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Revista chilena de nutrición

versión On-line ISSN 0717-7518

Rev. chil. nutr. v.30 n.2 Santiago ago. 2003

http://dx.doi.org/10.4067/S0717-75182003000200005 

Rev Chil Nutr Vol. 30, N1, Abril 2003

INTERACCIÓN ENTRE LA NUTRICIÓN
Y EL CONTROL BIOMECÁNICO DE LA ESTRUCTURA ÓSEA

INTERACTION BETWEEN NUTRITION
AND THE BIOMECHANICAL CONTROL OF BONE STRUCTURE

José Luis Ferretti, Ricardo F. Capozza, Gustavo R. Cointry.
Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico (CEMFoC),
Facultad de Medicina, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina.

ABSTRACT

New developments in osteology are showing a high impact on the interpretation of some nutritional aspects of the pathophysiology, diagnosis and treatment of the bone-loosing or bone-weakening disease. They concern chiefly with 1, the different levels of biological complexity of the skeletons; 2, the true determinant factors of the biomechanical properties of bone; 3, the way the bones built-up themselves, 4, the biological control of the biomechanical efficiency of bone structure; 5, the effects of the mechanical (directional) environment on the expression of the genetical determination of bone structure, and 6, the interference of systemic (non-directional), endocrine-metabolic factors on the biomechanical control of bone stiffness and strength. An overview of those matters is provided, focused on the necessary background for the interpretation of the role of nutrition in bone physiology and pathophysiology, and the nutritional interferences with the corresponding mechanisms.

Key words: Nutrition and bone; bone biomechanics; bone structure; bone strength; nutrition and osteoporosis.

Este trabajo fué recibido el 30 de Noviembre de 2002 y aceptado para ser publicado el 9 de Junio de 2003.

INTRODUCCION

Mucho se ha discutido y publicado acerca de la repercusión de la nutrición sobre la salud esquelética, con conclusiones diversas y muchas veces contradictorias. Ultimamente se han descubierto interesantes correlaciones entre los factores determinantes biológicos de la calidad ósea, entendiéndose por tal la calidad mecánica (resistencia a la deformación y a la fractura) de la estructura ósea de sostén (1-3). Esas interrelaciones resultan cruciales a la hora de analizar e interpretar la interacción de cualquier factor ambiental (no genético) sobre las correspondientes propiedades esqueléticas.

Este artículo, de carácter eminentemente informativo, no pretende exponer esquemas de tratamientos dietéticos específicos para las osteopatías metabólicas o fragilizantes. Sólo intenta sintetizar un panorama integral de esta nueva interpretación, que, por un lado, está contribuyendo a aclarar el panorama diagnóstico y los criterios terapéuticos para esas enfermedades; y por otro, requiere a cambio cierto análisis reflexivo. Sólo se hace referencia a la nutrición en los aspectos relacionados con las nuevas ideas, en la esperanza de orientar al lector

nutricionista no especializado en osteología según la moderna interpretación biomecánica de la biología ósea. Se ofrecen también algunas referencias de producción y artículos generales, que contienen citas de otros autores referidas a las concepciones propuestas, poniendo el énfasis en el material de consulta más adecuado para el nutricionista práctico, incluyendo capítulos de libros editados en inglés y en español.

COMO INVOLUCRAN A LA NUTRICION
LAS NUEVAS IDEAS ?

Esencialmente, la nueva corriente de interpretación concibe a los esqueletos como estructuras de sostén biomecánicamente controladas, antes que como masas de tejido mineralizado cuya magnitud depende de meros balances metabólicos entre su formación y su destrucción (1-5).

Para replantear en consecuencia este aspecto del problema, basta analizar un par de características esqueléticas fundamentales: 1. ciertos niveles de complejidad críticos para la eficiencia de la estructura ósea como soporte mecánico (1,6,7), y 2. los determinantes biológicos de esa eficiencia estructural (1,2,7-11); las que analizaremos por separado:

1. Se distinguen tres clases de hueso, correspondientes a sendos niveles de complejidad estructural biológica esquelética (7), que conllevan cada uno una clase particular de calidad biomecánica (Figura 1):


FIGURA 1

Determinantes biológicos de las propiedades biomecánicas óseas y metodologías en uso para
estimar indicadores de variables relevantes para su evaluación


a. A nivel molecular se describe un material óseo sólido (la matriz calcificada), cuyas propiedades mecánicas dependen de la composición y el grado de calcificación de la matriz amorfa y de las fibras colágenas, y del arreglo espacial micro-estructural de las mismas, de las líneas de cemento remodelatorias, y de las resquebrajaduras (microcracks) producidas en su seno por el uso mecánico (anisotropía del material) (9). Estos factores configuran la calidad del material óseo, definida por las propiedades materiales óseas, que son la rigidez específica (módulo elástico) del material calcificado y su capacidad de soportar stress por deformación sin resquebrajarse (1,2,8,12).

b. A nivel tisular se describe un tejido óseo, resultante de la distribución espacial de una determinada masa de ese material, con distinta configuración para las tramas trabeculares y para las cortezas compactas, según lo determinan ambas, la masa y la distribución espacial de ese material (anisotropía del tejido) a lo largo y a lo ancho de todo el hueso. Estos factores configuran la calidad del diseño óseo, y determinan las propiedades arquitectónicas (conectividad de la trama trabecular, momentos de inercia de la sección cortical, entre otras) (13-15).

c. A nivel orgánico se describen huesos, cuya resistencia a la deformación (rigidez) y a la fractura (conocidas como propiedades estructurales), configuran en conjunto la calidad ósea, término corriente en la clínica porque define globalmente al determinante esquelético del riesgo de fractura. Esta calidad ósea integrada está determinada por las otras dos calidades (las propiedades materiales y las arquitectónicas), aparentemente en forma exclusiva y excluyente (2,3,8,13).

