Osteoporose por desuso: aplicação na reabilitação do lesado medular

Resumos

Osteoporosis is a very much frequent metabolic disease among spine cord injuried patients. Their rehabilitation can be jeopardized by this disease, due to the possibility of fractures of the osteoporotic bones. Osteoporosis in spine injuried patients is related to the disuse caused by palsy, which leads to less mechanic stress over the bones, and as a consequence, less bone formation stimulation, with a not proportional bone absorption, which makes bone fragile. Thus, alternative non pharmacological treatments based on bone biomechanics principles are under study, which include an analysis of weight bearing caused by neuromuscular electrical stimulation (NMES) and low intensity ultra sound. This article is proposed to explain the importance of mechanic stimulation over the bones and the consequences of its absence, with an emphasis on spine cord injuried patients, and to discuss alternative treatments already studied.

Osteoporosis; Spine Cord Injuried Patients; Bone Biomechanics; NMES; Ultrasound

ARTIGO DE REVISÃO

Osteoporose por desuso: aplicação na reabilitação do lesado medular

Daniela Cristina Leite de Carvalho^I; Mariângela Martins de Carvalho^II; Alberto Cliquet Jr^III

^IFisioterapeuta - Aluna de Mestrado do Curso de Pós-Graduação Interunidades Bioengenharia (EESC/FMRP/IQSC-USP)

^IIFisioterapeuta do Serviço de Fisioterapia e Terapia Ocupacional do Hospital das Clínicas - UNICAMP. Aluna de Mestrado do Departamento de Ortopedia e Traumatologia - FCM-UNICAMP.

^IIIProfessor Titular EESC-USP/ FCM -UNICAMP

RESUMO

A osteoporose é uma doença óssea metabólica muito freqüente em pacientes que sofreram lesão medular. Seu aparecimento pode prejudicar os tratamentos de reabilitação destes pacientes, devido à possibilidade de ocorrência de fraturas em seus ossos osteoporóticos. A osteoporose em lesados medulares está relacionada com o desuso causado pela paralisia, a qual provoca diminuição da tensão mecânica sobre os ossos, e consequentemente, diminuição do estímulo à formação de osso com aumento desproporcional da reabsorção óssea, tornando o osso mais frágil.

Assim, tratamentos alternativos não farmacológicos, baseados no princípio biomecânico do osso, estão sendo estudados, os quais incluem a análise da sustentação de peso causada pela estimulação elétrica neuro-muscular (EENM), e o ultra-som de baixa intensidade. Este artigo propõe explicar a importância do estímulo mecânico sobre os ossos e as conseqüências de sua ausência, com ênfase nos pacientes lesados medulares. Além de mostrar tratamentos alternativos que têm sido estudados.

Descritores: Osteoporose, Lesados Medulares, Biomecânica do Osso, EENM, Ultra-som.

INTRODUÇÃO

A osteoporose tem aparecido como grande problema de saúde pública, sendo principalmente atribuída ao aumento de expectativa de vida, aumentando assim, doenças relacionadas com a idade avançada. No entanto, a osteoporose tem etiologia multifatorial⁽¹⁾, podendo também estar presente em lesados medulares.

A lesão medular acarreta alterações em vários sistemas orgânicos, incluindo metabolismo de cálcio e o sistema ósseo⁽¹¹⁾. A lesão medular inclui perda da função motora, geralmente irreversível, e diminuição da tensão mecânica sobre os ossos, devido à paralisia.

Embora parte da patofisiologia da osteoporose em lesados medulares seja atribuída ao desuso simples, esta se difere da osteoporose tradicional pelo fato do sistema neuromuscular, relacionado com outros sistemas do corpo estarem modificados para sempre. Acredita-se que as alterações provocadas pela falta de suporte de peso é muito mais prejudicial ao esqueleto que a falta de hormônio ovariano. Remoção aguda de carga mecânica causa uma diminuição mensal de 3% a 6% na massa dos ossos sob desuso, enquanto falta aguda de estrógeno causa diminuição anual de 4% a 5% de massa óssea⁽¹⁰⁾.

