martes, 29 de junio de 2021

Destinos del disco trilaminar

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En la sección anterior hemos visto como se forman las tres capas germinativas, así como otras estructuras accesorias como el canal neural y el notocordio. Ahora discutiremos el destino de cada uno de los discos germinativos. Hay que tener en cuenta que estos discos no siempre serán planos, y posteriormente el embrión se entuba.

Figura 85. Neuralización. Este evento es de vital importancia debido a sus implicaciones éticas y morales sobre la posibilidad de percepción de dolor por parte del embrión.

Al formar el tubo el ectodermo rodeará a las otras dos capas, mientras que el endodermo formará a su vez un tubo interno conectando dos orificios de salida. El mesodermo se queda en medio para formar diferentes órganos. Una vez que los tres linajes celulares se han formado dará inicio al periodo de organogénesis entre las semanas 3 y 8 de embarazo. Cabe anotar que la mayoría de los embarazos son diagnosticados en este periodo de tiempo debido a la exigencia cada vez mayor del embrión por nutrientes de la madre y al cambio hormonal que esta sufre en estos momentos.

Para el final de la etapa de organogénesis los principales sistemas de órganos estarán establecidos, así como la silueta de un cefalocordado reconocible de forma muy clara. Al inicio de la tercera semana de desarrollo el epiblasto que de aquí en adelante será denominado ectodermo posee la forma de un disco que es más ancho en la región cefálica que en la región caudal. a aparición del mesodermo de la notocorda y precordal inducen al mesodermo a endurecerse formando el plato neural “recordemos de la notocorda se forma a partir del endodermo”. El plato neural posee las células que se diferenciarán para formar la columna, iniciando el proceso de neuralización.

Para el tiempo en que el tubo neural se cierra, los tejidos oculares empiezan su desarrollo. En términos generales la línea germinativa del ectodermo da lugar a órganos y estructuras que mantienen el contacto con el ambiente externo. El sistema nervioso central que mediante el mecanismo de neuralización se invagina al interior del mesodermo. El sistema nervioso periférico gracias a la migración de células de la cresta neural. El epitelio sensorial de las orejas, la nariz, los ojos, el cuero cabelludo entre otros. Adicionalmente da lugar a las glándulas subcutáneas, mamarias, pituitarias y al enamel de los dientes.

La neuralización es el proceso por el cual se forma el tubo neural” a partir del plato neural. Para el fin de la tercera semana las puntas laterales del plato neural se elevan para formar los pliegues neurales y la región intermedia se hunde para formar un canal que se cierra paulatinamente hasta formar un tubo. El tubo neural se cierra aproximadamente en el día 25 junto con el desarrollo del tejido neural en su interior, la medula espinal a lo largo del dorso y una zona más gruesa en la región cefálica siendo esta el primordio cerebral.

Las células de la cresta neural se encuentran en los labios del tubo neural antes de que este se cierre. Esta población de células es posteriormente cubierta por el ectodermo, y en este punto experimentan una transición muy fuerte, proliferando y dando origen a otros grupos de tejidos: ganglios sensoriales, neuronas simpáticas y entéricas, células de Schwann, células de la medula adrenal, también contribuyen a la formación del esqueleto cráneo-facial, las neuronas de los ganglios craneales, células gliales, melanocitos entre otros.

Las células de la cresta neural son tan fundamentales y tan versátiles en los tejidos a los cuales dan origen que algunos autores han propuesto denominarlas como una carta capa germinativa embrionaria. Evolutivamente estas células debieron aparecer cerca del origen de los vertebrados, es decir en el ancestro común de anfioxus y los demás vertebradoras.

Figura 86. Neuralización 2. La neuralización también hace que la organización del cuerpo empiece a cambiar de un disco plano a una estructura similar a un gusano segmentado, el proceso es semejante a la fabricación de una empanada.

