Es una región extremadamente delgada de tejido no calcificado en el exterior de los huesos.
Cubre toda la superficie de todos los huesos del cuerpo, con la excepción de los extremos de los huesos que forman las articulaciones, donde el cartílago forma la capa externa del hueso.
El periostio consiste en una capa externa de tejido conectivo fibroso y una capa interna osteogénica. La capa fibrosa está hecha de tejido conjuntivo irregular denso que contiene muchas fibras de colágeno y fibroblastos fuertes.
Los fibroblastos producen las fibras de colágeno y regeneran la capa fibrosa a medida que se desgasta con el tiempo o se lesiona por el estrés en el cuerpo. La capa osteogénica contiene muchas células madre y células osteoblásticas que recubren la superficie del tejido óseo que constituye la parte dura del hueso.
Los osteoblastos absorben calcio para formar la matriz mineral del hueso sólido.
Fisiología
La capa fibrosa del periostio juega un papel vital en la conexión de los huesos con el resto del cuerpo.
Las fibras de colágeno del periostio no solo envuelven todo el hueso, sino que también se fusionan con las fibras de colágeno de los ligamentos, las cápsulas de las articulaciones y los tendones que se conectan al hueso.
Por lo tanto, una masa continua de colágeno se extiende desde la superficie de cada hueso, a través de las articulaciones, de los ligamentos y la cápsula articular a los huesos vecinos.
Del mismo modo, el colágeno se extiende desde el periostio a los tendones; se extiende alrededor y a través de los músculos como la fascia muscular, y se inserta en otro hueso.
El periostio también juega un papel importante en el crecimiento y mantenimiento de los huesos. A lo largo de la vida, los huesos se remodelan constantemente para ajustar su tamaño y grosor a las demandas del cuerpo y la disponibilidad de calcio para formar hueso.
A medida que los huesos crecen, la mayor parte de este crecimiento es producido por células osteoblásticas en el periostio, que absorben iones de calcio de la sangre y producen una matriz mineral dura.
Cuando los huesos se fracturan o son dañados microscópicamente por el estrés, los osteoblastos del periostio reparan este daño y reemplazan la matriz mineral, a menudo reforzando el hueso más allá de su grosor original.
Orígenes del periostio y regulación del crecimiento
El periostio surge como una condensación de mesénquima general que forma una vaina pericondrial alrededor del anillo del cartílago durante el desarrollo. Termina en el espacio articular, formando un anillo pericondrial alrededor del extremo del modelo de cartílago donde se desarrollará el cartílago epifisario.
A medida que se desarrolla el hueso, las células progenitoras de osteoblastos se diferencian en osteoblastos en las capas profundas del periostio, contribuyendo a la mineralización de un anillo óseo, y finalmente a la ampliación de la diáfisis ósea y la aposición de hueso nuevo por osificación intramembranosa.
El periostio es continuo con las fibras de Sharpey que se insertan en el hueso y lo sujetan firmemente, aunque la fuerza y el tamaño de estas conexiones se reducen con la edad. Se cree que el periostio se clasifica en tendones y ligamentos a medida que se insertan en el hueso, pero todavía hay cierto debate al respecto.
El periostio completo es de 70 μm a 150 μm en individuos en crecimiento, pero se adelgaza con la edad a medida que aumenta el crecimiento y la formación aposicional. Generalmente es más grueso cerca de la metáfisis y más delgado sobre la diáfisis.
El periostio en el adulto está compuesto por dos capas, una cubierta fibrosa externa de fibras de colágeno alineadas axialmente que contiene tanto fibroblastos como células mesenquimales y que está compuesta de colágenos tipo I, III, VI y elastina.
El colágeno tipo III se encuentra en abundancia en los vasos sanguíneos y puede reflejar la vascularización del periostio, pero debido a que se reticula rápidamente también puede funcionar para reducir la extensibilidad del tejido y mejorar la estabilidad.
La capa osteogénica interna o «cámbium» contribuye al crecimiento aposicional del hueso a lo largo de la vida e incluye células madre mesenquimales, osteoblastos y pericitos endoteliales, que probablemente proporcionan un grupo adicional de células osteoprogenitoras.
También es posible que algunas de las células de la porción fibrosa migren a la capa de cámbium y contribuyan a la formación de hueso.
Los osteoblastos de esta capa están conectados por sus procesos celulares a los osteocitos dentro del hueso. Algunos han sugerido que existe una capa elástica intermedia que contiene capilares, pero esto puede desaparecer con la madurez.
Si esto constituye otra capa o no, es cierto que el periostio está muy vascularizado y altamente inervado por fibras simpáticas y sensoriales.
