Variación y biología ósea

Los huesos, tanto como tejidos conectivos como elementos, pueden ser estudiados en varios niveles jerárquicos y la información obtenida es útil tanto para reconstruir la biología de una población como para inferior aspectos biológicos de un individuo.

El hueso, con múltiples funciones como tejido y como órgano, actúa como componente mecánico esencial del sistema musculoesquelético, pues protegen y soportan tejidos blandos, fijan músculos, tendones y ligamentos, y, actúan como palancas rígidas que permiten el movimiento de los músculos. Los huesos, además, funcionan como centros fisiológicos para la producción de células de sangre, como instalaciones de almacenamiento de grasas y como reservorios de elementos importantes como el calcio, esencial para la coagulación sanguínea y la contracción muscular. El hueso como tejido está adaptado a todas estas funciones y como órgano, la variedad de funciones mecánicas y fisiológicas están íntimamente relacionadas con las estructuras tanto macro como microscópicas del tejido óseo.

El hueso es un tejido dinámico que permite el crecimiento durante la ontogenia (desarrollo) del individuo y está conformado por células que residen dentro de él, por lo que la morfología de los huesos se puede alterar durante la vid, y,la forma y el tamaño de los huesos y dientes también pueden variar dramáticamente entre individuos. Comprender y apreciar la variación en la anatomía macroscópica ósea y dental es importante en cualquier trabajo con restos esqueléticos humanos.

VARIACIÓN

Es fácil establecer características físicas que permiten distinguir a cada persona y solo en el raro caso de gemelos idénticos habría mucha dificultad para distinguir a diferentes personas. Esto se debe a que la especie humana, como otras especies, presenta variación, extendiéndose en nuestro caso a los dientes y huesos del esqueleto.

Son cuatro los factores principales que conducen a la variación en la anatomía esquelética humana:

1. La ontogenia o crecimiento. Se observa una gran cantidad de variación esquelética en tamaño y forma a lo largo del continuo de crecimiento entre el feto y el adulto. El osteólogo puede utilizar esta variación para determinar la edad de muerte por restos óseos.

2. El sexo del individuo. Los humanos tienen un dimorfismo sexual moderado en tamaño corporal, el cual se manifiesta en el tamaño relativamente más pequeño de los huesos y dientes femeninos. A esta variación de tamaño le acompaña una variación de forma, que permite que ciertos elementos esqueléticos se utilicen para determinar la identidad sexual de los restos prehistóricos.

3. Variación geográfica o variación poblacional. Los diferentes grupos humanos varían en muchas características esqueléticas y dentales. Esta variación geográfica puede emplearse para evaluar la afinidad geográfica de los restos óseos.

4. La variación normal entre diferentes individuos de la misma edad, sexo y población se llama variación individual o idiosincrásica. Esta variación puede ser sustancial, pero a menudo se pasa por alto.

Por esta razón, los osteólogos que no están familiarizados con la variación normal en el presente tienden a malinterpretar una variación similar en el pasado que indica múltiples especies. Al evaluar cualquier elemento esquelético, tenga en cuenta cambios genéticos en forma y tamaño mediante el estudio de diferentes individuos que murieron a diferentes edades. Para evaluar la variación normal en el esqueleto adulto que surge de las otras fuentes identificadas previamente, intente examinar una muestra grande de individuos de sexo mixto.

La realidad de la variación dimensional (tamaño) y morfológica (forma) en los tejidos duros de los individuos hace que la tipología, la práctica de elegir un solo individuo para caracterizar una especie, sea un enfoque particularmente inadecuado para el estudio y la comprensión de la osteología y evolución humana.  

• Superior: variación idiosincrásica. Astrágalos de seis varones adultos. La variación se aprecia en el tamaño y la forma del contorno general del hueso, así como en las proporciones de las partes del hueso y en la topografía de las diversas superficies.

• Intermedio: variación sexual. Tres astrágalos de mujeres adultas (izquierda) y tres varones adultos (derecha).

