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Brève énumération, module par module, des objectifs poursuivis par ce cours. Autrement dit, des connaissances que l'étudiant devrait avoir assimilées au terme de l'étude du module en question. (Les exigences peuvent néanmoins varier sensiblement d'une université à une autre.)
Ce survol privilégie une approche globale. Il donne des repères permettant de replacer les éléments de chaque module dans un contexte plus vaste.
Le premier signe du développement cardiaque est constitué par l'aire cardiogénique. Celle-ci est encore située dans la région crâniale en dehors de l'embryon. Le coeur transite très rapidement par trois phases:
- la phase plexiforme
- la phase tubulaire
- la phase de boucle cardiaque
Suite à la flexion de l'embryon le tissu de l'aire cardiogénique primitive, entouré par le péricarde, atteint une position ventrale. Il est constitué par l'épicarde, le myocarde et l'endocarde. Un tissu gélatineux transitoire se forme entre le myocarde et l'endocarde, la gelée cardiaque. Celle-ci est déterminante lors de la formation de la boucle cardiaque.
Diverses modifications vont également avoir lieu à l'intérieur du coeur. Le flux sériel auquel est initialement soumis le sang va se transformer progressivement en un flux parallèle. Les remaniements suivants s'effectuent:
- déviation de la voie afférente vers la droite
- déplacement du plan auriculo-ventriculaire vers le milieu
- cloisonnement des oreillettes et des ventricules par la protrusion de septa
- cloisonnement de la voir efférente par la protrusion de septa
Le développement des vaisseaux proches du coeur sera influencé par la détermination droite-gauche du coeur. Certaines parties du système veineux et artériel vont ainsi régresser, alors que d'autres se développent d'avantage.
Au moment de la naissance d'importantes modifications de la pression vont avoir lieu. D'une part le lit vasculaire placentaire à basse pression va être supprimé; d'autre part, avec l'instauration de la respiration, la pression dans la circulation pulmonaire va brusquement diminuer.
Ces deux évènements contribuent à faire augmenter la pression dans le coeur gauche, alors qu'elle diminue dans le coeur droit. Il s'ensuit la fermeture du foramen ovale entre l'oreillette droite et gauche en même temps que se ferme le canal artériel (ductus arteriosus). Maintenant la circulation pulmonaire est totalement séparée de la circulation systémique.
Le système de conduction du coeur est essentiel pour le déroulement coordonné des contractions cardiaques. Le noeud sinusal est reconnaissable précocement, suivi par le noeud av et le faisceau de Hiss.
L'innervation permet au coeur de répondre de manière adéquate aux efforts requis. On distingue une innervation sympathique, parasympathique et sensitive.
Dans la pathologie cardiaque, il faut distinguer les malformations avec et sans shunt. Pour les dernières, on distingue les shunts droite-gauche responsable d'une cyanose des shunts gauche-droite acyanotiques. En outre, il existe des transpositions des gros vaisseaux.
L'hématopoïèse désigne la formation des cellules sanguines à partir de cellules souches pluripotentes, ayant leur origine dans la région aorto-gonado-mésonéphrotique. Ces cellules donnent naissance d'une part aux cellules souches lymphoïdes qui se différencient au cours de la période foetale dans les organes lymphatiques primaires (le thymus et la moelle osseuse) en cellules immunocompétentes du type B et T. D'autre part, elles se différencient en cellules souches myéloïdes qui donnent naissance à toutes les autres cellules sanguines.
Initialement c'est essentiellement l'érythropoïèse qui est au premier plan. Ceci est du au fait que la diffusion devient rapidement insuffisante pour assurer les besoins métaboliques de l'embryon.
Une première phase extraembryonnaire de l'érythropoïèse a lieu dans l'endoderme de la vésicule vitelline. Les érythrocytes qui en résultent sont nucléés.
L'érythropoïèse se poursuit alors par la phase intraembryonnaire hépatosplénique. Les érythrocytes ne sont plus nucléés à ce stade.
Au cours de la deuxième partie de la grossesse, l'érythropoïèse se fera presque exclusivement dans la moelle osseuse (phase myéloïde).
La composition de l'hémoglobine embryo-foetale est adaptée de manière optimale aux besoins intra-utérins. Toutes les autres cellules de cette lignée myéloïde se différencient un peu plus tard également dans le foie, respectivement dans la moelle osseuse.
