Duke Embryology – Craniofacial Development

Klicka här för att starta Simbryo Head & Neck Development animation (och lite riktigt trippande musik – du förstår när fönstret öppnas…)

I. Faryngealapparaten

• Faryngeala bågar är parvisa strukturer som är förknippade med svalget och som i hög grad bidrar till bildandet av ansikte, käke, öra och hals
• Den första faryngeala bågen dyker upp ungefär i början av den 4:e veckan och andra läggs till mer kaudalt senare, så att det i slutändan finns 5 bågar i slutet av den 4:e veckan; den 5:e bågen misslyckas med att bildas, så bågarna är numrerade 1, 2, 3, 4 och 6.
• Helheten består av parvisa svalgbågar, svalgpåsar, svalgklyftor (eller rännor) och svalgmembran (se diagram).
• Varje svalgbåge består av en kärna av somatiskt mesoderm och neural crest mesenkym
• somatiskt mesoderm bidrar till bågartären (dvs. aortabågen 1-6) samt skelettmuskelvävnad i varje båge
• neural crest mesenkym utvecklas till ben, brosk och/eller bindväv i varje båge.
• Varje svalgbåge har en kranialnerv associerad med den:
• båge 1: CN V (trigeminus)
• båge 2: CN V (trigeminus)
• båge 3: CN V (trigeminus)
• båge 3: CN V (trigeminus): CN VII (facial)
• båge 3: CN IX (glossopharyngeal)
• båge 4: CN X (vagusens övre larynxgren)
• båge 6: CN X (vagusens övre larynxgren)
• båge 7: CN VII (ansiktsben): CN X (recurrent laryngeal gren av vagus)
• Faryngealapparatens insida är klädd med endoderm som bildar veckningar eller påsar mellan bågarna; eftersom det finns 5 faryngeala bågar, finns det 4 faryngeala påsar, vars öden diskuteras nedan.
• Faryngealapparatens utsida är täckt av ektoderm som bildar yttre faryngeala klyftor (eller spår); liksom för påsarna finns det initialt 4 faryngeala klyftor, vars öden diskuteras nedan.

A. Farsynxsprickornas öden

Farsynxsprickorna är ektodermalt fodrade fördjupningar som uppträder på utsidan av farynx mellan bågarna; spricka 1 är mellan båge 1 och 2, spricka 2 är mellan båge 2 och 3, osv.

1. Svalgspalt 1: utvecklas till den yttre hörselgången (motsvarande 1:a svalgspalt utvecklas till hörselröret (eller Eustacianröret), och det mellanliggande membranet utvecklas till trumhinnan).

Defekter i utvecklingen av svalgspalt 1 kan resultera i preaurikulära (dvs. framför öronsnäckan) cystor och/eller fistlar.

2. Farynxspalt 2, 3 och 4 växer över genom expansion av den andra svalgbågen och utplånas vanligen

Remnanter av farynxspalt 2-4 kan uppträda i form av cervikala cystor eller fistlar som återfinns längs den främre gränsen av sternocleidomastoideusmuskeln.

B. Svalgbågarnas öden

1. Pharynxbåge 1 (mandibularbåge)

• associerad med den första aortabågen, som utvecklas till en del av käkbensartären
• innerverad av CN V (trigeminusnerven)
• delar sig i en övre käkbensprolominans och en nedre mandibularprolominans
• Derivat av den första bågen är:

2. Pharynxbåge 2 (hyoidbåge)

• associerad med den andra aortabågen, som utvecklas till den stapediala artären
• förtjänt av CN VII (ansiktsnerven)
• Derivat av den andra bågen är:

3. Pharynxbåge 3

• associerad med aortabåge 3, som bidrar till den gemensamma halspulsådern och det proximala segmentet av den inre halspulsådern
• innerverad av CN IX (nervus glossopharyngeus)
• Derivat av den 3:e bågen är:

4. Pharynxbåge 4

• associerad med aortabåge 4, som bidrar till det proximala segmentet av höger arteria subclavia och aortabågen
• förtjänt av CN X (översta larynxgrenen av vagusnerven)
• Derivat av den 4:e bågen är:

