TUBO NEURAL. PERCY ZAPATA MENDO.

Tubo neural

El tubo neural es una estructura presente en el embrión de los animales cordados, del que se origina el sistema nervioso central. De forma cilíndrica, el tubo neural se deriva de una región específica del ectodermo llamada placa neural, la que aparece al inicio de la tercera semana de la concepción por medio de un proceso llamado neurulación.

Desarrollo

Inmediatamente sobre la notocorda, el ectodermo se engruesa para formar la placa neural. Los bordes de esta placa sobresalen, se pliegan y se unen por encima formando un largo tubo: el tubo neural. Este tubo da lugar a la mayor parte del sistema nervioso, anteriormente se ensancha y se diferencia en el encéfalo y los nervios craneales; posteriormente forma la médula espinal y los nervios motores. La mayor parte del SNP deriva de las células de la cresta neural, que emigran antes de que el tubo neural se cierre. En la cresta neural se originan los nervios craneales, células de pigmento, cartílago y huesos de la mayor parte del cráneo, incluidas las mandíbulas, ganglios del SNA, médula de las glándulas adrenales.

Neurulación

En la neurulación una vasta región central de ectodermo, denominada placa neural, se engruesa, se enrolla en un tubo y se desprende del resto de la hoja celular. Este tubo surgido del ectodermo se llama tubo neural, formará el cerebro y la médula espinal.

La mecánica de la neurulación depende de los cambios en el empaquetamiento y forma celulares que hacen que el epitelio se enrolle en un tubo. Unas señales inicialmente procedentes del Organizador y más tarde de la notocorda subyacente y del mesodermo definen la extensión de la placa neural, inducen los desplazamientos responsables del enrollamiento y ayudan a organizar el patrón interno del tubo neural. Concretamente, la notocorda segrega la proteína Sonic hedgehog, una homóloga de la proteína señal Hedgehog de Drosophila, que actúa como morfógeno controlando la expresión génica en los tejidos vecinos.

Embriología animal

Casi siempre las neuronas se producen asociadas con células gliales, las cuales constituyen el armazón de soporte y generan un medio cerrado y protector en el que pueden desempeñar su función. En todos los animales, ambos tipos celulares surgen del ectodermo, normalmente como células hermanas de un precursor común. Así, en los vertebrados las neuronas y las células gliales del SNC derivan de un parte del ectodermo que se enrolla formando el tubo neural, mientras que las del SNP derivan sobre todo de la cresta neural.

El tubo neural está formado inicialmente por un epitelio monoestratificado. Las células epiteliales son las progenitoras de las neuronas y de la glía. Mientras se generan estos tipos celulares, el epitelio se engruesa y se transforma en una estructura más compleja. Las células progenitoras y, más tarde las células gliales, mantienen la cohesión del epitelio y forman un armazón que atraviesa todo su grosor. Las neuronas recién nacidas migran y envían sus axones y sus dendritas a lo largo y entre estas células.

Las proteínas señal, secretadas por la zona dorsal y ventral del tubo neural, actúan como morfógenos opuestos, haciendo que las neuronas nazcan en diferentes niveles dorsoventrales expresando diferentes proteínas reguladoras de genes. También existen diferencias a lo largo del eje cabeza-cola, reflejando el patrón anteroposterior de expresión de los genes hox y las acciones de otros morfógenos. Además, las neuronas continúan generándose en cada región del SNC, durante muchos días, semanas o meses, lo cual aumenta aún mucho más su diversidad, ya que las células adoptan diferentes caracteres de acuerdo con su fecha de “nacimiento”, el momento de la mitosis terminal que marca el comienzo de la diferenciación neuronal.

Diferenciación

La diferenciación del tubo neural se produce simultáneamente a nivel anatómico, a nivel tisular y a nivel celular.1 A nivel anatómico tanto el tubo neural como su cavidad sobresale y se estrechan para formar las cavidades de la médula espinal y del cerebro. A nivel tisular, las células dentro de la pared del tubo neural se reubican formando las diferentes regiones del sistema nervioso central. Finalmente, a nivel celular, se da el proceso de diferenciación celular en el que las células neuroepiteliales se diferencian en neuronas y células gliales.1

Eje anteroposterior

En el tubo neural temprano, la porción más anterior se dilata en tres vesículas primarias: el cerebro anterior (prosencéfalo), el cerebro medio (mesencéfalo) y el cerebro posterior (rombocéfalo).1

