pagine d`esempio - Libreria Universo

K.L. Moore
T.V.N. Persaud
M.G. Torchia
La decima edizione de Lo sviluppo prenatale dell’uomo. Embriologia ad orientamento clinico
è un manuale chiaro ed esaustivo, scritto da autori di fama mondiale, che si rivolge principalmente agli studenti del Corso di laurea in Medicina e Chirurgia.
L’organizzazione logica dei contenuti guida il lettore attraverso lo sviluppo degli organi e dei
sistemi fetali settimana dopo settimana e stadio dopo stadio, fornendo anche la spiegazione
del come e quando insorgano i difetti congeniti.
I capitoli sono stati ampiamente rivisti per includere le recenti scoperte sugli eventi molecolari alla base dello sviluppo embrionale e sono stati aggiunti nuovi richiami agli aspetti clinici,
evidenziati nel testo con appositi box colorati. I casi clinici alla fine di ogni capitolo sono stati
anch’essi aggiornati per enfatizzare l’importanza dell’embriologia nella pratica medica odierna.
Accedendo a www.studenti33.it è possibile trovare animazioni 3D che mostrano lo sviluppo
embriologico (tra cui: l’impianto, la gastrulazione, lo sviluppo del sistema nervoso e lo sviluppo
del cuore) e numerosi test di autovalutazione a risposta multipla, con risposte argomentate, per
valutare la propria preparazione.
Lo sviluppo prenatale dell’uomo
Embriologia ad orientamento clinico
Embriologia ad orientamento clinico
Lo sviluppo prenatale dell’uomo
Keith L. Moore
T.V.N. Persaud
Mark G. Torchia
Lo sviluppo
prenatale
dell’uomo
Embriologia ad orientamento clinico
A cura di
DECIMA
EDIZIONE
ISBN 978-88-214-4133-2
L’edizione originale è pubblicata con il titolo The Developing
Human: Clinically Oriented Embryology – Tenth Edition.
Questa traduzione dalla lingua inglese è pubblicata in accordo
con Elsevier.
ELSEVIER
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DECIMA EDIZIONE
Francesco Bianchi
Paola Castrogiovanni
Roberta Di Pietro
Roberto Di Primio
Antonio Filippini
Rosa Imbesi
Antonio Musarò
Vanessa Nicolin
Maria Prat
Domenico Puzzolo
Maurizio Vertemati
9 788821 441332
Euro 49,00
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Introduzione
allo sviluppo umano
Periodi di sviluppo 1
Periodo prenatale 2
Periodo postnatale 2
Prima infanzia 2
Infanzia 4
Pubertà 4
Età adulta 4
Significato dell’embriologia 4
Notizie storiche 4
Antiche credenze sull’embriologia umana 5
L’embriologia nel Medio Evo 5
Il Rinascimento 6
Genetica e sviluppo umano 7
Biologia molecolare dello sviluppo umano 8
Embriologia biocinetica e biodinamica 8
Termini descrittivi in embriologia 8
Casi clinici 10
L
o sviluppo umano è un processo continuo che inizia quando un oocita (cellula uovo) di
una femmina viene fecondato da uno spermatozoo di un maschio (Fig. 1-1). La divisione
cellulare, la migrazione cellulare, la morte cellulare programmata (apoptosi), il differenziamento, la crescita e il riarrangiamento cellulare trasformano l’oocita fecondato, una
cellula totipotente altamente specializzata chiamata zigote, in un essere umano pluricellulare.
La maggior parte dei cambiamenti avviene durante il periodo embrionale e fetale; cambiamenti importanti si verificano però anche in periodi successivi dello sviluppo: periodo
neonatale (prime 4 settimane), prima infanzia (primo anno), infanzia (dai 2 anni alla
pubertà) e adolescenza (dagli 11 ai 19 anni). Lo sviluppo non si arresta con la nascita. Altri
cambiamenti, oltre alla crescita, hanno luogo dopo la nascita (come lo sviluppo dei denti e
del seno femminile).
PERIODI DI SVILUPPO
È consuetudine suddividere lo sviluppo dell’uomo in un periodo prenatale (prima della
nascita) e postnatale (dopo la nascita). Lo sviluppo prenatale, che va dalla fecondazione di un oocita alla nascita, si suddivide in due periodi principali, quello embrionale
e quello fetale. I principali cambiamenti che si verificano nel periodo prenatale sono
illustrati nel Programma dello Sviluppo Umano Prenatale (Fig. 1-1). L’esame di tale pro1
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C A P I T O L O
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CAPITOLO 1
In t ro d uzione allo s v il u ppo u m a no
gramma rivela che i progressi più evidenti hanno luogo
nel periodo compreso tra la terza e l’ottava settimana,
cioè nel periodo embrionale. Nel periodo fetale si verificano il differenziamento e la crescita di tessuti e organi
e aumenta la velocità di crescita corporea.
Periodo postnatale
Periodo successivo alla nascita. Segue una spiegazione di
termini e periodi relativi allo sviluppo frequentemente
utilizzati.
Prima infanzia
Periodo prenatale
La prima parte dello sviluppo umano si compie prima
della nascita e viene suddivisa in fasi perché il periodo
impiegato dagli embrioni a sviluppare determinate caratteristiche morfologiche è variabile. Lo sviluppo embrionale inizia con la fecondazione (Fase 1) e termina con la
Fase 23, che ha luogo il giorno 56 (Fig. 1-1). Le fasi più
critiche dello sviluppo sono quelle che coincidono con il
primo trimestre (prime 13 settimane), quando ha luogo
lo sviluppo embrionale e fetale iniziale. Per trimestre si
intende un periodo di 3 mesi, vale a dire un terzo del
periodo di gestazione di 9 mesi.
