مواضيع المحاضرة:
background image

Chapter 15 

Digestive 

system 


background image

Ch. 15 – Part 1 


background image

Figure: Sagittal sections 
through embryos at 
various stages of 
development 
demonstrating the effect of 
cephalocaudal and lateral 
folding on the position of 
the endoderm-lined cavity. 
Note formation of the 
foregut, mid-gut, and 
hindgut.  
A. Presomite embryo.  
B. Embryo with seven 
somites.  
C. Embryo with 14 somites.  
D. At the end of the first 
month. 

• As a result of cephalo-caudal and lateral folding of the embryo, a portion 

of the endoderm-lined yolk sac cavity is incorporated into the embryo to 

form the primitive gut. 

• Two other portions of the endoderm-lined cavity, the yolk sac and the 

allantois, remain outside the embryo. 


background image

DIVISIONS OF THE GUT TUBE 

•In the cephalic and caudal parts 

of the embryo, the primitive gut 

forms a blind-ending tube, the 

foregut and  hindgut

respectively. The middle part, 

the midgut, remains temporally 

connected to the yolk sac by 

means of the vitelline duct, or 

yolk stalk. 

1- THE FOREGUT:  
•The  pharyngeal gut, or pharynx, 

extends from the oropharyngeal 

membrane to the respiratory 

diverticulum and is part of the 

foregut

•The remainder of the foregut 

lies caudal to the pharyngeal 

tube and extends as far caudally 

as the liver outgrowth.  

 


background image

DIVISIONS OF THE GUT TUBE 

2- THE MIDGUT begins caudal to 

the liver bud and extends to 
the junction of the right two 
thirds and left third of the 
transverse colon in the adult.  

3- THE HINDGUT extends from 

the left third of the transverse 
colon to the cloacal 
membrane. 


background image

• Endoderm: forms the epithelial lining of the digestive tract 

and gives rise to the specific cells (the parenchyma) of glands, 
such as hepatocytes and the exocrine and endocrine cells of 
the pancreas.  

• Visceral mesoderm: forms  

– Muscle, connective tissue, and peritoneal components of the wall of 

the gut  

– stroma (connective tissue) for the glands 


background image

MOLECULAR REGULATION OF GUT TUBE DEVELOPMENT 

1- Regional specification of the gut tube into different components occurs 

during the time that the lateral body folds are bringing the two sides of 
the tube together.  

2- Specification is initiated by transcription factors expressed in the different 

regions of the gut tube: 

– SOX2 “specifies” the esophagus and stomach;   
– PDX1 ,the duodenum;   
– CDXC , the small intestine; and 
– CDXA , the large intestine and rectum.  

3- This initial patterning is stabilized by Epithelial–mesenchymal interaction 

(between the endoderm and visceral mesoderm adjacent to the gut tube) 
and is initiated by  sonic hedgehog (SHH) expression throughout the gut 
tube.  


background image

MOLECULAR REGULATION OF GUT TUBE 

DEVELOPMENT 


background image

MESENTERIES 

• Portions of the gut tube and its derivatives are suspended from the dorsal 

and ventral body wall by mesenteries. 

• Mesenteries: double layers of peritoneum that enclose an organ and 

connect it to the body wall.  

• Such organs are called intraperitoneal, whereas organs that lie against the 

posterior body wall and are covered by peritoneum on their anterior 
surface only (e.g., the kidneys) are considered retroperitoneal.  

• Peritoneal ligaments are double layers of peritoneum (mesenteries) that 

pass from one organ to another or from an organ to the body wall.  

• Mesenteries and ligaments provide pathways for vessels, nerves, and 

lymphatics to and from abdominal viscera. 

 


background image

Figure: Transverse sections through embryos at various stages of development.  
A. The intra-embryonic cavity,  bordered by visceral and somatic layers of lateral plate mesoderm, 
is in open communication with the extra embryonic cavity.  
B. The intra-embryonic cavity is losing its wide connection with the extra embryonic cavity.  
C. At the end of the fourth week, visceral mesoderm layers are fused in the midline and form a 
double-layered membrane (dorsal mesentery) between right and left halves of the body cavity. 
Ventral mesentery exists only in the region of the septum transversum (not shown). 


background image

DORSAL MESENTRY 

By the fifth week 
THE DORSAL MESENTERY: 
extends from the lower end of 
the esophagus to the cloacal 
region of the hindgut. 

