Hueso
Tejido conectivo duro que, junto con el cartílago, forma el esqueleto de los humanos y otros vertebrados. Está formado por cristales de fosfato de calcio dispuestos sobre un andamiaje proteico. El hueso desempeña diversas funciones: tiene un papel estructural y mecánico; protege los órganos vitales; proporciona un lugar para la producción de células sanguíneas; sirve como reserva de calcio. Ver Tejido conectivo
Hay dos tipos de hueso en el esqueleto: los huesos planos (por ejemplo, los huesos del cráneo y las costillas) y los huesos largos (por ejemplo, el fémur y los huesos de la mano y los pies). Ambos tipos se caracterizan por una capa exterior de hueso denso y compacto, conocida como hueso cortical, y un material óseo esponjoso interior formado por finas trabéculas, conocido como hueso esponjoso. El hueso cortical está formado por capas de hueso (láminas) en una disposición cilíndrica concéntrica ordenada alrededor de pequeños canales de Havers. Estos canales interconectados conducen los vasos sanguíneos, los vasos linfáticos y los nervios a través del hueso y se comunican con el periostio y la cavidad medular. El periostio es una fina membrana que recubre la superficie exterior del hueso y está formada por capas de células que participan en la remodelación y reparación del hueso. El hueso esponjoso está en contacto con la médula ósea, en la que tiene lugar gran parte de la producción de células sanguíneas. La interfaz entre el hueso esponjoso y la médula se denomina endostio, y es en gran medida en este lugar donde se elimina el hueso en respuesta a la necesidad de aumentar el calcio en otras partes del cuerpo.
El hueso se forma mediante el establecimiento de una matriz osteoide por parte de los osteoblastos, las células formadoras de hueso, y la mineralización del osteoide mediante el desarrollo y la deposición de cristales de fosfato de calcio (en forma de hidroxiapatita) en su interior. Es el mineral, organizado en un patrón regular sobre un andamio de colágeno, el que da al hueso su rigidez. El osteoide contiene en gran medida fibras de colágeno de tipo I y cantidades menores de numerosas proteínas no colágenas. Aunque no se conoce bien el papel de estas proteínas en el hueso, se cree que su combinación particular en el hueso da a este tejido la capacidad única de mineralizarse. Está claro que estas proteínas interactúan entre sí y que el colágeno y varias de las proteínas no colágenas pueden unirse a receptores especializados en la superficie de las células óseas. Esta unión es importante para la adhesión de las células a la matriz ósea, y también proporciona señales de comportamiento a las células. Ver Colágeno
Los tipos celulares primarios del hueso son los que se encargan de su formación y mantenimiento (osteoblastos y osteocitos) y los que se encargan de su eliminación (osteoclastos). Los osteoblastos se forman a partir de la diferenciación de células estromales multipotenciales que residen en el periostio y la médula ósea. Bajo los estímulos apropiados, estas células estromales primitivas maduran hasta convertirse en células formadoras de hueso en lugares específicos del esqueleto. Bajo diferentes estímulos, también son capaces de convertirse en adipocitos (células grasas), células musculares y condrocitos (células cartilaginosas). Los osteocitos, que son osteoblastos que se incorporan al propio tejido óseo, son el tipo celular más numeroso del hueso. Residen en espacios (lagunas) dentro del hueso mineralizado, formando numerosas extensiones a través de diminutos canales (cannalículos) en el hueso que conectan con otros osteocitos y con las células de la superficie endosteal. Por lo tanto, los osteocitos se encuentran en una posición ideal para percibir las tensiones y las cargas ejercidas sobre el hueso y transmitir esta información a los osteoblastos de la superficie ósea, permitiendo así que el hueso se adapte a una carga mecánica alterada mediante la formación de hueso nuevo. También se cree que los osteocitos son las células que detectan y dirigen la reparación de los daños microscópicos que suelen producirse en la matriz ósea debido al desgaste. La falta de reparación de las grietas y microfracturas que se producen en el hueso, o cuando este microdaño se acumula a un ritmo superior al de su reparación, puede causar el fallo estructural del hueso, como en las fracturas por estrés. Se ha identificado un gran número de moléculas que regulan la formación y la función de las células osteoblásticas. Las hormonas circulantes, como la insulina, la hormona de crecimiento y los factores de crecimiento similares a la insulina, se combinan con factores de crecimiento dentro del propio hueso, como el factor de crecimiento transformante beta (TGFβ) y las proteínas morfogenéticas óseas (BMP), para influir en la diferenciación de los osteoblastos.
