11.1. Concepto, funciones y propiedades del tejido óseo
El tejido óseo es la variedad más especializada del tejido conjuntivo modelado. Como todo tejido conjuntivo, está compuesto por células y matriz extracelular, pero lo que lo distingue de cualquier otra variedad conjuntiva es que su matriz está mineralizada. Contiene cristales de sales cálcicas, fundamentalmente hidroxiapatita que le confieren una dureza y rigidez extraordinarias.
A diferencia del cartílago, el tejido óseo es vascularizado. Una extensa red de vasos sanguíneos penetra en su interior a través de canales específicos, lo que permite un metabolismo activo y una capacidad de remodelado continuo que el cartílago no tiene.
Sus funciones son múltiples:
- Soporte mecánico y locomoción: el esqueleto óseo mantiene la forma del organismo y actúa como palancas rígidas sobre las que actúan los músculos.
- Protección: el cráneo protege el encéfalo, las vértebras la médula espinal, y la caja torácica los pulmones y el corazón.
- Hematopoyesis: las cavidades del hueso esponjoso contienen médula ósea hematopoyética, donde se producen todas las células sanguíneas.
- Reserva mineral: el hueso almacena el 99% del calcio corporal total y cantidades importantes de fósforo, magnesio y sodio. La movilización de estos iones según las necesidades metabólicas es una función regulada hormonalmente (PTH, calcitonina, vitamina D).
- Propiedades físicas: el tejido óseo es resistente a fuerzas de tracción y compresión, ligeramente elástico (gracias al componente orgánico), duro y rígido (gracias a la hidroxiapatita), y en continua renovación gracias a los procesos de modelación y remodelación estudiados en el tema 14.
11.2. Organización macroscópica del hueso
Macroscópicamente el tejido óseo se organiza en dos patrones estructurales presentes en proporciones variables en todos los huesos:
- El hueso compacto o cortical forma una masa ósea densa, casi sin cavidades, que constituye la corteza de todos los huesos. Proporciona la resistencia mecánica principal.
- El hueso esponjoso, trabecular o reticular está formado por trabéculas de hueso que se anastomosan tridimensionalmente dejando amplios espacios intercomunicados, ocupados por médula ósea. Las trabéculas se orientan siguiendo las líneas de fuerza principales, optimizando la resistencia con el mínimo material.
La distribución de ambos varía con el tipo de hueso:
- En los huesos largos la diáfisis está formada por una gruesa corteza de hueso compacto que rodea un canal medular central. Las epífisis presentan una fina cubierta de hueso compacto con abundante hueso esponjoso en su interior. La superficie articular está cubierta por cartílago hialino (sin periostio).
- En los huesos cortos (carpo, tarso) hay una fina banda periférica de compacto y una amplia zona central de esponjoso.
- En los huesos planos (bóveda craneal) se distinguen dos tablas de hueso compacto (externa e interna) separadas por una banda de hueso esponjoso llamada diploe.
11.3. Células del tejido óseo
El tejido óseo contiene cinco tipos celulares que representan estadios funcionales sucesivos de un linaje o, en el caso del osteoclasto, un linaje completamente diferente.
11.3.1. Células osteoprogenitoras
Son las células madre del linaje osteoblástico, derivadas de la célula mesenquimática indiferenciada. Morfológicamente se parecen al fibroblasto: son fusiformes, con finas prolongaciones citoplasmáticas, núcleo alargado de cromatina laxa y citoplasma ligeramente eosinófilo con escasos orgánulos.
Son células de baja actividad metabólica en condiciones normales. Se localizan en la cara interna del periostio (capa condrogénica), en el endostio y rodeando los canales de Havers. En el adulto permanecen quiescentes y solo se activan ante una fractura u otro estímulo de reparación, diferenciándose en osteoblastos.
11.3.2. Osteoblastos
El osteoblasto es la célula formadora de hueso. Cuando las células osteoprogenitoras se activan se redondean, proliferan y se diferencian en osteoblastos, que se disponen en una única capa con organización epitelioide (similar a un epitelio) sobre la superficie del hueso en formación. Se unen entre sí mediante prolongaciones conectadas por uniones de tipo nexo.