Durante el desarrollo de la gástrula el mesodermo no solo se almacena en las capas del disco germinal, sino que se distribuye a lo largo de todo el embrión, tanto hacia abajo cubriendo al endodermo y el saco vitelino como hacia arriba cubriendo a las células del amnios. Aun así, la mayor parte del mesodermo se almacena entre el ectodermo y el endodermo en el disco germinativo, esta masa de mesodermo se denomina mesodermo paraxial “paralelo al eje anteroposterior”. El mesodermo que cubre las células del amnios es denominado mesodermo parietal, mientras que el que cubre al endodermo se denomina mesodermo visceral. Ambos se agrupan como mesodermo somático. Adicionalmente una capa de mesodermo une al paraxial y al somátido y se denomina mesodermo intermedio. Adicionalmente el embrión como un todo adquiere una forma de 8, donde la zona más delgada adquiere el nombre de cavidad intraembrionaria corporal “día 21”.

El mesodermo paraxial se caracteriza por su segmentación muscoloesquelética. Cada segmento se denomina somitomero o somita, sin embargo, con el ánimo de no introducir terminología extra nos referiremos a ellas como segmentos. Los segmentos aparecen primero en la región cefálica en asociación a la segmentación del plato neural en neuromeros. Una vez que aparece el primer segmento en la región cefálica, nuevos segmentos se adicionan a una tasa de tres por día. La primera aparece aproximadamente en el día 20 y para el final de la quinta semana se han desarrollado entre 42 y 44 pares de segmentos.

Figura 87. Neuralización 3. Cierre del tallo primitivo para formar la cresta neural, el proceso deja una enorme cicatriz en el dorso.

Cada pareja se agrupa dependiendo de la región: 4 en la región occipital; 8 en la cervical; 12 en la torácica; 5 en la lumbar y entre 8 y 10 en la coxigeal. El primer segmento occipital y entre 5-7 de las coxigeales son retraídas, mientras que los segmentos restantes formaran el esqueleto del eje (axial). Debido a que los segmentos aparecen con una periodicidad predecible, es posible estimar la edad del embrión por la cantidad de segmentos que presenta.

Figura 88.  Neuralización 4. En los modelos anteriores tenemos descripciones de: A día 17; B día 19; C día 20; D día 21. En azul el ectodermo, en anaranjado el mesodermo y en amarillo el ectodermo. La capa delgada de mesodermo en el disco germinativo da lugar a una masa llamada mesodermo paraxial, del cual derivarán posteriormente los segmentos corporales. Cabe anotar que la vista del embrión en este punto es desde la cabeza a la cola.

Al inicio de la cuarta semana de gestación las células del mesodermo de cada segmento empiezan a experimentar especialización celular con una adecuada transformación de su estructura y funciones. Algunas migran para rodear al tubo neural y la notocorda, siendo denominados esclerotomo. Las células del esclerotomo posteriormente se diferenciarán para formar las vértebras y los arcos de las costillas. Las células del mesodermo de los segmentos ubicadas en los vértices ventrolaterales y la parte superior son los precursores del sistema muscular “miotomo” en su gran mayoría, así como la dermis dermatomo. Cada segmento actúa independientemente, algo semejante a la organización de los gusanos segmentados, de esta forma cada segmento desarrolla su propio esclerotomo, su propio miotomo y su propio dermatomo. Adicionalmente cada segmento posee su propia región neural en desarrollo.

El mesodermo intermedio conecta de manera temporal al mesodermo paraxial y al mesodermo lateral. El mesodermo intermedio se diferencia posteriormente en el sistema urogenital. La parte que será distribuida la parte torácica superior desarrolla grupos celulares que en el futuro serán nefrotomos. Mientras que los que se distribuyen de forma caudal “espalda” forman una masa de tejido no segmentada denominada cuerda nefrogénica. Las unidades del sistema excretor “riñones” y las gónadas se desarrollan en el mesodermo intermedio no segmentado.

Figura 89. Neuralización 5. Desde el exterior "ectodermo" la estructura del embrión empieza a asemejarse a la de un gusano, también empiezan a aparecer los segmentos.