Dorsal mesogastrium or 

greater omentum: In the 
region of the stomach. 

Dorsal  mesoduodenum: In 

the region of the duodenum 

Mesentery proper: Dorsal 

mesentery of the jejunum & 
ileum. 

Dorsal mesocolon: in the 

region of the colon 

 


background image

VENTRAL MESENTRY 

Exists only in the region of the 

terminal part of the esophagus, 
the stomach, and the upper part 
of the duodenum
,  

-  Derived from the septum  

transversum. 

Growth of the liver into the 

mesenchyme of the septum 
transversum divides the ventral 
mesentery into  

(a) the lesser omentum

extending from the lower portion 
of the esophagus, the stomach, 
and the upper portion of the 
duodenum to the liver and  

(b) the falciform ligament

extending from the liver to the 
ventral body wall. 

 

 


background image

FOREGUT 

Esophagus 
•When the embryo is approximately 4 weeks old, the respiratory diverticulum (lung bud) 

appears at the ventral wall of the foregut at the border with the pharyngeal gut. 

•The tracheo-esophageal septum gradually partitions this diverticulum from the dorsal part 

of the foregut. 

• In this manner, the foregut divides into a ventral portion, the respiratory primordium, and 

a dorsal portion, the esophagus. 

•At first, the esophagus is short, but with descent of the heart and lungs, it lengthens 

rapidly. 

The muscular coat, which is formed by surrounding splanchnic  mesenchyme, is striated in 

its upper two thirds and innervated by the vagus; the muscle coat is smooth in the lower 
third 
and is innervated by the splanchnic plexus. 

 


background image

Figure: Variations of 

esophageal atresia 

and/or tracheo-

esophageal fistula in 

order of their frequency 

of appearance: A,90%; 

B,4%; C,4%; D,1%; and 

E,1%. 

Clinical Correlates 

Esophageal Abnormalities 
Esophageal atresia 
and/or  tracheoesophageal fistula results either from 
spontaneous posterior deviation of the  tracheoesophageal septum or from some 
mechanical factor pushing the dorsal wall of the foregut anteriorly.  
In its most common form, the proximal part of the esophagus ends as a blind 
sac, and the distal part is connected to the trachea by a narrow canal just above 
the bifurcation. 
Atresia of the esophagus prevents normal passage of amniotic fluid into the 
intestinal tract, resulting in accumulation of excess fluid in the amniotic sac  
(polyhydramnios) .  


background image

• The lumen of the esophagus may narrow, producing  esophageal stenosis

usually in the lower third. Stenosis may be caused by incomplete 
recanalization, vascular abnormalities, or accidents that compromise 
blood flow.  

• Occasionally, the esophagus fails to lengthen sufficiently, and the stomach 

is pulled up into the esophageal hiatus through the diaphragm. The result 
is a congenital hiatal hernia. 

 


background image

Stomach rotation 

•The stomach appears as a fusiform 

dilation of the foregut in the 
fourth week of development.  

•The stomach rotates 90°clockwise 

around its longitudinal axis
causing its left side to face 
anteriorly and its right side to face 
posteriorly. 

•Hence, the left vagus nerve, 

initially innervating the left side of 
the stomach, now innervates the 
anterior wall; similarly, the right 
nerve innervates the posterior 
wall.  

•During this rotation, the original 

posterior wall of the stomach 
grows faster than the anterior 
portion, forming the greater and  
lesser curvatures


background image

Stomach rotation 

•The cephalic and caudal 

ends of the stomach 
originally lie in the midline, 
but during further growth, 
the stomach rotates 
around an anteroposterior 
axis
, such that the caudal 
or pyloric part moves to 
the right and upward
, and 
the cephalic or cardiac 
portion moves to the left 
and slightly downward. 


background image

Formation of omental bursa (lesser sac) 

• Rotation about the longitudinal axis pulls the dorsal mesogastrium to the 

left, creating a space behind the stomach called the omental bursa (lesser 
peritoneal sac)
.  