Los osteoclastos son típicamente células grandes y multinucleadas, ricas en la maquinaria intracelular necesaria para la resorción ósea. Esto se consigue cuando las células forman una zona de cierre hermético mediante la adhesión de la membrana celular contra la matriz ósea, creando un compartimento de resorción ósea. En este espacio, la célula secreta ácido para disolver el mineral óseo y enzimas para digerir el colágeno y otras proteínas de la matriz ósea. La eliminación de hueso por parte de los osteoclastos es necesaria para permitir la reparación de los daños microscópicos y los cambios en la forma del hueso durante el crecimiento y la erupción de los dientes. La resorción ósea mediada por los osteoclastos es también el mecanismo de liberación del calcio almacenado en el hueso para el mantenimiento de los niveles de calcio en la sangre. La mayoría de los agentes que promueven la resorción ósea actúan sobre las células osteoblásticas, que a su vez transmiten señales a los precursores de los osteoclastos para que se diferencien en osteoclastos maduros. Estos agentes incluyen la forma activa de la vitamina D, la hormona paratiroidea, la interleucina-1, la interleucina-6 y la interleucina-11, y prostaglandinas como la prostaglandina E2. La diferenciación a osteoclastos plenamente funcionales también requiere un estrecho contacto entre los precursores de osteoclastos y las células osteoblásticas. Esto se debe a una molécula denominada factor de diferenciación de osteoclastos (ODF) que se localiza en la superficie de los osteoblastos, se une a receptores en la superficie de las células precursoras de osteoclastos e induce su progresión a osteoclastos.
Los huesos planos y los huesos largos se forman por diferentes medios embriológicos. La formación de los huesos planos se produce por osificación intramembranosa, en la que las células mesenquimales primitivas se diferencian directamente en osteoblastos y producen trabéculas óseas dentro de una membrana perióstica. La naturaleza inicial de este hueso es relativamente desorganizada y se denomina hueso tejido. Posteriormente, este hueso tejido se remodela y se sustituye por el hueso laminar maduro, mucho más resistente, formado por capas de matriz calcificada dispuestas de forma ordenada. Los huesos largos se forman mediante un desarrollo intracartilaginoso en el que el futuro hueso comienza como cartílago. La plantilla de cartílago es sustituida gradualmente por hueso en una secuencia ordenada de acontecimientos que comienza en el centro del hueso en crecimiento. El cartílago permanece en los extremos de los huesos largos durante el crecimiento, formando una estructura en cada extremo denominada placa de crecimiento. Las células del cartílago (condrocitos) que surgen en las placas de crecimiento proliferan y aumentan la longitud del hueso. Esto ocurre durante una compleja serie de acontecimientos, con una expansión tanto hacia el centro del hueso como fuera de él. Cuando el hueso alcanza su longitud final en la madurez, la expansión desde el cartílago de crecimiento cesa. El cartílago persiste en los extremos de los huesos largos en una forma específica denominada cartílago articular, que proporciona las superficies de apoyo lisas para las articulaciones.
El hueso es un tejido dinámico y se remodela constantemente por la acción de los osteoclastos y los osteoblastos. Tras la eliminación del hueso, los osteoclastos se desplazan a nuevos lugares de reabsorción o mueren; a esto le sigue una fase de inversión en la que los osteoblastos son atraídos al lugar de reabsorción. Se cree que los factores de crecimiento que están secuestrados en forma inactiva en la matriz ósea son liberados y activados por la actividad de los osteoclastos y que éstos, a su vez, promueven la producción de osteoide fresco por parte de los osteoblastos reclutados. El nuevo osteoide acaba por calcificarse y, de este modo, el hueso se forma y se sustituye en capas (láminas), que son el resultado de estos ciclos repetidos. En el hueso en crecimiento, la actividad de las células óseas se inclina hacia un aumento neto del hueso. Sin embargo, en el hueso sano y maduro existe un equilibrio entre la reabsorción y la formación de hueso. Cuando el equilibrio entre estos dos tipos de células se rompe, se produce una patología esquelética.
La enfermedad ósea más común es la osteoporosis, en la que se produce una pérdida neta de hueso debido a la reabsorción ósea osteoclástica que no se corresponde completamente con la formación de hueso nuevo. La causa más conocida de la osteoporosis es la que se produce en las mujeres debido a la pérdida de estrógenos circulantes tras la menopausia. Otra causa de la pérdida ósea osteoporótica se observa en la osteoporosis por desuso. Al igual que el hueso puede responder a un aumento de la carga con la producción de hueso adicional, el hueso también depende de la carga regular para su mantenimiento. Puede producirse una pérdida ósea importante durante el reposo prolongado en cama o, por ejemplo, en la paraplejia y la tetraplejia. Asimismo, la descarga del esqueleto (debido a la falta de atracción gravitatoria) en los vuelos espaciales provoca una grave pérdida ósea en los astronautas, a menos que se simulen los efectos de la gravedad mediante ejercicios y dispositivos especiales. Ver Osteoporosis
Muchas enfermedades metabólicas y genéticas pueden afectar a la cantidad y calidad del hueso. Las enfermedades metabólicas como la diabetes, las enfermedades renales, la sobre-secreción de la hormona paratiroidea por parte de las glándulas paratiroides, la anorexia nerviosa y el raquitismo dependiente de la vitamina D pueden causar osteopenias (la reducción del volumen y la calidad estructural del hueso). El tratamiento inmunosupresor en pacientes con trasplante de órganos puede provocar una reducción de la masa ósea, al igual que los tumores óseos y de otras localizaciones. Los tumores pueden producir sustancias que provocan la activación de la resorción ósea osteoclástica. En la enfermedad de base genética osteogénesis imperfecta, las mutaciones en el gen del colágeno tipo I dan lugar a la producción de cantidades reducidas de colágeno o de moléculas de colágeno alteradas por los osteoblastos. Otras enfermedades comunes del esqueleto son las de las articulaciones, como la artritis reumatoide y la artrosis. Ver Glándula tiroidea