• Inferior: variación intogenética. El espécimen en el extremo izquierdo es un astrágalo de un niño recién nacido. Los astrágalos de individuos con 1,5, 6, 10, 12 y 18 años muestran cambios ontogenéticos en el tamaño y la forma de este elemento esquelético.

LOS HUESOS COMO ELEMENTOS DEL SISTEMA MUSCULOESQUELÉTICO

Reduciéndolo a su dimensión más simple , el sistema musculoesquelético es un sistema de palancas óseas ejecutado por músculos. Los huesos del esqueleto se articulan, con movimientos controlados y limitados por la forma de la articulación, en las articulaciones y se conectan entre sí mediante ligamentos y cartílagos, que hace que esta no se disloque.

Las articulaciones de la cadera, codo, rodilla y pulgar son ejemplos de articulaciones que se mueven libremente llamadas articulaciones sinoviales. Las superficies de los huesos que participan en las articulaciones sinoviales están cubiertas con una capa delgada (generalmente de 1 a 5 mm) de cartílago articular liso llamado cartílago hialino.

El área entre los huesos adyacentes es la cavidad articular, un espacio revestido por una membrana que segrega un lubricante llamado líquido sinovial, el cual nutre las células del cartílago de la articulación y está confinado a la articulación por la cápsula de la articulación fibrosa, un saco hecho de tejido conectivo. La combinación de cartílago hialino que recubre las superficies óseas y el líquido sinovial que lubrica estas superficies proporciona durabilidad a las articulaciones sinoviales con movimientos suaves y de baja fricción.

 Las articulaciones sinoviales a menudo se clasifican de acuerdo con las propiedades geométricas de la articulación.

• La articulación de la cadera es una articulación esferoidal o esférica, con la cabeza del fémur encajada en el acetábulo. Esta estructura conjunta permite el movimiento en muchas direcciones.

• Las articulaciones del codo y la rodilla se denominan articulaciones de bisagra porque permiten un movimiento similar a una bisagra limitado principalmente a un plano.

• La articulación en la base del pulgar se denomina articulación en forma de silla de montar o sellar debido a su forma. Permite el movimiento en dos direcciones básicas.

Además de las articulaciones sinoviales, hay otros dos tipos importantes de articulaciones en el cuerpo: las articulaciones cartilaginosas y las fibrosas. En las articulaciones cartilaginosas (o sincondrosis), los huesos articulados se unen por medio de cartílago, y se permite muy poco movimiento. Las articulaciones temporales entre los centros de crecimiento en un solo hueso son cartilaginosas. Algunas de estas articulaciones persisten en la edad adulta, como las conexiones cartilaginosas entre las costillas y el esternón (esternón).

Las sindesmosis son articulaciones fibrosas apretadas e inflexibles entre los huesos que están unidas por bandas de tejido denso y fibroso en forma de membranas o ligamentos. Un ejemplo es la articulación en la que los dos huesos inferiores de la pierna (tibia y peroné) se articulan sobre el tobillo.

El sitio que se mantiene relativamente estable durante la contracción del músculo se llama origen. Para los apéndices, este suele ser el sitio de conexión más cercano al tronco. El sitio que se mueve por la contracción de un músculo se denomina inserción. Por ejemplo, los músculos que se extienden sobre los dedos se originan en el compartimento anterior del antebrazo y se insertan en el lado de la huella digital de los huesos del dedo (falanges). Las acciones causadas por los músculos suelen ser recíprocas y causar movimientos opuestos, como la extensión y la flexión; estos músculos se llaman antagonistas. Los músculos a menudo se identifican por la acción primaria que causa su contracción.

ANATOMÍA MACROSCÓPICA DE LOS HUESOS

Existe una amplia gama de formas óseas en el esqueleto humano, sin embargo, los huesos del cuerpo se dividen fácilmente en algunas formas básicas, aunque superpuestas. Los huesos de las extremidades y muchos de los huesos de las manos y los pies, generalmente llamados huesos largos, tienen forma tubular, con extremos expandidos. Los huesos de la bóveda craneal, el hombro, la pelvis y la caja torácica tienden a ser planos y tabulares. Los huesos del tobillo, la muñeca y la columna son cortos e irregulares.

