El hueso y el músculo esquelético constituyen un binomio notable caracterizado por su interacción mecánica y su comunicación bioquímica, que son permanentes a lo largo de toda la vida. Ambos órganos presentan curvas evolutivas de masa tisular muy parecidas. Desde el nacimiento sus masas aumentan hasta alcanzar su valor máximo alrededor de la tercera década de la vida. Luego se estabilizan y posteriormente, desde la cuarta a quinta década de la vida, comienzan a declinar. En personas mayores, la pérdida acentuada de masa ósea y de masa muscular se conoce como osteoporosis y sarcopenia, respectivamente.
Cuando están funcional y metabólicamente activos, el hueso, en sus procesos de remodelado óseo, y el músculo, durante su actividad contráctil contra resistencia, liberan proteínas con efectos autocrinos, paracrinos y endocrinos.
Tanto el hueso como el músculo esquelético deben ser considerados como órganos endocrinos que participan activamente en la regulación del metabolismo energético del organismo.
Hormonas del músculo esquelético.
El músculo esquelético contiene la maquinaria contráctil que es necesaria para funciones dinámicas del organismo como movimiento, locomoción, soporte postural, respiración y emisión de voz. Además, el tejido muscular esquelético está diseñado para la recepción, integración y transducción de señales metabólicas provenientes de la mayoría de los tejidos del organismo. Estudios recientes han demostrado que el músculo esquelético desempeña un rol dominante en el control del metabolismo energético sistémico y en la sensibilidad a la Insulina. La mayoría de la glucosa de la dieta se incorpora al músculo esquelético en respuesta a la Insulina, almacenándose el exceso de glucosa dentro de las fibras musculares en forma de glucógeno muscular. Como consecuencia del ejercicio, la función muscular aumenta significativamente, lo que requiere incrementar la captación de glucosa y ácidos grasos libres, a objeto de obtener energía. En período de reposo el músculo capta el 20% de la glucosa circulante, en cambio, durante el ejercicio dicha captación se eleva al 80%.
Diferentes tipos celulares de nuestro organismo sintetizan péptidos y proteínas ligeras, biológicamente activas, llamadas citoquinas, que son moléculas de comunicación intercelular. Ellas están involucradas principalmente: (a) en el desarrollo, crecimiento y activación de las células del sistema inmunológico encargadas de la inmunidad innata y adquirida y (b) en la ejecución de la respuesta inflamatoria.
Cuando el músculo se contrae durante ejercicios de resistencia, libera citoquinas específicas conocidas como mioquinas, cuya misión concreta es modular la homeostasis de la energía sistémica. Se han identificado receptores de mioquinas en células musculares, adiposas, hepáticas, pancreáticas, óseas, cardíacas, cerebrales y del sistema inmunológico.
Una mioquina importante con acción hormonal es la interleucina 6 (IL-6). Esta proteína de bajo peso molecular también es producida por otros tipos celulares como monocitos, macrófagos, linfocitos T y B, fibroblastos, células endoteliales, sinoviocitos, células de la glía, adipocitos y células epiteliales intestinales, entre otros. En general los efectos de la IL-6 son pielotrópicos, es decir, son efectos diferentes y no relacionados entre sí. Esta citoquina está implicada principalmente en la inflamación y en la respuesta a las infecciones, aunque se ha descrito que también tiene un papel importante en la regulación del metabolismo, de la regeneración y de procesos neuronales. En la última década se ha puesto de relevancia al tejido adiposo y al músculo esquelético como los principales órganos productores y secretores de IL-6 en condiciones no inflamatorias. Diversos estudios muestran que la IL-6 estaría implicada en el control del apetito, del peso corporal y del metabolismo (particularmente en funciones relacionadas con la insulina).
Durante el ejercicio físico, el aumento de la concentración de IL-6 puede alcanzar entre 2 a 100 veces su nivel basal dependiendo del tipo, intensidad y duración del ejercicio físico. Su acción principal es asegurar el aporte de energía al músculo esquelético ya que estimula la utilización de nutrientes por las fibras musculares esqueléticas, la producción de glucosa en el hígado y la lipólisis en el tejido adiposo.
Evidencias científicas plantean que la IL-6 de origen muscular esquelético, actúa promoviendo la diferenciación de monocitos/macrófagos en osteoclastos a objeto de aumentar la resorción ósea con la consiguiente activación biológica de la osteocalcina, para transformarla en osteocalcina decarboxilada, con importantes efectos endocrinos en una variedad de tejidos.
Otras mioquinas con acciones paracrinas y endocrinas son: (a) irisina: tiene efectos beneficiosos en el control de obesidad, diabetes y Alzheimer; favorece la neurogénesis y tiene un efecto supresor del cáncer; (b) apelina: regula la alimentación y la digestión; tiene acción vasodilatadora, hipotensora y neuroprotectora; (c) musclina: mejora la capacidad aeróbica y la biogénesis mitocondrial en condiciones fisiológicas; (d) decorina: favorece el desarrollo muscular; (e) factor de crecimiento fibroblástico 21 (FGF-21): mejora la actividad mitocondrial de la fibra muscular.
