Embriologia SOMMARIO GUIDA ALLO STUDIO MIDOLLO SPINALE ENCEFALO. Neurulazione. Suddivisioni dell encefalo (vescicole encefaliche) Nervi spinali

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1 1 Embriologia SOMMRIO Midollo spinale Neurulazione Nervi spinali GUID LLO STUDIO L obiettivo del capitolo è fornire sufficienti informazioni sullo sviluppo embriologico, tali da far comprendere l organizzazione delle diverse strutture nel sistema nervoso dell adulto. Se non si è ancora del tutto familiarizzato con l anatomia dell encefalo adulto, è bene rileggere questo capitolo dopo avere studiato a fondo i apitoli 2 e 3. MIDOLLO SPINLE Neurulazione L intero sistema nervoso si forma a partire dalla placca neurale, un ispessimento dell ectoderma presente a livello del pavimento del sacco amniotico (Fig. 1.1). Durante la terza settimana di vita embrionale, la placca forma due pieghe neurali, che si uniscono a costituire il tubo neurale e il canale neurale. L unione delle due pieghe neurali ha inizio a livello della futura regione del collo dell embrione, e da qui procede sia in direzione rostrale sia in direzione caudale. Le estremità aperte craniale e caudale, chiamate neuropori, si chiudono prima della fine della quarta settimana. Il processo di formazione del tubo neurale a partire dall ectoderma prende il nome di neurulazione. [Una difettosa chiusura del tubo neurale porta a una serie di malformazioni conosciute con il termine di spina bifida (Scheda clinica 14.1), N.d..] Le cellule poste sul margine libero di ciascuna piega neurale si distaccano dalla linea di unione e formano le creste neurali, poste lungo i lati del tubo neurale. I tipi cellulari derivati dalle creste neurali comprendono le cellule dei gangli spinali e simpatici, i melanociti e le cellule di Schwann dei nervi periferici. Nervi spinali La porzione dorsale del tubo neurale viene detta lamina alare e la porzione ventrale lamina basale (Fig. 1.2). I neuroni che si sviluppano nella lamina alare sono per la maggior parte di tipo sensitivo e ricevono le radici dorsali dei nervi spinali costituite dagli assoni dei neuroni dei gangli spinali. I neuroni della lamina basale sono prevalentemente motori e danno origine alle radici ventrali dei nervi spinali. In determinati segmenti del midollo spinale, le radici ventrali contengono inoltre fibre visceromotrici. Le radici dorsali e ventrali si uniscono a formare i nervi spinali che fuoriescono dal canale vertebrale, negli spazi compresi fra gli archi neurali delle vertebre in via di formazione, di origine mesenchimale. Encefalo Suddivisioni dell encefalo (vescicole encefaliche) Sistema ventricolare e plessi corioidei Nervi cranici Emisferi cerebrali scopo descrittivo, l embrione viene raffigurato in posizione prona (con la faccia rivolta verso il basso), pertanto gli aggettivi ventrale e dorsale corrispondono ai termini anteriore e posteriore utilizzati nell adulto, così come rostrale e caudale corrispondono a superiore e inferiore. Le cellule dei gangli spinali (radici dorsali) sono inizialmente bipolari. Divengono unipolari in seguito alla fusione dei due processi su un lato del pirenoforo della cellula di origine. ENEFLO Suddivisioni dell encefalo (vescicole encefaliche) Verso la fine della quarta settimana, la porzione rostrale del tubo neurale si flette a livello dell encefalo medio (Fig. 1.3) nella regione del futuro mesencefalo (detto anche, in questo stadio, metencefalo) e le connessioni con il proencefalo (encefalo anteriore) e il rombencefalo (encefalo posteriore) sono individuate da sottili restringimenti. La lamina alare del proencefalo si espande sui due lati (Fig. 1.3) a formare il telencefalo (emisferi cerebrali). La lamina basale mantiene la propria localizzazione e costituisce il diencefalo, da