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FISIOLOGIA DEL HUESO:

Es un tejido dinámico que cambia de forma en relación con las fuerzas que soporta, p.e. si se aplica presión constante causa su resorción y la tensión constante causa formación de nuevo hueso.

 

FUNCIONES DE LOS HUESOS:

1).- Es el marco estructural del cuerpo:

  • Da la forma al cuerpo
  • Es el lugar de inserción de tendones, que permite realizar movimientos, desplazamiento y sirven como palanca para aumentar la fuerza muscular.
  • Forma una caja para la protección de órganos vitales (cerebro, corazón, pulmones, etc.)

2).-  Cumple función metabólica:

  • Metabolismo fosfocálcico (almacena el 99% del calcio del cuerpo humano).
  •  Reservorio de otros minerales (magnesio etc.).

3).- Órgano hematopoyético (MO).

           

PROCESO DE CALCIFICACIÓN ÓSEA (BIOSINTESIS DE LOS CRISTALES DE HIDROXIAPATITA).

El proceso de calcificación del hueso inicia con la biosíntesis de los cristales de hidroxiapatita el cual se lleva a cabo de la siguiente forma:

  • El osteoblasto posee en su citoplasma unas vesículas denominadas vesículas de matriz, las cuales contienen iones de Ca2+, PO43-, FALC, AMPc, ATP, ATPasa, pirofosfatasa, proteínas de unión al calcio (osteonectina) y fosfoserina; las cuales una vez sintetizadas son exocitadas hacia la matriz extracelular.
  • Una vez en el tejido extracelular óseo, debido a que estas vesículas poseen bombas de Ca2+ en su membranas, por medio de ellas se trasporta este catión hacia su luz vesicular, aumentando su concentración hasta que se induce la formación de los cristales de hidroxiapatita cálcica  (Ca10 (PO4)6(OH)2) en la luz vesicular.
  • Los cristales de hidroxiapatita cálcica (Ca10 (PO4)6(OH)2) formados intravesicularmente causan la ruptura de la membrana de la vesícula liberando su contenido en el osteoide.
  • Los cristales de hidroxiapatita cálcica (Ca10 (PO4)6(OH)2) liberados se fijan a las fibras de colágeno I del osteoide y actúan como focos de cristalización.
  • La FALC también contenida en las vesículas liberadas  hidroliza y libera  grupos pirofosfato de las macromoléculas contenidas en la matriz, los pirofosfatos liberados (que son inhibidoras de la calcificación) son hidrolizadas por la enzima pirofosfatasa en iones PO43-, los cuales se unen a iones de calcio para calcificar la matriz que rodea los focos de cristalización.
  • Los focos de cristalización se localizan intersticialmente entre las fibras de colágeno.

 

REMODELACIÓN OSEA:

Durante toda la vida las células osteoprogenitoras continúan dividiéndose y diferenciándose en osteoblastos que forman nuevo hueso en capas subperiósticas, en la superficie endostal, alrededor de los Canales de Havers y en lo profundo del hueso esponjoso; sin embargo el hueso no se deforma porque simultáneamente se lleva a cabo un proceso resorción ósea por los osteoclastos que destruyen matriz ósea y causando la resorción de canales Havers. Los espacios que se forman luego de la resorción de la matriz y de los canales de Havers son invadidos por vasos sanguíneos que dan lugar a la formación de nuevos canales de Havers.

La remodelación ósea debe tener un perfecto equilibrio entre la formación de hueso nuevo y la resorción del hueso viejo, para lograr la estabilidad el tejido óseo. Existen marcadores séricos (aunque también pueden ser medidos en orina) de moléculas que participan en el proceso de remodelado, las cuales al ser medidas nos dan información sobre este proceso fisiológico o de enfermedades óseas metabólicas, existiendo marcadores de formación ósea y marcadores de resorción ósea:

.- Marcadores de formación ósea activa de detección sérica:

  • FALC: enzima presente en la membrana celular de los osteoblastos, que se requiere para la mineralización del osteoide al liberar los grupos fosfatos a partir de la glucosa 6 fosfatos (fosfatos requeridos para la formación de cristales de hidroxiapatita). Esta FALC llamada también FALC total mide la sintetizada en los osteoblastos pero también la que se sintetiza en otros tejidos.
  • Isoenzima ósea de la FALC: su utilidad es que es específica del osteoblasto o sea del tejido óseo, o sea cuando medimos FALC estamos midiendo la isoenzima ósea pero también la FALC que se encuentra en otras células.
  • Osteocalcina: Es una glicoproteína de tipo no colágena sintetizada por el osteoblasto presente en la matriz orgánica.
  • Propéptidos carboxiterminal del procolágeno I: Precursor del colágeno I.
  • Propéptidos aminoterminal del procolágeno I: Precursor del colágeno I.

