Huesos: Desarrollo y Osificación

Descripción General del Desarrollo Óseo

Definiciones

La formación de hueso se llama osificación u osteogénesis.

Tipos de osificación

Los 2 tipos principales de osificación son:

• Osificación endocondral: se crea un modelo de cartílago hialino a partir del mesénquima y luego se sustituye por hueso
• Osificación intramembranosa: los huesos se desarrollan directamente a partir del mesénquima

Revisión de la estructura ósea

Los 2 tipos principales de hueso son el hueso compacto y el hueso esponjoso.

• Hueso compacto:
  • Capa exterior dura y densa de los huesos
  • Se organiza en unidades funcionales denominadas osteonas: un canal central que contiene nervios y vasos rodeados de anillos concéntricos de matriz ósea calcificada y osteocitos
• Hueso esponjoso:
  • Capa interna formada por un entramado de finas piezas de tejido óseo llamadas trabéculas
  • Se encuentra en los extremos de los huesos largos y en el centro de los huesos planos, cortos e irregulares

Osificación Endocondral

Descripción general de la osificación endocondral

• Huesos formados por osificación endocondral: todos los huesos por debajo del cráneo excepto las clavículas
• El cartílago hialino se utiliza como plantilla para la formación de hueso.
• Resumen del proceso:
  • Los condrocitos crean un modelo de cartílago hialino del hueso.
  • Los condrocitos dentro del modelo maduran y se hipertrofian → permiten la mineralización
  • Mineralización → ↓ nutrición de condrocitos → muerte de condrocitos.
  • La muerte de los condrocitos crea un espacio dentro del hueso llamado laguna.
  • Las lagunas son invadidas por vasos que transportan osteoblastos, que depositan hueso nuevo.
  • El hueso nuevo se remodela en hueso maduro.

Proceso detallado de osificación endocondral

• El mesénquima se diferencia en condroblastos.
• Los condroblastos secretan una matriz de cartílago hialino:
  • Forma un modelo del hueso
  • Modelo rodeado por una membrana llamada pericondrio
  • Los condroblastos atrapados en la matriz se convierten en condrocitos.
• Formación del centro de osificación primario:
  • Se produce en la diáfisis (eje) de los huesos largos
  • Los condrocitos cercanos al centro del modelo maduran y se hipertrofian.
  • Los condrocitos hipertrofiados alteran el contenido de la matriz (añaden colágeno X y fibronectina) → permiten que comience la mineralización
• Mineralización de la matriz:
  • Conduce a ↓ entrega de nutrientes a los condrocitos → apoptosis de los condrocitos
  • Se desarrollan espacios (llamados lagunas) en la matriz donde solían existir condrocitos
• Invasión de los vasos sanguíneos:
  • Las yemas vasculares (llamadas yemas periósticas) surgen del pericondrio
  • Crecen hacia las lagunas del centro de osificación primario (centro de la diáfisis)
  • Llevan consigo células osteogénicas a las lagunas:
    • Los osteoblastos forman hueso nuevo.
    • Los osteoclastos descomponen el hueso y la matriz.
  • Los brotes periósticos invasores rompen las paredes entre las lagunas, creando el espacio medular primario (que finalmente se convertirá en la cavidad medular).
• Siembra de células osteogénicas:
  • Las yemas periósticas depositan osteoblastos en el espacio de la médula.
  • Al mismo tiempo, el pericondrio se osifica en un cuello óseo que rodea al hueso en formación → ahora conocido como periostio
• Los osteoblastos crean hueso tejido:
  • Los osteoblastos que ahora recubren los espacios de la médula depositan tejido osteoide (componentes orgánicos de la matriz ósea) y lo calcifican → llamado hueso tejido
  • La remodelación ósea (a través de osteoclastos y osteoblastos) sustituye el hueso tejido por hueso trabecular (esponjoso) maduro
• Crecimiento de la longitud de los huesos:
  • El cartílago sigue dividiéndose en las epífisis → ↑ longitud del hueso
  • La zona se conoce como placas epifisarias o placas de crecimiento.
  • Continúa proporcionando un crecimiento longitudinal hasta la edad adulta temprana
• Centros de osificación secundarios:
  • Situados dentro de la epífisis
  • Aparecen alrededor del momento del nacimiento
  • Sigue el mismo patrón que el centro de osificación primario:
    • Mineralización de la matriz
    • Muerte de condrocitos → creación de lagunas
    • Invasión de los vasos sanguíneos
    • Llenado de las lagunas con osteoblastos, que crean hueso
• Después del nacimiento, el cartílago permanece en:
  • Superficies articulares
  • Placas epifisarias:
    • También conocido como placas de crecimiento
    • Se osifican después de la pubertad (lo que provoca que no haya más crecimiento longitudinal)

Osificación Intramembranosa

La osificación intramembranosa es una conversión directa de células mesenquimales en tejido óseo.

