Osteogénesis, osificación y crecimiento de los huesos, Universidad de Murcia

Osteogénesis y Tipos de Osificación

Tema 16: Osteogénesis. Tipos de osificación: osificación intramembranosa y osificación endocondral. Crecimiento y remodelación de los huesos. Reparación del tejido óseo Articulaciones Curso 2024-25 DAD DE MURCIA UN . 1272 Dr. Manuel Avilés Sánchez Departamento de Biología Celular e Histología Facultad de Enfermería

1. INTRODUCCIÓN
2. TIPOS DE OSIFICACIÓN

   Osificación intramembranosa Osificación endocondral

3. CRECIMIENTO DEL HUESO LARGO
4. REMODELADO ÓSEO
5. REPARACIÓN FRACTURAS
6. ARTICULACIONES

Etapas de la Osificación y Formación del Tejido Óseo

ETAPAS DE LA OSIFICACIÓN FORMACIÓN DEL TEJIDO ÓSEO Diferenciación de células mesenquimáticas en osteoblastos Secreción de matriz orgánica por los osteoblastos Mineralización de la matriz orgánica Remodelación por los osteoclastos

1. INTRODUCCIÓN
2. TIPOS DE OSIFICACIÓN

   Osificación intramembranosa Osificación endocondral

3. CRECIMIENTO DEL HUESO LARGO
4. REMODELADO ÓSEO
5. REPARACIÓN FRACTURAS
6. ARTICULACIONES

Clasificación de la Osificación

TIPOS DE OSIFICACIÓN I .- Según el momento Osificación primaria Osificación secundaria II .- Según el lugar Osificación normal Osificación ectópica

Osificación Primaria y Secundaria

OSIFICACIÓN PRIMARIA Da origen a: Hueso no laminar o inmaduro Tiene lugar en: Desarrollo embrionario Reparación fracturas Tumores óseos OSIFICACIÓN SECUNDARIA Da origen a: Hueso laminar o maduro Tiene lugar: Después del nacimiento y en adultos

Osificación Ectópica

Según el lugar OSIFICACIÓN ECTÓPICA Heterotopic ossification (HO) is the formation of marrow-containing bone outside of the normal skeleton [1, 2]. Acquired HO following traumatic events, such as total joint replacements (TJR) [3-5], spinal cord injury (SCI) [6], traumatic brain injury (TBI) [Z], fracture, muscular trauma, or war- wounded patients [8, 9], is a common and costly clinical complication. Hereditary HO, such as fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP), is rare, progressive, and life threatening [10]. The first description of hereditary HO in FOP was made in 1692 by Guy Patin. Acquired HO as a complication of gunshot wounds was described by Dejerine and Ceillier in 1918 [11]. 16%- 53% of SCI (11,000 annually) and TBI (1.4 million) patients and 40%-50% of TJR (1 million) patients will develop HO at some point. Ectopic bone formed as a result of HO is frequently described as endochondral (Kan and Kessler, 2011). J Biomed Biotechnol. 2011; 2011: 309287. Published online 2010 Oct 19. doi: 10.1155/2011/309287 PMCID: PMC2963134 Animal Models of Typical Heterotopic Ossification Lixin Kan and John A. Kessler

Osificación Normal

Según el lugar OSIFICACIÓN NORMAL I .- Osificación endoconjuntiva, directa o intramembranosa II.- Osificación endocondral, indirecta o intracartilaginosa

Osificación Endoconjuntiva

OSIFICACIÓN ENDOCONJUNTIVA .- Huesos planos del cráneo .- Parte del maxilar inferior y superior .- Crecimiento en espesor de los huesos largos Centro osificación Borde epiteloide Espículas Trabéculas Periostio Piel Tejido conectivo Hueso esponjoso Tejido conectivo Mesenquima Osteoblastos Osteocitos Fibra de colágena Osteoide Tejido óseo primario (trabéculas)Bone development Published in final edited form as: Bone. 2015 November : 80: 14-18. doi:10.1016/j.bone.2015.04.035. Agnes D. Berendsen and Bjorn R. Olsen Department of Developmental Biology, Harvard School of Dental Medicine, Harvard University Huesos del cráneo son de origen ectodérmico cranial neural crest cells neural tube somites lateral plate mesoderm Somitas son de origen mesodérmico

Osificación Intramembranosa

OSIFACIÓN INTRAMEMBRANOSA1 2 2 3 3 5 7 8 -5 3. Células osteoprogenitoras 4. Osteoblastos 5. Osteoide 6. Matriz mineralizada 7. Osteoblasto quedando rodeado por matriz 8. Osteocito Figura tomada de: Rhodin. Histology. 1974

Osificación Intramembranosa: Hueso Compacto Primitivo

Compacto primitivo OSIFICACIÓN INTRAMEMBRANOSA Figuras tomadas de: Geneser. Histología. Ed. Panamericana. 2000