Le système lymphatique est responsable des défenses de l'organisme contre les infections. C'est le «micro-environnement» du thymus pour les lymphocytes T (immunité à médiation cellulaire) et de la moelle osseuse pour les lymphocytes B (immunité à médiation humorale) qui est responsable de l'acquisition de la compétence immunitaire.
Suite à leur maturation, les cellules lymphatiques migrent dans les organes lymphatiques secondaires tels que les follicules lymphatiques des muqueuses, les ganglions lymphatiques et la pulpe blanche de la rate.
Contrairement aux autres organes, les poumons n'assurent leur fonction dans les échanges gazeux qu'au moment de la naissance. Ils jouent toutefois un rôle important au cours de la grossesse en tant qu'organe producteur d'une partie substancielle du liquide amniotique.
Avant la naissance les futurs espaces aériens sont remplis de liquide qui sera remplacé lors des premiers mouvement respiratoires de manière abrupte par de l'air.
La vascularisation change quand à elle également radicalement au moment de la naissance.
Les étapes du développement suivantes sont essentielles pour le rôle futur des poumons en tant qu'organe responsable des échanges gazeux:
- un arbre respiratoire aux bifurcations multiples avec un mécanisme de nettoyage muco-ciliaire
- un lieu d'échanges gazeux complexe avec une distance de diffusion minimale
- un réseau dense de capillaires en contact étroit avec les espaces aériens (barrière alvéolo-capillaire)
- un film superficiel (surfactant), qui en réduisant la tension superficielle au niveau des alvéoles, empêche leur collapsus
On divise les poumons d'un point de vue morphologique en deux parties:
- une partie conductrice de l'air (voies conductrices de l'air)
- une partie respiratoire (parenchyme pulmonaire)
En tant qu'organe assurant les échanges gazeux, les poumons adultes ont une superficie d'environ 140 m2. Cette surface ne peut néanmoins être atteinte que grâce à une énorme différenciation, en espaces aériens complexes à partir du conduit trachéal, mise en place au cours de la période embryonnaire.
A la base de ce mécanisme se trouvent des divisions dichotomiques, en moyenne 16 générations, pour les voies de conduction de l'air, qui se terminent avec les bronchioles terminales.
Les 7 générations consécutives de divisions dichotomiques forment le parenchyme respiratoire proprement dit. La différenciation du parenchyme respiratoire met en place une barrière de diffusion entre l'air et le sang (barrière alvéolo-capillaire) extrêmement fine, de l'ordre de 0.05-0.25 µm aux endroits le plus minces.
La différenciation suffisamment précoce des pneumocytes de type II, produisant le surfactant, est également d'une importance fonctionnelle cruciale.
La région de la face se développe ventralement au neuropore rostral à partir d'éléments de la notochorde et du pharynx, entourés de chaque côté par une série d'arcs aortiques. Entre ces structures et l'ectoderme, il y a un grand nombre de cellules provenant des crêtes neurales (d'origine neuroectodermique) et mésenchymateuses (provenant du mésoderme). Ces cellules ont une tendance à une organisation segmentaire et vont constituer les différentes parties des bourgeons de la face et des arcs pharyngiens.
La face et les mâchoires dérivent d'un bourgeon impair, le processus fronto-nasal entouré latéralement par les deux processus maxillaires et mandibulaires, tous issus du premier arc pharyngien. Suite à la croissance différente de ces bourgeons, le processus fronto-nasal va former la partie supérieure du visage (processus frontal), le nez, la partie médiane de la mâchoire et de la lèvre supérieure (processus nasal médian et latéral).
Le processus maxillaire s'unit au processus nasal médian et forme la partie latérale de la mâchoire et de la lèvre supérieure. Le processus mandibulaire forme la mâchoire inférieure et le menton. Entre le processus nasal latéral et le processus maxillaire se forme la gouttière lacrymo-nasale qui réunit l'orbite à la cavité nasale.
Le palais se forme par la fusion du processus palatin médian impair (palais primaire) avec les deux processus palatins latéraux (palais secondaire).
