Tejido Óseo
Presentado por: Daniela Gonzales; Angélica María Guzmán; Paula Alejandra López, Valentina López; Juan David Restrepo; Sandra Milena Roberto, Laura Camila Tejada, Adriana Trujillo, Laura Daniela Valencia; Bryggitte Vanesa Yepes y Valentina Zuluaga.
Presentado al: Dr. Oscar Agusto Ruiz.
Corporación Universitaria Empresarial Alexander von Humboldt. Facultad ciencias de la salud-Programa de Medicina. Febrero 2015. Armenia, Quindío.
Tejido óseo El tejido óseo representa la parte principal del esqueleto. Es un material relativamente liviano, de gran dureza y resistencia, pero también con cierta elasticidad. Estas propiedades le confieren especial aptitud como material esquelético. El tejido óseo es una forma especializada de tejido conectivo denso y, al igual que el cartílago, se compone de células y una matriz extracelular. La dureza surge de la calcificación de la matriz extracelular. La función del tejido óseo es la de formar parte de órganos de sostén, dado que actúa como barra de pesas de los músculos insertados y brinda rigidez al organismo, como protección contra la fuerza de gravedad. El esqueleto también tiene importantes funciones protectoras al rodear el encéfalo y la medula espinal y parte de los órganos del tórax y el abdomen. Además, el tejido óseo es un eslabón importante en la homeostasis del calcio (gr. Homoios, similar, stasis; estado estable, la homeostasis es un estado de equilibrio dinámico regulado), dado que los huesos del esqueleto contienen más del 99% del calcio del organismo . Aunque el hueso es una de las sustancias más duras dl cuerpo, es un tejido dinámico que cambia de forma constantemente en relación con las fuerzas que soporta. Por ejemplo, las lesiones aplicadas al hueso dan lugar a su resorción, en tanto que la tensión que se aplica sobre él tiene como efecto el desarrollo del nuevo hueso. Al aplicar estos hechos, el ortodoncista puede remodelar el hueso de los arcos dentales durante el movimiento y rectificación de los dientes para corregir la mala oclusión, lo que brinda al paciente una sonrisa más natural y agradable.
Organización macroscópica del tejido óseo Desde el punto de vista macroscópico, el tejido óseo se organiza en los huesos de dos formas diferentes. El tejido óseo compacto o cortical (sustancia completa) es una masa compacta sin espacios visibles. El tejido óseo trabecular o esponjoso (sustancia esponjosa) está compuesto por finos listones u hojas, las trabéculas (dim. Del lat. Trabs, listones), que se entrecruzan en distintas direcciones y forman un reticulado esponjoso, en cuyos espacios huecos intercomunicados se encuentra la medula ósea. Casi todos los huesos se componen de tejido óseo cortical y trabecular, aunque ambos tipos se encuentran en cantidades y distribución muy variables. Según su forma, los huesos se clasifican en largos, cortos, planos e irregulares. Los huesos son más largos que anchos y están formados por una caña larga (diáfisis) y dos extremos (epífisis). Los huesos cortos tienen una forma casi cúbica, como los de la muñeca y del tobillo. Según su aspecto macroscópico y su densidad, los huesos también se pueden clasificar como compactos y esponjosos. La diáfisis de un hueso largo está compuesta principalmente por hueso compacto y una cavidad medular que está rellena de médula ósea. Las epífisis de los hueso largos están compuestas, en su mayor parte, por hueso esponjoso (trabecular). Por último, las superficies articulares están cubiertas de cartílago articular, lo que les proporciona un aspecto liso donde se articulan con el siguiente hueso. La metáfisis es una zona de transición entre la diáfisis y la epífisis: representan el nivel en el que termina el hueso esponjoso y comienza la capacidad de la médula ósea. La superficie externa del hueso compacto está cubierta por el periostio, una capa gruesa de tejido conectivo denso que tiene vasos sanguíneos. El endostio, una capa fina de tejido conjuntivo con una única capa de células osteoprogenitoras y osteoblastos, forma una barrera entre el hueso y la cavidad medular (esta capa se continuaría con las trabéculas del hueso esponjoso). La estructura general del hueso compacto incluye: 1) la ostenta, un conducto rodeado por capas de la mini las concéntricas; 2) laminillas intersticiales, que son capas de la mini las entre osteonas; 3) laminillas circunferenciales externas, que son las capas externas de las laminillas, localizadas por debajo del periostio y que rodean por fuera todo el hueso compacto, y 4) laminillas circunferenciales internas, que son capas de laminillas localizadas por debajo del endostio y que forman la capa más interna del hueso compacto. El conducto de Havers es un espacio central por el que cruzan los vasos sanguíneos. El conducto de Volkmann es un espacio situado en perpendicular al conducto de Havers, y se encarga de formar la conexión entre dos conductos de Havers. En los huesos largos. Por ejemplo la tibia, la diáfisis (gr. Dia, entre, fyo, crecimiento) se compone de tejido óseo cortical que rodea el espacio medular como un tubo de paredes gruesas. En cambio los extremos de los huesos largos o
epífisis (gr. Ei, sobre) se compone casi con exclusividad de tejido óseo trabecular, que solo en la parte más externa se transforman en una fina capa de tejido óseo cortical. Aquí, las superficies articulares están recubiertas por cartílago articular (hialino). La transición entre diáfisis y la epífisis se denomina metáfisis (gr, meta, varios significados, entre ellos tras. Medio. Entre). Durante el periodo de crecimiento, la metáfisis está separada de cada epífisis por un disco de cartílago, el disco epifisario. Donde se produce el crecimiento longitudinal del hueso. En el esqueleto adulto, el hueco medular del hueso largo se comunica con los espacios medulares de la epífisis. Salvo las superficies articulares recubiertas de cartílago, las superficies externas de los huesos están rodeadas por una capa de tejido conectivo denso, el periostio. Una delgada membrana inferior de tejido conectivo con células abundantes, el endostio recubre todas las superficies óseas internas (espacio medular y trabecular).