De forma muy simple, todos los huesos del esqueleto adulto tienen dos componentes estructurales básicos: hueso compacto y esponjoso. El hueso sólido y denso que se encuentra en las paredes de los ejes óseos y en las superficies externas del hueso se llama hueso compacto o cortical. En las articulaciones, el hueso compacto cubierto por cartílago durante la vida se llama hueso subcondral.

El segundo tipo de hueso tiene una estructura de panal más esponjosa, porosa y ligera. Este hueso se encuentra debajo de protuberancias donde se unen los tendones: en los cuerpos vertebrales, en los extremos de los huesos largos, en los huesos cortos, y encerrados dentro de los huesos planos.

Las composiciones moleculares y celulares del tejido óseo compacto y trabecular son idénticas, la diferencia está en la porosidad que separa estos tipos de hueso. Las áreas de hueso trabecular en el esqueleto en crecimiento constituyen sitios de la médula roja. La médula amarilla, principalmente una reserva de células grasas que se encuentra en la cavidad medular (hueca dentro del eje) de los huesos tubulares, está rodeada de hueso compacto. Durante el crecimiento, la médula roja se reemplaza progresivamente por la médula amarilla en la mayoría de los huesos largos.

Las partes de los huesos largos se describen de acuerdo con los centros de osificación que aparecen durante el proceso de crecimiento. Los extremos de los huesos largos se llaman epífisis porque se desarrollan a partir de centros de osificación secundarios del hueso (las superficies articulares de las epífisis son partes de las articulaciones). El eje de un hueso largo se llama su diáfisis porque es el resultado del centro primario de osificación del hueso. Los extremos expandidos y planos del eje se denominan metafisias. Algunos huesos tienen centros de crecimiento adicionales llamados apófisis (o a veces epífisis de tracción) que se forman en el sitio de las inserciones tendinosas. La cresta ilíaca y los trocánter femorales son buenos ejemplos de estos.

Durante la vida, la superficie externa de los huesos generalmente está cubierta con un tejido delgado llamado periostio, una membrana vascularizada resistente que nutre los huesos. Algunas de las fibras delgadas del periostio penetran la superficie del hueso, mientras que otras se entrelazan con tendones para anclar los músculos al hueso. La superficie interna de los huesos está revestida con una membrana mal definida y en gran parte celular llamada endosteum. Tanto el periostio como el endosteum son tejidos osteogénicos: contienen células formadoras de hueso que son numerosas y activas durante la juventud. Estas celdas se reducen en número, pero permanecen potencialmente activos, en la edad adulta. Pueden ser estimulados para depositar hueso cuando el periostio ha sufrido una lesión.

ESTRUCTURA MOLECULAR DEL HUESO

No importa qué forma tome un hueso a nivel molecular, su tejido es básicamente el mismo en todos los mamíferos. El tejido óseo, como la fibra de vidrio, es un compuesto de dos tipos de materiales: el primero es una molécula de proteína conocida como colágeno, que constituye aproximadamente el 90% del contenido orgánico del hueso, y, el segundo es la hidroxiapatita.

Las moléculas de colágeno se entrelazan para formar fibras flexibles y ligeramente elásticas en el hueso. El colágeno de los huesos maduros se endurece por un relleno inorgánico de hidroxiapatita. El componente mineral le da al hueso su dureza y rigidez. Cuando se empapa en ácido para disolver estos minerales, un hueso se convierte en una estructura flexible similar al caucho. Sin embargo, cuando un hueso se calienta para quemar el colágeno orgánico, o se lixivia en algunos contextos arqueológicos, se vuelve extremadamente frágil y se desmorona. El hueso como tejido debe ser fabricado y mantenido por las células y debe responder al estrés y ser capaz de crecer.

