CAPITOLO
11
Apparato muscolare
on l’eccezione di una parte della muscolatura liscia, l’apparato muscolare
si sviluppa dal foglietto germinativo
mesodermico ed è costituito dalla muscolatura scheletrica, liscia e da quella cardiaca. I
muscoli scheletrici derivano dal mesoderma
parassiale, che forma i somiti, i quali si estendono dalla regione occipitale a quella sacrale, e
i somitomeri nella regione della testa. La muscolatura liscia si differenzia dal mesoderma
splancnico viscerale che avvolge l’intestino e
i suoi derivati e dall’ectoderma (muscoli della
pupilla, ghiandola mammaria e ghiandole sudoripare). La muscolatura cardiaca deriva dal
mesoderma splancnico viscerale che circonda
il tubo cardiaco.
C
n M
USCOLATURA STRIATA
O SCHELETRICA
La muscolatura della testa (vedi Capitolo 17) deriva da sette somitomeri, che sono spirali parzialmente segmentate di cellule mesenchimali
derivate dal mesoderma parassiale (vedi Capitolo
6). La muscolatura dello scheletro assiale, delle
pareti del corpo e degli arti deriva dai somiti,
che si formano inizialmente come i somitomeri
e si estendono dalla regione occipitale fino all’abbozzo caudale. Subito dopo la segmentazione,
questi somitomeri vanno incontro a un processo
di epitelizzazione e formano una “sfera” di cellule epiteliali con una piccola cavità al centro (Fig.
11.1A). La regione ventrale di ciascun somite
diventa poi di nuovo mesenchimale e forma lo
sclerotomo (Fig. 11.1B-D), le cellule osteoprogenitrici per le vertebre e le coste. Le cellule della
regione superiore del somite formano il dermatomo e le due regioni che formeranno i muscoli
agli angoli o margini ventrolaterale (VLL) e dorsomediale (DML) (vedi Fig. 11.1B). Le cellule
che provengono da queste due aree migrano e
proliferano per formare le cellule progenitrici
della muscolatura ventrale dal dermatomo, formando così il dermomiotomo (Figg. 11.1B,C e
11.2). Alcune cellule dalla regione VLL migrano
anche nello strato parietale adiacente al mesoderma della placca laterale (vedi Fig. 11.1B). Qui
esse formano i muscoli sottoioidei, della parete
addominale (retto dell’addome, obliquo interno
ed esterno e trasverso dell’addome) e degli arti. Il
resto delle cellule del miotomo formerà i muscoli
del dorso, della cintura scapolare e gli intercostali (Tab. 11.1).
Inizialmente, qui si individua un ben definito
margine tra ciascun somite e lo strato parietale
del mesoderma della placca laterale denominato
frontiera somitica laterale (vedi Fig. 11.1B).
Questa frontiera separa due domini mesodermici nell’embrione:
1. Il dominio primassiale, che comprende la regione che circonda il tubo neurale e contiene
solo le cellule derivate dai somiti (mesoderma
parassiale).
2. Il dominio abassiale, che consiste dello strato
parietale del mesoderma della placca laterale
insieme alle cellule somitiche che sono migrate attraverso la frontiera somitica laterale.
Le cellule muscolari che attraversano questa
frontiera (quelle che provengono dall’angolo
VLL del miotomo) e penetrano nel mesoderma
della placca laterale comprendono le cellule progenitrici dei muscoli abassiali e ricevono molti
dei loro segnali per la differenziazione dal mesoderma della placca laterale (Fig. 11.3); le cellule
che rimangono nel mesoderma parassiale e non
attraversano la frontiera (le cellule rimanenti del
VLL e tutte quelle del DML), comprese le cellule
progenitrici dei muscoli primassiali, ricevono
la maggior parte dei loro segnali di sviluppo dal
tubo neurale e dalla notocorda (vedi Fig. 11.3).