O quadro clínico de osteoporose ocorre pelo aumento desproporcional da reabsorção óssea, por suprimir o controle inibitório sobre osteoclastos, ocorrendo desequilíbrio no remodelamento ósseo⁽¹⁸⁾, e talvez pelo aumento local de IL-6, abaixo do nível de lesão, em pacientes paraplégicos⁽¹⁰⁾.

Desta forma, o organismo não consegue fazer o remodelamento ósseo na mesma proporção que ocorre reabsorção, tornando o osso mais frágil e menos capaz de resistir a compressão e à torção, o que aumenta à incidência de fraturas. A redução na massa óssea é associada com uma obrigatória perda de estrutura óssea e, consequentemente, diminuição da força óssea. Portanto, a microarquitetura óssea tem importante função em determinar as propriedades mecânicas dos ossos.

Outros estudos têm demonstrado que em pessoas com lesão medular crônica o conteúdo mineral ósseo, comparado a indivíduos normais, diminui em 25%, no fêmur proximal, e em 50% na tíbia proximal⁽³⁾.

Segundo JONES et al, 1998, pacientes paraplégicos só possuem 70% do conteúdo mineral ósseo (BMC) encontrado no grupo controle. Estas mudanças podem ser regionais.

Tanto em pacientes paraplégicos quanto tetraplégicos, a queda óssea é notada em todo esqueleto, exceto no crânio, principalmente nas extremidades inferiores, os quais encontram-se osteopênicos.

Portanto, muitos estudos têm sido realizados na tentativa de melhorar ou prevenir o quadro de osteoporose em lesados medulares. Assim, proporciona um tratamento de reabilitação mais seguro e eficiente para o paciente.

BIOMECÂNICA DO OSSO

A deposição de osso é parcialmente regulada pela quantidade de tensão imposta ao osso. Ossos com maior tensão e maior curvatura apresentam osteoblastos mais ativos, e assim, ossos mais fortes e mais resistentes. Enquanto ossos não submetidos à tensão, como os ossos de uma pessoa acamada, enfraquecem-se⁽²²⁾. Portanto, a osteoporose por desuso acredita-se ocorrer pela falta de sustentação de peso e de atividade física, provocando uma diminuição no estímulo mecânico necessário para crescimento e remodelamento ósseo.

Carga mecânica promove deformação no osso, e conseqüentemente gera um estímulo para uma resposta óssea local, já postulado por WOLLF em 1870. A força externa aplicada, por unidade de área do osso, pode ser classificada como compressão, tração e cisalhamento, e estas forças aparecem de forma combinada sob carga⁽⁴²⁾. Estas forças são expressas em unidades de Pascal. Deformação é o resultado da força externa sobre o osso, e é definida pela porcentagem de deformação do osso ou deformação relativa, podendo ser expressa em porcentagem ou em mdeformação.

Atividades diárias geram forças nesses tecidos e essas forças são ampliadas durante a prática de esportes como, atletismo e exercícios pesados⁽⁶⁾. O esqueleto humano responde de formas diferentes dependendo da magnitude, distribuição e freqüência de tensão geradas nos ossos, além de possuir diferentes propriedades quando se aplica carga em direções diferentes, sendo classificado como anisotrópico⁽⁴²⁾. Estímulo mecânico dinâmico é mais eficaz para a formação de osso, pois sob cargas estáticas, as células ósseas se acomodam, tornando-se menos responsivas aos estímulos⁽⁴¹⁾.

O aumento da massa óssea relacionada à atividade física e a diminuição de massa óssea observada em pacientes acamados e em lesados medulares comprovam a grande influência do estímulo biofísico sobre o esqueleto. Portanto, o esqueleto humano é sensível aos estímulos físicos e ambientais e responde a eles através de alterações tanto na massa óssea quanto na arquitetura óssea⁽¹⁴⁾.