Conversión de Trabécula en Osteona

Figura 5-11. Conversión de la trabécula en una osteona Trabécula Surco Osteocito Laminilla Túnel perforante Fusión de crestas Vaso sanguíneo Crestas Conducto de Havers Laminilla ósea antigua Laminilla ósea nueva 3 Se depositan nuevas laminillas óseas alrededor del túnel, el cual se convierte en el conducto de Havers que contiene un vaso sanguíneo. La osteona se expande por crecimiento mediante aposición. 4 El vaso de Havers continúa recibiendo sangre a través de los conductos de Volkmann que se extienden de manera oblicua a lo largo de la diáfisis. Obsérvese que este vaso aparece rodeado por laminillas concéntricas. Se forman varias osteonas y la diáfisis se va ampliando, al igual que la cavidad medular Laminillas intersticiales Laminillas perimetrales externas Laminillas perimetrales internas Vaso de Havers Vaso en conducto de Volkmann Entrada al conducto de Volkmann 5 Cuando el hueso ha alcanzado sus dimensiones máximas, las laminillas perimetrales externas e internas delimitan el hueso compacto integrado por varias osteonas. Las laminillas intersticiales se disponen entre estas osteonas. Las laminillas intersticiales constituyen restos de osteonas preexistentes que han sido sustituidos por osteonas nuevas en el transcurso de la remodelación. Esta tiene lugar a lo largo de la vida y forma parte del mantenimiento óseo habitual. Cuando se desarrolla una osteona por acción de los osteoblastos, otra osteona se desorganiza por los osteoclastos y posteriormente será sustituida o reconstruida. 1 Se forma una osteona a partir de una trabécula. Las crestas longitudinales a lo largo de los bordes de la trabécula comienzan a aproximarse entre ellas. Un vaso sanguíneo, que se aloja en el surco, se ramifica a través del túnel perforante y se conecta con otro vaso sanguíneo adyacente. 2 Las crestas se fusionan y el surco da lugar a un túnel óseo que rodea los vasos sanguíneos. Fusión de las crestas

Características Craneofaciales y Craniosinostosis

Lattanz et al. Page 41 A B C D E F G K M O P Q R S V W X 5 Review > Am J Med Genet A. 2017 May; 173(5):1406-1429. doi: 10.1002/ajmg.a.38159.Figure 1. Craniofacial features and three-dimensional computed tomography images of individuals with craniosynostosis. (A-C) Nonsyndromic sagittal craniosynostosis. (D-F) Nonsyndromic metopic craniosynostosis. (G-I) Nonsyndromic unilateral right coronal craniosynostosis. (J- L) Nonsyndromic bilateral coronal craniosynostosis. (M-O) Nonsyndromic unilateral left lambdoid craniosynostosis. (P-R) Nonsyndromic bilateral lambdoid craniosynostosis. (S- W) Images of individuals with Muenke syndrome demonstrate extreme clinical variability and overlap of the milder cases with nonsyndromic coronal craniosynostosis. (X) Mild case of Saethre-Chotzen syndrome resembles unicoronal craniosynostosis. The images on the bottom row demonstrate the need of molecular testing of the coronal cases for proper diagnosis.

Osificación Endocondral

OSIFICACIÓN ENDOCONDRAL 1 .- Huesos cortos y largos 2 .- Reparación de fracturas Cartílago articular Hueso esponjoso Periostio Hueso compacto Hueso corto Hueso largo Se forma el molde de tejido cartilaginoso, crece el cartílago y es sustituido por tejido óseo

Niveles de Osificación Endocondral

Osificación endocondral DOS NIVELES 1 .- Externo 2 .- Interno 6 5 4 3 2 1 Molde de cartílago Invasión de capilares y células osteógenas Collar perióstico la 2a 3a 4a 10 Cartílago calcificado 9 8 Placa epifisaria 7 Centro de osificación epifisario Placa epifisaria Cavidad medular continua Cavidad medular Centro de osificación epifisario- Centro de osificación epifisario Desaparece la placa epifisaria inferior

Nivel Externo de Osificación Endocondral

NIVEL EXTERNO 6 Collar o manguito perióstico 5 4 3 2 1 Cartílago calcificado la 2a 3a 4a

Osificación Endocondral: Hueso y Cartílago

OSIFICACIÓN ENDOCONDRAL Hueso Cartílago hipertrófico Cartílago hipertrófico Periostio Brote perióstico Manguito perióstico Figuras tomadas de: Geneser. Histología. Ed. Panamericana. 2000

Centros de Osificación Secundarios

CENTROS DE OSIFICACIÓN SECUNDARIOS (centro de osificación epifisario) 10 9 8 Centro de osificación epifisario 7 Placa epifisaria Cavidad medular Centro de osificación epifisario Aparecen después del nacimiento

Osificación Radial y Placa Epifisaria

CENTROS DE OSIFICACIÓN SECUNDARIOS (centro de osificación epifisario) 25 Osificación es radial, Cartílago articular y Placa epifisaria