• This rotation also pulls the ventral mesogastrium to the right.  

 


background image

Spleen development 

• The spleen primordium appears as a mesodermal proliferation between 

the two leaves of the dorsal mesogastrium. 

• With continued rotation of the stomach, the spleen, which remains 

intraperitoneal, is then connected to the body wall in the region of the 
left kidney by the lienorenal ligament and to the stomach by the 
gastrolienal ligament. 

 


background image

Organs, such as the pancreas, that are originally covered by 
peritoneum, but later fuse with the posterior body wall to become 
retroperitoneal, are said to be secondarily retroperitoneal. 


background image

Formation of greater omentum 

• As a result of rotation of the stomach about its anteroposterior axis, the 

dorsal mesogastrium bulges down. It continues to grow down and forms a 
double-layered sac extending over the transverse colon and small 
intestinal loops like an apron. This double-leafed apron is the greater 
omentum
; later, its layers fuse to form a single sheet hanging from the 
greater curvature of the stomach.  

 


background image

Formation of greater omentum 

• The posterior layer of the greateromentum also fuses with the mesentery 

of the transverse colon. 


background image

The lesser omentum and  falciform ligament form from the ventral mesogastrium, 

which itself is derived from mesoderm of the septum transversum.  


background image

• The free margin of the falciform ligament contains the umbilical vein, which 

is obliterated after birth to form the  round ligament of the liver (ligamentum 

teres hepatis) .  

• The free margin of the lsser omentum connecting the duodenum and liver 

(hepatoduodenal ligament) contains the bile duct, portal vein, and hepatic 

artery  (portaltriad) This free margin also forms the roof of the epiploic 

foramen of Winslow, which is the opening connecting the omental bursa 

(lesser sac) with the rest of the peritoneal cavity (greater sac). 
 


background image

Clinical Correlates 

• Stomach Abnormalities 
• Pyloric stenosis: occurs when the circular and, to a lesser degree, the 

longitudinal musculature of the stomach in the region of the pylorus 
hypertrophies. One of the most common abnor-malities of the stomach in 
infants, pyloric steno-sis is believed to develop during fetal life. There is an 
extreme narrowing of the pyloric lumen, and the passage of food is 
obstructed, resulting in severe vomiting. In a few cases, the pylorus is 
atretic.  


background image

Duodenum  

The terminal part of the foregut and the cephalic part of the midgut 
form the duodenum. The junction of the two parts is directly distal to 
the origin of the liver bud.  


background image

Duodenum  

As the stomach rotates, the duodenum takes on the form of a C-
shaped loop and rotates to the right. This rotation, together with rapid 
growth of the head of the pancreas, swings the duodenum from its 
initial midline position to the right side of the abdominal cavity .  


background image

Duodenum  

• Since the foregut is supplied by the celiac artery and the midgut is 

supplied by the superior mesenteric artery, the duodenum is supplied by 
branches of both arteries. 

 

Figure: Embryo during the sixth week of development, showing blood 
supply to the segments of the gut. The superior mesenteric artery supplies 
the midgut. The celiac and inferior mesenteric arteries supply the foregut 
and hindgut, respectively. 


background image

During the second month, the lumen of the duodenum is obliterated 
by proliferation of cells in its walls. However, the lumen is recanalized 
shortly thereafter.  


background image

Liver & gall bladder 

The liver primordium appears in the middle of the third week as an outgrowth of the 
endodermal epithelium at the distal end of the foregut.  

This outgrowth, the hepatic diverticulum, or liver bud, consists of rapidly proliferating cells 
that penetrate the septum transversum, that is, the mesodermal plate between the 
pericardial cavity and the stalk of the yolk sac.  

While hepatic cells continue to penetrate the septum, the connection between the hepatic 
diverticulum and the foregut (duodenum) narrows, forming the bile duct. 

