Duke Embryology – Craniofacial Development

Clicca qui per lanciare l’animazione Simbryo Head & Neck Development (e una musica davvero trippy – capirai una volta aperta la finestra…)

I. Apparato faringeo

• gli archi faringei sono strutture accoppiate associate alla faringe che contribuiscono notevolmente alla formazione della faccia, della mascella, dell’orecchio e del collo
• il primo arco faringeo appare all’inizio della quarta settimana e altri sono aggiunti più tardi più caudalmente in modo che ci sono in definitiva 5 archi alla fine della quarta settimana; il quinto arco non si forma, così gli archi sono numerati 1, 2, 3, 4, e 6.
• L’intero apparato è costituito da archi faringei accoppiati, sacche faringee, fessure faringee (o scanalature) e membrane faringee (vedi schema).
• ogni arco faringeo consiste in un nucleo di mesoderma somatico e mesenchima della cresta neurale
• il mesoderma somatico contribuisce all’arteria dell’arco (cioè gli archi aortici 1-6) e al tessuto muscolare scheletrico di ogni arco
• il mesenchima della cresta neurale si sviluppa in osso, cartilagine e/o tessuto connettivo in ogni arco.
• ogni arco faringeo ha un nervo cranico associato:
• arco 1: CN V (trigemino)
• arco 2: CN VII (facciale)
• arco 3: CN IX (glossofaringeo)
• arco 4: CN X (ramo laringeo superiore del vago)
• arco 6: CN X (ramo laringeo ricorrente del vago)
• l’interno dell’apparato faringeo è rivestito da endoderma che forma delle pieghe o sacche tra gli archi; poiché ci sono 5 archi faringei, ci sono 4 sacche faringee, i cui destini sono discussi in seguito.
• l’esterno dell’apparato faringeo è coperto da un ectodermico che forma delle fessure (o solchi) faringee esterne; come per le sacche, ci sono inizialmente 4 fessure faringee, i cui destini sono discussi di seguito.

A. Destini delle fessure faringee

Le fessure faringee sono cavità rivestite di ectoderma che appaiono all’ESTERNO della faringe tra gli archi; la fessura 1 è tra l’arco 1 e 2, la fessura 2 è tra gli archi 2 e 3, ecc.

1. fessura faringea 1: si sviluppa nel meato uditivo esterno (la corrispondente 1a tasca faringea si sviluppa nella tuba uditiva (o Eustachio), e la membrana intermedia si sviluppa nella membrana timpanica).

I difetti nello sviluppo della fessura faringea 1 possono provocare cisti e/o fistole preauricolari (cioè davanti al padiglione auricolare).

2. Le fessure faringee 2, 3 e 4 sono sovradimensionate dall’espansione del 2° arco faringeo e solitamente obliterate.

I rimedi delle fessure faringee 2-4 possono apparire sotto forma di cisti cervicali o fistole trovate lungo il bordo anteriore del muscolo sternocleidomastoideo.

B. Destini degli archi faringei

1. Arco faringeo 1 (arco mandibolare)

• associato al 1° arco aortico, che si sviluppa in parte dell’arteria mascellare
• innervato dal CN V (nervo trigemino)
• si divide in una prominenza mascellare superiore e una prominenza mandibolare inferiore
• derivati del 1° arco sono:

2. Arco faringeo 2 (arco ioide)

• associato al 2° arco aortico, che si sviluppa nell’arteria stapediale
• innervato dal CN VII (nervo facciale)
• derivati del 2° arco sono:

3. Arco faringeo 3

• associato all’arco aortico 3, che contribuisce alla carotide comune e al segmento prossimale della carotide interna
• innervato dal CN IX (nervo glossofaringeo)
• derivati del 3° arco sono:

4. Arco faringeo 4

• associato all’arco aortico 4, che contribuisce al segmento prossimale dell’arteria succlavia destra e all’arco dell’aorta
• innervato dal CN X (ramo laringeo superiore del nervo vago)
• derivati del 4° arco sono:

5. Arco faringeo 6

• associato all’arco aortico 6, che contribuisce ai segmenti prossimali delle arterie polmonari e del dotto arterioso (che diventa il ligamentum arteriosum nell’adulto)
• innervato dal CN X (ramo laringeo ricorrente del nervo vago)
• derivati del 6° arco sono:

