El endoesqueleto de muchos animales está formado por unos órganos rígidos, sólidos y resistentes que son los huesos. Los huesos, a pesar de su aspecto inerte, están vivos y contienen células, vasos sanguíneos, nervios, grasa, la médula ósea. Están en constante transformación. El tejido óseo es la base de su estructura. Las células óseas tan sólo son el 2% del tejido óseo, el resto es la matriz extracelular. Esta matriz está compuesta en un 30% de sustancias orgánicas como la proteína llamada colágeno. El 70% restante es una sustancia inorgánica: hidroxilapatito.
La solidez del tejido óseo viene dada por la presencia de cristales de hidroxilapatito que se disponen alrededor de las fibras colágenas formando un importante armazón, dando lugar a las excepcionales propiedades mecánicas de nuestros huesos (figura 1). Una comparación bastante acertada sería la estructura de un edificio, donde el colágeno se correspondería con las varillas de acero y los cristales de hidroxilapatito con el cemento que las rodea (UCM on-line).
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| Figura 1.- Estructura del hueso. Del mundo macroscópico al nanométrico y atómico. Esquema basado en Nair et al. (2013) y Wang et al. (2017). |
Pero no es sólo en los huesos donde encontramos el hidroxilapatito. Aunque los huesos nos parezcan muy fuertes, la sustancia de nuestro cuerpo con mayor dureza es el esmalte dental, que también está formado por hidroxilapatito.
Como vemos el OH-apatito está muy presente en el mundo orgánico, el mundo de los seres vivos. Pero también lo encontramos en la naturaleza, en el mundo inorgánico, en el reino mineral.
Pero ¿Qué es el hidroxilapatito?
El nombre ('apatit') fue inventado por AG Werner probablemente en algún momento a mediados de la década de 1780, que luego describió como el nombre del verbo griego aπasάω (estrictamente ἀπasάω; transcrito como apatáō) como la derivación, que significa 'engañar' (alguien) o 'ser engañoso', porque, como escribió, "hasta ahora ha engañado a todos los mineralogistas en su identificación". (Roycroft y Cuypers, 2015).
Dentro de la clasificación de los minerales encontramos el supergrupo de apatito. Su nomenclatura y clasificación fue aprobada por la International Mineralogical Association en 2010 (Pasero et al.).
Los miembros de este supergrupo tienen una fórmula genérica según:
M12M23(TO4)3X
Donde: T = P5+, As5+, V5+, Si4+, S6+, B3+.
M1 y M2 están representadas por numerosos cationes de la tabla periódica (en dos posiciones 1 y 2 distintas) incluyendo los elementos de las tierras raras: Ca2+, Pb2+, Ba2+, Sr2+, Mn2+, Na+, Ce3+, La3+, Y3+, Bi3+.
Y para completar la fórmula, X se correspondería con: (OH)-, F- y/o Cl-.
Los miembros del supergrupo apatito, unas 50 especies, muestran una amplia gama de soluciones sólidas debidas a la sustitución de los átomos que los forman. Este supergrupo se divide, actualmente, en cinco divisiones: grupo del apatito, grupo de la hedifana, grupo de la belovita, grupo de la britholita, grupo de la ellestadita.
El que nos interesa es el grupo del apatito, el cual incluye varias especies entre fosfatos, arseniatos y vanadatos, algunos bien conocidos como la piromorfita, mimetita o vanadinita, todos ellos del sistema hexagonal (figuras 2, 3 y 4).
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Figura 2.- Cristal de mimetita con cerusita y calcita. |
En este grupo encontramos los fosfatos de calcio, que presentan una fórmula simplificada según:
Ca5(PO4)3X, donde X = F (fluorapatito), Cl (clorapatito), OH (hidroxilapatito).
A menudo se les llama coloquialmente “apatitos”. En la naturaleza los más habituales son el fluorapatito y el hidroxilapatito.
A nivel geológico los miembros de este supergrupo se encuentran en diferentes tipos de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. Incluso en meteoritos (condritas ordinarias L) o brechas basálticas en meteoritos marcianos (impactitas).
Nuestros “apatitos” ¿De dónde vienen?