Si riferisce al primo periodo della vita extrauterina, corrispondente all’incirca al primo anno dopo la nascita. Un
bambino di età pari o inferiore a 1 mese viene chiamato
neonato. Il passaggio dalla vita intrauterina a quella extrauterina richiede molti cambiamenti fondamentali, soprattutto per quanto riguarda gli apparati cardiovascolare e
respiratorio. Se i neonati sopravvivono alle prime ore cruciali dopo la nascita, le possibilità di restare in vita sono
solitamente buone. Il corpo cresce rapidamente durante la
prima infanzia; la lunghezza totale aumenta all’incirca della
metà e il peso viene solitamente triplicato. Entro il primo
anno di età, la maggior parte dei bambini ha da 6 a 8 denti.
PROGRAMMA DELLO SVILUPPO UMANO PRENATALE
DA 1 A 10 SETTIMANE
Follicoli primari
Oocita
SVILUPPO INIZIALE DEL FOLLICOLO OVARICO
FASE PROLIFERATIVA
FASE MESTRUALE
Giorno 1 dell’ultimo
ciclo mestruale normale
Oocita
Ovulazione
Follicolo
maturo
Antro
COMPLETAMENTO DELLO SVILUPPO DEL FOLLICOLO
Oocita
ETÀ
(settimane)
1
Fase 1
Zona pellucida
CONTINUAZIONE DELLA FASE PROLIFERATIVA DEL CICLO MESTRUALE
2
Inizia la Fase 2
3
4
Inizia la Fase 3
5
Trofoblasto
Ovaia
Oocita
6
Fase 4
Inizia l’impianto
7
Inizia la Fase 5
1
Fecondazione
Lo zigote si divide
Morula
Blastocisti iniziale
Blastocisti tardiva
FASE SECRETIVA DEL CICLO MESTRUALE
8
Cavità amniotica
9 Compaiono lacune 10 Citotrofoblasto
11 Sangue materno 12
Rete
Amnios Ghiandola
nel sinciziotrofoblasto
lacunare
erosa
Embrioblasto
13 Inizia la Fase 6
Mesoderma
extraembrionale Villi coriali primari
14 Peduncolo
di connessione
Amnios
2
Disco embrionale
bilaminare
Vescicola ombelicale
primaria
Tappo
di chiusura
Vescicola
ombelicale
primaria Disco embrionale
Celoma
Disco embrionale
Placca precordale
F I G U R A 1 – 1 Prime fasi dello sviluppo. Sono illustrati lo sviluppo di un follicolo ovarico contenente un oocita, l’ovulazione
e le fasi del ciclo mestruale. Lo sviluppo umano inizia con la fecondazione, approssimativamente 14 giorni dopo l’inizio dell’ultimo ciclo mestruale normale. Vengono anche mostrati la scissione dello zigote nella tuba uterina, l’impianto della blastocisti
nell’endometrio (tonaca di rivestimento) dell’utero e lo sviluppo iniziale dell’embrione. Il termine alternativo a vescicola ombelicale è sacco vitellino o sacco del tuorlo; questo termine è inappropriato nell’uomo perché la vescicola ombelicale non contiene
(segue)
il tuorlo.
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2
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15
Primo ciclo
mestruale saltato
16
17 Embrione trilaminare 18
Inizia la Fase 7
Amnios
Le frecce indicano
la migrazione delle
cellule mesenchimali
22
Inizia la fase 10
23 Neuroporo rostrale
Sono presenti
i primordi
di occhio
e orecchio
Il cuore
comincia
a battere
Neuroporo
caudale
Le pieghe
neurali si fondono
29
Migrazione delle cellule
dalla linea primitiva
24
Inizia la Fase 11
Lunghezza:
1,5 mm
Solco neurale
32 Inizia la Fase 14
Occhio
Abbozzo
in via di sviluppo Occhio
dell’arto
Linea primitiva
Inizia la Fase 12
Indica
la dimensione
reale
33 Inizia la Fase 15
superiore
CRL: 5,5 mm
36
6
Cuore
Si formano le fossette del cristallino,
le cupole ottiche
Primordio della bocca
e le fossette nasali
Testa di grandi
37 Inizia la Fase 16
38
39
dimensioni
Orecchio
ETÀ
(settimane) 43
Si formano il labbro
superiore e il naso
CRL: 9,5 mm
44
Abbozzo
dell’arto
inferiore
Inizia la Fase 18
7
50 Inizia la Fase 20
Arti superiori più
lunghi e piegati
a livello del gomito
8
Dita distinte
ma connesse
da una membrana
57
Occhio
51
Occhio
45
Meato acustico 41
esterno
Sacco amniotico
Parete uterina
64
52
Inizia la Fase 21
59 Placenta
60
Genitali
55
61
Gomito
Dita dei piedi
62
Genitali
63
67
Clitoride
Piccolo
labbro
Solco
urogenitale
Orecchie ancora un po’
più in basso
della norma
Grande
labbro
CRL: 30 mm
Fallo
Piega
urogenitale
Piega
labioscrotale
Perineo
CRL: 45 mm
66
Fase 23
Polso
Perineo
Gomito
CRL: 18 mm
Orecchio 56
Occhio
Piega
urogenitale
Piega
labioscrotale
F I G U R A 1 – 1 ( seguito)
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Polso,
dita della mano fuse
Fallo
Polso
Ginocchio
Dimensioni reali
Ginocchio
o
Fronte ampia
Il viso
ha un profilo
più sviluppato
Si osservi la crescita
del mento rispetto
al giorno 44
Solco
uretrale
Ano
Orecchio
49
Orecchio
esterno
54 Inizia la Fase 22
Tubercolo
genitale
I genitali esterni
hanno iniziato
a differenziarsi
Inizia la Fase 19
CRL: 12,5 mm
Palpebra
or
53
Orecchio
Occhio
Vista ventrale
Tubercolo genitale 48
Membrana
anale
Orecchio
Dita dei piedi
65
47
CRL: 8,5 mm
42
Raggi
digitali
Membrana
urogenitale
Corion
laeve
Dita
delle mani
58
Inizio
del periodo fetale
Cordone
ombelicale
Inizia la Fase 17
Abbozzo
laminare del piede
46
Naso
Dita dei piedi
10
CRL: 10,5 mm
Si formano
le palpebre
Occhio
9
CRL = lunghezza
CRL: 5 mm
vertice-sacro
34 Vescicole cerebrali 35
Occhio
distinte
Abbozzo
laminare
del piede
CRL: 7 mm
40
Testa di grandi
dimensioni ma mento
scarsamente formato. Cavità
uterina
I solchi tra i raggi
digitali indicano le dita
CRL: 13 mm
La ghiandola tiroide
inizia a svilupparsi
27 Sede della fossetta 28 Inizia la Fase 13
acustica (orecchio)
Prosencefalo
Raggi
digitali
Abbozzo
laminare
del piede
Dimensioni reali
Linea
primitiva
Abbozzo
laminare
della
mano
Occhio
Le cavità orale e quella
nasale confluiscono
Doccia
neurale
Prima coppia
di somiti
Archi faringei
Fossetta
nasale
5
21
Somite
Abbozzo
dell’arto
superiore
3 paia di archi faringei
Inizia la Fase 9
Encefalo
Nodo primitivo
Fossetta 26
acustica
25
Il neuroporo
rostrale
si chiude
31
30
20
Somite
Ringonfiamento
cardiaco
2 paia di archi faringei
19
Placca neurale
Solco
neurale
Linea
primitiva
Linea primitiva
4
Inizia la Fase 8
Placca neurale
3
3
I n t r o d u z io n e allo s vil u ppo u m ano
68
I genitali hanno
caratteristiche
o
ma non sono ancora
completamente formati
CRL: 50 mm
69
Glande
del pene
70
Solco
uretrale
Scroto
CRL: 61 mm
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CAPITOLO 1
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CAPITOLO 1
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In t ro d uzione allo s v il u ppo u m a no
Infanzia
Si intende per infanzia il periodo compreso tra la prima
infanzia e la pubertà. I denti primari (decidui) continuano
a spuntare e vengono successivamente sostituiti dai denti
secondari (permanenti). Durante l’infanzia, ha luogo
un’ossificazione (formazione delle strutture ossee) attiva
ma, quando l’età del bambino aumenta, la velocità della
crescita corporea rallenta. Subito prima della pubertà,
comunque, la crescita accelera (il cosiddetto scatto di
crescita prepuberale).
Pubertà
Questo è il periodo in cui l’uomo acquisisce la capacità
funzionale di procreare (riprodursi). La riproduzione è il
processo attraverso il quale gli organismi danno vita alla
prole. Nelle femmine, i primi segni di pubertà possono
comparire dopo gli otto anni; nei maschi, la pubertà ha
comunemente inizio all’età di 9 anni.
Età adulta
La crescita completa e la maturità vengono solitamente raggiunte tra i 18 e i 21 anni. L’ossificazione e la crescita sono
virtualmente completate durante la prima età adulta (tra i
21 e i 25 anni).
SIGNIFICATO DELL’EMBRIOLOGIA
Letteralmente, il termine embriologia si riferisce allo studio
degli embrioni, ma generalmente viene utilizzato in riferimento allo sviluppo prenatale dell’embrione, del feto e del
neonato (fino a 1 mese di età). Il termine anatomia dello
sviluppo si riferisce ai cambiamenti strutturali di un individuo dalla fecondazione all’età adulta; essa include l’embriologia, la fetologia e lo sviluppo postnatale. La teratologia è
la sezione dell’embriologia e della patologia che tratta le
anomalie dello sviluppo (difetti congeniti). Questo ramo
dell’embriologia si occupa di vari fattori genetici e/o
ambientali che interferiscono con il normale sviluppo, producendo difetti congeniti (si veda il Capitolo 20).
L’embriologia a orientamento clinico:
●
Occupa l’ambito compreso tra lo sviluppo prenatale e
l’ostetricia, la medicina perinatale, la pediatria e l’anatomia clinica. Il termine perinatale si riferisce al periodo
che precede e segue immediatamente la nascita, ovvero
compreso fra la ventottesima settimana di gestazione
e il settimo giorno (o, secondo altri, le prime quattro
settimane) di vita neonatale.
● Sviluppa conoscenze relative all’inizio della vita e ai cambiamenti che si verificano durante lo sviluppo prenatale.
● Favorisce la comprensione delle cause delle variazioni
che avvengono nella struttura umana.
● Chiarisce l’anatomia a orientamento clinico e spiega
come si sviluppano le relazioni normali e anormali.
● Supporta la ricerca e l’applicazione delle cellule staminali per il trattamento di alcune malattie croniche.
La conoscenza che i medici hanno del normale sviluppo e delle cause dei difetti congeniti è necessaria
per conferire all’embrione e al feto la maggiore proba-
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bilità di svilupparsi normalmente. Una gran parte
della moderna pratica ostetrica si basa sull’embriologia applicata. Gli argomenti di embriologia di particolare interesse per gli ostetrici sono: l’ovulazione, il
trasporto degli oociti e degli spermatozoi, la fecondazione, l’impianto, le interazioni madre-feto, la circolazione fetale, i periodi critici dello sviluppo e le cause
dei difetti congeniti.
Oltre ad occuparsi della madre, i medici salvaguardano la salute dell’embrione e del feto. Il significato
dell’embriologia è chiaramente evidente per i pediatri poiché alcuni dei loro pazienti presentano difetti
congeniti derivanti da uno sviluppo anomalo, come
ernie diaframmatiche, spina bifida cistica e cardiopatia
congenita.
I difetti congeniti causano la maggior parte dei decessi
che avvengono nella prima infanzia. La conoscenza dello
sviluppo delle strutture e delle funzioni è essenziale per
la comprensione delle variazioni fisiologiche che si verificano durante il periodo neonatale (prime 4 settimane) e
per aiutare i feti e i neonati in difficoltà. I progressi della
chirurgia, specialmente in età fetale, perinatale e pediatrica, hanno aumentato il significato clinico della conoscenza dello sviluppo umano. È ora possibile trattare
chirurgicamente i feti in alcune situazioni. La comprensione e la correzione della maggior parte dei difetti
dipende dalla conoscenza del normale sviluppo e delle
alterazioni che possono verificarsi. La comprensione delle
comuni anomalie congenite e delle loro cause permette
inoltre ai medici, al personale infermieristico e ad altri
operatori sanitari di spiegare come si sviluppano i difetti
congeniti, spesso facendo scomparire i sensi di colpa dei
genitori.
I medici e gli altri operatori sanitari che conoscono i
comuni difetti congeniti e le loro basi embriologiche
affrontano situazioni insolite con sicurezza e preparazione. Ad esempio, quando ci si rende conto che l’arteria
renale rappresenta solo uno dei molti vasi che riforniscono inizialmente il rene embrionale, le frequenti variazioni del numero e della disposizione dei vasi renali
diventano comprensibili e non inattese.
NOTIZIE STORICHE
S e ho visto più lontano, è perché stavo sulle spalle
di giganti.
Sir Isaac Newton, matematico inglese, 1643-1727
Questa affermazione, fatta più di 300 anni fa, evidenzia
che ogni nuovo studio di un problema si basa su conoscenze avvalorate da ricercatori precedenti. Le teorie di
ogni epoca offrono spiegazioni basate sulle conoscenze e
sull’esperienza dei ricercatori di quel periodo. Anche se
non dobbiamo considerarle come definitive, dovremmo
apprezzare e non disdegnare le loro idee. Gli esseri umani
si sono sempre interessati al modo in cui si sono sviluppati e in cui sono nati e al motivo per cui alcuni embrioni
e feti si sviluppano in modo anomalo. Gli antichi hanno
elaborato molte teorie per spiegare le cause sottostanti a
queste anomalie congenite.
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I n t r o d u z io n e allo s vil u ppo u m ano
5
Antiche credenze sull’embriologia umana
L’embriologia nel Medio Evo
Gli Egizi del Regno antico, circa 3000 a.C., conoscevano
i metodi per incubare le uova di uccello, ma non ne hanno
lasciato alcuna testimonianza. Akhenaton (Amenophis
IV) venerava il dio sole Aton come creatore dell’embrione
nella donna, produttore del seme nell’uomo e donatore
della vita al figlio nel corpo della madre. Gli antichi Egizi
credevano che l’anima entrasse nel bambino alla nascita
attraverso la placenta.
Si ritiene che un breve trattato in sanscrito sull’antica
embriologia indiana sia stato scritto nel 1416 a.C. Questo
testo indiano, chiamato Garbha Upanishad, descrive
antiche concezioni sull’embrione. Esso afferma:
Il progresso della scienza è stato lento durante il periodo
medioevale e pochi punti salienti dell’indagine embriologica
effettuata in quel periodo sono a noi noti. Si afferma nel
Corano (VII secolo d.C.), il libro sacro dell’Islam, che gli
esseri umani sono prodotti da una miscela di secrezioni del
maschio e della femmina. Vengono fatti diversi riferimenti
alla creazione di un essere umano da una nutfa (piccola
goccia). Si dice anche che l’organismo risultante si installa
nel ventre come un seme, 6 giorni dopo il suo inizio. Si fa
anche riferimento all’aspetto simile a una sanguisuga
dell’embrione nelle sue prime fasi. In seguito si dice che
l’embrione assomiglia a una “sostanza masticata”.
Costantino l’Africano di Salerno (circa 1020-1087 d.C.)
scrisse un conciso trattato intitolato De Humana Natura.
L’autore descrisse la composizione e lo sviluppo sequenziale
dell’embrione in riferimento ai pianeti e a ogni mese della gravidanza, un concetto sconosciuto nell’antichità. Gli studiosi
medioevali si discostavano di poco dalla teoria di Aristotele,
secondo la quale l’embrione derivava dal sangue mestruale e
dal seme. A causa delle scarse conoscenze, i disegni del feto
nell’utero mostravano spesso un bambino completamente
sviluppato che sgambettava nel ventre (Fig. 1-2).
all’unione del sangue e del seme inizia a formarsi
D
l’embrione. Durante il periodo favorevole al concepimento, dopo il rapporto sessuale, esso diventa un
Kalada (embrione di un giorno di età). Dopo essere
rimasto sette notti diventa una vescicola. Dopo
quindici giorni diventa una massa sferica. Dopo un
mese diventa una massa solida. Dopo due mesi si
forma la testa. Dopo tre mesi compaiono le regioni
degli arti.
Gli studiosi greci hanno contribuito in modo rilevante
alla scienza dell’embriologia. I primi studi tramandati di
embriologia si trovano nei libri di Ippocrate di Kos, il
famoso medico greco (circa 460-377 a.C.), considerato il
padre della medicina. Per comprendere come si sviluppa
l’embrione umano, egli raccomandava:
rendete venti o più uova e fatele incubare da due
P
o più galline. Poi, ogni giorno dal secondo a quello
della nascita, togliete un uovo, rompetelo ed esaminatelo. Troverete esattamente quello che dico, in
quanto la natura dell’uccello può essere paragonata
a quella dell’uomo.
Aristotele di Stagira (circa 384-322 a.C.), filosofo e scienziato greco, scrisse un trattato di embriologia in cui
descriveva lo sviluppo del pulcino e di altri embrioni.
Aristotele ipotizzava che l’embrione si sviluppasse da una
massa informe, che descriveva come “un seme non completamente ideato con un’anima nutritiva e tutte le parti
del corpo”. Questo embrione, pensava, aveva origine dal
sangue mestruale dopo attivazione da parte del seme
maschile.
Claudio Galeno (circa 130-201 d.C.), medico e scienziato greco vissuto a Roma, scrisse un libro Sulla formazione del feto, nel quale descrisse lo sviluppo e la
nutrizione dei feti e delle strutture che ora chiamiamo
allantoide, amnios e placenta.
Il Talmud contiene riferimenti alla formazione dell’embrione. Il medico ebreo Samuel-el-Yehudi, che visse nel
II secolo d.C., descrisse sei fasi nella formazione dell’embrione, che partono da una “cosa informe, arrotolata”
e arrivano a un “bambino i cui mesi sono stati completati”. Gli studiosi del Talmud credevano che le ossa e i
tendini, le unghie, il midollo presente nella testa e il
bianco degli occhi derivassero dal padre, “che semina il
bianco”, mentre la pelle, la carne, il sangue e i capelli
derivassero dalla madre, “che semina il rosso”. Queste
opinioni erano in accordo con gli insegnamenti di Aristotele e di Galeno.
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F I G U R A 1 – 2 A-G, Illustrazioni dal libro di Jacob Rueff De
Conceptu et Generatione Hominis (1554) che mostrano il feto che si
sviluppa nell’utero da un coagulo di sangue e dallo sperma. Questa
teoria era basata sugli insegnamenti di Aristotele ed è sopravvissuta
fino alla fine del XVIII secolo. (Da: Needham J: A history of embryology, ed 2, Cambridge, United Kingdom, 1934, Cambridge University
Press; with permission of Cambridge University Press, England.)
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In t ro d uzione allo s v il u ppo u m a no
Il Rinascimento
Leonardo da Vinci (1452-1519) effettuò disegni accurati
di dissezioni di uteri gravidi contenenti feti (Fig. 1-3).
Introdusse l’approccio quantitativo all’embriologia effettuando misurazioni della crescita prenatale.
È stato affermato che la rivoluzione embriologica iniziò
con la pubblicazione del libro di William Harvey (15781657), De Generatione Animalium, nel 1651. Harvey
credeva che il seme maschile o sperma, una volta entrato
nel ventre o nell’utero, si trasformasse in una sostanza
simile a un uovo, dalla quale si sviluppava l’embrione.
Harvey fu fortemente influenzato da uno dei suoi professori
dell’Università di Padova, Girolamo Fabrici d’Acquapendente (1537-1619), un anatomista ed embriologo italiano
che per primo studiò gli embrioni di diverse specie animali.
Harvey esaminò gli embrioni di pollo con semplici lenti ed
effettuò molte nuove osservazioni. Studiò anche lo sviluppo
del daino ma, non essendo in grado di osservare le prime
fasi del suo sviluppo, concluse che gli embrioni fossero
secreti dall’utero. Girolamo Fabrici scrisse due importanti
trattati di embriologia, tra cui uno, intitolato De Formato
Foetu (Il feto formato), che conteneva molte illustrazioni di
embrioni e feti in diverse fasi dello sviluppo.
I primi microscopi erano semplici, ma aprirono un
nuovo eccitante campo di osservazione. Nel 1672, Regnier
de Graaf osservò delle piccole camere nell’utero di coniglio e concluse che non potevano essere state secrete
dall’utero. Affermò che dovevano provenire da organi
che chiamò ovaie. Senza dubbio, le piccole camere
descritte da De Graaf erano blastocisti (si veda la Fig.
1-1). Descrisse anche follicoli ovarici che vennero chiamati follicoli di Graaf e che oggi sono chiamati follicoli
ovarici vescicolosi.
F I G U R A 1 – 3 Riproduzione del disegno fatto da Leonardo da Vinci nel XV secolo d.C. che rappresenta un feto in un
utero inciso e aperto.
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Marcello Malpighi, studiando nel 1675 quelle che
credeva fossero uova di gallina non fecondate, osservò
embrioni in fasi iniziali. Di conseguenza, pensò che l’uovo
contenesse un pulcino in miniatura. Un giovane studente
di medicina di Leiden, Johan Ham van Arnheim, e il suo
concittadino Anton van Leeuwenhoek osservarono per
primi gli spermatozoi umani nel 1677 con un microscopio potenziato. Fraintesero però il ruolo dello sperma
nella fecondazione in quanto pensarono che lo sperma
contenesse un essere umano preformato in miniatura che
si ingrandiva quando veniva depositato nel tratto genitale
femminile (Fig. 1-4).
Caspar Friedrich Wolff rifiutò nel 1759 entrambe le
versioni della teoria della preformazione dopo aver osservato che le diverse parti dell’embrione si sviluppavano a
partire da “globuli” (piccoli corpi sferici). Esaminò uova
non incubate, ma non riuscì a vedere gli embrioni descritti
da Malpighi. Propose il concetto degli strati, secondo cui
la divisione di quello che chiamiamo zigote produce strati
di cellule (ora chiamati disco embrionale) da cui si sviluppa l’embrione. Le sue idee costituirono la base della
teoria epigenetica, che afferma che lo sviluppo deriva
dalla crescita e dal differenziamento di cellule specializzate. Queste importanti scoperte apparvero per la prima
volta nella dissertazione di dottorato di Wolff Theoria
Generationis. Egli osservò anche masse embrionali di
tessuto che contribuivano parzialmente allo sviluppo
degli apparati urinario e genitale (i corpi di Wolff e i dotti
di Wolff) ora chiamati rispettivamente mesonefro e dotti
mesonefrici (si veda il Capitolo 12).
F I G U R A 1 – 4 Copia di un disegno del XVII secolo di
uno spermatozoo, effettuato da Hartsoeker. Si pensava che l’essere umano in miniatura presente al suo interno si ingrandisse
dopo l’ingresso dello spermatozoo nell’ovulo. Altri embriologi
dello stesso periodo ritenevano che l’oocita contenesse un
essere umano in miniatura che si ingrandiva quando stimolato
da uno spermatozoo.
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La controversia sulla preformazione si concluse nel 1775
quando Lazzaro Spallanzani dimostrò che erano necessari sia l’oocita che lo spermatozoo per avviare lo sviluppo di un nuovo individuo. Dai suoi esperimenti,
comprendenti anche procedure di inseminazione artificiale dei cani, concluse che lo sperma era l’agente fecondante che avviava il processo di sviluppo. Heinrich
Christian Pander scoprì i tre strati germinativi dell’embrione, che chiamò blastoderma. Riferì la sua scoperta
nel 1817 nella sua dissertazione di dottorato.
Étienne Saint-Hilaire e suo figlio Isidore Saint-Hilaire
condussero i primi studi significativi sulle alterazioni
dello sviluppo nel 1818. Effettuarono esperimenti su
animali progettati per produrre difetti congeniti, avviando
quella che conosciamo oggi come teratologia.
Karl Ernst von Baer descrisse nel 1827 il follicolo
ovarico di un cane, circa 150 anni dopo la scoperta degli
spermatozoi. Egli osservò anche la scissione degli zigoti
nelle tube uterine e le blastocisti nell’utero. Apportò
nuove conoscenze sull’origine dei tessuti e degli organi
dagli strati descritti precedentemente da Malpighi e
Pander. Von Baer formulò due importanti concetti embriologici: che le fasi dello sviluppo embrionale corrispondono in organismi differenti e che le caratteristiche
generali precedono quelle specifiche. I suoi contributi
importanti e di vasta portata fanno sì che egli sia considerato il padre dell’embriologia moderna.
Mattias Schleiden e Theodor Schwann furono responsabili di grandi progressi dell’embriologia quando formularono la teoria cellulare nel 1839, in base alla quale il
corpo risultava composto da cellule e prodotti cellulari.
La teoria cellulare permise rapidamente di capire che
l’embrione si sviluppava da una singola cellula, lo zigote,
che subiva molte divisioni cellulari man mano che si formavano tessuti e organi.
Wilhelm His (1831-1904), anatomista ed embriologo
svizzero, sviluppò nuove tecniche per la fissazione, il
sezionamento e la colorazione dei tessuti e per la ricostruzione degli embrioni. Il suo metodo di ricostruzione
grafica aprì la via alla produzione delle attuali immagini
tridimensionali, stereoscopiche e generate al computer
degli embrioni.
Franklin P. Mall (1862-1917), ispirato dal lavoro di
Wilhelm His iniziò a raccogliere embrioni umani per lo
studio scientifico. La collezione di Mall appartiene alla
Carnegie Collection of embryos che è nota in tutto il
mondo. Essa si trova ora al National Museum of Health
and Medicine dell’Armed Forces Institute of Pathology di
Washington DC, USA.
Wilhelm Roux (1850-1924) fu un pioniere degli studi
sperimentali analitici sulla fisiologia dello sviluppo negli
anfibi, che furono ulteriormente portati avanti da Hans
Spemann (1869-1941). Per la sua scoperta del fenomeno
dell’induzione primaria (il modo in cui un tessuto determina il destino di un altro) Spemann ricevette il premio
Nobel nel 1935. Nel tempo, gli scienziati hanno isolato
le sostanze trasmesse da un tessuto all’altro, causando
l’induzione.
Robert G. Edwards e Patrick Steptoe sono stati pionieri di uno dei più rivoluzionari sviluppi nella storia
della riproduzione umana: la tecnica della fecondazione
in vitro. Questi studi hanno portato alla nascita nel 1978
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di Louise Brown, la prima “bambina in provetta”. Da
allora, molti milioni di coppie nel mondo, considerate
infertili, hanno sperimentato la nascita dei propri figli
grazie a questa nuova tecnica di riproduzione.
GENETICA E SVILUPPO UMANO
Nel 1859 il biologo ed evoluzionista inglese Charles
Darwin (1809-1882) pubblicò il libro L’origine delle
specie, nel quale sottolineava la natura ereditaria della
variabilità tra i membri di una specie come fattore
importante per l’evoluzione. Gregor Mendel, un monaco
austriaco, sviluppò i principi dell’ereditarietà nel 1865,
ma per molti anni i biologi e i medici non compresero il
significato di questi principi nello studio dello sviluppo
dei mammiferi.
Walter Flemming osservò i cromosomi nel 1878 e
suggerì il loro probabile ruolo nella fecondazione. Nel
1883, Eduard von Beneden osservò che le cellule germinali mature possedevano un numero ridotto di cromosomi. Descrisse anche alcune caratteristiche della meiosi,
il processo con cui il numero dei cromosomi viene ridotto
nelle cellule germinali.
Walter Sutton (1877-1916) e Theodor Boveri (18621915) conclusero in modo indipendente nel 1902 che il
comportamento dei cromosomi durante la formazione
delle cellule germinali e la fecondazione erano in accordo
con i principi dell’ereditarietà secondo Mendel. Nello
stesso anno, Garrod descrisse l’alcaptonuria (disturbo
genetico del metabolismo di fenilalanina-tirosina) come il
primo esempio di ereditarietà mendeliana negli esseri
umani. Molti genetisti considerano Sir Archibald Garrod
(1857-1936) come il padre della genetica medica. Si comprese rapidamente che lo zigote contiene tutte le informazioni genetiche necessarie per dirigere lo sviluppo di un
nuovo essere umano.
Felix von Winiwarter riportò le prime osservazioni
sui cromosomi umani nel 1912, affermando che nelle
cellule del corpo vi erano 47 cromosomi. Theophilus
Shickel Painter concluse nel 1923 che il numero corretto era 48, una conclusione ampiamente accettata
fino al 1956, quando Joe Hin Tjio e Albert Levan
riferirono il ritrovamento di soli 46 cromosomi nelle
cellule embrionali.
James Watson e Francis Crick decifrarono la struttura
molecolare del DNA nel 1953 e nel 2000 il genoma
umano veniva sequenziato. La natura biochimica dei geni
sui 46 cromosomi umani è stata decodificata. Gli studi
sui cromosomi sono stati rapidamente utilizzati in medicina per svariati fini, tra cui la diagnosi clinica, la mappatura cromosomica e la diagnosi prenatale.
Una volta stabilito lo schema cromosomico normale,
è stato presto evidente che alcuni individui affetti da
anomalie congenite presentavano un numero anomalo di
cromosomi. Una nuova era nella genetica medica iniziò
con la dimostrazione nel 1959 da parte di Jérôme Jean
Louis Marie Lejeune e collaboratori che i bambini affetti
dalla sindrome di Down (trisomia 21) presentavano nelle
loro cellule 47 cromosomi invece dei soliti 46. Attualmente è noto che le aberrazioni cromosomiche rappresentano una causa importante di difetti congeniti e morte
embrionale (si veda il Capitolo 20).
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In t ro d uzione allo s v il u ppo u m a no
Nel 1941, Sir Norman Gregg riportò un “numero insolito di casi di cataratta” e altri difetti congeniti in bambini
le cui madri avevano contratto la rosolia (causata dal
virus della rosolia) nelle prime fasi della gravidanza. Per
la prima volta, veniva presentata una prova concreta che
lo sviluppo dell’embrione umano può essere influenzato
negativamente da un fattore ambientale. Vent’anni dopo,
Widukind Lenz e William McBride descrissero rari difetti
di sviluppo degli arti e altri gravi difetti congeniti indotti
dal sedativo talidomide nei bambini di madri che avevano
assunto il farmaco. La tragedia della talidomide tenne
in allerta il pubblico e gli operatori sanitari sui possibili
rischi di farmaci, sostanze chimiche e altri fattori ambientali durante la gravidanza (si veda il Capitolo 20).
La cromatina sessuale fu scoperta nel 1949 dal Dott.
Murray Barr e dal suo allievo Ewart (Mike) Bertram
presso la Western University in London, Ontario, Canada.
Dalla ricerca che avevano svolto emerse che i nuclei delle
cellule nervose dei gatti femmina presentavano cromatina
sessuale e che i gatti che non possedevano cromatina
sessuale erano maschi. Il passo successivo fu determinare
se un fenomeno simile si verificasse anche nei neuroni
dell’uomo. Keith L. Moore, che si unì al gruppo di ricerca
del Dott. Barr nel 1950, scoprì la presenza di pattern di
cromatina sessuale nelle cellule somatiche dell’uomo e
di numerosi animali e sviluppò un tampone orale per la
rilevazione della cromatina sessuale che trovò impiego
in ambito clinico. Questo lavoro di ricerca costituisce la
base di numerose tecniche applicate attualmente in tutto
il mondo per lo screening e la diagnosi di condizioni
genetiche umane.
BIOLOGIA MOLECOLARE
DELLO SVILUPPO UMANO
I rapidi progressi nel campo della biologia molecolare
hanno portato all’applicazione di tecniche sofisticate
(ad esempio, DNA ricombinante, ibridazione genomica
dell’RNA, modelli chimerici, topi transgenici e manipolazione delle cellule staminali). Queste tecniche sono ora
ampiamente utilizzate nei laboratori di ricerca per trattare
problemi diversi come la regolazione genica della morfogenesi, l’espressione temporale e regionale di geni specifici
e il modo in cui le cellule sono destinate a formare la varie
parti dell’embrione. Per la prima volta, stiamo iniziando
a comprendere come, quando e dove geni selezionati
vengono attivati ed espressi nell’embrione durante lo sviluppo normale e anomalo (si veda il Capitolo 21).
Il primo mammifero a essere clonato fu la pecora
Dolly, nel 1997, da Ian Wilmut e dai suoi colleghi usando
la tecnica del trasferimento nucleare di cellule somatiche.
Da allora, altri animali sono stati clonati con successo da
cellule adulte differenziate poste in coltura. L’interesse per
la clonazione umana ha generato un dibattito considerevole a causa di implicazioni sociali, etiche e legali. Inoltre,
si teme che la clonazione possa portare alla nascita di
neonati con difetti congeniti e malattie gravi.
Le cellule staminali embrionali umane sono pluripotenti, in grado di rigenerarsi e di differenziarsi in tipi cellulari specializzati. L’isolamento e la riprogrammazione di
cellule staminali embrionali umane rappresenta un forte
potenziale per il trattamento di malattie croniche tra cui
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la sclerosi laterale amiotrofica, la malattia di Alzheimer e
la malattia di Parkinson, oltre ad altri disturbi degenerativi, neoplastici e genetici (si vedano le Linee Guida sulla
ricerca su cellule staminali umane del National Institute
of Health, 2009).
EMBRIOLOGIA BIOCINETICA
E BIODINAMICA
A metà del secolo scorso fu realizzata una serie di precise ricostruzioni dell’ectoderma superficiale e di tutti
gli organi e cavità aventi sede all’interno dell’embrione
umano in coincidenza di fasi rappresentative dello sviluppo. Tali ricostruzioni fornirono visioni olistiche dello
sviluppo dell’uomo e rivelarono nuovi dati sui movimenti
che portano da una fase a quella successiva (Blechschmidt
e Gasser, 1978). Dato che ogni singolo movimento è
indotto da una forza (biocinetica), si scoprì che le forze
che agiscono nelle sedi in cui hanno origine tessuti specifici si scatenano simultaneamente a ogni livello di ingrandimento, dalla membrana cellulare fino alla superficie
dell’embrione. I movimenti e le forze danno luogo al
differenziamento che inizia all’esterno della cellula per
spostarsi successivamente al suo interno e reagire con
il nucleo. Il nucleo risponde ai vari stimoli in momenti
particolari e modi specifici. Movimenti e forze specifici
agiscono al graduale differenziarsi delle regioni. Le forze
agiscono in regioni dette campi metabolici. Per descrivere le singole forze che agiscono in ogni campo, si è
resa necessaria la coniazione di nuovi termini. Sono stati
rivelati otto campi metabolici tardivi in cui si differenziano tessuti specifici o da mesenchima o da epitelio.
Il nome di ogni campo e del tessuto specifico che ne deriva
sono i seguenti: campo di condensazione = condensazione
mesenchimale; campo di compressione = precartilagine;
campo di spinta = cartilagine; campo di distensione =
muscolo; campo di tensione bilanciata = tessuto fibroso;
campo di detrazione = osso; campo di corrosione =
disgregazione epiteliale; campo di risucchio = ghiandole.
I movimenti e le forze esordiscono in concomitanza della
fecondazione e proseguono per tutta la vita (ad esempio,
la membrana cellulare dell’oocita fecondato [ovulo] si
sposta verso l’interno, segnando l’inizio del clivaggio).
TERMINI DESCRITTIVI IN EMBRIOLOGIA
Gli equivalenti italiani delle forme latine standard dei
termini sono forniti in alcuni casi, come per oocita
(cellula uovo). Il Federative International Committee on
Anatomical Terminology non raccomanda l’impiego di
eponimi (termine derivato dal nome di una persona),
dei quali tuttavia si fa ampio uso in ambito clinico; in
questo volume essi appariranno pertanto tra parentesi,
come per la tuba uterina (tuba di Falloppio). In anatomia
ed embriologia sono usati parecchi termini relativi alla
posizione e alla direzione e si fa riferimento ai diversi
piani corporei. Tutte le descrizioni dell’individuo adulto
fanno riferimento al corpo in posizione eretta, con gli arti
superiori sui lati e i palmi diretti in avanti (Fig. 1-5A).
Questa è la posizione anatomica.
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F I G U R A 1 – 5 Disegni che illustrano i termini descrittivi di posizione, direzione e i piani corporei. A, Vista laterale di un adulto
in posizione anatomica. B, Vista laterale di un embrione di 5 settimane. C e D, Viste ventrali di un embrione di 6 settimane. E, Vista
laterale di un embrione di 7 settimane. Quando si descrive lo sviluppo, è necessario utilizzare termini che indicano la posizione di una
parte rispetto a un’altra o al corpo nella sua interezza. Ad esempio, la colonna vertebrale (spina dorsale) si sviluppa nella parte dorsale
dell’embrione e lo sterno nella parte ventrale dell’embrione.
I termini anteriore o ventrale e posteriore o dorsale
sono usati per descrivere il fronte o il retro del corpo o
degli arti e le relazioni tra le diverse strutture corporee.
Quando si descrive l’embrione, si usano i termini dorsale
e ventrale (Fig. 1-5B). Superiore e inferiore sono usati per
indicare i livelli relativi di diverse strutture (Fig. 1-5A).
Per gli embrioni, i termini craniale (o rostrale) e caudale
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sono usati rispettivamente per indicare la relazione con
la testa e con l’eminenza caudale (coda) (Fig. 1-5B). Le
distanze dal centro del corpo o dalla sorgente o dal punto
di attacco di una struttura sono indicate come prossimale
(più vicino) o distale (più lontano). Nell’arto inferiore, ad
esempio, il ginocchio è prossimale rispetto alla caviglia e
distale rispetto all’anca.
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Il piano sagittale mediano è un piano verticale immaginario che attraversa longitudinalmente il corpo. Le sezioni
mediane dividono il corpo in metà destra e sinistra (Fig.
1-5C). I termini laterale e mediale si riferiscono a strutture
che si trovano, rispettivamente, più lontano o più vicino al
piano mediano del corpo. Un piano sagittale è un qualsiasi
piano verticale che attraversa il corpo e che è parallelo al
piano mediano (Fig. 1-5C). Un piano trasversale (assiale) è
un qualsiasi piano che si trova ad angolo retto rispetto sia al
piano mediano, sia a quello coronale (Fig. 1-5D). Un piano
frontale (coronale) è un qualsiasi piano verticale che interseca il piano mediano ad angolo retto (Fig. 1-5E) e divide il
corpo nelle parti anteriore o ventrale e posteriore o dorsale.
CASI CLINICI
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01_cap01-0001-0010-2IMP.indd 10
Y Quale
sequenza di eventi si verifica durante la
pubertà? Questa sequenza è uguale nei maschi e
nelle femmine? A quale età si manifesta la pubertà presunta nei maschi e nelle femmine?
Y In che cosa differiscono i termini embriologia e
teratologia?
Y Qual è la differenza fra i termini uovo, ovulo, gamete e oocita?
La discussione sui casi clinici è riportata nell’Appendice
in fondo al volume.
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