Desarrollo osteomuscular

El sistema musculoesquelético se desarrolla a partir de tres fuentes:

1. el mesodermo paraxial

2. la capa parietal del mesodermo de la placa lateral

3. las células de la cresta neural

El desarrollo de huesos y músculos comienza en la cuarta semana de gestación, cuando el mesodermo paraxial se diferencia en somitas; este último da lugar al esclerotomo, miotomo, y miotomo. El esclerotomo rodea a la notocorda y tubo neural, dando origen a las vértebras y las costillas, mientras que los miotomas forman la mayor parte del sistema muscular. El dermatomo da origen a la dermis.

Formación de los somitas

El primer paso significativo de la somitogénesis es la segmentación del mesodermo paraaxial. La formación de somitas tiene lugar por la adición secuencial de nuevos segmentos en una secuencia craneocaudal. La somitogénesis implica dos mecanismos referidos como el modelo de reloj y frente de onda (clock y wavefront model).

Wavefront model (frente de onda)

Éste mecanismo se asocia con el alargamiento del polo caudal del cuerpo producido por la proliferación de las células mesenquimatosas situadas en la porción más posterior de la región no segmentada de la línea primitiva, las células de esta zona se dividen por la influencia de una concentración local elevada de FGF-8. Al contrario, las células más cercanas al último somita quedan expuestas a concentraciones crecientes de ácido retinoico, producido en los somitas más posteriores y cuya acción es opuesta a la del FGF. En un mismo instante de su historia vital, las células mesenquimatosas son expuestas a un equilibrio entre el FGF-8 y el ácido retinoico, formando como consecuencia del entrecruzamiento de las dos concentraciones un umbral de desarrollo (un evento restrictivo) que las prepara para el proceso de segmentación (formación de somitas). Con el alargamiento caudal continuo del embrión y el añadido de nuevos somitas, la localización del frente de onda se va extendiendo caudalmente en el embrión permaneciendo a una distancia constante del último par de somitas.

Reloj de segmentación

…

Bajo la influencia de los productos segregados de los genes Wnt producidos por la parte dorsal del tubo neural y el ectodermo suprayacente, la mitad dorsal del somita epitelial se transforma en la dermomiotomo y expresa sus propios genes característicos (Pax-3, Pax-7, paraxis). Las células mesenquimatosas que se originan a partir de los bordes dorsomedial y ventrolateral del dermomiotomo forman una capa separada, el miotomo, bajo el epitelio somítico restante, que ahora se denomina dermatomo.

Músculo Esquelético

Durante la 5ta semana el miotomo se diferencia en un epímero (grupo pequeño dorsal), y en un hipómero (grupo grande ventral). El epímero da origen a los músculos extensores del raquis (columna vertebral), y el hipómero da origen a los músculos flexores del raquis y los músculos de los miembros.

El epímero esta inervado por las ramas dorsales de los nervios que derivan del tubo donde se empiezan a formar los nervios raquídeos, mientras que el hipomero es inervado por las ramas ventrales.

El hipómero se diferencia en:

Región cervical

• Invaden la membrana pleuroperitonial y la región múscular del diafragma.

Las células musculares ingresan por la membrana pleuroperitoneal y luego invaden el mesodermo somatopleural.

En la imagen superior (A) se observa desde la zona lateral la migración de las células del hipomero hacia la membrana pleuroperitoneal, esta migración va a ser ventralizante, es decir, desde el dorso hacia ventral.

En la imagen B/C cuando se desplazan los elementos se observa una ramificación las terminaciones nerviosas de la zona, en este caso se habla puntualmente del nervio frénico y se expande el tejido muscular.

En la imagen D se observa cómo se invade completamente el mesodermo somato pleural, aquí se observa desarrollado muscular en la zona dorsal, lateral y ventral.

• Forma músculos escaleno, prevertebrales, e infrahioideos y genihioideos

Región torácica

• Forma músculos intercostales segmentarios

Región abdominal

• Forma músculos de la pared abdominal

  • Recto mayor

  • Oblicuos

  • Transverso del abdomen

• Músculos de la región lumbar

  • Psoas

  • Cuadrado lumbar

• Músculos de la zona sacrococcígea

  • Diafragma pelviano

  • Músculos del ano

El mesodermo somático da origen a los tendones

Ubicación de células precursoras de miocitos a las 6 y 15 semanas respectivamente

Desarrollo muscular en extremidades

Células del hipómero de los somitas adyacentes a los esbozos de miembros migran en grupos pequeños, una población de células da origen a masas premusculares dorsales (extensoras) y ventrales (flexoras).

