SUPLIMENT REUMATOLOGIE

Efectele tratamentului cu bifosfonaţi asupra remodelării microarhitecturii corticale osoase la pacientele cu osteoporoză post-menopauză – cercetări morfologice, clinice şi experimentale

 The effects of treatment with biphosphonates on the remodelation of cortical bone microarhitecture in patients with postmenopausal osteoporosis – research on morphological, clinical and experimental aspects

First published: 29 aprilie 2018

Editorial Group: MEDICHUB MEDIA

DOI: 10.26416/MED.122.2.2018.1668

Abstract

Background. The dynamics on the remodelation of cortical bone microarchitecture are revealed with increasing accuracy by the use of newly infrared absorption spectra, providing more complex data compared to classical osteodensitometry. The aim of this study was to assess the impact of 2-year biphosphonate treatment on bone loss in a cohort of osteoporotic postmenopausal women with radius fragility fractures.
Materials and method. A longitudinal, randomized, 5-year experimental and observational survey was conducted on 156 eligible patients, treated with alendronate, risedronate or zolendronate.
Results. Fourier transform infrared spectra from bone biopsy samples revealed compositional information regarding crystalline texture and collagen matrix, allowing a comparative analysis between the initial bone demineralization and the cancellous trabecular bone architecture formed by cortical remodeling exerted by biphosphonates.
Conclusions. Monitoring bone remodeling activity is important for guiding biphosphonate therapy. 

Keywords
postmenopausal osteoporosis, biphosphonates, cortical bone, bone fragility

Rezumat

Introducere. Dinamica remodelării microarhitecturii osoase corticale este evidenţiată cu acurateţe prin utilizarea spectrelor de absorbţie în infraroşu, oferind date mai complexe comparativ cu osteodensitometria clasică. Scopul acestui studiu a fost de a evalua impactul tratamentului de doi ani cu bifosfonaţi asupra pierderii osoase pe un eşantion de femei cu osteoporoză în post-menopauză cu fracturi de fragilitate ale radiusului.
Materiale şi metodă. A fost efectuat un studiu de cinci ani, longitudinal, experimental şi observaţional, pe 156 de paciente eligibile, tratate cu alendronat, risedronat sau zolendronat.
Rezultate. Spectrele de transformare în infraroşu cu transformata Fourier, efectuate din probele de biopsie osoasă, au relevat informaţii compoziţionale referitoare la textura cristalină şi matricea de colagen, permiţând o analiză comparativă între demineralizarea osoasă iniţială şi arhitectura osoasă trabeculară a osului neoformat prin remodelarea corticală exercitată de bifosfonaţi.
Concluzii. Monitorizarea activităţii de remodelare osoasă este importantă pentru ghidarea terapiei cu bifosfonaţi.

Osteoporoza post-menopauză reprezintă o importantă problemă de sănătate, caracterizată prin reducerea masei osoase, deteriorarea microarhitecturii ţesutului osos şi printr-o porozitate crescută a corticalei, pe seama creşterii numărului şi dimensiunilor canalelor Havers. Conform datelor elaborate de Societatea Română de Osteoporoză şi Boli Musculoscheletice (SROBMS), membră a Societăţii Internaţionale de Osteoporoză (IOF), prevalenţa osteoporozei în România este de 20% la femeile de peste 50 de ani(1).

Patologia osteoporozei a impus o regândire asupra biologiei şi dinamicii ţesutului osos. Ţesutul osos este în continuă transformare prin procesul de remodelare osoasă, care condiţionează celelalte componente ale calităţii osului – microarhitectura şi compoziţia.

Tratamentul farmacologic al osteoporozei a înregistrat un progres accelerat în ultimele decenii, oferind perspective terapeutice noi, aducând beneficii şi posibilitatea de a dezvolta strategii noi, chiar şi la pacientele cu boli cronice asociate. Bifosfonaţii şi-au dovedit eficienţa lor de agenţi antiresorbtivi utilizaţi în tratamentul osteoporozei, determinând creşterea rezistenţei minerale osoase şi scăderea riscului de fracturi, acţionând asupra osteoblastelor(2).

