A kopoltyúbél és az előbél fejlődése Dr. Székely Andrea Dorottya Semmelweis Egyetem Általános Orvostudományi Kar Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézet Budapest

ELŐBÉL - KÖZÉPBÉL - UTÓBÉL The coronal suture forms at the interface between the neural crest-derived osteogenic mesenchyme of the frontal bone and the mesoderm-derived osteogenic mesenchyme of the parietal bone. Amy E. Merrill et al. 2006 ECTOMESENCHYMA Dúclécből kivándorló sejtek Beáramlanak a garatívekbe - mesenchymává alakulnak

AZ ELŐBÉL SZÁRMAZÉKAI ELŐBÉL A szájüregtől a duodenum közepéig tart, a Vater-papilla szintjében ér véget

A PHARYNGEALIS APPARATUS RÉSZEI TASAKOK (endoderma) stomodeum The pharyngeal arches are paired structures associated with the pharynx that contribute greatly to the formation of the face, jaw, ear, and neck the 1st pharyngeal arch appears at about the beginning of the 4th week and others are added more caudally later such that there are ultimately 5 arches by the end of the 4th week; the 5th arch fails to form, so the arches are numbered 1, 2, 3, 4, and 6. https://web.duke.edu/anatomy/embryology/craniofacial/craniofacial.html Tthe entire apparatus consists of paired pharyngeal arches, pharyngeal pouches, pharyngeal clefts (or grooves), and pharyngeal membranes Each pharyngeal arch consists of a core of somatic mesoderm and neural crest mesenchyme somatic mesoderm contributes to the arch artery (i.e. aortic arches 1-6) as well as skeletal muscle tissue in each arch neural crest mesenchyme develops into bone, cartilage, and/or connective tissue in each arch. each pharyngeal arch has a cranial nerve associated with it: arch 1: CN V (trigeminal) arch 2: CN VII (facial) arch 3: CN IX (glossopharyngeal) arch 4: CN X (superior laryngeal branch of the vagus) arch 6: CN X (recurrent laryngeal branch of the vagus) the inside of the pharyngeal apparatus is lined by endoderm that forms infoldings or pouches between the arches; since there are 5 pharyngeal arches, there are 4 pharyngeal pouches, the fates of which are discussed below. the outside of the pharyngeal apparatus is covered by ectodermal that forms outer pharyngeal clefts (or grooves); as with the pouches, there are initially 4 pharyngeal clefts, the fates of which are discussed below. kopoltyúív (ectomesenchyma) BARÁZDÁK (ectoderma)

A PHARYNGEALIS APPARATUS RÉSZEI ELŐAGY KOPOLTYÚ-TASAKOK Embryo images website The pharyngeal portion of the gut tube has areas that push out into the arches – these are the pharyngeal pouches. The grooves in between the arches are called pharyngeal clefts. “Branchial” is an older term used for the pharyngeal arches, so you might come across branchial arch, branchial pouch, etc. ELŐBÉL SZÍV

A PRIMITÍV GARAT SCANNING EM-KÉPE

A PHARYNGEALIS APPARATUS ELEMEI Kopoltyúív: kívülről ectodermával, befelé endodermával fedett mesodermalis eredetű szövettömeg, mely egy eret (kopoltyúartériát), egy agyideget, egy porcos telepet és egy harántcsíkolt izom tömörülést tartalmaz. (Emberben igazából négy fejlődik ki teljesen, de szokás ötödikről, hatodikról is említést tenni.) Kopoltyúbarázda: a külső oldalon, a kopoltyúívek között helyet foglaló bemélyedések. Garattasak: a kopoltyúívek között, a belső oldalon megjelenő gödrök. Teljesen négy fejlődik ki, de egy csökevényes ötödiket is meg szokás említeni.

A SZÁJÜREG ÉS ORRÜREG KÖRÜLI TELEPEK Patten, Human Embryology, 3d ed. Nasal placodes - thickening of the surface ectoderm lateral to the frontonasal process. By week 5 the placodes invaginate to form the nasal pits. They further invaginate by the forward growth of the medial nasal and lateral nasal processes, and a posteroinferior growth to line the roof of the pits. The pits approach the primitive oral cavity. A thin oronasal membrane separates the two cavities. By its rupture the primitive choanae will form. The placode tissue differentiates into the olfactory epithelium while the general epithelium of the nasal cavity differentiates from the remainder of the surface ectoderm lining the nasal pits.

