I. SISTEMA �SEO
ES COM�N pensar en los huesos como una parte inerte del cuerpo
y que una vez que alcanza su tama�o adulto, �stos ya no cambian. La realidad
es otra: el hueso es un tejido vivo que, al igual que los otros tejidos del
cuerpo, debe alimentarse para estar en buenas condiciones, de lo cual se encargan
los osteocitos, que son c�lulas �seas distribuidas en el tejido �seo.
Por ser el hueso un tejido vivo, cambia en el tiempo. Al proceso continuo de destruir el tejido viejo y crear el nuevo se le llama remodelaci�n. La remodelaci�n �sea es llevada a cabo por los osteoclastos, que son las c�lulas encargadas de la destrucci�n del tejido viejo y los osteoblastos, que construyen el nuevo. La remodelaci�n �sea es un trabajo muy lento, de forma tal que tenemos el equivalente de un nuevo esqueleto cada siete a�os aproximadamente.
Mientras el cuerpo es joven y crece, la principal actividad la tienen los osteoblastos,
mientras que despu�s de los cuarenta a�os los osteoclastos son los m�s activos;
esto explica por qu� las personas se achican a medida que envejecen. Estos procesos
son graduales y lentos, excepto en los primeros a�os de vida en los que el crecimiento
es muy r�pido y despu�s de los ochenta a�os en los que las personas decrecen
r�pidamente.
Figura 1. Se muestra el f�mur y un corte transveral de la cabeza donde el tejido �seo es esponjoso, en el centro del f�mur 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
llamado col�geno �seo como el mineral �seo. El col�geno �seo es menos denso
que el mineral �seo, desempe�a el papel de pegamento del mineral �seo y es el
que proporciona la elasticidad de los huesos. El mineral �seo parece estar formado
de hidroxiapatita de calcio: Ca10(PO4)6(OH)2en
cristales cil�ndricos con di�metros de 20 a 70 
y longitudes de 50 a 
.
Cuando el col�geno es removido del hueso, �ste es tan fr�gil que se rompe con
los dedos.
Si se corta por la mitad un hueso, puede verse que el tejido �seo se presenta en dos tipos diferentes: s�lido o compacto y esponjoso o trabecular, como se ilustra en la figura 1.
El tejido esponjoso y el compacto no se diferencian en su constituci�n: qu�micamente son iguales; s�lo se diferencian en su densidad volum�trica, es decir, una masa dada de tejido �seo esponjoso ocupa un mayor volumen que la misma masa formando tejido �seo compacto.
El tejido compacto se encuentra principalmente en la parte superficial de los huesos as� como en la ca�a central de los huesos largos, mientras que el esponjoso se encuentra en los extremos de los huesos largos.
En el cuerpo humano, los huesos tienen seis funciones que cumplir y para las cuales est�n dise�ados �ptimamente; �stas son: soporte, locomoci�n, protecci�n de �rganos, almac�n de componentes qu�micos, alimentaci�n y trasmisi�n del sonido.
La funci�n de soporte es muy obvia en las piernas: los m�sculos se ligan a
los huesos por tendones y ligamentos y el sistema de huesos y m�sculos soporta
el cuerpo entero. La estructura de soporte puede verse afectada con la edad
y la presencia de ciertas enfermedades.
Figura 2. Esqueleto humano. Se puede ver que debido a las uniones de los huesos, �stos permiten adem�s del soporte, la locomoci�n. El cr�neo protege al cerebro, las costillas a los pulmones, la columna vertebral a la m�dula espinal.
Debido a que los huesos forman un soporte constituido por uniones de secciones r�gidas, como se ve en la figura 2, puede llevarse a cabo la locomoci�n; si se tratara de una sola pieza r�gida no habr�a posibilidad de movimiento. Es por esto que las articulaciones entre los huesos desempe�an un papel muy importante.
Las partes delicadas del cuerpo, como son el cerebro, la m�dula espinal, el coraz�n y los pulmones, deben ser protegidas de golpes que las puedan da�ar; los huesos que constituyen el cr�neo, la columna vertebral y las costillas cumplen esta funci�n, como se observa en la figura 2.
Los huesos son el almac�n para una gran cantidad de productos qu�micos necesarios en la alimentaci�n 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 los elementos necesarios.
Los huesos m�s peque�os del cuerpo humano son los que forman el o�do medio, conocidos como martillo, yunque y estribo, y que transmiten el sonido convirtiendo las vibraciones del aire en vibraciones del l�quido de la c�clea; estos son los �nicos huesos del cuerpo que mantienen su tama�o desde el nacimiento.
