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5/11/2018 Nociones de met óseo - slidepdf.com
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NOCIONES DE METABOLISMO OSEO
Composición ósea
El hueso tiene dos compartimentos: uno orgánico que es el colágeno, yuno inorgánicoconsistente en la hidroxipatita de calcio y fosfato de calcio.
Composición del hueso
Colágeno 29% prots no colágenas 2% e hidroxiapatita 69%
Hay que tener en cuenta que la parte orgánica del hueso está compuesta de
colágeno en un 95% y de las llamadas proteínas no colágenas, que comprenden
el 5% restante, como se muestra en la tabla sobre Compartimentos del hueso.
Tabla sobre compartimentos del hueso.Descripción de los compartimentos óseos. Función
Compartimentoorgánico
(30%) Proteínas colágenas: colágeno(95%)
Proveer flexibilidad a la estructuraósea.
Conferir resistencia de tipotensil. Proteínas no colágenas (5%):
Osteonectina, osteocalcina,
osteopontina, sialoproteína ósea
Osteocalcina Ayudar a remodelación ósea,
reclutar osteoclastos. Es
específica del hueso.
Osteonectina Conectar colágeno conhidroxiapatita.
Sialoproteína ósea Ayudar a remodelación ósea,
siendo específica del hueso.
Compartimento
inorgánico (70%)
Cristales de hidroxiapatita Conferir resistencia de tipo
compresivo.
Cristales de fosfato cálcico Regular el metabolismo de iones
como fósforo calcio, magnesio.
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Tipos de tejido óseo y función.Hay dos tipo de hueso conformando el esqueleto: el hueso cortical que es la capa
exterior compacta, y el hueso esponjoso o trabecular, que forma el interior de los
huesos.
Los huesos están construidos de la misma forma que el concreto armado. El
acero del concreto armado suministra la fuerza de tensión, mientras que el
cemento, la arena y los agregados minerales suministran la resistencia de
compresión.
Las funciones de los huesos como estructura comprenden: función de
resistencia por el hueso cortical, función de soporte por el hueso trabecular
Las funciones del hueso como órgano comprenden: metabolismo fosfocálcico y
hematopoyesis.
Distribución del tejido óseoEl tejido óseo cortical comprende aproximadamente el 85% del hueso que hay en
el cuerpo, mientras que el hueso esponjoso –con una estructura semejante a la de
un panal-, comprende el 15% restante del hueso que hay en el cuerpo.
Hueso cortical Hueso trabecular o esponjoso
Hueso cortical y sistema haversiano Hueso esponjoso y trabécula
Se muestra el llamado sistema haversiano u
osteona
Se muestra el
llamado Endostio(flechas)
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Tejido óseo cortical.El hueso cortical es denso y compacto, se encuentra presente en el cráneo y en la
diáfisis de los huesos largos. Se caracteriza por la disposición concéntrica de
las capas microscópicas o láminas, que conforman los sistemas haversianos uosteonas.
Tejido óseo trabecular o esponjoso.Las trabéculas del hueso esponjoso están cubiertas por una membrana
llamada endostio, con gran cantidad de células -principalmente osteoblastos-, los
cuales elaboran el osteoidey una enzima, la fosfatasa alcalina.
La fosfatasa alcalina sintetizada por el osteoblasto hidroliza el pirofosfato, un
potente inhibidor de la mineralización.
Esto quiere decir que la fosfatasa alcalina promueve el proceso de
mineralización, porque provee fosfato inorgánico para la mineralización ósea. Por
las anteriores razones, la fosfatasa alcalina es uno de los mejores marcadores deactividad osteoblástica y formación ósea. El encontrar la fosfatasa alcalina elevada
significa que hay formación ósea o que hay trastornos que cursan con aumento de
la remodelación ósea.
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Las trabéculas conforman una serie de intersticios o lagunas que contienen vasos
sanguíneos, fibras nerviosas, grasa y médula ósea.
La importancia del endostio de las trabéculas es que regula el metabolismo
óseo y es responsable de la nutrición del hueso.