I destini degli archi faringei e delle loro strutture derivate possono essere riassunti dalle due figure seguenti:

6. Mucoli della testa e del collo

BRANCHIOMERICI (cioè nelle arcate branchiali – alias arcate faringee)

• Sorgono dal mesoderma parassiale non segmentato (cioè somitomeri) che migra in archi 1-3:
• Arco 1: muscoli della masticazione, tensore timpani, tensore veli palantini, ventre anteriore del digastrico (CN-V)
• Arco 2: muscoli dell’espressione facciale, stapedius, stylohyoid, ventre posteriore del digastrico (CN-VII)
• Arco 3: stilofaringeo (CN-IX)
• Sorgono dal mesoderma parassiale egmented (somitico) che migra negli archi 4 e 6:
• Arco 4: costrittori faringei, levator veli palatini (ramo laringeo superiore del CN-X)
• Arco 6: muscoli laringei intrinseci (ramo laringeo ricorrente del CN-X)

SOMATICO (cioè.e. NON nelle arcate faringee)

• Sorgono dal mesoderma parassiale non segmentato che NON migra nelle arcate:
• Muscoli extraoculari (CN-III, -IV, -VI)
• Sorgono dal mesoderma parassiale somitico che migra nella lingua dopo la sua formazione:
• Muscoli intrinseci ed estrinseci della lingua (CN-XII)

OCCIPITALE (dal mesoderma della placca laterale occipitale ma innervato da un nervo cranico)

• Sorgono dal MESODERMA DELLA PIASTRA LATERALE occipitale* adiacente ai somiti 1-3 (Sviluppo 2010 137: 2961-2971):
• Trapezio e sternocleidomastoideo (CN-XI

C. Destini delle sacche faringee

Le sacche faringee sono tasche rivestite di endodermia che si formano all’INTERNO della faringe tra gli archi; la sacca 1 si forma tra l’arco 1 e l’arco 2, la sacca 2 si forma tra l’arco 2 e l’arco 3, ecc.

1. La tasca faringea 1 si sviluppa nella tuba uditiva e nella cavità dell’orecchio medio

2. La tasca faringea 2 forma numerosi ripiegamenti che diventano le cripte della tonsilla palatina; più tardi, i linfociti (dal timo e dal midollo osseo) si infiltrano nella lamina propria sottostante per stabilire la tonsilla palatina definitiva.

3. La tasca faringea 3 – si divide in una porzione superiore (o dorsale) e inferiore (o ventrale):

porzione dorsale della tasca 3: forma le ghiandole paratiroidi inferiori – le cellule capo (o principali) e ossifile derivano dal rivestimento endodermico della tasca
porzione ventrale della tasca 3: forma il timo – le cellule reticolari epiteliali (comprese quelle che compongono i corpuscoli timici o di Hassall) derivano dal rivestimento endodermico della tasca. I progenitori delle cellule T del midollo osseo si infiltrano nella corteccia per costituire il timo definitivo.

4. La tasca faringea 4 – si divide anche in una porzione superiore (o dorsale) e inferiore (o ventrale):

porzione dorsale della tasca 4: forma le ghiandole paratiroidi superiori – le cellule capo (o principali) e ossifile derivano dal rivestimento endodermico della tasca

porzione ventrale della tasca 4: forma un diverticolo chiamato corpo ultimobranchiale, le cui cellule migrano nella tiroide e si differenziano in cellule parafollicolari (C) della tiroide.

Lo sviluppo anomalo dei derivati dei sacchetti 3 e/o 4 può risultare in tessuto tiroideo paratiroideo, timico o parafollicolare ectopico o assente. Il disordine più comune in cui questo si verifica è la sindrome di DiGeorge, causata da una delezione nel braccio lungo (o “q”) del cromosoma 22, che porta a un’ipoplasia del 3° e 4° arco faringeo e delle loro tasche faringee associate. I sintomi e i segni di DiGeorge spesso includono:

• ipoplasia dello ioide
• ipoplasia timica (immunodeficienza dovuta alla mancanza di cellule T)
• ipoparatiroidismo (ghiandole paratiroidi inferiori mancanti o ipoplastiche)
• difetti del tratto di efflusso (la cresta neurale in quest’area contribuisce anche ai cuscinetti conotrurali del tratto di efflusso)

Interessante, l’ipoplasia del 3° e 4° arco può anche interrompere il 1° e/o 2° arco, portando ai seguenti risultati aggiuntivi:

• micrognazia (mascella ridotta)
• palatoschisi
• ipoacusia (dovuta a malformazione degli occhioni dell’orecchio medio o secondaria a infezioni dell’orecchio causate da immunodeficienza)

II. Sviluppo della lingua

A. 2/3 anteriori della lingua:

1. Formazione: i 2/3 anteriori della lingua derivano da gemme di lingua mediane e laterali che nascono dal pavimento del 1° arco faringeo e crescono poi rostralmente. Le gemme della lingua sono poi invase da mioblasti occipitali che formano i muscoli intrinseci della lingua.

