Eficientizarea metodelor de evaluare a proprietăţilor ţesutului osos

Citoarhitectonica ţesutului osos

Citoarhitectonica se ocupă cu studiul structurii şi organizării celulare a ţesuturilor şi organelor la nivel microscopic. Citoarhitectonica ţesutului osos se referă la structura şi organizarea celulelor şi a matricei extracelulare la nivelul osului.

Ţesutul osos este implicat în protejarea organelor interne, susţinerea corpului şi producerea elementelor sanguine prin activitatea măduvei hematogene adăpostite la nivelul oaselor. El este alcătuit din celule osoase şi matricea extracelulară. Celulele osoase se pot împărţi în trei tipuri principale: osteoblaste, osteocite şi osteoclaste. Osteoblastele sunt celule ce produc matricea extracelulară, care este alcătuită din colagen, glicozaminoglicani şi proteoglicani. Această matrice extracelulară este apoi mineralizată cu săruri de calciu şi fosfat pentru a forma osul propriu-zis. Osteocitele sunt celule mature ale ţesutului osos, care se află încorporate în matricea extracelulară mineralizată şi îndeplinesc o serie de funcţii importante, cum ar fi reglarea homeostaziei mineralelor şi remodelarea osoasă, acţionând sinergic cu osteoclastele, care descompun matricea osoasă veche⁽¹⁾.

Matricea extracelulară a ţesutului osos este organizată în unităţi funcţionale denumite sistemul haversian. Acest sistem constă dintr-un canal central, denumit canal haversian, ce conţine vasele de sânge şi nervii, şi lamele osoase care înconjoară canalul haversian. O serie de canale mai mici, denumite canale Volkmann, conectează canalele haversiene între ele şi cu suprafaţa osului⁽²⁾.

Există mai multe tipuri de ţesut osos, cum ar fi ţesutul osos trabecular şi ţesutul osos compact. Ţesutul osos trabecular este format dintr-o reţea de trabecule osoase care formează o structură similară unui burete. Ţesutul osos compact este format dintr-o matrice extracelulară mineralizată şi are o structură mai densă decât cea a ţesutului osos trabecular⁽³⁾.

Biologia ţesutului osos

Densitatea minerală osoasă (DMO) se referă la cantitatea de minerale, cum ar fi calciul şi fosforul, conţinută în unitatea de volum a ţesutului osos. Această măsurătoare este importantă în evaluarea sănătăţii osoase şi a riscului de fracturi. DMO este determinată prin scanarea densitometrică osoasă, o metodă neinvazivă şi sigură de măsurare a DMO în diferite zone ale corpului, cum ar fi şoldul sau coloana vertebrală. DMO se exprimă în grame de masă minerală osoasă per centimetru cub (g/cm³) şi se compară cu valorile normale pentru vârsta şi sexul individului⁽⁴⁾.

O DMO scăzută este un factor de risc major pentru osteoporoză şi fracturi osoase. Osteoporoza este o boală caracterizată prin scăderea masei osoase şi deteriorarea structurii ţesutului osos, care duce la fragilitatea oaselor şi creşterea riscului de fracturi.

Mai mulţi factori pot afecta DMO, cum ar fi vârsta, sexul, istoricul familial, dieta, nivelul de activitate fizică, consumul de alcool şi tutun, utilizarea unor medicamente, precum şi anumite afecţiuni medicale, cum ar fi hipertiroidismul sau boala celiacă. Pentru a menţine o DMO optimă, este important să adoptăm un stil de viaţă sănătos, care să includă o dietă echilibrată, bogată în calciu şi vitamina D, exerciţii fizice regulate şi evitarea fumatului şi a consumului excesiv de alcool. În plus, este important să se efectueze screeningul DMO la intervale de câţiva ani pentru a evalua riscul de osteoporoză şi fracturi⁽⁴⁾.

Pe măsură ce osul îmbătrâneşte, procesul de remodelare osoasă suferă modificări, iar echilibrul dintre resorbţia şi formarea osoasă este perturbat. Aceasta poate determina scăderea densităţii minerale osoase şi modificarea structurii ţesutului osos⁽⁸⁾. Oasele afectate de osteoporoză pot fi mai subţiri şi mai fragile, ceea ce, frecvent, poate favoriza apariţia fracturilor de şold, a tasărilor vertebrale, dar şi a altor fracturi sau traumatisme minore, în alte zone ale corpului⁽⁵⁾.

