embriologia de la base de craneo

EMBRIOLOGÍA Y EVOLUCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS CRÁNEOFACIALES
Ruth Herrera. Claudia Ariza. Adriana Burbano. Ana Cevallos. Jenny Guerrero. Cristina León.
José Cristiano. Paola Hernández. Juliana Millán. Carolina Ortegón. Claudia Bonilla. Sandra
Cujia. Claudia Chazy. Liliana Otero.
El cráneo está formado a partir del mesodermo vecino a las vesículas encefálicas,
presenta
dos
sectores
muy
bien
definidos
denominados
Neurocráneo
y
viscerocráneo o splacnocráneo, y ambos están integrados por huesos que se
desarrollan tanto por osificación intramembranosa como por endocondral.
1
El neurocráneo constituye el habitáculo que aloja el encéfalo y además conforma
las cápsulas que encierran los órganos olfatorios, los ojos y los oídos.
En el neurocráneo
craneal
cráneo
se pueden considerar a su vez dos porciones: 1) la boveda
(calota) llamada también osteocráneo o desmocráneo y 2) la base del
o
condrocraneo,
denominada
así
por
el
mecanismo
de
osificación
endocondral.
El viscerocráneo forma el esqueleto de la cara y aporta algunos huesos y cartílagos
al sector del cuello.
La base del cráneo en la línea media o sagital, está compuesta principalmente por
tres huesos:
1)
El occipital, alrededor del agujero occipital
2)
El esfenoides, situado debajo de la región hipofisiaria del cerebro que
corresponde al cuerpo del esfenoides
3)
El etmoides, situado debajo del sector anterior del telencéfalo y que se
extiende hasta la región nasal.
La base de cráneo parasagital esta compuesta por:
1)
El esfenoides, alas mayores.
2)
El temporal, lo que corresponde al peñasco, región petrosa.
EMBRIOLOGIA DE LA BASE CRANEAL
1
Cráneo: tomado del griego kraníon, diminutivo de Krános “casco, yelmo”. Derivado craneal,
craneano. Caja ósea que encierra el encéfalo, protegiéndolo. Siglo XVI, 1580.
Cartílago: tomado del latín cartílago – agines, derivación idéntica: cartílago, 1537.
Vísceras: tomado del latín víscera, plural del poco usado, derivación idéntica. 1730.
Esplácnico: relacionado con los órganos internos como visceral.
Visceral: relativo a las vísceras u órganos internos de la cavidad abdominal, también
Esplácnico.
Los eventos específicos que conllevan a la diferenciación prenatal y crecimiento
postnatal de la base del cráneo, dictan las características morfológicas finales de
esta compleja área anatómica. Solo a través del entendimiento de estos eventos
puede el clínico involucrarse en el tratamiento de condiciones congénitas,
neoplásicas, y traumáticas del desarrollo de la base del cráneo, y tener un
fundamento firme para las intervenciones terapéuticas y las investigaciones
científicas de estas condiciones.
Tomando el contexto de todo el desarrollo embriológico de cabeza y cuello, la base
del cráneo se desarrolla a través de intrincadas interacciones de proliferación
celular, migración, reabsorción y crecimiento. Los componentes esqueletales de la
base craneal se derivan de las células de la cresta neural y el mesodermo paraaxial, el cual se condensa durante la cuarta semana de crecimiento intrauterino y
en última instancia dan formación a los cartílagos y estructuras óseas de la base del
cráneo. El mesénquima no es encontrado antes del día 18, mientras las células de
la
cresta neural invaden la región. La interacción mutua de la superficie del
ectodermo, neuroectodermo y mesénquima, permite el desarrollo craneofacial en
este estadio temprano.
