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Embriologia umana

Lorenzo Fantini

PROGRAMMA DETTAGLIATO DI EMBRIOLOGIA LA MEIOSI La divisione meiotica. Tempi e modalità della meiosi nella spermatogenesi e nella ovogenesi. Aneuploidia.

SPERMATOGENESI E APPARATO GENITALE MASCHILE Struttura del testicolo: tonaca albuginea, lobuli, tubuli seminiferi, tubuli retti e rete testis. Localizzazione e funzione delle cellule di Sertoli, delle cellule di Leydig e delle cellule mioidi. Vie genitali maschili e ghiandole annesse. L’epitelio seminifero. La spermatogenesi: la fase mitotica, la fase meiotica e la spermiogenesi. Struttura degli spermatozoi. Ciclo e onda dell’epitelio seminifero. Il privilegio immunitario del testicolo. Controllo ormonale della spermatogenesi. I tumori testicolari.

OVOGENESI E APPARATO GENITALE FEMMINILE Struttura dell’ovaio: zona corticale e zona midollare. La follicologenesi: il follicolo primordiale, primario, secondario, antrale, dominante, ovulatorio. La zona pellucida. Le cellule della teca. L’ovulazione. Il corpo luteo. Ciclo ovarico e ciclo uterino. Controllo ormonale del ciclo ovarico e la selezione follicolare. Influenza reciproca tra cellule somatiche e l’ovocito: crescita e maturazione dell’ovocito e proliferazione e maturazione delle cellule follicolari.

LA FECONDAZIONE Lo sperma. La capacitazione e la reazione acrosomiale degli spermatozoi. La fecondazione. L’attivazione dell’ovocito: il calcio, la reazione corticale, il completamento della meiosi (MPF e fattore citostatico). La partenogenesi e l’imprinting. Metodi anticoncezionali. Tecniche di fecondazione assistita. Generalità dello sviluppo prenatale: periodo embrionale e periodo fetale e sensibilità ad agenti teratogeni. Diagnosi e terapia prenatale.

PRIMA SETTIMANA DI SVILUPPO La segmentazione. La clonazione. Le cellule staminali embrionali (ES), le cellule staminali adulte e le pluripotenti indotte (iPSCs). La diagnosi genetica preimpianto. FIVET e ICSI. L’attivazione del genoma dell’embrione. Inattivazione del cromosoma X. Imprinting e mola idatiforme.

SECONDA SETTIMANA DI SVILUPPO Impianto embrionale. Differenziamento del trofoblasto: citotrofoblasto, sincizio trofoblasto e sistema lacunare. HCG e test di gravidanza. Cavità amniotica e sacco vitellino. Formazione del mesoderma extraembrionale. Cavità corionica o celomatica extraembrionale. Reazione deciduale. Impianto ectopico.

TERZA SETTIMANA DI SVILUPPO Gastrulazione e formazione dei tre foglietti embrionali. Transizione epitelio-mesenchimale primaria. Membrana buccofaringea e cloacale. Diverticolo allantoideo. Sviluppo della notocorda, induzione della placca neurale (inibitori del BMP: cordina, noggina e follistatina) e la neurulazione. Tubo neurale e cresta neurale. Il mesoderma parassiale, intermedio e laterale. Il celoma intra-embrionale. Formazione delle isole angioblastiche extra- e intra-embrionali. Area cardiogenica e setto trasverso. Regressione della linea primitiva e il teratoma sacro-coccigeo. Determinazione degli assi corporei: AVE, nodo di Hensen, notocorda, linea primitiva e gradiente decrescente postero-anteriore, dorso-ventrale e sinistro-destro di fattori della famiglia del TGFbeta (nodal e BMP). Differenziamento delle creste neurali e importanza di BMP, WNT e FGF.

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QUARTA SETTIMANA DI SVILUPPO Ripiegamento laterale e cefalo-caudale e definizione cilindrica del corpo. Sviluppo dell’ectoderma, del mesoderma e dell’endoderma. I geni omeotici e lo schema corporeo lungo l’asse antero-posteriore. Meccanismi molecolari della somitogenesi (modello clock and wavefront).

L’APPARATO TEGUEMNTARIO L’ectoderma: epidermide e ghiandole annesse. Origine dei melanoblasti, delle cellule di Merkel e delle cellule di Langherans. Sviluppo dei placodi e neogenesi dei peli. Malformazioni: epidermide bollosa, feto arlecchino, displasia ectopica, albinismo.

LO SVILUPPO DEL SISTEMA NERVOSO Il neuroectoderma: sviluppo del tubo neurale. Eminenza o gemma caudale. Da tre a cinque vescicole encefaliche. Derivati delle pareti e delle cavità delle cinque vescicole. Sviluppo dell’ipofisi. Il midollo spinale e la formazione della coda equina. Derivati del neuro epitelio: neuroni e glia del sistema nervoso centrale. Cellule gliali radiali. Differenziamento delle cellule di microglia. Il sistema nervoso periferico e altri derivati delle cellule delle creste neurali. Importanza di BMP e SHH nello sviluppo differenziale dei neuroni nel midollo spinale. NGF e fattori neurotrofici. Malformazioni: rachischisi, spina bifida occulta, meningocele, meningomielocele.

LO SVILUPPO DELLA FACCIA Sviluppo della faccia e del collo. Sviluppo e derivati del processo frontale, archi, solchi, e tasche faringee. Stomodeo e membrana buccofaringea. Derivazione embrionale delle cartilagini, ossa, muscoli e nervi della faccia. Sviluppo del palato primitivo e definitivo, della lingua e della tiroide. Sviluppo dei denti: quattro stadi. Malformazioni: seno cervicale, labioschisi (labbro leporino), palatoschisi, labiopalatoschisi

FORMAZIONE DEGLI APPARATI DIGERENTE E RESPIRATORIO L’endoderma e la formazione dell’intestino primitivo. Mesenteri e organi peritoneali, retro peritoneali e secondariamente retro peritoneali. Intestino anteriore: vascolarizzazione e sviluppo. Intestino faringeo, esofago, stomaco, omento, duodeno superiore, fegato, cistifellea, pancreas. Milza. L’intestino medio: intestino tenue, cieco, colon ascendente, e due terzi del colon trasverso. Rotazioni e vascolarizzazione. Malformazioni: diverticolo di Meckel, onfalocele, difetti di rotazione e volvoli. L’intestino posteriore primitivo: la cloaca e la sua sepimentazione. Formazione dell’ultimo terzo del colon trasverso, colon discendente, colon sigmoide, retto, parte superiore del canale anale. Proctodeo. Vescica e uretra. Sviluppo del sistema respiratorio. Formazione della cavità pericardica, pleurica, e peritoneale. Il diaframma. Malformazioni: fistola esofago tracheale, atresia dell’esofago, ernia diaframmatica, stenosi e atresia del duodeno, pancreas anulare.

LO SVILUPPO DELL’APPARATO UROGENITALE Sviluppo dell’apparato urogenitale. Formazione e regolazione ormonale e genetica (SRY, SOX9, FGF9) delle gonadi, delle vie genitali e dei genitali esterni maschili e femminili. Differenziamento delle PGCs . Riserva ovocitaria. Malformazioni: pseudoermafroditismo, ipospadia, criptorchidismo, utero bicorne, tumori di origine germinale. Formazione del sistema urinario. Sviluppo degli ureteri e dei reni: pronefro, mesonefro, metanefro. Il dotto mesonefrico e la gemma ureterica. Blastema metanefrico. Maturazione funzionale e ascesa dei reni. Derivazione endodermica della vescica edell’uretra. Il trigono vescicale. Processi molecolari dello sviluppo del sistema collettore e dei nefroni (WNT1, GDNF, WNT4) . Malformazioni: agenesia renale, ureteri e reni soprannumerari. 2

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LO SVILUPPO DELL’APPARATO CIRCOLATORIO Cenni dello sviluppo dell’apparato circolatorio. Isole angioblastiche. Cellule staminali emopoietiche del sacco vitellino e della regione aorta-gonado-mesonefrica. Sedi di emopoiesi prima e dopo la nascita. Lo sviluppo del cuore. Ripiegamenti e espansioni nella quarta settimana. Suddivisione dell’atrio primitivo. Formazione dei cuscinetti endocardici e vie di segnalazione coinvolte. Il cuore alla fine dell’ottava settimana. FGF, VEGF e ANG1 nella vasculogenesi. Cenni sullo sviluppo del sistema arterioso e venoso. Circolazione fetale e cambiamenti alla nascita.

LO SVILUPPO DELL’APPARATO LOCOMOTORE Sviluppo dell’apparato locomotore. Sviluppo dei somiti: sclerotomo, dermatomo, miotomo. Derivazione dello scheletro assile, appendicolare e della testa e dei muscoli annessi. Formazione degli arti. La cresta ectodermica, la zona di proliferazione e la zona polarizzante e lo sviluppo dell’arto nei tre assi cartesiani. Malformazioni: polidattilia, focomelia.

LA PLACENTA Gli annessi embrionali: placenta, allantoide, sacco vitellino, cordone ombelicale. Sviluppo, struttura e funzione della placenta. Ormoni placentari. La circolazione placentare. Reazione deciduale: decidua basale, capsulare, parietale. Angiogenesi e modificazioni della parete vascolare. Tolleranza immunologica. Amnios e liquido amniotico. I gemelli dizigotici e monozigotici. Malformazioni: Polidramnios e oligoidramnios. Eritroblastosi fetale e il fattore Rh.

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LA MEIOSI Le cellule del corpo umano possono essere suddivise in somatiche e germinali, queste ultime compiono la divisione meiotica che comporta la formazione di 4 cellule aploidi. La meiosi, grazie al crossing over, permette la ricombinazione del materiale genetico. La meiosi è strutturata in 2 divisioni meiotiche (I e II) precedute da una sola duplicazione del DNA in fase S.

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LA PRIMA DIVISIONE MEIOTICA

La prima divisione meiotica è suddivisa in 4 fasi: • Profase I o Lepoptene, cromosomi formati da 2 cromatidi o Zigotene, formazione di sinapsi (appaiamento cromosomi omologhi (4 cromatidi à tetrade)) o Pachitene, i cromosomi si compattano e avviene il crossing over, grazie a SPO11 che taglia il DNA. Ci sono proteine ed enzimi che vanno a formare il complesso sinaptinemale, struttura fondamentale per questo processo. o Diplotene, i cromosomi omologhi iniziano a separarsi rimanendo uniti nei chiasmi • Metafase I • Anafase I (coesine dei cromosomi omologhi rimosse dalle separasi; le coesine dei cromatidi fratelli sono mantenuti.) • Telofase I I cromatisi sono attaccati in corrispondenza del cinetocore ai microtubuli del fuso mitotico. L’adesione è mediata da proteine dette coesine che si trovano nei chiasmi. La ridistribuzione degli omologhi materni e paterni è casuale e questo permette la variabilità genetica.

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LA SECONDA DIVISIONE MEIOTICA

Consiste in 3 fasi poiché la profase II è praticamente assente e ci sono: • Metafase II • Anafase II • Telofase II Alla fine si ottengono 4 cellule aploidi ed è un processo che segue le stesse modalità di una divisione meiotica.

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LA MEIOSI NELL’OVOGENESI E NELLA SPERMATOGENESI

La meiosi nell’ovogenesi inizia al 4° mese nelle ovaie fetali quando gli ovogoni diventano ovociti primari; questi si bloccano in profase I (diplotene). A partire dalla pubertà la meiosi riprende e alla fine della telofase I la cellula va incontro ad una citodieresi diseguale che forma un ovocito secondario e un globulo polare I. In metafase II la meiosi si arresta nuovamente e riprende solo se l’ovocito verrà fecondato; in tal caso si formerà lo zigote e un globulo polare II. Quindi al termine dell’ovogenesi si ha una sola cellula funzionante (ovocito secondario). La meiosi nella spermatogenesi inizia durante la pubertà quando uno spermatogonio A si divide mitoticamente per formare due spermatogoni B. Questo dopo alcune mitosi entra in meiosi producendo spermatociti I che al termine della meiosi I origina uno spermatocita II. Ogni spermatocita II origina due spermatidi.

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PROCESSI E MOLECOLE

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IL COMPLESSO SINAPTEMALE

Il complesso sinaptemale è quella struttura proteica che si forma tra due omologhi in profase I ed è formato da due regioni laterali formate da SCP3 (synaptonemal complex protein) e SCP2 ed una regione centrale che consiste di filamenti di SCP1. In questa regione centrale ci sono anche le proteine SYCE (synaptonemal complex element) 1, 2 e 3. 4

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I cromosomi X e Y nell’uomo formano solo parzialmente il complesso sinaptemale. Questo complesso non è necessario alla formazione delle sinapsi perché in sua assenza il lavoro è svolto dalle coesine, però si pensa che la sua presenza sia necessaria per far avvenire il crossing over, infatti ci sono dei punti nella regione centrale (noduli di ricombinazione) che si pensa che siano dei punti in cui si stanno risolvendo gli scambi.

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IL MECCANISMO MOLECOLARE DEL CROSSING OVER

La ricombinazione del materiale genetico avviene tra due cromosomi omologhi. Si basa sul taglio della doppia elica di DNA grazie a topoisomerasi SPO11. Questi tagli attivano degli enzimi che vanno a riparare le rotture mediando la ricombinazione tra gli omologhi. Questo accade solo tra cromatidi non fratelli, quindi non avviene in modo casuale. Un filamento di DNA viene tagliato in 3’ e si appaia ad un elica dell’omologo che forma un ansa andando a creare un primo chiasma detto giunzione di Holliday.

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ASSORTIMENTO CASUALE DEI CROMOSOMI MATERNI E PATERNI AL TERMINE

DELLA MEIOSI I Nell’uomo il numero di combinazioni possibili che si possono formare nelle cellule germinali sono 8,4 x 106.

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CORRELAZIONI CLINICHE

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ANEUPLOIDIE CROMOSOMICHE

Le aneuploidie (difetti di numero) cromosomiche sono causate da errori nella disgiunzione degli omologhi al termine della meiosi I. Le aneuploidie sono solitamente incompatibili con la vita, ad eccezione per quelle riguardanti piccoli cromosomi come il 21, il 18 o il 13, o i cromosomi sessuali.

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SPERMATOGENESI E APPARATO GENITALE MASCHILE L’apparato genitale maschile si occupa della formazione dei gameti maschili (spermatozoi) e della loro trasmissione in una sospensione di liquido seminale. Esso è formato da organi sessuali primari (testicoli) e da un sistema di dotti e vie genitali che comprendono: condotti efferenti, epididimo, dotto deferente, dotto eiaculatore e parte dell’uretra. Fanno parte anche ghiandole esocrine annesse alle vie genitali (prostata, ghiandole bulbo-uretrali di Cowper) e il pene. I testicoli sono adibiti alla secrezione degli ormoni sessuali maschili (androgeni), ossia il testosterone (T) e il diidrotestosterone (DHT) (un derivato del T 10 volte più potente). Questi ormoni sono fondamentali per il corretto sviluppo dei tubuli seminiferi, degli organi sessuali accessori interni e dei genitali esterni. Sono inoltre determinanti per i caratteri sessuali secondari maschili (tono di voce, peli…). I testicoli sono compartimentalizzati, infatti la spermatogenesi avviene nei tubuli seminiferi, invece la secrezione degli androgeni avviene nelle cellule del Leydig.

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CENNI DI ANATOMIA DEL TESTICOLO E DELLE VIE GENITALI

I testicoli (gonade maschile) sono completamente avvolti da un tessuto connettivo fibrosi, la tonaca albuginea. Questa si ispessisce posteriormente formando il mediastino del testicolo (dove convergono i vasi sanguigni che irrorano la gonade). Dal mediastino partono dei sepimenti che dividono il testicolo in lobuli o logge del testicolo. Ogni loggia contiene da uno a quattro tubuli seminiferi. Nello spazio interstiziale che si forma tra le anse dei tubuli seminiferi ci sono connettivo lasso interstiziale (con vasi sanguigni e linfatici) e le cellule interstiziali endocrine del Leydig (anche macrofagi, fibroblasti…). Ogni estremità di un tubulo seminifero è collegata alla rete testis, localizzata nel mediastino del testicolo. Questa è in continuità con 10-12 condottini efferenti che veicolano gli spermatozoi verso il canale dell’epididimo. Questo è interposto tra la rete testis e il dotto deferente, si distinguono 3 parti: testa (parte più voluminosa, in rapporto con i condottini efferenti), corpo, coda (si continua con il dotto deferente). Il dotto deferente termina con una parte dilatata detta ampolla. Il dotto eiaculatore origina dalla confluenza del dotto deferente e del dotto in uscita dalla vescichetta seminale, esso termina nell’uretra prostatica dopo aver attraversato la prostata. Gli spermatozoi viaggiano grazie a movimenti peristaltici dei dotti delle vie spermatiche e durante il movimento subiscono un processo di maturazione. Il sangue al testicolo arriva principalmente dall’arteria testicolare.

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SVILUPPO PREPUBERALE DEL TESTICOLO

Se i testicoli non scendono nello scroto durante lo sviluppo fetale si ha la condizione patologica nota come criptorchidismo, che non permette una corretta spermatogenesi ed è associata a un maggior rischio ti tumore testicolare. Nella vita embrio-fetale nei cordoni testicolari primitivi sono presenti solo 3 tipi di cellule: le cellule germinali (prospermatogoni o gonociti), le cellule di sostegno (precursori delle cellule del Sertoli e delle cellule muscolari lisce peritubulari, cellule mioidi) e le cellule interstiziali (precursori delle cellule del Leydig). Dopo la nascita la consistente proliferazione delle cellule del Sertoli determina un allungamento dei cordoni seminiferi. Nella pubertà le cellule del Sertoli cessano di dividersi, si specializzano polarizzandosi. Iniziano quindi a produrre un secreto fluido che trasforma i cordoni seminiferi (privi di lume) in tubuli seminiferi. Quando parte la spermatogenesi si assiste ad uno spostamento degli spermatociti meiotici verso il centro del tubulo, aumentando il suo diametro. Le cellule di Leydig hanno un picco massimo di sviluppo alle 14-18 settimane di vita intrauterina. Queste sintetizzano testosterone, responsabile della mascolinizzazione del feto, e Insl-3, responsabile della discesa dei testicoli. Queste cellule fetali degenerano entro gli ultimi tre mesi di gravidanza. Un secondo ciclo di proliferazione è stato osservato nel primo trimestre dopo la nascita, contemporaneamente al picco postnatale di LH/testosterone. L’ultimo picco si ha in età puberale e porta alla formazione di cellule di Leydig adulte.

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EPITELIO SEMINIFERO

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I tubuli sono delimitati da una tonaca propria, costituita da una membrana basale e da strati di cellule muscolari lisce peritubulari (cellule mioidi). Le cellule germinali sono stratificate in diversi stadi evolutivi con le cellule più avanzate al centro del tubulo. Le cellule del Sertoli sono gli elementi somatici dell’epitelio seminifero, hanno la base in contatto con la membrana basale e il vertice verso il lume. Queste cellule hanno dei rami che avvolgono la cellula germinale e la accompagnano durante la spermiogenesi. Esse sono fondamentali per la formazione della cosiddetta barriera emato-testicolare. Infatti grazie alle giunzioni occludenti rendono inaccessibile anche a molecole gli spazi intercellulari. Questa barriera suddivide l’epitelio seminifero in un compartimento basale (con gli spermatogoni e gli spermatociti in prelepoptene) ed in un compartimento adluminale (con gli spermatociti in meiosi e le cellule germinali post-meiotiche). Le cellule del Sertoli forniscono alle cellule germinali il nutrimento necessario per il loro funzionamento. Esse permettono anche la costituzione di una barriera immunologica che isola quindi le cellule meiotiche e post-meiotiche dal sistema immunitario. Questa barriera implica fini processi di regolazione e dinamicità delle giunzioni occludenti che devono permettere agli spermatociti di migrare dal compartimento basale a quello adluminale.

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SPERMATOGENESI

È il processo di differenziamento degli spermatogoni in spermatozoi. Essa ha inizio nella pubertà e continua per tutta la vita, anche se in età avanzata si affievolisce. Essa può essere suddivisa in tre fasi: fase mitotica, fase meiotica, spermiogenesi.

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LA FASE MITOTICA DELLA SPERMATOGENESI

Si ha proliferazione e il differenziamento degli spermatogoni. Questo processo dà origine sia a una popolazione di cellule staminali, sia ad una popolazione di cellule germinali destinate ad entrare in fase meiotica. Sono stati identificati due tipi di spermatogoni staminali: Ad (A dark), con colorazione della cromatina intensa ed omogenea; Ap (A pale), con cromatina dispersa e colorazione pallida. Gli spermatogoni Ad si dividono poco, mentre gli Ap proliferano attivamente originando uno spermatogonio Ap e uno spermatogonio B. Questi si dividono ulteriormente originando spermatociti primari in prelepoptene. È da sottolineare che gli spermatogoni Ap destinati al differenziamento non completano la citodieresi, rimanendo uniti da ponti citoplasmatici intercellulari, le cellule germinali infatti acquisiranno indipendenza solo alla spermiazione.

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LA FASE MEIOTICA DELLA SPERMATOGENESI

La fase meiotica ha inizio dagli spermatociti primari in prelepoptene che duplicano il loro DNA ed entrano in meiosi vera e propria. Dopo la profase I scompare l’involucro nucleare e inizia la metafase I. I cromosomi omologhi si separano e si spostano lungo i due poli della cellula (anafase I) e al termine della successiva telofase I si ottengono due spermatociti secondari. Questi poi iniziano la seconda divisione meiotica durante la quale si separano i cromatidi di ciascun cromosoma andando a formare gli spermatidi rotondi.

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LA TERZA FASE DELLA SPERMATOGENESI: LA SPERMIOGENESI

Lo spermatide adesso deve maturare, trasformandosi in una cellula polarizzata, lo spermatozoo. Si formano strutture come il flagello e l’acrosoma che sono fondamentali nella fecondazione. La spermiogenesi può essere suddivisa in quattro fasi: • Fase del Golgi: inizia la formazione dell’acrosoma, i granuli proacrosomici confluiscono formando un’unica vescicola acrosomica • Fase del cappuccio: la vescicola diventa più grande • Fase acrosomale: l’acrosoma viene modificato insieme al nucleo e al flagello. La formazione del flagello prende avvio dal centriolo prossimale • Fase di maturazione: lo spermatide completa il differenziamento in spermatozoo e la testa acquisisce la struttura ovalare.

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Si ha una progressiva condensazione della cromatina che stabilizza il DNA favorendo la riduzione del volume nucleare. Questo si ottiene grazie alla sostituzione degli istoni con protamine (proteine molto basiche). La maggior parte del citoplasma residuo viene eliminato e forma i corpi residuali che sono fagocitati dalle cellule del Sertoli.

