ambas hojas se encuentra la cavidad pleural.

Etapas del desarrollo del aparato respiratorio.

1) Etapa embrionaria (S4-S6/7):

• Empieza desde que se forma el divertículo respiratorio por evaginación del intestino anterior.
• Ocurre también la formación del tabique traqueoesofágico.
• Concluye con la formación de los bronquis segmentarios o terciarios.
• El esbozo respiratorio ya se ubica dentro de la cavidad pleural.

2) Etapa pseudoglandular (S6/8-S16):

• En un corte histológico el árbol respiratorio tiene apariencia de glándula.
• Se extiende hasta la formación de los bronquiolos terminales.
• Queda completa la porción de conducción del aire.
• Comienza a formarse el sistema arterial pulmonar. Aunque hay vasos sanguíneso, no están en contacto ni próximos a los bronquiolos terminales.
• En los bronquiolos terminales hay un epitelio de células cilíndricas.

3) Etapa glandular (S16/17-S26):

• Se terminan los bronquiolos respiratorios (porción de intercambio respiratorio).
• Hay más vasos sanguíneos y estos están más cerca del esbozo.
• El epitelio de los bronquiolos pasó a ser cúbico.
• Comienza la secreción de surfactante pulmonar en cantidades bajas, por lo que el feto es aún inviable. La función de este es evitar el colapso de los alveolos mediante la disminución de la tensión superficial.
• Comienzo de los movimientos respiratorios, en los que el feto traga líquido amniótico. Así comienza a hacer funcionar los músculos de la cavidad torácica, lo que le permitirá respirar al momento de nacer.

4) Etapa sacular (S26 – nacimiento):

• Se originan los conductos alveolares que terminan en la formación de los sacos terminales o alveolares.
• Los vasos sanguíneos quedan adheridos al epitelio de las vías respiratorias.
• Se origina una pequeña cantidad de alveolos → posibilidad de intercambio gaseoso.
• Se difernecian dos tipos celulares en el epitelio: células planas adosadas a los capilares sanguíneos (neumocitos tipo I) y células cúbicas (neumocitos tipo II). Los de tipo I hacen intercambio gaseoso y los de tipo II secretan surfactante pulmonar.
• Se alcanza la cantidad de surfactante pulmonar suficiente para que la sobrevida de un prematuro sea factible (S26-28).
• El surfactante pulmonar está compuesto en un 85-90% por fosfolípidos, fosfolípidos neutros y ácidos grasos. El resto (10-15%) lo constituyen proteínas específicas con distintas funciones:
  • Proteína surfactante A (SP-A): La más abundante. Regula la síntesis y secreción de surfactante pulmonar. Modula la respuesta alérgica y la composición de mielina tubular al surfactante.
  • SP-B: Proteína organizadora, encargada de la adsorción del surfactante a la pared alveolar y la diseminación de este por el alveolo.
  • SP-C: Solo un 1%. Orienta la formación de surfactante con SP-B.
  • SP-D: Encargada de la defensa del huésped. Se une a micoorganismos y linfocitos y es responsable de originar la respuesta inflamatoria local.
• Para la producción de surfactante pulmonar, dado por los neumocitos tipo II, se requiere a factores de transcripción como HFH4, TTF-1 y NNF3-A.

Para que el desarrollo del aparato respiratorio se de correctamente, se necesita de distintos factores:

• Presión intrapulmonar adecuada (3 tor).
• Movimientos respiratorios correctos → refuerzo de musculatura.
• Cantidad correcta de líquido amniótico (~600-800 mL).
• Disponibilidad de espacio.
• Riego sanguíneo arterial y venoso adecuado.
• Cantidad suficiente de neumocitos tipo II.
• Presencia de hormonas (niveles de corticoides maternos).

Anomalías en el desarrollo del aparato respiratorio.

• Atresia laríngea: Pérdida del lumen, por lo que el tejido no es continuo.
• Fístula traqueoesofágica: Comunicación incorrecta entre la tráquea y el esófago. Puede ocurrir de diversas formas. Suelen venir asociados al síndrome VACTERL (anomalías vertebrales, atresia anal, defectos cardíacos, fístula traqueoesofágica, atresia esofágica, anomalías renales y en las extremidades).
• Síndrome de distrés respiratorio (SDR): Predominante en recién nacidos prematuros. Nacen con una cantidad insuficiente de surfactante pulmonar, por lo que los alveolos colapsan, se rompen y son cubiertos por una capa de membrana hialina.
• Hipoplasia pulmonar: Una hernia en el diafragma reduce el espacio disponible para el crecimiento pulmonar, haciendo que quede más pequeño.
• Atelectasia: Colapso de los pulmones a nivel de los alveolos producto de cambios de presión bruscos en la cavidad torácica. También ocurre por enfermedades obstructivas prolongadas.

Radiografía simple de tórax de paciente con atelectasia de pulmón derecho (Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

Bibliografía complementaria:

• Schittny, J. Development of the Lung. Cell Tissue Res (2017) 367:427–444 DOI 10.1007/s00441-016-2545-0

Recomendado porque tiene buenas ilustraciones del desarrollo pulmonar (para mamíferos en general).