Los eventos más
tempranos de la formación del cráneo son precedidos
desarrollo temprano
del cerebro, nervios
por un
craneales, ojos, y oídos. La formación
normal del condrocráneo es dependiente de la presencia de estas estructuras
previamente formadas. 2
MIGRACIÓN CELULAR DE LA CRESTA NEURAL
La formación del neurocráneo y el basicráneo es presagiada por la migración del
mesodermo para axial y por las células de la cresta neural desde el tubo neural
hasta el área entre el cerebro y el cerebelo. La migración de estas células es
compleja, con procesos multivariables que son iniciados y controlados en tiempo y
espacio por numerosos factores.
Los estudios de transplantes heterotrópicos 3 han demostrado que la mayor parte
de la bóveda craneal, incluído el basicráneo, se derivan de los somitas occipitales
del mesodermo para axial. Las células de la cresta neural dispersadas desde el
2
EDWARD J. RICCIARDELLI, MD. Embriology and anatomy of the cranial base. Clinics in
Plastic Surgery, July 1995, 22: 3
3
Transplante Heterotópico: transferencia de tejido desde una parte del cuerpo del donante a
una zona diferente en el cuerpo del receptor.
plato neural centralizado, migran para formar porciones del basicráneo en adición
a la mitad de la cara y estructuras viscerales.
La iniciación y direccionalidad de la migración de las células de la cresta neural es
altamente dependientes de los factores medioambientales locales. Los patrones de
migración específica no son irreversiblemente predeterminados pero las células
mantienen
un
comportamiento
de
migración
pluripotencial.
Los
factores
medioambientales en la forma de sustrato extracelular y los factores difusibles con
el medio circundante están determinando primariamente estas características
migracionales.
La interacción del neuroepitelio con la matriz extracelular circundante involucra una
serie de eventos complejos donde interaccionan célula-célula y célula-sustrato. En
el momento que ocurre la migración neuroepitelial, un rompimiento inicial de la
adhesión célula-célula toma lugar. Esta adhesión célula- célula es en parte mediada
por la adhesión de numerosas moléculas celulares expresadas sobre la superficie
de la membrana celular.
Estas migraciones celulares del tubo neural han sido demostradas con la pérdida de
la expresión de la adhesión de moléculas celulares. Este patrón de baja regulación
de las proteínas de adhesión de moléculas celulares de la membrana de las células
de la cresta neural se correlaciona con la migración activa.
En adición a la disminución de las interacciones célula-célula, la interacción con el
sustrato extracelular se incrementa. La aparición y concentración de dos sustratos
extracelulares, fibronectina y laminina, están en tiempo y espacio relacionados con
la migración de las células de la cresta neural. Se ha visto que la fibronectina es
importante en el agregado, propagación y movilidad celular.
La interacción de la célula con la matriz extracelular no es el único factor
responsable de la migración celular de la cresta neural durante la embriogénesis.
Se han implicado varios factores difusos en la influencia de la migración celular. La
migración celular de la cresta neural ocurre con los espacios extracelulares
primariamente,
y
no
por
la
invasión
de
tejidos
embriónicos.
Los
glicosaminoglicanos, el ácido hialurónico, están presentes en estos espacios a
través de los cuales migran las células de la cresta neural. El rol del ácido
hialurónico es a través del mantenimiento y el incremento de espacios entre las
fibras colágenas, las cuales podrían aumentar potencialmente la facilidad de la
migración.
DIFERENCIACION Y DESARROLLO DE LA BASE DE CRANEO
La migración de las células de la cresta neural craneal comienza aproximadamente
en la cuarta semana de desarrollo.
A través de un proceso de migración, estas células forman una serie de
condensaciones colectivas conocidas como el desmocráneo. Estas condensaciones
representan la evidencia más temprana de formación de cráneo. Estos eventos
están precedidos por el desarrollo inicial del cerebro y otras estructuras neurales.
La condrogénesis podrá ocurrir solo con interacciones apropiadas entre el
neuromesénquima
con
el
neuroepitelio.
Esto
enfatiza
la
importancia
del
medioambiente circundante sobre la migración de las células de la cresta neural.
