Física del Sistema Óseo
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Composición y Estructura Histológica del Hueso
Los huesos están compuestos por células y sustancia extracelular que se conoce como matriz del hueso, esta última a su vez se divide es una fracción orgánica y otra mineral (Madrid, 2014).
Componentes
Los osteoblastos son células grandes, de forma poliédrica, con citoplasma basófilo y con un aparato de Golgi y un retículo endoplásmico rugoso de tamaño importante. Proceden de las células mesenquimales pluripotenciales de la médula ósea, endostio, periostio y pericitos perivasculares. Emiten procesos citoplasmáticos hacia la matriz, que comunican con la red de osteocitos y con osteoblastos vecinos. Los osteoblastos y osteocitos se comunican entre sí por proteínas transmembrana o integrinas, que actúan de enlace entre células o entre una célula y la matriz extracelular, permitiendo el paso de mensajeros como calcio, citoquinas o prostaglandinas.
Una vez mineralizada la matriz, algunos osteoblastos quedan atrapados dentro, transformándose en osteocitos. Los osteoblastos, osteoclastos y células limitantes se hallan en la superficie ósea, mientras que los osteocitos están en el interior. Los osteocitos son las células más abundantes del hueso (10 veces más que los osteoblastos). Poseen forma estrellada y su cuerpo se sitúa en el interior de lagunas u osteoplasmas y los procesos citoplasmáticos se comunican entre sí a través de los conductos calcóforos que están llenos de fluido óseo extracelular. De esta forma, los osteocitos se organizan formando un sincitio de células interconectadas que representa una única estructura, con la ventaja de que existe una gran superficie de contacto en el interior y hacia la superficie ósea, para asegurarse oxígeno y nutrientes.
Las células encargadas de la reabsorción son los osteoclastos. Se trata de células grandes, multinucleadas, ricas en mitocondrias y vacuolas. Los osteoclastos contienen fosfatasa ácida tartrato resistente (TRAP), que permite la desfosforilación de las proteínas, cuya actividad es aprovechada para su identificación, tanto in vivo como in vitro. Además, tienen receptores para calcitonina.
La matriz orgánica o sustancia osteoide representa un tercio del peso óseo. Está formada fundamentalmente por proteínas, entre las que destaca el colágeno (90%) (Fernandez, 2006).
Tortora G. & Derrickson B. (2006). Principios de Anatomía y Fisiología (p.185) Ed. Medica Panamericana
Propiedades Biomecánicas del Hueso: Cortical y Trabecular
En el cuerpo humano, los huesos están conformados por dos tipos de tejidos que les da estructura. Por un lado, el hueso o tejido cortical constituye la capa superficial del hueso y es el que brinda soporte y absorbe las cargas gracias a su gran densidad. Por otro lado, también se compone del tejido o hueso trabecular el cual es caracterizado por constituir la capa interna del hueso, tener menos densidad que el hueso cortical y ser un distribuidor de las tensiones cuando se presentan cargas.
A su vez, los huesos poseen una serie de propiedades que les permiten responder y reaccionar ante cargas o fuerzas externas que son ejercidas sobre ellos, siendo las principales propiedades biomecánicas la fortaleza y la rigidez. En el caso de la fortaleza, la cual consiste en la capacidad de soportar dichas cargas, el hueso cortical presenta una gran fortaleza debido a sus propiedades resistentes que pueden tolerar cargas de gran magnitud, a diferencia del hueso trabecular que no tiene tanta fortaleza al ser más liviano y tener menos densidad.
En cuanto a la rigidez como propiedad del hueso, se estudia por medio de una curva tensión-deformación y es la que determina la resistencia del hueso ante la carga y la deformación o cambios estructurales que ocasiona. Aquí, el hueso trabecular presenta una capacidad de soportar las deformaciones con un porcentaje 50%, a comparación del hueso cortical que puede colapsar con mayor facilidad y fracturarse si la deformación es constante y alta (Joseph Hamill, pp. 32-37-38).
Comportamiento del Hueso Bajo Varios Modos de Carga
El hueso se compone de materia y si aplicamos sobrecarga la materia se rompe cuando no sea capaz de soportar estrés mecánico aplicado. La fortaleza va a depender de la materia que compone el tejido y sus propiedades. El hueso es capaz de deformarse sin llegar a romperse y la cantidad de fuerza que produce esa deformación es lo que se denomina “rigidez”
La cantidad de fuerza que lleva al hueso a romperse se llama “dureza” (propiedad intrínseca de la materia ósea). Tanto la dureza como la rigidez dependen de la densidad que presente.
Mordin, M., & Frankel, V. H. (2001) La fuerza puede aplicarse en una estructura en varias direcciones, produciendo tracción, compresión, flexión, cizalladura, torsión y carga combinada. El hueso está sujeto a estas modos de carga, produciendo un efecto deformante interno sobre la estructura (p. 34).
Tracción: Se aplican fuerzas iguales y opuestas hacia afuera desde la superficie d la estructura. Esto genera tensión dentro de la misma.
Compresión: Aplican fueras iguales y opuestas hacia la superficie de la estructura, lo que genera tensión y esfuerzo comprensivo en su interior.
Flexión: Las cargas se aplican a la estructura de tal forma que curve sobre un eje. Experimenta una combinación de tracción y compresión produciéndose en lados opuestos.
Cizalladura: Se aplica una fuerza paralela a la superficie de la estructura, generando tensiones en el área afectada.
Torsión: Se aplica una carga a la estructura de modo que está gire alrededor de un eje, generando un torque en su interior.
Carga combinada: El hueso realmente experimenta una carga única. La carga es compleja, incluyendo que los huesos están sujetos a formas de tensión que varían constantemente.
El hueso responde de manera dinámica, es decir, tiene la capacidad de adaptarse y remodelarse según las tensiones a las que es sometido a diferentes tipos y magnitudes de carga, lo que es esencial para su fortaleza y funcionalidad a lo largo del tiempo.
https://ungfali.com (2017)
Proceso de Remodelación Ósea
Según la ley de Wolff (1892), el organismo siempre se encuentra en constantes cambios y necesidades mecánicas que obligan a los huesos a pasar por procesos de remodelación de su matriz ósea a lo largo del tiempo, con la finalidad de sustituir el tejido óseo viejo por uno nuevo (Frankel, 2004, p. 51).
Este proceso pasa por una fase de remoción del hueso viejo que lo ejecutan unas células llamadas osteoclastos, ellas se encargan de fijarse en la superficie del hueso para perforar y eliminar el tejido, además de liberar sustancias que disuelven los minerales óseos como el calcio y fósforo, todo en un período de tres semanas aproximadamente. Luego de su trabajo, los osteoclastos abandonan el lugar o mueren y entran otras células llamadas osteoblastos, quienes se ocuparán iniciar la fase de formación al liberar sustancias que desarrollen una matriz ósea orgánica abundante en colágeno y otras proteínas y rellenen el hueso perforado con anterioridad, creando tejido óseo nuevo. Esta fase a diferencia de la remoción, tomará alrededor de un período de tres meses en finiquitarse y podrá responder mejor antes las necesidades mecánica o fuerzas ejercidas en él (Joseph Hamill, p. 34).
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