En ocasiones, en el endostio predominan tipos celulares diferentes al osteoblasto,
entonces de acuerdo a la célula ósea predominante, se sabe si el hueso
está formándose(predominio de osteoblastos), está inactivo (predominio
de osteocitos), o estádestruyéndose (predominio de osteoclastos).
El hueso trabecular se encuentra predominantemente en las vértebras, extremos o
metáfisis de los huesos largos, hueso del talón o calcáneo, pelvis.
Tabla comparativa de tejido óseo cortical frente a esponjoso.
Tipo de tejido óseo Cortical Esponjoso
Función mecánica Resistencia a tensión Resistencia a compresión
Porcentaje de hueso esquelético 85% 15%
Actividad resortiva + 8+*
En que huesos predomina Cráneo
Diáfisis de los huesoslargos.
Vértebras,
Hueso del talón ocalcáneo
Pelvis
Extremos de huesoslargos.
Tipo de osteoporosis en la que
participa
Osteoporosis de
recambio lento
Osteoporosis de recambio
rápido
Pérdida porcentual de masa ósea
anualmente por osteoporosis
1% 5%
Edad de inicio del compromisoosteoporótico
40 años 5-10 años después depostmenopausia
*Quiere decir que la actividad resortiva del hueso esponjoso es 8 veces mayor frente a la del
hueso cortical.
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Fisiología normal del tejido óseo. Las funciones del tejido óseo son de dos tipos, de los HUESOS como estructura
y del HUESO como órgano.
En primer lugar, explicando la función de los huesos como estructura que
proveen soporte rígido, tenemos: La función de soporte de los huesos en el esqueleto depende de tres factores:
Masa o densidad ósea Arquitectura ósea, que comprende la conectividad ósea y la remodelación ósea.
Geometría ósea: en algunas razas el cuello de fémur tiende a se más horizontal, lo quepredispone a fracturas con mayor facilidad.
En segundo lugar, la función del hueso como órgano de reserva
metabólica de calcio, fósforo y otros electrólitos para la actividad celular, depende
del metabolismo óseo. Dicho metabolismo permite el mantenimiento de las
concentraciones normales de iones como calcio y fósforo en los líquidos
corporales. Este metabolismo está estrechamente regulado por hormonas, como
la hormona paratiroidea o parathormona, la calcitonina y los metabolitos de la
hormona-vitamina D.
Tabla sobre funciones del tejido óseo
Funciones de los huesos como estructura Funciones del HUESO como órgano Proveer soporte rígido al organismo.(Resistencia por hueso cortical y Soporteporhueso esponjoso. Depende de:
Masa
Definida como gramos de tejido por cm2 o mgpor cm3
Arquitectura
Disposición adecuada de trabéculas en sentidohorizontal y vertical
Geometría Servir de palanca para los músculosesqueléticos, permitiendo función locomotriz
Proteger vísceras nobles como cerebro,médula espinal, pulmones, vejiga.
Almacenar electrólitos necesarios parala actividad celular. Calcio
Regulado por vitamina D, calcitonina,hormona paratiroidea. Fósforo
Magnesio
Sodio
Contener el tejido hematopoyético en la médula ósea.
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A continuación se ampliará el concepto de masa ósea, de primera importancia
en la función de los huesos como estructura.
Concepto de masa ósea.
La masa ósea corresponde a la misma densidad ósea, corresponde a la cantidad
de hueso expresado en gramos por centímetro cuadrado o
en miligramos por centímetro cúbico.
Disminución de masa ósea en hueso esponjoso por disminución de entrecruzamientos
trabeculares
Se observa mejor el aumento de las lagunas óseas en el hueso osteoporótico en 2D. Este tejido
óseo es frágil por su baja conectividad, de modo que al tener su resistencia disminuida es
susceptible a fracturas.
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La importancia de la masa ósea viene dada en que confiere el 75-85% de la
fuerza del hueso. Esto significa que si la masa ósea disminuye, hay riesgo defracturas en el futuro, por el aumento de la fragilidad ósea.
