Sin huesos, tu cuerpo sería una resbaladiza bolsa de órganos. Pero los modelos rígidos de un esqueleto que has visto en la clase de ciencias (o como decoración de Halloween) sólo cuentan la mitad de la historia. Porque «el esqueleto hace algo más que sostenerte», explica Laura Tosi Los huesos están formados por células vivas que respiran. Y desempeñan todo tipo de funciones importantes, dice Tosi, que dirige el Programa de Salud Ósea del Centro Médico Nacional Infantil de Washington, D.C.
Los pequeños huesos del oído conducen los sonidos que nos ayudan a oír. La médula ósea -una sustancia blanda y gelatinosa que rellena el interior hueco de los huesos largos del cuerpo- produce células sanguíneas, tanto rojas como blancas. Los glóbulos blancos combaten las infecciones, mientras que los glóbulos rojos transportan oxígeno por todo el cuerpo.
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Y esto es sólo para empezar. Los investigadores han descubierto que los huesos «conversan» con otras partes del cuerpo de forma sorprendente. A medida que los científicos descubren los secretos del esqueleto, encuentran pistas que podrían ayudarles a curar enfermedades e incluso a cultivar huesos de repuesto.
Las células llamadas osteoblastos (manchas grises que forman un óvalo) crean nuevo tejido óseo. Robert M. Hunt/Wikimedia Commons
El equipo del esqueleto
El armazón que da forma a tu cuerpo está sorprendentemente ocupado. «El hueso es un órgano muy dinámico», señala Mark Johnson. Es bioquímico de la Universidad de Missouri-Kansas City.
El esqueleto del cuerpo cambia constantemente. En un proceso llamado remodelación, el hueso viejo se rompe para que el nuevo pueda ocupar su lugar. Durante la infancia, este proceso permite que los huesos crezcan y cambien de forma. En los adultos, la remodelación ayuda a reparar los daños y a evitar que los huesos se vuelvan frágiles.
Las células llamadas osteoclastos descomponen el hueso viejo mediante un proceso llamado resorción. Otras células llamadas osteoblastos se encargan de fabricar hueso nuevo. Pero la mayoría de las células óseas pertenecen a un tercer tipo. Llamadas osteocitos, indican a los osteoblastos y osteoclastos lo que deben hacer. «Si se piensa en la remodelación como una sinfonía, el osteocito es el director de orquesta», explica Johnson.
Durante la infancia y el inicio de la edad adulta, el cuerpo fabrica más hueso nuevo del que quita. Esto significa que la masa -o cantidad de hueso- aumenta. Obviamente, es difícil medir la masa ósea con el resto de los tejidos del cuerpo de por medio. Por ello, los médicos calculan la resistencia de los huesos midiendo la densidad del mineral duro que contiene un segmento de hueso. Cuanto mayor es la densidad ósea, más fuerte es el esqueleto.
Las células llamadas osteocitos, una de las cuales se muestra aquí, actúan como directores de orquesta en una sinfonía, dando instrucciones a las demás células óseas sobre lo que deben hacer. Wikimedia Commons
Para construir más hueso, las células necesitan ciertos componentes. Uno especialmente crucial: el calcio. Los huesos fuertes dependen de este mineral, que se encuentra en los productos lácteos y en muchas verduras. Los huesos también son el almacén de calcio del cuerpo, que se utiliza en muchos lugares. Por ejemplo, el calcio impulsa la reacción química que permite que el corazón lata. Cuando la dieta no aporta suficiente calcio, el cuerpo roba el mineral del esqueleto. Esto puede debilitar los huesos.
También es difícil tener unos huesos sanos sin suficiente vitamina D. Ésta ayuda al cuerpo a absorber el calcio. Pero muchas personas tienen muy poca vitamina D. Como resultado, sus huesos pueden volverse delgados y deformes.
Sin embargo, cuando se trata de fortalecer los huesos, «el ejercicio es lo más importante», dijo Tosi a Science News for Students. Los ejercicios con peso, como caminar, correr, saltar y levantar pesas, son excelentes para aumentar la masa ósea. El ejercicio marca tal diferencia, de hecho, que los tenistas profesionales tienen huesos más fuertes en el brazo que utilizan para mover su raqueta.
El ejercicio probablemente fortalece los huesos de varias maneras, dice Johnson. El ejercicio con carga de peso provoca pequeños daños en los huesos. Los osteoblastos responden depositando hueso nuevo para reparar el daño. Es como pavimentar los baches de una carretera llena de baches. Esa repavimentación da lugar a huesos más densos y fuertes.
