3.1.2(2) De vroege ontwikkeling van het gehoor- en evenwichtsorgaan (Kapteyn)

Deze bijdrage is een bewerking van het dictaat Anatomie en Fysiologie van dr. H. Gallé (1979) dat tot op heden gebruikt wordt in de opleiding tot audiologie-assistent. Verder is gebruik gemaakt van de syllabus uit het curriculum van de Medische Faculteit van de Vrije Universiteit te Amsterdam voor het blok zintuigen: 'Ontwikkeling en anatomie van zintuigen, gehoor- en evenwichtsorgaan' (docenten dr. F.G. Wouterlood en dr. P. Hoogland, vakgroep Anatomie en Embryologie).

Inhoud:

3.1.2.1(2). Inleiding

3.1.2.2(2). De ontwikkeling van het uitwendige oor

3.1.2.3(2). De ontwikkeling van het middenoor

3.1.2.4(2). De ontwikkeling van het vliezige labyrint

3.1.2.5(2). De embryonale ontwikkeling van het neurale systeem

3.1.2.6(2). Links

3.1.2.7(2). Verwijzingen en link naar Niveau 3

3.1.2.1(2). Inleiding

De evolutie van het gehoor begint in het Devoon, 300 miljoen jaar geleden. De vissen die in die tijd leefden detecteerden trillingen uit hun omgeving met een orgaan waar enkele bestaande soorten nog steeds gebruik van maken. In deze ontwikkeling over een zeer lange periode (‘fylogenetische’ ontwikkeling) vormt het binnenoor het oudste deel van het gehoororgaan. De trillingen in het water zijn krachtig en kunnen bij in water levende dieren de zintuigcellen binnen het lichaam direct aansturen, zonder dat hulpstructuren nodig zijn.

Toen de eerste landdieren zich ontwikkelden (de amfibieën) volgde een aanvullende ontwikkeling die de waarneming van de energetisch veel zwakkere trillingen in het nieuwe medium lucht mogelijk maakte. Daarbij verzorgt het uitwendig oor een zekere mate van concentratie van de geluidsenergie. Het middenoor bewerkstelligt dat de weinig krachtige luchttrillingen toch in het binnenoor het relatief zware, met vloeistof gevulde systeem, in beweging kunnen brengen. Daarnaast ontwikkelde zich, eerst bij reptielen en vervolgens bij vogels, een voorloper van het gehoororgaan in engere zin, de cochlea. Het is als een ondiepe inbuiging te zien in de zijkant van de schedel. Deze eerste aanzet voor een binnenoor groeide uit en was in eerste instantie nog recht. Een verdere ontwikkeling trad op bij zoogdieren en leidde tot een gehoororgaan zoals dat bij de mens aanwezig is.

In het perifere gehoororgaan zoals de mens dat nu heeft, zijn drie onderdelen te onderscheiden:

1. Het uitwendig oor, dat geluidstrillingen over een relatief groot oppervlak opvangt
2. Het middenoor, dat de geluidstrillingen aanpast
3. 3. Het binnenoor dat de geluidstrillingen analyseert en ze omzet naar een neurale code

De embryonale ontwikkeling van deze onderdelen verdient een meer algemene benadering en wordt in dit hoofdstuk besproken. Kennis van deze embryonale ontwikkeling geeft inzicht in de samenhang van de verschillende anatomische structuren, in het bijzonder wat betreft innervatie en vascularisatie, en in hun functies. De anatomische aspecten worden uitgebreid besproken in Hfdst.3.2.1(2) en Hfdst.3.2.2(2) en de fysiologische aspecten komen aan de orde in Rubriek 6.

3.1.2.2(2). De ontwikkeling van het uitwendig oor

In een vroeg stadium van de embryonale ontwikkeling lijken de embryo's van gewervelde dieren sterk op elkaar. Fig.1 laat een schets van een embryo van drie weken zien. Na drie weken treedt een sterke differentiatie op van de in deze figuur aangegeven eerste en tweede kieuwboog en de daar tussenin liggende kieuwspleet. Bij vissen ontwikkelen deze onderdelen zich tot kieuwen en bij zoogdieren tot respectievelijk oorschelp en gehoorgang. Alleen zoogdieren hebben een uitwendig oor.

De ontwikkeling van het gehoororgaan en het evenwichtszintuig bij de mens begint vanaf de derde tot vierde week en is symmetrisch. Dat wil zeggen dat deze gelijktijdig aan beide zijden van het embryonale kopgebied plaatsvindt. Aan het einde van de vierde week ontstaan dorsaal (aan de rugzijde) op zowel de eerste als de tweede kieuwboog drie knobbeltjes (Fig.2). Deze groeien in drie weken uit tot een ronde wal. Dit is de toekomstige oorschelp ('auricula'). De auricula ontstaat dus uit het ectoderm van de eerste en tweede embryonale kieuwboog[1].