Como se observa en las figuras sobre disminución de masa ósea en el hueso
esponjoso, la disminución en el número de trabéculas (de color claro en D)
disminuye la capacidad desoporte compresivo, lo que significa predisposición
a fracturas por aplastamiento.
Sin embargo, la masa ósea no es el único factor predisponente, por cuanto
la arquitectura ósea y la geometría ósea también determinan la fragilidad ósea.
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Concepto de Masa ósea pico La masa ósea
pico es
la maxima
cantidad de
mineral
óseo adquirida
durante la
adultez, hasta
los 30-35 años.
La masa óseapicodependede lossiguientesfactores: Factoresgenéticos
Factoresmecánicos (enel contexto desobrecarga/ejercicio a que seexpongan elesqueleto) Factoresnutricionales
Factores
hormonales
En mujeresla masa óseapico esimportante,como seseñala en lafigura porqueseñala el“capital” óseocon que se
enfrentala pérdida dehueso enlos añosposteriores.
Masa ósea pico
La masa ósea pico en a es 100 mg/cm3
mayor que b y 200mg/cm3, mayor que c. El asterisco demuestra que una pérdida anual de –2% en de lamasa pico a es semejante a la pérdida anual de –1% en la masapico b.
Estas figuras muestran que a mayor masa ósea pico, mayordensidad ósea, lo que significa menor fragilidad ósea.
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Determinación de normalidad de valores de masa ósea.Se sabe que la masa ósea está en valores normales al comparar los valores
obtenidos en una persona dada frente a dos valores de referencia: El valor de masa o densidad ósea establecido para la población de la misma edad.
El valor de masa o densidad ósea establecido para personas jóvenes.
Valores normales de masa ósea en columna vertebral.Con la densitometría se ha encontrado que el valor promedio de densidad o masa
ósea en columna vertebral de mujeres latinoamericanas entre 20-50 años es
de 1.070 gramos/cm2como se puede observar en la figura a continuación.
Valores normales de densitometría ósea en vértebras lumbares L2 hasta L4 en mujeres
latinoamericanas
En columna, el grado de pérdida de masa ósea a partir de los 50 hasta los 60 años es de
±1.3% año. Desde los 60 años en adelante, es menor, ±0.4 % año, (el 30% de la pérdida
inicial). La disminución de la masa ósea en la columna en mujres es responsable de la
pérdida de estatura a medida que pasan los años.
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Valores normales de masa ósea en cuello de fémurLa densidad promedio de cuello femoral en mujeres latinoamericanas entre los 20-
50 años es de 0.930 gramos/cm2. por otro lado, la disminución que presentan a
partir de los 50 años es de ±0.4 % al año. A diferencia de la columna lumbar, aquí
no se observa la pérdida acelerada.
El umbral de fractura en el fémur está en 0.750 gramos/cm2 y se alcanza en
promedio hacia los 60 años.
Esto significa que a partir de la séptima década es cuando se presenta el aumento
de la incidencia de fractura de cadera, como se muestra en la figura Incidencia de
fractura de cadera que tiende a empezar más tempranamente y a ser mayor en
comparación con los hombres.
Valores normales de densidad ósea femoral en mujeres latinoamericanas.
Incidencia de fractura de cadera en ambos sexos sueler ser mayor después delos 60 años, cuando la densidad ósea en fémur llega al valor UF - Umbral deFractura.
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Relación entre funciones de soporte y almacenamiento de electrólitos en el
tejido óseo y remodelación.
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Como el hueso es un tejido vivo en constante crecimiento, está sometido
constantemente a un recambio o sustitución del tejido existente llamado
“remodelación ósea” (o recambio óseo), situación fisiológica que implica dos
pasos: formación y destrucción o resorción.
De acuerdo a lo anterior, la función normal de los huesos como estructura y del
hueso como órgano, están estrechamente vinculadas al proceso de remodelación
ósea, que ocurre durante toda la vida de la persona.
