si-byq08 desarrollo postnatal de la marcha de ratas desnutridas y

“DESARROLLO POSTNATAL DE LA MARCHA DE RATAS DESNUTRIDAS Y
REALIMENTADAS PERINATALMENTE.”
R. Monroya y I. Jiménez b
a. Biología, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM, Av. De los Barrios No.
1, Col. Los Reyes Iztacala, Tlalnepantla estado de México.
[email protected]
b. Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, CINVESTAV, Av. IPN
2508, Col. San Pedro Zacatenco, Delegación Gustavo A. Madero. México DF, CP
07360. [email protected]
RESUMEN
En la literatura especializada se ha enfatizado en el estudio de las alteraciones ocasionadas por la desnutrición
sobre el Sistema Nervioso Central de los mamíferos en desarrollo. Sin embargo, existen pocos estudios
orientados a establecer los efectos que ejerce la desnutrición perinatal sobre conductas motoras complejas
como la marcha, en la cual además del Sistema Nervioso participa el Sistema músculo- esquelético. De igual
manera, no existen evidencias experimentales que determinen los efectos que produce la rehabilitación
alimenticia en las posibles alteraciones de la marcha de los animales desnutridos durante el desarrollo. En el
presente estudio se realizó un análisis cinemático simple de la marcha sin restricciones de tres grupos de ratas,
sometidos a diferentes tratamientos alimenticios (control, desnutrido y realimentado), durante su desarrollo
postnatal. Nuestros resultados muestran que la desnutrición perinatal afecta en mayor proporción la longitud
de las zancadas y el desplazamiento de la cadera que la duración de las fases de flexión y extensión de las
mismas zancadas. En cuanto a la rehabilitación alimenticia postnatal (posterior al destete) de animales
desnutridos perinatalmente, se observó la recuperación de las principales características cinemáticas de la
marcha durante el desarrollo postnatal de la rata.
1. INTRODUCCIÓN
La Locomoción es la capacidad que tienen los individuos para desplazarse de un lugar a otro.
Aunque existen diversas formas de locomoción (natación, vuelo, salto, carrera, ambulación o caminata, entre
otras) una característica común a todas es la generación de movimientos rítmicos alternantes de las
extremidades y el cuerpo. El análisis de la locomoción se originó en 1872, cuando Edward Muybridge
desarrollo un sistema eléctrico que disparaba en secuencia un grupo de cámaras fotográficas en serie, a lo
largo del galope de un caballo. Así Muybridge demostró que los caballos al galopar levantan sincrónicamente
las cuatro patas del suelo. Sin embargo, la investigación actual sobre la locomoción en mamíferos inició en
los 60`s, cuando se determinó que el ritmo básico de la locomoción se genera por la activación de redes
neuronales, denominadas “circuitos generadores de movimiento”, localizadas en el encéfalo y la médula
espinal. Tales generadores provocan la excitación sincronizada y secuenciada de músculos extensores y
flexores de cada articulación de las extremidades de los animales, permitiendo la locomoción (Grillner, 1975,
1981; Kandell y cols. 1991). En 1905 Philipson determinó y evaluó mediante un análisis cinematográfico, los
movimientos locomotores y ángulos de las articulaciones de las extremidades de los animales cuadrúpedos.
Entonces dividió en dos fases la ejecución de las zancadas: BALANCEO (Oscilación o vuelo de la
extremidad) y SOPORTE (Apoyo del peso corporal) (Grillner, 1975). Luego cada una de estas fases se
subdivide en subfases: El Balanceo se caracteriza por al activación secuenciada de músculo flexores (Subfase
F) y extensores (subfase E1), mientras la fase de Soporte se divide en dos etapas extensoras, una de soporte
del peso corporal (E2) y la otra de propulsión o traslación (E3) (figura 1).
