Estudio de la Microarquitectura ósea. Nuevos métodos ... · Distal radius: Luego de la menopausia...
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Estudio de la Microarquitectura ósea.
Nuevos métodos diagnósticos: XTREME CT
Dra. Ma. Belén Zanchetta
Cátedra de Osteología y Metabolismo Mineral
Universidad del Salvador
Objetivos
Microarquitectura ósea: hueso cortical y trabecular, cambios con la edad y el remodelado.
¿Cómo podemos medir la microarquitectura ósea? ¿ Qué es y qué mide la tomografía computada periférica de alta resolución?
Experiencia clínica
La densitometría (DXA) es el método de elección para estimar
el riesgo de fracturas osteoporóticas, realizar el
diagnóstico de osteoporosis y evaluar la eficacia del tratamiento
Limitaciones de la DXA
Muchas fracturas ocurren en mujeres con masa ósea
densitométrica normal.
Las mejoras densitométricas explican solo una parte
de la eficacia antifractura de la mayoría de los
tratamientos osteoactivos.
Parte de las limitaciones de la técnica pueden
adjudicarse a la medición planar ( no volumétrica )
y a su imposibilidad de diferenciar entre el
compartimento cortical y trabecular.
La Osteoporosis es una
enfermedad esquelética
sistémica caracterizada por
baja masa ósea y deterioro
de la microarquitectura con
una consecuente disminución
de la resistencia ósea.
MICROARQUITECTURA OSEA
Concepto de calidad ósea
Masa Ósea
Distribución de la Masa Geometría
Microarquitectura
Resistencia a la Fractura
Re
mo
de
lad
o
Propiedades Materiales Mineralización
Calidad de la Matriz
Micro daño
Concepto de calidad ósea
Masa Ósea
Distribución de la Masa Geometría
Arquitectura
Resistencia a la Fractura
Re
mo
de
lad
o
Propiedades Materiales Mineralización
Calidad de la Matriz
Micro daño
XT
RE
ME
- C
T
Osteoporosis
Osteoporosis Severa
Normal
Cortesia Dr. A. Boyde
Una vértebra sana puede soportar hasta 1000 kgs
Una vertebra osteoporótica solo 120kgs
La microarquitectura ósea es la distribución del volumen óseo en
el espacio tridimensional
El Rol de la Estructura Trabecular
1 X 16 X
Bell GH et al. Calcif Tissue Res 1: 75-86, 1967
Resistencia a la compresión de trabeculas conectadas y
desconectadas
Reproducido de Seeman E Advances in Osteoporotic Fracture Management 2:2-8; 2002
y Currey JD J Biomechanics 12: 459-469; 1979
Hueso cortical Hueso trabecular
Imágenes de Radio y Tibia Ultra distal usando HR-pQCT
Hueso cortical Cortical Trabecular
Proporción de la masa ósea total
80% 20%
Remodelado 20% 80%
Hueso cortical Cortical Trabecular
Proporción de la masa ósea total
80% 20%
Remodelado 20% 80%
Localización diáfisis de los huesos largos
región intertrocantérica del fémur (50%) , vertebras (90%) muñeca (25%)
Mayor pérdida Predomina después de los 65 años
Predomina en los primeros 10 a 15 años de la menopausia
80% de la masa ósea total
20% del remodelado
20% de la masa ósea total
80% del remodelado
El exceso de remodelado produce adelgazamiento y perforación de las trabéculas
Remodelado & Hueso trabecular
PLATE LIKE
viga
rectangular
ROD LIKE
varilla cilíndrica
Remodelado & Hueso Cortical
Remodelado Normal Exceso de remodelado
30
25
20
15
10
5
0
10-19 20-29 30-39 40-49 50-59 60-69 70-79 80-89
Mujeres
Edad
PO
RO
SID
AD
(%
)
Bousson V, et al. J Bone Miner Res 2001; 16: 1308-1317
La edad aumenta la porosidad cortical
Porosidad Cortical
Kostenuik P et al. Bone. 2011; doi:10.1016/j.bone.2011.03.769
50 mg/kg
DMAb OVX VEHICLE
Porosidad cortical estimada por HR-pQCT
* p < 0.0001
4%
22%
Mean
bo
ne l
oss
(m
g h
yd
rox
ya
pati
te)
90
80
70
60
50
0
40
30
20
10
Cortical loss
Trabecular loss
50−64 years 64−79 years ≥80 years
*
*
Distal radius:
Luego de la menopausia las mujeres pierden primariamente hueso trabecular, mientras que mas adelante predomina la
pérdida de hueso cortical
29-year-old woman.
67-year-old woman.
90-year-old woman.
70% de la pérdida ósea en el esqueleto periférico se debe al hueso cortical
Cu
mu
lati
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te)
0
10
70
60
50
40
30
20
80
5064 years 6579 years >80 years
Cortical bone loss
Trabecular bone loss
7.3
9.7
57.5
72.1
34.3
*
*
32.6
Remodelling of cortical
and trabecular bone
Zebaze RM et al. Lancet 2010:9727:17291736
* p < 0.001
Relevancia del hueso Cortical
• 80% del hueso es cortical
• 80% de las fracturas en mujeres mayores de 65 años son no vertebrales
• 70% de la pérdida ósea en el esqueleto periférico se debe al hueso cortical
• Zebaze R. Intracortical remodelling and porosity in the distal radius and post-mortem femurs of
women: a cross-sectional study. Lancet 2010;375:1729–36.