2 Existen tres clases posibles de factores biológicos determinantes de la calidad estructural esquelética:

a. los que traemos con nosotros desde el nacimiento (filo y ontogenéticos), y

b. los que nos impone el entorno (ambientales), clasificados éstos en

I. los derivados de presiones y sacudimientos (gravitatorios y musculares; mecánicos, direccionales) (16-18), y

II. los derivados de cambios bioquímicos en el medio en que se desenvuelven las células óseas (metabólicos o sistémicos; no-mecánicos, no-direccionales) (19).

Este esquema permite establecer dos aspectos fundamentales de las interrelaciones entre nutrición y salud esquelética:

1. Todos los campos mencionados comprenden actividades celulares específicas, que la nutrición siempre afecta; pero la influencia de esta última se concentra en 1.a (problemas inherentes a la generación y la calcificación física de la matriz) y en 2-b.II (repercusiones endocrino-metabólicas de la ingesta de alimentos sobre las células óseas que forman y destruyen esa matriz).

2. Pese a éso, si no conocemos el panorama integrado de determinantes definido por 1 (a, b, c) y 2 (a, b.I, b.II), no podremos interpretar los efectos esqueléticos de la nutrición en forma completa.

CONSTITUCIÓN DEL MATERIAL CALCIFICADO,
EL TEJIDO ÓSEO Y DE LOS HUESOS ?

El material óseo calcificado es formado exclusivamente por los osteoblastos, que pueden producir colágeno en una de dos formas: desorganizada (hueso tramado, propio del embrión, del callo de fractura, y de estados con alto turnover óseo) u ordenada en laminillas (hueso lamelar, tipo histológico normal del adulto) (1). Los osteoblastos, además, segregan fosfatasas para catalizar la producción de cristales, que calcifican automáticamente las fibras colágenas en forma relativamente lenta. Estas células, provenientes de células madres mesenquimáticas, pueden a su vez operar según cuatro patrones de comportamiento diferentes: 1. en forma espontánea, sin armazón estructural previo (osificación «membranosa», propia de la formación y del crecimiento de huesos planos); 2. respetando moldes estructurales de cartílago previamente muerto y calcificado (osificación endocrondral, propia del crecimiento en largo de huesos tubulares y vértebras); 3. por aposición, fundamentalmente perióstica (crecimiento en ancho de todos los huesos) o peritrabecular (engrosamiento de la trama esponjosa), y 4. en forma secuencial, a continuación de un proceso destructivo puntual (remodelación ósea).

Cualquiera sea su origen, el material óseo puede ser circunstancialmente removido por osteoclastos derivados de células hematopoyéticas de estirpe macrofágica, con o sin reposición ulterior (20).

Ambos procesos, formación y remoción, responden a estímulos complejos, que integran factores morfogenéticos y ambientales; pero generalmente cursan respetando uno de dos patrones relacionales bien definidos:

1. Formando y destruyendo hueso en forma independiente, en sitios diferentes, en cuyo caso modifican la forma del tejido, alterando sus propiedades arquitectónicas (2,8). Esto se conoce como modelación (21). La modelación produce normalmente balances globales positivos de masa mineralizada, con actividad alta al principio de la vida y decreciente con la edad. Fuera del crecimiento en largo, la modelación es el único mecanismo biológico descrito capaz de ganar masa ósea «de novo»; es decir, de mejorar una osteopenia o una osteoporosis.

2. Actuando en un mismo sitio, en forma sucesivamente acoplada, removiéndose primero pequeñas porciones de material calcificado por los osteoclastos, que son luego repuestas en forma total (modo conservativo, con balance neutro de masa mineral) o parcial (modo desuso, con balance de masa negativo) por los osteoblastos. Este proceso, conocido como remodelación (22,23), puede darse tanto sobre las superficies endosteales o trabeculares (lagunas de Howship) como en forma de túneles taladrados y luego rellenados concéntricamente en el seno de la compacta cortical (sistemas de Havers), constituyéndose en ambos casos unidades estructurales funcionales llamadas «Bone Multicellular Units» (BMU's). La remodelación es imprescindible para recambiar el esqueleto, para reemplazar una clase de material óseo por otra, para contribuir a la homeostasis mineral del medio interno, y para reparar microfracturas. Su actividad es intensa durante toda la vida en humanos y animales superiores, y con la edad tiende a incrementarse la proporción del modo desuso (24). El modo desuso de la remodelación es el único mecanismo conocido que permite perder masa ósea, y por tanto constituye la única causa de todas las osteopenias y osteoporosis descriptas. Las pérdidas provocadas por la remodelación pueden modificar las propiedades arquitectónicas óseas (ahuecamiento de huesos tubulares, adelgazamiento o discontinuación de la trama trabecular), y también alterar las propiedades materiales, si es que se produce una excesiva tunelización haversiana del tejido cortical sólido (2,4,8,25).

