DESARROLLO
BIOQUÍMICO DE LOS HUESOS
*CONCEPTO Y FUNCIONES DE LOS HUESOS
Hay 206 huesos aproximadamente sin tener en cuenta los
supernumerarios o sesamoideos. El conjunto conformará el esqueleto. El hueso es
un órgano vivo en constante actividad. Tiene además una serie de funciones muy
importantes:
* Función de
protección: Protege órganos y sistemas dependiendo de los segmentos
corporales donde nos encontremos. Por ejemplo el cráneo protege al encéfalo.
También protegen el esternón y las costillas, en este caso al corazón, los
pulmones y los troncos arteriovenosos. Los huesos de la pelvis protegen al
aparato reproductor, urinario y digestivo. La columna vertebral protege la
medula espinal, también a los nervios raquídeos que salen de la médula.
* Función de carga: Sobre todo soporta cargas. Hay
determinados huesos que soportan mucha carga como los de las extremidades
inferiores, también la columna vertebral y la pelvis, por eso estos huesos
(sobre todos las extremidades inferiores) son tan gruesos y potentes.
*Función dinámica: Actúan como palancas, donde se
insertan músculos y tendones, aquí actúan como agente pasivo mientras que los
músculos serían los activos, que tirarían de los huesos para moverse.
* Función de depósito
de sales minerales: El
99 % de Ca y 80% de P están en los huesos. Intervienen en la regulación de la
calcemia.
* Función
hematopoyética: Porque
en el interior de3l huso esta la medula ósea que es la productora de elementos
formes sanguíneos.
*Función de regulación
de la respuesta inmune: Las tres primeras funciones son funciones básicamente mecánicas mientras
que las tres últimas son biológicas.
INTRODUCCIÓN
EI hueso es un tejido
metabólicamente activo formado por:
a) Un componente mineral (65 %) constituido principalmente
por sales de fosfato y carbonato cálcico y, en menor proporción, por magnesio,
sodio, potasio, flúor, sulfato y citrato
b) Un componente
orgánico (33%) que constituye la matriz donde se deposita de forma ordenada el
componente mineral, formada en un 95 % por colágeno, siendo el 5% restante proteoglicanos,
proteínas no colágenas como la
osteocalcina, osteonectina, sialoproteinas,etc... y !lípidos.
c) Un componente celular (2%) constituido por osteoblastos y
osteoclastos entre otros elementos celulares. Este tejido continuamente esta sometido
a un proceso metabólico de formación,
resorción y reparación en respuesta a las necesidades mecánicas y
metabólicas del organismo. Este proceso metabólico se denomina remodelado óseo
y es de naturaleza focal.
MAGNITUDES DEL METABOLISMO MINERAL
Los principales componentes del hueso son el calcio, el
magnesio y el fosfato, existiendo en el organismo mecanismos homeostáticos a
nivel intestinal, renal y óseo que mantienen sus concentraciones séricas entre
unos estrechos márgenes. Su regulación se realiza fundamentalmente mediante las
hormonas calciotropas: paratirina, calcitriol y calcitonina. Recientemente, se
ha demostrado que también intervienen en la regulación del metabolismo óseo
diversos factores locales.
HORMONAS CALCIOTROPAS
LA PARATIRINA
La parathormona o paratohormona, también denominada hormona
paratiroidea, PTH o paratirina, es una hormona peptídica secretada por la
glándula paratiroides que interviene en la regulación del metabolismo del
calcio y del fósforo.
La paratohormona es una hormona que produce hipercalcemia
(aumento de la concentración de calcio en sangre) si hay un aumento en su
secreción; por otro lado, su déficit produce hipocalcemia (bajos niveles de
calcio en la sangre) y como consecuencia de esto, puede inducir a la tetania.
Además, regula la concentración de iones calcio en el líquido extracelular,
aumentando la resorción ósea al estimular a los osteoclastos para resorber el
hueso, lo que libera más calcio al torrente sanguíneo. En el caso de iones
calcio lo que hace es aumentar la reabsorción en el túbulo proximal de estos
iones procedentes del hueso, principalmente, para así aumentar los niveles de
calcio en sangre. Por tanto, tiene un efecto contrario a la calcitonina.
Función
En el hueso: activa la función de los osteoclastos, para
aumentar la resorción (pérdida) de hueso y así aumentar los niveles plasmáticos
de calcio.
