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BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. TEMA 6 MINERALIZACIÓN DE LOS HUESOS Y DIENTES ';v 'DY— m…"' Muchos tejidos biológicos experimentan un...

BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. TEMA 6 MINERALIZACIÓN DE LOS HUESOS Y DIENTES ';v 'DY— m…"' Muchos tejidos biológicos experimentan un + proceso de INTRODUCCION.- matriz mineralización llamado calcificación proceso en el cual las células forman una orgánica, lugar donde se depositan sales de calcio insolubles como ser carbonatos o fosfatos de calcio. En tejidos calcificados de mamiferos (huesos y dientes) y en ciertas bacterias, la sal cálcica de mayor imporancia es similar en composición al mineral hidroxiapatita Cajo (PO4) (0H):. La calcificación es un proceso dinámico donde la matriz orgánica mineralizada es regulada por la actividad celular. TEORIAS SOBRE LA CALCIFICACIÓN DEL HUESO, DENTINA Y CEMENTO: Teoría de Robison.- En el año 1923 postuló, que donde se había depositado el mineral, la acción de la fosfatasa alcalina produjo un aumento local en la concentración de fosfato, causando la precipitación y el crecimiento de la hidroxiapatita. La desventaja de esta teoría, es que los tejidos que no se calcifican contienen una alta concentración de fosfatasa alcalina, tan alta como los tejidos que calcifican. Teoría de Neuman Neuman.- Comprendieron que el prerrequisito para la calcificación era un mecanismo de nucleación. Mencionaron que el colágeno era el agente de nueleación heterogéneo, y que la hidroxiapatita crece sobre este. 52 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. FUENTES DE COMPONENTES DE TEJIDOS CALCIFICADOS.- Los componentes orgánicos de los tejidos calcificados son de origen celular. Contienen una matriz de proteínas fibrosas, polisacáridos y lipidos. Los componentes inorgánicos llegan de fuentes externas. Para algunos iones inorgánicos existe un equilibrio entre la sangre y los líquidos tisulares. Puesto que el calcio y el fosfato inorgánico son los principales componentes de los tejidos calcificados, es importante conocer y comprender las interrelaciones que existen, para estos iones, entre el suero y los tejidos calcificados. La concentración normal de calcio en suero oscila entre 4.5 y 5.5 meg/., aproximadamente el 40% del calcio total se halla enlazado por proteinas. El 45% está formado por calcio i6nico y el 15% restante está en forma de complejos, como citrato. Aproximadamente el 80% del fosfato total del suero existe como HPO4?, equivalente a una concentración de 1.5 meq/l. A diferencia del calcio, solo una pequeña cantidad de fosfato inorgánico se encuentra enlazado con proteínas. Por otro lado, la composición iónica de los líquidos del tejido óseo es diferente de la composición del suero. Actualmente la fase mineral del hueso está formada por dos fosfatos de calcio distintos: una fase amorfa y una fase cristalina (apatita). La fase amorfa se deposita primero y es precursor para la formación de (apatita). En el hueso recién formado la fase amorfa será más elevada que en el hueso más viejo. El hueso maduro contiene alrededor de 70% de apatita y 30% de fase amorfa. FACTORES QUE CONTROLAN LA CALCIFICACIÓN BIOLÓGICA.- Las concentraciones de Ca'? y HPO4? en el suero son reguladas por un mecanismo homeostático como ser los huesos, riñones e intestinos. También participan tres hormonas: la paratirina (Hormona de las glándulas paratiroides) (PTH), calcitonina (CT) y un metabolito activo de la vitamina D 1.25 dihidroxicolecalciferol. Estas hormonas actúan de forma diferente sobre las células blanco, ya sea añadiendo o eliminando iones del suero. Hormona paratiroidea o Paratirina.- El efecto de esta hormona es aumentar la mono concentración del calcio en suero, esto se produce por sintesis de adenosina - 5 — ión del fosfato (AMP) en las células óseas y renales. De este modo ocurre la movilizac calcio óseo y su transporte hacia el suero. La PTH intensifica la excreción renal del 53 e —————e———— Scanned with ACE Scanner  BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. fosfato inorgánico. El nivel de calcio en el suero regula la excreción de PTH por las glándulas paratiroides. Así un nivel elevado de calcio en el suero inhibe la secreción, mientras que un descenso del calcio sérico estimula la secreción. Calcitonina.- Tiene un efecto opuesto al de la hormona paratiroidea, baja el nivel del calcio sérico hasta su nivel normal. Su acción principal es inhibir la respiración ósea, lo cual reduce el transporte de Ca*? del hueso al suero. Niveles superiores de calcio sérico estimulan la secreción de CT por la glándula tiroides, A diferencia de la bormona pal ratiroidea, , la calcitonina aumenta la excreción renal de Ca*? y HPO4? Vitamina D.