El mesodermo del plato lateral o somático se distribuye alrededor del amnios y del saco vitelino, entrando en contacto con el endodermo y el mesodermo. Este mesodermo se divide en dos, el parietal (somático) y el visceral (esplénico). Esta diferenciación obedece precisamente con las cavidades y los tipos de tejido con los que está en contacto. El mesodermo parietal emerge de aquel mesodermo lateral que está en contacto con el ectodermo y el saco vitelino; mientras que el mesodermo visceral emerge de aquel mesodermo del plato lateral que estaba en contacto con el endodermo y la cavidad del amnios.

El mesodermo parietal formará las paredes laterales del cuerpo, así como sus pliegues. Estos pliegues junto con la cabeza y la cola se cierran en la pared corporal ventral. La capa parietal del plato lateral del mesodermo forma la dermis de la piel, las extremidades, los huesos, el tejido conectivo y el esternón. Adicionalmente, poblaciones celulares del ectodermo migran hacia el mesodermo, estas son el esclerotomo (formador de esqueleto) y el miotomo (formador de musculo) para formar los cartílagos de los costados, los músculos de las extremidades, y la mayor parte de los músculos superficiales del cuerpo.

Figura 90. Las somitas. La formación de los segmentos es paralelo al cierre del tubo neural. Los segmentos de mesodermo se marcan claramente en el ectodermo como si fueran musculo, lo que hace su identificación relativamente fácil.  La segmentalización ha sido uno de los procesos más estudiados y en los cuales los genes Hox tienen una importancia fundamental. Las señales para la diferenciación de los tejidos emergen en cascada desde la notocorda, el tubo neural, la epidermis y el mesodermo somático. Familias de genes Hox muy famosos se involucran en este proceso como las noggin, los sonic hedgehog SHH y los genes PAX entre muchos otros.

La capa visceral del mesodermo del plato lateral junto con en endodermo embrionario forman las paredes de tracto gastrointestinal. Las células del mesodermo de la capa parietal rodean la cavidad intraembrionaria formando membranas muy delgadas: la membrana mesotelial o serosa, las cuales enmarcan las futuras cavidades celómicas “peritoneo, pleura y pericardio”. Se la denomina cerosa debido a que segregan fluidos de naturaleza cerosa. Las células del mesodermo de la capa visceral forman una delgada capa alrededor de cada órgano interno.

Las células de la sangre y los vasos sanguíneos emergen del mesodermo. Los vasos sanguíneos se desarrollan embrionariamente por dos mecanismos, la vasculogénesis y la angiogénesis. En la vasculogénesis los vasos sanguíneos emergen de islas de sangre, mientras que en la angiogénesis los nuevos vasos sanguíneos crecen a partir de otros ya existentes.

La formación de la sangre por vasculogénesis es representada por el modelo anterior, en este caso se da por especialización celular de algunas céluulas del mesodermo llamadas hemangioblastos que formaran las paredes de los primeros vasos sanguíneos, una vez estos primeros se han formado el proceso de extensión del sistema circulatorio se da por angiogénesis. Las primeras islas de sangre emergen en el mesodermo que rodea al saco vitelino aproximadamente en la tercera semana de gestación, y en pocas cantidades en el plato del mesodermo lateral y otras regiones por vasculogénesis. Las islas emergen de las células del mesodermo inducidas a especializarse en hemangioblastos, un precursor común de los vasos sanguíneos y de la formación de la sangre. Aunque los primeros vasos sanguíneos emergen de las islas de sangre en la pared del saco vitelino, esta población es transitoria.

El tracto gastrointestinal es el órgano principal derivado del endodermo. Esta capa embrionaria cubre la superficie ventral del embrión y forma el techo del saco vitelino. Con el desarrollo de las vesículas cerebrales, el disco embrionario comienza inflamarse en la cavidad amniótica. Con el alargamiento del tubo neural el embrión se curva tomando la posición y la apariencia fetal vermiforme con unas regiones muy claras de cabeza y cola.

Figura 91. El sistema circulatorio. Las células madre hematopoyéticas definitivas se derivan del mesodermo que rodea la aorta en un lugar cercano al desarrollo del riñón mesofrénico llamada región aortagonadmesofrénica. Estas células colonizan el hígado y se convierten en la mayor fuente hematopoyética del embrión y el feto desde el segundo hasta el séptimo mes de gestación. Las células madre del hígado colonizan luego el tuétano del hueso, que constituirá el principal tejido hematopoyético desde el séptimo mes hasta la vejez.

