Contenido

La existencia de períodos críticos y/o vulnerables del desarrollo encefálico, fue inicialmente descrita por Dobbing y su grupo de trabajo en la Universi­dad de Manchester (1972), como una necesidad de estudiar el período de la génesis cerebral que es más afectado por la desnutrición. Si bien es cierto, este concepto se describió, en un principio, en rela­ción al problema nutricional, en la actualidad se reconoce que la estructuración normal del sistema nervioso, a pesar de estar programada genéticamen­te, es afectada, además de la desnutrición, por nu­merosos factores. Los efectos de cada uno de ellos son más evidentes cuando actúan en determinados períodos de la ontogenia encefálica. Ejemplos de ello lo constituyen el virus de la rubéola y el alco­holismo, cuyas acciones son. marcadamente dele­téreas durante el primer trimestre del embarazo (período crítico para estas noxas). Sin embargo, se ha observado que sus efectos son de menor magni­tud cuando interfieren el desarrollo en etapas más avanzadas de la génesis neural.

En el caso particular de la desnutrición, se ha visto que ella puede alterar el desarrollo pre y post­natal, pero sus efectos son marcadamente acentua­dos si actúa durante el período de rápido creci­miento encefálico, etapa que en la rata correspon­de a los primeros estados de la cito diferenciación celular que en este caso es postnatal (Cordero, 1976). Los eventos que toman lugar en esta última fase conducen a la arborización de las neuronas, al rebrote de sus espinas dendríticas y, por lo tanto, al establecimiento de conexiones sinápticas (Salas, 1978). Esta posibilidad de desarrollo intensivo, en un intervalo de tiempo muy breve, es privativa de la etapa de la lactancia exclusiva de la rata. Ella es coincidente, además, con el período de máxima entrega de estímulos por parte de la madre hacia sus crías. Estas circunstancias hacen que esta fase morfogenética se considere como un estado muy crítico, no sólo frente a la acción de agentes nega­tivos sino que también frente a condiciones más favorables, como son los niveles de enriquecimien­to del macro y microambiente (Adaro, 1986).

Numerosos investigadores han demostrado que la estimulación precoz en animales de experimen­tación, especialmente ratas, provoca modificacio­nes importantes en el espesor cortical y en la capa­cidad de aprendizaje (Rosenzweig y Cols., 1972).

Por otra parte, se ha observado que la deprivación de estímulos ambientales y/o sociales en diferentes especies tales como ratas (Griffiths, 1961), pollos (Padilla, 1935) y primates (Harlow, 1962), puede provocar posteriormente importantes deficiencias de la conducta emocional y de las capacidades de aprendizaje. En el caso específico del hombre se ha observado que un nivel de estimulación adecuado, en las primeras etapas del desarrollo neurológico, se traduce en una mejoría notable del coeficiente intelectual (Winick, 1975). Es importante además, destacar que en todos los modelos en que se desnu­tre a los animales de experimentación, se provocan alteraciones en la organización social del grupo y en la entrega de estímulos sensoriales (Workshop on Malnutrition, 1986).

Las experiencias realizadas durante el período vulnerable del crecimiento cerebral han permitido conocer la plasticidad del sistema nervioso. En este sentido, se ha observado que el sistema se organiza de acuerdo a las condiciones nutricio-ambientales imperantes. Esta propiedad es de vital importancia, especialmente porque al entregar estímulos en for­ma adecuada, se prepara el sustrato neurológico que será responsable de las respuestas que darán los sujetos posteriormente ('terreno apto'). La en­trega de estímulos luminosos, olfatorios, táctiles, etc. durante el primer mes de vida, en el caso del perro, facilitará los procesos de entrenamiento que se realizarán más tarde, con el objeto de que el ani­mal cumpla funciones específicas en su vida adulta (Beaver, 1982).

En el presente trabajo fundamentalmente se analizan los efectos del macroambiente sobre el de­sarrollo de la corteza cerebral, en ratas sometidas al modelo experimental de manejo del tamaño de la camada. Esta metodología involucra además la presencia de efectos nutricionales por incremento o disminución de la ingesta láctea. El objetivo prin­cipal de este estudio es conocer los efectos que tie­ne el enriquecimiento ambiental sobre la citodife­renciación de los procesos dendríticos basales.