Durante el crecimiento, el periostio migra para cubrir hueso nuevo a medida que crece longitudinalmente. Esta migración involucra la capa celular así como la capa fibrosa externa.
Existe alguna evidencia de que la inserción del periostio en el hueso mineralizado por las fibras de Sharpey ayuda a regular el crecimiento longitudinal del hueso al restringirlo, y que la liberación del periostio permite un crecimiento adicional.
Esto se presume que es un proceso físico porque la membrana perióstica está muy pretensada y se retrae físicamente y se acorta aproximadamente 3 veces cuando se realiza una incisión desde el hueso. Sin embargo, la tensión generada por el periostio fibroso y sus inserciones en hueso se ha demostrado ser insuficiente para la restricción física.
La evidencia más reciente sugiere que la restricción puede ocurrir a través de las vías de mecanotransducción reguladas por células que detectan la tensión intracelular y promueven la liberación de factores inhibidores solubles por las células del periostio.
Cuando se libera el periostio, se producen proteínas morfogenéticas óseas como BMP-2 y BMP-4, lo que estimula una reacción proliferativa que causa crecimiento.
Células del periostio
En sus diferentes capas, el periostio contiene una mezcla heterogénea completa de tipos de células esqueléticas en diferentes etapas del desarrollo esquelético, desde células madre mesenquimales hasta condrocitos, fibroblastos y células de todo el linaje osteoblástico.
Esto explica su amplio potencial para crear y dar forma al hueso durante todo el crecimiento, y por su utilidad como fuente de células para procedimientos ortopédicos, tales como el rejuvenecimiento de las superficies del cartílago en las articulaciones degenerativas.
Las células en la capa cambial del periostio son altamente osteogénicas y responden a estimulación mecánica, infección y tumores.
Son altamente proliferativas y capaces en estas condiciones de formar hueso laminado altamente organizado o hueso tejido altamente desorganizado en situaciones patológicas debido a que las células mesenquimales también están presentes.
Sin embargo, las células en la capa profunda del periostio también pueden diferenciarse en condroblastos y formar cartílago, sobre todo en adultos durante el proceso de curación de la fractura.
La diversidad del potencial de formación de tejido en esta área es críticamente importante durante la curación de la fractura.
Las células en la capa de cambium del periostio expresan marcadores tanto para linajes osteogénicos como condrogénicos.
Al igual que los progenitores y las células de hueso y cartílago completamente diferenciadas en otras ubicaciones, estas células también responden a la regulación por una amplia gama de factores de crecimiento y otras proteínas.
Tal vez lo más prominente, el factor de crecimiento transformante beta (FCT-β) parece promover la actividad condrogénica, pero puede inhibir la diferenciación de los progenitores de los osteoblastos. También se sabe que las proteínas morfogénicas derivadas del cartílago (PMDC) conducen las células del periostio a la vía condrogénica.
Mientras que tanto las PMDC como la proteína relacionada con la hormona paratiroidea, esta última en respuesta al erizo indio expresada por condrocitos hipertróficos, puede contribuir a la regulación de los condrocitos durante las primeras etapas de crecimiento, o en la curación de fracturas.
Las proteínas bonemorfogenéticas, especialmente BMP-2 y BMP-4, pueden promover la proliferación y diferenciación de células osteogénicas, y se sabe que se expresan particularmente durante la curación de fracturas. La BMP-7 se expresa durante períodos de osificación endocondral, tanto en el crecimiento como en la curación de fracturas.
Aunque los osteoclastos son derivados de la sangre en lugar de derivados de los huesos, el modelado del hueso durante el crecimiento requiere la presencia de células que pueden convertirse en osteoclastos.
El periostio está muy vascularizado, y estos vasos pueden transportar monocitos que se encuentran en el mesénquima de la extremidad en desarrollo.
La colagenasa tipo IV, que es un marcador para el desarrollo de los preosteoclastos, se ha inmunolocalizado dentro de las capas profundas y fibrosas del periostio.
Se piensa que los osteoclastos migran desde las capas más superficiales del periostio, a través de las capas más profundas hasta la superficie del hueso donde pueden comenzar a dar forma al hueso.
Esta migración se evita por el FCT-β y por metaloproteinasas de la matriz, sugiriendo de nuevo una relación antagónica entre procesos condrogénicos y osteogénicos durante el crecimiento.
La periostina es una proteína importante durante el desarrollo que, en los tejidos esqueléticos, se localiza en la membrana perióstica y en el ligamento periodontal. Es un candidato intrigante, pero aún no bien entendido, para regular los procesos celulares dentro del periostio y controla el potencial osteogénico del periostio.