2. Innervazione dei 2/3 anteriori della lingua:

• l’innervazione sensoriale della mucosa avviene tramite il ramo linguale del nervo trigemino
• l’innervazione del gusto avviene tramite il ramo cordale timpanico del nervo facciale, ad eccezione delle papille gustative in qualsiasi papilla circumvallata che può essere presente nella parte più posteriore dei 2/3 anteriori della lingua – queste sono innervate dal nervo glossofaringeo.
• l’innervazione motoria dei muscoli scheletrici intrinseci avviene tramite il nervo ipoglosso

B. 1/3 posteriore della lingua:

1. Formazione: i rigonfiamenti del pavimento del 3° e 4° arco faringeo fanno crescere il 2° arco e si fondono con i 2/3 anteriori della lingua. Così, il 1/3 posteriore della lingua deriva dal 3° e 4° arco e NON c’è contributo del 2° arco faringeo nella lingua adulta. La muscolatura intrinseca deriva anche dai mioblasti occipitali. La linea di fusione dei 2/3 anteriori e del 1/3 posteriore della lingua è indicata dal solco terminale.

2. Innervazione del 1/3 posteriore della lingua:

• l’innervazione sensoriale della mucosa avviene principalmente tramite il nervo glossofaringeo (e un po’ di vago)
• l’innervazione del gusto avviene principalmente tramite il nervo glossofaringeo (e un po’ di vago)
• l’innervazione motoria dei muscoli scheletrici intrinseci avviene tramite il nervo ipoglosso

III. Lo sviluppo della tiroide

• non deriva da nessuna delle sacche faringee
• sorge da un diverticolo tiroideo mediano che si forma dall’endoderma nel pavimento della faringe appena caudale al primo arco faringeo; queste cellule endodermiche si differenziano nelle cellule follicolari della tiroide.
• le cellule endodermiche del corpo ultimobranchiale migrano nella ghiandola e danno origine alle cellule parafollicolari (dette cellule C) della tiroide.
• con la crescita differenziale dell’embrione, il diverticolo si allunga, ma rimane collegato alla lingua in formazione da un dotto tireoglossale che in seguito viene obliterato; il sito dell’apertura del dotto tireoglossale è il forame cieco che si trova nella linea mediana al solco terminale della lingua.

Anomalie nello sviluppo della tiroide possono provocare tessuto tiroideo ectopico e/o cisti presenti lungo il corso del dotto tireoglosso, che è una struttura della linea mediana (in contrasto con le cisti cervicali, che sono residui di fessure faringee 2-4 e si trovano lateralmente ai muscoli sternocleidomastoidei).

IV. Sviluppo del cranio

• le porzioni anteriori (viscerocranio) derivano principalmente dal mesenchima della cresta neurale che si sviluppa in ossa tramite ossificazione membranosa
• le ossa nei piani delle fosse craniche, (placca cribrosa, sfenoide, petroso temporale e clivus dell’occipitale), derivano dal mesoderma parassiale (somitico) che sviluppa l’osso tramite ossificazione endocondrale
• le ossa piatte della volta cranica, chiamate “neurocranio” (es.L’osso ioide deriva dalla cresta neurale associata alle arcate faringee II e III.
• Le cartilagini laringee derivano dalla cresta neurale associata alle arcate faringee IV e VI.
• le ossa del cranio non si fondono insieme fino a dopo la nascita (per consentire la coronazione della testa durante il parto e la crescita del cervello postnatale), lasciando suture e fontanelle che in genere si chiudono in vari momenti postnatali:
• la confluenza delle suture lambdoidee e sagittali nella parte posteriore del cranio segna il sito della fontanella posteriore, che tipicamente si chiude a circa 3-6 mesi postnatali
• la confluenza delle suture sagittale, coronale e frontale nella parte superiore, anteriore del cranio segna il sito della fontanella anteriore, che tipicamente si chiude entro 1.5-2 anni dopo la nascita.

