Esame Embriologia e organogenesi

Embriologia e organogenesi - Giovanni Luca

Ciclo ovarico

È l’insieme di modificazioni ciclicamente indotte dalle gonadotropine nelle ovaie sotto il controllo dell’ormone GnRH, ormone del rilascio delle gonadotropine, ogni 28 giorni circa.

È suddiviso in due periodi: fase follicolare e fase luteinica.

La fase follicolare va dal primo giorno in cui avvengono le mestruazioni fino al 14° giorno, selezione, sviluppo e ovulazione del follicolo dominante; in questa fase avviene la secrezione di estrogeni.

La fase luteinica va dal 14° giorno fino al giorno precedente delle mestruazioni successive, sviluppo del corpo luteo con secrezione prevalente di progesterone.

Lo spartiacque tra queste due fasi è l’ovulazione caratterizzata da un cambiamento nel muco e nel secreto cervicale, e un aumento della temperatura basale.

All’inizio della fase follicolare l’FSH stimola i follicoli antrali a completare la crescita, ma soltanto uno, quello che per primo raggiunge la dimensione maggiore, inizia a secernere estrogeno.

Nella seconda parte della fase follicolare il follicolo dominante produce sempre più estrogeni che stimolano l’ipofisi al rilascio massiccio di LH, che permette al follicolo di completare la sua maturazione. Sotto l’azione di questo ormone le cellule della granulosa diminuiscono la sintesi di estrogeni e iniziano a produrre progesterone. Questo processo di luteinizzazione inizia già prima dell’ovulazione ma viene completato successivamente con la formazione del corpo luteo.

Durante la fase luteinica l’elevata concentrazione di progesterone inibisce la secrezione di gonadotropine impedendo che altri follicoli antrali possano crescere e ovulare.

Ciclo uterino

La cavità dell’utero è rivestita da endometrio, epitelio cilindrico semplice da cui originano lunghe ghiandole tubulari, dal sottostante connettivo originano arterie con andamento spirale.

L’endometrio si distingue in due regioni: strato funzionale superficiale e strato profondo basale che rigenera lo strato funzionale dopo il flusso mestruale. Parallelamente al ciclo ovarico avvengono modificazioni ogni mese anche a livello uterino. Viene considerato giorno 1 del ciclo uterino il giorno della comparsa del flusso mestruale. I cambiamenti dell’utero hanno lo scopo di preparare l’endometrio ad accogliere l’embrione.

Può essere diviso in tre fasi:

• La fase proliferativa, successiva al periodo delle mestruazioni, coincide con la fase follicolare dell’ovaio, gli estrogeni stimolano la proliferazione delle cellule del fondo ghiandolare che rigenerano l’epitelio di rivestimento dello strato funzionale.
• A questa segue la fase secretiva, inizia dopo l’ovulazione con la secrezione del corpo luteo. Grazie al progesterone le ghiandole aumentano di volume per accumulo di secreto ricco di glicogeno e mucine. L’endometrio aumenta di spessore fino a 6 mm ed è pronto ad accogliere e nutrire l’embrione.
• Fase mestruale inizia 2 settimane dopo l’ovulazione se non è avvenuta fecondazione, il corpo luteo diventa corpo albicante, il progesterone si abbassa inducendo la fase ischemica, ovvero il progesterone induce una vasocostrizione delle arterie spirali dello strato funzionale impedendo al sangue di arrivare ai tessuti, questi vanno in necrosi e vengono distrutti con le mestruazioni.

Fecondazione

• Interazione spermatozoo/ovocita.
• Ripristino corredo diploide.

Lo spermatozoo primitivo è incapace di fecondare, questo perché nell’epididimo viene decapacitato da sostanze come la carnitina, sennò gli enzimi spaccherebbero tutto. Lo spermatozoo acquisisce la capacità di fecondare, capacitazione, durante il passaggio nelle vie femminili probabilmente per la presenza di calcio/progesterone che rimuovono le proteine decapacitanti.

All’interno delle vie femminili si muove grazie al flagello ma soprattutto grazie ai movimenti della muscolatura liscia. Lo spermatozoo raggiunge l’ovocita grazie a segnali chimici inviati dall’oocita: chemiotassi e grazie a segnali termici: termotassi; infatti, la temperatura nella tuba, dove avviene la fecondazione, è maggiore rispetto all’utero.