Os ossos e tecidos conjuntivos quando deformados geram potenciais elétricos locais, denominados "potenciais gerados por deformação" (SGPs). Esta deformação gera gradientes de pressão dentro dos canalículos e conseqüente deslocamento do fluxo de fluido intersticial existente neles⁽¹⁴⁾. Provavelmente, as células respondem a micro-pressões provenientes de cargas mecânicas. Formas diferentes de compressão sobre células podem gerar respostas diferentes⁽²⁷⁾. Estudos sugerem que a geração deste fluido é importante para que o osso perceba e responda aos estímulos mecânicos^(5,14). O fluxo cria força de cisalhamento sobre a membrana celular de osteócitos. Acredita-se que osteócitos agem como sensores de tensão ósseo local. O aumento da deformação óssea provoca aumento do fluxo de fluido intersticial (Fig 1).

Qualquer que seja a fonte de SGPs, sua principal importância é o possível papel na sobrevida do tecido⁽²⁾.

Campos eletromagnéticos aplicados sobre o osso podem exercer efeito direto sobre células ósseas, uma vez que estudos in vivo, mostraram inibição de reabsorção óssea e estímulo de formação óssea⁽²⁸⁾. Estudos, in vitro, mostraram que osteoblastos sob força de fluido de cisalhamento aumentam os níveis de trifosfato inositol (segundo mensageiro que dispara a liberação de íons cálcio do retículo endoplasmático), AMP cíclico e prostaglandina E.

SGPs e fluxo de fluido podem produzir um número de respostas pelos osteoblastos, incluindo ativação de canais, na membrana celular, aqueles que são operados por voltagem. Outra forma de estímulo é aquele promovido pela ligação da matriz óssea às células. Assim, deformação mecânica na matriz óssea é transmitida para as células ósseas, o que possibilita alterações na regulação da proliferação celular, diferenciação, morfogênese e expressão genética⁽¹⁴⁾.

Os canais de cálcio de osteoblastos podem ser estimulados sob estiramento, possibilitando aumento de cálcio intracelular, o que permite aumento na liberação da reserva de cálcio intracelular para a matriz óssea⁽¹⁴⁾.

Sabendo-se que a deformação ocorrida no osso é da ordem de poucos angstroms, talvez o melhor mecanismo de interação seja através da geração de fluxo de fluido, o qual permite aumento de nutrientes e de transporte metabólico dentro dos canalículos dos ossos.

Deformação parece reduzir reabsorção óssea e estimular formação óssea na região submetida à carga⁽²¹⁾. PEAD & LANYON, 1989 observaram número aumentado de osteoblastos formando osso localmente, na região do periósteo, em resposta à carga.

No osso, ocorre o processo de mecanotransdução, ou seja, conversão de estímulo biofísico em um sinal capaz de ser entendido pela célula, a qual obedece uma sequência de acontecimentos⁽¹⁴⁾. Primeiro deve ocorrer a conversão da força mecânica aplicada no osso em um sinal local mecânico que possa ser entendido por um sensor celular.

Nos ossos, as cargas mecânicas geradas por atividades físicas diárias causam deformações no tecido na ordem de 400 a 2000 microdeformações. Durante atividades extenuantes, os ossos podem alcançar tensões de 1500-2000 microdeformações e começa a entrar em falência sob tensões de 7000 microdeformações. A freqüência da carga é proporcional à razão de tensão dentro do tecido ósseo, sendo, aproximadamente, proporcional ao grau de adaptação óssea. Não ocorre aumento da formação óssea com forças externas menores que 0,5 Hz, mas quando a freqüência aumenta para 2 Hz a formação óssea aumenta em 4 vezes⁽⁴³⁾.

