38.2: Hueso
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- Clasificar los diferentes tipos de huesos en el esqueleto
- Explicar el papel de los diferentes tipos de células en el hueso
- Explicar cómo se forma el hueso durante el desarrollo
El hueso, o tejido óseo, es un tejido conectivo que constituye el endoesqueleto. Contiene células especializadas y una matriz de sales minerales y fibras de colágeno.
Las sales minerales incluyen principalmente hidroxiapatita, un mineral formado a partir de fosfato de calcio. La calcificación es el proceso de deposición de sales minerales sobre la matriz de fibra de colágeno que cristaliza y endurece el tejido. El proceso de calcificación solo ocurre en presencia de fibras de colágeno.
Los huesos del esqueleto humano se clasifican por su forma: huesos largos, huesos cortos, huesos planos, huesos suturales, huesos sesamoideos y huesos irregulares (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Los huesos largos son más largos que anchos y tienen un eje y dos extremos. La diáfisis, o eje central, contiene médula ósea en una cavidad medular. Los extremos redondeados, las epífisis, están cubiertos de cartílago articular y se rellenan con médula ósea roja, que produce glóbulos sanguíneos (Figura\(\PageIndex{2}\)). La mayoría de los huesos de las extremidades son huesos largos, por ejemplo, el fémur, la tibia, el cúbito y el radio. Las excepciones a esto incluyen la rótula y los huesos de la muñeca y el tobillo.
Los huesos cortos, o huesos cuboidales, son huesos que tienen el mismo ancho y largo, dándoles una forma de cubo. Por ejemplo, los huesos de la muñeca (carpos) y tobillo (alquitranes) son huesos cortos (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Los huesos planos son huesos delgados y relativamente anchos que se encuentran donde se requiere una protección extensa de los órganos o donde se requieren superficies anchas de unión muscular. Ejemplos de huesos planos son el esternón (esternón), las costillas, las escápulas (omóplatos) y el techo del cráneo (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Los huesos irregulares son huesos con formas complejas. Estos huesos pueden tener superficies cortas, planas, con muescas o estriadas. Ejemplos de huesos irregulares son las vértebras, los huesos de la cadera y varios huesos del cráneo.
Los huesos sesamoideos son pequeños, huesos planos y tienen una forma similar a una semilla de sésamo. Las rótulas son huesos sesamoideos (Figura\(\PageIndex{3}\)). Los huesos sesamoideos se desarrollan dentro de los tendones y pueden encontrarse cerca de las articulaciones en las rodillas, las manos y los pies.
Los huesos suturales son pequeños, planos, de forma irregular. Se pueden encontrar entre los huesos planos del cráneo. Varían en número, forma, tamaño y posición.
Tejido Óseo
Los huesos se consideran órganos porque contienen varios tipos de tejido, como sangre, tejido conectivo, nervios y tejido óseo. Los osteocitos, las células vivas del tejido óseo, forman la matriz mineral de los huesos. Hay dos tipos de tejido óseo: compacto y esponjoso.
Tejido Óseo Compacto
El hueso compacto (o hueso cortical) forma la capa externa dura de todos los huesos y rodea la cavidad medular, o médula ósea. Proporciona protección y fuerza a los huesos. El tejido óseo compacto consiste en unidades llamadas osteones o sistemas haversianos. Los osteones son estructuras cilíndricas que contienen una matriz mineral y osteocitos vivos conectados por canalículos, que transportan sangre. Están alineados paralelos al eje largo del hueso. Cada osteón consiste en laminillas, que son capas de matriz compacta que rodean un canal central llamado canal haversiano. El canal haversiano (canal osteónico) contiene los vasos sanguíneos y las fibras nerviosas del hueso (Figura\(\PageIndex{4}\)). Los osteones en el tejido óseo compacto se alinean en la misma dirección a lo largo de líneas de tensión y ayudan al hueso a resistir la flexión o fractura. Por lo tanto, el tejido óseo compacto es prominente en áreas del hueso en las que se aplican tensiones en solo unas pocas direcciones.
Conexión de arte
¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el tejido óseo es falsa?
- El tejido óseo compacto está hecho de osteones cilíndricos que están alineados de tal manera que recorren la longitud del hueso.
- Los canales haversianos contienen sólo vasos sanguíneos.
- Los canales haversianos contienen vasos sanguíneos y fibras nerviosas.
- Se encuentra tejido esponjoso en el interior del hueso y tejido óseo compacto en el exterior.
Tejido Hueso Esponjoso
Mientras que el tejido óseo compacto forma la capa externa de todos los huesos, el hueso esponjoso o el hueso esponjoso forma la capa interna de todos los huesos. El tejido óseo esponjoso no contiene osteones que constituyan tejido óseo compacto. En cambio, consiste en trabéculas, que son laminillas que están dispuestas como varillas o placas. La médula ósea roja se encuentra entre las trabúculos. Los vasos sanguíneos dentro de este tejido entregan nutrientes a los osteocitos y eliminan los desechos. La médula ósea roja del fémur y el interior de otros huesos grandes, como el íleon, forman células sanguíneas.
