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Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 2020 Guía TP N°6 Tejido óseo. Remodelación ósea Página 1 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Guía de TP N°6 Tejido óseo Remodelación ósea Objetivos de aprendizaje Al finalizar la Unidad de Aprendizaje el alumno será capaz de: • Entender a el hueso como órgano vivo, su estructura y funcionamiento • Comprender las diferentes funciones del tejido óseo. • Identificar las principales células del tejido óseo, funciones y producto de secreción de las mismas. • Conocer las características de la matriz ósea. • Describir diferentes estructuras de la organización microscópica de los huesos. • Diferenciar características y localización de tejido óseo compacto y esponjoso. • Identificar al periostio y endostio. • Describir características y estructuras de los huesos según forma y tamaño • Conocer los dos mecanismos de osificación: intramembranosa y endocondral. • Comprender los mecanismos de crecimiento y remodelado óseo. • Reconocer el rol de la hormona paratiroidea (PTH) y la vitamina D en el metabolismo óseo. • Identificar que huesos están más afectados por la Osteoporosis y sus riesgos. Contenidos Tejido óseo. Funciones del tejido óseo. Células del tejido óseo. Célula osteoprogenitora, osteoblasto, osteocito, osteoclasto. Matriz ósea. Organización microscópica de los huesos. Laminillas óseas. Lagunas óseas. Canalículos. Sistema de Havers. Conducto de Havers. Conducto de Volkmann. Tejido óseo compacto y esponjoso. Fibras de Sharpey. Periostio y Endostio. Osificación intramembranosa y endocondral. Cartilago de crecimiento. Remodelación ósea. Hormona paratiroides. Calcitonina. Vitamina D. Forma y tamaño de huesos. Página 2 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Guía de lectura dirigida 1. Defina las características y las funciones de los osteoblastos, osteocitos y osteoclastos 2. ¿Cuál es la célula responsable de la formación de la matriz extracelular? ¿Qué ocurre con dicha célula luego de quedar en la "laguna" de matriz, cómo se llama ahora? 3. ¿Cuáles la unidad fundamental del tejido óseo? 4. ¿A qué se denomina periostio y endostio? 5. ¿Qué son los canales de Havers y los de Volkmann? 6. ¿A qué se denomina remodelado óseo y cuál/es es/son sus funciones? 7. ¿Cuáles son los dos tipos celulares más importantes del hueso que llevan a cabo el remodelado óseo? 8. Se dice habitualmente que en el adulto el balance óseo es igual a cero ¿qué significa esto desde el punto de vista funcional? 9. ¿Qué tipos de hueso conoce desde el punto de vista de su arquitectura interna? 10. ¿Qué tipos de hueso conoce según forma y tamaño? 11. ¿Cuáles son las funciones de la hormona paratiroides y de la calcitonina? 12. ¿Qué rol tiene la Vitamina D a nivel óseo? 13. ¿A qué se denomina osteoporosis, a qué edades es más frecuente observarla y cuáles son los factores de riesgo? Bibliografía 1. Ross, M., & Pawlina, W.. Histología. Texto y Atlas color con Biología Celular y Molecular. (3° ed.). Barcelona: Editorial Médica Panamericana. (2011) 2. Guyton, & Hall. Tratado de Fisiología médica. (13° ed.). (J. E. Hall, Ed.) Barcelona: Elsevier. (2016). 3. Blanco, A., & Blanco, G. Química biológica. (10° ed.). Buenos Aires: El Ateneo. (2016). Página 3 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Página 4 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Actividades de aprendizaje El tejido óseo es una variedad de tejido conectivo muy especializada en la función de sostén por presentar mineralización (calcificación) de la matriz intercelular, que le confiere propiedades fundamentales al hueso combinando la dureza, rigidez y resistencia, con elasticidad y flexibilidad relativas. El tejido óseo es el componente principal de los huesos, que son los órganos que forman el esqueleto. Es un tejido vivo que está en remodelación permanente. Está formado por dos estructuras básicas: células y matriz extracelular mineralizada. Células del tejido óseo 1- En el siguiente cuadro describa las características y la función de las principales células del tejido óseo: Características Función Células osteoprogeni toras Osteoblastos Página 5 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Osteocitos Osteoclastos Matriz Ósea La matriz ósea u osteoide está compuesta por fibras colágenas tipo I, principalmente, y sustancia intercelular. Uno de sus componentes principales son los glucosaminoglicanos (condroitin-sulfato, queratán-sulfato y ácido hialurónico), además de las proteínas multiadhesivas como osteonectina (adhesión célula-matriz) y sialoproteinas (osteopontina y sialoproteinas I y II), osteocalcina (proteína no colágena más abundante en el hueso que se une a la hidroxiapatita