Al MO: morfología cúbica o prismática. Citoplasma intensamente basófilo (por la abundancia de RER). Núcleo de cromatina laxa con nucléolo prominente, situado en el polo más alejado de la superficie de depósito (polo apical alejado del hueso). Zona pálida supranuclear correspondiente al Golgi.
Al ME: RER extenso en pilas paralelas, Golgi supranuclear prominente. Presencia característica de vesículas matriciales: pequeñas vesículas rodeadas de membrana que contienen fosfatasa alcalina y son el primer sitio de nucleación de los cristales de hidroxiapatita. Los osteoblastos son fosfatasa alcalina positivos y PAS positivos.
Productos de secreción del osteoblasto:
- Colágeno tipo I: 90% de la matriz orgánica.
- Proteoglicanos: perlecán, decorina.
- Glicoproteínas de adhesión: osteocalcina, osteonectina, osteopontina, proteína siálica ósea. Estas proteínas median la unión del componente orgánico con la hidroxiapatita.
- Factores de crecimiento y citocinas: IL-1, IL-6, IL-11, que modulan tanto la formación como la resorción ósea.
- RANKL y OPG: reguladores de la diferenciación osteoclástica.
Los osteoblastos expresan en su superficie receptores para PTH y para vitamina D. La PTH estimula al osteoblasto, que además de sintetizar osteoide responde secretando RANKL, que a su vez estimula indirectamente la diferenciación y activación de los osteoclastos.
El osteoblasto controla indirectamente la resorción ósea de dos maneras:
(1) Secretando colagenasa que elimina el osteoide superficial que tapona el acceso del osteoclasto al hueso mineralizado, y
(2) secretando RANKL que activa la diferenciación osteoclástica.
El osteoblasto es tanto constructor como director de la destrucción controlada del hueso.
11.3.3. Osteocitos
El osteocito es el estadio final del linaje osteoblástico: un osteoblasto que ha quedado completamente rodeado por la matriz que él mismo ha sintetizado. Una vez atrapado, la matriz se mineraliza a su alrededor y el osteoblasto se convierte en osteocito.
Reside en una laguna llamada osteocele, desde donde emite largas prolongaciones citoplasmáticas que discurren por canales finos denominados conductillos calcóforos o canalículos. Estas prolongaciones contactan con las de osteocitos vecinos mediante uniones de tipo nexo, formando una red tridimensional interconectada que recorre todo el tejido óseo.
Al MO: morfología lenticular u ovoidea adaptada a la forma del osteocele. Núcleo central pequeño con cromatina más condensada que el osteoblasto. Citoplasma ligeramente eosinófilo y escaso.
Al ME: orgánulos reducidos respecto al osteoblasto: RER moderado, Golgi pequeño, mitocondrias. Las prolongaciones son largas y finas, sin organelas en su interior, y están íntimamente adosadas a las paredes del conductillo.
| Parámetro | Osteoblasto | Osteocito |
|---|---|---|
| Localización | Superficie ósea (capa epitelioide) | Interior de la matriz mineralizada (osteocele) |
| Morfología MO | Cúbica o prismática | Lenticular u ovoidea |
| Citoplasma | Intensamente basófilo (RER abundante) | Ligeramente eosinófilo, escaso |
| Núcleo | Grande, cromatina laxa, nucléolo prominente, polar | Pequeño, cromatina más condensada, central |
| RER | Muy abundante (pilas paralelas) | Moderado o escaso |
| Golgi | Prominente, supranuclear | Pequeño |
| Vesículas matriciales | Presentes (nucleación de hidroxiapatita) | Ausentes |
| Función principal | Síntesis de osteoide | Mecanosensión y regulación del remodelado |
| Fosfatasa alcalina | Positiva | Negativa |
| Receptor PTH | Sí | No |
| Esclerostina | No produce | Produce (regula formación ósea) |
| RANKL | Produce (activa osteoclastos indirectamente) | Produce (principal fuente en adulto) |
El osteocito es el mecanosensor principal del hueso. Es capaz de detectar las fuerzas mecánicas que deforman el tejido a través de sus prolongaciones y del flujo de líquido en los conductillos, y traduce esas señales mecánicas en respuestas biológicas.
