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SECCIÓN I: ESTRUCTURA Y REGULACIÓN DEL HUESO

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CAPÍTULO

Estructura y remodelado del hueso Tim Arnett

“El esqueleto, oculto a la vista y a menudo a la mente, es una masa formidable de tejido que supone alrededor del 9% del volumen del cuerpo y el 17% de su peso. La estabilidad y la inalterabilidad de los huesos secos y su persistencia durante cientos o incluso millones de años, después de que los tejidos blandos se hayan convertido en polvo, nos ofrecen una imagen falsa de lo que es el hueso en vida. Su fijeza tras la muerte está en franco contraste con su incesante actividad durante la vida” (Cooke, 1955).

COMPOSICIÓN DEL HUESO El hueso es un tejido conectivo que consiste esencialmente en una matriz extracelular mineralizada y células especializadas: osteoblastos, osteocitos y osteoclastos. El principal componente orgánico de la matriz es el colágeno tipo I, que supone alrededor del 90%; el 10% restante lo componen una serie de proteínas no estructurales de menor tamaño, entre las que se encuentran la osteocalcina, la osteonectina, algunas fosfoproteínas, sialoproteínas, factores de crecimiento y proteínas séricas. La fase inorgánica está compuesta por minúsculos cristales de un mineral de carácter alcalino, la hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2]. Estos cristales se incrustan entre las fibras de colágeno para formar un material que reúne las características adecuadas de rigidez, flexibilidad y resistencia.

OSTEOBLASTOS Y OSTEOCITOS Los osteoblastos, las células formadoras de hueso, trabajan en grupos para segregar, y después mineralizar, paquetes de matriz ósea. Al microscopio los osteoblastos activos aparecen como células cuboidales, con un retículo endoplásmico prominente, característico de las células secretoras de proteínas, situadas sobre las superficies óseas (figura 1). Estas células expresan abundantemente fosfatasa alcalina, enzima que probablemente contribuye a la mineralización de la matriz liberando fosfato inorgánico. Las superficies óseas quiescentes están recubiertas por una monocapa de osteoblastos aplanados inactivos que a menudo se denominan “células de revestimiento”. Los osteoblastos derivan de progenitores mesenquimales presentes en la médula ósea, los cuales son capaces de diferenciarse hacia otras estirpes celulares, como los adipocitos y los fibroblastos. Los osteoblastos, o sus precursores, expresan receptores para muchas hormonas, incluyendo la parathormona (PTH), la 1,25-dihidroxivitamina D, las hormonas sexuales y los glucocorticoides. También sintetizan una amplia variedad de factores de crecimiento y citocinas, al tiempo que son influidos por ellos (tabla I). Durante la formación ósea, algunos osteoblastos quedan englobados en la matriz, que se va depositando a su alrededor y se diferencian a osteocitos, forman-

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MANUAL PRÁCTICO DE OSTEOPOROSIS Y ENFERMEDADES DEL METABOLISMO MINERAL

Figura 1. Hueso en rápido remodelado. Hay osteoblastos activos formando hueso(OB), osteocitos enterrados en la matriz (OY) y osteoclastos multinucleados formando lagunas de resorción (OC). Barra = 50 µm.

do una red de células dispersas interconectadas (figura 1). Se piensa que los osteocitos intervienen en la respuesta del hueso a los estímulos mecánicos, actuando como mecano-receptores que se comunican con los osteoblastos y osteoclastos presentes en las superficies óseas (Ehrlich & Lanyon, 2002).

OSTEOCLASTOS Los osteoclastos son los encargados de la destrucción del hueso. Son células grandes, móviles, multinucleadas, que reabsorben las superficies óseas formando unas lagunas y surcos de bordes festoneados (figuras 1-3). Los osteoclastos derivan de la fusión de precursores mononucleares de la serie promonocítica, presentes en la médula y en la sangre circulante. Una vez adheridos firmemente a la superficie del hueso, segregan hidrogenoiones que disuelven la fase mineral de la matriz y enzimas proteolíticas, como la catepsina K, que degradan el colágeno. En el polo próximo a la superficie ósea la membrana celular de los osteoclastos forma una serie de pliegues (“borde en cepillo”) que aumentan la superficie activa para la secreción. El espacio de resorción adyacente puede considerarse como un lisosoma extracelular especializado. Estas células expresan gran cantidad de fosfatasa ácida resistente al tartrato, enzima de función incierta. Los osteoclastos inmaduros expresan receptores para calcitonina y prostaglandinas.

FORMACIÓN ÓSEA Y TIPOS DE HUESO La formación de los huesos largos tiene lugar a partir de las células mesenquimales de los esbozos embrionarios de las extremidades, que se diferencian y forman un cartílago avascular rudimentario (Olsen, 1999). Esos rudimentos son después invadidos por vasos sanguíneos, se erosiona la zona central del cartílago y aparecen osteoblastos, que comienzan a depositar hueso. Al ir avanzando este proceso, en las proximidades de los extremos del hueso se va formando una zona de cartílago proliferante, la “placa de crecimiento”. Se forman bandas de tejido cartilaginoso que sirven como molde temporal para el depósito de hueso y facilitan el crecimiento longitudinal de manera rápida y controlada. Este proceso es conocido como “osificación endocondral”. Los huesos planos de la mandíbula y el cráneo se forman directamente por la diferenciación del mesénquima embrionario hacia la línea osteoblástica, sin aparición intermedia de cartílago. A este proceso se le conoce con el término un tanto confuso de “osificación intramembranosa”. Otros huesos se forman por una combinación de ambos procesos de osificación endocondral e intramembranosa.

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Estructura y remodelado del hueso

Tabla I. Regulación de la actividad de las células óseas 1. Hormonas Hormona paratiroidea (PTH): ↑ formación y actividad OC; ↑ proliferación y actividad OB → ↑ turnover PTH intermitente: ↑ formación ósea in vivo PTH altas dosis continuadas:↑ resorción ósea → pérdida de hueso 1,25(OH)2-vitamina D: ↑ formación y actividad OC; ↓ proliferación OB; ↑ diferenciación OB Necesaria para la mineralización de la matriz: deficiencia → osteomalacia, raquitismo Calcitonina: ↓ formación y actividad OC Glucocorticoides: Necesarios para el desarrollo y función normales del hueso Exceso → pérdida de hueso/osteoporosis Hormona del crecimiento: Necesaria para el crecimiento normal del esqueleto Hormonas sexuales (oestrógenos y andrógenos): ↓ formación y actividad OC ; ↑ actividad OB (posible) Deficiencia → ↑ turnover, osteoporosis 2. Factores locales (paracrinos y autocrinos) Factores de crecimiento y citocinas: Efectos variables sobre la formación y actividad de los OC y OB (ver cap. 3) Otras moléculas: Prostaglandinas: ↑ reclutamiento OC, ↑↓ actividad OC Leucotrienos: ↑ formación y actividad OC ATP extracelular:↑ formación y actividad OC, ↓ actividad OB Bradiquinina: ↑ formación y actividad OC CGRP (péptido relacionado con el gen de la calcitonina): ↓ formación y actividad OC 3. Agentes inorgánicos (locales y sistémicos) H+ extracelulares (pH