Fuera del crecimiento endocondral, toda variación de la masa mineralizada esquelética debe atribuirse al balance formativo / destructivo que producen en conjunto la modelación y la remodelación (20). Esta simplificación no basta, sin embargo, para explicar los cambios en lo que llamamos calidad ósea, porque ambas, masa y calidad óseas, pueden y suelen variar independientemente, como veremos más abajo.

El esquema de la Figura 2 expone una secuencia ordenada de todos los procesos que pueden ocurrir con relación a la estructura ósea mineralizada. La formación de matriz mineralizada requiere proteínas y minerales. Dado que la matriz nace libre de cristales y debe cargarse de mineral con el tiempo, tiene sentido hablar de mineralización. La mineralización reconoce alteraciones patológicas (retraso) relacionadas con el aporte de Ca, P y calciferoles, como el raquitismo y la osteomalacia. Sin embargo, dado que ese tejido mineralizado sólo puede perderse a partir del balance negativo de una remodelación en modo desuso, y que sólo puede reponérselo a partir de la formación de hueso nuevo (20), no tiene sentido hablar de desmineralización, ni de remineralización, sino de destrucción y de reconstrucción ósea. Más abajo intentaremos explicar cuáles son los puntos de interacción de la nutrición con el esquema de la Figura 2.


FIGURA 2

Esquema de los mecanismos fisiológicos que determinan los procesos de formación,
calcificación y destrucción ósea, organizados según las modalidades de modelación y remodelación


AUTOCONTROL DE LOS HUESOS DE SU CALIDAD MECÁNICA

Los huesos, aparte de crecer en largo, se modelan y remodelan constantemente en forma inteligente; es decir, como si supieran y quisieran quitar, reemplazar o agregar material calcificado donde se debe hacerlo (18,19). En realidad, las estructuras biológicas no saben, ni deben, ni quieren hacer nada; sólo pueden hacer lo que hacen cuando las circunstancias lo permiten; y en Biología, permitir es determinar (26). Es decir: los huesos autodeterminan la eficiencia mecánica de su estructura en función de lo que el entorno les permite hacer a sus unidades biológicas activas (las células óseas).

Las verdaderas células óseas, intrínsecas a la estructura resistiva, son los osteocitos, inmersos en el seno del material duro, y con prolongaciones dispuestas en todos los sentidos del espacio, que los conectan entre sí y con las células de revestimiento hermético de ese material (osteoblastos inactivos, planos, conocidos como lining cells) (27). La disposición multirradial de sus prolongaciones les permite a los osteocitos sensar las minideformaciones a que la estructura calcificada es sometida cada vez que sobre ella actúa una fuerza gravitatoria o muscular. En función de esos estímulos direccionales, los osteocitos producen y liberan mediadores celulares en forma mecánicamente orientada, que pueden alcanzar las «lining cells» en distintos puntos de la estructura, según lo determinen las deformaciones sensadas (28). No se conoce bien la naturaleza íntima de los estímulos involucrados en este proceso; pero se supone, cada vez con más fundamentos (18), lo siguiente:

1. en los puntos de la estructura que soportan deformaciones exageradas con el uso habitual, los mediadores osteocíticos inducen a las «lining cells» a re-activarse a osteoblastos y a producir hueso nuevo sobre la superficie del tejido preexistente hasta donde el entorno les permite; y que

2. en los puntos donde las deformaciones son menores que las esperadas, esos mediadores inducirían a las «lining cells» a separarse, descubriendo el material calcificado que recubren, y atrayendo de ese o de otro modo a osteoclastos vecinos, que inmediatamente se activarían y destruirían el tejido hasta donde el entorno les permite, con o sin reposición remodelatoria ulterior (27).

Este mecanismo de quitar y poner espacialmente orientado mantiene la deformabilidad ósea razonablemente constante, adecuada a los estímulos mecánicos producidos por el uso habitual. Se estima que el sistema, que Frost ha descripto y denominado mecanostato óseo (19), respeta y mantiene una deformabilidad típica de 2 milésimos de la longitud inicial (2.000 millonésimos, o 2.000 «microstrains») para todos los esfuerzos fisiológicos máximos, en cualquier punto de la estructura ósea de cualquier vertebrado, en las direcciones determinadas por el uso mecánico. Ese valor se considera la referencia de magnitud del sensado biológico para establecer las señales de error del mecanismo por exceso o por defecto. Curiosamente, la deformabilidad así controlada parece ser la única propiedad o función esquelética regulada por retroalimentación (19,28), aunque intuitivamente quepa imaginar otras.

