Actividad física aplicada a la osteoporosis

José López Chicharro

• Editorial: Elsevier
• Año: 2014
• ISBN:
  9788490227640
• Categoría: Medicina
• Categoría: Fisioterapia, medicina física y rehabilitación

• Obra que aborda desde un punto de vista científico los avances que se están produciendo en el tratamiento y prevención de la osteopororis, centrándose en la actividad física como uno de los principales pilares de dicho tratamiento.
• Los autores distinguen claramente dos bloques en esta obra: una primera parte con información genérica sobre la estructura y fisiología del hueso, así como de la osteopatía y la osteopenia, y una segunda parte más centrada en el ejercicio físico, sus efectos y su prescripción.
• Los autores, con una extensa experiencia en investigación, basan los contenidos de la obra en los resultados de los estudios de investigación realizados recientemente, lo que hace que sea una obra de gran actualidad.
• El contenido se expone de una manera clara y sencilla con el objetivo de que pueda ser de utilidad a los diversos especialistas involucrados en la atención de pacientes con osteoporosis.
• Obra con numerosas imágenes y vídeos explicativos.

Capítulo 1

Estructura y ultraestructura del hueso. Biomecánica del tejido óseo

María Teresa Angulo Carrere

Estructura y ultraestructura del hueso

El tejido óseo es una variedad de tejido conjuntivo que constituye la base histológica de los huesos que forman parte del esqueleto humano. Está formado en un 10% por agua; el resto del tejido está constituido por células óseas (osteoblastos, osteoclastos y osteocitos) y la sustancia que se dispone entre dichas células, denominada sustancia intercelular. Este tejido está en constante renovación por grupos celulares de formación ósea (osteoblastos) y de destrucción o resorción ósea (osteoclastos), agrupados en las denominadas unidades multicelulares óseas (BMU)¹.

Los osteoblastos son las células formadoras del hueso que proceden de células mesenquimatosas primitivas (células osteoprogenitoras) y que tienen forma variable según estén o no en fase de actividad¹. Los osteoblastos activos elaboran y secretan a la matriz la denominada sustancia «osteoide», constituida por colágena tipo I, glucosamino-glucurono-glucanos y proteoglucanos (condroitín sulfato y queratán sulfato). En las primeras fases de la mineralización del tejido óseo, penetran calcio y fosfatos procedentes de la sangre al citoplasma del osteoblasto, se forma fosfato tricálcico que precipita en forma de cristales de hidroxiapatita y que va siendo expulsado al medio extracelular². Se pueden observar tres tipos diferentes de osteoblastos en el tejido óseo, cuya diferenciación depende de su función y morfología: preosteoblastos, osteoblastos activos y osteoblastos inactivos o en reposo. Los preosteoblastos presentan una forma cuboidea menos perfecta que la de los osteoblastos activos, se sitúan a distancia de la superficie ósea, no depositan matriz ósea y todavía pueden dividirse. Estas células se diferencian hacia una forma celular activa, típicamente cuboidea y responsable del depósito orgánico en la matriz ósea³ denominada osteoblasto. Los osteoblastos poseen prolongaciones celulares o pseudópodos dirigidos hacia el borde osteoide, no poseen capacidad de división y regulan importantes marcadores óseos (sialoproteína, osteocalcina, receptor de la vitamina D₃, colágena tipo I, etc.). Los osteoblastos dirigen las primeras fases de la mineralización de las fibras colágenas y, por tanto, su depósito adecuado. Según se produce esta formación ósea, algunos osteoblastos mueren por apoptosis, otros se aplanan en la superficie y se convierten en células de revestimiento (formando el denominado borde osteoide), mientras que otros quedan atrás y son atrapados en la matriz osteoide, denominándose osteoblastos inactivos u osteocitos grandes. Estas células reducen su retículo endoplásmico y se transforman en osteocitos^3,4 que quedan enterrados en el tejido óseo dentro de pequeñas cavidades denominadas «lagunas óseas».

Los osteocitos tienen forma ovalada (que los hace más sensibles a las deformaciones de la membrana) y poseen prolongaciones finas de su citoplasma o dendritas que les dan aspecto de araña. Existen indicios de que las lagunas óseas en las que se encuentran estas células están orientadas de acuerdo con la dirección de las fuerzas que llegan al hueso⁵. Las dendritas o prolongaciones del citoplasma conectan con las de otros osteocitos a través de una densa red de canalículos presentes en las osteonas (canales calcóforos)^2,6. Estas dendritas se conectan unas con otras a través de uniones gap constituidas fundamentalmente por proteína conexina 43 (Cx43)⁷. Las conexiones entre las dendritas de los osteocitos no son permanentes, sino que se extienden y retraen de forma repetida⁶. Los osteocitos constituyen más del 90% del componente celular del hueso, poseen un papel fundamental en el mantenimiento de la homeostasis del tejido óseo y, por tanto, en asegurar la resistencia del hueso, ya que funcionan como transductores mecánicos regulando la resorción ósea (osteoclastogénesis). Estas células, además, participan en el proceso de remodelación segregando factores osteoclastogénicos en las zonas lesionadas de tejido óseo^7,8, y son capaces de actuar a distancia a través del efecto sobre el control de la reabsorción de fosfatos por el riñón⁹. Los osteocitos requieren de la estimulación mecánica para su supervivencia y viabilidad, de forma que la ausencia de fuerzas mecánicas inducen a los osteocitos a la apoptosis^7,10,11. La pérdida de viabilidad de los osteocitos se ha relacionado con la pérdida de masa ósea, la osteonecrosis y el aumento de la fragilidad del hueso^12-14, ya que se originaría una disminución de la producción del factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF) que llevaría a reducción de la vascularización del hueso y del fluido canalicular. La pérdida de osteocitos, a largo plazo, originaría un endurecimiento hidráulico del hueso que influiría en la resistencia del tejido, independientemente de la densidad mineral del tejido¹⁵.