Las condensaciones de las células de la cresta neural del condrocráneo se
diferenciarán directamente en la membrana ósea o en el hueso endocondral por la
vía de formación inicial de cartílago. Las condensaciones van a formar los múltiples
centros de condrificación comenzando aproximadamente en la séptima semana del
desarrollo. Estos centros individuales eventualmentre se fusionan para formar el
condrobasicráneo entre el cerebro y el cerebelo en desarrollo. En este punto, el
nervio y la vesícula óptica han comenzado a formarse, el diencéfalo es reconocible
y ha comenzado la formación del sistema ótico y de las cavidades nasales.
El desarrollo craneofacial y su evolución ha sido un asunto intrigante de la
morfología de los vertebrados. El número de segmentos incorporados dentro del
cráneo fue también un asunto de debate que persistió como la pregunta central de
la embriología comparativa. El cráneo de los vertebrados fue percibido como un
ensamblaje de vértebras como lo encontrado en el tronco post-craneal. Científicos
trataron de describir el cráneo como un modelo unificado consistente de un
invariable número de vértebras. La pregunta de la segmentación de la cabeza tiene
un tópico central, y fue, al menos en parte, estimulado por el descubrimiento de las
cavidades de la cabeza en el embrión del tiburón. Las cavidades de la cabeza son
actualmente el origen de los músculos extrínsecos del ojo, y parece que surgen
segmentariamente, típicamente como tres pares, asociados cada uno con un solo
arco faríngeo. Las cavidades fueron designadas desde la anterior a la posterior
como: premandibular, mandibular, e hioidea, inervadas por los nervios oculomotor,
troclear y abducente respectivamente. Así, la cabeza de los vertebrados fue
entendida como una disposición de segmentos, cada uno consistente de una parte
somática dorsal y una parte visceral ventral. El cráneo de los vertebrados fue
explicado
como
una
sola
parte
del
modelo
morfológico,
secundariamente
modificado por variaciones y diferenciaciones de grupos específicos de animales.
Con el advenimiento de la embriología experimental, el papel del desarrollo del
ectomesenquima derivado de la cresta neural en la cranéogénesis de los
vertebrados, y la importancia de las interacciones tejido-tejido se volvieron
generalmente aceptados. Basado en las técnicas de genética molecular y
embriología experimental, actuales investigaciones sobre craneogénesis y evolución
de vertebrados se han centrado sobre el mecanismo de desarrollo involucrado en la
diferenciación del ectomesénquima derivado de la cresta neural, los mecanismos
reguladores subyacentes a los modelos de expresión coordinados de varios genes
reguladores, incluyendo los genes Hox y Dlx, y los caminos de señalización
inductivos que conducen a la diferenciación de poblaciones celulares específicas.
•
Segmentos en el mesodermo-somitomerismo. Mesodermo Preótico:
corresponde a la clasificación de las somitas. El problema de la segmentación de la
cabeza
puede
ser
dividido
en
dos
partes,
la
preotica
y
la
postotica,
correspondientes a problemas relacionados al mesodermo cefálico y a los somitas
en el embrión respectivamente.
•
La región Preotica-Las cavidades de la cabeza: Las cavidades de la cabeza
no pueden ser una característica primitiva para todos los vertebrados. Ellas parecen
disminuir en una dirección caudal-rostral a lo largo de los árboles filogenéticos.
•
Direccción anteroposterior a través de las especies: El concepto de un
límite es importante para el modelo segmentario en desarrollo: ciertos modelos
establecidos
tempranamente
en
el
embrión
afectarán
subsecuentemente el
modelado en una manera restrictivamente conservadora. El tronco de las células de
la cresta neural y las fibras nerviosas motoras no están inicialmente segmentadas,
pero son secundariamente subdivididas por la presencia de somitas, resultando en
el modelo segmentario de los nervios espinales.
