การพัฒนาของระบบทางเดินหายใจและการเจริญเต็มที่ของปอด

ระบบทางเดินหายใจพัฒนามาจากส่วนที่ยื่นออกมาทางด้านหน้าของลำไส้ส่วนต้น (foregut) ซึ่งเรียกว่า laryngotracheal (respiratory) diverticulum โดยมีการแตกแขนงซ้ำๆ เพื่อสร้างทางเดินหายใจและพื้นผิวสำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซของปอด การพัฒนาของปอดโดยทั่วไปแบ่งออกเป็นระยะทางเนื้อเยื่อวิทยาที่ต่อเนื่องกัน และระยะหลังๆ ของกระบวนการนี้ รวมถึงการผลิตสารลดแรงตึงผิวในปอด (pulmonary surfactant) เป็นตัวกำหนดว่าทารกแรกเกิดจะสามารถหายใจด้วยอากาศได้หรือไม่ หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการก่อตัวและการเจริญเต็มที่ของปอดในระหว่างการตั้งครรภ์

Definition

การพัฒนาของระบบทางเดินหายใจคือการสร้างรูปร่างของทางเดินหายใจและปอดจาก respiratory diverticulum ที่มาจากลำไส้ส่วนต้น (foregut) ผ่านการแตกแขนงซ้ำๆ ในขณะที่การเจริญเต็มที่ของปอดคือความก้าวหน้าผ่านระยะ canalicular, saccular และ alveolar และการเริ่มต้นของการผลิตสารลดแรงตึงผิวที่ทำให้ปอดสามารถแลกเปลี่ยนก๊าซได้

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมถึงต้นกำเนิดของระบบทางเดินหายใจจากเนื้อเยื่อเอนโดเดิร์ม (endodermal origin) การสร้างรูปร่างโดยการแตกแขนง (branching morphogenesis) ระยะต่างๆ ของการพัฒนาปอด (ระยะเอ็มบริโอ, pseudoglandular, canalicular, saccular และ alveolar) การปรากฏของเซลล์ปอดชนิดที่ 2 (type II pneumocytes) และสารลดแรงตึงผิว (surfactant) และเหตุผลที่ปอดที่ยังไม่เจริญเต็มที่ (lung immaturity) เป็นสาเหตุสำคัญของภาวะหายใจลำบากในทารกแรกเกิด เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงด้านโครงสร้างและการพัฒนาภายในสาขาวิชาคัพภวิทยา (embryology) และไม่ได้ให้คำแนะนำในการจัดการทางคลินิก

Key concepts

• Respiratory (laryngotracheal) diverticulum
• ต้นกำเนิดจากเอนโดเดิร์มของลำไส้ส่วนต้น (Foregut endoderm origin)
• การสร้างรูปร่างโดยการแตกแขนง (Branching morphogenesis)
• ระยะ Pseudoglandular, canalicular และ saccular
• การสร้างถุงลม (Alveolarization)
• เซลล์ปอดชนิดที่ 2 (Type II pneumocytes) และสารลดแรงตึงผิวในปอด (pulmonary surfactant)
• การส่งสัญญาณระหว่างเยื่อบุผิวและมีเซนไคม์ (Epithelial-mesenchymal signalling)

Mechanisms

ปฐมภูมิของระบบทางเดินหายใจ (respiratory primordium) เกิดขึ้นเป็น respiratory diverticulum จากลำไส้ส่วนต้นด้านหน้า (ventral foregut) และถูกห่อหุ้มด้วยเนื้อเยื่อมีเซนไคม์จากอวัยวะภายใน (splanchnic mesenchyme) การส่งสัญญาณแบบโต้ตอบระหว่างเยื่อบุผิวเอนโดเดิร์ม (endodermal epithelium) และเนื้อเยื่อมีเซนไคม์โดยรอบเป็นตัวขับเคลื่อนการแตกแขนงแบบทวิภาคีซ้ำๆ ที่สร้างต้นไม้ทางเดินหายใจ (Herriges & Morrisey, 2014) ในทางเนื้อเยื่อวิทยา ปอดจะผ่านระยะเอ็มบริโอ, pseudoglandular, canalicular, saccular และ alveolar ซึ่งในระหว่างนั้นทางเดินหายใจจะแบ่งย่อยออกไป บริเวณที่คาดว่าจะมีการแลกเปลี่ยนก๊าซจะบางลงและมีหลอดเลือดมาเลี้ยง และถุงปลายทาง (terminal sacs) จะก่อตัวขึ้น ในระยะ canalicular และ saccular การแยกตัวของเซลล์ปอดชนิดที่ 2 (type II pneumocytes) ทำให้เกิดการสังเคราะห์สารลดแรงตึงผิวในปอด (pulmonary surfactant) ซึ่งเป็นสารประกอบฟอสโฟลิพิด-โปรตีนที่ช่วยลดแรงตึงผิวของถุงลม สารลดแรงตึงผิวที่เพียงพอเป็นปัจจัยสำคัญที่บ่งชี้ความพร้อมของปอดในการรองรับการหายใจเมื่อแรกเกิด (Moore et al., 2020; Sadler, 2018)

