Allo sviluppo umano 1 Introduzione - Libreria Universo
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Introduzione
allo sviluppo umano
1
PERIODI DI SVILUPPO, 1 NOTIZIE STORICHE, 4
Periodo prenatale, 1 Antiche credenze sull’embriologia umana, 4
Periodo postnatale, 1 L’embriologia nel Medio Evo, 4
Prima infanzia, 1 Il Rinascimento, 5
Infanzia, 1 GENETICA E SVILUPPO UMANO, 6
Pubertà, 2 BIOLOGIA MOLECOLARE DELLO SVILUPPO
Età adulta, 2 UMANO, 7
SIGNIFICATO DELL’EMBRIOLOGIA, 2 TERMINI DESCRITTIVI IN EMBRIOLOGIA, 7
CASI CLINICI, 9
Lo sviluppo umano è un processo continuo che inizia il giorno 56 (Fig. 1-1). Le fasi più critiche dello sviluppo sono
quando un oocita (cellula uovo) di una femmina viene quelle che coincidono con il primo trimestre (prime 13 set-
fecondato da uno spermatozoo di un maschio a formare timane), quando ha luogo lo sviluppo embrionale e fetale
uno zigote unicellulare (Fig. 1-1). La divisione cellulare, la iniziale. Per trimestre si intende un periodo di 3 mesi, vale a
migrazione cellulare, la morte cellulare programmata dire un terzo del periodo di gestazione di 9 mesi.
(apoptosi), il differenziamento, la crescita e il riarrangia-
mento cellulare trasformano l’oocita fecondato, una cellula
totipotente altamente specializzata chiamata zigote, in un
PERIODO POSTNATALE
essere umano pluricellulare. La maggior parte dei cambia- Periodo successivo alla nascita. Segue una spiegazione di
menti di sviluppo avviene durante il periodo embrionale e termini e periodi relativi allo sviluppo postnatale frequente-
fetale; cambiamenti importanti si verificano però anche in mente utilizzati.
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).
PRIMA INFANZIA
Con prima infanzia ci si riferisce al primo periodo della
vita extrauterina, corrispondente all’incirca al primo anno
PERIODI DI SVILUPPO dopo la nascita. Un bambino di età pari o inferiore a 1 mese
viene chiamato neonato. Il passaggio dalla vita intrauterina a
È consuetudine suddividere lo sviluppo dell’uomo in un
quella extrauterina richiede molti cambiamenti fondamentali,
periodo prenatale (prima della nascita) e in uno postna-
soprattutto per quanto riguarda gli apparati cardiovascolare e
tale (dopo la nascita). Lo sviluppo prenatale, che va dallo
respiratorio. Se i neonati sopravvivono alle prime ore cruciali
zigote alla nascita, si suddivide in due periodi principali,
dopo la nascita, le possibilità di restare in vita sono solita-
quello embrionale e quello fetale. I principali cambiamenti
mente buone. Il corpo cresce rapidamente durante la prima
che si verificano nel periodo prenatale sono illustrati nel
infanzia; la lunghezza totale aumenta all’incirca della metà e
Programma dello Sviluppo Umano Prenatale (Fig. 1-1).
il peso viene solitamente triplicato. Entro il primo anno di età,
L’esame di tale programma rivela che i progressi più evi-
la maggior parte dei bambini ha da 6 a 8 denti.
denti hanno luogo nel periodo compreso tra la terza e l’ot-
tava settimana, cioè nel periodo embrionale. Nel periodo
fetale si verificano il differenziamento e la crescita di tessuti INFANZIA
e organi e aumenta la velocità di crescita corporea. Si intende per infanzia il periodo compreso tra la prima infan-
zia e la pubertà. I denti primari (decidui) continuano a spun-
PERIODO PRENATALE
tare e vengono successivamente sostituiti dai denti secondari
La prima parte dello sviluppo umano si compie prima della (permanenti). Durante l’infanzia, ha luogo un’ossificazione
nascita e viene suddivisa in fasi perché il periodo impiegato (formazione delle strutture ossee) attiva ma, quando l’età del
dagli embrioni a sviluppare determinate caratteristiche mor- bambino aumenta, la velocità della crescita corporea rallenta.
fologiche è variabile. Lo sviluppo embrionale inizia con la Subito prima della pubertà, comunque, la crescita accelera (il
fecondazione (Fase 1) e termina con la Fase 23, che ha luogo cosiddetto scatto di crescita prepuberale).
1
001-010_Cap01_Moore_2020.indd 1 17/01/20 09:482 CAPITOLO 1 — Introduzione allo sviluppo umano
PUBERTÀ la fetologia e lo sviluppo postnatale. La teratologia è la
sezione dell’embriologia e della patologia che tratta le ano-
La pubertà è il periodo in cui l’uomo acquisisce la capacità
funzionale di procreare (riprodursi). Nelle femmine, i primi malie dello sviluppo (difetti congeniti). Questo ramo dell’em-
segni di pubertà possono comparire dopo gli otto anni; nei briologia si occupa di vari fattori genetici e/o ambientali che
maschi, la pubertà ha comunemente inizio all’età di 9 anni. interferiscono con il normale sviluppo, producendo difetti
congeniti (si veda il Capitolo 20).