Ausência de carga mecânica promove reabsorção óssea aumentada, enquanto uma aplicação de 1000 microdeformações no tecido ósseo na freqüência de 100 ciclos de carga diário inibe reabsorção óssea e mantém massa óssea⁽³⁷⁾. Tensões mecânicas acima de 1000 microdeformação promove aumento na formação óssea, o que gera aumento da massa óssea^{(37, 44)}.

Após o sensor celular captar o estímulo deve ocorrer a conversão deste sinal local capturado para um sinal bioquímico que, posteriormente, interferirá no mecanismo celular. Este processo ocorre através das influências causadas pelo fluxo de fluido intersticial explicado acima⁽¹⁴⁾.

A terceira fase inclui a transmissão de sinais bioquímicos, ou seja, o caminho pelo qual o sinal bioquímico captado pelas células sensores é transmitido para células efetoras, as quais aumentam a atividade osteogênica depois de estímulo mecânico. Pode ocorrer pelos osteoblastos de superfície (respondem por 5% das células de superfície) que captam e respondem ao sinal de maneira a formar osso. No entanto, devido a pequena quantia de osteoblastos ativos na superfície óssea, acredita-se que os osteócitos enviam sinais bioquímicos (prostaglandinas, fatores de crescimento similares à insulina) para células osteoprogenitoras e osteoblastos através de seus canalículos, os quais permitem comunicação entre as células. Osteócitos não podem proliferar e produz grande quantidade de matriz óssea⁽¹⁴⁾.

Sob estímulo mecânico, as células mecanossensíveis, como osteoblastos, aumentam os níveis de segundo mensageiro, geralmente com elevação rápida de AMPc, o qual está associado com crescimento e proliferação^(39,46).

Assim, de 3 a 5 dias após a aplicação de carga mecânica, in vivo, observa-se aumento da aposição de colágeno e matriz mineral, tempo necessário para que ocorrem os mecanismos intermediários entre o estímulo mecânico e a formação óssea^(12,20,33).

Portanto, é observado que a resposta óssea está relacionada com a deformação gerada no tecido ósseo, e assim, ocorrerá uma adaptação proporcional à carga aplicada. Estas observações mostram que campos elétricos podem ter efeitos anabólicos sobre o tecido ósseo.

TRAUMA RAQUI MEDULAR

Imobilização ou desuso é uma condição conhecida que pode ser associada com uma diminuição de massa óssea.

Em pacientes que sofreram alterações neurológicas associadas com paralisias crônicas, como o trauma raqui medular o período de desuso não é revertido.

O mais precoce sinal de perda óssea em pessoas com trauma raqui medular aparece na urina, como relatou Minare, 1974, pesquisando picos de hipercalciuria na 15ª semana após a lesão medular em sua população.

Claus-Walker, 1975 acompanhou 32 pacientes quadriplégicos e encontrou elevados níveis de fósforo, cálcio e hidroxyprolina em amostras de urina, dias após a lesão medular, os quais continuaram elevados por 18 meses.

A diminuição de densidade mineral óssea do fêmur pode ser detectada no período de 4 a 16 meses após o trauma raqui medular. Em lesões completas de medula se observa uma maior perda óssea nos primeiros quatro meses, que deve ser consequência das alterações metabólicas sofridas pelos pacientes. Em dezesseis meses a massa óssea se reduz a dois terços da quantidade original⁽¹⁸⁾, sendo que no período entre dezesseis meses a dez anos a perda de massa óssea se estabiliza, e assim, massa óssea é conservada^(18,40).

Finsen et al 1992, mostraram que o grau de osteoporose aumentou com o passar do tempo, desde o acidente que causou a lesão medular. Diante do fato conhecido de que a diminuição de massa óssea nos indivíduos que sofreram lesão medular é seguida por osteoporose nos ossos abaixo do nível da lesão, Kristjan et al em 1981 concluíram que a ocorrência de fraturas em membros inferiores após a lesão medular é surpreendentemente rara, documentada somente em 23 (4.0%) de 578 lesados medulares admitidos no Institute of Rehabiliotation Medicine, na New York University, durante 9 anos, e 44 (1.45%) de 3027 pacientes registrados no National Spinal Cord Injury Data Research Center em Phoenix, Arizona por um período de 5 anos.

