Revisión Bibliográfica

Morfogénesis embrionariasomítica y faríngea: cara y cuello

Recibido para Arbitraje: 11/01/2018
Aceptado para Publicación: 11/03/2018

Jesús Manuel Rodríguez Ramírez1

Resumen

Objetivo: averiguar la aparición, emplazamiento, aspecto final y funcionalidad de los segmentos faciales y cervicales relacionados en el período embrionario, y los elementos genético- bioquímicos involucrados. Materiales y métodos: revisión de literatura que evidencie desarrollo embriológico común de cara y cuello con inclusión de mediadores genético-dependientes entre la segunda y media y octava semanas post fecundación. Resultados: en la formación de los diversos segmentos corporales considerados, actúan en secuencia complejos moleculares genético- dependientes o presentes en el ambiente, resultando en aparición y desarrollo de estructuras faríngeas que luego conforman los diversos segmentos señalados. Discusión: Los mecanismos morfogenéticos son rectorizados por moléculas cronometradas a modo de reloj biológico, algunas con presencia preembrionaria con ADN metilado como guía epigenética: todo ello ocurre mientras el embrión se segmenta, inicia la neurogénesis y aparece la conformación cráneo facial propia de la especie.

Palabras clave: Morfogénesis Facial, Embriología, Biología del Desarrollo.


Literature review

Somitic and branchialembryonic morphogenesis: face and neck.

Abstract

Objective: Finding out formation, site, final appearance, and functionality of facial and cervical segments in embrionaryperiod and genetic-biochemical involved factors. Methods: review searching about face and neck embryological development with genetic mediators included, between second and a half and eighth development week. Results: in embryonic period there are gene-dependant molecular complexes or in environment and emergence and development of pharyngeal structures than later are segments mentioned above. Discussion: morphogenetic mechanisms are guided by molecular sequences as a biological clock, some of them with methylated DNA as an epigenetic guide while occur embryo segmentation, neurogenesis and definitive conformation of craneo facial segment.

Key words: Facial morphogenesis, Embryology, Developmental Biology.


  1. Doctor en Ciencias, Profesor Asociado, Cátedra de Anatomía Normal, Director de la Escuela de Medicina “José María Vargas”, Universidad Central de Venezuela, Edificio Ciencias Básicas II, primer piso, Plaza San Lorenzo, San José del Ávila, Caracas, Venezuela. Profesor de Anatomía de Cabeza y Cuello del Curso de Postgrado en Cirugía Bucal desde 1990, Facultad de Odontología, U.C.V.
  2. Correspondencia: drjmrodriguezr@yahoo.es

INTRODUCCIÓN

Una vez ocurrida la gastrulación e iniciada la fragmentación del mesodermo axial a las dos semanas y media de la fecundación, se inicia el período embrionario, que dura hasta la 8a semana, iniciado por un proceso somitogénico regido por diversos genes (Hox) y productos de sus codificaciones1, siguiendo un orden a modo de reloj molecular que lo controla, por eso los morfógenos aparecen y desaparecen con una periodicidad fija, predecible:hairy 1, Wnt, señalización de Notch, efrinas, cadherinas, factor de crecimiento fibroblástico, proteínas para control de división celular, etc.2-10, e inductores notocordales y de la placa del piso del tubo neural como Shh -sonichedgehog- que actúa también en la inducción esclerotómica somítica.11-13

Los somitas contienen esclerotomas (que forman vértebras, costillas, cartílagos costales y anillos fibrosos), miotomos (forman músculos) y dermatomos (dermis de la piel); cada segmento somítico permanecerá como una unidad ósea, vascular, muscular y nerviosa.

Las células dermatómicas provienen de la parte posterior de los somitas, al ser inducidas por factores morfogénicos del tipo Wnt1 y neurotrofina 3 (NT-3), forman la capa dérmica de la piel.Las células miotómicas, ubicadas a los lados de los somitas, son inducidas por mesodermo lateral (Wnt epidérmico, factor de crecimiento fibroblástico, BMP4) y por el tubo neural (Wnt1 y Wnt3a), originando mioblastos que migran hacia adelante y luego se diferencian para formar músculos de todo el tronco, extremidades y lengua.5 Para detalles precitados y siguientes, véase “Morfogénesis preembrionaria”, del autor, en Vitae Academia Biomédica Digital, Nº 67, Jul-Sept 2016.

