O estudo da gênese embriológica da coluna

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1 EMBRIOLOGIA DA COLUNA VERTEBRAL Erasmo Zardo Joel Abramczuk Marcus S. Ziegler 1 O estudo da gênese embriológica da coluna vertebral possibilita a compreensão de muitas doenças e auxilia no diagnóstico e no tratamento destas. PERÍODO PRÉ-EMBRIONÁRIO (0 A 3 SEMANAS) Na primeira semana gestacional, temos a fecundação seguida pelo processo de clivagem, que origina uma estrutura chamada blastocisto. Através da tuba uterina, o embrião é transportado e implantado no endométrio. Já a segunda semana é marcada pelo processo de diferenciação e formação da cavidade amniótica e do saco coriônico, estruturas que participarão da formação dos futuros anexos embrionários. Ao final desse período, o embrioblasto se diferencia em um disco bilaminar composto pelo epiblasto ou ectoblasto (voltado para a cavidade amniótica) e hipoblasto ou endoblasto (adjacente à cavidade blastocística) (Fig. 1.1). PERÍODO EMBRIONÁRIO (3 A 8 SEMANAS) Figura 1.1 Embrião humano de 9 dias. Amnios Cavidade amniótica Ectoblasto Endoblasto Saco vitelino primitivo Membrana de Heuser embrionária Os primórdios da coluna vertebral surgem na terceira semana gestacional que começa com o processo de gastrulação e finaliza com a neurulação. A gastrulação inicia com a migração de células a partir do epiblasto para a região mediana do disco bilaminar, formando a linha primitiva que se alonga no sentido cranial formando o nó primitivo (nó de Hensen). Após, a linha primitiva começa a se invaginar e formar o sulco primitivo que tem continuidade até uma depressão chamada fosseta primitiva. No final da gastrulação, o disco bilaminar torna-se trilaminar, composto de ectoderme, mesoderme e endoderme (Fig. 1.2A-C) A partir do nó primitivo e da fosseta primitiva, migram células mesenquimais que formam o processo notocordal entre a ectoderma e a endoderma. A fosseta primitiva se estende para dentro do processo notocordal formando o duto notocordal, que é um tubo celular que se estende do nó primitivo até a placa pré cordal (Fig. 1.3A-C). O assoalho do processo notocordal se une ao endoderma intraembrionário e se degenera fazendo uma comunicação do canal noto cordal com o saco vitelino. O assoalho notocordal desaparece e o restante do processo notocordal forma a placa notocordal achatada (Fig. 1.4A-C). A seguir, as células da placa notocordal proliferam e começam a se dobrar até formarem a notocorda que, gradualmente, se separa do endoderma e do saco vitelino e se torna uma camada contínua (Fig. 1.5).

2 18 Pudles & Defino (Orgs.) Borda do âmnio cortado Área cardiogênica Lâmina procordal Fosseta primitiva Ectoderme Saco primitivo Nódulo de Hensen Linha primitiva Figura 1.2A-C Embrião humano de 16 dias. Alantoide Membrana cloacal Endoderme Borda do âmnio cortado Placa procordal Ectoderme Placa neural Nódulo de Hensen Duto Duto notocordal notocordal Membrana Ectoderme cloacal Figura 1.3A-C Embrião humano de 18 dias. Borda do âmnio cortado Sulco neural Placa notocordal Duto neuroentérico paraxial Sulco neural Espaços celômicos Nódulo de Hensen Saco vitelino secundário lateral Vasos sanguíneos primitivos Ilhotas sanguíneas A B embrionária C Placa notocordal intermediária Figura 1.4A-C Embrião humano de 19 dias.