La periostina regula la adhesión celular y el reclutamiento, y puede ser o bien un positivo o negativo regulador de la diferenciación de osteoblastos.
La periostina tiene una variedad de isoformas, no todas están localizadas en la misma ubicación o se comportan de la misma manera, por lo que su función en la regulación de la diferenciación celular y la formación ósea es una cuestión compleja.
Uno de estos, el factor similar a la periostina (FSP) se ha detectado durante la embriogénesis tanto en las células mesenquimales en el periostio como en los osteoblastos a lo largo del hueso trabecular, un lugar donde no se encuentra la proteína periostina en sí misma.
Por otra parte, el FSP acelera la diferenciación de los precursores en osteoblastos en funcionamiento, y promueve la formación de hueso, que puede ser diferente de la acción de la periostina.
Además, el FSP está regulado positivamente durante la reparación de la fractura, mientras que el periostín parece regular negativamente la mineralización del callo recién formado.
Así, la periostina probablemente impide la diferenciación de los osteoblastos y reduce la formación ósea, mientras que su isoforma parece promover la diferenciación y la osteogénesis.
Aunque la cantidad de células osteogénicas en la capa de cambium disminuye con la edad, esto parece tener poco efecto sobre su capacidad para responder a un estímulo mecánico. Es bien sabido que la aposición perióstica del hueso continúa durante toda la vida, compensando parcialmente la pérdida de hueso de otras superficies.
En modelos animales, la reducción significativa de las células en la capa de cambium del periostio se asocia con condrogénesis reducida con la edad, pero se sabe que el potencial para curar una fractura no disminuye con la edad en humanos, en ausencia de otras anomalías metabólicas.
El papel perióstico en la reparación de fracturas
El periostio juega un papel central y multifacético en los procesos de reparación de fracturas. La plétora de células madre mesenquimales puede diferenciarse en osteoblastos o condroblastos bajo las múltiples señales moleculares que se liberan durante la etapa inicial de reparación inflamatoria.
El periostio participa de este modo tanto en la formación ósea intramembranosa como en los procesos de formación endocondral y osificación que se producen durante el proceso de cicatrización.
La curación de fracturas óseas se describe comúnmente dividida en cuatro etapas:
Una etapa inflamatoria, durante la cual se forma un hematoma y se generan las señales moleculares iniciales para la reparación; formación perióstica de hueso tejido, que une y estabiliza la brecha de fractura; formación de cartílago y osificación endocondral; y finalmente, remodelación ósea para devolver el hueso a su estructura laminar original y a su forma externa.
La etapa inflamatoria inicial incorpora un hematoma que se extiende hacia el periostio y estimula la proliferación de osteoprogenitores periósticos en los primeros dos días.
Inicialmente, esto puede estar bajo el estímulo del factor de crecimiento similar a la insulina y sus receptores, que son sensibles a los mediadores inflamatorios en el hematoma, y que se regulan positivamente en la capa de cambium del periostio dentro de las 24 horas siguientes la fractura.
Para el día 3, la respuesta proliferativa está en su punto máximo, concurrente con la expresión de BMP-2, 3, 4, 5,8 dentro del periostio. También hay una regulación temprana (dentro de los 3 días) de la periostina durante la consolidación de la fractura.
Posteriormente, las células progenitoras comprometidas del periostio migran y se diferencian para comenzar a formar hueso tejido a pocos milímetros del sitio de la fractura. Este proceso finalmente crea un puente entre los dos extremos del hueso roto, y forma un collar cortical que luego será remodelado.
Modelado óseo, remodelación y aposición perióstica
Aunque la membrana perióstica se adelgaza y se vuelve menos celular con la edad, mantiene la capacidad para la aposición de nuevo hueso laminar durante toda la vida.
El periostio es altamente mecanosensible, y las células pluripotentes osteo y condroprogenitor que residen en él son más mecánicamente sensibles incluso que las células madre mesenquimales.
La aposición perióstica ocurre tanto en hombres como en mujeres a medida que envejecen, aunque la cantidad de aposición que ocurre en las mujeres es insuficiente para compensar las grandes pérdidas de hueso de los compartimentos trabecular y endocortical, o para mantener la resistencia ósea premenopáusica.
Es un adagio durante años que la superficie perióstica del hueso es inmune a la resorción ósea o a la remodelación acoplada, excepto tal vez durante los procesos de modelado cerca de la metáfisis ósea durante el crecimiento.