Características histológicas del tejido óseo
Debido a la dureza del tejido óseo, para realizar preparados histológicos puede lijarse un fragmento de hueso hasta que se obtenga una lámina tan fina que permita el paso de la luz del microscopio (método de desgaste). Otra posibilidad consiste en descalcificar el tejido óseo y luego prepararlo como cualquier tejido blando. Para el tejido óseo no descalcificado, a menudo se usa la coloración tricrómica de Masson-Godner, por la cual el hueso mineralizado se tiñe de verde, el tejido desmineralizado se tiñe de rojo y el cartílago hialino, de naranja. El hueso cortical contiene sistemas de Havers (u osteonas corticales). Un sistema de Havers forma un cilindro longitudinal en el hueso que mide, en promedio unos 150 µm de diámetro y unos 3 mm de longitud. En la parte central de un sistema de Havers, se encuentra un conducto longitudinal, el conducto Havers con un diámetro de alrededor de 50 µm. cada conducto contiene capilares, fibras nerviosas y tejido conectivo. Alrededor del conducto de Havers, la matriz ósea se dispone en laminillas concéntricas. Las laminillas minen unos 3 µm de espesor, y un sistema de Havers característico contiene unas 15 laminillas compuestas casi con exclusividad por fibras de colágeno (tipo I) de transcurso paralelo en cada laminilla, pero que modifican la dirección entre una laminilla y otra. Entre los sistemas de Havers se detectan restos de laminillas provenientes de sistemas de Havers se detectan restos degradados, denominados laminillas intersticiales. Por último, justo por debajo del periostio y el endostio se encuentra una capa relativamente delgada de laminillas de disposición plana, las laminillas circunferenciales externas e internas, que transcurren paralelas a las superficies externa e interna del hueso cortical. Los sistemas de Havers tienen límites netos denominados líneas de cemento, que contienen relativamente escasas fibras colágenas y están muy mineralizados. Las células óseas u osteocitos se ubican en pequeñas lagunas alargadas de las laminillas. Poseen numerosas prolongaciones finas que transcurren en canales estrechos, los canalículos de ramificación perpendicular desde las lagunas vecinas y con los conductos del tejido óseo que contienen los vasos, además de las superficies externas e internas del hueso. De este modo, los osteocitos pueden recibir y secretar sustancias por difusión través de la escasa cantidad de líquido tisular que rodea las prolongaciones en los canículas (por estar calcificadas la difusión a través de la matriz es imposible). También parece que hay transporte de sustancias a través de las prolongaciones celulares comunicadas mediante uniones de hendidura (nexos). Otro sistema de canales conductores de vasos, los conductos de Volkmann, comunican los conductos de Havers entre sí y con las superficies externas e internas del hueso. Los conductos de Volkmann atraviesan el tejido óseo en sentido casi transversal y no están rodeados de laminillas ordenadas en forma concéntrica. Por medio de los conductos de Volkmann, los vasos de los conductos
de Havers se comunican entre sí y con los vasos del periostio y de la cavidad medular. El tejido óseo trabecular también está compuesto por laminillas, pero no en la forma de sistemas de Havers. Está constituida por osteonas trabeculares que tienen forma de disco plano característico de unos 60 µm de espesor y una longitud de uno 600 µm. El disco está formado por alrededor de 20 laminillas de transcurso paralelo a la superficie del disco. Las laminillas del hueso trabecular están constituidas de la misma forma que en el hueso cortical. El espesor normal de as trabéculas varía entre 50 y µm 400 µm. en el tejido óseo que normalmente soporta pesos, por ejemplo el de las vértebras, las trabéculas son más gruesas en la dirección de la caga, lo cual confiere mayor resistencia en esta dirección. Para evitar que las trabéculas verticales se doblen por la presión de la carga, son más rígidas por incorporación de delgadas trabéculas transversales (horizontales). En el tejido óseo trabecular no se encuentran conductos de Havers ni conductos de Volkmann y, por tanto, no hay vasos sanguíneos. La nutrición de los osteocitos del tejido óseo trabecular se produce por difusión desde la superficie del endostrio a través de los canículos comunicantes. La osteona también se denomina unidad estructural ósea (BSU. bone structural unit) y presenta distinta conformación en la osteona cortical y en la osteona trabecular. Hueso entretejido. Durante la formación de los huesos y en el caso de fracturas, primero se forma tejido óseo inmaduro que no tiene disposición laminar. Las fibras colágenas transcurren en un entretejido aleatorio: este tipo de tejido óseo se denomina hueso entretejido o hueso no laminillar. En el remodeladoposterior, se reemplaza el hueso entretejido por hueso laminillar. El periostio se compone de una capa externa y una interna. La capa interna es tejido conectivo laxo vascularizado, con algunas células. En el periodo de crecimiento se detectan osteoblastos (células formadoras de hueso) y células osteoprogenitoras, que son las células madre de los osteoblastos. Después de finalizado este periodo, los osteoblastos se transforman en células de revestimiento óseo que forman una capa plana sobre la superficie ósea. Dispersas entre estas células, se encuentran células osteoprogenitoras en reposo. En condiciones normales, las células de revestimiento óseo no pueden restablecer la producción de matriz ósea, pero en el caso de fractura ósea, las células osteoprogenitoras se dividen y dan origen a nuevos osteoblastos que forman nuevo tejido óseo durante la reparación de la fractura. La capa externa del periostio se compone de tejido conectivo denso con vasos y nervios. Aquí, los vasos sanguíneos son de mayor tamaño y se ramifican hacia los conductos de Volkmann. Además, haces de fibras colágenos pasan desde la capa externa del periostio hacia la capa externa del hueso. Estas fibras de Sharpey fijan con firmeza el periostio al hueso subyacente.