Los huesos, mostrados aquí en una radiografía, parecen blancos debido al calcio que contienen. Asja/Flickr
Conversaciones entre el hueso y el músculo
Pero la pavimentación de pequeños daños explica sólo una parte de los beneficios del ejercicio para los huesos. En los últimos años, el equipo de Johnson ha demostrado que el camino hacia unos huesos más fuertes es mucho más complejo. Los científicos solían buscar las respuestas sólo en los huesos, dijo. Sin embargo, resulta que los músculos también tienen algo que decir sobre el comportamiento de los huesos.
El equipo de Johnson, así como científicos de otros laboratorios, han descubierto la señalización -un tipo de parloteo químico- que se produce entre los dos tipos de tejido. Los huesos parecen enviar señales que afectan al funcionamiento de los músculos. Los músculos, a su vez, envían señales que alteran el funcionamiento de las células óseas.
Los músculos fabrican moléculas que influyen en las acciones de los osteocitos -los conductores- ha descubierto el equipo de Johnson. (Una molécula es un grupo de átomos unidos por enlaces químicos. Las moléculas lo componen todo, desde las células del cuerpo y los bloques de construcción de los plásticos hasta los gases de la atmósfera terrestre.)
Johnson sospecha que los músculos fabrican muchas moléculas que influyen en los huesos. Está trabajando para identificarlas y saber qué mensajes envían a los huesos. Si lo consigue, algún día será posible identificar fármacos u otros tratamientos que aumenten el volumen de esos mensajes. Eso podría proporcionar a los médicos una forma de dirigir esos osteoblastos para que produzcan más hueso nuevo, por ejemplo. Eso podría fortalecer todo el esqueleto.
Tales tratamientos podrían ayudar a fortalecer los huesos débiles y frágiles. Esta enfermedad, denominada osteoporosis, afecta a muchas personas mayores y puede provocar que los huesos se rompan con facilidad.
Pero esta investigación también podría ayudar a personas más jóvenes que padecen enfermedades que debilitan o dañan los huesos. Un ejemplo es la enfermedad de los huesos frágiles. Como su nombre indica, las personas que nacen con este trastorno tienen huesos delicados que se rompen con facilidad. Por el momento, no existe cura.
La osteoporosis es una enfermedad que provoca una postura encorvada, pérdida de altura y huesos delgados y débiles que se rompen con facilidad. Las flechas indican el crecimiento de los huesos (izquierda) frente a su contracción (derecha). Wikimedia Commons
Construir huesos fuera del cuerpo
La capacidad de ordenar al cuerpo que refuerce sus huesos podría ayudar a las personas con una serie de trastornos óseos. Pero a veces construir huesos nuevos desde cero sería aún mejor. Científicos de la Universidad de Columbia, en Nueva York, están trabajando para conseguirlo.
Una de las motivaciones es ayudar a las personas con el síndrome de Treacher Collins. Esta enfermedad hace que los huesos de la cara crezcan de forma anormal. Las personas que nacen con el síndrome tienden a tener pómulos diminutos o ausentes. Esto da a sus rostros un aspecto caído.
Los médicos pueden sustituir estos huesos mal formados o añadir el hueso que falta con cirugía. Para ello es necesario robar hueso de otras partes del cuerpo. Los cirujanos pueden cortar un trozo de hueso de la cadera, por ejemplo. Después de darle forma a algo parecido a un pómulo, lo implantan en la cara.
Sin embargo, esto no es lo ideal. Por un lado, daña la cadera. El hueso prestado también puede ser difícil de moldear en una mejilla o mandíbula perfecta.
Así que el equipo de Columbia está cultivando hueso de reemplazo en el laboratorio. En primer lugar, crean un andamio, o marco, a partir de hueso de vaca al que se le han quitado las células vivas. Tallan el armazón para que tenga la forma de una versión normal y sana del hueso que quieren sustituir o añadir. A continuación, extraen las células madre del cuerpo del paciente.
Las células madre son especiales porque pueden madurar hasta convertirse en muchos tipos diferentes de células, incluido el hueso. El equipo de Columbia extrae las células madre de la grasa del paciente. Aplican estas células al andamio y luego las alimentan con los nutrientes que necesitan para convertirse en células óseas. Al cabo de unas semanas, los cirujanos implantan el armazón óseo en la cara del paciente.
Allí, el hueso nuevo seguirá creciendo en el implante. Con el tiempo, el nuevo hueso se comerá por completo el andamio. Al final, sólo quedarán las células óseas del paciente, dijo Sarindr Bhumiratana a Science News for Students. Ingeniero biomédico, es uno de los investigadores de Columbia que trabaja en el proyecto de desarrollo óseo.