•
Somitomeros o la regionalización del mesodermo de la cabeza: Otra
estructura seudosegmentaria de valor son los somitomeros. Los somitomeros son
mesenquima y fueron originalmente observados en el mesodermo paraxial de la
región del tronco previo a la somitogénesis. Los somitomeros no pueden ser iguales
con las cavidades de la cabeza que cuentan menos de la mitad de somitomeros. Si
los somitomeros representan un resto de modelo segmentario, el modelo
morfológico de la cabeza de los vertebrados no está segmentada como el tronco
muestra en los modelos generados por los somitas. Regiones específicas de
mesodermo pueden ser identificadas en una manera comparable entre especies
animales, no por la segmentación de las células del mesodermo pero si por la
regionalización del mesodermo dentro de dominios por la presencia de algunas
otras estructuras embriónicas. De las regiones de mesodermo reconocibles, el
mesodermo premandibular, el cual surge relativamente tarde en el desarrollo desde
la placa precordal, y tiene un límite claro posterior, puede representar un segmento
real.
•
Transposición
neurocráneo
está
y
Transformación
segmentado
dentro
homeótica:
La
de
Diferentes
somitas.
parte
posterior
del
números
de
segmentos pueden tener la misma identidad morfológica. Así la homología
morfológica de los elementos esqueléticos no puede ser reducida a una serie de
compartimentos desarrollados. Los genes Hox codifican los factores de trascripción
y son ordenados sobre el DNA que constituye el grupo de los Hox. Estos genes son
usualmente expresados desde ciertos niveles antero-posteriores, cada somita a
través del eje expresa un juego específico de Hox transcriptos con un modelo
anidado. Este modelo de la expresión de los genes Hox es llamado el “código Hox”
y ha sido mostrado experimentalmente que funciona como un sistema, confiriendo
un valor posicional sobre los somitas a cada nivel, que los puede diferenciar
durante el desarrollo a su apropiada identidad morfológica. La regulación del código
Hox probablemente cambió a través de la evolución, creando una fórmula que
difiere en cada grupo animal.
•
Versión moderna de la teoría de la capa germinal: Las estructuras
homólogas morfológicamente son derivadas desde idénticas capas germinales. Esta
idea es llamada la teoría de la capa germinal. Al parecer un linaje de células
específicas son utilizadas para un espectro específico de tipos celulares o
componentes esqueléticos. El espíritu de la teoría de la capa germinal puede ser reexpresada de una manera que las estructuras homologas morfológicamente son o
tienden a ser producidas desde linajes celulares conservados.
•
Cresta neural Versus Mesodermo de la cabeza: El neurocráneo está
localizado en la parte dorsal de la cabeza, encapsulando el sistema nervioso
central, mientras el viscerocraneo soporta la faringe, con los arcos faringeos. El
exoesqueleto termal, y el cartílago preformado endoesqueletal están asociados con
ambos componentes. Es generalmente aceptado que el esqueleto visceral es de
origen de la cresta. La mayoría de las estructuras craneofaciales son derivadas de
células de la cresta neural mientras el neurocraneo es parcialmente de origen
mesodermico. El cráneo y la base pueden ser divididos en dos porciones
correspondientes a la presencia o ausencia de la notocorda, reflejando una
diferencia en los orígenes de las células (cresta o mesodermo), así como una
diferencia en el mecanismo de señalización que causa que ellos se diferencien en
diferentes tejidos esqueléticos. Cada tipo celular tiende a ocupar una posición
específica en el embrión como resultado de modelos de migración específica de las
células de la cresta y la distribución original del mesodermo cefálico.
•
Origen del techo del cráneo: De acuerdo al concepto morfológico el
desmocraneo puede ser dividido en componentes visceral y neural, y si la parte
posterior del endoesqueleto del neurocraneo es de origen mesodermico, entonces el
techo del cráneo es termal. Sin embargo Couli y colaboradores mostraron que estos
elementos esqueléticos también se originan de la cresta neural.
