Title
Estimation of Ca, Mg, Sr, Cu, Fe,  and Zn levels in serum and bone samples of patients with osteoporosis .

Abstracts
The levels of calcium (Ca), copper (Cu), strontium (Sr), iron (Fe), magnesium (Mg), and zinc (Zn), by Spectroscopy Atomic Absorption in Flame were determined in bone and sanguineous samples of 13 patients with clinical references of osteoporosis. The osteoporosis is a systemic disease of the skeleton which characterizes by a diminution of the bone mass and a deterioration of the architecture of the bone with increase of the risk of fractures ^1-3 . In this disease there is a normal colageno/mineral relation, which allows to differentiate it from osteomalacia, where a mineral diminution exists in relation to the colageno. The osteoporosis is the metabolic disease commonly of the bone and is an important cause of morbidity in anciano ² .

The copper, iron and zinc are oligoelements that play an important role in the organism, since they are necessary for the tissue elaboration, synthesis of hormones and in most of the chemical reactions in which they take part enzymes and they comprise natural of the bone structure. The zinc is an essential mineral element in the diet of the humans for the optimal growth and state of health. Altogether with other minerals as it receives, iron, manganese and magnesium are cofactor for enzymes involved in the synthesis of several components of bone matrix ^{4, 5-7} .

The mineral deficiency like iron, manganese, and zinc is associated with bone animal injuries; although in the human being east aspect still remains to explain ⁴ . The calcium and the strontium is involved in numerous typical physiological processes of the tissue formation different (bone and teeth), sanguineous coagulation, transmission of nervous impulses, muscular contraction; etc. The strontium as divalent ion interchanges with way calcium to equimolar and incorporates to crystals of the bone, which is a dense connective intensely mineralized. The revision of Literature sample that the studies in relation to the metabolism of the chemical elements in the osteoporosis are little in bone matrix of real patients and some is contradictory. The reason for the present investigation is to value the sericos and bone levels of Ca, Cu, Sr, Fe, Mg and Zn in patients with osteoporosis, submissive surgeries to repair fractures.

The evaluation of these elements could predict the evolution and severity of this disease or to even discard the absence or is present at of her. The analysis of the results shows a close relationship between the content of these elements, sex and the studied, being but marked pathology for Ca, Sr, Mg and Cu. The obtained results are in agreement with reports of Literature that affirm that the Mg helps to fix the Ca and Sr helps the bone reabsorption whereas a deficit of Cu could be associate with bony alterations .

Key words
Osteoporosis, bones, FAAS, Calcium, Strontium, Magnesium, Copper, Iron, Zin

Introducción

Hoy por hoy la osteoporosis constituye un enorme problema de salud pública, por lo que es necesario difundir las posibles causas de la misma, así como las medidas utilizadas para su diagnóstico, prevención y tratamiento. Este último debe ser enfocado de manera multidisciplinaria para obtener los mejores resultados del mismo. Se han identificado varios factores de riesgo entre los cuales se encuentran: (1) los constitucionales, tales como: la baja masa ósea, la edad avanzada, el sexo femenino, la menopausia prematura, la contextura delgada, o la pérdida de peso; (2) el estilo de vida como el hábito de fumar, el consumo exagerado de alcohol, el sedentarismo; (3) nutricionales como la deficiencia de calcio y vitamina D en la dieta; y (4) las condiciones médicas asociadas o medicamentosas como el uso de corticosteroides, el hipertiroidismo, el hiperparatiroidismo o la gastrectomía 8 . La identificación de estos factores de riesgo es fundamental para poder realizar una prevención eficaz que es tal vez la mejor arma con la que disponemos hoy, ya que en el estado actual del conocimiento el tratamiento puede disminuir o prevenir la pérdida ósea pero es incierto que, una vez establecida la fragilidad del hueso, se pueda restaurar la competencia biomecánica del esqueleto ⁹ .

El hueso está conformado por: a) una matriz orgánica , de f ibras de colágeno principalmente del tipo I, proteínas no colágenas, osteocalcina, osteonectina, sialoglicoproteína y polipéptidos (factores locales de inhibición o de crecimiento). b) de un contenido mineral: hidroxiapatita (calcio, fosfato, carbonato etc.), sodio, potasio, magnesio, estroncio y otros elementos traza. c) de células óseas: osteoclastos, osteoblastos y osteocitos. El hueso está en un proceso permanente de recambio óseo. El equilibrio normal entre la síntesis y resorción mantienen constante la masa esquelética. Sin embargo, la tasa de remodelación varía, no sólo en el hueso cortical comparado con el trabecular, sino entre los diferentes huesos o porciones. En la Figura 1, se aprecia la estructura ósea.