El endostio es mucho más fino que el periostio y se compone de una única capa de células planas de revestimiento óseo, que cubren la superficie del hueso en las trabéculas, las cavidades medulares y los conductos de Havers y Volkmann. En el endostio también hay células osteoprogenitoras, y en las zonas con formación de hueso aparecen osteoblastos.
Matriz ósea La matriz ósea extracelular se compone de una matriz orgánica y una inorgánica. La matriz orgánica está formada por fibras colágenos incluidas en una sustancia fundamental. En adultos, el colágeno representa alrededor del 90% de la matriz orgánica. La matriz inorgánica se compone de sales de calcio. La resistencia a la compresión de tejido óseo se debe al contenido de sales inorgánicas, mientras que sus propiedades elásticas y de resistencia a la tracción dependen en particular del contenido de colágeno. Matriz inorgánica El hueso es una de las sustancias más duras y fuertes de cuerpo. Su dureza y fuerza se deben a la conjunción de cristales de hidroxiapatita con colágeno. Cuando se descalcifica (es decir, se elimina todo el mineral del hueso), conserva aún su forma original pero se torna tan flexible que puede doblarse como una pieza de caucho correoso. Matriz orgánica La colágena, la mayor parte de la cual es tipo l, constituye alrededor del 80 al 90% del componente orgánico del hueso. Esta dispuesta en haces grandes que muestran una periodicidad típica de 67nm. La colágena tipo l ene l hueso está muy enlazada en el plano transversal, lo que impide que se extraiga con facilidad Sustancia fundamental La sustancia fundamental está compuesta por proteoglucanos, en especial los que contienen condroitín sulfato. También hay varias moléculas más pequeñas, por ejemplo osteocalcina, osteonectina, osteopontina y diversas BMP (ing, bone morphogenetic proteins, proteínas morfógenas óseas). La osteocalcina producida por los osteoblastos se une a los cristales de hidroxiapatita (véase más adelante), y es posible que tenga importancia en el proceso de mineralización. Parte de la osteocalcina recién secretada pasa al torrente sanguíneo, por lo que puede utilizarse su concentración plasmática en la clínica como expresión del grado de formación de tejido ose. La osteocalcina sólo es producida por el tejido óseo, por lo que resulta especifica. Los osteoblastos también secretan osteonectina y osteopontina, que son glucoproteínas multiadhesivas capaces de unir las células óseas y las fibras colágenos a la hidroxiapatita. La BMP tiene gran importancia para el desarrollo de los huesos antes y después del nacimiento. Desempeñan un papel central en la formación ósea, dado que estimulan la diferenciación de los
osteoblastos a partir de las células mesenquimáticas y la capacidad formadora de hueso de los osteoblastos. Colágeno Las fibras colágenos del tejido óseo se componen fundamentalmente de colágeno de tipo I, es decir, el mismo tipo general de tejido conectivo.
Sales minerales En el adulto, la matriz inorgánica el tejido óseo representa alrededor del 75% del peso seco y está compuesta en su mayor parte por fosfato de calcio cristalino en la forma de cristales de hidroxiapatita, con formula general Ca10 (PO4)6(OH)2. Tiene la a forma de varas o placas finas, de unos 3 nm de espesor y hasta 60 nm e largo. Los cristales se disponen en las brechas de 40 nm entre los extremos de las moléculas de colágeno de las fibrillas y entre las propias fibrillas colágenos (véase en el capítulo 8, pág. 208). Además del fosfato de calcio, la matriz inorgánica contiene numerosos iones distintos, entre ellos, magnesio, potasio, sodio, carbonato y citrato. Una serie de elementos normalmente extraños al tejido óseo también son capaces de unirse a los cristales de hidroxiapatita, por ejemplo estroncio, fluoruro, iones de plomo, oro y otros metales pesados. Proceso de mineralización. La mineralización (calcificación) implica el depósito de minerales en la matriz orgánica del cartílago y el tejido óseo. La matriz recién formada y aun no calcificada se denomina osteoide, y está compuesta por proteoglucanos y fibras colágenas, es decir, la parte orgánica de la matriz ósea. Aún no se conocen los detalles del proceso de mineralización, pero de iones de calcio y fosfato, que luego se transforman en cristales de hidroxiapatita. Tal como se mencionó, los cristales se ubican dentro y a lo largo de las fibrillas. Se cree que el propio proceso de mineralización se desencadena por liberación de las denominadas vesículas matriciales por los osteoblastos, al igual que por de otras células que intervienen en la formación de los tejidos duros mineralizados del organismo, es decir, los condrocitos del cartílago (en relación con su calcificación) y los odontoblastos y ameloblastos de los dientes. En las vesículas matriciales (de unos100 nm de diámetro), se concentran los iones de calcio y fosfato por acción de moléculas fijadoras de calcio y fosfatasa alcalina, y los cristales se forman por depósito de fosfato de calcio cuando se excede la capacidad de disolución. Los cristales son liberados de las vesículas al osteoide, donde junto con el colágeno y los proteoglucanos conforman la base de la posterior formación de cristales a partir de los iones calcio y fosfatos de la fase ocuosa circundante, que por lo general esta sobresaturada de esos iones. Se cree que el proceso de mineralización en el cartílago y el hueso entretejido recién formado ocurre de esta
forma, mientras que aún no se ha aclarada la importancia de las vesículas matriciales en la mineralización del hueso laminillar. El proceso de mineralización comienza de 10-20 días después de la formación de la matriz ósea orgánica. En unos 3-4 días se depositan el 80% del mineral óseo incluido en lo que se denomina mineralización primaria, mientras que el proceso se completa en la mineralización secundaria, durante los siguientes 3-4 meses, cuando los cristales de hidroxiapatita crecen por reemplazo de agua ligada a los cristales por mineral. Isótopos osteotrópicos Varios isótopos radiactivos liberados por una exposición nuclear pueden ser absorbidos o sustituir el calcio en los cristales de hidroxiapatita del tejido óseo. Estos isótopos osteotrópicos de los cuales el 90Sr (estrencio) y el 239Pu (plutonio) también pueden ser liberados en casis de averías en reactores nucleares, son inhalados o ingresan con los alimentos y se depositan en los huesos, donde causan graves lesiones por radiación en el tejido óseo y la medula ósea, por ejemplo con desarrollo de osteosarcoma (cáncer óseo), agranulocitosis (interrupción de la producción de leucocitos granulares9 y leucemia constante.