Le nez se développe à partir des deux placodes nasales du bourgeon fronto-nasal. Celles-ci s'invaginent et forment les deux sacs nasaux qui sont limités extérieurement par le processus nasal latéral (ultérieurement l'aile du nez) et intérieurement par le processus nasal médian (ultérieurement le septum nasal). Les sacs nasaux (cavités nasales primaires) s'ouvrent par l'intermédiaire des choanes dans la cavité orale. Ce n'est que plus tard que les cavités nasales vont se prolonger vers l'arrière. Elles restent divisées en leur milieu par le septum nasal, alors que le palais secondaire les sépare de la cavité orale primaire.
Les dents se forment suite à l'interaction entre la lame dentaire ectodermique dans les mâchoires supérieure et inférieure avec les cellules des crêtes neurales. Initialement en forme de chape, elles adoptent plus tard une forme en cloche. La partie ectodermique forme l'organe de l'émail (améloblastes) responsable, comme son nom l'indique, pour la production de l'émail dentaire. A l'intérieur se forment, à partir du tissu en provenance des crêtes neurales, les odontoblastes responsables de la production de dentine. Les glandes salivaires proviennent également du bourgeonnement de l'ectoderme.
La langue provient de divers bourgeons sur le plancher du pharynx. Cela explique son modèle d'innervation a priori complexe. La musculature de la langue provient des somites occipitaux qui immigrent avec le nerf hypoglossus (nerf crânien XII) dans la langue.
Tous les arcs pharyngiens sont délimités à l'intérieur par les poches pharyngiennes (Sacci pharyngeales) et à l'extérieur par les fentes pharyngiennes (sillons pharyngiens). Ils forment de nombreuses structures différentes dans la région du cou.
Le 1er arc pharyngien donne naissance à la mâchoire supérieure et inférieure. La 1er fente respectivement la 1er poche pharyngienne forment, avec la contribution du mésenchyme des 1er et 2ème arcs pharyngiens, les nombreux petits éléments de l'oreille moyenne et le conduit auditif externe (meatus externus).
Les 2ème, 3ème et 4ème sillons pharyngiens s'oblitèrent et forment la surface du cou.
Les éléments du 2ème au 4ème arc pharyngien forment le squelette, la musculature et le tissu conjonctif du cou.
Finalement la 3ème et 4ème poches pharyngiennes participent à la formation du thymus, des parathyroïdes et du corps ultimobranchial (uniquement 4ème poche pharyngienne). La thyroïde se développe à partir d'un bourgeon impair et ventral du pharynx supérieur (foramen caecum).
L'intestin se forme à partir d'un tube d'origine endodermique. Il se termine du côté crânial par la membrane oropharyngée et du côté caudal par la membrane cloacale.
Il est divisé en un intestin antérieur, moyen et postérieur. L'intestin moyen reste en communication avec la vésicule ombilicale. Le développement différencié des différents segments intestinaux est lié aux interactions locales avec le mésenchyme environnant (interactions épithélio-mésenchymateuses). Ainsi se forment dans sa partie supérieure, en tant que bourgeons ventraux, en plus de la thyroïde, les ébauches pulmonaire, pancréatique, hépatique et biliaire.
L'oesophage subsiste sous la forme d'un tuyau. Il s'oblitère cependant au cours du développement embryonnaire pour ensuite se recanaliser durant la période foetale. Comme presque tous les segments intestinaux, il s'allonge considérablement avec la croissance embryonnaire.
L'estomac apparaît déjà tôt sous la forme d'une dilatation fusiforme. Il est suspendu par un mésogastre dorsal et ventral et parvient à sa position adulte suite à une rotation.
L'intestin moyen forme, suite à sa croissance en longueur importante, une anse dans le coelome ombilical (hernie ombilicale physiologique). Suite au redressement de l'embryon à la fin de la période embryonnaire, les anses intestinales peuvent réintégrer la cavité abdominale, mais subissent alors une rotation de 270 degrés autour de leur axe. Ceci conduit à la disposition caractéristique du colon autour des anses de l'intestin grêle. Certaines parties du mésentère s'unissent ultérieurement avec la paroi abdominale postérieure. Il s'en suit que le colon ascendant et descendant se retrouvent en situation secondairement rétropéritonéale. Comme pour l'oesophage, la lumière de l'intestin grêle va également s'oblitérer pendant un certain temps durant la période foetale précosse pour être recanalisée ultérieurement.