  Financiado por Proyectos: B-2675-8715 DIB Universidad de Chile y CONICYT-FONDECYT 0580, 1987.

Material y métodos

Se utilizaron 107 ratas albinas de la cepa Sprague­Dawley, provenientes de 14 hembras emparentadas entre sí, con el objeto de efectuar mediciones del desarrollo corporal (peso y longitud). Los encéfa­los de 74 individuos fueron procesados para reali­zar estudios de citoarquitectura y 33 de ellos se fi­jaron y tiñeron siguiendo el método de Golgi-Cox­Sholl. Algunos encéfalos, que presentaban neuro­nas en óptimo estado de impregnación, fueron ana­lizadas morfométricamente. En este caso particular se evaluó la dicotomía del árbol dendrítico, con el objeto de verificar diferencias estructurales deter­minadas por efectos ambientales.

Inmediatamente después del parto se formaron tres grupos experimentales, cada uno de ellos con niveles de nutrición determinados por el tamaño de la camada (Dobbing, 1972). Los grupos se iden­tificaron como sobre dimensionado, estándar y re­ducido, con 13, 8 y 4 individuos por camada res­pectivamente. El 50% de las camadas de cada gru­po se mantuvo en un hábitat enriquecido y el por­centaje restante en un macroambiente deprivado (Hebb, 1949). La diferencia macroambiental fue dada por una serie de factores, entre los cuales se deben considerar los diversos grados de: luminosi­dad, estrés, contaminantes ambientales y manejo de las ratas.

Las crías permanecieron con sus madres por un período de 18 días, al término del cual fueron pe­sadas, medidas y sacrificadas por decapitación, ex­trayéndose los encéfalos para ser procesados histo­lógicamente. Los cerebros seleccionados fueron fijados y teñidos a través del método de Golgi-Cox­Sholl, que permite identificar, con gran precisión, cuerpos neuronales y ramas dendríticas. Por cada encéfalo fijado se seleccionaron 15 neuronas pira­midales de la capa V de la corteza somatosen sorial. Las células escogidas debían presentar un perfil so­mático regularmente piramidal; distribución simé­trica de sus dendritas basales y. estar situadas en un rango de profundidad entre 250 y 550 Mm medi­dos desde la base de la capa VI, la base de la capa VI es el único punto de referencia anatómico que no cambia de posición durante el desarrollo onto­genético de la placa neocortical (Lund y Mustari, 1977). Mediante el empleo de una cámara lúcida, las neuronas fueron dibujadas con un aumento de 400 X.

En las células seleccionadas se estudió el núme­ro de segmentos del árbol dendrítico basal. La to­pología dendrítica fue determinada utilizando el sistema de ordenación centrífuga (figura 1). Se considera que los segmentos que emergen directa­mente del soma son primarios, éstos, a su vez al bifurcarse originan ramas de segundo orden, las que formarán ramas de tercer orden y así sucesiva­mente. Se comparó entre ambas condiciones am­bientales, enriquecida y deprivada, el promedio de segmentos dendríticos por orden y por grupo ex­perimental. El análisis estadístico se realizó me­diante la prueba no paramétrica 'test Wilcoxon' con niveles de significancia de p < 0,05.

 

Figura 1. Ordenación centrífuga de segmentos del árbol dendrítico basal de neuronas piramidales de capa V.

Resultado y discusión

En el cuadro 1 se señala el número promedio de los segmentos dendríticos, ordenados de acuerdo a su disposición centrífuga, en los tres grupos experi­mentales (sobre dimensionado, estándar y reduci­do). Se observa que el grupo reducido y enrique­cido, presenta dendritas de quinto y sexto orden que parecen haber emergido como consecuencia de mejores condiciones nutricio ambientales. Es curio­so detectar, además, que las ramas de más alto or­den presentan una desviación estándar muy alta. Este resultado puede interpretarse como el produc­to de dos situaciones: a) escaso porcentaje de neu­ronas que presentan segmentos dendríticos de or­den 4 ó superior (20,5 % del total) y b) al hecho de que las ramas terminales más periféricas, en un mo­mento dado del desarrollo, se encuentran en una etapa de crecimiento activo, lo que provoca en sus extremos rebrotes de conos dendríticos junto con procesos de autotomía (Speidel, 1942; Purves, 1985).