Las vigas que forman la parte medular de un edificio son sometidas a pruebas mec�nicas que determinan su resistencia ante las fuerzas a las que pueden estar sujetas, que se reducen a las de tensi�n, compresi�n y torsi�n. Estas mismas pruebas se utilizan para obtener la resistencia de los huesos, la cual no s�lo depende del material con el que est�n constituidos sino de la forma que tienen. Para efectuar las pruebas de resistencia mec�nica se usa una muestra de material en forma de I a la que se aplica la fuerza, como se muestra en la figura 3, durante un tiempo determinado, y luego se analiza la muestra para ver los efectos causados. Se ha encontrado que cuando la fuerza se aplica en una direcci�n arbitraria, con un cilindro hueco se obtiene el m�ximo esfuerzo ocupando una m�nima cantidad de material y es casi tan fuerte como un cilindro s�lido del mismo material. Si hablamos en particular del f�mur, como las fuerzas que soporta pueden llegar en cualquier direcci�n, la forma de cilindro hueco en la cabeza y s�lido en el centro del hueso es la m�s efectiva para soportarlas.
Para ilustrar lo dicho, haga una prueba: tome un popote y aplique una fuerza
de compresi�n en los extremos, el popote se doblar� cerca del centro y no en
los extremos. Si ahora lo rellena en la parte central en forma compacta, la
fuerza necesaria para doblarlo deber� ser mucho mayor.
Figura 3. Las pruebas de resistencia mec�nica a las que se someten los huesos son las de tensi�n, compresi�n y torsi�n que se ilustran aqu�. En la cabeza del f�mur se forman l�neas de tensi�n y de compresi�n debido al peso qu� soporta.
Adem�s, el dise�o trabecular en los extremos del hueso no es azaroso: est� optimizado para las fuerzas a las que se somete el hueso. En la figura 3 se muestran las l�neas de fuerza de tensi�n y compresi�n en la cabeza y el cuello del f�mur debidas al peso que soporta.
El hueso est� compuesto de peque�os cristales minerales de hueso duro atados a una matriz de col�geno flexible. Estos componentes tienen propiedades mec�nicas diferentes, sin embargo, la combinaci�n produce un material fuerte como el granito en compresi�n y 25 veces m�s fuerte que el granito bajo tensi�n.
CUADRO 1. Fortaleza del hueso y otros materiales comunes
Como puede observarse del cuadro 1, es dif�cil que un hueso se rompa por una fuerza de compresi�n, en general se rompe por una fuerza combinada de torsi�n y compresi�n, pero con el siguiente ejemplo es f�cil ver que el dise�o del cuerpo humano con dificultad puede ser superado:
Si una persona brinca o cae de una altura y aterriza sobre sus pies, hace un gran esfuerzo sobre los huesos largos de sus piernas. El hueso m�s vulnerable es la tibia y el esfuerzo sobre este hueso es mayor en el punto donde el �rea transversal es m�nima: precisamente sobre el tobillo. La tibia se fractura si una fuerza de compresi�n de m�s de 50 000 N se aplica. Si la persona aterriza sobre ambos pies la fuerza m�xima que puede tolerar es 2 veces este valor, es decir, 100 000 N, que corresponde a 130 veces el 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 aceleraci�n: F = ma
Si la persona cae de una altura H, partiendo del reposo, alcanza al tocar el
suelo una velocidad de:
De la mec�nica, sabemos que la aceleraci�n promedio a necesaria para parar
un objeto que se mueve con una velocidad v en una distancia h es:
sustituyendo el valor de v� se obtiene:
de modo que la fuerza que se ejerce para que la persona se detenga en el suelo es:
es la raz�n 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. Si F no es mayor que 130 w (130 veces su peso), la altura m�xima de ca�da ser�:
de modo que si cae de una altura de 1.3 m sin doblarse puede resultar fractura de la tibia.
Si se doblan las rodillas durante el aterrizaje, la distancia h en la que se desacelera el cuerpo alcanzando una aceleraci�n cero puede aumentar 60 veces, de manera que la altura desde la que se puede efectuar el salto es H = 60 X 1.3 m = 78 m; en este caso la fuerza de desaceleraci�n se ejerce casi enteramente por los tendones y ligamentos en vez de los huesos largos, estos m�sculos son capaces de resistir s�lo aproximadamente 1/20 de la fuerza necesaria para la fractura de los huesos, de modo que la altura de H = 4 m es la m�xima segura, siempre y cuando se doblen las rodillas y tobillos.
Los huesos son menos fuertes bajo tensi�n que bajo compresi�n: una fuerza de tensi�n de 120 N/mm� puede causar la rotura de un hueso, asi como puede causarla una fuerza de torsi�n, y estas roturas son diferentes.
Cuando un cuerpo se fractura, puede repararse r�pidamente si la regi�n fracturada se inmoviliza. Un largo periodo de confinamiento en cama en general es debilitador para el paciente, por lo que es importante que �ste se ponga en movimiento tan pronto como sea posible.
No se conoce con detalle el proceso de crecimiento y reparaci�n de huesos, sin embargo, existe evidencia de que campos el�ctricos locales desempe�an un papel importante. Cuando el hueso es esforzado se genera una carga el�ctrica en su superficie. Experimentos con fracturas �seas de animales muestran que se reparan m�s r�pido si se aplica un potencial el�ctrico a trav�s de la fractura, este proceso usado en humanos ha tenido �xito.
En algunos casos, es necesario usar clavos, alambres y pr�tesis met�licas m�s
complicadas ya sea para unir huesos o para sustituirlos.
