de la Biología para estudiantes II

Discutir la estructura y función de los huesos

Hay varios tipos de huesos en el esqueleto humano. En esta sección, aprenderemos cómo se clasifican los huesos a y cómo funcionan en nuestro cuerpo.

Tipos de hueso

El hueso, o tejido óseo, es un tejido conectivo que constituye el endoesqueleto. Contiene células especializadas y una matriz de sales minerales y fibras de colágeno.

Las sales minerales incluyen principalmente hidroxiapatita, un mineral formado a partir de fosfato de calcio. La calcificación es el proceso de deposición de sales minerales en la matriz de fibra de colágeno que cristaliza y endurece el tejido. El proceso de calcificación solo ocurre en presencia de fibras de colágeno.

Los huesos del esqueleto humano se clasifican por su forma: huesos largos, huesos cortos, huesos planos, huesos suturales, huesos sesamoides y huesos irregulares (Figura 1).

Figura 1. Se muestran diferentes tipos de huesos: planos, irregulares, largos, cortos y sesamoides.

Figura 2. El hueso largo está cubierto por cartílago articular en cada extremo y contiene médula ósea (que se muestra en amarillo en esta ilustración) en la cavidad medular.

Los huesos largos son más largos que anchos y tienen un eje y dos extremos. La diáfisis, o eje central, contiene médula ósea en una cavidad medular. Los extremos redondeados, las epífisis, están cubiertos de cartílago articular y están llenos de médula ósea roja, que produce células sanguíneas (Figura 2). La mayoría de los huesos de las extremidades son huesos largos, por ejemplo, el fémur, la tibia, el cúbito y el radio. Las excepciones a esto incluyen la rótula y los huesos de la muñeca y el tobillo.

Los huesos cortos, o huesos cuboidales, son huesos que tienen la misma anchura y longitud, lo que les da una forma de cubo. Por ejemplo, los huesos de la muñeca (carpos) y el tobillo (tarsos) son huesos cortos (Figura 1).

Los huesos planos son huesos delgados y relativamente anchos que se encuentran donde se requiere una protección extensa de los órganos o donde se requieren superficies amplias de unión muscular. Ejemplos de huesos planos son el esternón( esternón), las costillas, las escápulas (omóplatos) y el techo del cráneo (Figura 1).

Los huesos irregulares son huesos con formas complejas. Estos huesos pueden tener superficies cortas, planas, con muescas o surcadas. Ejemplos de huesos irregulares son las vértebras, los huesos de la cadera y varios huesos del cráneo.

Los huesos sesamoides son huesos pequeños y planos y tienen una forma similar a una semilla de sésamo. Las rótulas son huesos sesamoides. Los huesos sesamoides se desarrollan dentro de los tendones y se pueden encontrar cerca de las articulaciones en las rodillas, las manos y los pies.

Los huesos suturales son huesos pequeños, planos y de forma irregular. Se pueden encontrar entre los huesos planos del cráneo. Varían en número, forma, tamaño y posición.

Tejido óseo

Los huesos se consideran órganos porque contienen varios tipos de tejido, como sangre, tejido conectivo, nervios y tejido óseo. Los osteocitos, las células vivas del tejido óseo, forman la matriz mineral de los huesos. Hay dos tipos de tejido óseo: compacto y esponjoso.

Tejido óseo compacto

El hueso compacto (o hueso cortical) forma la capa externa dura de todos los huesos y rodea la cavidad medular o médula ósea. Proporciona protección y fuerza a los huesos. El tejido óseo compacto consiste en unidades llamadas osteones o sistemas haversianos. Los osteones son estructuras cilíndricas que contienen una matriz mineral y osteocitos vivos conectados por canalículos, que transportan sangre. Están alineados paralelos al eje largo del hueso. Cada osteón consta de láminas, que son capas de matriz compacta que rodean un canal central llamado canal haversiano. El canal haversiano (canal osteónico) contiene los vasos sanguíneos y las fibras nerviosas del hueso (Figura 3). Los osteones en el tejido óseo compacto están alineados en la misma dirección a lo largo de líneas de tensión y ayudan al hueso a resistir la flexión o la fractura. Por lo tanto, el tejido óseo compacto es prominente en áreas de hueso en las que se aplican tensiones en solo unas pocas direcciones.

Figura 3. El tejido óseo compacto consiste en osteones que están alineados paralelos al eje largo del hueso, y el canal haversiano que contiene los vasos sanguíneos y las fibras nerviosas del hueso. La capa interna de los huesos consiste en tejido óseo esponjoso. Los pequeños óvalos oscuros en el osteón representan los osteocitos vivos. (crédito: modificación del trabajo del NCI, NIH)

Tejido óseo esponjoso

Mientras que el tejido óseo compacto forma la capa externa de todos los huesos, el hueso esponjoso o esponjoso forma la capa interna de todos los huesos. El tejido óseo esponjoso no contiene osteones que constituyen tejido óseo compacto. En cambio, consiste en trabéculas, que son laminillas que están dispuestas como varillas o placas. Se encuentra médula ósea roja entre las trabuculas. Los vasos sanguíneos dentro de este tejido suministran nutrientes a los osteocitos y eliminan los desechos. La médula ósea roja del fémur y el interior de otros huesos grandes, como elleumeon, forman células sanguíneas.

Figura 4. Las trabéculas en el hueso esponjoso están dispuestas de tal manera que un lado del hueso soporta tensión y el otro soporta compresión.

El hueso esponjoso reduce la densidad del hueso y permite que los extremos de los huesos largos se compriman como resultado de las tensiones aplicadas al hueso. El hueso esponjoso es prominente en áreas de huesos que no están muy estresadas o donde las tensiones llegan de muchas direcciones. Las epífisis de los huesos, como el cuello del fémur, están sujetas a estrés desde muchas direcciones. Imagine colocar una imagen pesada enmarcada plana en el suelo. Se podía sostener un lado de la imagen con un palillo de dientes si el palillo de dientes estaba perpendicular al suelo y a la imagen. Ahora haz un agujero y pega el palillo de dientes en la pared para colgar la imagen. En este caso, la función del palillo de dientes es transmitir la presión hacia abajo de la imagen a la pared. La fuerza en la imagen es recta hasta el suelo, pero la fuerza en el palillo de dientes es tanto el cable de la imagen que tira hacia abajo como la parte inferior del agujero en la pared que empuja hacia arriba. El palillo de dientes se romperá justo en la pared.

El cuello del fémur es horizontal como el palillo de dientes en la pared. El peso del cuerpo lo empuja hacia abajo cerca de la articulación, pero la diáfisis vertical del fémur lo empuja hacia arriba en el otro extremo. El cuello del fémur debe ser lo suficientemente fuerte como para transferir la fuerza descendente del peso corporal horizontalmente al eje vertical del fémur (Figura 4).

Tipos de células en los huesos

El hueso consta de cuatro tipos de células: osteoblastos, osteoclastos, osteocitos y células osteoprogenitoras. Los osteoblastos son células óseas responsables de la formación ósea. Los osteoblastos sintetizan y secretan la parte orgánica y la parte inorgánica de la matriz extracelular del tejido óseo y las fibras de colágeno. Los osteoblastos quedan atrapados en estas secreciones y se diferencian en osteocitos menos activos. Los osteoclastos son células óseas grandes con hasta 50 núcleos. Eliminan la estructura ósea liberando enzimas y ácidos lisosómicos que disuelven la matriz ósea. Estos minerales, liberados de los huesos a la sangre, ayudan a regular las concentraciones de calcio en los fluidos corporales. El hueso también se puede reabsorber para remodelar, si las tensiones aplicadas han cambiado. Los osteocitos son células óseas maduras y son las células principales en el tejido conectivo óseo; estas células no pueden dividirse. Los osteocitos mantienen la estructura ósea normal reciclando las sales minerales en la matriz ósea. Las células osteoprogenitoras son células madre escamosas que se dividen para producir células hijas que se diferencian en osteoblastos. Las células osteoprogenitoras son importantes en la reparación de fracturas.