5. Pharynxbåge 6

• associerad med aortabåge 6, som bidrar till de proximala segmenten av lungartärerna och ductus arteriosus (som blir ligamentum arteriosum hos den vuxne)
• innerverad av CN X (vagusnervens recurrent laryngeal gren)
• Derivat av 6:e bågen är:

Farynxbågarnas och deras derivativa strukturers öden kan sammanfattas i de två figurerna nedan:

6. Huvudets och halsens muskler

BRANCHIOMERISKA (dvs. i grenbågar – även kallade svalgbågar)

• Skapar upp från osegmenterad paraxial mesoderm (dvs. somitomerer) som migrerar till bågar 1-3:
• Båge 1: tuggmuskler, tensor tympani, tensor veli palantini, främre buken i digastric (CN-V)
• Båge 2: ansiktsuttrycksmuskler, stapedius, stylohyoid, bakre buken i digastric (CN-VII)
• Båge 3: Stylopharyngeus (CN-IX)
• Skapar upp från paraxial mesoderm som vandrar in i bågarna 4 och 6:
• Båge 4: Båge 4: pharyngeal constrictors, levator veli palatini (övre laryngeal gren av CN-X)
• Båge 6: intrinsikala laryngealmuskler (recurrent laryngeal gren av CN-X)

SOMATISK (i.e. INTE i svalgbågar)

• Skapar ur osegmenterad paraxial mesoderm som INTE migrerar in i bågarna:
• Extraokulära muskler (CN-III, -IV, -VI)
• Skapar ur somitisk paraxial mesoderm som migrerar in i tungan efter att den bildats:
• Tungans intrinsikala och extrinsikala muskler (CN-XII)

OCCIPITAL (från occipitalt lateralplattemesoderm men innerveras av en kranialnerv)

• Uppstår från occipitalt LATERALPLATTEMESODERM* i anslutning till somiterna 1-3 (Development 2010 137: 2961-2971):
• Trapezius och sternocleidomastoideus (CN-XI

C. Farsynxfickornas öden

Farsynxfickorna är endodermalt fodrade fickor som bildas på insidan av svalget mellan bågarna; Farsynxfickan 1 bildas mellan båge 1 och båge 2, Farsynxfickan 2 bildas mellan båge 2 och båge 3, osv.

1. Pharyngeal Pouch 1 – utvecklas till hörselröret och mellanörshålan

2. Pharyngeal Pouch 2 – bildar många utvikningar som blir kryptorna i palatintonsillen; senare infiltrerar lymfocyter (från tymus och benmärg) den underliggande lamina propria för att bilda den definitiva palatintonsillen.

3. Pharyngeal Pouch 3 – delas upp i en övre (eller dorsal) och en undre (eller ventral) del:

dorsal del av pouch 3: bildar de undre bisköldkörtlarna – huvud- (eller huvud-) och oxyfila cellerna härstammar från den endodermala beklädnaden av pouch 3
ventral del av pouch 3: De epiteliala retikulära cellerna (inklusive de som ingår i thymus- eller Hassall-kropparna) härstammar från det endodermala fodret i pouch. T-cellprogenitorer från benmärgen infiltrerar cortexen för att bilda den definitiva tymusen.

4. Pharyngeal Pouch 4 -delar sig också i en övre (eller dorsal) och en undre (eller ventral) del:

dorsal del av pouch 4: bildar de övre bisköldkörtlarna -huvud- (eller huvud-) och oxyfila cellerna härstammar från den endodermala beklädnaden av pouch

ventral del av pouch 4: bildar ett divertikel som kallas ultimobranchial body, vars celler vandrar in i sköldkörteln och differentieras till parafollikulära (C) celler i sköldkörteln.

Anomal utveckling av derivaten av påsarna 3 och/eller 4 kan resultera i ektopisk eller frånvarande parathyreoidea-, tymus- eller parafollikulär sköldkörtelvävnad. Den vanligaste sjukdomen där detta inträffar är DiGeorges syndrom, som orsakas av en deletion i den långa (eller ”q”) armen av kromosom 22, vilket leder till en hypoplasi av 3:e och 4:e svalgbågen och deras tillhörande phayngeala påsar. Symtom och tecken på DiGeorge inkluderar ofta följande:

• hypoplasi av hyoideum
• thymisk hypoplasi (immunbrist på grund av brist på T-celler)
• hypoparatyreoidism (saknade eller hypoplastiska nedre bisköldkörtlar)
• defekter i utflödesbanan (neuralkammen i detta område bidrar också till de konotrunala kuddarna i utflödesbanan).