Interazione

• Spermatozoo penetra le cellule della corona radiata grazie ai colpi di coda, essendo queste cellule lasse riesce a superarle.
• A questo punto la zona adesine che si trova sulla membrana dello spermatozoo va ad interagire con le glicoproteine ZP1, ZP2, ZP3, ZP4, ZP5, ZP6 della zona pellucida. Alcune di queste si legheranno alla membrana mentre altre indurranno la reazione acrosomiale, ovvero, la proacrosina contenuta nella vescicola acrosomiale sotto la membrana dello spermatozoo, diventa acrosina e fuoriuscendo corrode la zona pellucida creando un canale di passaggio per arrivare all’oolemma, membrana dell’ovocita.
• Lo spermatozoo arriva così alla membrana dell’ovocita, perde la coda e una volta entrato avviene la reazione corticale, ovvero, i granuli corticali situati sotto l’oolemma si fondono tra loro formando una sostanza che salda gli spazi di ingresso. I due pronuclei si fondono e viene ripristinato il corredo diploide: si forma lo zigote.
• Ovocita bloccato in metafase II, viene sbloccato solo con la fecondazione, termina la meiosi II e viene emesso il secondo globulo polare.

Prima settimana

• Discesa.
• Impianto.
• Disco bilaminare.

A 24/30 h dalla fecondazione avviene la prima divisione mitotica che origina 2 blastomeri, sempre a livello dell’ampolla tubarica, e iniziano a dirigersi verso l’utero grazie alle ciglia dell’epitelio, cilindrico pseudostratificato, e ai movimenti della muscolatura liscia. Continuano nel mentre altre divisioni chiamate segmentazioni poiché non avvenendo sempre citodieresi o non producendo cellule di uguali dimensioni non possono essere definite mitotiche.

Al 3° giorno ho lo stato di morula, 36/64 cellule, che al 4° giorno giunge nella cavità uterina suddivisa in due tipi di cellule: quelle esterne chiamate trofoblasto e quelle interne chiamate embrioblasto o inner mass. Le cellule dello strato esterno presentano acquaporine che, presentando canali per il passaggio di acqua, fanno entrare liquido all’interno andando a formare la blastocisti. Questa è formata da uno strato di cellule esterne, trofoblasto, che circonda la inner mass e la blastocele, ovvero la cavità piena di liquido.

Grazie al progesterone l’utero può accogliere l’embrione perché si verifica un ispessimento della parete. La blastocisti è libera nell’utero per circa 2 giorni avvolta dalla zona pellucida, al 6/7° giorno avviene quindi lo sgusciamento: l’embrione esce dalla zona pellucida grazie ad enzimi proteolitici.

Iniziano dunque le tre fasi dell’impianto:

• Apposizione: il polo embrionale, quello dove è rivolta la inner mass, presenta dei microvilli che interagiscono con delle microprotusioni dell’endometrio, uterodomi. Ciò rallenta il rotolamento dello zigote nell’utero.
• Adesione: lo zigote e l’endometrio si uniscono stabilmente grazie alle proteine di adesione della blastocisti quali L-selectina e integrina che interagendo con i glucidi dell’endometrio bloccano il rotolamento del prodotto del concepimento nel punto di impianto. Il punto d’impianto è un punto preciso che si trova nel fondo dell’utero affinché non avvengano gravidanze tubariche o extrauterine.
• Invasione: il prodotto inizia a scendere nell’endometrio. L’enzima IDO, idolammina 2-3 deossigenasi, inizia a convertire il triptofano in chinurenine che stimolano il Treg a produrre citochine antinfiammatorie come interleuchina 1 o il TGF, affinché la madre possa tollerare il prodotto del concepimento e l’embrione non venga rigettato.

Una volta impiantato abbiamo un embrione bilaminare, infatti, la inner mass si specializza in due tipi di cellule: quelle rivolte verso il trofoblasto che si chiameranno epiblasto e quelle rivolte verso la blastocele che si chiameranno ipoblasto. È dalla inner mass che si origineranno i 3 foglietti germinativi e i 2 annessi embrionali.

Seconda settimana

• Tappo di chiusura e reazione deciduale.
• Cavità amniotica e sacco vitellino.
• 1° contatti con la madre.

Nella regione del polo embrionale le cellule del trofoblasto iniziano a specializzarsi in citotrofoblasto, a contatto con la inner mass e la blastocele, e sinciziotrofoblasto che invece è rivolto verso esterno. Il primo prolifera attivamente mentre il secondo si forma dalla proliferazione e fusione delle cellule del cito.

Il sincizio ha enzimi litici che erodono i vasi sanguigni della madre, al suo interno si formeranno quindi delle lacune che si riempiranno di sangue materno e avverrà il primo contatto embrione-madre.

Al 10° giorno quando l’embrione è completamente inglobato si forma il tappo di chiusura ovvero una cicatrice di fibrina dalla parte opposta del polo embrionale che ricuce l’endometrio rotto.