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STRUTTURA DEGLI SPERMATOZOI

I componenti principali di uno spermatozoo maturo sono il nucleo con l’acrosoma che formano la testa e il flagello che forma la coda. L’acrosoma è una vescicola costituita da una membrana acrosomale esterna e una membrana acrosomale interna, essa ricopre i 2/3 anteriori del nucleo. Durante la fecondazione enzimi ritrovati nell’acrosoma sono fondamentali per la reazione acrosomale che permette il transito dello spermatozoo nella zona pellucida. Il flagello può essere suddiviso in 4 zone: collo (contiene un centriolo in posizione trasversale e una placca dalla quale originano 9 colonne longitudinali fibrose (fibre dense esterne)), segmento intermedio, segmento principale, segmento terminale. Le fibre dense esterne circondano l’assonema. Una guaina di mitocondri circonda elicoidalmente le fibre dense esterne nel tratto intermedio. Una struttura, l’annulus, determina un restringimento evidente al confine tra segmento intermedio e segmento principale.

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CICLO E ONDA DELL’EPITELIO SEMINIFERO

La spermatogenesi è un processo che dure 74 giorni, ed è un processo continuo. Nel testicolo ci sono gruppi di cellule germinali che si sviluppano in maniera sincronizzate, sono identificate come una generazione. Ogni 16 giorni una generazione inizia simultaneamente la spermatogenesi. In ogni area di un tubulo seminifero si sviluppano 4-5 generazioni di cellule germinali, sfasate tra loro di 16 giorni. Queste diverse generazioni sono dette associazioni cellulari o stadi. La sequenza delle varie associazioni cellulari è detta ciclo dell’epitelio seminifero. L’onda dell’epitelio seminifero è definita da una serie completa di tratti adiacenti di tubulo seminifero contenente tutti gli specifici stadi del ciclo. Siccome in aree diverse del tubulo il ciclo inizia in momenti diversi, è assicurata la continua produzione di gameti.

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IL PRIVILEGIO IMMUNITARIO DEL TESTICOLO

Nei mammiferi la competenza immunologica è acquisita nel periodo perinatale e consiste nella capacità di riconoscere tutti gli antigeni presenti fino a quel momento come self, mentre tutti gli antigeni che in seguito compariranno come non self. Nella pubertà, quando la competenza immunitaria è già acquisita, vengono iniziati a produrre gli spermatozoi che esprimono nuovi antigeni sulla superficie che non sono self, tuttavia vengono ben tollerati in situ, per questo motivo il testicolo è un sito immunologicamente privilegiato. Un ruolo fondamentale è svolto dalla barriera emato-testicolare che blocca fisicamente gli autoantigeni nella parte adluminale.

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PROCESSI E MOLECOLE

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REGOLAZIONE ENDOCRINA, PARACRINA E AUTOCRINA DELLA

SPERMATOGENESI Inizio e mantenimento della spermatogenesi sono regolati dall’asse ipotalamo-ipofisi-testicolo e richiedono la secrezione di due gonadotropine: FSH (follicle stimulating hormone) e LH (luteinizing hormone). Queste sono secrete dall’adenoipofisi in risposta al GnRH secreto a sua volta dall’ipotalamo. L’FSH agisce sulle cellule del Sertoli, mentre LH agisce sulle cellule del Leydig. Queste cellule somatiche poi guidano lo sviluppo delle cellule germinali tramite il loro secreto, tra cui testosterone.

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RUOLO DELL’FSH La secrezione di FSH inizia intorno al terzo mese di vita fetale e raggiunge un picco intorno ai 4-5 mesi, poi diminuisce fino alla pubertà quando riaumenta. C’è un’associazione tra il numero di gameti prodotti e il numero di cellule del Sertoli presenti, quindi è chiaro come sia fondamentale la presenza dell’FSH che assicuri un corretto sviluppo delle cellule del Sertoli. L’FSH assicura anche la 8

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secrezione di molecole dalle cellule del Sertoli, tra cui GDNF (glial derived neurotrophic factor), fattore di crescita che svolge un ruolo cruciale nella proliferazione degli spermatogoni staminali, SCF (stem cell factor) che ha un ampio spettro, la transferrina (per il trasporto del ferro), il lattato (metabolita energetico), l’ABP (per concentrare gli androgeni). L’FSH regola anche la morte per apoptosi delle cellule germinali che fa si che non ci sia un numero troppo elevato di cellule germinali che altrimenti non avrebbero il giusto supporto da parte delle cellule del Sertoli.

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RUOLO DELL’LH Esso regola la sintesi e il rilascio di testosterone da parte delle cellule di Leydig. •

RUOLO DEL TESTOSTERONE

Esso inizia nell’ottava settimana e contribuisce al differenziamento sessuale delle gonadi e delle vie genitali in senso maschile. La concentrazione di T nel testicolo è circa 100 volte superiore che nel siero. Esso agisce tramite il recettore AR che non è presente sulle cellule germinali, quindi l’effetto determinante è mediato dalle cellule del Sertoli. Il DHT ha un ruolo primario nel differenziamento dei genitali esterni.

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RUOLO DEGLI ESTROGENI Gli estrogeni derivano dall’aromatizzazione degli androgeni circolanti grazie all’enzima aromatasi. La loro azione è mediata dal legame con due recettori nucleari (ERalfa e ERbeta). Nel testicolo questi recettori sono espressi nelle cellule del Sertoli e nelle cellule germinali.

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CORRELAZIONI CLINICHE

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TUMORI TESTICOLARI

I tumori testicolari rappresentano circa l’1% delle neoplasie maligne. Sono la forma più comune di cancro nei maschi di età compresa tra i 15 e i 35 anni. Si classificano in tumori germinali e tumori non germinali (questi ultimi sono solitamente benigni). I primi si dividono in due gruppi: • Seminomi: il più comune è il seminoma tipico, caratterizzato da sottili setti fibrosi percorsi da vasi sanguigni, cellule con abbondante citoplasma e un infiltrato di linfociti. • Non-seminomi: il coriocarcinoma è il più aggressivo e tende a metastatizzare Si pensa che tutti i tumori germinali originino da un comune precursore: le cellule da carcinoma in situ (CIS), queste sono molto simili a cellule germinali primordiali e quindi si pensa che derivino dal feto. Sono comunque associati ad alterazioni del cromosoma 12, in particolare aumentate copie del braccio corto di questo cromosoma.

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OVOGENESI E APPARATO GENITALE FEMMINILE •

CENNI ANATOMICI DELL’APPARATO GENITALE FEMMINILE

L’apparato genitale femminile comprende le gonadi femminili (ovaie) e le vie genitali. Le ovaie sono un organo pari dove ha luogo lo sviluppo e la maturazione degli ovociti. Le vie genitali sono organi cavi costituiti da una mucosa e da tessuto muscolare liscio. Queste servono per l’incontro dell’ovocito con gli spermatozoi, l’impianto dell’embrione e il suo sviluppo (tube uterine, utero e vagina). Le tube uterine collegano l’ovaio all’utero, esse hanno un’estremità aperta nella cavità pelvica (infundibolo), questa presenta dei margini sfrangiati (fimbrie) che avvolgono l’ovaio e incanalano l’ovocito maturo nell’ampolla (area allargata delle tube) dove avviene la fecondazione. Dopo l’ampolla c’è un restringimento (istmo) che collega le tube all’utero ed è destinato ad accogliere l’embrione. L’utero ha una parte superiore più larga (corpo), a questa segue una parte più stretta detta istmo e inferiormente c’è il collo (o cervice). Quest’ultima è percorsa dal canale cervicale che mette in comunicazione la cavità uterina con la cavità vaginale. La vagina va dall’utero fino al suo orifizio esterno posto nel vestibolo della vulva. Nella cavità vaginale vengono raccolti gli spermatozoi che dovranno attraversare l’utero e le tube per raggiungere l’ampolla.

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L’OVAIO

È costituito da un epitelio monostratificato con cellule cubiche (epitelio germinativo) al di sopra di uno strato di connettivo compatto (tonaca albuginea). Suddiviso in una zona centrale (midollare), costituita da connettivo lasso con vasi e nervi, e una zona periferica (corticale) dove sono presenti i follicoli a diversi stadi di sviluppo. L’unità funzionale dell’ovaio è proprio il follicolo che consiste di un singolo ovocito circondato da strati di cellule follicolari.

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I FOLLICOLI PRIMORDIALI E LA RISERVA OVOCITARIA

Prima della nascita gli ovogoni entrano in mitosi diventando ovociti primari, questi si bloccano in diplotene e vengono circondati da cellule somatiche appiattite (follicolari) andando a costituire i follicoli primordiali. Fino alla pubertà questi follicoli iniziano a crescere ma degenerano attraverso un processo di atresia perché mancano nel sangue i giusti livelli gonadotropine (FSH e LH) che vengono raggiunti solo in fase puberale quando l’ipofisi diviene pienamente funzionale. I livelli di gonadotropine variano ciclicamente ogni 28 giorni e ogni mese una donna completa lo sviluppo di un solo follicolo portando alla formazione di un ovocito maturo pronto per la formazione (ovulazione). Quando sono terminati gli ovociti da ovulare la donna entra in menopausa.

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LO SVILUPPO DEL FOLLICOLO

La follicologenesi può essere suddivisa in tre fasi: fase preantrale, fase antrale, fase ovulatoria.

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LA FASE PREANTRALE

A causa di alcuni stimoli (poco conosciuti) alcuni follicoli primordiali si sviluppano e diventano follicoli primari, in cui le cellule follicolari assumono una forma cubica e l’ovocito aumenta di volume. Quest’ultimo inizia a secernere glicoproteine che formano un rivestimento acellulare tra l’ovocito stesso e le cellule follicolari (zona pellucida) (questa zona è attraversata da prolungamenti citoplasmatici delle cellule follicolari che le mettono in comunicazione con gli ovociti, tramite giunzioni gap). Numerose giunzioni gap tra le cellule follicolari e gli ovociti permettono la formazione di un sistema funzionale integrato che garantisce il controllo reciproco tra componente germinale e somatica. Gli ovociti fanno proliferare le cellule follicolari e quindi si passa da un follicolo primario unilaminare ad un follicolo secondario multilaminare. Contemporaneamente cresce anche l’ovocito, esso va incontro a imprinting genomico, ossia vengono inattivati determinati geni tramite modificazioni epigenetiche. Il follicolo multilaminare induce il connettivo vicino a disporsi in strati concentrici formando la teca del follicolo. Questa si suddivide in teca interna (riccamente vascolarizzata) e teca esterna (compatta e ricca in fibre collagene).

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Le cellule follicolari inizieranno a mostrare il recettore per l’FSH, mentre le cellule della teca il recettore per l’LH.

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LA FASE ANTRALE

Si forma una cavità denominata antro del follicolo, ripieno di liquido follicolare. Questa formazione determina il passaggio dalla fase preantrale alla fase antrale. Quando l’antro comincia a formarsi l’ovocito raggiunge la sua dimensione definitiva (~120 µm), assumendo una posizione eccentrica (lontana dal centro), esso sporge nella cavità e appare circondato da una massa di cellule (cellule del cumulo ooforo). Le cellule più interne (cellule della corona radiata) rimangono in contatto con l’ovocito tramite i prolungamenti che attraversano la zona pellucida. Le cellule della parete (la maggior parte) sono dette cellule della membrana granulosa. A questa dimensione il follicolo diventa sensibile ai cambiamenti ciclici delle gonadotropine, infatti è l’FSH a indurre un incremento della proliferazione delle cellule della granulosa e del liquido follicolare. Ogni mese circa 3-10 follicoli antrali vengono stimolati da FSH a svilupparsi, però uno soltanto (follicolo dominante, o di Graaf) completa la crescita. Gli altri vanno incontro ad apoptosi e la loro rimozione da parte di leucociti e macrofagi trasformano il follicolo in tessuto fibroso cicatriziale (corpo atresico). Sotto l’azione dell’LH le cellule della teca interna iniziano a produrre grosse quantità di androstenedione e testosterone che vengono convertiti in estrogeni dalle cellule della granulosa, dato che l’FSH stimola in esse la produzione di aromatasi. Questi estrogeni hanno un’azione autocrina sulle cellule della granulosa, infatti insieme a FSH stimolano la comparsa di recettori per l’LH su queste cellule. Hanno inoltre un’azione endocrina a feedback positivo sull’asse ipotalamo-ipofisario che stimola il rilascio di grosse quantità di gonadotropine (in particolare LH) che inducono la fase ovulatoria.

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LA FASE OVULATORIA

Le cellule del cumulo ooforo retraggono i prolungamenti citoplasmatici e iniziano a produrre matrice extracellulare viscoelastica. Questo processo di espansione o mucificazione del cumulo ooforo provoca il distacco dell’ovocito dalla parete follicolare. A questo punto l’ovocito riprende la meiosi e alla fine della meiosi I si otterranno due cellule: l’ovocito secondario (quasi tutto il citoplasma) e un primo globulo polare (posto tra l’oolemma e la zona pellucida, lo spazio perivitellino). Continua la meiosi ma si blocca in metafase II, essa continuerà solo se l’ovulo verrà fecondato. Il processo di ovulazione e scaturito da LH che induce cambiamenti simili ad una reazione infiammatoria. Il follicolo si ingrandisce e sporge dalla superficie dell’ovaio. La parete del follicolo rivolta verso l’ovaio e la tonaca albuginea soprastante si assottigliano formando un’area detta stigma; in corrispondenza di questa c’è una rottura (deiscenza del follicolo) che porta il cumulo ooforo sulla superficie ovarica. Esso è poi spinto nell’ampolla tubarica dove rimane vitale per circa 24 ore, se non vengono fecondati verranno fagocitati dai leucociti.

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FORMAZIONE DEL CORPO LUTEO

Dopo l’ovulazione ciò che rimane nell’ovaio del follicolo maturo (cellule della granulosa e della teca) si trasforma in una ghiandola endocrina: il corpo luteo. Le cellule rimaste diventano cellule luteiniche che secernono elevate quantità di progesterone ed estrogeni. Se l’uovo non è fecondato, il corpo luteo (mestruale) dopo circa 10 giorni inizia a regredire trasformandosi in corpo albicante. Se l’uovo è fecondato viene impiantato l’embrione nell’utero e inizia a secernere la gonadotropina corionica (hCG, molto simile a LH) che va a sostituire LH e impedisce la regressione del corpo luteo (gravidico) che continuerà a produrre progesterone ed estrogeni; questi inibiscono (con un meccanismo a feedback negativo sull’asse ipotalamo-ipofisario) la liberazione di FSH e LH impedendo l’ovulazione di ulteriori follicoli.

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IL CICLO OVARICO

È l’insieme di modificazioni dell’ovaio che vengono indotte dalle gonadotropine ogni 28 giorni. Può essere suddiviso in due fasi: una prima fase follicolare (14 giorni) e una seconda fase luteinica (14 giorni). Queste modificazioni inducono cambiamenti anche nell’utero.

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IL CICLO UTERINO 11

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La cavità uterina è rivestita da una mucosa (endometrio) costituita da epitelio cilindrico semplice e connettivo vascolarizzato da arterie spirali. Esso è distinto in due regioni: lo strato funzionale (che degenera e si stacca durante la mestruazione) e lo strato basale (che rigenera lo strato funzionale). Convenzionalmente il giorno 1 è il giorno della comparsa del flusso mestruale. Questi cambiamenti che si hanno sono effettuati per accogliere l’embrione e sono sotto il controllo degli ormoni prodotti dall’ovaio. Il ciclo uterino può essere suddiviso in tre fasi: • Fase proliferativa (o follicolare): coincide con la fase follicolare dell’ovaio. Gli ormoni inducono la proliferazione dello strato basale, questo porta lo spessore dell’endometrio da 1 a 3 mm. • Fase secretiva (o luteinica): inizia con la formazione del corpo luteo nell’ovaio. L’endometrio assume un aspetto edematoso aumentando fino a 5-6 mm di spessore, esso è pronto per accogliere l’embrione. • Fase mestruale: inizia due settimane dopo l’ovulazione se non è avvenuta la fecondazione. Le arterie spirali hanno intermittenti blocchi del flusso sanguigno e la secrezione ghiandolare si riduce. Le arterie spirali subiscono una costrizione e lo strato funzionale è necrotizzato; queste si riaprono e provocano il distacco e l’espulsione di esso assieme al sangue. Questo fenomeno è noto come mestruazione. Se l’ovocito viene fecondato si accentua la fase secretiva e la mucosa uterina si trasforma in decidua gravidica.

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PROCESSI E MOLECOLE

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IL CONTROLLO ORMONALE DEL CICLO OVARICO E LA SELEZIONE FOLLICOLARE

Il rilascio di FSH e LH è mediato dall’azione dell’ormone di rilascio delle gonadotropine (GnRH) che agisce sull’ipofisi. Le gonadotropine stimolano la produzione di estrogeni e progesterone. Quest’ultimo ha un effetto negativo sulla secrezione ipofisaria di gonadotropine, mentre gli estrogeni ne inibiscono la produzione se in piccola quantità, invece superato un valore soglia di concentrazione ne stimolano il rilascio. FSH stimola i follicoli antrali a completare la crescita, uno di questi la completa e inizia a secernere estrogeni. I livelli inizialmente bassi di questo ormone, assieme alla proteina inibina, provocano la diminuzione di secrezione da parte dell’ipofisi che quindi non permette la maturazione di altri follicoli. Successivamente vengono prodotti più estrogeni che superano il valore soglia permettendo il rilascio di LH e la maturazione del follicolo. La Kisspeptina è una proteina prodotta da specifici neuroni ipotalamici che induce la secrezione di GnRH. Essa ha inoltre importanza fondamentale per l’inizio della pubertà, infatti essa non ha inizio se viene rimosso il gene Kiss1 che codifica per questa proteina.

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LE CELLULE FOLLICOLARI E LA CRESCITA DELL’OVOCITO

Le cellule follicolari stimolano la crescita dell’ovocito rilasciando il fattore di crescita KL (kit ligand). Il suo recettore (Kit) è presente sulla membrana dell’ovocito di tutti i mammiferi.

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IL CONTROLLO OVOCITARIO DELLA FOLLICOLOGENESI

Gli ovociti controllano diversi aspetti della follicologenesi attraverso la produzione di fattori di crescita specifici tra i quali GDF9 e BMP15. Questi regolano le prime fasi di sviluppo del follicolo e continuano ad essere espressi anche nel follicolo ovulatorio ma (essendo in posizione eccentrica) esercitano la loro azione solo sulle cellule più vicine, quelle del cumulo ooforo. L’ovocito controlla il proprio ambiente assicurandosi che le cellule follicolari crescano e differenzino in modo adeguato a sostenere la sua crescita, maturazione e fecondazione.

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LA FECONDAZIONE La fecondazione è il processo alla base della riproduzione sessuale, con la penetrazione dello spermatozoo nell’ovocito si ristabilisce il corredo diploide.

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PASSAGGIO DEGLI SPERMATOZOI ATTRAVERSO LE VIE GENITALI

MASCHILI E FEMMINILI Lo spermatozoo appena prodotto non è ancora in grado di fecondare l’ovocito, infatti esso deve seguire un processo maturativo attraverso le vie genitali maschili e femminili. Nelle vie genitali maschili il flagello acquisisce motilità (nell’epididimo). Nel transito nell’epididimo gli spermatozoi si concentrano; inoltre esso produce glicerofosfocolina (un lipide) ed altre molecole necessarie alla sopravvivenza e alla maturazione degli spermatozoi. Gli spermatozoi maturi vengono accumulati nella regione terminale del deferente, l’ampolla deferenziale. Gli spermatozoi si trovano immersi nel liquido seminale, che ha la funzione di proteggerli, agevolare il loro movimento e fornirgli nutrimento. Nel momento dell’eiaculazione le ghiandole delle vie genitali (in particolare la prostata) si contraggono ed espellono una notevole quantità di secreto (1-5 ml; 50-100 milioni di spermatozoi). Gli spermatozoi appena deposti nella vagina della donna iniziano a risalire le vie genitali femminili (canale vaginale, utero, tuba) per raggiungere l’ovocito, che in questo momento si trova nell’ampolla tubarica. La loro risalita è dovuta al movimento del flagello, ma soprattutto dalla contrazione delle vie genitali femminili. Di tutti gli spermatozoi solamente un centinaio riesce a raggiungere l’ampolla. La permanenza nelle vie genitali femminili aumenta la capacità dello spermatozoo di fecondare l’ovocito, questo fenomeno è detto capacitazione.

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INTERAZIONI RAVVICINATE SPERMATOZOO-OVOCITO

Normalmente solo uno spermatozoo entra nell’ovocito, tuttavia una decina può raggiungere la superficie di esso. Essi devono attraversare alcune barriere, prima fra tutte le cellule del cumulo ooforo (alcune migliaia di cellule follicolari residue immerse in una matrice gelatinosa, formata principalmente da acido ialuronico). Gli spermatozoi riescono a superare questa barriera tramite il flagello e probabilmente grazie all’enzima ialuronidasi che degrada l’acido ialuronico; a questo punto essi si legano alla zona pellucida, dopo questo essi vanno incontro alla reazione acrosomiale che consiste nella fusione in più punti della membrana acrosomiale con la membrana plasmatica. Durante questo processo si modifica notevolmente la struttura della testa dello spermatozoo e la membrana plasmatica viene perduta assieme all’acrosoma. Lo spermatozoo rilascia enzimi solubili che permettono la digestione locale di glicoproteine procurandosi un passaggio verso l’ovocito. I microvilli dell’ovolemma dell’ovocito catturano lo spermatozoo che aderisce tangenzialmente all’ovocito. Le due membrane si fondono e il flagello cessa di muoversi.

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ATTIVAZIONE DELL’OVOCITO

Subito dopo la fusione l’ovocito ingloba lo spermatozoo, incorporando anche alcune parti del flagello, tra cui mitocondri e il centriolo prossimale. Subito dopo la fusione si hanno dei rapidi eventi molecolari, tra cui l’iperpolarizzazione dell’ovolemma (che impedisce il legame con altri spermatozoi) e l’aumento della concentrazione di ioni Ca2+. Si verifica l’esocitosi dei granuli corticali (reazione corticale) e modificazioni della zona pellucida (reazione zonale) (che impedisce il legame con ulteriori spermatozoi). Queste reazioni sono importanti per evitare la polispermia che porterebbe alla degenerazione dell’embrione. Vengono disattivati i meccanismi molecolari che lo tenevano bloccato in meiosi e attivati processi che la fanno terminare. Alla fine della meiosi II si ha l’emissione di un secondo globulo polare. La cromatina dello spermatozoo viene decondensata e attorno alle due cromatine si forma un involucro nucleari. Si ottengono quindi due nuclei, detti pronuclei. I due pronuclei si avvicinano e iniziano a duplicare il DNA, gli involucri nucleari si dissolvono, si forma il fuso mitotico i cromosomi si portano all’equatore preparandosi alla prima divisione mitotica. Si è formato lo zigote.