cui si evaginano i peduncoli ottici, precursori di retina e nervi ottici., mesencefalo e rombencefalo costituiscono il tronco cerebrale embrionale. on il procedere dello sviluppo, il tronco cerebrale si incurva e, come risultato finale, il mesencefalo viene spinto alla sommità dell encefalo. Il rombencefalo si ripiega su se stesso, provocando l allargamento delle lamine alari e portando alla formazione del quarto ventricolo cerebrale, di forma romboidale. La parte rostrale del rombencefalo dà origine al ponte e al cervelletto, la parte caudale al midollo allungato (detto anche mielencefalo o bulbo) (Fig. 1.4). Sistema ventricolare e plessi corioidei Il canale neurale si dilata all interno degli emisferi cerebrali portando alla formazione dei ventricoli laterali. Tramite i fori interventricolari di Monro, i ventricoli laterali comunicano con il terzo ventricolo, contenuto all interno del diencefalo. Il terzo ventricolo è a sua volta in comunicazione con il quarto ventricolo tramite l acquedotto mesencefalico (o acquedotto di Silvio), situato nel mesencefalo (Fig. 1.5). 1

2 2 PITOLO 1 Embriologia Placca neurale Proencefalo (encefalo anteriore) (encefalo posteriore) Vescicola ottica Mesoderma resta neurale Entoderma Piega neurale Midollo spinale 4 settimane anale neurale Parete del tubo neurale resta neurale * * Somite mesodermico Notocorda Figura 1.1 La sezione trasversale si riferisce a un embrione allo stadio di 3 somiti (20 giorni). Le sezioni trasversali e si riferiscono a un embrione allo stadio di 8 somiti (22 giorni). Occhio 6 settimane Figura 1.3 (, ) Vescicole encefaliche osservate dal lato destro. Gli asterischi indicano il sito di sviluppo iniziale del cervelletto. rco neurale Lamina basale Lamina alare Radice dorsale del nervo Ganglio spinale Proencefalo orteccia cerebrale orpo striato Ipotalamo Ponte Midollo allungato Figura 1.4 Derivati delle vescicole encefaliche. Processo costale entrum Notocorda Nervo spinale Ganglio autonomo Radice ventrale del nervo Figura 1.2 Tubo neurale, nervi spinali e vertebra mesenchimale di un embrione di 6 settimane. Le sottili volte dell encefalo anteriore e dell encefalo posteriore si invaginano attorno ad agglomerati di capillari a costituire i plessi corioidei presenti in tutti i ventricoli. I plessi corioidei producono il fluido cefalorachidiano (o liquor) che scorre all interno del sistema ventricolare e fuoriesce dal quarto ventricolo attraverso tre fori presenti sulla sua volta (Fig. 1.6). Nervi cranici La Figura 1.7 mostra il grado di sviluppo dei dodici nervi cranici alla sesta settimana di vita embrionale. Il nervo olfattivo (I) si forma da neuroni bipolari che si sviluppano nell epitelio di rivestimento delle fossette olfattive.

3 Encefalo 3 Tetto del quarto ventricolo (sezionato) 8 settimane cquedotto (encefalo posteriore) 12 settimane Emisfero cerebellare anale centrale Midollo spinale Figura 1.5 Schema del sistema ventricolare in via di sviluppo. I plessi corioidei sono indicati in rosso. pertura nel tetto del quarto ventricolo Midollo allungato Ponte Figura 1.6 Vedute dorsali dell encefalo posteriore in via di sviluppo (la freccia indica la zona rappresentata nelle immagini). () 8 settimane, il cervelletto sta emergendo dal IV ventricolo. () 12 settimane, il IV ventricolo sta per essere ricoperto dal cervelletto e sul suo tetto sono comparse tre aperture. Radice motoria del n. trigemino Radice sensitiva del n. trigemino N. vestibolococleare N. faciale N. abducente N. glossofaringeo N. trocleare N. accessorio craniale N. vago N. ipoglosso N. oculomotore N. accessorio spinale N. ottico N. olfattivo Figura 1.7 Nervi cranici in un embrione all inizio della sesta settimana di sviluppo. (Da ossy et al., 1990, per gentile concessione di Springer-Verlag.)

