El esqueleto es una estructura funcional interna del organismo muy interesante de explorar, este sistema biológico se compone de un conjunto de formaciones sólidas de origen mesodérmico. Es una parte del organismo dinámica y funcional que no deja indiferente a las grandes mentes de la medicina, realmente es cautivador conocer los entresijos más secretos y la forma organizativa del sistema esquelético.
El sistema óseo proporciona soporte, apoyo y protección a los tejidos blandos y músculos en los organismos vivos. Está constituido por huesos. Cada hueso es un órgano ya que está formado por diversos tejidos: óseo, cartilaginoso, conectivo denso, epitelial, otros que generan sangre, adiposo y nervioso.
Las funciones de los huesos son variadas, la más conocidas y obvias y en las que todos pensamos a la hora de referirnos a estos órganos rígidos son tres básicamente: el soporte, la protección y la generación de movimiento mecánico junto a los músculos, pero hay más. Los huesos también tienen funciones tan importantes como la creación de glóbulos rojos y son utilizados como un lugar de almacenamiento para minerales, también proporcionan un medio (la médula espinal) para el desarrollo y el almacenamiento de las células madre.
El sistema óseo de un adulto está formado por 206 huesos, aunque en su etapa inicial el número es mayor, ya que los niños vienen al mundo con una cifra de unidades cercana a los 300 ya que con la edad se van uniendo y calcificando. Es un proceso natural de crecimiento y por este motivo los bebés pueden salir con más facilidad por el canal de parto.
Los huesos están compuestos por 3 tipos de componentes: la Sustancia osteoide (Material orgánico que aún no se ha mineralizado, cuyo principal componente es la proteína en forma de colágeno y otros elementos extracelulares), Los minerales (el calcio y el fosfato que se unen para formar una capa cristalizada) y las células (células con funciones antagónicas, los osteoblastos y los osteoclastos). Los huesos se clasifican en huesos largos, huesos cortos, huesos planos y huesos irregulares.
Las funciones de los huesos
Las funciones básicas
La función convencional del esqueleto es la de un órgano estructural estático que soporta el movimiento del cuerpo, protege los órganos internos y es un reservorio de minerales.
El esqueleto adquiere gran importancia para actuar como soporte del cuerpo y para la unión de músculos y tendones, así como para el movimiento mecánico. El esqueleto protege los órganos de las cavidades craneal y torácica de lesiones, y aloja y protege la médula ósea dentro de sus cavidades.
El esqueleto tiene un papel fundamental como reservorio de minerales como el calcio y el fosfato, y éstos pueden ser liberados cuando aumentan las demandas del organismo y en el mantenimiento de la homeostasis sérica. Estas funciones convencionales del esqueleto dependen de la homeostasis del propio hueso.
El esqueleto contribuye a la homeostasis de todo el cuerpo y al mantenimiento de múltiples órganos/sistemas importantes, como la hematopoyesis, la actividad inmunitaria, el metabolismo energético y la función cerebral. Estas funciones que afectan a tejidos no óseos se denominan funciones extra esqueléticas.
Funciones extra esqueléticas del hueso
Para entender la funcionalidad de algunas de estas células haremos referencia al significado de la palabra poiésis. Mientras que poiésis y poiético viene de otra palabra griega (ποíησις: hacer, producir, fabricar), e indica la relación hombre- naturaleza, en especial la relación tecnológica, o todo el ámbito de las fuerzas productivas, la división del trabajo, el proceso del trabajo, etc.
Las células madre mesenquimales, los osteoblastos y otras células en la médula ósea son las encargadas de realizar las funciones extra esqueléticas del hueso.
Los osteoblastos (del griego osteon = hueso y blastos = germen) son células del hueso encargadas de sintetizar la matriz ósea, por lo que están involucradas en el desarrollo y el crecimiento de los huesos Los osteoblastos son indispensables para el estado de reposo y la autorrenovación de las células madre hematopoyéticas (HSC). La ausencia de osteoblastos conduce a una disminución de la autorrenovación de las HSC en la médula ósea.
Los osteoblastos juegan un papel importante en la linfopoyesis, mielopoyesis y megacariopoyesis. El ligando (CXCL12) es una quimiocina que regula el mantenimiento y la retención de las HSC y es necesaria para la linfopoyesis y la mielopoyesis.
Los osteoclastos son otras células importantes que regulan la hematopoyesis en el hueso, tienen la función antagónica a los osteoblastos, ésta es una célula multinucleada, móvil y gigante que degrada, reabsorbe y remodela huesos. El injerto de HSC en la médula ósea depende del nivel local de iones de calcio elevado durante la reabsorción ósea.
La catepsina K, es secretada por los osteoclastos, la cuál escinde el CXCL12 y el factor de células madre (SCF), lo que se asocia con la movilización promovida de células progenitoras hematopoyéticas (HPC) en la circulación sistémica. La metaloproteinasa de matriz 9 (MMP-9) secretada por los osteoclastos induce a la liberación de SCF de las células del estroma de la médula ósea para promover la reconstitución hematopoyética.
