Matriz ósea: composición y función
La matriz ósea es la sustancia mineralizada en la cual están embebidas las distintas células que componen a los huesos. Se define más específicamente como la sustancia intercelular del tejido óseo, que representa la mayor parte de la masa del mismo y que está compuesta por dos fracciones, una orgánica y otra inorgánica.
El tejido óseo es aquel que forma los huesos del esqueleto de algunos animales y está compuesto por diferentes tipos de células, cada una con funciones específicas. Se trata de un tejido sumamente resistente y duro, pero al mismo tiempo muy dinámico y cambiante, pues está en un equilibrio permanente de formación y resorción (remodelación ósea), de lo que son responsables los distintos tipos de células que lo forman.
En líneas generales, este tejido conectivo especializado está formado por sus células y la matriz ósea con sus fracciones orgánica e inorgánica. La mineralización de aquellos componentes que son externos a las células (extracelulares o intercelulares) es la que da la fuerza y resistencia a los huesos.
Los tipos de células óseas son 4: las células osteoprogenitoras u osteogénicas, los osteoblastos, los osteocitos y los osteoclastos. Los osteocitos son las células óseas maduras y son los principales responsables de la secreción de la fracción orgánica de la matriz ósea.
Estas células quedan recluidas en el interior de unas “lagunas” producidas por la mineralización de la matriz que han secretado, no tienen capacidad de dividirse posteriormente y derivan de los osteoblastos.
Índice del artículo
Como mencionamos anteriormente, la matriz ósea es una sustancia compleja, pues está formada por una fracción orgánica y otra inorgánica.
Cerca del 30% del peso del tejido óseo corresponde a la fracción orgánica de la matriz ósea, que consiste principalmente en fibras de una proteína conocida como colágeno y otros elementos proteicos diferentes como, por ejemplo, distintas clases de proteoglicanos que forman la llamada “sustancia fundamental” (una suerte de gel homogéneo).
El otro 70% corresponde a la fracción mineral, que está formada fundamentalmente por hidroxiapatita, un complejo cristalino de fosfato cálcico, y es por esta razón que se dice que el tejido óseo es muy importante para la homeostasis de calcio en el cuerpo humano y en el de otros animales.
La fracción orgánica de la matriz ósea es principalmente colágeno, una de las proteínas más abundantes del cuerpo humano. El colágeno es una proteína fibrosa multimérica, cuya estructura es similar a una soga o cuerda, pues está compuesta de varias subunidades o fibrillas.
Más de 30 genes en el genoma humano codifican proteínas tipo colágeno y existen más de 20 tipos diferentes de colágenos distribuidos en los distintos tejidos del cuerpo. La matriz ósea es rica en colágeno de tipo I (más del 90%), pero también tiene menores proporciones de colágeno III, V, X y XII.
Cada fibra de colágeno está formada por el agrupamiento de otras fibrillas de “procolágeno”, las cuales están compuestas por tres cadenas alfa-helicoidales de más de 1.000 residuos aminoacídicos y tienen alrededor de 300 nanómetros de longitud.
Importancia
El colágeno les da a los huesos cierta flexibilidad, mientras que los minerales de la fracción inorgánica les dan rigidez y fuerza.
Sin la fracción inorgánica los huesos serían completamente flexibles, pero sin colágeno serían frágiles como una tiza de pizarrón, por lo que las variaciones entre las proporciones y distribución de ambas fracciones les otorga a los huesos la capacidad de mantener un “balance” respecto a los requerimientos de flexibilidad y rigidez.
Algunas mutaciones genéticas de los genes que codifican para los distintos tipos de colágenos en el cuerpo, o para las proteínas que participan en su ensamblaje, producen anormalidades anatómicas que pueden comprometer seriamente la integridad del tejido óseo y, por lo tanto, la salud física de quien las presenta.
Otras proteínas de la fracción orgánica
Aproximadamente el 10% de la fracción orgánica de la matriz ósea está compuesto por otras proteínas no-colagenosas entre las que se encuentran:
– Fibronectina
– Osteopontina
– Osteocalcina
– Sialoproteína ósea
– Decorina (proteoglicano)
– Biglicano (proteoglicano)
De este grupo, las proteínas más abundantes son la sialoproteína ósea y la osteopontina, aunque ello depende de distintos factores.
Aunque estas proteínas no-colagenosas representan solo una pequeña porción de la fracción orgánica, las mismas tienen importantes funciones en el tejido óseo, especialmente relacionadas con la diferenciación de los osteoblastos, la mineralización, la adhesión celular y la remodelación ósea.
La fracción inorgánica representa una porción sustancial de los componentes de la matriz ósea (entre el 60 y el 80%, dependiendo del tipo de hueso). Esta es la fracción, como ya lo mencionamos, que les otorga la rigidez y resistencia características a los huesos del cuerpo.
El tejido óseo, gracias a la composición de la fracción inorgánica de su matriz, es el principal reservorio de iones como el calcio (casi el 99%), el fósforo (85%), el sodio y el magnesio (entre 40% y 60%), los cuales forman cristales alrededor y entre las fibras de colágeno de la fracción orgánica.
El principal compuesto cristalino formado por algunos de los iones descritos es la hidroxiapatita de calcio que, con mucho, es el compuesto más abundante de la fracción inorgánica de la matriz ósea. La hidroxiapatita es un compuesto de fosfato cálcico (Ca10PO4OH2) cuyos cristales tiene alrededor de 200 Å.
Es importante comentar que, aunque gran cantidad de la matriz ósea está calcificada, es decir, mineralizada (endurecida), existe una delgada capa de matriz ósea no calcificada que rodea a osteoblastos y osteocitos y que forma una especie de interfase entre las células y la matriz calcificada.
Esta delgada capa se conoce en el área de osteología y medicina como osteoide y tiene diferentes funciones. Además, esta puede ser removida o degradada enzimáticamente con el fin de dar comienzo a los procesos de resorción y remodelación ósea.
La matriz ósea es la responsable de la rigidez y fuerza de los huesos, por lo que juega un papel fundamental en lo que se refiere a las funciones principales de este tejido como soporte mecánico para el cuerpo, además de protección y soporte de las estructuras corporales en contra de la fuerza de la gravedad.
Por otra parte, gracias a la presencia de esta sustancia en la estructura de cada hueso, el esqueleto sirve de sitio de fijación de los músculos que permiten la locomoción y otros movimientos de suma importancia para la vida animal y, por supuesto, la humana.
- Fuchs, R. K., Thompson, W. R., & Warden, S. J. (2019). Bone biology. In Bone Repair Biomaterials (pp. 15-52). Woodhead Publishing.
- Gartner, L., & Hiatt, J. (2002). Texto Atlas de Histología (2nd ed.). México D.F.: McGraw-Hill Interamericana Editores.
- Gorski, J. P., & Hankenson, K. D. (2020). Secreted noncollagenous proteins of bone. In Principles of Bone Biology (pp. 359-378). Academic Press.
- Johnson, K. (1991). Histology and Cell Biology (2nd ed.). Baltimore, Marylnand: The National medical series for independent study.
- Ross, M., & Pawlina, W. (2006). Histology. A Text and Atlas with correlated cell and molecular biology (5th ed.). Lippincott Williams & Wilkins.
- Young, M. F. (2003). Bone matrix proteins: their function, regulation, and relationship to osteoporosis. Osteoporosis International, 14(3), 35-42.