El hueso esponjoso reduce la densidad del hueso y permite que los extremos de los huesos largos se compriman como resultado de las tensiones aplicadas al hueso. El hueso esponjoso es prominente en áreas de huesos que no están muy estresadas o donde las tensiones llegan desde muchas direcciones. Las epífisis de los huesos, como el cuello del fémur, están sujetas a estrés desde muchas direcciones. Imagínese colocar una pesada imagen enmarcada plana en el piso. Se podría sostener un lado de la imagen con un palillo de dientes si el palillo era perpendicular al piso y al cuadro. Ahora perfora un agujero y pega el palillo en la pared para colgar el cuadro. En este caso, la función del palillo es transmitir la presión descendente de la imagen a la pared. La fuerza en la imagen es recta hacia el suelo, pero la fuerza sobre el palillo es tanto el alambre de la imagen tirando hacia abajo como la parte inferior del agujero en la pared empujando hacia arriba. El palillo se romperá justo en la pared.
El cuello del fémur es horizontal como el palillo de dientes en la pared. El peso del cuerpo lo empuja hacia abajo cerca de la articulación, pero la diáfisis vertical del fémur lo empuja hacia arriba en el otro extremo. El cuello del fémur debe ser lo suficientemente fuerte como para transferir la fuerza descendente del peso corporal horizontalmente al eje vertical del fémur (Figura\(\PageIndex{5}\)).
Enlace al aprendizaje
Visualiza micrografías de tejidos musculoesqueléticos mientras revisas la anatomía.
Tipos de células en los huesos
El hueso consta de cuatro tipos de células: osteoblastos, osteoclastos, osteocitos y células osteoprogenitoras. Los osteoblastos son células óseas que son responsables de la formación ósea. Los osteoblastos sintetizan y secretan la parte orgánica y la parte inorgánica de la matriz extracelular del tejido óseo y las fibras de colágeno. Los osteoblastos quedan atrapados en estas secreciones y se diferencian en osteocitos menos activos. Los osteoclastos son células óseas grandes con hasta 50 núcleos. Eliminan la estructura ósea liberando enzimas lisosómicas y ácidos que disuelven la matriz ósea. Estos minerales, liberados de los huesos a la sangre, ayudan a regular las concentraciones de calcio en los fluidos corporales. El hueso también puede ser reabsorbido para la remodelación, si las tensiones aplicadas han cambiado. Los osteocitos son células óseas maduras y son las células principales del tejido conectivo óseo; estas células no pueden dividirse. Los osteocitos mantienen la estructura ósea normal reciclando las sales minerales en la matriz ósea. Las células osteoprogenitoras son células madre escamosas que se dividen para producir células hijas que se diferencian en osteoblastos. Las células osteoprogenitoras son importantes en la reparación de fracturas.
Desarrollo de Hueso
La osificación, o osteogénesis, es el proceso de formación ósea por los osteoblastos. La osificación es distinta del proceso de calcificación; mientras que la calcificación se realiza durante la osificación de los huesos, también puede ocurrir en otros tejidos. La osificación comienza aproximadamente seis semanas después de la fecundación en un embrión. Antes de este tiempo, el esqueleto embrionario consiste enteramente en membranas fibrosas y cartílago hialino. El desarrollo del hueso a partir de membranas fibrosas se llama osificación intramembranosa; el desarrollo a partir del cartílago hialino se llama osificación endocondral. El crecimiento óseo continúa hasta aproximadamente los 25 años de edad. Los huesos pueden crecer en grosor a lo largo de la vida, pero después de los 25 años, la osificación funciona principalmente en la remodelación y reparación ósea.
Osificación Intramembranosa
La osificación intramembranosa es el proceso de desarrollo óseo a partir de membranas fibrosas. Está involucrado en la formación de los huesos planos del cráneo, la mandíbula y las clavículas. La osificación comienza cuando las células mesenquimales forman una plantilla del hueso futuro. Luego se diferencian en osteoblastos en el centro de osificación. Los osteoblastos secretan la matriz extracelular y depositan calcio, lo que endurece la matriz. La porción no mineralizada del hueso u osteoide continúa formándose alrededor de los vasos sanguíneos, formando hueso esponjoso. El tejido conectivo en la matriz se diferencia en médula ósea roja en el feto. El hueso esponjoso se remodela en una fina capa de hueso compacto en la superficie del hueso esponjoso.
Osificación endocondral
La osificación endocondral es el proceso de desarrollo óseo a partir del cartílago hialino. Todos los huesos del cuerpo, excepto los huesos planos del cráneo, la mandíbula y las clavículas, se forman a través de osificación endocondral.
