مواضيع المحاضرة:
background image

Chapter 13 

Cardiovascular 

system 

 


background image

Ch.13 - Part 1 

Heart development 


background image

Establishment and patterning of the primary heart field  

• The vascular system appears in the middle of the third week, when the embryo is 

no longer able to satisfy its nutritional requirements by diffusion alone.  

Progenitor heart cells lie in the epiblast, immediately near the cranial end 
of the primitive streak.  
From there, they migrate through the streak and into the splanchnic layer of 
lateral plate mesoderm where they form a horseshoe-shaped cluster of cells 
called: the primary heart field (PHF), cranial to the neural folds.  

Migration of Progenitor heart cells 
to form the PHF at days 16-18 
They are specified on both sides 
to become: atria, left ventricle 
and most of right ventricle


background image

• The secondary heart field 

(SHF): is the origin of the 
remainder of the heart: part of 
right ventricle, and outflow 
tract 
(conus cordis & truncus 
arteriosus). 

• The SHF appears later (days 20-

21) in splanchnic mesoderm 
ventral to posterior pharynx  


background image

The PHF cells are induced by the underlying pharyngeal endoderm to form 
cardiac myoblasts and blood islands  that will form blood cells and 
vessels 
by the process of vasculogenesis. 

• With time, the islands unite and form a horseshoe-shaped endothelial-lined 

tube  (heart tube) surrounded by myoblasts. 

• This region is the cardiogenic region, the intraembryonic cavity over it later 

develops into the pericardial cavity
 

 

 

• In addition to the cardiogenic region, other blood islands appear bilaterally, 

parallel, and close to the midline of the embryonic shield. These islands 
form a pair of longitudinal vessels, the dorsal aortae. 

 


background image

Thus, the heart becomes a continuous 
expanded tube consisting of an inner 
endothelial lining and an outer 
myocardial layer. 
 It receives venous drainage at its caudal 
pole and begins to pump blood out of 
the first aortic arch into the dorsal aorta 
at its cranial pole.  

POSITION OF THE HEART TUBE 

      Cephalocaudal folding   

– oropharyngeal membrane 

pulled forward 

– heart and pericardial cavity 

move to the cervical region 
and finally to the thorax. 

 


background image

Dorsal mesocardium = attachment to the 
dorsal side of the pericardial cavity, no 
ventral mesocardium 
Dorsal mesocardium disappears = 
transverse pericardial sinus 
Heart suspended in pericardial cavity by 
cranial & caudal vessels 

Origin of epicardium  

Epicardium = from mesothelial cells on 
the surface of the septum 
transversum.
 
Epicardium Coronary arteries: 
endothelium & smooth muscles  


background image

Formation of the cardiac loop 

• The heart tube elongates as cells are added from the SHF to its cranial end 
• This lengthening is important for formation of part of right ventricle, 

outflow tract and for looping process 

• If lengthening is inhibited outflow tract defects: 

– VSD 
– Tetralogy of Fallot 
– Pulmonary atresia 
– Pulmonary stenosis 

• The SHF is regulated by neural 

crest cells 

• Neural crest cells pass nearby 

SHF in the pharyngeal arches 
as they migrate from hind 
brain to septate the outflow 
tract 


background image

Parts of the cardiac loop 

1.

Atrial portion (common atrium) 

2.

Early embryonic ventricle (left 
ventricle) 

3.

Bulbus cordis 

 

FORMATION OF THE CARDIAC LOOP 

• Heart tube begins to loop at day 23 
• Heart loop  

– cranial end grows vertically and to the 

right  

– caudal end grows dorsally and to the left  
– helps distinguish atria, ventricles, and 

outflow tract as these regions expand. 

• Looping is completed by day 28 

 

• Common atrium = shifts inside pericardial cavity 


background image

The  bulbus cordis 

• Proximal third = trabeculated part of right ventricle  
• The mid portion = conus cordis = outflow tracts of both ventricles.  
• The distal part = truncus arteriosus = roots and proximal portion of the aorta 

and pulmonary artery. 

• the atrioventricular canal , connects the common 

atrium and the early embryonic ventricle .  
 