Avviene anche la reazione deciduale ovvero modificazioni morfologiche e funzionali dell’utero, inizia durante l’ovulazione e si completa dopo l’impianto grazie alla secrezione di HCG da parte dell’embrione. A livello epiteliale aumenta l’attività secretoria ghiandolare, l’inibizione della proliferazione cellulare, le arterie si spiralizzano, i fibroblasti si riempiono di glicogeno, proteine e lipidi. Ha la funzione di:

• Creare un ambiente nutritivo per l’embrione.
• Arrestare l’attività erosiva del sincizio.
• Creare un ambiente che eviti il rigetto.

All’8/9° giorno le cellule dell’epiblasto si staccano dal citotrofoblasto a causa della comparsa di una cavità piena di liquido secreto da loro stesse, questa cavità si ingrandisce velocemente e verrà denominata la cavità amniotica primitiva. Dall’epiblasto proliferano delle cellule che prendono il nome di amnioblasti. Gli amnioblasti andranno a formare una membrana amniotica che costituirà le pareti dell’amnios, contenente liquido amniotico: amnios definitivo. L’amnios insieme al sacco vitellino e al corion andrà a racchiudere completamente l’embrione e lo terrà immerso in un ambiente liquido per tutta la gravidanza.

Contemporaneamente alla formazione della cavità amniotica si ha la proliferazione di cellule dall’ipoblasto o dal citotrofoblasto, non è ancora chiaro, che vanno a rivestire internamente il citotrofoblasto e che saranno in continuità con l’ipoblasto, queste cellule costituiranno la membrana di Heuser. Lo spazio tra la membrana e l’ipoblasto sarà la cavità del sacco vitellino primario.

Tra la membrana e il citotrofoblasto iniziano a comparire delle cellule mesenchimali stellate immerse in una sostanza vischiosa che chiameremo magma reticolare o mesoderma extraembrionale. Il destino di queste cellule è incerto ovvero, secondo alcune ipotesi si addensano a ridosso del cito e della parete del sacco vitellino andando a formare due lamine: splancnopleura e somatopleura, mentre seconda l’altra ipotesi queste derivano da una nuova migrazione di cellule che rivestono la membrana di Heuser esternamente e il citotrofoblasto internamente.

Il sacco vitellino secondario si va a formare dalla strozzatura trasversale esercitata dalla splancnopleura, questo si strozza e diminuisce di volume. Alla fine della 2° settimana il magma reticolare è quasi completamente riassorbito e sostituito da una cavità piena di liquido: celoma extraembrionale.

A questo punto il mesoderma extraembrionale è distribuito come splancnopleura a rivestire il sacco vitellino definitivo, come somatopleura a rivestire l’amnios e formare il peduncolo di connessione che mantiene sospeso l’amnios, il vitellino e il disco bilaminare all’interno del celoma extraembrionale. È il punto dove in futuro si abbozzerà il cordone ombelicale.

Un diverticolo del sacco vitellino andrà a formare l’ultimo annesso embrionale nel peduncolo di connessione: allantoide è il precursore del cordone ombelicale, infatti, nei mammiferi attorno ad esso si formeranno i vasi sanguigni che collegheranno l’embrione alla placenta. Origina da un’invaginazione di endoderma che si sviluppa all’interno del peduncolo di connessione. Alla nascita, con la recisione del cordone ombelicale, la porzione interna dell’allantoide diventa un cordone fibroso: l’uraco, che mantiene l’apice della vescica attaccato alla parete addominale.

L’insieme del sinciziotrofoblasto, citotrofoblasto e mesoderma extraembrionale è chiamato corion e la cavità celomatica extraembrionale viene denominata cavità corionica.

Alla fine di questa settimana si stabilisce anche una rudimentale circolazione materno-fetale dall’interazione dei villi con il sangue materno. I villi primari sono delle proliferazioni colonnari di citotrofoblasto che vanno a contatto con il sangue materno all’interno delle lacune sanguigne, formatesi nel sincizio per erosione da parte dei suoi enzimi dei vasi materni. Con la formazione del mesoderma extraembrionale, questo si inserisce al centro dei villi aumentandone la superficie di assorbimento: villi secondari.

Terza settimana

Crescita enorme, all’inizio è 0,2 mm e alla fine 2/3 mm.

• Gastrulazione.
• Notocorda.
• Neurulazione.
• Divisione del mesoderma.
• Metamerizzazione.