Células Óseas Existen 5 tipos de células óseas: las osteoprogenitoras, los osteoblastos, los osteocitos, las células de revestimiento óseo y los osteoclastos. Células osteoprogenitoras Las células osteoprogenitoras se diferencian a partir de las células mesenquimáticas más primitivas. La célula madre mesenquimáticas pluripotente que da origen a las células osteoprogenitoras también tiene capacidad para diferenciarse a fibroblastos, condrocitos, adipocitos, células musculares y endoteliales. Las células osteoprogenitoras se originan en el mesénquima fetal cerca de los centros de osificación, y aparecen en la medula ósea, en el endostio y en la capa profunda de periostio después del parto y durante el resto de la vida posnatal. Se asemejan a fibroblastos, dado que poseen núcleos ovales claros y citoplasma claro con límites irregulares. Las células osteoprogenitoras son las células madre de los osteoblastos, y durante la formación del hueso se dividen y se desarrollan a osteoblastos. Esto ocurre sobre todo durante la vida fetal y la etapa del crecimiento. En la edad adulta, la diferenciación de las células osteoprogenitoras a osteoblastos puede observarse en relación con la curación de fracturas, el modelado y el remodelado.
Osteoblastos Los osteoblastos son las células formadoras de hueso, es decir, sintetizan y secretan matriz ósea orgánica (osteoide). En las zonas con formación de hueso, los osteoblastos forman una capa de células cubicas sobre la superficie del osteoide recién formado. Están en contacto entre sí a través de cortas prolongaciones delgadas unidas por nexos. El núcleo suele estar localizado en la porción de la célula orientada en dirección opuesta a la del hueso recién formado. El citoplasma es muy basófilo, y con el microscopio electrónico se distingue un retículo endoplasmático rugoso bien desarrollado y un prominente aparato de Golgi. En la superficie y en el citoplasma del osteoblasto es posible demostrar la presencia de gran cantidad de fosfatasa alcalina, y es muy probable que esta enzima tenga importancia en el proceso de mineralización. Durante la formación del hueso, alrededor del 10% de los osteoblastos se ubican en el tejido óseo recién formado y se transforma en osteocitos (véase mas adelante), mientras que los osteoblastos restantes se transforman en células de revestimiento óseo o sufren apoptosis cuando finaliza la formación de hueso. Las células de revestimiento óseo mantiene el contacto con los osteocitos mediante las prolongaciones en los canalículos.
Osteocitos El osteocito es la verdadera célula ósea. Como ya se mencionó, los osteocitos se diferencian a partir de los osteoclastos quedan atrapados en la matriz ósea recién formada. La diferenciación de osteoblastos a osteocitos se caracteriza por una degradación paulatina del retículo endoplasmático rugoso y del aparato de Golgi. En los cortes histológicos, los osteocitos ocupan toda la laguna en la que se encuentran, pero a menudo están contraídos, sobre todo en preparados desmineralizados. En los cortes teñidos con azul de toluidina, los canículos se distinguen con claridad, y en su interior se encuentran las finas prolongaciones rodeadas por líquido intersticial del tejido. A través de las prolongaciones, los osteocitos están en contacto entre sí y con las células de revestimiento óseo, lo que al parecer tiene importancia para el inicio de remodelado del tejido óseo (véase la pág. 276). Según parece la nutrición de los osteocitos ocurre a través del líquido intersticial de los canalículos. La formación mecánica del hueso tiene efectos sobre las condiciones de las corrientes del líquido intersticial en los canículos. Se cree que los osteocitos pueden detectar variaciones de las corrientes del líquido y también la efectiva deformación mecánica del tejido óseo. A través de las prolongaciones, los osteocitos pueden comunicarse con las células de la superficie del hueso. Por lo tanto, es probable que actúen como una especie de mecanorreceptores de importancia para mantener la calidad del tejido óseo, dado que mediante la transmisión de señales hacia la superficie pueden facilitar el remodelado del hueso. Además, los osteocitos parecen que actúan sobre la formación ósea, pues producen la glucoproteína esclerótica, que inhibe la formación de hueso por los osteoblastos.
Los osteocitos también tienen importancia en la homeostasis del calcio debido a la posible capacidad para degradar el tejido óseo relacionado con las lagunas y los canículos, en la denominada “osteólisis osteocítica”, y así movilizar los iones calcio. Esto aún no se ha declarado por completo. Cabe destacar que la eventual osteólisis osteocítica no está relacionada con el remodelado.
Células de revestimiento óseo Las células de revestimiento óseo se originan de osteoblastos que han finalizado la formación de hueso y se organizan una capa simple de células planas sobre todas las superficies óseas internas y externas en las que no hay actividad de osteoblastos u osteoclastos. Esta capa de células de revestimiento óseo tiene gran importancia, porque se ubica sobre una capa muy delgada de osteoide (matriz ósea no mineralizada). La resorción ósea nunca ocurre sobre superficies recubiertas por osteoide u otra matriz ósea no mineralizada (colágeno), por lo que es necesario eliminar esta capa mediante la enzima colagenasa ante de que los osteoclastos entren en contacto directo con el tejido óseo mineralizado y comiencen la resorción. La colagenasa es secretada por las células de revestimiento óseo activadas (posiblemente ante una señal de los osteocitos por vía de los nexos). Una vez degradado el osteoide de la superficie, las células de revestimiento óseo se retraen y dan paso a los osteoclastos.
