Concepto y funciones del hueso

Concepto y funciones del hueso

• El esqueleto humano consta de aproximadamente 206 huesos.
• Los huesos protegen órganos vitales, como el cráneo que protege el encéfalo y la columna vertebral que protege la médula espinal.
• Los huesos soportan cargas, especialmente en las extremidades inferiores, la columna vertebral y la pelvis.
• Los huesos actúan como palancas para el movimiento, con músculos y tendones insertados.
• Los huesos almacenan el 99% del calcio y el 80% del fósforo del cuerpo, regulando la calcemia.
• La médula ósea dentro de los huesos produce elementos formes de la sangre (hematopoyesis).
• Los huesos participan en la regulación de la respuesta inmune.
• El hueso es un tejido vivo que permite la reparación, la homeostasis y mantiene las propiedades mecánicas.
• El hueso experimenta una destrucción y formación constantes.

Composición del tejido óseo

• El tejido óseo es un tejido conjuntivo duro debido a la mineralización.
• El tejido óseo se compone de células y matriz extracelular (fracción orgánica y mineral).
• Los tres tipos de células óseas son:
  • Osteoblastos: formadores de hueso.
  • Osteoclastos: destructores de hueso.
  • Osteocitos: células maduras del hueso.
• Los osteoblastos y osteoclastos son transicionales, mientras que los osteocitos son permanentes, manteniendo el hueso en actividad constante.

Origen de las células del hueso

• Los osteoblastos derivan de células madre mesenquimales que se convierten en pre-osteoblastos y luego en osteoblastos maduros.
• Los osteocitos se originan de los osteoblastos.
• Los osteoclastos derivan de elementos macrofágicos y monocíticos de la médula ósea (elementos sanguíneos).

Osteoblastos

• Los osteoblastos son células mononucleares con un núcleo grande, Golgi, RE desarrollado y abundantes mitocondrias.
• Producen colágeno, fosfatasas alcalinas y proteínas no colágenas.
• Los osteoblastos inician la resorción ósea.
• Los osteoblastos secretan osteoide, una sustancia blanda, en la superficie del hueso.
• Algunos osteoblastos quedan atrapados en el hueso mineralizado y se convierten en osteocitos.
• Los osteocitos jóvenes son redondeados, mientras que los más viejos son alargados con prolongaciones.
• Los osteocitos se encuentran en cavidades osteocitarias u osteoplastos con conductos calcóforos.
• Aproximadamente el 30% de los osteoblastos se convierten en osteocitos; el resto muere por apoptosis.
• Los osteocitos participan en la homeostasis mineral y tienen organelas poco desarrolladas.

Necrosis ósea

• La necrosis ósea, o muerte del hueso, puede ocurrir por falta de vascularización.
• La falta de vascularización causa la pérdida de vitalidad y la muerte de los osteocitos.
• En imágenes histológicas, la necrosis ósea se observa por la desaparición de los osteocitos y la presencia de cavidades osteocitarias vacías.

Osteoclastos

• Los osteoclastos destruyen hueso (reabsorción ósea) y participan en el mantenimiento de la homeostasis cálcica.
• Son células irregulares, grandes y multinucleares (2-30 núcleos) con abundantes vesículas y mitocondrias.
• Los osteoclastos producen fosfatasas ácidas.
• En el sitio de contacto con el hueso, los osteoclastos forman cavidades osteoclásticas o lagunas de Howship.
• Las lagunas de Howship muestran prolongaciones en forma de cepillo que indican la función destructora del osteoclasto.
• La actividad osteoclástica incrementada puede causar patologías como la osteoclastosis.