Nonostante il suo dominio, ciascun miotomo
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Capitolo 11 • Apparato muscolare
Cellule muscolari
dorsomediali
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Tubo neurale
Dermatomo
Pieghe
neurali
Cellule muscolari
ventrolaterali
Cavità
intraembrionale
A Parete ventrale
del somite
Notocorda
B
Sclerotomo
Aorta dorsale
Tubo neurale
Sclerotomo
Dermatomo
Miotomo
Sclerotomo
C
Dermatomo
Miotomo
D
FIGURA 11.1 Immagini di sezioni che illustrano gli stadi di sviluppo in un somite. A. Le cellule mesodermiche
diventano epiteliali e si dispongono intorno a una piccola cavità. B. Le cellule delle pareti ventrale e mediale del
somite perdono le loro caratteristiche epiteliali e migrano intorno al tubo neurale e alla notocorda, e alcune si
spostano nello strato parietale del mesoderma della placca laterale. Tutte insieme queste cellule costituiscono
lo sclerotomo. Le cellule delle regioni DML e VLL del somite formano le cellule muscolari progenitrici. Le cellule
di entrambe le regioni migrano ventralmente verso il dermatomo per formare il dermomiotomo. Le cellule VLL
migrano anche nello strato parietale del mesoderma della placca laterale attraverso la frontiera somitica laterale
(linea verde). In combinazione, le cellule del somite e quelle del mesoderma della placca laterale costituiscono
il dominio mesodermico abassiale, mentre il dominio mesodermico primassiale contiene solo cellule somitiche
(mesoderma parassiale). C. Contemporaneamente, le cellule del dermatomo e quelle muscolari che si associano
con esse formano il dermomiotomo. D. Il dermomiotomo inizia a differenziarsi: le cellule del miotomo contribuiscono ai muscoli primassiali e quelle del dermatomo formano il derma del dorso.
riceve la propria innervazione dai nervi spinali che derivano dallo stesso segmento delle
cellule muscolari.
La frontiera somitica laterale definisce anche
il confine tra il derma che deriva dai dermatomi
nel dorso e il derma che deriva dal mesoderma
della placca laterale nella parete del corpo. Esso
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stabilisce anche un confine per lo sviluppo delle
coste, per cui le parti ossee di ciascuna costa derivano dalle cellule dello sclerotomo primassiale,
e le parti cartilaginee di quelle coste che si attaccano allo sterno derivano dalle cellule dello sclerotomo che sono migrate attraverso la frontiera
somitica laterale (cellule abassiali).
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Parte II • Embriologia speciale
Miotomi
occipitali
Miotomi
cervicali
Archi muscolari
faringei
C1
IV
Muscoli
dell’occhio
III
II
I
T1
FIGURA 11.2 Schema che illustra la muscolatura
della testa e del collo derivata dai somitomeri e
i miotomi che si formano caudalmente nella regione occipitale, in un embrione di 7 settimane.
TABELLA 11.1
Miotomi
toracici
Asse
dell’arto
Condensazione
Occhio
mesenchimale Cresta epiteliale
nell’abbozzo dell’arto
Origine dei muscoli da precursori abassiali e primassiali
Regione cervicale
Regione toracoaddominale
Arto superiore
Primassiale
Abassiale
Scaleni
Genioioideo
Sottoioidei
Prevertebrali
Intercostali
Grande e piccolo pettorale
Obliquo esterno
Obliquo interno
Trasverso dell’addome
Sternale
Retto dell’addome
Diaframma pelvico
Muscoli distali dell’arto
Romboidi
Elevatore della scapola
Gran dorsale
Arto inferiore*
Tutti i muscoli dell’arto inferiore
*L’origine precisa dei muscoli nella regione pelvica e nell’arto inferiore non è stata ancora determinata, ma la maggior
parte, se non tutti, è di origine abassiale.
FIGURA 11.3 Schemi di espressione dei geni che regolano la differenziazione del somite. Sonic hedgehog
(SHH) e noggin, secreti dalla notocorda e dalla lamina
basale del tubo neurale, stimolano la parte ventrale del
somite a formare lo sclerotomo e a esprimere PAX1,
che a sua volta controlla la condrogenesi e la formazione delle vertebre. WNT e basse concentrazioni di
proteine SHH originate dalla parte dorsale del tubo
neurale attivano PAX3, che delimita il dermatomo. Le
proteine WNT inducono anche la porzione DML del
somite a formare le cellule progenitrici dei muscoli e a
esprimere il gene muscolo-specifico MYF5. La porzione
dermatomica del somite viene indirizzata a diventare
il derma da neurotrophin 3 (NT-3) secreto dalla parte
dorsale del tubo neurale. L’influenza combinata delle
proteine attivanti WNT e della proteina inibente BMP4
attiva l’espressione di MyoD nella regione VLL per creare un secondo gruppo di cellule muscolari progenitrici.