De eerste embryonale kieuwspleet tussen beide bogen differentieert tot gehoorgang. Het is een ectodermale instulping en draagt zodoende de kenmerken van huid. Ook twee van de drie lagen van het trommelvlies worden gevormd uit de eerste embryonale kieuwspleet (zie verder). Terwijl dus van hieruit bij vissen kieuwen ontstaan, verloopt de ontwikkeling bij zoogdieren geheel anders.

Fig.1. Schets van een embryo van drie weken. Voor de ontwikkeling van het uitwendig oor zijn de aangegeven eerste en tweede kieuwboog en de daartussenin gelegen kieuwspleet van belang. Figuur ontleend aan Gallé, 1979.

Fig.2. Schets van een embryo van zes weken. Op elke (eerste en tweede) kieuwboog bevinden zich nu drie knobbeltjes (boven elkaar). Deze vormen een ronde wal die uitgroeit tot de oorschelp. De kieuwspleet tussen deze bogen differentieert tot uitwendige gehoorgang. Figuur ontleend aan Gallé, 1979.

3.1.2.3(2). De ontwikkeling van het middenoor

De ontwikkeling van het middenoor is geïllustreerd in Fig.3. De trommelholte wordt aangelegd uit het eerste kieuwzakje Fig.3A). Het kieuwzakje is dus een binnenholte, gevormd door een uitstulping van het entoderm, de binnenbekleding waaruit het slijmvlies ontstaat. Het kieuwzakje wordt ook wel ‘voordarm’ genoemd. Er groeien de slokdarm en de keelstreek uit. Dit verklaart de aanduiding 'pharyngeale uitstulping' .

Fig.3. (A tot en met D). Opeenvolgend stadia, A, B, C en D, van de ontwikkeling van het middenoor vanaf de derde week. Afgebeeld zijn doorsneden door het kiemvlies ter plaatse van de eerste kieuwspleet. De binnenholte ertegenover, in het entoderm, heet eerste kieuwzak. Voor verdere uitleg zie tekst. De hierop volgende stadia zijn E en F. Het gearceerde deel rechtsboven in de figuren zijn de ‘achterhersenen’ (het ‘rhombencephalon’ – zie verder). Figuur ontleend aan Gallé, 1979.

Fig.3. (E en F). Stadia in de ontwikkeling van het middenoor volgend op die afgebeeld in Fig.3, A tot en met D. Voor verdere uitleg zie tekst. Figuur ontleend aan Gallé, 1979.

In de vierde week komt de top van de pharyngeale uitstulping in contact met de bodem van de eerste kieuwspleet (Fig.3D). Intussen stulpt de eerste kieuwspleet naar binnen waar de aanleg van de gehoorgang zich voltrekt (Fig.3E). De scheidingswand tussen de pharyngeale uitstulping en de naar binnen gestulpte kieuwspleet breekt niet door, maar groeit uit tot het trommelvlies ('membrana tympani'). Van buiten naar binnen treffen we dan aan: buitenbekleding (huid, ontstaan uit het ectoderm), een tussenlaag en entoderm, de binnenbekleding waaruit de slijmvlieslaag ontstaat. Deze structuur ligt ten grondslag aan de vorming van het drielagige trommelvlies. De niet verder gaande uitstulping van de eerste kieuwzak (met entoderm bekleed) verwijdt zich tot het middenoor ('cavum tympani'). Deze verwijding is aan de top groter dan aan de basis, zoals te zien in Fig.3F. De basis ontwikkelt zich tot een meer buisachtige structuur, de buis van Eustachius ('tuba auditiva'). Deze vormt de verbinding tussen de middenoorholte en de keelholte (pharynx).

In de zesde tot de zevende week begint de ontwikkeling van de gehoorbeentjes. In de eerste kieuwzak (het gedeelte linksboven in de opeenvolgende schetsen in Fig.3) wordt craniaal (aan de hersenzijde - linksboven in deze schetsen, omdat het hoofd naar voren gebogen is) begrensd door het mesoderm van de eerste kieuwboog en caudaal (aan de staart- of onderzijde - rechtsonder) door het mesoderm van de tweede kieuwboog. In dit mesoderm bevindt zich mesenchym[2] (geschetst in Fig.3E). De hamer (malleus) en het aambeeld (incus) ontstaan uit een verdichting van het mesenchym van de eerste kieuwboog (Fig.3E) en de stijgbeugel (stapes) uit het mesenchym van de tweede kieuwboog. De gehoorbeentjes komen in de middenoorholte te liggen doordat deze ruimte zich sterk vergroot, ten koste van het omringende mesenchym (de gestippelde ruimte in Fig.3E). Dit leidt er toe dat de gehoorbeentjes weer uitstulpen in de zich ontwikkelende middenoorholte, bekleed met entoderm, dezelfde epitheliale laag (slijmvlies) als in de middenoorholte. Deze ontstaanswijze verklaart waarom de epitheliale bekleding van het middenoor inclusief die van de gehoorbeentjes sensibel wordt geïnnerveerd door de hersenzenuw die ook de slijmvliezen van de pharynx innerveert (de nervus glossopharyngius – N.IX). In de negende week begint de verbening van de gehoorbeentjes.