Citoarhitectonica ţesutului osos se referă la organizarea ţesutului osos la nivel microscopic. Dacă procesul de remodelare osoasă este afectat, pot apărea o scădere a densităţii minerale osoase şi pierderea structurii ţesutului osos, ceea ce poate creşte riscul de fracturi⁽⁷⁾.

Pentru a preveni sau a trata osteoporoza, este important să se ia măsuri pentru a menţine o DMO sănătoasă şi pentru a îmbunătăţi citoarhitectonica ţesutului osos. Tratamentele medicale pentru osteoporoză includ medicamente ce îmbunătăţesc formarea osoasă sau reduc resorbţia osoasă. De asemenea, tratamentul cu hormoni poate fi utilizat pentru a îmbunătăţi densitatea minerală osoasă apărută la femeile aflate în menopauză⁽⁶⁾.

Metode inovatoare de evaluare a ţesutului osos

Imagistica prin rezonanţă magnetică (IRM) este o metodă neinvazivă, care utilizează câmpul magnetic pentru a produce imagini ale structurilor anatomice interne ale corpului. În general, IRM este utilizată pentru a vizualiza structurile moi, cum ar fi ţesuturile musculare, articulaţiile şi organele interne. Cu toate acestea, cercetările recente sugerează că IRM poate fi, de asemenea, utilă pentru evaluarea densităţii minerale osoase şi a structurii ţesutului osos⁽⁹⁾.

Mapele T₂-T₂ reprezintă o metodă de IRM utilizată pentru a evalua structura ţesutului osos. Această metodă utilizează diferite valori ale timpului de relaxare T₂ pentru a măsura proprietăţile magnetice ale ţesutului osos. În general, ţesutul osos sănătos are un timp de relaxare T₂ mai scurt decât ţesutul osos afectat de osteoporoză sau de alte afecţiuni osoase. Mapele T₂-T₂ pot fi utilizate pentru a evalua densitatea minerală osoasă, precum şi pentru a detecta modificările din structura ţesutului osos. Această metodă este utilă în special pentru evaluarea structurii trabeculare a osului, care este importantă pentru menţinerea integrităţii osoase şi a rezistenţei osoase. Modificările în structura trabeculară pot fi un indicator al pierderii de masă osoasă şi pot indica riscul de fractură⁽¹⁰⁾.

IRM şi mapele T₂-T₂ pot fi utile în evaluarea densităţii minerale osoase şi a structurii ţesutului osos. Cu toate acestea, metodele sunt mai scumpe şi mai puţin disponibile decât alte metode de evaluare a densităţii minerale osoase, cum ar fi DEXA. Sunt necesare mai multe cercetări pentru a determina eficacitatea şi utilitatea acestor metode în evaluarea densităţii minerale osoase şi a structurii ţesutului osos⁽¹¹⁾.

Efectele medicaţiei hipolipemiante
asupra ţesutului osos

Medicaţia hipolipemiantă este utilizată pentru a scădea nivelul colesterolului în sânge şi a preveni sau trata bolile cardiovasculare. Aceste medicamente au efecte şi asupra sănătăţii osoase, în special la pacienţii cărora le-a fost recomandat un astfel de tratament pe termen lung. În acest sens, studiile sugerează că medicaţia hipolipemiantă poate avea atât efecte pozitive, cât şi negative asupra sănătăţii ţesutului osos. Unul dintre efectele pozitive ale medicamentelor hipolipemiante asupra sănătăţii osoase este reducerea riscului de fracturi, prin scăderea inflamaţiei şi a resorbţiei osoase. Pe de altă parte, unele studii sugerează că utilizarea pe termen lung a medicamentelor hipolipemiante poate fi asociată cu un risc crescut de fracturi, în special la femei. Aceste medicamente pot interfera cu procesul de remodelare osoasă şi pot afecta absorbţia nutrienţilor esenţiali pentru sănătatea osoasă, cum ar fi vitamina D şi calciul. De asemenea, se crede că medicamentele hipolipemiante pot avea un efect negativ asupra osteoblastelor, celulele responsabile pentru formarea de ţesut osos nou⁽¹²⁾.