La Figura 3 muestra que los balances mecánico (arriba) y de masa (abajo) resultantes de los cambios modelatorios y remodelatorios orientados espacialmente por el mecanostato, son independientes; y que, de los dos, el único que parece estar regulado de alguna forma conocida es el mecánico (4,16). La masa ósea mineralizada, por constante que parezca, no estaría regulada por ningún mecanismo directo de control conocido, y aparentemente no podría estarlo. Efectivamente, la masa ósea no se puede sensar biológicamente, como sí puede serlo la deformación del tejido, y lo que no se puede medir tampoco se puede regular.


FIGURA 3

Esquema del funcionamiento del mecanostato óseo según Frost (19). Se aprecia la determinación de un balance biomecánico (arriba) y uno de masa ósea (abajo), ambos independientes; y la interferencia de los sistemas endocrino-metabólicos con la regulación biomecánica de la estructura ósea, por compartir efectores comunes para diferentes objetivos de control biológico


EFECTOS DEL ENTORNO MECÁNICO
SOBRE LA ESTRUCTURA ÓSEA

Las minideformaciones que estimulan a los osteocitos son producto de la gravedad (peso del cuerpo) y, principalmente, de las contracciones de los músculos regionales. La Figura 3 muestra cómo esas minideformaciones determinan el balance circunstancial de masa (o de eficiencia estructural) ósea producto de los cambios eventualmente inducidos en la modelación y en la remodelación de la región afectada (30).

La actividad normal induce entre 700 y 1.500 microstrains. Ejercicios físicos de diversa intensidad pueden provocar entre 1.500 y 3.000 microstrains, disparando una modelación productora de hueso lamelar sobre los sitios más flexibles de la estructura (umbral mecánico modelatorio), aunque con un rendimiento muy decreciente con la edad. Por debajo de 700 microstrains (actividad física anormalmente baja, inmovilidad, falta de gravedad) se dispara la destrucción osteoclástica en los puntos afectados (umbral mecánico remodelatorio), con alta eficiencia a cualquier edad. El material perdido es repuesto luego por la formación osteoblástica acoplada, con tendencia al modo desuso, con balance negativo de masa, cuando tienen lugar niveles inadecuadamente bajos de actividad o de deformación (9). Resulta bastante más difícil ganar masa ósea de novo, por la modelación inducida por la actividad aumentada (ejercicios físicos intensos), que prevenir su pérdida simplemente evitando una hipo o inactividad, o rehabilitando rápidamente una inmovilización temporaria; es decir, minimizando la remodelación en modo desuso (31).

Curiosamente, ningún factor fisiológico sistémico conocido (hormona, nutriente, metabolito) parece intervenir en la producción normal de estos efectos, que ocurrirían como resultado de estímulos puramente biomecánicos. Sin embargo, los factores sistémicos (muchos de ellos afectados por la nutrición) sí pueden desplazar los umbrales mecánicos de disparo de la modelación y/o de la remodelación en modo desuso, afectando indirectamente la eficiencia regulatoria del mecanostato (19).

INTERFERENCIAS SISTÉMICAS CON EL CONTROL
BIOMECÁNICO DE LA EFICIENCIA ESTRUCTURAL ÓSEA

La Figura 3 sugiere que el mecanostato óseo podría dar cuenta, por sí mismo, del control direccional de la resistencia ósea a la deformación. De esta forma se controlaría también fisiológicamente, en forma colateral, la resistencia a la fractura, porque la rigidez de los huesos determina su resistencia dentro de límites bastante amplios, a menos que resulte muy excesiva (osteopetrosis) (2,8-13). Sin embargo, en la realidad, el mecanostato sólo sería autosuficiente para ese control cuando su trabajo está libre de la intercurrencia no-direccional de los factores sistémicos no-mecánicos (19).

La Figura 3 muestra esa interferencia, consistente en la competencia entre los sistemas endocrino-metabólicos reguladores del equilibrio mineral del medio interno, por un lado, y el mecanostato, por otro, por el dominio del ambiente de los sensores osteocíticos y de los efectores blásticos y clásticos de éste último. Los sistemas endocrinos, filogenéticamente 300 millones de años más antiguos que el mecanostato, ejercerían su «prioridad» biológica a favor de la jerarquía del control involucrado (en términos de selección natural, es más importante evitar la muerte por desequilibrio mineral que evitar la fractura de un hueso) (1,4). Con mayor razón, igual argumento cabría para la nutrición, un recurso ancestral de supervivencia de todos los seres vivos desde el comienzo mismo del desarrollo de la Vida sobre la Tierra, que, luego del advenimiento de los sistemas endocrino-metabólicos, se constituyó en un importantísimo factor modulador de su funcionamiento, y con él, del funcionamiento del mecanostato óseo.

Las interferencias sistémicas no-direccionales con el control estructural biomecánico óseo constituirían una verdadera perturbación (en el sentido cibernético del término) del trabajo regulatorio direccional del mecanostato. En efecto, los estímulos sistémicos siempre actuarían activando o inhibiendo el trabajo de las células óseas con el mismo signo en todo el organismo, y no con distinto signo sobre la formación y/o la destrucción en distintos lugares específicamente seleccionados, como característicamente lo induce el mecanostato (19).