ETÀ ADULTA L’embriologia a orientamento clinico:
La crescita completa e la maturità vengono solitamente rag- • Occupa l’ambito compreso tra lo sviluppo prenatale e
giunte tra i 18 e i 21 anni. L’ossificazione e la crescita sono l’ostetricia, la medicina perinatale, la pediatria e l’anato-
sostanzialmente completate durante la prima età adulta (tra mia clinica. Il termine perinatale si riferisce al periodo che
i 21 e i 25 anni). Lo sviluppo cerebrale prosegue nella prima precede e segue immediatamente la nascita, ovvero com-
età adulta, anche attraverso modificazioni del volume della preso fra la ventottesima settimana di gestazione e il
sostanza grigia. settimo giorno (o, secondo altri, le prime quattro setti-
mane) di vita neonatale.
• Sviluppa conoscenze relative all’inizio della vita e ai cambia-
SIGNIFICATO DELL’EMBRIOLOGIA menti che si verificano durante lo sviluppo prenatale.
Letteralmente, il termine embriologia si riferisce allo studio • Favorisce la comprensione delle cause delle variazioni che
degli embrioni, ma generalmente viene utilizzato in riferi- avvengono nella struttura umana.
mento allo sviluppo prenatale dell’embrione, del feto e del • Chiarisce l’anatomia a orientamento clinico e spiega
neonato (fino a 1 mese di età). Il termine anatomia dello svi- come si sviluppano le relazioni normali e anormali.
luppo si riferisce ai cambiamenti strutturali di un individuo • Supporta la ricerca e l’applicazione delle cellule staminali
dalla fecondazione all’età adulta; essa include l’embriologia, per il trattamento di alcune malattie croniche.
PROGRAMMA DELLO SVILUPPO UMANO PRENATALE
DA 1 A 10 SETTIMANE
GIORNI
Follicoli primari Oocita
SVILUPPO INIZIALE DEL FOLLICOLO OVARICO
–2
FASE MESTRUALE FASE PROLIFERATIVA
Giorno 1 dell’ultimo
ciclo mestruale normale
Antro Follicolo Oocita
maturo Ovulazione
–1 COMPLETAMENTO DELLO SVILUPPO DEL FOLLICOLO
Ovaia
Oocita Oocita
CONTINUAZIONE DELLA FASE PROLIFERATIVA DEL CICLO MESTRUALE
ETÀ
(settimane) 1 Fase 1 2 Inizia la Fase 2 3 4 Inizia la Fase 3 5 Trofoblasto 6 Fase 4 7 Inizia la Fase 5
Zona pellucida Inizia l’impianto
1
Embrio-
Fecondazione Lo zigote si divide Morula Blastocisti iniziale Blastocisti tardiva blasto
FASE SECRETIVA DEL CICLO MESTRUALE
8 9 Compaiono lacune 10 Citotrofoblasto 11 Sangue materno 12 Mesoderma 13 Inizia la Fase 6 14 Peduncolo
Amnios Ghiandola Rete di connessione
nel sinciziotrofoblasto lacunare
extraembrionale Villi coriali primari
Cavità amniotica erosa Amnios
2
Disco embrionale Vescicola ombelicale Tappo Disco embrionale
bilaminare primaria di chiusura Disco embrionale Celoma Placca precordale
Fig. 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 il tuorlo.