Osteoclastos Los osteoclastos son células gigantes multinucleadas que degradan el hueso, y tiene tamaño y forma muy variables. En condiciones normales, poseen un diámetro de hasta 100µm y contiene 5-10 núcleos, pero en condicione patológicas (por ejemplo en relación con metástasis óseas osteolíticas) pueden haber hasta 200 núcleos en una única célula. El citoplasma de los osteoclastos jóvenes es algo basófilo, pero después adquiere la acidofilia característica. A menudo, los osteoclastos se localizan en cavidades de la superficie del hueso denominadas lagunas de Howship. Con el microscopio electrónico se observa que le citoplasma contiene varios complejos de Golgi, numerosos mitocondrias y muchas vesículas, de las cuales varias son lisosomas primarios que contiene, entre otras sustancias, catepsina K, metaloproteinasas de la matriz (MMP) y fosfatasa ácida resistente al tartrato (TRAP) (ing. Tartrate resistant acid phosphatase). Se utiliza TRAP como marcador específico de osteoclastos. En la superficie de los osteoclastos orientada hacia la superficie ósea, se observa un borde fruncido o borde festoneado compuesto por profundas invaginaciones y evaginaciones del plasmalema. Entre estos repliegues de la membrana celular se distinguen cristales de hidroxiapatita. Entre el osteoclasto y la superficie del hueso, se encuentra el espacio subosteoclástico, sellado en la periferia por una zona anular, la zona de sellado, donde la membrana plasmática del osteoclasto se fija con fuerza al tejido óseo mediante moléculas de adhesión celular (osteopontina e integrina). El líquido extracelular del espacio subosteoclástico tiene un PH de alrededor de 4, que se logra mediante una ATPasa localizada en el plasmalema del borde fruncido, que bombea protones hacia el espacio subosteoclástico. En el citoplasma cercano al borde del fruncido, se encuentra la enzima anhidrasa carbónica, que cataliza la formación de ácido carbónico a partir de anhídrico carbónico y agua, con posterior producción de protones por disociación del ácido
carbónico. En la resorción ósea, las enzimas lisosómicas se vacían en el espacio subosteoclastico. Las enzimas, de las cuales la más importante es la catepsina K, degradan la matriz ósea orgánica, mientras que el pH bajo disuelve la matriz ósea inorgánica. Durante la degradación del tejido óseo, los osteoclastos son capaces de fagocitar los restos de osteocitos, el colágeno y el mineral. Cuando finaliza la resorción, se cierra la superficie ósea libre con una línea de cemento. El osteoclasto, con movimiento activo, se desplaza con rapidez sobre la superficie del hueso para comenzar una posible nueva resorción. Por último, es muy probable que el osteoclasto muera por apoptosis. Los osteoclastos se forman a partir de una célula madre distinta a las demás células óseas. Las células progenitoras de osteoclastos se diferencian de células madre de granulocitos-macrófagos en la médula ósea (CFU-GM, véase el Capítulo 10, p. 245) que también dan origen a los granulocitos neutrófilos y los monocitos-macrófagos. Las células progenitoras de osteoclastos se diferencian a proteoclastos, que aún son mononucleados y se fusionan para formar osteoclastos multinucleados maduros. Entre otros factores, la diferenciación es regulada por el sistema RANK (ing. receptor activator of nuclear factor kB, receptor activador del factor nuclear kB)/RANKL (ligado de RANK). El receptor RANK se encuentra en la superficie de los osteoclastos y sus precursores, y RANKL es una proteína de superficie que se expresa en la superficie de los osteoblastos y las células de estroma, en la medula ósea, entre otros sitios. RANK es estimulado por unión a RANKL, lo cual conduce a la diferenciación y la activación de los osteoclastos. Otro factor importante de este sistema es la osteoprotegerina (OPG), sintetizado sobre toso por los osteoblastos. La OPG inhibe la diferenciación y la activación de los osteoclastos, dado que pueden fijarse a RANKL e impedir la unión con RANK. La producción RANKL por los osteoblastos es estimulada por la hormona paratiroidea (PTH) y el 1,25-dehidroxicolecalciferol (la forma activada de la vitamina D, vitamina D3). Por lo tanto, la estimulación de la resorción ósea causada por PTH es indirecta, dado a que los osteoblastos poseen receptores de PTH y los osteoclastos, no. Del mismo modo, los osteoclastos carecen de receptores para vitamina D3, que se encuentran en los osteoblastos. Por su parte, los osteoclastos tienen receptores para calcitonina que, por unión a estos receptores, inhiben la actividad osteoclástica. El reclutamiento de osteoclastos hacia la zona del hueso donde iniciará la resorción ósea implica que los precursores mononucleares son guiados hacia la localización correspondiente. Se cree que los osteocitos y las células de revestimiento óseo desempeñan un papel importante en este proceso y como ya se mencionó, los osteocitos pueden funcionar como mecanorreceptores y
comunicar señales sobre la fortaleza y la calidad del tejido óseo a las células de revestimiento óseo.