y participa en los procesos de osificación). Los factores de crecimiento son polipéptidos "señales" que estimulan la proliferación celular o la quimiotaxis (reclutamiento celular) de diversas Página 6 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 variedades celulares. El más característico es la proteína morfogenética del hueso (BMP) que inducen la diferenciación de las células mesenquimáticas a Osteoblastos. Además, existen otros factores de crecimiento, como el factor similar a insulina IGF o factor transformante beta TGFB. Por otra parte, es muy característico de la matriz ósea, la presencia de cristales de fosfato de calcio que se disponen a lo largo de las fibras colágenas, en su superficie o incrustados en ellas. De modo que en la matriz ósea se reconocen dos componentes principales: la matriz orgánica propiamente dicha, que representa el 35% de la misma y las sales inorgánicas que comprenden el 65% de su peso seco. Las funciones de los huesos son esencialmente las del tejido óseo 2.- Describa al menos 4 funciones del tejido óseo: - - - - Periostio Es una túnica, o capa, de TC denso vascularizado, que se caracteriza por poseer capacidad osteogénica. Todos los huesos están rodeados por periostio, excepto en las superficies articulares y en las zonas de inserción de tendones y ligamentos. El periostio presenta dos capas. 3.- Describe las características de cada una de ellas: - Capa externa: Página 7 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 - Capa interna: Los vasos sanguíneos del periostio penetran en el hueso a través de los conductos de Volkmann. A nivel de los sitios de inserción de tendones y ligamentos en el hueso, se observan fibras colágenas que también pueden originarse en el periostio, que penetran dentro del hueso. Estas son las fibras de Sharpey que establecen íntimas relaciones entre el hueso y las estructuras que sobre él se insertan. El Endostio es una membrana de tejido conectivo que recubren las cavidades internas de los huesos. Esta membrana recubre las trabéculas del hueso esponjoso, las cavidades medulares y delimita los canales que pasan a través del hueso compacto. Al igual que el periostio también tiene células osteoprogenitoras. 4.- Coloque las referencias a la siguiente figura: Página 8 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Organización microscópica de los huesos (arquitectura de los huesos) La unidad fundamental del tejido óseo es una estructura laminar que contiene todos sus componentes: células (osteocitos), fibras y sustancia fundamental calcificada. Estas estructuras se denominan laminillas óseas que son de variable grosor (3 a 5 um) de longitud. Cada laminilla ósea contiene lagunas óseas, cavidades microscópicas también llamadas osteoplastos, en la que se alojan los osteocitos. La nutrición de estas células estáasegurada por los canalículos óseos que irradian de las lagunas óseas y que están ocupados por las prolongaciones de los osteocitos. La presencia de uniones nexo en el extremo de las prolongaciones, permite suponer que los osteocitos pueden intercambiarse electrolitos, moléculas pequeñas y otras señales. 5.- Coloque las referencias a la siguiente figura Según el modo en cómo se ordenan las laminillas, el tejido óseo puede ser compacto o esponjoso. Página 9 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 6- En el siguiente cuadro complete las características de los dos tipos de hueso Tejido óseo compacto Tejido óseo esponjoso En el hueso se puede apreciar un delicado ajuste entre la estructura y la función, pues la organización de las dos variedades de tejido óseo es una respuesta a las presiones o fuerzas que el hueso debe soportar. La distribución de ambas formas de tejido óseo varía en los distintos tipos de hueso. Así, la diáfisis de los huesos largos está formada en su mayor parte por hueso compacto. En cambio, el tejido óseo que rodea la cavidad medular de la diáfisis limitada por el endostio, es hueso esponjoso. Las epífisis de los huesos largos, así como la de los huesos cortos, están compuestas por tejido óseo esponjoso cubierto por una capa de hueso compacto. A su vez, los huesos planos están formados por dos capas delgadas de hueso compacto que cubren a ambos lados una capa de hueso esponjoso que es de forma irregular y recibe el nombre de diploe. Las capas de tejido óseo compacto se llaman tablas interna y externa, y son características de los huesos del cráneo. Osificación La formación del hueso tradicionalmente se clasifica en endocondral e intramembranosa. - Osificación intramembranosa: el tejido óseo se origina directamente en una lámina de mesénquima. Se forma por la diferenciación de células mesenquimáticas a osteoblastos. Es característica de los