•
Evolución y desarrollo del viscerocraneo: Noden mostró que cuando el
destino de la cresta neural para poblar el arco mandibular (PA1) fue trasplantado al
nivel de arco hioideo (PA2) del anfitrión, algunos elementos esqueléticos en PA2
desarrollados con identidades mandibulares mas que con elementos esqueléticos
del arco hioideo. El código Hox también funciona en el ectomesenquima del PA. El
gen Hox PG2 esta expresado en PA2 y posterior a esto el gen PG3 en PA3. No hay
genes Hox expresados en PA1, y la diferenciación de la mandíbula parece ser
especificada por la ausencia de transcritos en el ectomesenquima. La disrupción de
Hoxa-2, expresados en PA2, conduce a la transformación de PA2 a formar una
identidad
parcial
con
PA1.
La
sobre
expresión
de
Hoxa-2
resulta
en
la
transformación de PA1 dentro de la identidad de PA2. La regulación del código Hox
en el Pas parece no haber sido cambiada a través de la evolución el origen de la
mandíbula parece tener involucrado un cambio en las interacciones de los tejidos,
no simplemente transformando el arco mandibular. El código Hox no es más que un
sistema de desarrollo con el cual se asigna un valor posicional a cada uno de los
arcos.
•
Mandíbula y trabécula: La disrupción de Hoxa-2, involucra únicamente la
parte proximal del arco mandibular. El gen Otx-2 puede ser el responsable por el
modelamiento de esta región. La expresión De Otx-2 y el codigo Hox forman un
modelo en PA1 de una manera complementaria. La acción inductiva del FGF8
localizado en el ectodermo ventral son específicas como células de la cresta neural.
Los elementos esqueléticos premandibulares requieren la presencia de endodermo,
pero no de notocorda. La parte premandibular del cráneo depende sobre una
interacción
con
el
endodermo.
Cuando
un
continuo
ectomesenquima
es
secundariamente regionalizado a través de interacciones de tejido dentro de
regiones segmentarias faringeas, nosotros reconocemos una distinción entre el
ectomesenquima premandibular y madibular. La presencia de ectomesenquima
derivado de la cresta no necesariamente predice la presencia de segmentos
braquiomericos.
•
Rejilla cartesiana de la expresión de los genes Homeobox y señales del
medio ambiente: En el ratón, Dlx1 y Dlx2 son expresados en el ectomesnquima
PA, mientras la expresión de Dlx5 y Dlx6 está restringida a la mitad ventral de Pas.
Dlx3 y Dlx7 están expresados únicamente en la parte ventral de Pas. La simultánea
disrupción de Dlx5 y Dlx6 resulta en la duplicación de los elementos superiores
mandibulares. Los genes Hox y Dlx son sistemas simples que proporcionan una
posición. La inactivación de la función del gen Hox en el segundo arco resulta en la
transformación del Arco hioideo dentro de la identidad del arco mandibular, las
formas de especies especificas del esqueleto derivado de la cresta parece ser
codificado en la creta premigratoria no en el ambiente del huésped incluyendo el
endodermo. El endodermo envía hacia las células de la cresta una señal que define
las identidades morfológicas que son comúnmente encontradas en diferentes
grupos de animales.
•
Que determina la forma? Cuántos tipos de formas? : se ha creído que la
forma esquelética esta predeterminada en la cresta neural premigratoria el
ambiente embrionico del tejido del huésped probablemente envía las mismas
señales inductivas, pero las células de la cresta que reciben estas señales pueden
únicamente responder basadas en el genoma presente en su núcleo. El concepto de
homología morfológica no requiere ningún parecido de forma o función, pero
pueden ser basados sobre posiciones relativas equivalentes en las partes del
cuerpo. De nuevo la posición topográfica denota una inducción epigénetica idéntica
en ambos tejidos.
•
La embriología comparativa del cráneo de los vertebrados ha mostrado la
presencia de un modelo de desarrollo restringido y las interacciones de tejido
resultante que dan salida a ciertos modelos específicos de elementos esqueléticos 4 .
4
Kuratani S. Craneofacial development and evolution of the vertebrates: the old problems on a new
background. Zoological Science. 2005:22, 1-19.