.- Marcadores de resorción ósea activa de detección sérica:

  • Fosfatasa ácida tartrato resistente: Enzima lisosomal sintetizada en el osteoclasto.
  • Piridinolina y desoxipiridolina: Que forman puentes covalentes entre las fibras de colágeno y que no son degradados cuando se destruyen las fibras de colágeno, los cuales pasan a la circulación general y se excretan en orina.
  • Telopéptido aminoterminal de colágeno I: Fragmento de las fibras de colágeno que pasan a la circulación general y luego a la orina, luego de la degradación de las fibras de colágeno.
  • Telopéptido carboxiterminal de colágeno I: Fragmento de las fibras de colágeno que pasan a la circulación general y luego a la orina, luego de la degradación de las fibras de colágeno.

REPARACIÓN OSEA:

La reparación es la formación de un tejido diferente al original o sea un tejido cicatricial (diferente a la regeneración ósea que es la formación de un tejido igual al original). La reparación ósea se lleva a cabo en los siguientes pasos:

1).-  Trauma inicial: Debido al trauma que causa una fractura ósea se sucede el desgarro del periostio, el endostio con sección de vasos sanguíneos, lo cual lleva a daño con destrucción de la matriz ósea y muerte celular.

2).- Fase inicial o inflamatoria con formación del hematoma fracturario: Es un periodo de 24 a 48 horas siguientes al trauma, en el que el daño tisular desencadena una respuesta inflamatoria con formación de un hematoma y trombo (hematíes, leucocitos, plaquetas y fibrina) que causa necrosis del tejido lesionado y de su alrededor por supresión del riego sanguíneo al perder el sistema Haversino el aporte sanguíneo  (esta necrosis es mucho menor en periostio, endostio y médula ósea, porque poseen una mayor vascularización). Los leucocitos y las plaquetas liberan interleuquinas y factores de crecimiento, originando la migración de linfocitos, macrófagos (precursores de osteoclastos) y células mesenquimales pluripotenciales.

3).- Fase de calcificación periostial: Las células osteoprogenitoras subperiósticas inician un proceso de osteogénesis de tipo intramembranosa (formación de espículas y trabéculas aleatorias) con una rápida mineralización.

4).- Fase de calcificación endostal: es similar al periostial pero un poco más lento.

5).- Fase de remodelación del callo:   

  • Las células mesenquimales pluripotenciales se diferencian hacia células endoteliales, fibroblastos, condroblastos y osteoblastos, dando origen a un nuevo tejido fibrovascular, que reemplazará al coágulo inicial formando el tejido de granulación.
  • Aproximadamente a la semana las células osteoprogenitoras invaden el tejido de granulación transformándolo en el callo óseo.
  • El callo óseo inicia el proceso de osteogénesis y osteólisis de remodelado hasta llegar a formar estructura ósea laminar con estructuras de osteonas.

 

MECANISMO DE LA RESORCION OSEA:

.- Los osteoclastos activos o maduros, poseen dos bordes, uno por el que se fija al hueso (borde basal), lo cual realiza por medio de integrinas que reconocen secuencias de aminoácidos en el colágeno de la matriz orgánica del hueso y el otro borde (borde en cepillo) que es por medio del cual lleva a cabo la resorción del hueso.

.-  El osteoclasto posee un aparato enzimático formado por la anhidrasa carbónica, la cual sintetiza ácido carbónico (H2CO3) a partir de agua y dióxido de carbono (CO2), el cual luego se disocia espontáneamente en aniones de bicarbonato (HCO3-) y cationes de Hidrógeno o hidrogeniones (H+).