(segue)
001-010_Cap01_Moore_2020.indd 2 17/01/20 09:48CAPITOLO 1 — Introduzione allo sviluppo umano 3
15 Primo ciclo 16 Inizia la Fase 7 17 Embrione trilaminare 18 Inizia la Fase 8 19 20 Inizia la Fase 9 21
Doccia
mestruale saltato Amnios Placca neurale neurale
Placca neurale
Encefalo Prima coppia
Solco di somiti
neurale Solco neurale
Linea
3
primitiva Somite Somite
Linea
Le frecce indicano Bordo del sacco primitiva
Nodo primitivo
la migrazione delle Migrazione delle cellule amniotico La ghiandola tiroide
Linea primitiva cellule mesenchimali dalla linea primitiva Lunghezza: 1,5 mm Linea primitiva inizia a svilupparsi
22 Inizia la fase 10 23 Neuroporo rostrale 24 Inizia la Fase 11 25 Fossetta 26 Inizia la Fase 12 27 Sede della fossetta 28 Inizia la Fase 13
acustica acustica (orecchio)
2 paia Prosen-
Il cuore di archi
comincia Sono presenti cefalo
faringei Abbozzo
a battere i primordi
dell’arto
4 Sistema di occhio Ringonfia- Archi faringei
e orecchio mento superiore
crcolatorio
primitivo cardiaco
Indica
Le pieghe Neuroporo Il neuroporo la dimensione
3 paia di archi faringei CRL = lunghezza
neurali si fondono caudale rostrale si chiude reale vertice-sacro CRL: 5 mm
29 30 31 Occhio 32 Inizia la Fase 14 33 Inizia la Fase 15 34 Vescicole cerebrali 35 Occhio
in via di sviluppo Occhio Abbozzo distinte
dell’arto
superiore
Abbozzo
Fossetta laminare
5 nasale della
mano
Cuore
Abbozzo
Si forma- lami- Cordone
no le fossette del cristallino, Abbozzo nare ombelicale
dell’arto
CRL: 5,5 mm i calici ottici del piede
e le fossette nasali Primordio della bocca inferiore CRL: 7 mm CRL: 8,5 mm
36 37 Inizia la Fase 16 38 Testa di grandi 39 40 Meato acustico 41 Inizia la Fase 17 42
dimensioni esterno Orecchio
Orecchio Occhio
Raggi
digitali
6 Occhio Occhio
Raggi
Abbozzo digitali
laminare
Le cavità orale e quella Si formano il labbro
del piede Abbozzo
nasale confluiscono superiore e il naso CRL: 12,5 mm
CRL: 9,5 mm CRL: 10,5 mm laminare del piede Vista ventrale
ETÀ
(settimane) 43 Dimensioni reali 44 Inizia la Fase 18 45 46
Sacco amniotico
47 Tubercolo genitale 48 Inizia la Fase 19 49 Dimensioni reali
Parete uterina
Testa di grandi Palpebra
dimensioni ma mento
Membrana
scarsamente formato. Cavità
uterina urogenitale
I solchi tra i raggi Orecchio
7 digitali indicano le dita
Membrana esterno
anale Polso,
Si formano Corion
CRL: 13 mm e dita della mano fuse CRL: 18 mm
le palpebre lieve
50 Inizia la Fase 20 51 52 Inizia la Fase 21 53 54 Inizia la Fase 22 55 Orecchio 56 Fase 23
Occhio Orecchio Tubercolo Occhio
Arti superiori più genitale
lunghi e piegati
I genitali esterni Solco
a livello del gomito Polso
Naso hanno iniziato uretrale
8 a differenziarsi
Dita distinte Dita Ginocchio
ma connesse delle mani Ano
Gomito
da una membrana
Fronte ampia e
Dita dei piedi Dita dei piedi CRL: 30 mm
57 58 59 Placenta 60 Genitali 61 62 Genitali 63
Orecchio
Fallo Fallo
Occhio
Piega
Inizio Piega urogenitale
Polso urogenitale
9 del periodo fetale
Ginocchio
Piega
Piega labioscrotale
labioscrotale
Perineo Perineo
Gomito
Dita dei piedi CRL: 45 mm CRL: 50 mm
64 65 66 67 Clitoride 68 69 70
Glande
Il viso I genitali hanno
del pene
ha un profilo Piccolo caratteristiche
più sviluppato labbro o Solco
10 Solco ma non sono ancora uretrale
Si osservi la crescita urogenitale completamente formati
del mento rispetto Scroto
al giorno 44 Grande
Orecchie ancora
a basso impianto labbro CRL: 61 mm
Fig. 1-1 (seguito)
001-010_Cap01_Moore_2020.indd 3 17/01/20 09:484 CAPITOLO 1 — Introduzione allo sviluppo umano
La conoscenza che i medici hanno del normale sviluppo e l’embrione nella donna, produttore del seme nell’uomo e
delle cause dei difetti congeniti è necessaria per conferire donatore della vita al figlio nel corpo della madre. Gli antichi
all’embrione e al feto la maggiore probabilità di svilupparsi Egizi credevano che l’anima entrasse nel bambino alla nascita
normalmente. Una gran parte della moderna pratica ostetrica attraverso la placenta.
si basa sull’embriologia applicata. Gli argomenti di embriolo- Si ritiene che un breve trattato in sanscrito sull’antica
gia di particolare interesse per gli ostetrici sono: l’ovulazione, embriologia indiana sia stato scritto nel 1416 a.C. Questo
il trasporto degli oociti e degli spermatozoi, la fecondazione, testo indiano, chiamato Garbha Upanishad, descrive antiche
l’impianto, le interazioni madre-feto, la circolazione fetale, i concezioni sull’embrione. Esso afferma:
periodi critici dello sviluppo e le cause dei difetti congeniti.