Se menciona aparte la miostatina, conocida como factor 8 de crecimiento y diferenciación, ya que es una mioquina que limita la hipertrofia o el crecimiento del tejido muscular, al parecer retrasando el desarrollo de las células madres musculares conocidas como células satélite. Concentraciones elevadas de miostatina provocan una disminución en el desarrollo normal de los músculos esqueléticos, es decir, inhibe la hipertrofia muscular. Para contrarrestar su efecto, durante el ejercicio, el hígado secreta folistatina, que es un inhibidor de la miostatina.
Hormonas del hueso.
El esqueleto es un órgano estructural que proporciona soporte mecánico para el cuerpo humano y la locomoción. También brinda protección a órganos vitales: en el cráneo, al encéfalo (cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo); en el tórax, al corazón y los pulmones; en la pelvis, al sistema reproductor femenino, a órganos digestivos y urinarios; y en huesos planos y diáfisis de huesos largos, a la médula ósea. Desde hace décadas se conoce que el tejido óseo, además de su rol estructural, produce diversas proteínas con efectos paracrinos, es decir, cuya acción se ejerce en células vecinas del mismo tejido óseo, como: M-CSF (factor estimulante de colonias de monocitos/macrófagos); RANKL (ligando del receptor activador del factor nuclear kB); OPG (osteoprogeterina); ligandos Wnt; SOST (esclerostina), entre otras. La investigación en el campo de la osteología se ha intensificado en los últimos años demostrándose que el hueso sintetiza, además, a lo menos tres proteínas que intervienen en la regulación hormonal de la homeostasis energética. Dichas hormonas son: el factor de crecimiento de fibroblastos 23 (FGF-23), la osteocalcina (OCN) y la lipocalina 2 (LCN2).
El factor de crecimiento fibroblástico 23 (FGF23) es secretado por osteoblastos y osteocitos. Su acción es la modulación de la homeostasis del fosfato: (a) en el riñón disminuye la reabsorción de fosfato (tiene acción fosfatúrica) y disminuye la producción de calcitriol, que es la vitamina D3 activada; y (b) en la glándula paratiroides bloquea la síntesis de hormona paratiroidea lo cual disminuye los niveles circulante de fosfato.
La osteocalcina (OCN) es secretada por los osteoblastos y es un polipéptido lineal formado por 49 aminoácidos con 3 residuos de ácido glutámico. Estos residuos se carboxilan lo que incrementa la afinidad de la OCN carboxilada por el Ca++ y los cristales de hidroxiapatita, el principal componente mineral de la matriz extra celular del tejido óseo. La forma carboxilada de la OCN se conoce como GlaOCN, en cambio forma decarboxilada de la OCN en el primer residuo de ácido glutámico se conoce como GluOCN y es la que tiene efecto endocrino. La resorción ósea es el mecanismo clave para su activación biológica. Su efecto hormonal es participar en la regulación del metabolismo energético aumentando la proliferación de las células β del páncreas y la secreción de insulina, y de adiponectina en el tejido graso. Se han descubierto efectos hormonales de la GluOCN en múltiples órganos incluyendo hueso, tejido adiposo, hígado, músculo esquelético, páncreas, testículo y cerebro: (a) en el tejido adiposo la GluOCN aumenta la secreción de adiponectina, hormona que a su vez mejora en todas las células la captación de glucosa y la sensibilidad a la insulina y además, disminuye la secreción de citoquinas pro-inflamatorias; (b) en el músculo esquelético durante el ejercicio aumenta la liberación de IL-6 y aumenta la captación de glucosa y ácidos grasos en las fibras musculares favoreciendo su catabolismo y producción de energía, (c) en el testículo aumenta la secreción de testosterona en las células de Leydig y (d) en el cerebro influye en la síntesis de neurotransmisores mono aminados (serotonina, dopamina, adrenalina y noradrenalina), en el desarrollo del hipocampo y en las funciones cognitivas. Los efectos de la GluOCN sobre la obesidad y la resistencia a la Insulina (IR) resultan en parte de su capacidad para promover: (a) la sensibilidad a la insulina en el hígado y tejido adiposo; (b) el gasto de energía en el músculo esquelético y (c) la producción de insulina en el páncreas.
El ejercicio muscular contra resistencia aumenta los niveles de OCN y GluOCN sérica tanto en hombres como en mujeres. Se piensa que la OCN es la molécula que actúa como nexo entre el músculo y el hueso, regulando el metabolismo de la glucosa, fuente principal de energía para los músculos durante el ejercicio. La OCN también favorece la función muscular durante el ejercicio aumentando la expresión y liberación de IL-6. En la mitad de la vida los niveles séricos de OCN disminuyen bruscamente, concordante con la disminución en la masa muscular y en la capacidad para realizar ejercicio.
La lipocalina 2 (LCN2) es una proteína pequeña producida por los osteoblastos. Sus efectos son: (a) activar la señal de anorexia a nivel del hipotálamo al unirse a neuronas de los núcleos supra ventriculares y neuromedial que tienen receptores melanocortina (MC4R) y (b) contribuir al mantenimiento de la homeostasis de la glucosa al regular la tolerancia a la glucosa, la sensibilidad a la insulina y la secreción de insulina.
Dr. Renato Orellana Chamudis.