Le pancréas, le foie et les voies biliaires se forment également par bourgeonnement de l'intestin. L'ébauche hépatique se forme au niveau du septum transversum. Suite à son énorme croissance, le foie envahit la cavité abdominale et ne restera plus en contact avec le septum transversum (diaphragme) qu'au niveau de l'area nuda. Il forme avec les vaisseaux vitellins (Vasa omphalomesenterica) le réseau vasculaire compliqué des sinusoïdes hépatiques.
Le pancréas se forme à partir de deux ébauches: une ventrale et une dorsale. Suite à la rotation autour du duodénum de la partie ventrale, les deux parties se réunissent et forment dans le mésogastre dorsal le pancréas définitif. Il s'accolera un peu plus tard à la paroi abdominale postérieure. Suite à la fusion de son mésentère avec cette paroi postérieure, le pancréas deviendra donc à son tour un organe secondairement rétropéritonéal.
Le tractus gastro-intestinal peut être à l'origine de nombreuses malformations. Elles vont des sténoses, atrésies, duplications, fistules et diverticules jusqu'aux malrotations. Les causes de ces malformations peuvent également être génétiques.
Le système urinaire se développe à partir du mésoblaste intermédiaire et du sinus urogénital dès la 3ème semaine du développement embryonnaire.
Le rein se développe à partir de la 4ème semaine en trois étapes avec:
- une ébauche crâniale, le pronéphros, qui régresse à la 8ème semaine et n'est jamais fonctionnel
- une ébauche intermédiaire, le mésonéphros, qui n'est que transitoirement fonctionnel chez l'embryon entre la 6ème et la 10ème semaine
- une ébauche du rein définitif, le métanéphros. Ce dernier dérive d'un bourgeon métanéphrogène (origine mésodermique) et d'un bourgeon urétéral (origine de la partie caudale du canal de Wolff)
L'unité sécrétrice du rein, le néphron, dérive principalement du bourgeon métanéphrogène (glomérule, tubules contournés et droits proximaux et distaux, tubule intermédiaire), alors que le reste des voies urinaires hautes (tubes collecteurs, calices, bassinet, uretère) dérive du bourgeon urétéral.
Les voies urinaires basses se différencient de la structure primitive du cloaque entre la 5ème et la 8ème semaine par la formation du septum urorectal. La partie ventrale du cloaque constitue le sinus urogénital primitif. Sa partie supérieure formera la vessie et sa partie inférieure l'urètre. Le bourgeon urétéral s'abouche dans la paroi dorsale de la partie supérieure du sinus urogénital. Dans le sexe masculin, le canal de Wolff persiste avec l'abouchement des voies génitales à l'étage inférieur du sinus urogénital.
La migration du rein depuis son origine dans la région sacrée jusqu'à sa localisation sous-diaphragmatique à la fin du développement, ainsi que les nombreux mécanismes d'induction tissulaire au cours du développement du système rénal, conduisent à l'observation de nombreuses malformations. Plusieurs resteront asymptomatiques alors que d'autres seront incompatibles avec la survie de l'individu.
La détermination du sexe est établie au moment de la fécondation par l'appariement d'une paire de chromosomes sexuels (XY chez l'homme et XY chez la femme). Les anomalies génétiques illustrent que c'est la présence (ou l'absence) du chromosome Y qui est déterminante pour l'expression d'un phénotype masculin (ou féminin), bien que d'autres gènes, sur d'autres chromosomes, soient également impliqués dans une cascade d'interactions.
En plus des facteurs génétiques, le développement du système génital est dépendant de régulations hormonales à plusieurs étapes de la différenciation embryonnaire. Au cours des six premières semaines, le système génital reste indifférencié. Par la suite, des régulations hormonales sont à l'origine de la formation des gonades et des voies génitales internes et externes.
Lors de la différenciation des organes génitaux masculins, deux types cellulaires testiculaires sont déterminants: les cellules de soutien (cellules de Sertoli) qui entourent les cellules germinales primordiales (PGC) et sécrètent l'hormone anti-müllérienne (AMH) et les cellules interstitielles (cellules de Leydig) qui sécrètent la testostérone responsable pour la différenciation des voies génitales masculines.