CUADRO 1 ORDEN DE DENDRITAS BASALES POR TAMAÑO DE CAMADA Y CONDICIÓN AMBIENTAL

Orden de

Dendrita

Sobredimensionado (60)

Estándar (60)

Reducido (60)

Enriquecido

Deprivado

Enriquecido

Deprivado

Enriquecido

Deprivado

2,33 ± 0,54A

2,07 ± 0,36b

2,47 ± 0,56A

2,13 ± 0,34b

2,33 ± 0,54A

2,37 ± 0,48a

4,23 ± 0,62A

3,87 ± 0,50b

4,27 ± 0,63A

3,93 ± 0,36b

4,30 ± 0,86A

4,37 ± 0,75a

2,00 ± 1,71A

1,33 ± 1,49b

3,23 ± 1,20B

1,67 ± 1,37c

4,67 ± 1,58c

2,67 ± 1,40d

0,40 ± 0,95A

0,07 ± 0,36b

0,86 ± 1,34B

0,13 ± 0,50c

2,27 ± 1,12c

0,53 ± 0,88d

-

-

-

-

0,60 ± 1,17c

0,07 ± 0,36d

-

-

-

-

0,13 ± 0,50

-

Letras en mayúsculas indican enriquecimiento macroambiental. Letras en minúsculas indican deprivación macroambiental. Letras distintas señalan diferencias estadísticamente significativas (p < 0,05) para análisis inter o intragrupos. Todas las comparaciones se refieren a un mismo orden dendrítico (estudio horizontal). En paréntesis se señala el número de neuronas estudiadas en cada tratamiento.

Al observar los segmentos de primer y segundo orden queda en evidencia que en los grupos sobre­dimensionado y estándar se producen diferencias por efecto macroambiental en favor de aquellos que permanecieron en el hábitat enriquecido (p < 0,05). En las camadas de menor tamaño las di­ferencias entre las medidas obtepidas en ambas con­diciones macroambientales son prácticamente nu­las (p < 0,05). En las camadas de menor tamaño las diferencias entre las medidas obtenidas en ambas condiciones macroambientales son prácticamente nulas (p > 0,05), situación que indica que las míni­mas diferencias observadas serían producto del azar. Por otra parte, este resultado señala que los segmentos más cercanos al soma (primer y segundo orden) habrían alcanzado su techo genético. Esta máxima expresión se manifiesta, además, al com­parar los promedios obtenidos por los tres grupos experimentales en el medio enriquecido (2,33 - 2,47 y 2,33 en los segmentos de primer orden y 4,23 - 4,27 y 4,30 en las ramas de segundo orden.

En los segmentos de tercer y cuarto orden se puede observar una fuerte influencia de la condi­ción nutricional. En efecto, el número de seg­mentos dendríticos aumenta significativamente (p < 0,05) al disminuir el tamaño de la camada (comparación entre sujetos sometidos a idénticas condiciones macroambientales). Estos resultados son consistentes con los encontrados por Davies y Katz (1983).

El análisis de las figuras 2, 3 y 4 demuestra que las ramificaciones de segundo orden, en todos los grupos y bajo ambos niveles de enriquecimiento, son las más numerosas. Este último resultado es consistente con los estudios de dicotomía realiza­do por Connor (1982) en las pirámides de la capa V de la corteza visual de ratas adultas. Aparente­mente, sólo hace excepción a esta regla el grupo de tamaño reducido que, frente a condiciones más estimulantes desarrolla una mayor cantidad de seg­mentos de tercer orden (figura 4). Sin embargo, si se considera la suma de ambas condiciones, enri­quecida más deprivada, la mayor frecuencia se en­cuentra a nivel de las ramas de segundo orden, su­giriéndose que esta situación sería una realidad de­terminada por el genoma. Con respecto a las ramas más periféricas se observa que en todos los casos los segmentos terminales representan un porcenta­je muy pequeño del total de la arborización den­drítica (cuadro l).

 

Figura 2. Frecuencia de dendritas basales según orden y condición ambiental (Grupo Sobredimensionado)

 

Figura 3. Frecuencia de dendritas basales según orden y condición ambiental (Grupo Estándar)

 

Figura 4. Frecuencia de dendritas basales según orden y condición ambiental (Grupo Reducido)

Los efectos del ambiente enriquecido sobre la dicotomía dendrítica, aquí presentados, son con­sistentes con estudios de nuestro grupo que de­muestran que tanto la longitud dendrítica total (Adaro y Cols., 1986) como la organización geo­métrica del campo dendrítico (Fernández y Cols., 1987) son afectados por factores nutricio-ambien­tales.

