Embriologia Generale

EMBRIOLOGIA

GENERALE

Prof. Amelio Dolfi

Corso di Laurea in

MEDICINA E CHIRURGIA

a.a. 2014-2015 A.B.

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EMBRIOLOGIA

L’embriologia letteralmente è lo studio descrittivo dell’embrione, in pratica però è lo studio dello sviluppo

embrionale, perché l’embrione non ha una morfologia definita, è una struttura in continuo divenire. Si può

descrivere lo sviluppo embrionale in senso stretto, definito studio dell’ontogenesi, cioè tutta quella serie di

modificazioni e processi ai quali va incontro la cellula uovo dal momento in cui viene fecondata fino a che

non scaturisce un nuovo individuo. Tuttavia si può intendere lo studio dello sviluppo embrionale anche in

senso più ampio, parlando di studio della filogenesi, ossia l’evoluzione della specie. Con questa definizione

si intendono tutte le trasformazioni verificate nell’evoluzione della specie da esseri più semplici, a esseri più

evoluti fino alla specie umana.

L’embriologia è stata oggetto degli studi di molti autori, perché incuriositi da ciò che avveniva sotto l’occhio

umano (Ippocrate aveva intravisto la possibilità dell’esistenza di due semi, uno maschile e uno femminile;

Aristotele prospettava che l’embrione derivasse dall’unione del seme maschile con il sangue femminile;

Galeno riconosce l’esistenza di un seme femminile; Da Vinci raffigurò l’embrione nelle varie posizioni; molti

autori si sono dedicati allo studio dello sviluppo dell’embrione di altri animali, come quello di pollo, che ha

suscitato interesse in Fabrizio d’Acquapendente, Malpighi, Harvey; Graaf cominciò a disporre di strumenti

più avanzati e pensò di aver individuato nell’ovaio della donna la cellula uovo femminile, confondendola in

realtà con i follicoli che contengono la cellula uovo stessa; infine Von Baer, Muller e Haekel ebbero il merito

di correlare studi descrittivi che misero a punto la base dell’embriologia moderna ed estrapolarono leggi

secondo le quali nella ontogenesi dell’uomo si potevano individuare familiarità con lo sviluppo di specie

lontane dalla scala evolutiva dell’uomo..). Scienziati italiani come d’Acquapendente, da Vinci e Malpighi,

conosciuti come i grandi anatomisti del Rinascimento, posero le basi per lo sviluppo sia dell’Embriologia

descrittiva che di quella sperimentale. Fino alla metà del secolo successivo, le idee di Harvey e dei suoi

sostenitori furono in contrasto con l’idea di preformismo, che riteneva già presenti nell’uovo o nello

spermatozoo tutte le strutture corporee. La teoria preformista fu sostenuta per la prima volta dall’olandese

Jan Swammerdam, il quale negò che negli insetti esistesse una vera metamorfosi: la farfalla, per esempio, è

già presente interamente, con gli organi già distinti, nelle uova del bruco. Tutti i germi preesistevano

dall’inizio del mondo, essendo la creazione un atto unico. Pertanto al momento della creazione nelle ovaie

di Eva si trovavano in miniatura tutti gli uomini destinati a nascere fino alla fine del mondo. Lo sviluppo

degli esseri viventi non era altro che svolgimento delle parti impacchettate nel germe con successive

mutazioni quantitative. Il miglioramento del microscopio permise nuove osservazioni al biologo tedesco

Kaspar Wolff che nel 1774 pubblicò la Theoria generationis, considerato il fondamento dell’Embriologia

moderna: si oppose alle idee dei preformisti e dimostrò la gradualità del processo di sviluppo embrionale, o

epigenesi.

L’embriologia è articolata in diverse branche, le principali sono: l’embriologia umana e l’embriologia

comparata. La prima può essere distinta in generale e speciale. Lo studio dell’embriologia generale riguarda

tutto ciò che avviene prima della fecondazione (produzione dei gameti), comprende la fecondazione e poi

lo studio del gamete e della creazione delle cellule che costituiscono il corpo umano, arrivando alla

formazione dei foglietti embrionali. L’embriologia speciale invece parte dalla formazione dei tre foglietti e

ci dice come questi foglietti possano organizzarsi per formare tessuti e abbozzi degli organi, e poi come

questi abbozzi si evolvano per dare origine a sistemi e apparati. L’embriologia comparata si occupa di

mettere in relazione lo sviluppo genetico di varie specie e di vedere nella filogenesi quali sono gli aspetti

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che hanno portato a uno sviluppo avanzato. La teratologia è lo studio di quello che succede a livello

descrittivo e molecolare quando ci sono anomalie nello sviluppo embrionale.