Segundo o DEPARTMENT OF PHYSICAL MEDICINE AND REHABILITATION, 1997, pacientes com lesões completas têm dez vezes mais chances de sofrer uma fratura quando comparado com lesões incompletas devido à redução de massa óssea sofrida ficar próxima do limiar de fratura.

Mesmo que o número de fraturas não seja considerável em pacientes com lesão medular, este risco existe.

Como o desenvolvimento da osteoporose é bastante significativo, tentativas para reverter ou diminuir a osteoporose em pacientes com lesão medular tem sido uma preocupação de muitos pesquisadores.

Needham-Shropshire et al, 1997 estudaram 16 pacientes com lesão motora e sensorial completa de nível torácico, a idade média dos participantes foi de 28.8 anos e a média de tempo após a lesão foi de 3.8 anos. Foram realizadas 32 estimulações neuromuscular funcional usando um sistema comercial disponível durante 12 semanas. Concluíram que a carga axial combinada com estímulos no músculo e exercícios resistidos não resultaram em mudanças significativas na densidade mineral do osso em pessoas com paraplegia completa.

Em estudo realizado por MOHR, et al, 1997, com pacientes lesados medulares, utilizando-se estimulação elétrica neuromuscular (EENM), para possibilitar o treino em bicicleta ergométrica, foi observado que o treinamento quando realizado três vezes por semana, durante 30 minutos, em um período de 12 meses, aumentou em 10% a densidade mineral óssea (BMD) da tíbia proximal, sem diferenças na BMD do colo femural e da coluna vertebral. No entanto, quando treinamento passou a ser realizado uma vez por semana, durante seis meses, BMD da tíbia proximal retornou a valores antes do treinamento. O aumento da massa óssea tibial não alterou os marcos bioquímicos de queda óssea, talvez devido ao pequeno aumento conseguido não produzir mudanças sistêmicas mensuráveis. Entretanto, com a EENM ocorre aumento da força muscular em um período relativamente curto⁽²⁴⁾.

Tentativas para reverter o quadro de osteoporose utilizando-se dietas e drogas não apresentaram muito sucesso. Assim, entre os tratamentos existentes, o ultra-som e a EENM estão sendo estudados para serem utilizados como possíveis tratamentos alternativos.

No Departamento de Ortopedia e Traumatologia do HC-FCM-UNICAMP, está sendo desenvolvido estudo relacionado ao uso de estimulação elétrica neuromuscular (EENM) em pacientes que sofreram lesão medular e desenvolveram paraplegia. O controle da osteopenia ou osteoporose, nestes pacientes, é avaliado através da densitometria mineral óssea antes e após os pacientes terem sido submetidos ao ortostatismo e marcha através da EENM.

DENSITOMETRIA MINERAL ÓSSEA (DMO)

A medida de massa óssea utilizada por pesquisadores foi a densitometria mineral óssea (DMO)^{(3,9,31,36,45)}. Esta técnica atualmente é considerada como padrão em função de sua precisão, duração, segurança e custo.

As regiões padronizadas para o exame, em geral, são: coluna lombar, fêmur proximal, rádio distal e corpo todo⁽³⁴⁾. Em pesquisa com pacientes portadores de lesão medular, normalmente a densitometria óssea é medida na coluna lombar e região proximal do fêmur.

Na densitometria mineral óssea dos membros inferiores em uma população normal, não há diferença significativa entre o lado direito e o lado esquerdo⁽³⁾, por esta razão é aferida a região do fêmur direito nos pacientes com lesão medular. Os resultados são expressos em valores absolutos ou gramas por centímetro quadrado de densidade mineral óssea (DMO) e em valores relativos ou desvios-padrão (DP) e porcentagem.