La naturaleza de esta interferencia ha sido evidenciada en numerosas instancias por nuestro grupo de trabajo. Determinaciones densitométricas en 1.450 individuos normales caucásicos argentinos (Figura 4a) y en 3.000 mujeres normales hispánicas colombianas, demostraron que las curvas de correlación entre las masas mineral y magra del cuerpo entero y de los miembros son siempre lineales, con pendientes paralelas independientemente de edad y sexo (32,33). Por encima de las naturales relaciones alométricas entre huesos y músculos (34), esto reflejaría un control de la integridad (reflejada en este caso por la masa) ósea por el mecanostato, homogéneo para la especie humana. Sin embargo, las alturas gráficas (ordenadas al origen) de esas curvas variaron con el sexo y el estado reproductivo, evidenciando la modulación endocrina (estrogénica) del control biomecánico. Tomando como referencias normales estas curvas, percentilizadas para cada sexo y estado reproductivo (Figura 4b), demostramos también alteraciones de la relación hueso / músculo en individuos con distintos desequilibrios endocrino-metabólicos: dialisados renales crónicos (35), obesos hiperinsulinémicos euglicémicos (36), hipopituitarios tratados o no con hormona de crecimiento o con HTR (37), y bailarinas de ballet con composición corporal rica en masa magra y pobre en masa grasa (datos no publicados).


FIGURA 4

(a): Correlación entre las masas mineral (ósea) y magra (muscuclar) en mujeres argentinas
normales determinadas por DEXA en cuerpo entero (32).

(b): Percentilización de una de esas curvas, correspondiente a las mujeres pre-menopáusicas, como
referencia para el diagnóstico diferencial entre osteopenias por desuso o metabólicas
según se esquematiza en la Figura 6, izquierda.


IMPLICACIONES DIAGNÓSTICAS

La introducción de estos conceptos biomecánicos en la Osteología moderna sugiere la conveniencia de repensar la clasificación etiopatogénica de las osteopenias y osteoporosis, centrándola en la definición del estado funcional del mecanostato óseo en cada caso (38-40). Esta forma de interpretación permitiría comprender el rol de los factores nutricionales sobre la integridad esquelética desde una óptica distinta de la tradicional.

La Figura 5 esquematiza una clasificación de las osteopenias y osteoporosis basada en este criterio (38). La osteopenia quedaría caracterizada como una simple reducción de la masa ósea mineralizada, una definición con la que todo el mundo parece de acuerdo. La osteoporosis, completando el criterio meramente densitométrico de la OMS (41), se definiría como un incremento de la fragilidad ósea derivado de una osteopenia, en concordancia con la concepción expuesta recientemente por el NIH (USA) (42). Como el mecanostato podría por sí mismo, al menos teóricamente, dar cuenta del control de la rigidez y la resistencia óseas si no sufriera interferencias sistémicas, cualquier estado determinante de fragilidad ósea (sea osteopénico o no) debería necesariamente implicar un desajuste del trabajo regulatorio de ese sistema (40,41). La figura muestra que sólo podrían existir 3 formas típicas de producción de tal desajuste (19,38):


FIGURA 5

Esquema de los mecanismos etiopatogénicos para la producción de osteopenias
y osteoporosis según las modernas concepciones biomecánicas


1. Una alteración primaria de las células sensoras (osteocitos) o efectoras (blastos, clastos) del mecanostato que les impida trabajar conforme sus requerimientos naturales. Esto daría lugar a osteopatías fragilizantes, osteopenias y osteoporosis «primarias», de etiología predominantemente genética, relativamente infrecuentes en el consultorio, para las cuales generalmente no existe tratamiento etiológico ni compensación nutricional posible.

2. Un déficit de estimulación mecánica (input) del mecanostato, por una reducción importante del peso corporal, o, mucho más notablemente, por una hipoactividad física, inmovilización, o ingravidez (19). Esto daría lugar a osteopatías fragilizantes, osteopenias y osteoporosis por desuso, que generalmente afectan más al esqueleto periférico que al central, y más al hueso cortical que al trabecular, y determinan una fragilidad relativamente condicionada a los traumas (38). Para estos casos sólo se requeriría re-utilizar o recargar el esqueleto, adecuando la actividad física del paciente a las nuevas necesidades, o sometiéndolo a planes específicos de rehabilitación, sin necesidad de tratamientos farmacológicos, endocrinológicos, ni nutricionales.

3. Un corrimiento del punto de referencia («setpoint») del sistema, que determina una tendencia a conservar la deformabilidad ósea alrededor de valores distintos de 2.000 microstrains para esfuerzos fisiológicos máximos (19). Esto tendría lugar cada vez que el entorno endocrino-metabólico de las células óseas altera su capacidad de sensado (osteocitos) o de respuesta a los mediadores celulares producidos en respuesta al estímulo mecánico (blastos, clastos). Esta forma etiopatogénica comprendería, entre muchas otras patologías, todas las alteraciones nutricionales que afectan de alguna forma la calidad ósea, comprendidas dentro de los factores no-mecánicos en el esquema de Frost (19). Las osteopatías fragilizantes, osteopenias y osteoporosis así producidas resultarían secundarias al trastorno endocrino-metabólico causal (incluyendo por supuesto los estados post-menopáusicos, que también lo son, aunque usualmente no se los clasifique como tales). estas patologías afectan al esqueleto central más que al periférico, y al tejido trabecular más que al cortical, y aumentan la susceptibilidad a fracturas por traumas mínimos (38). Su tratamiento, sin descuidar la adecuada estimulación mecánica esquelética, debe consistir en la eliminación del factor etiológico específico mediante la administración de hormonas, drogas, y/o regímenes dietéticos correctores. La Figura 6 a la izquierda indica, un esquema de referencia para interpretar las relaciones antropométricas entre masas óseas y musculares determinables mediante DEXA (34,43,44), aplicable a un diagnóstico diferencial entre osteopenias por desuso (corrimiento hacia abajo y a la izquierda sobre la zona central) y primarias o secundarias (corrimiento hacia la zona inferior-derecha) (39,40). La gráfica de la derecha muestra un esquema similar, para la interpretación de relaciones biomecánicas entre indicadores de calidad ósea (rigidez, resistencia) y de fuerza muscular, inaccesibles a la DEXA (45) (un problema diagnóstico destacado ya por otros) (46,47), aplicable al diagnóstico diferencial de osteoporosis, con similar criterio (39,40).


