DEVELOPMENT OF THE ANTERIOR CORPUS CALLOSUM
RESUMEN: Ratas malnutridas prenatalmente y durante la lactancia con una dieta isocalórica y baja en proteínas, presentaron un cuerpo calloso más pequeño que los controles, a los 45-52 días de edad, lo cual fue consistente con las diferencias en los pesos cerebrales. En cambio, ratas malnutridas prenatalmente y rehabilitadas durante la lactancia con una dieta alta en proteínas, mostraron normalidad en el peso cerebral y en el desarrollo de los tercios medio y posterior del cuerpo calloso. Estas observaciones sugieren: 1) que las conexiones cortico-corticales (interhemisféricas) son vulnerables a la malnutrición proteica; y 2) el cuerpo calloso anterior, que conecta áreas frontales a través de la línea media, es particularmente afectado por este tipo de malnutrición, a pesar de una rehabilitación dietaria durante la vida postnatal.
PALABRAS CLAVE: 1. Caseína; 2. Cuerpo Calloso; 3. Corteza Frontal; 4. Malnutrición prenatal; 5. Rata; 6. Rehabilitación.
INTRODUCIÓN
En ratas, la llamada desnutrición oculta prenatal es producida por una reducción del contenido de proteínas en la dieta de las madres preñadas, desde un 25% a un 8% de caseína. Esta reducción es compensada calóricamente con un incremento de carbohidratos y grasa, lo cual produce pesos corporales y cerebrales normales de las crías al nacimiento (Morgane et al., 1978 y Resnick et al., 1982). Sin embargo, a largo plazo, esta condición produce alteraciones conductuales y en el desarrollo celular, neuroquímico y electrofisiológico, tales como reducción de la exitabilidad cortical producida por estimulación callosa, reducción en la capacidad de las sinapsis callosas para desarrollar sumaciones temporales, alteraciones en los niveles y liberación de noradrenalina cortical y déficit en pruebas de baja complejidad (Stern et al., 1975; Stern et al., 1976; Soto-Moyano et al., 1998; Soto-Moyano et al., 1999). La rehabilitación postnatal con una dieta alta en proteína, restaura algunos de estos déficits (Soto-Moyano et al., 1998; Soto-Moyano et al., 1999).
Estudios previos han demostrado el efecto de la desnutrición oculta sobre la morfología fetal del cuerpo calloso (Wainwright & Stefanescu, 1983). Nosotros decidimos determinar cómo la desnutrición oculta prenatal y la rehabilitación postnatal, pueden afectar la estructura callosal adulta. Adicionalmente, es posible que no todas las regiones callosales sean afectadas de la misma manera por este tratamiento dietario. Por ejemplo, la malnutrición tiene más efecto sobre el desarrollo de la corteza occipital lateral comparada con la corteza dorsal (Soto-Moyano et al., 1999). Ya que el cuerpo calloso contiene un mapa aproximado de las regiones corticales que se proyectan por él (Pandya & Seltzer, 1986), distintas partes del cuerpo calloso se pueden ver afectadas de distinta forma por este tipo de malnutrición. Por lo tanto, nosotros analizamos el efecto de la desnutrición oculta prenatal, continuada durante la lactancia o rehabilitado al nacimiento, sobre el desarrollo de tres sectores callosales: anterior, medio y posterior.
MATERIAL Y MÉTODO
Ratas preñadas de la cepa Sprague-Dawley, fueron sometidas a tres diferentes tratamientos nutricionales durante toda la gestación (G) y lactancia (L); luego, su progenie fue sacrificada al estado adulto (45-52 días de edad), y sus cerebros fueron extraídos y fijados en formalina al 10%. Los tres tratamientos nutricionales fueron los siguientes:
2. Grupo rehabilitado (G-L+): las madres recibieron desde las 5 semanas antes de la concepción hasta el nacimiento de las crías, una dieta hipoproteica-isocalórica (8% de caseína). Al nacimiento, las crías fueron transferidas a nodrizas controles, las que recibieron una dieta con 25% de caseína (n=5 machos y 5 hembras).
3. Grupo malnutrido (G-L-): las madres recibieron desde las 5 semanas antes de la concepción hasta el destete de las crías, una dieta hipoproteica-isocalórica (8% de caseína) (n= 5 machos y 5 hembras).
