L'étude du développement embryonnaire et fœtal a connu une véritable révolution ces dernières années, grâce au développement de multiples techniques qui permettent de poser des questions fondamentales et d'essayer de soulever le voile sur les mécanismes qui sous-tendent ces processus. Cet article explore l'anatomie et le développement de l'embryon humain, en mettant en lumière les étapes clés de ce processus complexe et fascinant.
De la fécondation à l'implantation : le début d'une nouvelle vie
Aussitôt déposés dans le vagin, entre 100 et 300 millions de spermatozoïdes entament leur course vers l’utérus, où les attend l’ovule. Un chemin d’une vingtaine de centimètres à peine, mais que la plupart ne finiront pas. Les spermatozoïdes malformés abandonnent rapidement la course. Un long et éprouvant voyage attend les autres. Après la remontée du vagin, les spermatozoïdes doivent traverser le col de l’utérus, puis emprunter l’une des deux trompes de Fallope. Une seule mène à l’ovule, il ne faut pas se tromper de direction ! Les plus aguerris évitent les cils vibratoires qui tentent de bloquer leur passage. Quelques centaines de spermatozoïdes atteignent finalement l’ovule. Avec leur tête, ils commencent à percer sa coque, mais celle-ci résiste.
La fécondation marque le début du développement embryonnaire. Elle se produit lorsqu'un spermatozoïde fusionne avec un ovule, reconstituant ainsi le patrimoine génétique (2n chromosomes). L'ovule fécondé, ou zygote, entame alors une série de divisions cellulaires rapides, tout en se dirigeant vers la cavité utérine. Ces divisions, appelées clivages, ne sont pas accompagnées d'une augmentation de la taille globale de l'embryon.
La capacitation et la réaction acrosomique
Avant de pouvoir féconder l'ovule, le spermatozoïde doit subir un processus de capacitation, qui lui confère la capacité de pénétrer l'ovocyte II. La capacitation est réprimée jusqu'à l'arrivée du spermatozoïde dans les voies génitales féminines.
La réaction acrosomique est une étape cruciale de la fécondation. Elle implique la fusion de la membrane du spermatozoïde et de la membrane externe de l'acrosome, libérant ainsi des enzymes qui permettent au spermatozoïde de traverser la zone pellucide de l'ovule.
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L'implantation
L’œuf atteint l’utérus. Il se débarrasse de la coque de l’ovule, puis décide de s’accrocher rapidement et fermement à la paroi utérine. C’est parti !
Après quelques jours de division cellulaire, l'embryon atteint le stade de blastocyste, caractérisé par la formation d'une cavité unique, remplie d'un liquide provenant du milieu utérin. Le blastocyste se compose de deux types de cellules : le trophoblaste, qui donnera naissance aux membranes extra-embryonnaires, et la masse cellulaire interne, qui donnera naissance à l'embryon proprement dit.
L'implantation du blastocyste dans la paroi utérine marque une étape cruciale du développement embryonnaire. Elle se produit généralement environ une semaine après la fécondation.
Neurulation : Formation du tube neural
Un sillon se creuse à la surface de l’embryon dès la 1ère semaine du fœtus. La neurulation correspond au processus par lequel un épaississement de l’ectoderme dans la partie dorsale de l’embryon délimite la future plaque neurale, dont est dérivé l’ensemble du système nerveux, qui sous l'influence de mouvements morphogénétiques se referme sur elle-même pour créer le tube neural.
La neurulation primaire est un processus morphogénétique clé qui rend compte de la transformation de la plaque neurale issue de l'induction neurale en un tube neural. Ce processus implique la déformation de la plaque neurale, qui est initialement sous la forme d'un disque, pour prendre un aspect ovoïde. Ce façonnage est aussi connu sous le terme générique de convergence - extension (convergence vers la ligne médiane et extension antéropostérieure). À l'issue de cette phase, le neurectoderme apparaît épaissi et prend le nom de plaque neurale.