- Actúa en forma de vitamina D 1.25 dihidroxicolecalciferol. Su efecto primordial es mantener las concentraciones de Ca*? y HPO4? en el suero y líquidos extracelulares provocando la formación normal de los huesos. Asimismo la vitamina D, produce aumento en la concentración del fosfato sérico, al aumentar la absorción intestinal. Interviene sobre el metabolismo del fosfato constituyendo la acción principal de la vitamina D en la prevención y curación del raguitismo. Otros iones inorgánicos presentes en los tejidos calcificados son el sodio, potasio, magnesio, cloruro, fluoruro y carbonato; escasamente hierro, cobre, manganeso y cinc. Estos iones se encuentran en los líquidos tisulares o bien alrededor de los cristales de apatita. El hueso sirve de depósito de estos iones, esencialmente para el magnesio. Sin embargo ciertas cantidades de CI-, F- y CO3? pueden incorporarse en el interior de la red de los cristales. Se ha demostrado que algunos iones influyen en la formación y estabilidad de la hidroxiapatita. Así, por ejemplo, el ion fluoruro aumenta la formación de apatita, formando de ese modo cristales más grandes y menos solubles. Otra función de la fase mineral del hueso es eliminar, los iones tóxicos como plomo o estroncio radiactivo de los líquidos orgánicos. MECANISMO DE LA CALCIFICACION.- Numerosas investigaciones fueron realizadas para entender el mecanismo encargado de la formacién de los huesos y dientes. Algunas teorías manifiestan sobre la iniciación de la calcificación, que puede realizarse de dos maneras: 1.- Por un proceso de nucleacién homogénca que permite el aumento de las concentraciones de calcio y fosfato hasta producirse la precipitación de la apatita. 54 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. 2.- Por un proceso de nucleación heterogénea, que permite la formación de apatita a partir de la concentración metastable de calcio y fosfato. Finalmente estudios histoquímicos indican que tanto la glucólisis como la fosfatasa alcalina están vinculadas con la actividad celular, mientras que la calcificación ocurre en la matriz, o sea fuera de las células. Las investigaciones centraron su atención en la nucleación heterogénea. El concepto catálisis de la nucleacion, surgió por primera vez en los años 1950 en los trabajos de laboratorio de Neuman. El catalizador es una entidad orgánica que remueve la calcificación a través de un mecanismo de siembra. El mecanismo de siembra abarca la formación de racimos iónicos, que actúan como núcleos para la precipitación de cristales. La nucleación de catálisis es la teoría más aceptada hoy en día. FUENTE DE COMPONENTES DE TEJIDO CALCIFICADOS Componentes Orgánicos Los componentes orgánicos de los tejidos calcificados son de origen celular. Contienen una matriz de proteinas fibrosa, polisacáridos y lipidos. Colágena.- Es el componente más estudiado en relación con la iniciación de la calcificación. Estudios con microscopio electrónico han demostrado que existía una relación morfológica estrecha entre las fibras de la colágena y los cristales de apatita, se observó que las fibras de colágena pueden formar apatita, cuando son colocadas en una solución de fosfato de calcio. ocurre en el Las fibrillas contienen las llamadas “zonas de agujeros” y la calcificación de catálisis interior de estos espacios, aunque no se conoce con exactitud este mecanismo , pueden por las zonas de agujeros. Sin embargo otras proteínas aparte de la colágena mencionar, a las proteinas inducir la formación de los cristales de apatita entre ellas cabe del esmalte y elastina. aminoglucanas. La sintesis Mucopolisacáridos.- Actualmente se los designa como glucos vía de calcificación durante la de las glucosaminoglucanas ocurre en los tejidos en condroitina era el componente mineralización. Cuando se descubrió que el sulfato de enlazar y situar el calcio para que principal, algunos autores sugirieron que este podía ocurriera la nucleación. enlace con el calcio, estos Sin embargo es más probable que, debido a su fuerte icación y deben ser eliminados para que componentes actúan como inhibidores de la calcif ocurra la mineralización. 55 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. Lipidos.- Por estudios bioquímicos se reveló la presencia de fosfolipidos acídicos, en particular la fosfatidilserina, enlazan calcio y pueden estabilizar el fosfato de calcio amorfo. Posiblemente, el papel de los fosfolipidos in vivo sea el componente enlazador de calcio a en de estructuras unidas a la membrana - las vesículas - cuya presencia fue observad tejidos en vías de calcificación. ipan en el mecanismo de Enzimas.