CELLULA UOVO

Lo studio della cellula uovo è quello che destava più: come mai non c’è correlazione tra le dimensioni

dell’uovo e il risultato che ne scaturisce? come mai le uova hanno dimensioni diverse? Si è visto che nelle

cellule uovo, o cellule germinali femminili, ci sono due componenti: il citoplasma, come in tutte le altre

cellule somatiche, e il deutoplasma, un materiale nutritizio, rapportabile ad agglomerati proteici di varia

natura, necessario per le fasi dello sviluppo dello zigote. Tutte le cellule uovo hanno quantità di

deutoplasma rapportate alle esigenze dello sviluppo embrionale, se non a tutte le fasi, almeno a quelle

iniziali. Il deutoplasma, a differenza del citoplasma, non è presente in quantità identiche in tutte le cellule

uovo, per questo si può fare una classificazione delle cellule uovo che tiene conto della quantità del

deutoplasma. Possiamo distinguere uova oligolecitiche, povere di deutoplasma, e uova telolecitiche, che

invece hanno un’abbondante quantità di deutoplasma. Queste possono essere ulteriormente distinte:

possono esserci cellule uovo in cui il citoplasma è concentrato in un polo e il deutoplasma nel polo opposto,

ma con una regione intermedia in cui le due parti sono frammiste. Questa è la situazione tipica delle cellule

uovo della rana. Si parla di uova telolecitiche a scarso differenziamento polare. Si ha poi una situazione più

estrema in cui si ha un’enorme quantità di deutoplasma e il citoplasma galleggia su questa massa

deutoplasmatica sottostante perché è più leggero, quindi si parla di uova a netto differenziamento polare

ed è una condizione tipica delle uova di pollo. Le uova oligolecitiche si trovano nei cefalocordati, animali

che nella scala zoologica vengono prima dei vertebrati, dove c’è una struttura che rappresenta l’asse del

corpo ma non hanno una vera e propria colonna. Si parla anche di uova primarie o di prima intenzione: la

natura li aveva dotati di poco deutoplasma perché si tratta di uova che si sviluppano in ambiente acquatico

e quindi l’embrione può attingere da questo ambiente per nutrirsi; inoltre questi animali hanno un periodo

di latenza, ossia il periodo che intercorre fra la fecondazione e la formazione definitiva del nuovo essere,

piuttosto breve, quindi non hanno bisogno di grandi quantità di deutoplasma. Tuttavia, si trovano uova

oligolecitiche anche nei mammiferi placentati, compreso l’uomo, ma in questo caso si tratta di uova

secondarie o di seconda intenzione, in quanto nella filogenesi vengono dopo le uova telolecitiche a netto

differenziamento polare; cioè dopo che nella scala zoologica c’è stata un’ampia gamma di specie in cui le

uova erano telolecitiche c’è stato un cambiamento evolutivo che ha riportato le uova a contenere una

minore quantità di deutoplasma, per questo motivo si parla di seconda intenzione. Infatti ci si aspetterebbe

che le uova umane siano ricche di deutoplasma perché non si trovano in un ambiente acquatico e perché

presentano uno sviluppo embrionale piuttosto lungo, perciò necessitano di nutrienti. Invece le uova

telolecitiche a scarso differenziamento polare si trovano negli anfibi, animali che depongono le uova in

ambiente acquatico con periodo di latenza un po’ più lungo; mentre le uova telolecitiche a netto

differenziamento polare si trovano nei sauropsidi, rettili e uccelli, ma anche nei primi mammiferi, tra cui

monotremi e marsupiali.

Cos’è che è cambiato dopo monotremi e marsupiali per cui nella filogenesi si passa da uova telolecitiche a

netto differenziamento polare a uova oligolecitiche di seconda intenzione? Quello che cambia è che nei

mammiferi placentati compare un nuovo organo, l’utero, in cui si può formare la placenta per mezzo della

quale si instaurano rapporti tra madre e feto che eliminano la necessità del deutoplasma perché i nutrienti

possono passare dal sangue materno a quello fetale attraverso la placenta, consentendo un nutrimento più

appropriato. 3

Si possono classificare le cellule uovo anche in base alle modalità di divisione dopo essere state fecondate,

infatti nelle varie tipologie di uova l’evoluzione è diversa e si possono descrivere processi di segmentazioni

diversi. Questo perché il deutoplasma incide sulle modalità di divisione: più è abbondante il deutoplasma e