huesos planos (cráneo, cara, mandíbula, clavícula). Página 10 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 - Osificación endocondral: en el mesénquima, donde se originará el futuro hueso, aparece primero el cartílago hialino, que sirve de molde o modelo para que ulteriormente se desarrolle el tejido óseo. La existencia de dos tipos distintos de osificación no significa que el hueso o tejido óseo definitivo sea de membrana o endocondral. Estos nombres solo hacen alusión al mecanismo inicial por el cual se ha formado el hueso. Como consecuencia del remodelado que ocurre con posterioridad, el tejido óseo que inicialmente fue Página 11 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 depositado por osificación endocondral o intramembranosa es reemplazado en corto tiempo. El tejido óseo de reemplazo crece por aposición sobre el hueso preexistente y es idéntico en ambos casos. El crecimiento del hueso es posible por procesos complejos de resorción y síntesis del tejido óseo (remodelación), procesos que están bajo control hormonal y metabólico, y dependen de la actividad funcional de las variedades celulares propias del tejido óseo. Por su parte, la mineralización de la sustancia fundamental consiste en la precipitación de iones de calcio y fosfato, con la formación de una variedad de fosfato de calcio que tiene gran similitud con un mineral de mediana dureza: la hidroxiapatita [Ca10(PO4)6(OH)2]. Crecimiento de los huesos En la zona de unión de la diáfisis con las epífisis (metáfisis) se encuentra el cartílago de crecimiento o disco epifisiario, que es el responsable del crecimiento en longitud del hueso. En esta región, mientras en la zona vecina al centro primario los condrocitos se hipertrofian, hay simultáneamente, del lado epifisiario un proceso continuo de proliferación del cartílago en reposo. De esta manera, los condrocitos se van apilando y forman lo que se denomina cartílago seriado, o en pilas, con un ordenamiento de las células que se disponen en columnas orientadas a lo largo del eje mayor del hueso, dejando entre sí columnas de matriz cartilaginosa. Es a lo largo de éstas que, cuando las mismas se calcifican, que los osteoblastos generan tejido óseo. Por ello, estas trabéculas de matriz cartilaginosa reciben el nombre de trabéculas directrices. Las mismas sufren luego un proceso degenerativo dejando cavidades irregulares, pero alargadas. En síntesis, la proliferación del cartílago del lado epifisario y la simultánea osificación del lado diafisario, asegura el crecimiento en longitud de los huesos. Los procesos de proliferación del cartílago dependen de la hormona de crecimiento o somatotrofina que es segregada por el lóbulo anterior de la hipófisis. El exceso de esta hormona puede llevar al gigantismo, y su producción disminuida, a una variedad de enanismo. El cartílago de crecimiento persiste durante aproximadamente las dos primeras décadas de la vida. El proceso de proliferación del cartílago y reemplazo por hueso se Página 12 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 mantendrá hasta los 18 a 22 años de edad, según el sexo, carga genética, tenores hormonales y alimentación de cada sujeto, mostrando un mayor crecimiento entre los 12 a 15 años de edad. Como este proceso es característico de los huesos largos, la altura que alcanzará cada individuo depende fundamentalmente de la actividad osteogénica a nivel del cartílago de crecimiento. Cuando los procesos que en ella tienen lugar disminuyen en intensidad hasta desaparecer, se produce la detención del crecimiento en longitud del hueso. En conclusión, mientras que el crecimiento del hueso en longitud se realiza por los procesos que tienen lugar en la zona del cartílago de crecimiento a nivel epifisiodiafisario, el crecimiento en grosor del hueso se produce por la actividad osteogénica del periostio. Luego de desaparecer el cartílago de crecimiento, el hueso crece sólo por aposición, a partir del periostio, engrosándose su circunferencia. El crecimiento del hueso en grosor se produce por la actividad osteogénica del periostio. Luego de desaparecer el cartílago de crecimiento, el hueso crece sólo por aposición, a partir del periostio, engrosándose su circunferencia. Página 13 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Remodelación ósea Los huesos, lejos de ser estructuras estáticas, están en continua remodelación. Los cambios tienen lugar para adaptarse a los requerimientos propios de los cambios de relación de diversas estructuras anatómicas durante la vida. El proceso de remodelación ósea implica la actividad coordinada y acoplada de osteoclastos y osteoblastos, que forman unidades remodeladoras de hueso. La misma está constituida por osteoclastos, en número de 2-3, que a modo de trépanos y a un ritmo de hasta 50 um por día avanzan horadando un túnel en el hueso, seguidos de cerca por un equipo de osteoblastos que, depositando sustancia osteoide que se calcifica, lo cubren y estrechan con capas concéntricas sucesivas. Queda finalmente formado un nuevo conducto de Havers, con un sistema de laminillas concéntricas. Página 14 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 Los procesos de remodelación del hueso tienen lugar durante toda la vida del individuo, vinculándose directamente con el metabolismo del calcio y el fosforo, liberando este catión en respuesta a cambios que inducen disminución del calcio en sangre. Regulación del Metabolismo Fosfo-Cálcico 7.