Efectul osteoprotector al simvastatinei prin prisma studiilor spectroscopice în VIS-IR

Introducere

Boală a sistemului osos, osteoporoza se caracterizează prin masa osoasă scăzută ÅŸi deteriorarea microarhitecturală a Å£esutului osos, având drept consecinţă creÅŸterea continuă a fragilităţii osoase ÅŸi a susceptibilităţii la fracturi⁽¹⁾.

Din punct de vedere fiziopatologic, se pot descrie două mecanisme importante în cadrul osteoporozei, sinteza ÅŸi reabsorbÅ£ia osoasă, care, în mod normal, sunt strâns legate între ele. Aceste două mecanisme sunt reglate de anumiÅ£i factori, cum ar fi hormonul paratiroidian, calcitonina, estrogenii, vitamina D ÅŸi anumite citokine (IL-1, IL-6, TNF) necesare pentru activitatea osteoblastică ÅŸi cea osteoclastică⁽²⁾.

Osteoporoza se poate clasifica în două mari categorii: primară ÅŸi secundară. Osteoporoza primară este cea mai comună formă de boală ÅŸi include osteoporoza de tip I (postmenopauză), respectiv osteoporoza de tip II (senilă sau involuÅ£ională). Osteoporoza secundară se caracterizează ca având un mecanism etiologic clar definit⁽³⁾.

Osteoporoza afectează peste 200 de milioane de femei din întreaga lume, incidenÅ£a ei crescând odată cu vârsta⁽⁴⁾. Menopauza are un rol determinant pentru această creÅŸtere a incidenÅ£ei. Osteoporoza din postmenopauză este cauzată de activitatea crescută a osteoclastelor. Acest mecanism este precipitat de scăderea nivelului estrogenilor, care duce la creÅŸterea nivelului citokinelor, cu rol de recrutare ÅŸi activare a osteoclastelor la nivelul osului trabecular, rezultând o reabsorbÅ£ie osoasă crescută⁽²⁾.

Conform studiilor⁽⁵⁾, estrogenii au un efect benefic asupra metabolismului osos, menÅ£inând masa osoasă printr-un mecanism antiresorbtiv. Acest mecanism se explică prin efectul direct al estrogenilor asupra osului, conform căruia estrogenii induc inhibarea resorbÅ£iei osoase de către osteoclaÅŸti prin activarea liniei celulare a osteoblaÅŸtilor.

Manifestarea clinică a osteoporozei constă în fracturile care apar ca o complicaÅ£ie a acestei afecÅ£iuni, precum ÅŸi în morbiditatea ÅŸi mortalitatea asociate acestora. Cei mai importanÅ£i factori de risc din punctul de vedere al fracturilor osteoporotice sunt: sexul feminin, menopauza precoce, vârsta înaintată, fracturile de fragilitate în antecedente, densitatea minerală osoasă scăzută, deficienÅ£a de vitamină D⁽⁶⁾.

Dislipidemia, fiind o afecÅ£iune care se caracterizează prin alterarea metabolismului grăsimilor din organism, evidenÅ£iată prin modificarea valorilor LDL-colesterolului, HDL-colesterolului ÅŸi trigliceridelor, are factori de risc similari osteoporozei. ApariÅ£ia ambelor boli depinde practic de stilul de viaţă, de factori genetici, metabolici, nutriÅ£ionali ÅŸi hormonali⁽⁷⁾.

Tratamentul de elecÅ£ie al dislipidemiei este cel reprezentat de medicaÅ£ia hipolipemiantă. Statinele, inhibitori ai 3-hidroxi-3-metilglutaril-coenzimei A (HMG-CoA) reductază, constituie o clasă puternică de medicamente hipolipemiante disponibile în prezent⁽⁸⁾. Există studii care au arătat faptul că simvastatinele ar avea efect ÅŸi asupra metabolismului osos, stimulând activitatea osteoblastelor, celule osoase tinere, nediferenÅ£iate, din care se formează osteocitul, stimulând astfel ÅŸi formarea de os nou⁽⁹⁾.

Obiectiv

Scopul acestui studiu este evaluarea efectelor simvastatinei asupra vindecării osoase în cazul fracturilor osteoporotice.

Materiale şi metodă

S-a realizat un studiu experimental pe două grupuri de câte 24 de ÅŸobolani Wistar, femele, unul neovarectomizat ÅŸi altul ovarectomizat. Fiecare grup de ÅŸobolani a fost împărÅ£it, la rândul lui, în două loturi, martor, respectiv lot tratat cu simvastatină. Toate animalele au suferit o fractură de femur posterior drept, mediodiafizară, care a fost stabilizată cu o tijă intramedulară. În cazul grupului de ÅŸobolani ovarectomizaÅ£i, fractura s-a produs la 12 săptămâni postovarectomie, timp necesar pentru apariÅ£ia osteoporozei. Simvastatina a fost administrată prin gavaj într-o doză zilnică de 10 mg/kg. Pentru evaluarea procesului de calusare postfractură s-a folosit o metodă fizică de cuantificare a vindecării prin evaluarea preparatelor histologice colorate cu hematoxilină eozină, cu ajutorul spectroscopiei VIS-IRapropiat. Astfel, cercetarea se bazează pe interacÅ£iunea dintre lumină ÅŸi materie, în particular pe studiul absorbÅ£iei luminii, la trecerea prin diferite probe de studiat, în funcÅ£ie de lungimea de undă, l, adică a culorii acesteia. Astfel, spectroscopia în vizibil ÅŸi infraroÅŸu apropiat (VIS-IRapropiat) a fost folosită pentru cuantificarea cantităţii din fiecare Å£esut specific (fibros, osos, hematogen ÅŸi nuclee celulare) din preparatele histologice puse în evidenţă de coloraÅ£ia HE.

Probele au fost recoltate la 2, 4, 6 ÅŸi la 8 săptămâni postfractură, iar măsurătorile au fost efectuate folosind un spectrometru VIS-IRapropiat de tip Pasco.

Rezultate

La primul pas s-a efectuat o analiză optică a preparatelor histologice colorate în HE, care a permis identificarea intervalelor de lungimi de undă pentru cuantificarea Å£esutului hematogen, Å£esutului fibros, a celui osos ÅŸi a nucleelor celulare (figura 1). La pasul al doilea s-au înregistrat spectrele VIS-IRapropiat pentru toate preparatele. În final, s-a scris un program în MatCad pentru analiza spectrelor VIS-IRapropiat, care a permis cuantificarea celor patru tipuri de Å£esut prin măsurarea ariilor integrale pentru fiecare domeniu spectral determinat în pasul I.

Obiectivizarea (cuantificarea) evaluării procesului de calusare prin analiza preparatelor histologice colorate cu HE cu ajutorul spectrometriei VIS-IRapropiat a permis evaluarea efectului simvastatinei asupra procesului de calusare prin prisma evoluÅ£iei celularităţii ÅŸi a Å£esutului fibros, respectiv osos pe preparatele histologice. Astfel, în cazul grupurilor ovarectomizate, atât în cazul lotului-martor, cât ÅŸi în cel tratat cu simvastatină, s-a putut observa o scădere a potenÅ£ialului osteogen (figura 2) comparativ cu grupurile neovarectomizate (figura 3) în perioada formării calusului osos, adică în intervalul cuprins între săptămânile 4 ÅŸi 6. Această constatare este susÅ£inută ÅŸi de alte studii care arată rolul ÅŸi importanÅ£a estrogenilor în activarea osteoblastelor ÅŸi inhibarea osteoclastelor⁽⁵⁾.

Rolul favorabil al simvastatinei în ceea ce priveÅŸte procesul de osteogeneză este dovedit de potenÅ£ialul osteogen crescut al loturilor tratate cu simvastatină faţă de lotul-martor. Acesta este vizibil atât în perioada de formare a calusului dur, intervalul 4-6 săptămâni, cât ÅŸi în etapa următoare de remodelare a acestuia, intervalul 6-8 săptămâni, atât în cazul grupului ovarectomizat (figura 2), cât ÅŸi în cazul celui neovarectomizat (figura 3).
 

Urmărirea cantitativă a Å£esutului osos în cadrul procesului de calusare a arătat faptul că simvastatina în prezenÅ£a estrogenului, adică în cazul grupului neovarectomizat, stimulează producÅ£ia de Å£esut osos. Acest lot are cea mai mare cantitate de Å£esut osos la finalul etapei de calus dur, în săptămâna a ÅŸasea (figurile 4, 5).

Cantitatea de Å£esut osos la sfârÅŸitul celor 8 săptămâni este aproximativ egală în cadrul grupului neovarectomizat (figura 4), în ambele loturi, martor ÅŸi cu tratament cu simvastatină, fiind mai mare decât cea din cadrul grupului ovarectomizat (figura 5), unde am măsurat, de asemenea, o cantitate aproximativ egală de Å£esut osos în cadrul celor două loturi. Corelarea potenÅ£ialului osteogen celular cu producerea de Å£esut osos este demonstrată de analiza comparativă a figurilor 2 ÅŸi 5, observându-se o scădere a cantităţii de Å£esut osos în perioada formării calusului dur, perioada 4-6 săptămâni, pe fondul activităţii osteoclastice crescute ÅŸi al activităţii osteoblastice scăzute, determinate de nivelul scăzut al estrogenului.

Discuţie

Rezultatele din literatură arată faptul că efectul benefic al statinelor asupra procesului de calusare este dependent de doză ÅŸi de modul de administrare a medicamentului. Astfel, conform unui studiu⁽¹⁰⁾ efectuat pe ÅŸobolani ovarectomizaÅ£i, simvastatina are efecte benefice asupra vindecării osului osteoporotic din jurul implantului de titan, introdus postfractură proximală la nivelul tibiei. În acest caz, simvastatina a fost administrată per os, 5 mg/kg pe zi. Pentru obÅ£inerea rezultatelor au fost folosite diferite metode histologice calitative ÅŸi cantitative. Acest studiu a avut numeroase concluzii importante privind efectele simvastatinei: 1) a indus o creÅŸtere semnificativă a densităţii minerale osoase din jurul implantului; 2) a inhibat efectele negative ale osteoporozei asupra osteointegrării; 3) a favorizat vindecarea osoasă din jurul implantului de titan, crescând volumul osului trabecular, astfel îmbunătăţind legătura dintre os ÅŸi implant, obÅ£inându-se o stabilitate secundară. Conform acestor concluzii, simvastatina are un efect benefic asupra vindecării osului osteoporotic, ceea ce subliniază efectul anabolic al acesteia asupra metabolismului osos⁽¹⁰⁾.

Este foarte important de menÅ£ionat faptul că titanul, ca material de implant, are ÅŸi el efecte benefice asupra osteogenezei. În particular, s-a demonstrat că unele nanostructuri de pe suprafaÅ£a implantului de titan intensifică diferenÅ£ierea osteoblastică a celulelor stem mezenchimale⁽¹¹⁾.

Un alt studiu⁽¹²⁾ efectuat pe ÅŸobolani ovarectomizaÅ£i oferă o altă abordare. Metoda folosită în cadrul acestuia constă în fracturarea tibiei ÅŸobolanilor ovarectomizaÅ£i, urmând ca după aceea să fie trataÅ£i cu simvastatină. În acest caz, medicamentul (soluÅ£ie de simvastatină 5% diluată) a fost injectat subcutanat în Å£esuturile din imediata vecinătate a fracturii. Rezultatele au fost promiţătoare, calusul cartilaginos fiind vizibil la o săptămână după fractură în grupul tratat cu simvastatină⁽¹²⁾. Există însă limitări în cazul acestui studiu. În primul rând, medicamentul a fost administrat într-o doză mult mai mare decât cea normală, astfel că aplicabilitatea clinică este nerealizabilă. În al doilea rând, medicamentul a fost administrat local, prin injectare, aceasta fiind o abordare invazivă, ce creÅŸte posibilitatea apariÅ£iei unor complicaÅ£ii locale.

Ceea ce trebuie să observăm este faptul că cele două studii prezentate anterior se refereau la procesul de calusare realizat la nivelul extremităţii proximale a tibiei, caz în care se poate vorbi despre un Å£esut osos preponderent trabecular. Comportamentul diferit al statinei la nivelul Å£esutului osos trabecular faţă de cel compact a fost evidenÅ£iat în studii care au urmărit porozitatea osului ÅŸi evoluÅ£ia grosimii trabeculelor osoase prin relaxometrie RMN⁽¹³⁾.

Un alt studiu⁽¹⁴⁾ efectuat pe ÅŸobolani ovarectomizaÅ£i a urmărit procesul de calusare al fracturii me­­dio­dia­fizare femurale la ÅŸobolani trataÅ£i cu simvas­ta­tină, urmărind efectul medicaÅ£iei prin prisma a două metode de administrare, locală ÅŸi per os. Concluziile aces­tui studiu dovedesc efectul benefic al simvastatinei, fiind însă o diferenţă între metodele de adminis­tra­re a medicamentului, vindecarea având loc mult mai repede în cazul grupului tratat cu simvastatină per os.

Având în vedere că unele studii urmăresc procesul de calusare la nivelul osului cortical (diafizar)⁽⁹⁾, altele la nivelul celui trabecular, iar dozele diferă în cadrul acestora^(10,11), este posibil ca studiile să nu fie concordante, deoarece se urmăreÅŸte efectul pe structuri osoase cu organizare diferită.

CreÅŸterea importanÅ£ei ÅŸi relevanÅ£ei studiilor se poate realiza prin urmărirea concomitentă a efectelor diverselor medicaÅ£ii atât asupra Å£esutului osos cortical, cât ÅŸi trabecular⁽¹⁵⁾, ÅŸtiindu-se faptul că fracturile osteoporotice spontane apar la nivelul osului trabecular (tasări de corpi vertebrali), în timp ce fracturile diafizare, femurale ÅŸi radiale apar după traumatisme minore.

Concluzii

Simvastatina favorizează procesul de calusare atât în cazul grupului ovarectomizat, cât ÅŸi în cazul celui neovarectomizat, însă efectul benefic al simvastatinei asupra procesului de calusare este potenÅ£at de prezenÅ£a estrogenilor.

O evaluare obiectivă asupra procesului de calusare trebuie să aibă în vedere nu doar formarea de Å£esut osos, ci ÅŸi activitatea celulară, deoarece vindecarea osoasă nu este dependentă doar de cantitatea de Å£esut osos, ci ÅŸi de gradul său de structurare.

Cantitatea aproximativ egală de Å£esut osos, în cadrul celor 4 loturi, la finalul celor 8 săptămâni de studiu, arată că acest interval este suficient pentru evaluarea procesului de calusare al fracturilor femurale la ÅŸobolani.

Conflict of interests: The authors declare no conflict of interests.