En huesos largos, los condrocitos forman una plantilla de la diáfisis del cartílago hialino. Respondiendo a señales complejas de desarrollo, la matriz comienza a calcificarse. Esta calcificación evita la difusión de nutrientes en la matriz, dando como resultado la muerte de los condrocitos y la apertura de cavidades en el cartílago de la diáfisis. Los vasos sanguíneos invaden las cavidades y los osteoblastos y osteoclastos modifican la matriz del cartílago calcificado en hueso esponjoso. Los osteoclastos luego descomponen parte del hueso esponjoso para crear una cavidad medular, o medular, en el centro de la diáfisis. El tejido conectivo denso e irregular forma una vaina (periostio) alrededor de los huesos. El periostio ayuda a unir el hueso a los tejidos circundantes, tendones y ligamentos. El hueso continúa creciendo y alargándose a medida que las células del cartílago en las epífisis se dividen.
En la última etapa del desarrollo óseo prenatal, los centros de las epífisis comienzan a calcificarse. Los centros de osificación secundaria se forman en las epífisis a medida que los vasos sanguíneos y los osteoblastos ingresan a estas áreas y convierten el cartílago hialino en hueso esponjoso. Hasta la adolescencia, el cartílago hialino persiste en la placa epifisaria (placa de crecimiento), que es la región entre la diáfisis y la epífisis que es responsable del crecimiento longitudinal de los huesos largos (Figura\(\PageIndex{6}\)).
Growth of Bone
Long bones continue to lengthen, potentially until adolescence, through the addition of bone tissue at the epiphyseal plate. They also increase in width through appositional growth.
Lengthening of Long Bones
Chondrocytes on the epiphyseal side of the epiphyseal plate divide; one cell remains undifferentiated near the epiphysis, and one cell moves toward the diaphysis. The cells, which are pushed from the epiphysis, mature and are destroyed by calcification. This process replaces cartilage with bone on the diaphyseal side of the plate, resulting in a lengthening of the bone.
Long bones stop growing at around the age of 18 in females and the age of 21 in males in a process called epiphyseal plate closure. During this process, cartilage cells stop dividing and all of the cartilage is replaced by bone. The epiphyseal plate fades, leaving a structure called the epiphyseal line or epiphyseal remnant, and the epiphysis and diaphysis fuse.
Thickening of Long Bones
Appositional growth is the increase in the diameter of bones by the addition of bony tissue at the surface of bones. Osteoblasts at the bone surface secrete bone matrix, and osteoclasts on the inner surface break down bone. The osteoblasts differentiate into osteocytes. A balance between these two processes allows the bone to thicken without becoming too heavy.
Bone Remodeling and Repair
Bone renewal continues after birth into adulthood. Bone remodeling is the replacement of old bone tissue by new bone tissue. It involves the processes of bone deposition by osteoblasts and bone resorption by osteoclasts. Normal bone growth requires vitamins D, C, and A, plus minerals such as calcium, phosphorous, and magnesium. Hormones such as parathyroid hormone, growth hormone, and calcitonin are also required for proper bone growth and maintenance.
Bone turnover rates are quite high, with five to seven percent of bone mass being recycled every week. Differences in turnover rate exist in different areas of the skeleton and in different areas of a bone. For example, the bone in the head of the femur may be fully replaced every six months, whereas the bone along the shaft is altered much more slowly.
Bone remodeling allows bones to adapt to stresses by becoming thicker and stronger when subjected to stress. Bones that are not subject to normal stress, for example when a limb is in a cast, will begin to lose mass. A fractured or broken bone undergoes repair through four stages:
- Blood vessels in the broken bone tear and hemorrhage, resulting in the formation of clotted blood, or a hematoma, at the site of the break. The severed blood vessels at the broken ends of the bone are sealed by the clotting process, and bone cells that are deprived of nutrients begin to die.
- Within days of the fracture, capillaries grow into the hematoma, and phagocytic cells begin to clear away the dead cells. Though fragments of the blood clot may remain, fibroblasts and osteoblasts enter the area and begin to reform bone. Fibroblasts produce collagen fibers that connect the broken bone ends, and osteoblasts start to form spongy bone. The repair tissue between the broken bone ends is called the fibrocartilaginous callus, as it is composed of both hyaline and fibrocartilage (Figure \(\PageIndex{7}\)). Some bone spicules may also appear at this point.
- The fibrocartilaginous callus is converted into a bony callus of spongy bone. It takes about two months for the broken bone ends to be firmly joined together after the fracture. This is similar to the endochondral formation of bone, as cartilage becomes ossified; osteoblasts, osteoclasts, and bone matrix are present.