CALCITRIOL
El calcitriol (DCI) o 1-alpha, 25-dihidroxicolecalciferol (abreviado
1,25-(OH) 2D3) es la forma activa de la vitamina D que se encuentra en el
cuerpo (vitamina D3). Lo producen los riñones que hidroxilan el
25-hidroxicolecalciferol (25-OHD, o calcifediol) el cual a su vez es
previamente hidroxilado en el hígado y regula los niveles de calcio,
incrementando la absorción de calcio en el tracto gastrointestinal.
Al regular el nivel de calcio en la sangre, ayuda a mantener
el calcio en los huesos y en el equilibrio químico en el cuerpo. Cuando el
riñón no puede eliminar correctamente sustancias tóxicas por la orina, entonces
tampoco expulsa fósforo.
Función
Aumentaría reabsorción
ósea en caso de balance de calcio negativo.
ESTUDIO BIOQUÍMICO DEL REMODELADO OSEO
El remodelado óseo es un proceso de reestructuración del hueso
existente, que está en constante formación y reabsorción. Este fenómeno
equilibrado permite, en condiciones normales, la renovación de un 5-10% del
hueso total al año. A nivel microscópico el remodelado óseo se produce en las
unidades básicas multicelulares, donde los osteoclastos reabsorben una cantidad
determinada de hueso y los osteoblastos forman la matriz osteoide y la
mineralizan para rellenar la cavidad previamente creada. En estas unidades hay
osteoclastos, macrófagos, preosteoblastos y osteoblastos y están regidos por
una serie de factores, tanto generales como locales, permitiendo el normal
funcionamiento del hueso y el mantenimiento de la masa ósea. Cuando este
proceso se desequilibra aparece la patología ósea, bien por exceso
(osteopetrosis) o por defecto (osteoporosis).
El remodelado óseo existe toda la vida, pero sólo hasta la
tercera década el balance es positivo.
Es precisamente en la treintena cuando existe la máxima masa
ósea, que se mantiene con pequeñas variaciones hasta los 50 años. A partir de
aquí, existe un predominio de la reabsorción y la masa ósea empieza a
disminuir.
A nivel microscópico el remodelado óseo se produce en
pequeñas áreas de la cortical o de la superficie trabecular, llamadas unidades
básicas multicelulares o BMU (basic multicellular units). La reabsorción
siempre precede a la formación y en el esqueleto joven las cantidades de hueso
reabsorbidas son similares a las neoformadas. Por esto se dice que es un
proceso balanceado, acoplado en condiciones normales, tanto en el espacio como en el tiempo. La vida
media de cada unidad de remodelado en humanos es de 2 a 8 meses y la mayor
parte de este período está ocupado por la formación ósea. Existen en el
esqueleto humano 35 millones de unidades básicas multicelulares y cada año se
activan 3-4 millones, por lo que el esqueleto se renueva totalmente cada 10
años.
1. Fases del remodelado
El remodelado óseo puede ser dividido en las siguientes
fases):
Fase quiescente: Se dice del hueso en condiciones de
reposo. Los factores que inician el proceso de remodelado aún no son conocidos.
Fase de activación: El primer fenómeno que tiene lugar
es la activación de la superficie ósea previa a la reabsorción, mediante la
retracción de las células limitantes (osteoblastos maduros elongados existentes
en la superficie endóstica) y la digestión de la membrana endóstica por la
acción de las colagenasas. Al quedar expuesta la superficie mineralizada se
produce la atracción de osteoclastos circulantes procedentes de los vasos
próximos.
Fase de reabsorción: Seguidamente, los osteoclastos
comienzan a disolver la matriz mineral y a descomponer la matriz osteoide. Este
proceso es acabado por los macrófagos y permite la liberación de los factores
de crecimiento contenidos en la matriz, fundamentalmente TGF-β (factor
transformante del crecimiento β), PDGF (factor de crecimiento derivado de las
plaquetas), IGF-I y II (factor análogo a la insulina I y II).
Fase de formación: Simultáneamente en las zonas
reabsorbidas se produce el fenómeno de agrupamiento de preosteoblastos,
atraídos por los factores de crecimiento que se liberaron de la matriz que
actúan como quimiotácticos y además estimulan su proliferación. Los
preosteoblastos sintetizan una sustancia cementante sobre la que se va a
adherir el nuevo tejido y expresan BMPs (proteínas morfogenéticas óseas),
responsables de la diferenciación. A los pocos días, los osteoblastos ya
diferenciados van a sintetizar la sustancia osteoide que rellenará las zonas
horadadas.