Perché il cervello continua a crescere in dimensioni fino a 6-7 anni di età, la fusione prematura delle suture o delle fontanelle provocherà una forma anomala della testa, poiché il cervello causerà lo spostamento delle ossa che rimangono non fuse.

V. Sviluppo della faccia

• inzialmente formata da 5 rigonfiamenti mesenchimali (alias processi o prominenze):
• 2 prominenze mandibolari (destra e sinistra, dal mesenchima della cresta neurale del 1° arco)
• 2 prominenze mascellari (destra e sinistra, dal mesenchima della cresta neurale del 1° arco)
• prominenza frontonasale (struttura mediana, dal mesenchima della cresta neurale cranica)

• due fosse nasali si sviluppano negli aspetti ventrolaterali delle prominenze frontonasali, formando così 2 prominenze nasali laterali e mediali
• lo sviluppo della faccia avviene tramite la crescita e la fusione di queste prominenze:
• le prominenze mandibolari crescono insieme per formare un’unica mandibola
• Le prominenze mascellari (mostrate in arancione sotto) crescono verso la linea mediana e si fondono con le prominenze nasali laterali (blu). Un profondo solco chiamato solco nasolacrimale si forma tra le prominenze nasali mascellari e laterali su entrambi i lati del naso in sviluppo. La maggior parte del solco è obliterato con la fusione delle prominenze nasali mascellari e laterali, ma una piccola porzione persiste come condotto nasolacrimale e sacco lacrimale.
• La crescita verso l’interno delle prominenze mascellari provoca anche la loro fusione con le prominenze nasali mediali (giallo). La crescita continua delle prominenze mascellari combinata con la regressione della prominenza frontonasale spinge le due prominenze nasali mediali insieme in modo che le prominenze mediali alla fine si fondono per formare la linea mediana del naso e il filtrone del labbro superiore – la porzione superiore della prominenza frontonasale cresce e si estende per formare la fronte mentre la porzione inferiore non cresce molto, permettendo così ai processi nasali mediali di fondersi nella linea mediana.

Di seguito un riassunto dei contributi delle prominenze al viso adulto:

L’interruzione dello sviluppo di una qualsiasi delle prominenze facciali può provocare una varietà di anomalie facciali, come (da sinistra a destra nelle figure seguenti):

• labbro leporino (mancata fusione bilaterale delle prominenze nasali mascellari e mediali)
• fessura facciale obliqua (mancata fusione unilaterale delle prominenze mascellari, mediali e laterali del naso), e laterale delle prominenze nasali)
• macrostoma (fusione laterale incompleta dei processi mascellari e mandibolari)
• diaframma medio (fusione incompleta delle prominenze nasali mediali)
• displasia frontonasale (iperplasia della prominenza frontonasale inferiore, impedendo così la fusione delle prominenze nasali mediali)

VI. Sviluppo del palato

A. Il palato primario

• si forma tramite la fusione delle due prominenze nasali mediali nella linea mediana (naturalmente, questa fusione mediana è guidata dalla crescita delle prominenze mascellari che spinge le prominenze nasali verso il centro)
• consiste nel segmento premascellare del mascellare, che contiene i quattro incisivi e il canale incisivo

B. Il palato secondario

• si forma tramite le escrescenze delle prominenze mascellari chiamate ripiani palatini
• inzialmente, i ripiani palatini si proiettano su entrambi i lati della lingua. Con la crescita e l’espansione della mandibola, la lingua si sposta verso il basso, permettendo agli scaffali palatini di crescere verso la linea mediana e di fondersi per formare il palato secondario, che consiste nel segmento palatino della mascella e dell’osso palatino. L’interruzione della crescita della lingua e/o della mandibola può quindi secondariamente causare una palatoschisi secondaria.

La fusione completa del palato primario e secondario è un processo complesso che coinvolge la crescita dei tessuti componenti, la trasformazione da epiteliale a mesenchimale, la migrazione cellulare e la morte cellulare programmata nei siti di fusione. Dato il coinvolgimento delle prominenze mascellari e nasali, la palatoschisi è spesso (ma NON sempre) accompagnata da labiopalatoschisi.

