Dr. José Guadalupe Mendoza Mendoza Dr. Raymundo Angel
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Estructura y función del hueso! Dr. José Guadalupe Mendoza Mendoza! ! ! ! ! Dr. Raymundo Angel Rodriguez Torres RII! 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! Osteoblasto: Diferenciación! 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! Osteoclasto: Función! Osteoclast: Diferenciación! 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?! Propiedades mecánicas! 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)!