Fase de mineralización: A los 30 días del depósito de
osteoide comienza la mineralización, que finalizará a los 130 días en el hueso
cortical y a 90 días en el trabecular.
Y de nuevo empieza fase quiescente o de descanso.
2. Factores reguladores
del remodelado óseo
El balance entre la reabsorción y la formación óseas está
influido por una serie de factores, interrelacionados entre sí, como son
factores genéticos, mecánicos, vasculares, nutricionales, hormonales y locales.
Factores genéticos
Son determinantes muy importantes en el pico de masa ósea, ya
que entre el 60 y el 80% de ésta se encuentra determinada genéticamente. Así
los sujetos de raza negra poseen una masa ósea mayor que los de raza blanca y
éstos mayor que la amarilla. La masa ósea se transmite de padres a hijos, por
ello la predisposición a padecer osteoporosis es mayor en hijas de madres que
la padecen.
Factores mecánicos
La actividad física es imprescindible para el correcto
desarrollo del hueso. Se cree que la acción muscular transmite al hueso una
tensión que es detectada por la red de osteocitos incluida en el interior del
fluido óseo. Estos osteocitos producen mediadores como prostaglandinas, óxido
nítrico e IGF-I, que estimulan tanto su actividad como la de los osteoblastos y
originan una mayor formación ósea. Y por el contrario, la falta de actividad
muscular, el reposo o la ingravidez tienen un efecto deletéreo sobre el hueso,
acelerando la reabsorción.
Factores vasculo nerviosos
Se sabe desde los trabajos de Trueta que la vascularización es fundamental para el
normal desarrollo óseo, permitiendo el aporte de células sanguíneas, oxígeno,
minerales, iones, glucosa, hormonas y factores de crecimiento. La
vascularización constituye el primer paso para la osificación: los vasos
sanguíneos invaden el cartílago y posteriormente se produce la reabsorción ósea
por los osteoclastos, procedentes de los vasos próximos. Igualmente, la
neoformación vascular es el primer hecho en el fenómeno de la reparación de
fracturas o de la regeneración ósea, ya que la existencia de oxígeno es
fundamental para que se produzca la restitutio ad integrum y no tejido fibroso.
La inervación es
necesaria para el normal fisiologismo óseo. El hueso es inervado por el sistema
nervioso autónomo y por fibras nerviosas sensoriales
Factores
nutricionales
Es interesante este
factor porque puede ser modificado. Se necesita un mínimo de calcio para
permitir la mineralización que la mayoría de los autores cifran en unos 1.200
mg. diarios hasta los 25 años; después y hasta los 45 no debe ser inferior a 1
gramo y tras la menopausia debe ser por lo menos 1.500 mg al día. Asimismo, se
conoce que hábitos tóxicos como tabaco, cafeína, alcohol y exceso de sal
constituyen factores de riesgo para la aparición de osteopenia.
Factores hormonales
El desarrollo normal
del esqueleto está condicionado por el correcto funcionamiento del sistema
endocrino, fundamentalmente de la hormona somatotropa (GH) y las hormonas
calcitrópicas (parathormona, calcitonina y metabolitos de la vitamina D). Las
hormonas son mensajeros sistémicos que actúan a distancia de su lugar de
producción (efecto endocrino), pero también regulan la síntesis y acción de los
factores locales, que intervienen directamente en el metabolismo celular (efectos
autocrino y paracrino).
Las hormonas más
importantes que intervienen en la fisiología ósea son:
Hormonas tiroideas:
Poseen dos acciones contrapuestas sobre el hueso. En primer lugar, estimulan la
síntesis de la matriz osteoide por los osteoblastos y su mineralización,
favoreciendo la síntesis de IGF-I. Por esto en el hipotiroidismo congénito
(cretinismo) se produce talla baja por alteración de la formación ósea. En
segundo lugar, se produce un efecto contrario, estimulando la reabsorción al
aumentar el número y función de los osteoclastos. La manifestación clínica de
este efecto es la aparición de pérdida de masa ósea en el hipertiroidismo.
PTH
(parathormona): Es la hormona que controla la
homeostasis del calcio a través de la acción directa sobre el hueso y el riñón
e indirecta en el intestino. Producida en las glándulas paratiroideas que
responden al descenso de la calcemia, es la hormona hipercalcemiante por
excelencia, al favorecer la reabsorción
Calcitonina: Producida en
las células C o parafoliculares del tiroides, es inhibidora de la reabsorción
ósea, al reducir el número y la actividad de los osteoclastos. Sin embargo,
esta acción es transitoria, ya que los osteoclastos parecen volverse
"impermeables" a la calcitonina en pocos días.