Domande pratiche

1. Nello sviluppo craniofacciale, il mesoderma parassiale contribuisce a quale dei seguenti?

A. osso occipitale
B. muscoli della lingua
C. muscoli extraoculari
D. NESSUNO dei precedenti
E. TUTTO quanto sopra

ANSWER

2. Il difetto craniofacciale illustrato nella figura qui sotto è stato molto probabilmente causato da quale dei seguenti?

1. fusione prematura della sutura cranica sagittale
2. fusione prematura della sutura cranica coronale
3. sovraccrescita del processo frontonasale
4. fusione incompleta dei processi frontonasale e mascellare
5. completa migrazione e/o differenziazione delle cellule della cresta neurale cranica

ANSWER

3. La condizione mostrata nella figura qui sotto era molto probabilmente causata da:

A. mancata fusione dei processi nasali mediale e laterale con il processo mascellare.
B. fusione incompleta dei processi mascellari e mandibolari.
C. fusione incompleta dei processi nasali mediali.
D. crescita eccessiva del processo frontonasale.
E. crescita incompleta del processo mandibolare.

RISPOSTA

4. La tiroide deriva principalmente dalla:

A. 1° sacca faringea.
B. 2° sacchetto faringeo.
C. porzione ventrale del 3° sacchetto faringeo.
D. porzione dorsale del 4° sacchetto faringeo.
E. forame cieco alla base della lingua.

RISPOSTA

5. Quale dei seguenti risultati clinici si osserva più frequentemente in associazione con la sindrome di DiGeorge ma non di solito nella sindrome di Treacher Collins? Leucopenia delle cellule T
B. Leucopenia delle cellule B.
C. anomalie faringee e/o palatali.
D. anomalie facciali.
E. anomalie dell’orecchio esterno.

ANSWER

6. L’analisi cromosomica di un paziente con la sindrome di DiGeorge mostrerebbe probabilmente quale delle seguenti?

A. trisomia 21
B. 46, XO
C. delezione di 22q
D. delezione di 11q
E. duplicazione di 17p

RISPOSTA

Le domande 7-10 fanno riferimento alla lista sottostante. Seleziona la struttura più appropriata nella lista per ciascuna delle seguenti affermazioni o descrizioni (ogni struttura etichettata può essere usata una volta, più di una volta, in combinazione con altre strutture, o per niente). Se un’affermazione o una descrizione si riferisce ad una struttura NON presente nella lista, allora la risposta corretta sarebbe “NESSUNA delle precedenti.”

A) arco faringeo 1
B) arco faringeo 2
C) arco faringeo 3
D) arco faringeo 4
E) arco faringeo 5
F) arco faringeo 6

7. dà origine alla staffa

ANSWER

8. dà origine alla mandibola

ANSWER

9. i suoi derivati sono innervati dal nervo cranico III

ANSWER

10. I suoi derivati sono innervati dal nervo ipoglossale

ANSWER

Le domande 11-14 si riferiscono allo schema sottostante. Seleziona la struttura più appropriata nella lista per ciascuna delle seguenti affermazioni o descrizioni (ogni struttura etichettata può essere usata una volta, più di una volta, in combinazione con altre strutture, o per niente). Se un’affermazione o una descrizione si riferisce a una struttura NON presente nella lista, la risposta corretta sarà “NESSUNA delle precedenti”.

11. innervato dal nervo facciale

ANSWER

12. innervato dal nervo vago

ANSWER

13. innervato dal nervo cranico VIII

ANSWER

14. innervato dal nervo cranico V

ANSWER

Le domande 15-17 si basano sull’immagine sottostante che mostra una femmina di 8 anni e suo fratello di 6 anni.

15. In base all’aspetto di questi due fratelli, quale arco faringeo sembra essere più colpito?

A. arco faringeo 1
B. arco faringeo 2
C. arco faringeo 3
D. arco faringeo 4
E. arco faringeo 6

ANSWER

16. Le sindromi craniofacciali spesso colpiscono più di un arco faringeo. Quale dei seguenti risultati clinici indicherebbe il coinvolgimento dell’arco faringeo 2 in questo caso particolare?

A. assenza del martello (come determinato dalla radiografia)
B. ipoplasia dello ioide (come determinato dalla radiografia)
C. ipocalcemia
D. immunodeficienza
E. ipotiroidismo

ANSWER