Hitos del desarrollo muscular

Factores de transcripción muscular

La base molecular para este condicionamiento es la acción de distintos miembros pertenecientes a las familias de los factores reguladores miógenos que, actuando como coordinadores de la regulación génica, activan genes específicos del músculo en las células mesenquimatosas premusculares.

En los ratones, los fenómenos que llevan a la formación del músculo comienzan en el somita, donde Pax-3 y Myf-5 activan a MyoD, haciendo que algunas células del dermomiotomo queden encaminadas hacia la formación del músculo.

Mayores niveles de MyoD = células mononucleadas se retiran del ciclo mitótico y comienzan a unirse en miotubos. En este estadio se expresa la miogenina. En los miotubos en maduración se expresa MRF-4.

La miostatina, detiene este proceso cuando el músculo ha alcanzado un tamaño normal.

Formación de miotubos a partir de mioblastos

Histogénesis del músculo

Formación de la placa neuromuscular

Desarrollo óseo

Con excepción de la clavícula, los huesos de las extremidades y de las cinturas escapular y pélvica se forman por osificación endocondral.

La mayor parte del cráneo, mandíbula, y clavícula se forma x osificación membranosa.

Esqueleto axial

El mesénquima que da lugar al esqueleto axial segmentado (columna vertebral, costillas, y esternón) se origina en el esclerotomo de los somitas mesodérmicos. La procedencia del esqueleto de la cabeza es más compleja, Algunos huesos del cráneo son de origen mesodérmico, pero los huesos faciales y algunos de los que cubren el cerebro surgen del mesénquima derivado de la cresta neural ectodérmica.

Los elementos esqueléticos profundos del organismo aparecen de forma característica al principio como modelos cartilaginosos sobre los que finalmente surgirán los huesos. En períodos concretos de la embriogénesis, el cartílago es reemplazado por hueso auténtico a través del proceso de osificación endocondral. En cambio, los huesos superficiales de la cara y del cráneo se forman por la osificación directa de las células mesenquimatosas, sin pasar por el estadio intermedio cartilaginoso (osificación intramembranosa).

Cráneo

El cráneo posee dos subdivisiones principales: el neurocráneo, que rodea al encéfalo, y el viscerocráneo, que envuelve a la cavidad bucal, la faringe, y las vías respiratorias altas.

Neurocráneo

El condrocráneo constituye la base cartilaginosa del neurocráneo, y los huesos membranosos de la bóveda craneal forman el techo.

1. Neurocráneo membranoso

   Deriva de la cresta neural y del mesodermo paraxial. En la 5ta semana ocurre condensación de mesénquima entre el encéfalo y el ectodermo. A la semana 8 aparecen centros de osificación membranosa, esta osificación se completa a nivel postnatal.

   Los huesos de la bóveda están separados por suturas de grosor variable y en la frontera de dos o mas huesos por fontanelas.

   

2. Neurocráneo cartilaginoso

   Deriva de células de la cresta neural y del mesodermo paraxial. La formación del condrocráneo se inicia en la 5ta semana, aparecen condensaciones de mesénquima que rodean vasos sanguíneos y nervios dejando forámenes, estas condensaciones se condrifican y luego se osifican en la semana 8, completándose después de nacer.

Viscerocráneo

Como el neurocráneo, el viscerocráneo consta de dos divisiones: el viscerocráneo cartilaginoso y el membranoso. Pero a diferencia de él, los huesos del viscerocráneo proceden en gran parte del mesénquima derivado de la cresta neural.

El viscerocráneo cartilaginoso está relacionado con el esqueleto de los arcos faríngeos. Cada arco faríngeo se conforma sobre un eje cartilaginoso, que origina los numerosos elementos esqueléticos definitivos característicos de dicho arco.

Primer arco:

• Apófisis maxilar

  • Maxilar

  • Hueso cigomático

  • Parte del hueso temporal

• Apófisis maxilar inferior

  • Cartílago de Meckel (Mandíbula)

    • Yunque

    • Martillo

Segundo arco:

• Cartílago de Reichert

  • Estribo

  • Apófisis estiloides

Los huesos de la cara se forman a partir de los primeros dos arcos faríngeos y el mesénquima proviene de la cresta neural.

• Se forman por osificación membranosa.

• En un principio es más pequeño que el neurocráneo.