Le conduit mésonéphrotique (canal de Wolff) donne naissance à l'épididyme, au canal déférent, à la vésicule séminale et s'abouche finalement sous la forme du canal éjaculateur dans l'urètre sous la vessie.
L'urètre ainsi que les glandes sexuelles accessoires (prostate, glandes bulbo-utétrales et urétrales) dérivent du sinus urogénital. Le tubercule génital et les replis urogénitaux vont former le pénis, Les bourrelets labio-scrotaux formeront le scrotum.
Dans le cortex ovarien, les cellules folliculaires en provenance de l'épithélium coelomique entourent les cellules germinales primordiales (PGC) et forment les follicules primordiaux. La formation des organes génitaux féminins est caractérisée par la régression des canaux mésonéphrotiques (Wolff) et le maintien des canaux para-mésonéphrotiques (Müller). Les canaux de Müller sont à l'origine des trompes utérines, de l'utérus ainsi que de la partie supérieure du vagin.
Le sinus urogénital forme avec les bourrelets génitaux et le tubercule génital les organes génitaux externes (partie inférieure du vagin, vestibule, petites et grandes lèvres ainsi que le clitoris).
Une anomalie précoce de la différenciation des organes génitaux conduit à un status d'hermaphrodisme (notamment suite à la formation de mosaïques). D'autres anomalies chromosomiques (syndrome de Turner ou de Klinefelter) peuvent également conduire à la malformation des organes génitaux.
Les anomalies les plus fréquentes des voies génitales masculines se traduisent soit par une fermeture incomplète de l'urètre, une anomalie de la descente testiculaire, une hernie inguinale ou un hydrocèle.
Chez la femme, une anomalie dans la fusion des canaux de Müller au niveau de l'utérus résulte en une malformation utéro-vaginale.
Finalement, des tumeurs peuvent apparaître lors d'une prolifération de cellules issues de la lignée des cellules germinales primordiales.
D'un point de vue fonctionnel, le système nerveux peut être divisé en un système nerveux somatique et un système nerveux autonome. D'un point de vue anatomique, en revanche, nous différencions les composants périphériques, les nerfs et les ganglions, ainsi que les parties centrales du cerveau et de la moelle épinière. Les composants périphériques comprennent les connexions afférentes (sensitives / sensorielles) et efférentes (motrices) entre les récepteurs et le système nerveux central d'une part et le système nerveux central et les organes d'autre part. Ce module s'intéresse principalement au développement du système nerveux central.
Le système nerveux central se différencie à partir d'un épaississement dorsal de l'ectoderme qui, sous l'influence inductrice de la chorde et du mésoblaste para axial, donne naissance à la plaque neurale (stade 7). Entre les 19e et le 32e jours du développement embryonnaire, le neuroectoderme de la plaque neurale se réorganise au stade 10 en un tube neural d'où emergera le cerveau et la moelle épinière. Les cellules des crêtes neurales quittent le tube neural déjà avant sa fermeture (stade 9). Elles formeront l'essentiel du système nerveux périphérique.
Cette transformation des cellules ectodermiques en cellules neurales résulte de l'absence de sécrétion, dans la zone d'induction, d'un facteur inhibiteur. Il existe également plusieurs facteurs sécrétés dans des territoires limités du tube neural qui déterminent sa polarité, l'organisation de ses subdivisions et sa segmentation. Il existe, en outre, une polarité dorso-ventrale du tube neural qui se traduit au niveau de la moelle épinière par une séparation des composantes sensorielles et motrices, respectivement.
Dès le 25ème jour (stade 9), la partie rostrale du tube neural se segmente en trois renflements : le prosencéphale, le mésencéphale, et le rhombencéphale.
A partir de la 5ème semaine, le prosencéphale se divise en télencéphale et diencéphale et le rhombencéphale en métencéphale et myélencéphale. Le mésencéphale ne se divisant pas, ils se forment donc 5 vésicules cérébrales secondaires.
Le tissu nerveux est formé au niveau de la couche prolifératrice épendymaire qui borde le canal neural. Cette couche est à l'origine des cellules neuronales et gliales qui sont formées pendant la 1ère moitié du développement embryonnaire, processus suivi par la myélinisation des axones.
Le canal neural se développera pour donner naissance aux ventricules au niveau du cerveau et en aval, au canal central de la moelle.