Clinical relevance

เนื่องจากการผลิตสารลดแรงตึงผิวและการเจริญเต็มที่ของถุงลมเกิดขึ้นในช่วงปลายของการตั้งครรภ์ ทารกที่คลอดก่อนกำหนดอาจมีปอดที่ยังไม่เจริญเต็มที่ในเชิงโครงสร้าง ซึ่งเป็นพื้นฐานของการพัฒนาภาวะหายใจลำบากในทารกแรกเกิด การทบทวนอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับการใช้คอร์ติโคสเตียรอยด์ก่อนคลอดรายงานว่ามีการเร่งการเจริญเต็มที่ของปอดทารกในครรภ์ในสตรีที่มีความเสี่ยงต่อการคลอดก่อนกำหนด (Roberts & Dalziel, 2006) เนื้อหานี้อธิบายชีววิทยาการพัฒนาที่อยู่เบื้องหลังการสังเกตการณ์ดังกล่าว และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

หลักฐานเกี่ยวกับการเร่งการเจริญเต็มที่ของปอดทารกในครรภ์มีพื้นฐานมาจากการทบทวนอย่างเป็นระบบของ Cochrane เกี่ยวกับคอร์ติโคสเตียรอยด์ก่อนคลอด ซึ่งสังเคราะห์ผลการทดลองแบบสุ่มในสตรีที่มีความเสี่ยงต่อการคลอดก่อนกำหนด (Roberts & Dalziel, 2006) เนื้อหานี้อ้างอิงถึงการทบทวนดังกล่าวเพื่ออธิบายภาพรวมของหลักฐาน ไม่ใช่เพื่อชี้นำการดูแลรักษา

History

คำอธิบายการพัฒนาปอดตามระยะต่างๆ ได้แก่ ระยะ pseudoglandular, canalicular และ terminal-sac/alveolar ได้ถูกนำมาใช้ในการสอนคัพภวิทยามาอย่างยาวนานและระบุไว้ในตำรามาตรฐาน (Moore et al., 2020; Sadler, 2018) คัพภวิทยาโมเลกุลสมัยใหม่ได้ปรับกรอบระยะเหล่านี้ในแง่ของเครือข่ายการส่งสัญญาณและพฤติกรรมของเซลล์ต้นกำเนิดที่ควบคุมการแตกแขนงและการแยกตัว (Herriges & Morrisey, 2014) ในขณะที่ความเชื่อมโยงทางคลินิกระหว่างปอดที่ยังไม่เจริญเต็มที่กับการขาดสารลดแรงตึงผิวเป็นแรงจูงใจให้เกิดการทดลองที่ Roberts และ Dalziel (2006) ได้สังเคราะห์ขึ้น

Key figures

• Edward Morrisey
• Keith L. Moore
• Thomas W. Sadler

Seminal works

• herriges-2014
• moore-2020
• roberts-2006

Frequently asked questions

ปอดมีต้นกำเนิดมาจากเนื้อเยื่อเอ็มบริโอใด?

ทางเดินหายใจและเยื่อบุผิวถุงลมมีต้นกำเนิดมาจากเอนโดเดิร์มของลำไส้ส่วนต้นด้านหน้า (ventral foregut) ซึ่งแตกหน่อออกมาเป็น respiratory diverticulum ในขณะที่เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน กล้ามเนื้อเรียบ และหลอดเลือดโดยรอบมาจาก splanchnic mesenchyme

เหตุใดสารลดแรงตึงผิวจึงมีความสำคัญต่อปอดของทารกแรกเกิด?

สารลดแรงตึงผิวที่ผลิตโดยเซลล์ปอดชนิดที่ 2 (type II pneumocytes) ในระยะหลังของการเจริญเต็มที่ของปอด จะช่วยลดแรงตึงผิวในช่องอากาศส่วนปลาย หากไม่มีสารนี้เพียงพอ ปอดที่ยังไม่เจริญเต็มที่ก็มีแนวโน้มที่จะยุบตัว ซึ่งเป็นพื้นฐานของการพัฒนาภาวะหายใจลำบากในทารกคลอดก่อนกำหนดบางราย