Francis Smith nació con el síndrome de Treacher Collins, una enfermedad que afecta a los huesos y tejidos de la cara. En la foto de la derecha, en 1978, a la edad de 2 años, antes de someterse a ninguna operación. A la izquierda: Smith tal y como aparece hoy, después de más de 20 cirugías faciales. Ahora es un científico que estudia las ciencias craneofaciales en la Universidad de Calgary (Canadá). Francis Smith
Hasta ahora, estos investigadores sólo han cultivado e implantado huesos en cerdos. Sin embargo, pronto planean probar esta técnica en personas.
En un futuro no muy lejano, las personas con deformidades faciales podrían tener nuevos huesos de la mandíbula o los pómulos construidos desde cero. «La ciencia del futuro es apasionante», dijo Bhumiratana, «y va a ser divertida».
Johnson, Bhumiratana y sus colegas están trabajando para extraer aún más secretos de los huesos. Esperan poder sacar pronto esos esqueletos del armario.
Palabras clave
Ingeniero biomédico Experto que utiliza la ciencia y las matemáticas para encontrar soluciones a problemas en biología y medicina. Por ejemplo, pueden crear dispositivos médicos como rodillas artificiales o encontrar nuevas formas de producir tejidos para su uso en el cuerpo.
Médula ósea Sustancia suave y grasa del interior de los huesos que produce células sanguíneas.
Investigadores de la Universidad de Columbia cultivan huesos a medida en los depósitos de color gris del centro. Una bomba (izquierda) baña las células óseas con fluidos y nutrientes especiales (líquido de color rojo, derecha) para ayudarlas a crecer. Sarindr Bhumiratana
Masa ósea Peso del esqueleto.
Densidad mineral ósea Medida de la cantidad de calcio y otros minerales que contiene un segmento de hueso.
Enfermedad de los huesos frágiles Trastorno genético presente desde el nacimiento que provoca huesos débiles y frágiles; pérdida de audición temprana y baja estatura. Se cree que afecta a entre 25.000 y 50.000 estadounidenses. Los síntomas pueden ir de leves a potencialmente mortales.
Calcio Elemento químico que necesitan la mayoría de los organismos para crecer.
Molécula Grupo de átomos eléctricamente neutro que representa la cantidad más pequeña posible de un compuesto químico. Las moléculas pueden estar hechas de un solo tipo de átomos o de diferentes tipos. Por ejemplo, el oxígeno del aire está formado por dos átomos de oxígeno (O2), pero el agua está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno (H2O).
osteoblasto Células que sintetizan nuevo tejido óseo.
osteoclasto Células que descomponen y eliminan el tejido óseo viejo.
osteocito El tipo más común de célula ósea. Dirige las acciones de los osteoblastos y los osteoclastos.
osteoporosis Enfermedad que provoca huesos débiles y frágiles que se fracturan con facilidad.
célula madre Célula de «pizarra en blanco» que puede dar lugar a otros tipos de células en el organismo. Las células madre desempeñan un papel importante en la regeneración y reparación de tejidos.
tejido Cualquiera de los distintos tipos de material, compuesto por células, que componen los animales, las plantas o los hongos.
Síndrome de Treacher Collins Enfermedad genética que afecta al desarrollo de los huesos y otros tejidos de la cara. Se calcula que este síndrome afecta a una de cada 50.000 personas y provoca deformidades faciales y, en ocasiones, pérdida de audición y paladar hendido.
Vitamina D Llamada la vitamina del sol, la piel fabrica esta sustancia química al exponerse a ciertas longitudes de onda ultravioleta de la luz solar. La forma fabricada en la piel no es activa, sino una forma precursora que puede almacenarse hasta que se necesite en la grasa corporal. La forma activa de esta vitamina es una hormona que ayuda a los huesos a absorber el calcio. La forma activa también interviene en la lucha contra muchos tipos de enfermedades crónicas, desde el desgaste muscular y la diabetes hasta ciertos tipos de cáncer y enfermedades de las encías. Las personas que no pasan mucho tiempo al aire libre o que usan protección solar cuando lo hacen pueden no producir cantidades ideales de vitamina D. Tampoco hay muchos alimentos que sean ricos en esta vitamina de forma natural. Por ello, los fabricantes enriquecen algunos alimentos de consumo habitual, especialmente la leche y algunos zumos de naranja, con vitamina D.
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