FIGURA 6

Aplicación del análisis densitométrico (izquierda) y tomográfico (derecha) para cuantificar las relaciones antropométricas (izquierda) y biomecánicas (derecha) entre huesos y músculos, aplicable al diagnóstico diferencial entre osteopenias (izquierda) y osteoporosis (derecha) de etiologías mecánicas (bandas centrales) y primarias o secundarias (regiones inferiores de las gráficas), según el criterio definido en la Figura 4.


Combinaciones diversas de estos distintos factores etiológicos, especialmente frecuentes a edad avanzada, y frecuentemente complicadas por alteraciones degenerativas del sistema nervioso central, pueden también perturbar la coordinación muscular e incrementar la tendencia a los traumas (Figura 5). Las osteoporosis que devienen de estas combinaciones etiológicas a edades avanzadas se conocen como seniles (38), y no reconocen una etiología propia, ni un tratamiento específico. Obviamente, debe corregírselas en función de los distintos factores involucrados, incluyendo todas las previsiones nutricionales necesarias.

INTERACCIONES ESPECÍFICAS DE LA NUTRICIÓN
CON EL CONTROL DE LA CALIDAD ÓSEA

De acuerdo con las referidas concepciones, la interferencia de la nutrición sobre la adecuación biomecánica de la estructura ósea podría manifestarse de cuatro maneras diferentes. Dos de ellas comprenderían simplemente problemas de aporte de materiales de construcción críticos. Otra constituiría una alteración de los moduladores sistémicos del control direccional ejercido por el mecanostato, pudiendo producir osteopatías fragilizantes, osteopenias y osteoporosis siempre del tipo secundario. La cuarta induciría, además, alteraciones en la determinación del input del mecanostato, y podría producir osteopatías fragilizantes, osteopenias y osteoporosis por desuso. Las describimos a continuación, en ese orden:

1. Interacción con la formación de matriz proteica. Se conoce que las deficiencias proteicas, o proteico-calóricas, así como la de Ca, o de algunos oligoelementos críticos, repercuten en forma directa, y además aditiva, sobre la formación y el crecimiento óseos. Las nuevas concepciones destacan el obvio retraso que este efecto produce sobre la adquisición de un diseño arquitectónico adecuado. Hemos demostrado que los efectos de ese retraso, fácilmente evidenciables en animales en crecimiento, son imposibles de recuperar si tienen lugar en períodos tempranos y prolongados del desarrollo, pero su producción no afecta la adecuación de la resistencia esquelética a la conformación de la estructura corporal a portar (también retrasada en su desarrollo) (48-50). En el caso particular de pacientes celíacos, hemos demostrado también que la precocidad del tratamiento dietético es esencial para evitar la producción de un retraso del desarrollo del diseño arquitectónico óseo, especialmente notable en los varones (51). Los efectos de estas deficiencias, notables en individuos en crecimiento, no serían tan evidentes en sujetos desarrollados, en los que el déficit de aporte de minerales afecta al equilibrio endocrino antes que al proceso de construcción de hueso, según se comenta más abajo.

2. Interacción con la mineralización de la matriz. Se acepta que el aporte de calciferoles resulta crítico para el crecimiento en largo y para la calcificación completa del material óseo (Figura 2). Esto no afecta la calidad del material ya calcificado, cuya mineralización procede biofísicamente, y se va completando automáticamente a lo largo del tiempo. El defecto consiste en un retraso de la calcificación del osteoide, que determina su acumulación en lugar del tejido normalmente mineralizado; pero la calcificación en sí alcanza, aunque tardíamente, valores normales a medida que va completándose. El resultado es una disminución de la cantidad (no de la calidad) del tejido «duro» completamente mineralizado (osteopenia), con acumulación exagerada de tejido osteoide sin calcificar o incompletamente calcificado, este sí de mala calidad mecánica, muy poco rígido (raquitismo, osteomalacia). Las nuevas concepciones ponen el énfasis en el balance biomecánico de esta alteración, consistente en una reducción de la rigidez de los huesos a nivel de órganos, que en ocasiones determina deformidades permanentes importantes. Esto únicamente podría revertirse asegurando una correcta calcificación del osteoide previo al establecimiento de las deformidades. Contrariamente a lo que podría pensarse, no es posible influir directamente sobre la eficiencia de la calcificación del osteoide simplemente asegurando un aporte, una absorción y/o una excreción de Ca adecuados (23). Tampoco un aporte compensatorio de Ca aseguraría una mineralización normal del tejido. Un aporte excesivo de Ca tampoco agregaría nada, porque la mineralización del tejido óseo, una vez completada, difícilmente se incremente a valores supernormales, del mismo modo que un automóvil no aumentaría su velocidad o la fuerza de su motor porque se le agregue combustible en su tanque. El tratamiento de estas deficiencias debería consistir en un aporte conjunto adecuado de ambos, Ca y calciferoles. Un aporte excesivo de calciferoles sería indeseable, porque incrementaría la reabsorción ósea (52) y provocaría hipercalcemia y tendencia a desarrollar litiasis renal.