Osteodensitometria cu raze X (DXA) este un instrument sigur, eficient şi accesibil, utilizat pentru evaluarea densităţii minerale osoase (DMO), concentrându-se în special asupra unui singur aspect rezistenţa osoasă din procesul complex al osteoporozei(3). Cu toate acestea, relevanţa sa pentru medicul practician este limitată, deoarece nu oferă informaţii despre microstructura osoasă şi despre principalii constituenţi minerali, în monitorizarea eficienţei tratamentului antiresorbtiv administrat(4).

Evaluarea îmbunătăţirii calităţii osoase la pacientele cu osteoporoză post-menopauză presupune aplicarea unor metode interdisciplinare performante, precum analiza microarhitecturală osoasă, efectuată prin metode spectrale moderne, de tipul spectroscopiei în infraroşu cu transformată Fourier (IRFT), care are la bază biopsia osoasă şi care este destinată completării informaţiilor clinice cu elemente privind porozitatea şi fragilitatea osoasă(5). Acestea s-au îmbunătăţit semnificativ în ultimele două decenii şi sunt foarte utile pentru furnizarea informaţiilor compoziţionale, precum şi pentru a elucida caracteristicile de cristalinitate şi porozitate descoperite în biopsiile de probe biopsice osteoporotice.

Aplicarea tehnicilor de analiză spectrală la nivel molecular relevă anumiţi „factori intrinseci” cu corelaţii importante cu fragilitatea şi „calitatea osoasă”, respectiv(6):

  • compoziţia minerală
  • calitatea colagenului
  • raportul minerale-matrice
  • raportul carbonat-fosfat şi
  • raportul carbonat-amidă I.

Oasele sunt compuse din două faze importante: una anorganică – constituită în principal din fosfatul de calciu, şi o matrice organică moale (98% colagen de tip I).

Într-un studiu anterior efectuat pe 75 de femei în post-menopauză timpurie, tratate timp de doi ani cu bifosfonaţi, am măsurat parametrii densitometrici osoşi folosind tomografia computerizată periferică cu rezoluţie înaltă (HR-pQCT), la epifizele distale ale radiusului, pentru a descoperi microstructura osoasă corticală şi trabeculară in vivo(7).

Scopul acestui studiu a fost de a evalua impactul tratamentului cu bifosfonaţi asupra matricei minerale şi a rezistenţei osoase pe un eşantion de femei osteoporotice în post-menopauză cu fracturi ale antebraţului.

Materiale şi metodă

Protocol de studiu

Studiul a fost realizat în perioada ianuarie 2011 februarie 2016, fiind de tip longitudinal, randomizat (după criteriile de includere), experimental şi observaţional. 156 de femei eligibile, aflate la menopauză, au fost randomizate în studiu, fiind similare ca vârstă, greutate, indice de masă corporală, comorbidităţi şi tipul de fractură de la nivelul antebraţului. Dintre acestea, doar 148 au încheiat studiul.

Criterii de includere: toate participantele care şi-au oferit biopsiile voluntar pentru acest studiu au fost în post-menopauză de cel puţin trei ani, au urmat tratament cu bifosfonaţi doi ani, au avut cel puţin o fractură de antebraţ şi DMO cu scoruri T mai mici de -2,5 DS la nivelul radiusului, evidenţiate prin DXA.

Criterii de excludere: terapia anterioară cu alte clase farmacologice de antiresorbtive în ultimele 6 luni şi/sau utilizarea de medicamente cunoscute a afecta metabolismul osos (steroizi pe cale orală, estrogeni sau preparate de calciu).

Tratamentul cu bifosfonaţi a fost administrat pe cale orală, într-o singură doză săptămânală, astfel:  alendronatul 70 mg/7 zile, iar risedronatul 35 mg/7 zile. Acest tratament farmacologic s-a efectuat dimineaţa, înainte de micul dejun, cu un pahar de apă plată (de minimum 120 ml), cu evitarea clinostatismului cel puţin 30 de minute după administrare, pentru evitarea iritaţiei esofagiene(8). La cazurile tratate cu zoledronat, acesta a fost injectat în perfuzie 5 mg pe cale intravenoasă, o singură dată pe an.