più è difficoltoso il processo di divisione, perché il deutoplasma è inerte rispetto a questi processi di

divisione. Si parla di uova oloblastiche quando la segmentazione è totale, cioè i piani di segmentazione

dividono completamente la cellula uovo in un numero sempre maggiore di altre cellule, per cui le uova

oligolecitiche sono oloblastiche perché contengono scarse quantità di deutoplasma e quindi sono

facilmente suddividibili. Nelle uova telolecitiche a scarso differenziamento polare succede invece che la

divisione è più difficile, ma essendoci comunque abbastanza citoplasma il piano di divisione si forma lo

stesso, quindi anche queste uova hanno come esito una segmentazione totale e sono oloblastiche. Nelle

uova telolecitiche a netto differenziamento polare la divisione è impossibilitata dalla preminente

abbondanza di deutoplasma, per cui viene suddivisa solo la superficie contenente la minima parte di

citoplasma; solo dopo varie fasi di sviluppo si arriva ad avere una stratificazione cellulare, anche se le

cellule più a contatto con il deutoplasma continuano ad essere aperte verso il deutoplasma sottostante.

Queste uova si chiamano meroblastiche e la segmentazione è parziale. LA CELLULA UOVO UMANA è

OLIGOLECITICA DI SECONDA INTENZIONE E OLOBLASTICA.

Ipofisi: ruolo nella gametogenesi (capitolo della neurosecrezione)

La ghiandola ipofisaria produce sostanze ormonali che regolano la gametogenesi. È una ghiandola molto

piccola a forma di pisello di diametro massimo di 1cm circa ed è localizzata all’interno della scatola cranica,

in una insenatura dell’osso sfenoide che prende il nome di sella turcica. Questa ghiandola è collegata

mediante un peduncolo a una parte dell’encefalo che le sta al di sopra, il diencefalo, questo collegamento si

chiama peduncolo ipofisario o peduncolo ipotalamo-ipofisario; infatti il diencefalo è costituito da una parte

più dorsale che si chiama epitalamo, una parte che sta al di sotto chiamata talamo e una parte più ventrale,

più vicina allo sfenoide, che si chiama ipotalamo ed è la parte che il peduncolo collega all’ipofisi. Nell’ipofisi

si possono distinguere tre zone: una parte anteriore chiamate adenoipofisi di origine ectodermica e una

posteriore o neuroipofisi di origine neuroectodermica, collegata all’ipotalamo mediante il peduncolo

ipofisario; tra queste due c’è una terza zona detta parte intermedia. Questa ghiandola comincia a formarsi

nella quarta settimana dello sviluppo embrionale, quando l’embrione presenta una regione cefalica con

una prominenza da cui avrà origine la testa che prosegue con un avvallamento, lo stomodeo o fossetta

vocale primitiva, che è un primo abbozzo della cavità orale. All’interno della zona cefalica si ha l’evoluzione

del tubo neurale con diverse vescicole. Dalla parete che riveste esternamente la volta dello stomodeo si

origina una proliferazione, un gettone cellulare solido, che si spinge verso l’alto e va in vicinanza della

vescicola che si trova nella parte più anteriore del tubo neurale, nel prosencefalo a livello del quale si sta

differenziando il diencefalo. Da questa vescicola prosencefalica si forma un’altra proliferazione che forma

un cordone solido che scende verso il basso e si inserisce dietro al gettone originato dalla volta dello

stomodeo. A questo punto la volta dello stomodeo è formata da ectoderma, dal foglietto che riveste

esternamente tutto il corpo dell’embrione, per cui questo gettone solido è di origine ectodermica, mentre

l’altro gettone proveniente dal diencefalo è di natura neuroectodermica, perché il tubo neurale è di natura

neuroectodermica. Quando si forma l’osso sfenoide il tessuto osseo va a circondare queste due strutture,

derivate una dell’ectoderma e una dal neuroectoderma, e agisce in modo da distruggere il segmento che

univa quella che ormai sta diventano la adenoipofisi dall’ectoderma e questo tessuto osseo va a formare la

sella turcica. Sul versante dorsale invece non si chiudono i bordi dell’osso sfenoide, per cui la parte

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posteriore dell’ipofisi originata dal neuroectoderma mantiene il suo collegamento, che è quello che

abbiamo chiamato peduncolo ipofisario. L’ipofisi ha quindi una duplice origine.