- Complete el siguiente párrafo sobre regulación del metabolismo fosfo-cálcico. La hormona paratiroidea (PTH) producida por actúa sobre el hueso de manera muy importante: directamente al activar la función del ___________, e indirectamente sobre las células que forman el , que desmineralizaen última instancia la matriz calcificada. En este proceso las trabéculas óseas son destruidas y las sales de calcio son liberadas. A este importante mecanismo de regulación de la calcemia se lo denomina resorción ósea. La acción de la hormona paratiroidea es antagonizada por otra hormona, la___________, producida por la________________. Esta hormona provoca un descenso de la calcemia mientras que, a nivel del hueso, interfiere en la resorción ósea, inhibiendo la actividad del______________ que posee receptores para esta hormona. Otras hormonas que también actúan sobre el hueso son: hormona tiroidea y hormonas sexuales (estrógenos en la mujer; andrógenos en el hombre) de allí la relación entre menopausia y osteoporosis. La transformación de la sustancia osteoide en tejido óseo depende en parte de la_______________. Su carencia puede llevar a una enfermedad llamada raquitismo. Esta vitamina estimula la absorción de calcio en intestino y reabsorción en túbulos renales, de esta manera aumenta la calcemia. A nivel óseo, la_____________, actúa sobre______________ promoviendo formación y mineralización de nueva matriz ósea. Vitamina D o calciferol o vitamina antirraquitica, se encuentra entre las vitaminas liposolubles. Existen 2 vitameros principales: la vitamina D2 o ergocalciferol de origen vegetal y la vitamina D3 o colecalciferol de origen animal. Los precursores se convierten en la vitamina cuando se someten a la radiación con luz ultravioleta. El organismo sintetiza provitamina D3. En el Hígado la pro vitamina D3 es hidroxilada en carbono 25 para generar 25 hidroxivitamina D, que pasa a la sangre, en riñon la 25 OH D es hidroxilada en carbono 1 pasando a 1,25 diOH vit D o calcitriol, siendo esta última Página 15 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 la forma activa. El calcitriol actúa a nivel del ADN nuclear de las células efectoras, estimulando la síntesis de proteínas. Sus principales órganos efectores son: intestino, hueso y riñón. Acción sobre intestino: aumenta la absorción del calcio, a través de la síntesis de una proteína fijadora de calcio llamada calbindina. Acción sobre hueso: por acción sobre los osteoblastos, induce a la síntesis de osteocalcina y fosfatasa alcalina. Estos factores promueven la formación y mineralización de nueva matriz ósea. Acción sobre riñón: activa la reabsorción de calcio en túbulos renales Otras acciones: el calcitriol inhibe la síntesis y secreción de hormona paratiroidea, por acción directa sobre la glándula. Fuentes nutricionales de Vitamina D3: yema de huevo, leche, hígado, pescado. Vitamina D2: hongos, cereales de grano entero, palta, frutos secos La vitamina C es también importante en este proceso. La ausencia o insuficiencia de esta vitamina en la dieta, es causa de cambios patológicos en todas las variedades de Página 16 Articulación Básico Clínico Comunitaria 1 – Ciclo 2020 tejido conectivo; en el tejido óseo en particular, la patología se denomina escorbuto. La vitamina C actúa sobre el fibroblasto en el proceso de síntesis de hidroxiprolina, que la célula utiliza luego para sintetizar el procolágeno. En ausencia de vitamina C, el fibroblasto no produce colágeno. Las heridas no cicatrizan. Como también se alteran las membranas basales, se producen hemorragias. La osificación está alterada, por ese mismo mecanismo en la deficiencia de vitamina C, es decir, que los osteoblastos tampoco producen colágeno. Clasificación de los huesos Los huesos se clasifican según su forma. 8.- Describa las características y de ejemplos de los siguientes tipos de huesos: • Los huesos largos: • Los huesos cortos: • Los huesos planos: • Los huesos irregulares • Los huesos sesamoideos:
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