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PROCESSI E MOLECOLE

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LA CAPACITAZIONE DELLO SPERMATOZOO

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Attraverso la rimozione del colesterolo dalla membrana si ha una fluidificazione di questa. Questo attiva un’ipermotilità nello spermatozoo e lo rendono capace di andare incontro alla reazione acrosomiale. La capacitazione rende lo spermatozoo capace di legarsi alla zona pellucida. Sembra che un ruolo essenziale sia svolto dallo ione HCO3-, esso penetra nello spermatozoo attraverso il canale anionico CTFR. Per ottenere la capacitazione in vitro è anche necessario lo ione Ca2+ e un accettore di colesterolo.

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LA REAZIONE ACROSOMIALE

È principalmente un processo che comporta la fusione dell’acrosoma con la membrana plasmatica dello spermatozoo. L’AR causa il rilascio di enzimi solubili e l’esposizione di enzimi sulla membrana acrosomiale interna. Essa richiede l’aumento di ioni Ca2+ nel citoplasma dello spermatozoo e la fosforilazione di specifiche proteine nel suo citoplasma.

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LO IONE CA2+ E L’ATTIVAZIONE DELL ’OVOCITO

L’aumento dei livelli dello ione Ca2+ si verifica in modo oscillatorio per alcuni minuti, facendo pensare che lo ione venga rilasciato dalle membrane interne dell’ovocito in ondate successive.

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LA PARTENOGENESI, L’IMPRINTING E LA NASCITA DI KAGUJA

L’ovocito può essere indotto in metafase II senza la fecondazione da parte di uno spermatozoo, questo evento è detto partenogenesi. Può essere indotto stimolando composti che causano un aumento di Ca2+ oppure inibendo la sintesi proteica con specifiche sostanze. L’embrione così però non può terminare la gravidanza, soprattutto a causa della mancanza di alcuni geni paterni che servono per differenziare i tessuti della placenta. Alcuni geni, tra l’altro, subiscono delle modificazioni epigenetiche secondo un fenomeno detto imprinting primario che fa si che i genomi materni e paterni non siano equivalenti e abbiano un’espressione monoallelica e non biallelica. L’imprinting primario si stabilisce durante la gametogenesi ed è mantenuto dalle cellule dell’embrione e dell’individuo che nascerà; mentre verrà cancellato al momento di ingresso nelle creste gonadiche (future gonadi) di modo che possa instaurarsi un imprinting ex novo.

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ASPETTI CLINICI

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LE TECNICHE DI FECONDAZIONE ASSISTITA

Ci sono diverse tecniche di fecondazione assistita e dipendono dal motivo della sterilità della coppia. La FIVET (in vitro fertilization and embryo transfer) si usa nel caso in cui la sterilità sia dovuta alla chiusura delle tube uterine. Essa si svolge in 4 fasi: induzione dell’ovulazione, prelievo degli ovociti, fecondazione in vitro, inserimento embrione nell’utero della donna. Una tecnica più semplice, la GIFT (gamete intrafallopian transfer) è possibile quando il problema sta nel basso numero di spermatozoi. In questa tecnica gli spermatozoi sono concentrati con centrifugazione e poi trasferiti nell’ampolla tubarica poco dopo l’ovulazione. Una terza tecnica, la ICSI (intracytoplasmic sperm injection) prevede l’iniezione diretta di uno spermatozoo in un ovocito, gli embrioni sono quindi impiantati nell’utero della donna o conservati tramite congelamento in azoto liquido per lunghi periodi.

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METODI ANTICONCEZIONALI E IMMUNOCONTRACCEZIONE

Alcuni metodi si basano sulla possibilità di interferire nelle interazioni spermatozoo-ovocito. Il modo più semplice è impedire agli spermatozoi di essere deposti nelle vie genitali femminili tramite barriere, queste possono essere il

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profilattico o il diaframma femminile. Possono anche drasticamente essere chiuse chirurgicamente le tube uterine o i deferenti nel maschio; tuttavia questi ultimi due causano sterilità permanente. Si è studiato l’utilizzo di anticorpi contro le molecole che intervengono nell’adesione dello spermatozoo alla zona pellucida.

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PRIMA E SECONDA SETTIMANA DI SVILUPPO Segmentazione, impianto ed embrione bilaminare

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LA PRIMA SETTIMANA DI SVILUPPO

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DISCESA DELL’EMBRIONE E SEGMENTAZIONE DELL’EMBRIONE

La prima divisione mitotica dello zigote produce due cellule dette blastomeri. Questo comincia a scendere verso l’utero. Si susseguono poi delle suddivisioni asincrone, prive di un aumento di volume. Queste sono quindi dette segmentazioni. Quando l’embrione è formato da 8-10 cellule è detto morula, i blastomeri si appiattiscono e aderiscono gli uni agli altri strettamente grazie a E-caderina. I contorni diventano difficilmente visibili perché avviene il fenomeno della compattazione. Al quarto giorno l’embrione arriva nell’utero e iniziano degli evidenti cambiamenti morfologici: le cellule esterne si appiattiscano e formano un monostrato epiteliale polarizzato detto trofoblasto (da cui avrà origine la placenta), mentre quelle più interne formano la massa cellulare interna (ICM) (da cui avranno origine i tre foglietti embrionali (ectoderma, mesoderma, ed endoderma) e i due annessi embrionali (sacco vitellino e sacco amniotico)). Le cellule del trofoblasto possiedono pompe per il trasporto attivo di ioni che servono per richiamare acqua da accumulare tra le cellule dell’ICM. Tra queste si formano piccoli spazi che poi vanno a formare un’unica cavità, il blastocele. A questo punto l’embrione sarà chiamato blastocisti, con il blastocele da una parte e l’ICM dall’altra.

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INIZIO DELL ’IMPIANTO EMBRIONALE

L’impianto o annidamento dell’embrione è il processo di adesione e penetrazione della blastocisti nell’endometrio uterino. Quest’ultimo si trova nella fase progestinica o secernente quando arriva la blastocisti. Proprio il progesterone, prodotto dal corpo luteo, è fondamentale per l’impianto. La blastocisti, che rimane libera fino al 4°-5° giorno, prima dell’impianto si gonfia per accumulo di acqua. Essa, verso il 5° giorno, esce fuori dalla zona pellucida (in cui ancora si trovava) (fenomeno dello sgusciamento o schiusa) attraverso un’apertura provocata da alcuni enzimi proteolitici. L’impianto avviene in 3 fasi: • Apposizione: i microvilli presenti sul trofoblasto interagiscono con gli uterodomi (o pinopodi) dell’endometrio e quindi inizia ad aderire. • Adesione: avviene al 6° giorno ed è mediata da una serie di proteine e oligosaccaridi. • Invasione: si ha la penetrazione nell’endometrio, intorno al 7°-8° giorno.

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LA SECONDA SETTIMANA DI SVILUPPO

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DIFFERENZIAMENTO DEL TROFOBLASTO E DELLA MASSA CELLULARE INTERNA

Le cellule del trofoblasto adese all’endometrio iniziano a differenziarsi in citotrofoblasto e sinciziotrofoblasto (che si forma dalla proliferazione e fusione delle cellule del citotrofoblasto). Le cellule della ICM si differenziano in due lamine cellulari che formano il disco germinativo bilaminare: l’ectoderma primitivo o epiblasto (verso il citotrofoblasto) e l’endoderma primitivo o ipoblasto (verso il blastocele). Il sinciziotrofoblasto penetra nell’endometrio fino ad arrivare ai vasi sanguigni materni, il sangue fuoriesce e va a bagnare l’embrione. Alla fine del 10° giorno l’embrione è completamente penetrato nell’endometrio. Subito dopo la mucosa uterina si riforma al di sopra dell’embrione impiantato (mucosa capsulare). Nel sinciziotrofoblasto si formano dei piccoli spazi o lacune sanguigne che si riempiono di sangue materno, il sistema lacunare si forma completamente alla fine della 2° settimana. Inoltre la formazione di villi primari contribuiscono a formare una rudimentale placenta. Il sinciziotrofoblasto è molto importante anche perché secerne hCG, un ormone simile a LH che ha la funzione di inibire la regressione del corpo luteo e stimola la formazione del corpo luteo gravidico.

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LA REAZIONE DECIDUALE

Sono una serie di modificazioni morfologiche e funzionali che favoriscono la sopravvivenza dell’embrione e ne arrestano la penetrazione nell’endometrio.

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FORMAZIONE DELLA PRIMITIVA CAVITÀ AMNIOTICA E DEL SACCO VITELLINO

PRIMARIO Intorno all’8°-9° l’epiblasto comincia a staccarsi dal citotrofoblasto a causa di una fessura che si forma piena di liquido che presto diventerà la cavità amniotica primitiva. Il tetto della cavità è rivestito da amnioblasti (cellule provenienti dai margini del disco dell’epiblasto), questi andranno a formare la membrana amniotica che formerà, insieme alla cavità da essa delimitata e dal liquido che la riempie, l’amnios, o sacco amniotico (l’annesso embrionale che rivestirà l’embrione durante tutta la gravidanza). Dai margini del disco dell’endoderma primitivo proliferano cellule che vanno al disotto del citotrofoblasto andando a formare un sottile epitelio pavimentoso chiamato membrana di Heuser; questa in continuazione con il disco dell’endoderma primitivo formerà i secondo annesso embrionale, il sacco vitellino primitivo.

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FORMAZIONE DEL SACCO VITELLINO SECONDARIO E DEL MESODERMA

EXTRAEMBRIONALE Tra la membrana di Heuser e il citotrofoblasto compaiono cellule di forma stellata, queste vanno a formare il mesoderma extraembrionale. La rapida proliferazione di questo forma il sacco vitellino secondario o definitivo. Alla fine della seconda settimana il mesoderma extraembrionale è quasi completamente scomparso e sostituito da una cavità ripiena di liquido, la cavità celomatica extraembrionale. A questo punto quindi il mesoderma extraembrionale si trova a rivestire il sacco vitellino secondario (come splancnopleura extraembrionale), l’amnios (come somatopleura extraembrionale) e il celoma extraembrionale (come mesoderma extraembrionale della lamina corionica). L’insieme del sinciziotrofoblasto e del citotrofoblasto rivestito internamente dal mesoderma extraembrionale è detto corion. La cavità celomatica extraembrionale è ora chiamata cavità corionica.

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PROCESSI E MOLECOLE

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LA RIPROGRAMMAZIONE E L’ATTIVAZIONE DEL GENOMA DELL’EMBRIONE

Enzimi presenti nell’ovocito al momento della fecondazione inducono modificazioni epigenetiche nel DNA materno e paterno, queste sono fondamentali per l’acquisizione della totipotenza differenziativa. Il primo ad essere modificato è il genoma paterno: le protamine (che tengono il DNA dello spermatozoo condensato) vengono eliminate e sostituite da altri istoni. Allo stadio di morula i due genomi mostrano un grado simile di condensazione. Le modificazioni dei genomi che avvengono dopo la fecondazione vengono indicate con il termine riprogrammazione genomica. Fino allo stadio di 4-8 blastomeri il genoma rimane silente, ossia non è presente trascrizione genica.

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INATTIVAZIONE E ATTIVAZIONE DEL CROMOSOMA X

Nel genoma femminile sono presenti due cromosomi X, la presenza contemporanea di entrambi nella cellula sarebbe deleteria, per questo uno dei due viene disattivato. Nell’individuo adulto sarà silenziato l’X materno nel 50% delle cellule e l’X paterno nell’altro 50% delle cellule. Il cromosoma X disattivato è facilmente identificabile perché sotto forma eterocromatinica, detto corpo di Barr. Durante le prime segmentazioni l’X paterno viene inattivato. Questa inattivazione permane nelle cellule del trofoblasto e dei tessuti placentari, mentre nelle cellule della ICM viene riattivato. In queste la disattivazione avviene nuovamente, tuttavia questa volta a caso disattivando indistintamente o l’X paterna o l’X materna. L’inattivazione si basa sull’espressione del gene Xist, sito sul cromosoma stesso; questo gene viene trascritto in RNA che va a ricoprire completamente il cromosoma (non viene quindi tradotto in proteina).

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LA CLONAZIONE

Si è cercato di capire se nelle cellule adulte permanesse la totipotenza caratteristica dello zigote. Gurdon confermò questo tramite un esperimento sulle rane. La tesi fu confermata molti anni dopo (nel 1997) anche nei mammiferi; infatti prelevando cellule mammarie da una pecora e iniettando queste nello spazio perivitellino (al di sotto della zona pellucida) di ovociti enucleati, fondendo tramite uno stimolo elettrico una cellula con l’ovocito, si è potuto dare origini ad un embrione che impiantato nell’utero di una pecora, ha dato origine a Dolly, il primo mammifero clonato. Studi recenti hanno inoltre confermato la possibilità di poter riprogrammare il nucleo di una cellula differenziata di mammifero per fargli riacquisire la completa capacità differenziativa.

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LE CELLULE STAMINALI EMBRIONALI

Le cellule staminali embrionali (ESC) sono cellule staminali pluripotenti che possono dare origine a diversi tipi cellulari. Sono impiegate nello studio degli embrioni e nella formazione di tessuti che possono essere utilizzati per curare gravi malattie.

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LA REAZIONE DECIDUALE

È un insieme di reazioni che modificano morfologicamente e funzionalmente l’endometrio. Essa ha principalmente tre funzioni: creare un microambiente nutritivo prima della formazione della placenta, arrestare l’attività di erosione del sinciziotrofoblasto e creare un microambiente per impedire il rigetto dell’embrione. Consiste in una modificazione delle cellule connettivali, dei vasi, della matrice intercellulare e nel reclutamento di globuli bianchi (in particolare NK). Queste modificazione sono mediate da ormoni e da interazioni tra le cellule del trofoblasto con le cellule dell’endometrio. Uno degli eventi molecolari più importanti è l’attivazione dell’enzima COX2 nelle cellule dell’endometrio, necessario per la sintesi di prostaglandine (principali responsabili della reazione deciduale) e prostacicline.

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ASPETTI CLINICI

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IMPIANTO ECTOPICO

L’impianto è considerato normale se avviene nella parte alta del corpo dell’utero, tuttavia alcune volte avviene al di fuori dell’utero (impianto extrauterino o ectopico). La gravidanza può essere quindi definita tubarica, tubo-ovarica, ovarica, addominale.

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LA MOLA IDATIFORME

Nella mola idatidiforme (o idatiforme) il trofoblasto prolifera in modo incontrollato, è quindi un tumore di questo. Il corioadenoma non è invasivo, mentre il coriocarcinoma è un tumore molto invasivo (di solito metastatico) composto da cellule trofoblastiche maligne. Essa è più comune dopo gravidanze in pazienti molto giovani o anziane. Si è visto che nel coriocarcinoma sono presenti geni quasi esclusivamente paterni, mentre nel corioadenoma le cellule sono solitamente triploidi (due paterni e uno materno). Si pensa che derivi da difetti nella fecondazione dell’ovocito, o per doppia fecondazione con conseguente perdita del genoma materno o per duplicazione del genoma paterno senza perdita di quello materno.

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DIAGNOSI GENETICA PREIMPIANTO

Si tratta di diagnosticare malattie genetiche nell’embrione da impiantare nelle tecniche di fecondazione in vitro. L’analisi viene effettuata su uno o due blastomeri che vengono prelevati dall’embrione.

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TEST DI GRAVIDANZA

Il test si basa sulla determinazione della presenza dell’ormone hCG nel sangue o nell’urina della donna (6°-12° giorno). 18

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TERZA SETTIMANA DI SVILUPPO Gastrulazione (transizione epitelio-mesenchimale primaria) e formazione dell’embrione trilaminare

Durante la 3° settimana di gravidanza l’embrione va incontro al processo di gastrulazione (transizione epiteliomesenchimale primaria), uno dei più importanti processi dello sviluppo embrionale. Durante questo l’embrione bilaminare (epiblasto e ipoblasto) diventa un embrione a tre foglietti germinativi (ectoderma, mesoderma, endoderma).

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LA FORMAZIONE DELLA LINEA PRIMITIVA E DEI TRE FOGLIETTI

GERMINATIVI Le cellule dell’ipoblasto (la cui porzione craniale è nota come endoderma viscerale anteriore AVE) producono delle molecole che inducono la formazione della linea primitiva (ispessimento di cellule dell’epiblasto). Questa è la regione dove le cellule migranti dell’epiblasto si modificano morfologicamente e si invaginano attraverso il solco primitivo. La comparsa della linea primitiva determina l’asse longitudinale dell’embrione, l’asse dorso-ventrale e la simmetria bilaterale destro-sinistro del corpo. Subito dopo la comparsa della linea primitiva si forma il nodo primitivo (un rilievo dell’epiblasto) che circonda la fossetta primitiva. La linea primitiva costituisce la via di entrata delle cellule dell’epiblasto nello spazio sottostante tra epiblasto e ipoblasto, esse poi si allontanano in varie direzioni. Le cellule della prima ondata vanno a sostituire le cellule dell’ipoblasto e formeranno l’endoderma embrionale definitivo. Si formano contemporaneamente anche due nuove strutture: la placca precordale e il processo notocordale (cordone cellulare mesodermico che origina dal nodo primitivo). La placca precordale è la componente endodermica della futura membrana bucco-faringea. Subito dopo la formazione dell’endoderma, un numero maggiore di cellule migrerà lungo la membrana basale dell’epiblasto e darà origine a una lamina di cellule che costituisce il mesoderma embrionale. Queste cellule migreranno in tutte le direzioni, ad eccezione della membrana bucco-faringea e della membrana cloacale dove non ci sarà interposizione di mesoderma. Si formerà il setto trasverso da un ispessimento che origina dal contatto tra il mesoderma embrionale e quello extraembrionale, esso darà origine a una parte del diaframma toracico. Al 19° giorno si va a definire la regione cardiogenica, la zona dove si differenziano gli abbozzi di cuore, si trova tra l’estremità craniale del disco germinativo trilaminare e la membrana bucco-faringea. Intorno al 17°-18° giorno si forma l’allantoide dalla parete caudale del sacco vitellino, questo ha funzione di organo respiratorio e formerà l’uraco, un cordone fibroso che formerà il legamento ombelicale mediano, nell’embrione è anche coinvolto nell’emopoiesi. Quando il mesoderma embrionale e l’endoderma definitivo sono formati ciò che resta dell’epiblasto viene detto ectoderma. Le cellule dell’epiblasto non possono migrare, quindi per poter spostarsi e differenziare devono subire una transizione, detta transizione epitelio-mesenchimale (EMT) primaria. Da cellule colonnari diventano cellule a fiasco e poi cellule mesenchimali. Al termine del processo di transizione le cellule mesenchimali si riorganizzano formando endoderma e mesoderma, transizione mesenchima-epiteliale (MET).

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L’ORIGINE DELLA NOTOCORDA

Il processo notocordale va incontro ad un processo di trasformazione che porta alla formazione della notocorda. Questo processo può essere suddiviso in 3 fasi: • Fase di canale cordale, circa 17 giorni, porta alla formazione di un piccolo tubicino cavo. • Fase di placca cordale, il canale si trasforma in una doccia aperta mettendo in comunicazione cavità amniotica con il sacco vitellino (canale neuroenterico) (circa 18° giorno). • Fase di notocorda, la placca si inspessisce e si ripiega su se stessa, perde il contatto con l’endoderma e si forma un cordone cilindrico di cellule che si interpone trea endoderma ed ectoderma (19° giorno).

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Questo processo non avviene omogeneamente ma inizia nel tratto che corrisponde ai due somiti e continua nelle due direzioni cranio-caudale. La notocorda rappresenta l’asse attorno al quale si svilupperanno i corpi vertebrali e i dischi intervertebrali. Nel corso della gastrulazione il disco embrionale si allunga longitudinalmente, quindi aumenta la distanza tra placca precordale e nodo primitivo; quando quest’ultimo raggiunge la membrana cloacale (fine 4° settimana), la linea primitiva e la fossetta primitiva scompaiono.

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LE MEMBRANE BILAMINARI

Alla fine della 3° settimana troviamo due aree circolari costituite da ectoderma ed endoderma (senza interposizione di mesoderma), la membrana cloacale e la membrana bucco-faringea. Quest’ultima si perfora alla 4° settimana per formare la cavità orale, mentre la prima si lacererà alla 7° settimana formando l’apertura anale e urogenitale.

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SVILUPPO E SUDDIVISIONE DEL MESODERMA

Il mesoderma che sta immediatamente ai lati della notocorda prolifera e forma due cordoni paralleli che prendono il nome di mesoderma parassiale. Ai lati di questo ci sarà il mesoderma laterale, in questo si formeranno piccole cavità che confluiranno tra di loro formando una fessura (celoma embrionale) che lo divide in due lamine, dorsale (che formerà il mesoderma somatico) e ventrale (che formerà il mesoderma splancnico). Il mesoderma che collega il mesoderma parassiale al mesoderma laterale formerà due cordoni, il mesoderma intermedio. Il mesoderma parassiale porterà alla formazione di raggruppamenti cellulari (somitomeri) che racchiudono al centro una cavità, il somitocele o miocele. Questi dopo pochi giorni si frammenteranno in somiti. Una quinta regione mesodermica è costituita da una piccola massa di cellule mesenchimali localizzate anteriormente alla notocorda (placca precordale mesodermica). Altre due strutture mesodermiche sono il mesoderma trasverso (davanti la membrana bucco-faringea) e l’eminenza caudale.

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SVILUPPO INIZIALE DELL’APPARATO CARDIOVASCOLARE

PRIMITIVO La vasculogenesi inizia alla 3° settimana nel mesoderma extraembrionale, nell’embrione comincerà circa due giorni più tardi. Il cuore e i grandi vasi si sviluppano dal mesoderma splancnico nella regione cardiogenica.

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IL CELOMA INTRAEMBRIONALE

Alla quarta settimana forma un canale a forma di U che circonda l’estremità cefalica del disco embrionale fino alla linea primitiva. Inizialmente si trova in contatto con il celoma extraembrionale, tuttavia successivamente si separano. Da qui derivano le distinte cavità sierose del corpo.