Fracción orgánica de la matriz ósea

• La fracción orgánica ocupa el 30% de la matriz y está compuesta principalmente por colágeno (90%), que es formado por los osteoblastos.
• El colágeno proporciona resistencia a la tracción.
• La molécula inicial del colágeno es el tropocolágeno, formado por tres fibras enrolladas en fibrillas de colágeno, que a su vez forman fibras de colágeno.
• El colágeno tipo I es el más importante en la formación del hueso, aunque también están presentes los tipos III y V.
• Las proteínas no colágenas, como la osteocalcina, osteonectina y osteopontina, sirven como marcadores bioquímicos de la actividad del hueso y la homeostasis del calcio.
• Otras proteínas no colágenas incluyen proteoglicanos, glicoproteínas y proteínas de crecimiento, como las proteínas óseas morfogenéticas (BMP).
• Las BMP se utilizan en la clínica para tratar la pseudoartrosis y acelerar la unión del hueso fracturado.
• Las fibras de colágeno son ricas en aminoácidos como la hidroxiprolina; la alteración del colágeno óseo puede causar hidroxiprolina en la orina (hidroxipoliuria).
• Las alteraciones genéticas del colágeno pueden causar osteogénesis imperfecta, donde los huesos se rompen fácilmente.

Fracción inorgánica o mineral de la matriz ósea

• Entre las fibras de colágeno se disponen depósitos de minerales en forma de hidroxiapatita, que favorecen la mineralización.
• Los cristales de hidroxiapatita, formados principalmente por fosfato tricálcico, carbonato cálcico e impurezas, aumentan la solubilidad y modifican las propiedades físicas.
• Los cristales de hidroxiapatita se disponen alrededor de las fibras colágenas, formando un armazón que proporciona resistencia a las fuerzas de compresión.
• El tejido óseo se asemeja a las construcciones de edificios, donde las barras de acero (colágeno) están unidas por cemento (cristales de hidroxiapatita).
• Los cristales tienen una localización bifásica.

Variantes del tejido óseo según la edad

• Tejido óseo inmaduro, no laminar, plexiforme, primitivo o primario:
  • Fibras colágenas gruesas y desordenadas.
  • Células situadas al azar, proporcionando mayor flexibilidad, debilidad y deformabilidad.
  • Aparece durante el desarrollo embrionario y los primeros 3-4 años de edad.
  • Puede persistir en zonas de inserción de tendones, suturas craneales, huesecillos del oído y alveolos dentarios.
  • En situaciones fisiológicas, aparece durante la consolidación de fracturas (callo de fractura).
  • También aparece en patologías como metástasis óseas, osteopatía de Paget y osteogénesis imperfecta.
• Tejido óseo maduro, secundario o laminar:
  • Láminas perfectamente estructuradas con colágeno orientado.
  • Presente en huesos seguros a partir de los 4 años.
  • El ordenamiento de las fibras colágenas varía según el hueso (esponjoso o laminar).
  • Esta disposición permite al hueso soportar diversas cargas.

Osteogénesis

• Vía de osificación membranosa:
  • Células mesenquimales inducidas a osteoblastos osifican la maqueta de hueso de manera concéntrica.
  • Principalmente en huesos de la bóveda craneal.
  • El maxilar es un hueso mixto, con una parte que deriva de la vía membranosa y otra de la condral.
  • La clavícula también es mixta.
• Vía de osificación condral:
  • La mayoría de los huesos siguen esta vía.
  • Se forma una maqueta de cartílago a partir de células mesenquimales que se diferencian a condroblastos.
  • En la 7ª semana embrionaria, los vasos se introducen en la maqueta, y los osteoblastos comienzan a osificarla.
  • Proceso de osificación condral:
    • 5ª semana: se forma un molde mesenquimatoso que se transforma en cartilaginoso rodeado de pericondrio.
    • 7ª semana: centro de osificación primario.
    • 10ª semana: hueso endocondral y formación de cavidades medulares.
    • A partir del nacimiento: centros de osificación secundarios en epífisis.
• Los osteoblastos aparecen en el centro del hueso durante el desarrollo embrionario, formando núcleos de osificación primaria.
• Los núcleos de osificación primaria osifican el hueso hacia arriba y hacia abajo, con células destructoras que desarrollan la cavidad medular.
• Después del nacimiento, los osteoblastos en los extremos de los huesos largos forman centros de osificación secundarios.
• Los primeros núcleos de osificación secundaria son los de los extremos distales de la tibia y el fémur.
• Los núcleos de osificación secundarios son importantes para determinar la edad ósea.
• Hasta el final del crecimiento (15-16 años en mujeres y 17-19 años en varones), los cartílagos separan las epífisis de las diáfisis y metáfisis (cartílago de crecimiento, de conjunción o fisis).
• La actividad de este cartílago permite el crecimiento en longitud de los huesos, desapareciendo al final del crecimiento.