Dall’unione del sangue e del seme inizia a formarsi
Oltre a occuparsi della madre, i medici salvaguardano la
l’embrione. Durante il periodo favorevole al concepimento,
salute dell’embrione e del feto. Il significato dell’embriolo-
dopo il rapporto sessuale, esso diventa un Kalada
gia è chiaramente evidente per i pediatri poiché alcuni dei
(embrione di un giorno di età). Dopo essere rimasto sette
loro pazienti presentano difetti congeniti derivanti da uno
notti diventa una vescicola. Dopo quindici giorni diventa
sviluppo anomalo, come ernie diaframmatiche, spina bifida
una massa sferica. Dopo un mese diventa una massa
cistica e cardiopatia congenita.
solida. Dopo due mesi si forma la testa. Dopo tre mesi
I difetti congeniti causano la maggior parte dei decessi che
compaiono le regioni degli arti.
avvengono nella prima infanzia. La conoscenza dello sviluppo
delle strutture e delle funzioni è essenziale per la comprensione Gli studiosi greci hanno contribuito in modo rilevante alla
delle variazioni fisiologiche che si verificano durante il periodo scienza dell’embriologia. I primi studi tramandati di embrio-
neonatale (prime 4 settimane) e per aiutare i feti e i neonati logia si trovano nei libri di Ippocrate di Kos, il famoso
in difficoltà. I progressi della chirurgia, specialmente in età medico greco (circa 460-377 a.C.), considerato il padre della
fetale, perinatale e pediatrica, hanno aumentato il significato medicina. Per comprendere come si sviluppa l’embrione
clinico della conoscenza dello sviluppo umano. È ora possibile umano, egli raccomandava:
trattare chirurgicamente i feti in alcune situazioni. La com-
prensione e la correzione della maggior parte dei difetti dipen- Prendete venti o più uova e fatele incubare da due
dono dalla conoscenza del normale sviluppo e delle alterazioni o più galline. Poi, ogni giorno dal secondo a quello
che possono verificarsi. La comprensione delle comuni ano- della nascita, togliete un uovo, rompetelo ed esaminatelo.
malie congenite e delle loro cause permette inoltre ai medici, Troverete esattamente quello che dico, in quanto la natura
al personale infermieristico e ad altri operatori sanitari di dell’uccello può essere paragonata a quella dell’uomo.
spiegare come si sviluppano i difetti congeniti, spesso facendo
scomparire i sensi di colpa dei genitori. Aristotele di Stagira (circa 384-322 a.C.), filosofo e scien-
I medici e gli altri operatori sanitari che conoscono i comuni ziato greco, scrisse un trattato di embriologia in cui descri-
difetti congeniti e le loro basi embriologiche affrontano situa- veva lo sviluppo del pulcino e di altri embrioni. Aristotele
zioni insolite con sicurezza e preparazione. Ad esempio, ipotizzava che l’embrione si sviluppasse da una massa
quando ci si rende conto che l’arteria renale rappresenta solo informe, che descriveva come “un seme non completamente
uno dei molti vasi che riforniscono inizialmente il rene embrio- ideato con un’anima nutritiva e tutte le parti del corpo”.
nale, le frequenti variazioni del numero e della disposizione dei Questo embrione, pensava, aveva origine dal sangue
vasi renali diventano comprensibili e non inattese. 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,
NOTIZIE STORICHE nel quale descrisse lo sviluppo e la nutrizione dei feti e delle
strutture che ora chiamiamo allantoide, amnios e placenta.
Se ho visto più lontano, è perché stavo sulle spalle di giganti. Il Talmud contiene riferimenti alla formazione dell’em-
SIR ISAAC NEWTON, MATEMATICO INGLESE, 1643-1727 brione. Il medico ebreo Samuel-el-Yehudi, che visse nel II
secolo d.C., descrisse sei fasi nella formazione dell’em-
Questa affermazione, fatta più di 300 anni fa, evidenzia che brione, che partono da una “cosa informe, arrotolata” e
ogni nuovo studio di un problema si basa su conoscenze arrivano a un “bambino i cui mesi sono stati completati”.
avvalorate da ricercatori precedenti. Le teorie di ogni epoca Gli studiosi del Talmud credevano che le ossa e i tendini, le
offrono spiegazioni basate sulle conoscenze e sull’esperienza unghie, il midollo presente nella testa e il bianco degli occhi
dei ricercatori di quel periodo. Anche se non dobbiamo con- derivassero dal padre, “che semina il bianco”, mentre la
siderarle come definitive, dovremmo apprezzare e non disde- pelle, la carne, il sangue e i capelli derivassero dalla madre,
gnare le loro idee. Gli esseri umani si sono sempre interessati “che semina il rosso”. Queste opinioni erano in accordo con
al modo in cui si sono sviluppati e in cui sono nati e al motivo gli insegnamenti di Aristotele e di Galeno.
per cui alcuni embrioni e feti si sviluppano in modo anomalo.
Gli antichi hanno elaborato molte teorie per spiegare le cause
L’EMBRIOLOGIA NEL MEDIO EVO
sottostanti a queste anomalie congenite.