La remodelación es un proceso continuo en el cual se presenta formación de matriz ósea y resorción de esta, en un equilibrio casi constante; cuando hay ruptura de este equilibrio, debido a que la tasa de resorción de hueso es superior a la de síntesis, se genera una disminución de la masa ósea y se presenta la osteoporosis. El pico de masa ósea se ve influenciado por la ingesta de calcio durante la niñez y la infancia. Al nacimiento, el esqueleto tiene aproximadamente 25 gr. de calcio y en la edad adulta éste contenido se acerca a 1.000 gr. Esta diferencia proviene de la dieta. Para alcanzar un adecuado pico de masa ósea se requiere una buena ingesta de calcio, especialmente durante el crecimiento, la menopausia, la postmenopáusia y en general en situaciones donde exista predisposición de pérdida de masa mineral ósea.

El calcio como sabemos es el elemento fundamental del hueso y, además de mantener su dureza, activa la contracción de los músculos, favorece la transmisión de los impulsos nerviosos y es esencial para la coagulación de la sangre. El calcio disminuye la resorción ósea mediante la supresión de la secreción de paratohormona (PTH). El aporte mínimo es de 1.200 mg/día. Cuando la cantidad requerida no se alcanza con la dieta se pueden utilizar suplementos. Aunque no es suficiente para tratar la osteoporosis, siempre debe acompañar al tratamiento farmacológico o preventivo que se haya establecido. Algunos estudios han determinado que la administración de calcio puede disminuir la velocidad del deterioro del hueso en las mujeres con osteoporosis establecida.

Se sabe que con los años la absorción de calcio disminuye tanto en hombres como en mujeres especialmente después de los 45 y 55 años en mujeres y hombres, respectivamente. La PTH aumenta y la respuesta tisular a sus acciones disminuye, al igual que disminuye los niveles de vitamina D ^10,11 . La cuantificación a nivel de trazas y ultratrazas de elementos en muestras complejas de origen humano representa una tarea prioritaria de la química analítica moderna. Dichos elementos si bien pueden estar en concentraciones normales, también pueden no estarlo, siendo indicativos de patologías severas que están ocurriendo o por ocurrir en nuestro organismo.

En los últimos años ha crecido el interés por la determinación de oligoelementos en matrices biológicas de origen humano. También se han redefinido los límites de cuantificación requeridos, lo que generó la aparición de nuevas y más sensibles técnicas de análisis. Cuando pensamos en osteoporosis siempre hacemos referencia a calcio, Vitamina D y Magnesio, este último por fijar el calcio y permitir su reabsorción. El mantener la homeostasis ósea no solamente es función del aporte de calcio y Vitamina D y sus mecanismos reguladores paracrinos, endocrinos y autocrinos, sino que es un conjunto de funciones en los cuales también están implicadas otras sales y nutrientes, proteínas, carbohidratos, lípidos, fósforo, minerales traza (magnesio, hierro, manganeso, cobre y zinc entre otros), vitamina K, vitamina C, vitamina A y vitamina B. Deficiencias nutricionales en cualesquiera de ellos repercutirá en disfunción celular, y algunas de estas disfunciones tendrán como expresión clínica trastornos de mineralización ósea.

El Zn es esencial para el crecimiento óseo aunque su papel en la osteoporosis no está claro. En animales estimula el crecimiento y la mineralización ósea. Datos más recientes sugieren que es un inhibidor selectivo de la resorción ósea osteoclástica aún en bajas concentraciones ¹² . La concentración de zinc depende, tanto de la cantidad como de la biodisponibilidad en la dieta en relación con los requerimientos fisiológicos. Condiciones tales como procesos infecciosos, actividad física, diarrea, geofagia, o la anemia de células falciformes, aumentan los requerimientos de zinc, debido a un incremento endógeno de sus pérdidas o por una disminución de su absorción intestinal ⁵ . Los requerimientos de zinc son de 15 a 20 mg/día. Amplios estudios reconocen la importancia del zinc en el metabolismo óseo ⁶ . Se ha encontrado una correlación negativa entre masa ósea e ingesta de zinc y en mujeres posmenopáusicas se confirma que la administración de zinc, junto con calcio, cobre y magnesio, previene la pérdida de masa ósea ⁷.