Crecimiento y Desarrollo óseo

La osificación, u osteogénesis, es el proceso de formación ósea por osteoblastos. La osificación es distinta del proceso de calcificación; mientras que la calcificación tiene lugar durante la osificación de los huesos, también puede ocurrir en otros tejidos. La osificación comienza aproximadamente seis semanas después de la fertilización en un embrión. Antes de este tiempo, el esqueleto embrionario consiste completamente en membranas fibrosas y cartílago hialino. El desarrollo de hueso a partir de membranas fibrosas se denomina osificación intramembranosa; el desarrollo a partir de cartílago hialino se denomina osificación endocondral. El crecimiento óseo continúa hasta aproximadamente los 25 años de edad. Los huesos pueden crecer de grosor a lo largo de la vida, pero después de los 25 años, la osificación funciona principalmente en la remodelación y reparación ósea.

Osificación intramembranosa

La osificación intramembranosa es el proceso de desarrollo óseo a partir de membranas fibrosas. Participa en la formación de los huesos planos del cráneo, la mandíbula y las clavículas. La osificación comienza cuando las células mesenquimales forman una plantilla del hueso futuro. Luego se diferencian en osteoblastos en el centro de osificación. Los osteoblastos secretan la matriz extracelular y depositan calcio, lo que endurece la matriz. La porción no mineralizada del hueso u osteoide continúa formándose alrededor de los vasos sanguíneos, formando hueso esponjoso. El tejido conectivo de la matriz se diferencia en médula ósea roja en el feto. El hueso esponjoso es remodelado en una capa delgada de hueso compacto en la superficie del hueso esponjoso.

Osificación endocondral

La osificación endocondral es el proceso de desarrollo óseo a partir del cartílago hialino. Todos los huesos del cuerpo, excepto los huesos planos del cráneo, la mandíbula y las clavículas, se forman a través de la osificación endocondral.

En los huesos largos, los condrocitos forman una plantilla de la diáfisis del cartílago hialino. Respondiendo a señales complejas de desarrollo, la matriz comienza a calcificarse. Esta calcificación impide la difusión de nutrientes en la matriz, lo que provoca la muerte de los condrocitos y la apertura de cavidades en el cartílago de diáfisis. Los vasos sanguíneos invaden las cavidades, y los osteoblastos y osteoclastos modifican la matriz de cartílago calcificado en hueso esponjoso. Luego, los osteoclastos descomponen parte del hueso esponjoso para crear una cavidad medular en el centro de la diáfisis. El tejido conectivo denso e irregular forma una vaina (periostio) alrededor de los huesos. El periostio ayuda a unir el hueso a los tejidos, tendones y ligamentos circundantes. El hueso continúa creciendo y alargándose a medida que las células del cartílago en las epífisis se dividen.

En la última etapa del desarrollo óseo prenatal, los centros de las epífisis comienzan a calcificarse. Los centros de osificación secundarios se forman en las epífisis a medida que los vasos sanguíneos y los osteoblastos ingresan a estas áreas y convierten el cartílago hialino en hueso esponjoso. Hasta la adolescencia, el cartílago hialino persiste en la placa epifisaria (placa de crecimiento), que es la región entre la diáfisis y la epífisis que es responsable del crecimiento longitudinal de los huesos largos (Figura 5).

Figura 5. La osificación endocondral es el proceso de desarrollo óseo a partir del cartílago hialino. El periostio es el tejido conectivo en la parte externa del hueso que actúa como interfaz entre el hueso, los vasos sanguíneos, los tendones y los ligamentos.

Crecimiento óseo

Los huesos largos continúan alargándose, potencialmente hasta la adolescencia, a través de la adición de tejido óseo en la placa epifisaria. También aumentan de anchura a través del crecimiento aposicional.

Alargamiento de los Huesos largos

Condrocitos en el lado epifisario de la división de la placa epifisaria; una célula permanece indiferenciada cerca de la epífisis, y una célula se mueve hacia la diáfisis. Las células, que son empujadas desde la epífisis, maduran y son destruidas por la calcificación. Este proceso reemplaza el cartílago con hueso en el lado diafisario de la placa, lo que resulta en un alargamiento del hueso.