Estos cambios son sólo parte de la profunda reorganización estructural que exhibe el sistema nervioso cuando es sometido a modificaciones de su entorno (macro y microambiente) pues ellos, además, suelen incluir incrementos del recuento de espinas dendríticas (Schapiro y Vukovich, 1970, Valverde, 1971), aumento del tamaño del soma y de la densidad de las células gliales (Rosenzweig, 1972), etc. De este modo, se demuestra que el am­biente constituye, en animales jóvenes, el factor de impulso más importante para el desarrollo cortical, situación demostrada hace unos 200 años por el anatomista italiano Michele Gaetano Malacarne, quien observó que los animales entrenados mostra­ban un mayor desarrollo de las fisuras de la super­ficie encefálica, hecho que constituye un índice de evolución filogenética y ontogenética.

Referencias

ADARO, L., V. FERNANDEZ, W. KAUFMANN. Effects of nutritional-environmental interactions upon body weight, body size and development of cortical pyra­mids. Nutr. Rep. Int. 33: 1013-1020, 1986.

BEAVER, B.V. Somatosensory development in puppies. Vet. Med. Small Anim. Clin. 77: 39-41, 1982.

CONNOR, J.R. A dichotomous response by two popula­tions of layer V pyramidal neurons in the old adult rat visual cortex to differential housing conditions. Brain Res. 243: 153-154, 1982.

CORDERO, M., G. DIAZ, J. ARAYA. Neocortex deve­lopment during severe malnutrition in the rat. Am. J. Clin. Nutr. 29: 358-365. 1976.

DAVIES, C.A., H.B. KATZ. The comparative effects of early-life undernutrition and subsequent differential enviroments of the dendritic branching of pyramidal cells in rat visual cortex. J. Comp. Neurol. 218: 345­350,1983.

DOBBING, J. Lasting deficits and distortions of the adult braín following infantile undernutrition. In: Nutrition. The Nervous System and Behaviour. Pan American Health Organization, 1972. p. 15-23. (Se¡. Pub. 251).

GRIFFITHS, W.J., Jr. Effect of isolation on the tredmill running in the albino rat. Psychol. Rep. 8: 243-250, 1961.

HARLOW, H.F., M. HARLOW. Social deprivation in monkeys. Scient. Am. 207: 137-146, 1962.

HEBB, D.0. The effects of early experience on problem­solving and maturity. Am. Psychologist. 2: 306-307, 1949.

LUND, R.D., M.J. MUSTARI. Development of thegenicu­locortical pathway in rast. J. Comp. Neurol. 137: 289­306, 1977.

PADILLA, S.G. Further studies on the delayed pecking of chicks. J. Comp. Psychol. 20: 413-443, 1935.

PURVES, D., R.D. HADLEY. Changes in the dendritic branching of adult mammalian neurones revealed by repeated imaging in situ. Nature 315: 404-406, 1985.

ROSENZWEIG, M.R., E. BENNET, M. DIAMOND. Brain changes in response to experience. Scient. Am. 226: 22-29, 1972.

SALAS, M., S. DIAZ. Privación neonatal de alimento y desarrollo cerebral: aspectos morfológicos, conduc­tuales y electrofisiológicos. Bol. Estud. Méd. Biol. Méx. 30: 111-124, 1978.

SCHAPIRO, S., K.R. VUKOVICH. Early experience effects upon cortical dendrites: a proposed model for development. Science 167: 292-294, 1970.

SPEIDEL, C.C. Studies of living nerves. VII. Growth adjust­ment of cutaneus terminal arborization. J. Comp. Neurol. 76: 57-59, 1942

VALVERDE, F. Rate and extent of recovery from dark rearing in the mouse. Brain. Res. 33: 1-11, 1971.

WINICK, M., K.K. MEYER., R.C. HARRIS. Malnutri­tion and environmental enrichment by early adoption. Science 190: 1173-1175, 1975.

WORKSHOP ON MALNUTRITION, BRAIN AND BEHAVIOR. Sao Paulo. Ribeirao-Preto. 23-27 marzo, 1986.