VARIANTES DE TEJIDO ÓSEO

Dependiendo de la cronología o edad hay dos variantes de tejido óseo:  

•  Tejido óseo inmaduro, no laminar, plexiforme, primitivo o primario. Este tejido es aquel que aun no está organizado del todo, lo que le caracteriza es que las fibras colágenas no están organizadas como deberían y son fibras colágenas gruesas y desordenadas, además las células están situadas al azar lo que le proporciona mayor flexibilidad, debilidad y deformabilidad. Aparece durante el desarrollo embrionario y en los primeros 3 o 4 años de edad. A veces puede quedar tejido óseo inmaduro en algunas localizaciones como zonas de inserción de los tendones, suturas craneales, en los pequeños huesecillos del oído, y en los alveolos dentario, esto a partir de los 4 años. El hueso inmaduro puede aparecer en situaciones fisiológicas, durante el proceso de consolidación de las fracturas, aparecerá en el cayo de fractura. También puede aparecer en determinadas patológicas como metástasis óseas y en enfermedades como la osteopatía de Paget y en la osteogénesis imperfecta.

• Tejido óseo maduro, secundario o laminar. Formado por laminas perfectamente estructuradas donde el colágeno se dispone en una situación perfectamente orientada. Es el que tendremos en los huesos seguros a partir de los 4 años. Las fibras colágenas están perfectamente ordenadas, esta disposición variará según sea el hueso esponjoso o laminar. Esta disposición permite al hueso soportar diversas cargas.

OSTEOGENESIS

La osteogénesis es un proceso biológico que hace que se forme el tejido óseo. Se da tanto en la reparación de fracturas como en el crecimiento o en el desarrollo embrionario. Da comienzo en la octava semana y la clavícula es el primer hueso que comienza este proceso.

Normalmente se necesita un mecanismo endocondral o intramembranoso para que se desarrollen los huesos, pero en algunas ocasiones son necesarios ambos procesos. Cuando esto sucede, se dice que la osificación es mixta, como ocurre en los huesos temporal, occipital y en la mandíbula (es membranosa en su mayor parte, pero los cóndilos y la sínfisis son de osificación endocondral).

•  La cresta neural, encargada de la formación de los huesos del viscerocráneo como mandíbula, maxilares, malares, nasales...

• Mesodermo, forma gran parte de los huesos.

El proceso de formación de tejido óseo consiste en la transformación del tejido preexistente en este tejido. Se vale de los mecanismos mencionados:

1. Osificación endocondral: es un proceso complejo que tiene lugar en dos etapas bien diferenciadas. En la primera, el tejido se sustituye por cartílago y, a continuación, este cartílago se transforma en hueso.

2. Osificación intramembranosa: es la forma de denominar a la transformación directa del tejido original por el tejido óseo.

MODELACION Y REMODELACION

Los huesos están en constante actividad, embriológicamente son muy activos. Sufren dos procesos a lo largo de la vida: modelación y remodelación, desde que se empiezan a formar las maquetas óseas hasta que se acaba el crecimiento los huesos sufren el proceso de modelación, es decir, que van adquiriendo la forma que definitivamente tendrá el esqueleto de la persona, además la modelación transforma el hueso fibrilar en laminar.

El proceso de modelación se prolonga en la madurez con persistencia de osteogénesis en el periostio y de reabsorción en el endostio (aumento diámetro y adelgaza la cortical). Hay enfermedades donde este proceso se ve alterado, sobre todo por factores congénitos.

Además de la modelación que solo se da durante el desarrollo del esqueleto, se da la remodelación que se produce para que el hueso se mantenga vivo, por ello se va destruyendo el hueso viejo y se forma hueso joven. Esto quiere decir que durante el crecimiento los procesos de remodelación y modelación se dan conjuntamente, pero tras terminar el crecimiento sólo se va a producir la remodelación.

La remodelación se produce durante toda la vida aunque el ritmo decrece con la edad. En el proceso de remodelación es importante que haya un equilibrio de fuerzas de destrucción y formación de hueso. El remodelado permite:

• Reparación de zonas débiles-microfracturas.

• Mejora la distribución vascular del hueso.

• Mantiene la homeostasis mineral.

Fuente: White, T, Black, M, Folkens, P (2012): Human osteology. Thir Edition. Benicia, California. AHP Media Group.