3. Interacción con el control del setpoint del mecanostato. Numerosas interferencias nutricionales sobre el esqueleto (más comunes en el consultorio del médico general, del endocrinólogo o del osteólogo, que las anteriores) dependen de las modificaciones indirectas que los nutrientes y metabolitos ejercen sobre las glándulas productoras de las hormonas reguladoras del metabolismo mineral (Figura 3). La repercusión del exceso y, más notablemente, de la pérdida exagerada de Ca sobre la masa ósea previamente mineralizada, se ejercería sólo a través de las respuestas endocrinas compensadoras (adecuación de las actividades sanguíneas de PTH, calciferoles, calcitonina, entre otras) inducidas por los correspondientes cambios calcémicos (23). El aporte de otros minerales menos criticos, como P y Mg, puede también alterar las respuestas endocrinas naturales a las variaciones calcémicas (53). La repercusión esquelética de estas interferencias estaría determinada exclusivamente por las alteraciones inducidas sistémica e indirectamente sobre la modelación y la remodelación óseas (23).

4. Interacción con la determinación del input del mecanostato. El desarrollo esquelético dependería críticamente del desarrollo de la fuerza y del uso de la musculatura regional (16,21,22). En consecuencia, todos los nutrientes esenciales en calidad y cantidad para el desarrollo y la función de los músculos resultarían indirectamente críticos para el esqueleto. Apoya esta manera de pensar el paralelismo que hemos descripto en las relaciones positivas entre masas ósea y muscular empleando DEXA en individuos normales de todas las edades (Figura 4a), así como en pacientes con distintos desequilibrios endocrino-metabólicos (32,37); y entre indicadores estructurales óseos y de fuerza muscular determinados por QCT, pQCT, y también dinamométricamente, en mujeres post-menopáusicas normales, pacientes celíacos, y niños con osteogénesis imperfecta (45,50,54-56).

MONITOREO TERAPÉUTICO DE
OSTEOPENIAS Y OSTEOPOROSIS

Los nuevos conceptos referidos ofrecen asimismo un criterio biomecánico inédito para esquematizar el diagnóstico y el monitoreo terapéutico de todas las osteopatías fragilizantes, las osteopenias y las osteoporosis, involucrando también el seguimiento de cualquier tratamiento dietético de estos trastornos. Respecto de las osteopenias y las osteoporosis, los principales lineamientos que deberían respetarse según ese criterio serían los siguientes:

1. Una osteopenia consiste simplemente en un valor bajo de masa ósea mineralizada (CMO, DMO) respecto de la edad del individuo (puntaje z), o del valor de referencia para el adulto joven normal (puntaje t). Las escalas respectivas de rangos de valores de la OMS (41) son aplicables a este diagnóstico, pero debería sustituirse en ellas la denominación de osteoporosis para los valores más bajos, por la de osteopenia intensa (que no es sinónimo de aquélla) (3,39,40,42,45). Los tratamientos dietéticos de las osteopenias (no de las osteoporosis) podrían controlarse en base a la evolución de estos valores.

2. Una osteoporosis consiste en la conjunción de una osteopenia y un aumento demostrable de la fragilidad ósea derivado de ella (Figuras 1 y 5) (42). Por tanto, no basta para su diagnóstico la escala de valores de CMO, DMO, puntajes z y t de la OMS. Deberían añadirse a la misma determinaciones de indicadores genuinos de los dos determinantes exclusivos de la resistencia ósea: la calidad del material y la calidad del diseño (8,39,40,45). Ambos tipos de indicadores son inaccesibles a la DEXA (43,46,47), pero pueden determinarse en muchos casos mediante metodologías volumétricas y/o seccionales (QCT, pQCT, RMN, entre otras) (Figuras 1 y 6) (39,40,45,57,58). Los verdaderos efectos de cualquier tratamiento dietético sobre una osteoporosis sólo pueden ser monitoreados según la evolución de estos indicadores, sea empleados en forma simple, o como índices combinados de resistencia ósea («Bone Strength Indices», BSI's) (59,60).