Al analizar en conjunto las dos funciones del hueso como estructura y como
órgano se empieza a vislumbrar el concepto de remodelación ósea, en los
siguientes contextos:
En el contexto de soporte rígido, el hueso debe remodelar porque el hueso viejo es
débil, mientras que el hueso nuevo es fuerte.
En el contexto de almacén metabólico, el hueso debe remodelar porque es necesariomantener normalidad en niveles plasmáticos de iones como calcio, fosfato, magnesio.
A continuación se explicará el concepto de osteona y se ampliará el concepto de
remodelación ósea desde una óptica de las células que participan en dicho
proceso.
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Concepto de osteona, tipos celulares implicadosen la remodelación ósea Un concepto importante en la fisiología ósea es el de la osteona o unidad funcional de
remodelación.
Detalle de osteona
La osteona se puede abordar conceptualmente desde los puntos de vista de función
estructural del hueso, y de función orgánica del hueso, donde son de importancia su
conformación celular y funcional.
Desde un punto de vista estructural, la osteona es la unidad básica del hueso
compacto de forma cilíndrica, formada por el canal haversiano que sigue la dirección del
eje largo del hueso y sus anillos concéntricos de 4 a 20 láminas o capas fibrilares. Por
su parte, el canal haversiano tiene a su alrededor una serie de láminas (capas circulares
o fibrilares) distribuidas alrededor del conducto central de Havers de una osteona.
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En a, se muestra trabécula ósea, con osteoblastos (Ob), matriz ósea u osteoide (Ot) y osteoclastos (Ocl). Las cabezas de flecha
muestran la zona clara donde ocurre resorción. La célula marcada con asterisco corresponde a un osteocito.
En b, se muestra osteocito inmerso en matriz ósea. Las flechas señalan las prolongaciones citoplasmáticas que corresponden alos canalículos que lo comunican con otros osteocitos. En c, se muestran Osteoclastos. En el osteoclasto con contorno resaltado N es el núcleo, observándose dos núcleos (lososteoclastos son células multinucleadas).
Desde un punto de vista de conformación celular, las células de la osteona
comprenden los osteoblastos, los osteoclastos y los osteocitos.
Los osteoblastos y los osteoclastos participan en el recambio óseo, mientras
que lososteocitos y en menor grado los osteoclastos son las células que
participan en elmetabolismo óseo.
Desde un punto de vista funcional las osteonas producen la remodelación
óseateniendo una modulación de tipo endocrino, donde participan hormonas como
calcitonina, parathormona, citoquinas, factores de crecimiento, y estrés mecánico
entre otros, con el fin de que el hueso permanezca en un constante equilibrio
dinámico
Ya entendiendo el rol de la osteona en la remodelación ósea, en condiciones
normales, es fácil hacer la introducción al concepto de enfermedad óseametabólica, que sobreviene cuando hay alteración en alguna de las fases del
proceso de remodelación.
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Sobre el recambio óseo o remodelación ósea El recambio óseo o remodelación ósea, consiste en un ciclo
continuo de resorción yproducción de tejido óseo en puntos individuales del
esqueleto, a cargo de las osteonas.
Ahora examinemos por partes las fases del ciclo de remodelación ósea, a saber laderesorción y la de formación. En la figura sobre remodelación ósea se ilustran
las diferentes fases, a saber la de activación, resorción, reversa y formación, de
las cuales por su importancia, se amplían la de resorción y la de absorción.
CR son las células de revestimiento.
En la fase de activación (2) hay diferenciación a precursores de osteoclastos(POC)que alcanzan su madurez en la fase de resorción (3). La parte cóncava esmatriz ósea resorbida. En la fase de formación (5) los osteoblastos (OB)secretan osteoide en la parte superior a la línea de cementación (LC). Una vezhay hueso neoformado (HNF) el hueso entra nuevamente a reposo. El recambio o remodelación ósea no es homogéneo, por cuanto la remodelación
es aproximadamente 8 veces más rápida en el hueso trabecular al comparar
frente al cortical.