Il progresso della scienza è stato lento durante il periodo medio-
evale e pochi punti salienti dell’indagine embriologica effettuata
ANTICHE CREDENZE SULL’EMBRIOLOGIA UMANA
in quel periodo sono a noi noti. Si afferma nel Corano (VII
Gli Egizi del Regno antico, circa 3000 a.C., conoscevano i secolo d.C.), il libro sacro dell’Islam, che gli esseri umani sono
metodi per incubare le uova di uccello. Akhenaton (Ame- prodotti da una miscela di secrezioni del maschio e della
nophis IV) venerava il dio sole Aton come creatore del- femmina. Vengono fatti diversi riferimenti alla creazione di un
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essere umano da una nutfa (piccola goccia). Si fa anche riferi- si trasformasse in una sostanza simile a un uovo, dalla quale
mento all’aspetto simile a una sanguisuga dell’embrione nelle si sviluppava l’embrione. Harvey fu fortemente influenzato da
sue prime fasi. In seguito si dice che l’embrione assomiglia a uno dei suoi professori dell’Università di Padova, Girolamo
una “sostanza masticata”. Fabrici d’Acquapendente (1537-1619), un anatomista ed
Costantino l’Africano di Salerno (circa 1020-1087 d.C.) embriologo italiano che per primo studiò gli embrioni di
scrisse un conciso trattato intitolato De Humana Natura. L’au- diverse specie animali. Harvey esaminò gli embrioni di pollo
tore descrisse la composizione e lo sviluppo sequenziale dell’em- con semplici lenti ed effettuò molte nuove osservazioni. Studiò
brione in riferimento ai pianeti e a ogni mese della gravidanza, anche lo sviluppo del daino ma, non essendo in grado di
un concetto sconosciuto nell’antichità. Gli studiosi medioevali si osservare le prime fasi del suo sviluppo, concluse che gli
discostavano di poco dalla teoria di Aristotele, secondo la quale embrioni fossero secreti dall’utero. Girolamo Fabrici scrisse
l’embrione derivava dal sangue mestruale e dal seme. A causa due importanti trattati di embriologia, tra cui uno, intitolato
delle scarse conoscenze, i disegni del feto nell’utero mostravano De Formato Foetu (Il feto formato), che conteneva molte
spesso un bambino completamente sviluppato che sgambettava illustrazioni di embrioni e feti in diverse fasi dello sviluppo.
nel ventre (Fig. 1-2). I primi microscopi erano semplici, ma aprirono un nuovo
eccitante campo di osservazione. Nel 1672, Regnier de Graaf
IL RINASCIMENTO osservò delle piccole camere nell’utero di coniglio e concluse
che non potevano essere state secrete dall’utero. Affermò che
Leonardo da Vinci (1452-1519) effettuò disegni accurati di dovevano provenire da organi che chiamò ovaie. Senza
dissezioni di uteri gravidi contenenti feti (Fig. 1-3). Intro- dubbio, le piccole camere descritte da De Graaf erano bla-
dusse l’approccio quantitativo all’embriologia effettuando stocisti (si veda la Fig. 1-1). Descrisse anche follicoli ovarici
misurazioni della crescita prenatale. che vennero chiamati follicoli di Graaf e che oggi sono
È stato affermato che la rivoluzione embriologica iniziò con chiamati follicoli ovarici vescicolosi.
la pubblicazione del libro di William Harvey (1578-1657), De Marcello Malpighi, studiando nel 1675 quelle che credeva
Generatione Animalium, nel 1651. Harvey credeva che il seme fossero uova di gallina non fecondate, osservò embrioni di
maschile o sperma, una volta entrato nel ventre o nell’utero, pulcino nelle fasi iniziali. Di conseguenza, pensò che l’uovo
contenesse un pulcino in miniatura. Un giovane studente di
medicina di Leiden, Johan Ham van Arnhem, e il suo con-
cittadino 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 ver-
sioni 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.
Fig. 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; con Fig. 1-3 Riproduzione del disegno fatto da Leonardo da Vinci nel
l’autorizzazione di Cambridge University Press, England.) XV secolo d.C. che rappresenta un feto in un utero inciso e aperto.
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sistenza di due fasi distinte nello sviluppo embrionale 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 responsa-
bili di grandi progressi dell’embriologia quando formula-
rono 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 sezio-
namento e la colorazione dei tessuti e per la ricostruzione
degli embrioni. Il suo metodo di ricostruzione grafica aprì la
via all’attuale produzione di immagini tridimensionali, ste-
reoscopiche 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 scienti-
fico. La collezione di Mall appartiene alla Carnegie Collection
Fig. 1-4 Copia di un disegno del XVII secolo di uno spermatozoo, of embryos che è nota in tutto il mondo. Essa si trova ora al
effettuato da Hartsoeker. Si pensava che l’essere umano in miniatura National Museum of Health and Medicine dell’Armed Forces
presente al suo interno si ingrandisse dopo l’ingresso dello sperma- Institute of Pathology di Washington DC, USA.
