مواضيع المحاضرة:
background image

Chapter 10 

The Axial 

Skeleton 


background image

Skeletal system 


background image

ORIGIN OF SKELETAL SYSTEM 

– MESODERM:  

• PARAXIAL MESODERM 
• LATERAL PLATE (PARIETAL LAYER) MESODERM 

– NEURAL CREST 

• The axial skeleton includes: The skull, Vertebral column, Ribs & sternum 


background image

Paraxial mesoderm 

• forms a segmented series of tissue blocks on each side of the neural tube, known 

as: 

somitomeres in the head region and  
somites from the occipital region caudally 

Somites 

Differentiate into:  
1) Sclerotome      
2) Dermomyotome  

 


background image

Sclerotome becomes mesenchyme (embryonic connective tissue) 

• Mesenchymal cells migrate and differentiate in many ways.  
• They may become fibroblastschondroblasts, or osteoblasts (bone-forming cells) . 

Neural crest cells in the head region also 

become mesenchyme  which forms 
certain bones of the face and skull.  

Ossification 

• MEMBRANOUS OSSIFICATION 
– Mesenchyme in the dermis differentiates 

directly into bone: FLAT BONES OF SKULL 

• ENDOCHONDRAL OSSIFICATION 
– Mesenchyme differentiates first into hyaline 

cartilage models which become ossified by 
endochondral ossification: BASE OF THE SKULL 
and the LIMS  


background image

SKULL 

• NEUROCRANIUM: a protective case around the brain 
• VISCEROCRANIUM: the skeleton of the face. 
 

NEUROCRANIUM 

1.

Membranous part: vault of skull, flat bones. 

2.

Cartilaginous part (Chondrocranium), bones of 

the base of the skull. 

Origin: mesenchyme of paraxial mesoderm & neural 

crest  

Membranous Neurocranium 

• Derived from neural crest cells and paraxial mesoderm. 
• Membranous ossification, flat  bones. 

Paraxial mesoderm: 
Neural crest:  


background image

Newborn Skull 

• Sutures:  narrow seams of connective 

tissue separate flat bones of the skull  

• Origin:  
1.

neural crest cells (sagittal suture) 

2.

paraxial mesoderm (coronal suture).  

• Fontanelles: At points where more than 

two bones meet,                                          
the anterior fontanelle , which is found 
where the 2 parietal & 2 frontal bones 
meet 

Significance of sutures & fontanelles 

• Sutures and fontanelles allow the bones of the skull to overlap  (molding). 
• Sutures and fontanelles remain membranous, allow bone growth after birth, to 

allow brain growth 

• In most cases, anterior fontanelle closes by 18 months of age, and the posterior 

fontanelle closes by 1 to 2 months of age. 
 

 


background image

Cartilaginous 
Neurocranium or 
Chondrocranium 

 

Initially consists of a number of 
separate cartilages. 
• Prechordal chondrocranium: 

From neural crest cells.  

• Lie in front of the rostral limit 

of the notochord, which ends 
at the level of the pituitary 
gland in the center of the sella 
turcica 

• Chordal chondrocranium: 

From paraxial mesoderm 
(occipital sclerotomes). 

• Lie posterior to pituitary. 
The base of the skull is formed 
when these cartilages fuse and 
ossify by endochondral ossifi-
cation  
 

Paraxial mesoderm: 
Neural crest:  


background image

Viscerocranium 

•Bones of the face.  
•Mesenchyme for formation of the bones of the 
face is derived from neural crest cells 
•The nasal and lacrimal bones.  
•Bones from the first two pharyngeal arches.  
 The first arch: 
• A dorsal portion, the maxillary process  
maxilla, zygomatic bone, and part of the 
temporal bone.  
• A ventral portion, the mandibular process 
contains the Meckel cartilage. Mesenchyme 
around the Meckel cartilage condenses and 
ossifies by membranous ossification to give rise 
to the mandible.  
•  The second pharyngeal arch dorsal tip (and 
dorsal tip of the mandibular process)  gives 
rise to the incus, the malleus , and the stapes. 
 