Esqueleto axial segmentado

Tanto las vértebras, como las costillas y el esternón, pasan por tres etapas durante su desarrollo: mesenquimática, cartilaginosa y ósea.

Las vértebras, las costillas y el esternón se desarrollan mediante el proceso de osificación endocondral. El tejido mesenquimatoso de la porción del esclerotoma de los somitas se acumula a ambos lados de la notocorda y produce modelos de cartílago hialino para cada vértebra. En la región del tórax, una parte de este modelo de cartílago se separa para formar las costillas. De manera similar, el mesénquima forma modelos de cartílago para las mitades derecha e izquierda del esternón. Luego, las costillas se unen anteriormente al esternón en desarrollo y las dos mitades del esternón se fusionan. La osificación del modelo de cartílago en hueso se produce dentro de estas estructuras con el tiempo. Este proceso continúa hasta que cada uno se convierte en hueso, excepto los extremos esternales de las costillas, que permanecen como cartílagos costales.

Vértebras

El desarrollo de las vértebras comienza con la acumulación de células mesenquimáticas de cada esclerotoma alrededor de la notocorda. Estas células se diferencian en un modelo de cartílago hialino para cada vértebra, que luego crece y finalmente se osifica hasta formar hueso mediante el proceso de osificación endocondral.

Los esclerotomos segmentarios se dividen y recombinan para formar esbozos vertebrales intersegmentarios. Ocho somitos cervicales forman siete vértebras cervicales. Una vez formado el esbozo mesenquimático, se diferencia el modelo cartilaginoso de las vértebras. La osificación se inicia durante el período fetal , con la aparición de 3 centros primarios de osificación: uno en el cuerpo y dos en los arcos neurales. La osificación empieza en las vértebras cervicales y avanza caudalmente, de modo que a los 5 meses hay centros de osificación en todas las vértebras, excepto las sacras.

Cada nervio sale al mismo nivel del somito. Esto permite que los nervios raquídeos segmentarios salgan entre las vértebras.

(A) Las células mesenquimáticas del esclerotomo migran hacia la línea media, donde se agrupan alrededor de la notocorda para formar el esbozo vertebral. Los distintos segmentos del esclerotomo están separados por ramas provenientes de la aorta, las arterias segmentarias.

(B) Las células del esclerotomo derivadas de somitos adyacentes, se densifican y se circunscriben en forma definida para formar el esbozo del cuerpo vertebral. Este tejido mesenquimático condensado, se proyecta dorsal y lateralmente para formar el esbozo de los arcos neurales, las apófisis transversas, las costillas y el esternón.

Sin embargo, cada vértebra no se desarrolla a partir de un par de somitos, sino que lo hace a partir de 4 somitos, cada uno de los cuales aporta la mitad de su esclerotomo

El mesénquima de cada esclerotomo desarrolla 2 zonas denominadas esclerotomitos. Las células del esclerotomo están densamente comprimidas en la región caudal y holgadamente dispuestas en la porción craneal. Donde están mas condensadas, el tejido se observa mas teñido por lo cual se le llama esclerotomito oscuro, en contraste con el esclerotomito claro.

Cada vértebra por lo tanto, se forma a partir de 4 esclerotomitos (2 claros y 2 oscuros) que provienen de 4 somitos. El esclerotomito oscuro migra caudalmente y el esclerotomito claro migra cranealmente para formar el cuerpo vertebral. De este modo, la vértebra será intermetamérica, en cambio los músculos derivados de los miotomos, se insertan en dos vértebras.

(C) Algunas células de la región caudal migran en dirección craneal y comienzan a diferenciarse en el disco intervertebral. La notocorda involuciona completamente, excepto en la región del disco intervertebral, donde forma el núcleo pulposo. Entre los cuerpos vertebrales se forman discos fibros intervertebrales. Entre las vértebras, la notocorda se ensancha dentro de los primordios de mesénquima condensado que corresponden a los discos intervertebrales. En el adulto, persiste en forma de núcleo pulposo, que constituye la zona central blanda del disco. La mayor parte del disco intervertebral (anillos fibrosos) está compuesta por capas de fibrocartílago que provienen de la mitad rostral del esclerotomo en el somito.

Formación de cuerpos vertebrales

En la 5ta semana aparecen condensaciones de mesénquima en las regiones del futuro cuerpo vertebral, estas condensaciones se expanden y:

A) rodean al tubo neural y se unen en la línea media

B) Invaden somatopleura y forman los esbozos de costilla.