3 Coluna vertebral: conceitos básicos 19 Pregas neurais Figura 1.5 do embrião. Após a diferenciação dessas estruturas, temos o início da formação da placa neural, da prega e do tubo neural, chamado de processo de neurulação. A notocorda induz a formação da placa neural a partir de células epiteliais do ectoderma embrionário. O ectoderma da placa neural (neuroectoderma) dará origem ao encéfalo e à medula espinal. Então, ocorre invaginação da placa neural e formação do sulco neural mediano junto com as pregas neurais. No final da terceira semana, as pregas neurais se fundem e dão origem ao tubo neural (Fig. 1.6A-C). Como consequência da separação entre tubo neural e ectoderma superficial, temos o surgimento das células da crista neural que darão origem a gânglios sensitivos dos nervos cranianos e espinhais. Além da notocorda, as células do nó primitivo induzem a formação do mesoderma paraxial que tem continuidade com o mesoderma intermediário e lateral. Celoma intraembrionário Ao final da terceira semana, o mesoderma paraxial se diferencia e começa a formação dos somitos. Estes se dispõem em pares ao lado do tubo neural em desenvolvimento e formam elevações na superfície do embrião, o que os torna úteis para determinar a idade embrionária. O primeiro par de somitos surge ao final da terceira semana na futura região ociptal do embrião. Ao final da quinta semana, de 42 a 44 pares de somitos estão presentes e se diferenciam em duas porções: a parte ventromedial é o esclerótomo, que formará as vértebras e as costelas. A parte dorsolateral é o dermomiótomo. As células da região do miótomo formarão os mioblastos e as células do dermátomo formarão os fibroblastos (Fig 1.7A-C). O miótomo tem uma divisão epiaxial dorsal e uma hipoaxial ventral com uma ramificação de nervo espinal para cada divisão: o ramo dorsal para a porção epiaxial e o ventral para a hipoaxial. Os mioblastos da porção epiaxial darão origem aos músculos extensores do pescoço e da coluna vertebral. Os mioblastos da porção hipoaxial gerarão os músculos escaleno, pré-vertebral, gênio-hiode, infra-hioide, flexores lateral e ventral da coluna vertebral e quadrado lombar. FORMAÇÃO DA COLUNA VERTEBRAL NO PERÍODO MESENQUIMAL Durante esse período, as células dos esclerótomos encontram-se em três áreas principais: na parede do corpo, em torno da notocorda e envolvendo o tubo neural (Fig. 1.8A). Cada escle- Pregas neurais Celoma intraembrionário Somatopleura Figura 1.6A Inicio da invaginação das pregas neurais e formação do sulco neural mediano. Somitos Esplâncnopleura Figura 1.6B Final do processo de invaginação e formação do tubo neural.

4 20 Pudles & Defino (Orgs.) Túbulo neural Cavidade amniótica Pedículo de fixação Túbulo neural Cristas neurais intermediária Somitos Saco vitelino secundários Coração primitivo Celoma intraembrionário Figura 1.7A-C Embrião com 22 dias. rótomo tem uma região com células organizadas frouxamente (cranial) e outra com células organizadas densamente (caudal) (Fig. 1.8B). A partir de células da região densamente agrupadas, ocorre um processo de migração cranial até o centro do miótomo onde ocorre a formação do disco intervertebral. Paralelamente, ocorre a fusão das regiões densamente agrupadas com as frouxamente agrupadas para formar o centrum mesenquimal, que é o primórdio do corpo vertebral (Fig. 1.8C). Cada centrum surge a partir de dois esclerótomos tornando-se intersegmentar. A notocorda inicia o seu processo de degeneração, que resulta na formação do núcleo Músculo Nervo Esclerótomo Artéria intersegmentar Mesênquima intersegmentar Futura vértebra Zona cranial do esclerótomo Zona caudal do esclerótomo A Músculo (em posição segmentar) Artéria intersegmentar C Nucleus pulposus Annulus fibrosis B Disco invertebral Futuro espaço entre duas vértebras (corresponderá ao annufus fibrosis) Vértebra (metade caudal de um esclerótomo com metade encefálica do esclerótomo seguinte) Figura 1.8A-C Esquema ilustrando a formação da coluna vertebral. Uma vértebra forma-se a partir das metades cranial e caudal de dois esclerótomos sucessivos. Os miótomos e os nervos espinais conservam sua disposição segmentar inicial, enquanto as artérias intersegmentares atravessam os corpos das vértebras. A notocorda degenera, exceto na região do disco intervertebral, onde formará o nucleus pulposus.