La moelle épinière se différencie rapidement entre la 6ème et la 10ème semaine, avec une division segmentaire (métamérie) qui correspond à la formation des somites du mésoblaste qui la borde. Les racines dorsales (sensitives) et ventrales (motrices) émergent à chaque segment pour former un nerf rachidien (ou spinal). Cette organisation segmentaire se complète par la formation des voies ascendantes et descendantes qui relient la moelle épinière au cerveau.
Au niveau du télencéphale, deux vésicules latérales apparaissent vers la 6ème semaine pour former les futurs hémisphères cérébraux (stade 14). Dans la partie dorsale des vésicules, le pallium, se différencie le cortex cérébral par migration radiaire et tangentielle des différentes cellules nerveuses qui le constituent. Cette différenciation cellulaire se déroule durant les deux premiers trimestres de développement. Au niveau du métencéphale, le cortex cérébelleux se différencie à partir de deux couches germinatives distinctes: la zone ventriculaire des plaques alaires du métencéphale et la partie rostrale des lèvres rhombiques.
Le myélencéphale est à l'origine des nerfs crâniens IX à XII. La structure de la section caudale du myélencéphale ressemble à la moelle épinière, les points de commutation des voies sensorielles se développant dorsalement. Dans sa partie rostrale, le myélencéphale s'évase dorsalement pour former le toit du 4ème ventricule avec un plexus choroïde qui produit le liquide céphalo-rachidien.
Le métencéphale se divise en un plancher (le pont) et en un toit (le cervelet). La lame alaire contribue à la formation du cervelet par une expansion dorsale de la lèvre rhombique et à la formation des noyaux pontiques par une migration tangentielle ventrale. De plus cette lame, avec la lame fondamentale, participe à la formation des noyaux des nerfs crâniens V à VIII.
Au niveau du mésencéphale, le toit se différencie en deux masses, les collicules supérieurs et inférieurs, relais des voies visuelles et auditives, respectivement. Le manteau du mésencéphale contient des noyaux de nerfs crâniens efférents (III et IV) et des noyaux suprasegmentaires du système moteur (substance noire, noyau rouge). La zone marginale du mésencéphale s'épaissit ventralement avec le passage des pédoncules cérébraux.
Dans le prosencéphale, la lame alaire s'accroît au détriment de la lame fondamentale qui disparaît.
Le diencéphale est un segment du tube neural qui entoure le IIIème ventricule et relie le télencéphale au mésencéphale. Dans le toit du diencéphale se forme le plexus choroïde du IIIème ventricule et l'épithalamus (épiphyse). Latéralement, le thalamus est un ensemble de noyaux de relais polymodaux pour le cortex cérébral. Le sillon sous-thalamique le sépare ventralement de l'hypothalamus. A la face ventrale de l'hypothalamus se différencie une glande neuro-endocrine, l'hypophyse, et un diverticule qui est à l'origine de la formation de l'oeil et du nerf optique.
Dans les vésicules latérales du télencéphale (hémisphères cérébraux), l'accroissement rapide de la zone proliférative dorso-latérale et la migration des neurones dans les couches superficielles, conduisent à la formation du cortex cérébral qui croit latéralement, dorsalement, postérieurement, puis ventralement pour former les lobes cérébraux qui entourent l'insula avec la formation du sillon latéral. La croissance de la couche corticale conduit au plissement de la surface et la formation des sillons et circonvolutions.
Les commissures télencéphaliques se développement à partir de la lame terminale pour les régions olfactives et temporales (commissure antérieure), l'hippocampe (commissure hippoccampale) et le néocortex (corps calleux).
Le système olfactif se développe par induction réciproque au niveau de la face ventrale du lobe frontal et des muqueuses nasales.
La vascularisation du cerveau commence tôt lors de la formation du tube neural (4ème semaine) et s'alimente par l'intermédiaire de deux troncs principaux: l'artère carotide interne et l'artère vertébrale. Les deux artères vertébrales convergent en une artère basilaire pour la vascularisation du tronc cérébral et des artères spinales pour la moelle épinière. Le télencéphale est vascularisé par 3 artères cérébrales qui couvre chacune un territoire distinct. Le retour veineux se produit indépendamment du système artériel via un réseau de sinus dans les doublons duraux et s'écoule dans la veine jugulaire interne.