Concetti e nozioni di Embriologia

Embriologia - Riassunti

Richiamo alla gonadogenesi

Le cellule che danno origine ai gameti si differenziano dall'ectoderma primario (epiblasto) alla 2^a settimana. Da qui migrano nel sacco vitellino e prendono il nome di cellule germinali primordiali. Nella 4^a settimana dal sacco vitellino ritornano nell'embrione collocandosi nella parte posteriore del tronco all'altezza della 10^a vertebra toracica dove avranno origine le gonadi. (Durante quest'ultima migrazione alcune cellule possono arrestarsi prima dando origine a tumori- teratomi).

L'arrivo delle cellule germinali primordiali in questa regione stimola l'epitelio celomatico a proliferare formando cordoni sessuali primitivi (corticali e midollari) che avvolgono le cellule germinali primordiali. I cordoni formano 2 rigonfiamenti dell'epitelio celomatico, ai lati della colonna vertebrale e ventralmente al mesonefrio: le creste genitali che rappresentano gli abbozzi delle gonadi. Le cellule dei cordoni andranno a costituire le cellule follicolari dei follicoli ovarici nella femmina e le cellule del Sertoli dei tubuli seminiferi nel maschio.

Gametogenesi

Insieme dei processi di meiosi e differenziazione che trasformano le cellule germinali primordiali in gameti (cellula germinale matura: spermatozoo - ovocita). La gametogenesi presenta sostanziali differenze nei due sessi, anche a livello cronologico:

Spermatogenesi (maschio)

• Inizia nella pubertà e continua per tutta la vita.
• Un ciclo di spermatogenesi ha una durata di 64 giorni ed è un processo che si compone di varie tappe:
  1. Mitosi degli spermatogoni
  2. Meiosi degli spermatociti
  3. Spermiogenesi degli spermatidi.

Durante la pubertà aumenta notevolmente la produzione di testosterone a cui si devono: caratteri sessuali secondari, maturazione dei tubuli seminiferi, inizio spermatogenesi. Le cellule di Sertoli si differenziano in un sistema di tubuli seminiferi. Le cellule germinali fino a quel momento quiescenti vanno incontro a proliferazione e differenziamento a dare gli spermatogoni che si posizionano a ridosso della membrana basale nell'epitelio dei tubuli seminiferi intercalati tra le cellule di Sertoli che li separano così dal lume dei tubuli.

Per mitosi dagli spermatogoni si originano gli spermatociti primari (cellule che si avviano alla meiosi) che completeranno la spermatogenesi mentre vengono gradualmente trasferite dalla parte basale a quella luminare dell'epitelio dei tubi seminiferi. Durante il percorso avviene un processo di meiosi, con cui si ottengono gli spermatidi (spermatociti definitivi) e un processo di modificazione di questi ultimi, a dare infine gli spermatozoi, chiamato spermiogenesi.

La meiosi si compone di due divisioni:

• Meiosi I: uno spermatocita primario dà origine a due spermatociti secondari con numero aploide di cromosomi (23) ancora duplicati (2n). Avviene il crossing over per gli spermatociti secondari presentano tra loro differenze geniche ancora maggiori.
• Meiosi II: i due spermatociti secondari si dividono (senza replicare il proprio DNA) dando origine a quattro spermatidi dal numero aploide di cromosomi a singolo filamento (1n).

La spermiogenesi permette di ottenere spermatozoi dotati di:

• Testa contenente il nucleo incappucciato da una struttura vescicolare apicale (acrosoma) contenente enzimi litici.
• Coda costituita da una struttura microtubulare, comprendente un segmento intermedio in cui sono presenti mitocondri disposti a spirale (producono l'energia necessaria alla motilità caudale).

La spermatogenesi può considerarsi conclusa con l'ingresso degli spermatozoi nel lume dei tubuli seminiferi (spermiazione) (la maturazione finale dello spermatozoo prende il nome di capacitazione e consiste in modificazioni essenziali dell'acrosoma: questa avviene nelle vie genitali femminili).

Ovogenesi (femmina)

È un processo discontinuo: inizia durante la vita fetale, attraversa un periodo di quiescenza fino alla pubertà e si completa ciclicamente ogni mese. Le cellule germinali, una volta formatesi le creste sessuali incominciano a proliferare e differenziarsi in ovogoni. Alla 12^a settimana gli ovogoni entrano in meiosi e si fermano in profase I diventando quiescenti. Il nucleo nel contempo si ingrossa incamerando molta acqua (vescicola germinale).

Gli ovociti primari così fermatesi vengono rivestiti da uno strato di cellule dei cordoni sessuali andando a formare strutture chiamate follicoli primordiali. La seconda fase dell'ovogenesi prende il via con il sopraggiungere della pubertà (menarca) e si colloca all'interno del ciclo mestruale determinato e controllato dalla produzione di ormoni ipotalamici, ipofisari e ovarici. Durante ogni ciclo mestruale (durata 28 giorni) si assiste a:

• Maturazione di un singolo (max due) ovocita e ricostruzione dell'endometrio (fase proliferativa) 5^a-14^a
• Espulsione dall'ovocita (ovulazione) 14^a
• Evoluzione del follicolo in un corpo luteo (fase secretoria) 14^a-28^a
• Degenerazione della mucosa uterina e del corpo luteo (fase mestruale) 0-5^a

Si iniziano a contare i giorni del ciclo a partire dalla prima mestruazione poiché, anche se in realtà questa rientra nella fase finale, costituisce l'unico riferimento visibile di tutto il ciclo. Al 5^a giorno dalla prima mestruazione l'ipotalamo produce l'ormone di rilascio delle gonadotropine (GnRH) che attiva per l'appunto la produzione degli ormoni follicolostimolante (FSH) e luteinizzante (LH) da parte dell'ipofisi.

Fase proliferativa

Con la produzione del FSH un gruppo (5-12) follicoli incomincia a maturare: l'epitelio da stratificato si fa cubico e le cellule, insieme all'ovocita, dotano quest'ultimo della zona pellucida. L'epitelio di questi follicoli incomincia ad aumentare di dimensioni formando una capsula pluristratificata: follicoli in accrescimento. Alcuni di questi follicoli degenerano mentre altri continuano ad accrescersi formando una zona cava piena di liquidi chiamata antro: follicoli antrali. Il connettivo intorno a questi follicoli si differenzia formando due teche, interna e esterna. Mano a mano che continua l'accrescimento un solo follicolo riesce a completare la maturazione mentre gli altri degenerano. Il follicolo vescicoloso maturo risulta quindi formato dall'ovocita che si affaccia nell'antro, circondato da un gruppo di cellule epiteliali (cumulo ooforo).

Ovulazione

Il 13^a-14^a giorno del ciclo, si riscontra un aumento della produzione delle gonadotropine (picco preovulatorio) che ha due conseguenze:

• L'ovocita quiescente in profase I riprende improvvisamente il processo mitotico dando origine al primo globulo polare (cellula inattiva) e all'ovocita secondario. Entrambi intraprendono la seconda divisione della meiosi e, mentre il globulo polare darà origine ad altri 2 globuli polari, l'ovocita secondario si blocca in metafase II.
• Il follicolo si vascolarizza e diventa edematoso, come in una risposta infiammatoria, ed infine si rompe (40 ore dopo il picco preovulatorio) espellendo l'ovocita con attaccata una parte del cumulo ooforo (ovulazione). Questo complesso migra nell'ampolla e rimane vitale 24 ore prima di perdere la capacità di essere fecondato.

Modificazioni uterine

Le cellule follicolari intanto già dal 5^a giorno iniziano, sotto l'effetto delle gonadotropine e insieme alle cellule tecali, a secernere estrogeni che hanno il compito di rigenerare l'endometrio sfaldatosi nella precedente mestruazione.

Fase secretoria

Dopo l'ovulazione le restanti cellule del follicolo scoppiato proliferano e si differenziano in epitelio ghiandolare endocrino dando origine al corpo luteo. Quest'ultimo produce il progesterone che avrà il compito di rendere ipertrofico l'endometrio in previsione di ricevere l'embrione. Se lo zigote non si impianta, il corpo luteo degenera dopo 14 giorni (corpo albicante) e la mucosa uterina si sfalda a dare una nuova mestruazione.

Fecondazione

Gli spermatozoi vitali incontrano il cumulo nell'ampolla della tuba e incominciano a penetrare per raggiungere l'ovocita. Il contatto di uno spermatozoo con i recettori della zona pellucida induce il rilascio degli enzimi dell'acrosoma che permettono allo spermatozoo di entrare e fondere il proprio plasmalemma con quello dell'ovocita grazie a ponti microtubulari. La penetrazione comporta due eventi:

• La zona pellucida diviene impenetrabile ad altri spermatozoi
• L'ovocita si riattiva completando la meiosi II producendo il terzo globulo polare e l'ovocita definitivo.

Ora è presente un'unica cellula che ospita al suo interno i due protonuclei, femminile e maschile, i quali si fondono dando vita allo zigote con corredo cromosomico diploide.

Prima settimana

Nelle prime 24 ore dalla fecondazione incomincia il processo di segmentazione embrionale che porta a varie divisioni cellulari dello zigote senza però accrescimento, per cui all'interno della zona pellucida il volume dell'embrione non aumenta nonostante si producano varie cellule (blastomeri). Al terzo giorno i blastomeri sono diventati 8 e questi iniziano un processo di compattazione che porta all'adesione di alcune cellule alla periferia e la segregazione di altre al centro. Questa compartizione determinerà il futuro differenziamento della massa cellulare interna (embrioblasto) nell'embrione vero e proprio e della massa cellulare esterna (trofoblasto) nella placenta e annessi.

Al quarto giorno i blastomeri sono circa 32 e determinano nell'embrione l'aspetto di morula. Questa incomincia ad assorbire liquidi che si vanno a raccogliere nella parte interna grazie a giunzioni occludenti che si formano tra le cellule del trofoblasto, determinando col crescere della pressione idrostatica la formazione di una grande cavità (blastocele) che costringe l'embrioblasto ad aderire al trofoblasto, organizzatosi a formare un epitelio monostartificato, su un lato che prende il nome di polo embrionale mentre quell'opposto viene a chiamarsi polo abembrionale.

Al quinto giorno la zona pellucida viene lisa e la blastocisti può così prendere contatto con l'endometrio che è pronto a recepire l'embrione grazie all'azione del progesterone. L'impianto della blastocisti nell'utero determina:

• Aumento della vascolarizzazione e sviluppo delle ghiandole endometriali
• Lo stroma endometriale diventa la decidua, differenziatesi grazie al progesterone, che si ispessisce e secerne fattori di crescita e metaboliti (reazione deciduale)
• Il trofoblasto incomincia a produrre la gonadotropina corionica umana (hCG) che fa in modo che il corpo luteo resti in funzione fino alla 12^a settimana quando degenererà per lasciare la produzione di progesterone alla sola placenta.

Impianti della blastocisti in posizioni anomale determinano gravidanze ectopiche che possono essere rischiose per la madre provocando la rottura dei vasi sviluppatesi nella zona non adatta a contenere le dimensioni in accrescimento dell'embrione. (Gravidanze ectopiche sono riconoscibili per dolori e emorragie).

Gemelli

Provenienti da:

• Due ovociti -> gemelli eterozigoti
• Separazione allo stadio di due blastomeri -> gemelli bicoriali - biamniotici
• Separazione al passaggio dalla morula alla blastocisti -> gemelli monocoriali - biamniotici
• Formazione di due linee primitive -> gemelli monocoriali - monoamniotici (spesso siamesi)

Seconda settimana

Evoluzione trofoblasto

Il contatto con l'endometrio induce la proliferazione del trofoblasto del polo embrionale con modalità di sincizio (sinciziotrofoblasto). Questo comincia a farsi strada nell'endometrio in modo che la blastocisti si ritrova a penetrare nella mucosa uterina, attraverso la secrezione di proteasi della matrice, fino ad affondarvici completamente. Contemporaneamente il trofoblasto che ricopriva la cavità del blastocele si differenzia anch'esso a dare il citotrofoblasto.

Evoluzione embrioblasto

L'embrioblasto si differenzia in una struttura chiamata disco germinale bilaminare in quanto composto di due foglietti: uno interno rivolto verso il blastocele (ipoblasto) e uno più esterno (epiblasto).

Cavità amniotica

Si forma tra le cellule dell'epiblasto per assorbimento di acqua: le cellule dell'epiblasto che si trovano schiacciate tra il citotrofoblasto e la nuova cavità (amnios) andranno a formare la membrana amniotica. La cavità amniotica subirà un progressivo aumento delle dimensioni fino a avvolgere completamente l'embrione all'8^a settimana.

Sacco vitellino e cavità coriale

Le cellule dell'ipoblasto si espandono a ricoprire il citotrofoblasto, che delimitava il blastocele, a formare la membrana di Heuser (epitelio pavimentoso semplice < endoderma). Tra questa e il citotrofoblasto viene secreto un ampio strato di magma reticolato. Il blastocele prende ora il nome di sacco vitellino primario. Le cellule ai lati dell'epiblasto incominciano a espandersi andando a delimitare il magma reticolato; una parte aderente alla membrana di Heuser (mesoderma extraembrionale somatopleurico) e un'altra a contatto con il citotrofoblasto (mesoderma extraembrionale splancnopleurico). Queste cellule formano il mesoderma extraembrionale.