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Les étapes de la neurulation primaire
Le premier signe de cette phase morphogénétique est l'apparition d'un sillon médian au niveau de la plaque neurale. Puis, cette plaque se replie lors de la formation de charnières, la première qui se forme est la charnière médiane située dorsalement par rapport à la notochorde. La plaque repliée prend alors le nom de gouttière neurale. Puis, deux autres charnières se mettent en place dans les régions dorsolatérales. Ceci conduit les régions les plus latérales de la plaque neurale à se rapprocher de la ligne médiane dorsale. Ces régions latérales portent alors le nom de bourrelets neuraux.
La plicature conduit au rapprochement des bords latéraux de l'ensemble plaque neurale - ectoderme de surface. À ce stade de développement, ces deux tissus sont fortement adhérents entre eux. Avec le rapprochement sur la ligne médiane dorsale, les deux régions latérales entrent en contact et les tissus homologues fusionnent : le neurectoderme (respectivement l'ectoderme de surface) avec son contingent controlatéral. Ainsi se forme le tube neural recouvert par l'ectoderme de surface.
Anomalies de la neurulation
Les anomalies de la neurulation primaire entraînent un défaut de fermeture du tube neural qui reste alors exposé à la surface. Si ce défaut touche l'extrémité céphalique, il porte le nom d'anencéphalie ; s'il intéresse la moelle spinale, il se nomme myéloméningocèle ; enfin le craniorachischisis, très rare, touche l'ensemble de l'axe nerveux.
Développement musculaire
Les cellules musculaires striées squelettiques dérivent du mésoderme mis en place lors de la gastrulation. Selon sa position dans l'axe médiolatéral, le mésoderme se dispose en plusieurs domaines. Les muscles striés squelettiques dérivent essentiellement du domaine para-axial (situé de part et d'autre de la notochorde).
Le mésoderme para-axial issu de la ligne primitive se met en place selon un gradient rostrocaudal (les cellules les plus caudales s'ajoutent à l'extrémité déjà formée selon le mode de croissance appelé accrétion). Il forme alors le mésoderme présomitique dont l'extrémité rostrale se condense pour former un cube ou somite.
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Le somite subit l'action polarisatrice des tissus environnants et donne naissance au sclérotome ventral et au dermomyotome dorsal, ce dernier se divisant en dermatome situé sous l'ectoderme de surface et en myotome intermédiaire. Les cellules musculaires striées squelettiques du corps proviennent du myotome à l'exception des muscles sterno-cléido-mastoïdien et trapèze dont les cellules musculaires proviennent des lames latérales cervicales.
Différenciation musculaire
Les myotomes génèrent des cellules mononucléées (les myoblastes) qui migrent pour atteindre leur lieu définitif de différenciation. Là, ils subissent une maturation caractérisée par leur fusion générant des myotubes (dont les noyaux occupent une position encore centrale). La maturation terminale conduit au déplacement des noyaux en périphérie et à la maturation de la jonction entre le motoneurone périphérique et le muscle (jonction neuromusculaire).
Développement du système nerveux périphérique (SNP)
Le système nerveux périphérique est défini anatomiquement et histologiquement par les structures situées en dehors des centres nerveux. Il convient de séparer les neurones périphériques de projection (motoneurones périphériques et neurones végétatifs spinaux) et les cellules des ganglions périphériques (ganglions de la racine dorsale, ganglions végétatifs).
Les motoneurones périphériques, comme les neurones végétatifs de projection issus de la moelle spinale, naissent dans le tube neural. Leurs axones grandissent et quittent le tube, ils forment alors la racine ventrale des nerfs spinaux. Ces axones ne peuvent migrer qu'au niveau du sclérotome issu de l'hémisomite rostral. La segmentation des racines est donc imposée par l'environnement somitique.
Les ganglions du SNP sont générés par des cellules issues du toit du tube neural. Ces cellules s'engagent dans un processus de transition épithéliomésenchymateuse et migrent selon trois voies : la voie sous-ectodermique, la voie somitique et la voie ventrale.
