facultad de medicina uanl - estructura y función del hueso · regulación mecánica de la...
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Dr. José Guadalupe Mendoza Mendoza!!!!!
Dr. Raymundo Angel Rodriguez Torres RII!
Estructura y función del hueso!
Introducción!• Excelente resistencia al fallo o fractura,
manteniendo baja masa.!
• ideal para dar estructura a un organismo móvil.!
• Tejido dinámico que pose respuesta celular que le permiten ajustar su estructura macroscópica y microscópica en respuesta a cambios fisiológicos y mecánicos.!
• Capacidad de auto regeneración, capaz de optimizar su estructura y funciona en la homeostasis.!
• Sanar sin dejar cicatriz!
Estructura ósea!• El hueso tiene una organización especifica a
diferentes escalas, permitiéndole realizar sus funciones primarias:!
• Soporte mecánico para permitir movimiento !
• Protección física a órganos vitales!
• Contener medula ósea!
• Regula la homeostasis mineral!
Anatomía!
• Clasificaciones:!
• Por su forma: Largos, cortos, planos!
• Por su origen: membranoso, cartilaginoso!
• Primario, secundario!
Estructura de los huesos largos!• Epífisis!
• Tejido óseo organizado en forma de trabéculas!
• Capa delgada de hueso cortical!
• Metáfisis!
• Fisis / linea epifisiaria!
• Diáfisis!
• Capa gruesa de hueso cortical!
• Hueso trabecular!
• Canal medular!
Aporte! neurovascular!
• Arteria nutricia, entra de forma oblicua en la diáfisis hacia el canal medular!
• 2 tercios profundos de la corteza!
• Arterias periosteales!
• Tercio cortical superficial!
• Plexos periarticulares: arterias metafisiarias y epifisiarias!
Estructura del hueso trabecular!
• Organizado en una red de placas y varillas!
• Puntales. (Struts)!
• 200 micras de grosor!
• Espacios intersticiales entre puntales contienen medula ósea!
• Porosidad (30% a 90%)!
Estructura del hueso cortical!
• Hueso compacto!
• No posee espacios intersticiales!
• No presenta porosidad!
• Funciones: transmitir peso corporal, distribuir cargas!
Organización tisular!
• El hueso cortical y trabecular difieren tanto en su disposición macroscópica como a nivel microscópico!
• Matriz extra celular!
• Osteocitos!
Tejido óseo!• Formado de novo!
• Formación de hueso embrionaria!
• Crecimiento óseo!
• Callo óseo!
• Osificación heterotópica!
• “Tejido”!
• Colágena y minerales se encuentran orientados al azar.!
Hueso laminar!
• Del latín Lamella!
• Hueso secundario!
• Organización en capas!
• 3 a 7 micras de grosor, visible a la microscopía de luz!
Estructura del hueso laminar!• Osteonas (sistema haversiano)!
• 3 a 6 mm de largo!
• 150 a 200 micras de diametro!
• Conductos de Havers!
• Conductos de Volkmann!
• Contribuyen del 5% al 10% de la porosidad del hueso!
• Dispuestas en sentido de la demanda mecánica del área!
Lineas de cemento!
• Se encuentran en hueso cortical y trabecular!
• Se localizan en la periferia de la osteona!
• Evitan la propagación de fisuras!
• Aislan neurovascularmente a la osteona!
Lagunas!
• 15,000 por mm3!
• 1% del volumen oseo!
• se conectan por medio de canalìculos!
• esta red permite el transporte de oxigeno y nutrientes hacia los osteocitos así como la remoción de desechos!
Matriz extracelular!
• Principal componente del tejido óseo!
• Osteoide!
• Matriz ósea mineralizada!
• Matriz lacunar!
Componentes de la matriz ósea mineralizada!
• El componente mineral!
• 60 a 70% del tejido!
• Calcio, fosfato, sodio, magnesio y carbono!
• Cristales de hidroxiapatita y fosfato tricálcico!
Componentes de la matriz ósea mineralizada!
• El componente órganico!
• 20 a 25% del tejido!
• 90% es colágena tipo I!
• 5% proteínas no colagenosas!
Colagena!
• La mayoría de la colagena encontrada en el hueso es del tipo I!
• Fibras de colagena con una estrectura triple helicoidal!
• Proporciona fuerza tensil !
Colagena!• La colagena fibrilar es
trimerica!
• 3 cadenas 𝛼!
• Colagena tipo I: 2 cadenas 𝛼1 y 1 cadena 𝛼2!
• Secuencia (glicina - x - y)!
• x = prolina!
• y = hidroxiprolina!
Colagena!• Es modificada en
el retículo endoplásmico!
• Hidroxilación de prolina y licina!
• Enzimas prolilhidroxilaza y licilhidroxilaza!
• Vitamina C (catalizador)!
Colagena!
• La procolagena alcanza el espacio extracelular!
• Propeptidazas convierten las moléculas en tropocolagena!
• Estos se unen espontaneamente en grandes complejos llamados colagena!
Colagena!
• Estabilidad intrínseca debido a interacciones laterales no covalentes ente las hélices!
• Puentes cruzados covalentes intercadena formados entre los residuos lisina!
• Fuerza tensil mayor que el acero!