Esto quiere decir que el aumento de recambio óseo que ocurre en situaciones
como la menopausia, produce pérdida ósea más tempranamente en los sitios
esqueléticos ricos en hueso trabecular. Esto quiere decir que en la menopausia la
osteoporosis tiene como blanco las vértebras, el cuello del fémur, la parte distal
del radio.
Introducción a la remodelación ósea: Fase de resorción ósea.
En la fase de resorción ósea ocurre desintegración o borramiento de la superficie
ósea en un plazo de 2 semanas en promedio, por la actividad de
los osteoclastos.
Los osteoclastos se ubican en las lagunas de resorción, también
llamadas lagunas de Howship, que son zonas focales donde ocurre la resorción.
Los osteoclastos poseen una estructura especializada de membrana
denominada borde plegado, que es la porción de la membrana que está en
contacto íntimo con la superficie mineralizada del hueso. El espacio resultante de
la unión del borde plegado del osteoclasto con la superficie ósea se conoce como
“zona clara”. En la zona clara los péptidos con una secuencia particular en la
matriz ósea son reconocidos por receptores especializados de la membrana del
osteoclasto.
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Es de importancia conocer que el osteoclasto posee receptores para estrógenos
en su membrana celular. Este es el argumento que sustenta la terapia de
reemplazo hormonal en osteoporosis femenina. Los estrógenos y los
medicamentos antiresortivos como losbifosfonatos inhiben la función de los
osteoclastos.
Detalle de la zona clara (ZC). La parte oscura corresponde al hueso, mientras que las partes
claras corresponden al borde plegado del osteoclasto. En esta parte está contenido el
citoesqueleto (una muesta señalada por el asterisco) responsable de la formación del borde
plegado, y que es inhibido por alendronato. El bloque de flecha negro señala los cristales
liberados de la matriz ósea conteniendo fosfato y calcio y las cabezas de flecha señalan la zona
clara entre el osteoclasto y el hueso. En caso de haber alendronato (Aln) en la matriz ósea,
el proceso de resorción lo liberaría hacia la zona clara.
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Una vez que el osteoclasto se adhiere al hueso, el área es cubierta por el borde
plegado, e inicia la secreción de hidrogeniones y enzimas proteolíticas,
responsables de la digestión de la matriz.
Marcadores bioquímicos de resorción ósea.
En la matriz ósea resorbida hay degradación del colágeno, con lo que los enlacescruzados entre las fibrillas colágenas se liberan hacia plasma y luego orina, dando
lugar a los conocidos péptidos piridinolina y deoxipiridinolina.
Colágeno en hueso y enlaces cruzados.
1. 2 3
Fibrillas de colágeno en el citoplasma celular a la izquierda, y aspecto en microscopíaelectrónica de barrido a la derecha.
Transición desde fibrilla colágena a la izquierda, hasta configuración molecular mostrando los
enlaces cruzados. Detalle de un enlace cruzado de piridinolina.
La liberación de la desoxipiridinolina en particular significa destrucción ósea, por lo
tanto es un marcador bioquímico humoral de resorción que se detecta a través
de un examen llamado Pyrilinks.
Otros marcadores bioquímicos de resorción incluyen los N-telopéptidos e
hidroxiprolina
Papel de las hormonas resortivas en la remodelación ósea. La principal hormona resortiva es la parathormona u hormona paratiroidea,
producida por las glándulas paratiroides.
Sus acciones son: Promover a nivel óseo la resorción de hueso, por estímulo directo sobre los osteoclastos.
Favorecer a nivel intestinal la absorción de calcio. Aumentar a nivel renal la resorción de calcio por los túbulos.
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En la figura sobre influencia hormonal en el osteoclasto se muestran los estímulos
hormonales y de citoquinas sobre el osteoclasto. En la medida de ejercer acción
positiva, el resultado neto será resorción ósea, mientras que los efectos negativossobre el osteoclasto (efecto antiresortivo) permiten que predomine la fase de
formación ósea, con lo cual la masa ósea aumentaría.
