Embriologia Generale

Embriologia generale

Prof. Amelio Dolfi

Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia

a.a. 2014-2015

Definizione e ambiti di studio

L'embriologia letteralmente è lo studio descrittivo dell'embrione, ma, in pratica, è lo studio dello sviluppo embrionale, poiché 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.

Storia e contributi alla disciplina

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 nell'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.

Teoria preformista e sviluppo delle osservazioni

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.

Branche dell'embriologia

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 che hanno portato a uno sviluppo avanzato.

Teratologia

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 interesse: 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.

Classificazione e sviluppo delle uova

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.

Modalità di divisione delle cellule uovo

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

La ghiandola ipofisaria produce sostanze ormonali che regolano la gametogenesi. È una ghiandola molto piccola a forma di pisello di diametro massimo di 1 cm 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.

Struttura e funzione dell'ipofisi

Nell'ipofisi si possono distinguere tre zone: una parte anteriore chiamata 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 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.

Funzione ormonale dell'ipofisi

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.

Adenoipofisi e ormoni prodotti

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

Tipologie di ormoni

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, perché 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. Nella cellula dotata di recettori sono capaci di attivare i soliti meccanismi: proliferazione, movimento cellulare, ecc.

Controllo dell'adenoipofisi

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 hormones (RH) o fattori di rilascio (RF), che vanno a influenzare specifiche popolazioni delle cellule dell'adenoipofisi. Per esempio, il GNDH è un fattore di rilascio che... [testo interrotto].