A small ventral outgrowth is formed by the bile duct, and this  outgrowth gives rise to the gall 
bladder and the cystic duct. 


background image

• During further development, epithelial liver cords intermingle with the 

vitelline and umbilical veins, which form hepatic sinusoids.  

• Liver cords differentiate into the  parenchyma (liver cells) and form the 

lining of the biliary ducts (endoderm).  

• Hematopoietic cells, Kupffer cells, and  connective tissue cells are derived 

from mesoderm of the septum transversum.  

 


background image

• In this region, the liver remains in contact with the rest of the original 

septum transversum. This portion of the septum, which consists of 
densely packed mesoderm, will form the central tendon of the 
diaphragm

• The surface of the liver that is in contact with the future diaphragm is 

never covered by peritoneum; it is the bare area of the liver. 

• Hematopoietic function: Large nests of proliferating cells, which produce 

red and white blood cells, lie between hepatic cells and walls of the 
vessels. This activity gradually subsides during the last 2 months of 
intrauterine life, and only small hematopoietic islands remain at birth. 

• Another important function of the liver begins at approximately the 12th 

week, when bile is formed by hepatic cells.  


background image

Clinical correlates 

• Accessory hepatic ducts 
• Duplication of the gallbladder 
• Extrahepatic biliary atresia
• Intrahepatic biliary duct atresia and hypoplasia. 

 


background image

PANCREAS 

The pancreas is formed by two buds, dorsal and ventral, originating from the 
endodermal lining of the duodenum.  

Whereas the dorsal pancreatic bud is in the dorsal mesentery, the ventral 
pancreatic bud is close to the bile duct.  

When the duodenum rotates to the right and becomes C-shaped, the ventral 
pancreatic bud moves dorsally in a manner similar to the shifting of the entrance 
of the bile duct.  

Finally, the ventral bud comes to lie immediately below and behind the dorsal bud.  

Later, the parenchyma and the duct systems of the dorsal and ventral pancreatic 
buds fuse.  

The ventral bud forms the uncinate process and inferior part of the head of the 
pancreas. The remaining part of the gland is derived from the dorsal bud.  
 


background image

• The main pancreatic duct (of Wirsung) is formed by the distal part of the 

dorsal pancreatic duct and the entire ventral pancreatic duct.  

• The proximal part of the dorsal pancreatic duct either is obliterated or 

persists as a small channel, the accessory pancreatic duct (of Santorini). 

• The main pancreatic duct, together with the bile duct, enters the 

duodenum at the site of the major papilla; the entrance of the accessory 
duct (when present) is at the site of the minor papilla

• In about 10% of cases, the duct system fails to fuse, and the original 

double system persists. 
 


background image

Endocrine Pancreas  

• In the third month of fetal life, pancreatic islets (of Langerhans ) develop 

from the parenchymatous pancreatic tissue and scatter throughout the 
pancreas.  

• Insulin secretion begins at approximately the fifth month. Glucagon and 

somatostatin-secreting cells also develop from parenchymal cells. 

• Visceral mesoderm surrounding the pancreatic buds forms the pancreatic 

connective tissue

 


background image

Clinical Correlates 

• Annular pancreas 
• Accessory pancreatic tissue 

 

 


background image

Ch. 15 – Part 2 


background image

MIDGUT 

• In the 5-week embryo, the midgut is suspended from the dorsal 

abdominal wall by a short mesentery and communicates with the yolk sac 

by way of the vitelline duct or yolk stalk .  

• In the adult, the midgut begins immediately distal to the entrance of the 

bile duct into the duodenum and terminates at the junction of the 

proximal two thirds of the transverse colon with the distal third.  
 


background image

• Over its entire length, the midgut is supplied by the superior mesenteric 

artery


background image

Physiological Herniation 

• Development of the primary intestinal loop is characterized by rapid 

elongation.  