Los ejemplares de las fotografías se corresponden a dos yacimientos clásicos catalanes: el del turó de Montcada (Montcada i Reixac) y las minas de Rocabruna (Bruguers, Gavà), ambos en la provincia de Barcelona. En Catalunya hay otros yacimientos con una geología similar, más o menos ricos en fosfatos, como los de Torroja del Priorat, Cornudella de Montsant, Figuerola del Camp, Santa Creu d’Olorda o Pineda de Mar, entre otros.
Estos se sitúan principalmente en las Cadenas Costeras Catalanas, las cuales discurren paralelamente a la costa, desde el sur de la provincia de Tarragona hasta Girona. Estos yacimientos de origen sedimentario estratiforme comparten un origen similar y se hallan en materiales de las series paleozoicas: pizarras, calizas, dolomitas y cuarcitas.
En estos yacimientos, las pizarras del silúrico (con una antigüedad de unos 420 millones de años) contienen niveles ricos en fosfatos de origen sedimentario marino (fosforitas). Cuando los fluidos meteóricos atraviesan estas pizarras con pirita (FeS2) se vuelven ácidos (se forma ácido sulfúrico) y los disuelven. Estos fluidos, ricos en fósforo, llegan a zonas donde predominan rocas carbonatadas, produciéndose la neutralización de la acidez y la precipitación de diversos minerales, entre ellos el fluorapatito y el hidroxilapatito.
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Figura 3.- Agregados divergentes y globulares de cristales aciculares, sobre una matriz con goethita y mitridatita. |
Cabe destacar que muchos de los “apatitos” formados por estos procesos incorporan en su estructura aniones carbonato (CO32-) que substituyen aniones fosfato (PO43-). Entonces tenemos las variedades carbonato-fluorapatito y carbonato-hidroxilapatito: Ca5(PO4,CO3)3(F,OH). Este es el caso de los ejemplares de las figuras 3, 4 y 5.
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Figura 4.- Agregados divergentes de cristales aciculares, sobre una matriz con goethita y mitridatita (RM3430). |
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Figura 5.- Agregado divergente de cristales aciculares, sobre una matriz con goethita y mitridatita (RM3430). |
Diferenciar si estamos ante un fluorapatito o un hidroxilapatito requiere el análisis químico, siendo la microscopía electrónica de barrido un aliado, a veces poco sensible. En los ejemplares estudiados en estas dos minas catalanas, la presencia de ambas especies ha sido confirmada, pero distinguir los que tienen flúor de los que contienen grupos hidroxilo no es tarea fácil e imposible a simple vista.
La Naturaleza utiliza los elementos que tiene a su disposición para formar la estructuras tanto orgánicas como inorgánicas, mezclando ambos mundos.
En este aspecto somos parte de los dos.
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Figura 6.- Imagen SEM del ejemplar procedente del turó de Montcada (RM3430). |
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Figura 7.- SEM-EDS del ejemplar procedente del turó de Montcada (RM3430). No se observa en ninguno de los puntos estudiados de este ejemplar presencia de flúor. Podemos observar el contorno hexagonal de las agujas. |
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NOTAS
Nair, A.K., Gautieri, A., Chang, S.W., Buehler, M.J. (2013): “Molecular mechanics of mineralized collagen fibrils in bone”. Nature Commun. 4, 1724.
Pasero, M., Kampf, A.R., Ferraris, C., Pekov, I.V., Rakovan, J., White, T.J. (2010): “Nomenclature of the apatite supergroup minerals”. European Journal of Mineralogy, 22, 163-179.
https://www.researchgate.net/publication/228477092 [on-line 22 febrero 2022].
Roycroft, P.D., Cuypers, M. (2015): "The etymology of the mineral name ‘apatite’: a clarification". Irish Journal of Earth Sciences, 33, 71-75.
Wang, W., Yeung, K.W.K. (2017): “Bone grafts and biomaterials substitutes for bone defect repair:
A review”. Bioactive Materials, 2, 224-247.
https://www.researchgate.net/publication/317392938 [on-line 22 febr. 2022].
Fisiopatología ósea. Universidad Complutense de Madrid.
https://www.ucm.es/data/cont/docs/420-2014-02-18-01%20fisiopatologia%20osea.pdf [on-line 22 febrero 2022].
MINDAT.ORG: The Apatite Group.