tozoo nell’ovulo. Altri embriologi dello stesso periodo ritenevano che Wilhelm Roux (1850-1924) fu un pioniere degli studi
l’oocita contenesse un essere umano in miniatura che si ingrandiva sperimentali analitici sulla fisiologia dello sviluppo negli
quando stimolato da uno spermatozoo. 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
Propose il concetto degli strati, secondo cui la divisione di il destino di un altro) Spemann ricevette il premio Nobel nel
quello che chiamiamo zigote produce strati di cellule (ora 1935. Nel tempo, gli scienziati hanno isolato le sostanze
chiamati disco embrionale) da cui si sviluppa l’embrione. trasmesse da un tessuto all’altro, causando l’induzione.
Le sue idee costituirono la base della teoria epigenetica, che Robert G. Edwards (1925-2013) e Patrick Steptoe (1913-
afferma che lo sviluppo deriva dalla crescita e dal differen- 1988) sono stati pionieri di uno dei più rivoluzionari sviluppi
ziamento di cellule specializzate. Queste importanti scoperte nella storia della riproduzione umana: la tecnica della fecon-
apparvero per la prima volta nella dissertazione di dottorato dazione in vitro. Questi studi hanno portato alla nascita nel
di Wolff Theoria Generationis. Egli osservò anche masse 1978 di Louise Brown, la prima “bambina in provetta”. Da
embrionali di tessuto che contribuivano parzialmente allo allora, molti milioni di coppie nel mondo, considerate infer-
sviluppo degli apparati urinario e genitale (i corpi di Wolff tili, hanno sperimentato la nascita dei propri figli grazie a
e i dotti di Wolff) ora chiamati rispettivamente mesonefro e questa nuova tecnica di riproduzione. Edwards vinse il
dotti mesonefrici (si veda il Capitolo 12). Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina nel 2010 grazie
La controversia sulla preformazione si concluse nel 1775 allo sviluppo della fecondazione in vitro.
quando Lazzaro Spallanzani dimostrò che erano necessari John Gurdon (1933-) e Shnya Yamanaka (1962-) furono
sia l’oocita che lo spermatozoo per avviare lo sviluppo di un insigniti del Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina nel
nuovo individuo. Dai suoi esperimenti, comprendenti anche 2012 grazie alla scoperta secondo cui le cellule mature
procedure di inseminazione artificiale dei cani, concluse che possono essere riprogrammate per diventare pluripotenti.
lo sperma era l’agente fecondante che avviava il processo di Gurdon e Yamanaka hanno dimostrato che il genoma può
sviluppo. Heinrich Christian Pander scoprì i tre strati germi- essere conservato nel corso del processo di differenziamento
nativi dell’embrione, che chiamò blastoderma. Riferì la sua e può essere riprogrammato a uno stadio immaturo. La loro
scoperta nel 1817 nella sua dissertazione di dottorato. scoperta consentì di capire meglio lo sviluppo umano e gettò
Étienne Saint-Hilaire e suo figlio Isidore Saint-Hilaire le basi per il perfezionamento di tecniche di clonazione tera-
condussero i primi studi significativi sulle alterazioni dello peutica e l’utilizzo delle cellule staminali nell’ambito del trat-
sviluppo nel 1818. Effettuarono esperimenti su animali pro- tamento di specifiche condizioni cliniche.
gettati per produrre difetti congeniti, avviando quella che
conosciamo oggi come teratologia.
Karl Ernst von Baer descrisse nel 1827 il follicolo ovarico GENETICA E SVILUPPO UMANO
di un cane, circa 150 anni dopo la scoperta dello sperma.
Egli osservò anche la scissione degli zigoti nelle tube uterine Nel 1859 il biologo ed evoluzionista inglese Charles Darwin
e le blastocisti nell’utero. Apportò nuove conoscenze sull’o- (1809-1882) pubblicò il libro L’origine delle specie, nel
rigine dei tessuti e degli organi dagli strati descritti preceden- quale sottolineava la natura ereditaria della variabilità tra
temente da Malpighi e Pander. Von Baer formulò due i membri di una specie come fattore importante per l’e-
importanti concetti embriologici, e più precisamente l’e- voluzione. Gregor Mendel, un monaco austriaco, sviluppò
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i principi dell’ereditarietà nel 1865, ma per molti anni i loro ricerca emerse che i nuclei delle cellule nervose di gatti
biologi e i medici non compresero il significato di questi di sesso femminile contenevano cromatina sessuale, contra-
principi nello studio dello sviluppo dei mammiferi. riamente a quelli degli esemplari maschili. Il passo successivo
Walter Flemming osservò i cromosomi nel 1878 e suggerì fu stabilire se un fenomeno simile fosse rilevabile anche nei
il loro probabile ruolo nella fecondazione. Nel 1883, Edouard neuroni umani. Keith L. Moore, che si unì al gruppo di
van Beneden osservò che le cellule germinali mature possede- ricerca del Dott. Barr nel 1950, scoprì la presenza di pattern
vano un numero ridotto di cromosomi. Descrisse anche alcune di cromatina sessuale nelle cellule somatiche dell’uomo e di
caratteristiche della meiosi, il processo con cui il numero dei numerosi animali e sviluppò un tampone orale per la rile-
cromosomi viene ridotto nelle cellule germinali. vazione della cromatina sessuale. Questo lavoro di ricerca
Walter Sutton (1877-1916) e Theodor Boveri (1862- costituisce la base di numerose moderne tecniche applicate
1915) conclusero in modo indipendente nel 1902 che il attualmente in tutto il mondo per lo screening e la diagnosi
comportamento dei cromosomi durante la formazione delle di condizioni genetiche umane.