Modelación y remodelación ósea

• Los huesos están en constante actividad y sufren modelación y remodelación.
• Modelación:
  • Desde la formación de las maquetas óseas hasta el final del crecimiento.
  • Adquiere la forma definitiva del esqueleto y transforma el hueso fibrilar en laminar.
  • Se prolonga en la madurez con osteogénesis en el periostio y reabsorción en el endostio.
  • Varía en tamaño y forma en respuesta a cambios de carga aplicada.
• Remodelación:
  • Se produce para mantener el hueso vivo, destruyendo hueso viejo y formando hueso joven.
  • Durante el crecimiento, la remodelación y modelación ocurren conjuntamente.
  • Tras el crecimiento, solo se produce la remodelación.
  • Se produce durante toda la vida, aunque el ritmo decrece con la edad (20% promedio de renovación de masa ósea).
• La remodelación permite:
  • Reparación de zonas débiles y microfracturas.
  • Mejora la distribución vascular del hueso.
  • Mantiene la homeostasis mineral.
• La remodelación ocurre tanto en el hueso cortical como en el esponjoso, con algunas diferencias morfológicas.
• En el hueso esponjoso, los osteoclastos actúan en un lado de la trabécula y los osteoblastos actúan en el lado contrario.
• El remodelado del hueso cortical consta de unidades de remodelado óseo: osteoclastos, osteoblastos, vasos y nervios.
• El remodelado del hueso esponjoso es 5-10 veces superior al cortical, progresando sobre la superficie trabecular.
• En jóvenes, predomina la formación sobre la destrucción; en ancianos, es al revés.
• Fases del proceso de remodelación:
  • Activación: puesta en marcha del proceso de resorción por factores hormonales.
  • Destrucción o resorción: los osteoclastos forman las lagunas de Howship (1-3 semanas).
  • Intermedia o de reposo: los osteoclastos se inactivan (2 semanas).
  • Formación: los osteoblastos rellenan las lagunas con osteoide, que luego se mineraliza (3 meses).
• Todo el ciclo dura 4-5 meses, variando según la edad.
• Remodelado adaptativo:
  • Adaptación del entramado trabecular a la distribución de las cargas.
  • Sigue la ley de Wolff: la orientación y dimensión trabecular dependen de las fuerzas aplicadas al esqueleto.
• Factores que influyen en el remodelado:
  • Bioquímicos: hormonas y factores de crecimiento.
  • Físicos: mecánicos y eléctricos.
• Evaluación clínica del remodelado:
  • Marcadores de formación: fosfatasa alcalina en suero, osteocalcina en suero y propéptido carboxiterminal de procolágeno tipo I en suero.
  • Marcadores de reabsorción: fosfatasa ácida en suero e hidroxiprolina en orina.

Arquitectura del hueso

• Tipos fundamentales: cortical y esponjoso.
• Tejido óseo esponjoso: situado en el interior del hueso, aspecto poroso.
• Tejido óseo cortical: más compacto, situado en la periferia.

Comparación entre hueso cortical y esponjoso

• El hueso esponjoso es más poroso y menos denso que el compacto.
• El hueso esponjoso tiene una mayor superficie, hasta 20 veces mayor que la compacta.
• El hueso esponjoso tiene una mayor actividad metabólica (hasta 8 veces más) que el compacto.
• Las patologías se ven antes en el hueso esponjoso que en el compacto.
• El hueso cortical y esponjoso tienen una disposición arquitectural diferente.