Edad y Hueso Cortical
20 40 60 80 100
Age
Umbral de estabilidad
Corteza demasiado
fina para el diámetro
Invasivo:
• Biopsias de cresta ilíaca
• MicroTC de biopsias…….. Resolución 8µm
Gold standard, volumétrico, en 3 dimensiones.
No invasivo:
• Tomografía (QCT o HRpQCT)
• RMN
¿Cómo se puede medir la microarquitectura ósea?
Análisis de elementos finitos (F.E.A., FINITE ELEMENT ANALYSIS)
32
• Se asignan propiedades materiales a cada elemento y se aplican fuerzas externas al modelo completo como un todo.
0
1
2
3
4
5
6
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
Ren
dim
ien
to b
ajo
est
rés
com
pre
sivo
(M
Pa)
Densidad QCT (g/cm3)
S YLD
=61.4 QCT 1.56
r 2
=0.78; n=53
F.E.A. y análisis de fortaleza vertebral
Fuente: Kopperdahl and Keaveny. JOR. 2002.
a
Adquisición y Parámetros En cada adquisición, el sistema realiza 110 cortes
paralelos con una resolución de 82 µm, permitiendo una representación 3D de aproximadamente 9 mm en
dirección axial. La dosis efectiva es menor a 3 µSv, con un tiempo de
adquisición de 3 minutos.
Densidad VOLUMÉTRICA
Sectores cortical y trabecular por separado
Parámetros de microarquitectura
Porosidad intracortical
Rigidez
D cortical
Densidad Volumétrica
Total (D100)
Densidad cortical (D comp)
Densidad trabecular (D trab)
Densidad
Volumétrica Total
D trabecular
Parámetros densitométricos
Parámetros Estructurales
Volumen óseo sobre volumen total (BV/TV)
Número, espaciamiento y espesor trabecular
Heterogeneidad del tramado trabecular
Espesor de la corteza cortical
Índices Estructurales
Volumen óseo
BV/TV
Tb.N
Tb. Th Tb.Sp
Tb.Sp.SD
Espesor Cortical
Reprod. de Jiang et al. J Bone Miner Res 18:1932-1941, 2003
PARÁMETROS OBTENIDOS ESTRUCTURALES
Obtención de BV/TV
Si 1200 mgHA/cm3………100%
D trab obtenida……………x
Por ej Dtrab: 63,5 mgHA/cm3
63,5 . 100/ 1200 : 5,29 %
Tb N MEDIDA DIRECTA
Tb Th: BV/TV/ Tb N
Tb Sp: 1-BV/TV/Tb N
Tb. Sp SD desvio standard de la separación trabecular
Reproducibilidad (Obtenida de 3 mediciones en 30 mujeres con dxa normal
y de 2 mediciones distintas en 26 mujeres
postmenopáusicas con OP)
Radio sanas
Radio OP
Tibia sanas
Tibia OP
BMD total 0.8 1,23% 0,4% 0.83%
BMD cortical
0.4 % 0.57% 0.2% 0.29%
BMD trabecular
0.8% 1.65% 0,6% 1.51%
Reproducibilidad (Obtenida de 3 mediciones en 30 mujeres con DXA normal
y de 2 mediciones distintas en 26 mujeres
postmenopáusicas con OP)
Radio sanas
Radio OP
Tibia sanas
Tibia OP
Tb.N 3.56% 4% 3.39% 3.2%
Tb.Th 3.31% 3.6% 2.98% 3.2%
Tb.Sp 3.56% 4 % 3.36% 3.3%
Tb.Sp.SD 4.43% 4.4% 4.59% 3.2%
Ct.Th 2.66% 1.1% 0.82% 0.6%
BV/TV 1.65% 0.7% 1.51% 0.5%
Limitaciones
Mediciones periféricas: ¿Representan al
esqueleto central ?
Alto costo
Entrenamiento en el análisis
Poca disponibilidad
Falta de estándares de normalidad
Limitaciones
Bone Density, Geometry, Microstructure and Stiffness:
Relationships Between Peripheral and Central Skeletal Sites
Assessed by DXA, HRpQCT, and cQCT in Premenopausal
Women
X. Sherry Liu, E. Shane,Columbia University y San Francisco,
UCLA. JBMR 2010.
Bone Density, Geometry, Microstructure and Stiffness:Relationships Between Peripheral and Central Skeletal Sites Assessed byDXA,HRpQCT, and cQCT in
Premenopausal Women
Limitaciones
Bone Density, Geometry, Microstructure and Stiffness:
Relationships Between Peripheral and Central Skeletal Sites
Assessed by DXA,HRpQCT, and cQCT in Premenopausal
Women
X. Sherry Liu, E. Shane,Columbia University y San Francisco,
UCLA. JBMR 2010.
Los resultados sugieren que la densidad volumétrica, las
variables de microarquitectura y las propiedades mecánicas
medidas por HR-pQCT en el radio y en la tibia reflejan la
competencia mecánica del esqueleto central