Os valores expressos em percentuais correspondem à perda de massa óssea:

• (T) = em relação a uma população de jovens de mesmo sexo, peso e grupo étnico

• (Z) = em relação a pessoas da mesma idade, sexo, peso, grupo étnico e altura.

A atual classificação densitométrica de perda de massa óssea aceita, em 1994, pela Organização Mundial da Saúde baseia-se no índice T e compreende:

• até -1DP: normal

• de -1,0 a -2,5DP: osteopenia

• abaixo de -2,5DP: osteoporose

Os limiares para fratura ocorrem com valores de DMO abaixo de 3,5 DP.

As contra-indicações para o exame são:

• gravidez, em função da exposição aos raios X.

• exame recente com radioisótopos.

• presença de implantes ou materiais metálicos no local do exame.

• impossibilidade de posicionamento correto do paciente na mesa de exame.

ULTRA-SOM

O ultra-som é uma forma de energia mecânica, transmitida para dentro do corpo em ondas de pressão acústica de alta freqüência, capaz de promover a osteogênese. As deformações micro-mecânicas, ocorridas no tecido ósseo, por ação do ultra-som podem agir como sinalização para a formação de tecido ósseo. As respostas ósseas ocorridas com a utilização do ultra-som são similares àquelas ocorridas sob carga mecânica.

Há evidências de que o ultra-som de baixa intensidade pode acelerar a regeneração óssea^(8,13,15,50).

Estudos mostraram que o ultra-som de baixa intensidade apresentou efeito direto e persistente sobre o fluxo sangüíneo, com aumento na vascularização em regiões fraturadas em modelo animal^(19,35). Experimentos, in vitro, sugerem que o ultra-som de baixa intensidade pode alterar o fluxo de íons cálcio nos primeiros segundos após a aplicação⁽⁴⁾, além da possível alteração na síntese de fator b transformador do crescimento, colágeno tipo I, expressão de genes específicos envolvidos no processo de reparo ósseo e hormônios paratiroideanos, observados em estudos in vitro^(38,49,51).

O ultra-som de baixa intensidade pode também acelerar o reparo ósseo em pacientes com doenças que interferem na cura óssea. Resultados promissores foram encontrados na aceleração de cura em pacientes diabéticos (92%), osteoporóticos (95%), em dependentes de álcool e drogas (92%), e naqueles que utilizam medicamentos que prejudicam o restabelecimento ósseo⁽¹⁷⁾.

Estudos mostraram que tratamento com ultra-som aumentou conteúdo mineral ósseo, pico de torque e rigidez, além de acelerar o processo de ossificação endocondral⁽²³⁾.

Baseados nos achados científicos, que mostraram a eficácia do tratamento com ultra-som de baixa intensidade para a aceleração do reparo de fraturas ósseas e pseudoartroses, além do aumento da força óssea observado em estudos experimentais em modelos animal⁽⁴⁷⁾, estamos estudando os efeitos do ultra-som de baixa intensidade para a melhora ou estabilização do quadro de osteopenia em modelo de rata ovarectomizada.

CONCLUSÕES

Devido à grande incidência de osteoporose e conseqüêntes implicações decorrentes dela, faz-se necessário tratamentos alternativos que objetivam melhora ou estabilização do quadro clínico. Assim, estudos adicionais, utilizando EENM e ultra-som de baixa intensidade, continuam sendo realizados para observar seus efeitos na osteoporose.

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* Trabalho realizado na Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo (USP) no curso de Pós-Graduação Interunidades Bioengenharia e no Ambulatório do Departamento de Ortopedia e Traumatologia da Faculdade de Ciências Médicas- UNICAMP.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  20 Fev 2006
• Data do Fascículo
  Set 2001