Durante la semana 6 aparecen centros de condrificación y en la semana 8 aparecen centros de osificación.

Atlas y Axis

La unión craneocervical se desarrolla a partir de los cuatro somitas occipitales y los tres primeros somitas cervicales. Los primeros tres somitas occipitales darán lugar al basioccipucio rostral. El cuarto somita occipital se combina con la parte craneal del primer somita cervical para formar el esclerotoma llamado proatlas, que es el precursor de la unión craneocervical. La parte craneal de la región axial de este esclerotoma se fusiona con segmentos de esclerotoma de los tres primeros somitas occipitales para formar el hueso basioccipital. La parte caudal de la región axial del proatlas derivada del primer somita cervical da lugar al segmento apical del diente. La región lateral del proatlas eventualmente da lugar a los cóndilos occipitales y al resto del foramen magno anterolateral.

Parte del primer esclerotoma cervical da origen a la parte basal del proceso odontoides (diente), mientras que parte del segundo esclerotoma cervical da origen al cuerpo del axis. La zona lateral del primer esclerotoma cervical se desarrolla hacia el arco posterior del atlas, mientras que la zona lateral del segundo esclerotoma cervical se desarrolla hacia el arco del axis.

La vértebra membranosa C2 en la primera parte del primer trimestre consta de tres segmentos medianos: el segmento dental apical, el segmento dental basal y el cuerpo del eje. Estos tres segmentos se condrifican a las 6 semanas de gestación pero permanecen segregados por las sincondrosis dentales superior e inferior [8-11]. La osificación ocurre en tres etapas: el primer centro de osificación aparece en el cuerpo de la vértebra C2 a los 4 meses de gestación; la segunda ola de osificación aparece a los 6 meses de gestación como dos centros de osificación, uno a cada lado del segmento dental basal; estos dos centros se integran y fusionan al nacer cuando deberían haber comenzado a mostrar algún intento de fusión ósea, pero la no- el cartílago osificado aún puede ser evidente radiológicamente hasta el sexto año de vida (Fig. 3a-f); La tercera ola de osificación aparece en las densidades apicales entre los 3 y los 5 años de edad; la osificación de las densidades apicales y la fusión a través de la sincondrosis dental superior no se completa hasta la adolescencia.

Costillas

Las costillas se desarrollan inicialmente como parte del modelo de cartílago de cada vértebra, pero en la región del tórax, la porción de costilla se separa de la vértebra hacia la octava semana. El modelo cartilaginoso de la costilla luego se osifica, excepto la porción anterior, que permanece como cartílago costal.

Las costillas se desarrollan a partir de proyecciones mesenquimáticas de las vértebras torácicas, laterales al cuerpo vertebral. Estas se condrifican durante el período embrionario y luego, con la aparición de un centro de osificación primario, se osifican. Al tiempo que comienza la osificación de las vértebras, las costillas se separan de las vertebras.

La parte proximal de una costilla (cabeza, cuello y tubérculo) procede del esclerotomo central. Debido a la resegmentación de los somitas a medida que forman las vértebras, la parte distal de la costilla (cuerpo) deriva de la porción ventrolateral del somita craneal adyacente.

Esternón

El esternón, que junto con el tejido conjuntivo que rodea la porción distal de las costillas (cartílagos costales) deriva del mesodermo de la placa lateral, se origina como un par de bandas cartilaginosas que convergen en la parte ventral de la línea media al tiempo que se consolida la pared ventral del tronco.

(1) Los extremos ventrales de los 6 procesos costales, se conectan a cada lado de la línea media, por condensaciones mesenquimáticas, originando el esbozo del esternón.

(2-3) Estas se condrifican para formar dos barras cartilaginosas verticales, las que se fusionan dando origen al esternón cartilaginoso.

(4) Después de la unión de estas bandas primordiales, se produce una división secundaria en elementos craneo-caudales. Estos segmentos finalmente se fusionan mientras se produce su osificación para constituir el cuerpo único del esternón. La osificación se produce por centros de osificación únicos o pares que formarán las esternebras.

(5) La unión completa de las distintas partes, se produce cuando se alcanza la madurez total.

Esqueleto Apendicular

El esqueleto apendicular está compuesto por los huesos de las extremidades y de las cinturas escapular y pélvica.