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Cellule
muscolari
Derma
NT-3
BMP4
WNT
MYF5
Cellule
muscolari
3
WNT
OD
MY
BMP4
X
PA
PAX1
SHH
NOG
GIN
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Capitolo 11 • Apparato muscolare
Muscoli del dorso
(epiassiali)
Ramo primario
dorsale
Ramo primario
ventrale
Muscoli
della parete
corporea
Muscoli
estensori
dell’arto
Muscoli
ipoassiali
Muscoli flessori
dell’arto
FIGURA 11.4 Sezione trasversale condotta a metà di
un embrione che mostra l’innervazione della muscolatura in sviluppo. I muscoli epiassiali (muscoli propri del
dorso) sono innervati dal ramo dorsale primario (posteriore). I muscoli ipoassiali (arti e pareti del corpo)
sono innervati dal ramo primario ventrale (anteriore).
n INNERVAZIONE DEI MUSCOLI
SCHELETRICI ASSIALI
La nuova descrizione dello sviluppo muscolare
caratterizzata dai domini primassiale e abassiale
differisce dal vecchio concetto di epimeri (muscoli del dorso) e ipomeri (muscoli degli arti e
pareti corporee), che era basato su una definizione funzionale di innervazione: muscoli epimerici innervati dal ramo dorsale primario e
muscoli ipomerici innervati dal ramo ventrale
primario. La nuova descrizione si basa sull’origine embriologica effettiva delle cellule muscolari da due differenti popolazioni di cellule
progenitrici, le cellule abassiali e le primassiali,
e non sulla loro innervazione.
La descrizione non esclude il fatto che i muscoli
epiassiali (sopra la colonna) (muscoli del dorso)
sono innervati dal ramo primario dorsale, mentre i muscoli ipoassiali (sotto la colonna) (muscoli degli arti e delle pareti del corpo) sono
innervati dal ramo primario ventrale (Fig. 11.4).
n MUSCOLO SCHELETRICO
E TENDINE
Durante la differenziazione, le cellule staminali, i mioblasti, si fondono e formano lunghe e
multinucleate fibre muscolari. Presto appaiono
nel citoplasma le miofibrille e, dalla fine del 3°
mese, compaiono le striature trasversali, tipiche
del muscolo scheletrico. Un processo simile av-
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viene nei sette somitomeri nella regione della
testa, rostralmente ai somiti occipitali. Tuttavia,
i somitomeri non si separano in regioni riconoscibili come segmentate in sclerotomo e dermomiotomo prima della differenziazione. I tendini
per l’attacco dei muscoli alle ossa derivano dalle
cellule dello sclerotomo adiacenti al miotomo
lungo i margini anteriore e posteriore dei somiti.
Il fattore di trascrizione SCLERAXIS regola lo
sviluppo dei tendini.
n REGOLAZIONE MOLECOLARE
DELLO SVILUPPO DEL MUSCOLO
I geni che regolano lo sviluppo muscolare sono
stati identificati recentemente. BMP4 e probabilmente FGF, dal mesoderma della placca laterale,
insieme con le proteine WNT, dall’adiacente ectoderma, segnalano alle cellule VLL del dermomiotomo di esprimere il gene muscolo-specifico
MyoD (vedi Fig. 11.3). BMP4 secreto dalle cellule dell’ectoderma induce la produzione delle
proteine WNT dal tubo neurale dorsale nello
stesso momento in cui basse concentrazioni di
proteine sonic hedgehog (SHH), secrete dalla
notocorda e dalla lamina del pavimento del tubo
neurale, raggiungono le cellule DML del dermomiotomo. Insieme, queste proteine inducono
l’espressione di MYF5 e MyoD in queste cellule
(da notare che SHH non gioca un ruolo specifico nei confronti delle cellule VLL). Sia MyoD
sia MYF5 sono membri di una famiglia di fattori
di trascrizione detti fattori di regolazione miogenica (MRF), e questo gruppo di geni attiva le
vie per lo sviluppo muscolare.
n FORMAZIONE MUSCOLARE
Lo schema di formazione muscolare viene controllato dal tessuto connettivo nel quale migrano
i mioblasti. Nella regione della testa questi tessuti
connettivi derivano dalle cellule della cresta neurale; nelle regioni cervicale e occipitale essi si differenziano dal mesoderma somitico; nelle pareti
del corpo e negli arti originano dallo strato parietale del mesoderma della placca laterale.
n MUSCOLATURA DELLA TESTA
Tutti i muscoli volontari della regione della
testa derivano dal mesoderma parassiale (somitomeri e somiti), compresa la muscolatura della
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Parte II • Embriologia speciale
TABELLA 11.2
Origine dei muscoli craniofacciali
Origine mesodermica
Muscoli
Innervazione
Somitomeri 1 e 2
Somitomero 3
Somitomero 4
Somitomero 5
Somitomero 6
Retto superiore, mediale, retti anteriori
Obliquo superiore
Chiusura della mandibola
Retto laterale
Apertura della mandibola e altri muscoli
del secondo arco
Stilofaringeo
Muscoli intrinseci della laringe
Muscoli della lingua
Oculomotore (III)
Trocleare (IV)
Trigemino (V)
Abducente (VI)
Facciale (VII)
Somitomero 7
Somiti 1 e 2
Somiti 2-5*
Glossofaringeo (IX)
Vago (X)
Ipoglosso (XII)
*I somiti dal 2 al 5 costituiscono il gruppo occipitale (il somite 1 per la maggior parte degenera).