El papel potencial del zinc en el mantenimiento de la masa ósea en mujeres posmenopáusicas se ha confirmado tras estudios en ratas ooforectomizadas que demuestran que la administración por vía oral prologada de zinc-histidina previene la pérdida de masa ósea a nivel femoral ¹³ . El cobre es un elemento esencial para los mamíferos ¹⁴ . De las funciones celulares, la más conocida es la que ejerce sobre la eritropoyesis. Interviene en las funciones de ciertas enzimas, entre las que se encuentran la ceruloplasmina ferroxidasa, que transporta el hierro para la formación de la hemoglobina, en las enzimas responsables de la síntesis de colágeno del hueso y en las óxido-reductasas ¹¹ . Un 60% del cobre de los hematíes está unido a la superóxido dismutasa ¹² , la cual inicialmente por presentar dos átomos de cobre en su estructura, se denominó como eritro, cerebro y/o hepatocupreína, para luego reconocerse como una misma molécula que a su vez tenía dos átomos de zinc. En el campo de la medicina se le conoce a esta enzima múltiples acciones aunque un déficit de la misma, secundario al cobre o al zinc, es un aspecto no estudiado, aunque por lo que de ella sabemos, está obligada a relacionarse con la osteoporosis ¹³ .

Poca atención ha tenido la investigación de cobre como posible factor etiológico en la osteoporosis ^{14- 18} , a pesar de que se describe la osteopenia en el déficit de este elemento. Se sabe que, independientemente de las alteraciones óseas descritas en el déficit del mismo, puede ser la disminuida ingesta de cobre en los países occidentales, quienes lo hacen más susceptibles a padecer de osteoporosis. Estudios realizados en recién nacidos del Perú, se demostró un cuadro severo de alteraciones óseas y hematológicas asociado a un claro déficit de cobre, revirtiéndose todas las alteraciones descritas, tras la administración de cobre por vía oral ¹⁹ . El calcio y el estroncio están involucrados en numerosos procesos fisiológicos típicos de la formación de diferentes tejidos (hueso y dientes), coagulación sanguínea, transmisión de impulsos nerviosos, contracción muscular; etc. El estroncio como ión divalente se intercambia con el calcio de manera equimolar y se incorpora a los cristales del hueso, el cual es un tejido conectivo denso, intensamente mineralizado.

La incorporación del estroncio al hueso es un proceso dosis-dependiente que se produce por un mecanismo desconocido. A nivel mineral, el estroncio sustituye el calcio al azar en los cristales de hidroxiapatita ^20,22 . El estroncio posee las mismas propiedades químicas que el calcio y se encuentra formando parte de la naturaleza, de los alimentos y en el agua ^23-25 . El estroncio es un elemento natural capaz de inducir un aumento del volumen del hueso trabecular cuando se administra a bajas concentraciones en animales. Este elemento aumenta la masa ósea por dos mecanismos, una inhibición de la resorción ósea y una estimulación de su formación ^26-28 . La distribución ósea del estroncio en animales demostró una mayor incorporación en el hueso trabecular que en el cortical. La diáfisis del fémur reveló concentraciones hasta el doble con respecto a las vértebras aunque la mayor concentración se obtuvo en la cresta ilíaca, que está formada principalmente por hueso trabecular. Esto confirma que la incorporación del estroncio no sólo depende de la estructura ósea sino también de la estructura del hueso. La eliminación del estroncio es lenta, el riñón es su principal, pero no la única, vía de excreción ²⁹ . Se ha evaluado la tolerancia de la administración por vía oral del estroncio, en dosis entre 62,5 mg y 11,5 gr., con seguimientos de doce días después de iniciar su administración, siendo perfectamente tolerado. Asimismo, en mujeres posmenopáusicas la administración de altas dosis, incluso superiores a 4 gr. por vía oral, fueron bien toleradas ³⁰ .