GÉNEXPRESSZIÓ MINTÁZATA AZ EGYES ÍVEKBEN ÉS TASAKOKBAN

A KOPOLTYÚBÉL DIFFERENCIÁLÓDÁSA Larsen’s Human Embryology, 2008 Transverse section of the pharyngeal arches. The foregut is in close proximity with the developing forebrain Each pharyngeal arch consists of a core of mesenchyme (derived from neural crest cells [e.g., ectomesenchyme] and mesoderm), pharyngeal cleft (an external lining of surface ectoderm), pharyngeal pouch (internal lining of endoderm), and pharyngeal membrane (between the clefts and the pouches, where the outer layer of ectoderm meets the inner layer of endoderm. A thin layer of mesenchyme separates the ectoderm and endoderm). The endodermally-lined pharyngeal floor gives rise to ventral, unpaired structures, including the tongue and thyroid gland.

A GARATTASAKOK

A GARATTASAKOK SZÁRMAZÉKAI 1. Cavum tympani Antrum mastoideum Tuba auditiva 2. Fossa tonsillaris Tonsilla palatina (CSAK a ktsz. váza) 3. thymus Gl. parathyroidea inferior 4. Gl. parathyroidea superior Summary table of the endodermal derivatives of the pharyngeal pouches. 12

A NYELV FEJLŐDÉSE Langman’s Medical embryology The tongue appears in the form of two lateral lingual swellings and one medial swelling (the tuberculum impar), which originate from the floor of the 1st pharyngeal arch. The hypopharyngeal (or hypobranchial) eminence (copula) appears later in the region of the floor of the 3rd pharyngeal arch. The lateral lingual swellings increase in size and overgrow the tuberculum impar and merge with each other, forming the anterior 2/3 of the tongue. Since the mucosa covering the body of the tongue originates from the 1st pharyngeal arch, sensory innervation to this area is by the mandibular branch of the trigeminal nerve. The posterior part of the tongue is formed by the hypopharyngeal eminence, and sensory innervation is supplied by the glossopharyngeal nerve. The epiglottis and extreme posterior part of the tongue derived from the 4-6th arch, and get sensory innervation from the superior laryngeal nerve. Occipital somites (myotome) migrate into the developing pharygneal floor, and form the intrinsic muscles of the tongue. Hence, the tongue musculature is innervated by the hypoglossal nerve.

HÁMBORÍTÁS: sulcus terminalis előtt STOMODEUM (ektorderma) nyelvtelep garatív agyideg származék tuberculum impar és a proc. lateralisok 1 ív N V/3 Érző: n. lingualis Mucosa - a nyelv elülső 2/3-án KTSZ 2 ív N VII (chorda tympani) Ízérzés – a nyelv elülső 2/3-án Eminencia hypopharyngealis (hypobranchialis) 3 és 4 ívek N. IX. és X. Érző és ízérző Mucosa és ízérzés – a nyelv hátsó 1/3 – án, epiglottis környékén Occipitalis myotom (somitomerekből) N. XII. mozgató Összes belső és külső nyelvizom (kivéve: m. palatoglossus) IZOM Summary of tongue development with respect to the intricate innervation pattern. HÁMBORÍTÁS: sulcus terminalis előtt STOMODEUM (ektorderma) sulcus terminális mögött ELŐBÉL (endoderma) 14

A NYELVTELEPEK SCANNING EM - KÉPE

A PAJZSMIRIGY FEJLŐDÉSE 4. hét nyelv thyroid diverticulum 5. hét The thyroid gland appears as a diverticulum of the foregut in the floor of the pharynx indicated later by the foramen caecum in the line of the sulcus terminalis (which separates the anterior 2/3 from the posterior 1/3 of the tongue). The thyroid descends anterior to the gut tube, hyoid bone, and laryngeal cartilages to assume its final position. Following bifurcation, both parts fuse with the corresponding ultimobranchial body (C cells). The thyroglossal duct obliterates and disappears, leaving the two lobes and the isthmus in place) Abnormalities: Thyroglossal fistula a tract can persist Throglossal cyst part of the tract can persist Ectopic thyroid thyroid tissue remain along the tract foramen caecum Ductus thyreoglossus Gl thyroidea