lingua, dell’occhio (eccetto i muscoli dell’iride,
che derivano dall’ectoderma del calice ottico),
e quelli associati agli archi faringei (viscerali)
(Tab. 11.2; vedi Fig. 11.2). La morfogenesi dei
muscoli della testa è controllata dagli elementi
del tessuto connettivo derivati dalle cellule della
cresta neurale.
n MUSCOLATURA DEGLI ARTI
L’inizio della formazione della muscolatura
degli arti si osserva nella 7a settimana di sviluppo, sotto forma di un addensamento mesenchimale presso la base degli abbozzi degli
stessi arti (vedi Fig. 11.2). Il mesenchima proviene dalle cellule dorsolaterali dei somiti che
migrano nell’abbozzo dell’arto per formare
i muscoli. Come in altre regioni, il tessuto
connettivo, derivato dallo strato parietale del
mesoderma della placca laterale, regola la morfogenesi muscolare e dà anche origine alle ossa
degli arti (vedi Capitolo 12).
n MUSCOLATURA CARDIACA
La muscolatura cardiaca nell’embrione si sviluppa dal mesoderma splancnico che avvolge
l’endotelio del tubo cardiaco. I mioblasti aderiscono l’uno all’altro per mezzo di speciali giunzioni che successivamente diventeranno i dischi
intercalari. Si sviluppano le miofibrille come
nella muscolatura scheletrica, ma i mioblasti
non vanno incontro a fusione. In una fase più
avanzata dello sviluppo si rendono visibili alcuni
speciali fasci di cellule muscolari con le miofibrille irregolarmente distribuite. Questi fasci
costituiscono le fibre di Purkinje e formano il
sistema di conduzione del cuore.
n MUSCOLATURA LISCIA
La muscolatura liscia per l’aorta dorsale e le
grandi arterie deriva dal mesoderma della placca
laterale e dalle cellule della cresta neurale. Nelle
arterie coronarie, la muscolatura liscia origina
Correlazioni cliniche
L’assenza parziale o completa di un muscolo è
un’evenienza comune e di norma non debilitante. Esempi comprendono l’assenza parziale
o completa dei muscoli palmare lungo, dentato anteriore e quadrato del femore. Un difetto molto grave, indicato come sequenza di
Poland, si verifica in 1 su 20.000 individui ed è
caratterizzata dall’assenza del muscolo piccolo
pettorale e da una parziale perdita del muscolo
grande pettorale (di solito il capo sternale) (Fig.
11.5). Il capezzolo e l’areola mancano o sono
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spostati, e spesso ci sono difetti alle dita (sindattilia [dita fuse] e brachidattilia [dita corte])
nel lato interessato. La natura deturpante dei
difetti può essere problematica, soprattutto
nelle donne a causa dello sviluppo della mammella.
La parziale o completa assenza della muscolatura addominale viene chiamata prune
belly syndrome (sindrome del ventre a prugna
secca) (Fig. 11.6). Di solito la parete addominale è talmente sottile che gli organi sono ri-
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Capitolo 11 • Apparato muscolare
conoscibili e facilmente palpabili. La sindrome
è spesso associata a malformazioni delle vie
urinarie e della vescica, compresa l’ostruzione uretrale. Questi difetti causano un accumulo di fluido che distende l’addome, provocando l’atrofia dei muscoli addominali.
La distrofia muscolare è il termine utilizzato
per indicare un gruppo di malattie muscolari
FIGURA 11.5 Sequenza di Poland. Nel lato sinistro
del paziente mancano il piccolo pettorale e parte
del grande pettorale. Si vede lo spostamento del
capezzolo e dell’areola.
dalle cellule proepicardiche (vedi Capitolo 13)
e da quelle della cresta neurale (segmenti prossimali). La muscolatura liscia della parete del
tratto intestinale e dei derivati dell’intestino proviene dal foglietto splancnico del mesoderma
della placca laterale che circonda queste strutture. Solo i muscoli sfintere e dilatatore della
pupilla e il tessuto muscolare nella ghiandola
mammaria e nelle ghiandole sudoripare originano dall’ectoderma.