- The bony callus is then remodelled by osteoclasts and osteoblasts, with excess material on the exterior of the bone and within the medullary cavity being removed. Compact bone is added to create bone tissue that is similar to the original, unbroken bone. This remodeling can take many months, and the bone may remain uneven for years.
Scientific Method Connection: Decalcification of Bones
Question: What effect does the removal of calcium and collagen have on bone structure?
Background: Conduct a literature search on the role of calcium and collagen in maintaining bone structure. Conduct a literature search on diseases in which bone structure is compromised.
Hypothesis: Develop a hypothesis that states predictions of the flexibility, strength, and mass of bones that have had the calcium and collagen components removed. Develop a hypothesis regarding the attempt to add calcium back to decalcified bones.
Test the hypothesis: Test the prediction by removing calcium from chicken bones by placing them in a jar of vinegar for seven days. Test the hypothesis regarding adding calcium back to decalcified bone by placing the decalcified chicken bones into a jar of water with calcium supplements added. Test the prediction by denaturing the collagen from the bones by baking them at 250°C for three hours.
Analyze the data: Create a table showing the changes in bone flexibility, strength, and mass in the three different environments.
Report the results: Under which conditions was the bone most flexible? Under which conditions was the bone the strongest?
Draw a conclusion: Did the results support or refute the hypothesis? How do the results observed in this experiment correspond to diseases that destroy bone tissue?
Summary
Bone, or osseous tissue, is connective tissue that includes specialized cells, mineral salts, and collagen fibers. The human skeleton can be divided into long bones, short bones, flat bones, and irregular bones. Compact bone tissue is composed of osteons and forms the external layer of all bones. Spongy bone tissue is composed of trabeculae and forms the inner part of all bones. Four types of cells compose bony tissue: osteocytes, osteoclasts, osteoprogenitor cells, and osteoblasts. Ossification is the process of bone formation by osteoblasts. Intramembranous ossification is the process of bone development from fibrous membranes. Endochondral ossification is the process of bone development from hyaline cartilage. Long bones lengthen as chondrocytes divide and secrete hyaline cartilage. Osteoblasts replace cartilage with bone. Appositional growth is the increase in the diameter of bones by the addition of bone tissue at the surface of bones. Bone remodeling involves the processes of bone deposition by osteoblasts and bone resorption by osteoclasts. Bone repair occurs in four stages and can take several months.
Art Exercise
Figure \(\PageIndex{4}\): Which of the following statements about bone tissue is false?
- Compact bone tissue is made of cylindrical osteons that are aligned such that they travel the length of the bone.
- Haversian canals contain blood vessels only.
- Haversian canals contain blood vessels and nerve fibers.
- Spongy tissue is found on the interior of the bone, and compact bone tissue is found on the exterior.
- Answer
-
B
Glossary
- appositional growth
- increase in the diameter of bones by the addition of bone tissue at the surface of bones
- bone
- (also, osseous tissue) connective tissue that constitutes the endoskeleton
- bone remodeling
- replacement of old bone tissue by new bone tissue
- calcification
- process of deposition of mineral salts in the collagen fiber matrix that crystallizes and hardens the tissue
- compact bone
- forms the hard external layer of all bones
- diaphysis
- central shaft of bone, contains bone marrow in a marrow cavity
- endochondral ossification
- process of bone development from hyaline cartilage
- epiphyseal plate
- region between the diaphysis and epiphysis that is responsible for the lengthwise growth of long bones
- epiphysis
- rounded end of bone, covered with articular cartilage and filled with red bone marrow, which produces blood cells
- flat bone
- thin and relatively broad bone found where extensive protection of organs is required or where broad surfaces of muscle attachment are required
- Haversian canal
- contains the bone’s blood vessels and nerve fibers
- intramembranous ossification
- process of bone development from fibrous membranes
- irregular bone
- bone with complex shapes; examples include vertebrae and hip bones
- lamella
- layer of compact tissue that surrounds a central canal called the Haversian canal
- long bone
- bone that is longer than wide, and has a shaft and two ends
- osteoblast
- bone cell responsible for bone formation
- osteoclast
- large bone cells with up to 50 nuclei, responsible for bone remodeling
- osteocyte
- mature bone cells and the main cell in bone tissue
- osseous tissue
- connective tissue that constitutes the endoskeleton
- ossification
- (also, osteogenesis) process of bone formation by osteoblasts
- osteon
- cylindrical structure aligned parallel to the long axis of the bone
- resorption
- process by which osteoclasts release minerals stored in bones
- sesamoid bone
- small, flat bone shaped like a sesame seed; develops inside tendons
- short bone
- bone that has the same width and length, giving it a cube-like shape
- spongy bone tissue
- forms the inner layer of all bones
- suture bone
- small, flat, irregularly shaped bone that forms between the flat bones of the cranium
- trabeculae
- lamellae that are arranged as rods or plates