Influencia hormonal en el osteoclasto
Otras moléculas tipo citoquinas, como la interleuquina-1, los factores de necrosis
tumoral alfa y beta, promueven la resorción ósea. La interleuquina-6 es importante
porque promueve la formación de células precursoras de osteoclastos, lo quesignifica que aumentan la resorción ósea.
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La hormona tiroidea también es una hormona resortiva en concentraciones
anormalmente elevadas. El mecanismo de producir osteoporosis es por aumento
de la remodelación ósea, de tal forma que las enfermedades como hipertiroidismo
o tiroxicosis pueden llevar a osteopenia y posteriormente a osteoporosis.
Por último, los glucocorticoides inducen osteoporosis porque aumentan la
muerte celular programada de los osteocitos y los osteoblastos, con lo
cual alteran el proceso de remodelación.
Se muestran los efectos de hormonas y factores locales (citoquinas) cuya función
balanceada permite que la resorción sea igual a la formación ósea. Con la fase de FORMACION, el cortisol ejerce un efecto negativo (-) sobre la formación ósea. Los
factores locales que ejercen efecto positivo sobre la formación son la vitamina D, las hormonas
tiroideas T3 y T4 (a concentraciones fisiológicas), la hormona de crecimiento, los factores de
crecimiento, el movimiento.
Con la fase de RESORCION, los estrógenos, los andrógenos y la calcitonina ejercen efecto
negativo, lo que significa que son antiresortivos.
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Los factores locales como PTH, cortisol, exceso de hormonas tiroideas, interleuquinas 1,6, TNF
alfa, acidosis e inmovilización ejercen un efecto positivo sobre la resorción, lo que significa que
promueven pérdida de hueso
Introducción a la remodelación ósea: Fase de formación ósea.
En la fase de formación ósea se forma nuevo tejido óseo. Dura de 3 a 4 meses y
está a cargo de los osteoblastos.
La fase de formación ósea ocurre posteriormente a la de resorción. Los
osteoblastos se ubican sobre la superficie ósea resorbida y producen nuevo tejido
óseo que en condiciones normales restituye al que se perdió durante la resorción,
con lo cual se llega nuevamente al estado inactivo.
Los osteoblastos producen el tejido óseo secretando en un primer paso la matriz
ósea también conocida como osteoide, constuida por colágeno. Este proceso de
secreción de osteoide es la osificación.
En un segundo paso ocurre la mineralización de la matriz ósea –en
un plazo usual de10 días- por la adherencia de cristales de hidroxiapatita de
calcio a las fibras individuales de colágeno.
marcadores bioquímicos de formación ósea.
Estos marcadores comprenden moléculas como osteocalcina, fosfatasa alcalina.
Por ejemplo, los niveles de osteocalcina bajan cuando la remodelación ósea es
baja. Por otra parte, la fosfatasa alcalina es el mejor marcador de función
osteoblástica, que significa que el hueso se está formando o se está remodelando
activamente.
Papel de las hormonas en la formación ósea. Desde el punto de vista molecular, se ha encontrado que hay una estrecha
relación entre hormonas como los estrógenos y los osteoblastos, porque se ha
encontrado que los estrógenos aumentan el número de
osteoblastos, incrementan producción de colágeno por los osteoblastos
e inhiben hormonas resortivas de hueso como la parathormona (hormona
paratiroidea).
Este es el argumento que sustenta en buena parte el uso de terapia de reemplazo
hormonal con estrógenos para el manejo de osteoporosis postmenopaúsica.
La vitamina D tiene dos formas activas, calcifediol y calciferol. Es esencial para la
formación normal de huesos y dientes y para la absorción de calcio y fósforo en el
tracto gastrointestinal. A nivel óseo actúa sobre los osteoblastos y sobre las
células osteoprogenitoras.
Por último, la calcitonina actúa por inhibición directa de los osteclastos, con lo
cual reduce la resorción ósea.
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