 


background image

Abnormalities

 of Cardiac Looping 

• Dextrocardia: in which the heart lies on the right side of the thorax instead of the 

left 

• Occurs when the heart loops to the left instead of the right. 
• Induced during gastrulation when laterality is established, or later when cardiac 

looping occurs.  

• Dextrocardia occurs with situs inversus: a complete reversal of asymmetry in all 

organs.  

• Or may be associated with laterality sequences in which only some organ positions 

are reversed. 

Development of Sinus venosus 

• In middle of 4

th

 week sinus venosus 

receives blood from right and left 
sinus horns 

• Each horn receives blood from 
1.

vitelline 

2.

Umbilical 

3.

common cardinal veins.  

 


background image

Left sinus horn: diminish 

• Left-to-right shunts of blood in the venous system during 4

th

 & 5

th

 weeks 

• Veins shift to right  left sinus horn diminishes (remain only as oblique 

vein of left atrium and the coronary sinus). 

 

Right sinus horn: increase 

• Left-to-right shunts of blood in the venous system during 4

th

 & 5

th

 weeks 

• Veins shift to rightright sinus horn increases in size  

 

 


background image

• Right sinus horn forms smooth-walled portion of the right atrium = sinus 

venarum 

• Trabeculated part of right atrium is derived from the original primitive 

right atrium (right atrial appendage).  

• Crista terminalis = dividing line between smooth [sinus venarum] and 

trabeculated parts.  

• Valves guard opening into smooth portion of right atrium = valve of the 

inferior vena cava and valve of the coronary sinus.  
 


background image

FORMATION OF THE CARDIAC SEPTA 

• Endocardial cushions, develop in the atrioventricular and conotruncal regions.  
• In these locations, they assist in formation of the atrial and 

ventricular(membranous portion) septa, the atrioventricular canals and 
valves
, and the aortic and pulmonary channels. 

 


background image

Septum Formation in the Common Atrium 

• Atrial septum: septum primum 

grows toward AV endocardial 
cushions, but leaving ostium 
primum

• Closure of ostium primum 
• Cell death in septum primum 

creates a hole = ostium 
secundum.  

• Septum secundum grows toward 

cushion, but never gets there = 
forms valve over ostium 
secundum = new opening = 
foramen ovale.  

• Septum primum = valve of the 

foramen ovale.  

• Probe patency of the foramen 

ovale = valve does not close 
completely at birth. 

  

 


background image

Septum Formation in the Common Atrium 


background image

Further Differentiation of the Atria 

• Left atrium = smooth part = from 

outgrowth of pulmonary veins 
that later gets incorporated.  

• Trabeculated left atrial 

appendage = original left atrium. 

• Right atrium= smooth part 

sinus venarum (right horn of the 
sinus venosus). 

• Trabeculated right atrial 

appendage = original right atrium 

 

Septum Formation in the Atrioventricular Canal 

• Atrioventricular junction 

= canal = will be 
separated into two 
channels = right and left 
AV canals. 
 
 


background image

Atrioventricular Valves 

• Each atrioventricular orifice is surrounded by local proliferations of 

mesenchymal tissue which will transform into dense connective tissue

• By effect of blood stream, valves and chordae tendineae will be formed.  


background image

Clinical Correlates 

• Heart Defects: causes 
1.

Chromosomal abnormalities:  

trisomy 18.  
genetic syndromes, including craniofacial abnormalities, such as 

DiGeorge, Goldenhar, and Down syndromes. 

2.

Environmental agents 

3.

Genetic  causes 

4.

Multifactorial (environmental & genetic) 

5.

Cardiovascular teratogens: rubella virus, thalidomide, retinoic acid 
(accutane), alcohol, and many other compounds.  

6.

Maternal diseases, such as insulin-dependent diabetes 

7.

Mutations  

 

Targets for genetic or teratogen-induced heart defects 

1.

Heart progenitor cells from PHF & SHF 

2.

Neural crest cells 

3.

Endocardial cushions 


background image

Mutations  

– mutations in the heart-specifying gene NKX2.5, on chromosome 5q35, can 

produce atrial septal defects (secundum type), tetralogy of Fallot, and 
atrioventricular conduction delays in an autosomal dominant fashion.  