1,25(OH)2 vitamina D3 o calcitriol:
Hormona esteroidea que favorece la absorción intestinal de calcio y fosfato y,
por tanto, la mineralización ósea. Es necesaria para el crecimiento normal del
esqueleto. Algunos autores piensan que puede ser producida por células
linfocíticas o monocíticas del hueso, ejerciendo un papel importante como
regulador local de la diferenciación de los osteoclastos.
Andrógenos:
Tienen un efecto anabolizante sobre el hueso, a través del estímulo de los
receptores de los osteoblastos. Asimismo, actúan de mediadores en el pico de GH
existente en la pubertad. Mientras que la deficiencia androgénica se asocia a
una menor densidad ósea, la administración de testosterona en jóvenes antes del
cierre epifisario incrementa la masa ósea. Igualmente, las mujeres con exceso
de andrógenos presentan densidades óseas más altas.
Estrógenos:
Son esenciales para el cierre de los cartílagos de conjunción y se ha
descubierto que juegan un papel importante en el desarrollo esquelético tanto
femenino como masculino durante la adolescencia. Los estrógenos tienen un doble
efecto sobre el metabolismo óseo: por un lado favorecen la formación ósea al
aumentar el número y función de los osteoblastos y por otro lado, disminuyen la
reabsorción.
Progesterona:
Es igualmente anabolizante sobre el hueso, bien directamente, a través de los
osteoblastos, que poseen receptores para la hormona o bien de forma indirecta,
mediante la competición por los receptores osteoblásticos de los
glucocorticoides.
Insulina:
Estimula la síntesis de la matriz directa e indirectamente, a través del
aumento de la síntesis hepática de IGF-I (factor de crecimiento análogo a la
insulina-I).
Glucocorticoides:
A dosis altas tienen efectos catabólicos sobre el hueso, ya que inhiben la
síntesis de IGF-I por los osteoblastos, y suprimen directamente la BMP-2 y el
Cbfa1, factores críticos para la osteoblastogénesis. Sin embargo, estudios
recientes han demostrado que a dosis fisiológicas tienen capacidad osteogénica
favoreciendo la diferenciación osteoblástica.
Hormona de crecimiento (GH):
Tiene dos acciones sobre el hueso, directa e indirecta. La GH actúa
directamente sobre los osteoblastos, con receptores para la hormona,
estimulando su actividad, lo que produce un aumento en la síntesis de colágeno,
osteocalcina y fosfatasa alcalina. La acción indirecta se produce a través del
aumento de la síntesis de IGF-I y II por los osteoblastos. Estos factores
favorecen la proliferación y diferenciación de los osteoblastos, aumentando su
número y función.
Factores locales
El remodelado óseo
también está regulado por factores locales, entre los que destacan los factores
de crecimiento, las citoquinas y recientemente se han implicado las proteínas
de la matriz ósea, como moduladoras de la acción de otros factores locales. Las
células del hueso también juegan un papel importante por la producción de
prostaglandinas y óxido nítrico, así como de citoquinas y factores de
crecimiento.
Factores
de crecimiento
Son poli péptidos
producidos por las propias células óseas o en tejidos extra-óseos, que actúan
como moduladores de las funciones celulares, fundamentalmente sobre el
crecimiento, diferenciación y proliferación celular.
Marcadores bioquímicos
del metabolismo óseo
Los marcadores
bioquímicos de remodelado óseo (MO) no son más que sustancias producidas por
estas células durante su actividad o fragmentos proteicos liberados cuando la
matriz ósea se destruye por acción de los OC. Unos se determinan en sangre y
otros en orina. Ciclo de remodelado: Comienza en la fase de resorción en la que
los OC excavan una cavidad erosionada que se revestirá por células
mononucleares. A continuación, los OB segregarán matriz ósea (fase de
formación) hasta conseguir la restauración de la cavidad.
