Estudio integral para desarrollar un índicede calidad ósea en varones mexicanos

(Primera etapa)

Margarita Navarrete / Enrique Cedillo

1/15Instituto Mexicano de RehabilitaciónLaboratorio de Pruebas no Destructivas

INSTITUTONACIONAL DE

REHABILITACIÓN

Febrero, 2011

Objetivos

General

Determinar un índice que nos cuantifique la calidad ósea que poseen los varones de la población mexicana con la finalidad de ser usado en el diagnóstico clínico.

Particular

Realizar un estudio retrospectivo en la población mexicana de varones cuya edad oscile entre 30 y 70 años, para cuantificar y correlacionar los cambios en las propiedades del tejido óseo tanto estructurales como de materiales con el incremento de la edad / usando la vértebra L3 / muestra prototipo.

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Medición de la distribución y porcentaje de los macro-minerales óseosCuantificar el espesor del hueso cortical y trabecular Determinar distribución del modulo elástico del hueso trabecular Cuantificar la arquitectura trabecular

Técnicas Tomografía axial computarizada, TAC

Microscopia electrónica de barrido, MEBAbsorciometría dual de rayos X , DXA

UltrasonidoFractales

Evolución / esqueleto de los vertebrados / desarrollado resistencia a la deformación / fractura / adaptándose límites fisiológicos / exigencias mecánicas

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Introducción

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La calidad mecánica del material / rigidez específica del tejido óseo mineralizado

La distribución espacial / diseño arquitectónico Econ

omía

met

aból

ica

Características / resistencia mecánica/ sólida

Minimizar la masa del material mineralizado / distribuido óptimamente en función de su trabajo máximo habitual.

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La calidad del material / no ha cambiado – desde la época de los dinosaurios / el grado adecuado /calcificación/colágeno / rigidez específica.

La calidad del diseño / se resolvió a medias durante la evolución / mediante cambios en la manera de producir, distribuir y re-distribuir el material mineralizado.

– La “microestructura” del material óseo (colágeno orientado y mineralizado) se altera por:

trastornos genéticos osteoblásticos edad avanzada (tercera edad).

Cal

idad

óse

a

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Introducción

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Zonas afectadas

Caderas (duplicación del porte)

Columna (flexión – compresión)

Muñecas (compresión – tracción)

El mal funcionamiento biomecánico natural o secundario del esqueleto por “mala calidad ósea” (todas las osteopenias y osteoporosis) están relacionados más con la calidad de diseño que con la calidad del material de los huesos.

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Introducción

I) Crecimiento endocondral (desaparece a los 20 años)

II) Modelación / añade en superficies perióstica y peritrabecular quita en la endóstica y en la peritrabecular. ( único mecanismo / masa ósea nueva)

III) Remodelación / recambia unidades pequeñas de material óseo pre-existentes por remoción osteoclástica y re-aposición osteoblástica.

Calidad ósea / mecanismos biológicos / resistencia a la fractura

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La remodelación en modo “desactivado” es la única causa de todas las osteopenias y osteoporosis conocidas

Tres formas de proceder del tejido óseo:

PROCESOS CON BASE CELULAR

Determinantes genéticos

Moduladoresambientales

Biomecánico Metabólico

Contracciones muscularesGravedad

OSTEOCITOS(sensan la deformación)

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Introducción

Cientos de osteoblastos de rata, incluyendoalgunos sufriendo mitosis / 200 veces

ww.brsoc.org.uk

(OSTEOCITOS)

deformaciones

Estimula o inhiben / orientan espacialmente

Liberación de mediadores celulares osteocíticoshacia los osteoblastos inactivos

Se activa o inactiva la remodelación

-UNICO PROCESO REGULADOR –

DE LA “CALIDAD ÓSEA”

El entorno metabólico “modula” no regula / los efectos todas las hormonas conocidas sobre el tejido óseo están dirigidas a controlar o modificar el equilibrio mineral del medio interno -no regulan ninguna variable o propiedad esquelética-

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Introducción

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Propiedades estructurales y del material óseo

Muestras / Biopsia de cadáveres

- varones de edad cronológica aparente / 5 grupos etarios / vértebra L3/ 3mm

I) 30 - 39, II) 40 - 49, III) 50 - 59, IV) 60-69 y V) 70-79 años

*Se eligió una vertebra lumbar porque en ella es más evidente la perdida de volumen óseo (53%) en varones con edades de 30 a 80 años. La L3 de fácil acceso, no se sobrepone con las costillas ni con la cresta iliaca.