Aan de hamer en de stapes hechten zich spiertjes die afkomstig zijn uit het mesenchym van de kieuwboog waarin het betreffende gehoorbeentje is ontstaan. Deze spiertjes worden geïnnerveerd door takjes van de motorische zenuw die werkzaam is in de desbetreffende kieuwboog (de 'branchio-motorische' zenuw. De musculus tensor tympani, die vasthecht aan de hamer wordt geïnnerveerd door een takje van de nervus trigeminus (N.V - eerste kieuwboog) De musculus stapedius die vasthecht aan de stapes wordt geïnnerveerd door de nervus facialis (N.VII - tweede kieuwboog).

Onderwijl is de eerder geschetste ontwikkeling voortgegaan en is de pharyngeale uitstulping uitgegroeid tot de middenoorholte en heeft het begin van de uitstulping zich ontwikkeld tot de buis van Eustachius. Na de zesde maand is de ontwikkeling van het middenoor voltooid en begint vanuit het 'antrum'[3] de vorming van de luchthoudende kleine holtes in het mastoïd. Deze pneumatisatie is een langlopend proces dat voortduurt tijdens de verdere groei en tussen het achtste en tiende levensjaar voltooid.

3.1.2.4(2). De ontwikkeling van het vliezig labyrinth

Het binnenoor ziet er complex uit met allerlei holten, kanalen en een aanhangsel dat de vorm heeft van een slakkenhuis. Geen wonder dat men dit ooit 'labyrint' noemde. Een goede manier om hierin enig inzicht te krijgen is de ontwikkeling te volgen.

In de derde week van de embryonale ontwikkeling begint de ontwikkeling van het gehoororgaan en het evenwichtszintuig. Dit gebeurt symmetrisch, dat wil zeggen gelijktijdig aan beide zijden van het kopgebied. De ontwikkeling begint bij de labyrintplacode die aangegeven is in Fig.3A. Deze placode is een verdikking in het ectoderm ter hoogte van de locatie van de latere achterhersenen (het 'rhombencephalon'[4] - het gearceerde gedeelte rechtsboven in Fig.3). Deze oor- of labyrinthplacode gaat zich differentiëren en ontwikkelt zich geleidelijk tot ganglionneuronen.

Door relatief snellere groei van het omringende ectoderm gaat de placode instulpen. Dit leidt tot een afsnoering van dat gedeelte van het ectoderm. De afgesnoerde holte wordt het oor- of labyrinthblaasje ('otocyst') genoemd. Rond deze structuren ontwikkelt zich een concentratie van mesenchym dat kraakbeen vormt. Dit kraakbeen verbeent later tot het 'benige labyrint'.

Het bovenste deel van het beschreven oor- of labyrintblaasje ontwikkelt zich tot de 'utriculus' en het onderste tot de 'sacculus' (beide woorden betekenen 'zakje'). Het begin van de ontwikkeling is geschetst in Fig.3E en het vervolg in Fig.4. Bovendien zondert zich uit het onderste deel een smal kanaal af dat nauwelijks verder differentieert: de 'ductus endolymfaticus' en de 'saccus endolymfaticus'. De bovenkant van de oer-utriculus differentieert tot drie boogvormige kanalen (de bovenste 'lijn' in Fig.4). Het onderste deel blijft als utriculus bestaan. De oorspronkelijke sacculus groeit uit met een aanhangsel, de toekomstige cochlea (de onderste lijn in Fig.4).

In de zevende week is het labyrint nog niet voltooid, maar alle onderdelen zijn al wel aanwezig zoals Fig.3E laat zien. In de 22ste week is het labyrint voltooid. Op deze wijze ontwikkelt zich het vliezige labyrint. Alle ruimten blijven in verbinding met elkaar en zijn gevuld met endolymfe (de binnenvloeistof). Rondom het vliezig labyrint zet zich een benig labyrint af. Tussen benig en vliezig labyrint in bevindt zich perilymfe (de buitenvloeistof).