Partes:

• Zonoesqueleto

• Estilopodio

• Cigopodio o zeugopodo

• Autopodio

Escapula y pelvis

Se desarrollan por osificación endocondral. La expresión molecular está asociada a sectores del hueso mismo:

• Fosa Infraespinosa: Gli3

• Fosa supraespinosa: Alx1,4

• Espina escapular: Tbx15

Clavícula

Se origina a partir de la cresta neural y se forma por un mecanismo intramembranoso, es uno de los primeros huesos del organismo que se osifica, y este proceso ya está bien avanzado alrededor de la octava semana.

Desarrollo de extremidades

Todos los componentes del esqueleto de las extremidades comienzan como moldes cartilaginosos, que se convierten en auténticos huesos mediante la osificación endocondral durante una fase más tardía en la embriogénesis.

La formación comienza relativamente tarde dentro del desarrollo embrionario (al final de la cuarta semana en el ser humano), con la activación de un grupo de células mesenquimatosas del mesodermo somático de la placa lateral.

Poco después de su establecimiento, el primordio del miembro comienza a hacer relieve en la pared del tronco. En esta etapa, la yema del miembro es una masa de células mesodérmicas de aspecto similar, cubiertas por una capa de ectodermo.

Un aspecto característico es la presencia de una capa de ectodermo engrosado (cresta ectodérmica apical) a lo largo del plano anteroposterior del vértice de la yema del miembro. La CEA induce el alargamiento próximo distal de los esbozos de extremidades. El desarrollo de la extremidad se produce como resultado de las interacciones continuas entre los componentes mesodérmico y ectodérmico de la yema del miembro. El ectodermo apical estimula el crecimiento de dicha yema al promover la mitosis e impedir la diferenciación de las células del mesodermo distal de la misma. Aunque la CEA favorece este proceso, su propia existencia está sometida a un control recíproco por parte del mesodermo.

EM: esbozo del miembro

MLS: mesodermo lateral somático

ZP: zona de progreso (2)

CA: cresta ectodérmica apical (1)

TN: tubo neural

N: notocorda

NM: fibras nerviosa nm

MI: mesodermo intermedio

AD: aorta dorsal

TD: tubo digestivo

Osificación endocondral

Desarrollo de huesos

Los huesos de las extremidades se forman a partir de condensaciones mesenquimatosas que primera se condrifican y luego se osifican. Los huesos de las extremidades se forma entre la quinta y duodécima semana.

Las articulaciones se desarrollan a partir de interzonas mesenquimatosas.

Preguntas

1. ¿A partir de qué tipo de célula embrionaria se desarrolla el tejido muscular?

   1. células ganglionares

   2. células de miotubos

   3. células de mioblastos

   4. células satelitales

2. ¿Qué factor regulador miógeno se expresa el último en el desarrollo de una fibra muscular?

   1. Lamiogenina.

   2. MyoD.

   3. MRF-4.

   4. myf-5.

   5. Pax-3.

3. El desarrollo embrionario del esqueleto axial implica ________.

   1. osificación intramembranosa, que forma los huesos faciales.

   2. osificación endocondral, que forma las costillas y el esternón.

   3. la notocorda, que produce los modelos de cartílago para las vértebras.

   4. la formación de modelos de cartílago hialino, que dan origen a los huesos planos del cráneo.

4. Una fontanela ________.

   1. es el modelo de cartílago de una vértebra que luego se convierte en hueso.

   2. da origen a los huesos faciales y las vértebras.

   3. es la estructura en forma de varilla que recorre todo el embrión temprano.

   4. es el área de tejido conectivo fibroso que se encuentra al nacer entre los huesos del cerebro.

5. ¿Qué evento tiene lugar durante la séptima semana de desarrollo?

   1. aspecto de las yemas de las extremidades superiores e inferiores.

   2. aplanamiento de la yema distal de la extremidad en forma de paleta

   3. la primera aparición de modelos de cartílago hialino de futuros huesos.

   4. la rotación de las extremidades

6. Durante la osificación endocondral de un hueso largo, ________.

   1. Se desarrollará un centro de osificación primario dentro de la epífisis.

   2. El mesénquima se diferenciará directamente en tejido óseo.

   3. El crecimiento de la placa epifisaria producirá un alargamiento óseo.

   4. Todas las placas epifisarias desaparecerán antes del nacimiento.

7. La clavícula ________.

   1. Se desarrolla mediante osificación intramembranosa.

   2. Se desarrolla mediante osificación endocondral.

   3. Es el último hueso del cuerpo en comenzar la osificación.

   4. Está completamente osificada en el momento del nacimiento.