5 Coluna vertebral: conceitos básicos 21 pulposo. As células mesenquimais em torno do tubo neural darão origem ao arco vertebral. Os três centros de ossificação primários estão presentes nas vértebras ao final do período embrionário; um no centro e os outros dois em cada metade do arco. O processo de ossificação da vértebra se inicia no período embrionário, mas finaliza somente aos 25 anos. No momento do nascimento, cada vértebra tem três partes ósseas conectadas por cartilagem. A ossificação dos arcos neurais começa na oitava semana e os arcos vertebrais se fundem entre 3 e 5 anos de idade, iniciando-se na região lombar e progredindo para a cranial. Na puberdade, existem quatro centros secundários de ossificação: um em cada ponta do processo transverso, outro na ponta do processo espinhoso e duas epífises anulares na borda superior e inferior do corpo vertebral. ESTÁGIO CARTILAGINOSO Esse período se inicia na sexta semana, quando há o surgimento de centros formadores de cartilagem nas vértebras mesenquimais. Ao final do período embrionário, os centrum se fundem para formarem um centrum cartilaginoso único. Paralelamente, temos a formação dos arcos vertebrais que se unem com o centrum. Os processos espinhoso e transverso também surgem a partir dos centros de formação de cartilagem do arco vertebral (Fig. 1.9A-B). ESTÁGIO ÓSSEO DESENVOLVIMENTO DA MEDULA ESPINAL A medula espinal preenche todo o canal vertebral no período embrionário. A coluna vertebral e as meninges crescem mais rápido que a medula, que vai assumindo uma posição mais cranial à medida que o crescimento ocorre. Aos 6 meses de vida, a medula está ao nível da primeira vértebra sacral. No recém-nascido, está ao nível de L2-L3 e assume a sua posição final ao nível de L1 no indivíduo adulto. Os nervos espinhais têm a sua posição próxima ao forame no início da vida embrionária. Como resultado das diferentes velocidades de crescimento, as raízes lombossacrais vão se distanciando dos forames de origem e assumindo uma posição oblíqua dentro do canal medular até o seu foramen correspondente. À medida que o crescimento vai ocorrendo, forma-se o filamento terminal (filum terminale) que é o remanescente da linha de regressão da porção caudal da medula espinal embrionária e se estende do cone medular até a primeira vértebra coccígea. A medula espinal é originada a partir dos somitos caudais ao quarto somito. O canal neural tem o seu tamanho reduzido devido ao espessamento das paredes laterais do tubo neural. Em torno da décima semana, o canal neural involuiu para formar o canal central. No início, as paredes do tubo neural têm um neuroepitélio pseudoestratificado colunar e Forame vertebral Processo costal Centros de condrificação Região central Centros de ossificação primária Figura 1.9A-C Esquema ilustrando o desenvolvimento das vértebras.. (A) Cinco semanas depois surgem vértebras pré-cartilaginosas. (B) Após seis semanas, centros de condrificação de uma vértebra mesenquimatosa. (C) Em sete semanas, centros de ossificação primária de uma vértebra cartilaginosa.

6 22 Pudles & Defino (Orgs.) formam a zona ventricular, também chamada de camada ependimária, que dá origem aos neurônios e células macrogliais. Com a diferenciação, surge a zona marginal, formada pela porção externa das células neuroepiteliais, que vai dar origem à substância branca da medula, com o crescimento dos axônios das células nervosas. Forma-se, também, a zona intermediária constituída de neurônios primordiais (neuroblastos) que se dividem da zona ventricular e se tornam neurônios por meio de prolongamentos citoplasmáticos. A partir do mesênquima, que está ao redor do tubo neural, surge a meninge primitiva. Sua camada externa forma a dura máter. A camada interna forma a pia-aracnoide, formada pela pia-máter e aracnoide, e são derivadas de células da crista neural. A pia-aracnoide começa a ser preenchida por um líquido que faz a separação entre pia-máter e aracnoide permanecendo apenas as trabéculas aracnoideas. Com o crescimento, o espaço preenchido pelo líquido desaparece e dá lugar à formação do espaço subaracnoideo. O liquor tem sua formação iniciada na quinta semana. LEITURAS RECOMENDADAS Balinski BI. An introduction to embryology. 4th ed. Philadelphia: Saunders; Eynard R, Valentich MA, Rovasio RA. Histologia e embriologia humanas: bases celulares e moleculares. 4. ed. Porto Alegre: Artmed; Garcia SML, Fernández CG, organizadores. Embriologia. 3. ed. Porto Alegre: Artmed; Gilbert SF. Developmental biology. 4th ed. Sanderland: Sinauer; Moore KL, Persuad TVN. Embriologia clínica. 8. ed. Rio de Janeiro: Elsevier; Schoenwolf GC, Bleyl SB, Brauer PR, Francis-West PH. Larsen embriologia humana. 4. ed. Rio de Janeiro: Elsevier; Wolpert L, Jessel T, Lawrence P, Meyerowitz E, Robertson E, Smith J. Princípios de biologia do desenvolvimento. 3. ed. Porto Alegre: Artmed; 2008.