• 50 nm de diámetro y 1 micra de largo!
Matriz inorgánica!
• El 70% es mineralizada!
• Otorga la fuerza compresiva del hueso!
• Asociado con las fibrillas de colagena!
• Fosfato de calcio (Hidroxiapatita)!
• Ca10(PO4)6(OH)2!
Células óseas!• Osteoblastos!
• Osteocitos!
• Osteoclastos!
• Células de revestimiento!
• De la médula ósea: !
• Células estromales!
• Del sistema hematopoyetico!
• Adipocitos!
Osteoblasto: Morfología!
• El osteoblasto maduro es una célula cuboidal con un núcleo excéntrico!
• Marcadores: fosfatasa alcalina, osteocalcina, receptor de superficie de hormona paratiroidea.!
Osteoblasto: Función!
• Formar matriz ósea !
• Regular la actividad del osteoclasto para regular el balance del proceso de formación y resorción ósea!
Células de revestimiento!
• Todas las superficies óseas están cubiertas por células!
• En áreas de formación de hueso osteoblastos!
• En áreas con resorción de hueso osteoclastos!
• Áreas no metabolicamente activas por células de recubrimiento!
Osteocito!
• Osteoblasto embebido en la matriz mineralizada !
• Se encuentra en el espacio lacunar !
• Poca producción de proteínas !
Osteoclasto: Morfología!• Célula gigante multinucleada!
• Reabsorción de la matriz ósea mineralizada!
• Laguna de Howship!
• 20 a 100 micras !
• 3 a 20 núcleos!
• Contienen grandes cantidades de mitocondrias y lisosomas!
Regulación de la forma y función del hueso!
• El tejido óseo es dinámico y metabólicamente activo!
• Se renueva a si mismo constantemente!
• Modula su forma y ultraestructura!
• Multiples sistemas de regulación!
Regulación de la resorción ósea!• Aumento de la resorción ósea
y liberación de calcio:!
• Vitamina D y PTH!
• Disminución de la resorción ósea:!
• Calcitonina!
• Esteroides disminuyen la formación ósea y aumentan la resorción!
• Bifosfonatos iniben la resorción ósea.!
Remodelado!
• La remoción y remplazo de hueso en el mismo sitio!
• Completo recambio cada 4-20 años!
• 5% por año!
• En niños: 25% por año (trabecular), 2% cortical!
El ciclo de remodelado!• Hueso Trabecular:!
• Osteoclasto: !
• Fase de resorsión, 10 dias!
• Laguna de Howship. “Cuántum”!
• Osteoblasto: Fase de formación, 4 meses!
• secretar matriz y mineralizarla!
Remodelado de hueso cortical!
• Los osteoclastos forman una estructura llamada cono de resorción.!
• Se forma un vaso sanguineo en el espacio resultante!
• Se reclutan osteoblastos, los cuales inician el depósito de matriz extracelular!
Medición de la remodelación!
• Producción de osteocalcina (exclusiva de osteoblastos)!
• NTX (usado para medir la remoción ósea)!
• Hidroxiprolina!
Inicio y localización del remodelado!
• El ciclo de remodelado inicia con la resorción!
• Aún se desconoce que inicia el proceso y que factores determinan donde toma lugar!
• Se piensa que es un proceso contínuo que ocurre de manera aleatoria!
Regulación mecánica de la estructura!
• Ley de Wolff!
• Las trabéculas oseas se alínean de manera tal que soportan la mayor cantidad de estrés asociado con la demanda mecánica habitual!
• Cualquier cambio de forma o función de un hueso es seguido de ciertos cambios en su arquitectura interna y posteriormente, externa.!
Adaptación!
• Proceso de alterar la estructura ósea en respuesta a influencias mecánicas!
• Hipertrofia ósea en areas de estres constante!
• Pérdida ósea al disminuir la carga transmitida (astronautas o al diferir apoyo)!
Señales mecánicas!
• Concepto del “mecanostato”!
• Se piensa que el parametro asociado es la tension local.!
• Otros parámetros que se piensan son fuerza de tension, frecuencia, tasa y densidad de energia de tensión!
Mecansimos de respuesta celular!
• ¿Cual de la miriada de tipos celulares encontrados en el hueso generan una respuesta a la carga, que sea fisiologicamente importante en la adaptación?!
• ¿Qué caracteristica de la carga accióna una respuesta a nivel celular?!
• ¿Cómo la señal de carga es captada por las células y convertida un una cascada de señalización celular?!
Hueso cortical!• Rigidez: 10 a 20 GPa!
• Fuerza 50 a 200 MPa!
• Patrones de fractura:!
• Tension -> Trasverso!
• Compresión -> Oblicuo!
• Trazo en ala de mariposa!
• En la flexión hay fuerzas de tensión y compresión, iniciando en el lado tenis!
• Torsion -> Espiral!
Hueso trabecular!
• Menos fuerza y rigidez que el cortical!
• 10 a 2,000 MPa!
• Puede absorber mas energia y deformarse mas antes del fallo!
• Util en regiones periarticulares!
Envejecimiento!
• Incremento de masa osea!
• Pico a la tercera decada!
• Disminucion progresiva!
• Osteoporosis: 2.5 deviaciones estandard por debajo de la media (Densitometria ósea)!