Química

Desvelando los secretos de los huesos


(NC&T) Los científicos, del Instituto Max Planck de Coloides e Interfaces, han aplicado una nueva técnica basada en el empleo de un brillante haz de fotones de rayos X producido por el Centro Europeo de Radiación por Sincrotrón en Grenoble, Francia.

El mismo tejido óseo puede sufrir diferentes deformaciones a escalas distintas, debido al comportamiento de una delgada capa adhesiva extendida entre las fibras que constituyen el hueso, así como entre las diminutas partículas minerales depositadas dentro de la fibra. Esta construcción permite a los huesos soportar grandes tensiones sin romperse, a pesar de que están constituidos por unidades esencialmente rígidas a nivel molecular.

Los huesos en los esqueletos de los vertebrados necesitan tener dos propiedades principales que en principio pueden parecer contradictorias. Primero, deben ser rígidos (el hueso de un miembro no debe doblarse bajo el peso del portador); y segundo, deben ser resistentes a golpes, absorbiendo la energía (un hueso no se debe astillar en pequeños fragmentos cuando recibe un golpe).

Normalmente, las sustancias como el caucho que pueden absorber mucha energía por los cambios de su conformación molecular, son por el mismo mecanismo fáciles de estirar, careciendo por completo de la rigidez necesaria para la función de un hueso. Por otra parte, los materiales que sí son muy rígidos, como las cerámicas, deben esta propiedad a los firmes enlaces iónicos entre sus átomos, pero si los enlaces se rompen localmente, las grietas pueden fracturar el material, muy quebradizo.

Estructura de los huesos
Estructura jerárquica en el hueso. (Foto: Max Planck Institute of Colloids and Interfaces)
Ahora bien, el hueso está formado a partes iguales (en volumen) por una proteína fibrosa estirable llamada colágeno y por una fase mineral quebradiza llamada apatito. Gracias a esta estrategia de construcción, aún no comprendida del todo, los tejidos biomineralizados presentan una resistencia y dureza notables, que resultan idóneas para la función fisiológica que cumplen.

La clave de cómo se logra esta construcción óptima reside en la disposición jerárquica de las moléculas orgánicas e inorgánicas, desde la escala nanométrica a la micrométrica.

Los investigadores han encontrado que la estructura jerárquica del hueso conduce a una "deformación jerárquica". Específicamente, una unidad de tensión aplicada a todo el hueso es absorbida por las capas más blandas y sucesivamente a menores escalas de longitud, hasta que menos de un quinto de esa tensión llega a la fase mineral.

Esencialmente, desde el nivel atómico al micrométrico, el hueso está formado por unidades rígidas unidas entre sí por una fase blanda en la que ocurre la mayor parte de la deformación. Estas estructuras compuestas forman una unidad rígida en el próximo nivel, y así sucesivamente, permitiendo al tejido soportar grandes tensiones a pesar de estar formado esencialmente por partículas no deformables a nivel atómico. La fase quebradiza del apatito es resguardada así de las cargas excesivas y no se rompe.


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