 

Paraxial mesoderm: 
Neural crest:  


background image

Craniofacial Defects and 

SkeletalDysplasias  


background image

Neural Crest Cells 

• Neural Crest Cells originating in the neuroectoderm form the facial skeleton and 

most of the skull.  

• These cells also constitute a vulnerable pop-ulation as they leave the 

neuroectoderm; they are often a target for teratogens.  

• Therefore, it is notsurprising that craniofacial abnormalities are common birth 

defects.   

 

Cranioschisis 

• Cranioschisis: when the cranial vault fails to form 

and brain tissue exposed to amniotic fluid 
degenerates, resulting in anencephaly

• Cranioschisis is caused by failure of the cranial 

neuropore to close. 

•  Children with such severe skull and brain defects 

cannot survive.  

 

Anencephaly 


background image

Children with relatively small defects in the skull through 
which meninges and/or brain tissue herniate (cranial 
meningocele
 and  meningo-encephalocele, respectively) 
may be treated successfully.  
In such cases, the extent of neurological deficits depends 
on the amount of damage to brain tissue. 

 

Meningocele 


background image

Craniosynostosis

Cranial abnormalities caused by 

premature closure of one or more 

sutures.  

 


background image

Scaphocephaly 

Early closure of the 
sagittal suture, results in 
frontal and occipital 
expansion, and the skull 
becomes long and 
narrow. 

 

Brachycephaly 

Premature closure of the coronal 
suture results in a short skull  

 

Plagiocephaly 

If the coronal sutures 
close prematurely on 
one side only, then the 
result is an asymmetric 
flattening of the skull  

 

• Regulation of suture closure involves secretion of various isoforms of 

transforming growth factor beta.  


background image

Fibroblast growth factors (FGFs) 

Fibroblast growth factor receptors 

Important for skeletal development 


background image

Genetic causes of craniosynostosis 

 MUTATIONS IN FGFR1, FGFR2 & FGFR3  

• FIBROBLAST GROWTH FACTOR RECEPTORS (fgfrs):  

– FGFR1 & FGFR2: expressed in prebone & precartilage regions including 

cranio-facial structures 

– FGFR3: expressed in cartilage growth plates of long bones & occipital region 

 

SKELETAL DYSPLASIAS 

• Achondroplasia (ACH): the most common form of skeletal dysplasia 
• Primarily affects the long bones.  
• ACH is inherited as anautosomal dominant, and 90% of cases appear 

sporadically due to new mutations.  

• Other skeletal defects include a large skull (megalocephaly) with a small 

mid face, short fingers, and accentuated spinal curvature 

 


background image

background image

GENETIC CAUSES OF SKELETAL DYSPLASIAS 

MUTATION IN FGFR3   

Generalized Skeletal Dysplasia 


background image

Cleidocranial dysostosis 

 generalized dysplasia of 

osseus & dental tissue 

• Acromegaly: is 

caused by congenital 
hyperpi-tuitarism 
and excessive 
production of growth 
hormone.  

• It is characterized by 

disproportional 
enlargement of the 
face, hands, and feet.  

• Sometimes, it causes 

more symmetrical 
excessive growth and 
gigantism

Microcephaly 

• is usually an abnormality 

in which the brain fails 
to grow and the skull 
fails to expand.  

• Many children with 

microcephaly are 
severely retarded. 

 


background image

VERTEBRAE AND THE VERTEBRAL COLUMN 

• Vertebrae form from the sclerotome portions of the somites, which are 

derived from paraxial mesoderm.  

• During the fourth week, sclerotome cells migrate around the spinal cord 

and notochord to merge with cells from the opposing somite on the other 
side of the neural tube.  


background image

RESEGMENTATION 

Resegmentation occurs when the caudal half of each sclerotome 
grows into and fuses with the cephalic half of each subjacent sclerotome. 
• Thus, each vertebra is formed from the combination of the caudal 
half of one somite and the cranial half of its neighbor. 
• Patterning of the shapes of the different vertebrae is regulated by HOX 
genes.  
 