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| Fig. 1. Vista medio sagital de un cerebro de rata destacando el cuerpo calloso y su división en tres tercios: anterior, medio y posterior. |
RESULTADOS
Los pesos cerebrales a los 45-52 días fueron similares en los grupos control (G+L+) y rehabilitado (G-L+), pero fueron significativamente más bajos en el grupo malnutrido (G-L-), ANDEVA F=15.03 (p<0.0001) (Tabla I). Dentro de cada grupo, no se observaron correlaciones significativas entre áreas callosales parciales y totales y peso cerebral. No se encontraron diferencias sexuales en la estructura callosal ni en el peso cerebral. La Figura 2 muestra las áreas callosales parciales y total de cada grupo. El grupo control, G+L+, presentó valores más altos que el grupo malnutrido (G-L-) para el área callosal total y para cada uno de los tres tercios: T.A. t=4.39 (p>0.001), T.M. t=2.25 (p<0.05), T.P. t=4.73 (p<0.001) y A.T. t=4.61 (p<0.001). En general, el grupo rehabilitado (G-L+), tendió a presentar valores cercanos al grupo control. El área callosal total fue significativamente más grande en el grupo G-L+ que en el grupo G-L- (t=2.23, p<0.05) y no fue estadísticamente diferente de G+L+. En las ratas rehabilitadas (G-L+), el tamaño del tercio posterior no mostró diferencias estadísticas respecto de G+L+ o de G-L-, probablemente, dada la relativamente alta dispersión de los valores. Sin embargo, su media fue definitivamente más cercana a los valores de G+L+. El tercio medio del cuerpo calloso presentó diferencias significativas (t=3.46; p<0.01), entre las ratas G-L+ y las ratas G-L-, y no fue estadísticamente distinto del grupo G+L+. Finalmente, el tercio anterior o rodilla, fue significativamente más pequeño en G-L+ que en el grupo control G+L+ (t=2.87; p<0.05) y estadísticamente indistingible del grupo G-L-.
Tabla I: Pesos cerebrales de las ratas a los 45-52 días de edad.
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| G+L+ | G-L+ | G-L- |
| 1.91±0.14 g. a | 1.80±0.12 g. a | 1.62±0.09 g. b |
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| Letras distintas indican diferencias estadísticamente significativas (p<0.0001). | ||
 | Fig. 2. Áreas callosales parciales de los tercios anterior, medio y posterior y área callosal total, de cada uno de los grupos en tratamiento, control (G+L+), rehabilitado (G-L+) y malnutrido (G-L-). Letras distintas señalan diferencias estadísticamente significativas, de tal forma que las columnas "a", son significativamente diferentes de las columnas "b"; las columnas "ab" no son diferentes ni de las "a" y "b". |
DISCUSIÓN
El modelo de la desnutrición oculta prenatal fue originalmente descrito en ratas (Morgane et al. y Resnick et al.) y es de gran interés porque no produce diferencias en los pesos corporal y cerebral al nacimiento, al compararlo con ratas normales. Sin embargo, subsisten diferencias en el desarrollo neuronal y electrofisiológico, entre los animales controles y los malnutridos. En particular en estas ratas, los elevados niveles de noradrenalina y la liberación de noradrenalina inducida por potasio (Stern et al., 1975; Resnick et al.; Soto-Moyano et al., 1998), pueden afectar fenómenos tales como sinaptogénesis, muerte celular y retracción sináptica durante el desarrollo cerebral temprano. Además, las dendritas apicales de las células piramidales son más cortas y sus espinas dendríticas menos densas en estos animales que en los controles (West & Kemper, 1976), particularmente en células ubicadas en las capas II, III y V (Diaz-Cintra et al., 1990). Electrofisiológicamente, se ha observado una reducción en la actividad espontánea neuronal cortical (Stern et al., 1983) y en la exitabilidad neuronal cortical (Soto-Moyano et al., 1981; Soto-Moyano et al., 1998), a pesar de una rehabilitación nutricional postnacimiento.
Se ha evidenciado que la transmisión callosal en el recién nacido se ve afectada por este tipo de malnutrición, produciendo un aumento en la latencia de la respuesta evocada transcallosal, la cual tiende a desaparecer despuésdel destete (Morgane et al.) y una alteración en los mecanismos sinápticos de la conexiones callosales (Soto-Moyano et al., 1998). En nuestro estudio, observamos un importante efecto de la malnutrición proteica sobre el área callosal. Esto sugiere que el desarrollo de, al menos, algunos aspectos de la conectividad cortical, depende de un balance proteico en la dieta, concordando con lo observado por Wainwright & Stefanescu, de una reducción del cuerpo calloso fetal debida a la malnutrición proteica. La rehabilitación nutricional mostró un efecto compensatorio postnatal en el tamaño cerebral y en el área callosal total. Una interrogante que aún queda abierta es: si la reducción del área callosal en ratas desnutridas, resulta por una exagerada retracción axonal (Zimmerberg & Mickus, 1990) o por una reducción del número de axones que inicialmente cruzan la línea media. En este caso, estas interpretaciones dejan la pregunta de si existe en el calloso crecimiento axonal postnatal, de manera de producirse un crecimiento compensatorio en el cuerpo calloso de las ratas rehabilitadas. Alternativamente, las diferencias observadas entre ratas malnutridas, rehabilitadas y controles, pueden ser debidas a variaciones en los grados de desarrollo de las vainas de mielina y la envoltura glial axonal, lo cual sería consistente con estudios electrofisiológicos, que han determinado alteraciones en las latencias de potenciales transcallosales evocados (Morgane et al.).