Desarrollo temprano del cerebro humano

El prosencéfalo, a su vez se subdivide en telécefalo (anterior) y diencéfalo (caudal). El telencéfalo formará los hemisferios cerebrales, hipocampo y lóbulos olfatorios. Por su parte, el destino del diencéfalo será formar la retina, el epitálamo, el tálamo y el hipotálamo.2 El mesencéfalo no se subdivide y su cavidad se convierte en el cerebro medio. El rombocéfalo se subdivide en el mielencéfalo (posterior) y en el metencéfalo (anterior). El mielencéfalo llega a ser el bulbo raquídeo y el metencéfalo da origen tanto al cerebelo como al puente troncoencefálico.2 El rombocéfalo se divide en cavidades pequeñas llamadas rombómeras. Cada rombómera tiene un destino de desarrollo diferente. De estas estructuras se originarán ganglios y nervios craneales.1

Todo el establecimiento del eje anteroposterior del sistema nervioso central es dirigido por una serie de genes que incluyen a los complejos de genes Hox.1

Eje dorsoventral

El tubo neural está polarizado a lo largo del eje dorsoventral. En la región ventral se ubican las neuronas motoras, mientras que en la región dorsal se encuentran las neuronas comisurales que envían axones a través de la médula espinal. Dicha polaridad es inducida por señales provenientes de tejidos adyacentes.3 El patrón ventral es inducido por la notocorda, mientras que el patrón dorsal es provocado por la epidermis.1

Esta especificación es disparada por dos factores paracrinos principales. El primero es la proteína Sonic hedgehog, originada desde la notocorda y el segundo es un grupo de proteínas TGF-β provenientes del ectodermo dorsal. Sonic hedgehog induce a las células bisagra mediales a convertirse en la placa del piso del tubo neural (región ventral). Una vez diferenciadas, las células de la placa del piso también secretan Sonic hedgehog, creando un gradiente donde la concentración más fuerte se encuentra en la parte más ventral. La región dorsal es establecida por proteínas de la superfamilia TGF-β, específicamente BMP4 y BMP7. Tan pronto se establecen las células de la placa del suelo sobre el lado ventral, la epidermis genera un centro de señalización secundario induciendo la expresión de BMP4 en las células de la placa del techo del tubo neural. A su vez, BMP4 desde la placa del techo induce una cascada de proteínas TGF-β en las células adyacentes. De esta manera, diferentes grupos de células son expuestos a distintas concentraciones de las proteínas TGF- β a diferentes tiempos (lo más dorsal es expuesto a más factores en altas concentraciones y en tiempos tempranos).1

Estos determinantes paracrinos interactúan para generar la síntesis de distintos factores de transcripción a lo largo del eje dorsoventral del tubo neural. Las células adyacentes a la placa del piso reciben altas concentraciones de Sonic hedgehog y bajas concentraciones de TGF-β, como resultado, sintetizan factores de transcripción Nkx6.1 y Nkx2.2 convirtiéndose en neuronas ventrales (V3). Las células dorsales son expuestas a menos Sonic hedgehog y a más de TGF-β, por lo que sintetizan factores de transcripción Nkx6.1 y Pax6. Finalmente, los dos grupos de células que reciben progresivamente menos Sonic hedgehog se convierten en las interneuronas V2 y V1.4

Los defectos de nacimiento y los defectos del tubo neural

Cada año 1 de cada 33 bebés nacen con defectos de nacimiento en los EE.UU. Los defectos de nacimiento usualmente ocurren durante los primeros 3 meses de embarazo y pueden afectar la apariencia y el funcionamiento motriz de los bebés. Los defectos pueden ser detectados antes o después del parto del bebé. Los defectos de nacimiento más comunes son los defectos del corazón y del sistema circulatorio. Los defectos de nacimiento son la segunda (2ª) causa de mortalidad infantil entre los bebés de 1 a 4 años de edad.

Los defectos del tubo neural: la espina bífida, la anencefalia, el encefalocele

El defecto del tubo neural es un defecto de nacimiento que afecta a la columna vertebral (como la espina bífida) o al cerebro (como la anencefalia). Uno de cada mil embarazos es afectado por un defecto del tubo neural. Los defectos del tubo neural suceden con menos frecuencia que los defectos del corazón, pero desafortunadamente pueden causar la muerte del bebé antes y después de nacer.

La espina bífida, la anencefalia y el encefalocele son defectos del tubo neural que ocurren en las primeras tres a cuatro (3-4) semanas de embarazo, antes de que la mayoría de las mujeres se enteren de que están embarazadas o hayan visitado a su doctor. Las mujeres hispanas tienen 2 veces más probabilidades de tener un bebé con un defecto del tubo neural que las mujeres de otros razas o grupos étnicos.

Debido a que aproximadamente el 50 por ciento de los embarazos en Estados Unidos no son planeados, es importante que todas las mujeres en edad fértil tomen una multivitamina con 400 microgramos (mcg) de ácido fólico diariamente y como parte de una dieta saludable. Se recomienda que todas las mujeres que hayan comenzado a menstruar (periodo), o que puedan quedar embarazadas, tomen diariamente 400 mcg de ácido fólico.