Bibliografía
1. Parfitt AM. The coupling of bone formation
to bone resorption: A critical analysis of the concept and of its relevance to
the pathogenesis of osteoporosis. Metab Bone Dis Relat Res 1982;4:1-6. [ Links ]
2. Compston JE. Sex steroids and bone. Physiol
Rev 2001;81:419-47. [ Links ]
3. Lind M, Deleuran B, Thestrup-Pedersen K,
Soballe K, Eriksen EF, Bunger C. Chemotaxis of human osteoblasts. Effects of
osteotropic growth factors. APMIS 1995;103:140-6. [ Links ]
4. Grant SFA, Ralston SH. Genes and
osteoporosis. Endocrinology
1997;8:232-9. [ Links ]
5. Pocock NA, Eisman JA, Hopper JL, Yeates MG,
Sambrock PN, Ebery S. Genetic determinants of bone mass in adults. J Clin
Invest 1987;80:706-10. [ Links ]
6. Morey ER, Baylink JJ. Inhibition of bone
formation during space flight. Science 1978;19:172-6. [ Links ]
7. Trueta J. The role of blood vessels in
osteogenesis. J Bone Joint Surg Br 1963;45:402. [ Links ]
8. Ham AW. Some histophysiological problems
peculiar to calcified tissue. J Bone Joint Surg Am 1952;34:701. [ Links ]
9. Jódar Gimeno E, Muñoz-Torres M,
Escobar-Jiménez F, Quesada Charneco M, Luna del Castillo JD, Olea N.
Identification of metabolic bone disease in patients with endogenous
hypertiroidism: Role of biological markers of bone turn-over. Calcif Tissue Int
1997;61:370-6. [ Links ]
10. Canalis E, McCarthy TL, Centrella M. The
role of growth factors in skeletal remodeling. Endocrinol Metab Clin
North Am 1989;18:903-18. [ Links ]
11. Prieto S. Control del
metabolismo del calcio, fósforo y magnesio. En: Tresguerres JAF, ed. Fisiología
Humana, 2ª edición. Madrid:
McGraw-Hill-Interamericana; 1999.p.979-93. [ Links ]
12. Raisz LG. Bone cell biology: New approaches
and unanswered questions. J Bone Miner Res 1993;8:457-65. [ Links ]
13. Hofbauer LC, Khosla S, Dunstan CR, Lacey
DL, Spelsberg TC, Riggs BL. Estrogen stimulates gene expresion and protein
production of osteoprotegerin in human osteoblastic cells. Endocrinology
1999;140:4367-70. [ Links ]
14. Manolagas SC. Birth and death of bone
cells: Basic regulatory mechanisms and implications for the pathogenesis and
treatment of osteoporosis. Endocr Rev 2000;21:115-37. [ Links ]
15. Lukert BP, Kream BE. Clinical and basic
aspects of glucocorticoid action in bone. En: Bilezikian JP, Raisz LG, Rodan
GA, eds. Principles of Bone Biology. San Diego, California: Academic Press;1996.p.533-48. [ Links ]
16. Harvey S, Hull KL. Growth hormone: A
paracrine growth factor? Endocrine 1998;7:267-79. [ Links ]
17. Cohick WS, Clemmons DR. The insulin-like
growth factors. Ann Rev Physiol 1993; 55:131-53. [ Links ]
18. Hill PA, Reynolds JJ, Meikle MC.
Osteoblasts mediate insulin-like gowth factor-I and -II stimulation of
osteoclasts formation and function. Endocrinology 1995;136:124-31. [ Links ]
19. Mohan S, Baylink DJ. Bone growth factors.
Clin Orthop 1991;263:30-48. [
Links ]
20. Baylink DJ, Finkelman RD, Mohan S. Growth
factors to stimulate bone formation. J Bone Miner Res 1993;8:565-72. [ Links ]
21. Yamaguchi A, Komori T, Suda T. Regulation
of osteoblast differentiation mediated by Bone Morphogenetic Proteins,
Hedgehogs, and Cbfa1. Endocr Rev 2000;21:393-411. [ Links ]
22. Canalis E, Economides AN, Gazzerro E. Bone
morphogenetic proteins, their antagonists, and the skeleton. Endocr Rev
2003;24:218-35. [ Links ]
23. Nash TJ, Howlett CR, Martin C, Steele J,
Johnson KA, Hicklin DJ. Effects of platelet-derived growth factor on tibial
osteotomies in rabbits. Bone 1994;15:203-8. [ Links ]
24. Marie PJ. Fibroblast growth factor
signaling controlling osteoblast differentiation. Gene 2003;316:23-32. [ Links ]
25. Young MF. Bone matrix proteins: more than
markers. Calcif Tissue Int 2003;72:2-4.
[ Links ]
26. Horowitz M. Matrix proteins versus
cytokines in the regulation of osteoblasts function and bone formation. Calcif
Tissue Int 2003;72:5-7.
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