Los huesos largos dejan de crecer alrededor de los 18 años en las mujeres y los 21 en los hombres en un proceso llamado cierre de placa epifisaria. Durante este proceso, las células del cartílago dejan de dividirse y todo el cartílago es reemplazado por hueso. La placa epifisaria se desvanece, dejando una estructura llamada línea epifisaria o remanente epifisario, y el fusible de epífisis y diáfisis.

Engrosamiento de Huesos largos

El crecimiento aposicional es el aumento en el diámetro de los huesos por la adición de tejido óseo en la superficie de los huesos. Los osteoblastos en la superficie ósea secretan la matriz ósea, y los osteoclastos en la superficie interna descomponen el hueso. Los osteoblastos se diferencian en osteocitos. Un equilibrio entre estos dos procesos permite que el hueso se espese sin volverse demasiado pesado.

Remodelación y reparación ósea

La renovación ósea continúa después del nacimiento hasta la edad adulta. La remodelación ósea es la sustitución de tejido óseo viejo por tejido óseo nuevo. Involucra los procesos de deposición ósea por osteoblastos y reabsorción ósea por osteoclastos. El crecimiento normal de los huesos requiere vitaminas D, C y A, además de minerales como calcio, fósforo y magnesio. Las hormonas como la hormona paratiroidea, la hormona de crecimiento y la calcitonina también son necesarias para el crecimiento y mantenimiento óseo adecuado.

Las tasas de recambio óseo son bastante altas, con un cinco a siete por ciento de la masa ósea que se recicla cada semana. Existen diferencias en la tasa de recambio en diferentes áreas del esqueleto y en diferentes áreas de un hueso. Por ejemplo, el hueso de la cabeza del fémur se puede reemplazar completamente cada seis meses, mientras que el hueso a lo largo del eje se altera mucho más lentamente.

Figura 6. Después de este hueso, un callo tejer los dos extremos juntos. (crédito: Bill Rhodes)

La remodelación ósea permite que los huesos se adapten a las tensiones al volverse más gruesos y fuertes cuando se someten a estrés. Los huesos que no están sujetos a estrés normal, por ejemplo, cuando una extremidad está en yeso, comenzarán a perder masa. Un hueso fracturado o roto se repara a través de cuatro etapas:

1. Vasos sanguíneos en el hueso roto desgarro y hemorragia, lo que resulta en la formación de sangre coagulada, o un hematoma, en el sitio de la rotura. Los vasos sanguíneos cortados en los extremos rotos del hueso se sellan mediante el proceso de coagulación, y las células óseas privadas de nutrientes comienzan a morir.
2. A los pocos días de la fractura, los capilares crecen en el hematoma y las células fagocíticas comienzan a eliminar las células muertas. Aunque pueden quedar fragmentos del coágulo de sangre, los fibroblastos y los osteoblastos ingresan al área y comienzan a reformar el hueso. Los fibroblastos producen fibras de colágeno que conectan los extremos de los huesos rotos, y los osteoblastos comienzan a formar hueso esponjoso. El tejido reparador entre los extremos de los huesos rotos se denomina callo fibrocartilaginoso, ya que está compuesto tanto de hialino como de fibrocartilago (Figura 6). Algunas espículas óseas también pueden aparecer en este punto.
3. El callo fibrocartilaginoso se convierte en un callo óseo de hueso esponjoso. El hueso roto tarda unos dos meses en unirse firmemente después de la fractura. Esto es similar a la formación endocondral del hueso, a medida que el cartílago se osifica; osteoblastos, osteoclastos y matriz ósea están presentes.
4. El callo óseo es remodelado por osteoclastos y osteoblastos, y se elimina el exceso de material en el exterior del hueso y dentro de la cavidad medular. Se agrega hueso compacto para crear tejido óseo que es similar al hueso original ininterrumpido. Esta remodelación puede llevar muchos meses y el hueso puede permanecer desigual durante años.

Compruebe su comprensión

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