Las células esclerotómicas –igualmente mesodermales- migradas desde la parte ventral de los somitas y cercanas al neuroectodermo, son inducidas entre la 4ª y 6ª semana, por notocorda(mesodermo dorsal) y placa del piso del tubo neural, mediante producción de sonichedgehog y nogina que permiten la expresión del gen Pax1 para la formación de condroblastos y luego originar vértebras y otros huesos torácicos.11-13

Del primer somita se completa la formación del hueso occipital, los demás van formando la vértebra precedente, por eso el 8º somita forma la séptima vértebra del cuello. Los restos de notocorda persisten como núcleo pulposo el cual es rodeado por parte de esclerotomas que forman el anillo fibroso del disco intervertebral. Los genes Hox contribuyen a la organización metamérica, es decir, relación entre la vértebra, la médula del tubo neural poco antes cerrado, los nervios que de ella emergen y los órganos o sectores del cuerpo a ser inervados por ese segmento.4,14

La placa neural es una modificación del ectodermo dorsal central, se deprime en su mitad, hasta quedar recubierta por ectodermo de la periferia, adopta forma tubular con rebordes o crestas neurales, siempre en la parte dorsal del embrión y recorriendo toda su extensión, ubicada justo por detrás de la notocorda mesodérmica precitada, en medio de los somitas.15,16 (Ver Fig. 1).

Figura 1. Tubo neural parcialmente abierto (extremo izquierdo), somitas rodeándolo en el centro, y dilataciones cerebrales a la derecha.
Figura 1. Tubo neural parcialmente abierto (extremo izquierdo), somitas rodeándolo en el centro, y dilataciones cerebrales a la derecha.

Cara y cuello

La formación de la cara y parte del cuello dependen de modificaciones de la parte ventral anterior o faríngea (“branquial” por semejanza piscícola) del embrión; ambos se originan desde 4ª y 5ª semanas a partir de 6 arcos o bandas mesodérmicas con parte de crestas neurales en su interior, de endodermo hacia adentro y ectodermo superficial. Separando a cada una de esas estructuras se presentan afuera 4 hendiduras o surcos, y adentro cinco evaginaciones o bolsas faríngeas o branquiales, de mesénquima premandibular, de somítas occipitales y de arcos caudales.17 El desarrollo de todas estas estructuras también tiene factores bioquímicos guías.18 Cada arco tendrá músculos, centro cartilaginoso –de cresta neural y mesodermo-, vasos representados como arcos aórticos de faringe primitiva, y nervios propios: al desplazarse cada componente, arrastrará a todos los demás hacia su posición definitiva.19,20 (Ver Fig. 2).

Figura 2. Aspecto sagital de arcos, hendiduras y bolsas faríngeas o branquiales.Inspirado en dibujos de literatura previa.
Figura 2. Aspecto sagital de arcos, hendiduras y bolsas faríngeas o branquiales.Inspirado en dibujos de literatura previa.

Del primer arco, con dos ramas del nervio trigémino (maxilar y mandibular) se forman atrás un proceso maxilar a cada lado que se expande hacia adelante -separados por el proceso frontonasal del cual derivan los huesos maxilar, palatino, malar y parte proximal del temporal; y el mandibular (con cartílago del primer arco o de “Meckel”: de allí se originan hueso mandibular, martillo y yunque), ambos procesos contribuyen a delimitar la boca primitiva o estomodeo. En definitiva este arco es quien forma el esqueleto óseo de la cavidad bucal, y también los músculos que permiten la masticación (milohioideo, vientre anterior del digástrico, temporal, masetero, pterigoideo lateral y medial), tensor del velo del paladar y tensor del tímpano, ligamento anterior del martillo y ligamento esfenomandibular. La irrigación arterial está a cargo de ramos maxilares y mandibulares del primer arco aórtico.16

Del segundo arco emerge el nervio facial, y de su cartílago (de “Reichert”) surgen parte del hueso hioides (asta menor y parte media superior), el estribo y su músculo, y la apófisis estiloides, músculo y ligamento estilohioideo, músculos de mímica de la cara, auriculares y vientre posterior digástrico; la arteria es la estapedia (embrionaria) que luego persiste como carótidotimpánica. Del tercer arco: nervio glosofaríngeo, asta mayor hioidea, músculo estilofaríngeo; la irrigación es por arteria carótida común y parte inicial de la interna. 18,21

El quinto arco no deja presencia identificable, del cuarto y sexto arcos perviven respectivamente el nervio laríngeo superior (para sus músculos constrictores faríngeos) y nervio laríngeo recurrente (para los músculos intrínsecos laríngeos) ambos ramas del nervio vago, musculo elevador del velo del paladar, parte de musculatura esofágica, y los cartílagos laríngeos (tiroides, cricoides, aritenoides, corniculados y cuneiformes); la irrigación es por arterias pulmonares, ducto arterioso, arteria subclavia y arco aórtico correspondiente.16,21(Ver Fig. 3).