Il magma reticolato viene quindi sostituito da liquido che va a disegnare una nuova cavità (cavità coriale o celoma extraembrionale) in espansione. Questa ingrandendosi circonda il sacco vitellino primario che si strozza a livello equatoriale, sospingendone una parte, che andrà a scomparire (vescicole esocelomiche), verso il polo abembrionale, mentre la parte aderente al disco embrionale andrà a costituire il sacco vitellino definitivo. Il sacco vitellino scompare dopo la nascita ma può lasciare una struttura anomala nel canale digerente chiamata diverticolo di Meckel. La cavità coriale ha intanto circondato quasi completamente il complesso formato dal disco embrionale, al quale si attaccano ventralmente il sacco vitellino e dorsalmente l'amnios, che risulta sospeso nella cavità grazie al peduncolo embrionale formato da mesoderma extraembrionale.

Durante la 2^a-3^a settimana incomincia a svilupparsi il sistema circolatorio utero placentare, in particolare i villi ancoranti primari, secondari e poi terziari.

Terza settimana

Gastrulazione

Sulla superficie amniotica del disco embrionale si viene a formare un solco primitivo mediano che lo percorre fino a metà della sua lunghezza; termina con una fossetta primitiva circondata da tessuto eminente, nodo primitivo. Questa struttura è detta linea primitiva e si sviluppa su quello che sarà poi l'asse di simmetria dell'individuo: da ora in poi le strutture che si formeranno terranno conto di questa simmetria. Le cellule dell'epiblasto cominciano a migrare nel tessuto sottostante del disco, attraverso la fessura della linea primitiva, provocando modifiche che portano alla formazione del disco embrionale trilaminare. I tre foglietti che compongono questo disco sono tutti di derivazione epiblastica:

• Endoderma < sostituzione dell'ipoblasto.
• Mesoderma < interposizione di cellule dell'epiblasto tra quest'ultimo e l'endoderma.
• Ectoderma < l'originario epiblasto.

Col procedere della gastrulazione la linea primitiva si ritira verso la sua porzione caudale dove lascia una massa di mesoderma che prende il nome di eminenza caudale (in posizione oppostopolare alla piastra precordale); questa, cavitandosi, formerà la parte più caudale del tubo neurale e i somiti sacrali e coccigei.

Membrane buccofaringea e cloacale

Queste membrane derivano da depressioni dell'ectoderma, una craniale e una caudale, che prende contatto con l'endoderma isolando così le due piccole porzioni terminali di mesoderma da quella centrale. Queste due membrane (a struttura bilaminare) si lacereranno più avanti per dare origine rispettivamente all'apertura orale (4^a settimana) e a quelle anale e genitale (7^a settimana).

Evoluzione mesoderma

Le cellule andate a costituire il mesoderma, a seconda del sito di migrazione si condensano a creare varie strutture:

• Processo notocordale: occupa la parte centrale della linea mediana. Il processo notocordale, inizialmente cavo (20^a giorno), si fonde con il pavimento endodermico sottostante dando origine alla placca notocordale. Al 23^a giorno questa si evagina verso il mesoderma e si stacca completamente per ritornare al sito di origine, questa volta come cordone solido (notocorda): questa ha un ruolo fondamentale nel ripiegamento embrionale e nell'induzione al differenziamento di altri tessuti.
• Piastra precordale: ammasso di cellule mesodermali poste cranialmente al processo notocordale. Induce alcune tra le strutture craniali del corpo.
• Mesoderma parassiale: coppia di addensamenti cilindrici che incominciano ad organizzarsi in coppie di corpi rotondi (somitomeri) ai lati della notocorda. A parte i primi sette somitomeri, i restanti si differenziano ulteriormente in somiti che percorrono lateralmente la notocorda dalla regione occipitale a quella caudale (segmentazione). La formazione dei somiti continua nella 4^a settimana e procede immediatamente dopo quella della notocorda in senso cranio-caudale.
• Mesoderma intermedio: coppia addensamenti cilindrici lateralmente al mesoderma parassiale. Formeranno gran parte dell'apparato escretore.
• Mesoderma laterale: posta ancora più lateralmente si differenzia in due strati: uno ventrale associato all'endoderma (splancnopleura) e l'altro dorsale associato all'ectoderma (somatopleura). La somatopleura intraembrionale si continua con quella extraembrionale.

Piastra neurale

Le cellule dell'ectoderma poste cranialmente alla linea primitiva, iniziano a differenziarsi e proliferare col retrocedere di questa.