Tejido esponjoso

• Contiene trabéculas óseas donde se sitúan osteoclastos y osteoblastos.
• Tiene láminas óseas irregulares y curvadas.
• El contiene poros (50-90%) que favorecen los procesos metabólicos.
• La disposición del tejido óseo esponjoso consiste en tubos unidos que se entrelazan.
• Cada tubo está formado por laminillas óseas con osteocitos.
• Los espacios entre los tubos están rellenos de médula ósea y grasa.
• La disposición de las trabéculas soporta diferentes cargas (vertical, irregular, arqueada).
• Triángulo de Ward: zona de vacio fisiológica en el cuello del fémur que supone una zona de debilidad.
• En la osteoporosis, disminuyen las trabéculas, reduciendo la densidad ósea y aumentando los espacios intersticiales, lo que favorece fracturas.

Tejido Cortical

• Forma la periferia de todos los huesos.
• Es denso y forma el 80% de la masa del esqueleto.
• Las láminas óseas se disponen concéntricamente formando osteonas o sistemas de Havers, que son las unidades funcionales del tejido compacto.
• Las osteonas rodean una luz central (conducto de Havers).
• Las osteonas están unidas entre sí, formando la estructura característica del tejido óseo cortical, para resistir fuerzas de compresión.
• Entre las osteonas hay láminas intersticiales donde se sitúan los canales de Havers, por los que circulan vasos sanguíneos y nervios.
• En la superficie de las osteonas se ubican los osteocitos.
• Las líneas de cemento marcan el límite periférico de las osteonas.
• Los vasos que van por los conductos de Havers se unen a través de canalículos de Volkman.
• Láminas circunferenciales externas rodean el sistema de osteonas por fuera.
• Láminas circunferenciales internas se encuentran por dentro de la cortical.
• El periostio es la parte más externa de las láminas circunferenciales externas.
• Los osteocitos de cada osteona se unen a osteocitos de la misma osteona a través de prolongaciones.
• La pérdida de peso óseo en mujeres aparece a partir de la menopausia.

Anatomía básica del hueso

• Tipos de hueso según su dimensión:
  • Huesos largos: predomina la longitud sobre grosor y anchura (fémur, tibia, peroné, húmero, cúbito, radio, metacarpianos, metatarsianos, falanges).
  • Huesos cortos: las tres dimensiones son iguales (tarso, carpo).
  • Huesos planos: predomina la anchura sobre longitud y grosor (huesos iliacos, escápula, esternón).
  • Huesos irregulares: no son ni largos, ni cortos ni planos (vértebras).

Periostio

• Cubre los huesos por fuera y está ricamente vascularizado.
• Consta de una parte externa fibrosa (poco activa) y una parte interna rica en células osteoblásticas (capa activa del periostio o cambium).
• Fibras de Sharpey: prolongaciones que amarran el periostio a la cortical.
• El periostio varía con la edad; es más activo y adherido en jóvenes y menos en ancianos.
• El periostio reacciona ante agresiones, sobre todo en jóvenes.
• Es importante por su rica vascularización en la consolidación de fracturas y ante patologías.
• Vascularización: sistema arterial aferente, vascular intermedio y venoso eferente.
  • Sistema arterial aferente:
    • Arteria nutricia: nutre dos tercios internos de la cortical y la médula.
    • Epifisario y metafisario: nutre los plexos periarticulares en inserciones capsulares epifisarias.
    • Perióstico: nutre los plexos musculares y áreas de inserción muscular, así como el tercio externo de la cortical.
• El endostio es la superficie interna del hueso, menos activa que el periostio.
• En caso de fractura, el periostio se activa y forma el callo de fractura.
• El periostio también se activa ante tumores e infecciones.
• Al romperse los vasos en la fractura, se acumula sangre en el foco de fractura.