Ook de ganglioncellen ontwikkelen zich en maken via hun dendrieten contact met de zintuigcellen van de verschillende labyrintdelen. Hun uitgroeiende axonen vormen de achtste zenuw (N.VIII - nervus cochlearis en nervus vestibularis).

Fig.4. Ontwikkeling van het vliezig labyrint. Figuur ontleend aan Gallé, 1979.

Concluderend kan gezegd worden dat het vliezig labyrint in twee functionele delen is te onderscheiden:

1. Een deel dat primair op houding en evenwicht is gericht; dit deel vormt het evenwichtsorgaan
2. Een deel dat primair op de geluidswaarneming is gericht; dit is het binnenoor, ook wel aangeduid als cochlea

3.1.2.5(2). De embryonale ontwikkeling van het neurale systeem

In het begin van de embryonale ontwikkeling van het neurale systeem van de mens, een week of twee drie na de conceptie, heeft het zenuwstelsel de vorm van een langwerpige buis (Fig5a). Vervolgens gaat het bovenste gedeelte van deze buis zich differentiëren en ontstaan drie opvallende verdikkingen, de achterhersenen (het ‘metencephalon’ - in Hfdst.3.3.1(2) ‘rhombencephalon’ genoemd), de middenhersenen (het ‘mesencephalon’) en de voorhersenen (het ‘diencephalon’), zoals geïllustreerd is in Fig.5a.

Fig.5. Schematische weergave van drie stadia in de embryonale ontwikkeling van het centrale auditieve systeem. De verschillende onderdelen worden besproken in de tekst. Figuur ontleend aan Beatty, 1995.

De volgende stadia zijn als volgt:

• Het onderste deel, het ‘myelencephalon’, ontwikkelt zich tot het ruggemerg.

• Het deel daar direct boven heeft in grote lijnen dezelfde wijze van functioneren als het ruggemerg. In dit ‘verlengde merg’ ontwikkelen zich de de olijfkernen en de corpora restiforma.

• Uit het direct daarboven liggende deel, de achterhersenen (het metencephalon) vormen zich de pons en het ‘cerebellum’ (de kleine hersenen).

• Vervolgens komt een insnoering (‘isthmus’)

• Daarboven ontwikkelen zich de middenhersenen (het mesencephalon), met de kernen van de laterale lemniscus en de colliculi inferiores.

• Daar weer boven vormen zich de voorhersenen[5] (het diëncephalon) met de corpora geniculata mediale.

• De laatste stap is de vorming van de hersenschors. Uit het voorste blaasje op het diencephalon (het ‘telencephalon’) ontwikkelen zich twee halve bollen die geweldig gaan groeien. Na verloop van tijd bedekken zij het hele onderliggende diencephalon, dat in het centrum van de oorspronkelijke buis lag. Dat centrum blijft echter een volwaardig zenuwstelsel. De uitgroeiende flappen zijn extra, dat zijn de helften van de buitenhersenen. De vorm van het oppervlak doet denken aan een walnoot.

De hiervoor besproken structuren zien er voor een volwassene in een sagittale doorsnede uit als afgebeeld in Fig.6.

Fig.6. Dezelfde structuren als in Fig.5c, maar nu in sagittale doorsnede voor een volwassene. Figuur ontleend aan Beatty, 1995.

3.1.2.6(2). Links

http://www.med.unc.edu/embryo_images/unit-ear/ear_gifs

3.1.2.7(2). Verwijzingen

Voor literatuur zie niveau 3.

[1] Voor een goed begrip van het volgende is het nodig te weten dat de 'huid' van het embryo 'kiemvlies' is. Dit bestaat uit drie lagen: het 'ectoderm' (de buitenste laag) waarin de sensorische, sensibele en motorische structuren tot ontwikkeling komen, het 'mesoderm' (de tussenlaag) die de vascularisatie verzorgt en een vegetatieve binnenlaag, het 'entoderm' ook wel 'endoderm' genoemd. Op (in) het ectoderm bevinden zich de 'placodes'. Dit zijn zichtbare plekjes die het begin van de embryonale ontwikkeling van de zintuigen markeren.

[2] Mesenchym is het deel van het mesoderm waaruit steun- bind- en vaatweefsel ontstaan.

[3] De grote eerste luchtcel in het mastoïd, getekend in Fig.2 en Fig.5 van Hfdst.3.2.1(2).

[4] Het ‘rhombencephalon’ is het hersengedeelte dat bestaat uit cerebellum, pons en medulla oblongata.

[5] Ook ‘tussenhersenen’ of ‘binnenhersenen’ genoemd.