La espina bífida ocurre cuando la parte inferior del tubo neural no se cierra adecuadamente. Como consecuencia, la columna vertebral no se desarrolla correctamente. A veces, una bolsa con líquido sale por la apertura de la espalda. Esta bolsa generalmente contiene parte de la espina dorsal. Entre las discapacidades asociadas con la espina bífida están: la parálisis de las piernas del bebé, pérdida del control para orinar e ir al baño, líquido en el cerebro (hidrocefalia), y problemas de aprendizaje. Entre el 80 y el 90 por ciento de los bebés que nacen con espina bífida logran sobrevivir. A pesar de sufrir diferentes niveles de discapacidad, muchos bebés logran tener vidas exitosas y productivas.

La anencefalia es una condición mortal en la que el extremo superior del tubo neural no se cierra adecuadamente. En estos casos el cerebro nunca se desarrolla completamente o simplemente no existe. Los embarazos afectados por anencefalia acaban a menudo en aborto espontáneo. Los bebés que nacen con anencefalia mueren poco después del parto.

El encefalocele es un defecto del tubo neural en el que el cerebro, su revestimiento y su líquido protector quedan fuera del cráneo y forman una protuberancia o bulto en la frente o en la parte de atrás de la cabeza cerca del cuello. Las probabilidades de que el bebé sobreviva dependen de la severidad del defecto y de su localización.

¿Por qué se producen?

Las causas de anomalías en el tubo neural del bebé pueden ser varias. A continuación detallamos las más comunes:

Ø Irradiación materna con rayos X durante el embarazo.

Ø Asfixia en el momento del parto.

Ø Infecciones intrauterinas como la rubéola y la toxoplasmosis.

Ø Enfermedades genéticas.

Ø Déficit de ácido fólico en la dieta de la madre.

Como pueden ver, las causas de estas enfermedades son múltiples, pero en los últimos años se detectó que el déficit alimentario de ciertas vitaminas como el ácido fólico, estaban asociadas a una mayor frecuencia de estas enfermedades.

¿Cómo se diagnostican?

Existe un análisis en sangre que se realiza durante el embarazo que puede hacer sospechar la presencia de estas enfermedades. Se realiza entre las semanas 14 y 19 del embarazo y se llama alfa-feto proteína. Si los valores de esta proteína son elevados, debe completarse el estudio mediante una ecografía, que a partir de las 14 semanas diagnostica con certeza estas enfermedades. La evolución de recién nacidos con estas enfermedades depende del grado de afectación que presenten y si hay compromiso o no de la corteza cerebral o la médula espinal.

¿Cuál es el tratamiento?

La anencefalia no tiene ningún tipo de tratamiento y lamentablemente su evolución natural es la muerte del recién nacido, en cambio, la hidrocefalia, tiene tratamiento quirúrgico. El mismo consiste en la colocación de una válvula que permite drenar el exceso de líquido cerebral a la circulación sanguínea o a la cavidad abdominal. Puede ir asociada con retardo mental si hubo alguna lesión en la corteza cerebral. La espina bífida, también se corrige mediante una intervención quirúrgica. Su evolución depende si hay alguna afectación en la médula espinal o no. En caso de haberla puede asociarse con alteraciones motoras en miembros inferiores y/o incontinencia urinaria o de materia fecal. En los casos que la espina bífida se presenta con su mayor gravedad la misma se llama mielo meningocele y el pronóstico en estos casos es generalmente serio.

¿Cómo pueden prevenirse?

Lo más importante en estas enfermedades es la prevención. Como decíamos anteriormente, estas enfermedades están asociadas con déficit alimentarios, especialmente de ácido fólico. En países que tenían una alta incidencia de estas enfermedades, como Gran Bretaña, la suplementación con ácido fólico en alimentos de uso diario ha disminuido drásticamente su frecuencia. Está demostrado mediante estudios muy bien desarrollados, que un suplemento en la dieta diaria de 1 miligramo de ácido fólico disminuye significativamente los riesgos de las enfermedades del tubo neural en el bebé.

Referencias

1.- a b c d e f g Gilbert SF (2005). Biología del Desarrollo (7 edición). pp. 426–429.

2.- a b Felten David L. & Shetty Anil N. (2010). Atlas de Neurociencia. pp. 116–120.

3.- Wolpert Jessel et. al. (2007). Principios del Desarrollo. Tercera Edición, Capítulo 10. Madrid: Editorial Médica Panaméricana S.A.

4.- Lee, S.K & Pfaff S.L. (2001). Transcriptional networks regulating neuronal identity in the developing spinal cord. Nature Neuroscience. Suppl. (4) 1183-1191