Vascularización del hueso

• Necesaria para la remodelación y actividad.
• Consta de un sistema aferente (llegada de sangre) y eferente (salida de sangre).

Sistema aferente

• Vía principal: arteria nutricia que penetra a través de agujeros nutricios y se divide en ramas ascendente y descendente.
• Vía epifisaria: arterias atraviesan la epífisis.
• Vía metafisaria: vasos de la musculatura vecina penetran en la metáfisis.
• Vía arterial perióstica: irriga la diáfisis y el tercio externo de la cortical.
• Cartílago de crecimiento como barrera: la circulación epifisaria y metafisaria permanecen separadas hasta la desaparición del cartílago de crecimiento.

Sistema eferente

• La sangre es recogida por el sistema venoso (mayor capacidad de recogida de sangre).
• Huesos con menos irrigación: astrágalo y escafoides (mayor riesgo de necrosis o pseudoartrosis) y extremo distal de la tibia.
• Fracturas en el cuello del fémur y ligamentos redondos degenerados o desaparecidos cursan con riesgo de necrosis o falta de consolidación.
• Circulación viricante: tras la colocación de un clavo intramedular, viene mas circulación desde fuera hacia dentro que suple en principio la falta de riego que va a haber por dentro de la cortical.
• Cartílago débil en menores de un año permite el paso de vasos a la epífisis. Por lo tanto, las una infección metafisaria puede llegar a la epífisis si el niño es menor de un año.
• Flujo centrífugo: vasos que provienen de la circulación principal se extienden por la cortical y pueden unirse a los externos.

Crecimiento de los huesos

• Crecen durante la época del crecimiento (más larga en varones).
• Crecimiento en anchura:
  • No para de crecer hasta que finaliza la modelación.
  • Aposición de placas creadas por los osteoblastos de la capa interna del periostio.
• Crecimiento en longitud:
  • Actividad de placas y cartílagos en los extremos (fisis o cartílago de crecimiento).
  • Cartílagos:
    • Capa de reserva o germinal: almacenamiento de sustancias nutritivas.
    • Capa proliferativa o en “Pila de Monedas”: capa seriada de condrocitos, la más activa.
    • Capa hipertrófica o de células vacuoladas: fenómenos degenerativos en condrocitos.
    • Capa de cartílago calcificado: sustancia calcificada entre las capas de células.
    • Capa de invasión vascular: vasos de procedencia metafisaria y resorción de tabiques.
    • Capa de osificación: osteoblastos forman hueso.
• Los cartílagos de crecimiento se desarrollan hasta que desaparecen.
• Cinemática del crecimiento:
  • Prenatal: factores genéticos y posturales.
  • Nacimiento: 50-54 cm.
  • 0-5 años: se pasa de 54 a 108 cm.
  • 5-10 años: se crece 6 cm por año (108+ 30= 138 cm a los 10 años).

  • 10 años: se va creciendo35 cm, tronco y columna vertebral (138+35=173).

• El fémur se desarrolla principalmente en el extremo distal (70%) más que en el proximal (30%), lo cual quiere decir que patologías que afecten al extremo distal del fémur provocarían un menor crecimiento.
• En la tibia, el lado proximal (60%) es más activo que el distal (40%).
• En el miembro superior, el cartílago más activo del húmero es el proximal (80%).
• En cúbito y radio, los distales son los más activos.
• Los cartílagos más activos son los próximos a la rodilla y los situados más lejos del codo.

Resumen del crecimiento de los huesos

Crecimiento en anchura:

• Aposición diafisaria.
• Láminas óseas subperiósticas circunferenciales.
• Actividad osteogénica de las capas profundas del periostio.

Crecimiento en longitud:

• Cartílago de crecimiento o fisis.
• Presente hasta la maduración del esqueleto (17-19 años en varones y 14-16 años en mujeres).
• Influenciado por factores genéticos, intrauterinos, nutrición, alteraciones hormonales, mecánicos, vasculares.