Fig. 1 Fases de la marcha en la rata. Pata trasera izquierda A-D e I. Fase de soporte, que se subdivide en fase de extensión E2
(B) y E3 (D), E-H. Fase de balanceo que se subdivide en: fase de flexión ó inicio del balanceo (E y F) y fase de extensión ó de
transferencia (E1).
El desarrollo de una conducta locomotora coordinada y secuenciada depende en gran medida de la
maduración de los sistemas nervioso (central y periférico) y muscular de los animales (Fentress, 1984). La
rata es un animal que nace en relativa inmadurez por lo que después del nacimiento se echan a andar una
enorme variedad de procesos celulares, los cuales provocan la activación de numerosos mecanismos
neurobiológicos, que se relacionan con los cambios de la conducta motora de los animales (Salas y cols.,
2002). El desempeño locomotor de la rata durante edades tempranas (antes de los 21 días de edad) se
caracteriza por ser lenta, torpe y va incrementándose gradualmente conforme se desarrolla, pues antes de los 5
días postnatales, la cría de la rata se desplaza en una sola dimensión (hacia un lado) pues a penas comienza a
coordinar sus miembros anteriores; después de los 5 días pasa a un desplazamiento bidimensional (lateral y al
frente); entre los 11 y 14 días ya realizan movimientos en tres dimensiones (lateral, hacia delante y vertical),
utilizan las cuatro extremidades y presentan mayor coordinación entre sí. Alrededor de los 14 y 15 días de
edad postnatal, la cría ya ha incrementado el número de pasos y deambula como un animal adulto (Altman y
col., 1974; Eilam y Golani, 1988; Wasterga y Gramsbregen, 1990). Para que los organismos conserven la
integridad anatómica y fisiológica es imprescindible que reciban un aporte de nutrimentos adecuado y
suficiente. La proporción requerida de cada nutrimento varía en función de la edad y la especie del animal. En
caso de que un organismo reciba un aporte insuficiente en cantidad y/o calidad (de alguno de los nutrimentos)
durante su desarrollo embrionario y/o lactancia, presentará alteraciones anatómicas, funcionales y
conductuales de consideración durante toda su vida (Waterlow y Stephen, 1969; Morgane y cols., 1978,
1993). Desnutrición se define como una deficiencia en la cantidad total de calorías proporcionadas a un
organismo. Actualmente se ha considerado a la desnutrición y malnutrición como un problema de salud
pública de alta prioridad (Blakburn, 2001) por lo que la comprensión, precaución, diagnóstico y tratamiento
de esta enfermedad, que hoy en día sufren más de mil millones de personas en el mundo (Blakburn, 2001),
dependen del desarrollo de nuevas tecnologías. Por lo anterior, se ha puesto especial interés en determinar los
efectos que desencadena una reducción drástica de alimento sobre la función de diversos tejidos u órganos,
entre los que destacan: el sistema nervioso y el sistema muscular de los animales (Morgane y cols., 1993;
Segura, 2003). En base a esto, el presente proyecto tuvo como objeto realizar un estudio cinemática simple de
la actividad locomotora (marcha) de ratas con diferentes edades postnatales, sometidas a diferentes
condiciones alimenticias, para determinar el efecto de la rehabilitación alimenticia sobre las probables
alteraciones en la marcha producidas por la desnutrición perinatal, durante el desarrollo postnatal de la rata.
2. METODOLOGÍA Y RESULTADOS
El estudio se realizó con ratas (macho) variedad Wistar, obtenidas al aparear tres grupos de ratas
hembras (peso inicial de 250 g.), mantenidas bajo distintas condiciones alimenticias: Grupo control: Durante
el período experimental se mantuvieron a las ratas hembras y sus crías (8 crías por camada) en condiciones ad
libitum (Formulab 5008, LabDiet). Grupo desnutrido: tres semanas antes del apareamiento y durante los
períodos de gestación y lactancia se alimentó a las hembras y posterior al destete, a las crías (8 crías/camada)
con el 50% del alimento que, en promedio, ingirieron los animales control (Chow y lee, 1964; Bedi, 1994;
Segura y colaboradores, 2001, 2004).Grupo Realimentado: Igual al grupo desnutrido, pero después del
nacimiento de las crías, se les proporcionará alimento ad libitum durante la lactancia y posterior al destete.