Il fattore di risposta al siero (SRF) è un fattore di trascrizione responsabile della differenziazione delle cellule muscolari lisce. Questo
fattore è sopraregolato da fattori di crescita attraverso vie di fosforilazione chinasica. I fattori
di trascrizione myocardin e myocardin-related
(MRTF) agiscono poi come coattivatori per aumentare l’attività di SRF, iniziando così la cascata di geni responsabile dello sviluppo della
muscolatura liscia.
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ereditarie che causano progressiva perdita e
debolezza della muscolatura. C’è un gran numero di questi tipi di malattie, tra le quali la
distrofia muscolare di Duchenne (DMD) è la
più comune (1 su 4.000 nati maschi). La malattia
viene ereditata come gene recessivo legato
all’X per cui i maschi sono più frequentemente
colpiti rispetto alle femmine. Sia la DMD sia
la distrofia muscolare di Becker (BMD) sono
causate da mutazioni del gene per la distrofina sul cromosoma X. Tuttavia, nella DMD,
non viene prodotta distrofina funzionale e la
malattia è molto più grave con un’insorgenza
molto più precoce (prima dei 5 anni contro
8-25 anni nella BMD). La distrofina è una proteina citoplasmatica che forma un complesso
distrofina-proteina associata che si lega al citoscheletro della matrice extracellulare.
FIGURA 11.6 Prune belly syndrome (sindrome del
ventre a prugna secca): addome disteso per atrofia
dei muscoli addominali.
RIEPILOGO
La maggior parte dei muscoli origina dal mesoderma. I muscoli scheletrici derivano dal mesoderma parassiale, comprendente (1) i somiti,
che daranno origine ai muscoli dello scheletro
assiale, pareti corporee e arti, e (2) i somitomeri, che daranno origine ai muscoli della testa.
Le cellule progenitrici per i tessuti muscolari
derivano dagli angoli (labbri) ventrolaterale
(VLL) e dorsomediale (DML) dei futuri dermomiotomi. Cellule provenienti da entrambe
le regioni contribuiscono alla formazione del
miotomo. Alcune cellule provenienti da VLL
migrano anche attraverso la frontiera somitica
laterale nel foglietto parietale del mesoderma
della placca laterale. Questa frontiera o confine
nell’embrione separa due domini mesodermici:
(1) il dominio primassiale, che circonda il tubo
neurale e contiene solo cellule di derivazione somitica (mesoderma parassiale), e (2) il dominio
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Parte II • Embriologia speciale
abassiale, che consiste del foglietto parietale del
mesoderma della placca laterale insieme alle cellule di derivazione somitica migrate attraverso
la frontiera in questa regione (vedi Fig. 11.1).
Le cellule progenitrici dei muscoli abassiali si
differenziano nei muscoli sottoioidei, della parete addominale (retto dell’addome, obliquo
interno ed esterno, trasverso dell’addome),
e degli arti. Le cellule progenitrici dei muscoli
primassiali formeranno i muscoli del dorso,
alcuni muscoli della cintura scapolare e i muscoli intercostali (vedi Tab. 11.1). I muscoli del
dorso (muscoli epiassiali) sono innervati dal
ramo primario dorsale; i muscoli degli arti e
della parete corporea (muscoli ipoassiali) sono
innervati dal ramo primario ventrale. Segnali
molecolari per l’induzione delle cellule muscolari originano dai tessuti adiacenti alle future
cellule muscolari. Così, segnali dal mesoderma
della placca laterale (BMP) e dall’ectoderma soprastante (WNT) inducono le cellule VLL; mentre segnali dal tubo neurale e dalla notocorda
(SHH e WNT) inducono le cellule DML. Il tessuto connettivo derivato dai somiti, dal mesoderma parietale e dalla cresta neurale (regione
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della testa) fornisce lo stampo per la morfogenesi muscolare. La maggior parte della muscolatura liscia e le fibre muscolari cardiache sono
derivate dal mesoderma splancnico. La muscolatura liscia della pupilla, della ghiandola mammaria e delle ghiandole sudoripare si differenzia
dall’ectoderma.
n Domande
di autovalutazione
1. Da quali due regioni del somite sono derivate
le cellule muscolari? Quale regione contribuisce al dominio mesodermico abassiale? Quali
muscoli si formano dai domini abassiale e primassiale?
2. Esaminando un neonato di sesso femminile
noti che il suo capezzolo destro è spostato
verso l’ascella e che la parete anteriore dell’ascella è quasi assente. Che diagnosi faresti?
3. Da quale tipo di tessuto dipende la morfogenesi dei muscoli?
4. Come spieghi che il nervo frenico, che origina dai segmenti cervicali 3, 4 e 5, innerva il
diaframma posto nella regione toracica?
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