4 4 PITOLO 1 Embriologia Il nervo ottico (II) si sviluppa in direzione centripeta dalla retina. I nervi oculomotore (III) e trocleare (IV) originano dal mesencefalo, mentre il nervo abducente (VI) origina dal ponte. Tutti e tre i nervi si distribuiscono ai muscoli estrinseci dell occhio. Le tre branche del nervo trigemino (V) forniscono fibre sensitive alla cute della faccia e della volta cranica, alle mucose delle cavità orale e nasale e ai denti. La radice motoria innerva i muscoli masticatori. Il nervo faciale (VII) innerva i muscoli mimici. Il nervo vestibolococleare (VIII) innerva gli organi dell udito e dell equilibrio, che si sviluppano a partire dall otocisti. Il nervo glossofaringeo (IX) è un nervo misto. ontiene prevalentemente fibre sensitive che si distribuiscono all orofaringe e alcune fibre motorie per il muscolo stilofaringeo. nche il nervo vago (X) è un nervo misto. È costituito, infatti, da un ampia componente sensitiva per le mucose del canale digerente e da un ampia componente visceromotoria (parasimpatica) per l innervazione del cuore, dei polmoni e del tratto gastrointestinale. Il nervo accessorio craniale (XIc) si distribuisce ai muscoli della laringe e della faringe, seguendo il decorso del vago. Il nervo accessorio spinale (XIs) innerva i muscoli sternocleidomastoideo e trapezio. Il nervo ipoglosso (XII) si distribuisce a tutti i muscoli della lingua con l eccezione del muscolo palatoglosso, innervato dal plesso faringeo. Emisferi cerebrali Nel telencefalo, la gran parte dell attività mitotica avviene nella zona ventricolare, subito al di fuori dei ventricoli laterali. Le cellule figlie migrano verso la superficie esterna degli emisferi in via di espansione e formano la corteccia cerebrale. L espansione degli emisferi cerebrali non è uniforme. Una regione della superficie laterale, l insula, è relativamente quiescente e si comporta come un cardine attorno a cui ruota l emisfero in fase di crescita. lla 14 a settimana di gestazione (Fig. 1.8), sono già identificabili quattro lobi: frontale, parietale, occipitale e temporale. Sulla superficie mediale dell emisfero cerebrale è situata un area di corteccia cerebrale, l ippocampo, parte del quinto lobo dell encefalo, il lobo limbico. L ippocampo viene trascinato all interno del lobo temporale lasciando nella propria scia un fascio di fibre disposte ad arco che prende il nome di fornice (dal latino, ponte). Entro la concavità di questo arco si trova la fessura corioidea, attraverso la quale il plesso si invagina nel ventricolo laterale (Fig. 1.9). La commessura anteriore si sviluppa come connessione tra le regioni olfattive dei lati sinistro e destro. l di sopra di questa, si forma una commessura molto più voluminosa, il corpo calloso, che unisce fra loro aree corrispondenti della corteccia cerebrale dei due lati, estendendosi in direzione caudale al di sopra del fornice. L osservazione del telencefalo in sezione coronale rivela la presenza di un ammasso di sostanza grigia alla base di ciascun emisfero, dalla quale avrà origine il corpo striato. Lateralmente al terzo ventricolo, il diencefalo costituirà talamo e ipotalamo (Fig. 1.10). Fornice ommessura anteriore (testa) O P Fornice F T Insula Midollo allungato Ponte Figura 1.8 Encefalo fetale a 14 settimane di sviluppo. La freccia indica la direzione di crescita a forma di dell emisfero attorno all insula. Le lettere F, P, O e T indicano i lobi frontale, parietale, occipitale e temporale. (coda) Figura 1.9 Veduta mediale dell emisfero sinistro in via di sviluppo. L ippocampo, inizialmente posto dorsalmente al talamo, migra all interno del lobo temporale (frecce in e ), lasciando il fornice nella propria scia. La concavità dell arco così formato contiene la fessura corioidea (linea di inserzione del plesso sulla parete del ventricolo laterale) e la coda del nucleo caudato ().