Interessant nog kan hypoplasi i den 3:a och 4:e bågen också störa den 1:a och/eller 2:a bågen, vilket leder till följande ytterligare fynd:

• mikrognathi (förminskad käke)
• gomspalt
• hörselnedsättning (antingen på grund av missbildning av mellanöratets ocssicler eller sekundärt till öroninfektioner orsakade av immunbrist)

II. Tungans utveckling

A. De främre 2/3 av tungan:

1. Bildning: De främre 2/3 av tungan härstammar från mediala och laterala tungknoppar som uppstår från golvet i den första svalgbågen och sedan växer rostralt. Tungknopparna invaderas sedan av occipitala myoblaster som bildar tungans inneboende muskler.

2. Innervation av de främre 2/3 av tungan:

• Den sensoriska innervation av slemhinnan sker via trigeminusnervens lingualgren
• Smakinnervation sker via facialisnervens chorda tympani-gren, med undantag för smaklökarna i en eventuell cirkumvallat papilla som kan finnas i den posteriormala delen av de främre två tredjedelarna av tungan – dessa innerveras av glossopharyngealnerven.
• motorisk innervation av de inneboende skelettmusklerna sker via hypoglossusnerven

B. Bakre tredjedelen av tungan:

1. Bildning: Svullnader från golvet i 3:e och 4:e svalgbågen överväxer 2:a bågen och smälter samman med den främre 2/3 av tungan. Den bakre tredjedelen av tungan härstammar således från den 3:e och 4:e bågen och det finns INTE något bidrag från den 2:a pharynxbågen i den vuxna tungan. Den inre muskulaturen härstammar också från occipitala myoblaster. Sammanslagningslinjen mellan de främre 2/3 och den bakre 1/3 av tungan anges av den terminala sulcus.

2. Innervation av den bakre tredjedelen av tungan:

• Sensorisk innervation av slemhinnan sker mestadels via den glossofaryngeala nerven (och en del vagus)
• Smakinnervation sker mestadels via den glossofaryngeala nerven (och en del vagus)
• Motorisk innervation av de intrinsikala skelettmusklerna sker via den hypoglossala nerven

III. Utveckling av sköldkörteln

• härstammar INTE från någon av svalgetäckarna
• uppstår från ett divertikel i mellangärdet för sköldkörteln som bildas från endodermen i svalgbotten precis kaudalt för den första svalgbågen; dessa endodermceller differentierar till sköldkörtelns follikelceller.
• endodermceller från ultimobranchialkroppen migrerar in i körteln och ger upphov till sköldkörtelns parafollikulära celler (även kallade C-celler).
• med differentiell tillväxt av embryot förlängs divertikeln, men förblir ansluten till den bildande tungan genom en thyroglossaldukt som senare utplånas; platsen för öppningen av thyroglossaldukten är foramen cecum som finns i mittlinjen vid tungans terminala sulcus.

Anomalier i utvecklingen av sköldkörteln kan resultera i ektopisk sköldkörtelvävnad och/eller cystor som finns längs loppet av ductus thyroglossalis, som är en struktur i mittlinjen (till skillnad från cervikalcystor, som är rester av svalgspalter 2-4 och finns lateralt till sternokleidomastoidmuskulaturen).

IV. Skallens utveckling

• De främre delarna (viscerocranium) härstammar främst från neuralkammet mesenchym som utvecklas till ben via membranös förbening
• ben i golven i kranialgroparna, även kallade ”chondrocranium” (cribriform plattan, sphenoid, petrous temporal och clivus occipital), härstammar från paraxial (somitisk) mesoderm som utvecklar ben via endokondral förbening
• platta ben i kranievalvet, även kallade ”neurocranium” (t.ex.t.ex. parietal och bakre occipital), härstammar från paraxial (somitisk) mesoderm som utvecklas till ben via membranös förbening.
• Hyoidbenet härstammar från neuralkammen som är associerad med svalgbågarna II och III.
• Larynxbrosket härstammar från neuralkammen som är associerad med svalgbågarna IV och VI.
• Skallebenen smälter inte samman förrän efter födseln (för att möjliggöra krona på huvudet under förlossningen och tillväxt av hjärnan postnatalt), vilket lämnar suturer och fontaneller som vanligtvis stängs vid olika tidpunkter postnatalt:
• Konfusionen av de lambdoida och sagittala suturerna på baksidan av skallen markerar platsen för den bakre fontanellen, som vanligtvis stängs omkring 3-6 månader efter födseln
• Konfusionen av de sagittala, koronala och frontala suturerna på toppen, framsidan av skallen markerar platsen för den främre fontanellen, som vanligtvis stängs vid 1.5-2 år postnatalt.