Histogénesis de los huesos. La osificación implica formación de tejido óseo y siempre tiene lugar cuando los osteoblastos sintetizan y secretan matriz ósea orgánica que poco después se mineraliza. El sitio del hueso donde se inicia la formación ósea se denomina centro de osificación. La mayoría de los huesos se osifican desde varios centros de osificación que aparecen en distintos momentos. El primer punto de osificación se denomina centro de osificación primario: los posteriores, centros de osificación secundarios. La osificación puede originarse en varios puntos que se fusionan con rapidez para formar un centro primario. La mayor parte del hueso se desarrolla a partir del centro primario. Existen dos formas de osificación: intramembranosa y endocondral. El desarrollo del hueso en la osificación intramembranosa se produce directamente en el tejido conectivo primitivo del feto (mesénquima), mientras que el desarrollo óseo por osificación endocondral tiene lugar sobre un molde preformado de cartílago. La formación del hueso se produce del mismo modo en ambos casos. Osificación intramembranosa Los huesos planos del cráneo, partes de la mandíbula y la mayor parte de la clavícula se desarrollan por osificación intramembranosa. La denominación se debe a que la formación de los huesos comienza dentro de una placa membranosa densa de mesénquima. Este mesénquima denso se produce por división activa y posterior condensación de las células mesénquimas en un tejido conectivo muy vascularizado. En ciertas regiones de seste mesénquima condensado, grupo de celas mesenquimáticas se diferencian a osteoblastos
(probablemente a través de células osteoprogenitoras), que poco después comienzan a secretar matriz ósea orgánica (osteoide). Éste primer signo de formación de un centro de osificación se presenta como una pequeña masa homogénea eosinófila de osteoide rodeada por osteoblastos. El osteoide sufre un rápido proceso de mineralización por depósito de fosfato de calcio, por lo que se torna más esosinofilos, pero siempre se distingue una zona de osteoide coloreada con menor intensidad ente los osteoblastos y la matriz ósea calcificada (véase la Fig. 12-13). El centro de osificación crece en tamaño por el posterior depósito periférico de matriz, donde algunos osteoblastos se incorporan a la matriz y se transforman en osteocitos, que se mantienen unidos entre sí y con los osteoblastos incorporados son reemplazados por otros nuevos que se diferencian a partir de las células mesenquimáticas circundantes. Los pequeños islotes o trabéculas aisladas de tejido óseo recién formado suele ubicarse equidistantes de los vasos sanguíneos vecinos. Las trabéculas van formando una especie de tejido óseo esponjoso con tejido conectivo muy vascularizado en los espacios, denominados esponjosa primitiva (Fig. 12-18). El tejido óseo compacto se forma por engrosamiento constante de las trabéculas, por lo que los espacios ocupados por tejido conectivo alrededor de los vasos sanguíneos se estrechan en forma gradual. Así se origina una compacta primitiva (Fig. 12-19). Ambos tipos de tejido óseo primitivo se componen de hueso entretejido que, en el posterior remodelado del tejido, es reemplazado por tejido óseo laminillar. La membrana condensada de mesénquima que rodea el tejido óseo primitivo se transforma más tarde en periostio.
Osificación endocondral Todos los demás huesos del organismo se forman por osificación endocondral. Aquí el hueso se constituye sobre un molde ya establecido de cartílago hialino rodeado de pericondrio. El proceso de osificación endocondral se comprende con mayor facilidad al seguir la evolución en los huesos largos de los miembros, por ejemplo el fémur, donde la osificación comienza ya hacia la séptima semana de vida intrauterina. El primer indicio de comienzo de formación del hueso se detecta cerca del centro de la futura diáfisis, por la aparición del centro de osificación primario o de la diáfisis. En este sitio se hipertrofian los condrocitos, por lo que aumenta el tamaño de las lagunas (Fig. 12-20). Esto reduce la matriz cartilaginosa a solo finos tabiques que se calcifican, por lo que la matriz cartilaginosa calcificada como armazón para los osteoblastos en la consiguiente formación del hueso. En paralelo con las modificaciones en el cartílago, las células del pericondrio que rodena la parte central de la diáfisis adquieren propiedades osteógenas, y la capa se denomina ahora periostio. Las células de las parte profunda del periostio se diferencia a células osteoprogenitoras que proliferan y continúan su diferenciación a osteoblastos. Estas células forman rápidamente una delgada capa de tejido óseo alrededor de la porción central de la diáfisis por osificación intramembranosa, denominada manguito o collarete periostico (Fig. 12-22). Además, el tejido conectivo primitivo vascularizado de la porción profunda del periostio crece a través del manguito por actividad osteoclástica. Este crecimiento interno se caracteriza por ocurrir solo en un único sitio del manguito, denominado yema o brote perióstico (Fig. 12.-23), tras lo cual el tejido conectivo vascularizado invade los espacios de la matriz cartilaginosa. Los vasos del brote periostico se ramifican y envían capilares hacia las cavidades de cada extremo del modelo cartilaginoso (Fig. 12-24). El brote perióstico arrastra células mesenquimáticas que se diferencian a medula ósea primitiva o a osteoblastos. Los osteoblastos utilizan las trabéculas cartilaginosa calcificadas como armazón, dado que forman una capa simple de células en la superficie y comienzan a depositar allí matriz ósea que luego se mineraliza. Las trabéculas óseas recién formadas adquieren un aspecto muy característico, puesto que contiene un núcleo de cartílago calcificado muy basófilo, rodeado por una capa de osteoblastos (Fig. 12-25). En conjunto, las modificaciones morfológicas descritas ocurren en el denominado centro de osificación primario. A continuación, se describirá como continua el proceso de osificación endocondral, con creación de discos epifisiarios y centros de osificación secundarios.
Crecimiento longitudinal de los huesos largos Tras la formación del centro primario de osificación en la diáfisis, comienza a expandirse la cavidad medular primitiva (formada por fusión de lagunas del cartílago) hacia las epífisis. Esta expansión de la cavidad medular tiene lugar cuando los osteoclastos resorben con rapidez las trabéculas óseas formadas al principio, que solo representan un armazón temporario. Al mismo tiempo que la cavidad medular alcanza los extremos epifisarios del cartílago, los condrocitos se ordenan allí en columna longitudinales y se producen ahora los pasos siguientes del proceso de osteogénesis endocondral en las zonas sucesivas correspondientes que son, desde la epífisis (Fig. 12-26):
Una zona de cartílago de reserva Una zona de proliferación de los condrocitos Una zona de hipertrofia de los condrocitos Una zona de calcificación de cartílago Una zona de eliminación de cartílago y depósito óseo.