Todas las observaciones se realizaron siguiendo las normas éticas señaladas en la guía de los Institutos
Nacionales de la Salud de los Estados Unidos de Norteamérica (NIH Publications No. 8023) y por la Norma
Oficial Mexicana NOM-062-ZOO-1999 “Especificaciones Técnicas para la Producción, Cuidado y Uso de los
Animales de Laboratorio”, para el cuidado y uso de animales de laboratorio. El análisis de la actividad
ambulatoria de las crías se realizó una vez por semana (durante 9 semanas), a partir del día 4 ó 5 de vida, se
les rasuró la parte dorsal de la pata posterior izquierda y se les colocó una marca de tinta (con plumón
indeleble) sobre la piel de las articulaciones de la cintura pélvica, cadera, rodilla, tobillo y metatarso de la pata
de los animales. Subsecuentemente, cada animal por separado se introdujo, a una pasarela de acrílico
transparente, donde se videograbó su desplazamiento. Para el análisis cinemático se seleccionó el segmento
de video en que la rata muestra una caminata estable, sin detenerse o distraerse o, dando cuando menos 4
zancadas continuas. La videograbación seleccionada se digitalizó con el programa Pinnacle Studio V. 7
Pinnacle Systems, Inc.) y se tomó fotografía digital a cada cuadro de la grabación (30 cuadros/segundo).
Mediante el programa Image J (Scion corporation; NIH) se determinaron los valores de las coordenadas de
cada marca colocada en las articulaciones de la pata posterior, las cuales fueron introducidas a un programa
computacional diseñado ex profeso para tal fin en nuestro laboratorio, que permite establecer la secuencia de
movimientos de la pata durante la marcha y determinar el ángulo de cada articulación durante el
desplazamiento. A partir de la secuencia de movimientos se determinó la longitud, duración y velocidad de
las zancadas de la pata posterior, así como los cambios angulares de las articulaciones y la duración de cada
una de las fases de flexión (F) y extensión (E1, E2 y E3) que componen el ciclo de la zancada (Rossignol,
1996). Los valores obtenidos se promediaron y se calculó su desviación estándar. Para establecer las
diferencias entre los distintos grupos de animales, se agruparon los valores de las zancadas de todos los
animales control, desnutridos o re-alimentados y se les aplicó la prueba de ANOVA simple y/o la prueba “t”
de Student.
El peso y la talla son importantes variables de respuesta, pues se manifiestan visiblemente en el
caso de los animales sometidos a Desnutrición, presentando un marcado decremento en peso y talla corporal
con respecto a los animales control. Es decir, tomando el peso corporal de los animales control como 100%, el
grupo desnutrido ni siquiera alcanzó la mitad del peso de una rata control.
Figura 2. Diagramas de líneas que representan la secuencia de movimientos que ocurren durante la ejecución de varias zancadas (n=4-6)
de la extremidad posterior derecha en la marcha sin restricciones de crías de todos los grupos en distintas edades post-natales (P5 a P61).
Note que la extremidad posterior derecha del animal desnutrido es de menor tamaño que el de las crías control y re-alimentada.
En cuanto al desarrollo de la marcha, es importante señalar que el desempeño locomotor de todos los grupos
presentó los mismos dos estadios (antes y después del día 21 postnatal), en el que el primer estadio
caracterizado por una actividad locomotora irregular y de arrastre, debida a la falta de fuerza para sostener la
cabeza y el cuerpo completo; la segunda tipificada por el incremento en la fuerza muscular que hace a la
marcha fluida y con mayor organización espacio-temporal, hasta adquirir características adultas (Figura2).