Hasta este punto tenemos una empanada doble que se ha cerrado por el dorso, pero, aunque aún falta cerrar por el vientre, que es además la cavidad general más importante. El embrión en desarrollo con forma de 8 empieza alterar su estructura, la parte superior que está compuesta por la cavidad amniótica se extiende generando dos grandes pliegues llamados cavidad del cuerpo intraembrionario que rodean al cuerpo y lo encierran. El cierre se da en la posición ventral cortando al saco vitelino y dejando al embrión con dos cavidades generales.

Figura 92. Como leer los modelos. Vistas del embrión, los modelos de los embriones alternan entre dos tipos de vista, a la izquierda tenemos una vista lateral del embrión como si este fuera cortado desde la punta posterior hasta la anterior (desde la cabeza a la cola) lo cual permite ver el interior de un lado del embrión, es fácil reconocer esta vista ya que es la que permite ver el tallo conector que posteriormente se convertirá en cordón umbilical. A la derecha tenemos una imagen frontal del embrión como si alguien le hubiera cortado la cabeza y se pudiera ver la parte media, esta vista puede reconocerse por el tubo neural en el centro.

La primera cavidad es formada por las cavidades embrionarias que rodean al sistema digestivo ya encerrado, y la segunda es la cavidad amniótica que ahora rodea a todo el embrión. En otras palabras, la cavidad amniótica ahora rodea al embrión. El saco vitelino es cortado de la mayor parte del tracto gastrointestinal excepto por la zona del tallo conector que de ahora en adelante será el cordón umbilical. Falta mencionar la existencia de otro saco embrionario más pequeño llamado alantoides, el cual también sufre el corte durante el cierre del embrión, al igual que el saco vitelino el alantoides queda reducido a un ducto al interior del cordón umbilical.

Como resultado del crecimiento cefalocaudal y el cierre de la pared ventral del cuerpo, el endodermo es incorporado al interior del cuerpo “al fin cobrando significado su nombre como capa interna” formando el tracto gastrointestinal. El tracto gastrointestinal se divide en tres zonas, superior, intermedio e inferior. El tracto gastrointestinal intermedio se comunica con el saco vitelino “ahora reducido a un tubo en el interior del cordón umbilical”. El tubo es amplio al principio, pero se hace cada vez más del gado y largo a medido a que el embrión crece y se desarrolla en el feto.

En la región superior o cefálica el canal gastrointestinal se encuentra temporalmente unido por una membrana denominada membrana orofaringeal. Esta membrana separa al estomodeo de la faringe. El estomodeo es una estructura que se deriva del ectodermo y terminará su desarrollo como la cavidad bucal; mientras que la faringe es la punta del endodermo. Al ser estructuras que emergen de líneas celulares diferentes, su acoplamiento puede tener problemas. El acoplamiento de la cavidad bucal y de la faringe se da relativamente temprano durante el embarazo, pues la membrana orofaringeal se rompe en la cuarta semana de gestación, estableciendo un contacto permanente entre la boca y la faringe como si fueran un solo canal.

El canal gastrointestinal inferior también termina en un límite de líneas celulares, por un lado, se encuentra el canal gastrointestinal que dará como resultado al intestino grueso y al recto que se derivan del endodermo, y por otro lado está el proctodeo, la cual es la parte final del recto y tiene su origen en el ectodermo. Al igual que en la anterior existe una membrana denominada membrana cloacal que separa a los dos tipos de tejido hasta que están listos para acoplarse.

Figura 93. Cierre ventral del embrión y formación de las vísceras. Los modelos anteriores nos muestran los cambios del embrión durante el proceso de cierre ventral del embrión en una vista frontal. Arriba los pliegues laterales se extienden, abajo a la izquierda los pliegues presionan al saco vitelino, abajo a la derecha se muestra una zona donde los pliegues han cortado el saco vitelino dejando solo la región del tracto gastrointestinal. Cabe anotar que no todo el saco vitelino se pierde. Cuando el vientre se cierra el embrión se enrosca adquiriendo la postura fetal típica, de todas las membranas embrionarias el amnios aun continúa cubriendo el dorso "espalda" del embrión.