A un grupo de ratas ooforectomizadas se le administró la sal estroncio (S12911) el cual es un isótopo, cuya absorción, distribución, metabolismo y eliminación se ha estudiado en animales (ratas, perros y monos), confirmándose un mecanismo de absorción saturable, con una amplia distribución corporal. Se les administró por vía oral dosis entre 77 y 308 mg/Kg por día, mientras otro grupo recibió estrógenos y un tercero placebo. El estroncio previno la pérdida de masa ósea restaurando el contenido mineral óseo al compararlo con el grupo tratado con placebo. La histomorfometría del hueso trabecular, medida en la zona tibial tras la ooforectomía, presentaba una disminución del 46% y se corrigió con el tratamiento estrogénico; asimismo el tratamiento con estroncio no sólo corrigió tal perdida sino que mostró un incremento de un 30-36%. Al tiempo los marcadores bioquímicos en las tratadas con estroncio, a diferencia de las que recibieron estrógenos, confirmaban una supresión de la resorción ósea sin reducción de la formación. Los autores concluyeron que el estroncio actúa como un agente desacoplante que inhibe la resorción y estimula la formación ³¹ .

Estudios más recientes han comparado en ratas la potencia anabolizante ósea de bajas dosis de estroncio y flúor, separados y en combinación. La mineralización ósea aumentó significativamente en un 17% para el estroncio, en un 20% para el grupo tratado con flúor y en un 19% en los tratados con ambos fármacos. Este estudio demostró que bajas dosis de estroncio y de flúor aumentan el número de sitios de formación ósea sin detectarse efectos adversos en la estructura química del mineral óseo o en la mineralización de la matriz ósea. El calcio cumple un papel esencial en la formación de los huesos. El contenido promedio de calcio en el organismo humano es de aproximadamente 100 - 200 mg g -1 , distribuidos en distintos compartimientos del cuerpo. El 99% se encuentra depositado en los huesos y dientes. El 1% restante está en la sangre y en el tejido adiposo. Sin este pequeño porcentaje del 1% de calcio, los músculos no podrían ejercer su función, la sangre no se coagularía y los nervios no transmitirían los mensajes correspondientes al resto del organismo. El calcio que se consume en la dieta es el que proporciona el calcio para los huesos. Además de cumplir una función estructural, los huesos son el suministro de emergencia de calcio.

En el cuerpo en todo momento hay un proceso de destrucción y reconstitución de los huesos, a fin de que haya calcio disponible para las demás funciones del organismo. Si el organismo no recibe suficiente calcio a través de la dieta, el cuerpo automáticamente extraerá el calcio que necesita de los huesos. Si este elemento no lo restituye al mismo tiempo, los huesos se debilitan y se quiebran con facilidad, llegando a ocasionar la osteoporosis.

Se ha establecido que es muy importante asegurar una óptima ingesta de calcio, con el fin de obtener un nivel apropiado de densidad ósea, la que se alcanza entre los 25 y 30 años de edad. Con ello es posible evitar que en la etapa adulta se manifiesten problemas de osteoporosis, los cuales son bastante frecuentes en la mujer menopáusica, debido a la disminución de los niveles de estrógenos que reducen en gran medida la capacidad de los huesos para retener el calcio. Por lo tanto, durante la vida adulta, el calcio es necesario para conservar la mineralización del esqueleto y no hacer uso de las reservas que hemos obtenido antes de los 30 años ^32-34 . La deficiencia de vitamina D y calcio con hipofosfatemia se asocia generalmente a acidosis metabólica, lo que induce la movilización de hidroxiapatita de los depósitos óseos, lo que se asocia con hipercalciuria y consumo de los tamponadores óseos ácido básicos, ya que la movilización de la hidroxiapatita provee iones de carbonato que tendrán un efecto buffer en la retención de hidrogeniones séricos, como un mecanismo protector que se pierde en las deficiencias de vitamina D, magnesio, intoxicación por aluminio y administración de colchicina ³⁵ .

Son múltiples las causas de las deficiencias de magnesio y se clasifican en primarias, nutricionales, de origen digestivo asociadas con enfermedades endocrinas por redistribución celular, por alcoholismo o retiro de alcohol y por pérdida renal exagerada. Su manifestación clínica principal es debida a la hipocalcemia asociada con signos positivos de Trousseau y Chvosteck y tetania atetósica. Una dieta severamente deficiente en magnesio causará depleción de fósforo y potasio y existen algunos reportes de disminución de densidad mineral ósea ^31,36