Fenofibratul este un medicament hipolipemiant utilizat în tratamentul dislipidemiilor, care afectează metabolismul lipidic prin activarea receptorilor peroxizomi proliferatori ai acizilor graşi (PPARs). Aceşti receptori sunt prezenţi în mai multe ţesuturi, inclusiv în celulele osteoblastice din os, ceea ce sugerează că fenofibratul poate avea un efect asupra formării osoase. Cu toate acestea, există puţine studii care să investigheze efectele directe ale fenofibratului asupra sănătăţii ţesutului osos. Studiile in vitro şi pe animale sugerează că fenofibratul ar putea fi benefic asupra formării osoase prin creşterea diferenţierii şi activităţii osteoblastelor, precum şi prin scăderea diferenţierii adipocitelor în detrimentul celulelor osteoblastice. În plus, un studiu pe şoareci a arătat că fenofibratul poate stimula sinteza de colagen, o proteină esenţială pentru sănătatea osoasă. Cu toate acestea, există şi unele preocupări cu privire la efectele adverse ale fenofibratului asupra ţesutului osos. Un studiu efectuat la pacienţi cu hipertrigliceridemie a arătat o scădere a densităţii minerale osoase la nivelul colului femural şi al coloanei vertebrale după tratamentul cu fenofibrat timp de un an⁽¹³⁾.

Scopul studiului este de a evalua osteoporoza din perspectiva citoarhitectonicii ţesutului osos prin utilizarea mapelor de schimb bidimensionale de tipul T₂-T₂ măsurate prin rezonanţa magentică a protonului. Practic, din această perspectivă, studierea osteoporozei permite o evaluare mai eficienţă a fragilităţii osoase, deoarece oferă atât o imagine a evoluţiei dimensiunii spaţiilor dintre trabeculele osoase, cât şi comunicarea dintre aceste spaţii. O astfel de evaluare poate estima mult mai bine riscul apariţiei fracturii osteoporotice, decât măsurarea DMO, care nu poate evalua porozitatea osului şi comunicarea porilor.

Materiale şi metodă. Pentru realizarea acestui studiu s-au folosit două grupe de câte şase şobolani. Prima grupă era formată din şobolani care au fost ovarcetomizaţi, iar după 12 săptămâni de la producerea ovarectomiei, grupul a fost împărţit în două loturi, un lot-martor de trei şobolani şi un alt lot de trei şobolani care au primit zilnic, prin gavaj, 10 mg/kgc de fenofibrat. Al doilea grup a cuprins şobolani cu vârste cuprinse între 16 şi 18 luni (corespondent uman: femei de 47-52 de ani, în perioada perimenopauzală), neovarecomizaţi, iar acest grup a fost împărţit la rândul lui în două loturi, un lot-martor de trei şobolani şi un alt lot de trei şobolani care au primit zilnic, prin gavaj, 10 mg/kgc de fenofibrat. Eutanasierea animalelor s-a făcut după opt săptămâni de la începerea tratamentului, atât în cazul loturilor care au primit fenofibrat, cât şi la şobolanii din lotul-martor. După eutanasiere, a fost prelevat femurul posterior stâng, iar extremitatea proximală a acestuia, după fixarea ţesutului în formol 10%, a fost studiată cu ajutorul spectrometrului Bruker Minispec mq 20, care operează la o frecvenţă de 20 MHz.

Rezultate

În figura 1 sunt prezentate mape 2D de schimb molecular T₂-T₂ măsurate pentru şobolanii din fiecare grup în săptămâna opt după începerea tratamentului. Direcţia schimbului molecular indicat pe aceste mape (de la pori mari către pori mici sau de la pori mici către pori mari) este indicată pe figură de săgeţi, care se citesc în sensul mişcării acelor de ceasornic (invers trigonometric). Acestea corespund la două poziţii pe diagonala principală. Astfel, dacă se pleacă de la diagonala principală în jos către un peak de schimb, după care se ajunge de la acesta la diagonala principală orizontală, atunci peakul descrie un proces în care molecule de fluid care umplu porii trec de la pori mari către pori mai mici, şi invers, dacă se pleacă de la diagonala principală în sus până la peakul de schimb şi apoi orizontal, atunci schimbul molecular are loc de la moleculele de apă aflate iniţial în spaţii înguste şi ajung în spaţii mai largi. Prezenţa peakurilor extradiagonale indică existenţa unor căi de comunicare între aceste tipuri de pori. În plus, cu cât aria peakurilor extradiagonale este mai mare, cu atât o cantitate mai mare de fluid comunică cu pori care se află la alte niveluri ierarhice (mai mari sau mai mici). Într-un sistem perfect izolat, volumul de apă se conservă. Experienţa RMN nu a asigurat o izolare perfectă, capul femural fiind închis în tubul RMN, dar apa (formolul) a putut să se evapore în interiorul acestuia, fapt ce duce la apariţia unor peakuri alungite în partea superioară a diagonalei principale, care indică prezenţa fenomenului de evaporare.

Discuţie

Măsurarea mapelor 2D de schimb molecular T₂-T₂ pentru şobolanii din lotul-martor neovarectomizat, respectiv lotul-martor ovarectomizat, a evidenţiat o diferenţă a dimensiunii porilor între care are loc migrarea apei, aceştia fiind mai mari în cazul lotului-martor ovarectomizat. Totodată, mapele 2D de schimb molecular T₂-T₂ au evidenţiat existenţa mai multor pori cu o cantitate mai mică de apă care participă în totalitate la schimb, fenomen mult mai restrâns în cadrul lotul-martor ovarectomizat. De asemenea, nu s-a putut observa o prezenţă a porilor închişi, peakuri situate pe diagonală în cadrul lotului-martor ovarectomizat, spre deosebire de celelalte trei loturi. Cea mai redusă interconectare a porilor s-a putut observa în cazul lotului neovarectomizat tratat cu fenofibrat, tratamentul cu fenofibrat demonstrând prin intermediul mapelor 2D de schimb molecular T₂-T₂ o reducere a interconectivităţii porilor şi, implicit, a cantităţii de apă/formol circulantă. Cea mai largă interconectivitate cu schimbul cel mai mare cantitativ s-a observat în cadrul lotului-martor ovarectomizat.

Concluzii

Măsurarea mapelor 2D de schimb molecular T₂-T₂ per­mi­te o evaluare superioară a funcţiei de susţinere/rezistenţă a ţesutului osos, deoarece, spre deosebire de metodele care determină doar densitatea minerală osoasă, aceste mape permit o evaluare a citoarhitectonicii ţesutului osos. Importanţa citoarhitectonicii este dată de faptul că, prin conservarea structurii fiziologice a osului, sau a unei structuri cât mai asemănătoare cu aceasta, se asigură rezistenţa osului şi, implicit, se reduce riscul fracturilor.

Aşa cum s-a dovedit, o creştere a densităţii minerale osoase care nu păstrează citoarhitectonica ţesutului osos nu se corelează cu reducerea riscului de fractură, osul putând deveni mai degrabă o structură casantă decât una de rezistenţă, deoarece nu este importantă doar grosimea trabeculelor osoase, ci şi dispoziţia lor, asemănător structurilor de rezistenţă din domeniul construcţiilor.

Având în vedere că osteoporoza este o boală ce apare de obicei în a doua jumătate a vieţii individului, perioadă care se asociază frecvent cu patologii cardiovasculare şi metabolice, evaluarea medicaţiei cronice, din diverse alte patologii decât cele osoase, care poate influenţa metabolismul ţesutului osos, poate avea o importanţă deosebită. Una dintre aceste tipuri de clase farmacologice este medicaţia hipolipemiantă, care, aşa cum au dovedit numeroase studii, poate afecta matricea organică a ţesutului osos şi, implicit, interferează cu procesul de osteogeneză şi/sau resorbţie osoasă.

 

Conflict de interese: niciunul declarat  
Suport financiar: niciunul declarat
Acest articol este accesibil online, fără taxă, fiind publicat sub licenţa CC-BY.