i. Sistema Óseo

7/25/2019 i. Sistema seo

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//bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/37/htm/sec_5.htm[24/01/2016 01:35:53 p.m.]

I . S I S T E M A S E O

ES COMNpensar en los huesos como una parte inerte del cuerpo y que una vez quealcanza su tamao adulto, stos ya no cambian. La realidad es otra: el hueso es untejido vivo que, al igual que los otros tejidos del cuerpo, debe alimentarse para estaren buenas condiciones, de lo cual se encargan los osteocitos, que son clulas seas

distribuidas en el tejido seo.

Por ser el hueso un tejido vivo, cambia en el tiempo. Al proceso continuo de destruir eltejido viejo y crear el nuevo se le llama remodelacin. La remodelacinsea es llevadaa cabo por los osteoclastos, que son las clulas encargadas de la destruccin del tejidoviejo y los osteoblastos, que construyen el nuevo. La remodelacin sea es un trabajomuy lento, de forma tal que tenemos el equivalente de un nuevo esqueleto cada sieteaos aproximadamente.

Mientras el cuerpo es joven y crece, la principal actividad la tienen los osteoblastos,mientras que despus de los cuarenta aos los osteoclastos son los ms activos; estoexplica por qu las personas se achican a medida que envejecen. Estos procesos son

graduales y lentos, excepto en los primeros aos de vida en los que el crecimiento esmuy rpido y despus de los ochenta aos en los que las personas decrecenrpidamente.

Figura 1. Se muestra el fmur y un corte transveral de la cabeza donde el tejido seo esesponjoso, en el centro del fmur el tejido es compacto, as como en la superficie.

Los principales constituyentes del hueso son: H(3.4%), C(15.5%), N(4.0%), 0(44.0%),Mg(0.2%), P(10.2%), S(0.3%), Ca(22.2%) y otros (0.2%), que componen tanto el


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llamado colgeno seo como el mineral seo. El colgeno seo es menos denso que elmineral seo, desempea el papel de pegamento del mineral seo y es el queproporciona la elasticidad de los huesos. El mineral seo parece estar formado dehidroxiapatita de calcio: Ca10(PO4)6(OH)2en cristales cilndricos con dimetros de 20 a

70 y longitudes de 50 a . Cuando el colgeno es removido delhueso, ste es tan frgil que se rompe con los dedos.

Si se corta por la mitad un hueso, puede verse que el tejido seo se presenta en dostipos diferentes: slido o compacto y esponjoso o trabecular, como se ilustra en la

figura 1.

El tejido esponjosoy el compacto no se diferencian en su constitucin: qumicamenteson iguales; slo se diferencian en su densidad volumtrica, es decir, una masa dadade tejido seo esponjoso ocupa un mayor volumen que la misma masa formando tejidoseo compacto.

El tejido compactose encuentra principalmente en la parte superficial de los huesos ascomo en la caa central de los huesos largos, mientras que el esponjoso se encuentraen los extremos de los huesos largos.

En el cuerpo humano, los huesos tienen seis funciones que cumplir y para las cuales

estn diseados ptimamente; stas son: soporte, locomocin, proteccin de rganos,almacn de componentes qumicos, alimentacin y trasmisin del sonido.

La funcin de soporte es muy obvia en las piernas: los msculos se ligan a los huesospor tendones y ligamentos y el sistema de huesos y msculos soporta el cuerpo entero.La estructura de soporte puede verse afectada con la edad y la presencia de ciertasenfermedades.


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Figura 2. Esqueleto humano. Se puede ver que debido a las uniones de los huesos, stos permitenadems del soporte, la locomocin. El crneo protege al cerebro, las costillas a los pulmones, lacolumna vertebral a la mdula espinal.

Debido a que los huesos forman un soporte constituido por uniones de seccionesrgidas, como se ve en la figura 2, puede llevarse a cabo la locomocin; si se tratara deuna sola pieza rgida no habra posibilidad de movimiento. Es por esto que lasarticulaciones entre los huesos desempean un papel muy importante.

Las partes delicadas del cuerpo, como son el cerebro, la mdula espinal, el corazn y

los pulmones, deben ser protegidas de golpes que las puedan daar; los huesos queconstituyen el crneo, la columna vertebral y las costillas cumplen esta funcin, comose observa en la figura 2.

Los huesos son el almacn para una gran cantidad de productos qumicos necesarios enla alimentacin del cuerpo humano.

Los dientes son huesos especializados que sirven para cortar (incisivos), rasgar(caninos) y moler (molares) los alimentos que ingerimos para suministrar al cuerpo loselementos necesarios.

Los huesos ms pequeos del cuerpo humano son los que forman el odo medio,

conocidos como martillo, yunque y estribo, y que transmiten el sonido convirtiendo lasvibraciones del aire en vibraciones del lquido de la cclea; estos son los nicos huesosdel cuerpo que mantienen su tamao desde el nacimiento.