Figura 3. Aspecto horizontal de arcos, hendiduras y bolsas faríngeas o branquiales. Inspirado en dibujos de literatura previa.
Figura 3. Aspecto horizontal de arcos, hendiduras y bolsas faríngeas o branquiales. Inspirado en dibujos de literatura previa.

En la primera bolsa faríngea (6ª semana), del receso tubotimpánico proximal se origina parte de conducto auditivo externo y tímpano, del distal la caja timpánica y de la media, la tuba auditiva. De la segunda se forman la amígdala palatina, su fosa tonsilar y el resto de amígdalas del anillo linfoideo de la garganta; de la tercera, el timo (adelante) y glándula paratiroidea inferior; de la cuarta la glándula paratiroidea superior; y de la quinta el cuerpo ultimobranquial que forma parte de glándula tiroides como células parafoliculares. De las hendiduras branquiales, a pesar de ser cuatro, solo se distingue a la primera contribuyendo a la formación del conducto auditivo externo.17,22 (Ver Fig. 4).

Figura 4. Aspecto horizontal de secuencia de arcos, hendiduras y bolsas faríngeas o branquiales. Inspirado en dibujos de literatura previa.
Figura 4. Aspecto horizontal de secuencia de arcos, hendiduras y bolsas faríngeas o branquiales. Inspirado en dibujos de literatura previa.

La cara, nariz y lengua inician su formación en la cuarta semana, la cara proviene de los procesos faciales derivados de las crestas neurales a las cuales en la 5ª semana se le suman los dos primeros arcos con sus procesos maxilares y mandibulares, de los faciales surge el frontonasal como una prominencia con placodas nasales a los lados (expansiones prosencefálicas) que en esa citada semana se deprimen como fositas nasales bordeadas por procesos nasales cuyas partes mediales unidas a los maxilares forman el labio superior, al inferior lo forman los procesos mandibulares. La nariz, además de células de crestas neurales prosencefálicas, proviene de placodas olfatorias ectodérmicas que aparecen en la 4ª semana a los lados de la prominencia frontal media y que al principio son convexas pero un par de días después se aplanan, aparecen entonces a los lados las prominencias nasales interna y externa quedando las placodas reducidas a un fondo de saco que más adelante se perforan como coanas; así, el puente y tabique derivan de la prominencia frontonasal, las alas de los procesos lagrimales, y la cresta y punta de los procesos nasales medios.23

La lengua proviene de los primeros 4 arcos: del primero(trigeminal) se forman una protuberancia a cada lado y un tubérculo medio que luego se fusionan, detrás se forma la cópulao eminencia hipobranquial-de mayor tamaño y procedente del segundo arco (facial) y algo del 3º(glosofaríngeo) y del 4º (vagal)-, que igualmente se fusionan constituyendo los 2/3 anteriores de lengua; entre ambos aparece la glándula tiroides primitiva que migra poco después; a los lados de la cópula,con igual procedencia (a predominio del 3º y 4º arcos) y limitada por el surco terminal en forma de “v”, aparece la raíz lingual; de la parte más alejada del 4º arco surge la epiglotis con su ramo vagal (nervio laríngeo superior); mioblastos procedentes de los somitas occipitales y algunos de los miotomas deltercero forman los músculos linguales: por eso la mayoría son inervados motrizmente por el nervio hipogloso y uno solo por el glosofaríngeo.La mucosa procede del primer arco (por eso tiene inervación trigeminal sensitiva), desde la 8ª semana se van formando sucesivamente las papilas gustativas fungiformes y luego las filiformes (del 2º arco, inervadas sensorialmente por el nervio facial), y después las caliciformes(tercer arco) con ramos gustativos del nervio glosofaríngeo.24(Ver Fig. 5).

Figura 5. Secuencia de formación de la cara. Inspirado en dibujos de literatura previa.
Figura 5. Secuencia de formación de la cara. Inspirado en dibujos de literatura previa.

El paladar primario se forma al unirse los procesos nasales medios, el secundario está formado por dos evaginaciones de procesos maxilares –crestas palatinas- que van hacia la lengua en la 6ª semana, horizontalizándose luego: al fusionarse todos, forman al paladar definitivo.15,18 El ectodermo se invagina en su extremo anterior como estomodeo o zona buconasal primitiva en el área ubicada entre el proceso frontonasal (arriba), mandibular (abajo) y maxilares (a los lados), por delantede la membrana bucofaríngea(ecto-endodermal) que desaparece el día 24 y comunica con el intestino anterior; una vez formado el paladar, se tabica el estomodeo en cavidades nasal y bucal.19(Ver Fig. 6).