Aunque es cierto que durante la mayor parte de la vida adulta, el hueso perióstico es más osteogénico que la resorción, en esta superficie se produce una remodelación que implica reabsorción, particularmente en personas mayores.
No es difícil encontrar cavidades de erosión en la superficie del fémur, por ejemplo, en personas en su novena década. Es probable que esto sea parte del proceso adaptativo de toda la vida.
El periostio es muy sensible a varias hormonas, pero a menudo responde a ellas de manera diferente que otras envolturas óseas (p. Ej., Endocortical, trabecular e intracortical).
Durante el período de crecimiento y maduración, la superficie perióstica del hueso es particularmente sensible a la hormona de crecimiento e IGF-I, que promueven el crecimiento aposicional durante el desarrollo.
Sin embargo, los estrógenos y los andrógenos también son influencias importantes en el crecimiento aposicional, tanto antes como después de la pubertad, y ambos son probablemente necesarios para la expansión del periostio.
Los andrógenos estimulan la aposición perióstica en ambos sexos, pero los niveles bajos de estrógeno aumentan la sensibilidad de los andrógenos en la superficie perióstica, incluso en los varones.
Esta puede ser la razón por la cual los niños con deficiencia de aromatasa con niveles normales de andrógenos tienen huesos más pequeños. Esta interacción de estrógenos y andrógenos en la aposición perióstica puede persistir durante toda la vida.
Está bien documentado que la deficiencia de estrógenos posmenopáusica está asociada con la aposición perióstica y que la administración de suplementos de estrógenos reduce la expansión, aunque no está claro si esto es un efecto directo del estrógeno o una compensación mecánica de la pérdida de hueso en la superficie endocortical.
Sin embargo, la imagen se complica por la presencia de dos subtipos de receptores de estrógenos (RE), RE-α y RE- β; que pueden ser antagónicos. Algunos experimentos con animales sugieren que la interacción de estradiol con RE-α promueve la expansión perióstica, mientras que RE-β inhibe la aposición perióstica.
Los ratones en los que el RE-α es inactivo tienen huesos más delgados, pero este no es necesariamente el caso en animales en los que el RE-β se anula.
La idea de que el RE-β es un regulador negativo de la aposición perióstica es consistente con la observación de que la aposición se suprime en las mujeres repletas de estrógeno y que esta inhibición se elimina en la deficiencia de estrógenos.
Sin embargo, la imagen es complicada por el hecho de que en los humanos, a diferencia de los ratones, el RE-α predomina sobre RE-β, por lo que los efectos antiapoptóticos y pro-osteogénicos de RE-α son inconsistentes con la observación de la premenopausia normal y supresión de la aposición perióstica en las mujeres, o la expansión periosteal posmenopáusica.
Es posible que los dos receptores interactúen de maneras que causan diferentes efectos cuando solo uno está presente, o que la importancia relativa de los receptores es específica del género, con RE-α logrando un mayor efecto en el esqueleto masculino, pero la presencia de ambos es un requisito para la aposición en el esqueleto femenino.
También puede existir una relación más compleja en la que la señalización del receptor depende de niveles umbral más altos o más bajos de estrógeno.
Del mismo modo, la capacidad de respuesta de las células del periostio al IGF-I puede ayudar a explicar el efecto estimulante de la hormona paratiroidea (HPT) sobre la aposición perióstica.
Se sospecha que la administración intermitente del fragmento recombinante 1-34 de HPT humana (rhHPT [1-34]) promueve la aposición perióstica, y su efecto sobre la resistencia ósea se ha explicado parcialmente por este fenómeno.
Se sabe que la HPT (1-34) previene la apoptosis de los osteoblastos de periostio, lo que podría explicar en parte su efecto sobre las células en la capa osteogénica del periostio.
La señalización de HPT también regula negativamente la expresión de Sost en osteocitos, que se ha demostrado en ratones con un receptor de HPT constitutivamente activo para aumentar la formación de hueso perióstico.
La esclerostina, la proteína que codifica el gen Sost, regula por disminución la formación de hueso. La inhibición de la expresión de Sost en osteocitos por HPT aumenta la formación de hueso en la superficie perióstica.
Conclusión
La membrana perióstica proporciona células para el crecimiento, desarrollo, maduración, adaptación y reparación de nuestros huesos durante toda nuestra vida.
Es un tejido objetivo importante que mantiene nuestra salud y bienestar esquelético al adaptarse a nuestras cambiantes necesidades de desarrollo, hormonales y mecánicas durante las muchas décadas de nuestra vida. Aunque a menudo se pasa por alto, es vital para nuestra salud esquelética.
