08. Desarrollo del Sistema Nervioso

Marcando el territorio del Sistema Nervioso: neurulación del embrión

La morfogénesis del SN comienza en un periodo muy temprano de la vida como parte del proceso morfogenético general cuando, como consecuencia de la gastrulación, el disco embrionario pasa a estar formado por tres capas -endodermo, mesodermo y ectodermo- a partir de las cuales se inicia el desarrollo de todos los órganos corporales. El SN se forma a partir del ectodermo mediante el proceso de neurulación del embrión, que conlleva la inducción neural y la formación de las estructuras neurales iniciales -tubo neural y cresta neural-, de las que se desarrollarán todas las que configuran el SN.

La inducción neural consiste en que una parte del ectodermo queda determinada como neuroectodermo y se forma una placa neural en la superficie dorsal del disco embrionario. Se considera que la inducción neural se produce por señales inductoras que llegan al ectodermo desde el mesodermo que contiene la notocorda. Sobre la placa neural actúan otras señales que producen su regionalización. En el segundo paso de la neurulación, la placa neural se pliega sobre sí misma y se forma un surco flanqueado por dos pliegues neurales, que se fusionan en poco tiempo formando un tubo neural hueco desde el centro a los extremos (neuroporos).

Durante el proceso de fusión, las zonas externas de los pliegues se separan del tubo neural, y del ectodermo, y se unen formando la cresta neural.

Se establecen los límites: formación de las divisiones del SN

El SNC y el SNP se originan de zonas distintas de la placa neural. Las divisiones del SNC se esbozan en la cuarta semana del desarrollo cuando el tubo neural se curva y se dilata en la parte anterior formándose tres vesículas encefálicas (prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo). En la semana siguiente estas vesículas se subdividen y curvan de nuevo configurando las cinco (telencéfalo, diencéfalo, mesencéfalo, metencéfalo y mielencéfalo), que en el curso del desarrollo formarán las distintas divisiones y estructuras del encéfalo.

La zona caudal del tubo neural originará la médula espinal. En el interior hueco del tubo neural al mismo tiempo se configuran las cavidades del sistema ventricular. En este periodo el tubo neural presenta un patrón característico de segmentación típico en todos los vertebrados. Los segmentos de las vesículas anteriores (neurómeros) desaparecen posteriormente, pero los rombómeros que segmentan el rombencéfalo y los segmentos de la zona caudal del tubo neural quedarán marcados en el SNC maduro por el patrón regular de inserción de los nervios craneales y espinales. Esta segmentación está dirigida por la expresión secuencial de genes Hox que se expresan en el tubo neural en el mismo orden lineal en el que están en los cromosomas, y su patrón espacial de espresión establece los límites entre los rombómeros adyacentes, y les aporta identidad.

Además, denuevo actúan señales inductoras que establecen un patrón dorso-ventral que determina la regionalización funcional sensorial o motora en gran parte del tubo neural.

En las siguientes semanas de desarrollo, la pared de las vesículas encefálicas y de la zona caudal del tubo se engrosará por un acelerado proceso de división celular que producirá un crecimiento diferencial en las distintas zonas y provocará la aparición secuencial de las diversas estructuras que formarán las distintas divisiones del SNC maduro.

El SNP se origina de la cresta neural, a partir de la cuarta semana, en interacción con el mesodermo segmentado en somitas. Sus células forman los ganglios espinales a lo largo de la región caudal del tubo neural.

Posteriormente estos ganglios periféricos se unen a la médula espinal al formarse las raíces de los nervios espinales. Los ganglios craneales y los del SN autónomo siguen procesos similares de formación. Las células de Schwann mielinizan los nervios periféricos gradualmente a partir del cuarto mes de vida fetal. Este apunte de la morfogénesis explica que la separación anatómica del SNC y el SNP no es total y que ambas divisiones mantienen una constante interacción funcional.

Fases del desarrollo

Durante el periodo prenatal nacen la mayoría de células nerviosas. Muchas neuronas inmaduras que formarán las distintas estructuras del SNC nacen en la zona ventricular del neuroepitelio en el periodo prenatal, pero existen otras zonas proliferativas. A continuación inician un periodo de migración para alcanzar su destino. En este proceso son guiadas por la glía radial existente en la zona ventricular en el mismo periodo. Para ello son fundamentales las interacciones entre las células; las moléculas de adhesión celular existentes en las membranas celulares controlan el reconocimiento y la adhesividad de las neuronas a la glía.

El final del periodo migratorio también está controlado por cambios en la adhesividad celular y a su término las neuronas se instalan en sus lugares de destino y se forman las distintas estructuras. En el SNP, el mecanismo de migración lo proporciona la matriz extracelular.

Cuando se han instalado en su destino, las neuronas comienzan a madurar formando los axones y las arborizaciones dendríticas. El patrón básico del ripo neuronal está predeterminado genéticamente, pero la completa diferenciación neuronal depenede de las interacciones neuronales. En este periodo se establecen las vías de axones que conectan las distintas estructuras, las neuronas establecen sus primeros contactos y comienza la actividad neural.

Al nacimiento, el SN ha adquirido una organización grosso modo. En el periodo perinatal, la muerte celular programada controla y ajusta las poblaciones neuronales en función de distintos factores como el tamaño de las dianas y las sustancias neurotróficas que aportan; los axones aferentes y las sinapsis que establecen las neuronas con las dianas en determinados periodos postnatales; o los factores endocrinos, como las hormonas gonadales, que actúan en periodos críticos del desarrollo perinatal estableciendo diferencias entre los sexos en diversos parámetros morfológicos.

Posteriormente se produce un remodelado que incluye la eliminación de muchas sinapsis establecidas y la reorganización de las que permanecen, y coincide con el inicio de la actividad neural, que aporta ventajas a las sinapsis que se usan en los procesos de competencia que se establecen entre ellas. La reorganización sináptica aporta precisión y eficiencia de los contactos sinápticos.

La capacidad de cambio, de adaptación del SN, es mayor en periodos críticos, de máxima vulnerabilidad o ventanas de desarrollo, en los que el SN es vulnerable a diversos factores epigenéticos.

La mielinización, que se extiende desde el periodo prenatal hasta bien entrada la edad adulta, es un proceso dependiente de la experiencia, que influye en la capacidad funcional del SN, en el aprendizaje y en la adquisición de destrezas. Al tiempo que favorece la comunicación neural, la mielinización aporta cierta rigidez a los circuitos neurales, limitando la formación masiva de sinapsis. No obstante, los cambios en los contactos sinápticos que reflejan las experiencias vividas y permiten la adaptación a un entorno cambiante -la plasticidad neural-, aunque es mucho mayor durante la infancia, se mantiene durante toda la vida. Esta capacidad reside en los cambios en las sinapsis y en las remodelaciones de las poblaciones neuronales en las que se produce neurogénesis en la edad adulta.