La zona de cartílago de reserva se compone de cartílago bastante primitivo, en el que tiene lugar un lento crecimiento en todas direcciones, En la zona de proliferación de los condrocitos, se produce división de las células cartilaginosas (hiperplasia) que se organizan en columnas longitudinales. En la zona de hipertrofia cesan las divisiones celulares y las células aumentan de tamaño. Las zonas de proliferación e hipertrofia de los condrocitos contribuyen al incremento longitudinal del cartílago. En este momento, por métodos histoquímicas es posible determinar la presencia de cantidades importantes de fosfatasa alcalina en los condrocitos. La zona de calcificación siempre es bastante angosta. Casi ha desaparecido la matriz entre las lagunas vecinas dentro
de una columna de células cartilaginosas, y en la escasa cantidad de remanente de matriz que hay entre las columnas comienzan a depositarse las sales de calcio. En la zona de eliminación de cartílago y depósito óseo, los condrocitos sufren apoptosis y sus lagunas aumentadas de tamaño son invadidas por asas capilares y células osteoprogenitoras provenientes de la cavidad medular primitiva. A partir de estas células osteoprogenitoras, se diferencian osteoblastos que generan matriz ósea en la superficie de las trabéculas cartilaginosas calcificadas. En cortes transversales al eje longitudinal del hueso, se observa que las trabéculas cartilaginosas longitudinales calcificadas forman las paredes de tubos longitudinales (Fig.12-27). Durante el crecimiento longitudinal continuo del hueso, los osteoclastos eliminan por resorción los extremos diafisarios de las trabéculas Oseas, pero al mismo tiempo se prolongan las trabéculas desde la epífisis con similar velocidad, por lo que la metafisis no modifica su longitud. Al mismo tiempo que tiene lugar el crecimiento longitudinal dentro del cartílago, el manguito crece en longitud y en diámetro por depósito de nuevo tejido óseo. La cavidad medular se prolonga naturalmente con el crecimiento longitudinal del hueso. Pero hay un crecimiento simultáneo del diámetro por resorción osteclastico de la superficie externa del manguito. Alrededor del tercer mes de vida fetal aparecen centros de osificación primarios en la diáfisis de todos los huesos largos principales del esqueleto. En el periodo perinatal, comienzan aparecer centros de osificación secundarios o epifisiarios en cada extremo de los huesos largo. Aquí, en el cartílago tienen lugar transformaciones similares a las descritas en la diáfisis, pero el conocimiento del cartílago se produce en todas las direcciones. Un brote de crecimiento que contiene vasos sanguíneos y tejido osteógeno del pericondrio invade el cartílago. Tras lo cuela se inicia el depósito de tejido óseo y la eliminación del cartílago. Durante toda vida, el interior de la epífisis se compone de hueso trabecular, mientras que en la parte externa se forma una delgada capa de hueso cortical primitivo. No se forma manguito y la capa exterior de cartílago de la epífisis por fuera del hueso cortical periférico se transforma en el cartílago articular. El disco cartilaginoso transversal que separa la epífisis de la diáfisis se denomina disco epifisario. La constante formación interna de cartílago que es reemplazado por hueso es el fundamento del crecimiento longitudinal del hueso en desarrollo. El espesor del disco epifisario se mantiene bastante constante hasta la pubertad, dado que la proliferación la hipertrofia de los condrocitos está en equilibrio con la eliminación de cartílago y su reemplazo por tejido óseo. Pero después de la pubertad disminuye en forma gradual la proliferación de cartílago y se reduce el espesor del disco epifisario por la formación continua de hueso desde el extremo diafisario del cartílago. Por ultimo desaparece el disco epifisario, y este cierre de la epífisis implica que finalmente se une la diáfisis con el tejido óseo de la epífisis. El sitio de unión se distingue durante toda la vida como una irregularidad en la
estructura del tejido trabecular y se denomina línea epifisaria. De esta manera termina el crecimiento longitudinal del hueso, que no puede reestablecerse. La lesión de un disco epifisario puede causar graves problemas de crecimiento, por lo que es de gran importancia clínica. Modelado de los huesos Durante todo el proceso de crecimiento, es decir la infancia y la primera juventud, los huesos mantienen aproximadamente su forma externa; esto se debe a que, junto con el crecimiento en longitud y tamaño, también tiene lugar un modelado de las superficies externa e interna del hueso. Por ejemplo, la diáfisis de los huesos largos crece en diámetro por depósito de tejido óseo en la cara externa (denominado aposición perióstica). Al mismo tiempo, los osteoclastos resorben tejido óseo en la superficie interna de la diáfisis, pero con menor velocidad que el depósito en la cara externa. El resultado es que el espesor de la pared de la diáfisis se incrementa en paralelo con el diámetro de la diáfisis y la cavidad medular. El crecimiento longitudinal ocurre por desarrollo del cartílago de las zonas de proliferación e hipertrofia de los discos epifisarios, al mismo tiempo la zona de calcificación es reemplazada por tejido óseo. Además, el depósito y la resorción ósea ocurren en distintas zonas de las superficies endóstica y perióstica del hueso cortical respectivamente por lo que se mantiene la forma externa del hueso. Durante el modelado, en el periodo de crecimiento tiene lugar entonces un desplazamiento de las superficies óseas (fenómeno denominado drift por los osteólogos de habla inglesa). Como en todos los casos, la formación de hueso se debe a la actividad de los osteoblastos, mientras que la resorción es efectuada por los osteoclastos; por lo característico del modelado es que las dos actividades son independientes, con predominio de la formación de hueso en el periodo de crecimiento. Se dice que los procesos no están acoplados, a diferencia de la situación acoplada en equilibrio del remodelado. El predominio de la formación de hueso implica un incremento constante de la masa ósea total durante el periodo de crecimiento, hasta alcanzar el valor más alto (“masa ósea máxima”) alrededor de los 30 años, es decir, cuando el esqueleto adquiere su tamaño y su forma definitivos. Remodelado de los huesos Ya en las primeras etapas de la vida posnatal comienza otro proceso en el tejido óseo, el remodelado o remodelación. Que comprende el reemplazo del tejido óseo ya formado por tejido nuevo. El remodelado comienza en la primera infancia y continúa durante toda la vida. Por lo que tiene lugar en forma paralela al modelado durante el periodo de crecimiento. En consecuencia. El primer tejido que se cambia por tejido nuevo en la remodelación será el hueso entretejido. Que es reemplazado por hueso laminillar.