– Mutations in the TBX5 gene result in Holt-Oram syndrome,  characterized 

by preaxial (radial) limb abnormalities and atrial septal defects. Defects in 
the muscular portion of the interventricular septum may also occur. Holt-
Oram syndrome is one of a group of heart-hand syndromes illustrating that 
the same genes may participate in multiple developmental processes. For 
example, TBX5 regulates forelimb development and plays a role in 
septation of the heart. Holt-Oram syndrome is inherited as an autosomal 
dominant trait with a frequency of 1/100,000 live births.  

– Mutations in a number of genes regulating production of sarcomere 

proteins cause hypertrophic-cardiomyopathy that may result in sudden 
death in athletes and the general population. The disease is inherited as an 
autosomal dominant. The result is cardiac hypertrophy due to disruption in 
the organization of cardiac muscle cells (myocardial disarray) , which may 
adversely affect cardiac output and/or conduction. 

 


background image

Atrial septal defect (ASD) 


background image

Septum formation in the truncus arteriosus and conus cordis 

• In 5

th

 week 

• In truncus: truncus swellings (cushions) 
• twist and fuse aortico-pulmonary septum 
• Divide the truncus aortic & pulmonary channel 
• In conus cordis: swellings outflow tracts of right & left ventricles 


background image

Neural crest cells 

Originating in the edges of the neural folds in 
the hindbrain region, migrate through 
pharyngeal arches 3, 4, and 6 to the outflow 
region of the heart, which they invade.  
In this location, they contribute to 
endocardial cushion formation in both the 
conus cordis and truncus arteriosus
Abnormal migration, proliferation, or 
differentiation of these cells results in 
congenital malformations in this region, 
such as tetralogy of Fallotpulmonary 
stenosis
persistent truncus arteriosus, and 
transposition of the great vessels. 
Since neural crest cells also contribute to 
craniofacial development, it is not 
uncommon to see facial and cardiac 
abnormalities in the same individual.    

 


background image

Septum formation in the ventricles 

• Ventricular septation: created by growth of the muscular portion 

(expansion of the ventricular chambers) and membranous portion (at top; 
growth of the inferior endocardial cushion).  

• Membranous portion = where most ventricular septal defects occur. 

 


background image

Clinical Correlates 

• Heart Defects 
• Ventricular septal defects (VSDs) 
• Membranous ventricular septal defects (VSDs) 

 


background image

Tetralogy of Fallot 


background image

Persistent truncus arteriosus 


background image

Transposition of the great vessels 

Pulmonary stenosis  


background image

Ch.13 – Part 2 

Vascular development 


background image

• Blood vessel development occurs by two mechanisms:  
• (a) vasculogenesis: in which vessels arise by coalescence of angioblasts and  
• (b) angiogenesis: whereby vessels sprout from existing vessels.  
• The major vessels, including the dorsal aorta and cardinal veins, are formed 

by vasculogenesis.  

• The remainder of the vascular system then forms by angiogenesis.  


background image

Arterial System 


background image

Aortic Arches 

Aortic arches (5 pairs) associated with pharyngeal arches = arise 
from aortic sac off the heart outflow tract, course through pharyngeal 
arches.  
Terminate in the right and left dorsal aortae.  
 
 


background image

Pharyngeal Arches 

The five arches are 
numbered I, II, III, 
IV, and VI (the 5

th

 

arch regresses).  


background image

Aortic arches undergo modification: 
Aortic sac splits into: 
R horn = brachiocephalic a 
L horn = aortic arch 

 

 

1st arch = mostly 
disappears, leaves 
maxillary artery 
 2nd arch = mostly 
disappears, leaves 
hyoid and stapedial 
artery 

3rd arch = carotid 
system 
 4th arch = persists on 
both sides = 
subclavian and part of 
the aortic arch 
 6th arch = forms 
pulmonary arteries = 
on left, the distal part 
persists as the ductus 
arteriosus 


background image

Derivatives of the aortic arches 


background image

Recurrent laryngeal arteries 

As a result of the caudal shift of the heart 
and the disappearance of various portions 
of the aortic arches, the course of the 
recurrent laryngeal nerves 
becomes 
different on the right and left sides.  
Initially, these nerves, branches of the 
vagus, supply the sixth pharyngeal arches. 
When the heart descends, they hook 
around the sixth aortic arches and ascend 
again to the larynx, which accounts for their 
recurrent course.  
On the right, when the distal part of the 
sixth aortic arch
 and the fifth aortic arch 
disappear
, the recurrent laryngeal nerve 
moves up and hooks around the right 
subclavian artery.  
On the left
, the nerve does not move up, 
since the distal part of the sixth aortic arch 
persists as the ductus arteriosus, which 
later forms the ligamentum arteriosum

 

 


background image

Vitelline arteries 

• Vitelline arteries supply the gut:  
• Celiac foregut;  
• superior mesenteric  midgut;  
• inferior mesenteric  hindgut. 