Respecto a la caracterización de la marcha, se llevó a cabo un análisis basado en parámetros espaciales y
temporales de la actividad ambulatoria. Parámetros temporales: Duración de la fase de Balanceo, Duración de
la Fase de Soporte y Duración de la zancada. Debido a las diferencias corporales entre animales desnutridos y
los restantes, se esperaba encontrase con diferencias de tiempo de ejecución ya fuera de la fase de balanceo o
soporte o de la zancada completa. Sin embargo, los valores de estos parámetros tendieron a igualarse en los
tres grupos. Parámetros espaciales: Dado que las diferencias corporales influyen significativamente en el
análisis de parámetros espaciales como la longitud de zancada o el desplazamiento de cadera, en este estudio
se determinó la longitud de zancada y la tasa de este parámetro con respecto al peso corporal. Aunque la
Longitud de zancada fue idéntica para todos los grupos, la tasa de longitud/peso fue determinantemente
mayor en el grupo desnutrido que en animales control y realimentados. En lo que a velocidad se refiere tanto
la velocidad de zancada como su tasa en relación al peso corporal presentaron los valores más altos (Figura 3)
VELOCIDAD DE ZANCADA
CONTROL
40
1.4
35
DESNUTRIDO
REALIMENTADO
1.2
VELOCIDAD (cm/s)
Velocidad d e la zancad a ( cm/s)
45
30
25
20
control
15
desnut.
10
re-aliment.
5
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
0
0
Edad (días)
A
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
EDAD (días)
B
Figura 3. Gráfica A: Valores promedio de la velocidad de las zancadas durante la marcha sin restricciones de ratas control y
experimentales en distintas edades postnatales. Gráfica B: Tasa de Velocidad de la zancada por gramo de peso corporal durante el
desarrollo postnatal de la rata.
En relación al cambio de ángulo de la articulación de la rodilla, como es independiente del peso y talla de los
animales, no se consideraron sus respectivas tasas, y no se observaron diferencias significativas entre los
grupos para estos parámetros. Los animales desnutridos presentaron un desplazamiento de cadera similar al de
ratas control y realimentadas, sin embargo, la tasa de desplazamiento de cadera con respecto al peso fue
significativamente mayor en el grupo desnutrido que en el resto de ellos. Durante la fase de Balanceo y
soporte los animales desnutridos presentaron los mayores valores de la tasa de desplazamiento de cadera/peso
corporal.
3. CONCLUSIONES
La restricción alimenticia perinatal en cantidad, produjo una desnutrición relativamente severa en
la rata, y la rehabilitación alimenticia posterior al nacimiento induce la recuperación del peso y talla corporal
de los animales sometidos a desnutrición pre-natal.
Los dos estadios de desempeño locomotor ocurren independientemente de la condición alimenticia de los
animales.
La desnutrición perinatal no afecta el desarrollo de la coordinación temporal de los músculos que
participan en la ejecución de los movimientos de las articulaciones durante la marcha, es decir, no altera los
circuitos locomotores espinales (generadores de la marcha), involucrados en la sincronización de la actividad
de los músculos de las extremidades requeridos para la generación de la marcha de la rata.
El mejor desempeño motor por parte de animales desnutridos de los 19 días de edad en adelante, podría
deberse a que a partir de ese día los animales cuentan con una mayor tasa de longitud/peso pero de similar
duración que la de los animales control y realimentados.
La mayor longitud de zancada por gramo de peso corporal de los animales desnutridos no guarda
relación con los cambios de ángulo de la articulación de la rodilla durante la fase de balanceo de las zancadas.
El comportamiento de la tasa de desplazamiento de la cadera durante las distintas edades de los animales
desnutridos coincide con el comportamiento de los valores de la tasa de la longitud y velocidad de la zancada
con respecto al peso.
La similitud en longitud de zancadas de las ratas desnutridas con la de los animales control y
experimentales, resulta de un mayor desplazamiento de la cadera de los primeros en relación a su peso
corporal.
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