¿Cómo funciona la remodelación ósea bioquímicamente?

La remodelación ósea ocurre por varias razones.

• En una escala sistémica, la respuesta de Logan Collins menciona las glándulas tiroideas y paratiroides que promueven o inhiben la reabsorción de hueso para su calcio. Específicamente en mujeres, se cree que el almacenamiento de calcio para el desarrollo esquelético embrionario motiva el efecto conservador de los huesos del estrógeno.
• Localmente, sus huesos también están reparando constantemente el daño micro del daño diario al retirar el hueso dañado y producir hueso nuevo.
• Finalmente, los huesos siguen la ley de Wolff, donde el aumento de la tensión mecánica conduce a un aumento de la masa ósea y viceversa. Hay muchos ejemplos: la inactividad y la baja gravedad pueden promover la pérdida ósea; los brazos de raqueta de los jugadores de tenis tienen huesos más densos. La disposición del hueso trabecular en el fémur sigue la distribución del estrés:
  

Los principales actores del hueso son los osteoclastos, que reabsorben hueso, los osteoblastos, que crean hueso, y los osteocitos, que son osteoblastos que detectan estímulos mecánicos y coordinan las otras células. En el hueso en reposo, las células progenitoras están disponibles para diferenciarse en osteoclastos y osteoblastos.

Proceso de reemplazo óseo [1,2]:

• Las metaloproteinasas de matriz (MMP) son enzimas secretadas que degradan el osteoide no mineralizado y exponen los sitios de adhesión que contienen la secuencia de aminoácidos RGD (arginina, glicina, ácido aspártico). Los osteoclastos se unen a estos sitios RGD a través de moléculas de integrina αvβ3 y sellan el espacio debajo de ellos.
• Los iones de hidrógeno se bombean a la zona sellada mediante bombas de protones. El pH bajo (~ 4.5) disuelve la matriz mineralizada, produciendo hoyos llamados lagunas de Howship.
  
• La matriz ahora no mineralizada, en gran parte compuesta de colágeno I, se degrada por una proteasa lisosómica (catepsina K) y otras enzimas colagenolíticas que operan en condiciones ácidas. Los productos de la degradación ósea se endocitan y se liberan en la superficie opuesta de la célula.
• Las células de reversión llegan a las lagunas, eliminan cualquier resto de colágeno desmineralizado y depositan una “línea de cemento” que contiene osetopontin para prepararse para la deposición ósea.
  
• Las células progenitoras / pre-osteoblastos llegan y secretan nuevos componentes óseos. Este hueso premineralizado se llama osteoide. Las proteínas secretadas incluyen principalmente colágeno I, pero también proteoglicanos, proteínas glicosiladas tales como fosfatasa alcalina no específica de tejido (ALP), proteínas de ligando de unión a integrina (SIBLING) pequeñas, proteínas que contienen Gla (proteína Gla de matriz y osteocalcina) y lípidos.
• La hidroxiapatita mineral (una forma de fosfato de calcio con una interesante estructura cristalina) se incorpora al osteoide recién depositado. ALP, nucleótido pirofosfatasa fosfodiesterasa y ANK (anquilosis progresiva) están involucrados en la generación de la concentración extracelular óptima de fosfato inorgánico que permite que la mineralización continúe.
• Finalmente, una vez que el hueso reabsorbido ha sido reemplazado, los osteoblastos maduros sufren apoptosis, vuelven a un fenotipo de revestimiento óseo o se incrustan en la matriz mineralizada, donde se diferencian en osteocitos.

Regulación [3,4]:

La actividad de estas células puede controlarse de forma paracrina, donde los factores distantes secretados en el torrente sanguíneo actúan sobre las células óseas; por ejemplo, cuando los sensores de calcio en la glándula paratiroides detectan un nivel bajo de calcio, se libera la hormona paratiroidea y aumenta la actividad osteoclástica. Las mujeres posmenopáusicas experimentan una pérdida significativa de hueso en ausencia de estrógeno ovárico, que puede prevenirse parcialmente con la terapia de reemplazo hormonal. Otros reguladores sistémicos incluyen la hormona tiroidea y la vitamina D.

Gran parte de la remodelación ósea, sin embargo, está controlada localmente por una verdadera sopa de letras de diferentes factores. El daño se señala por la liberación de citocinas proinflamatorias estimuladoras de osteoclastos (por ejemplo, IL-1, IL6 y TNF-α), que indica a los osteoclastos que aumenten la reabsorción para eliminar el hueso dañado. La diferenciación y la actividad de los osteoblastos se desencadena por varios otros factores, como las proteínas morfogénicas óseas (BMP), la familia del factor de crecimiento transformante-β (TGF-β) y los factores de crecimiento similares a la insulina (IGF). Los factores angiogénicos (que estimulan los vasos sanguíneos) como VEGF y PDGF también contribuyen, ya que el crecimiento de los vasos sanguíneos y los huesos se acoplan estrechamente en la reparación de fracturas. Los estímulos mecánicos locales también pueden desencadenar la diferenciación de los osteoblastos y la deposición de la matriz ósea. Todos estos factores interactúan entre sí y las hormonas circulantes y pueden tener efectos diferentes (incluso opuestos) en diferentes momentos.

No estoy bromeando cuando digo sopa de letras.

La clave para huesos sanos y fuertes es el equilibrio bien regulado entre la pérdida ósea y la deposición. Cuando se altera la regulación, como por los trastornos de la tiroides, puede producirse la alteración de la función de los osteoblastos o la eliminación de la estimulación mecánica, la osteoporosis, la fragilidad ósea y la pérdida ósea.

Al igual que muchos procesos biológicos, esto es considerablemente más complicado de lo que se puede describir en una respuesta de Quora, pero esperamos que este resumen sirva como una buena introducción a este fascinante campo.

Referencias

1. Mecanismos celulares y moleculares de remodelación ósea (2010)
2. Resorción ósea por osteoclastos (2000)
3. Mecanismos de remodelación ósea (2013)
4. Mecanismo de transducción en la regulación de osteoblastos y enfermedad ósea. (2009)