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À partir de la quatrième semaine, les villosités tertiaires du chorion chevelu vont devenir les villosités primordiales du placenta et chacune d’elles donne naissance à des bourgeonnements de structure identique (villosités de deuxième ordre) qui font saillie dans la chambre intervilleuse et donnent à leur tour des villosités de troisième ordre ou villosités terminales.
Cette évolution s'accompagne d'une différenciation vasculaire : l’axe vasculaire de chaque villosité primordiale et son arborisation constitue une unité vasculaire fonctionnelle, « le cotylédon fœtal ».
L'axe vasculaire des villosités est constitué d'une veine centrale (vaisseau efférent) et de deux artérioles para-centrales (vaisseaux afférents) anastomosées entre elles par un réseau capillaire sous-trophoblastique.
De la quatrième semaine au quatrième mois, l'axe vasculaire des villosités est en continuité avec les vaisseaux dérivés des ébauches vasculaires du mésenchyme extra-embryonnaire de la lame choriale et du pédicule embryonnaire.
Ce système vasculaire « extra-embryonnaire » est drainé par les vaisseaux ombilicaux, qui feront ultérieurement jonction avec la circulation intra-embryonnaire.