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INDUZIONE DELLA PLACCA NEURALE E NEURULAZIONE: LA

FORMAZIONE DEL SISTEMA NERVOSO Intorno al 17° giorno si ha la formazione della placca neurale, un ispessimento di ectoderma lungo l’asse mediano. Essa è il primordio del sistema nervoso centrale, appare con l’estremità craniale più ampia (formerà l’encefalo) e l’estremità caudale più stretta (formerà il midollo spinale). Dell’ectoderma circa il 50% diventerà placca neurale mentre la restante parte andrà a formare l’epidermide. L’ectoderma viene indotto a differenziare in neuroectoderma dal sottostante mesoderma della notocorda. Siccome la cresta neurale darà origine a molte linee cellulari è spesso considerata come un 4° foglietto germinativo. Il processo di neurulazione non è omogeneo e infatti si divide in neurulazione primaria (parte anteriore del tubo neurale) e neurulazione secondaria (formazione del tubo neurale). Anche la chiusura del tubo neurale non è omogenea, infatti raggiunte le estremità craniale e caudale dell’embrione la chiusura si arresta e rimangono due aperture (neuroporo

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anteriore (si chiude al 23° giorno) e neuroporo posteriore (si chiude al 25° giorno) che comunicano con la cavità amniotica. Difetti nella chiusura di questi causano rispettivamente anencefalia e spina bifida.

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GLI ANNESSI EMBRIONALI DURANTE LA 3° SETTIMANA

Gli annessi embrionali sono strutture che proteggono e nutrono l’embrione. Il corion è la membrana più esterna costituita da sinciziotrofoblasto, citotrofoblasto e mesoderma extraembrionale somatico. Esso forma dei villi coriali grazie ai quali l’embrione si fissa all’endometrio. L’amnios delimita la cavitò amniotica in cui il feto si muoverà, esso contiene il liquido amniotico che attutisce gli urti e impedisce la disidratazione. L’allantoide funge da organo respiratorio nella cui cavità si raccolgono i prodotti di escrezione del feto. I vasi diventano vasi ombelicali e mettono in comunicazione la circolazione embrionale con la circolazione del corion. Il sacco vitellino serve da transito per le cellule germinali primordiali e per la formazione delle isole sanguigne di angioblasti.

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L’EMBRIONE ALLA FINE DELLA 3° SETTIMANA

Ha la forma di un disco allungato (2-3 mm) sospeso all’interno della sfera corionica. L’embrione presenta dorsalmente l’amnios e ventralmente il sacco vitellino. È evidente la prominenza del tubo neurale, centralmente già chiuso e rivestito dall’epi-ectoderma (futura epidermide). Ai lati di questo sono evidenti i somitomeri che iniziano a frammentarsi nelle prime paia di somiti. L’area cardiogenica è identificabile come un rigonfiamento ventrale nella regione anteriore dell’ectoderma.

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PROCESSI E MOLECOLE

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DETERMINAZIONE DEGLI ASSI CORPOREI: RUOLO DELL’AVE, DELLA LINEA PRIMITIVA E DEL NODO PRIMITIVO (DI HENSEN)

I vertebrati presentano tre assi corporei: antero-posteriore, dorso-ventrale e destro-sinistro.

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DETERMINAZIONE DELL’ASSE ANTERO-POSTERIORE

Nel margine posteriore del disco epiblastico, la comparsa della linea primitiva è il primo segno riconoscibile dell’asse AP. È stato anche dimostrato nel topo l’importanza dell’endoderma viscerale anteriore (AVE) nella determinazione dell’asse AP. Le cellule dell’AVE, una volta raggiunta la loro posizione strategica nell’ipoblasto esprimono fattori di trascrizione e proteine secretorie necessarie per la formazione della testa dell’embrione.

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DETERMINAZIONE DELL’ASSE DORSO-VENTRALE

La determinazione dell’asse DV inizia prima dell’impianto e diventa definitivo grazie a molecole rilasciate dal nodo di Hensen e dalla notocorda. Le cellule dell’ICM a contatto con il liquido del blastocele formeranno l’ipoblasto (regione ventrale) mentre quelle a contatto con il trofoblasto, l’epiblasto (regione dorsale). Fattori di crescita secreti dal nodo primitivo di Hensen determinano un gradiente DV di BMP4 basso dorsalmente ed elevato ventralmente.

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DETERMINAZIONE DELL’ASSE DESTRO-SINISTRO

È l’ultimo dei tre assi ad essere determinato. Si stabilisce su pre-esistenti informazioni degli assi AP DV. L’evento iniziale non è ancora stato identificato ma induce una cascata di modificazioni epigenetiche. I fattori responsabili dell’asimmetria DS sono le molecole Nodal e Lefty e il gene omeotico Pitx2. Le monociglia presenti sulle cellule del lato ventrale del nodo primitivo sono responsabili dell’asimmetria DS, il ciglio primario è un singolo ciglio con organizzazione microtubulare 9 + 0; questo fa movimenti rotazionali che generano un movimento del fluido extraembrionale verso sinistra (flusso nodale) che causa un aumento di calcio e di morfogeni come sonic hedgehog e acido retinoico. Nella condizione denominata situs inversus viscerum (inversione destra-sinistra degli organi toracico-addominali) sono state descritte mutazioni del motore microtubulare della dineina che causano immobilità delle ciglia del nodo. È coinvolto anche il neurotrasmettitore serotonina già nelle primissime divisioni mitotiche

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MECCANISMI REGOLATORI DELL’INDUZIONE NEURALE E DELLA FORMAZIONE

DELLA CRESTA NEURALE Nodo primitivo e mesoderma cordale della notocorda rilasciano alcune molecole note come Noggin, Chordin e Follistatin che hanno la funzione di induttori neurali. (Essi sono in realtà fattori responsabili della sola induzione neurale anteriore, per la posteriore intervengono altri fattori come FGF, acido retinoico e WNT-3a). Esse inibiscono l’attività di BMP, la soppressione di questa nel momento e nel posto giusto causa l’induzione della placca neurale; la sua piena attività causa invece la formazione dell’epidermide e del mesoderma ventrale. La separazione del tubo neurale dall’ectoderma sovrastante è mediata da una differente espressione di molecole di adesione. Le cellule del tubo neurale inizialmente sintetizzano E-caderina, mentre quando esso si è formato si blocca la sintesi di questa e si ha la formazione di N-caderina e N-CAM, questo quindi ha come conseguenza il distaccamento del tubo dall’ectoderma visto che esprimono isoforme differenti di caderina.

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ASPETTI CLINICI E MALFORMAZIONI

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TERATOGENI E MALFORMAZIONI

Anomalie della gastrulazione coinvolgono la notocorda e la linea primitiva, portando a difetti dello sviluppo qualora non venissero riassorbite. Ci sono una serie di malformazioni associate di differenti organi che viene globalmente identificato come sindrome della displasia caudale e comprende anomalie più lievi fino ad arrivare alla completa fusione degli arti inferiori (sirenomelia). Si osservano anche tumori conseguenti a difetti della gastrulazioni: teratoma sacro-coccigeo (si formano da residui, cellule pluripotenti, della linea primitiva) e cordoma (tumore raro che deriva da residui della notocorda e origina dalle ossa della base del cranio o a livello della colonna sacrale). Tra le sostanze teratogene particolare rilievo è rivestito dall’etanolo; un’assunzione di alcol in gravidanza, durante la gastrulazione, è causa di anomalie nella migrazione dei neuroni provocando una serie di deficit cognitivi. L’etanolo agisce inibendo la produzione di acido retinoico, quest’ultimo è un importante morfogeno derivato dalla vitamina A che ha un ruolo fondamentale per il corretto sviluppo del sistema nervoso e degli arti.

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QUARTA SETTIMANA DI SVILUPPO Crescita e organizzazione dei derivati dei foglietti embrionali, definizione del corpo dell’embrione e inizio dell’organogenesi

Durante la 4° settimana avvengono 2 processi fondamentali: la definizione della forma del corpo dell’embrione e la formazione degli abbozzi di quasi tutti gli organi.

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LO SVILUPPO DELL’ECTODERMA

Le pieghe neurali si fondono per formare il tubo neurale. Nelle regioni di fusione si staccano delle cellule che vanno a formare le creste neurali, esse inizialmente formano un foglietto omogeneo posto dorsalmente al tubo neurale, interponendosi tra questo e l’ectoderma a destino epidermico (epiectoderma). Durante la 4° settimana il tubo neurale si chiude completamente e sprofonda al di sotto dell’epiectoderma che riveste con un sottile strato di epidermide tutto l’embrione. Questo assume una forma cilindrica e nelle regione craniale e caudale l’ectoderma forma due piccola invaginazione, lo stomodeo (futura cavità buccale) e il proctodeo (futura cavità anale). Nella regione craniale compaiono anche quattro ispessimenti, i placodi ottici e otici (futuri occhi e orecchie). Cellule provenienti dalle creste neurali migrano per formare ammassi di cellule mesenchimali che delineano gli abbozzi dei primi tre archi branchiali.

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LO SVILUPPO DEL MESODERMA

Il mesoderma appare costituito da quattro regioni: mesoderma cordale (notocorda), mesoderma parassiale (futuri somitomeri e somiti), mesoderma intermedio e mesoderma laterale (splancnopleura e somatopleura intraembrionale). Sempre facenti parte del mesoderma ci sono anche la placca precordale, il mesoderma trasverso e l’eminenza mediana.

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IL MESODERMA PARASSIALE: I SOMITI

Il mesoderma parassiale dà origine prima ai somitomeri e subito dopo ai somiti, essi sono segmenti ripetitivi di uguale composizione. Sono strutture transitorie che però determinano l’organizzazione del piano segmentato dell’embrione nella regione toracico-addominale.

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SEGMENTAZIONE DEL MESODERMA PARASSIALE

Durante la 3° settimana il mesoderma parassiale comincia a suddividersi in aggregati di cellule detti somitomeri. La formazione di questi procede dal cranio verso la coda per circa 10 giorni dando origine a circa 50 somitomeri per ogni cordone di mesoderma parassiale. All’inizio della 4° settimna essi cominciano a suddividersi in blocchi di cellule detti somiti. All’inizio i somiti sono blocchi duri di mesoderma, mentre successivamente sulla superficie compare un monostrato epiteliale (epitelializzazione dei somiti) a seguito di una transizione mesenchima-epitelio (MET). All’interno di ogni somite si forma una cavità, il somitocele. Nell’uomo il primo paio di somiti si forma intorno al 20° giorno fino ad arrivare a 42-44 paia di somiti di cui però ne restano 37-38.

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MATURAZIONE DEI SOMITI Ogni somite poi formerà tre gruppi distinti di cellule: lo sclerotomo (che darà origine alle vertebre e alle costole), il miotomo (che formerà la componente muscolare dello scheletro assile, della parete del corpo e degli altri) e il dermatomo (che formerà il derma della cute del dorso). Per formare lo sclerotomo la porzione ventro-mediale del somite va incontro ad una transizione epitelio-mesenchima (EMT), queste cellule insieme alle cellule del somitocele migreranno a circondare la notocorda e il tubo neurale; mentre la porzione dorsale rimane epiteliale e formerà il dermamiotomo. Dal dermamiotomo migreranno delle cellule che si posizionano in basso formando il miotomo, le cellule che migrano dalla porzione dorso-mediale daranno origine ai muscoli epiassiali (colonna), mentre quelle che migrano dalla porzione ventro-laterale daranno origine ai muscoli ipoassiali (parete del corpo e arti). Il miotomo si accresce per richiamo di

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cellule dal dermamiotomo, quando sono migrate tutte le cellule di quest’ultimo rimane un tessuto mesenchimale, il dermatomo.

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IL MESODERMA INTERMEDIO

Il mesoderma si separa durante la 4° settimana dai somiti e alla fine di essa anche dal mesoderma laterale andando a formare due cordoni di cellule che decorrono lungo l’asse cranio-caudale. Da questo derivano quasi tutti gli organi urogenitali. Durante questa settimana da ciascun cordone nella regione più craniale si sviluppa un pronefro che si segmenta in rudimentali nefroni. La porzione restante in seguito darà origine a mesonefro e metanefro, le strutture fa cui si formeranno il sistema urinario definitivo e nel maschio anche tratti delle vie genitali.

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IL MESODERMA LATERALE E IL CELOMA EMBRIONALE

Alla fine della 3° settimana la somatopleura e la splancnopleura delimitano la cavità del celoma embrionale che ha una forma a ferro di cavallo e diventerà la futura cavità pericardica, mentre le regioni laterali diventeranno le cavità pleuriche e pelvica-peritoneale, rivestite da sierose. La splancnopleura dà origine ai tessuti connettivi e muscolari lisci della parete degli organi viscerali e dà origine anche alle sierose viscerali. Da questa originano anche le prime cellule del sangue, i vasi sanguigni, compreso il cuore, e i muscoli lisci dei visceri. La somatopleura dà origine alle sierose parietali e ai tessuti connettivi che formano la parete delle cavità toracicoaddominali e il derma delle regioni laterali e ventrali del corpo.

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I RIPIEGAMENTI DELL’EMBRIONE

I ripiegamenti lungo gli assi longitudinale e laterale fanno assumere all’embrione una forma cilindrica e lo separano dai suoi annessi, infatti alla fine dei ripiegamenti si troverà in contatto con essi solo tramite il cordone ombelicale.

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IL RIPIEGAMENTO LONGITUDINALE E LA DELIMITAZIONE DEL CORPO IN SENSO

LONGITUDINALE Longitudinalmente il ripiegamento avviene nelle regioni craniale e caudale. La rapida crescita del cervello e del midollo spinale causano questi ripiegamenti. Il cervello anteriore si sviluppa crescendo dorsalmente all’interno della cavità amniotica, facendo muovere ventralmente gli abbozzi di organi presenti; il sacco vitellino viene parzialmente incorporato delimitando l’intestino anteriore. Il setto trasverso si posizionerà posteriormente al cuore e formerà parte del diaframma. Al termine di tale ripiegamento si stabilisce il corretto allineamento longitudinale e dorso-ventrale degli abbozzi degli organi. La crescita del midollo spinale determina il ripiegamento caudale che avviene ventralmente con l’incorporazione di parte del sacco vitellino delimitando l’intestino posteriore.

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IL RIPIEGAMENTO TRASVERSALE E LA DELIMITAZIONE DELLE PARETI LATERALI

E VENTRALI DEL CORPO Il ripiegamento della somatopleura verso il piano mediano porta alla formazione di un embrione cilindrico. Questo è dovuto alla crescita dei somiti e all’espansione della cavitò amniotica in direzione trasversale. Questo porta all’incorporazione del sacco vitellino e alla formazione dell’intestino primitivo. L’avvolgimento della membrana amniotica intorno all’embrione porta a risultati differenti. Nella regione sopra e sottoombelicale porta alla formazione delle pareti laterali e ventrali. A livello della regione ombelicale la chiusura rimane incompleta portando alla formazione di un anello ombelicale. Il sacco vitellino viene diviso in tre parti: una parte nell’intestino primitivo, una parte viene compressa nel dotto vitellino e la terza parte viene incorporata nel funicolo ombelicale.

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LO SVILUPPO DELL’ENDODERMA

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I ripiegamenti dell’embrione portano alla formazione dell’intestino primitivo grazie alla chiusura su sé stesso del foglietto endodermico. I ripiegamenti suddividono l’intestino in tre regioni: la parte dove sbocca il dotto vitellino (l’intestino medio), la parte che va dall’intestino medio alla membrana buccofaringea (intestino anteriore, la cui regione anteriore costituisce l’intestino faringeo) e la parte che va dall’intestino medio alla membrana cloacale (intestino posteriore, la cui regione terminale costituisce la cloaca). Già alla fine della 4° settimana dall’intestino primitivo iniziano a originare le vie respiratorie, fegato e pancreas. Dall’endoderma derivano quindi i rivestimenti epiteliali delle tasche branchiali con i loro derivati, del sistema gastrointestinale e respiratorio, della vescica e dell’uretra.

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PROCESSI E MOLECOLE

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LO SCHEMA CORPOREO LUNGO L’ASSE ANTERO-POSTERIORE: I GENI HOX

La posizione degli organi lungo l’asse AP viene specificata da geni omeotici o geni Hox (homebox), essi specificano per proteine che fungono da fattori di trascrizione (con sequenze identiche di amminoacidi, gli omeodomìni) per specifiche sequenze di DNA che attivano cascate di geni. Gruppi di geni Hox si trovano sullo stesso cromosoma in una sequenza 3’ 5’ che rispecchia la loro espressione lungo l’asse AP. Il genoma dell’uomo contiene 4 gruppi di geni Hox per corredo aploide (in totale 38 geni) localizzati su quattro cromosomi diversi (da HOXA a HOXD). L’acido retinoico svolge un ruolo importante regolando l’espressione dei geni Hox in maniera dose-dipendente.

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MESODERMA PARASSIALE: I SOMITI E I LORO DERIVATI

La formazione dei somiti presenta le seguenti caratteristiche: periodicità, epitelializzazione, specificazione e differenziamento.

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PERIODICITÀ I somiti si formano a intervalli ciclici e regolari, nell’uomo ogni 4-5 ore per circa due settimane. I somiti si formano in un dato tempo e in un dato luogo grazie a un orologio molecolare interno e a un gradiente di molecole segnale. La ciclicità è regolata dai geni oscillanti e dai gradienti di acido retinoico (RA) e FGF8/WNT3a. L’espressione di questi geni appare ciclicamente a livello delle cellule del mesoderma pre-somitico. L’orologio molecolare sembra essere controllato da un meccanismo spaziale che coinvolge gradienti di FGF8 e WNT3a prodotti a intervalli regolari nella regione caudale dell’embrione e di RA prodotto dai somiti neoformati nella regione craniale. Nella regione dove i due gradienti si incontrano avverrà la formazione di una nuova coppia di somiti. •

EPITELIALIZZAZIONE L’epitelializzazione dei somiti inizia prima che il somite si stacchi dal PSM e tale processo è determinato dall’espressione di Fibronectina e di proteine adesive quali N-caderina. L’induzione di queste proteine sembra essere regolata dal fattore di trascrizione paraxis. •

SPECIFICAZIONE I somiti inizialmente identici poi differenzieranno. Tale specificazione è specificata molto precocemente a livello del mesoderma pre-somitico. •

DIFFERENZIAMENTO I tessuti vicini inducono la diversificazione delle varie porzioni di somiti. La notocorda e il tubo neurale secernono SHH la cui azione induce l’espressione di PAX1 nelle cellule dello sclerotomo (fattore fondamentale per il differenziamento in cellule della cartilagine). La miogenesi prevede l’attivazione dei geni regolatori della miogenesi che includono MyoD, Myf5, Miogenina e Mrf4; questi codificano per MRF, fattori di trascrizione che attivano la maggior parte dei promotori dei geni muscolo-specifici. •

FORMAZIONE DELL’ENDODERMA E SPECIFICAZIONE INIZIALE DEI SUOI DERIVATI La concentrazione locale di Nodal sembra essere determinante nella differenziazione dei progenitori endo-mesodermici in endoderma o mesoderma; alti livelli specificano endoderma, bassi libelli mesoderma.

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L’APPARATO TEGUMENTARIO L’apparato tegumentario costituisce il rivestimento esterno del corpo. Chiamato anche pelle o cute, è costituito da epidermide e dal connettivo sottostante, il derma. Al disotto del derma si trova un connettivo più lasso, l’ipoderma che spesso si riempie di adipociti formando il pannicolo adiposo. L’epidermide è costituita da cheratinociti a diversi fasi di sviluppo (superficialmente sono più maturi) e in minor quantità da melanociti (cellule pigmentarie), cellule di Langerhans (cellule immunitarie) e cellule di Merkel (cellule sensoriali). Assieme all’epidermide ci sono anche gli annessi cutanei, cioè i peli, le unghie, i denti e le ghiandole esocrine (sebacee, sudoripare e mammarie).

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SVILUPPO DELL’EPIDERMIDE

Dopo la chiusura del tubo neurale, tutto l’embrione è rivestito di ectoderma. Durante il 2° mese di sviluppo esso prolifera dando origine al periderma e ad uno strato più profondo, lo strato basale. Intorno al 3° mese lo strato basale dà origine a un nuovo strato, lo strato intermedio, le cui cellule iniziano a differenziare in cheratinociti. Non appena le cellule passano dallo strato basale a quello intermedio cessano di proliferare ed iniziano ad esprimere cheratine tipiche degli epiteli stratificati cheratinizzati. Iniziano anche ad esprimere proteine coinvolte nella formazione di desmosomi. Tra il 4° e il 6° mese aumenta il numero degli strati di cellule per continua proliferazione dallo strato basale, ora detto strato germinativo. Quando, alla fine della 24° settimana, tutti gli strati dell’epidermide sono formati (spinoso, granuloso e corneo) allora il periderma viene perso. Queste cellule insieme ai cheratinociti e ai lipidi delle ghiandole sebacee formano la vernice casosa. Alcune cellule della cresta neurale migrano dall’epidermide e differenziano in melanoblasti (precursori dei melanociti). Le cellule di Merkel sono meccano-recettrici e compaiono tra il 2° e il 3° mese di sviluppo e sembra che derivino dalle cellule staminali dell’epidermide. Le cellule di Langerhans sono cellule immunitarie che derivano dal midollo osseo e invadono l’epidermide durante il 2° mese, maturando intorno al 4° mese. Intorno al 6° mese il numero di queste cellule aumenta fino alla nascita.

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SVILUPPO DEI DERIVATI DELLA PELLE

Gli annessi cutanei hanno tutti la medesima fase iniziale di sviluppo. Partono tutti dalla formazione di un placode (ispessimento dell’epitelio) seguito da un addensamento del mesenchima associato. Il placode cresce e forma una gemma nel mesenchima. Questo poi diventerà un pelo o una ghiandola in base agli stimoli che verranno dal sottostante mesenchima.

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SVILUPPO DEI PELI

I primi follicoli piliferi compaiono intorno al 3° mese e intorno al 5° sono presenti in tutte le regioni del corpo e continueranno ad aumentare fino alla nascita. Il numero dei follicoli è predeterminato e non se ne formeranno altri dopo la nascita. Le cellule ectodermiche della gemma si approfondano nel derma per formare l’asse del pelo, questo espande alla base formando il bulbo; il derma si invagina in esso formando la papilla dermica. Le cellule a contatto con la papilla dermica (matrice germinale) andranno a proliferare, cheratinizzando e formando il fusto del pelo. I peli si rinnovano nel corso della vita, grazie a cellule staminali presenti nella parte permanente del follicolo. Dal mesenchima che circonda il pelo si andranno a formare cellule muscolari lisce che vanno a formare il muscolo erettore del pelo.

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SVILUPPO DELLE GHIANDOLE

La maggior parte delle ghiandole sebacee origina 4 settimane dopo l’allungamento del pelo. Dove non sono presenti peli, esse si formano per gemmazione dall’epidermide. Le ghiandole sudoripare merocrine sviluppano verso la 20° settimana come gemme dello strato germinativo dell’epidermide; queste si invaginano nel derma formando un tubulo terminale che differenzia in cellule secernenti e in cellule mioepiteliali.