• As a result of the rapid growth and expansion of the liver, the abdominal 

cavity temporarily becomes too small to contain all the intestinal loops, 
and they enter the extraembryonic cavity in the umbilical cord during the 
sixth week 
of development. 


background image

Rotation of the Midgut 

• Coincident with growth in length, the primary intestinal loop rotates 

around an axis formed by the superior mesenteric artery

• This rotation is counter clockwise, and it amounts to approximately 

270°when it is complete

 


background image

Retraction of Herniated Loops 

• During the 10th week, herniated intestinal loops begin to return to the 

abdominal cavity.  


background image

Mesenteries of the Intestinal Loops 

• With retraction of the intestinal loop, the dorsal mesentery twists 

around the origin of the superior mesenteric artery. 

 


background image

• After retraction, the ascending and descending colons are permanently 

anchored to the posterior abdominal wall in a retroperitoneal position.  

• The appendix, lower end of cecum, transverse colon and sigmoid colon 

remain intraperitoneal.  

 

 


background image

Abnormalities of the Mesenteries 

• Mobile cecum: Persistence of a portion of the mesocolon (in the 

ascending colon). 

• Volvulus: In the most extreme form, the mesentery of the ascending colon 

failsto fuse with the posterior body wall, and allows abnormal movements 
of the gut.  

• Retrocolic hernia: entrapment of portions of the small intestine behind 

the mesocolon. 


background image

Body Wall Defects: Omphalocele, Gastroschisis. 

A.Omphalocele showing failure of the intestinal loops to return to the 
body cavity after physiologi-calherniation. The herniated loops are 
covered by amnion. B.Omphalocele in a newborn.  
C.Newborn with gastroschi-sis. Loops of bowel extend through a 
closure defect in the ventral body wall and are not covered by 
amnion. 


background image

Vitelline Duct Abnormalities 


background image

HINDGUT 

• The hindgut gives rise to the distal third of the transverse colon, the 

descending colon, the sigmoid, the rectum, and the upper part of the anal 

canal.  

• The terminal portion of the hindgut enters into the posterior region of the 

cloaca, the primitive  anorectal canal;  

• The allantois enters into the anterior portion, the primitive urogenital sinus 
• The cloaca itself is an endoderm-lined cavity covered at its ventral 

boundary by surface ectoderm. This boundary between the endoderm 
and the ectoderm forms the  cloacal membrane

•  A layer of mesoderm, the urorectal septum, separates the region 

between the allantois and hindgut.  


background image

• As the embryo grows and caudal folding continues, the tip of the urorectal 

septum comes to lie close to the cloacal membrane.  

• At the end of the seventh week, the cloacal membrane ruptures, creating the 

anal opening for the hindgut and a ventral opening for the urogenital sinus.  

• Between the two, the tip of the urorectal septum forms the perineal body. 

 

 

• The upper part (two-thirds) of the anal canal is derived from endoderm of the 

hindgut; the lower part (one-third) is derived from ectoderm around the 
Proctodeum

• Degeneration of the cloacal membrane (now called the  Anal membrane ) 

establishes continuity between the upper and lower parts of the anal canal.  

 


background image

Since the caudal part of the anal canal 
originates from ectoderm, it is supplied by 
the  inferior rectal arteries, branches of 
the  internal pudendal arteries. 
However, the cranial part of the anal 
canal 
originates from endoderm and is 
therefore supplied by the superior rectal 
artery
, a continuation of the inferior 
mesenteric artery
, the artery of the 
hindgut.  
The junction between the endodermal and 
ectodermal regions of the anal canal is 
delineated by the pectinate line, just 
below the anal columns. 
 At this line, the epithelium changes from 
columnar to stratified squamous 
epithelium. 


background image

Hindgut Abnormalities 


background image

Congenital megacolon 

• Is due to an absence of parasympathetic ganglia in the bowel wall 

(aganglionic megacolon or  hirschsprung disease ).  

• These ganglia are derived from neural crest cells that migrate from the 

neural folds to the wall of the bowel. 

• Mutations in the  RET gene, a tyrosine kinase receptor involved in crest 

cell migration, can result in congenital megacolon.  

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 5 أعضاء و 282 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