Estructura de la Osificación Endocondral

OSIFICACIÓN ENDOCONDRAL E: epífisis D: diáfisis C: hueso compacto GP: placa epifisiaria SC: centro secundario SO E GI C Figura tomada de: Wheater' s . Histología funcional. Harcourt. Churchill Livingstone. 2000 D

Zonas Principales de Osificación Endocondral

Figura 5-5. Osificación endocondral: cuatro zonas principales Cartílago epifisario Cartílago epifisario Zona de reserva Cartílago hialino primitivo responsable del crecimiento longitudinal del hueso conforme avanzan la erosión y el depósito óseos hacia esta zona. Zona de reserva Zona proliferativa Los condrocitos en proliferación se alinean en columnas verticales y paralelas. Zona proliferativa 000 Zona de hipertrofia Apoptosis de los condrocitos y calcificación de la matriz territorial. Aprende de una forma nueva con Student Consult Abraham L. Kierszenbaum Laura L. Tres Zona de hipertrofia Zona de invasión vascular Los vasos sanguíneos atraviesan los tabiques transversales calcificados y portan células progenitoras óseas con ellos. HISTOLOGÍA Y BIOLOGÍA CELULAR Introducción a la anatomía patológica Zona de invasión vascular CUARTA EDICIÓN ELSEVIER -Pericondrio en proceso de transformación en periostio

Componentes de la Osificación Endocondral

OSIFICACIÓN ENDOCONDRAL SC SC: centro secundario V: vasos sanguíneos E: cartílago epifisiario GP: placa epifisiaria B: hueso E GP 50 B Figura tomada de: Wheater' s . Histología funcional. Harcourt. Churchill Livingstone. 2000

Zonas de Cartílago en Osificación Endocondral

OSIFICACIÓN ENDOCONDRAL 'R P 41 M H O R: cartílago de reserva o en reposo P: zona de proliferación o cartílago seriado M y H: zona de maduración o cartilago hipertrófico D: zona de degeneración O: zona de osificación Figura tomada de: Wheater' s . Histología funcional. Harcourt. Churchill Livingstone. 2000

Regulación del Crecimiento Longitudinal del Hueso

REGULACIÓN Figura 5-10. Placas de crecimiento y crecimiento longitudinal del hueso PTHrPr 2 Cartílago articular Zona de reserva PTHrP 0 O 0 3 Pericondrio Zona proliferativa Ihh estimula la expresión de Runx2 en las células pericondrales, que se diferencian a osteoblastos 1 Placa de creci- miento Comienzo de la zona hipertrófica 4 Final de la zona hipertrófica Colágeno de tipo X VEGF Collarín óseo Zona de invasión vascular Obsérvese que PTHrP ejerce unos efectos contrarios con el fin de garantizar el mantenimiento de la placa epifisaria y el crecimiento longitudinal de los huesos largos. La inactivación de esta placa se produce en la pubertad, cuando el sujeto alcanza la talla de adulto. La inactivación es una consecuencia directa del aumento de la secreción de andrógenos en la pubertad tanto en el hombre como en la mujer. La acondroplasia (ACH) es la displasia esquelética más común causante del enanismo de miembros cortos. Las anomalías esqueléticas se originan por una reducción de la proliferación y la diferenciación de los condrocitos. Normalmente, el receptor del factor de crecimiento fibroblástico (FGFR3), un receptor de tirosina cinasa, regula la señal que detiene la condrogenia. Se han detectado mutaciones del gen que codifica FGFR3 en los pacientes con ACH, las cuales provocan que FGFR3 se torne hiperactivo y detenga tanto la proliferación como la diferenciación de los condrocitos. Crecimiento del cartílago de crecimiento epifisario 1 La proteína Indian hedgehog (Ihh), secretada por los condrocitos de la zona proliferativa, induce la síntesis y la secreción de péptido relacionado con la hormona paratiroidea (PTHrP) por las células de la capa condrógena del pericondrio (epífisis). Ihh lleva a cabo dos funciones: 1) regulación de la formación del collarín óseo mediante la estimulación de la expresión de RUNX2, lo que induce la diferenciación de las células pericondrales en osteoblastos; 2) estimulación de la secreción de PTHrP mediante las células pericondrales. 2 PTHrP se une a su receptor (PTHrPr) en la superficie de los condrocitos de la zona de reserva para estimular su proliferación. 3 Asimismo, PTHrP se une a los condrocitos de la zona proliferativa para inhibir su diferenciación en condrocitos hipertrofiados. 4 Los condrocitos del final de la zona hipertrófica secretan colágeno de tipo X, un marcador de la diferenciación, y el factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF), una molécula inductora de la invasión vascular. Importancia clínica: condrodisplasia metafisaria Las mutaciones en los genes que codifican PTHrP y PTHrPr originan la enfermedad de Jansen o condrodisplasia metafisaria. La hormona paratiroidea circulante no logra equilibrar las deficiencias de PTHrPr, dado que la naturaleza avascular del cartílago implica que aquella no esté disponible para los condrocitos.