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Le ghiandole sudoripare apocrine sviluppano insieme ai peli su tutto il corpo, tuttavia prima della nascita regrediscono e rimangono solo su ascelle, monte del pube, scroto, prepuzio e piccole labbra. Queste ghiandole diventano attive solo alla pubertà. Le ghiandole mammarie sviluppano da ispessimenti ectodermici che compaiono durante il secondo mese (creste mammarie o linee del latte). Esse vanno incontro a regressione tranne che in una piccola regione toracica dove formano i placodi mammari che invaginano nel mesenchima sottostante formando una gemma primaria. Quando questa raggiunge il pannicolo adiposo inizia a formare le gemme secondarie. Alla pubertà nella femmina gli estrogeni promuovono un’elevata ramificazione dei dotti. La terza fase di sviluppo si ha in gravidanza dove l’elevata quantità di progesterone (insieme a prolattina e lattogeno placentare) stimola lo sviluppo degli alveoli secretori alla terminazione dei dotti. Dopo il parto la proteina stimola la secrezione di proteine e lipidi che compongono il latte e l’ossitocina induce la contrazione delle cellule mioepiteliali facilitando la fuoriuscita del latte.

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SVILUPPO DELLE UNGHIE

Esse originano da un ispessimento ectodermico tra il 3° e il 4° mese all’apice delle dita.

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PROCESSI E MOLECOLE

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INDUZIONE E SVILUPPO DELL’EPIDERMIDE E DEGLI ANNESSI

La decisione dell’ectoderma di differenziare in senso epiteliale proviene dall’attivazione della via di segnalazione BMP4. Un gene attivato è il p63 che codifica per un fattore di trascrizione con attività mitogenica. L’attivazione della via di segnalazione del recettore Notch è necessaria per il differenziamento dello strato spinoso. Il differenziamento in annessi cutanei dipende da diverse molecole segnale, come alcune isoforme dei fattori di cresc ita WNT e di FGF.

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ORIGINE DEI MELANOBLASTI

I melanoblasti differenziano dalle cellule della cresta neurale, e si pensa che derivino dalle cellule che danno origine ai precursori delle cellule di Schwann associate ai nervi periferici in allungamento, in particolare quelle che perdono contatto con il nervo.

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ORIGINE DELLE CELLULE DI MERKEL

Sembra che le cellule di Merkel derivino dallo strato germinativo dell’epidermide.

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ASPETTI CLINICI

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MALATTIE EREDITARIE DELLA PELLE

Mutazioni a carico delle proteine di giunzioni che compongono i desmosomi portano a fragilità della pelle con distacco dell’epidermide. Mutazioni a carico di Krt5 e Krt14 provocano l’epidermide bollosa semplice. Mutazioni a carico di Krt1 e Krt10 causano l’eritroderma ittiosiforme congenito bolloso. Pelle secca e ispessita viene definita come ittiosi. La più grave forma di questo è il feto arlecchino che porta spesso alla morte subito dopo la nascita. Questa infatti causa una pelle spessa che alla nascita si disidrata e forma delle grosse placche. L’ittiosi lamellare produce una membrana traslucida che si stacca dopo circa due settimane dalla nascita rivelando un aspetto a scaglie sottili della pelle. L’albinismo è una malattia che consiste nella mancata pigmentazione dell’epidermide, dei peli, dei capelli e dell’iride. Negli albini i melanociti, presenti in normele quantità, non esprimono l’enzima tirosinasi che converte la tirosina in melanina. Solitamente l’albinismo è parziale.

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LO SVILUPPO DEL SISTEMA NERVOSO •

PROCESSI DELLO SVILUPPO DEL SISTEMA NERVOSO

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FORMAZIONE DELLA PIASTRA, DELLA DOCCIA, DEL TUBO NEURALE E DELLE

CRESTE NEURALI Sotto l’influenza e induzione della notocorda il sistema nervoso inizia a svilupparsi dall’ectoderma a partire dalla 3° settimana. Fondamentale è la formazione della placca neurale, delle pieghe neurali e la chiusura di esse a formare il tubo neurale (processo di neurulazione). La fase inizia con l’ispessimento dell’ectoderma e la formazione di una struttura piatta (placca neurale) nella regione mediana della parte anteriore del disco ectodermico; sono cellule epiteliali ispessite che formano il cosiddetto neuroectoderma. Verso la 3° settimana la placca invagina e solleva i suoi lati, originando la doccia neurale, con ai lati le pieghe neurali. Queste pieghe si fondono e trasformano la doccia in tubo neurale che sprofonda al di sotto dell’epiectoderma; alle estremità di esso possiamo osservare i neuropori anteriore e posteriore (aperture) che si chiuderanno rispettivamente intorno al 25° e 28° giorno. La regione più caudale si forma tramite la neurulazione secondaria, infatti si forma una massa di cellule mesodermiche durante la gastrulazione (eminenza caudale) che proliferano formando un cordone che si cavita e si fonde con il tubo neurale. È possibile distinguere nel tubo neurale una parete ventrale (lamina basale) e una parete dorsale (lamina alare) separate dal solco limitante; dalla prima si formeranno i neuroni motori, mentre dalla seconda i neuroni sensitivi ed associativi. Le due lamine basali si fondono ventralmente grazie alla lamina del pavimento, mentre le due lamine alari si fondono dorsalmente grazie alla lamina del tetto. Le cellule delle pieghe neurali proliferano andando a formare le creste neurali che vengono considerate come un 4° foglietto germinativo (cellule staminali multipotenti).

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CERVELLO ANTERIORE, MEDIO E POSTERIORE

La porzione anteriore del tubo neurale presenta vari rigonfiamenti che diventeranno cervello anteriore (prosencefalo), cervello medio (mesencefalo) e cervello posteriore (rombencefalo), quest’ultimo suddiviso in 8 rombomeri. La parte restante del tubo neurale andrà a formare il midollo spinale.

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EVOLUZIONE DEL PROSENCEFALO

Verso la 5° settimana il prosencefalo si divide in due e forma il telencefalo (dalla lamina alare) e il diencefalo (dalla lamina basale), quest’ultimo in posizione più caudale. Il diencefalo si continua caudalmente con il mesencefalo. Dalla lamina basale di ciascun lato del prosencefalo si estende un rigonfiamento che porta alla formazione delle due vescicole ottiche. Nella parete del diencefalo si organizzano gruppi di cellule nervose e si possono riconoscere in esso diverse regioni: epitalamo, talamo pretetto e ipotalamo; da quest’ultimo si origina un’ulteriore proliferazione, la neuroipofisi (parte nervosa dell’ipofisi). Questa rimarrà collegata all’ipotalamo mediante il peduncolo ipotalamo-ipofisario. Il telencefalo si suddividerà nelle due vescicole telencefaliche che diverranno i due emisferi cerebrali. Essi saranno collegati nel mezzo da numerosi prolungamenti nervosi rivestiti di guaina mielinica; al di sotto dei due emisferi si formerà il corpo calloso. La cavità originaria, il prosocele, verrà divisa nelle due vescicole telencefaliche diventando teloceli laterali che diventeranno poi i ventricoli laterali. Lo spazio tra i due teloceli laterali è detto telocele mediano che insieme al diocele andrà a formare il III ventricolo. Nelle vescicole telencefaliche inizia la costituzione alla 7° settimana dei lobi olfattivi, che in seguito andranno a far parte del rinencefalo. Al 3° mese le vescicole telencefaliche sono molto sviluppate e presentano pareti lisce, ora sono identificabili come emisferi cerebrali. In ciascuno sono visibili tre parti: il rinencefalo, l’area striata (prenderanno origine i gangli o nuclei basali) e la regione soprastriata (che diventerà corteccia cerebrale e la relativa sostanza bianca adiacente). Nell’uomo quest’ultima risulta particolarmente sviluppata ed è conosciuta come neopallio.

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La superficie esterna degli emisferi è inizialmente liscia, ma la sostanza grigia esterna intorno al 4° mese inizia a crescere formando delle pieghe (circonvoluzioni) separate da depressioni (solchi) che permettono la divisione in lobo frontale, parietale, temporale, occipitale e dell’insula. Nella corteccia in formazione i neuroblasti migranti di nuova generazione superano quelli formati in precedenza, stratificandosi all’esterno. I neuroni corticali emettono prolungamenti che formano circuiti neuronali stabilendo innumerevoli connessioni che svilupperanno completamente dalla nascita fino alla pubertà. Lo strato neuroepiteliale più interno si differenzia in cellule ependimali mature che rivestono le cavità interne degli emisferi cerebrali, i ventricoli laterali. All’interno dei ventricoli si formano i plessi corioidei che risultano costituiti da cellule ependimali, pia madre e relativi vasi e sono adibiti alla produzione di liquido cefalorachidiano.

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EVOLUZIONE DEL MESENCEFALO

La lamina alare del mesencefalo origina strutture implicate nell’elaborazione visiva ed uditiva (collicoli della lamina quadrigemina). La lamina basale origina i neuroni dopaminergici della sostanza nera e ai neuroni motori che formano i nuclei del III e IV paio di nervi encefalici (oculomotore e trocleare). Il mesocele diventerà l’acquedotto cerebrale di Silvio.

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EVOLUZIONE DEL ROMBENCEFALO E I ROMBOMERI

Il rombencefalo produce due strutture: il metencefalo (cranialmente), che costituirà il ponte e il cervelletto, e il mielencefalo che diventerà midollo allungato. Il rombencefalo origina dai rombomeri (8 nell’uomo), ognuno di essi infatti sviluppa una serie di strutture come nuclei, prolungamenti, gangli e nervi. Ogni rombomero genererà determinati nuclei con determinate funzioni che possono estendersi a occupare rombomeri vicini. Il metacele, insieme al mielocele, darà origine al IV ventricolo.

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SVILUPPO DEL CERVELLETTO

Lo sviluppo del cervelletto inizia alla 4° settimana e si protrae fino al 20° mese dopo la nascita. La migrazione dorsale delle cellule del neuroepitelio del rombencefalo porta alla formazione dei nuclei cerebellari in profondità e dello strato delle cellule del Purkinje. Una seconda ondata di migrazione fa sviluppare lo strato dei granuli esterno. Una terza migrazione fa costituire lo strato dei granuli interno. Durante la vita postnatale lo strato dei granuli esterno va a scomparire e viene sostituito da cortecce cerebellare.

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SVILUPPO DEL MIDOLLO SPINALE Lo sviluppo del midollo spinale può essere suddiviso in 4 fasi: 1) Formazione del canale dell’ependima, il lume del tubo neurale diminuisce a causa della proliferazione cellulare e si arriva alla formazione di un sottile tubicino (canale dell’ependima o canale midollare centrale). Da qui origineranno le cellule della macroglia del midollo spinale. Qui inoltre alcune cellule differenzieranno in neuroblasti che formano la zona mantellare che diventerà sostanza grigia del midollo spinale. 2) Formazione delle lamine alari e basali, dalle lamine basali si formano le colonne ventrali, motrici che costituiranno le aree motorie del midollo spinale mentre dalle lamine alari si formeranno le colonne dorsali che costituiranno le aree sensoriali del midollo spinale. 3) Formazione della zona marginale, esternamente allo strato mantellare si forma la zona marginale che darà origine alla sostanza bianca del midollo spinale. 4) Sviluppo delle radici dorsale e ventrale, i neuroni si specializzeranno e i neuroni sensitivi si troveranno nella parte dorsale, mentre i neuroni viscerali si troveranno nella parte ventrale. Tra di essi si trovano i neuroni associativi di connessione. La generazione dei neuroni motori del midollo spinale (i cui prolungamenti fuoriescono da esso e costituiscono le radici motorie) e dei neuroni gangliari comporta la formazione di un nervo spinale.

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ISTOGENESI DEL SISTEMA NERVOSO

Gli elementi del sistema nervoso si possono raggruppare in due categorie: neuroni e glia. Entrambe derivano dal neuroectoderma del tubo e delle creste neurali. Eccezione sono le cellule della microglia (simili a macrofagi) che hanno

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una derivazione embrionale incerta, si pensa derivino dal mesenchima mesodermico che si infiltra nel tessuto nervoso in formazione. Dal periodo fetale in poi deriveranno dai monociti del sangue. Nel SNC si trovano principalmente neuroni, oligodendrociti, astrociti e cellule ependimali (e derivano dal tubo neurale); poi ci sono neuroni gangliari, cellule di Schwann e cellule satelliti che derivano dalle creste neurali. La parete del tubo neurale sviluppa e forma tre strati: ependimale, marginale e mantellare. Si pensa che tra 4° e 6° settimana le cellule del neuroepitelio si dividono simmetricamente differenziando in cellule ependimali e in cellule gliali radiali. Le prime si allungano verso la periferia e si moltiplicano ripetutamente mantenendo una connessione con la superficie interna della parete. Le seconde emettono dei prolungamenti che arrivano fino alla superficie del tubo neurale (superficie piale); successivamente cominciano a moltiplicarsi asimmetricamente (asimmetria dovuta a ciclina D2) generando altre cellule radiali e neuroblasti. Questi ultimi si spostano verso lo strato mantellare e i prolungamenti di essi si estendono ancora più perifericamente, formando una regione esterna priva di corpi cellulari, lo strato marginale. In questo modo i neuroblasti differenziano in neuroni. L’architettura a tre strati rimane nel midollo spinale e in alcune aree del cervello. Appena le cellule gliali radiali smettono di generare neuroblasti vertiginosamente iniziano a produrre glioblasti che differenzieranno in oligodendrociti ed astrociti (glioblasti e neuroblasti possono derivare anche direttamente dal neuroepitelio). Il periodo di proliferazione del neuroepitelio continua fino a circa il 5° mese in cui si forma la quasi totalità dei nostri neuroni. Le cellule gliali radiali dopo che hanno assolto il loro compito di guida per i neuroblasti iniziano a scomparire. La cellula nervosa emette delle propaggini che costituiscono i coni di crescita che formeranno assone (più velocemente) e dendriti. I coni di crescita contengono numerosi fini prolungamenti (filopodi e lamallipodi) che esplorano il territorio circostante incontrando molecole che ne favoriranno l’estensione o la bloccheranno.

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LE CELLULE DELLE CRESTE NEURALI

Le creste neurali si frammenteranno metamericamente in numerosi aggregati cellulari che iniziano a migrare verso varie destinazioni. Esse avranno una migrazione epitelio-mesenchima, formando quindi un ectomesenchima. La cresta neurale craniale ha cellule che formeranno i gangli dei nervi craniali, cellule di Schwann, melanociti e parte del derma della faccia, condroblasti, osteoblasti, cellule muscolari lisce e si ritiene anche cellule C della tiroide. La cresta neurale cardiaca ha cellule che migrano negli archi faringei, originando melanociti e condroblasti, parete muscolo-connettivale delle grandi arterie e setto tronco-conico che separa la circolazione polmonare dall’aorta. La cresta neurale toracica ha cellule che intraprendono due vie di migrazione: cellule che origineranno melanociti (dorsolateralmente) e cellule che origineranno gangli dorsali (ventro-lateralmente). Alcune poi migrano centralmente originando cellule di Schwann, gangli simpatici, midollare del surrene e gruppi di neuroni che circondano l’aorta. La cresta neurale vagale (collo) e sacrale ha cellule che generano i gangli parasimpatici dell’intestino.

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SVILUPPO DELL’IPOFISI

Essa è costituita da due lobi: adenoipofisi (anteriore) e neuroipofisi (posteriore). La prima origina da un’evaginazione ectodermica dello stomodeo immediatamente davanti alla membrana buccofaringea (tasca di Rathke); la seconda deriva da un’evaginazione del diencefalo (processo infundibolare).

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PROCESSI E MOLECOLE

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DETERMINAZIONI DELLE REGIONI ANTERO-POSTERIORI E DORSO-VENTRALE

DEL TUBO NEURALE Un ruolo chiave nell’indurre le diverse regioni del tubo neurale in direzione A-P è svolto dai geni Hox. L’attivazione di questi è regolata da acido retinoico e dagli FGF. Lungo l’asse D-V sono importanti, oltre che i geni Hox, i gradienti di fattori di crescita quali WNT, BMP e SHH e i gradienti di RA che stimolano e reprimono l’espressione di diversi fattori di trascrizione, tra cui PAX e IRX. Diversi fattori di secrezione stabiliscono dei domini differenziativi, regolando l’espressione spaziale e temporale di specifici fattori di trascrizione.

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SHH, secreto dalla notocorda e dalla regione ventrale del tubo neurale, RA, prodotto dai somiti che fiancheggiano il tubo neurale, WNT e BMP, prodotti a livello ella regione dorsale del tubo neurale, sono fattori chiave coinvolti nel determinare questo andamento differenziale di espressione genica. SHH è fondamentale per il differenziamento dei neuroni motori nella regione ventrale del tubo. A specificare i vari sottotipi di motoneuroni sono i geni Hox, Otx e Emx.

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L’NGF E I FATTORI NEUROTROFICI CHE CONTROLLANO LA SOPRAVVIVENZA

DEI NEURONI Durante l’embriogenesi è presente un continuo degenerazione di cellule che assicuro il corretto numero di cellule finali; questo avviene tramite la morte cellulare programmata. Le cellule nervose vengono prodotte in sovrannumero, quindi viene effettuata una scelta e quelle inutili vengono eliminate. Le cellule nervose competono tra loro per attuare le connessioni verso bersagli capaci di fornire fattori trofici (nutritivi) che ne garantiscono la sopravvivenza (fattori neurotrofici) che spesso corrispondono a fattori di crescita. Il primo fattore neurotrofico identificato è stato il fattore di crescita neuronale (NGF) che fu scoperto da Rita Levi Montalcini. In assenza di NGF i neuroni simpatici e alcuni dei neuroni sensoriali muoiono. Si è anche osservato che NGF agisce anche su altre classi di neuroni del SNC. NGF ha un ruolo anche nella regolazione delle caratteristiche dell’innervazione esercitando un controllo sui processi di formazione locale delle ramificazioni degli assoni. NGF fa parte delle neurotrofine.

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ASPETTI CLINICI

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SPINA BIFIDA

Questa anomalia consiste nella mancata chiusura dell’arco di una o più vertebre. Il difetto è dovuto solitamente alla mancata chiusura del neuroporo posteriore e la gravità dipende dalle strutture coinvolte che escono fuori dalla colonna.

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SPINA BIFIDA OCCULTA

È una forma abbastanza frequente nell’età neonatale e diventa più rara nell’adulto, a causa della chiusura tardiva delle strutture nervose. Comporta assenza di saldatura dell’arco posteriore delle vertebre e porta spesso a modificazioni della pelle circostante.

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SPINA BIFIDA CISTICA

È presente 1 caso su 1000 nascite, si dice cistica perché si accompagna ad una fuoriuscita di alcune strutture dall’apertura. Quando la protrusione interessa le strutture delle meningi si parla di meningocele, quando c’è fuoriuscita anche di tessuto nervoso si parla di mielomeningocele. Queste forme possono essere accompagnate da anomalie dello sviluppo della parte caudale del midollo spinale e quindi disturbi dell’innervazione degli arti inferiori e dei visceri della parte inferiore della cavità addominale.

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LO SVILUPPO DELLA FACCIA •

SVILUPPO DELLA FACCIA

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APPARATO FARINGEO

L’apparato faringeo, detto anche branchiale va a formare numerosi organi nella porzione della testa e del collo, compresi i primi tratti degli apparati digerente e respiratorio. Questo è costituito dalla sovrapposizione di archi costituiti da tutti e tre i foglietti embrionali e separati l’uno dall’altro da dei solchi e, sottostanti ad essi, delle tasche. I solchi e le tasche produrranno la formazione delle membrane branchiali. Si avranno un totale di 5 archi (I, II, III, IV e VI, in quanto V regredisce).

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ARCHI FARINGEI (O BRANCHIALI) Ognuno è costituito da un asse mesenchimale derivante dalle creste neurali. Intorno al 2° mese l’ectoderma del secondo arco si espanderà ricoprendo gli altri e conferendo al collo un aspetto liscio. • I arco (o arco mandibolare): esso contiene la cartilagine del Meckel che regredisce in gran parte dando origine a due ossicini dell’orecchio medio (martello e incudine). Il mesenchima intorno alla cartilagine del Meckel darà origine alle ossa della faccia (principalmente mandibola e mascella). Dal mesenchima del primo arco origineranno anche diversi muscoli della faccia, tra i quali i masticatori. • II arco (o arco ioideo): esso contiene la cartilagine del Reichert, dalla quale deriveranno l’ossicino della staffa dell’orecchio medio, il processo stiloideo, le piccole corna e la porzione superiore dell’osso ioide. Deriveranno da esso anche i muscoli mimici della faccia. • III arco: darà origine alle grandi corna e a gran parte del corpo dell’osso ioide e ai muscoli stilofaringei. • IV e VI arco: daranno origine alle cartilagini della laringe (tiroidea, cricoidea, epiglottica e aritenoidea) e ai muscoli laringei e faringei. •

SOLCHI FARINGEI

Sono quattro e si formano dall’ectoderma che si insinua tra gli archi. Il primo forma il condotto uditivo esterno e la porzione esterna della membrana del timpano. In corrispondenza di esso giungono cellule mesenchimali dai primi due archi faringei dalle quali si svilupperà poi il padiglione auricolare. Gli altri seni saranno ricoperti dal secondo arco e formeranno il seno cervicale che poi si oblitera.

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TASCHE FARINGEE Esse sono il risultato dell’invaginazione dell’endoderma fra gli archi. Dalla prima tasca deriveranno parti dell’orecchio medio (tuba uditiva, parte media della membrana timpanica e gran parte della cavità timpanica). Dalla II tasca origina la tonsilla palatina; mentre dalla III si formano gli abbozzi di timo e le paratiroidi inferiori. La IV tasca origina le paratiroidi superiori. La VI tasca origina l’ultimo corpo branchiale che andrà nel timo formando le cellule C (che producono calcitonina). •

MEMBRANE FARINGEE Queste non daranno luogo a strutture nell’individuo adulto ad eccezione della prima che contribuisce alla formazione della membrana timpanica. •

FORMAZIONE DELLA LINGUA

Verso la 4° settimana di sviluppo nella porzione mediana posteriore degli archi faringei si osservano abbozzi che andranno a costituire le mucose di rivestimento della lingua. Dal I arco derivano tre abbozzi (tubercolo impari e due tubercoli laterali). A questi due si aggiunge la copula formata dal II arco. Dal III e dal IV arco si forma l’eminenza ipobranchiale, da questa si forma l’ultimo abbozzo linguale e anche l’abbozzo dell’epiglottide. Alla 5° settimana il tubercolo impari si fonde con quelli laterali, la linea di fusione tra i due laterali è visibile com solco mediano. L’abbozzo endodermico della lingua è rinforzato da cellule mesenchimali provenienti dalle creste neurali e dai miotomi dei somiti occipitali. Siccome deriva da più abbozzi la lingua è innervata da quattro nervi cranici.