Las vigas que forman la parte medular de un edificio son sometidas a pruebasmecnicas que determinan su resistencia ante las fuerzas a las que pueden estarsujetas, que se reducen a las de tensin, compresin y torsin. Estas mismas pruebasse utilizan para obtener la resistencia de los huesos, la cual no slo depende delmaterial con el que estn constituidos sino de la forma que tienen. Para efectuar laspruebas de resistencia mecnica se usa una muestra de material en forma de I a laque se aplica la fuerza, como se muestra en la figura 3, durante un tiempodeterminado, y luego se analiza la muestra para ver los efectos causados. Se ha

encontrado que cuando la fuerza se aplica en una direccin arbitraria, con un cilindrohueco se obtiene el mximo esfuerzo ocupando una mnima cantidad de material y escasi tan fuerte como un cilindro slido del mismo material. Si hablamos en particulardel fmur, como las fuerzas que soporta pueden llegar en cualquier direccin, la formade cilindro hueco en la cabeza y slido en el centro del hueso es la ms efectiva parasoportarlas.

Para ilustrar lo dicho, haga una prueba: tome un popote y aplique una fuerza decompresin en los extremos, el popote se doblar cerca del centro y no en losextremos. Si ahora lo rellena en la parte central en forma compacta, la fuerzanecesaria para doblarlo deber ser mucho mayor.


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Figura 3. Las pruebas de resistencia mecnica a las que se someten los huesos son las de tensin,compresin y torsin que se ilustran aqu. En la cabeza del fmur se forman lneas de tensin y decompresin debido al peso qu soporta.

Adems, el diseo trabecular en los extremos del hueso no es azaroso: est optimizadopara las fuerzas a las que se somete el hueso. En la figura 3 se muestran las lneas defuerza de tensin y compresin en la cabeza y el cuello del fmur debidas al peso quesoporta.

El hueso est compuesto de pequeos cristales minerales de hueso duro atados a unamatriz de colgeno flexible. Estos componentes tienen propiedades mecnicas

diferentes, sin embargo, la combinacin produce un material fuerte como el granito encompresin y 25 veces ms fuerte que el granito bajo tensin.

CUADRO 1. Fortaleza del hueso y otros materiales comunes

Como puede observarse del cuadro 1, es difcil que un hueso se rompa por una fuerzade compresin, en general se rompe por una fuerza combinada de torsin ycompresin, pero con el siguiente ejemplo es fcil ver que el diseo del cuerpo humanocon dificultad puede ser superado:


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Si una persona brinca o cae de una altura y aterriza sobre sus pies, hace un granesfuerzo sobre los huesos largos de sus piernas. El hueso ms vulnerable es la tibia y elesfuerzo sobre este hueso es mayor en el punto donde el rea transversal es mnima:precisamente sobre el tobillo. La tibia se fractura si una fuerza de compresin de msde 50 000 N se aplica. Si la persona aterriza sobre ambos pies la fuerza mxima quepuede tolerar es 2 veces este valor, es decir, 100 000 N, que corresponde a 130 vecesel peso de una persona de 75 kg de peso.

La fuerza ejercida sobre los huesos de las piernas es igual a la masa del sujeto

multiplicada por la aceleracin: F = ma

Si la persona cae de una altura H, partiendo del reposo, alcanza al tocar el suelo unavelocidad de:

De la mecnica, sabemos que la aceleracin promedio a necesaria para parar un objetoque se mueve con una velocidad v en una distancia h es:

sustituyendo el valor de vse obtiene:

de modo que la fuerza que se ejerce para que la persona se detenga en el suelo es:

w es el peso de la persona

es la razn de la altura desde la cual cae la persona y la distancia en la que se

detiene.

Si la persona que cae no dobla sus tobillos ni sus rodillas, h ser del orden de 1 cm. SiF no es mayor que 130 w (130 veces su peso), la altura mxima de cada ser:

de modo que si cae de una altura de 1.3 m sin doblarse puede resultar fractura de latibia.

Si se doblan las rodillas durante el aterrizaje, la distancia h en la que se desacelera elcuerpo alcanzando una aceleracin cero puede aumentar 60 veces, de manera que laaltura desde la que se puede efectuar el salto es H = 60 X 1.3 m = 78 m; en este casola fuerza de desaceleracin se ejerce casi enteramente por los tendones y ligamentosen vez de los huesos largos, estos msculos son capaces de resistir slo


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aproximadamente 1/20 de la fuerza necesaria para la fractura de los huesos, de modoque la altura de H = 4 m es la mxima segura, siempre y cuando se doblen las rodillasy tobillos.

Los huesos son menos fuertes bajo tensin que bajo compresin: una fuerza de tensinde 120 N/mm puede causar la rotura de un hueso, asi como puede causarla unafuerza de torsin, y estas roturas son diferentes.

Cuando un cuerpo se fractura, puede repararse rpidamente si la regin fracturada seinmoviliza. Un largo periodo de confinamiento en cama en general es debilitador para elpaciente, por lo que es importante que ste se ponga en movimiento tan pronto comosea posible.

No se conoce con detalle el proceso de crecimiento y reparacin de huesos, sinembargo, existe evidencia de que campos elctricos locales desempean un papelimportante. Cuando el hueso es esforzado se genera una carga elctrica en susuperficie. Experimentos con fracturas seas de animales muestran que se reparan msrpido si se aplica un potencial elctrico a travs de la fractura, este proceso usado enhumanos ha tenido xito.

En algunos casos, es necesario usar clavos, alambres y prtesis metlicas mscomplicadas ya sea para unir huesos o para sustituirlos.
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