DMO şi analizele spectrale au fost determinate la momentul iniţial şi comparativ după doi ani de tratament cu bifosfonaţi.

Metode de studiu

Fiecare pacientă a fost examintată şi examenul fizic a fost completat de un chestionar despre starea fizică. Starea de nutriţie a fost evaluată prin înălţime, greutate, grosimea tricepsului şi indicele de masă corporală (greutate [kg]/înălţime [m2]). Înălţimea a fost măsurată cu un stadiometru portabil cu precizie de 0,1 cm, iar greutatea, utilizând o scală cu o precizie de 0,1 kg. Grosimea paniculului adipos a fost măsurată la 0,1 mm pe partea non-dominantă a organismului, la nivelul tricepsului, folosind un şubler special.

Pentru a participa la studiu, pacientele au completat un formular medical, inclusiv acordul scris, în conformitate cu etica medicală curentă(9).

Prelucrarea fragmentelor osoase

S-au recoltat biopsii orizontale din radiusul distal (diametru=7,5 mm, înălţime=15 mm) cu ocazia fixării intraoperatorii a fracturii.

Probele osoase au fost fixate în etanol 70%, timp de cel puţin 48 de ore, şi apoi înglobate în polimetilmetacrilat (PMMA).

Măsurarea densităţii minerale osoase

Densitatea minerală osoasă a fost măsurată prin ab­sorb­ţiometrie duală cu raze X (DXA HOLOGIC). Toate scanările au fost efectuate cu ajutorul software-ului gene­ral de scanare, la o viteză de scanare de 10 mm/s şi cu 1x1 mm2 dimensiuni de pixeli. Lăţimea de scanare a fost de 5 cm, iar doza totală efectivă a rămas <1 µSv.

Determinarea compoziţiei minerale a corticalei osoase prin spectroscopie IRFT

Spectrele de absorbţie în infraroşu au fost reprezentate grafic cu o unitate JASCO - IRFT (citire automată a benzilor de absorbţie), iar domeniul de măsurare a fost stabilit la 600-4000 cm-1. Spectrele au fost efectuate la temperatură normală şi presiune existentă în laborator.

Caracteristicile unităţii JASCO - IRFT 4200 folosite pentru măsurătorile experimentale sunt prezentate mai jos:

  • Interval de măsurare: 7800 - 350 cm-1
  • Precizie de lungime de undă: ± 0,01cm-1
  • Sistem optic: fascicul Single
  • Interferometru: Michelson 450.

Analiza statistică

Rezultatele au fost exprimate ca medie şi deviaţie standard. Comparaţiile au fost făcute cu ajutorul testului Student, iar semnificaţia a fost stabilită la p<0,05. Testele T au fost folosite pentru comparaţie. Toate analizele statistice au fost efectuate cu ajutorul pachetului de programe SPSS (versiunea 6.0 pentru Windows, SPSS Inc, Chicago, IL).

Rezultate şi discuţii

Vârsta pacientelor incluse în studiu a fost cuprinsă între 55 şi 65 de ani. Dintre pacientele înrolate în studiu, 75 (48,08%) au fost tratate cu alendronat, 48 (30,76%) cu risedronat, iar 33 (21,16%) cu zoledronat.

Din ansamblul lotului studiat, numărul pacientelor cu comorbidităţi a fost de 55 (35,25%), dintre care majoritatea (68%) au prezentat dislipidemii tratate cu simvastatină.

Determinările antropometrice ale pacientelor cu osteoporoză post-menopauză din grupul de studiu iniţial şi după doi ani de tratament cu bifosfonaţi nu au evidenţiat diferenţe semnificative (p>0,05), aşa cum sunt prezentate în tabelul 1.
 

Tabelul 1. Caracteristicile pacientelor înrolate în studiul iniţial şi după doi ani de tratament cu bifosfonaţi
Tabelul 1. Caracteristicile pacientelor înrolate în studiul iniţial şi după doi ani de tratament cu bifosfonaţi

Scorul T al DMO a radiusului distal a relevat o creştere semnificativă după doi ani de tratament cu bifosfonaţi, în comparaţie cu valoarea iniţială, respectiv 0,780±0,16 faţă de 0,670±0,52 (p<0,05) şi a rămas staţionară după încheierea studiului.

