Desarrollo del sistema esquelético y músculo-tendinoso del aparato locomotor de anuros: diferenciación postmetamórfica de miembros pares.

Abstract

Los anuros presentan un ciclo de vida bifásico, representado por una etapa larval acuática y una etapa juvenil y adulta terrestres. A pesar de ésto, los estudios anatómicos se focalizan únicamente en las larvas y los adultos, mientras que la etapa juvenil es escasamente estudiada. Entre los desafíos más grandes que enfrentan los anuros se encuentra el pasaje desde un ambiente acuático a uno terrestre, cuyas propiedades físicas y demandas mecánicas son muy diferentes. Sumado a que presentan una amplia variedad de modos locomotores y usos de hábitats. Si bien durante la metamorfosis suceden los cambios morfológicos necesarios para esta transición, es en la etapa juvenil en donde estos cambios se verán reforzados para alcanzar la configuración del adulto. Con el fin de testear la hipótesis de que en la etapa postmetamórfica ocurren cambios profundos que impactarán en la configuración adulta, y que estos se relacionan con el estrés mecánico que impone el ambiente, se estudiaron ejemplares juveniles y adultos de 23 especies con diferentes modos locomotores (saltadoras, caminadoras, nadadoras) y usos de hábitats (acuático, terrestre, arborícola), desde un enfoque anatómico, histológico y ultraestructural. Adicionalmente, se analizó el desarrollo de los tejidos de la articulación de la rodilla bajo un estímulo mecánico. Para lograrlo se sometió a un régimen de ejercicios diarios a 5 especies de anuros, juveniles y adultos, con diferentes modos locomotores y se evaluó si los factores epigenéticos que involucran stress mecánico, como el uso excesivo de las articulaciones, influyen sobre el desarrollo de los tejidos, sobre la aparición de patologías articulares y en su performance locomotora. Nuestros resultados nos permitieron observar que durante la etapa postmetamórfica los elementos del postcráneo, sobre todos aquellos que participan activamente de la locomoción se mineralizan gradualmente y diferencialmente según el uso de hábitat que la especie presente. Así, las especies terrestres mineralizan y osifican sus elementos en estadios más tempranos que las acuáticas y arborícolas, adaptándose a las demandas de un nuevo ambiente. El músculo se organiza en fascículos a medida que el individuo crece y el tendón cambia estructuralmente para ser más fuerte, dependiendo del modo locomotor y el uso de hábitat.El trabajo experimental nos permitió observar que cuando los individuos fueron sometidos a un régimen de ejercicio intenso, la osificación endocondral del fémur y de la tibia-fíbula y la fuerza muscular del músculo gracilis major aumentaron en relación a los controles. Además observamos alteraciones estructurales en los tejidos de los ejemplares experimentales: desarreglo de las fibras de colágeno del fibrocartílago y del tendón, empaquetamiento de las fibras de colágeno de los meniscos, entre otras. Estas alteraciones son similares a las encontradas en individuos con movilidad reducida y coinciden con las descriptas para enfermedades articulares. La performance locomotora fue afectada particularmente en individuos que presentaron empaquetamiento de las fibras del menisco y desarreglo de las fibras de colágeno del tendón y del fibrocartílago. Este estudio nos permitió contribuir con nuevos datos que sustentan la estrecha relación que existe entre el estímulo mecánico y el desarrollo de los tejidos.

Anurans have a biphasic life cycle, with an aquatic larval stage and terrestrial juvenile and adult stages. However, most anatomical studies have been focused on the tadpole and adult stages, while the juvenile stage remains poorly studied. One of the biggest challenges that anurans must endure is the change from an aquatic habitat to a terrestrial one, each having different physical properties and mechanical requirements. Many morphological changes that occur during metamorphosis will be reinforced during the juvenile stage to achieve the adult configuration. To test the hypothesis that trought postmetamorphic stage, the anurans experiment deep changes that will impact in their adult anatomy, and that these changes are related to the mechanical stress imposed by the environment, we studied juvenile and adult specimens of 23 anuran species with different locomotor modes (jumper, walker and swimmer) and habitat uses (terrestrial, aquatic and arboreal), from an anatomical, histological and ultrastructural approach. Additionally, we analyzed knee tissues development under intense mechanical stimulus. Juvenile and adult specimens were stimulated to jump or walk on a treadmill belt. We evaluated if the intense mechanical stimulus affected the tissue development, the appearance of joint pathologies and the locomotor performance of the specimens. During the postmetamorphic stage, the postcraneal skeleton showed different timing of mineralization depending on the habitat use of the species. Thus, terrestrial species mineralized and ossified earlier than aquatic and arboreal species. The muscle is organized into fascicles as the individual grows and the tendon changes structurally to become stronger. When individuals were subjected to exercise, the endochondral ossification of the femur and the tibia-fibula and the muscle strength of the gracilis major muscle increased in relation to control specimens. Additionally, the tissues of experimental specimens exhibited structural alterations: disarrangement of the fibrocartilage and tendon collagen fibers, packing of the collagen fibers of the menisci, and flattening of the fibrocartilage nuclei, among others. Similar alterations were found in individuals with reduced mobility and with articular diseases. Locomotor performance was particularly affected in individuals who showed meniscal fiber packing and disarrangement of tendon and fibrocartilage collagen fibers. This study allowed us to observe the close relationship between the mechanical stimulus and the development of tissues.