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 meta- BIOLOGIA MOLECOLARE
bolismo di fenilalanina-tirosina) come il primo esempio di DELLO SVILUPPO UMANO
ereditarietà mendeliana negli esseri umani. Molti genetisti
considerano Sir Archibald Garrod (1857-1936) come il I rapidi progressi nel campo della biologia molecolare hanno
padre della genetica medica. Si comprese rapidamente che portato all’applicazione di tecniche sofisticate (ad esempio,
lo zigote contiene tutte le informazioni genetiche necessarie DNA ricombinante, sequenziamento del genoma, ibridazione
per dirigere lo sviluppo di un nuovo essere umano. genomica dell’RNA, modelli chimerici, topi transgenici, mani-
Felix von Winiwarter riportò le prime osservazioni sui polazione delle cellule staminali e terapia genica). Queste tec-
cromosomi umani nel 1912, affermando che nelle cellule del niche sono ora ampiamente utilizzate nei laboratori di ricerca
corpo vi erano 47 cromosomi. Theophilus Shickel Painter per trattare problemi diversi come la regolazione genica della
concluse nel 1923 che il numero corretto era 48, una con- morfogenesi, l’espressione temporale e regionale di geni spe-
clusione ampiamente accettata fino al 1956, quando Joe cifici e il modo in cui le cellule sono destinate a formare la
Hin Tjio e Albert Levan riferirono il ritrovamento di soli varie parti dell’embrione. Per la prima volta, stiamo iniziando
46 cromosomi nelle cellule embrionali. a comprendere come, quando e dove geni selezionati vengono
James Watson e Francis Crick decifrarono la struttura attivati ed espressi nell’embrione durante lo sviluppo normale
molecolare del DNA nel 1953 e nel 2000 il genoma umano e anomalo (si veda il Capitolo 21).
veniva sequenziato. La natura biochimica dei geni sui 46 Il primo mammifero a essere clonato fu la pecora Dolly,
cromosomi umani è stata decodificata. Gli studi sui cromo- nel 1997, da Ian Wilmut e dai suoi colleghi usando la tecnica
somi sono stati rapidamente utilizzati in medicina per sva- del trasferimento nucleare di cellule somatiche. Da allora,
riati fini, tra cui la diagnosi clinica, la mappatura cromosomica altri animali sono stati clonati con successo da cellule adulte
e la diagnosi prenatale. differenziate poste in coltura. L’interesse per la clonazione
Una volta stabilito lo schema cromosomico normale, è umana ha generato un dibattito considerevole a causa delle
stato presto evidente che alcuni individui affetti da anomalie sue implicazioni sociali, etiche e legali. Inoltre, si teme che
congenite presentavano un numero anomalo di cromosomi. la clonazione possa portare alla nascita di neonati con difetti
Una nuova era nella genetica medica iniziò con la dimostra- congeniti e malattie gravi.
zione nel 1959 da parte di Jérôme Jean Louis Marie Lejeune Le cellule staminali embrionali umane sono pluripotenti,
e collaboratori che i bambini affetti dalla sindrome di Down in grado di autorinnovarsi e di differenziarsi in tipi cellulari
(trisomia 21) presentavano nelle loro cellule 47 cromosomi specializzati, inclusi i gameti artificiali. L’isolamento e la
invece dei soliti 46. Attualmente è noto che le aberrazioni riprogrammazione di cellule staminali embrionali umane
cromosomiche rappresentano una causa importante di difetti rappresenta un forte potenziale per il trattamento di malat-
congeniti e morte embrionale (si veda il Capitolo 20). tie croniche tra cui lesioni del midollo spinale, degenera-
Nel 1941, Sir Norman Gregg riportò un “numero inso- zione maculare senile, la sclerosi laterale amiotrofica, la
lito di casi di cataratta” e altri difetti congeniti in bambini malattia di Alzheimer e la malattia di Parkinson, oltre ad
le cui madri avevano contratto la rosolia (causata dal virus altri disturbi degenerativi, neoplastici e genetici (si veda la
della rosolia) nelle prime fasi della gravidanza. Per la prima pagina Web del National Institutes of Health “Stem Cell
volta, veniva presentata una prova concreta che lo sviluppo Information” [2016]).