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FORMAZIONE DELLE PAPILLE E DEI BOTTONI GUSTATIVI DELLA LINGUA 32

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Le papille linguali compaiono alla fine dell’8° settimana. Contengono le terminazioni dei nervi afferenti sensibili al tatto. I bottoni gustativi si sviluppano dall’11° settimana per induzione reciproca tra le cellule epiteliali della lingua e le terminazioni nervose provenienti dalla corda del timpano. La maggior parte dei bottoni si sviluppa sulla superficie palatale della lingua, sul palato e sulla superficie posteriore dell’epiglottide.

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FORMAZIONE DELLA TIROIDE A livello del pavimento dello stomodeo, un’invaginazione di endoderma va a formare il foramen caecum. Al suo interno si invagina l’abbozzo tiroideo che poi scende nel collo attraverso il dotto tireo-glosso. Continua la sua discesa sino alla 7° settimana e dal 3° mese inizia a produrre ormoni. •

FORMAZIONE DELLE GHIANDOLE SALIVARI MAGGIORI Le ghiandole salivari maggiori iniziano a svilupparsi tra 6° e 7° settimana di sviluppo come abbozzi epiteliali dello stomodeo. Le estremità di queste crescono andando a sostituire la componente stromale di tali ghiandole che pertanto sarà di derivazione dalle creste neurali. Il parenchima secretorio prolifererà dall’epitelio della cavità orale. Le ghiandole parotidi sono le prime a comparire (la loro secrezione inizia alla 18° settimana). Le ghiandole sottomandibolari sono di derivazione endodermica ed iniziano a secernere intorno alla 12° settimana. Le ghiandole sottolinguali si formano più tardivamente da abbozzi endodermici multipli a livello del pavimento dello stomodeo che si approfondano nel mesenchima dei solchi paralinguali.

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LO SVILUPPO DELLA FACCIA

Fino alla 4° settimana la testa costituisce circa la metà dell’embrione. Sono le creste neurali a dare origine ai tessuti scheletrici e connettivi della faccia ad eccezione dello smalto dentario. La faccia si sviluppa intorno alla cavità orale primitiva per mezzo di processi: • Processo frontale (o frontonasale), impari e mediano (dal tetto dello stomodeo) • Processi mandibolari, pari e simmetrici (dal primo arco faringeo, formano il pavimento dello stomodeo) • Processi mascellari, pari e simmetrici (dal primo arco faringeo, formano i lati dello stomodeo) Alla fine della 4° settimana dal processo frontale compaiono i placodi olfattivi, questi vengono ispessiti e si formano da essi i processi nasali, mediale e laterale. A questo punto i placodi olfattivi si trasformano in fossette olfattive che daranno poi origine all’epitelio olfattivo della mucosa nasale. Alla fine della 4° settimana i due processi mandibolari si fondono andando a formare mento e abbozzo di labbro inferiore. Alla fine della 6° settimana i due processi nasali si fondono formando alla porzione mediana della faccia, la regione superiore di questo darà origine al setto nasale, mentre quello inferiore (processo intermascellare) si suddivide in 3 porzioni che formeranno il filtro del labbro superiore, la zona incisiva e il palato primitivo. I due processi mascellari daranno luogo 3 diverse fusioni creando una connessione tra i vari processi facciali. Si fondono con il processo intermascellare formando l’arco della mascella e il labbro superiore. Lateralmente si fondono con i processi mandibolari diminuendo l’apertura della bocca. Durante questo c’è anche lo spostamento di occhi (che prima si trovavano lateralmente) e orecchie (che prima si trovavano più in basso).

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BOCCA PRIMITIVA La bocca primitiva (o stomodeo) è inizialmente rivestita di ectoderma (anteriormente) e da endoderma (profondamente), inoltre è separata dall’intestino faringeo dalla membrana buccofaringea, questa si perfora fra il 24° e il 26° giorno. La formazione del palato definitivo andrà a separare la cavità orale dalla cavità nasale. L’epitelio delle arcate mandibolari e mascellari prolifera formando due creste labiali. La parte centrale di queste degenera andando a formare il vestibolo della bocca. •

DAL PALATO PRIMITIVO A QUELLO DEFINITIVO

Il palato primitivo deriva da una proliferazione del mesenchima verso l’interno dello stomodeo. Nella zona più profonda di ciascuna fossa nasale esso si assottiglia formando la membrana oronasale. La lingua in posizione più elevata inizialmente impedisce la formazione del palato definitivo. La membrana oronasale, intorno al 40° giorno si perfora mettendo in comunicazione le due cavità. La discesa della lingua permetterà poi la proliferazione verso l’interno dai processi mascellari dei processi palatini che si porteranno in basso e poi medialmente fino a fondersi tra loro nel rafe mediano e in avanti con il palato primitivo nel forame incisivo. La parte anteriore del palato va incontro ad ossificazione andando a formare il palato duro, mentre la parte posteriore non ossifica e costituirà il palato molle e l’ugola.

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LE CAVITÀ NASALI

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I placodi nasali invaginano verso l’interno dando origine alle cavità nasali primitive. Tra l’8° e la 9° settimana di sviluppo, dal tetto della cavità nasale origina e scende verso il basso il setto nasale, il quale alla 10° settimana si fonde con il palato secondario separando le due cavità nasali. Sul fondo delle cavità nasali si formeranno le coane che faranno comunicare le cavità nasali con il faringe. L’epitelio del tetto diviene epitelio olfattivo e sulle pareti laterali compaiono i cornetti nasali.

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ASPETTI CLINICI

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PRINCIPALI MALFORMAZIONI

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APPARATO BRANCHIALE

Si tratta di malformazioni localizzate nel condotto uditivo esterno; le più comuni sono i seni, le cisti (compaiono in età più avanzata), le fistole ed i residui cartilaginei e sono osservabili fin dalla nascita o comunque nella prima infanzia. La sindrome del I arco è caratterizzata da uno sviluppo insufficiente della mandibola (micrognatìa). Spesso si associa a palatoschisi ed a macroglossìa. In casi estremi si può arrivare ad agnatìa (assenza della mandibola).

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LINGUA E PROCESSI FACCIALI

La lingua può essere sede di varie malformazioni: macroglossìa, microglossìa o lingua bifida. Difetti di fusione fra i vari processi che formano la faccia possono generare labioschisi (labbro leporino) e palatoschisi, oppure anche labiopalatoschisi. Le labioschisi si hanno per mancata confluenza tra il massiccio mediano ed il processo mascellare; queste possono essere monolaterali o bilaterali e parziali o totali. Le palatoschisi si hanno per mancata fusione dei processi palatini. Spesso si hanno labiopalatoschisi con interessamento anche del processo alveolare della mandibola (cheilognatoschisi).

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ODONTOGENESI

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SVILUPPO DEI DENTI

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FORMAZIONE DELLE GEMME DENTARIE Le cellule delle creste neurali, migrando nella regione della testa, andranno a costituire, mescolandosi con le poche cellule mesodermiche presenti, l’ectomesenchima. Durante la 6° settimana di sviluppo, nella regione dove si verranno a trovare i processi alveolari di mandibola e mascella, si va a costituire la lamina dentaria. Qui si formano delle strutture ovoidali (placodi ectodermici) che generano le gemme dentarie. • I QUATTRO STADI DI FORMAZIONE DI UN DENTE • Lamina: ispessimento del foglietto epiteliale che ricopre la cavità orale. • Gemma: fase iniziale dello sviluppo del dente. La lamina prolifera e prende una forma sferoidale. Finisce con la formazione dello smalto (formato da epitelio esterno, epitelio interno, che darà origine agli ameloblasti, strato intermedio e reticolo stellato). • Coppa: il mesenchima si organizza a formare la papilla dentaria nello smalto, dando origine in futuro alla polpa dentaria. Le cellule iniziano a proliferare formando il sacco follicolare che avvolgerà completamente gli abbozi dentari. • Campana: è caratterizzato dall’acquisizione della struttura morfologica del dente. Lo smalto, la papilla dentaria e il sacco follicolare costituiscono il germe dentario che darà vita a tutte le strutture del dente e dei tessuti di supporto (parodonto).

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FORMAZIONE DEGLI APPARATI DIGERENTE E RESPIRATORIO •

FORMAZIONE DELL’APPARATO DIGERENTE

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SVILUPPO EMBRIONALE

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REGIONI DELL’INTESTINO PRIMITIVO L’epitelio di rivestimento dell’intestino è di derivazione endodermica, eccezzion fatta per i tratti iniziale e terminale che sono costituiti da ectoderma; i muscoli ed il connettivo derivano dal mesoderma laterale splancnico. L’apparato digerente si abbozza in tre parti: lo stomodeo (craniale), l’intestino primitivo ed il proctodeo (caudale). L’intestino primitivo può essere suddiviso in anteriore (irrorato dall’arteria celiaca), medio (irrorato dall’arteria mesenterica superiore) e posteriore (irrorato dall’arteria mesenterica inferiore). L’intestino anteriore si porta dalla membrana oro-faringea fino al duodeno; nella sua prima parte esso è detto intestino faringeo e arriva fino all’abbozzo tracheo-branchiale. L’intestino medio va dal duodeno fino ai due terzi del colon trasverso. L’intestino posteriore arriva fino al retto. Quando l’embrione assume una forma cilindrica (4° settimana) inizia a formarsi l’intestino primitivo, inglobando anche i 2/3 prossimali del sacco vitellino. Inizialmente il sacco vitellino rimane in contatto con l’intestino medio tramite il dotto vitellino e con l’intestino posteriore tramite l’allantoide. Quando, durante la 6° settimana, il dotto vitellino e l’allantoide vengono incorporati nel cordone ombelicale si perde il contatto con il sacco vitellino. La membrana oro-faringea si perfora alla metà della 4° settimana, mentre quella cloacale si divide in membrana urogenitale e membrana anale e si perfora alla fine del secondo mese. •

MESENTERI

Il mesentere dorsale, che ha il compito di tenere sospesi i visceri nella cavità addominale si forma per accollamenti dei lembi restanti della parete muscolo-connettivale del tubo intestinale. La porzione addominale del celoma è detta cavità peritoneale, organi che verranno rivestiti dalla splancnopleura separati dalla cavità peritoneale saranno definiti retroperitoneali. Alcuni organi lo sono sin da subito, altri lo diventano, come il colon ascendente ed il pancreas. Il mesentere prende vari nomi in base a dove si trova, abbiamo infatti il mesogastrio, il mesoduodeno, il mesodigiuno e così via. Nello stomaco esiste anche un mesentere ventrale che collega la parete ventrale di stomaco e duodeno.

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INTESTINO ANTERIORE

• E SOFAGO Inizialmente è piuttosto corto, poi si allunga rapidamente; con la formazione del diaframma (7° settimana) si divide in una porzione toracica, più lunga, ed una porzione addominale. Il tessuto muscolare superiore è striato (deriva dagli archi branchiali) mentre quello inferiore è liscio (deriva dal mesoderma splancnico). • S TOMACO Durante la 4° settimana lo stomaco assume una forma a fuso con la parte dorsale che cresce maggiormente dando origine alla grande curvatura. Fra la 7° e l’8° settimana lo stomaco ruota di 90° lungo l’asse centrale del corpo portando la grande curvatura a sinistra. Ruota anche lungo l’asse ventro-dorsale, spostando la grande curvatura in basso. Durante questi movimenti il mesogastrio viene stimolato a proliferare portando alla formazione di un mantello che copre la cavità peritoneale, il grande omento. La rotazione spinge inoltre il mesogastrio dorsale verso sinistra andando a formare la borsa omentale e suddividendo la cavità peritoneale in due, la piccola cavità peritoneale (racchiusa dalla borsa) e la grande cavità peritoneale, queste due comunicheranno mediante il forame epiploico. La crescita del fegato porta alla formazione del piccolo omento dal mesentere ventrale. •

D UODENO

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Le rotazioni dello stomaco lo spingono a destra, a contatto con la parete del corpo, diventando un organo fisso (successivamente retroperitoneale). Durante la 4° settimana su questo compaiono delle gemme endodermiche che andranno a formare fegato, cistifellea, pancreas e i loro dotti escretori. • F EGATO E CISTIFELLEA Intorno al 22° giorno si forma sul duodeno la gemma epatica che diventa in poco tempo l’abbozzo epatico, che si sviluppa all’interno del mesentere ventrale. Da questo abbozzo deriveranno il parenchima epatico, i canalicoli biliari ed il dotto epatico. Dalla 4° settimana e per tutta la vita embrionale il fegato avrà attività ematopoietica. Intorno al 26° giorno compare la gemma che darà luogo al diverticolo cistico, da cui origineranno cistifellea e dotto cistico. Questo insieme a quello epatico confluiranno in un dotto comune, il coledoco, che prolifererà allontanando cistifellea e fegato dal duodeno. La faccia superiore del fegato non è ricoperta dal mesentere, risulta quindi direttamente attaccata al diaframma, lungo il contorno di questa si forma il legamento coronario che terrà il fegato strettamente adeso. Il mesentere ventrale forma il piccolo omento che si suddivide nei legamenti epato-gastrico ed epato-duodenale (con all’interno dotto epatico, arteria epatica, vena porta, vasi linfatici e nervi epatici). • P ANCREAS Intorno al 26° giorno si forma sul duodeno l’abbozzo dorsale (che formerà tutto il pancreas) del pancreas. Dopo pochi giorni si forma anche l’abbozzo ventrale (che formerà solo il processo uncinato della testa), i due si uniranno formando il pancreas definitivo. Insieme agli abbozzi si formeranno contemporaneamente anche i vari dotti.

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INTESTINO MEDIO

L’intestino medio si allunga durante la 5° settimana formando un’ansa intestinale primaria che si ripiega ad U intorno all’arteria mesenterica superiore. La crescita di questo e del fegato spinge l’ansa primaria a crescere entro il cordone ombelicale, formando l’ernia fisiologica dell’intestino. Sull’apice dell’ansa primaria si forma il cieco (primo tratto del crasso), il braccio superiore dell’ansa formerà il tenue, mentre il braccio inferiore formerà il crasso. L’ansa intestinale primaria ruota poi di 90° in senso antiorario intorno all’asse dell’arteria mesenterica superiore (futuro tenue si piega verso destra, futuro colon verso sinistra); all’8° settimana il tenue si ripiega nelle anse secondarie (tipiche del digiuno ed ileo). Durante la 10° settimana l’intestino medio rientra nell’addome e l’ansa primaria ruota di altri 180° (rotazione complessiva di 270°), andando a definire il posizionamento finale: colon ascendente e cieco a destra, colon discendente a sinistra ed il trasverso nel mezzo. Rientrando nell’addome, i mesenteri di cieco e colon ascendente e discendente vengono riassorbiti nelle pareti corporee, quindi questi tratti divengono prima fissi e poi retroperitoneali. • I NTESTINO POSTERIORE La porzione terminale dell’intestino (cloaca) si suddivide fra la 4° e la 6° settimana, grazie alla proliferazione del setto uro-rettale, in una porzione anteriore (seno uro-genitale) e una posteriore (retto). Alla fine della 6° settimana si fondono il setto uro-rettale e la membrana cloacale nel punto detto perineo.

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ASPETTI CLINICI

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PRINCIPALI MALFORMAZIONI

L’atresia consiste nella mancata formazione di una o più porzioni dell’intestino. La stenosi del piloro è dovuta ad ipertrofia del muscolo che lo va a costituire, esso determina vomito a getti. Il pancreas anulare consiste nella fusione ad anello dei due abbozzi primitivi, può causare ostruzioni del duodeno. Residui del dotto vitellino causano la diverticolite del Meckel. L’onfalocele consiste nel rientro incompleto delle anse intestinali. Il volvolo è causato da un ritorno anomalo dell’ansa intestinale nell’addome con attorcigliamento che ostruisce l’arteria mesenterica superiore.

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FORMAZIONE DELL’APPARATO RESPIRATORIO 36

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SVILUPPO EMBRIONALE

L’apparato faringeo è formato da cavità nasali, rinofaringe (che si sviluppano dall’apparato faringeo e dalle pareti dello stomodeo) e albero respiratorio (che origina da un diverticolo dell’intestino faringeo, la doccia tracheale, che formerà laringe, trachea, bronchi e polmoni). La doccia tracheale si allunga in basso, i suoi bordi formano delle pieghe che poi confluiscono verso il centro formando il setto esofago-tracheale che divide il tubo intestinale in tubo tracheale e tubo intestinale. Alla fine la trachea e l’esofago saranno completamente separati, ad eccezione del tratto laringeo. Alla fine della 4° settimana compare un rigonfiamento nella porzione inferiore del tubo tracheale, la gemma bronchiale primitiva, la quale si suddivide subito in due rami, gli abbozzi dei bronchi primari. Tutti i rivestimenti sono endodermici, i vasi e i muscoli sono mesodermici (laterale splancnico).

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LARINGE Sul pavimento dell’intestino faringeo è presente una fenditura che alla 4° settimana prolifera formando i rigonfiamenti aritenoidei che trasformano essa in un’apertura a forma di T, la glottide primitiva. Durante il secondo mese l’epitelio laringeo prolifera e oblitera il lume di questa, intorno alla 10° settimana si ha la ricanalizzazione di questa con la formazione delle corde vocali. L’epiglottide si sviluppa dalla porzione inferiore dell’eminenza ipobranchiale (cfr. apparato faringeo). Le cartilagini laringee deriveranno da cellule mesenchimali del IV e VI arco faringeo. •

TRACHEA È inizialmente costituita da un tubo corto che si allunga e si circonda di mesenchima che formerà gli anelli tracheali. L’epitelio e le ghiandole tracheali sono di origine endodermica. •

BRONCHI Durante la 5° settimana la gemma di destra (di maggiori dimensioni) forma 3 bronchi secondari, mentre quella di sinistra ne forma 2. Ognuno di essi andrà a formare un lobo polmonare. Alla 6° settimana i bronchi secondari si ramificano nei bronchi terziari. Seguirà alla fase bronchiale una fase polmonare che porterà alla formazione dei bronchioli e degli alveoli. •

POLMONI

I polmoni hanno uno sviluppo continuo, possiamo distinguere delle fasi: • Periodo pseudo-ghiandolare (2°-4° mese): i bronchi terziari si ramificano fino a formare i bronchioli terminali. • Periodo canalicolare (4°-7° mese): ogni bronchiolo terminale si suddivide in due o più bronchioli respiratori, andando a formare anche numerosi vasi sanguigni dal mesoderma circostante. I bronchioli respiratori sono ricoperti di pneumociti di I e II tipo che producono il surfactante. • Periodo sacculare (7°-9° mese): ogni bronchiolo respiratorio si suddivide in 3 alveoli primitivi, circondati da una fitta rete vascolare. • Periodo alveolare (dalla fine della gestazione fino ad 8 anni): maturazione dei polmoni con formazione di alveoli definitivi. Alla nascita i polmoni sono per metà pieni di liquido amniotico, per cui si ha un rapido scambio del liquido con l’aria, tramite bocca e naso (per pressione sul torace durante il parto), capillari, arterie, vene polmonari e vasi linfatici.

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CAVITÀ CELOMATICA E SUO SVILUPPO Fra splancnopleura e somatopleura si forma durante la 3° settimana il celoma embrionale. Inizialmente è in comunicazione con il celoma extraembrionale ma i ripiegamenti li separeranno. Il celoma intraembrionale viene diviso dal septum trasversum; la porzione superiore contiene il cuore (cavità pericardica primitiva) mentre quella inferiore è detta cavità peritoneale. Le due sono in contatto mediante due canali pericardio-peritoneali. La crescita dei polmoni genererà la cavità pleurica che diverrà autonoma intorno alla 7° settimana, poiché delle pieghe mesodermiche si interpongono tra cuore e polmoni così da formare due cavità separate. Si separerà dalla cavità pleurica grazie al diaframma. •

DIAFRAMMA

È una barriera composta da muscoli e tendini che si forma dalla fusione di 4 strutture embrionali: il septum trasversum (che formerà la maggior parte della porzione tendinea), le membrane pleuroperitoneali, il mesentere dorsale dell’esofago e la componente muscolare proveniente dal mesoderma delle pareti laterali del corpo.

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ASPETTI CLINICI

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PRINCIPALI MALFORMAZIONI

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La fistola esofagotracheale è una delle malformazioni più comuni ed è dovuta ad una incompleta separazione della doccia tracheale dall’intestino primitivo. Spesso è associata ad atresia dell’esofago, che impedisce al feto di deglutire il liquido amniotico.

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LO SVILUPPO DELL’APPARATO UROGENITALE •

FORMAZIONE DEL SISTEMA RIPRODUTTORE

La gametogenesi inizia intorno alla 3° settimana di sviluppo embrionale con la formazione delle cellule germinali primordiali (PGC). Ad eccezione delle cellule germinali primordiali, la gametogenesi avviene nelle gonadi.

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GAMETOGENESI E FORMAZIONE DELLE GONADI E DELLE VIE GENITALI NEL PERIODO EMBRIO-FETALE •

LE CELLULE GERMINALI PRIMORDIALI

Tra allantoide e sacco vitellino, verso la fine della 3° settimana è possibile riconoscere un piccolo gruppo di 50-100 cellule, le PGCs, da cui avranno origine i gameti. Queste poi si sposteranno all’interno delle gonadi in via di formazione continuano a proliferare e poi a differenziare in ovogoni e prospermatogoni.

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LA FORMAZIONE DELLE GONADI INDIFFERENTI

Durante la 5° settimana, nelle splancnopleure in posizione ventrale si formano due ispessimenti longitudinali: le creste gonadiche e rappresentano il primo abbozzo di gonadi. Le PGC raggiungono le creste gonadiche e sono subito circondate da cellule somatiche; si formano così i cordoni sessuali primitivi. Fino alla fine della 6° settimana le gonadi maschili e femminili sono indistinguibili morfologicamente, quindi sono dette gonadi indifferenti.