Om hjärnan fortsätter att växa i storlek fram till 6-7 års ålder kommer en för tidig fusion av suturerna eller fontanellerna att resultera i en onormal formning av huvudet, eftersom hjärnan kommer att orsaka förskjutning av de ben som förblir icke-fusionerade.

V. Ansiktets utveckling

• Först bildas ansiktet av 5 mesenkymala svullnader (även kallade processer eller prominenser):
• 2 mandibulära utbuktningar (höger och vänster, från första bågens neurala crest mesenkym)
• 2 maxillära utbuktningar (höger och vänster, från första bågens neurala crest mesenkym)
• frontonasal utbuktning (struktur i mittlinjen, från kranial neural crest mesenchym)

• Två näsgropar utvecklas i de ventrolaterala aspekterna av de frontonasala framskotten och bildar därmed två laterala och mediala nasala framskotten
• Ansiktets utveckling sker genom tillväxt och sammansmältning av dessa framskotten:
• Underkäksförstoringarna växer ihop och bildar en enda underkäke
• Överkäksförstoringarna (orangefärgade nedan) växer mot mittlinjen och smälter samman med de laterala näsförstoringarna (blå). En djup ränna som kallas nasolakrimal ränna bildas mellan de övre och yttre näsutsprången på vardera sidan av den framväxande näsan. Det mesta av rännan utplånas i samband med att de övre och yttre näsans framskjutande delar smälter samman, men en liten del av rännan finns kvar i form av den nasolakrimonella kanalen och tårsäcken.
• Invändig tillväxt av maxillärprolorna gör också att de smälter samman med de mediala nasalprolorna (gult). Fortsatt tillväxt av maxillära prominenser i kombination med regression av frontonasala prominensen trycker ihop de två mediala nasala prominenser så att de mediala prominenser så småningom smälter samman för att bilda näsans mittlinje och överläppens filtrum – den övre delen av frontonasala prominensen växer och sträcker sig ut för att bilda pannan, medan den nedre delen inte växer särskilt mycket, vilket gör att de mediala nasala processerna kan smälta samman i mittlinjen.

Nedan följer en sammanfattning av prominenternas bidrag till det vuxna ansiktet:

Förstörelse av utvecklingen av någon av ansiktets prominenser kan resultera i en mängd olika ansiktsavvikelser, till exempel (från vänster till höger i figurerna nedan):

VI. Gomens utveckling

A. Primär gom

• bildas via sammansmältning av de två mediala nasala prominenterna i medellinjen (denna sammansmältning i medellinjen drivs naturligtvis via tillväxten av maxillära prominenterna som trycker de nasala prominenterna mot mitten)
• består av det premaxillära segmentet av maxilla, som innehåller de fyra incisivtänderna och incisivkanalen

B. Den sekundära gommen

• bildas via utväxter av maxillärens utskjutande delar som kallas palatinahyllor
• I början sticker palatinahyllorna ut på vardera sidan av tungan. När underkäken växer och expanderar flyttas tungan nedåt, vilket gör det möjligt för de palatinska hyllorna att växa mot mittlinjen och smälta samman för att bilda den sekundära gommen, som består av det palatinska segmentet av överkäken och palatinska benet. Störningar i tungans och/eller mandibelns tillväxt kan därför sekundärt orsaka en sekundär gomspalt.

En fullständig fusion av den primära och sekundära gommen är en komplex process som inbegriper tillväxt av de ingående vävnaderna, omvandling från epitel till mesenkym, cellmigration och programmerad celldöd vid fusionsställena – störningar i någon del av denna process kan leda till gomspalt. Med tanke på att de övre och nedre delarna av gommen är involverade, åtföljs gomspalt ofta (men INTE alltid) av läppspalt.