3. Los diferentes tipos etiológicos de osteoporosis propuestos (Figura 5) reconocen criterios diferentes de tratamiento. Las osteoporosis primarias carecen de tratamiento etiológico. Dietéticamente, en esos casos sólo corresponde vigilar el aporte adecuado de nutrientes respecto de los puntos 1, 2 y 4 del apartado anterior. Las osteoporosis por desuso pueden involucrar trastornos musculares, y requerir por esa razón tratamientos dietéticos específicos. En las osteoporosis secundarias se impone re-equilibrar el entorno endocrino-metabólico. En estos casos, los recursos dietéticos deben apuntar a neutralizar todos los cambios humorales sistémicos potencialmente inductores de las reacciones glandulares hipo- o hiper-funcionantes causales del proceso. La necesidad de aporte cálcico en exceso en las osteoporosis corticoideas constituye un ejemplo dramático. En el caso particular del déficit calciferólico, el tratamiento debe mantener normales las concentraciones sanguíneas de Ca, P, y derivados calciferólicos activos, y el monitoreo debe señalar el rápido aumento de la masa mineral ósea. Los casos de etiologías combinadas, y en particular los seniles, pueden requerir tratamientos dietéticos especiales, debido a dificultades para la absorción o la eliminación de determinados nutrientes; así como la atención de cualquier eventual déficit de vitaminas o minerales esenciales propio de la edad avanzada.

4. En particular, las osteoporosis por desuso sólo requieren re-adecuar el régimen de cargas de la región esquelética afectada, vigilando el aporte normal de nutrientes como única medida dietética, si no existen otros determinantes etiológicos de osteopenia. La Figura 6 esquematiza la tendencia natural (regiones centrales de las gráficas) de la evolución de la masa (izquierda) o la calidad ósea (derecha) en función de la masa (izquierda) o la fuerza muscular (derecha) en cualquier individuo normal. Estas referencias pueden utilizarse para monitorear el tratamiento fisiátrico o rehabilitatorio correspondiente.

Esta última consideración puede, además, constituir una referencia útil para interpretar los efectos generales de tratamientos dietéticos, o sistémicos de otro tipo, sobre osteopenias y osteoporosis. Los resultados de cualquier tratamiento dietético que pretenda normalizar una masa o una calidad ósea deteriorada, y/o restablecer una relación hueso / músculo demasiado baja (es decir, llevar hacia arriba la posición del paciente en las gráficas como las de la Figura 6), sufrirán siempre la interacción de los mecanismos fisiológicos naturales que determinan a estas variables (19). Estos mecanismos siempre tenderán a desplazar la posición del paciente en las gráficas en forma paralela a la relación normal indicada por la banda central, inclinada de izquierda-abajo a derecha-arriba. Estas previsiones son también válidas para cualquier clase de tratamiento que influya a los determinantes sistémicos de las características esqueléticas, incluyendo por supuesto las hormonas y las drogas. Para concluir citando a un Maestro, se puede afirmar que «los mejores efectos de cualquier tratamiento sistémico (incluyendo los dietológicos) sobre cualquier clase de osteopenia consisten en la optimización de los efectos de la actividad física sobre el esqueleto» (Harold M. Frost).

COLOFÓN

La nueva concepción biomecánica del esqueleto propone que la consideración de los aspectos nutricionales involucrados en la interpretación de la fisiopatología, el diagnóstico, el tratamiento y el monitoreo terapéutico de las osteopatías fragilizantes, las osteopenias y las osteoporosis, debe contemplar 1. el análisis de indicadores biomecánicos de calidad del material y del diseño óseo para evaluar la calidad mecánica del hueso entero, y 2. la evaluación de las relaciones no sólo antropométricas, sino también biomecánicas, entre huesos y músculos, todo ello en función del estado funcional circunstancial del mecanostato óseo.

RESUMEN

Nuevos desarrollos en osteología están ejerciendo impacto sobre la interpretación de algunos aspectos nutricionales de la fisiopatología, el diagnóstico y el tratamiento de todas las enfermedades que reducen la masa o la resistencia esquelética. En general, esos conceptos se refieren principalmente a 1. los diferentes niveles de complejidad biológica de las estructuras esqueléticas; 2. los verdaderos determinantes de las propiedades biomecánicas del hueso y de los huesos; 3. la forma como los huesos se autoensamblan; 4. el control biológico de la eficiencia biomecánica de la estructura ósea; 5. los efectos del entorno mecánico sobre la expresión de los determinantes genéticos de las características estructu

rales óseas, y 6. la interferencia de factores sistémicos (no-direccionales), endocrino-metabólicos, sobre el control biomecánico de la rigidez y la resistencia óseas. Este trabajo ofrece una visión general de esas cuestiones, focalizada en los fundamentos necesarios para interpretar el papel de la nutrición en la fisiología y la fisiopatología óseas, y las interferencias nutricionales con los correspondientes mecanismos.

Palabras claves: Nutrición y hueso; biomecánica ósea; estructura ósea; resistencia ósea; nutrición y osteoporosis. osteopenia.

Dirigir la correspondencia a:

Dr. José Luis Ferretti,
Centro de Estudios de Metabolismo Fosfocálcico
(CEMFoC),
Facultad de Medicina,
Universidad Nacional de Rosario,
Juan B. Justo 1427,
2000 Rosario (SF), Argentina,
E-mail: jlferretti@arnet.com.ar
Teléfono / fax : +54 (341) 437-2529

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