Cuando el hueso está sometido a carga mecánica, el osteocito reduce la secreción de esclerostina (inhibidor de la vía Wnt/β-catenina que frena la actividad osteoblástica), con lo que la formación ósea aumenta.
Cuando el hueso no se carga (inmovilización, microgravedad), la esclerostina aumenta y la formación ósea cae.
El osteocito también produce RANKL, que activa los osteoclastos para reabsorber el hueso en condiciones de desuso.
El anticuerpo monoclonal romosozumab (Evenity) bloquea la esclerostina y ha sido aprobado para el tratamiento de la osteoporosis posmenopáusica grave: al inhibir la esclerostina, activa la formación ósea osteoblástica. Es el primer tratamiento anabólico que actúa sobre la vía de señalización del osteocito.
11.3.4. Células de superficie ósea
Cuando un osteoblasto o un osteocito liberado de la matriz termina su actividad sintética sin necesidad de más hueso, se transforma en célula de superficie ósea. Son células aplanadas o fusiformes que tapizan todas las superficies óseas internas y externas que no están en actividad (ni en formación ni en resorción). Forman una capa continua sobre el endostio y el periostio profundo.
Son células quiescentes pero reversibles: ante un estímulo de reparación o remodelado pueden reactivarse y diferenciarse de nuevo en osteoblastos activos.
11.3.5. Osteoclastos
El osteoclasto es la célula de resorción ósea. A diferencia de todos los demás tipos celulares del tejido óseo, no deriva de la célula mesenquimática sino del sistema monocito-macrófago. Procede de precursores hematopoyéticos de la médula ósea que se diferencian en monocitos, pasan a la sangre y en el tejido óseo se fusionan para formar el osteoclasto multinucleado.
Es una célula gigante multinucleada de 50–150 µm de diámetro, con 5 a 50 núcleos según el grado de actividad. Es intensamente eosinófila por la alta densidad mitocondrial. Se sitúa en una cavidad excavada por él mismo en la superficie ósea: la laguna de Howship.
Es una célula polarizada funcionalmente:
- El polo alejado del hueso (polo apical) concentra los núcleos.
- El polo adyacente al hueso (polo basal) presenta el borde fruncido o plegado: una zona de profundos pliegues de la membrana plasmática que multiplica enormemente la superficie de contacto con la matriz a reabsorber. Rodeando el borde fruncido se encuentra la zona de sellado: una banda de membrana plasmática anclada herméticamente al hueso mediante integrinas (vitronectina-receptor) que aísla el compartimento subosteoclástico.
Al ME: un aparato de Golgi y un centríolo por cada núcleo. RER escaso. Mitocondrias muy abundantes. Abundantes lisosomas primarios y secundarios concentrados cerca del borde fruncido, cargados de enzimas: fosfatasas ácidas, catepsina K, colagenasas, hialuronidasas.
La bomba de protones (H⁺-ATPasa vacuolar) de la membrana del borde fruncido, asistida por la anhidrasa carbónica II, acidifica el compartimento subosteoclástico hasta un pH de ~4,5. Este medio ácido disuelve los cristales de hidroxiapatita (componente inorgánico).
Simultáneamente, los lisosomas liberan sus enzimas al compartimento, que digieren el colágeno y los proteoglicanos (componente orgánico). Los productos de digestión son endocitados y transcitosados hacia el polo apical, donde se liberan al espacio extracelular.
El osteoclasto no tiene receptores para PTH. La PTH actúa sobre los osteoblastos, que responden secretando RANKL.
El RANKL se une al receptor RANK en la superficie del osteoclasto y activa su diferenciación y actividad. La calcitonina sí actúa directamente sobre el osteoclasto (tiene receptores propios) y frena su actividad.