Genetic signalling in the development of the thyroid gland Left figure Kronenberg; Memed; Polonsky; Larsen: Williams Textbook of Endocrinology Illustration of the homeobox genes programming development of the thyroid and parathyroid glands. HEX is involved early in the integrated cascade programming thyroid gland embryogenesis. HOXB3 and HOXA3 may be responsible for activation of thyroid transcription factors TTF1 and TTF2, respectively, during early embryogenesis. PAX8 is essential in the cascade. These factors are also involved in thyroid follicular cell function, promoting thyroglobulin (TG), thyroid peroxidase (TPO), and thyroid-stimulating hormone receptor (TSHR) gene transcription. HOX15 gene knockout in mice causes parathyroid gland aplasia Right figure Fagman and Nilsson, J Mol Endocrinol February 1, 2011 vol. 46 no. 1 R33-R42 A schematic view of thyroid morphogenesis in mouse development. Cells characterized by their conjoint expression of NKX2-1, PAX8, FOXE1, and HHEX form a placode at E9 in the ventral region of the anterior gut tube (green) juxtaposed to the cardiac outflow tract (aortic sac). The bud of thyroid precursors, which assembles at E10, subsequently delaminates and moves downward in the neck. Between E12 and E13 the growing thyroid primordium elongates laterally along the course of pharyngeal arch arteries. After fusion with the ultimobranchial bodies (at E13.5), bilateral lobes can be clearly distinguished, and at E15.5 the final gross anatomy of the thyroid is evident. Arrows indicate the different time periods when the action of transcription factors (NKX2-1, NKX2-5, PAX8, FOXE1, HHEX, and TBX1), diffusible morphogens (FGF8 and FGF10), and TSH receptor (TSHR) signaling has been shown to be decisive to thyroid development (solid lines indicate the earliest stages where an impact on thyroid development has been demonstrated; dashed lines indicate that the onset or continued effect on morphogenesis of the factor(s) is not well defined).

A PAJZSMIRIGY ÉS A MELLÉKPAJZSMIRIGYEK VISZONYA Gl. parathyroidea superior (4. TASAK) Gl. thyroidea Langman’s Medical embryology Nota bene - the inferior thymus buds disappears and the „inferior parathyroids” (i.e. upper parathyroid buds) travel with the remaining upper thymus bud down to their final position behind the thyroid gland. As a result, they will be located below the superior parathyroid glands (originally developing as the lower parathyroid bud) Gl.parathyroidea inferior (3. TASAK) thymus (3. TASAK) 18

A KOPOLTYÚÍV-PORCOK SZÁRMAZÉKAI Vázrendszeri elemek 1-4. kopoltyúíveknek megfelelő sávok 5. mandibula 6. üllő és kalapács 7. kengyel 8. processus styloideus 9. ligamentum stylohyoideum 10. nyelvcsont 11. gége

A KOPOLTYÚÍV-PORCOK SZÁRMAZÉKAI Vázrendszeri elemek

A KOPOLTYÚÍV-PORCOK SZÁRMAZÉKAI Izomelemek és beidegzésük

A KOPOLTYÚÍVEK IDEGELEMEI

A KOPOLTYÚÍVEK SZEGMENTALIS EREI Aortic arches associated with the pharyngeal arches.

A KOPOLTYÚBRÁZDÁK ZÁRÓDÁSA (kivéve az 1.) A nyak morfológiájának kialakulása 1. tasak 1. barázda Operculum cervicale Mitchell and Sharma The first and second arches give rise to the external ear, surrounding the 1st cleft (external acoustic meatus) The second arch elongates and forms the cervical operculum, below which the cevical sinus is formed. The operculum grows over the third and fourth arches, obliterating the second, third, and fourth pharyngeal clefts (cervical sinus - normally obliterated. Therefore, only the first pharyngeal cleft remains in the adult as the external auditory meatus. Sinus cervicalis 24

A FÜLKAGYLÓ FEJLŐDÉSE 1. KOPOLTYÚBARÁZDA Development of the ear and the external acoustic meatus

FEJLŐDÉSTANI DEFEKTUSOK 1. Sinus cervicalis - megmaradása esetén oldalsó nyaki ciszták, illetve fisztulák képződhetnek. Nyílásuk a m. sternocleidomastoideus előtt van

FISZTULA-KÉPZŐDÉS

FEJLŐDÉSTANI DEFEKTUSOK 2. Ductus thyreoglossus - a foramen cecum területéről mélybetüremkedő hámcsap elágazódása hozza létre a pajzsmirigy lebenyeit. Ha nem szívódik fel és nem záródik el a lumene (ductus thyreoglossus persistens) benne középső nyaki ciszták képződhetnek. Gyakran fisztulizálhatnak is.