Umbilical arteries 

• Umbilical arteries: join 

common iliacs and ultimately 
become internal iliacs and 
medial umbilical ligaments. 

 


background image

Clinical Correlates 


background image

Arterial defects 

(1) Patent ductus  
• Under normal conditions, the ductus arteriosus obliterates after birth (by action of 

lung bradykinin) ligamentum arteriosum. 

• Patent ductus arteriosus: no obliteration after birth 
 

 

Coarctation of aorta 

(2) Coarctation of aorta: preductal and postductal = blood finds ways around the 

block.  
 


background image

Double aortic arch 

(3) Double aortic arch = difficulty swallowing = both parts of dorsal aorta 
remain 


background image

Venous System 


background image

• In the fifth week, three pairs of major veins: 
• (a) the vitelline veins, or omphalomesenteric veins, carrying blood from the yolk 

sac to the sinus venosus;  

• (b) the umbilical veins, originating in the chorionic villi and carrying oxygenated 

blood to the embryo; and 

• (c) the cardinal veins, draining the body of the embryo proper. 

 


background image

Vitelline Veins  

• Vitelline veins   septum transversum  hepatic sinusoids 


background image

• Left to right shifting of blood  enlargement of the right vitelline vein 

(right hepatocardiac channel)  hepatocardiac portion of the inferior 

vena cava. 

• Left vitelline vein disappears 
• Right vitelline vein becomes: superior mesenteric vein and portal vein 

 
 


background image

Umbilical Veins 

• The right umbilical vein disappear 
• The left umbilical vein is the only one to carry blood from the placenta to 

the liver 

• Ductus venosus: direct communication forms between the left 

umbilical vein and the right hepatocardiac channel, 

• Afterbirth, the left umbilical vein  ligamentum teres hepatis 
• Ductus venosus  ligamentum venosum 

 
 


background image

Cardinal Veins 

• Anterior cardinal veins, drain the cephalic part of the embryo, and  
• Posterior cardinal veins, drain the rest of the embryo.  
• anterior and posterior c v join before entering the sinus horn and form the 

short common cardinal veins

• During the fourth week, the cardinal veins form a symmetrical system. 

 


background image

• As organs form new veins develop to drain them and all shift to the right 
• (a) the subcardinal veins, drain kidneys; 
• (b) the sacrocardinal veins, drain the lower extremities; and  
• (c) the Supracardinal veins, drain the body wall by way of the intercostal 

veins. 

 

• L braciocephalic 

anastomosis between ant 
card v. 

• Sup vena cava = R common 

and R ant cardinal v. 

• L renal v = anastomosis 

between subcardinal v. 

• L common iliac v 

anastomosis of sacrocardinal 
v. 

• inf vena cava = Sacrocardinal 

and subcardinal on R  

 


background image

• The complicated caval system is characterized by many abnormalities, 

such as double inferior and superior vena cava and left superior vena 
cava 

 


background image

Circulatory changes at birth 


background image

Before birth: blood flow in fetus = umbilical v from placenta (oxygenated) 
to ductus venosus (by passes liver) to inf vena cava to R atrium to L 
atrium through foramen ovale to L ventricle to aorta to umbilical arteries to 
placenta (little blood goes to R ventricle because pulmonary circulation 
not functional = lungs not working.  
Any blood in R ventricle goes out pulmonary vessel and through ductus 
arteriosus into aorta.) 


background image

After birth
•Sphincter regulating flow in ductus venosus closes (ligamentum 
venosum
),  
•Umbilical arteries close (medical umbilical ligaments), 
•Umbilical v closes (lig teres),  
•Ductus arteriosus closes (bradykinin from lungs causes closure = lig 
arteriosum
), 
 Foramen ovale closes




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 211 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل