CENTRO EUROPEO COLONNA VERTEBRALE - ITALIA Via Nastrucci 16/A – 29100 Piacenza Embriogenesi ed accrescimento della colonna vertebrale Pieremilia Lusenti Presidente Centro Europeo della Colonna Vertebrale (Italia) - Specialista in Fisiatria ed Ortopedia In collaborazione con Lucia Podestà e Francesco Schiaffonati Nella medicina numerose sono le patologie che si spiegano con la teoria del caos. Sappiamo inoltre che una successione di avvenimenti, quali quelli che accadono nel corso della crescita, possono raggiungere un punto critico al di là del quale una piccola perturbazione può assumere proporzioni gigantesche. Vorrei pertanto evidenziare quei fattori che maggiormente interferiscono nell’embriogenesi e nello sviluppo della colonna vertebrale per sottolineare come momenti critici per l’insorgenza delle patologie della colonna - di cui oggi parleremo – coincidano con particolari periodi della crescita. Accenni di embriologia. Inizialmente distinguiamo nella blastocisti una massa interna, dalla quale deriva l’embrione, ed il trofoblasto esterno, tessuto che fa da interfaccia fra l’embrione e la madre. Dalla suddivisione della massa cellulare interna in una prima fase si configura: • uno strato di cellule epiteliali ventrali o epiblasto • uno strato dorsale o ipoblasto o endoderma primitivo. Abbiamo pertanto un disco bilaminare: • stimolare la conversione della sua superficie di ectoderma in tessuto neurale • specificare l’identità di certe cellule del sistema nervoso • trasformare le cellule mesodermiche dei somiti in corpi vertebrali La modulazione dei fattori di crescita e di differenziazione delle cellule dei 3 foglietti è determinata geneticamente attraverso un programma genetico prestabilito e seguendo un ordine temporo-spaziale determinato. Scheletro assiale. Lo scheletro assiale comprende: vertebre, coste e cranio. La prima a formarsi delle strutture del futuro scheletro assiale è la notocorda che compare in corrispondenza della linea mediana del disco embrionale al 15mo giorno di sviluppo come cordone di cellule che emerge da una massa ectodermica o nodo di Hensen. Dopo la separazione dall’entoderma, la notocorda appare come un cordone che percorre l’intera lunghezza dell’embrione tra il tubo neurale e l’entoderma. Pagina | 1 CENTRO EUROPEO COLONNA VERTEBRALE - ITALIA Via Nastrucci 16/A – 29100 Piacenza Il mesoderma dorsale su ciascun lato della notocorda aumenta in spessore e si dispone a formare da 42 a 44 paia di masse cellulari dette somiti (suddivisione dermatomerica): 4 occipitali, 8 cervicali, 12 toraciche, 5 lombari, 5 sacrali, 8⁄10 coccigee tra il 19mo e 32mo giorno di sviluppo. Il somita forma un ammasso di cellule mesenchimali (sclerotomo) nel suo margine ventromediale. Questi ultimi migrano dai somiti e si aggregano presso la notocorda dando origine alla colonna vertebrale e alle coste. Nel corso della quarta settimana di sviluppo un gruppo di cellule degli sclerotomi derivati da due somiti adiacenti ai lati della notocorda diventano l’abbozzo del centro di una vertebra. Successivamente un agglomerato di cellule mesenchimali si dirige dorsalmente e ai lati del corpo a formare gli abbozzi degli archi neurali e dei processi costali o trasversi o laterali dal sacro secondo la sede. Embriologicamente pertanto le vertebre sono costituite da 4 parti: la prima corrisponde alla parte anteriore del corpo vertebrale, davanti alle future cartilagini neuro-centrali e risente dell’influenza della notocorda. Le parti laterali simmetriche sono sotto l’influenza del sistema nervoso periferico autonomo e a quelle dell’ambiente circostante. Il processo spinoso è di derivazione mesoectodermica. Lo scheletro assiale, inizialmente costituito da cellule mesenchimali, alla settima settimana è cartilagineo. La diversificazione di tessuti pluripotenti mesenchimali è regolata geneticamente da fattori proteici morfogenici dell’osso sotto un complesso set di controllo genetico e l’interazione fra i vari epiteli e le influenze meccaniche che agiscono nei vari stadi dell’embriogenesi fino alla vita post natale. Le caratteristiche regionali fondamentali delle vertebre sono specificati da geni Hox e persistono sino alla condrificazione. Al tempo dell’ossificazione, nona settimana, le cartilagini costali si sono separate dalle vertebre. Il raccogliersi delle cellule dello sclerotomo a formare i corpi vertebrali conduce alla comparsa di fessure intervertebrali (i futuri dischi intervertebrali). La notocorda posta al centro del disco in via di formazione si espande e le sue cellule producono una notevole quantità di matrice mucoide che da origine al nucleo polposo. Le cellule mesenchimali circostanti il nucleo polposo producono matrice cartilaginea e fibre collagene che diventeranno l’anulus. Alla nascita il nucleo polposo occupa la maggior parte del disco, a 10 anni le cellule notocordali sono scomparse e la fibrocartilagine rimpiazza gradualmente la matrice mucoide con definitiva scomparsa della notocorda prima della maturità. Schema temporotemporo-spaziale di sviluppo della colonna vertebrale. Parte dallo studio della comparsa dell’ossificazione vertebrale nell’embrione cartilagineo. Tale ossificazione si fa in maniera indipendente per ciascuna delle 4 parti vertebrali descritte e in una sequenze che non è cranio-caudale. Nella parte anteriore l’ossificazione inizia a carico di 3-5 vertebre a livello della cerniera toraco-lombare con progressione caudale e craniale a velocità diverse e per gruppi di 4 vertebre circa. Si tratta di un’ossificazione all’interno della maquette condrale di un gruppo geneticamente e spazialmente definito. Nel frattempo l’ossificazione delle parti laterali inizia a livello della cerniera cervicotoracica e craniocervicale in gruppo di 2 e poi 4 vertebre e procede bidirezionalmente a velocità diverse. L’alterazione temporale dell’ossificazione si associa ad un’alterazione spaziale nella simmetria tridimensionale delle vertebre in causa. Le conseguenze sono spesso in contesto embrionario minime fatta eccezione i casi di scoliosi scoliosi congenita o di alterata segmentazione di vertebre o di parti di vertebre. Le conseguenze possono essere più importanti se il fenomeno persiste o si ripete con modifiche del volume di una o più parti laterali. L’ossificazione della quarta parte interviene infine con una progressione apparentemente craniocaudale. C’è pertanto un decalage temporale importante fra l’ossificazione delle parti anteriori e le posteriori opposte e vedremo l’impatto sulle curve sagittali del rachide. Pagina | 2 CENTRO EUROPEO COLONNA VERTEBRALE - ITALIA Via Nastrucci 16/A – 29100 Piacenza Segmentazione craniocaudale. Esiste uno schema temporo-spaziale di formazione, crescita e maturazione vertebrale che spiega la vulnerabilità di certe zone ad agenti lesionali che intervengono nel tempo. Altri organi possano essere implicati creando delle sindromi ben note. Quando il danno è dovuto a una perturbazione dello schema della struttura come nella disritmia, solo quella struttura interessata è danneggiata a livelli variabili in funzione del tipo e dell’intensità della perturbazione dello schema. Antropologia e studio della crescita. Al di là della formidabile crescita intrauterina longitudinale e volumetrica, ci sono due grandi periodi di crescita e uno di maturazione. Il primo periodo di crescita si situa nei primi 2-3 anni di vita. Il secondo – la preadolescenza – è intrecciato con la maturazione dell’adolescente. Ciascun periodo comporta numerose (probabilmente 2 o 3) spinte di crescita, durante le quali la velocità di crescita accelera potendo raggiungere nel preadolescente dai 7 ai 10 mm. il mese di altezza. Nel primo periodo di crescita lo scheletro cresce longitudinalmente, nel secondo accanto alla crescita longitudinale c’è anche una spinta volumetrica che nella ragazza vede allargarsi il bacino, il torace e l’ossatura diventa più massiccia, ugualmente nel maschio ma le proporzioni sono diverse. Nel corso di queste spinte di crescita c’è un cambiamento di proporzioni dei differenti segmenti corporali. Ciascuna spinta interessa inizialmente gli arti, poi il bacino, il torace e infine il rachide, ordine che richiama la comparsa dei nuclei d’ossificazione embriologica. Nel periodo della preadolescenza si osservano le variazioni delle curve sagittali. Queste curve si stoppano progressivamente e alternativamente (lordosi poi cifosi) per ricomparire progressivamente alla fine dello stesso periodo. Ciò che può essere compreso se si considera il decalage precedentemente descritto durante l’ossificazione vertebrale. Se la crescita dell’arco posteriore del corpo precede quella dell’arco anteriore, le curve variano. Secondo la gravità e del carattere evolutivo o no di queste alterazioni della simmetria scheletrica parleremo di patologie o di variazioni dalla normalità. In ragione della segmentazione funzionale del rachide le asimmetrie non potranno concernere che 2-5 vertebre consecutive provocando una perturbazione regionale. Aspetti dinamici. Per la differenza anatomica dell’osso, delle articolazioni e delle inserzioni muscolari delle vertebre i movimenti a carico della colonna sono diversi a seconda del segmento che consideriamo: torsione rachide toracico medio, inflessione laterale rachide toracico basso e lombare alto, flessione anteriore regione lombare bassa. Un’alterazione di un livello comporterà un’alterazione della bilancia e la strategia muscolare intra ed extrarachidea subirà un adattamento potendo così crearsi un disequilibrio. Conclusioni. Conclusioni. In un sistema in rapida crescita le lassità ligamentose, la crescita vertebrale asimmetrica segmentaria, un’alterazione della bilancia muscolare, un sistema neurologico non maturo lo rendono più vulnerabile. Lesioni del SNMS o dei sistemi che interferiscono con quest’ultimo possono provocare un disordine tale da determinare una deformità del rachide Pagina | 3 CENTRO EUROPEO COLONNA VERTEBRALE - ITALIA Via Nastrucci 16/A – 29100 Piacenza È ovvio che lesioni genetiche, muscolari, ossee o altro possono provocare delle deviazioni patologiche. Se non si stabiliscono spontaneamente o artificialmente delle condizioni che rompono il circolo vizioso installato si crea un disfunzionamento a rischio evolutivo elevato con deformazione severa della colonna vertebrale in sintonia con la teoria del caos. “LA COLONNA VERTEBRALE NEL BAMBINO E CONSEGUENZE NELL’ETÀ ADULTA”, Piacenza 13 aprile 2002 Pagina | 4