Praktikfrågor

1. I den kraniofaciala utvecklingen bidrar den paraxiala mesodermen till vilket av följande?

A. occipitalbenet
B. tungans muskler
C. extraokulära muskler
D. INGEN av ovanstående
E. ALLT ovan

ANSWER

2. Den kraniofaciala defekt som illustreras i figuren nedan orsakades sannolikt av vilket av följande?

1. för tidig fusion av den saggitala kranialsuturen
2. för tidig fusion av den koronala kranialsuturen
3. överväxt av den frontonasala processen

.

4. Okomplett sammansmältning av de frontonasala och maxillära processerna
5. Okomplett migration och/eller differentiering av kraniala neuralkamceller

ANSWER

3. Det tillstånd som visas i figuren nedan orsakades sannolikt av:

A. misslyckande för de mediala och laterala nasala processerna att smälta samman med överkäpprocessen.
B. ofullständig sammansmältning av överkäpp- och underkäpprocesserna.
C. ofullständig sammansmältning av de mediala nasala processerna.
D. övertillväxt av den frontonasala processen.
E. ofullständig tillväxt av underkäpprocessen.

ANSWER

4. Sköldkörteln härstammar huvudsakligen från:

A. 1:a svalget.
B. 2:a pharyngealpungen.
C. ventral del av 3:e pharyngealpungen.
D. dorsal del av 4:e pharyngealpungen.
E. foramen cecum vid tungans bas.

ANSVAR

5. Vilket av följande kliniska fynd observeras oftare i samband med DiGeorges syndrom men vanligtvis inte vid Treacher Collins syndrom?

A. T-cells leukopeni
B. B-cellsleukopeni.
C. avvikelser i svalget och/eller gommen.
D. ansiktsavvikelser.
E. avvikelser i ytterörat.

ANSVAR

6. Kromosomal analys av en patient med DiGeorges syndrom skulle troligen visa vilket av följande?

A. Trisomi 21
B. 46, XO
C. deletion av 22q
D. deletion av 11q
E. duplikation av 17p

ANSVAR

Frågorna 7-10 hänvisar till listan nedan. Välj den lämpligaste strukturen i listan för vart och ett av följande påståenden eller beskrivningar (varje märkt struktur kan användas en gång, mer än en gång, i kombination med andra strukturer eller inte alls). Om ett påstående eller en beskrivning hänvisar till en struktur som INTE finns med i listan är det korrekta svaret ”INGEN av ovanstående.”

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

7. Ger upphov till stigbygeln

ANSWER

8. Ger upphov till underkäken

ANSWER

9. Dess avledningar är innerverade av kranialnerv III

ANSWER

10. Dess derivat innerveras av hypoglossusnerven

ANSWER

Frågorna 11-14 hänvisar till diagrammet nedan. Välj den lämpligaste strukturen i listan för vart och ett av följande påståenden eller beskrivningar (varje märkt struktur kan användas en gång, mer än en gång, i kombination med andra strukturer eller inte alls). Om ett påstående eller en beskrivning hänvisar till en struktur som INTE finns med i listan är det korrekta svaret ”INGEN av ovanstående.”

11. innerveras av ansiktsnerven

ANSWER

12. innerveras av vagusnerven

ANSWER

13. Innerveras av kranialnerv VIII

ANSWER

14. Innerveras av kranialnerv V

ANSWER

Frågorna 15-17 är baserade på nedanstående bild som visar en 8-årig flicka och hennes 6-åriga bror.

15. Baserat på utseendet hos dessa två syskon, vilken svalgbåge verkar vara mest påverkad?

A. svalgbåge 1
B. svalgbåge 2
C. svalgbåge 3
D. svalgbåge 4
E. svalgbåge 6

ANSVAR

16. Kraniofaciala syndrom påverkar ofta mer än en svalgbåge. Vilket av följande kliniska fynd skulle tyda på att pharynxbåge 2 är involverad i detta särskilda fall?

A. avsaknad av malleus (enligt röntgenundersökning)
B. hypoplasi av hyoideum (enligt röntgenundersökning)
C. hypokalcemi
D. immunbrist
E. hypotyreoidism

ANSWER

.