El remodelado óseo se caracteriza porque la actividad de los osteoblastos y los osteoclastos esta acoplada. De modo tal que trabajan en conjunto como una unidad denominada unidad de remodelado óseo. Es decir, en un sitio de una superficie ósea. Primero cierta cantidad de tejido óseo es resorbida por los osteoclastos forman una cantidad equivalente de tejido óseo nuevo en el mismo sitio. En el hueso cortical, el remodelado comienza cuando un grupo de preosteoclastos se diferencia a osteoclastos que comienzan la resorción de tejido óseo con la creación de un túnel cilíndrico. Los osteoclastos forman un cono de corte o cono perforante claviforme que se desplaza por el hueso y perfora un conducto cilíndrico por resorción. Con un diámetro correspondiente al de la osteona. Después de la resorción, tiene lugar el crecimiento interno de vasos recién formados, tras lo cual se diferencian osteoblastos que depositan capa tras capa de tejido óseo laminillar sobre las paredes del conducto, que gradualmente se rellena y da lugar a la formación de una nueva osteona cortical. El depósito de tejido óseo comienza con la formación de una línea de cemento que limita la futura osteona del tejido ose circundante. Durante la formación del hueso. Se incluyen algunos osteoblastos en este tejido recién generado que se diferencian a osteocitos. En un corte longitudinal del conducto, se distingue un cono de cierre alargado, donde su punta surge del cierre gradual del conducto. La forma más alargada del cono de cierre respecto del cono perforante se debe a que la formación de hueso es más lenta que la resorción. Por último, los osteoblastos de transforman en células de revestimiento óseo que tapizan el conducto de Havers. En tejido óseo trabecular se observan las mismas fases de formación, pero aquí los osteoclastos no resorben un conducto. Sino un surco longitudinal (fosilla de resorción). Por lo que un corte longitudinal a través de la unidad de remodelado óseo se asemeja a medio cono. Así, el surco de resorción comienza en la superficie de una trabécula, y se profundiza hasta unos 70 µm (la profundidad del surco de resorción es equivalente al espesor de la osteona trabecular resultante). También aquí la formación de hueso comienza con una línea de cemento y termina cuando los osteoblastos se transforman en células de revestimiento óseo que forman una capa delgada sobre la superficie de la trabécula. El tejido óseo laminillar recién formado que ocupa el surco de resorción representa una nueva osteona trabecular. Como ya se mencionó, el tejido óseo inmaduro o hueso entretejido contiene fibras colágenas que transcurren en todas direcciones. En el remodelado de determinada zona, se reemplaza el hueso entretejido por hueso laminillar. El remodelado es un proceso que continua durante toda la vida y en el cual se forman generaciones sucesivas de osteona. El proceso de remodelado es igual para reemplazar hueso entretejido primitivo o hueso maduro laminillar de formación posterior. El acoplamiento de la actividad de los osteoclastos y los osteoblastos durante el remodelado implica que la formación de hueso siempre es
precedida por resorción ósea y que la resorción ósea siempre es seguida por formación de hueso. La frecuencia con la cual determina zona óseo sufre remodelado se denomina frecuencia de activación. En un individuo adulto, se remodela el hueso trabecular con una frecuencia una 10 veces mayor que el hueso cortical; el hueso trabecular normal se activa cada 2-3 años. La frecuencia de activación es afectada por factores locales tales como citosinas y factores de crecimiento secretados y por cargas mecánicas del tejido óseo, pero también por hormonas circulantes, en especial las tiroideas, la hormona paratiroidea y las sexuales. El “objetivo” del proceso de remodelación es renovar el tejido óseo envejecido que, como consecuencia de las cargas, puede presentar micro fracturas o contener osteocitos muertos, y que con la remodelación es reemplazado por tejido óseo nuevo de mayor calidad. El remodelado también permite la reorganización y la adaptación de la estructura trabecular del tejido óseo esponjoso ante posibles variaciones de las cargas sobre el hueso en cuestión. De esta manera, se obtiene la máxima fuerza mecánica posible en relación con las cargas sobre la cantidad de tejido óseo existente. Como se mencionó antes, los osteocitos pueden reaccionar frente a acciones mecánicas sobre el tejido óseo y es posible que, junto con las células de revestimiento óseo, intervengan en la activación del remodelado. Por último, el remodelado también tiene por objeto asegurar el mantenimiento de la homeostasis de calcio, dado que puede regularse la concentración de iones de calcio en el plasma sanguíneo a través de pequeñas variaciones del equilibrio entre la degradación y la formación del tejido óseo. El remodelado también presenta un lado negativo, dado que el periodo posterior a haber alcanzado la masa ósea máxima, a partir de los 30-40 años, causa una pérdida gradual e irreversible de masa ósea durante el resto de la vida. Esto se debe a que en cada unidad de remodelado óseo es mayor la cantidad de hueso resorbido que el nuevo formado, con la consiguiente pérdida de masa ósea (equilibrio negativo de formación ósea). En principio, está perdida ósea es reversible, dado que el tratamiento con medicamentos anabólicos óseos (p.ej. PTH) incrementa el espesor de las trabéculas. A medida que las trabéculas se adelgazan debido al equilibrio negativo de formación ósea, aumenta la probabilidad de que el surco de resorción perfore una trabécula o dos surcos ubicados cada uno a un lado de la trabécula se fusionen y la perforen. En consecuencia, en este sitio ya no se forma tejido óseo puesto que los osteoblastos solo producen tejido óseo sobre una superficie preexistente. En condiciones normales, esta pérdida ósea relacionada con la perforación es irreversible, dado que no pueden formarse nuevas trabéculas en el hueso maduro.