No todas las regiones callosales responden por igual a la dieta de rehabilitación. Nuestros resultados indican que el calloso anterior (tercio anterior), es el más resistente a la compensación con una dieta rica en proteínas. Estudios en primates (Pandya & Seltzer), indican una representación topográfica aproximada de las áreas corticales en el cuerpo calloso, en el cual el tercio anterior contiene fibras que conectan regiones frontales, el tercio medio fibras que conectan áreas motoras y somatosensoriales y el tercio posterior fibras que conectan áreas visuales. Aunque en roedores no se ha desarrollado un mapa tan exhaustivo, evidencias sugieren que el calloso posterior aloja fibras visuales, las cuales no obstante se distribuyen en forma más dispersa que en el macaco (Kim et al., 1996). Por esto, es razonable asumir que en el cuerpo calloso de roedores existe una representación algo difusa de las áreas corticales en una dirección antero-posterior. Si tal es el caso, el tercio anterior del cuerpo calloso de la rata puede contener una alta proporción de fibras frontales y prefrontales y también algunas fibras motoras y somatosensoriales. Una interpretación de estos resultados es que la comunicación interhemisférica en la región frontal estaría especialmente dañada en las ratas malnutridas y rehabilitadas. Existe también la posibilidad que el efecto de la malnutrición sobre el calloso anterior se relacione al daño producido en algunas regiones del desarrollo de la corteza frontal en los períodos pre y postnatal. Las áreas frontales de la corteza frontal son las últimas en mielinizarse y en madurar (Fuster, 1989), pudiendo ser absolutamente susceptibles a la injuria nutricional durante el desarrollo. Esto podría implicar que ratas rehabilitadas están específicamente dañadas en ciertas funciones frontales (Kolb, 1984). Sin embargo, la memoria de trabajo, que depende en gran parte de la corteza prefrontal, permanece no afectada en ratas malnutridas prenatalmente con 6% de caseína (Tonkiss & Galler, 1990) y en ratas malnutridas postnatalmente con 8% de caseína (Lukoyanov & Andrade, 2000). Es posible que otras funciones frontales tales como funciones motoras o de desempeño social, o transferencias interhemisféricas específicas, sean más afectadas por la malnutrición prenatal que la memoria de trabajo. Adicionalmente, son necesarios estudios para confirmar el origen y calidad de la mayoría de las fibras afectadas por la malnutrición prenatal en el cuerpo calloso anterior y determinar si el tratamiento produce un daño específico en las funciones frontales o en la transferencia inter-hemisférica frontal.
SUMMARY:Rats malnourished prenatally and during lactancy with a low-protein, isocaloric diet were shown to have smaller corpus callosums than controls at 45-65 days of age, which was consistent with differences in brain weight. Prenatally malnourished rats rehabilitated with a high-protein diet during lactancy showed normal brain weight and development of the mid-third and posterior third of the callosum, but reduced size of the anterior third. These findings suggest (i) that cortico-cortical (interhemispheric) connections are vulnerable to protein malnutrition; and (ii) the anterior callosum, connecting frontal areas across the midline is particulary affected by this type of malnutrition despite dietary rehabilitation during postnatal life.
KEY WORDS: 1. Casein; 2. Corpus callosum; 3. Frontal cortex; 4. Prenatal Malnutrition; 5. Rat; 6. Rehabilitation.
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Dirección para correspondencia:
Dr. Ricardo Olivares
Depto. de Ciencias Biológica Animales ]]>
Email: rolivare@uchile.cl
Recibido : 13-04-2002
Aceptado: 25-05-2002
* Departamento Ciencias Biológicas Animales, Facultad Ciencias Veterinarias y Pecuarias, Universidad de Chile.
** Unidad de Neurofisiología y Biofísica, Instituto de Nutrición y Tecnología de los Alimentos, Universidad de Chile. ]]>
*** Programa de Morfología, Instituto de Ciencias Biomédicas, Facultad de Medicina, Universidad de Chile. ]]>