Dintre parametrii de laborator investigaţi, se remarcă creşteri semnificative ale 25-OHD şi 1,25-(OH)2D − toate pacientele având carenţe iniţial.

Valorile calculate au reflectat omogenitatea lotului de paciente luate în studiu, din punct de vedere al parametrilor somatici.

Cea mai importantă scădere a fost remarcată în cazul fosfatazei alcaline osoase (ostaza), utilizată şi în monitorizarea tratamentului cu bifosfonaţi, pentru evitarea efectelor adverse.

În toate spectrele − obţinute intraoperator de la pacientele în post-menopauză − s-au evidenţiat aceleaşi regiuni de interes, detaliate prin benzi vibraţionale care dezvăluie informaţii compoziţionale referitoare la componente anorganice şi organice ale ţesutului osos. Astfel, un exemplu semnificativ este cazul unei paciente prezentate în figura 1.
 

Figura 1. Spectrul IRFT din fragmentul de radius prelevat intraoperator de la o pacientă în post-menopauză, în vârstă de 56 de ani, cu fractură de tip Colles a antebraţului drept. Tratament cu alendronat
Figura 1. Spectrul IRFT din fragmentul de radius prelevat intraoperator de la o pacientă în post-menopauză, în vârstă de 56 de ani, cu fractură de tip Colles a antebraţului drept. Tratament cu alendronat

În conformitate cu cercetările anterioare privind osul osteoporotic(11), studiul de faţă relevă capacitatea metodelor spectrale moderne de a evidenţia schimbările în faza minerală sau de colagen a probei osoase, concentrându-se asupra microarhitecturii sale spaţiale. Astfel, intervalul spectral 600-700 cm-1 evidenţiază hidroxiapatita cu un grad redus de cristalinitate (HA), responsabilă de apariţia geodelor specifice osteoporozei. O altă regiune spectrală importantă pentru practica clinică este banda largă de fosfat, care se întinde la 1020 cm-1. Aceasta evidenţiază relaţia dintre dimensiunea cristalelor şi riscul de fractură(12). Cristalele de dimensiuni mai mici sunt în general mai solubile şi reflectă osul nou format(13).

Benzile spectrale au o valoare clinică şi prognostică valoroasă prin faptul că reflectă modul în care tratamentul cu bifosfonaţi combate în timp fenomenul de pierdere osoasă. Astfel, pierderea osoasă în post-menopauză este o pierdere osoasă lentă, corelată cu matricea de colagen a osului cortical. Biopsiile osoase analizate au confirmat datele din literatura de specialitate care stipulează că profunzimea excesivă a cavităţilor os­teo­clastice apare mai frecvent în osul trabecular şi este legată de modificările matricei minerale(14).

Un aspect important de cunoscut, pe care l-am remarcat şi în acest studiu, este creşterea DMO în cazurile pacientelor cu hipercolesterolemii, la care tratamentul cu bifosfonaţi s-a asociat cu simvastatină, remarcându-se efectul pleiotrop al acestui agent hipolipemiant frecvent utilizat în practica medicală. Simvastatina aparţine grupului de medicamente hipolipemiante, care reduc nivelul colesterolului din sânge prin inhibarea reversibilă a enzimei HMG-CoA reductază. Ele sunt implicate în procesul iniţial al biosintezei colesterolului în ficat pentru conversia HMG-CoA în mevalonat(15). Efectele simvastatinei asupra remodelării osoase au fost sugerate de descoperirea faptului că bifosfonaţii care conţin azot exercită efectele lor citotoxice asupra osteoclastelor prin interferarea cu calea mevalonat(16).

Cercetările efectuate au un caracter de noutate, demonstrând consecinţe pozitive în practica clinică.

Concluzii

Textura cristalină şi matricea de colagen sunt parametri importanţi care indică starea fragilităţii osoase. Acest lucru ne permite să considerăm aceşti parametri predictori ai ratei de turnover osos, ai activităţii de remodelare şi ai riscului de fractură, oferind date valoroase în ghidarea şi evaluarea terapiei cu bifosfonaţi la pacientele cu osteoporoză post-menopauză. Interpretarea semnificaţiei benzilor spectrale şi evaluarea remodelării osoase trebuie efectuate în corelaţie cu evoluţia clinică a pacientei (durata bolii osteoporotice, factorii de risc, comorbidităţile şi tratamentele asociate urmate de pacientă).  

