Formación de hueso medular y cáscara de huevo como modelo de procesos dinámicos e interrelacionados de biomineralización

Resumen

Durante la deposición de la cáscara de huevo, las aves hembras, y las gallinas ponedoras en particular, necesitan movilizar grandes cantidades de calcio (2 gramos), que equivale a cerca del 10% del calcio total del cuerpo. Para ello, durante el periodo de puesta, las gallinas desarrollan un tipo especial de hueso, el hueso medular, que puede ser fácilmente reabsorbido para una rápida liberación y suministro de calcio necesario para la formación de la cáscara del huevo. La mineralización de la cáscara de huevo de gallina es el proceso de calcificación más rápido conocido en la naturaleza, y dentro de los procesos de biomineralización, es uno de los más interesantes. Por ello, el objetivo principal de esta tesis es el estudio de la evolución de la composición mineral, cristalinidad y organización estructural de estos dos tejidos como sus procesos de formación están relacionados entre sí. La caracterización estructural y composicional de los tejidos a lo largo del ciclo diario de formación del huevo se ha llevado a cabo mediante diversas técnicas analíticas como, la espectroscopia infrarroja (ATR-FTIR), la espectroscopia Raman, la espectroscopia de emisión óptica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES), análisis termogravimétrico (TGA), la difracción de rayos X y la microscopía electrónica. Los resultados demuestran que la calcificación de la cáscara de huevo comienza a partir de una estructura proto-calcítica de carbonato cálcico amorfo que facilita su conversión directamente a calcita. El resultado de este proceso, es la formación de una estructura mineral con cristales columnares de calcita y que confieren al material excelentes propiedades mecánicas. Dicha microestructura sin embargo puede modificarse por diferentes factores como la edad, la dieta o la enfermedad. Adicionalmente, en esta tesis se ha caracterizado y estudiado la calidad de la cutícula de la cáscara de huevo, una barrera física contra la penetración bacteriana, que juega un papel muy importante en la seguridad alimentaria del huevo. Los análisis realizados, nos han permitido determinar, que la funcionalidad de la cutícula depende en gran medida del grado de madurez y de su composición química, y esta a su vez es altamente dependiente de la edad de la gallina y de la frescura de los huevos. El hueso medular por su parte, es un tipo especial de hueso esponjoso no estructural, localizado en las cavidades de la médula de los huesos de las gallinas ponedoras y metabólicamente muy activo (se renueva en tan solo 3 días). Durante el periodo de puesta y debido a la alta demanda de calcio, las células productoras de tejido óseo (osteoblastos) dejan de producir hueso estructural (cortical) para producir hueso medular. Por ello, y para entender mejor la mineralización del hueso medular, se analizaron muestras de tibia en cada una de las etapas del periodo de formación de la cáscara del huevo. Así mismo se demuestra que el hueso medular contribuye a las propiedades mecánicas del hueso y se tiene que considerar a la hora de evaluar la severidad de la osteoporosis que habitualmente presentan las gallinas ponedoras. En conclusión, el objetivo principal de esta tesis es el estudio de la evolución de la mineralogía de los tejidos calcificados (cáscara de huevo y hueso medular) durante las primeras etapas de formación, así como determinar qué mecanismos están implicados en su control. Las técnicas empleadas en este estudio además de proporcionar información detallada sobre la composición mineral y estructural de ambos tejidos, muestran, que técnica analíticas como la espectroscopia infrarroja (ATR-FTIR) puede ser de gran utilidad mejorar la calidad tanto del huevo como del tejido óseo de gallinas ponedoras.