Figura 6. M.C. Paladar definitivo óseo. Material cadavérico de base craneal humana.
Figura 6. M.C. Paladar definitivo óseo. Material cadavérico de base craneal humana.

En el caso de los dientes, desde la 6ª semana empieza la diferenciación en raíz y corona, y luego las estructuras dentarias: pulpa, dentina y esmalte. El germen dentario aparece en sentido anteroposterior en el estomodeo, proviene de ectodermo sobre procesos maxilar y mandibular (primer arco), que inducido por mesodermo procedente de crestas neurales, prolifera como lámina dentaria o listón en forma de herradura, la cual a su vez, induce la aparición de folículos con forma acampanada (órgano del esmalte) con mesodermo debajo formando la papila dental, de la cual se diferencian los odontoblastosque, al producir dentina (dentinogénesis), induce a los ameloblastos a formar esmalte (amelogénesis); ya en la 8ª semana existen la lámina vestibular y la dentaria propiamente dicha, posteriormente, la papila forma la pulpa y es invadida por ramos nerviosos y vasculares; finalmente, el saco dentario forma periodonto o estructuras de soporte dentario: al cemento (cementogénesis), ligamento periodontal, encías y hueso alveolar que es el sitio donde se aloja cada diente.24-35 De la lámina dentaria se forman entonces los primeros dientes temporales en ambas arcadas, con cuatro etapas bien definidas de desarrollo dentario: brote (botón o yema) a los 50 días, luego, casquete, campana y finalmente, folículo dental.

Simultáneamente, se cierra el tubo neural (entre días 21 a 28) y se forman: sistema nervioso central, aparato cardiovascular, ojos, oídos, cara. Al final de este período embrionario (2 y media semanas-8ª semanas de desarrollo), emergen los miembros superiores y después los inferiores, estando presentes hacia la 8a semana todos los órganos de nuestro cuerpo: por eso este es un período organogenético.14-18 Del ectodermo o capa embrionaria superficial derivarán entonces el esmalte, el sistema nervioso y la epidermis; del mesodermo o capa intermedia se originarán los somitas, nefrotomas, pleura, pericardio, tubo cardíaco, angioblastos hemáticos y linfáticos, dermis, subcutis, cartílagos, huesos, músculos, ligamentos, serosa peritoneal, gónadas –si algo falla en su conformación, el desarrollo sexual será siempre femenino-, bazo y corteza suprarrenal. Finalmente, del endodermo o capa interna se formarán el tubo intestinal con sus glándulas anexas, aparato respiratorio, amígdalas, tiroides, paratiroides, timo, caja timpánica, tuba auditiva, vejiga urinaria, uretra.

Palabras finales

En la formación de los diversos segmentos de cara y cuello -entre la segunda y media y octava semanas postfecundación- actúan en secuencia complejos moleculares genético-dependientes o presentes en el ambiente, resultando en aparición y desarrollo de estructuras faríngeas que luego conforman los diversos segmentos señalados; los mecanismos morfogénicos involucrados son rectorizados por moléculas cronometradas a modo de reloj biológico, algunas con presencia desde el período preembrionario con ADN metilado como guía epigenética: todo ello ocurre mientras el embrión se segmenta, inicia la neurogénesis y aparece la conformación cráneofacial propia de la especie.

Agradecimiento: a la Profesora Ingrist Alemán, Jefe de Cátedra de Bioquímica, Coordinadora Académica de la Escuela de Medicina “José María Vargas”, creadora de todos los dibujos en digital.