ELŐBÉL - KÖZÉPBÉL - UTÓBÉL The coronal suture forms at the interface between the neural crest-derived osteogenic mesenchyme of the frontal bone and the mesoderm-derived osteogenic mesenchyme of the parietal bone. Amy E. Merrill et al. 2006 ECTOMESENCHYMA Dúclécből kivándorló sejtek Beáramlanak a garatívekbe - mesenchymává alakulnak

ELŐBÉL - KÖZÉPBÉL - UTÓBÉL SZÁRMAZÉKAI Előbél: szájüreg, fogak, nyelv, nyálmirigyek, garat, felső légutak alsó légutak nyelőcső, gyomor, duodenum a ductus choledochus beszájadzásáig máj, epehólyag, epeutak, pancreas Középbél: a duodenum distalisabb részei, jejunum, ileum, coecum, appendix vermiformis, colon ascendens, colon transversum proximalis fele Utóbél: a colon transversum distalis fele, colon descendens, colon sigmoideum rectum, anus felső része húgyhólyag, az urethra nagy része

ELŐBÉL - KÖZÉPBÉL - UTÓBÉL VÉRELLÁTÁSA szájüreg, fogak, nyelv, nyálmirigyek, garat, felső légutak (a. carotis externa ágrendszere) alsó légutak (ACE, a. subclavia, aorta thoracica ágai) nyelőcső (ACE, a. subclavia, aorta thoracica ágai) Előbél (abdominalis szakasza): truncus coeliacus gyomor, duodenum a ductus choledochus beszájadzásáig máj, epehólyag, epeutak, pancreas Középbél: a. mesenterica sup. a duodenum distalisabb részei, jejunum, ileum, coecum, appendix vermiformis, colon ascendens, colon transversum proximalis fele Utóbél: a. mesenterica inf. a colon transversum distalis fele, colon descendens, colon sigmoideum rectum, anus felső része húgyhólyag, az urethra nagy része

A nyelőcső fejlődése 4. Hét - a garat falán előrefelé kialakul egy kis diverticulum Előemelkedik a septum tracheo-esophageale - légzőrendszer telepét választja le a maradékról (NYELŐCSŐ) Az oesophagus kezdetben aránytalanul rövid, főleg a szív és a tüdők későbbi fejlődése nyomán nyúlik meg. A felszíni hám és a mirigyek endodermalis eredetűek, a fal kötőszöveti elemei és simaimai a splanchnopleurából (mesoderma) származnak, a felső szakasz harántcsíkolt izomszövete az utolsó garattasakok mesenchymájából száll le (n. vagus).

A gyomor fejlődése A gyomor az előbél előre homorú, orsószerű tágulataként jelenik meg. A hasfal elülső részéről induló kettőzet, a mesogastrium ventrale, elérve az előre tekintő kisgörbületet kettéválik, majd a gyomor oldalfalait beborítva a nagygörbület mentén újra egyesül, s mint mesogastrium dorsale rögzül a hasfal hátsó falán. A mesogastrium dorsaléban nyirokszövet szaporodik fel, mely a lép telepét adja. Eredetileg a pancreas telepe ugyancsak a mesogastrium dorsale lemezei közt indul fejlődésnek.

A GYOMOR FORGÁSA A gyomor 90°-ot jobbra fordul, kisgörbülete jobbra, nagygörbülete balra kerül. Ezzel párhuzamosan a lép hátulról balra mozog, a mesogastrium ventraléba belenövő máj pedig elölről jobbra kerül. A pancreas hátra letapad a falhoz és másodlagosan retroperitonealis helyzetbe kerül.

A GYOMOR FEJLŐDÉSE ÉS FORGÁSA

A duodenum, máj és pancreas fejlődése Az előbél-középbél átmenet gyomor alatti szakasza előre hurkot vet: kialakul a duodenumkacs. Ennek ventralis oldalán a máj és epehólyag telepe, ill. a ventralis pancreastelep jelenik meg. A duodenumkacs homorú oldalán a dorsalis pancreastelep indul fejlődésnek. Az 5. és 8. hét között a duodenum üregét a gyorsan proliferáló hámsejtek ideiglenesen elzárják (duodenum atresia!).

A máj telepe a septum transversum állományába nő bele A máj telepe a septum transversum állományába nő bele. (Ugyanez a septum transversum adja majd a rekesz egy részét is!) Az előbél endodermalis hámja fogja adni a máj hepatocytáit, az intra- és extrahepaticus epeutak és az epehólyag hámját. A kötőszöveti struktúrák a környező mesenchymából lesznek. A ductus choledochus és a ventralis pancreastelep kivezetőcsöve közösen nyílik eredetileg a duodenumkacs elülső, konvex oldalán. A gyomor, máj és lép 90°-os forgásával együtt a duodenum eredeti, előre irányuló hurka, jobbra konvex hurokká változik, a ventralis pancreastelep is jobbra, majd inkább hátra fordul, s egyesül a jóval nagyobb dorsalis pancreasteleppel. A kisebb ventralis pancreastelep kivezetőcsöve egyesül a nagyobb dorsalis telep kivezetőcsövének distalis 2/3 részével, s így kialakul a ductus pancreaticus major. A ductus pancreaticus accessorius a dorsalis pancreastelep kivezetőcsövénex proximalis 1/3 részéből lesz.

Köszönöm szépen a figyelmet!