Conflict of interests: The author declares no conflict of interests.

Bibliografie

  1. Grigorie D, Neacşu E, Marinescu M, Dumitrache L, Popa O. 25-Hydroxyvitamin D and parathyroid hormone status in 834 postmenopausal women with osteoporosis. Acta Endocrinologica. 2005;Buc.,(3):369-76.
  2. Kress BC, Miyrahi IA, Armour KA, Marcus R, Emkey D, Santora AC. Use of Bone Alkaline Phosphatase to Monitor Alendronate Therapy in Individual Postmenopausal Osteoporotic Women. Clin Chem. 1999;45(7);1009-17.
  3. Rachner TD, Khosla S, Hofbauer LC. Osteoporosis: now and the future. Lancet. 2011;377:1276-87.
  4. Mc Creadie BR, Goldstein SA. Biomechanics of fracture: is bone mineral density sufficient to assess risk? J Bone Miner Res. 2000;23:741-53.
  5. Seeman E, Delmas P. Bone Quality - The Material and Structural Basis of Bone Strength and Fragility. N Engl J Med. 2006;354:2250-61.
  6. Young MF. Bone matrix proteins: further function, regulation, and relationship to osteoporosis. Osteoporosis Int. 2003;14:S35-S42.
  7. Tănăsescu Rodica Narcisa şi colab. Evaluation of Bone Mass and Structure in Clinical Practice: Outcomes Research in a Romanian Clinical Trial of Early Postmenopausal Women. Proceedings of the 40th North American Primary Care Research Group (NAPCRG) Annual Meeting. 2012 December 1-5, New Orleans, Louisiana, USA. Poster on Completed Research, ID 386, NAPCRG 2012 Annual Meeting Abstracts, p. 70.
  8. Tănăsescu RN et al. Considerations on Thermal Behaviour and Porosity of Renal Calculi in Bisphosphonate - Treated Postmenopausal Women. Rev Chim. 2017;Bucharest,68(6);1259-63.
  9. World Medical Association Declaration of Helsinki: Ethical principles for medical research involving human subjects. JAMA. 2000;284:3043-45.
  10. Isaksson H, Turunen MJ, Rieppo L, Saarakkala S, Tamminen IS, Rieppo J. Infrared Spectroscopy Indicates Altered Bone Turnover and Remodeling Activity in Renal Osteodystrophy. J Bone Miner Res. 2010;25:1360–66.
  11. Paschalis EP, Betts F, DiCarlo E, Mendelsohn R, Boskey AL. FTIR microspectroscopic analysis of human iliac crest biopsies from untreated osteoporotic bone. Calcif Tissue Int. 1997;61:487-92.
  12. Huang RY, Miller LM, Carlson CS, Chance MR. Characterization of bone mineral composition in the proximal tibia of cynomologus monkeys: effect of ovariectomy and nandrolone decanoate treatment. Bone. 2002;30:492-7.
  13. Gourion-Arsiquaud S, Falbish D, Myers E. Use of FTIR Spectroscopic Imaging to Identify Parameters Associated with Fragility Fracture. J Bone Miner Res. 2009;24:1565-71.
  14. Mc Creadie BR, Morris MD, Chen TC. Bone tissue compositional difference in women with and without osteoporotic fracture. Bone. 2006;39:1190-5.
  15. Dechend R, Fiebler A, Lindschau C, Bischoff H, Muller D, Park JK, Dietz R, Haller H, Luft FC. Modulating angiotensin II-induced inflammation by HMG Co-A reductase inhibition. Am J Hypertens. 2001;14:55S-61S.
  16. Lupattelli G, Scarponi AM, Vaudo G, Siepi D, Roscini AR, Gemelli F, Pirro M, Latini RA. Simvastatin increases bone mineral density in hypercholesterolemic postmenopausal women. Metabolism. 2004;Jun;53(6):744-8.