Développement du cervelet
Le cervelet dérive du tube neural et plus précisément du premier rhombomère. Il est initialement présent sous la forme de deux ébauches séparées par la ligne médiodorsale. Le tube neural de la région rhombomérique se déforme à la suite du développement de l'ébauche du 4e ventricule qui prend la forme d'un losange. Cette déformation conduit à une bascule des ébauches cérébelleuses, leurs régions initialement rostrales devenant plus médianes. L'évolution de ce mouvement morphogénétique conduit à la fusion des régions médianes.
Évolution du fœtus au cours de la grossesse
L’utérus qui est en quelque sorte notre première maison n’est à l’origine pas plus gros qu’une poire dont la cavité n’excède pas 4 mL… alors comment s’organise t-il pour abriter un être de plusieurs kilos en seulement quelques semaines ? Il atteint l’ombilic à environ 4 mois et demi de grossesse lorsque l’utérus mesure environ 18 cm de haut. Pour vous donner une idée, le fœtus passe de la taille d’une prune en fin de 1er trimestre à celle d’une aubergine en fin de second et enfin à celle d’une pastèque juste avant la naissance ! Supérieurement, il est en contact avec le colon transverse, effleure le bord inférieur du foie et de la vésicule biliaire. Latéralement l’utérus se fait une place en dessous mais également devant le cadre colique. Le cæcum remonte au-dessus de la crête iliaque par exemple (alors qu’il est logé au sein de la fosse iliaque normalement).
Premier trimestre
Un ébauche de cœur commence à battre dans ce minuscule haricot, de 2 millimètres. L’embryon prend une forme de plus en plus humaine. On aperçoit les bras, le cordon ombilical ou encore les yeux. On distingue maintenant un nez, même s’il est tout aplati, un front bombé, des lèvres épaisses, des oreilles et des mains palmées. La route est encore longue, mais, ça y est, l’embryon affiche un petit air humain dès lots du 2ème mois du fœtus. Côté organes, le foie est très volumineux, il représente 10 % du poids total. Son cœur bat pour de bon. Les yeux, le nez, les lèvres et le menton sont tous en place et sa queue a disparu. Les neurones, acquis dès le premier mois, se connectent enfin.
Deuxième trimestre
Au fur et à mesure que les neurones se connectent, le fœtus entre en mouvement. Désormais, il agite ses jambes, plie le bout de ses doigts, ferme ses poings, ouvre sa bouche… A ce stade, aussi, sa peau s’épaissit, ses ongles commencent à pousser et ses mâchoires durcissent. On aperçoit enfin les organes sexuels externes de Bébé. Certains parents pourront déjà découvrir s’il s’agit d’une fille ou d’un garçon. Pour d’autres, le verdict sera moins évident, il faudra patienter jusqu’à l'échographie du 5e mois du foeutus. Tous les aliments ingérés par la maman profitent au fœtus. Les molécules alimentaires qu’elle ingurgite passent dans son sang et rejoignent le placenta. Le placenta fait le pont entre le système sanguin de la mère et celui du fœtus. Ceux-ci étant différents, ils ne doivent pas se mélanger. La mère commence réellement à ressentir les "coups de pied" ou les hoquets du bébé. Il dort encore près de 20 heures par jour, mais gigote de plus en plus quand il est éveillé. Jambes, bras et tronc s’allongent et, heureusement pour lui, le fœtus a encore de la place pour se déplier. Ses mains cherchent à "saisir" ce qui passe devant elles, par exemple, le cordon ombilical. Celui-ci nouvellement formé continue ensuite de s’allonger et forme des sinuosités dans la cavité amniotique. Sa longueur normale est de 50-60 cm pour un diamètre de 1,5 cm. Il peut être trop court mais cela est rare ou bien trop long et peut alors s’enrouler autour du cou ou des épaules du foetus. Ce cordon ombilical est constitué de deux artères et une veine qui lui permettent d’assurer la circulation foeto-placentaire.