Avviene la gastrulazione, ovvero il passaggio da embrione bilaminare a trilaminare. Questo inizia con la formazione della linea primitiva, ovvero un ispessimento dell’epiblasto indotto da alcune molecole prodotte dall’ipoblasto che occupa la parte caudale della linea mediana del foglietto germinativo. Lungo questa linea si svilupperà l’asse dell’embrione. Nell’estremità cefalica di questa linea si forma un piccolo rilievo, sempre per proliferazione di epiblasto, che si chiamerà nodo primitivo o di Hensen.

A livello della linea e del nodo iniziano quindi ad invaginarsi due ondate di cellule dall’epiblasto. La prima ondata intorno al 15° giorno va a sostituire l’ipoblasto e forma l’endoderma definitivo, la seconda ondata il 16° giorno va a interporsi tra epiblasto ed endoderma e formerà il mesoderma che si estende ovunque tranne a livello della membrana buccofaringea e cloacale. Ciò che resta dell’epiblasto formerà l’ectoderma.

Alcune cellule si invaginano a livello del nodo primitivo e vanno in direzione craniale verso la membrana buccofaringea andando a formare l’abbozzo della notocorda, l’asse attorno al quale si organizzeranno i corpi vertebrali e i dischi intervertebrali. Funzioni: serve come struttura assile per lo sviluppo della colonna vertebrale, agisce da induttore della formazione del tubo neurale.

Un cordone di cellule del mesoderma andrà a formare il processo notocordale che intorno al 17° giorno si cavita e forma il canale cordale, il 18° giorno si va a fondere con l’endoderma, le cellule a contatto si riassorbono andando a formare una doccia aperta: canale neuro enterico che mette in comunicazione l’amnios e il sacco vitellino per 24 h in modo tale che avvenga un passaggio di molecole. Si forma quindi una placca cordale che al 29° giorno ispessisce e va a ricongiungere i suoi 2 estremi formando un cordone cilindrico: la notocorda definitiva. Nell’uomo si riassorbe e rimane solo come nucleo polposo dei dischi intervertebrali.

Al 17° giorno le cellule di ectoderma poste sopra il nodo primitivo si ispessiscono indotte dalla notocorda e formano la placca neurale, la prima evidenza del sistema nervoso centrale. Questa è a forma di scudo. La parte superiore più ampia, darà origine all’encefalo mentre la parte inferiore al midollo spinale. La placca inizia a infossarsi nella zona mediana e prenderà la denominazione di doccia neurale.

Alla fine della 3° settimana i lati della placca si sollevano formando le pieghe neurali e convergono formando il tubo neurale e le cellule della cresta neurale, ovvero la porzione dei lati che rimane esterna al tubo; la chiusura del tubo neurale avviene intorno al 20° giorno in direzione cranio caudale. Alle due estremità si formeranno il neuroporo anteriore e il neuroporo posteriore che si chiuderanno solo successivamente, attorno al 24/26° giorno. I difetti di chiusura di questi due pori portano a due patologie chiamate anencefalia e spina bifida.

Alla terza settimana abbiamo anche la suddivisione del mesoderma:

• Mesoderma cordale: notocorda; che separa due lamine di mesoderma, una per lato.
• Mesoderma parassiale: subito al lato del tubo neurale; origina i somiti e quindi si occuperà della metamerizzazione.
• Mesoderma intermedio: avranno origine da qui le vie genitali.
• Mesoderma laterale: grazie all’azione di acquaporine si divide in due lamine per lato, mesoderma splancnico e mesoderma somatico. Il primo darà origine alle sierose viscerali, apparato cardiocircolatorio, muscolatura liscia e gonadi. Mentre il somatico darà origine alle sierose parietali. Il celoma, liquido che si trova tra i due foglietti di mesoderma, darà origine alle cavità sierose tra i due foglietti.

Metamerizzazione

È la segmentazione cranio caudale del mesoderma parassiale. Si formano ai lati del tubo neurale dei gruppi di cellule chiamati somitomeri, prima cranialmente poi scendendo, organizzati in epitelio pseudostratificato che delimita una cavità, somitocele. Dopo pochi giorni, frammentano, i primi 7 degenerano, e si formano circa 3 paia di somiti al giorno per un totale di 36/38 per lato.

Ogni somite si evolve in tre strutture: sclerotomo, dal quale avranno origine coste e vertebre, miotomo, dal quale origineranno i muscoli e il dermatomo che darà origine al derma. Per formare lo sclerotomo le cellule ventro-mediali del somite migrano attorno alla notocorda e al tubo neurale. La prima ondata di cellule è proprio questa e originerà le vertebre, alcune prolifereranno anche lateralmente per formare le coste/sterno. Il miotomo si divide in epiassiale che originerà i muscoli centrali, del dorso e della colonn