THE INTERVERTEBRAL DISC 

• Mesenchymal cells between cephalic and caudal parts of the original 

sclerotome segment do not proliferate but fill the space between two 
precartilaginous vertebral bodies. In this way, they contribute to formation 
of the inter-vertebral disc. 

• The Inter-vertebral disc:    
      combination of 

– Nucleus pulposus 
– Anulus fibrosus 

 


background image

• Although the notochord regresses entirely in the region of the vertebral bodies, it 

persists and enlarges in the region of the intervertebral disc. Here it contributes to 
the nucleus pulposus, which is later surrounded by circular fibers of the annulus 
fibrosus. 

• Resegmentation of sclerotomes into definitive vertebrae causes the myotomes to 

bridge the intervertebral discs, and this alteration gives them the capacity to move 
the spine. 

•  For the same reason, intersegmental arteries, at first lying between the 

sclerotomes, now pass mid-way over the vertebral bodies.  

• Spinal nerves, however, come to lie near the intervertebral discs and leave the 

vertebral column through the intervertebral foramina 


background image

background image

Clinical Correlates 

Vertebral Defects 

The process of formation and rearrangement of segmental sclerotomes into definitive 
vertebrae is complicated, and it is fairly common to have two successive vertebrae fuse 
asymmetrically or have half a vertebra missing, a cause of scoliosis (lateral curving of the 
spine) 

Also, the number of vertebrae is frequently more or less than the norm. A typical example of 
these abnormalities is found in patients with Klippel-Feil sequence. 

These patients have fewer than normal cervical vertebrae, and often other vertebrae are 
fused or abnormal in shape. These anomalies are usually associated with other defects. 

One of the most serious vertebral defects is the result of imperfect fusion or nonunion of the 
vertebral arches. Such an abnormality, known as Cleft vertebra (spina bifida), may involve 
only the bony vertebral arches, leaving the spinal cord intact. In these cases, the bony defect 
is covered by skin, and no neurological deficits occur (spina bifida occulta).  

A more severe abnormality is spina bifida cystica, in which the neural tube fails to close, 
vertebral arches fail to form, and neural tissue is exposed.  

Any neurological deficits depend on the level and extent of the lesion. 

This defect, which occurs in one per 1,000 births, may be prevented, in many cases, by 
providing mothers with folic acid prior to conception. 

Spina bifida can be detected prenatally by ultrasound, and if neural tissue is exposed, 
amniocentesis can detect elevated levels of alpha fetoprotein in the amniotic fluid.  
 

 


background image

Mesenchyme forms in the parietal layer of the lateral plate mesoderm of the 

body wall  pelvic and shoulder girdles, limbs, and sternum.  
 


background image

Ribs  

The ribs:  

The bony portion of each rib is derived 
from sclerotome cells that remain in 
the paraxial mesoderm 
and that grow 
out from the costal processes of thoracic 
vertebrae.  
Costal cartilages are formed by 
sclerotome cells that migrate across 
the lateral somitic frontier into the 
adjacent lateral plate mesoderm. 

Sternum  

The sternum develops independently 
in the parietal layer of lateral plate 
mesoderm in the ventral body wall

Two sternal bands are formed in the 
parietal (somatic) layer of lateral plate 
mesodermon either side of the 
midline, and these later fuse to form 
cartilaginous models of the 
manubrium, sternebrae, and xiphoid 
process. 


background image

Clinical Correlates 

• Rib Defects 
• Occasionally extra ribs are formed, usually in the lumbar or cervical 

regions.  

• Cervical ribs are usually attached to the seventh cervical vertebra. 

Because of its location, this type of rib may impinge on the brachial plexus 
or the subclavian artery, resulting in varying degrees of anesthesia in the 
limb. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 104 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