Por lo tanto, los osteoclastos ayudarán en el mantenimiento y la movilización del nicho de HSC. La administración del ligando del receptor activador del factor nuclear κ B (RANKL) aumenta la movilización concomitante de HSC a la circulación sistémica al promover la resorción ósea.
El efecto del hueso en el metabolismo mineral.
El hueso también tiene una función endocrina que regula múltiples procesos metabólicos. El metabolismo mineral es muy importante para la homeostasis. Además de almacenar minerales, el esqueleto también regula el metabolismo mineral sistémico de manera endocrina.
El factor de crecimiento de fibroblastos 23 (FGF 23) es una hormona derivada de los huesos secretada por los osteoblastos y los osteocitos.
El FGF23 tiene funciones importantes en el metabolismo de los minerales: la inhibición de la reabsorción de fosfato y la regulación de la reabsorción de calcio y sodio del riñón a través del canal del receptor potencial transitorio vanilloid-5 (TRPV5) en los túbulos renales distales. El FGF23 también promueve la reabsorción de sodio a través del cotransportador de cloruro de sodio (NCC) en los túbulos renales distales renales y conduce al aumento de volumen, expansión e hipertensión.
Además, FGF23 regula sistemáticamente el calcio y el fosfato séricos al regular los niveles de PTH y la forma activa de vitamina D. La PTH promueve la liberación de calcio de los huesos al estimular la resorción ósea y la absorción de calcio en el riñón y la absorción intestinal de calcio a través de un aumento en el nivel de 1,25(OH). La PTH también inhibe la reabsorción de fosfato en el riñón. La 1,25(OH) promueve la absorción de calcio en el intestino delgado y la reabsorción de fosfato al suprimir el nivel de PTH en el riñón
Como órgano endocrino, el hueso también regula el metabolismo de la glucosa y la energía a través de diferentes vías. La osteocalcina (OC) es otra hormona multifuncional secretada por osteoblastos y está incrustada en la matriz ósea. Hay dos formas de osteocalcina: OC no carboxilado y OC sub carboxilado (GluOC).
Durante la resorción ósea, el ambiente ácido en las fosas de resorción ósea generado por los osteoclastos promueve la descarboxilación de GlaOC incrustado en la matriz ósea a GluOC y se libera más fácilmente del tejido óseo a la circulación. El GluOC puede promover la proliferación de células β, estimular la síntesis y secreción de insulina y aumentar la sensibilidad a la insulina del tejido adiposo, el músculo y el hígado, lo que lleva a un mayor gasto de energía.
Cambiar la actividad de los osteoblastos o los osteoclastos altera el metabolismo de la glucosa al afectar los niveles de GluOC. Un estudio ha demostrado el aumento del nivel sérico de GluOC y una disminución del nivel de glucosa en sangre. La disminución del nivel sérico de GluOC conduce a una alteración de la tolerancia a la glucosa, la secreción de insulina y la sensibilidad. Es bien sabido que el tratamiento con glucocorticoides a largo plazo induce resistencia a la insulina e intolerancia a la glucosa. Se interpreta que los osteoclastos controlan el metabolismo de la glucosa a través de la regulación de la descarboxilación de OC.
Existe una influencia del hueso sobre el metabolismo energético independiente del OC. La eliminación de osteoblastos conduce a alteraciones metabólicas sistémicas, que no pueden revertirse.
La lipocalina 2 (LCN2), una hormona secretada por los osteoblastos que también regula el metabolismo energético y mantiene la homeostasis de la glucosa al inducir la secreción de insulina y mejorar la tolerancia a la glucosa y la sensibilidad a la insulina, además de inhibir la ingesta de alimentos.
La esclerostina es una glicoproteína secretada específicamente por los osteocitos con una función endocrina para influir en la composición corporal al regular el metabolismo de los adipocitos. Su eliminación en determinados estudios indica una reducción de la masa de tejido adiposo blanco y las correspondientes mejoras en la sensibilidad a la insulina y los ácidos grasos. Los osteoblastos son capaces de regular la homeostasis de la glucosa en todo el cuerpo mediante la regulación de su propio metabolismo celular de la glucosa.
Otras funciones extra esqueléticas del hueso
El desarrollo del cerebro embrionario y la función del cerebro adulto están regulados por el hueso a través de GluOC. El GluOC podría atravesar la placenta y la barrera hematoencefálica para promover directamente el desarrollo cerebral y la adquisición de funciones cognitivas en el feto. El GluOC también puede atravesar la barrera hematoencefálica para promover la expresión del factor neurotrófico derivado del cerebro y afectar la función cognitiva del cerebro. La ausencia de OC puede indicar una deficiencia de aprendizaje espacial y memoria y un empeoramiento del comportamiento similar a la ansiedad. La administración de GluOC puede corregir el deterioro cognitivo relacionado con la edad y disminuir el comportamiento y las funciones similares a la ansiedad.
Se sospecha que GluOC puede regular la fertilidad masculina al promover la producción de testosterona e inhibir la apoptosis de las células de Leydig en los testículos.
El hueso también tiene efectos importantes sobre el músculo. GluOC aumenta la producción de IL-6 del músculo, lo que mejora la absorción de glucosa y ácidos grasos de las miofibras y luego promueve la adaptación al ejercicio.
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