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IL DIFFERENZIAMENTO DEI TESTICOLI

Il differenziamento ha inizio alla 7° settimana. I cordoni sessuali primitivi perdono contatto con l’epitelio somatico e si trasformano in cordoni seminiferi. Qui le PGC differenziano in prospermatogoni. Intorno al 5° mese essi entrano in G0 e vengono circondati dalle cellule del Sertoli (che secernono AMH). I cordoni seminiferi formano anse le cui porzioni terminali ramificano e anastomizzano nella regione detta ilo del testicolo andando a formare la rete testis. Intorno ai cordoni si differenziano le cellule mioidi (muscolari lisce) e tra gli spazi di essi si differenziano gruppi di cellule interstiziali di Leydig (con funzione endocrina, producono testosterone). I cordoni seminiferi vengono separati dall’epitelio da uno strato di connettivo che forma la tunica albuginea. Durante la 20° settimana i testicoli discendono attraverso i canali inguinali fino allo scroto.

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IL DIFFERENZIAMENTO DELLE OVAIE

Le ovaie non sono identificabili fino alla 10° settimana. Le PGC differenziano in ovogoni che proliferano più intensamente dei prospermatogoni. Terminata la fase mitotica molti degenerano, mentre gli altri iniziano la fase meiotica. Iniziata la prima divisione meiotica sono detti ovociti primari, al termine della profase I si bloccano in una fase detta dictiotene, e vengono circondati dalle cellule somatiche dei cordoni sessuali (cellule pre-follicolari) andando a formare tra 5° e 9° mese i follicoli primordiali. Il tessuto tra i follicoli è definito interstiziale ed è riccamente vascolarizzato e innervato. L’ovaio viene rivestito da un epitelio monostratificato (OSE o epitelio germinativo) a cui si accompagna il connettivo che formerà la tunica albuginea. Prima della nascita le ovaie discendono fino alla pelvi.

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FORMAZIONE DELLE VIE GENITALI INTERNE

Inizia nello stesso modo nei maschi e nelle femmine. Durante la 4° settimana ciascun mesonefro (rene primitivo transitorio) sviluppa un cordoncino di cellule, il dotto mesonefrico (o di Wolff). Alla 6° settimana sul lato esterno di ciascuno di essi una piega del mesoderma laterale splancnico origina il dotto paramesonefrico (o di Müller). Essi si uniscono terminalmente formando il tubercolo di Müller. Intorno all’8° settimana le cellule del Leydig cominciano a secernere T e DHT che inducono il differenziamento del dotto di Wolff in epididimo, dotto deferente e dotto eiaculatore e lo sviluppo della prostata e dei genitali esterni maschili. 39

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Le cellule del Sertoli secernono l’ormone antimüllerano (AMH) che induce la regressione dei dotti di Müller.

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FORMAZIONE DELLE VIE GENITALI MASCHILI E DELLE GHIANDOLE ANNESSE

I condottini efferenti, gli epididimi, i dotti deferenti e i dotti eiaculatori costituiscono le vie genitali maschili, completate dall’uretra e dalle ghiandole annesse (vescichette seminali, prostata, ghiandole bulbo uretrali). La rete testis prende contatto con 15-20 tubuli del mesonefro che diventano i condottini efferenti, questi sono connessi con il dotto di Wolff che diviene epididimo e dotto deferente. Ventralmente alla vescica in via di formazione i deferenti si aprono attraverso i dotti eiaculatori nell’uretra prostatica (dove sono presenti le vescichette seminali) che si continua con l’uretra peniena. Alla 10° settimana, sotto l’effetto di DHT, si forma la prostata come un’evaginazione dell’epitelio endodermico che riveste la porzione ventrale del seno urogenitale, da cui si sviluppa anche l’uretra prostatica. Subito sotto di essa l’uretra dà origine a due ghiandole bulbo uretrali.

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FORMAZIONE DELLE VIE GENITALI FEMMINILI

Sono rappresentate dalle due tube di Falloppio, dall’utero e dalla vagina. La porzione più craniale di ciascun dotto di Müller diventa ovidutto che si apre con l’estremità cefalica nel celoma vicino l’ovaio. Ciascun dotto si sposta verso la linea mediana, incrocia il dotto di Wolff, si incontra con il suo controlaterale e si fonde con esso, formando l’utero e la regione superiore della vagina. La parte inferiore di essa deriva dal seno urogenitale, che deriva dalla cloaca.

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FORMAZIONE DEGLI ORGANI GENITALI ESTERNI

Alla fine della 5° settimana, ai lati della membrana cloacale si sviluppano due rilievi (pieghe cloacali) che anteriormente si fondono originando il tubercolo genitale. Durante la 7° settimana il setto urorettale separa la membrana anale e le pieghe cloacali in urogenitale e anale. Ai lati delle pieghe uretrali si sviluppano due rilievi, i rigonfiamenti genitali; si perfora la membrana urogenitale aprendo la cavità del seno urogenitale verso l’esterno. Nel maschio il tubercolo genitale si allunga formando il pene, le pieghe uretrali si fondono e formano l’uretra peniena. I rigonfiamenti genitali si fondono e formano lo scroto. Nella femmina il tubercolo genitale si accresce e forma il clitoride, la cavità del seno urogenitale si differenzia in vestibolo della vagina. Le pieghe uretrali formano le piccole labbra e i rigonfiamenti genitali diventano le grandi labbra.

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PROCESSI E MOLECOLE

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LA DEGENERAZIONE DELLE CELLULE GERMINALI

Al termine del periodo proliferativo, inizia la fase degenerativa delle cellule germinali. La fase degenerativa, specie nella femmina, continua per tutta la vita fino a circa 40-50 anni dove le cellule germinali femminili terminano e la donna perde la fertilità entrando in menopausa. Si pensa che questi processi rientrino nei fenomeni di morte cellulare programmata. L’atresia follicolare dopo la nascita si pensa sia dovuta a mancanza di fattori di crescita ed ormonali.

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LA DETERMINAZIONE DEL SESSO

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LA GONADE INDIFFERENTE MANTIENE LA POTENZIALITÀ DI SCEGLIERE TRA DUE DIVERSI DESTINI GRAZIE A UN DELICATO EQUILIBRIO TRA SEGNALI DIFFERENZIATIVI: RUOLO DEL GENE SRY Il differenziamento della gonade indifferente in testicolo avviene prima della differenziazione in ovaio. Infatti la formazione del testicolo si ha in seguito all’espressione del gene Sry, sito sul cromosoma Y, mancante nelle femmine, che quindi sviluppano l’ovaio. L’espressione di Sry, in sinergia con Sf1, è immediatamente seguita dall’espressione di Sox9 che, insieme al fattore di crescita FGF-9, stabilizza l’ambiente mascolinizzante consentendo lo sviluppo delle cellule del Leydig e delle cellule germinali maschili.

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ASPETTI CLINICI

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DIFETTI DELL ’AZIONE DEGLI ANDROGENI E DEGLI ENZIMI DELLA VIA

SINTETICA DEGLI ANDROGENI CAUSANO PSEUDOERMAFRODITISMO Lo sviluppo delle gonadi è ormone indipendente, mentre lo sviluppo delle vie genitali interne e esterne maschili e della prostata è regolato dal testosterone e dal DHT. La sindrome di insensibilità agli androgeni è la causa più comune di pseudoermafroditismo maschile. Soggetti affetti da questa sindrome presentano genotipo maschile, genitali interni maschili ma genitali esterni completamente femminili. Questa è causata da una mutazione del gene del recettore degli androgeni AR con conseguente mancanza di risposta allo stimolo di questi. Lo pseudoermafroditismo maschile può essere causato anche dalla sindrome da deficienza dell’enzima 17-b idrosssisteroido-ossidoreduttasi (17-b HSD). Essa causa genitali esterni femminili con testicoli palpabili. Anche la sindrome da deficienza dell’enzima 5-a reduttasi causa questa patologia visto che non viene convertito T in DHT. È causata anche dalla sindrome della permanenza dei dotti di Müller che causa difetti dell’ormone antimüllerano e quindi permanenza di utero e ovidutti. Un eccesso odi androgeni è causa di pseudoermafroditismo femminile, che genera mascolinizzazione dei genitali esterni. Spesso è dato da iperplasia surrenale congenita.

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DIFETTI DEL PROCESSO DI FUSIONE DI ABBOZZI PARI PORTANO AD ANOMALIE

DEGLI ORGANI GENITALI L’ipospadia consiste in un anomala apertura dell’uretra che si trova sulla superficie ventrale del pene anziché sulla punta del glande. Nelle femmine difetti nella fusione dei dotti di Müller sono la causa di malformazioni come utero bicorne (doppia cavità separate da membrana interna).

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DIFETTO NEL PROCESSO DI DISCESA DEI TESTICOLI NELLO SCROTO

Se i testicoli rimangono nella cavità addominale si parla di criptorchidismo (unilaterale o bilaterale), si tratta della più frequente anomalia dei neonati maschi ed è un fattore di rischio per l’infertilità e cancro testicolare.

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TUMORI CHE ORIGINANO DA CELLULE GERMINALI

Si trovano sia nelle gonadi, sia in siti extragonadici, forse per un errore nella migrazione delle PGCs. Sono classificati come seminomi e non seminomi. Nei testicoli si pensa derivino da un comune precursore, le cellule da carcinoma in situ (CIS). I teratomi appartengono alla classe dei non seminomi che si sviluppano nelle gonadi e in altre sedi. Il teratoma sacrale è il più frequente.

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FORMAZIONE DEL SISTEMA URINARIO

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SVILUPPO DEI RENI

Dal mesoderma intermedio a entrambi i lati della linea mediana si sviluppano due cordoni di cellule, le corde nefrogene, che rappresentano i primordi dei reni. Durante lo sviluppo si formano tre sistemi pari renali: pronefri, mesonefri e metanefri che si succedono nel tempo e nello spazio. I primi due, metamerici, rappresentano una struttura transitoria, l’ultimo rappresenta i reni definitivi. All’inizio della 4° settimana si formano 5-7 nefrotomi dalla corda nefrogena a cui si associa un dotto pronefrico. Mentre i nefrotomi degenerano alla fine della 4° settimana, ciascun dotto pronefrico dà origine al dotto mesonefrico (dotto di Wolff) che si apre nella cloaca; si vanno inoltre a formare una serie di tubuli mesonefrici che originano dai nefrotomi delle corde nefrogeni (partendo come vescicola) ottenendo una parte che si apre nel dotto di Wolff e una parte che circonda un gomitolo di capillari (glomerulo). I tubuli e il dotto mesonefrico vanno a formare il mesonefro che serve per la formazione del metanefro e dei genitali interni maschili. 41

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I metanefri, o reni definitivi, cominciano a formarsi alla 5° settimana quando ciascuna gemma ureterica che si forma sul dotto di Wolff penetra nella massa di mesenchima non frammentato (blastema metanefrico). La prima porzione della gemma si allarga e forma la pelvi renale, in seguito forma numerose ramificazioni, dette dotti collettori; questi danno prima origine ai calici maggiori e poi, dalle estremità di questi, ai calici minori. Ulteriori ramificazioni portano alla formazione di un sistema collettore con all’estremità di ciascun dotto i tubuli renali dei nefroni. Si forma così il sistema escretore.

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SVILUPPO DEGLI URETERI, DELLA VESCICA E DELL’URETRA

Gli ureteri sono tubicini per il passaggio dell’urina dai reni alla vescica. Si formano dalla gemma ureterica che prolifera dal dotto di Wolff e si allunga verso la cloaca. La vescica deriva dalla porzione superiore del seno urogenitale che è la porzione anteriore della cloaca. L’urina viene raccolta in essa e fuoriesce mediante l’uretra prostatica che deriva dalla porzione inferiore del seno urogenitale. Questa si continua con l’uretra peniena. Quando avviene la divisione della cloaca si ha incorporazione di tessuto mesodermico che viene chiamata trigono vescicale.

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ASCESA DEI RENI

L’abbozzo dei reni si trova prima al lato dorso mediale dell’estremità caudale del mesonefro. Essi si spostano verso la parete posteriore della cavità addominale e quindi gli ureteri si allungano. Contemporaneamente essi ruotano di 90° in modo tale che l’ilo ventrale diviene antero-mediale.

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PROCESSI E MOLECOLE

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IL BLASTEMA METANEFRICO SECERNE GDNF CHE INDUCE LO SVILUPPO DELLA

GEMMA URETERICA Da ciascun dotto di Wolff origina la gemma ureterica che è il processo iniziale per la formazione dei reni definitivi. Questo dipende dal fattore di crescita GDNF che viene rilasciato dal blastema metanefrico e induce le cellule epiteliali del dotto di Wolff a proliferare. Le cellule del blastema metanefrico secernono GDNF in seguito all’attivazione dell’espressione di Wt1.

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LA GEMMA URETERICA INDUCE IL BLASTEMA METANEFRICO A DIFFERENZIARE

IN NEFRONI Le cellule che si organizzano a formare il sistema collettore inducono il differenziamento dei tubuli renali e dei nefroni (nefrogenesi) nel blastema indifferenziato. Fattori di crescita sostengono la produzione di WT1 e inibiscono l’apoptosi e la condensazione delle cellule mesenchimali. Altri fattori inducono invece l’espressione del gene Wnt4 nelle cellule mesenchimali adiacenti che causa con un meccanismo autocrino la transizione mesenchima-epiteliale alla base della formazione dei tubuli dei nefroni (tubulogenesi).

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ASPETTI CLINICI

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AGENESIA RENALE, URETERI MULTIPLI E RENE SOPRANNUMERARIO

L’agenesia renale monolaterale è caratterizzata dall’assenza di un rene; essa non è letale perché l’altro rene si ipertrofizza e compensa. L’agenesia renale bilaterale è associata a mortalità durante il periodo fetale o nei primi giorni dopo la nascita. Ureteri multipli si hanno quando la gemma ureterica va precocemente incontro a divisione, dando luogo a ureteri separati o parzialmente fusi. Se questa divisione precoce è associata a precoce divisione del blastema metanefrico, si dà origine al rene soprannumerario.

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LO SVILUPPO DELL’APPARATO CIRCOLATORIO •

FORMAZIONE DEI PRIMI VASI SANGUIGNI: VASCULOGENESI ED

ANGIOGENESI È il primo dei sistemi del corpo umano che inizia a formarsi, intorno alla 3° settimana infatti, date le dimensioni dell’embrione, non riesce più a sostentarsi con la semplice diffusione e necessita di aiuto. I primi vasi compaiono dal mesoderma extraembrionale splancnico della parete del sacco vitellino e del peduncolo di connessione; nell’embrione iniziano a formarsi dal mesoderma intraembrionale splancnico. Il processo con cui si formano è il medesimo ed è detto vasculogenesi: cellule mesodermiche differenziano in angioblasti e si raggruppano nelle isole sanguigne. Le cellule più esterne di queste differenziano in cellule endoteliali formando la parete del vaso, mentre le cellule più interne differenziano in eritrociti primitivi. Alcuni angioblasti possono uscire e raggrupparsi al di fuori del vaso per formarne di nuovi. I vasi formati poi si allungano, prendono contatto e si ramificano per proliferazione delle cellule endoteliali (angiogenesi).

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FORMAZIONE DELLE CELLULE DEL SANGUE

Gli eritrociti primitivi sono le prime cellule del sangue che si formano nell’embrione. Si tratta di eritrociti nucleati che producono emoglobina embrionale e successivamente fetale; queste sono più affini a O2 e quindi permettono una sua più facile cattura. L’emopoiesi che avviene all’interno del vaso è detta intravasale e produce esclusivamente eritrociti primitivi. Tali angioblasti sono pertanto considerati cellule staminali ematopoietiche (HSC), tuttavia le HSC del sacco vitellino hanno una capacità di autorinnovamento limitata, quindi se pur possono differenziare in granulociti e monociti, difficilmente lo fanno. Il principale organo ematopoietico diventerà il fegato, intorno alla 5°-6° settimana, coadiuvato dalla milza. L’emopoiesi epatica avviene grazie a HSC (che possono differenziare in eritrociti definitivi, megacariociti e diverse classi di leucociti) che però si formano probabilmente nel mesenchima di una regione dell’embrione tra l’aorta dorsale, la gonade e il mesonefro (AGM). Gradualmente le HSC si sposteranno verso il midollo osseo che diventerà la sede definitiva dell’emopoiesi.

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LO SVILUPPO DEL CUORE

È il primo organo funzionale che si forma durante lo sviluppo, inizia ad abbozzarsi intorno al 19° giorno sotto forma di due tubicini.

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19°-23° GIORNO

Il cuore deriva dal mesoderma laterale. Cellule del mesoderma cefalico si staccano da esso e differenziano in angioblasti. Formano prima una rete a forma di cavallo di piccoli vasi sanguigni dalla quale prendono forma due tubi endocardici primitivi e due vasi longitudinali, le aorte dorsali. La formazione dei tubi endocardici primitivi è seguita dalla formazione di altri due tubicini che si fonderanno con i primi due e prenderanno contatto con le aorte dorsali formando la regione di efflusso dal cuore; mentre i primi due tubi saranno destinati a formare le regioni di influsso. Per la crescita del prosencefalo, della cavità pericardica e dell’intestino anteriore, la regione centrale dell’area cardiogenica ruota di quadi 180° prima in basso e poi dorsalmente spostando i tubi endocardici in fusione ad una posizione dorsale alla cavità pericardica, superiore al diaframma e ventrale all’intestino anteriore. I tubi si fondono in direzione antero-posteriore e vengono circondati dalla splancnopleura che forma il mantello mioepicardico che darà origine ai cardiomiociti del miocardio e dell’epicardio. Il pericardio parietale si forma dalla limitrofa somatopleura che si accolla al mantello mioepicardico. Compare poi la gelatina cardiaca tra endocardio e mantello mioepicardico che ammortizza i movimenti e le prime contrazione dell’abbozzo cardiaco. Nell’abbozzo del cuore, la formazione di solchi e rigonfiamenti consente di distinguere quattro regioni: il bulbo (che successivamente si suddividerà in tronco arterioso, cono arterioso e segmento ventricolare), il ventricolo primitivo, l’atrio primitivo e il seno venoso (che successivamente si espanderà in corno destro e sinistro). Intorno al 22°-23° giorno si può assistere alle prime contrazioni irregolari del cuore.

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23°-28° GIORNO

Tra il 23° e il 25° giorno il tubo cardiaco si allunga e si ripiega e, siccome è legato alla cavità pericardica, assume una forma a S. Alla fine di questo il mesocardio dorsale scompare e il cuore rimane sospeso nella cavità pericardica grazie ai vasi sanguigni. La cavità dell’atrio primitivo comunica mediante il canale atrioventricolare con la cavità del ventricolo primitivo. I cardiomiociti proliferano e formano una rete di cordoni cellulari intrecciati, le trabecole. Queste collassano dando origine alle pareti dei ventricoli; questo processo è fondamentale per aumentare le camere ventricolari e la loro forza contrattile.

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L’ABBOZZO DEL CUORE DALLA QUINTA ALL’OTTAVA SETTIMANA

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CAMBIAMENTI NEGLI ATRI

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ATRIO DESTRO DEFINITIVO

L’atrio destro definitivo si forma con l’incorporazione del corno destro del seno venoso nell’atrio primitivo di destre; risulta formato da due regioni, una liscia (dove si apre la vena cava) e una rugosa e trabecolata, comprendente anche una tasca detta auricola destra. Il confine tra queste due regioni è segnato internamente dalla crista terminalis e esternamente dal sulcus terminalis. Le valvole destra e sinistra prima si fondono formando il septum spurium, poi quella di sinistra entra a far parte del septum secundum (che divide gli atri), mentre quella di destra forma la valvola del seno coronario e della vena cava inferiore.

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ATRIO SINISTRO DEFINITIVO Alla 4° settimana compare nell’atrio sinistro primitivo una vena polmonare, questa si biforca originando le 4 vene polmonari. Alla 5° settimana il tronco e le prime due ramificazioni vengono incorporate nella parete posteriore dell’atrio sinistro, formando la regione liscia. Il resto dell’atrio sinistro è trabecolato e comprende l’auricola sinistra •

SUDDIVISIONE DEGLI ATRI E DEL CANALE ATRIOVENTRICOLARE Alla fine della 4° settimana inizia la separazione degli atri: un setto di tessuto sottile (septum primum) emerge dal tetto e cresce verso il basso, tuttavia gli atri comunicheranno per mezzo di una piccola apertura, l’ostium primum. Intanto quattro rigonfiamenti di cellule mesenchimali (cuscinetti endocardici) si sviluppano sotto l’endocardio. Quello inferiore e quello superiore si fondono originando il septum intermedium che divide il canale atrioventricolare in due canali (destro e sinistro). Alla fine della 6° settimana il septum primum si fonde con il septum intermedium portando alla definitiva chiusura dell’ostium primum. Tuttavia, siccome i polmoni sono ancora poco sviluppati e arriva poco sangue all’atrio e al ventricolo sinistro, prima della chiusura dell’ostium primum si forma un ostium secundum. Contemporaneamente si forma dal tetto dell’atrio destro il septum secundum, questo cresce in direzione del septum intermedium, ma non ci arriva lasciando un apertura, il forame ovale o di Botallo. Quindi durante tutta la gravidanza gli atri comunicheranno mediante l’ostium secundum (sul tetto dell’atrio sinistro) e il forame ovale (sul pavimento dell’atrio destro). I residui dei septum primum e secundum fungono da valvola per il forame ovale che consente il passaggio di sangue da destra a sinistra.

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IL CUORE ALLA FINE DEL PERIODO EMBRIONALE

Alla fine del periodo embrionale il cuore si trova in posizione quasi orizzontale; il fegato spinge in alto il diaframma e di conseguenza l’apice del cuore. Il cuore, molto piccolo (6 mm x 5 mm), ha raggiunto la sua morfologia definitiva; ai contrale intorno ai 140 battiti al minuto, possiede quattro camere e un sistema di afflusso e efflusso controllati da valvole in via di completamento. Il cuore fetale si differenzia da quello post natale per la comunicazione atriale. Una seconda deviazione è il dotto arterioso di Botallo che mette in comunicazione il tronco polmonare e l’aorta discendente, esso quindi devia nell’aorta tutto il sangue che il circolo polmonare non è in grado di ricevere consente al ventricolo destro di esercitarsi in vista dei cambiamenti post natale.

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CENNI SULLO SVILUPPO DEL SISTEMA ARTERIOSO E VENOSO 44

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IL SISTEMA ARTERIOSO

È formato da due aorte dorsali, due arterie ombelicali e due arterie vitelline. Dalle prime originano una trentina di arterie intersegmentali (alcune degenereranno, altre rimarranno) che vanno ad irrorare i somiti ed i loro derivati. Gli archi faringei saranno irrorati dagli archi aortici, questi si formano dal sacco aortico dell’abbozzo cardiaco e si gettano nell’aorta dorsale. Le parti prossimali delle arterie ombelicali diventano le arterie iliache interne e le arterie vescicali superiori, mentre le parti distali si obliterano e formano il legamento ombelicale mediano che origina dall’uraco. Le arterie vitelline danno origine all’arteria mesenterica superiore.