REFERENCIAS

  1. Gómez C:Control of segment number in vertebrates embryos. Nature (2008); 454(7202): 335-339.
  2. Andrade R, Palmeirim I, Bajanca F:Molecular clocks underlying vertebrate embryo segmentation: A 10-year-old hairy-go-round. Birth Defects Res C Embryo Today (2007); 81:65–83.
  3. Aulehla A:Wnt3a plays a major role in the segmentation clock controlling somitogenesis. Dev Cell (2003); 4:395–406.
  4. Dubrulle J, McGrew M, Pourquié O:FGF signaling controls somite boundary position and regulates segmentation clock control of spatiotemporal Hox gene activation. Cell (2001); 106:219–232.
  5. Gibb S:Interfering with Wntsignalling alters the periodicity of the segmentation clock. DevBiol (2009); 330:21–31.
  6. Jouve C: Notch signalling is required for cyclic expression of the hairy-like gene HES1 in the presomitic mesoderm. Development (2000); 127:1421–1429.
  7. Oates A, Morelli L:Patterning embryos with oscillations: structure, function and dynamics of the vertebrate segmentation clock.Development (2012); 139: 625-639.
  8. Palmeirim I, Rodrigues S, Dale J, Maroto M. Development on time: AdvExp Med Biol(2008); 641:62–71.
  9. Resende T, Ferreira M:Sonic hedgehog in temporal control of somite formation. PNAS (2010); 107(29): 12907-12912.
  10. Jiang Y:Notch signaling and the synchronization of the somite segmentation clock. Nature (2000); 408(6811): 475-479.
  11. Teillet M, LaPointe F, Le Douarin N:The relationships between notochord and floor plate in vertebrate development revisited. ProcNatlAcadSci USA (1998); 95:11733–11738.
  12. Tyller R, Feng B:Neuropilins are positive regulators of Hedgehog signal transduction. Genes &Dev(2011); 25: 2333-2346.
  13. Varjosalo M, Taipale J:Hedgehog: Functions and mechanisms. Genes Dev (2008); 22:2454–2472.
  14. Gilbert S. Biología del desarrollo. 7ª Ed. Edit. Médica Panamericana. (2003).
  15. Moore K, Persaud T. Embriología clínica. 9ª edición. Elsevier Sanders. (2013).
  16. Sadler T.Langman Embriología médica. 12a edic. Edit. Wolters Kluwer Lippincott Williams y Wilkins.(2015).
  17. Ten Donkelaar H, Lammens M. Clinical Neuroembryology.Development and Developmental Disorders of the Human Central Nervous System.Springer. (2010).
  18. Carlson Bruce.Embriología Humana y Biología del desarrollo. 5ª Edic. Elsevier Saunders.(2014).
  19. Johnson P, Christmas S, Vince O:Immunological aspects of implantation and implantation failure. Hum Reprod(1999); 2:26.
  20. Yan L:Live births after simultaneous avoidance of monogenic disorders and chromosome abnormality big next-generation sequency with linkage analysis. ProcNatlAcadSciUsa(2015 Dec 29); 112(52): 15964-15969.
  21. Moore K.The developing human: clinically oriented Embryology. 4ª Ed. Philadelphia, SaundersWB. (1988).
  22. Smith-Agreda V.Neuroembriología y órganos de los sentidos: neuroanatomía y neuropsicología. Editorial Edicep.(2007).
  23. Sisson B, Dale R:A role of Glypican-4 and wnt5b in chondrocyte stacking underlying craniofacial cartilage morphogenesis. Mechanisms of Development (2015); 138(3): 279-290.
  24. Ash M,Nelson S. Wheeler’s Dental Anatomy, Physiology, and Occlusion.9ª Ed. Edit.Saunders Elsevier. (2010).
  25. Thesleff I, Vaahtokari:Epithelial-mesenchymal signaling during tooth development. Connective Tissue Research (1995); 32 (1–4): 9–15.
  26. Angello M, Rabufetti A: Ameloblasticfibroodontoma in children. Oral and Maxillofacial Surgery Cases (2017); 3(2): 34-41.
  27. Nieves S, Apellaniz D: Análisis inmunohistoquímico de Ck14 y Ck19 en germen dentario y ameloblastoma. Odontoestomatología (2015); 17(25): 4-10.
  28. Yaneagadda K, Kamath V: Immunohistochemical expression of keratins 8 and 9 in odontogenic cysts and tumors. J Craniomaxillary Dis (2015); 4(2): 128.
  29. De Sousa M, Severo M: Ameloblasticfibroodontoma: case report and immunohistochemical profile. J Oral Maxillofacial Surg, Medicine and Pathol (2017); 29(1): 77-82.
  30. Christensen L, Møllgård:Immunocytochemical demonstration of nerve growth factor receptor (NGF-R) in developing human fetal teeth. Anat Embryo(1993); 188 (3): 247–255.
  31. Dassule H, Lewis P:Sonic hedgehog regulates growth and morphogenesis of the tooth. Development (2000); 127 (22): 4775–4785.
  32. Cobourne M, Hardcastle Z:Sonic hedgehog regulates epithelial proliferation and cell survival in the developing tooth germ. Journal of Dental Research (2001); 80 (11): 1974–1979.
  33. Nakatomi M, Morita I:Sonic hedgehog signaling is important in tooth root development. J Dental Res(2006); 85 (5): 427–431.
  34. Philbrick W, Dreyer B:Parathyroid hormone-related protein is required for tooth eruption. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (1998); 95 (20): 11846–11851.
  35. Luan X, Ito Y. Evolution and Development of Hertwig's Epithelial Root Sheath.Develop Dynam(2006 may); 235 (5): 1167–1180.