La neuroipofisi contiene cellule dette pituociti e due ormoni, ADH o ormone antidiuretico o adiuretina o

vasopressina, che controlla il riassorbimento dell’acqua a livello dei tubuli renali, perciò se manca si ha il

diabete insipido (vs diabete mellito dovuto all’assenza di insulina), così chiamato per l’eccessiva perdita di

urina che però è povera di glucosio. L’altro ormone è l’oxitocina, che stimola le contrazioni uterine al

momento del parto, ma agisce anche sui centri dell’affettività e per questo è chiamato anche ormone

dell’amore. La neuroipofisi è un serbatoio di questi ormoni, che però non vengono prodotti in questa

ghiandola, per cui si pone il problema di capire come fanno a raggiungere la neuroipofisi. Si è dimostrato

che nell’ipotalamo ci sono dei neuroni raggruppati in due nuclei, chiamati nuclei sopraottico e

paraventricolare, e capaci di produrre questi due ormoni. Per mezzo dei prolungamenti nervosi che

svolgono la funzione di trasporto assonico, le sostanze sintetizzate nei due nuclei vengono traghettate nella

neuroipofisi e questo è possibile perché è rimasto il peduncolo ipotalamo-ipofisario, che mantiene un

collegamento fra neuroipofisi e ipotalamo. Può succedere che rimangano delle cellule di natura

ectodermica nella zona della sella turcica che portino a una conseguente proliferazione in grado di dare

origine a tumori detti craniofaringei.

L’adenoipofisi ha origine dall’ectoderma, che forma le cellule epiteliali e che producono vari ormoni.

L’ormone somatotropo o della crescita (GH o STH), l’ormone tireostimolante (TSH), l’ormone

adrenocorticotropo (ACTH) e poi ormoni correlati alla gametogenesi detti gonadotropine ipofisarie:

ormone luteinizzante (LH), ormone follicolostimolante (FSH) e la prolattina o ormone luteotropo (LTH).

Questi ormoni agiscono su specifici bersagli. Si intende organo bersaglio di un ormone quell’organo le cui

cellule, o tipi cellulari specifici che costituiscono la parte funzionante di quell’organo, sono dotati di

recettori per quell’ormone. I recettori ormonali sono quei dispositivi molecolari che servono per legare

specificamente una sostanza ormonale e in relazione a questo legame, in risposta a cascata, danno il via a

meccanismi di sintesi o attivazione di altre molecole. Vi sono due tipologie di sostanze ormonali: ormoni di

natura peptidica, peptidi a catena piuttosto corta, formati da un numero limitato di amminoacidi, e sono

ormoni che agiscono su recettori che si trovano sulla membrana delle cellule bersaglio, perchè le sostanze

di natura proteica non possono attraversare liberamente il doppio strato lipidico (es. ormoni

dell’adenoipofisi). Quando avviene il legame tra ormone e recettore in risposta viene attivata una serie di

enzimi e proteine che trasferiscono questo segnale dalla membrana all’interno del citoplasma e si riscontra

un aumento dei secondi messaggeri cellulari, tra cui cAMP o GMP ciclico, ma anche ioni calcio o ioni

magnesio. Quando un ormone di natura proteica si lega a un recettore di membrana aumentano all’interno

del citoplasma i secondi messaggeri, che poi interagiscono a livello nucleare con trascrizione di DNA,

attivazione sintesi proteica, ecc e la cellula può andare incontro a divisione o a sintesi di altre sostanze.

Esistono anche ormoni di natura lipidica, in particolare steroidea, che presentano come struttura

molecolare base una molecola che si chiama ciclo-pentano-peridro-fenantrene. Questa molecola base a

seconda di alcuni legami in più o in meno e radicali che possono essere presenti o assenti, dà vita a ormoni

steroidei diversi (cortisolo, aldosterone, estrogeno, progesterone, testosterone). Quando questi ormoni

devono raggiungere un organo bersaglio possono attraversare il doppio strato di fosfolipidi senza bisogno

di un recettore a livello di membrana. Questi ormoni possono interagire con le funzioni cellulari mediante

sostanze capaci di legare l’ormone, chiamati recettori o accettori, che però si trovano dentro il citoplasma.

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Nella cellula dotata di recettori sono capaci di attivare i soliti meccanismi: proliferazione, movimento

cellulare, etc…

Controllo dell’adenoipofisi da parte del sistema nervoso

Fino a qualche decennio fa si pensava che l’ipofisi fosse svincolata dal controllo del sistema nervoso, invece

non è così. Si è visto che ci sono delle cellule nervose capaci di produrre sostanze di natura proteica

chiamate releasing hormons (RH) o fattori di rilascio (RF), che vanno a influenzare specifiche popolazioni

delle cellule dell’adenoipofisi. Per esempio il GNDH è un fat