- Muchas enzimas presentes en huesos y dientes, partic proteínica. Donde la función de calcificación como la fosfatasa alcalina y la fosfocinasa las substancias inhibidoras. Estudios la fosfatasa alcalina es eliminar de los tejidos inhibidor de la recientes mostraron que el pirofosfato inorgánico actuaba como en el hueso la fosfatasa alcalina también posee actividad de calcificación. Como ción de la calcificación por.iones pirofosfatasa inorgánica, este mecanismo implica inhibi de la pirofosfatasa. pirofosfato y supresión de la inhibición mediante actividad que elaboran la matriz de Células.- Estudios recientes han revelado que las células proceso de mineralización. proteinas fibrosas en los huesos y dientes también inician el Estas células pueden almacenar grandes cantidades de fosfato de calcio en sus electrónico ha mostrado que los primeros cristales de mitocondrias. El microscopio las presentan actividades apatita ocurren en el interior de las vesiculas, estas vesicu n participar en la enzimáticas tanto de fosfatasa alcalina como de ATPasa que podría acumulación del mineral. desde las células, Otra función de las vesiculas de la matriz, es el transporte del mineral ambos hasta los sitios de calcificación en el interior de las fibrillas de la colágena. En las células. casos, el transporte de fosfato de calcio hacia la matriz, está bajo el control de El Componentes inorgánicos: Los componentes inorgánicos llegan de fuentes externas. calcio y el fosfato inorgánicos son los principales componentes de los tejidos calcificados. Otros iones en los tejidos calcificados son: Sodio, Potasio, Magnesio, Cloruro, Fluoruro (aumenta formación de apatita), Carbonato, Hierro, cobre, manganeso, zinc. Se encuentran en líquidos tisulares o alrededor de cristales de apatita. Se depositan en hueso DESARROLLO Y MADURACION DE LOS TEJIDOS CALCIFICADOS.- Una vez iniciada la calcificación, el tejido termina por mineralizarse completamente dentro de un 56 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. armazón definido por la matriz orgánica. A medida que el tejido va madurando hay pérdida de parte del material orgánico, principalmente de proteínas no colágenas, pero el mayor cambio ocurre con la eliminación de agua y la acumulación de mineral. La maduración de la fase mincral comprende la conversión del fosfato de calcio amorfo en apatita y el crecimiento de los cristales de apatita, El proceso de calcificación varía con cada tipo de tejido. Calcificación del hueso.- Las células encargadas de la formación del hueso son los osteoblastos. Una zona de matriz no mineralizada, llamada osteoide, separa las células del hueso calcificado. El Osteoide es una región rica en proteína, polisacáridos o glucosaminoglucanas. Además, contiene las vesículas de la matriz que se acumulan al nivel del frente de calcificación y se desintegran para liberar el mineral, separando el terreno para la calcificación rápida de las fibras de colágena. El primer depósito de mineral dentro de las fibras ocurre en las “zonas de agujeros”, donde los cristales de apatita aparecen en forma de agujas. Calcificación de cemento y dentina.- El proceso de mineralización en el cemento es el mismo que en el hueso. Las células encargadas de formar cemento son llamadas cementoblastos. Las células encomendadas de la formación de dentina son los odontoblastos, que inician el proceso elaborando una capa de predentina no calcificada a nivel de la unión dentino — esmalte. Las células secretan una matriz de colágena y las vesículas de la matriz brotan de la membrana celular para iniciar la calcificación. En el hueso, las vesiculas se calcifican para formar islotes de mineral que envuelven las fibras de colágena. Los cristales de apatita de la dentina, son más pequeños que los cristales encontrados en el esmalte. Caleificación del esmalte.- La calcificación del esmalte no empieza sino después de la desaparición de la lámina basal a nivel de la unión dentina — esmalte. Los ameloblastos elaboran una matriz de proteína y los primeros cristales crecen a partir de los cristales de dentina. Los cristales del esmalte están organizados en unidades estructurales llamadas prismas, que irradian desde la unión dentina — esmalte hacia la superficie externa del esmalte. 57 Scanned with ACE Scanner BIOQUÍMICA Dra. Carmen Encinas Barrientos. El corte transversal de los prismas, presenta la forma de “ojo de cerradura”. En el esmalte, los cristales de apatita tienen la forma de bastoncitos hexagonales de unos 330 A de ancho y 300 a 500 A de largo. A diferencia del hueso y de la dentina, el esmalte no contiene fosfato de calcio y nunca se han observado vesiculas de matriz. 58 Scanned with ACE Scanner