Bébé peut aussi passer des heures à sucer son pouce, à tel point qu’on observe des callosités au bout des doigts de certains nouveau-nés. Sa peau, qui n’est plus transparente, se recouvre d’un duvet appelé lanugo (laine en latin). L’oreille interne est en place. Le fœtus ne perçoit plus les sons venus de l’extérieur, désormais, il les entend. Le fœtus réagit lorsqu’il entend sa maman parler ou lorsqu’elle pose sa main sur son ventre. Depuis plusieurs semaines, le fœtus est sensible aux sons, au goût et au toucher. Dans le ventre de leur mère, tous les bébés ont les yeux bleus. Maintenant qu’il ouvre les yeux, Bébé passe son temps à scruter ce qui l’entoure. Il découvre son corps, à commencer par ses mains. De temps à autre, le fœtus avale un peu de liquide amniotique pour s’entraîner à déglutir et faire travailler ses reins. Du coup, il urine aussi. Le liquide amniotique se renouvelle toutes les cinq heures en moyenne. Les autres déchets qu’il ingère (poil, cheveux…) atterrissent dans son côlon. Il les évacuera dans les vingt-quatre heures suivant la naissance. Il s’agit du méconium.
Troisième trimestre
Ici, le tubercule génital s’est développé à l’intérieur du corps et s’est transformé en vagin. L’ossification se poursuit. A sa naissance, le bébé dispose de 300 os. Certains fusionneront, pour arriver à un total de 206 à l’âge adulte. Le crâne est constitué de quatre plaques osseuses reliées de façon assez lâche. Cela lui permet de se déformer sans risque au moment de l’accouchement. A ce stade, la peau de Bébé s’épaissit encore. Elle se recouvre d’une sécrétion - le vernix caseosa - qui l’aide à garder sa souplesse et à se protéger des agressions extérieures. En effet, le liquide amniotique contient certains résidus non organiques pouvant irriter le bébé. Bébé arrive à un seuil décisif. Son système nerveux est assez mature pour contrôler sa respiration et réguler la température du corps. De la graisse apparaît entre ses os et sa peau. Elle le protégera du froid, une fois à l’extérieur.
Bébé se sent de plus en plus à l’étroit dans l’utérus de sa mère. Il va naturellement se mettre en "position du fœtus" : menton rentré et les jambes repliées bien haut sur la poitrine. Les gestes de Bébé sont de plus en plus précis. Il se frotte le visage, se gratte… d’autant plus que ses ongles sont complètement formés. Les os s’allongent et se calcifient. Le cerveau de Bébé poursuit sa croissance. Il lui permet d’avoir conscience de ce qui l’entoure, de prendre des décisions, de réagir aux sollicitations de ses parents à l’extérieur, etc. L’événement le plus important, ce mois-ci, est le changement de position de Bébé. Il effectue une petite acrobatie pour se retrouver la tête en bas, prêt à sortir. Il doit parfois s’y prendre à plusieurs reprises pour y parvenir. En général, la mère ressent ce mouvement brusque. Ce qui correspond au 8ème mois du foetus… A ce stade, Bébé peut naître à n’importe quel moment, même s’il n’a pas encore atteint un "bon" poids de naissance. Pour le préparer à sa sortie, la mère lui envoie, par le biais de son sang, des anticorps qui le protégeront quelque temps de certaines maladies (grippe, rhume, rubéole, coqueluche…). On appelle cela le transfert d’immunité.
L'accouchement
Le grand jour est arrivé ! Sous la force des contractions, Bébé entame sa descente. Il appuie avec sa tête sur le col de l’utérus qui se raccourcit, puis se dilate progressivement. Ce qui correspond au 9ème mois du foetus La poche des eaux, dans laquelle il baignait depuis neuf mois, se fissure. Les contractions augmentent en intensité et en fréquence. Le col de l’utérus est complètement dilaté : l’accouchement peut commencer. Bébé oriente d’abord sa tête de façon oblique pour passer plus facilement le détroit osseux du bassin. Il dégage ensuite une épaule, puis l’autre. Enfin, tout son petit corps se retrouve "dehors". En quelques secondes, tous ses organes (poumons, reins, intestins, estomac…) se mettent à fonctionner. Bébé pousse son premier cri.
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