Masculinos / Muerte / traumatismo cráneo encefálico / heridos por arma de fuegoInfarto al miocardio / Pancreatitis /

SIN ENFERMEDAD ÓSEA APARENTE

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EDAD( años)

DMO (mg/cm3)

CAMBIOS MORFOLOGICOSPOR TAC

30-39

1) 1.4 DS 2) Normal3) 2.4 DS

1) Sin cambios morfológicos2) Microfracturas3) Microfracturas

40 -49

1) 2.1 DS 2) 2.5 DS 3) 2.4 DS

1) Osteofitos, microfracturas2) Osteofitos, microfracturas3) Esclerosis, microfracturas

50-59

1) 4.3 DS 2) 3.1 DS 3) 4.0 DS

1) Osteofitos, microfracturas2) Osteofitos, microfracturas3) Esclerosis, microfracturas

60-691) 0.3 DS 2) 4.0 DS 3) 4.0 DS

1) Osteofitos, disminución de tamaño 2) Esclerosis, microfracturas3) Microfracturas

70-791) 2.4 DS 2) 2.4 DS 3) 2.0 DS

1) Disminución de la altura, esclerosis 2) Osteofitos, esclerosis 3) Microfracturas, esclerosis

Resultados

DMO en vertebras de cadáver con TAC

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Cambios macroscópicos de la morfología vertebral

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30-39 años

40-49 años

↓6.47%

50-59 años

↓9.43 %

60-69 años

70-79 años

↓ 13.38 %

↓ 22.04%

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Resultados

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30-39 – único grupo que presento DMO normal- grosor trabecular de 200 mm. - coeficientes de correlación positivos para iones Ca, P, Mg y Na. - cambios morfológicos: microfracturas / remodelación ósea.

40-49 y 50-60 , presento DMO anormal - grosor trabecular de 185 mm.- coeficientes de correlación negativos Ca-Na y P-Na.

70-79 mayor cantidad de calcio, - grosor trabecular de 156 mm- coeficientes de correlación negativos Ca-Mg, P-Mg. - presencia de osteofitos y esclerosis ( procesos degenerativos óseos)

Espesor trabecular / Elementos químicos

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Resultados

Resultados

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Módulo elástico, E

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Fractales

Resultados

Normal

Osteopenia

Osteoporosis

- Cuantificación de la red trabecular usando el concepto de la geometría fractal -

Superficie fractal

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428

372

424

Procesamiento Imagen integrada

Conclusiones

14/15Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación

Hemos realizado un estudio retrospectivo, a pequeña escala, de los

parámetros que determinan la “calidad ósea” de varones mexicanos

de entre 30 y 70 años, abarcando tanto la calidad del material

como su distribución espacial.

Los resultados revelan que a partir de los 40 años los cambios

degenerativos que se dan en el tejido óseo de los varones

mexicanos son más altos en comparación a la media mundial.

Conclusiones

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Para desarrollar un método no invasivo para medir la calidad ósea,

con una sola prueba, se necesita tener una relación que nos indique

como encuentra tanto el proceso biomecánica como el metabólico

del tejido óseo.

Ya que cualquier anomalía de los factores que se incluyen estos

procesos provocará fragilidad ósea actuando ya sea a nivel tisular,

celular o molecular.

Estudios preliminares sugieren que relacionando los procesos metabólico a nivel molecular, en donde anomalías en la cantidad de enlaces disulfuro indican cambios en la fase orgánica del hueso, son reflejadas en proteínas similares como la colágeno y la queratina.

Así que una simple prueba en la piel, cabello o uñas nos indicaríala calidad ósea que tenemos.

Investigadores Dra. Margarita Navarrete Montesinos, Laboratorio de Pruebas no Destructivas, II. UNAMM. en C. Lilia Solís Arrieta, Lab. de Morfología Celular y Molecular, INR, SSADra. Hilda Villegas Castrejón, Lab. de Morfología Celular y Molecular, INR, SSA

Estudiantes: Enrique Cedillo RamírezJosé Roberto Alvarado MaldonadoJosé Rogelio Valdés Herrera Jesús Romero Salomé

Trabajos: Mater. Res. Symp. Proc. Vol. 1242, S4-P81, 133-138. (2010). M Navarrete, Develan secretos de la Osteoporosis masculina

(www.invdes.com.mx, La Jornada digital. Investigación y desarrollo ID Characterization of trabecular bond by fractal dimension, XIXI International Materials

Research Congress, 8pp, 2010Mechanical and Mineral properties of osteoporotic trabecular bone samples from

Mexican men, XVIII International Materials Research Congress, 2009.Caracterización ultrasónica de la vértebra L3 para el estudio de la osteoporosis en hombresMateria 2007.

Participantes

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