.- El bicarbonato (HCO3-) sale del osteoclasto hacia la circulación sanguínea general acoplados al Na+ mediante una bomba de bicarbonato / Na+ (HCO3-/Na+) localizado en el borde basal del osteoclasto (bomba que funciona gracias al gradiente de Na+ que mantienen las bombas de Na/K ATPasa basocelulares). Por otra el borde en cepillo de los osteoclastos poseen  bombas de protones que trasportan los hidrogeniones (H+) del citoplasma del osteoclasto al compartimento subosteoclástico.

.- Los H+ crean en el espacio subosteoclástico un ambiente ácido que disuelve el componente inorgánico de la matriz ósea, liberando iones de minerales, que son reabsorbidos por los mismos osteoclastos y luego trasportados por su borde basocelular a los capilares cercanos y de acá a la circulación general.

.- Una vez la matriz ósea esta desmineralizada, los osteoclastos exocita vesículas que poseen proteínas-enzimas proteolíticas tipo hidrolasas lisosómicas y metaloproteínas (colagenasas, gelatinasas, glucoronidasas, catepsina K, etc.) que llevan a cabo la degradación de la matriz orgánica, liberando aminoácidos, monosacáridos, disacáridos, etc., que también son reabsorbidos por los mismos osteoclastos y luego trasportados por su borde basocelular a los capilares cercanos y de acá a la circulación general.

.- Esta actividad osteoclástica que se lleva a cabo en el espacio subosteoclástico va formando la “laguna de resorción o de Howship”

 

Correlaciones clínicas del metabolismo del hueso:

.- Osteoporosis: Es la disminución de la masa ósea por disminución de la síntesis de matriz orgánica por parte de los osteoblastos (que lógicamente lleva a disminución de la matriz ósea), pero con una actividad osteoclástica normal o sea hay una disminución de la densidad ósea que se expresa en gramos de mineral por área o volumen y trae como consecuencia que el hueso se debilita y no soporta carga llevándolo a fracturas por fragilidad. El mecanismo de acción de los bifosfonatos nitrogenados (BFs-N) tales como el pamidronato, alendronato, ibandronato, risedronato y zolendronato, consiste en inhibir la enzima farnesil pirofosfato sintetasa lo cual impide la síntesis de unidades prenoides que van a realizar prenilación de las proteínas GTPasa o sea agregarles cadenas isopreno a estas proteínas, lo cual les permite anclarse a las membranas celulares de los osteoclastos para poder llevar a cabo su actividad biológica. Estas proteínas GTPasa son proteínas de señalización que cuando se activan regulan positivamente la actividad osteoclástica mediante el citoesqueleto celular. Esta inhibición del FPFS se da exclusivamente en el hueso porque los BFs-N se fijan a los cristales de hidroxiapatita y cuando el osteoclasto lleva a cabo su actividad resortiva los ingresa a su citoplasma donde estos llevan a cabo su actividad farmacológica, por esos esta inhibición del farnesil pirofosfato sintetasa no se da en otras células del cuerpo.

.-  Raquitismo: Es una enfermedad de la infancia que se caracteriza por la disminución de la mineralización del osteoide por deficiencia de calcio disponible, debido a una disminución de su disponibilidad, por deficiencia de la 1, 25 hidroxicolecalciferol o calcitriol necesario para su absorción intestinal, o sea que los osteoblastos sintetizan matriz orgánica pero no se mineraliza y por tanto no se forma matriz ósea y trae como consecuencia que el hueso es blando y se deforma. Esta deficiencia en la mineralización del osteoide se llama raquitismo cuando se presenta solo en la infancia (porque cuando se presenta en la edad adulta se llama osteomalacia) y por tanto el osteoide no mineralizado es el que se produce en el hueso nuevo o sea en los procesos de osificación endocondral y membranoso.  El calcio y el fósforo absorbidos a nivel intestinal sin la presencia del calcitriol son utilizados para mantener niveles séricos adecuados de estos iones para los demás procesos metabólicos de la economía.

.- Osteomalacia: Tiene la misma fisiopatología que el raquitismo, pero en el adulto y por tanto en el proceso de remodelación ósea fisiológico, la nueva matriz ósea no se mineraliza por las mismas razones que en el raquitismo. O sea que la diferencia entre raquitismo y osteomalacia radica en que el raquitismo el osteoide que no se mineraliza es el que forma nuevo hueso (porque se da en los niños) mientras que en la osteomalacia el osteoide que no se mineraliza es el que se forma durante el proceso de remodelación permanente del hueso (porque se da en los adultos).