El acoplamiento se da en la séptima semana de gestación, en comparación con la del canal bucofaríngeo que se da en la cuarta semana. Esta diferencia de tiempo sigue la línea de desarrollo establecida por el canal neural y de cefalización, donde es la cabeza la que se forma primero y la cola después. Otro resultado importante del crecimiento cefalocaudal y del pliegue lateral es la incorporación parcial del alantoides al cuerpo del embrión, conectado directamente a la cloaca. Desde la cloaca el alantoides sigue su camino como un ducto en el interior del cordón umbilical.

Aunque el saco vitelino es una de las estructuras más emblemáticas de los amniotes “todos los animales terrestres exceptuando a los anfibios”, su fisiología “función” sigue siendo poco clara. Algunos autores estiman que su principal rol es el de servir como órgano alimentario en las primeras etapas del desarrollo antes de la implantación del embrión, función que sería mucho más vital en los animales ovíparos que no experimentan la implantación del embrión.

Otros autores han apuntado a que contribuye a la formación de los primeros glóbulos rojos de la sangre, aunque esta función es altamente transitoria. Una de sus funciones primordiales es la de proveer las células madre de la línea germinal que se desarrollan en su pared posterior y que posteriormente migrarán hacia el mesodermo donde se desarrollan las gónadas.  Estas células madre germinativa dependiendo del sexo se desarrollarán en óvulos o espermatozoides en la pubertad.

Figura 94. Cierre del embrión. Una vez llegados a este punto los modelos embrionarios pasan de una vista anteroposterior a una vista lateral, Esto es debido a que en el momento en que se cierra ventralmente, el embrión adquiere ya una fisonomía semejante a un feto además de mostrar como el saco vitelino es expulsado fuera de la estructura embrionaria.

A pesar de que el endodermo da lugar a estructuras tan importantes como el tejido endotelial del canal gastrointestinal, y las regiones intraembrionarias del saco vitelino y del alantoides, existen otras estructuras que tienen su origen en la línea germinativa del endodermo. Un ejemplo claro es el sistema respiratorio, el sistema respiratorio (laringe, tráquea y pulmones) tienen su origen evolutivo y embrionario en el canal gastrointestinal, por lo que su tejido endotelial también parte del endodermo. El parénquima de glándulas tan importantes como la tiroides, la paratiroides, el hígado y el páncreas. Tejido endotelial de la vejiga urinaria y la uretra. Dado que evolutivamente el canal auditivo tiene su origen en la cavidad bucal, el endodermo también hace parte del endotelio del canal auditivo.

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Figura 95. Formación del sistema digestivo. (1) Cuando el cordón umbilical termina de formarse tanto el saco vitelino como el alantoides terminan por convertirse en secciones conectadas al tracto gastrointestinal en formación. De hecho, la posición del saco vitelino equivale a la posición del ombligo. En el modelo anterior podemos apreciar una vista lateral del embrión seccionado a la mitad, en amarillo se encuentra la estructura procedente del endodermo y en negro la del ectodermo. La cavidad bucal embrionario "estomodeo" penetra en el embrión hasta conectarse al endodermo; (2)  El rostro embrionario permite ver con claridad la etapa de “pez”, y si ya sé que no deberíamos decir atapas, pero por favor no hay necesidad de ser sutiles cuando tenemos arcos branquiales más que evidentes; (3)  La estructura anal del ser humano en el embrión recuerda a las cloacas de los reptiles, pues es una sola cavidad para el canal gastrointestinal y para el canal urinario en formación, sin embargo, en A la salida se encuentra obstruida por una membrana o proctodeo "closing plate", debido a esto la salida se encuentra por la ruta del alantoides hacia el cordón umbilical. B, C y D el mesodermo crece separando las cavidades y se forman los canales urinarios propiamente dichos. E desaparece el proctodeo y aparece el orificio urinario y el orificio anal.

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