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 TERMINI DESCRITTIVI IN EMBRIOLOGIA
e altri gravi difetti congeniti indotti dal sedativo talidomide
nei bambini di madri che avevano assunto il farmaco. La Gli equivalenti italiani delle forme latine standard dei
tragedia della talidomide tenne in allerta il pubblico e gli termini sono forniti in alcuni casi, come per oocita (cellula
operatori sanitari sui possibili rischi di farmaci, sostanze uovo). Il Federative International Committee on Anatomical
chimiche e altri fattori ambientali durante la gravidanza (si Terminology non raccomanda l’impiego di eponimi (parole
veda il Capitolo 20). derivate dal nome di una persona), dei quali tuttavia si fa
La cromatina sessuale fu scoperta nel 1949 dal Dott. ampio uso in ambito clinico; in questo volume essi appa-
Murray Barr e dal suo allievo Ewart (Mike) Bertram presso riranno pertanto tra parentesi, come per la tuba uterina
la Western University in London, Ontario, Canada. Dalla (tuba di Falloppio). In anatomia ed embriologia sono usati
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Fig. 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.
parecchi termini relativi alla posizione e alla direzione e si 1-5B). Superiore e inferiore sono usati per indicare i livelli
fa riferimento ai diversi piani corporei. Tutte le descrizioni relativi di diverse strutture (Fig. 1-5A). Per gli embrioni, i
dell’individuo adulto fanno riferimento al corpo in posizione termini craniale (o rostrale) e caudale sono usati rispettiva-
eretta, con gli arti superiori sui lati e i palmi diretti in avanti mente per indicare la relazione con la testa e con l’eminenza
(Fig. 1-5A). Questa è la posizione anatomica. caudale (coda) (Fig. 1-5B). Le distanze dal centro del corpo
I termini anteriore o ventrale e posteriore o dorsale sono o dall’origine o dal punto di attacco di una struttura sono
usati per descrivere il fronte o il retro del corpo o degli arti indicate con i termini prossimale (più vicino) o distale (più
e le relazioni tra le diverse strutture corporee. Quando si lontano). Nell’arto inferiore, ad esempio, il ginocchio è pros-
descrive l’embrione, si usano i termini dorsale e ventrale (Fig. simale rispetto alla caviglia e distale rispetto all’anca.
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Il piano mediano è un piano verticale immaginario che Craft AM, Johnson M: From stem cells to human development: a distinctly
attraversa longitudinalmente il corpo. Le sezioni mediane human perspective on early embryology, cellular differentiation and
translational research, Development 144:12, 2017.
dividono il corpo in metà destra e sinistra (Fig. 1-5C). I Damdimopoulu P, Rodin S, Stenfelt S, et al: Human embryonic stem
termini laterale e mediale si riferiscono a strutture che si cells, Best Prac Res Clin Obstet Gynaecol 31:2, 2016.
trovano, rispettivamente, più lontano o più vicino al piano Dunstan GR, editor: The human embryo: Aristotle and the Arabic
mediano del corpo. Un piano sagittale è un qualsiasi piano and European traditions, Exeter, United Kingdom, 1990, University
verticale che attraversa il corpo e che è parallelo al piano of Exeter Press.
Gasser R: Atlas of human embryos, Hagerstown, Md, 1975, Harper
mediano (Fig. 1-5C). Un piano frontale (coronale) è un qual- & Row.
siasi piano verticale che interseca il piano mediano ad angolo Hopwood N: A history of normal plates, tables and stages in vertebrate
retto (Fig. 1-5E) e divide il corpo nelle parti anteriore o ven- embryology, Int J Dev Biol 51:1, 2007.
trale e posteriore o dorsale. Un piano trasversale (assiale) è Horder TJ, Witkowski JA, Wylie CC, editors: A history of embryology,
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un qualsiasi piano che si trova ad angolo retto rispetto sia al
Jaenisch R: Nuclear cloning and direct reprogramming: the long and the
piano mediano, sia a quello coronale (Fig. 1-5D). short path to Stockholm, Cell Stem Cell 11:744, 2012.
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quale età si manifesta la pubertà presunta nei maschi e experimental, and molecular perspectives, Clin Anat 14:158, 2001.
nelle femmine? Neaves W: The status of the human embryo in various religions, Develop-
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2. In che cosa differiscono i termini embriologia e tera- Needham J: A history of embryology, ed 2, Cambridge, United Kingdom,
tologia? 1959, Cambridge University Press.
3. Qual è la differenza fra i termini uovo, ovulo, gamete e Nusslein-Volhard C: Coming to life: how genes drive development,
oocita? Carlsbad, Calif, 2006, Kales Press.
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La discussione sui casi clinici è riportata nell’Appendice in
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