El denosumab (Prolia) es un anticuerpo monoclonal anti-RANKL aprobado para la osteoporosis: al bloquear RANKL impide la diferenciación y activación de los osteoclastos, reduciendo la resorción ósea. La catepsina K es otra diana terapéutica: el odanacatib (en desarrollo) inhibe esta proteasa lisosomal del osteoclasto.
| Célula | Origen | Función | Rasgos MO | Rasgos ME |
|---|---|---|---|---|
| Osteoprogenitora | Mesenquimática | Precursora del linaje osteoblástico | Fusiforme, citoplasma pálido | Orgánulos escasos |
| Osteoblasto | Mesenquimática | Síntesis de osteoide | Cúbico, basófilo, núcleo polar | RER extenso, Golgi prominente, vesículas matriciales |
| Osteocito | Mesenquimática (vía osteoblasto) | Mecanosensión, regulación del remodelado | Lenticular en osteocele, pequeño | Prolongaciones en conductillos, nexos |
| Célula de superficie | Mesenquimática (vía osteoblasto) | Quiescencia, reserva proliferativa | Aplanada, fusiforme | Orgánulos mínimos |
| Osteoclasto | Hematopoyética (monocito-macrófago) | Resorción ósea | Gigante multinucleado, eosinófilo, laguna de Howship | Borde fruncido, lisosomas abundantes, mitocondrias |
11.4. Matriz ósea
La matriz ósea es sintetizada inicialmente por los osteoblastos en un forma no mineralizada denominada osteoide. Sobre el osteoide se depositan posteriormente las sales minerales que lo convierten en matriz ósea madura.
11.4.1. Componente orgánico: el osteoide
El osteoide representa el 35% en peso de la matriz madura. Está compuesto por:
- Colágeno tipo I (90%): organizado en fibrillas paralelas con su estriación periódica característica de 64–68 nm.
- La orientación de las fibrillas varía entre láminas adyacentes, base de las propiedades mecánicas del hueso laminar.
- Es el componente que aporta resistencia a la tracción y elasticidad.
- Proteoglicanos (pequeños): a diferencia del cartílago, los proteoglicanos óseos son pequeños (decorina, biglicano):
- Su proteína core es corta y los glicosaminoglicanos son escasos y cortos.
- Contienen condroitín sulfato y queratán sulfato.
- La matriz ósea es PAS positiva y metacromática, pero de forma más débil que la cartilaginosa por la menor concentración de proteoglicanos.
- Glicoproteínas de adhesión: estas proteínas son las responsables de la unión entre el componente orgánico y el inorgánico.
- Osteocalcina: marca la maduración osteoblástica y tiene afinidad por la hidroxiapatita.
- Osteonectina: une colágeno con hidroxiapatita.
- Osteopontina y proteína siálica ósea: median la adhesión celular a la matriz mineralizada.
La composición molecular detallada del colágeno tipo I (organización jerárquica, estriación periódica, fibrilogénesis), los proteoglicanos pequeños y las glicoproteínas de adhesión de la matriz extracelular se desarrollan en el Tema 6 · Fibras y matriz extracelular.
11.4.2. Componente inorgánico: la hidroxiapatita
El componente inorgánico representa el 65% en peso de la matriz madura y es el responsable de la dureza y rigidez del hueso.
El componente principal son los cristales de hidroxiapatita [Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂], de morfología de bastón o paralelepípedo con dimensiones de ~60 × 25 × 3 nm. Se depositan dentro y entre las fibrillas de colágeno, específicamente en los espacios de brecha entre moléculas de tropocolágeno adyacentes, siguiendo la orientación de las fibrillas. Esta disposición ordenada es la base de la anisotropía mecánica del hueso.
Además de la hidroxiapatita, la matriz inorgánica contiene carbonatos cálcicos y pequeñas cantidades de iones sodio, magnesio y flúor.
El flúor merece mención especial. Este elemento se incorpora a la hidroxiapatita sustituyendo los grupos OH⁻ para formar fluorapatita, más resistente a la disolución ácida. Es la base de la acción preventiva del flúor en la caries dental y su efecto beneficioso sobre la densidad ósea.