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IL SISTEMA VENOSO

Inizialmente formato da vene cardinali, vene vitelline e ombelicali. Nel periodo che va dalla 5° alla 7° settimana nell’embrione si forma un nuovo sistema venoso che prima si sovrappone e poi sostituisce quello delle vene cardinali. Si tratta delle vene sottocardinali, sacrocardinali, sopracardinali che daranno origine al sistema venoso definitivo.

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LA CIRCOLAZIONE SANGUIGNA DURANTE IL PERIODO FETALE

Il sangue ossigenato proviene dalla placenta tramite la vena ombelicale sinistra e si getta quasi totalmente nella vena cava inferiore tramite il dotto venoso (bypassando il fegato). Questo sangue va a finire nell’atrio destro, così come il sangue proveniente dalla vena cava superiore (meno ossigenato) che però non si mescolerà totalmente con il sangue ossigenato, infatti prenderanno diverse direzioni: quello più ossigenato verrà convogliato nell’atrio sinistro che porterà poi il sangue principalmente alle regioni superiori del corpo. Alle regioni inferiori arriva il sangue meno ossigenato del ventricolo destro tramite il dotto arterioso di Botallo.

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PROCESSI E MOLECOLE

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LA FORMAZIONE DEI VASI SANGUIGNI

I vasi sanguigni si formano indipendentemente dal cuore e poi si collegano ad esso. La vasculogenesi sembra essere controllata principalmente da 3 fattori di crescita: FGF, VEGF e Angiopectina-1 (ANG-1). Il primo è richiesto per la differenziazione del mesoderma splancnico in angioblasti. Il secondo serve per la proliferazione e il differenziamento degli angioblasti più esterni per formare l’endotelio. L’ultimo serve per l’interazione tra cellule epiteliali e periciti, le cellule che rivestono l’endotelio. Il VEGF inoltre pare serva per la degradazione della matrice extracellulare in alcuni punti, necessaria per l’angiogenesi.

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L’EMOPOIESI EMBRIO-FETALE E L’ORIGINE DELLE CELLULE STAMINALI

EMOPOIETICHE La fase di emopoiesi fetale è utilizzata per iniziare la circolazione che serve per formare la rete vascolare. L’emopoiesi adulta fornisce invece più tipi cellulari grazie alle cellule staminali emopoietiche pluripotenti che dureranno tutta la vita dell’individuo. Le HSC sono caratterizzate dall’espressione di alcune molecole di superficie come CD34. Il sistema emopoietico è caratterizzato da compartimenti successivi: staminale, dei progenitori e dei precursori. Più si va avanti più si perde il potere differenziativo, poiché si va incontro a un processo di determinazione. Il differenziamento dipende dal microambiente. Si ritiene che la cellula staminale emopoietica che rimane nella vita adulta origini dal mesoderma della regione aortagonado-mesonefrica (AGM) e sia responsabile della colonizzazione degli organi emopoietici attivi nel periodo embriofetale e nella vita postnatale. Le cellule prima invadono il fegato (intorno alla 5° settimana) e successivamente migrano nel midollo osseo, nel timo e nella milza.

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LO SVILUPPO DELL’APPARATO LOCOMOTORE •

CENNI DI ANATOMIA E ISTOLOGIA

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SVILUPPO EMBRIONALE DELLE OSSA E DEGLI ANNESSI MUSCOLOSCHELETRICI

La formazione delle ossa avviene con due distinte modalità. Nell’ossificazione diretta (o intramembranosa) le cellule mesenchimali differenziano in osteoblasti che producono tessuto osseo primitivo (non lamellare, a fibre collagene intrecciate) che dopo la mineralizzazione viene sostituito con tessuto osseo definitivo (lamellare, a fibre collagene parallele). Queste sono dette ossa membranose. Nell’ossificazione diretta (o endocondrale o condrale) le cellule mesenchimali differenziano in condroblasti che formeranno tessuto cartilagineo che verrà sostituito da tessuto osseo, prima primitivo, poi definitivo. Queste sono dette ossa cartilaginee o di sostituzione. Le cellule mesenchimali che origineranno le ossa derivano dal mesoderma parassiale dei somiti (sclerotomo), dal mesoderma della placca precordale, dal mesoderma laterale somatico e dalle cellule delle creste neurali. Le cellule mesenchimali che origineranno i muscoli derivano dal miotomo (porzione dei somiti) che vanno a formare mioblasti, cellule mononucleate che proliferano e si aggregano per formare miotubi. Quando questi si riempiono di strutture contrattili (miofibrille) i nuclei vengono spinti alla periferia e la cellula ora è differenziata in fibra o cellula muscolare scheletrica. Le miofibrille sono costituite da miofilamenti di actina e miosina disposti in unità strutturali e funzionali definite sarcomeri. I primi miotubi si formano alla 5° settimana e alla fine dell’8° quasi tutti i miotubi sono differenziati.

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SCHELETRO ASSILE E MUSCOLI ANNESSI

La prima struttura del sistema scheletrico che si forma è la notocorda. Essa appare come una proliferazione di cellule che originano dalla fossetta primitiva, situata in corrispondenza del nodo di Hensen (rilievo dell’ectoderma). La formazione della notocorda avviene durante la gastrulazione, le cellule di esse poi si portano sotto l’ectoderma formando il processo notocordale che si dispone dietro la placca precordale. Esso prima diventa placca notocordale e poi notocorda definitiva. Lo sclerotomo di ciascun somite si addensa intorno alla notocorda e al tubo neurale. Quello intorno alla notocorda si divide in una metà craniale e in una metà caudale. La metà caudale di uno sclerotomo con la metà craniale di quello successivo si fondono per formare il centro mesenchimale, il primordio del corpo cartilagineo della vertebra. Una parte craniale di ogni sclerotomo non si fonde andando a formare i dischi intervertebrali. La notocorda permane solo in corrispondenza di questi, dove andrà a formare il nucleo polposo, successivamente ricoperto da cartilagine fibrosa (che forma l’anello fibroso). I miotomi di ciascun somite si sovrapporranno a ciascun disco intervertebrali così che i futuri muscoli potranno muovere la colonna. Le cellule dello sclerotomo che circondano il tubo neurale andranno a formare l’arco vertebrale di ciascuna vertebra che si fonde con il corpo andando a chiudere il midollo spinale all’interno del canale vertebrale. Le coste originano dai processi costali delle vertebre toraciche; da cui origineranno anche i processi trasversi delle vertebre e le ali laterali del sacro. L’atlante e l’epistrofeo si fonderanno per formare il processo odontoideo. Lo sterno si sviluppa indipendentemente dal mesoderma somatico. Le ossa membranose della scatola cranica si formano tra 9° e 12° settimana. Le clavicole sono le prime a ossificare (5°6° settimana) mentre le ossa cartilaginee inizieranno a formarsi intorno alla 7° settimana. La muscolatura dello scheletro assile sviluppa dal miotomo dei somiti, le sue cellule si raggrupperanno in una regione dorsale (epimero) e in una regione latero-ventrale (ipomero) che formeranno la muscolatura.

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SCHELETRO APPENDICOLARE E MUSCOLI ANNESSI

Gli abbozzi degli arti superiori compaiono per primi (24° giorno) seguiti da quelli degli arti inferiori (25°-28°). Essi sono formati da un nucleo mesenchimale rivestito da uno strato ectodermi di cellule cubiche (cresta ectodermica apicale). Si formeranno poi, intorno alla 5° settimana, due addensamenti (dorsale e ventrale) che formeranno i miotubi e successivamente i muscoli. 46

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Nel corso dello sviluppo gli arti subiscono importanti rotazioni: prima anteriormente (gomiti e ginocchia laterali, palme e piante verso il tronco), poi 90° sull’asse longitudinale (gomiti caudalmente e ginocchia cranialmente), la torsione continua e ruota anche l’innervazione cutanea.

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OSSA E MUSCOLI DELLA TESTA

Le ossa del neurocranio possono essere divise in una porzione membranosa (volta) e una porzione cartilaginea (base). La porzione membranosa deriva dall’ectomesenchima delle creste neurali e dal mesoderma parassiale dei somitomeri e dei somiti. Esse lasciano le suture non ossificate in modo che durante il parto il cranio possa deformarsi. La porzione cartilaginea origina dalle creste neurali e dal mesoderma parassiale. Lo splancnocranio deriva dagli elementi scheletrici dei primi due archi faringei: dal I arco originano i processi mascellari (ossa mascellari, zigomatiche e squama temporale) e mandibolari (mandibola, incudine, martello e alisfenoide), mentre dal II arco origineranno la staffa, la rocca petrosa dei temporali, il piccolo corno e la porzione superiore dell’osso ioide. I muscoli derivano tutti dal mesoderma parassiale, eccetto quelli dell’iride che derivano dall’ectoderma del calice ottico e quelli associati agli archi faringei.

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PROCESSI E MOLECOLE

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LA FORMAZIONE DEGLI ARTI

Il primo passo è la formazione di due ispessimenti simmetrici dovuti all’accumulo di cellule del mesoderma somatico; la posizione di questi è definita dai geni Hox, regolata dall’espressione di acido retinoico (RA), in seguito vengono espressi fattori di trascrizione T box (5 superiori, 4 inferiori) e PITX-1. Questi stimolano l’espressione di FGF-10 che a sua volta stimola l’ectoderma a produrre FGF-4/8 che stimola lo sviluppo dell’arto. Il successivo sviluppo dell’arto dipende da tre centri di segnalazione: la cresta ectodermica apicale (CEA), la zona di attività polarizzante (ZPA) e l’ectoderma dorsale e ventrale al di fuori della CEA. Questi dirigono lo sviluppo degli arti nei tre assi cartesiani: l’asse prossimale-distale diretto dalla CEA, l’asse antero-posteriore diretto da ZPA e l’asse dorso-ventrale guidato dall’ectoderma dorsale e ventrale al di fuori della CEA.

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LA CRESTA ECTODERMICA APICALE (CEA)

La CEA rappresenta il maggior segno di segnalazione durante lo sviluppo dell’arto, dovuta principalmente alla secrezione di FGF-4/8. Essa regola molteplici eventi: mantiene le cellule mesenchimale in una condizione plastica che consente la crescita prossimo-distale, mantiene l’espressione di molecole che regolano l’asse antero posteriore prodotte da ZPA (SHH, RA) e interagisce con molecole che regolano l’asse dorso-ventrale. La regione sotto la CEA, la zona di progressione (PZ), è una zona di proliferazione.

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LA ZONA DI ATTIVITÀ POLARIZZANTE (ZPA) È formata da un gruppo di cellule mesenchimali specificate da RA e localizzate al confine posteriore dell’abbozzo dell’arto. Queste forniscono le informazioni necessarie per istruire le cellule mesenchimali sulla loro posizione anteroposteriore. Essa dipende dalla produzione di SHH e RA.

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ASPETTI CLINICI

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DIFETTI DEGLI ARTI

La focomelia è una patologia (del gruppo delle micromelie) caratterizzata da mancanza di ossa lunghe, per cui mani e piedi sono attaccati a piccole ossa deformi. Può essere indotta da talidomide, un farmaco utilizzato alla fine degli anni ’50 come antidepressivo. Sembra che esso inibisca la proliferazione delle cellule della zona di progressione, impedendo l’accrescimento prossimo-distale dell’arto. È attualmente usato nella terapia dell’AIDS e dei tumori, ma in gravidanza è strettamente controllato. La polidattilia è caratterizzata dalla presenza di dita soprannumerarie, essa può essere ereditaria o indotta da teratogeni.

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LA PLACENTA •

STRUTTURA

È un organo che permette all’embrione e al feto di nutrirsi, respirare, eliminare sostanze di rifiuto e difendersi da sostanze nocive e agenti nocivi. Fornisce inoltra alla madre ormoni necessari al conseguimento della gravidanza. È formata da due componenti: una porzione embrio-fetale (derivante dal corion frondosum) e una materna (derivante dalla decidua basale). La parte materna presenta 10-30 rigonfiamenti detti cotiledoni materni; sul versante embriofetale è limitata da una lamina connettivale, la placca corionica, che contiene il punto di attacco del cordone ombelicale. La parte fetale è rivestita dall’amnios che conferisce un aspetto liscio. Tra placca corionica e decidua basale si trovano gli spazi intervillosi, ripieni di sangue materno. Durante la crescita, la placenta presenta due tipi di organizzazione: la placenta primitiva e la placenta definitiva.

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LA PLACENTA PRIMITIVA

La superficie esterna è ricoperta di villi secondari, la cui superficie è formata dal sinciziotrofoblasto, disposto su uno strato di cellule citotrofoblastiche che rivestono un’asse di mesoderma extraembrionale. Durante la 3° settimna si sviluppano vasi e vengono pertanto detti villi terziari. Verso la fine della 3° settimana le cellule del citotrofoblasto vanno a formare uno strato di rivestimento esterno, il guscio citotrofoblastico, che ancora il corion all’endometrio. I villi che connettono questo guscio al disco corionico sono detti villi ancoranti. Da questi si ramificano lateralmente i villi fluttuanti che formano una struttura ad albero che aumenta la superficie di scambio tra embrione e sangue materno. Dalle cellule del guscio citotrofoblastico si differenziano cellule che possono fondersi per formare cellule giganti che invadono la decidua (cellule interstiziali) o le arterie spirali uterine (cellule endovascolari). Questa alta proliferazione edelle cellule del citotrofoblasto è dovuta alla presenza di ossigeno: inizialmente infatti sono abituate a crescere in pochissima presenza di ossigeno; quando i livelli di questo si alzano iniziano a proliferare molto velocemente e, superata una certa soglia smettono di proliferare e iniziano a fondersi.

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LA PLACENTA DEFINITIVA

Durante il 3° mese i villi situati dalla parte della decidua capsulare vengono stirati fino a scomparire. In corrispondenza della decidua basale invece i villi diventano più folti e lunghi per compensare la scomparsa dei villi dall’altro lato. Si contano da 20 a 40 tronchi villosi che delimitano aree nel corion dette cotiledoni fetali. La parte in cui sono presenti i villi è detta corion frondosum, mentre l’altra parte, liscia, sarà detta corion laeve. Con l’avanzare della gravidanza, la decidua parietale e quella capsulare si fondono in un unico strato (decidua vera) obliterando la cavità uterina. La decidua basale insieme al corion frondosum andrà a costituire la placenta definitiva. Durante il 4°-5° mese, dalla placca deciduale si formano dei setti connettivali che dividono la decidua basale in 10-30 zone dette cotiledoni materni.

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REAZIONE DECIDUALE

Le cellule connettivali della mucosa uterina si rigonfiano, si caricano di glicogeno, proteine, lipidi e sostanze di riserva. Questo per favorire la sopravvivenza dell’embrione e per contenere l’invasione del tessuto trofoblastico. E proprio questo induce i cambiamenti nella parete dell’utero. Più tardi produrrà una serie di citochine e ormoni che regolano il sistema immunitario, l’ovaio, il metabolismo e la produzione di cellule del sangue nella madre. • Decidua basale: porzione di mucosa uterina che subisce la reazione deciduale e che si trova dove è avvenuto l’impianto. (parte materna della placenta) • Decidua capsulare: parte che circonda il prodotto del concepimento, inizialmente uno strato molto sottile. (sporgerà dalla cavità uterina) • Decidua parietale: resto della parete uterina che subisce intensa reazione deciduale. Al momento del parto le decidue vengono espulse e rimane solo lo strato connettivale più profondo dell’endometrio e la regione basale delle ghiandole endometriali.

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L’ALLANTOIDE E IL SACCO VITELLINO

L’allantoide si presenta come un’estroflessione dell’endoderma che si trasforma poi in diverticolo che viene compreso nel peduncolo di connessione. Silla parete di esso sono presenti i vasi allantoidei i quali provenienti dall’aorta dorsale, raggiungono il corion. Sacco vitellino e allantoide sono strutture vestigiali che nell’embrione umano non hanno funzioni, tuttavia la loro presenza è essenziale per il normale sviluppo. Il mesoderma che riveste il sacco vitellino, nella 3° settimana, inizia la prima emopoiesi. I vasi formatesi nell’allantoide andranno a formare le vene e le arterie ombelicale. La porzione intraembrionale dell’allantoide diventerà un tubo spesso, l’uraco che dopo la nascita diviene il legamento ombelicale mediano.

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IL CORDONE OMBELICALE

Alla fine della 3° settimana nel peduncolo di connessione si formano vasi sanguigni e diviene peduncolo ombelicale. Si ha successivamente l’avvicinamento del dotto vitellino e del peduncolo ombelicale allo stretto canale che collega le cavità celomatiche intra e extraembrionali. Dall’insieme di queste strutture si forma il cordone ombelicale primitivo. Quando allantoide, dotto vitellino e vasi vitellini si obliterano, il cordone è definito cordone ombelicale definitivo.

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LA CIRCOLAZIONE PLACENTARE

Il sangue materno arterioso si riversa tramite le arterie spirali negli spazi intervillosi in cui pescano i villi coriali fetali. Il sangue defluisce poi verso la decidua dove si aprono le vene endometriali. La vena ombelicale porta il sangue arterioso dalla placenta al feto, mentre le arterie portano il sangue venoso dal feto alla placenta. In condizioni fisiologiche non c’è mai mescolamento tra sangue fetale e sangue materno, infatti esiste la cosiddetta barriera emato-placentare che è inizialmente composta da quattro strati: rivestimento endoteliale dei vasi fetali, connettivo dell’asse del viso, strato citotrofoblastico e il sincizio.

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FUNZIONI DELLA PLACENTA

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METABOLISMO PLACENTARE

Essa inizialmente soprattutto sintetizza glicogeno, colesterolo e acidi grassi che servono come nutrimento per l’embrione. Essa modula il trasferimento di substrati al feto, tutti i nutrienti devono superare questa barriera. Il trasporto attraverso essa è realizzato con diversi meccanismi. Ossigeno e anidride carbonica passano per diffusione passiva. L’acqua passa per osmosi. Gli elettroliti passano alcuni (sodio, potassio e cloro) per diffusione passiva mentre altri per diffusione facilitata. Essa inoltre sintetizza glicogeno accumulando glucosio che passa tramite trasporto attivo, così come amminoacidi e acidi grassi.

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PASSAGGIO DI ANTICORPI, VIRUS E BATTERI PATOGENI

La madre protegge il bambino passandogli i suoi anticorpi della classe IgG che riescono a passare la barriera placentare. Questi rimangono nel bambino per alcuni mesi dopo la nascita finché non diventa maturo il suo sistema immunitario. LA placenta inoltre rappresenta un potente filtro per i parassiti del sangue, tuttavia risulta meno efficace contro virus, batteri e sostanze tossiche.

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PASSAGGIO DI FARMACI E SOSTANZE TERATOGENE

La maggior parte dei medicinali attraversa la placenta e può danneggiare l’embrione causando malformazioni.

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PRODUZIONE DI ORMONI

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Le fasi iniziali della gravidanza dipendono dall’attività ormonale materna. L’organo essenziale è il corpo luteo con la sua produzione di progesterone. Successivamente il ruolo è svolto dalla placenta che assume un ruolo endocrino fondamentale.

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PROCESSI E MOLECOLE

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GLI ORMONI DELLA PLACENTA

Gli ormoni prodotti dalla placenta sono: • Gonadotropina corionica umana (hCG) che serve per il mantenimento del corpo luteo. • Lattogeno placentare umano (hPL) che stimola lo sviluppo della mammella e riduce nella madre la sensibilità all’insulina assicurando un continuo rifornimento di zuccheri al feto. • Tireotropina corionica umana (hCT) che ha in azione simile a TSH e determina un aumento della secrezione dell’ormone tiroideo. • Corticotropina corionica umana (hCC) che aumenta i livelli di colesterolo necessari per costruire tutti gli altri ormoni steroidei della placenta. • Progesterone che può essere definito come l’ormone della gravidanza, infatti è indispensabile per il suo mantenimento. Esso agisce sulla muscolatura dell’utero mantenendola in uno stato di relativa quiescenza. Inibisce inoltre la risposta dei linfociti T che altrimenti riconoscerebbero il feto come un organismo estraneo. • Estrogeni che aumentano il flusso di sangue utero-placentare e stimolano la crescita uterina e lo sviluppo della ghiandola mammaria. La placenta e il feto costituiscono l’unità feto-placentare che rappresentano come una sorta di organo endocrino completo. La placenta produce anche alfa-endorfine (che causano vasodilatazione) e prostaglandine che sono coinvolte nell’inizio del travaglio.

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IMMUNITÀ E SVILUPPO DELL’EMBRIONE

La sorveglianza immunitaria è parte integrante della gravidanza e la placenta protegge l’embrione. Il sistema immunitario materno riconosce e reagisce agli antigeni fetali, infatti nella decidua sono presenti moltissimi linfociti NK. CFR. Libro

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ASPETTI CLINICI

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AMNIOS E LIQUIDO AMNIOTICO

La cavità amniotica si espande progressivamente ed entro l’8° settimana lo circonda completamente. L’espansione di essa è dovuta principalmente all’aumento di liquido amniotico, esso viene completamente rinnovato in circa 3 ore. Dalla 16° settimana il feto inizia a produrre urina aumentando il volume di liquido amniotico. Volumi scarsi di liquido amniotico (oligoidramnios) si possono avere nel caso di insufficienza del flusso di liquidi attraverso la placenta oppure nel caso di agenesia renale o di ostruzione delle vie urinarie. Il liquido va anche riassorbito e questo viene fatto principalmente dal feto che lo ingerisce e lo assorbe a livello intestinale. In caso di malassorbimento di liquido si ha polidramnios.

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ERITROBLASTOSI FETALE E IL FATTORE RH

Quando una donna Rh negativa concepisce un feto Rh positivo sviluppa una risposta immunologica con anticorpi antiRh. Nelle successive gravidanze con feto Rh positivo gli anticorpi superano la placenta e distruggono I globuli rossi fetali. Questa è nota come malattia emolitica del neonato e può portare alla morte in utero del feto. Per risolvere si possono dare alla madre subito dopo il parto anticorpi anti-Rh in modo da impedire la risposta immunitaria.

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LA PLACENTA NEI GEMELLI 50

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I gemelli dizigotici hanno sempre corion e amnios separati; invece per i gemelli monozigotici dipende. Nella maggior parte dei casi la divisione avviene in blastocisti e i due embrioni presentano due sacchi amniotici, un unico sacco corionica e una placenta in comune. Se la divisione avviene prima dell’impianto si svilupperanno due placente che a volte possono fondersi. In rari casi possono presentare una sola cavità amniotica quando si formano dalla divisione del disco germinativo bilaminare. Nel caso in cui la divisione non sia completa si formano I gemelli siamesi.

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