Huesos formados por osificación intramembranosa

Estos huesos tienen una capa intermedia de hueso esponjoso entre capas de hueso compacto:

• Huesos planos del cráneo
• Huesos de la cara
• Mandíbula
• Clavícula

Proceso

• Las células mesenquimales se condensan en láminas y se diferencian en:
  • Células osteogénicas → se diferencian en osteoblastos
  • Capilares
• Entre las láminas mesenquimales:
  • Las células osteogénicas/osteoblastos se condensan en centros de osificación
  • Los osteoblastos comienzan a segregar osteoide: matriz ósea colágena blanda (trabéculas blandas)
  • Las trabéculas crecen → los osteoblastos depositan fosfato de calcio en la matriz
• Los osteoblastos atrapados en la matriz mineralizante se transforman en osteocitos
• Trabéculas mineralizadas:
  • Porción media: se convierte en hueso esponjoso permanente (capa media de los huesos planos)
  • Porciones de superficie:
    • Continúa la calcificación hasta que se rellenan todos los espacios → hueso compacto
    • La remodelación se produce a través de los osteoclastos y los osteoblastos para formar el hueso laminar.
• Mesénquima superficial:
  • Se mantiene sin calcificar
  • Se vuelve más y más fibroso
  • Eventualmente se diferencia en periostio

Crecimiento y Mineralización Ósea

Crecimiento óseo

Las placas epifisarias se encuentran en la metáfisis de los huesos largos, la región de transición entre la diáfisis (eje) y la epífisis (extremos). Existen cinco zonas histológicas distintas:

1. Zona de reserva de cartílago:
   • Situada más lejos de la médula
   • Consiste en un cartílago en reposo
   • Los condrocitos desaparecen después de la pubertad → “cierre” de las placas de crecimiento
2. Zona de proliferación:
   • Los condrocitos se organizan en columnas y se dividen.
   • Conduce al crecimiento longitudinal
3. Zona de hipertrofia:
   • Los condrocitos se hipertrofian, maduran y se transforman (igual que en la osificación endocondral).
   • Permite la mineralización y el crecimiento longitudinal adicional
4. Zona de calcificación: La matriz está mineralizada.
5. Zona de resorción y deposición ósea:
   • Los condrocitos mueren, creando canales longitudinales que son invadidos por vasos que transportan células osteogénicas.
   • Los osteoclastos disuelven el cartílago calcificado.
   • Los osteoblastos recubren las paredes del canal y depositan láminas concéntricas de matriz hasta que solo queda un canal estrecho → el canal central de un osteón maduro

Mineralización ósea

• El calcio (Ca²⁺) y el fosfato (PO₄^3-) se combinan para formar cristales de hidroxiapatita en la matriz ósea.
• Los cristales sólo pueden formarse cuando se superan ciertos niveles umbrales de Ca²⁺ y PO₄^3-:
  • La mayoría de los tejidos tienen inhibidores que impiden que esto ocurra.
  • Las células formadoras de hueso secretan osteocalcina, que se une al Ca²⁺ extracelular → permite la acumulación de Ca²⁺
• Los osteoblastos responden al ↑ Ca²⁺ secretando fosfatasa alcalina, que ↑ iones PO₄^3-.
• En niveles ↑, el calcio y el fosfato cristalizan en cristales de hidroxiapatita (Ca₁₀(PO₄)₆OH₂) sobre la matriz orgánica.

Relevancia Clínica

• Acondroplasia: enfermedad autosómica dominante causada por mutaciones en el gen FGFR3, que inhibe la proliferación de condrocitos, lo que impide la formación de hueso endocondral. Clínicamente, la acondroplasia se presenta en bebés con baja estatura, acortamiento de las extremidades, facies característica, anomalías en la curvatura de la columna vertebral y desarrollo motor lento. El desarrollo intelectual es normal. El tratamiento está dirigido a optimizar la capacidad funcional y a tratar las complicaciones, como las infecciones de oído recurrentes, la apnea del sueño, el arqueo de las piernas y la estenosis espinal.
• Osteogénesis imperfecta: también conocida como “enfermedad de los huesos de cristal”. La osteogénesis imperfecta es un raro trastorno genético del tejido conectivo caracterizado por una grave fragilidad ósea. Aunque se considera una sola enfermedad, incluye más de 16 genotipos, siendo los más comunes los que causan mutaciones en el colágeno tipo 1. Algunas formas son letales en el útero. No existe una cura definitiva; el tratamiento es de soporte, normalmente con bifosfonatos, y se centra en reducir el dolor, la frecuencia de las fracturas y la deformidad ósea y en aumentar la deambulación.
• Raquitismo: trastorno de la disminución de la mineralización ósea en los niños. En el raquitismo, los condrocitos hipertróficos de las placas de crecimiento epifisarias no sufren apoptosis. Este fallo provoca una mineralización insuficiente del cartílago y se debe, en la mayoría de los casos, a una deficiencia de vitamina D, la vitamina que favorece la mineralización del hueso. El raquitismo se presenta con deformidades esqueléticas, incluyendo piernas arqueadas, y anomalías en el crecimiento. El tratamiento incluye la administración de suplementos de vitamina D, calcio y fósforo.