La mecanotransducción es el proceso fisiológico a través del cual el hueso detecta las cargas mecánicas, respondiendo con cambios en su metabolismo para poder adecuar su estructura y su resistencia a las nuevas cargas detectadas¹⁶. Esta función la realizan fundamentalmente los osteocitos a través de la red tridimensional de comunicación establecida por sus dendritas. En este proceso se pueden diferenciar cuatro etapas: a) acoplamiento mecánico; b) acoplamiento bioquímico; c) transmisión de señales bioquímicas, y d) respuesta de ejecución. En la primera etapa, la deformación producida por la carga que llega al hueso es detectada por los osteocitos; cuando esta fuerza sobrepasa el umbral (magnitud o cadencia adecuada) se generan diferencias en el gradiente de presión del fluido existente en los canales calcóforos, que originan cizallamiento de las membranas celulares de los osteocitos, produciendo su activación celular. Una vez detectada la señal, tiene lugar el acoplamiento bioquímico, produciendo una respuesta de alteración en la expresión génica de los osteocitos. Como consecuencia de ello, se generan factores de crecimiento anabólicos que viajan a la superficie y estimulan a las células osteoprogenitoras que se transforman en osteoblastos¹⁶. Por último, la respuesta de ejecución estimularía la remodelación ósea. Se ha demostrado que la liberación de prostaglandinas es necesaria para que se produzca la respuesta anabólica del hueso originada por el estímulo de la carga mecánica¹⁷. El estrés originado en los canalículos en los que se encuentran los osteocitos da lugar a la secreción de prostaglandinas. La prostaglandina E2 activa la proteincinasa B que proporciona protección contra la apoptosis y promueve la replicación celular^18,19.

Los osteocitos, además, presentan un gen específico (Sost) que codifica una proteína soluble denominada esclerostina. Esta proteína, que actúa a través de la espesa red de canalículos y llega a la superficie ósea, es la expresión de un receptor activo para la paratohormona (PTH) que inhibe la formación ósea^20,21. Esto demostraría cómo los osteocitos, incluidos en la profundidad del hueso y lejos de la superficie, pueden orquestar la actividad de formación ósea que tiene lugar en la superficie. Este gen Sost es muy importante en la respuesta del hueso a la carga, ya que está controlado por el estímulo mecánico y posee un papel específico en la mecanotransducción⁷. Cuando hay carga o solicitación mecánica sobre el hueso, se suprime la expresión de esclerostina en los osteocitos, y se induce la formación ósea (fig. 1.1). La localización de los osteocitos puede afectar a su producción de esclesrostina. Los que se encuentran cerca de la superficie ósea y aquellos que se sitúan en un área de formación de hueso, suelen ser con más frecuencia esclerostina-negativos, si se comparan con los osteocitos situados en la profundidad del hueso. Esta distribución de osteocitos productores de esclerostina contribuye a determinar si se debe formar nuevo tejido óseo y, además, marcan la zona de tejido donde debe realizarse la remodelación ósea. Los osteocitos serían, por tanto, los máximos responsables del proceso de remodelación ósea a través del mecanismo de mecanotransducción²².

Figura 1.1 Diagrama que muestra la modulación de los osteocitos induciendo la diferenciación de progenitores osteoblásticos y la formación de sustancia osteoide (a través de la cascada de señales Wnt) cuando el hueso recibe carga mecánica. Este proceso tiene lugar mediante la inhibición de la esclerotina. Modificado de Galli et al.⁷.

Investigaciones sobre el modo en el que se produce la transferencia de las cargas mecánicas a los osteocitos sugieren que los movimientos del fluido intracanalicular, originados por un estímulo mecánico, podrían deformar las membranas de las dendritas o actuarían sobre el cilio primario, una estructura que sobresale fuera de la membrana de la célula en la laguna de los osteocitos²³.

Otra de las propiedades importantes de los osteocitos es el control de la diferenciación de los precursores mesenquimatosos de la médula ósea hacia la línea osteoblástica a través de la cascada de señales WNT^24,25. Los factores de crecimiento WNT son glucoproteínas secretadas que ejercen una gran variedad de efectos sobre las células actuando sobre las vías canónica y no-canónica. La diferencia entre ambas vías se establece por los ligandos específicos que activan cada una de ellas, y por la habilidad de la vía no-canónica de inhibir la vía canónica. Dentro de la vía no-canónica destacan la Planar Cell Polarity (PCP) y la Wnt/Calcium Pathways. La primera es responsable de...