5 Encefalo 5 Scissura calcarina Scissura centrale Scissura laterale Piano di sezione 10 settimane 17 settimane Ipotalamo orpo striato Insula Sito di fusione Fibre di proiezione Nucleo lenticolare Figura 1.10 Sezioni coronali dell encefalo in via di sviluppo. () 10 settimane, il corpo striato è attraversato dalle fibre che proiettano dal talamo alla corteccia cerebrale e dalla corteccia cerebrale al midollo spinale. () 17 settimane, il corpo striato è diviso nei nuclei caudato e lenticolare (i due nuclei rimangono fusi fra loro a livello dell estremità anteriore, non mostrata in figura). Gli emisferi cerebrali in via di espansione entrano in contatto con il diencefalo e si fondono con esso (si veda il sito di fusione nella Figura 1.10). ome prima conseguenza, da questo stadio di sviluppo in avanti il termine tronco cerebrale si limita a indicare solo le parti libere dell encefalo: mesencefalo, ponte e midollo allungato. Un altra conseguenza è che la corteccia cerebrale può proiettare direttamente al tronco cerebrale fibre che, insieme a quelle che provengono dal talamo, dividono il corpo striato nei nuclei caudato e lenticolare (Fig. 1.10). lla 28 a settimana di sviluppo, sulla superficie dell encefalo appaiono numerose scissure, in particolare le scissure laterale (di Silvio), centrale (di Rolando) e calcarina (Fig. 1.11). Figura 1.11 Le tre principali scissure della corteccia cerebrale in un feto di 28 settimane. () Superficie laterale dell emisfero sinistro e () superficie mediale dell emisfero destro. INFORMZIONI ESSENZILI Il sistema nervoso ha inizialmente l aspetto di un tubo neurale costituito da cellule di derivazione ectodermica, la cui cavità interna prende il nome di canale neurale. Una lamina di cellule migra a partire da ciascun lato del tubo neurale per formare la cresta neurale. Tale cresta dà origine ai neuroni sensitivi dei gangli spinali che inviano i loro assoni, attraverso le radici dorsali dei nervi spinali, alla lamina alare (sensitiva) del midollo spinale. La lamina basale del midollo spinale contiene neuroni motori (motoneuroni), i cui assoni costituiscono le radici ventrali dei nervi spinali. La parte più caudale del tubo neurale costituisce il midollo spinale, mentre la parte più rostrale forma tre vescicole encefaliche. Di queste, il proencefalo (encefalo anteriore) dà origine dorsalmente agli emisferi cerebrali (telencefalo) e ventralmente al diencefalo, il mesencefalo dà origine al mesencefalo definitivo e il rombencefalo diviene l encefalo posteriore (ponte, midollo allungato, cervelletto). Il tubo neurale si dilata rostralmente per formare il sistema ventricolare del cervello adulto. Il liquido cefalorachidiano viene prodotto dai capillari dei plessi corioidei, i quali si invaginano a partire dalla volta dei ventricoli. Lo sviluppo degli emisferi cerebrali porta alla formazione dei lobi frontale, parietale, temporale, occipitale e limbico. Gli emisferi sono collegati fra loro attraverso il corpo calloso e le commessure anteriore e posteriore. La sostanza grigia alla base di ciascun emisfero darà origine al corpo striato. Gli emisferi si fondono con le pareti laterali del diencefalo, cosicché del tronco cerebrale embrionale rimangono, nell adulto, soltanto il mesencefalo e il rombencefalo. ILIOGRFI ossy J, O Rahilly R, MÜller F. Ontogenese du systeme nerveux. In: ossy J, ed. natomie linique: Neuroanatomie. Paris: Springer-Verlag; 1990: Dubois J, enders M, orradori-tolsa, et al. Primary cortical folding in the human newborn: an early marker of later functional development. rain. 2008;131: Kiecker, Lumsden. The role of organizers in patterning the nervous system. nnu Rev Neurosci. 2012;35: Douarin Le, ritto JM, reuzer S. Role of the neural crest in face and brain development. rain Res Dev. 2007;55: Lehtinen MK, Walsh. Neurogenesis at the brain-cerebrospinal fluid interface. nnu Rev ell Dev iol. 2011;27: O Rahilly R, Muller F. Significant features in the early prenatal development of the human brain. nn nat. 2008;104: Sun T, Hevner RF. Growth and folding of the mammalian cerebral cortex: from molecules to malformations. Nat Rev Neurosci. 2014;15: