Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΩΝ ΝΕΩΝ ΕΞΕΙ ΙΚΕΥΜΕΝΩΝ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΟΣΤΙΚΩΝ ΕΙΚΤΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΟΣΤΕΟΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΕΝ ΟΠΡΟΘΕΣΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΟΣ Γ ΟΡΘΟΠΑΙ ΙΚΗ ΚΛΙΝΙΚΗ Α.Π.Θ. Γ.Ν. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ <<ΠΑΠΑΓΕΩΡΓΙΟΥ >> ΙΕΥΘΥΝΤΗΣ : ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ. ΚΑΠΕΤΑΝΟΣ ΠΑΝΕΠ. ΕΤΟΣ Αριθµ Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΩΝ ΝΕΩΝ ΕΞΕΙ ΙΚΕΥΜΕΝΩΝ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΟΣΤΙΚΩΝ ΕΙΚΤΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΟΣΤΕΟΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΕΝ ΟΠΡΟΘΕΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΙΟΥ Ι. ΚΕΝΑΝΙ Η ΙΑΤΡΟΥ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΟ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

2 2

3 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΟΣ Γ ΟΡΘΟΠΑΙ ΙΚΗ ΚΛΙΝΙΚΗ Α.Π.Θ. Γ.Ν. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ <<ΠΑΠΑΓΕΩΡΓΙΟΥ >> ΙΕΥΘΥΝΤΗΣ : ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ. ΚΑΠΕΤΑΝΟΣ ΠΑΝΕΠ. ΕΤΟΣ Αριθµ Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΩΝ ΝΕΩΝ ΕΞΕΙ ΙΚΕΥΜΕΝΩΝ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΟΣΤΙΚΩΝ ΕΙΚΤΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΣΤΗΝ ΟΣΤΕΟΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΕΝ ΟΠΡΟΘΕΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΙΟΥ Ι. ΚΕΝΑΝΙ Η ΙΑΤΡΟΥ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΥΠΟΒΛΗΘΗΚΕ ΣΤΟ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΤΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΟΥ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

4 Η ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΠΕΤΑΝΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΠΕΤΣΑΤΩ ΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΚΑΡΑΤΖΑΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Η ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΠΕΤΑΝΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΠΕΤΣΑΤΩ ΗΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΚΑΡΑΤΖΑΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ ΚΥΡΚΟΣ, ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΑΡΕΣ ΣΑΙΕΧ, ΑΝΑΠΛ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΠΕΡΙΚΛΗΣ ΠΑΠΑ ΟΠΟΥΛΟΣ, ΕΠΙΚ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ ΙΑΚΩΒΟΥ, ΕΠΙΚ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Η έγκρισης της ιδακτορικής ιατριβής υπό της Ιατρικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλοί αποδοχήν των γνωµών του συγγραφέως (Νόµος 5343/32, άρθρο και ν. 1268/82, άρθρο 50 8) 4

5 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΕ ΡΟΣ ΤΟΥ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΤΑΡΛΑΤΖΗΣ Κ. ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ 5

6 Στη µνήµη του πατέρα µου και στη µητέρα µου Στη σύζυγο µου Νικολέτα στα παιδιά µας Ιορδάνη και Ιωάννη -Εφραίµ για την κατανόηση και την υποστήριξη τους 6

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος Εισαγωγή ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1. Εισαγωγή Γενικού Μέρους Ανατοµική και Βιολογία Οστού 2.1. Εισαγωγή Μακροσκοπική οργάνωση του οστού Μικροσκοπική αρχιτεκτονική του οστού Θεµέλια ουσία Οστικά κύτταρα 25 α) Επενδυµατικά κύτταρα.25 β) Οστεοβλάστες...25 o To ενδοκυττάριο σηµατοδοτικό µονοπάτι Wnt...29 γ) Οστεοκύτταρα...30 o Οστικός µηχανοστάτης 32 o Οµοιοστασία φωσφόρου και επιµετάλλωση...32 δ)οστεοκλάστες Οστεοαρθρίτιδα- Αιτιοπαθογένεια 3.1. Εισαγωγή Παθολογοανατοµικές και κυτταρικές βλάβες Αιτιοπαθογένεια νόσου...41 α) Γενικά.41 β) Μηχανοβιολογία χονδροκυττάρου-μηχανισµοί ανταπόκρισης χονδροκυττάρου στη φόρτιση...44 γ) Μηχανισµοί απορρόφησης φορτίων στην άρθρωση..46 o Περιαρθρικοί µύες..46 o Τετρακέφαλος µηριαίος µυς : συµµετοχή στην οστεοαρθρίτιδα του γόνατος...47 o Υποχόνδριο οστούν 48 o Οστεοαρθριτική άρθρωση Οστεοαρθρίτιδα - Θεραπεία 4.1. Εισαγωγή Συντηρητική θεραπεία...51 α) Μη φαρµακολογική θεραπεία..51 o Άσκηση..51 o Απώλεια βάρους 52 7

8 o o Βελονισµός...52 Ηλεκτροµαγνητική θεραπεία 53 β) Φαρµακολογική θεραπεία..53 o Ακεταµινοφαίνη.53 o Μη στεροειδή αντιφλεγµονώδη φάρµακα..54 o Τοπικά µη στεροειδή αντιφλεγµονώδη φάρµακα 55 o Οπιοειδή...55 o Ενδαρθρικές εγχύσεις κορτικοστεροειδών.55 o Ενδαρθρικές εγχύσεις Υαλουρονικού Οξέος..56 o Γλυκοζαµινογλυκάνη και θειΐκή χονδροϊτίνη...57 o ιασερεΐνη Χειρουργική θεραπεία o Έκπλυση / χειρουργικός καθαρισµός άρθρωσης 58 o Οστεοτοµία άρθρωσης...59 o Αρθροπλαστική επιφανείας ισχίου Μονοδιαµερισµατική αρθροπλαστική γόνατος...60 o Ολική αρθροπλαστική ισχίου γόνατος Οστεοενσωµάτωση προθέσεων 5.1. Εισαγωγή Βιολογία της οστεοενσωµάτωσης...66 α. ηµιουργία αιµατώµατος.67 β. Περιπροθετική Οστεογένεση 67 γ. Περιπροθετική Οστική Ανακατασκευή Παράγοντες που επηρεάζουν την οστεοενσωµάτωση Παράγοντες σχετιζόµενοι µε το εµφύτευµα 74 α. Χηµική σύνθεση προθέσεων..74 o Μέταλλα...74 o Κεραµικά..76 β. Επιφάνειες προθέσεων Παράγοντες σχετικοί µε το οστικό υπόστρωµα Η µηχανική σταθερότητα και συνθήκες φόρτισης του εµφυτεύµατος Η χρήση επικουρικών θεραπειών Βιοχηµικοί είκτες Οστικής Εναλλαγής ( Β ΟΜ) 6.1. Εισαγωγή Μεταβλητότητα Βιοχηµικών εικτών Οστικού Μεταβολισµού...87 α. Προαναλυτική µεταβλητότητα.87 o Ενδοατοµική βιολογική µεταβλητότητα...88 o ιατοµική βιολογική µεταβλητότητα...88 o Συλλογή και διατήρηση δειγµάτων

9 β. Αναλυτική µεταβλητότητα Βιοχηµικοί είκτες Οστικής Παραγωγής και Απορρόφησης..90 α. είκτες Οστικής Παραγωγής.91 o Ολική Αλκαλική Φωσφατάση (ALP)- Οστικό Κλάσµα Αλκαλικής Φωσφατάσης (BALP) o Οστεοκαλσίνη.. 92 o Αµινοτελικό και καρβοξυτελικό προπεπτίδιο του προκολλαγόνου τύπου Ι (PINP,PICP). 93 o Οστεοπροτεγερίνη...94 β. είκτες Οστικής Απορρόφησης..95 o Ασβέστιο ούρων o Υδροξυπρολίνη ούρων.95 o Ανθεκτική στο άλας του τρυγικού οξέος όξινη φωσφατάση( TRAP)...95 o Πυριδινολίνη και δεοξυπυριδινολίνη ούρων...96 o ιασταυρούµενα τελοπεπτίδια ούρων του κολλαγόνου τύπου Ι o Καρβοξυτελικό διασταυρούµενο Τελοπεπτίδιο του Κολλαγόνου τύπουi (CTX)...97 o Αµινοτελικό διασταυρούµενο Τελοπεπτίδιο του Κολλαγόνου τύπου Ι (NTX) Σύστηµα RANK-RANKL-OPG.98 o H ενδοκυττάρια σηµατοδοτική οδός RANK/RANKL Κλινική σηµασία των Β ΟΜ α. ιάγνωση της µετεµµηνοπαυσιακής οστεοπόρωσης.102 β. Πρόγνωση της οστικής απώλειας γ. Πρόγνωση καταγµατικού κινδύνου δ. Επιλογή της θεραπείας ε. Παρακολούθηση στην ανταπόκριση της θεραπείας µε αντιοστεοπορωτική αγωγή 103 στ. Άλλες κλινικές χρήσεις των δεικτών οστικής εναλλαγής Υπόβαθρο Μελέτης - Βιβλιογραφία 7.1. Εισαγωγή Μελέτες ελέγχου έκφρασης δεικτών µεταβολισµού σε περιπροθετικούς ιστούς Μελέτες ελέγχου διαφορών στις συγκεντρώσεις βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στο περιφερικό αίµα µεταξύ σταθερών και χαλαρών αρθροπλαστικών Προοπτικές µελέτες καθορισµού των επιπέδων βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στο περιφερικό αίµα µετά από ολικές αρθροπλαστικές Μελέτες εκτίµησης της ακτινολογικής βαρύτητας Οστεοαρθίτιδας µε τη χρήση βιοχηµικών δεικτών 9

10 οστικού µεταβολισµού ΕΙ ΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1. Εισαγωγή Ειδικού Μέρους Σκοπός της µελέτης Υλικό- Μεθοδολογία µελέτης 3.1. Εισαγωγή Επιλογή ασθενών κριτήρια επιλογής Πρωτόκολλο Χειρουργικής και Μετεγχειρητικής Αντιµετώπισης Προσδιορισµός Βιοχηµικών εικτών Οστικού Μεταβολισµού Αρχή προσδιορισµού των βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού α. Οστεοκαλσίνη β. Οστικό Κλάσµα Αλκαλικής Φωσφατάσης.138 γ. Οστεοπροτεγερίνη δ. RANKL ε. TRAP Κλινική εξέταση Ακτινολογικός έλεγχος Τα κυριότερα δεδοµένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της µελέτης Στατιστική Ανάλυση Αποτελέσµατα 4.1. Πορεία βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού µετά από ολική αρθροπλαστική ισχίου και γόνατος Συσχέτιση βαρύτητας ακτινολογικής εικόνας ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα και επιπέδων βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στο περιφερικό αίµα ηµοσιεύσεις Συζήτηση 5.1. Εκτίµηση ενσωµάτωσης αρθροπλαστικής µε τη χρήση βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού Εκτίµηση ακτινολογικής βαρύτητας οστεοαρθρίτιδας ισχίου και γόνατος µε τη χρήση βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού Συµπεράσµατα Περίληψη Abstract Βιβλιογραφία

11 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η εκπόνηση οποιασδήποτε ερευνητικής εργασίας αποτελεί το µέσο απόκτησης βαθύτερης γνώσης, προαγωγής της έρευνας και ταυτόχρονα συνεργικής εργασίας πολλών συµµετεχόντων. Σαφώς, το µεγαλύτερο µέρος της εργασίας ανήκει στον κύριο ερευνητή. Σε καµία όµως περίπτωση δεν µπορεί να επισκιαστεί η συµβολή µεγάλου πλήθους άλλων συµµετεχόντων στη διαδικασία, χωρίς τη βοήθεια, καθοδήγηση αλλά και συµπαράσταση των οποίων, η πραγµατοποίηση της ερευνητικής εργασίας θα ήταν αδύνατη. Στο σηµείο αυτό θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς µου ευχαριστίες στον Καθηγητή µου και κύριο επιβλέποντα της ιδακτορικής ιατριβής, Καθηγητή κ. Γεώργιο Καπετάνο, ιευθυντή της Γ Ορθοπαιδικής Κλινικής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου της Θεσσαλονίκης για την εµπιστοσύνη µε την οποία µε περιέβαλε, κατά την ανάθεση της παρούσας διατριβής. Θα ήθελα επίσης να τον ευχαριστήσω για την παροχή της πολύτιµης εµπειρίας και των επιστηµονικών συµβουλών του στο σχεδιασµό, την υλοποίηση, και συγγραφή της παρούσας µελέτης. Νιώθω βέβαια ταυτόχρονα την ανάγκη να τον ευχαριστήσω για την καθηµερινή εµπιστοσύνη, το ενδιαφέρον του και την πατρική καθοδήγηση του προς το πρόσωπο µου. Στον Καθηγητή Ορθοπαιδικής Α.Π.Θ κ. Γεώργιο Πετσατώδη, εκφράζω τις θερµές µου ευχαριστίες για την ηθική συµπαράσταση και τις χρήσιµες συµβουλές του, που µου παρείχε κατά την υλοποίηση και συγγραφή της παρούσας διατριβής. Τον Καθηγητή Πυρηνικής Ιατρικής Α.Π.Θ. κ. Νικόλαο Καρατζά, ιευθυντή του Γ Εργαστηρίου Πυρηνικής Ιατρικής Α.Π.Θ., ευχαριστώ θερµά για τις χρήσιµες υποδείξεις και συµβουλές του, στην εκπόνηση αυτής της µελέτης αλλά και στη διάθεση του Εργαστηρίου Πυρηνικής του Γ.Ν. Παπαγεωργίου για την πραγµατοποίηση των εργαστηριακών εξετάσεων, που ήταν πολυάριθµες αλλά και πρωτοποριακές. Τον Καθηγητή Ορθοπαιδικής Α.Π.Θ. κ. Ιωάννη Κύρκο, ευχαριστώ θερµά για τις εύστοχες παρατηρήσεις και υποδείξεις του, στη συγγραφή αυτής της µελέτης καθώς και για τη τιµητική αποδοχή της πρόσκλησης να συµµετάσχει στην επταµελή επιτροπή κρίσης της διατριβής. Τον Αναπληρωτή Καθηγητή Ορθοπαιδικής Α.Π.Θ., κ. Φάρες Σάϊεχ ευχαριστώ θερµά για την ηθική συµπαράσταση κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής καθώς και για τη τιµητική αποδοχή της πρόσκλησης να συµµετάσχει στην επταµελή επιτροπή κρίσης της διατριβής. Τον Επίκουρο Καθηγητή Ορθοπαιδικής Α.Π.Θ., κ. Περικλή Παπαδόπουλο ευχαριστώ για τη τιµητική αποδοχή της πρόσκλησης να συµµετάσχει στην επταµελή επιτροπή κρίσης της διατριβής. Ευχαριστώ επίσης, τον Επίκουρο Καθηγητή Πυρηνικής Ιατρικής κ. Ιακώβου Ιωάννη για την πολύτιµη επιστηµονική συµπαράστασή του και τις χρήσιµες συµβουλές του. 11

12 Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω από καρδιάς τον αγαπητό φίλο, συνοδοιπόρο και συµπαραστάτη, Επίκουρο Καθηγητή Ορθοπαιδικής, κ. Μιχάλη Ποτούπνη στη διερεύνηση, κατάστρωση αλλά και διεκπεραίωση της ερευνητικής εργασίας. Εκφράζω την ευγνωµοσύνη και τις ειλικρινείς µου ευχαριστίες για την ηθική του υποστήριξη αλλά και την ανεκτίµητη συµβολή του στην υπερπήδηση καθηµερινών δυσκολιών που ανέκυπταν. Το συνάδελφο και αγαπητό φίλο κ. Κυριάκο Παπαβασιλείου, Επιµελητή της Πανεπιστηµιακής Ορθοπαιδικής Κλινικής του Νοσοκοµείου Παπαγεωργίου ευχαριστώ θερµά για την πολύτιµη επιστηµονική συµπαράστασή και τη βοήθεια του στη συγγραφή των δύο δηµοσιεύσεων που προέκυψαν έως τώρα από τη διατριβή. Το συνάδελφο και αγαπητό φίλο, Ειδικευόµενο Ορθοπαιδικής κ. Σταύρο Πέλλιο ευχαριστώ θερµά για τη συµβολή του στη συγκρότηση και τακτοποίηση µεγάλου όγκου των πληροφοριών της διατριβής. Οφείλω πολλές και θερµές ευχαριστίες στο νοσηλευτικό προσωπικό της Ορθοπαιδικής Πανεπιστηµιακής Κλινικής του Νοσοκοµείου Παπαγεωργίου για την αµέριστη συµπαράσταση, όπως και για τον κόπο και χρόνο που κατέβαλαν για τις αιµοληψίες των ασθενών. Επίσης ευχαριστώ την κ. Γρατσιώνη Ρούλα, παρασκευάστρια του Εργαστηρίου Πυρηνικής του Νοσοκοµείου Παπαγεωργίου, στο οποίο πραγµατοποιήθηκαν οι εργαστηριακές εξετάσεις. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω για τη συµπαράσταση, αλλά και να ζητήσω συγνώµη για τις ατελείωτες ώρες που αναγκάστηκαν να περάσουν µόνοι τους, τη γυναίκα µου Νικολέτα Κεχαγιά αλλά και τα παιδιά µας Ιορδάνη και Ιωάννη Εφραίµ, όταν εγώ ήµουν απασχοληµένος µε τη µελέτη και τη συγγραφή της συγκεκριµένης διατριβής. Εύχοµαι να είναι πάντα υγιείς. 12

13 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ολικές αρθροπλαστικές ισχίου (THR) και γόνατος (TKA) είναι δύο από τις πιο επιτυχηµένες επεµβάσεις στην Ορθοπαιδική, καθώς έχουν βελτιώσει σηµαντικά την ποιότητα ζωής πολλών ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα ισχίου και γόνατος. Λόγω της υψηλής επίπτωση της συγκεκριµένης πάθησης στο γενικό πληθυσµό, είναι σχεδόν βέβαιο ότι κάθε Ορθοπαιδικός κατά τη διάρκεια της καριέρας του, θα κληθεί να διαγνώσει, να αντιµετωπίσει ή να παραπέµψει για θεραπεία περιπτώσεις ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα. Οι βασικές αρχές που διέπουν τη θεραπευτική αντιµετώπιση του τελικού σταδίου οστεοαρθρίτιδας ισχίου και γόνατος, µε κάποιες αναπόφευκτες µικρές τροποποιήσεις ή αποκλίσεις, έχουν πλέον παγιωθεί. Κατευθύνονται σαφώς προς την επιλογή της χειρουργικής θεραπείας. Πρόοδος έχει επίσης επιτευχθεί στην εµφάνιση νέων,περισσότερο αδρανών υλικών προθέσεων, µε σκοπό την όσο το δυνατό µακροβιότερη παραµονή τους στον ανθρώπινο σκελετό, αλλά και στις χειρουργικές τεχνικές τοποθέτησης τους. Ωστόσο στο πεδίο της βιολογικής συµπεριφοράς των προθέσεων µετά την εµφύτευση τους, κλάδος του οποίου είναι η διαδικασία ενσωµάτωσης τους, οι γνώσεις µας υπολείπονται αρκετά. Η ενσωµάτωση των ενδοπροθέσεων στον σκελετό είναι µια διαδικασία οστικής ανακατασκευής, απαραίτητη για τη σωστή και εύρυθµη λειτουργία της νέας άρθρωσης. Ωστόσο πολλές διεργασίες που ακολουθούν την τοποθέτηση των ενδοπροθέσεων και αφορούν την ενσωµάτωση τους στο οστό, παραµένουν σε µεγάλο βαθµό αδιευκρίνιστες. Η παρακολούθηση της ενσωµάτωσης των ενδοπροθέσεων στο οστό, στην άµεση και απώτερη µετεγχειρητική περίοδο µετά από επεµβάσεις ολικής αρθροπλαστικής ισχίου και γόνατος, γίνεται κατά κύριο λόγο µε απλό ακτινολογικό έλεγχο και κλινική εξέταση. Τα κριτήρια εκτίµησης είναι σε µεγάλο βαθµό υποκειµενικά, καθώς δεν υπάρχουν σαφείς ακτινολογικοί και κλινικοί δείκτες. Επίσης δεν έχουν αναπτυχθεί έως τώρα, άλλες αντικειµενικές µετρήσεις που να µπορούν να αντικαταστήσουν τη χρήση αυτών, στην εκτίµηση της µετεγχειρητικής πορείας των ασθενών. Την τελευταία δεκαετία, ένας µεγάλος αριθµός Βιοχηµικών Οστικών εικτών Μεταβολισµού ( ΒΟ Μ) έχουν αποτελέσει αντικείµενο ευρείας µελέτης. Μερικοί βιοχηµικοί δείκτες έχουν ευρεία χρήση στην εκτίµηση και παρακολούθηση ασθενών µε οστικές νόσους. Οι Οστεοπροτεγερίνη (OPG) και η ουσία που συνδέεται µε τον υποδοχέα που ενεργοποιεί τον πυρηνικό παράγοντα κβ - (Receptor Activator of Nuclear Factor kappa-b ligand - RANKL) έχουν πρόσφατα ταυτοποιηθεί ως µέλη συστήµατος υποδοχέων, που άµεσα ρυθµίζουν τη διαφοροποίηση των οστεοκλαστών και την οστική απορρόφηση. Η ισορροπία µεταξύ RANKL και OPG είναι βασική στη ρύθµιση της οστικής ανακατασκευής. Αν και δεν υπάρχουν ολοκληρωµένα δεδοµένα όσον αφορά τη διαγνωστική τους αξία, τα επίπεδα στο περιφερικό αίµα του RANKL / OPG έχουν προταθεί ως δείκτες οστικής ανακατασκευής σε ποικιλία κλινικών καταστάσεων. 13

14 Εκτεταµένη έρευνα εστιάζεται στον αιτιοπαθογενετικό ή διαγνωστικό ρόλο που φαίνεται να έχουν οι πρωτεΐνες OPG και RANKL, στην εµφάνιση και εξέλιξη της άσηπτης χαλάρωσης των ενδοπροθέσεων. Ποικιλία άλλων δεικτών όπως η Οστεοκαλσίνη, το οστικό κλάσµα της Αλκαλικής Φωσφατάσης( balp ), ο Παράγοντας Νέκρωσης των Ιστών ( Tumor Necrosis Factor-TNF) και οι Ιντερλευκίνες έχουν µελετηθεί, χωρίς ωστόσο να έχουν προκύψει σαφή συµπεράσµατα. Πρόσφατα ερευνητές πρότειναν τη διενέργεια προοπτικών µελετών για τη διευκρίνιση της διαγνωστικής αξίας των OPG και RANKL, ως δεικτών εκτίµησης της σταθερότητας της ενδοπρόθεσης ή και ως πρώιµο προγνωστικό δείκτη άσηπτης χαλάρωσης. Η βιβλιογραφία στερείται προοπτικών µελετών (µελετών κοόρτης) εκτίµησης των µετεγχειρητικών τιµών ΒΟ Μ µετά από ολική αρθροπλαστική ισχίου ή γόνατος. Καθώς η ενσωµάτωση των εµφυτευµάτων στον οστικό σκελετό είναι αποτέλεσµα οστικής ανακατασκευής, θα ήταν ενδιαφέρον να ερευνηθεί κατά πόσον η διαδικασία αυτή αντανακλάται στις τιµές των Βιοχηµικών Οστικών εικτών Μεταβολισµού στο περιφερικό αίµα. Συγκεκριµένα στις τιµές της Οστεοπροτεγερίνης, του RANKL, του Οστικού Κλάσµατος της Αλκαλικής Φωσφατάσης (balp), της Οστεοκαλσίνης (OC) καθώς και της ανθεκτικής στο άλας του τρυγικού οξέος όξινης φωσφατάσης(trap). Περαιτέρω δεδοµένα και στοιχεία πάνω σε αυτό το θέµα είναι απαραίτητα, καθώς η µέτρηση των ΒΟ Μ στο περιφερικό αίµα φαντάζει πλέον εξέταση ρουτίνας. Η µελέτη αποτελεί απ όσο γνωρίζουµε, την πρώτη προοπτική µελέτη παρατήρησης και καταγραφής των µεταβολών των τιµών των νεότερων ΒΟΜ στο περιφερικό αίµα, µετά από εγχείρηση ολικής αρθροπλαστικής ισχίου και γόνατος. Θα δώσει τη δυνατότητα να διαπιστωθεί εάν υπάρχει πράγµατι µεταβολή στις τιµές των ΒΟ Μ στο περιφερικό αίµα µετά από THR ή TKA. Αν όντως συµβαίνει αυτό, θα µπορέσει πιθανότατα να απαντήσει στο ερώτηµα της ύπαρξης ή όχι σχετικού χρονοδιαγράµµατος της µεταβολής τους και αν όντως και πότε, οι τιµές τους επανέρχονται στα προ χειρουργείου επίπεδα. Επίσης η µελέτη θα επιτρέψει την εκτίµηση ύπαρξης διαφορετικής πορείας µεταβολής των ΒΟΜ σε σχέση µε την άρθρωση ( ισχίο ή γόνατο), την ηλικία, το φύλο, τη χρήση ή όχι τσιµέντου ή τον τύπο του τσιµέντου καθώς και άλλων παραµέτρων. Συνοπτικά, ο κύριος σκοπός της µελέτης θα είναι να προσδιορίσει αν οι τιµές των νεότερων ΒΟ Μ στο περιφερικό αίµα παρουσιάζουν συγκεκριµένο χρονοδιάγραµµα µεταβολής, µετά από επεµβάσεις ολικής αρθροπλαστικής. Επίσης να διευκρινίσει αν θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν ως δείκτες παρακολούθησης της ενσωµάτωσης των εµφυτευµάτων, της σταθερότητας τους καθώς και προγνωστικοί δείκτες άσηπτης χαλάρωσης αυτών. 14

15 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 15

16 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ Στο γενικό µέρος κρίθηκε σκόπιµο να υπάρξει µια σχετικά περιληπτική αναφορά στη βιολογία της οστεοενσωµάτωσης των προθέσεων, τόσο όσον αφορά την ιστορική διαδροµή της όσο και τα σύγχρονα δεδοµένα αυτής. Τα βιολογικά στάδια της οστεοενσωµάτωσης καθώς και οι παράγοντες που την επηρεάζουν αναλύονται κατά το δυνατό διεξοδικότερα. Τα απαραίτητα στοιχεία µακροσκοπικής και µικροσκοπικής ανατοµικής του οστού αναλύονται στο γενικό µέρος. Εκτενής αναφορά γίνεται επίσης στη δράση των κολλαγονικών και µη πρωτεϊνών της θεµέλιας ουσίας του οστού, καθώς και στα νεότερα δεδοµένα της λειτουργίας των οστικών κυττάρων όπως και στη ρύθµιση των µεταξύ τους λειτουργιών. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη µεταβλητότητα των βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού καθώς και η κλινική τους σηµασία αναλύονται στο γενικό τµήµα της συγκεκριµένης διατριβής. Ταυτόχρονα γίνεται εκτενής αναφορά στην ενδοκυττάρια σηµατοδοτική οδό RANKL/RANK/OPG. Επίσης κρίθηκε σκόπιµο να αναλυθεί κατά το δυνατό, η αιτιοπαθογένεια της οστεοαρθρίτιδας καθώς και οι µέθοδοι θεραπευτικής αντιµετώπισης της. Τέλος γίνεται εκτενής αναφορά της βιβλιογραφίας αναφορικά µε τη χρήση των βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στην εκτίµηση της ενσωµάτωσης, της άσηπτης χαλάρωσης προθέσεων καθώς και της βαρύτητας της ακτινολογικής εικόνας της οστεοαρθρίτιδας. 16

17 2. ΑΝΑΤΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΟΣΤΟΥ 1. Εισαγωγή Ο οστίτης ιστός είναι µία µορφή εξειδικευµένου και επιµεταλλωµένου συνδετικού ιστού που µαζί µε το χόνδρο, αποτελούν το σκελετικό σύστηµα. Στον άνθρωπο, αλλά και στα πρωτεύοντα θηλαστικά, ο οστίτης ιστός επιτελεί τις εξής λειτουργίες 1 : Α. Μηχανική λειτουργία, παρέχοντας στήριξη και θέση για την πρόσφυση των µυών κατά την κίνηση Β. Προστασία ζωτικών οργάνων, όπως του εγκεφάλου, των πνευµόνων και του µυελού των οστών Γ. Μεταβολική λειτουργία. Ο οστίτης ιστός αποτελεί την κύρια δεξαµενή των ιόντων ασβεστίου και φωσφόρου του οργανισµού.. Συµµετέχει στην οξεοβασική ισορροπία του οργανισµού. Ε. Αποτελεί πηγή αυξητικών παραγόντων και κυτοκινών. Οι οστεοβλάστες εκκρίνουν µόρια που είναι κριτικής σηµασίας για τη διαφοροποίηση και επιβίωση των αιµοποιητικών αρχέγονων κυττάρων του µυελού των οστών. O οστίτης ιστός υφίσταται κατά τη διάρκεια της ζωής συνεχή ανακατασκευή. Με τη διαδικασία αυτή επιτυγχάνεται η διατήρηση του σχήµατος του οστού, της οστικής ποιότητας και αντοχής και της οστικής πυκνότητας 2. H οστική ανακατασκευή συνίσταται στη συντονισµένη δράση των δύο βασικών κυτταρικών µετόχων του οστίτη ιστού, των οστεοβλαστών και των οστεοκλαστών. Επιτελείται σε οργανωµένες οστικές πολυκυτταρικές µονάδες (BMUs), που βρίσκονται διάσπαρτες σε όλη την επιφάνεια του οστίτη ιστού. Η αλληλουχία των λειτουργιών που απαρτίζουν την οστική ανακατασκευή, περιλαµβάνει αρχικά την οστική αποδόµηση (απορρόφηση) από τους οστεοκλάστες τη διαδικασία σύζευξης και τέλος την οστική κατασκευή από τους οστεοβλάστες. 2. Μακροσκοπική οργάνωση του οστού ύο τύποι οστών ανευρίσκονται στο σκελετό 1 : α) τα πλατιά οστά (οστά κρανίου, κάτω γνάθος, ωµοπλάτη, λαγόνιο οστούν κτλ.) και β) τα µακρά οστά (κνήµη, µηριαίο, βραχιόνιο κτλ.) Η διάπλαση των οστών γίνεται συνήθως σε τρία στάδια 1 : το υµενώδες, το χόνδρινο και το τελικό (ώριµο οστούν). Εξαίρεση αποτελούν τα περισσότερα οστά του κρανίου και η κλείδα, που περνούν κατευθείαν από το υµενώδες στο τελικό 17

18 στάδιο ( υµενογενή οστά). Οι δύο αυτοί τύποι οστών προέρχονται από διαφορετικές συνθήκες οστικής κατασκευής, τη µεµβρανώδη και την ενδοχόνδρια οστεοποίηση αντίστοιχα. H κύρια διαφορά τους έγκειται στην καταβολή του χόνδρου που προϋπάρχει στην ενδοχόνδρια κατασκευή. Αντίθετα στη µεµβρανώδη, οι οστεοβλάστες προέρχονται από τα πολυδύναµα κύτταρα του µεσεγχύµατος. Ωστόσο, η ανάπτυξη και αύξηση των µακρών οστών περιλαµβάνει και τους δύο τρόπους οστικής κατασκευής. Οι άκρες των µακρών οστών καταλήγουν σε αποπλατυσµένες οστικές επιφάνειες, τις επιφύσεις. Το µεσαίο κυλινδρικό τµήµα τους αποτελεί τη διάφυση, ενώ η ζώνη µετάβασης µεταξύ της διάφυσης στις εκατέρωθεν επιφύσεις αποτελεί τη µετάφυση 1 (Εικόνα 1). Εικόνα 1. Σχηµατική ανατοµική απεικόνιση οστού κνήµης (µακρού οστού) 1 Η επίφυση από τη µία πλευρά και η διάφυση µε τη µετάφυση από την άλλη προέρχονται από δύο ανεξάρτητα κέντρα οστεοποίησης. ιαχωρίζονται µεταξύ τους από µία χόνδρινη στοιβάδα, τον επιφυσιακό χόνδρο, που αποτελεί την αυξητική πλάκα κατά τη διάρκεια της οστικής ανάπτυξης 1. Η αυξητική πλάκα αποτελείται 18

19 από χονδροκύτταρα που πολλαπλασιάζονται και παράγουν τη θεµέλια ουσία του χόνδρου που είναι υπεύθυνη για την κατά µήκος αύξηση των οστών. Σταδιακά, η αυξητική πλάκα επιµεταλλώνεται και στα τελικά στάδια της αυξητικής περιόδου των οστών αποκαθίσταται από οστίτη ιστό. H εξωτερική ινώδης µεµβράνη που περιβάλλει τα οστά καλείται περιόστεο, ενώ η εσωτερική επιφάνεια του οστού που είναι σε άµεση επαφή µε το µυελό των οστών, αποτελεί το ενδόστεο 1. Το περιόστεο αποτελείται από ινώδη συνδετικό ιστό που καλύπτει το σύνολο της οστικής επιφανείας, εν είδη φακέλου. Εξαίρεση αποτελούν οι περιοχές όπου προσφύονται οι σύνδεσµοι και καλύπτονται από αρθρικό χόνδρο. Το περιόστεο περιέχει αιµοφόρα αγγεία, που είναι υπεύθυνα για τη θρέψη των οστών, νευρικές απολήξεις, οστεοβλάστες και οστεοκλάστες. Η πρόσφυση του περιοστέου στο οστό γίνεται µέσω ισχυρών ινών κολλαγόνου που ονοµάζονται ίνες του Sharpey και οι οποίες διεισδύουν στον οστίτη ιστό. Το ενδόστεο είναι µία µεµβράνη που επαλείφει εσωτερικά την οστική κοιλότητα και περιέχει επίσης αιµοφόρα αγγεία, οστεοβλάστες και οστεοκλάστες. Εκτός από το µυελό των οστών, το ενδόστεο καλύπτει την επιφάνεια του φλοιώδους οστού και τα αιµοφόρα αγγεία των καναλιών του Volkmann που πορεύονται εγκάρσια του οστού. Ο οστίτης ιστός χωρίζεται επίσης σε δύο είδη, το φλοιώδες ή συµπαγές και το δοκιδώδες ή σπογγώδες οστούν 1. Η διάφυση των µακρών οστών αποτελείται κυρίως από φλοιώδες οστούν, ενώ η µετάφυση και η επίφυση αποτελούνται από δοκιδώδες οστούν που περιβάλλεται από µια λεπτή στοιβάδα φλοιώδους. Περίπου το 80% του οστίτη ιστού στον σκελετό του ενηλίκου αποτελείται από φλοιώδες οστούν και το 20% από σπογγώδες. Η σχετική αναλογία των δύο τύπων του οστίτη ιστού ποικίλλει ανάλογα µε τη θέση του σκελετού. Έτσι ο λόγος σπογγώδους/φλοιώδες οστού εκτιµάται ότι είναι περίπου 75/25 στους σπονδύλους, 50/50 στην κεφαλή του µηριαίου και 95/5 στη διάφυση της κερκίδας. Σε µακροσκοπικό επίπεδο το φλοιώδες οστούν εµφανίζει πυκνή και συµπαγή σύσταση. Αντίθετα το δοκιδώδες σχηµατίζει ένα δίκτυο εν είδη µελισσοκηρήθρας που αποτελείται από δοκιδώδεις πλάκες και στήλες που περιβάλλουν το µυελό των οστών. 3. Μικροσκοπική αρχιτεκτονική του οστού Η οστική ουσία αποτελείται κατά 1/3 από οργανικό τµήµα και κατά 2/3 από ανόργανο τµήµα. Το οργανικό τµήµα του οστού περιλαµβάνει κύτταρα ( 2%) και τη θεµέλια ουσία ( 98% ). Σε µικροσκοπικό επίπεδο τόσο το σπογγώδες όσο και το συµπαγές οστούν αποτελούνται από βασικές δοµικές µονάδες, τους οστεώνες 1. Οι οστεώνες του συµπαγούς οστού αναφέρονται και ως οστεώνες του Havers 3, από τον Άγγλο ανατόµο του 17 ου αιώνα που παρατήρησε και περιέγραψε πρώτος τους σχηµατισµούς εν είδη καναλιών στο κέντρο των οστικών δοµών. 19

20 Οι οστεώνες ή το σύστηµα του Havers έχουν κυλινδρικό σχήµα και δηµιουργούν ένα ανατοµικό δίκτυο, όπως τα κλαδιά ενός δένδρου. Το σύστηµα του Havers αποτελείται από έναν επιµήκη σωλήνα (σωλήνας Havers), παράλληλο µε τον επιµήκη άξονα των µακρών οστών, ο οποίος περιέχει ένα αρτηρίδιο και ένα φλεβίδιο 3. Ο σωλήνας του Havers λειτουργεί ως άξονας γύρω από τον οποίον διατάσσονται κυκλοτερώς τα πετάλια του συµπαγούς οστού, κατασκευή που παροµοιάζεται µε τις κυκλοτερείς στοιβάδες ενός κρεµµυδιού (Εικόνα 2). Εικόνα 2. Σχηµατική απεικόνιση του Αβέρσιου σωλήνα και των αγγείων του 1. Ο συµπαγής οστίτης ιστός είναι ώριµος ιστός. Σε καταστάσεις ταχείας ανακατασκευής του οστού, όπως κατά τη δηµιουργία πώρου σε κάταγµα ή στον πρωτοπαθή υπερπαραθυρεοδεισµό, ο νεοσχηµατιζόµενος συµπαγής οστίτης ιστός δεν έχει την ώριµη πεταλιώδη µορφή του, αλλά παρουσιάζει άµορφη και ακανόνιστη υφή ως υφαντό (woven bone) 4. Όταν αποκατασταθούν οι φυσιολογικές συνθήκες οστικής ανακατασκευής, ο άµορφος αυτός ιστός που είναι λειτουργικά κατώτερος, αντικαθίσταται από τον ώριµο πεταλιώδη (lamellar bone) οστίτη ιστό. 20

21 Ο φλοιώδης οστίτης ιστός εµφανίζει τρεις επιφάνειες, την περιοστική, που χωρίζει την εξωτερική επιφάνεια του οστού από τα παρακείµενα όργανα, την ενδοοστική που επαλείφει την εσωτερική επιφάνεια του οστού και περιβάλλει τον αυλό των µακρών οστών που αποτελείται από το µυελό και λιπώδη ιστό και τέλος τις επιφάνειες των πόρων του Havers 1. O σπογγώδης ιστός αποτελείται από δοκίδες και πλακίδια που διατάσσονται προς διάφορες κατευθύνσεις, ανάλογα µε το µηχανικό φορτίο που δέχεται ο οστίτης ιστός στις διάφορες σκελετικές θέσεις. Οι κοιλότητες που σχηµατίζονται από τις δοκίδες του σπογγώδους οστού περιέχουν µυελό των οστών ή λιπώδη ιστό. Ο σπογγώδης οστίτης ιστός παρουσιάζει µία µόνο επιφάνεια που έρχεται σε επαφή µε το µυελό των οστών. Και τα δύο είδη του οστίτη ιστού αποτελούνται από τα ίδια οστικά κύτταρα και από της ιδίας σύστασης θεµέλια ουσία, ωστόσο, υπάρχουν δοµικές και λειτουργικές διαφορές 3. H κύρια δοµική διαφορά είναι ποσοτική: το 80-90% του όγκου του φλοιώδους οστού είναι επασβεστωµένος, ενώ αντίστοιχα µόνο το 15-25% του σπογγώδους (ο υπόλοιπος όγκος καταλαµβάνεται από µυελό των οστών, αιµοφόρα αγγεία και συνδετικό ιστό). Σαν αποτέλεσµα το 70-85% της αλληλεπίδρασης µε τους µαλακούς ιστούς που επιτελείται από την ενδοοστική επιφάνεια του οστού περιλαµβάνει όλες τις επιφάνειες του σπογγώδους οστού. Απόρροια αυτής της διαφοράς τους είναι και η διαφορά που εµφανίζουν στη λειτουργία. Από λειτουργική άποψη, το σπογγώδες οστούν θεωρείται περισσότερο ενεργό µεταβολικά από ότι το φλοιώδες, το οποίο είναι επιφορτισµένο κυρίως µε τη µηχανική λειτουργία του οστού. Ωστόσο, η συµµετοχή του κάθε τύπου οστίτη ιστού στη λειτουργία του ιστού στο σύνολο του εξαρτάται και από τις εκάστοτε συνθήκες που επικρατούν στο οστικό µικροπεριβάλλον. Έτσι οι αυξηµένες ανάγκες για ασβέστιο κατά τη διάρκεια της εγκυµοσύνης και της γαλουχίας ικανοποιούνται από την κινητοποίηση των αποθηκών ασβεστίου στα οστά που δεν φέρουν φορτίο. Αντίστοιχα, η οστική απώλεια που προκαλείται στον πρωτοπαθή υπερπαραθυρεοειδισµό αφορά κυρίως περιοχές που επικρατεί το φλοιώδες οστούν, ενώ στη βιοµηχανική λειτουργία των σπονδύλων συµµετέχει αναµφισβήτητα και το σπογγώδες οστούν. Τέλος επειδή η οστική ανακατασκευή συµβαίνει στην επιφάνεια του οστίτη ιστού και ο σπογγώδης οστίτης ιστός εµφανίζει µεγαλύτερη οστική επιφάνεια ανά µονάδα όγκου, ανακατασκευάζεται ταχύτερα. 4. Θεµέλια ουσία Η οστική θεµέλια ουσία συντίθεται από τους οστεοβλάστες. Αποτελείται κυρίως από ίνες κολλαγόνου τύπου 1 (περίπου 90%) και από µη κολλαγονικές πρωτεΐνες 1 (Πίνακας 1). 21

22 Πρωτεΐνη Γονίδιο Λειτουργία Βερσικάνη 5 5q Καταλαµβάνει χώρο που προορίζεται να µετασχηµατισθεί σε οστό Ντεκορίνη 6 12q21-23 Συνδέεται µε το κολλαγόνο και ρυθµίζει τη διάµετρο των ινιδίων του.συνδέεται µε τον παράγοντα TGF-β και ρυθµίζει τη δράση του. Αναστέλλει την προσκόλληση των οστικών κυττάρων στη φιµπρονεκτίνη Μπιγλυκάνη 7 Xq27 Συνδέεται µε το κολλαγόνο και τον παράγοντα TGF-β. Συµµετέχει στο γενετικό καθορισµό της κορυφαίας οστικής µάζας Φιµπροµοντουλίνη 8 1q32 Συνδέεται µε το κολλαγόνο και τον παράγοντα TGF- β. Ρυθµίζει το σχηµατισµό ινιδίων του κολλαγόνου Οστεογλυκίνη 1 9q21,3-22 Συνδέεται µε τον παράγοντα TGF-β. εν περιέχει γλυκοζαµινογλυκάνες στα οστά, αποτελείται από σουλφική κερατάνη σε άλλους ιστούς Οστεοπροσκολητίνη 1 9q Ρυθµίζει την προσκόλληση των κυττάρων στη θεµέλιο ουσία Περλικάνη 5 1p36.1 Αλληλεπιδρά µε τα συστατικά της θεµελίου ουσίας και ρυθµίζει ενδοκυττάριες σηµατοδοτικές οδούς Γλυπικάνη 1 Xq26 Ρυθµίζει τη σηµατοδοτική οδό BMP/SMAD και την οστική ανάπτυξη Υαλουρονικό 9 Σύµπλεγµα γονιδίων ρα συνεργικά µε τα πρωτεϊνικά µόρια της βερσικάνης στην κατάληψη χώρου που προορίζεται για οστό Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών της θεµελίου ουσίας Το κολλαγόνο είναι ένα µόριο ελικοειδές που περιέχει δύο ταυτόσηµες αλύσους α1 και µία δοµικά παρόµοια τρίτη άλυσο α2, η οποία όµως διαφέρει γενετικά 10. Οι α άλυσοι του κολλαγόνου χαρακτηρίζονται από την επαναλαµβανόµενη τριπλέτα Gly (γλυκίνη)-x(συνήθως προλίνη)-y(υδροξυπρολίνη). Η παρουσία της υδροξυπρολίνης είναι µοναδικό χαρακτηριστικό των µορίων του κολλαγόνου και είναι σηµαντική για τη σταθεροποίηση της τριπλής έλικας. Το κολλαγόνο τύπου 1 παράγεται ως προ-κολλαγόνο 10 και υφίσταται µια σειρά µετα-µεταγραφικών τροποποιήσεων που περιλαµβάνουν : 22

23 1) υδροξυλίωση υπολειµµάτων λυσίνης, και προλίνης 2) γλυκοζυλίωση των υπολειµµάτων λυσίνης και υδροξυλυσίνης µε µόρια γλυκόζης ή / και γαλακτόζης και 3) δηµιουργία διαµοριακών και ενδοµοριακών οµοιοπολικών δεσµών Στη συσκευή Golgi το προκολλαγόνο συσκευάζεται σε κυστίδια και µεταφέρεται στην κυτταρική µεµβράνη. Στον εξωκυττάριο χώρο, µία ειδική αµινοπεπτιδάση (ADAMS 2) και µία ειδική καρβοξυπεπτιδάση (BMP 1), αποκόπτουν το N- αµινοτελικό και το C-καρβοξυτελικό άκρο των µορίων του προκολλαγόνου αντίστοιχα 11. Η αποµάκρυνση των προπετιδίων ελαττώνει σηµαντικά τη διαλυτότητα των µορίων του κολλαγόνου, προκαλώντας την αυτόµατη ενεργοποίηση σχηµατισµού ινιδίων του κολλαγόνου. Ο σχηµατισµός των ινιδίων στον εξωκυττάριο χώρο κατευθύνεται από την παρουσία υδρόφοβων και φορτισµένων αµινοξέων στην επιφάνεια των µορίων του κολλαγόνου. Το τελικό στάδιο του σχηµατισµού των ινιδίων του, περιλαµβάνει την αλληλεπίδραση των µορίων του κολλαγόνου µε άλλα µόρια κολλαγόνου, µε τις πρωτεογλυκάνες της θεµελίου ουσίας του οστού, κυρίως µε τη µπιγλυκάνη 6 και τη ντεκορίνη 7, αλλά και µε άλλες µη κολλαγονικές πρωτεΐνες. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές καθορίζουν το σχήµα, το µέγεθος των ινιδίων και το τελικό πρότυπο σχηµατισµού της θεµελίου ουσίας του οστού. Επίσης κατευθύνουν την εναπόθεση των κρυστάλλων υδροξυαπατίτη στα κενά που σχηµατίζονται ανάµεσα στα ινίδια του κολλαγόνου. Η εναπόθεση των κρυστάλλων του υδροξυαπατίτη ενεργοποιείται όταν η έκφραση της αλκαλικής φωσφατάσης και των εξειδικευµένων οστικών πρωτεϊνών, καθιστούν τη θεµέλιο ουσία «ικανή» για την εναπόθεση των µετάλλων. Η εναπόθεση αυτή παρέχει την πρωτογενή αντοχή στην συµπίεση και απαρτίζει την πλειονότητα της ανόργανης θεµελίου ουσίας. Οι µη κολλαγονικές πρωτεΐνες της θεµελίου ουσίας περιλαµβάνουν την οστεοκαλσίνη, την οστική σιαλοπρωτεΐνη, την οστεοποντίνη, την φιµπρονεκτίνη, τη θροµβοσποντίνη και ορισµένες πρωτεογλυκάνες (ντεκορίνη και µπιγλυκάνη) 12. Η λειτουργία των πρωτεϊνών αυτών δεν είναι απόλυτα γνωστή. Οι περισσότερες ωστόσο διαθέτουν µεγάλη ικανότητα σύνδεσης µε το ασβέστιο. Επίσης ορισµένες περιέχουν στο µόριο τους την αλληλουχία RGD, που αναγνωρίζεται από τους διαµεµβρανικούς υποδοχείς ιντεγκρινών των οστικών κυττάρων. Έτσι φαίνεται ότι συµµετέχουν στην ρύθµιση της επιµετάλλωσης του οστεοειδούς και στην προσκόλληση των οστικών κυττάρων στη θεµέλιο ουσία. Η Οστεοκαλσίνη (bone Gla protein BGP) 13, εκφράζεται αποκλειστικά στους ιστούς που υφίστανται επιµετάλλωση, όπως οι οστεοβλάστες, οι οδοντοβλάστες και τα υπερτροφικά χονδροκύτταρα. Αποτελεί περίπου το 10% των µη κολλαγονικών πρωτεϊνών στο ώριµο οστούν, αλλά ανευρίσκεται και σε χαµηλότερες συγκεντρώσεις στο εµβρυϊκό οστούν. Η οστεοκαλσίνη δρα ανασταλτικά στην κατασκευή της θεµελίου ουσίας, όπως φαίνεται από πειραµατικές µελέτες µε ποντίκια knock out για την οστεοκαλσίνη, τα οποία εµφανίζουν αυξηµένη οστική µάζα. Λόγω της σχετικά ειδικής έκφρασης της οστεοκαλσίνης από 23

24 τους οστεοβλάστες, χρησιµοποιείται σήµερα ως διαγνωστικός δείκτης της οστικής κατασκευής. Η Οστεοποντίνη (ή οστική σιαλοπρωτεΐνη Ι) 14 και η Οστική σιαλοπρωτεΐνη ΙΙ είναι γλυκοπρωτεΐνες που περιέχουν στο µόριο τους την αλληλουχία προσκόλλησης RGD. Εκφράζονται κυρίως από τους οστεοβλάστες, τους οδοντοβλάστες και τα υπερτροφικά χονδροκύτταρα. Η οστεοποντίνη εκφράζεται επίσης και στα νεφρικά σωληναριακά κύτταρα, στους νευρώνες, στα Τ- λεµφοκύτταρα και στα αιµοπετάλια. Η οστική σιαλοπρωτεΐνη ΙΙ δεν παρουσιάζει τόσο ευρεία ιστική κατανοµή σε µη µεταλλωµένους ιστούς. Ωστόσο έχει αναφερθεί η παρουσία της στα αιµοπετάλια και στους τροφοβλάστες. Παρά το γεγονός ότι δεν εκφράζονται αποκλειστικά στους οστεοβλάστες, χρησιµοποιούνται για τον προσδιορισµό του οστεοβλαστικού φαινοτύπου σε συνδυασµό και µε άλλους δείκτες. Η Οστεονεκτίνη (SPARC -secreted protein acidic and rich in cysteine, Culture Shock Protein, BM40-basement membrane) 15 εκφράζεται σε πολλά στάδια κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης διαφόρων οργανισµών. Η έκφραση της όµως στα σπονδυλωτά, περιορίζεται στους ιστούς που υφίστανται συνεχή ανακατασκευή ή έχουν υποστεί τραυµατισµό. Η σύνθεση µεγάλων ποσοτήτων Αλκαλικής Φωσφατάσης αποτελεί ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της διαδικασίας κατασκευής οστού 1. Το οστικό κλάσµα της Αλκαλικής Φωσφατάσης (balp) που βρίσκεται αποκλειστικά στον οστίτη ιστό, αποτελεί το 50% της συνολικής έκφρασης του ενζύµου. Βρίσκεται συνδεδεµένη µε τη κυτταρική µεµβράνη των οστεοβλαστών, µέσω σύνδεσης µε τη φωσφοϊνοσιτόλη. Μπορεί ωστόσο να αποκοπεί από την κυτταρική επιφάνεια και να εντοπισθεί στην επιµεταλλωµένη θεµέλιο ουσία του οστίτη ιστού. ιαδραµατίζει σηµαντικό ρόλο κατά τη διαδικασία της επιµετάλλωσης του οστού µεταφέροντας ιόντα ασβεστίου και υδρολύοντας τους αναστολείς της εναπόθεσης των οργανικών στοιχείων της θεµελίου, όπως τα πυροφωσφορικά. Χαµηλά επίπεδα του ενζύµου ανευρίσκονται στην υποφωσφατασία, στην αχονδροπλασία, στον κρετινισµό, στην κακοήθη και στην απλαστική αναιµία και στη χρόνια µυελογενή λευχαιµία. Οι πρωτεογλυκάνες του οστίτη ιστού, µπιγλυκάνη 7 και ντεκορίνη 6, είναι µικρά πρωτεϊνικά µόρια που περιέχουν στο µόριο τους µακρές αλύσους πολυσακχαριτών (γλυκοζαµινογλυκάνες-gacs) συνδεδεµένες οµοιοπολικά µε τον κεντρικό πρωτεϊνικό τους πυρήνα. Οι γλυκοζαµινογλυκάνες µε τη σειρά τους απαρτίζονται από επαναλαµβανόµενες µονάδες δισακχαριτών, που θειοποιούνται σε διάφορο βαθµό µε θειική χονδροϊτίνη, κερατάνη, δερµατάνη και ηπαράνη. Το υαλουρονικό οξύ 9 είναι επίσης µια γλυκοζαµινογλυκάνη που απαντάται σε µεγάλο βαθµό στον οστίτη ιστό αλλά δε συνδέεται µε κεντρικό πρωτεϊνικό µόριο. Η µπιγλυκάνη όσο και η ντεκορίνη έχουν χαµηλή συγγένεια για το ασβέστιο και ενώ η ντεκορίνη δεν φάνηκε να έχει επίδραση στην εναπόθεση του υδροξυαπατίτη, η δράση της µπιγλυκάνης εξαρτάται από τη συγκέντρωση της. Σε χαµηλές συγκεντρώσεις προάγει την εναπόθεση του υδροξυαπατίτη, ενώ σε υψηλές δρα ανασταλτικά. 24

25 5. Οστικά κύτταρα Τα οστικά κύτταρα αποτελούν µαζί µε τη θεµέλιο ουσία την οργανική φάση του οστίτη ιστού (98% θεµέλιο ουσία και 2% οστικά κύτταρα). Οι κύριοι τύποι των κυττάρων που απαντώνται στον οστίτη ιστό είναι οι οστεοβλάστες, οι οστεοκλάστες τα επενδυµατικά κύτταρα και τα οστεοκύτταρα 16,17. Οι οστεοβλάστες, οι οστεοκλάστες και τα επενδυµατικά κύτταρα ανευρίσκονται κυρίως στην ενδοοστική επιφάνεια του οστού, ενώ τα οστεοκύτταρα είναι θαµµένα µέσα στην επιµεταλλωµένη θεµέλιο ουσία. Οι οστεοβλάστες είναι υπεύθυνοι για την κατασκευή του οστού, οι οστεοκλάστες για την οστική απορρόφηση (αποδόµηση) ενώ τα οστεοκύτταρα είναι επιφορτισµένα µε τη λειτουργία του οστικού µηχανοστάτη. α) Επενδυµατικά κύτταρα (bone lining cells) Tα επενδυµατικά κύτταρα, όπως αναφέρει και το όνοµα τους ανευρίσκονται στην επιφάνεια του οστού 18. Η οστική επιφάνεια δεν υφίσταται απορρόφηση από τους οστεοκλάστες διότι επικαλύπτεται από µία στοιβάδα πάχους 1-2 µm, που αποτελείται από µη µεταλλωµένη θεµέλια ουσία και από µία στοιβάδα επίπεδων και επιµηκυµένων κυττάρων, που είναι τα επενδυµατικά κύτταρα. εν είναι πολλά αυτά που γνωρίζουµε σχετικά µε την προέλευση, τη διαφοροποίηση και τη λειτουργία των επενδυµατικών κυττάρων. Ωστόσο οι όροι αδρανείς οστεοβλάστες ή επιφανειακά οστεοκύτταρα που συνήθως αποδίδονται στα κύτταρα αυτά, δείχνουν και την πιθανή καταγωγή τους από τα κύτταρα της οστεοβλαστικής σειράς. Στο κυτταρόπλασµα τους ανευρίσκονται λίγα οργανύλλια, στα οποία περιλαµβάνονται το ενδοπλασµατικό δίκτυο, ελεύθερα ριβοσωµάτια και µιτοχόνδρια. Έχει αποδειχθεί ότι τα κύτταρα αυτά συνδέονται µε τις αποφυάδες των οστεοκυττάρων και έτσι συµµετέχουν στην αµφίδροµη µετάδοση µηνυµάτων από τα οστεοκύτταρα προς την οστική επιφάνεια και αντίστροφα 18,19. Επίσης, φαίνεται ότι ρυθµίζουν την ανταλλαγή ιόντων και άλλων µορίων µεταξύ του οστίτη ιστού και του πλάσµατος. Άλλες λειτουργίες των επενδυµατικών κυττάρων πιθανόν να περιλαµβάνουν την απελευθέρωση παραγόντων που συµµετέχουν στη σύζευξη της οστικής απορρόφησης και της οστικής κατασκευής κατά τη διάρκεια ενός κύκλου οστικής εναλλαγής, αλλά και την έκκριση κολλαγενασών που θα διασπάσουν το µη µεταλλωµένο κολλαγόνο της οστικής επιφανείας και θα επιτρέψουν στους οστεοκλάστες να δράσουν στην υποκείµενη επιµεταλλωµένη θεµέλιο ουσία του οστίτη ιστού. β) Οστεοβλάστες Οι οστεοβλάστες είναι τελικής διαφοροποίησης οστεοπαραγωγικά κύτταρα του οστίτη ιστού. Προέρχονται από τα πολυδύναµα αρχέγονα (stem cells) µεσεγχυµατικά κύτταρα του µυελού 1. Από τα πολυδύναµα κύτταρα του µυελού προέρχονται επίσης οι λιποβλάστες, οι χονδροβλάστες και οι µυοβλάστες (Εικόνα 25

26 3). Η στράτευση των αρχέγονων πολυδύναµων κυττάρων στις διάφορες κυτταρικές σειρές εξαρτάται από τη δράση ορµονικών παραγόντων και κυτοκινών που ρυθµίζουν την έκφραση ειδικών, για την κάθε κυτταρική σειρά, γονιδίων 3. Εικόνα 3. Προέλευση και διαφοροποίηση οστεοβλαστών 16 : Η διαφοροποίηση των οστεοβλαστών περιλαµβάνει αρχικά τη στράτευση τους από τα πρόδροµα µεσεγχυµατικά κύτταρα, από τα οποία επίσης προέρχονται οι µυοβλάστες, οι λιποβλάστες και τα χονδροκύτταρα. Ο κύριος µεταγραφικός παράγοντας για τη διαφοροποίηση των µυοκυττάρων είναι ο MyoD ( Myoblast Determination Protein), για τα χονδροκύτταρα ο παράγοντας SOX9 ( SRY- related HMG box-9), για τα λιποκύτταρα η οικογένεια των µεταγραφικών παραγόντων PPARy ( Peroxisome proliferator activated receptor) και CCAAT/E/EBP (CCAAT enhancer binding protein) και για τους οστεοβλάστες ο µεταγραφικός παράγοντας Runx-2 ( Runt related transcription factor 2) και το µονοπάτι µεταγωγής σήµατος Wnt. Μορφολογικά οι οστεοβλάστες είναι κυβοειδή κύτταρα που χαρακτηρίζονται από ένα στρογγυλό πυρήνα στη βάση του κυττάρου µακριά από την οστική επιφάνεια, πυκνό βασεόφιλο κυτταρόπλασµα, καλά αναπτυγµένη συσκευή Golgi και µεγάλο τραχύ ενδοπλασµατικό δίκτυο 1. Τα χαρακτηριστικά αυτά αποδεικνύουν τη µεγάλη τους εκκριτική δραστηριότητα. Φέρουν επίσης κυτταροπλασµατικές προεξοχές που εκτείνονται προς το οστεοειδές και συνδέονται έτσι µε τα οστεοκύτταρα. Οι οστεοβλάστες δεν δρουν ποτέ ατοµικά, αλλά εµφανίζονται πάντα σε συστάδες κυβοειδών κυττάρων, συνδεδεµένοι µε χασµατοσυνάψεις κατά µήκος της οστικής επιφανείας. 26

27 Η κύρια δράση των οστεοβλαστών είναι η παραγωγή και έκκριση του κολλαγόνου τύπου 1 και των µη κολλαγονικών πρωτεϊνών της θεµελίου ουσίας (οστεοκαλσίνη, οστεοποντίνη, οστική σιαλοπρωτεΐνη) 1,3. Η παραγωγή του κολλαγόνου αποτελεί το πιο πρώιµο φαινόµενο της συνθετικής δραστηριότητας των ώριµων οστεοβλαστών. Οι περισσότερες µη κολλαγονικές πρωτεΐνες παράγονται επίσης από τους οστεοβλάστες. Επιπλέον οι οστεοβλάστες επιφορτίζονται και µε τη ρύθµιση της λειτουργίας της επιµετάλλωσης του νεοσχηµατιζόµενου οστεοειδούς (εναπόθεση των κρυστάλλων υδροξυαπατίτη) 1. Η αλκαλική φωσφατάση είναι ένα ένζυµο απαραίτητο για την επιµετάλλωση της οστικής θεµελίου ουσίας. Το ένζυµο παρουσιάζει τη µέγιστη συγκέντρωση του πριν την έναρξη της επιµετάλλωσης. εν παράγεται αποκλειστικά από τους οστεοβλάστες αλλά παρουσιάζει ευρεία κατανοµή σε διαφόρους ιστούς, όπως το ήπαρ, το σπλήνα, τους νεφρούς, το έντερο και τον πλακούντα. Το οστικό κλάσµα της αλκαλικής φωσφατάσης αποτελεί όψιµο δείκτη της διαφοροποίησης των οστεοβλαστών. Οι οστεοβλάστες παράγουν µια πλειάδα αυξητικών παραγόντων όπως οι ινσουλινόµορφοι αυξητικοί παράγοντες (IGFs), οι αυξητικοί παράγοντες που προέρχονται από τα αιµοπετάλια (PDGF), οι ινοβλαστικοί αυξητικοί παράγοντες (FGFs), ο µετατρεπτικός αυξητικός παράγοντας (TGF-b) καθώς και κυτοκινών όπως οι οστικές µορφογενετικές πρωτεΐνες (BMPs) και οι πρωτεΐνες Wnt20. H οστεοβλαστική δραστηριότητα ρυθµίζεται µε αυτοκρινή αλλά και παρακρινή τρόπο από αυτούς τους αυξητικούς παράγοντες των οποίων οι υποδοχείς εκφράζονται στα οστεοβλαστικά κύτταρα. Επίσης από ορµόνες της συστηµατικής κυκλοφορίας όπως η ινσουλίνη, η αυξητική ορµόνη, οι θυρεοειδικές ορµόνες, τα στεροειδή του φύλου, τα γλυκοκορτικοειδή, η βιταµίνη D3, η παραθορµόνη και τα ρετινοειδή που δρουν στους αντίστοιχους υποδοχείς στα οστεοβλαστικά κύτταρα 20. Οι οστεοβλάστες παράγουν επίσης και κυτοκίνες όπως ο αυξητικός παράγοντας µακροφάγων (Macrophage Colony Stimulating Factor M-CSF), η ουσία που συνδέεται µε τον υποδοχέα που ενεργοποιεί τον πυρηνικό παράγοντα κβ - (Receptor Activator of Nuclear Factor kappa-b ligand RANKL) 21 και η Οστεοπροτεγερίνη (OPG) 22 που συµµετέχουν στη ρύθµιση της λειτουργία και διαφοροποίησης των οστεοκλαστών. Ειδικότερα ο παράγοντας M-CSF είναι απαραίτητος για τη στράτευση των µονοπύρηνων µακροφάγων στην οστεοκλαστική σειρά ενώ οι RANKL και ΟPG (που ανταγωνίζεται τη δράση του RANKL) ρυθµίζουν τη περαιτέρω διαφοροποίηση και λειτουργία των οστεοκλαστών 22. Η διαφοροποίηση των πρόδροµων µορφών των οστεοβλαστών και η ανάπτυξη του τελικού οστεοβλαστικού φαινοτύπου είναι σταδιακή και ρυθµίζεται από την έκφραση ειδικών για τους οστεοβλάστες µεταγραφικών παραγόντων και κυτοκινών 23. Ο παράγοντας Osterix 24,25 περιέχει ένα δακτύλιο ψευδαργύρου στο µόριο του και εκφράζεται ειδικά στα οστεοβλαστικά κύτταρα σε όλες τις περιοχές του οστίτη ιστού. Αδρανοποίηση του παράγοντα Osterix σε ποντίκια είναι ασύµβατη µε τη ζωή λόγω πλήρους απουσίας της οστικής κατασκευής. Σε αντίθεση µε τον παράγοντα Runx-2 που είναι απαραίτητος και για την υπερτροφία των χονδροκυττάρων, ο 27

28 Osterix συµµετέχει µόνο στην οστεοβλαστική διαφοροποίηση και στην οστική κατασκευή. Ο παράγοντας Osterix 25 είναι κριτικής σηµασίας για τη στράτευση των πολυδύναµων κυττάρων προς την οστεοβλαστική σειρά αντί της κυτταρικής σειράς των χονδροκυττάρων. Τη µεγαλύτερη ερευνητική επιτυχία των τελευταίων ετών στην κατανόηση των µηχανισµών ρύθµισης της οστικής κατασκευής, αποτέλεσε η ανακάλυψη της σχέσης του υποδοχέα LRP5 26 (συν-υποδοχέας των Wnt πρωτεϊνών) µε την οστική µάζα σε ποντίκια και ανθρώπους. Αδρανοποιητικές µεταλλάξεις του υποδοχέα LRP5 οδηγούν στο σύνδροµο Οστεοπόρωσης-Ψευδογλοιώµατος 27, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαµηλή οστική µάζα, ενώ αντιθέτως ενεργοποιητικές µεταλλάξεις έχουν ως αποτέλεσµα φαινότυπο µε πολύ υψηλή οστική µάζα. Αντίστοιχα ανενεργείς µεταλλάξεις του γονιδίου που κωδικοποιεί τη Σκληροστίνη (Sost) 28,29, έναν ενδογενή αναστολέα της Wnt ενδοκυττάριας σηµατοδοτικής οδού, οδηγούν σε οστεοσκλυρηντικούς φαινοτύπους (Σκληροστέωση, σύνδροµο Van Buchem) 29 ( Εικόνα 4). Εικόνα 4. Χαρακτηριστική κλινική εικόνα προσώπου ασθενή µε Σκληροστέωση 1. Προς το τέλος της παραγωγής και επιµετάλλωσης του νεοσχηµατιζόµενου οστίτη ιστού, ένα 15% των ενεργών οστεοβλαστών υφίστανται περαιτέρω διαφοροποίηση και µετασχηµατίζονται σε οστεοκύτταρα. Τα οστεοκύτταρα παγιδεύονται στο εσωτερικό της θεµελίου ουσίας του οστίτη ιστού και δηµιουργούν ένα πολύπλοκο δίκτυο επικοινωνίας, τόσο µεταξύ τους όσο και µε τα οστικά κύτταρα της οστικής επιφανείας. Η εξέλιξη των εναποµεινάντων οστεοβλαστών περιλαµβάνει την απόπτωση τους ή την µετατροπή τους σε επενδυµατικά κύτταρα( Εικόνα 5). 28

29 Εικόνα 5. ιαφοροποίηση οστεοβλαστών προς οστεοκύτταρα 16. Οι κύριοι µεταγραφικοί παράγοντες που είναι απαραίτητοι για τη διαφοροποίηση των µεσεγχυµατικών κυττάρων προς οστεοβλάστες είναι ο Runx-2, ο Osterix και η β- κατενίνη. Η τελική µετατροπή των οστεοβλαστών σε οστεοκύτταρα αναστέλλεται από τον παράγοντα Runx-2. O µεταγραφικός παράγοντας Runx-2 προάγει τη δέσµευση των µεσεγχυµατικών προγονικών κυττάρων σε προ-οστεοβλάστες, αναστέλλοντας τη διαφοροποίηση τους προς λιποκύτταρα ή χονδροκύτταρα. Οι µεταγραφικοί παράγοντες Osterix και β-κατενίνη κατευθύνουν την περαιτέρω ωρίµανση των προοστεοβλαστών προς ανώριµους οστεοβλάστες. Η τελική διαφοροποίηση σε ώριµα κύτταρα και η περαιτέρω µετατροπή τους σε οστεοκύτταρα αναστέλλεται από τον Runx-2. To ενδοκυττάριο σηµατοδοτικό µονοπάτι Wnt Οι Wnt πρωτεΐνες αποτελούν µια οικογένεια 19 εκκριτικών σηµατοδοτικών µορίων πλούσιων σε κυστεΐνη. Kατέχουν πολύ σηµαντικό ρόλο στη διαδικασία της οστεοβλαστογένεσης και της οστικής κατασκευής 30. Η ονοµασία προέρχεται από τα δύο γράµµατα της οικογένειας int του ποντικιού και από το πρώτο γράµµα του είδους της δροσόφυλλα (Wingless), από τα οποία αποµονώθηκαν για πρώτη φορά 30,31. Οι Wnt πρωτεΐνες ενεργοποιώντας τη β-κατενίνη αυξάνουν την έκφραση 32,33 του µεταγραφικού παράγοντα Runx-2 τόσο στα στρατευµένα στην οστεοβλαστική σειρά οστεοπρογονικά κύτταρα, προάγοντας την περαιτέρω διαφοροποίηση τους, όσο και στα αρχέγονα µεσεγχυµατικά κύτταρα προ της εµφάνισης του οστεοβλαστικού φαινοτύπου, αυξάνοντας την είσοδο των πρόδροµων κυττάρων στην οστεοβλαστική σειρά 31. Παράλληλα, στην αµοιβαία 29

30 ανταγωνιστική σχέση που υφίσταται ανάµεσα στην οστεοβλαστογένεση και τη λιπογένεση 34, η ενεργοποίηση της Wnt οδού αναστέλλει την διαφοροποίηση των δισδύναµων κυττάρων προς λιποβλάστες επιδρώντας αρνητικά στην έκφραση των µεταγραφικών παραγόντων C/EBPalpha (CCAAT/enhancer-binding proteinalpha) 35 και PPARgamma (peroxisome proliferator-activated receptor-gamma) 36 που είναι κριτικής σηµασίας για την λιποβλαστογένεση. Επιπλέον οι Wnt πρωτεΐνες συµµετέχουν στη ρύθµιση και της οστεοκλαστικής διαφοροποίησης µε έµµεσο µηχανισµό µέσω του παράγοντα Runx-2 37, αυξάνοντας την έκφραση και την παραγωγή της Οστεοπροτεγερίνης και αυξάνοντας το λόγο OPG/RANKL. Πρόσφατες µελέτες αναφέρουν ότι η σταθεροποίηση ή η αποδόµηση της β- κατενίνης οδηγεί αντίστοιχα σε ελάττωση ή αύξηση της οστικής απορρόφησης, ενώ έχει αποδειχθεί ότι η Οστεοπροτεγερίνη αποτελεί γονιδιακό στόχο της β-κατενίνης ( Εικόνα 3,5). γ) Οστεοκύτταρα Τα οστεοκύτταρα είναι τα περισσότερα σε αριθµό κύτταρα στον οστίτη ιστό. Είναι σχεδόν δεκαπλάσια από τους οστεοβλάστες και χίλιες φορές περισσότερα από τους οστεοκλάστες 1. Σε αντίθεση µε τους οστεοκλάστες και τους οστεοβλάστες που έχουν βραχεία διάρκεια ζωής και εντοπίζονται σε ένα µικρό τµήµα της οστικής επιφάνειας, τα οστεοκύτταρα έχουν µεγάλη διάρκεια ζωής και είναι διάσπαρτα σε όλη την έκταση του σκελετού 1. Όπως ήδη έχει αναφερθεί, τα οστεοκύτταρα είναι τελικώς διαφοροποιηµένοι οστεοβλάστες που έχουν παγιδευτεί µέσα στην επιµεταλλωµένη θεµέλιο ουσία. Παρόλο που η µεταβολική δραστηριότητα των οστεοβλαστών ελαττώνεται δραµατικά µετά την ενσωµάτωση τους στην οστική θεµέλιο ουσία και τη µετατροπή τους σε οστεοκύτταρα, τα κύτταρα αυτά συνεχίζουν να παράγουν πρωτεΐνες. Η µορφολογία των οστεοκυττάρων ποικίλει ανάλογα µε την ηλικία του κυττάρου και τη λειτουργική του δραστηριότητα. Τα νεοσχηµατιζόµενα οστεοκύτταρα µοιάζουν περισσότερο στη µορφολογία µε τους οστεοβλάστες από τους οποίους προήλθαν. Εξαίρεση αποτελεί το γεγονός ότι έχουν ελαττωµένο κυτταρικό όγκο και λιγότερο ανεπτυγµένα τα κυτταροπλασµατικά οργανύλλια (τραχύ ενδοπλασµατικό δίκτυο, συσκευή Golgi) που σχετίζονται µε την πρωτεΐνοσύνθεση 3. Τα ωριµότερα οστεοκύτταρα, που ανευρίσκονται βαθύτερα στο επιµεταλλωµένο οστούν, χαρακτηρίζονται από ακόµη µεγαλύτερη ελάττωση του κυτταρικού όγκου και των οργανυλλίων και εµφανίζουν συσσώρευση γλυκογόνου στο κυτταρόπλασµα. Τα κύτταρα αυτά συνεχίζουν να εναποθέτουν µικρή ποσότητα θεµελίου ουσίας, η οποία στη συνέχεια επιµεταλλώνεται. Τα οστεοκύτταρα εκφράζουν επίσης αρκετούς από τους δείκτες των οστεοβλαστών όπως η οστεοκαλσίνη, η οστεονεκτίνη και η οστεοποντίνη σε µικρότερες ποσότητες, αλλά και άλλες ειδικές για τα οστεοκύτταρα πρωτεΐνες όπως η πρωτεΐνη επιµήκυνσης των δενδριτών τους E11/gp

31 Εικόνα 6 : Οστεοκύτταρα σε εικόνα από ηλεκτρονικό µικροσκόπιο 16. Τα ώριµα οστεοκύτταρα (Εικόνα 6) έχουν αστεροειδές ή δενδριτικό σχήµα και βρίσκονται «θαµµένα» µέσα στο βοθριοσωληνώδες οστικό δίκτυο, που καλύπτει όλη την έκταση του οστίτη ιστού 39. Στα βοθρία περιέχονται τα κυτταρικά σώµατα των οστεοκυττάρων, από τα οποία εκφύονται µακριές και λεπτές κυτταροπλασµατικές προσεκβολές, που ακτινοβολούν προς όλες τις κατευθύνσεις και κυρίως προς την οστική επιφάνεια. Οι προσεκβολές αυτές διέρχονται µέσω µικροσωληναρίων που σχηµατίζουν ένα πολύπλοκο δίκτυο στην εσωτερική επιφάνεια του οστίτη οστού. Μέσω αυτών των κυτταρικών αποφυάδων τα οστεοκύτταρα συνδέονται µε άλλα γειτονικά οστεοκύτταρα, µε τους οστεοβλάστες και τα επενδυµατικά κύτταρα στην οστική επιφάνεια, αλλά και µε τα κυτταρικά στοιχεία του µυελού των οστών, στέλνοντας έτσι σήµατα σε όλες τις κυτταρικές παραµέτρους του σκελετού. Η αστεροειδής µορφολογία και η ικανότητα ανάπτυξης κυτταρικού δικτύου είναι ενδογενή χαρακτηριστικά των τελικώς διαφοροποιηµένων οστεοκυττάρων 39. Η σύνδεση των οστεοκυττάρων µεταξύ τους αλλά και µε την οστική επιφάνεια είναι κριτικής σηµασίας για την επιβίωση τους, καθότι τους εξασφαλίζει την παροχή οξυγόνου και των θρεπτικών συστατικών. Τα οστεοκύτταρα σχηµατίζουν χασµατοσυνάψεις (gap junctions) 40 µεταξύ τους αλλά και µε τα υπόλοιπα κύτταρα µόνο µέσω των απολήξεων των κυτταροπλασµατικών προεκβολών τους, ένα σχετικά µικρό ποσοστό της συνολικής επιφάνειας του κυτταρικού τους σώµατος. Παράλληλα µε τις χασµατοσυνάψεις τα οστεοκύτταρα αλλά και οι οστεοβλάστες εκφράζουν και λειτουργικούς ηµιδιαύλους. Οι ηµιδίαυλοι βρίσκονται στην κυτταρική επιφάνεια, λειτουργούν ανεξάρτητα από τη φυσική επαφή µεταξύ γειτονικών κυττάρων και είναι υπεύθυνοι κυρίως για την επικοινωνία των οστεοκυττάρων µε τον εξωκυττάριο χώρο. Φαίνεται ότι οι χασµατοσυνάψεις και οι ηµιδίαυλοι στα οστεοκύτταρα 41 είναι κριτικής σηµασίας για τη λειτουργία τους. Έχουν διακριτούς ρόλους τόσο στη µετάδοση των σηµάτων που προέρχονται από τη µηχανική διέγερση άλλων 31

32 οστεοκυττάρων και του εξωκυττάριου χώρου, όσο και στην προαγωγή της οστικής παραγωγής και ανακατασκευής. Οστικός µηχανοστάτης Η κύρια λειτουργία των οστεοκυττάρων είναι αυτή του οστικού µηχανοστάτη 42, δηλαδή η αντίληψη των µηχανικών ερεθισµάτων του εξωτερικού περιβάλλοντος, η επεξεργασίας τους και η µετατροπής τους σε βιοχηµικά σήµατα. Στα κύτταρα του οστίτη ιστού µε δυνατότητα αντίληψης των µηχανικών ερεθισµάτων, περιλαµβάνονται και τα επενδυµατικά κύτταρα και οι οστεοβλάστες. Ωστόσο λόγω της ευρείας κατανοµής τους σε όλη την έκταση του σκελετού και του εκτεταµένου συνδετικού δικτύου που σχηµατίζουν, τα οστεοκύτταρα θεωρούνται τα κύρια οστικά κύτταρα που έχουν τη συγκεκριµένη λειτουργία 42. Τα οστεοκύτταρα ρυθµίζουν τη µετάδοση σηµάτων για την επαγωγή της οστικής κατασκευής και απορρόφησης, ανάλογα µε τις εκάστοτε ανάγκες. Η εφαρµογή µηχανικής πίεσης στο σκελετό έχει ως αποτέλεσµα την παραµόρφωση της κυτταρικής µεµβράνης των οστεοκυττάρων, τη διέγερση της οστεοκυτταρικής λειτουργίας και τη µετάδοση βιοχηµικών σηµάτων κατά µήκος των δενδριτικών προεκβολών που ρυθµίζουν την οστική κατασκευή και οστική απορρόφηση ανάλογα µε τις εκάστοτε συνθήκες. Παρά τη µεγάλη πρόοδο που έχει σηµειωθεί τα τελευταία χρόνια αναφορικά µε τη λειτουργία των οστεοκυττάρων ως οστικού µηχανοστάτη 43, δεν έχει ακόµα διευκρινισθεί αν υπάρχει ένας µόνο µηχανοϋποδοχέας στην επιφάνεια των οστεοκυττάρων ή πρόκειται για ένα συνδυασµό σηµατοδοτικών µορίων και µία αλληλουχία γεγονότων που πρέπει να πυροδοτηθεί για τη διέγερση της µηχανοστατικής λειτουργίας και της µηχανοεπαγωγής. Στη διέγερση της οστεοκυτταρικής λειτουργίας κατά την επίδραση µηχανικού φορτίου στο σκελετό συµµετέχουν οι µεµβρανικοί υποδοχείς των οιστρογόνων (Era), ο υποδοχέας Frizzled του Wnt σηµατοδοτικού µονοπατιού, οι υποδοχείς ιντεγκρινών, οι βλεφαρίδες και άλλα µόρια όπως οι προσταγλανδίνες, το ATP και το νιτρικό οξείδιο που εκκρίνονται από τα οστεοκύτταρα κατά τη µηχανική φόρτιση 1. Οµοιοστασία φωσφόρου και επιµετάλλωση Παλαιότερα αλλά και πιο πρόσφατα ερευνητικά δεδοµένα αναφέρονται στον ρόλο των οστεοκυττάρων στην οµοιοστασία του ανόργανου τµήµατος του σκελετού καθώς και στη ρύθµιση της επιµετάλλωσης του νεοσχηµατιζόµενου οστίτη ιστού. Ανενεργείς µεταλλάξεις γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες µε σηµαντική έκφραση στα οστεοκύτταρα, όπως η πρωτεΐνη Dentin Matrix Protein 1 (DMP-1) 44 και η ενδοπεπτιδάση PHEX 44 (phosphate-regulating gene with homologies to endopeptidases on the X-chromosome) καταλήγουν στην κληρονοµούµενη µε τον αυτοσωµατικό υπολειπόµενο χαρακτήρα υποφωσφαταιµική ραχίτιδα και στην υποφωσφαταιµική ραχίτιδα µε χ-φυλοσύνδετη κληρονοµικότητα, αντίστοιχα. Ο ινοβλαστικός αυξητικός παράγοντας 23 (FGF23) 45 παράγεται επίσης από τα οστεοκύτταρα και αναστέλλει την νεφρική επαναρρόφηση του φωσφόρου αλλά και τη νεφρική παραγωγή του ενεργού µεταβολίτη της βιταµίνης D 3. Αποτελεί τον 32

33 κύριο φωσφατουρικό παράγοντα στον νεφρο-οστικό άξονα ρυθµίζοντας παράλληλα την αποβολή του φωσφόρου και την οστική επιµετάλλωση. Παθολογικά αυξηµένες συγκεντρώσεις του κυκλοφορούντος FGF23 προκαλούν υποφωσφαταιµία και οστεοµαλακία, ενώ πολύ χαµηλές συγκεντρώσεις του οδηγούν σε υπερφωσφαταιµία, αυξηµένες συγκεντρώσεις 1,25-διυδρόξυ-βιταµίνης D και επασβεστώσεις µαλακών µορίων 45. Η ενδοπεπτιδάση PHEX είναι µια µεµβρανική µεταλλοπρωτεϊνάση, που αν και δεν έχει αναγνωρισθεί ακόµα το φυσικό της υπόστρωµα, φαίνεται ότι συµµετέχει στην απενεργοποίηση του φωσφατουρικού παράγοντα FGF23. Η ενδοπεπτιδάση PHEX όπως και το DMP-1 αυξάνουν διαδοχικά σε απάντηση στη µηχανική φόρτιση του σκελετού 44. δ)οστεοκλάστες Οι οστεοκλάστες είναι πολυπύρηνα κύτταρα που προέρχονται από τα πολυδύναµα αρχέγονα αιµοποιητικά κύτταρα του µυελού των οστών 46, από τα οποία προέρχονται επίσης τα µονοκύτταρα του περιφερικού αίµατος και τα µακροφάγα διαφόρων ιστών ( Εικόνα 7). Οι πρόδροµες µορφές των οστεοκλαστών ενώνονται για τη δηµιουργία των πολυπύρηνων κυττάρων. Στη συνέχεια ενεργοποιούνται µεταβάλλοντας την οργάνωση του κυτταρικού σκελετού τους, ώστε να είναι δραστικά για την κύρια λειτουργία τους που είναι η οστική απορρόφηση. Η διάµετρος τους µπορεί να φτάνει τα 100mm και στο κυτταρόπλασµα τους περιέχουν 4-20 πυρήνες. Βρίσκονται συνήθως σε άµεση επαφή µε τις επιµεταλλωµένες επιφάνειες του οστίτη ιστού τις οποίες αποδοµούν, σχηµατίζοντας κοιλότητες, που είναι γνώστες ως βοθρία του Howship's (Howship's lacunae) 46. Εικόνα 7. Προέλευση και διαφοροποίηση οστεοκλαστών. Οι οστεοκλάστες προέρχονται από τα πολυδύναµα αρχέγονα αιµοποιητικά κύτταρα του µυελού των οστών, από τα οποία προέρχονται επίσης τα µονοκύτταρα του περιφερικού αίµατος και τα µακροφάγα των ιστών

34 Η διαφοροποίηση των οστεοκλαστών ρυθµίζεται από διάφορους αυξητικούς παράγοντες και κυτοκίνες όπως ο RANKL, η Οστεοπροτεγερίνη και ο M-CSF, που παράγονται κυρίως από τους προ-οστεοβλάστες και τα µεσεγχυµατικά κύτταρα και δρουν στους αντίστοιχους υποδοχείς των οστεοκλαστών (c-fms για τον παράγοντα M-CSF και RANK για τον παράγοντα RANKL) 21,22. Μορφολογικά, οι οστεοκλάστες περιέχουν άφθονα συµπλέγµατα συσκευών Golgi που βρίσκονται γύρω από κάθε πυρήνα, µιτοχόνδρια και κυστίδια µεταφοράς που φέρουν λυσοσωµιακά ένζυµα 1. Τα κύρια µορφολογικά χαρακτηριστικά τους είναι η πτυχωτή µεµβράνη 47, ένα κροσσωτό οργανύλλιο που απαντάται αποκλειστικά στον οστεοκλάστη και η ζώνη συγκόλλησης, µια περιοχή δίκην δακτυλίου ακτίνης που αποµονώνει το µικροπεριβάλλον, στο οποίο θα συντελεστεί η οστική απορρόφηση, από τον υπόλοιπο εξωκυττάριο χώρο. Λυσοσωµιακά ένζυµα όπως η όξινη φωσφατάση και η καθεψίνη Κ συντίθενται από τους οστεοκλάστες και βρίσκονται στο ενδοπλασµατικό δίκτυο, στις συσκευές Golgi και στα διάφορα κυστίδια µεταφοράς. Τα ένζυµα εκκρίνονται από την πτυχωτή µεµβράνη στον εξωκυττάριο χώρο προς την οστική επιφάνεια που θα απορροφηθεί σε ικανές συγκεντρώσεις. Η απορρόφηση επιτυγχάνεται χάρη στο ερµητικά κλειστό οστικό µικροπεριβάλλον που δηµιουργείται από τη ζώνη συγκόλλησης. Επιπλέον οι οστεοκλάστες εκκρίνουν και διάφορες µεταλλοπρωτεϊνάσες (ΜΜP13), κολλαγενάσες (1 και 3) και τη ζελατινάση Β (MMP9). Tα ένζυµα αυτά σχετίζονται µε τη µετανάστευση των προ-οστεοκλαστών στην οστική επιφάνεια και την αποδόµηση της οστικής θεµελίου ουσίας 1. Η διαδικασία της οστικής απορρόφησης που επιτελείται από τους οστεοκλάστες περιλαµβάνει 5 στάδια 46 : α) την προσκόλληση των οστεοκλαστών στη θεµέλιο ουσία, β) την πόλωση και ενεργοποίηση του ώριµου οστεοκλάστη, γ) τη δηµιουργία της ζώνης συγκόλλησης στην επιφάνεια του οστίτη ιστού, δ) την απορρόφηση και ε) την αποκόλληση των οστεοκλαστών και την επακόλουθη απόπτωση τους. Η προσκόλληση των οστεοκλαστών στη θεµέλιο ουσία του οστίτη ιστού, αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση για την έναρξη της οστικής αποδόµησης. Πραγµατοποιείται µέσω τον υποδοχέων των ιντεγκρινών που διαθέτουν οι οστεοκλάστες 46. Σε απουσία προσκόλλησης των οστεοκλαστών στην οστική επιφάνεια, δεν είναι δυνατή η οξινοποίηση του οστικού µικροπεριβάλλοντος και κατά συνέπεια η ενεργοποίηση και δράση των ένζυµων. Οι ιντεγκρίνες 48, είναι διαµεµβρανικές πρωτεΐνες οι οποίες φέρουν σε επαφή τον εξωκυττάριο χώρο µε τον κυτταρικό σκελετό και τα ινίδια ακτίνης. εσµεύονται στις πρωτεΐνες της µεταλλωµένης θεµέλιας ουσίας που φέρουν στο µόριο τους την αλληλουχία RGD (αργινίνη-γλυκίνη-ασπαρτικό οξύ), όπως η οστεοποντίνη και η οστική σιαλοπρωτεϊνη. Η σύνδεση αυτή είναι απαραίτητη για την οργάνωση του κυτταρικού σκελετού του οστεοκλάστη και την ωρίµανση του που τον καθιστά περισσότερο δραστικό στην απορρόφηση του οστού. Επίσης είναι απαραίτητη για την απόκτηση κινητικότητας µέσω του σχηµατισµού ψευδοποδιών, που περιέχουν ινίδια ακτίνης. 34

35 Οι οστεοκλάστες απορροφούν οστό µέσω της οξινοποίησης και πρωτεόλυσης της οστικής θεµελίου ουσίας και των κρυστάλλων του υδροξυαπατίτη, που βρίσκονται στο περιβάλλον που δηµιουργεί η ζώνη συγκόλλησης του οστεοκλάστη 46. Στο κυτταρόπλασµα του οστεοκλάστη, µε τη δράση της καρβονικής ανυδράσης παράγονται ιόντα υδρογόνου ( + H) και διττανθρακικές ρίζες, από το CO2 που παράγεται από τα µιτοχόνδρια. Στη συνέχεια τα υδρογονοκατιόντα µέσω της αντλίας πρωτονίων (Η+-ΑΤPase) της πτυχωτής µεµβράνης εξέρχονται στον εξωκυττάριο χώρο που δηµιουργείται ανάµεσα στην πτυχωτή µεµβράνη του οστεοκλάστη και την οστική επιφάνεια που επίκειται να αποδοµηθεί και δηµιουργούν όξινο περιβάλλον (PH=3,5-4,5) 49. Η διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας του κυτταροπλάσµατος του οστεοκλάστη επιτυγχάνεται από ένα δίαυλο ιόντων χλωρίου, που λειτουργεί παράλληλα µε την αντλία πρωτονίων. Τα κανάλια κατιόντων καλίου (Κ + ) στο βασικό τµήµα της πλασµατικής µεµβράνης και τα κανάλια ανιόντων χωρίου (Cl - ) στην πτυχωτή παρυφή, εξασφαλίζουν την αποµάκρυνση των ιόντων που προκύπτουν από τη δράση της (Η+-ΑΤPase) και την ηλεκτρική ισορροπία του κυτταροπλάσµατος. Επιπλέον οι αντλίες νατρίου που βρίσκονται στη βασική µεµβράνη, προωθούν τη δευτεροπαθή ενεργητική µεταφορά ιόντων ασβεστίου (Na + /Ca 2 ) και πρωτονίων ( Na+/H+) 50 (Εικόνα 8). Μεταλλάξεις στα διάφορα τµήµατα των αντλιών του οστεοκλάστη οδηγούν σε οστεοπετρωτικό φαινότυπο σε ανθρώπους και ποντίκια λόγω διαταραγµένης οστεοκλαστικής λειτουργίας. Εικόνα 8. Οστεοκλαστική απορρόφηση 16. Η καρβονική ανυδράση τύπου 2, παράγει διοξείδιο του άνθρακα και Η 2 Ο. Τα πρωτόνια µεταφέρονται στην απορροφητική επιφάνεια µέσω Η + -ATP άσης της πτυχωτής µεµβράνης και δηµιουργούν το όξινο περιβάλλον. Η ηλεκτρική ουδετερότητα της πτυχωτής µεµβράνης του οστεοκλάστη διατηρείται από ένα δίαυλο ιόντων χλωρίου. Τα προϊόντα αποδόµησης µεταφέρονται µέσα σε κυστίδια που περιέχουν το ένζυµο όξινη φωσφατάση ( TRAP), προς τη βασική µεµβράνη του οστεοκλάστη από όπου και αποβάλλονται µε εξωκύττωση. Η περίσσεια των διττανθρακικών αποβάλλεται µέσω αντιµεταφορέα χλωρίου / διττανθρακικών στη βασική µεµβράνη. 35

36 Η πρώτη φάση της οστεοκλαστικής απορρόφησης περιλαµβάνει την κινητοποίηση των κρυστάλλων του υδροξυαπατίτη, µε αποδόµηση των δεσµών του κολλαγόνου µε τον υδροξυαπατίτη 46. Το χαµηλό PH διαλύει τους κρυστάλλους, απογυµνώνοντας τη θεµέλιο ουσία. Τα υπολείµµατα των ινών κολλαγόνου µεταβολίζονται από την καθεψίνη Κ 51, ενδοκυτταρώνονται και µεταφέρονται µέσα σε κυστίδια, διαµέσου του κυτταροπλάσµατος, προς την βασική µεµβράνη του οστεοκλάστη απ όπου και αποβάλλονται µε εξωκύττωση. Τα κυστίδια αυτά περιέχουν το ένζυµο όξινη φωσφατάση (ΤΡΑP) που παράγει ενεργές ρίζες οξυγόνου για την περαιτέρω αποδόµηση του κολλαγόνου. Ανενεργείς µεταλλάξεις στο γονίδιο που κωδικοποιεί την καθεψίνη Κ, σχετίζονται µε την εµφάνιση πυκνοδυσόστωσης 52, µιας σκελετικής δυσπλασίας που κληρονοµείται µε τον αυτοσωµατικό υπολειπόµενο χαρακτήρα. Η πυκνοδυσόστωση χαρακτηρίζεται από πυκνά και εύθραυστα οστά, κοντό ανάστηµα και χαµηλό ρυθµό οστικής ανακατασκευής. 36

37 3. ΟΣΤΕΟΑΡΘΡΙΤΙ Α- ΑΙΤΙΟΠΑΘΟΓΕΝΕΙΑ 1. Εισαγωγή Η οστεοαρθρίτιδα είναι µια χρόνια πάθηση των αρθρώσεων,στην οποία παρατηρείται προοδευτική αποδόµηση του αρθρικού χόνδρου. H νόσος συνοδεύεται από ανάπτυξη νέου οστού και χόνδρου στις παρυφές των αρθρώσεων (οστεόφυτα), στένωση του µεσάρθριου διαστήµατος, παρουσία υποχόνδριων κύστεων καθώς και από ίνωση του αρθρικού θυλάκου 53. Είναι η πιο συχνή πάθηση των αρθρώσεων του ανθρώπινου σώµατος. Προσβάλλει όλες τις αρθρώσεις αλλά πιο συχνά εντοπίζεται στο γόνατο, το ισχίο, τις φαλαγγοφαλαγγικές αρθρώσεις των δακτύλων του χεριού και της σπονδυλικής στήλης. Είναι δυνατό να αφορά σε µια ή πολλές αρθρώσεις 54. Η συχνότητα της αυξάνεται µε την πάροδο της ηλικίας και αποτελεί τον πιο συχνό παράγοντα αναπηρίας 54. Στην πιο συχνή της µορφή, δεν έχει καµιά άλλη συστηµατική εκδήλωση. Παρά το γεγονός ότι ορισµένες φoρές µπορεί να παρατηρηθούν τοπικά σηµεία φλεγµονής, η πάθηση δεν είναι φλεγµονώδους αιτιολογίας. Επίσης η οστεοαρθρίτιδα δεν είναι αµιγώς εκφυλιστική και έτσι η χρήση του όρου «εκφυλιστική αρθρίτιδα» θεωρείται ανακριβής. Η οστεοαρθρίτιδα είναι µια δυναµική πάθηση, η οποία παρουσιάζει στον ίδιο χρόνο χαρακτηριστικά τόσο καταστροφής όσο και επιδιόρθωσης. Η µαλάκυνση και αποδιοργάνωση του αρθρικού χόνδρου συνοδεύονται από την αρχή, από σχηµατισµό υπερπλαστικού νέου οστού, οστεοφύτων και οστική ανακατασκευή στο υποχόνδριο οστούν. Η κλινική και ακτινολογική εικόνα καθορίζεται από τη σχετική επικράτηση κάποιου από αυτούς τους ανταγωνιζόµενους µηχανισµούς 53 (Εικόνα 9). Εικόνα 9 : Τυπική ακτινολογική εικόνα οστεοαρθρίτιδας ισχίων άµφω µε στένωση του µεσαρθρίου διαστήµατος, σκλήρυνση του υποχόνδριου οστού, κύστεις στο υποχόνδριο οστό και οστεόφυτα. 37

38 2. Παθολογοανατοµικές και κυτταρικές βλάβες Μακροσκοπικά τα κύρια χαρακτηριστικά της οστεοαρθρίτιδας είναι 54 τα εξής ( Εικόνα 10,11 ) : 1. Προοδευτική καταστροφή του αρθρικού χόνδρου 2. Απογύµνωση και σκλήρυνση του υποχόνδριου οστού 3. Εµφάνιση οστεοφύτων στις παρυφές της άρθρωσης 4. Παρουσία κύστεων στο υποχόνδριο οστούν Εικόνα 10..Οστεοαρθρίτιδα γόνατος 54. ιεγχειρητική εικόνα όπου φαίνεται ότι το υποχόνδριο οστούν στον έσω µηριαίο κόνδυλο έχει απογυµνωθεί τελείως από τον αρθρικό χόνδρο. Εικόνα 11. Μακροσκοπική εικόνα κάθετης τοµής οστεοαρθριτικής µηριαίας κεφαλής 55 ( υποχόνδριες κύστεις, σκληρυντικό οστούν, οστεόφυτα στο κάτω µέρος της κεφαλής) 38

39 Σε κυτταρικό επίπεδο, η οστεοαρθρίτιδα µπορεί να θεωρηθεί ως αποτυχηµένη προσπάθεια των χονδροκυττάρων να επιδιορθώσουν τις βλάβες του αρθρικού χόνδρου. Τα πρώιµα στάδια της οστεοαρθρίτιδας έχουν µελετηθεί σε πειραµατικά ζωικά µοντέλα πρόκλησης αστάθειας σε άρθρωση. Ωστόσο µπορεί να µην είναι αντιπροσωπευτικά όλων των µορφών αρθρίτιδας 55. Οι πρώιµες αλλοιώσεις του χόνδρου, όταν είναι ακόµη µορφολογικά ακέραιος, αφορούν την αύξηση της περιεκτικότητας του σε νερό και την ευκολότερη διαφυγή πρωτεογλυκανών από τη θεµέλια ουσία. Παρόµοια ευρήµατα σε ανθρώπους µε οστεοαρθρίτιδα, έχουν αποδοθεί στην διάσπαση του δικτύου κολλαγόνου, που έχει σαν αποτέλεσµα την αδυναµία συγκράτησης της µεσοκυττάριας ουσίας. Σε ελάχιστα πιο προχωρηµένο στάδιο ακολουθεί απώλεια πρωτεογλυκανών και διάσπαση της χόνδρινης επιφάνειας 55. Καθώς ο χόνδρος γίνεται λιγότερο σκληρός, η δευτεροπαθής βλάβη των χονδροκυττάρων µπορεί να οδηγήσει σε απελευθέρωση κυτταρικών ενζύµων και έτσι να επιδεινωθεί ο ρυθµός καταστροφής της θεµέλιας ουσίας. Η κακή µηχανική φόρτιση του δικτύου του κολλαγόνου ενισχύεται από την παραµόρφωση του χόνδρου, δηµιουργώντας έτσι ένα φαύλο κύκλο που οδηγεί στην καταστροφή του χόνδρινου ιστού 55. Ο εκφυλισµένος αρθρικός χόνδρος χαρακτηρίζεται από 55 : o αυξηµένη περιεκτικότητα σε ύδωρ ( σε αντίθεση µε τη χαµηλή περιεκτικότητα που παρατηρείται στη φυσιολογική γήρανση), o µεταβολές των πρωτεογλυκανών ( µείωση της συνολικής ποσότητας, βραχύτερες αλυσίδες και αύξηση της σχέσης θειικής χονδροϊτίνης / θειϊκή κερατάνη), o µεταβολές στα µόρια κολλαγόνου ( καταστροφή από κολλαγενάσες), o δέσµευση των πρωτεογλυκανών στο υαλουρονικό οξύ ( µέσω πρωτεολυτικών ένζυµων και αύξηση της προσταγλανδίνης Ε και συνδετικών πρωτεϊνών) o αύξηση επίπεδων των καθεψινών Β και D και των µεταλλοπρωτεϊνάσων (κολλαγενάσες, ζελατινάσες και στρωµελυσίνη). Επίσης η IL-1 ενισχύει τη σύνθεση των ενζύµων και µπορεί να έχει καταβολική δράση οδηγώντας σε εκφύλιση του χόνδρου. Οι γλυκοζαµινογλυκάνες και το πολυσουλφουρικό οξύ µπορεί να έχουν προστατευτική δράση 55. Οι βιοχηµικές µεταβολές που παρατηρούνται στον αρθρικό χόνδρο τόσο στην οστεοαρθρίτιδα όσο και στη γήρανση φαίνονται συγκριτικά στον πίνακα 2. 39

40 Παράµετρος Επίδραση της ηλικίας Επίδραση της Οστεοαρθρίτιδας Περιεκτικότητα σε ύδωρ Κολλαγόνο Περιεκτικότητα πρωτεογλυκάνες σε Η περιεκτικότητα µπορεί να µείνει αµετάβλητη Αποδιοργάνωση ( κατακερµατισµός της θεµέλιας ουσίας). Η περιεκτικότητα ελαττώνεται σε προχωρηµένη οστεοαρθρίτιδα. Η σχετική συγκέντρωση αυξάνεται ( λόγω απώλειας πρωτεογλυκανών) Σύνθεση πρωτεογλυκανών Αποδόµηση πρωτεογλυκανών Συγκέντρωση χονδροϊτίνης -4 θεïικής Συγκέντρωση κερατάνης θειïκής Μέγεθος χονδροκυττάρων Αριθµός χονδροκυττάρων Συντελεστής ελαστικότητας Πίνακας 2. Συγκριτικές βιοχηµικές µεταβολές του αρθρικού χόνδρου στην οστεοαρθρίτιδα και στη γήρανση

41 Στην εικόνα 12 φαίνεται ο καταρράκτης των ενζυµικών αντιδράσεων που περιλαµβάνονται στην εκφύλιση του αρθρικού χόνδρου. Η εκφύλιση επιδεινώνεται από διατµητικές δυνάµεις και προλαµβάνεται από τις φυσιολογικές συµπιεστικές δυνάµεις. Εικόνα 12. Ενζυµικός καταρράκτης της επαγωγής από την IL-1 αποδόµησης του αρθρικού χόνδρου 55 Ο αρθρικός χόνδρος παίζει σηµαντικό ρόλο στην απόσβεση και κατανοµή των φορτίων που προκαλούνται από τη χρήση της άρθρωσης. Όταν ο χόνδρος χάσει την ακεραιότητα του, τότε αυτά τα φορτία µεταφέρονται στο υποχόνδριο οστούν. Το αποτέλεσµα είναι η εστιακή απορρόφηση των δοκίδων και ο σχηµατισµός κύστεων στο υποχόνδριο, καθώς και η αντιδραστική υπεραιµία και σκλήρυνση στην περιοχή που δέχεται τα µεγαλύτερα φορτία 55. Καθώς οι αρθρικές επιφάνειες σταδιακά αποδιοργανώνονται και η άρθρωση γίνεται ασταθής, ο αρθρικός χόνδρος στην περιφέρεια της άρθρωσης υποστρέφει σε ένα πιο πρώιµο στάδιο και αναπτύσσει δραστηριότητα και ενδοχόνδρια οστεοποίηση. Το αποτέλεσµα αυτής της διαδικασίας είναι η δηµιουργία οστεοφύτων τα οποία χαρακτηρίζουν την οστεοαρθρίτιδα ( παλιότερα λεγόταν υπερτροφική αρθρίτιδα σε αντίθεση µε τις ατροφικές αρθρίτιδες, όπως π.χ. η ρευµατοειδής νόσος ) 3. Αιτιοπαθογένεια νόσου α) Γενικά Η αιτιοπαθογένεια της νόσου θεωρείται σε µεγάλο βαθµό πολυπαραγοντική και µη πλήρως κατανοητή 53.Οι διάφορες µορφές οστεοαρθρίτιδας δεν έχουν κοινό παθοφυσιολογικό αιτιολογικό µονοπάτι, αλλά ένα κοινό τελικό στάδιο 56. Η οστεοαρθρίτιδα προσοµοιάζει µε ανεπάρκεια οργάνου ( της άρθρωσης ), αν και 41

42 οποιοσδήποτε από τους ιστούς της άρθρωσης µπορεί να είναι ο πρώτος που αποτυγχάνει 57. Ένα σηµαντικό χαρακτηριστικό της οστεοαρθρίτιδας, είναι ότι ο επιπολασµός της αυξάνεται µε την πάροδο της ηλικίας. Η παρατήρηση αυτή δεν µπορεί να οδηγήσει στο συµπέρασµα ότι η οστεοαρθρίτιδα είναι απλά µια εκδήλωση του γήρατος. Ο γερασµένος αρθρικός χόνδρος χαρακτηρίζεται από µείωση του κυτταρικού πληθυσµού, ελάττωση της συγκέντρωσης των πρωτεογλυκανών και τελικά απώλεια της ελαστικότητας και της αντοχής του( πίνακας 2). Αυτές οι µεταβολές λόγω γήρατος, µπορεί πιθανότατα να προδιαθέτουν στην εµφάνιση της οστεοαρθρίτιδας. Ωστόσο είναι σηµαντικό να αντιληφθεί κανείς ότι η νόσος εκδηλώνεται µόνο σε κάποιες αρθρώσεις και σε ορισµένα τµήµατα αυτών, ενώ σε άλλα σηµεία οι επιπτώσεις του γήρατος είναι ελάχιστες ή δεν εξελίσσονται µε την πάροδο της ηλικίας 53. Οι φλεγµονώδεις διαδικασίες στην οστεοαρθρίτιδα είναι δευτεροπαθείς και προκαλούνται από ειδικά διαλυτά προϊόντα φθοράς του οστού και του χόνδρου. Η νόσος δεν πρέπει να θεωρείται ως εκφυλιστική, καθώς τα οστικά κύτταρα και τα χονδροκύτταρα είναι φυσιολογικά. Επιπλέον αν τα µεγάλα επίπεδα των ενδοαρθρικών πιέσεων µειωθούν µπορεί να αποκατασταθεί ο κατεστραµµένος ιστός στο φυσιολογικό 58. Για λόγους διδακτικούς η οστεοαρθρίτιδα διακρίνεται σε πρωτοπαθή και δευτεροπαθή 54. Στην πρωτοπαθή οστεοαρθρίτιδα εµφανή αίτια δεν υπάρχουν. Έχουν βέβαια εξακριβωθεί διαταραχές σε γονίδια που είναι υπεύθυνα για τη δοµή και τη λειτουργία του αρθρικού χόνδρου. Επίσης έγινε δυνατή η αποκάλυψη γενετικών διαταραχών στο µεταβολισµό του κολλαγόνου τύπου ΙΙ 53,54. Ωστόσο τα έως τώρα δεδοµένα, συνηγορούν πως είναι µάλλον απίθανο να αποτελούν γενετικοί παράγοντες, τα αποκλειστικά αίτια της οστεοαρθρίτιδας 57. Στη δευτεροπαθή οστεοαρθρίτιδα προϋπάρχουν άλλες παθήσεις που θεωρείται ότι οδηγούν σε βλάβη του αρθρικού χόνδρου ή του υποχονδρίου οστού. Ο βαθµός βέβαια και ο τρόπος που επηρεάζουν οι παθολογικές αυτές καταστάσεις, δεν είναι πλήρως διευκρινισµένες. Οι παθήσεις µπορεί να είναι µεταβολικές ( π.χ. ουρική αρθρίτιδα ), αρθρικές λοιµώξεις ( π.χ. σηπτική αρθρίτιδα ), αυτοάνοσες ( π.χ. ρευµατοειδής αρθρίτιδα ), ισχαιµικές οστικές παθήσεις ( π.χ. ισχαιµική νέκρωση της µηριαίας κεφαλής), τραυµατισµοί ( ενδαρθρικά κατάγµατα) κ.α. Τα κύτταρα του αρθρικού υµένα και τα λευκοκύτταρα απελευθερώνουν ένζυµα που µπορούν να προκαλέσουν αποδέσµευση των πρωτεογλυκανών από τη θεµέλια ουσία. Επίσης η IL-1 µπορεί να καταστείλει τη σύνθεση των πρωτεογλυκανών. Το κατά πόσο πάντως, παρόµοιες διεργασίες αποτελούν παθολογική βάση και στην «ιδιοπαθή» ή «πρωτοπαθή οστεοαρθρίτιδα» είναι άγνωστο 53. Η οστεοαρθρίτιδα είναι σε τελική ανάλυση περισσότερο από κάθε τι άλλο, µια αλληλουχία µηχανισµών που ενεργοποιούνται, σε κάθε διαταραχή της ικανότητας του χόνδρου να αντέχει φορτία, υπό την επίδραση του εκάστοτε µηχανικού περιβάλλοντος 57. Ο κοινός µηχανικός παράγοντας που εµπλέκεται στην αιτιοπαθογένεια της οστεοαρθρίτιδας είναι πιθανότατα µια παθολογική αύξηση στο ενδοαρθρικό στρες, 42

43 που µπορεί να είναι αποτέλεσµα ποσοτικής ή ποιοτικής διαταραχής της αρθρικής φόρτισης Αυξηµένα φορτία παρατηρούνται σε παραµορφώσεις που αλλοιώνουν την µηχανική µιας άρθρωσης ή σε καταστάσεις όπου ελαττώνεται η επιφάνεια επαφής των αρθρικών επιφανειών( π.χ. στην αναντιστοιχία των αρθρικών επιφανειών, σε ανοµοιοµερή φόρτιση της άρθρωσης ή στην αστάθεια της άρθρωσης) 60. Η σηµασία των ανώµαλων µηχανικών φορτίσεων στην αιτιοπαθογένεια της οστεοαρθρίτιδας δεν µπορεί να υπερεκτιµηθεί 57. Στο κλασσικό πειραµατικό µοντέλο πρόκλησης οστεοαρθρίτιδας γόνατος σε σκυλιά µε διατοµή του προσθίου χιαστού συνδέσµου, εάν η φόρτιση του ασταθούς γόνατος περιοριστεί σηµαντικά µε ακινητοποίηση, η νόσος δεν αναπτύσσεται 61. Από την άλλη πλευρά, όταν τα φορτία στους αρθρικούς ιστούς υπερβαίνουν τα φυσιολογικά όρια ( π.χ. λόγω παχυσαρκίας, παραµόρφωση σε βλαισότητα ραιβότητα, βλάβη µηνίσκου, ή αναπτυξιακοί ή γενετικοί παράγοντες) και υπερνικούν τους προστατευτικούς µηχανισµούς, προκύπτει η οστεοαρθρίτιδα. Στην οστεοαρθρίτιδα, ακόµη και αν τα φορτία στην άρθρωση είναι φυσιολογικά, η συσσώρευση µη φυσιολογικών βιουλικών οδηγεί σε ανώµαλες µηχανικές ιστικές φορτίσεις και κατά συνέπεια κατάρρευση της άρθρωσης 57. Στην οστεοαρθρίτιδα τα χονδροκύτταρα και τα οστικά κύτταρα της άρθρωσης είναι φυσιολογικά. Ωστόσο σε υψηλά φορτιζόµενες περιοχές της άρθρωσης µοιάζουν ανώµαλα, επειδή είναι κυριολεκτικά συµπιεσµένα. Η ικανότητα αυτοεπιδιόρθωσης του κατεστραµµένου αρθρικού χόνδρου είναι περιορισµένη. Ωστόσο αν οι τοπικοί παράγοντες επιτρέπουν, κύτταρα που είναι µη χόνδρινα µπορούν να παρέχουν µηχανισµό αποκατάστασης 58,57. Παρά το γεγονός ότι ο νέος ινοχόνδρινος ιστός που παράγεται, δεν είναι ιστολογικά, βιοχηµικά και εµβιοµηχανικά συγκρίσιµος µε το φυσιολογικό υαλοειδή χόνδρο, στα πλαίσια φυσιολογικής φόρτισης περιορίζει την περαιτέρω καταστροφή και επιτρέπει κατά το δυνατό φυσιολογική και ασυµπτωµατική αρθρική λειτουργία 58. εδοµένα υποστηρίζουν ότι η διαδικασία επούλωσης στην οστεοαρθρίτιδα δεν εξαρτάται µόνο από την πηγή των κυττάρων αλλά και από την αποκατάσταση της ενδοαρθρικής φόρτισης και της κίνησης της άρθρωσης 60. Προοδευτικά στην εξέλιξη της νόσου συµµετέχουν όλοι οι ιστοί της άρθρωσης, συµπεριλαµβανοµένου του αρθρικού υµένα, των περιαρθρικών µυών, των νεύρων, των συνδέσµων και αν είναι παρόντες των µηνίσκων µαζί µε τον αρθρικό χόνδρο και το υποχόνδριο οστούν. Υποστηρίζεται ότι η εστίαση της κλινικής αντιµετώπισης και έρευνας στην οστεοαρθρίτιδα πρέπει να γίνει στον περιορισµό και την αντιµετώπιση του ενδοαρθρικού φορτίου που προκαλεί την αρθρική καταστροφή, παρά όπως γίνεται στην καθηµερινή πράξη, στην απώλεια του αρθρικού χόνδρου 57. Εκτεταµένη έµφαση έχει δοθεί και στη φλεγµονώδη φάση της οστεοαρθρίτιδας, αν και η φλεγµονή αποτελεί το επακόλουθο των αρχικών αλλοιώσεων που προκαλούν τη νόσο. Η άγνοια µας αναφορικά µε την ακριβή αιτιολογία της νόσου ενισχύεται και από το γεγονός ότι δεν αναπτύσσουν όλες οι δυσπλασικές αρθρώσεις οστεοαρθρίτιδα. Μεταξύ ασθενών που είχαν δυσπλασία ισχίου, επιφυσιολίσθηση µηριαίας κεφαλής ή οστεοχονδρίτιδα κεφαλής µηριαίου στην 43

44 παιδική ηλικία, η επίπτωση της οστεοαρθρίτιδας µετά από 30 περίπου χρόνια ήταν 60-70% 62. Παρά το γεγονός ότι όλοι οι ασθενείς είχαν ισχία µε αυξηµένο κίνδυνο για ανάπτυξη οστεοαρθρίτιδας, η εµφάνιση της νόσου επηρεάστηκε από τη βαρύτητα της ανατοµικής ανωµαλίας, το µέγεθος της επαναλαµβανόµενης µη προστατευόµενης φόρτισης και την επάρκεια των προστατευτικών µηχανισµών που φυσιολογικά δρουν στις αρθρώσεις ενάντια στο υπέρµετρο µηχανικό στρες. β) Μηχανοβιολογία χονδροκυττάρου-μηχανισµοί ανταπόκρισης χονδροκυττάρου στη φόρτιση Η συχνότητα αλλά και η ταχύτητα εφαρµογής φορτίων, µπορεί να είναι πιο καταστροφικές παράµετροι για το χόνδρο, παρά το µέγεθος του ίδιου του φορτίου 57. Όταν φυσιολογικά ποντίκια υποβάλλονται σε επαναλαµβανόµενες οξείες ( 50 milliseconds, έναρξη µέχρι την κορύφωση ) συµπιεστικές φορτίσεις του γόνατος τους, ο αρθρικός χόνδρος και το υποχόνδριο καταστρέφονται. Ωστόσο όταν φορτίσεις µεγαλύτερης βαρύτητας και µεγέθους εφαρµόστηκαν πιο σταδιακά ( 500 milliseconds, έναρξη µέχρι την κορύφωση ), δεν είχαν καµία ανεπιθύµητη επίδραση στην άρθρωση των επίµυων 63. Ταχεία µεταφορά του φορτίου δεν επιτρέπει στους περιαρθρικούς µύες, τους κυριότερους απορροφητές της δόνησης που προφυλάσσουν την άρθρωση, να προετοιµαστούν και να απορροφήσουν το φορτίο 64. In vitro, µια µοναδική τραυµατική συµπίεση εµφυτεύµατος αρθρικού χόνδρου σε θρεπτικά υλικά, οδήγησε σε αύξηση έως 250 φορές στην έκφραση του γονιδίου της µεσοκυττάριας µεταλλοπρωτεϊνάσης -3 (stromelysin), 40 φορές του γονιδίου ADAMTS-5 ( aggrecanase) και 12 φορές αύξηση της έκφρασης του γονιδίου του ιστικού αναστολέα µεταλλοπρωτεϊνάσων ( TIMP) 65. Αλλαγές στην αναλογία έκφρασης των συγκεκριµένων πρωτεϊνών, µπορεί να οδηγήσουν σε αποδόµηση της µεσοκυττάριας ουσίας του αρθρικού χόνδρου. Θεωρείται πως η ανταπόκριση του αρθρικού χόνδρου στη µηχανική βλάβη, είναι ένδειξη της προσπάθειας των χονδροκυττάρων να αποκαταστήσουν τη βλάβη του εξωκυττάριου χώρου 65. Υποστηρίζεται πως εκτός των άµεσων επιδράσεων της µηχανικής φόρτισης στον χόνδρο, ο αρθρικός θύλακος και ο υµένας, στην προσπάθεια τους να θεραπεύσουν το χόνδρο, µπορεί να συνεισφέρουν στη αποδόµηση του τραυµατισµένου χόνδρου 66. Αν και δεν έχει ακόµη καλά κατανοηθεί η καµπύλη σχέσης φόρτισης του αρθρικού χόνδρου και αποτελέσµατος, τα δεδοµένα προτείνουν πως η αποδόµηση του αρθρικού χόνδρου γίνεται µέσω των µεταλλοπρωτεϊνάσων της µεσοκυττάριας ουσίας 57. Η παραγωγή των µεταλλοπρωτεϊνάσων διεγείρεται µέσω της IL-1 και του ιστικού παράγοντα νέκρωσης των ιστών, κυτοκινών που µπορούν να παραχθούν και µόνο από τα χονδροκύτταρα σε αποτέλεσµα των µηχανικών φορτίσεων. Η διαδικασία µπορεί να ξεκινήσει από ανώµαλα αυξηµένα µηχανικά φορτία στην άρθρωση. Τα φορτία αυτά προκύπτουν για παράδειγµα από µυϊκή αδυναµία ή 44

45 νευροπάθεια σχετιζόµενη µε προστατευτικά µυοτενόντια αντανακλαστικά 57,67 ή συνδεσµική αστάθεια. Όπως προκύπτει από τα εµφανή θραύσµατα του αρθρικού χόνδρου που εµβαπτίζονται µέσα στο αρθρικό υγρό 68, η απώλεια του αρθρικού χόνδρου στην ΟΑ φαίνεται να είναι αποτέλεσµα της διάσπασης ενζυµικά εξασθενηµένων τµηµάτων της αρθρικής επιφάνειας 69,70. Παρά το γεγονός ότι κάθετες θραύσεις ( ινιδισµός ) µέσα σε ένα εξαντληµένο από πρωτεογλυκάνες αρθρικό χόνδρο µπορεί να µην προκαλέσουν διάσπαση του αρθρικού χόνδρου, ο λεπτός αρθρικός χόνδρος υπόκειται επίσης και σε οριζόντιες θραύσεις 57,71 ( Εικόνα 13 ) Όταν αυτές συναντούν τις συνήθεις κάθετες διασπάσεις, τότε προκύπτουν θραύσµατα χόνδρου που µπορούν να ανιχνευτούν στο αρθρικό υγρό, πριν εναποτεθούν στον αρθρικό υµένα και προκαλέσουν φλεγµονή. Επιπρόσθετα ενδοχόνδρια οστεοποίηση, σαν αποτέλεσµα επαναδραστηριοποίησης δευτερογενών κέντρων οστεοποίησης, κινείται προς την αρθρική επιφάνεια, προκαλώντας λέπτυνση του αρθρικού χόνδρου από κάτω 69. Αυτές οι δύο διαδικασίες είναι υπεύθυνες για τη µεγαλύτερη ποσότητα απώλειας αρθρικού χόνδρου στην οστεοαρθρίτιδα. Εικόνα 13. Ιστολογική τοµή αρθρικού χόνδρου επίµυος του οποίου το άκρο έχει υποβληθεί σε επαναλαµβανόµενες συµπιεστικές φορτίσεις 57. Επιπρόσθετα στις κάθετες σχισµές της επιφάνειας ( ινιδισµός), οριζόντιες αύλακες είναι επίσης ορατές στη βάση του αρθρικού χόνδρου. Στην οστεοαρθρίτιδα, όταν οι αύλακες αυτές συναντούνται µε τις κάθετες σχισµές, προκύπτει διάσπαση της αρθρικής επιφάνειας που είναι υπεύθυνη για την παρουσία σωµατιδίων αρθρικού χόνδρου µέσα στην αρθρική κοιλότητα. Τα σωµατίδια αυτά µπορεί να ενσωµατωθούν στον αρθρικό υµένα και να προκαλέσουν υµενίτιδα. Οι αλλαγές που γίνονται in vitro σε καλλιέργειες δεν είναι ταυτόσηµες µε αυτές in vivo στην οστεοαρθριτική άρθρωση. Εκτεταµένη φόρτιση οδηγεί σε κάταγµα, πριν προκληθεί ορατή βλάβη στον αρθρικό χόνδρο 60. Παρά το γεγονός ότι οι µεταλλοπρωτεϊνάσες µπορούν να εξασθενήσουν τη µηχανική ακεραιότητα του αρθρικού χόνδρου στην ΟΑ, οι µηχανικοί παράγοντες φαίνεται να παίζουν τον 45

46 κύριο ρόλο. Έτσι φαρµακολογικοί παράγοντες δεν έχουν έως τώρα καταφέρει οµοιογενώς να παρεµποδίσουν επιτυχώς την εξέλιξη της οστεοαρθρίτιδας 72,73. Η φλεγµονή του αρθρικού υµένα στην ΟΑ είναι δευτερογενής στην καταστροφή του αρθρικού χόνδρου και του οστού. Για αυτό η χρήση των µη στεροειδών αντιφλεγµονωδών φαρµάκων, παρά το γεγονός ότι µπορεί να είναι συµπτωµατικά αποτελεσµατική, δεν µπορεί να σταµατήσει τη διαδικασία. Προσπάθειες να αναπτυχθούν τροποιητικά φάρµακα της νόσου, τα οποία θα µπορούσαν να διακόπτουν ή να αλλάζουν τις παθογενετικές διαδικασίες που υποβόσκουν στην ΟΑ, αναµφίβολα δεν ήταν αποτελεσµατικές 72,73. Θεωρείται πως η αιτία για την αποτυχία αυτή είναι η ανεπαρκής κατανόηση της οστεοαρθρίτιδας από τα αρχικά στάδια 73,74,75. Τα φάρµακα δεν µπορούν να επαναφέρουν τη µηχανική σταθερότητα στην άρθρωση. Όσο η άρθρωση παραµένει στο ίδιο δυσµενές παθογενετικό µηχανικό περιβάλλον, θεωρείται πως είναι ασύνηθες ένα φάρµακο να λύσει το πρόβληµα. Επιπρόσθετα, επειδή το υποχόνδριο οστό είναι κριτικής σηµασίας στην ανάσχεση των µηχανικών προβληµάτων που προκαλούν βλάβη στον αρθρικό χόνδρο, έµφαση στη αποκατάσταση του αρθρικού χόνδρου µόνο µοιάζει µάταια 57. γ ) Μηχανισµοί απορρόφησης φορτίων στην άρθρωση Κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής βάδισης µεταφέρεται µέσω του γόνατος, 3 µε 4 φορές το βάρος του σώµατος. Σε ένα βαθύ κάθισµα η επιγονατιδοµηριαία άρθρωση, υπόκειται σε φόρτιση ίση µε 10 φορές το βάρος του σώµατος. Προσαρµοζόµενοι µηχανισµοί πρέπει να προστατεύουν την άρθρωση από αυτά τα φορτία. Παρά το γεγονός ότι οι κυριότερες ιδιότητες του αρθρικού χόνδρου θα τον έκαναν θαυµάσιο απορροφητή δονήσεων, στις περισσότερες ανατοµικές θέσεις είναι τόσο λεπτός ώστε να επιτελέσει µόνος του τη λειτουργία αυτή. Περιαρθρικοί µύες Ο πιο ικανός απορροφητικός µηχανισµός δονήσεων του σώµατος µας για την προστασία των αρθρώσεων, είναι η δράση των µυών και η αρθρική κίνηση 57. Παρά το γεγονός ότι η µυϊκή σύσπαση µπορεί να κινήσει µια άρθρωση, οι µύες µπορούν επίσης να δράσουν και ως προστατευτικοί µηχανισµοί. Όταν ένας ελαφρά τεταµένος µυς υποβληθεί σε µεγαλύτερη τάση σαν αποτέλεσµα κίνησης µίας άρθρωσης, µπορεί να απορροφήσει µεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας. Το µεγαλύτερο µέγεθος δράσης ενός µυ δεν χρησιµεύει για να προωθήσει το σώµα, αλλά για να απορροφήσει ενέργεια επιβραδύνοντας το σώµα 57. Για παράδειγµα όταν πέφτουµε από ένα ύψος συνήθως προσγειωνόµαστε στα δάχτυλα των ποδιών και στις πτέρνες µας, ενώ ταυτόχρονα ενδυναµώνουµε τα λυγισµένα γόνατα και τα ισχία µας. Το µέγεθος της ενέργειας που παράγεται στη φυσιολογική βάδιση είναι αρκετό για να ρίξει όλους τους συνδέσµους του γόνατος. Ωστόσο αυτό δεν συµβαίνει σαν ρουτίνα, σαν αποτέλεσµα της σηµασίας και αποτελεσµατικότητας του ενεργού απορροφητικού µηχανισµού της δράσης των µυών που περιβάλλουν τις αρθρώσεις και τις προστατεύουν από το µηχανικό στρες

47 Μικρές απροσδόκητες φορτίσεις για τις οποίες είµαστε απροετοίµαστοι µπορεί να είναι πιο καταστροφικές για τις αρθρώσεις, παρά µεγαλύτερες οι οποίες έχουν προβλεφτεί. Κάτι τέτοιο συµβαίνει όταν κατεβαίνοντας τα σκαλιά ξεχαστούµε και υπερπηδήσουµε ένα σκαλί. Επειδή οι µύες µας δεν είναι προετοιµασµένοι να δεχτούν το φορτίο, αισθανόµαστε µία οξεία δόνηση. Για να προετοιµάσουµε ένα νευροµυϊκό αντανακλαστικό, που θα απορροφήσει και θα χειριστεί την επίδραση της φόρτισης, χρειαζόµαστε περίπου 75 msec 57. Μια πτώση µικρής διάρκειας δεν επαρκεί σε χρόνο για να φέρει τους προστατευτικούς µηχανισµούς των µυϊκών αντανακλαστικών σε δράση 64. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, το φορτίο µεταφέρεται στον αρθρικό χόνδρο και το οστό. Αντίθετα κατά τη διάρκεια µιας µη αναµενόµενης πτώσης µεγαλύτερου χρονικού διαστήµατος, ικανός χρόνος είναι διαθέσιµος για ενεργοποίηση των αντανακλαστικών και επιµήκυνση των µυών που διαπερνούν την άρθρωση, αποτελώντας τον προστάτη του αρθρικού χόνδρου που απορροφούν την ενέργεια 76. Τετρακέφαλος µηριαίος µυς : συµµετοχή στην ΟΑ του γόνατος Ο τετρακέφαλος µηριαίος είναι ο κύριος µυς του κάτω άκρου ενάντια στη βαρύτητα, προστατεύοντας το γόνατο από µηχανική καταστροφή. ρα σαν φρένο στην δόνηση του κάτω άκρου κατά τη διάρκεια της βάδισης, µειώνοντας τις δυνάµεις που παράγονται στην πρόσκρουση της πτέρνας,ενώ ταυτόχρονα σταθεροποιεί την άρθρωση 57. Η µυϊκή αδυναµία του τετρακέφαλου ή η αύξηση της καθυστερηµένης περιόδου του µυοτενόντιου αντανακλαστικού του, όπως π.χ. σε περιφερική νευροπάθεια σαν αποτέλεσµα της γήρανσης, µειώνει την αποτελεσµατικότητα των πιο πάνω µηχανισµών απορρόφησης ενέργειας. Μετά από παροδικό νευρικό αποκλεισµό του τετρακέφαλου, η φόρτιση του γόνατος σε φυσιολογικά άτοµα κατά τη διάρκεια της βάδισης, αυξάνει από 2 έως 1590 φορές το βάρος του σώµατος το δευτερόλεπτο 77. Τα δεδοµένα αναφέρουν πως µια παροδική δύναµη µπορεί να παραχθεί στον τετρακέφαλο και να επιβραδύνει το κάτω άκρο, πριν από την πρόσκρουση της πτέρνας. Σε φυσιολογικά άτοµα, µικρή αποδιοργάνωση στη µυϊκή στρατολόγηση, οδηγεί σε αποτυχία επιβράδυνσης του άκρου πριν την πρόσκρουση της πτέρνας. Το γεγονός αυτό µπορεί να παράγει γρήγορα εφαρµόσιµες δυνάµεις στο γόνατο που ανέρχονται έως και 65 φορές το βάρος του σώµατος το δευτερόλεπτο 59. Το εάν και κατά πόσο αυτή η αποδιοργάνωση του µυϊκού ελέγχου σε φυσιολογικά άτοµα, µπορεί να αποτελέσει κίνδυνο εµφάνισης οστεοαρθρίτιδας είναι θέµα προοπτικών µελετών. Η αδυναµία του τετρακέφαλου είναι συχνή σε ασθενείς µε ΟΑ γόνατος. Γενικά θεωρείται αποτέλεσµα του πόνου κατά τη φόρτιση του οστεοαρθριτικού γόνατος, που λόγω αχρησίας οδηγεί σε ατροφία του µυός. Μπορεί επίσης να υπάρχει και σε άτοµα µε ΟΑ γόνατος που δεν έχουν ιστορικό πόνου στην άρθρωση, και στους οποίους η µάζα του µυός δεν περιορίζεται αλλά είναι φυσιολογική ή και αυξηµένη (σαν αποτέλεσµα της παχυσαρκίας) 78. Προοπτικές µελέτες προτείνουν ότι η µυϊκή αδυναµία του τετρακέφαλου µπορεί να µην είναι µόνο αποτέλεσµα επώδυνου 47

48 γόνατος, αλλά και παράγοντας κινδύνου δοµικής καταστροφής Μεταξύ γυναικών που δεν είχαν ακτινολογικές ενδείξεις οστεοαρθρίτιδας στην αρχική εξέταση, αλλά οι οποίες ανέπτυξαν οστεοαρθριτικές αλλαγές 30 µήνες αργότερα, η δύναµη του εκτατικού µηχανισµού αρχικά ήταν σηµαντικά χαµηλότερη σε σχέση µε γυναίκες που δεν ανέπτυξαν ακτινολογικές αλλαγές ΟΑ 78. Όταν η εµφάνιση ΟΑ γόνατος ( βασισµένη στην ακτινολογική εικόνα µε ή χωρίς πόνο) µοντελοποιήθηκε, βρέθηκε ότι κάθε 10 lb/ft αύξηση της δύναµης του εκτατικού µηχανισµού σχετιζόταν µε 20% µείωση της πιθανότητας ακτινολογικής εµφάνισης ΟΑ και 29% µείωση της πιθανότητας ανάπτυξης συµπωµατικής οστεοαρθρίτιδας 78. Το ερώτηµα αυτό δεν έχει µελετηθεί για άλλους µύες σε άλλες αρθρώσεις. Κατά τη διαδικασία της γήρανσης, το νευροµυϊκό µας σύστηµα, υπολείπεται όχι µόνο σε δύναµη αλλά και σε δυνατότητα συνεργασίας και ιδιοδεκτικότητας. Οι αλλαγές αυτές µπορούν σε κάποιο βαθµό να εξηγήσουν τη συσχέτιση ΟΑ και ηλικίας 57. Υποχόνδριο Οστό Φυσιολογικά σε συνθήκες έλλειψης φόρτισης, οι αρθρούµενες επιφάνειες µιας άρθρωσης δεν συµπίπτουν πλήρως. Κατά τη φόρτιση ο χόνδρος και το οστό και στις δύο πλευρές της άρθρωσης µετασχηµατίζονται, αυξάνοντας την επιφάνεια επαφής και ελαττώνοντας τα φορτία στο χόνδρο 81. Αυτή η φυσιολογική παραµόρφωση του αρθρικού χόνδρου όταν υπόκειται σε συµπιεστικά φορτία παρέχει την λίπανση που χρειάζεται για κίνηση χωρίς τριβές. Με την αύξηση ωστόσο των φορτίων η παραµόρφωση του αρθρικού χόνδρου δεν είναι από µόνη της αποτελεσµατική. Παραµόρφωση συµβαίνει και στο υποκείµενο οστό και µάλιστα, κάτω από µεγάλα φορτία είναι πιο σηµαντική από την παραµόρφωση του χόνδρου. Η χονδροπροστατευτική δράση της απορρόφησης ενέργειας από το υποχόνδριο οστούν περιορίζεται καθώς το οστό γίνεται παχύτερο και σκληρυντικό 82. Το φυσιολογικό υποχόνδριο οστούν είναι γλοιοελαστικό, δηλαδή παρουσιάζει µικρότερη παραµόρφωση καθώς το οστό γίνεται πιο σκληρό και άκαµπτο, όπως επίσης και όταν το φορτίο δρα απότοµα παρά όταν η φόρτιση γίνεται σταδιακά. Η ταχεία φόρτιση της άρθρωσης δεν δίνει το χρόνο για τη γλοιοελαστική ροή του µεσοκυττάριου υγρού έξω από το οστούν, το οποίο θα απορροφούσε την ενέργεια που µεταφέρθηκε και θα προστάτευε τη χόνδρινη µεσοκυττάρια ουσία και τα χονδροκύτταρα. Εάν η παραµόρφωση κάτω από την επίδραση µιας συµπιεστικής φόρτισης περιοριστεί και κατά συνέπεια ο αρθρικός χόνδρος δεν προσαρµοστεί τελείως στα φορτία, η περιοχή φόρτισης περιορίζεται και υψηλά φορτία γεννιούνται στον αρθρικό χόνδρο. Το φαινόµενο επιδεινώνεται µε τη λέπτυνση του αρθρικού χόνδρου 57. To σπογγώδες υποχόνδριο οστούν, παρά το ότι είναι 10 φορές σκληρότερο από το χόνδρο, είναι πολύ πιο µαλακό από το φλοιώδες και χρησιµεύει σαν µέγιστος απορροφητής δονήσεων. Το υποχόνδριο οστούν παρέχοντας το υπόστρωµα που απορροφά ενέργεια, προστατεύει την καταστροφή του λεπτού χόνδρου που γίνεται από επαναλαµβανόµενες συµπιεστικές φορτίσεις 81. Η λίπανση της άρθρωσης είναι τόσο αποτελεσµατική, που οι διατµητικές δυνάµεις στην επιφάνεια του χόνδρου είναι ασυνήθιστες 83. Επιπρόσθετα, 48

49 περιορίζοντας την αξονική παραµόρφωση του χόνδρου υπό φόρτιση 84, η παρουσία του υποχονδρίου ανεβάζει το όριο της χόνδρινης καταστροφής. Η άρθρωση µπορεί να αντέξει µέχρι και 5 φορές την κορυφαία παραµόρφωση που µπορεί να συµβεί µε το βάδισµα. Έτσι το φυσιολογικό υποχόνδριο οστούν µπορεί να την προστατεύσει από όλα τα άλλα εκτός από τις ακραίες συµπιεστικές δυνάµεις 58. Η αιτία για αυτό είναι ότι το οστούν, όπως και ο χόνδρος είναι γλοιοελαστικός ( π.χ. το ιστικό υγρό δρα σαν άµβλυνση του αποτελέσµατος της φόρτισης) Με ταχέως εφαρµοζόµενες συµπιεστικές φορτίσει η γλοιοελαστικότητα του ιστού καθίσταται προβληµατική. Η άµβλυνση της γλοιοελαστικότητας χρειάζεται χρόνο για να δράσει : το υγρό πρέπει να κινηθεί. Το ένα τρίτο περίπου των φυσιολογικών ενηλίκων παρουσιάζει microklutziness 59. Σε αυτούς ο σηµαντικός προστατευτικός µηχανισµός των µυών που χρειάζεται για να αµβλύνουν τις δυνάµεις της φόρτισης της άρθρωσης δεν είναι πλήρως συγχρονισµένος. Εποµένως υποβάλλουν τα γόνατα τους σε συµπιεστική φόρτιση κατά τη διάρκεια της βάδισης. Το αποτέλεσµα της φόρτισης είναι ότι το υποχόνδριο οστούν δέχεται την ορµή του φορτίου και µαζί µε τον επασβεστωµένο χόνδρο υποβάλλεται σε µικροκαταστροφή. Εάν αυτό είναι επαναλαµβανόµενο, προκαλεί ενεργοποίηση δευτερογενών κέντρων οστεοποίησης και ανακατασκευής του υποχονδρίου και µε την πρόοδο του φαινοµένου οδηγεί σε λέπτυνση του αρθρικού χόνδρου 69. Η οστεοαρθριτική άρθρωση Το φυσιολογικό υποχόνδριο οστούν µετριάζει τα φορτία που δέχεται η άρθρωση, σε µεγαλύτερο βαθµό από οποιοδήποτε άλλο ανατοµικό στοιχείο 85. Μια φυσιολογική άρθρωση απορροφά πάνω από το 50% των φορτίων, ενώ ο χόνδρος µόνο το 1-3% 85,86. Σε ένα οστεοαρθριτικό γόνατο ωστόσο το σκληρυµένο υποχόνδριο είναι λιγότερο ικανό να απορροφήσει την ενέργεια ενός συµπιεστικού φορτίου, αυξάνοντας τη δύναµη που µεταφέρεται µέσω της άρθρωσης. Το οστεοαρθριτικό γόνατο απορροφά µόνο τα µισά από τα φορτία που µπορεί να απορροφήσει το φυσιολογικό γόνατο 86. Σύµφωνα µε τον Burr 87 ο συνολικός όγκος των υποχόνδριων δοκίδων στην οστεοαρθρίτιδα αυξάνεται κατά µέσο όρο 10-15%, κυρίως λόγω πάχυνσης των δοκίδων αλλά και λόγω αύξησης του αριθµού και µείωσης του διαχωρισµού αυτών. Το φαινόµενο αυτό αντανακλάται από τη σκλήρυνση του υποχονδρίου, ένα κλασσικό ακτινολογικό εύρηµα στην ΟΑ και από την αύξηση της φαινοµενικής πυκνότητας του οστεοαρθριτικού οστού σε σχέση µε το φυσιολογικό. Επειδή το οστεοαρθριτικό οστό είναι σε διαρκή ανακατασκευή σαν απάντηση στο αυξανόµενο φορτίο, δεν έχει τον απαραίτητο χρόνο για πλήρη επιµετάλλωση. Εποµένως είναι λιγότερο επιµεταλλωµένο και σκληρό σε σχέση µε αντίστοιχες οµάδες υγιών ατόµων 88,89. Για διατηρηθεί ο φυσιολογικός βαθµός της ιστικής σκληρότητας ή ακόµη και αυτός της οστεοπόρωσης, ο όγκος του υποχονδρίου οστού στην ΟΑ άρθρωση πρέπει να αυξηθεί δραστικά, τουλάχιστον διπλάσια σε σχέση µε τη φυσιολογική άρθρωση 87. Μια πιο πρώιµη υπόθεση ήταν ότι το σκληρυµένο οστεοαρθριτικό υποχόνδριο οστούν είναι αποτέλεσµα της διαδικασίας πώρωσης επαναλαµβανόµενων 49

50 µικροκαταγµάτων, µε συνέπεια να οδηγεί στην καταστροφή του υπερκείµενου χόνδρου. Ωστόσο δεν επιβεβαιώθηκε από µελέτες µε πεπερασµένα στοιχεία 57. Οι µελέτες έδειξαν ότι ακόµη και υψηλές αυξήσεις στην πυκνότητα του υποχονδρίου οστού προκάλεσαν µόνο ήπια αύξηση στο µηχανικό στρες του υπερκείµενου χόνδρου 90. Η αύξηση της σκληρότητας του οστού που απαιτείται για να προκαλέσει αύξηση των φορτίων του χόνδρου, είναι πέρα από αυτές που µπορούν να συµβούν in vivo. Παρά το γεγονός ότι η σκλήρυνση του υποχονδρίου είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισµα της ΟΑ, τα δεδοµένα προτείνουν πως η µηχανική βάση από µόνη της δεν είναι υπεύθυνη για την καταστροφή του αρθρικού χόνδρου 70. Είναι η λέπτυνση του αρθρικού χόνδρου καθώς το υποχόνδριο σκληραίνει που οδηγεί στην καταστροφή του χόνδρου. Η τοπική ανακατασκευή του υποχονδρίου ή του επασβεστωµένου χόνδρου είναι υπεύθυνες για την αυξηµένη αγγειοβρίθεια στην οστεοαρθρίτιδα, όπως προκύπτει από µελέτες σε επασβεστωµένο χόνδρο από τις µηριαίες κεφαλές µεσήλικων µη αρθριτικών ανθρώπων 90,91. Η µικροκαταστροφή του επασβεστωµένου χόνδρου που προκαλείται από το µηχανικό στρες και η επικείµενη οστεοποίηση µπορεί να παίζει ζωτικό ρόλο στην παθογένεια της ΟΑ. Με την ανακατασκευή και διάσπαση του αρθρικής επιφάνειας από µικροκατάγµατα, παρατηρείται οστική νέκρωση σε συνδυασµό µε εκτεταµένη απορρόφηση, επιδιόρθωση και εναπόθεση νέου οστού στις προϋπάρχουσες υποχόνδριες δοκίδες. Το σπινθηρογράφηµα µπορεί να αναδείξει µια γενικευµένη υποχόνδρια περιοχή αυξηµένης πρόσληψης, που σχετίζεται µε τον πόνο της φορτιζόµενης άρθρωσης, την σκλήρυνση του υποχονδρίου και την πρόοδο της καταστροφής στην ΟΑ 92. Η συνεισφορά αυτής της δευτεροπαθούς οστεονέκρωσης στην κατακρήµνιση της αρθρικής επιφάνειας είναι ανακριβής. Θεωρείται ότι οφείλεται στην απόφραξη µικρών ενδοµυελικών αρτηριών και έχει παρατηρηθεί σε µηριαίες κεφαλές που αφαιρούνται στην προχωρηµένη οστεοαρθρίτιδα 93. Το εάν και κατά πόσο οι αλλαγές του υποχονδρίου οστού προηγούνται ή ακολουθούν αυτές του υπερκείµενου χόνδρου είναι ασαφές. Είναι πιθανό ότι και οι δύο συµβαίνουν ταυτόχρονα 94,95.Ακόµη και στην περίπτωση που οστικές αλλαγές δεν συµµετέχουν στην έναρξη της χόνδρινης καταστροφής,είναι κριτικά σηµαντικές στην πρόοδο της χόνδρινης καταστροφής στην ΟΑ 57,96. 50

51 4. ΟΣΤΕΟΑΡΘΡΙΤΙ Α - ΘΕΡΑΠΕΙΑ 1. Εισαγωγή Στόχος της αντιµετώπισης των ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα είναι ο έλεγχος του πόνου, η µείωση της ανικανότητας, η βελτίωση της λειτουργικότητας και της παραµόρφωσης της άρθρωσης καθώς και η διατήρηση ικανοποιητικού επιπέδου ποιότητα ζωής. Η αντιµετώπιση της οστεοαρθρίτιδας µπορεί να είναι συντηρητική ή χειρουργική 1, Η αρχική θεραπευτική προσέγγιση της νόσου είναι συντηρητική, περιλαµβάνοντας τη χορήγηση όταν είναι απαραίτητο, ακεταµινοφαίνης ή µη στεροειδών αντιφλεγµονωδών φαρµάκων (NSAIDs). Συχνά εφαρµόζονται ασκήσεις ενδυνάµωσης των µυών, βελτίωσης της κινητικότητα της άρθρωσης και απώλεια βάρους. Σε µερικούς ασθενείς η ενδοαρθρική έγχυση υαλουρονικού οξέος µπορεί να οδηγήσει σε βελτίωση των λειτουργικών ενοχληµάτων για µικρό χρονικό διάστηµα. Έως τώρα, δεν έχει φανεί πάντως η δυνατότητα ουσιαστικής αλλαγής της εξέλιξης της αρθρικής καταστροφής µε την χρήση φαρµακολογικών προϊόντων 1, Επί αποτυχίας της συντηρητικής µεθόδου, η χειρουργική είναι η εναλλακτική ενδεδειγµένη θεραπεία. Πιθανές χειρουργικές επιλογές αποτελούν ο χειρουργικός καθαρισµός της άρθρωσης, η οστεοτοµία, η αρθρόδεση, που σπάνια εφαρµόζεται σήµερα και στις τελικού σταδίου παθήσεις οι αρθροπλαστικές 1, Συντηρητική θεραπεία α) Μη φαρµακολογική θεραπεία Άσκηση Η άσκηση είναι µια αξιόπιστη και συχνά ακολουθούµενη παρέµβαση στη συντηρητική θεραπεία της οστεοαρθρίτιδας του κάτω άκρου 97. Σε ασθενείς µε ΟΑ γόνατος, η πάχυνση του αρθρικού θυλάκου, ελαττώνει τη συσταλτικότητα του τετρακέφαλου µυός, προκαλώντας µυϊκή αδυναµία από αχρησία. Για την αντιµετώπιση της προτιµώνται ασκήσεις χαµηλής ενέργειας, συµπεριλαµβανοµένου ισοκινητικών και ισοµετρικών ασκήσεων ενδυνάµωσης. Σκοπός είναι να αποφευχθεί η παρατεταµένη φόρτιση. Η βελτίωση της κινητικότητας και η ενδυνάµωση των πέριξ µυών των προσβεβληµένων αρθρώσεων, οδηγεί σε άµβλυνση των λειτουργικών ενοχληµάτων και απώτερα αναλγητικά αποτελέσµατα 97. Επτά νέες συστηµατικές ανασκοπήσεις για τη θέση της άσκησης στη θεραπεία της ΟΑ του ισχίου και του γόνατος, έχουν διενεργηθεί την τελευταία τριετία Οι µελέτες αυτές όχι µόνο επιβεβαίωσαν ότι η ενδυνάµωση και η αερόβια άσκηση 51

52 σχετίζονται µε ανακούφιση από τον πόνο στην ΟΑ του γόνατος 104, αλλά µία συστηµατική ανασκόπηση συσχέτισε την άσκηση και πιο συγκεκριµένα την ενδυνάµωση, µε µείωση του πόνου από ΟΑ ισχίου [Μέγεθος της Επίδρασης(Effect Size- ES) =0.38, 95% ιαστήµατα Επιστοσύνης - (Confidence Intervals- CI) = 0.08, 0.68] 100. Άλλη µελέτη ανέδειξε ότι η άσκηση σε υδάτινο στοιχείο οδήγησε σε ανακούφιση από τον πόνο (ES= 0.19, 95% CI =0.04, 0.35) και βελτίωση της λειτουργικότητας (ES=0.26, 95% CI= 0.11, 0.42), τόσο σε ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα ισχίου όσο και γόνατος 98. Απώλεια βάρους Η απώλεια βάρους συνδέεται µε µείωση των λειτουργικών ενοχληµάτων και του κινδύνου προόδου της οστεοαρθρίτιδας. Για κάθε κιλό βάρους που χάνεται, προκύπτει µείωση του φορτίου που εφαρµόζεται στο γόνατο κατά τέσσερις φορές, σε κάθε βήµα καθηµερινής δραστηριότητας. Ωστόσο η συσχέτιση ανάµεσα στο µέγεθος απώλειας βάρους και στη µείωση επίπτωσης της οστεοαρθρίτιδας δεν έχει ποσοτικοποιηθεί 105. Έως τώρα, υπάρχουν κάποιες δηµοσιευµένες τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες, οι οποίες εξέτασαν τη συµπτωµατική ανακούφιση του πόνου µετά από απώλεια βάρους σε ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα 105,106. Τα σταθµισµένα ES (95% CI) για βελτίωση του πόνου και της λειτουργικότητας ήταν αντίστοιχα 0.20 (0.00, 0.39) και 0.23 (0.04, 0.42), µετά από απώλεια βάρους κατά µέσο όρο 6.1 κιλών 106. Η συστηµατική αυτή ανασκόπηση 106 παρείχε ενδείξεις για µικρή βελτίωση στον πόνο και στη φυσική λειτουργία των ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος µετά από απώλεια βάρους. Ωστόσο η σύσταση για διατήρηση σε χαµηλά επίπεδα βάρους στους ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα ισχίου, βασίζεται ακόµη σε γνώµες ειδικών, µη υποστηριζόµενη από πληροφορίες µελετών (Επίπεδο τεκµηρίωσης IV). Ο συνδυασµός άσκησης και δίαιτας ωστόσο, είναι µια αποτελεσµατική στρατηγική που σχετίζεται µε τη µείωση του πόνου του γόνατος και βελτίωση της λειτουργικότητας των ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα 106. Βελονισµός Την τελευταία πενταετία έχουν δηµοσιευτεί εννέα συστηµατικές ανασκοπήσεις για τη χρήση του βελονισµού στη θεραπεία της οστεοαρθρίτιδας. Οι µελέτες έχουν επιβεβαιώσει κάποια επίπτωση στην ανακούφιση από τον πόνο, κυρίως βραχυπρόθεσµη Η τελευταία µετανάλυση συµπεριέλαβε αποτελέσµατα από 11 τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες 108, στις οποίες ο βελονισµός συγκρίθηκε µε εικονική διαδικασία, συνήθη φροντίδα ή αναµονή σε λίστα ελέγχου. Συνολικά ο βελονισµός παρουσίασε υπεροχή µε ένα σταθµισµένο ES της τάξεως του 0.58 (0.38, 0.78) στην ανακούφιση πόνου. Ωστόσο το ΕS ήταν χαµηλότερο σε τυφλές κλινικές µελέτες µε οµάδες ελέγχου (ES= 0.35, 95% CI= 0.15, 0.55), ενώ περιοριζόταν 6 µήνες µετά τη θεραπεία σε 0.13 (0.01, 0.24). Παρόµοια ήταν τα αποτελέσµατα και για τη βελτίωση της λειτουργικότητας

53 Ηλεκτροµαγνητική θεραπεία Η χρήση της ηλεκτροµαγνητικής θεραπείας στην αντιµετώπιση της οστεοαρθρίτιδας ισχίου και γόνατος δεν συµπεριλαµβάνεται στις οδηγίες της OARSI ( Osteoarthritis Research Society International), παρά το γεγονός ότι παλαιότερες ανασκοπήσεις είχαν δείξει ότι µπορεί να συνδέεται µε µεγάλες βελτιώσεις στον πόνο σε ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος (ES 0.77, 95% CI 0.36, 1.17) 113. Σε µια συστηµατική ανασκόπηση του 2006, που συµπεριέλαβε πέντε τυχαιοποιηµένες ελεγχόµενες κλινικές µελέτες µε εικονικό φάρµακο, η συνολική βελτίωση στην λειτουργία ήταν πολύ µικρή (ES =0.33, 95% CI= 0.07, 0.59) ενώ δεν υπήρχε σηµαντική αναλγητική δράση (ES = 0.16, 95% CI -0.08, 0.39) 114. β) Φαρµακολογική θεραπεία Ακεταµινοφαίνη Ικανοποιητικός αριθµός τυχαιοποιηµένων κλινικών µελετών υποστηρίζει τη φαρµακευτική θέση της ακεταµινοφαίνης στη θεραπεία της οστεοαρθρίτιδας 113, Οι µελέτες αυτές είναι οµοιογενείς και δεν παρουσιάζουν σφάλµατα. Ωστόσο έχουν ένα σταθµισµένο ΕS για ανακούφιση του πόνου πολύ χαµηλό, σταθερό όµως και αδύνατο να µειωθεί περαιτέρω, της τάξεως του 0.14 (0.05, 0.23). Με βάση την έως τώρα πληροφορία η ακεταµινοφαίνη δεν έχει σηµαντική επίδραση στη δυσκαµψία (ES= 0.16, 95% CI= -0.05, 0.37) ή τη φυσική λειτουργία των ασθενών µε συµπτωµατική οστεοαρθρίτιδα γονάτων (ES= 0.09, 95% CI =-0.03, 0.22). Μεγαλύτερος όγκος πληροφοριών υπάρχει πλέον αναφορικά µε τις ανεπιθύµητες ενέργειες της στο ανώτερο γαστρεντερικό. Σε µια µελέτη κοόρτης, η οποία συµπεριέλαβε χιλιάδες ασθενείς, φάνηκε ότι η θεραπεία µε υψηλή δόση ακεταµινοφαίνης (>3 g/ηµέρα) σχετίστηκε µε µεγαλύτερο κίνδυνο νοσηλείας [ HR (Hazard Ratio) =1.20, 95% CI =1.03, 1.40], όσον αφορά διάτρηση γαστρεντερικού, έλκος ή αιµορραγία, σε σχέση µε τη θεραπεία µε χαµηλή δόση ακεταµινοφαίνης (<3 g/ηµέρα) 118. Αναφέρεται µικρή µείωση του ρυθµού σωληναριακής διήθησης σε γυναίκες µετά από µακρά διάρκεια κατανάλωσης υψηλών δόσεων [OR( Odds Ratio)= 2.04, 95% CI =1.28, 3.24] 119. Επίσης παρατηρήθηκε αύξηση της αρτηριακής πίεσης σε γυναίκες που ελάµβαναν > 500 mg ακεταµινοφαίνης καθηµερινά 120 και σε άντρες που έπαιρναν καθηµερινά ακεταµινοφαίνη σε σχέση µε µη χρήστες [RR ( Relative Risk )= 1.34, 95% CI =1.00, 1.79) 121. Σύµφωνα µε τις κατευθυντήριες οδηγίες του OARSI 113 και τις πρόσφατα δηµοσιευµένες οδηγίες NICE (National Collaborating Centre for Chronic Conditions) 122 και AAOS (American Society of Orthopaedic Surgeons) 123, η ακεταµινοφαίνη σε δόσεις έως 4 g/ηµέρα, έχει απόλυτη ένδειξη ως αναλγητικό για τη θεραπεία της ΟΑ ισχίου και γόνατος

54 Μη στεροειδή αντιφλεγµονώδη Φάρµακα (NSAIDs) Tα NSAIDs θεωρούνται αποτελεσµατικά φάρµακα στην ανακούφιση του πόνου της οστεοαρθρίτιδας 125, µέσω της αναστολής παραγωγής των προσταγλανδινών στο µονοπάτι της κυκλοοξυγενάσης (COX pathway). Μία µετανάλυση, τυχαιοποιηµένων ελεγχόµενων κλινικών µελετών, απέδειξε ότι τα NSAIDs µπορούν να µειώσουν, για βραχύ χρονικό διάστηµα, τον πόνο οφειλόµενο σε οστεοαρθρίτιδα αποτελεσµατικότερα σε σχέση µε τη λήψη εικονικού φαρµάκου 126.Σε µια νεότερη συστηµατική ανάλυση 27 τυχαιοποιηµένων κλινικών µελετών [n( αριθµός ασθενών)= 14,523], θεραπείας µε εντερική λήψη NSAIDs 127, το σταθµισµένο ES για ανακούφιση από πόνο ήταν µειωµένο (ES=0.29, 95%CI =0.22, 0.35). Αν και η αποτελεσµατικότητα τους ήταν µικρή έως µέτρια, ήταν σχεδόν διπλάσια από τη δράση της ακεταµινοφαίνης (ES= 0.14, 95% CI =0.05, 0.23) 115,116. H πιθανότητα γαστρεντερικής τοξικότητας συµπεριλαµβανοµένου της δυσπεψίας, του έλκους, της διάτρησης και της αιµορραγίας, είναι µια σηµαντική παράµετρος που πάντα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη στους ασθενείς που λαµβάνουν NSAIDs. Μια στρατηγική µείωσης της εν δυνάµει τοξικότητας των µη στεροειδών αντιφλεγµονωδών φαρµάκων, είναι η χρήση των COX-2 αναστολέων, φάρµακα που αναστέλλουν επιλεκτικά τη δράση του ενζύµου COX-2 ( κυκλοοξυγενάσης-2). Η COX-2 εµπλέκεται στην φυσιολογική παραγωγή προστατευτικής προσταγλανδίνης και θροµβοξάνης. Μελέτες έχουν δείξει πως οι COX-2 αναστολείς είναι εξίσου αποτελεσµατικοί στην αντιµετώπιση της οστεοαρθρίτιδας ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζουν µειωµένη επίπτωση γαστρικής τοξικότητας 125. Σε µια µελέτη κοόρτης 118, παρατηρήθηκε ότι ο κίνδυνος για ενδονοσοκοµειακή νοσηλεία ήταν πολύ υψηλότερος για τους ασθενείς που λάµβαναν από του στόµατος NSAIDs (HR =1.63, 95% CI =1.44, 1.85), σε σχέση µε ασθενείς υπό υψηλές δόσεις ακεταµινοφαίνης (HR= 1.20, 95% CI =1.03, 1.40). Ο κίνδυνος αυτός ήταν σηµαντικά υψηλότερος για ασθενείς που λάµβαναν συνδυασµό υψηλών δόσεων ακεταµινοφαίνης και NSAIDs (HR =2.55, 95% CI =1.98, 3.28) 118. Στην ίδια µελέτη διευκρινίστηκε πως ο κίνδυνος για νοσηλεία βλαβών του γαστρεντερικού ήταν διπλάσιος για τους ασθενείς που λάµβαναν µη εκλεκτικούς NSAIDs, σε σχέση µε τον εκλεκτικό αναστολέα της Cox-2, σελεκοξίµπη (HR =2.18, 95% CI =1.82, 2.61) ή µη ειδικούς NSAIDs σε συνδυασµό µε ένα αναστολέα αντλίας πρωτονίων (PPI) (2.21, 95% CI =1.51, 3.24) 118. Μια πρόσφατη τυχαιοποιηµένη κλινική µελέτη έδειξε ότι ενώ η θεραπεία µε σελεκοξίµπη συσχετίστηκε µε 9% κίνδυνο για παροδική αιµορραγία από το ανώτερο γαστρεντερικό, σε ασθενείς υψηλού κινδύνου λόγω ιστορικού αιµορραγίας αυτό µπορούσε να ελαχιστοποιηθεί µε τη ταυτόχρονη λήψη ενός αναστολέα αντλίας πρωτονίων 128,129. Είναι σηµαντικό να τονιστεί ότι όλοι σχεδόν οι NSAIDs και COX-2 αναστολείς έχουν ενοχοποιηθεί, σε διάφορο βαθµό, για πρόκληση καρδιοαγγειακών και νεφρικών επιπλοκών

55 Τοπικά µη στεροειδή αντιφλεγµονώδη φάρµακα Τόσο σε παλαιότερες 124 όσο και στις νεότερες κατευθυντήριες οδηγίες 113,122, τα τοπικά στεροειδή αντιφλεγµονώδη φάρµακα συνιστώνται ως εναλλακτικές ή συµπληρωµατικές φαρµακευτικές θεραπείες στην αντιµετώπιση της συµπτωµατικής οστεοαρθρίτιδας. Σε ένα σύνολο τυχαιοποιηµένων ελεγχόµενων µε εικονικό φάρµακο, προοπτικών κλινικών µελετών , το σταθµισµένο ES όσον αφορά την ανακούφιση πόνου ήταν 0.44 (95% CI=0.27, 0.62). Ωστόσο υπήρχε ετερογένεια µεταξύ των µελετών (I 2 =69%), δηµοσιευτικά σφάλµατα και πιθανή υπερεκτίµηση τη αποτελεσµατικότητας των τοπικών NSAIDs. Προγενέστερες µελέτες αναφέρουν ότι τα τοπικά NSAIDs ήταν τόσο αποτελεσµατικά και ασφαλή όσο και τα από του στόµατος NSAIDs 135. Κάτι παρόµοιο υποστηρίζεται και σε νεότερες έρευνες στις οποίες η τοπική εφαρµογή ιµπουπροφαίνης και η από του στόµατος λήψη της, συγκρίνονται στην αντιµετώπιση χρόνιου πόνου γόνατος σε µεγάλης ηλικίας ασθενείς 136. Η δεύτερη χρονιά χρήσης της από του στόµατος ιµπουπροφαίνης ήταν πιο αποτελεσµατική, αλλά περισσότερο δαπανηρή 137. Οπιοειδή Σε µετανάλυση 18 τυχαιοποιηµένων, ελεγχόµενων µε εικονικό φάρµακο προοπτικών κλινικών µελετών, επί συνόλου 3244 ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα, αν και υπήρχε µεγάλη ετερογένεια στα αποτελέσµατα, αναδείχθηκε πως η χρήση οπιοειδών είχε µέτρια έως µεγάλη αποτελεσµατικότητα στην ανακούφιση από τον πόνο (ES =0.78, 95% CI =0.59, 0.98) 138,139. Η αποτελεσµατικότητα στη βελτίωση της φυσικής λειτουργίας ήταν µικρή έως µέτρια (ES= 0.31, 95% CI= 0.24, 0.39) 138. Τα πλεονεκτήµατα της χρήσης οπιοειδών περιορίζονταν από τη συχνή εµφάνιση επιπλοκών, συµπεριλαµβανοµένου της ναυτίας (30%), δυσκοιλιότητας (23%), ζάλης (20%), υπνηλίας (18%) και τάσης προς εµετό (13%) 138. Σε µια άλλη µετανάλυση 1057 ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα µε µέτριο έως σοβαρό πόνο, η χρήση οπιοειδών ανέδειξε µικρή µόνο µείωση του πόνου σε σχέση µε το εικονικό φάρµακο, που ήταν µέγιστη στις 2-4 εβδοµάδες 127. Ενδαρθρικές εγχύσεις κορτικοστεροειδών Στις δύο νεότερες συστηµατικές ανασκοπήσεις 139,140 που αφορούν τη χρήση ενδοαρθρικών εγχύσεων κορτικοστεροειδών σε ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα, το σταθµισµένο ES για την ανακούφιση από τον πόνο, ανεξάρτητα από τον αριθµό ή το χρονικό διάστηµα από την έγχυση, ήταν 0.58 (0.34, 0.82). Το ES για ανακούφιση από τον πόνο µετά από µεµονωµένες εγχύσεις ενδοαρθρικών κορτικοστεροειδών ήταν σχετικά µεγάλο, 0.72 (0.42, 1.01) µια εβδοµάδα µετά την έγχυση αν και υποχωρούσε στο 0.28 (-0.17, 0.73) µετά από 4 και στο 0.21 (-0.17, 0.59) µετά από 6 εβδοµάδες 140. Οι ενδαρθρικές εγχύσεις στεροειδών δεν είχαν σηµαντική επίδραση στη φυσική δραστηριότητα (ES = 0.20, 95% CI =-0.14, 0.53) ή στην δυσκαµψία (ES =0.25, 95% CI =-0.23, 0.74) των ασθενών

56 Ενδαρθρικές εγχύσεις Υαλουρονικού Οξέος Το υαλουρονικό οξύ αποτελεί βασικό δοµικό συστατικό της αγκρεκάνης, του µεγαλύτερου µακροµορίου της χόνδρινης µεσοκυττάριας ουσίας. Το υαλουρονικό οξύ έχει γλοιώδεις και ελαστικές ιδιότητες που είναι απαραίτητες για τη σωστή λειτουργία των αρθρώσεων. Κατά την αργή βάδιση λειτουργεί ως λιπαντικό, ενώ σε ταχύτερη σαν απορροφητής δονήσεων. Στην οστεοαρθρίτιδα η περιεκτικότητα του χόνδρου σε υαλουρονικό οξύ µειώνεται στο µισό έως ένα τρίτο του φυσιολογικού, γεγονός που οδηγεί σε µειωµένη αποτελεσµατικότητα και αύξηση παραγωγής προϊόντων φθοράς 55. Πολλές µορφές ενέσιµων ενδοαρθρικών εγχύσεων υαλουρονικού οξέως έχουν εγκριθεί για τη θεραπεία της οστεοαρθρίτιδας. Ωστόσο η αποτελεσµατικότητα τους είναι αµφιλεγόµενη. Όπως προκύπτει, οι εγχύσεις υαλουρονικού βελτιώνουν µέτρια και για βραχύ χρονικό διάστηµα τον πόνο, αλλά όχι τη λειτουργικότητα των ασθενών 141. Πολυάριθµες ανασκοπήσεις και µεταναλύσεις έχουν πραγµατοποιηθεί, στην πλειοψηφία τους σε ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος Η µεγαλύτερη και πιο συστηµατική ανασκόπηση 142 συµπεριέλαβε 76 κλινικές µελέτες. Σε αυτή το σταθµισµένο ES σε σχέση µε το εικονικό φάρµακο στις 1-4 εβδοµάδες ήταν 0.60 (95% CI= 0.37, 0.83) αναφορικά µε την ανακούφιση από τον πόνο, 0.61 (0.35, 0.87) για βελτίωση της φυσικής δραστηριότητας και 0.54 (-0.17, 1.26) για τη βελτίωση της δυσκαµψίας. Ωστόσο η µεγάλη ετερογένεια µεταξύ των µελετών και το ασύµµετρα θετικό Egger test, υπέδειξαν πιθανή παρουσία δηµοσιευτικών σφαλµάτων. Όταν η ανάλυση περιοριζόταν σε υψηλής ποιότητας µελέτες, µε Jadad σκορ 5, δεν υπήρχε πληροφορία για σηµαντική ανακούφιση από τον πόνο. Η ετερογένεια των µελετών είχε αποδοθεί στο γεγονός ότι τα υψηλού µοριακού βάρους προϊόντα µπορεί να έχουν καλύτερη επίδραση στους ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα 144. Σε µια πρόσφατη µεταανάλυση 146, 13 τυχαιοποιηµένων κλινικών µελετών, συγκρίθηκαν τα αποτελέσµατα των ενδοαρθρικών εγχύσεων υψηλού και χαµηλότερου µοριακού βάρους υαλουρονικού οξέος. Επί συνόλου 2085 ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος, το σταθµισµένο ES ανέδειξε πως η ενδοαρθρική έγχυση Hylan δεν ήταν σηµαντικά πιο αποτελεσµατική στην ανακούφιση του πόνου (0.27, 95% CI -0.01, 0.55) 146. Σε κλινικές µελέτες στις οποίες συγκρίθηκαν οι ενδαρθρικές εγχύσεις υαλουρονικού οξέος µε αυτές των κορτικοστεροειδών, δεν υπήρχε σηµαντική διαφορά στις 4 εβδοµάδες µετά την έγχυση. Ωστόσο οι ενδαρθρικές εγχύσεις υαλουρονικού οξέος ήταν πιο αποτελεσµατικές στις 5-13 εβδοµάδες εν υπήρχε διαφορά σε άλλες παραµέτρους όπως η δυσκαµψία και η φυσική λειτουργία. Λίγες ανεπιθύµητες ενέργειες έχουν αναφερθεί για τις ενδαρθρικές ενέσεις υαλουρονικού οξέος. Συνήθως πρόκειται για πόνο στις περιοχές ένεσης 142, που είναι συχνότερες µετά την έγχυση υαλουρονικού οξέος µεγάλου µοριακού βάρους 146. Πιο σοβαρές αντιδράσεις έχουν αναφερθεί και είναι γνωστές σαν ψευδοσηπτικές αντιδράσεις. Χαρακτηρίζονται από αυξηµένο πόνο, οίδηµα και µία φλεγµονώδη τοπική αντίδραση στο 1.5 µε 5 % των ενιόµενων γονάτων. Η ανάλυση 56

57 του αρθρικού υγρού αναδεικνύει µέτρηση λευκών κυττάρων ( πιθανότατα πάνω από / mm 3 ), αλλά στείρες καλλιέργειες. Γλυκοζαµινογλυκάνη και θειική χονδροϊτίνη Η θειïκή γλυκοζαµίνη είναι ένας πρόδροµος µονοσακχαρίτης των γλυκοζαµινογλυκανών, που συνθέτουν τις πρωτεογλυκάνες του αρθρικού χόνδρου. Η θειïκή χονδροϊτίνη αποτελείται από επαναλαµβανόµενα µέρη θειïκής γαλακτοζαµίνης και γλυκουρονικού οξέος και είναι η κυρίαρχη γλυκοζαµινογλυκάνη του αρθρικού χόνδρου. Υποστηρίζεται ότι η από του στόµατος συµπλήρωση µε γλυκοζαµίνη µε ή χωρίς ταυτόχρονη λήψη θειïκής χονδροϊτίνης µπορεί να επιβραδύνει τη διάσπαση του χόνδρου, ερεθίζοντας τον να παράγει γλυκοζαµινογλυκάνη και πρωτεογλυκάνες, αναστέλλοντας επίσης τη δράση πρωτεολυτικών αποδοµητικών ενζύµων 148. Η καθηµερινή συνιστώµενη δόση που εξαρτάται από το βάρος του ασθενή, ανέρχεται κατά µέσο όρο σε 1500mg γλυκοζαµινογλυκάνης και 1200 mg χονδροϊτίνης. Υπάρχουν πολυάριθµες ελεγχόµενες µε εικονικό φάρµακο τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες, της χρήσης γλυκοζαµίνης στην οστεοαρθρίτιδα 117, Μετανάλυση 149 των τυχαιοποιηµένων κλινικών µελετών της χρήσης θειïκής και υδροχλωρικής γλυκοζαµίνης, έχει αναδείξει µέτρια συµπτωµατική αποτελεσµατικότητα ES = 0.46 (95% CI =0.23, 0.69). Ωστόσο υπήρχε σηµαντική ετερογένεια των αποτελεσµάτων (I 2 = 87%,P <0.0001). Ο αποκλεισµός µελετών χαµηλού επιπέδου, αύξανε την οµοιογένεια των µελετών, αν και µείωνε σηµαντικά την αποτελεσµατικότητα (ES= 0.15, 95% CI =0.03, 0.27). Πληροφορίες αναφορικά µε πιθανή επίδραση της χρήσης σκευασµάτων γλυκοζαµίνης, σε δοµικά χαρακτηριστικά της άρθρωσης ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα ισχίου ή γόνατος παραµένουν αµφιλεγόµενες. Υπάρχουν τρεις τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες λήψης 1500 mg γλυκοζαµίνης ηµερησίως, δύο σε ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος και µια µε οστεοαρθρίτιδα ισχίου Το σταθµισµένο ES για επιβράδυνση της απώλειας του έσω µεσάρθριου διαστήµατος του γόνατος στις δύο µελέτες, ήταν µικρό αλλά σηµαντικό (ES= % CI= 0.04, 0.43). εν αναδείχθηκε κάτι αντίστοιχο στη µελέτη του ισχίου µετά από 24 µήνες θεραπεία (ES = % CI-0.06, 0.12) 151. Στη πιο πρόσφατη µετανάλυση, 20 κλινικών µελετών, που συµπεριέλαβε 3846 ασθενείς 154 µετά χρήση θειïκής χονδροϊτίνης, αναδείχθηκε µέτρια έως µεγάλη ανακούφιση από τον πόνο ES (ES= 0.75, 95% CI= 0.50, 0.99). Ωστόσο υπήρχαν ενδείξεις δηµοσιευτικών σφαλµάτων ενώ τα αποτελέσµατα ήταν εξαιρετικά ανοµοιογενή (I 2 = 92%). Όταν η ανάλυση περιοριζόταν στις µελέτες υψηλού επιπέδου ( Jadad score of 5), δεν υπήρχε πληροφορία σηµαντικής ανακούφισης από τον πόνο (ES= 0.005, 95% CI= -0.11, 0.12) (I 2 =0%). Πληροφορίες αναφορικά µε την πιθανή επίδραση της χρήσης των σκευασµάτων χονδροϊτίνης σε δοµικά χαρακτηριστικά της άρθρωσης ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος έχουν δηµοσιευτεί 155. Σε 4 τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες φαρµακευτικών εταιριών, αναδείχθηκε µικρή αλλά σηµαντική µείωση της στένωσης του µεσάρθριου 57

58 διαστήµατος, σε ασθενείς που έλαβαν θειική χονδροϊτίνη σε σχέση µε εικονικό φάρµακο (ES = 0.26, 95% CI =0.16, 0.36) 155. Τα δεδοµένα βελτίωσης του πόνου και της λειτουργικότητας των ασθενών και πιθανότατα η επίπτωση ακτινολογικών αλλαγών µε τη συνδυασµένη χρήση γλυκοζαµινογλυκάνης και θειïκής χονδροϊτίνης, παραµένουν αµφιλεγόµενα 148. Για τους ασθενείς αυτούς που η θεραπεία µε θειïκή γλυκοζαµίνη επιτυγχάνει, η διάρκεια θεραπείας είναι άγνωστη. Υπάρχει πληροφορία που συνιστά πως η χρήση για πάνω από 6 µήνες δεν είναι πιο αποτελεσµατική σε σχέση µε τη λήψη εικονικού φαρµάκου. Στις ανεπιθύµητες ενέργειες από τη χρήση γλυκοζαµινογλυκάνης και θειïκής χονδροϊτίνης συµπεριλαµβάνονται η υπεραντιδραστικότητα ασθενών που είναι ευαίσθητοι στα οστρακοειδή, γαστρεντερικές δυσλειτουργίες και δερµατικές αντιδράσεις 148. ιασερεΐνη Η διασερεΐνη είναι ένα παράγωγο ανθρακινόνης, που έχει αναδειχθεί σε αναστολέα της IL-1b σε in vitro µελέτες 156. Έχει µια βραδέως δρώσα, εµµένουσα, συµπτωµατική ανακούφιση στους ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα του γόνατος και του ισχίου 161. Στις 6 δηµοσιευµένες τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες, το ES αναφορικά µε την ανακούφιση του πόνου ήταν 0.24 (95%CI =0.08, 0.39) και ο σχετικός κίνδυνος εµφάνισης διάρροιας σε σχέση µε τη λήψη εικονικού φαρµάκου 3.51 (2.55, 4.83). 3. Χειρουργική θεραπεία Έκπλυση / χειρουργικός καθαρισµός άρθρωσης Στην εργασία του Moseley 162, 180 ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος, υποβλήθηκαν τυχαία σε αρθροσκοπικό χειρουργικό καθαρισµό, αρθροσκοπική έκπλυση ή εικονικό χειρουργείο µε τοµή δέρµατος και προσοµοίωση αρθροσκόπησης. Η µελέτη δεν ανέδειξε σηµαντικές διαφορές µεταξύ των οµάδων, αναφορικά µε την ανακούφιση από τον πόνο ή οποιοδήποτε άλλο δευτερογενές αποτέλεσµα λειτουργίας 162. Αν και δεν υπάρχουν συστηµατικές ανασκοπήσεις της χρήσης αρθρικής έκπλυσης σαν θεραπεία της οστεοαρθρίτιδας, µια ανασκόπηση θεραπειών µε αρθροσκοπικό καθαρισµό δηµοσιεύτηκε το H ανασκόπηση κατέληξε πως υπάρχει υψηλού επιπέδου πληροφορία πως ο αρθροσκοπικός χειρουργικός καθαρισµός δεν προσφέρει πλεονεκτήµατα σε µη επιλεγµένους ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος (επίπεδο τεκµηρίωσης Ib). Έχουν δηµοσιευτεί επτά ελεγχόµενες τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες, διάρκειας παρατήρησης από 3 µήνες έως δύο χρόνια, στις οποίες χρησιµοποιήθηκε είτε κλειστή έκπλυση µε βελόνα ή αρθροσκοπική έκπλυση 166. Ωστόσο µόνο στη µελέτη του Moseley 162 διαχωρίστηκαν εµφανώς η έκπλυση και ο χειρουργικός καθαρισµός. Τα σταθµισµένα στους τρεις µήνες αποτελέσµατα δεν ανέδειξαν όφελος υπέρ της έκπλυσης ή του χειρουργικού καθαρισµού, σε σχέση µε την 58

59 εικονική θεραπεία. Τα ES ήταν της τάξεως του 0.21(95% CI=-0.12, 0.54) για την ανακούφιση από τον πόνο, 0.11 (-0.11, 0.33) για τη βελτίωση της λειτουργίας και 0.05 (-0.34, 0.44) για τη βελτίωση της δυσκαµψίας. Το ES µειώθηκε ακόµη περισσότερο όταν υψηλού επιπέδου εργασίες χρησιµοποιήθηκαν στη µετανάλυση. Μια πρόσφατη απλή τυφλή τυχαιοποιηµένη µελέτη, η οποία συνέκρινε τη χρήση αυξοµειούµενης πλύσεως µε καταïονισµό (tidal irrigation) (n= 71), µε την ενδοαρθρική έγχυση κορτικοστεροειδών (n =79), ανέδειξε όµοια αποτελεσµατικότητα στις 4 εβδοµάδες µετά την θεραπεία. Ωστόσο η πλύση µε καταïονισµό υπερείχε στις 26 εβδοµάδες µετά την έγχυση 167. Οστεοτοµία Στη θεραπεία της µονοδιαµερισµατικής αρθρίτιδας του γόνατος, σε ασθενείς νεότερους των 50 ετών, περιλαµβάνεται η οστεοτοµία κνήµης ή µηριαίου. Σκοπός τους είναι η αποφόρτιση του πάσχοντος αρθρικού διαµερίσµατος και η διόρθωση της ευθυγράµµισης της άρθρωσης. Τα αποτελέσµατα της οστεοτοµίας χειροτερεύουν στην πορεία του χρόνου. Πολλαπλές µελέτες έχουν δείξει ότι η επιτυχία της εγχείρησης µετά τα 10 χρόνια είναι µικρότερη από 50-70% H πρόσφατη αναζωπύρωση της χρήσης της µονοδιαµερισµατικής αρθροπλαστικής, σαν πρόδροµη χειρουργική επέµβαση της ολικής αρθροπλαστικής, έχει µειώσει τον αριθµό των οστεοτοµιών που γίνονται. Η υψηλή οστεοτοµία βλαισότητας κνήµης αποτελεί πιθανή χειρουργική παρέµβαση σε νεαρά δραστήρια άτοµα ( < 50 ετών ), µε µεµονωµένη αρθρίτιδα έσω διαµερίσµατος γόνατος και λειτουργικά ενοχλήµατα 1, Αντενδείξεις υψηλής οστεοτοµίας κνήµης αποτελούν η αρθρίτιδα του έξω διαµερίσµατος αλλά και της επιγονατιδοµηριαίας άρθρωσης, εύρος κίνησης µικρότερο από 90 0, έλλειµµα έκτασης µεγαλύτερο από 15 µοίρες, συνδεσµική αστάθεια και φλεγµονώδη αρθρίτιδα. Σκοπός της διόρθωσης είναι 8-10 µοίρες βλαισότητας. Υποδιόρθωση της βλάβης συνδέεται µε πρόοδο της αρθρίτιδας 1, Χρησιµοποιείται τόσο η τεχνική της έξω κλειστής γωνίας όσο και της έσω ανοικτής γωνίας. Η ανωτερότητα της µίας έναντι της άλλης τεχνικής δεν έχει ανευρεθεί. Χαµηλή επιγονατίδα, αλλαγές στην κλίση της κνήµης και ενδαρθικά κατάγµατα έχουν αναφερθεί και µε τις δύο τεχνικές Η οστεοτοµία ανοικτής γωνίας έχει µικρότερο κίνδυνο για βλάβη του περονιαίου νεύρου και καλύτερη κινητικότητα. Στα µειονεκτήµατα της αναφέρονται συµπτώµατα από τα υλικά στην έσω επιφάνεια καθώς και την πιθανή ανάγκη για αφαίρεση των υλικών 169. Η οστεοτοµία ραιβότητας κάτω άκρου µηριαίου χρησιµοποιείται στην αντιµετώπιση της αρθρίτιδας του έξω διαµερίσµατος ή σε παραµόρφωση βλαισότητας του γόνατος. Οι ενδείξεις και οι αντενδείξεις της είναι όµοιες µε αυτές της υψηλής οστεοτοµίας κνήµης Η πορεία της επιγονατίδας µπορεί να βελτιωθεί όταν συνυπάρχει επιγονατιδοµηριαία αρθρίτιδα ενώ τα αποτελέσµατα της οστεοτοµίας µπορεί να µην επηρεαστούν από τη βαρύτητα της επιγονατιδοµηριαίας άρθρωσης Αναφέρεται ποσοστό 13-17% µετατροπής σε ολική αρθροπλαστική γόνατος στα 16 χρόνια

60 Μια συστηµατική ανάλυση 172 της αποτελεσµατικότητας και της ασφάλειας της διορθωτικής οστεοτοµίας στη µονοδιαµερισµατική οστεοαρθρίτιδα του γόνατος δηµοσιεύτηκε το Περιλάµβανε 13 µελέτες επί συνόλου 700 ασθενών και αφορούσε ασθενείς που υποβλήθηκαν σε υψηλή κνηµιαία οστεοτοµία για οστεοαρθρίτιδα έσω διαµερίσµατος γόνατος. Έξι µελέτες συνέκριναν δύο τεχνικές οστεοτοµίας, τέσσερις διαφορετική περιεγχειρητική και µετεγχειρητική φροντίδα και µια την υψηλή οστεοτοµία µόνο µε οστεοτοµία σε συνδυασµό µε επιπρόσθετη θεραπεία. Ωστόσο καµία µελέτη δε συνέκρινε την υψηλή οστεοτοµία κνήµης µε εικονική θεραπεία ή συντηρητική θεραπεία. ύο µελέτες συνέκριναν την υψηλή οστεοτοµία κνήµης µε µονοδιαµερισµατική ολική αρθροπλαστική γόνατος. Οι συγγραφείς ανέφεραν ότι παρά την έλλειψη συγκριτικών µελετών µε εικονική ή µη χειρουργική θεραπεία, υπάρχει µεσαίου επιπέδου πληροφορία ότι η υψηλή οστεοτοµία βλαισότητας κνήµης έχει επίδραση στην ανακούφιση από τον πόνο και διόρθωση της λειτουργικότητας του ασθενή (επίπεδο τεκµηρίωσης IIa). Μια προγενέστερη µεταανάλυση 173 που δηµοσιεύτηκε το 2004 ανέφερε ότι ο ρυθµός αποτυχίας για την υψηλή οστεοτοµία κνήµης στα 10 χρόνια ήταν 25% και ο µέσος χρόνος µεταξύ οστεοτοµίας και ολικής αρθροπλαστικής γόνατος 6 χρόνια. Συστηµατική ανασκόπηση του 2007, συνέκρινε την αποτελεσµατικότητα και την ασφάλεια της µονοδιαµερισµατικής ολικής αρθροπλαστικής του γόνατος, την υψηλή οστεοτοµία κνήµης και την ολική αρθροπλαστική γόνατος σε ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα γόνατος 174. Τρεις τυχαιοποιηµένες κλινικές µελέτες, δύο ελεγχόµενες δοκιµές και τρεις µελέτες κοόρτης ανασκοπήθηκαν αναφορικά µε τη λειτουργία, το µετεγχειρητικό πόνο, τις επιπλοκές και την συχνότητα αναθεώρησης. Παρόµοια ποσοστά ασθενών είχαν βελτίωση στην λειτουργία µετά από µονοδιαµερισµατική ή ολική αρθροπλαστική γόνατος (RR = 1.03, 95% CI= 0.97, 1.10) και υψηλή οστεοτοµία κνήµης (1.26, 95% CI =0.95, 1.19). Ωστόσο λιγότεροι ασθενείς είχαν επιπλοκές όπως εν τω βάθει φλεβοθρόµβωση µετά από µονοδιαµερισµατική αρθροπλαστική (RR = 0.34, 95% CI =0.14, 0.81). Ο ρυθµός αναθεώρησης ήταν µικρότερος µετά από µονοδιαµερισµατική αρθροπλαστική σε σχέση µε οστεοτοµία κνήµης (RR= 0.51, 95% CI =0.29, 0.89) 174. Αρθροπλαστική επιφανείας ισχίου Μονοδιαµερισµατική αρθροπλαστική γόνατος Οι αλλαγές των τελευταίων ετών στην τριβολογία των επιφανειών της αρθροπλαστικής επιφανείας ισχίου, έχουν βελτιώσει τα αποτελέσµατα της µεθόδου, που χρησιµοποιείται στην Ευρώπη περίπου 8-10 χρόνια Tα πρώιµα ενθαρρυντικά αποτελέσµατα της αρθροπλαστικής επιφανείας του ισχίου οδήγησαν τον FDA να επιτρέψει τη χρήση της και στις ΗΠΑ το Ωστόσο χρειάζονται µακράς διάρκειας αποτελέσµατα µε σκοπό να καθοριστεί ο ρυθµός µετατροπής της µεθόδου σε ολική αρθροπλαστική, ειδικά για τους νέους δραστήριους ασθενείς 177. Τα πλεονεκτήµατα της µεθόδου έναντι της παραδοσιακής ολικής αρθροπλαστικής ισχίου είναι η διατήρηση της κεφαλής του µηριαίου, ο µικρότερος κίνδυνος εξαρθρήµατος και η ταχεία ανάρρωση 177. Ωστόσο η µέθοδος δεν είναι 60

61 λιγότερο επεµβατική σε σχέση µε την παραδοσιακή µέθοδο, καθώς η έκθεση της κοτύλης απαιτεί µεγαλύτερη προσπέλαση των µαλακών µορίων. Επίσης η ακριβής τοποθέτηση των υλικών είναι πρόκληση για τον χειρουργό και η επίπτωση της έκτοπης οστεοποίησης µεγαλύτερη σε σχέση µε την παραδοσιακή µέθοδο 177. Πιθανές επιπλοκές της µεθόδου αποτελούν το κάταγµα της µηριαίας κεφαλής ( 1-3%), η οστεονέκρωση και η πρώιµη χαλάρωση της πρόθεσης τσιµέντου του µηριαίου 177. Παράγοντες κινδύνου για κάταγµα αυχένα µηριαίου είναι το φύλο, η χαµηλή ποιότητα οστού, τοποθέτηση της πρόθεσης µηριαίου σε ραιβότητα,το µεγάλο ύψος ασθενών 178 και η εµπειρία του χειρουργού. Οι ενδείξεις και τα κριτήρια επιλογής ασθενών για επιφανειακή αρθροπλαστική ισχίου παραµένουν αµφιλεγόµενα 177. Η δηµοσίευση βελτιωµένων αποτελεσµάτων, η ανάπτυξη τεχνικών µικρής παρεµβατικότητας και ο χαµηλότερος ρυθµός επιπλοκών έχουν ανανεώσει το ενδιαφέρον της µονοδιαµερισµατικής αρθροπλαστικής γόνατος, σε σχέση µε τις οστεοτοµίες και την ολική αρθροπλαστική 177. Ενδείξεις για µονοδιαµερισµατική αρθροπλαστική γόνατος είναι η µη φλεγµονώδης αρθρίτιδα ενός διαµερίσµατος, παραµόρφωση µικρότερη των 10 µοιρών, ακέραιος πρόσθιος χιαστός σύνδεσµος και η απουσία συνδεσµικής αστάθειας και γενικευµένων ενοχληµάτων 177. Οι νεαροί παχύσαρκοι ασθενείς έχουν χαµηλότερης ποιότητας αποτελέσµατα. Πρώιµη αποτυχία σχετίζεται µε παράγοντες όπως η παχυσαρκία, δευτερογενής χαλάρωση από φθορά του πολυαιθυλενίου και λάθη στη χειρουργική τεχνική 177. Σκοπός της µεθόδου είναι η υποδιόρθωση του µηχανικού άξονα κατά 2 µε 3 µοίρες. Υπερδιόρθωση πρέπει να αποφεύγεται καθώς µπορεί να οδηγήσει σε υπεξάρθρηµα ή προοδευτική εκφύλιση των µη εµπλεκόµενων διαµερισµάτων. Οπίσθια κλίση της κνήµης µεγαλύτερη των 7 µοιρών µπορεί να οδηγήσει σε ρήξη του προσθίου χιαστού συνδέσµου 179. Ολική αρθροπλαστική ισχίου - γόνατος Στην ολική αρθροπλαστική ισχίου επιτελείται αντικατάσταση της κατεστραµµένης άρθρωσης του ισχίου µε τεχνητή άρθρωση. Κύρια ένδειξη διενέργειας της ολικής αρθροπλαστικής ισχίου αποτελεί η προχωρηµένη οστεοαρθρίτιδα του ισχίου, που προκαλεί έντονο πόνο και δηµιουργεί σοβαρό λειτουργικό πρόβληµα στον ασθενή 177. Οι τεχνητές αρθρώσεις του ισχίου αποτελούνται από τη µηριαία και την κοτυλιαία πρόθεση. Η µηριαία πρόθεση αποτελείται από τον µηριαίο στειλεό που είναι κατασκευασµένος από µέταλλο ( συνήθως χρώµιο κοβάλτιο ή τιτάνιο ) και από τη µηριαία κεφαλή που µπορεί να είναι κατασκευασµένη από µέταλλο ή κεραµικό 55. Η κοτυλιαία πρόθεση µπορεί να είναι κατασκευασµένη όλη από πολυαιθυλένιο, όλη από µέταλλο ή µέταλλο εξωτερικά και πολυαιθυλένιο ή κεραµικό εσωτερικά 54. ηµιουργούνται δηλαδή συνδυασµοί αρθρούµενων επιφανειών µεταξύ κεφαλής και κοτύλης που µπορεί να είναι : 1. µέταλλο µέταλλο 2. µέταλλο πολυαιθυλένιο 3. κεραµικό κεραµικό 4. κεραµικό πολυαιθυλένιο

62 Η στερέωση των προθέσεων στο οστούν γίνεται είτε µε τη χρήση ακρυλικού τσιµέντου, είτε χωρίς σύνδεση µε τσιµέντο, µε απευθείας βιολογική σύνδεση της πρόθεσης µε το οστούν. Στις αρθροπλαστικές χωρίς τσιµέντο ο µηριαίος στειλεός και η κοτύλη διαθέτουν πορώδη επιφάνεια ή επιφάνεια καλυµµένη µε υδροξυαπατίτη 55. Στη πορώδη επιφάνεια το οστό εισέρχεται µεταξύ των πόρων, συγκρατώντας µε τον τρόπο αυτό την πρόθεση. Στην επικάλυψη µε υδροξυαπατίτη το οστούν συνδέεται µε τον υδροξυαπατίτη αφού ο δεύτερος αποτελεί ανόργανο τµήµα το πρώτου. Εξαιρετικά αποτελέσµατα έχουν ανακοινωθεί από τη χρήση κοτύλης µε τσιµέντο στους ασθενείς µεγαλύτερης ηλικίας 180. Στους νεότερους ασθενείς οι προθέσεις χωρίς τσιµέντο προσφέρουν µεγαλύτερη διάρκεια επιβίωσης σε σχέση µε τις προθέσεις µε τσιµέντο 177. Η επιλογή επηρεάζεται από την εµπειρία του χειρουργού. Τα τελευταία χρόνια τα πολύ καλά αποτελέσµατα των χωρίς τσιµέντο προθέσεων κοτύλης, έχουν οδηγήσει στον περιορισµό της χρήσης προθέσεων χωρίς τσιµέντο. Η επιβίωση των χωρίς τσιµέντο προθέσεων κοτύλης επηρεάζεται από το φαινόµενο υποκλοπής φορτίων (stress shielding), την παραγωγή σωµατιδίων φθοράς του πολυαιθυλενίου και την επακόλουθη οστεόλυση. Κοτύλες µε πορώδη επικάλυψη που προσοµοιάζει αυτή του πεταλιώδους οστού, έχουν κατασκευαστεί µε σκοπό να βελτιωθεί ενσωµάτωση των προθέσεων 181. Οι προθέσεις αυτές έχουν καλά µεσοπρόθεσµα αποτελέσµατα. Η καλύτερη επιλογή της ενσωµάτωσης µηριαίας πρόθεσης παραµένει αµφιλεγόµενη. Εξαιρετικά µακροπρόθεσµα αποτελέσµατα έχουν ανακοινωθεί τόσο για προθέσεις µε τσιµέντο όσο και χωρίς τσιµέντο 182. Το αποτέλεσµα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως η γεωµετρία, το υλικό της πρόθεσης, η επικάλυψη της, η επιλογή ασθενή και η χειρουργική τεχνική 183. Παράγοντες κινδύνου αποτυχίας προθέσεων µηριαίου µε τσιµέντο είναι η ηλικία, το άρρεν φύλο, η παχυσαρκία και το υψηλό επίπεδο δραστηριότητας 182. Οι µοντέρνες τεχνικές παρασκευής του τσιµέντου και προετοιµασίας του µηριαίου αυλού είναι απαραίτητες για την επιτυχή µακροβιότητα των προθέσεων αυτών. Στις προθέσεις χωρίς τσιµέντο, ο πόνος µηριαίου και το φαινόµενο υποκλοπής φορτίων στο εγγύς τµήµα της πρόθεσης, µπορεί να παρατηρηθεί. Πολλές προθέσεις κεντρικής κάλυψης υδροξυαπατίτη έχουν αναφέρει καλά µεσο-µακρο πρόθεσµα αποτελέσµατα 184. Η επίπτωση του πόνου µηριαίου σε ασθενείς µε εγγύς κυκλοτερή κάλυψη από πορώδη επιφάνεια είναι αµφιλεγόµενη. Πολλές προθέσεις µε κάλυψη υδροξυαπατίτη έχουν αναφέρει καλά µεσοπρόθεσµα αποτελέσµατα αλλά δεν έχουν αποδειχτεί πως υπερέχουν από τις προθέσεις χωρίς κάλυψη υδροξυαπατίτη 185. Στην ολική αρθροπλαστική γόνατος γίνεται αντικατάσταση των αρθρικών επιφανειών µηριαίου και κνήµης και σπανιότερα της επιγονατίδας 177. Η εφαρµογή της καθυστέρησε σε σχέση µε την ολική αρθροπλαστική του ισχίου λόγω της πολυπλοκότητας της άρθρωσης του γόνατος και της δυσκολίας κατασκευής τεχνητής άρθρωσης που να προσοµοιάζει µε τη λειτουργία του φυσιολογικού γόνατος. Σήµερα ωστόσο ο αριθµός τους ξεπέρασε τις ολικές αρθροπλαστικές ισχίου. 62

63 Η αρθροπλαστική γόνατος ενδείκνυται σε περιπτώσεις προχωρηµένης οστεοαρθρίτιδας. Η τεχνητή άρθρωση του γόνατος αποτελείται από τη µηριαία µεταλλική και την κνηµιαία µεταλλική πρόθεση στην οποία εφαρµόζεται ένθετο πολυαιθυλενίου. Οι αρθρούµενες επιφάνειες είναι µέταλλο µε πολυαιθυλένιο. Η στερέωση στο οστό πιο συχνά σε αντίθεση µε το ισχίο γίνεται µε ακρυλικό τσιµέντο. Ανάλογα µε το βαθµό περιορισµού της κίνησης και τον τρόπο σύνδεσης των δύο τµηµάτων η τεχνητή άρθρωση του γόνατος µπορεί να είναι 1. περιοριστικού τύπου ή συνδεδεµένη που επιτρέπει µόνο κάµψη ή έκταση 2. ηµιπεριοριστικού τύπου που επιτρέπει κάµψη έκταση και στροφές 3. µη περιοριστικού τύπου που επιτρέπει θεωρητικά όλο το εύρος των κινήσεων του φυσιολογικού γόνατος 54. Οι τελευταίες αυτές είναι που κατεξοχήν χρησιµοποιούνται σήµερα και διακρίνονται σε δύο κατηγορίες 1. Με διατήρηση του οπισθίου χιαστού συνδέσµου 2. χωρίς διατήρηση του οπισθίου χιαστού συνδέσµου. Τα αποτελέσµατα τόσο τα άµεσα όσο και τα απώτερα είναι πολύ καλά µε ποσοστά επιβίωσης της άρθρωσης της τάξεως του 85-90% για 15 χρόνια. Οι συνηθέστερες επιπλοκές των αρθροπλαστικών είναι η άσηπτη χαλάρωση και η λοίµωξη

64 5. Οστεοενσωµάτωση προθέσεων Ένας από τους κύριους µετεγχειρητικούς στόχους της σύγχρονης Ορθοπαιδικής Επανορθωτικής Χειρουργικής, καθώς και προϋπόθεση για κλινική επιτυχία, είναι η επίτευξη της κατάλληλης και ταχύτερης οστεοενσωµάτωσης του εµφυτεύµατος 186.Η ενσωµάτωση της πρόθεσης µε το οστό παρέχει σταθερότητα ενώ ταυτόχρονα ελαττώνει τη νοσηρότητα και το κόστος φροντίδας υγείας Εισαγωγή Ο όρος οστεοενσωµάτωση αναφέρεται στη διαδικασία δηµιουργίας άµεσης οστικής διεπιφάνειας επαφής µεταξύ οστού και µετάλλου. Η έννοια περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Branemark ( Eικόνα 14), ως η δηµιουργία υψηλά διαφοροποιούµενου ιστού που δηµιουργεί µια άµεση δοµική και λειτουργική επαφή, µεταξύ ζώντος οστού και της φορτιζόµενης επιφάνειας του εµφυτεύµατος 188,189. Εικόνα 14. Ο Καθηγητής Branemark P.I. ο οποίος το 1950 ανακάλυψε τη διαδικασία της οστεοενσωµάτωσης. Ανέπτυξε πληθώρα επανορθωτικών χειρουργικών τεχνικών βασισµένων στην ανακάλυψη του. Το 2005 ίδρυσε το Ινστιτούτο Έρευνας Branemark στο Bauru της Βραζιλίας, όπου συνεχίζει το ερευνητικό του έργο. Οι αρχικές παρατηρήσεις του ερευνητή έγιναν το 1950, κατά τη διάρκεια µελέτης στην οποία γινόταν εµφύτευση προθέσεων τιτανίου σε µυελό οστών κουνελιών 188.Ο Branemark απέδειξε ότι τα εµφυτεύµατα τιτανίου µπορούν να ενσωµατωθούν µόνιµα µέσα στο οστό κουνελιού (Εικόνα 15). Μάλιστα η σύνδεση των προθέσεων από τιτάνιο µε το οστό ήταν σε τέτοιο βαθµό ισχυρή, που ο διαχωρισµός τους γινόταν µόνο µε κάταγµα. Η ανακάλυψη αυτή οδήγησε στην παραγωγή και χρήση κοχλιών τιτανίου, µε σκοπό να υποστηρίξουν οδοντικές προθέσεις σε µακρόχρονη βάση 188. Ουσιαστικά έδωσε το έναυσµα της µελέτης και χρήσης των εµφυτευµάτων τιτανίου και των πολυσχιδών προεκτάσεων της. 64

65 Εικόνα 15 : Ακτινολογική εικόνα του αρχικού πειράµατος σε ποντίκια του Branemark, που αναδεικνύει τον οπτικό αεροθάλαµο ενσωµατωµένο στο άνω πέρας της διάφυσης της κνήµης και της περόνης 188. Έκτοτε, το φαινόµενο της οστεοενσωµάτωσης έχει µελετηθεί ευρύτατα. Σήµερα ένα εµφύτευµα θεωρείται ενσωµατωµένο στο οστό, όταν δεν υπάρχει προοδευτική σχετική κίνηση µεταξύ της επιφάνειας του και του οστού µε το οποίο είναι σε άµεση επαφή 189,190 ( Εικόνα 16). Ουσιαστικά η διαδικασία της οστεοενσωµάτωσης αποτελεί ένα µηχανισµό προσκόλλησης άψυχων υλικών µέσα στο ζων οστό, η σύνδεση των οποίων παραµένει κάτω από φυσιολογικές συνθήκες φόρτισης 189,190. Αν και ο όρος οστεοενσωµάτωση περιγράφει µία κλινική κατάσταση σταθερότητας της πρόθεσης, δεν πρόκειται για βιολογική ικανότητα κανενός µετάλλου ή συστήµατος εµφύτευσης 191,192. Με άλλα λόγια, η άµεση ιστολογική προσκόλληση οστού πρόθεσης µπορεί να µην είναι ιδιότητα του µετάλλου, αλλά ενδεικτική έλλειψης τοπικής ή συστηµατικής βιολογικής αντίδρασης σε αυτήν την επιφάνεια. Προτείνεται λοιπόν ότι η οστεοενσωµάτωση δεν είναι το αποτέλεσµα µιας πλεονεκτικής ιστικής αντίδρασης κάποιου υλικού, αλλά πιθανότατα η έλλειψη πρόκλησης από µέρους του αρνητικής αντίδρασης. Από τις αρχικές παρατηρήσεις του Branemark η έννοια της οστεοενσωµάτωσης έχει οριστεί σε πολλαπλά επίπεδα όπως κλινικά, ανατοµικά, ιστολογικά και µικροσκοπικά 191. In vivo και in vitro έρευνα εξακολουθεί να πραγµατοποιείται µε σκοπό την εκτίµηση των παραµέτρων της βιολογικής αντίδρασης. Συγκεκριµένα µελετάται ο τρόπος µε τον οποίο χαρακτηριστικά όπως η προετοιµασία της επιφάνειας, η χηµική σύνθεση, επικαλύψεις και διαδικασίες αποστείρωσης µπορούν να επηρεάσουν τη βραχυπρόθεσµη ή µακροπρόθεσµη σταθερότητα στη µέταλλο- βιολογική διεπιφάνεια

66 Εικόνα 16: Μικροφωτογραφία που λήφθηκε από φωτεινό µικροσκόπιο 192. Το νεοσχηµατιζόµενο οστό ( Β) είναι σε άµεση επαφή µε την πρόθεση ( µαύρο χρώµα), τα οστεοκύτταρα( Oct),τους σωλήνες του Havers (Hc) και κάποιας ποσότητας ινώδη ιστό (Ft). H βίο-µιµητική επικάλυψη (Bc) µπορεί να παρατηρηθεί στην επιφάνεια της πρόθεσης. 2. Βιολογία της οστεοενσωµάτωσης Η οστική επούλωση µετά την τοποθέτηση προθέσεων, περιλαµβάνει ενεργοποίηση µιας αλληλουχίας οστεογενετικών, αγγειακών και ανοσολογικών γεγονότων, που προσοµοιάζουν µε αυτά που επισυµβαίνουν στη πώρωση του κατάγµατος των οστών 190,192, Τα βιολογικά αυτά γεγονότα λαµβάνουν χώρα στη διεπιφάνεια οστού εµφυτεύµατος, έως ότου η επιφάνεια της πρόθεσης καλυφτεί τελικά µε νεοσχηµατιζόµενο οστό 199. Πολλοί τύποι κυττάρων, αυξητικών παραγόντων και κυτοκινών συµµετέχουν και αλληλεπιδρούν κατά τη διάρκεια των σταδίων της οστεοενσωµάτωσης 200. Η αρχική ανταπόκριση του ξενιστή µετά την εµφύτευση της πρόθεσης είναι µια φλεγµονώδης αντίδραση, που δηµιουργείται από το χειρουργικό τραύµα. Ωστόσο τροποποιείται από την παρουσία του ορθοπαιδικού εµφυτεύµατος και τα χαρακτηριστικά του, τη σταθερότητα της πρόθεσης, τα διεγχειρητικά καυστικά τραύµατα στην ενδοεπιφάνεια του οστού ξενιστή καθώς και το θάνατο των οστεοκυττάρων στην επιφάνεια του οστού που επισυµβαίνει σε έκταση µm 190, Τα κυριότερα ιστολογικά γεγονότα της ανταπόκρισης του ξενιστή, µετά την είσοδο και τη µηχανική σταθεροποίηση του εµφυτεύµατος χωρίς τσιµέντο, περιλαµβάνουν κατά σειρά : 66

67 - τη δηµιουργία αιµατώµατος / µεσεγχυµατικού ιστού, - την ανάπτυξη άµορφου/ ανώριµου ( woven) οστού και τέλος - την ανάπτυξη ώριµου πεταλιώδους οστού α) ηµιουργία αιµατώµατος Η αρχική δηµιουργία αιµατώµατος στη διεπιφάνεια οστού- πρόθεσης έχει το ρόλο ικριώµατος για την περιπροθετική οστική πώρωση 201. Το πρώτο βιολογικό συστατικό του οργανισµού που έρχεται σε επαφή µε το εµφύτευµα είναι το αίµα. Κύτταρα του αίµατος, όπως ερυθροκύτταρα, αιµοπετάλια και φλεγµονώδη κύτταρα (ουδετερόφιλά πολυµορφοπύρηνα και µονοκύτταρα) µεταναστεύουν από τα φλεβικά τριχοειδή στους ιστούς που περιβάλλουν την πρόθεση. Εκεί παγιδεύονται στη διεπιφάνεια του µοσχεύµατος-οστού, ενεργοποιούνται και απελευθερώνουν κυτοκίνες και άλλους διαλυτούς, αυξητικούς και διαφοροποιητικούς παράγοντες 202. Εποµένως η αντίδραση του ξενιστή περιλαµβάνει ενεργοποίηση αιµοπεταλίων, µετανάστευση και ενεργοποίηση φλεγµονωδών κυττάρων, αγγειοβρίθεια και νεοαγγειογένεση, προσκόλληση µεσεγχυµατικών κυττάρων και οστεοβλαστών καθώς επίσης σύνθεση πρωτεϊνών και άλλων τοπικών παραγόντων Οι αρχική αλληλεπίδραση των κυττάρων του αίµατος µε το εµφύτευµα οδηγεί στη δηµιουργία θρόµβου 192. Τα αιµοπετάλια υφίστανται µορφολογικές και βιοχηµικές αλλαγές, λόγω επαφής µε ξένη επιφάνεια. Σε αυτές συµπεριλαµβάνονται η προσκόλληση,η διάχυση και η συσσώρευση. Ταυτόχρονα υφίστανται ενδοκυττάριες βιοχηµικές αλλαγές όπως παραγωγή φωσφοτυροσίνης, απελευθέρωση ασβεστίου και υδρόλυση των φωσφολιπιδίων 202. Το παραγόµενο δίκτυο ινικής λειτουργεί ως ικρίωµα (οστεοκαθοδήγηση-osteoconduction) για την µετανάστευση οστεογενετικών κυττάρων και την προοδευτική διαφοροποίηση τους ( οστεοεπαγωγή-osteoinduction) στη φάση της επούλωσης. Οι οστεοβλάστες και τα µεσεγχυµατικά κύτταρα προσκολλώνται στην επιφάνεια του εµφυτεύµατος από την πρώτη ηµέρα έως την ενσωµάτωση του 205. Λίγες ηµέρες µετά την εµφύτευση, οι οστεοβλάστες ξεκινούν να εναποθέτουν πρωτεΐνες, δηµιουργώντας ένα µη-κολλαγονικό στρώµα πρωτεϊνών στην επιφάνεια του εµφυτεύµατος που ρυθµίζει την κυτταρική προσκόλληση και τη δέσµευση µετάλλων. Το δίκτυο αυτό είναι ένα πρώιµα φτωχά επασβεστωµένο οστεοειδές, πάχους 0.5 mm που είναι πλούσιο σε ασβέστιο, φωσφόρο, οστεοποντίνη και οστικές σίαλοπρωτεΐνες Η αρχική εναπόθεση νέου επιµεταλλωµένου δικτύου ακολουθείται από τη δηµιουργία ανώριµου (woven) οστού και αντικαθίσταται από πεταλιώδες οστό, έτσι ώστε να ολοκληρωθεί η βιολογική ενσωµάτωση του εµφυτεύµατος (osseointegration) 202,205,208. β) Περιπροθετική Οστεογένεση Η περιπροθετική οστεογένεση λαµβάνει χώρα είτε από το οστό ξενιστή προς την επιφάνεια του εµφυτεύµατος ( οστεογένεση εξ αποστάσεως- in distance ) ή από το 67

68 εµφύτευµα προς την επιφάνεια του οστού (οστεογένεση εξ επαφής ή de novo οστεογένεση- in contact ) 202. Ένα λεπτό στρώµα επασβεστωµένου οστεοειδούς ιστού, εναποτίθεται από τους οστεοβλάστες άµεσα πάνω στην επιφάνεια του εµφυτεύµατος. Ο Murai και οι συνεργάτες του ήταν οι πρώτοι που ανέφεραν την παρουσία ενός λεπτού στρώµατος, mm, πεπαχυµένων κυττάρων, που προσοµοιάζουν µε οστεοβλάστες, επασβεστωµένων ινιδίων κολλαγόνου και µιας ελαφρά επιµεταλλωµένης περιοχής, στη διεπιφάνεια εµφυτεύµατος τιτανίου και οστού 206. ( εικόνα 17 ) Εικόνα 17 : ( αριστερά) Ώριµοι επίµυες, 3 η ηµέρα µετά την εµφύτευση της πρόθεσης 206. Το νεοσχηµατιζόµενο οστό µόλις διακρίνεται. Το εµφύτευµα περιβάλλεται από ένα στρώµα συνδετικού ιστού (C). ( εξιά) Νεαροί επίµυες, 7 η ηµέρα µετά την εµφύτευση της πρόθεσης. Ικανοποιητικό δίκτυο οστεόµορφου ιστού (CΒ) διακρίνεται κατά µήκος της επιφάνειας του εµφυτεύµατος ( αρχική µεγέθυνση Χ80). Αποµεταλλοποιηµένες 1- µm τοµές της διεπιφάνειας οστού τιτανίου, µετά την αφαίρεση της πρόθεσης τιτανίου από τον επίµυ ( IS: χώρος πρόθεσης, CB: φλοιώδες οστό). Το νέο-δηµιουργούµενο οστό εναποτίθεται πάνω στην απορροφηµένη επιφάνεια του παλαιού οστού µετά από οστεοκλαστική δραστηριότητα. Η παρατήρηση αυτή κατέστησε σαφές ότι η επιφάνεια του εµφυτεύµατος αναγνωρίζεται θετικά από τα οστεογενετικά κύτταρα, ως ένα βίο-µιµητικό ικρίωµα που µπορεί να προάγει πρώιµη περιπροθετική οστεογένεση

69 Εικόνα 18 : Εικόνα ηλεκτρονικού µικροσκοπίου διεπιφάνειας επαφής οστού πρόθεσης τιτανίου, νέων επίµυων την 28 η ηµέρα από την εµφύτευση 206. a) Κάποια επιθηλιακά κύτταρα σε στενή επαφή µε την πρόθεση τιτανίου έχουν αφαιρεθεί κατά την προετοιµασία του δείγµατος, ωστόσο παρέµειναν σε κάποια σηµεία (βέλη). Κάτω από τα επιθηλιακά κύτταρα διακρίνουµε έναν οστεοβλάστη ( Ob) περιτριγυρισµένο από δίκτυο ινιδίων κολλαγόνου (CL) και ώριµο µυελό των οστών (Μ) (αρχική µεγέθυνση Χ ) b) Υψηλή µεγέθυνση της εικόνας a. Βλέπουµε δύο κυτταροπλασµατικές προεξοχές (Ρ) των επιθηλιακών κυττάρων στον οστεοβλάστη ( Ob), τη βασική µεµβράνη ( LD- lamina densa) και κατασκευές που προσοµοιάζουν µε ηµι-δεσµοσωµάτια (Η) Λίγες ηµέρες µετά την εµφύτευση οι οστεοβλάστες που βρίσκονται σε άµεση επαφή µε την πρόθεση, αρχίζουν να εναποθέτουν δίκτυο κολλαγόνου άµεσα στην επιφάνεια του εµφυτεύµατος 192,209 ( εικόνα 18). Η πρώιµη εναπόθεση της νέας επασβεστωµένης µεσοκυττάριας ουσίας στην επιφάνεια της πρόθεσης, ακολουθείται από τη δηµιουργία ανώριµου οστού και οστικών δοκίδων. Το οστό αυτό είναι κατάλληλο για την περιπροθετική οστική πώρωση, καθώς υπάρχει εκτεταµένη επιφάνεια δραστηριότητας, σε άµεση επαφή µε περιοχές µυελού των οστών πλούσιες σε µεσεγχυµατικά και αιµοφόρα κύτταρα Το ανώριµο (woven) οστό συµπληρώνει αρχικά το κενό στη διεπιφάνεια οστού ενδοπρόθεσης. Η φυσική του αρχιτεκτονική προσφέρει ένα βιολογικό ικρίωµα για την προσκόλληση κυττάρων και την εναπόθεση οστού, διαδικασία που ονοµάζεται βιολογική ενσωµάτωση Εγκατεστηµένο σε ένα τρισδιάστατο αρµονικό δίκτυο, προσφέρει υψηλή αντίσταση στη φόρτιση της πρόθεσης και καθιστά ικανή τη βιολογική ενσωµάτωση του εµφυτεύµατος. Αιµοφόρα αγγεία και µεσεγχυµατικά κύτταρα συµπληρώνουν τους κενούς χώρους όπου δε βρίσκεται επασβεστωµένος ιστός 202, ( εικόνα 19 ) 69

70 Εικόνα 19 : Εµφύτευµα αλουµινίου, 14 ηµέρες µετά την εµφύτευση. Εικόνα φωτεινού µικροσκοπίου 212. Νέες οστικές δοκίδες σε άµεση επαφή µε την επιφάνεια της πρόθεσης και υψηλά αγγειοβριθείς µυελικοί χώροι, ανευρίσκονται επί παρουσίας κενών της τάξεως µm µεταξύ της επιφάνειας της πρόθεσης και του οστού ξενιστή.παρατηρούµε κυβοειδείς οστεοβλάστες µέσα στο οστεοειδές. Αρχικά η παραγωγή και εναπόθεση ανώριµου (woven) οστού που επισυµβαίνει στην επιφάνεια των εµφυτευµάτων είναι ταχεία, µε σκοπό να αποκαταστήσει την οστική συνέχεια. Ωστόσο οι µηχανικές ιδιότητες του είναι κατώτερες του ώριµου πεταλιώδους οστού, κυρίως λόγω του τυχαίου προσανατολισµού των ινιδίων κολλαγόνου 192,209. Η πρώιµη περιπροθετική δοκιδώδης οστική διαµόρφωση, επιτρέπει τη βιολογική ενσωµάτωση του εµφυτεύµατος που ξεκινά ηµέρες µετά το χειρουργείο. Η βιολογική ενσωµάτωση διαφέρει από την πρώιµη ( µηχανική ) σταθερότητα, που επιτυγχάνεται µε την τοποθέτηση του εµφυτεύµατος 192,209. Η βιολογική σταθεροποίηση του εµφυτεύµατος περιλαµβάνει ως έννοια βιοφυσικές συνθήκες, όπως την πρώιµη σταθερότητα, που είναι η µηχανική σταθεροποίηση του εµφυτεύµατος, τη βίο-µιµητική επιφάνεια της πρόθεσης καθώς και την κατάλληλη απόσταση µεταξύ του εµφυτεύµατος και του οστού ξενιστή. Παρατηρείται κυρίως σε ανώµαλη, τραχεία επιφάνεια πρόθεσης 212. Η διεπιφάνεια οστού πρόθεσης παρουσιάζει περιοχή µυελού, που ορίζεται από τη µια πλευρά από την επιφάνεια τιτανίου και από την άλλη από το νεοσχηµατιζόµενο οστό πλούσιο σε κύτταρα και αιµοφόρα αγγεία 212. Το οστό γύρω από την πρόθεση περιλαµβάνει κανονικούς οστεώνες και µικρά τµήµατα του ξενιστή οστού, ενθυλακωµένα σε µορφή ώριµου οστού ( εικόνα 20). Μικρά θραύσµατα/ τµήµατα του ξενιστή οστού βρίσκονται µεταξύ της πρόθεσης και της 70

71 µυελικής κοιλότητας του ξενιστή, κυρίως λόγω της χειρουργικής προετοιµασίας του οστού κατά την τοποθέτηση της πρόθεσης. Αυτά ενθυλακώνονται στο νεοσχηµατιζόµενο περιπροθετικό σπογγώδες οστό και φαίνεται να ενσωµατώνονται σε αυτό τις πρώτες εβδοµάδες της βιολογικής ενσωµάτωσης της πρόθεσης. Τα οστικά αυτά τµήµατα βελτιώνουν και καθοδηγούν την περιπροθετική οστεογένεση, ως οστεοεπαγωγικό και οστεοκαθοδηγητικό υλικό. Για αυτό στη καθηµερινή πρακτική θα ήταν χρήσιµο να µη γίνεται πλύση ή αναρρόφηση από τη µυελική κοιλότητα, πριν την τοποθέτηση της πρόθεσης 215. Εικόνα 20 : Εµφύτευµα τιτανίου 14 ηµέρες µετά την τοποθέτηση. Ανάλυση οπίσθιας σκέδασης 215. Ένα σφαιρίδιο τιτανίου που έχει αποκολληθεί από την επιφάνεια της πρόθεσης είναι εµφανές ( µεγάλο βέλος) στον περιπροθετικό µυελικό χώρο. Ένα µικρότερο σωµατίδιο τιτανίου ( κάτω βέλος) περιβάλλεται ήδη από νέες οστικές δοκίδες (Β). Η επιτυχής σταθεροποίηση πρόθεσης χωρίς τσιµέντο, προϋποθέτει τη δηµιουργία και διατήρηση διαρκούς σύνδεσης µεταξύ του εµφυτεύµατος και του οστού ξενιστή Μείζονες παράγοντες αποτυχίας της περιπροθετικής οστεογένεσης αποτελούν ο µειωµένος αριθµός και η δραστηριότητα των οστεογενετικών κυττάρων, η αυξηµένη οστεοκλαστική δραστηριότητα και η ανισορροπία µεταξύ αναβολικών και καταβολικών τοπικών παραγόντων. Επίσης ενοχοποιείται ο ανώµαλος ρυθµός οστικής ανακατασκευής και ανταπόκρισης σε τοπικά, συστηµατικά ερεθίσµατα και στο µηχανικό στρες καθώς και η µειωµένη αγγειοβρίθεια του περιπροθετικού ιστού 218. Η αγγειοβρίθεια είναι πολύ σηµαντικός παράγοντας εξέλιξης της οστεοενσωµάτωσης 218. Η διαφοροποίηση των οστεογενετικών κυττάρων εξαρτάται άµεσα από την αγγειοβρίθεια των ιστών. Καθώς η γήρανση επιδρά αρνητικά στην αγγειογένεση, η οστεοενσωµάτωση των υλικών επίσης επηρεάζεται. Σε ηλικιωµένους η συνέργεια µειωµένης αγγειογέννεσης και οστεοπόρωσης αυξάνει τον κίνδυνο αποτυχίας τους εµφυτεύµατος

72 γ) Περιπροθετική Οστική Ανακατασκευή Το ανώριµο (woven) οστό προοδευτικά αναδιαµορφώνεται και αντικαθίσταται από ώριµο πεταλιώδες οστό, διαφόρου βαθµού επιµετάλλωσης. Στους τρεις µήνες µετά την εµφύτευση, υπάρχει ένα µεικτής οστικής υφής δίκτυο ανώριµου και σπογγώδους δικτύου, γύρω από διαφόρους τύπους εµφυτευµάτων τιτανίου 192,209 (εικόνα 21). Το οστό που βρίσκεται σε άµεση επαφή µε την επιφάνεια του εµφυτεύµατος, υφίσταται µορφολογική ανακατασκευή σαν ανταπόκριση στο στρες και στη µηχανική φόρτιση. Η ανακατασκευή του ώριµου περιπροθετικού οστού γύρω από εµφυτεύµατα επιβεβαιώνεται από την παρουσία µυελικών χώρων που περιέχουν οστεοκλάστες, οστεοβλάστες, µεσεγχυµατικά κύτταρα, λεµφικά και αιµοφόρα αγγεία δίπλα στην επιφάνεια της πρόθεσης.κατά τη διάρκεια της ανακατασκευής του περιπροθετικού οστού, νέοι οστεώνες περιβάλουν την πρόθεση, έχοντας τον επιµήκη άξονα τους παράλληλο µε την επιφάνεια του εµφυτεύµατος και κάθετα στον επιµήκη άξονα της πρόθεσης. Το ανακατασκευασθέν οστό εκτείνεται συνήθως σε απόσταση 1 mm από την επιφάνεια της πρόθεσης Εικόνα 21:Εικόνα φωτεινού µικροσκοπίου, 90 ηµέρες µετά το χειρουργείο 212. Η πρόθεση Ζιρκονίου είναι καλά οστεοενσωµατωµένη. Το περιπροθετικό οστό περιέχει κανονικούς οστεώνες. Στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης αναγνωρίζονται, αφοριζόµενες από την επιφάνεια τιτανίου από τη µια µεριά και το νεοσχηµατιζόµενο οστό από την άλλη (*),περιοχές πλούσιες σε κύτταρα και αιµοφόρα αγγεία. Η επιφάνεια της πρόθεσης καλύπτεται µε αποπλατυσµένα κύτταρα( βέλη). Η οστεοενσωµάτωση εµφυτευµάτων στον ανθρώπινο σκελετό είναι µια διαδικασία αργή. Μπορεί να λάβει χώρα έως και αρκετούς µήνες Η καλύτερη κατανόηση των διαδικασιών που επισυµβαίνουν τόσο σε µοριακό όσο και σε κυτταρικό επίπεδο στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης είναι απαραίτητη για να βελτιστοποιηθεί η οστεοενσωµάτωση των εµφυτευµάτων 192,

73 3. Παράγοντες που επηρεάζουν την οστεοενσωµάτωση Η οστεοενσωµάτωση ορθοπαιδικών προθέσεων µπορεί να επηρεαστεί από πολυάριθµους παράγοντες, κυριότεροι από τους οποίους είναι ( πίνακας 3) : 1) παράγοντες σχετικοί µε το εµφύτευµα 2) παράγοντες σχετικοί µε το οστικό υπόστρωµα 3) η µηχανική σταθερότητα της πρόθεσης 4) η χρήση επικουρικών θεραπειών Παράγοντες Σχετικοί µε το εµφύτευµα Σχετικοί µε το οστικό υπόστρωµα Μηχανική σταθερότητα της πρόθεσης Χρήση επικουρικών θεραπειών Θετική επίδραση στην Οστεοενσωµάτωση Κατάλληλος σχεδιασµός, χηµική σύνθεση, τοπογραφία επιφάνειας, επικάλυψη πρόθεσης Ελαχιστοποίηση χειρουργικού τραύµατος, αγγειοβρίθεια και κυτταροβρίθεια της θέσεως εµφύτευσης Πρωτογενής µηχανική σταθερότητα, απουσία µικροκίνησης Οστικά µοσχεύµατα (αυτόλογα ή ετερόλογα), οστεογενείς επικαλύψεις (BMPs, TGF-β), βιοφυσικός ερεθισµός, συστηµατική χορήγηση διφωσφονικών και ανθρώπινης παραθορµόνης 1-34 Αναστολή της Οστεοενσωµάτωσης Ακατάλληλο πορώδες ( ευρείς ή στενοί πόροι) Οστικά ελλείµµατα, Οστεοπόρωση, ρευµατοειδής αρθρίτιδα, κάπνισµα, γήρανση Εκτεταµένη κινητικότητα της πρόθεσης ( κίνηση στη διεπιφάνεια) Ακτινοβολία, φαρµακολογικοί παράγοντες ( κυκλοσπορίνη-α, σισπλατίνη, ινδοµεθακίνη, βαρφαρίνη, µεθοτρεξάτη) Πίνακας 3. Περίληψη των κυριότερων παραγόντων που επηρεάζουν θετικά ή αρνητικά την οστεοενσωµάτωση βιουλικών 192. Θετικά επιδρούν η καλή κατάσταση του οστού ξενιστή καθώς και το δυναµικό πώρωσης του 200, η χρήση µοσχευµάτων, η παρουσία οστεογενετικών βιολογικών επικαλύψεων καθώς και η χρήση θεραπειών όπως σιµβαστατίνη και διφωσφονικά

74 Παράγοντες που επηρεάζουν αρνητικά την οστεοενσωµάτωση είναι η κίνηση της πρόθεσης 226-7, η µη κατάλληλη πορωτικότητα της πορώδους επικάλυψης της πρόθεσης 228, και παθολογικές καταστάσεις του ασθενή όπως οστεοπόρωση, ρευµατοειδή αρθρίτιδα, γήρανση, διατροφική ανεπάρκεια, κάπνισµα και νεφρική ανεπάρκεια Αρνητικά επίσης επιδρούν η ακτινοθεραπεία και φαρµακολογικές ουσίες όπως η σισπλατίνη, µεθοτρεξάτη, η κυκλοσπορίνη Α 235-7, η βαρφαρίνη, οι χαµηλού µοριακού βάρους ηπαρίνες 238, µη στεροειδή αντιφλεγµονώδη φάρµακα και ειδικότερα αναστολείς της COX-2 κυκλοοξυγενάσης Παράγοντες σχετικοί µε το εµφύτευµα Παράγοντες όπως το σχήµα και η χηµική σύνθεση κατασκευής της πρόθεσης, η τοπογραφία επικάλυψης της επιφάνεια της 218 και η διάµετρος της πρόθεσης 197 διαδραµατίζουν ιδιαίτερο ρόλο στην ενσωµάτωση της 218. α. Χηµική σύνθεση κατασκευής προθέσεων Η βιοσυµβατότητα του υλικού κατασκευής της πρόθεσης αποτελεί σηµαντική προγνωστική παράµετρο για την οστεοενσωµάτωση, καθώς είναι απαραίτητη η επίτευξη άµεσης επαφής οστού-πρόθεσης,χωρίς καµία παρεµβολή ινώδους ιστού στη διεπιφάνεια τους 241. Από τα κυριότερα υλικά κατασκευής των ενδοπροθέσεων είναι τα µέταλλα και τα κεραµικά. Μέταλλα Το ιδανικό µέταλλο θα έπρεπε να είναι ανοξείδωτο, βίο-ουδέτερο, ισχυρό, µε καλό συντελεστή ελαστικότητας, εύκολα επεξεργάσιµο και µη αλλεργιογόνο. Κανένα όµως από τα µέταλλα που χρησιµοποιούνται στην Ορθοπαιδική, δεν πληρεί όλες αυτές ανεξαιρέτως τις προϋποθέσεις 55. Σηµασία δεν έχει µόνο η χηµική σύσταση του µετάλλου αλλά και ο τρόπος κατεργασίας του. Όλα τα µέταλλα οξειδώνονται σε µικρό αλλά ποικίλο βαθµό ανάλογα µε το είδος τους, οδηγώντας σπάνια όµως σε φθορά του υλικού. Η οξείδωση του µετάλλου οδηγεί στην απελευθέρωση ιόντων, τα οποία συγκεντρώνονται σε παρακείµενους ή αποµακρυσµένους ιστούς και όργανα. Οι φόβοι για τη δηµιουργία στον οργανισµό ανοσολογικών ή και ογκογενετικών ακόµη διεργασιών από τη συγκέντρωση των ιόντων αυτών, δεν έχουν επιβεβαιωθεί. Τα περισσότερα από τα ιόντα αυτά υπάρχουν φυσιολογικά και στον ανθρώπινο οργανισµό, συµµετέχοντας σε πολλούς µεταβολικούς µηχανισµούς 55. Τα κυριότερα µέταλλα που συνήθως χρησιµοποιούνται είναι : o Ο ανοξείδωτος χάλυβας ( ατσάλι) o Τα κράµατα χρωµίου κοβαλτίου o Τα κράµατα τιτανίου o Το ταντάλιο o Ο υδροξυαπατίτης 74

75 α) Ανοξείδωτος χάλυβας ( σίδηρος, χρώµιο, νίκελ) 55 : Είναι κράµα µετάλλου, από τα πρώτα µέταλλα που χρησιµοποιήθηκαν στην Ορθοπαιδική, που έχει ως βάση τον σίδηρο. Είναι ισχυρό, εύκολα επεξεργάσιµο και βιοανεκτό. Οξειδώνεται περισσότερο από τα άλλα µέταλλα, αλλά έχει το χαµηλότερο κόστος. Από ανοξείδωτο χάλυβα κατασκευάζονται κυρίως υλικά οστεοσύνθεσης ( Εικόνα 22). Εικόνα 22 : Κατά σειρά : Μηριαία πρόθεση από τιτάνιο, κεφαλή µηριαίας πρόθεσης ισχίου από κεραµικό υλικό και πλάκα αντιστήριξης κονδύλων από ανοξείδωτο χάλυβα ( stainless steel): β) Κράµατα Χρωµίου Κοβαλτίου ( CoCrMo [ 65% Co, 35% Cr, 5% Mo] 55 : Είναι πιο ισχυρά αλλά πιο δύσκολα επεξεργάσιµα από τον ανοξείδωτο χάλυβα. Οξειδώνονται λιγότερο από αυτόν και είναι βίο-ουδέτερα. Από τα κράµατα αυτά κατασκευάζονται πολλά τµήµατα των τεχνητών αρθρώσεων. Παράγουν λιγότερα µεταλλικά σωµατίδια φθοράς στην ολική αρθροπλαστική ισχίου, συγκριτικά µε το τιτάνιο. γ) Κράµατα Τιτανίου ( Ti-6Al-4V) 55 : Το τιτάνιο είναι το πιο ευγενές από τα µέταλλα που χρησιµοποιούνται σήµερα. Είναι εύκολα επεξεργάσιµο. εν έχει καλό συντελεστή τριβής γι αυτό δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί στην κατασκευή αρθρούµενων επιφανειών. To τιτάνιο έχει φτωχή αντοχή στη φθορά (ευαισθησία σε ρωγµές στην επιφάνεια του υλικού). Ωστόσο η λείανση της επιφάνειας του, καθώς και η επικάλυψη και ενσωµάτωση ιόντων, βελτιώνει τις ιδιότητες και την αντοχή στην κόπωση των κραµάτων του. Οξειδώνεται λιγότερο από όλα τα άλλα και είναι εξαιρετικά βίο-συµβατό, σχηµατίζοντας γρήγορα ένα συνεκτικό στρώµα οξειδίου στην επιφάνεια του ( αδρανές κεραµικό στρώµα) Ένα άλλο πλεονέκτηµα του τιτανίου είναι ο σχετικά χαµηλός συντελεστής ελαστικότητας πλησίον του οστού και η υψηλή αντοχή διαφυγής. Χρησιµοποιείται για την κατασκευή πολλών άλλων τµηµάτων των τεχνητών αρθρώσεων καθώς και υλικών οστεοσύνθεσης ( Εικόνα 22). Έχει υψηλότερο κόστος σε σύγκριση µε άλλα υλικά. 75

76 Τελευταία κατασκευάζονται τεχνητές αρθρώσεις που έχουν ως βάση τα κράµατα Ζιρκονίου ( ZrO 2 διοξείδιο του ζιρκονίου). Το Ζιρκόνιο είναι µέταλλο το οποίο ανήκει στην ίδια οικογένεια µε το Τιτάνιο. Όταν στο κράµα αυτό εφαρµοστούν υψηλές θερµοκρασίες πάνω από C µαζί µε οξυγόνο, η επιφάνεια του µετατρέπεται σε κεραµική και έχει καλύτερο συντελεστή τριβής. Από το υλικό αυτό κατασκευάζονται µηριαίες προθέσεις σε ολικές αρθροπλαστικές γόνατος και κεφαλές µηριαίου σε ολικές αρθροπλαστικές ισχίου. δ) Ταντάλιο : Το πορώδες ταντάλιο είναι ένα µέταλλο, µε χαρακτηριστική εµφάνιση όµοια µε το σπογγώδες οστό 246. Οι ιδιότητες του πορώδους ταντάλιου περιλαµβάνουν υψηλό ογκοµετρικό πορώδες ( 70-80% ), χαµηλή ελαστικότητα, υψηλά προκαλούµενα από τριβή χαρακτηριστικά και εξαιρετική βιοσυµβατότητα. In vitro µελέτες έχουν δείξει ανάπτυξη και διαφοροποίηση οστεοβλαστών στις επιφάνειες τανταλίου 247, 248. Πρώιµες κλινικές µελέτες σε ασθενείς µετά ολική αρθροπλαστική ισχίου, µε τη χρήση προθέσεων πορώδους τανταλίου, αναδεικνύουν υψηλό ρυθµό ακτινολογικής και ιστολογικής οστικής ανάπτυξης και καµία ένδειξη φθοράς ή οστεόλυσης. Σε αναθεωρήσεις ολικών αρθροπλαστικών µε τη χρήση πρόσθετων τανταλίου, πρώιµες αναφορές υποδεικνύουν εξαιρετικά αποτελέσµατα σχετικά µε την οστεοενσωµάτωση και τη σταθερότητα Κεραµικά υλικά Πρόκειται για µια µεγάλη κατηγορία υλικών, που περιέχουν µεταλλικά και µη µεταλλικά στοιχεία, ενωµένα µε ιοντικούς δεσµούς σε συνθήκες υψηλής οξείδωσης. Τα κεραµικά υλικά, µε τη µορφή κυρίως του οξειδίου του αλουµινίου ( Al 2 O 3 τριοξείδιο του αργιλίου alumina), χρησιµοποιούνται για την κατασκευή της µηριαίας κεφαλής στις τεχνητές αρθρώσεις του µηριαίου και λιγότερο της κοτύλης 55 ( Εικόνα 22). Τα κεραµικά υλικά είναι εύθραυστα ( µη ελαστική παραµόρφωση) και για αυτό δεν χρησιµοποιούνται για την κατασκευή άλλων τµηµάτων των τεχνητών αρθρώσεων ή άλλων υλικών όπου εφαρµόζονται ισχυρές δυνάµεις 55. Παρουσιάζουν υψηλό συντελεστή ελαστικότητας (Ε) και µεγάλη αντοχή στη συµπίεση. Η υψηλή επιφανειακή διαβροχή και τάση καθιστά τα υλικά αυτά πρόσφορα σε ιστική σύνδεση, έχοντας µικρότερη τριβή και µειωµένη φθορά ( λείες επιφάνειες ). ηµιουργούν αρθρικές επιφάνειες εξαιρετικά λείες και δεν οξειδώνονται. Είναι σκληρά, βίο-ουδέτερα υλικά µε τον καλύτερο συντελεστή τριβής. Χαρακτηρίζονται ωστόσο από χαµηλή αντοχή στη διάταση και στη θραύση. β. Επιφάνειες προθέσεων Οι διαφοροποιήσεις των µεταλλικών επιφανειών των προθέσεων έχουν χρησιµοποιηθεί ως µέσο ελέγχου της αντίδρασης των µετάλλων µε τους γύρω ιστούς, καθώς και της βράχυνσης του χρόνου οστικής ενσωµάτωσης 254. Οι τύποι 76

77 των επιφανειών των προθέσεων µπορούν να διαιρεθούν σε ανώµαλες ή λείες, επικαλυπτόµενες ή µη, καθώς και επεξεργασµένες σε µηχανή ή µη επιφάνειες Χαρακτηριστικά της επιφάνειας των προθέσεων που επηρεάζουν την οστεοενσωµάτωση περιλαµβάνουν το µέγεθος των πόρων, τη διασυνδετικότητα στην περίπτωση των µακροεπεξεργασµένης υφής επιφανειών, την ανωµαλία της επιφάνειας στην περίπτωση των µικροεπεξεργασµένης υφής επιφανειών και τη χηµεία των επιφανειών αναφορικά µε τις επικαλυµµένες επιφάνειες 201. In vitro µελέτες, σε εµβρυικές καλλιέργειες ποντικιών, απέδειξαν ότι διαφορές στη µικροτοπογραφία των επιφανειών των προθέσεων, επηρεάζουν την κυτταρική διαφοροποίηση και την επιµετάλλωση επικαλυπτόµενων µε τιτάνιο υλικών 203. Σε σύγκριση µε τις λείες, οι ανώµαλες επιφάνειες µεγεθύνουν την επιφάνεια του εµφυτεύµατος που έρχεται σε επαφή µε το οστό ξενιστή, ευνοώντας την πρωτογενή σταθερότητα και επαυξάνοντας την περιπροθετική οστική δηµιουργία 257,8. Η ανώµαλη επιφάνεια των εµφυτευµάτων φαίνεται να επιδρά θετικά στην οστεοενσωµάτωση 259 µέσω της προσκόλλησης οστεοβλαστών και µονοκυττάρων 201, όπως και της επακόλουθης παραγωγής και διαφοροποίησης τους 260. Η ρύθµιση της οστεοβλαστικής παραγωγής, σχετίζεται µε την ενεργοποίηση των υποδοχέων ιντεγκρίνης από το οστικό υπόστρωµα, µέσω των µονοπατιών φωσφοκινάσης Α 2 και C 261. Γενικά στις λείες επιφάνειες παρατηρείται οστεογένεση από απόσταση, ενώ στις ανώµαλες επιφάνειες τόσο οστεογένεση από απόσταση όσο και σε άµεση επαφή 215. Υποστηρίζεται ότι οι µέτρια ανώµαλες επιφάνειες προάγουν την περιπροθετική οστική παραγωγή και εναπόθεση καλύτερα από τις λείες ή περισσότερο ανώµαλες επιφάνειες 258,262 Η βιολογική στήριξη ( ενσωµάτωση) των ανώµαλων προθέσεων πραγµατοποιείται είτε µε τη χρήση µεταλλικών επιφανειών µε πορώδη επικάλυψη, που παρέχουν τη δυνατότητα διείσδυσης του οστού εντός των πόρων της µεταλλικής επιφάνειας της πρόθεσης ( ingrowth), είτε µε τη χρήση µεταλλικών επιφανειών µε αµµοβολή που επιτρέπουν τη στήριξη µε ανάπτυξη οστού στη µεταλλική επιφάνεια της πρόθεσης ( ongrowth). Η βιολογική στήριξη των προθέσεων στο οστό προϋποθέτει την ύπαρξη βιώσιµου οστού 55. α) Πορώδης επιφάνεια ( porous coating) : Σε µια επιφάνεια µε πορώδη επικάλυψη, το οστούν αναπτύσσεται εντός των πόρων της επικάλυψης της πρόθεσης. Για την επαρκή ανάπτυξη του οστού,εντός των πόρων της πρόθεσης, απαιτείται ιδανικό µέγεθος πόρων, της τάξης των µm ( κατά προτίµηση µm) 263,264. Υποστηρίζεται ότι η πορώδης επικάλυψη θα πρέπει να αντιστοιχεί στο 40-50% της επιφάνειας της πρόθεσης, ώστε να επιτρέψει την οστεοενσωµάτωση σηµαντικού τµήµατος της πρόθεσης. Μεγαλύτερη πορώδης επικάλυψη δεν είναι επιθυµητή, καθώς στην περίπτωση αυτή η επιφάνεια πορώδους επικάλυψης έχει κίνδυνο διάτµησης ( Εικόνα 23). Πάντως δεν υπάρχει σαφής άποψη σχετικά µε τη συνιστώµενη έκταση της πορώδους επικάλυψης των στειλεών των µηριαίων προθέσεων 55. Σε µηριαίες προθέσεις µε κεντρική πορώδη επικάλυψη, η πορώδης επιφάνεια περιορίζεται στη µετάφυση και το όριο µετάφυσης διάφυσης του µηριαίου οστού ( Εικόνα 24). Με αυτό το σχεδιασµό, η διείσδυση οστού στους πόρους της πρόθεσης ( in growth) 77

78 επιτρέπει τη µεταφορά φορτίων στη µετάφυση. Κατά συνέπεια παρατηρείται µείωση του φαινοµένου υποκλοπής φορτιών ( stress shielding) στην κορυφή της µηριαίας πρόθεσης ( Εικόνα 23). Αντίστροφα σε µηριαίες προθέσεις πλήρους πορώδους επικάλυψης ( σε ολόκληρη την επιφάνεια της πρόθεσης ), το µεγαλύτερο µέρος της διείσδυσης οστού στους πόρους της πρόθεσης ( in growth) παρατηρείται στη διάφυση. Κατά συνέπεια τα φορτία παρακάµπτουν τη µηριαία µετάφυση. Το χαρακτηριστικό ακτινολογικό εύρηµα µιας σταθερούς πρόθεσης πλήρους πορώδους επικάλυψης είναι η σηµειακή σύνδεση ( spot weld). Η σύνδεση αυτή χαρακτηρίζεται από αυξηµένη οστική πυκνότητα ( σκλήρυνση) αντίστοιχα προς το περιφερικό τµήµα της πορώδους επιφάνειας, αλλά όχι εντός του µυελικού αυλού. Το τελευταίο παρατηρείται σε περιπτώσεις χαλάρωσης της µηριαίας πρόθεσης µε σχηµατισµό ενδοµυελικού ανεξάρτητου οστού στη διεπιφάνεια µε την πρόθεση 55. Εικόνα23 : Φορτία στο µηριαίο οστούν ανάλογα µε τη τεχνική στήριξης της µηριαίας πρόθεσης 55 Α. Κεντρική πορώδης επικάλυψη, χωρίς ακρυλικό τσιµέντο Β. Πλήρης πορώδης επικάλυψη, χωρίς ακρυλικό τσιµέντο Γ. Στήριξη µε ακρυλικό τσιµέντο Το βάθος των πόρων αποτελεί επίσης σηµαντικό παράγοντα ισχυροποίησης της διασύνδεσης οστού πρόθεσης. Μεγάλο βάθος των πόρων της πορώδους επικάλυψης της πρόθεσης, παρέχει ισχυρότερη δύναµη διάτµησης στη διαδραστική επιφάνεια οστού πρόθεσης κατά τη φόρτιση. Στενή διάµετρος πόρων έχει βρεθεί πως αναστέλλει την ιστική διαφοροποίηση στους πόρους, πιθανότατα λόγω απουσίας κατάλληλης αγγειοποίησης 228. Υποστηρίζεται επίσης ότι τα διάκενα µεταξύ πρόθεσης και οστού θα πρέπει να είναι µικρότερα από 50µm 55,

79 α) β) γ) Εικόνα24 : α)μηριαία πρόθεση από τιτάνιο µε κεντρική πορώδη επικάλυψη β) Μη τσιµεντένια µηριαία πρόθεση αρθροπλαστικής από τιτάνιο κατασκευασµένη µε αµµοβολή γ) Μηριαίες προθέσεις κατασκευασµένες από χρώµιο- κοβάλτιο µολυβδαίνιο µε επικάλυψη υδροξυαπατίτη β) Αµµοβολή ( grit blasting ) : Μια µεταλλική επιφάνεια γίνεται πιο τραχεία µε αµµοβολή (spray) σωµατιδίων. Οι παραγόµενες προεξοχές και αύλακες στην επιφάνεια της πρόθεσης, δηµιουργούν περιοχές για τη διείσδυση του οστού και τη σταθερή οστεοενσωµάτωση της πρόθεσης 55. Με τη µέθοδο αυτή, η επιτυχία της στήριξης µέσω επικάλυψης της πρόθεσης από οστούν ( on growth), σχετίζεται µε τη τραχύτητα της επιφάνειας ( Εικόνα 24). Η τραχύτητα ορίζεται ως η µέση απόσταση από το κορυφαίο στο βαθύτερο σηµείο της εκάστοτε προεξοχής ή αύλακας της τραχείας επιφάνειας της πρόθεσης. Η αύξηση στην τραχύτητα της πρόθεσης σχετίζεται άµεσα µε την αύξηση της δύναµης διάτµησης στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης. Το µειονέκτηµα της επικάλυψης µε αµµοβολή είναι ότι το οστούν επεκτείνεται µόνο στην επιφάνεια της πρόθεσης και εποµένως απαιτείται µια πιο εκτεταµένη τραχεία επιφάνεια στην επιφάνεια της πρόθεσης,ώστε να είναι ασφαλής η στήριξη της πρόθεσης στο οστούν 55. Ουσιαστικά ολόκληρη η πρόθεση πρέπει να αµµοβοληθεί ώστε να διασφαλιστεί σταθερή στήριξη. γ) Επικάλυψη της πρόθεσης ( surface coating) : Ο υδροξυαπατίτης ( hydroxyapatite, HA [ Ca10(PO4)6(ΟΗ)2] χρησιµοποιείται ως επιπρόσθετη κάλυψη σε προθέσεις µε πορώδης επικάλυψη ή αµµοβολή ( σύνθετες προθέσεις )( Εικόνα 24 ). Ο υδροξυαπατίτης είναι ένας οστεοκαθοδηγητικός παράγοντας που επιτρέπει την ταχύτερη σύγκλειση των διακένων στην διεπιφάνεια οστούπρόθεσης 55. Στην επιφάνεια του υδροξυαπατίτη συγκεντρώνονται οστεοβλάστες που προάγουν την αµφίδροµη πλήρωση των διακένων ( από το οστούν στην πρόθεση και από την πρόθεση στο οστούν). Το τελικό κλινικό αποτέλεσµα είναι η µείωση του χρόνου που απαιτείται για την επίτευξη βιολογικής στήριξης των προθέσεων. Έχει αναφερθεί ότι ο υδροξυαπατίτης µπορεί να διαχωριστεί από την επιφάνεια της πρόθεσης ( delamination). Για το λόγο αυτό, η χρήση του έχει 79

80 καλύτερη εφαρµογή σε επιφάνειες µε πορώδη επικάλυψη, ώστε η σύνδεση του οστού- υδροξυαπατίτη να µην αποτελεί το µοναδικό τρόπο βιολογικής στήριξης της πρόθεσης. Η επιτυχής χρήση του υδροξυαπατίτη ως επιπρόσθετη κάλυψη των προθέσεων απαιτεί υψηλή κρυσταλλικότητα και ιδανικό πάχος ( κατά προσέγγιση 50 µm) 55. δ) Νεότερα υλικά Εκτενής έρευνα πραγµατοποιείται στον τοµέα των πορώδους επιφάνειας µετάλλων. Πολλά από αυτά όπως το Trabecular metal, το Tritanium, το Biofoam κ.α. είναι σε τελικά στάδια µελέτης. Το κυριότερο χαρακτηριστικό αυτών των µετάλλων είναι το υψηλό ογκοµετρικό πορώδες και η ταχύτερη επίτευξη οστεοενσωµάτωσης. 2. Παράγοντες σχετικοί µε το οστικό υπόστρωµα Καθοριστικοί παράγοντες για την ενσωµάτωση ενδοπρόθεσης αποτελούν το υγιές οστικό υπόστρωµα, σε συνδυασµό µε το ελάχιστο χειρουργικό τραύµα. Το οστούν είναι η πηγή σχεδόν όλων των κυττάρων, των τοπικών ρυθµιστικών παραγόντων, των θρεπτικών συστατικών όσο και των αιµοφόρων αγγείων που συνεισφέρουν στη διαδικασία επούλωσης. Υψηλής ποιότητας οστό φαίνεται πως είναι σηµαντικό για την επίτευξη της αρχικής σταθερότητας της πρόθεσης Άλλοι παράγοντες όπως η γεωµετρία και το µέγεθος των οστικών ελλειµµάτων του δέκτη, αναφέρονται πως επιδρούν στην οστική ενσωµάτωση 267. Πολυάριθµες παθήσεις ή ιδιότητες των ασθενών που επιδρούν στην κατάσταση του οστικού υποστρώµατος, µπορούν εν δυνάµει να επηρεάσουν την οστεοενσωµάτωση. Οι κυριότερες από αυτές είναι η οστεοπόρωση, η ρευµατοειδής αρθρίτιδα, η γήρανση, το κάπνισµα και η νεφρική οστεοδυστροφία In vitro µελέτες σε ζώα έχουν αναδείξει βραδύτερη διαδικασία ή και αποτυχία οστεοενσωµάτωσης υλικών, επί παρουσίας οστεοπόρωσης 230, Υποστηρίζεται πως η οστεοπόρωση θέτει σε κίνδυνο τόσο τη βιολογική όσο και τη µηχανική σταθερότητα των προθέσεων. Ο αυξηµένος κίνδυνος αποτυχίας του εµφυτεύµατος στο οστεοπορωτικό οστό, είναι δευτερογενής εξαιτίας πολλών παραγόντων που αλλάζουν τις δοµικές, βιολογικές και µηχανικές ιδιότητες του οστού. Μία πιθανή εξήγηση είναι ότι επί παρουσίας οστεοπόρωσης, δεν επιτυγχάνεται ικανή αρχική σταθερότητα του εµφυτεύµατος. Η αρχική σταθερότητα της πρόθεσης απαιτεί υψηλής ποιότητας οστό και είναι απαραίτητη για τη µακροβιότητα της αρθροπλαστικής 265. Η οστεοπόρωση πιθανότατα επηρεάζει τον κυτταρικό πολλαπλασιασµό, την πρωτεΐνοσύνθεση, την κυτταρική αντίδραση σε τοπικούς παράγοντες καθώς και την παραγωγή µεσεγχυµατικών κυττάρων 232,272. Στην οστεοπόρωση ο αριθµός και η δραστικότητα των κυττάρων της οστεογεννετικής σειράς ( µεσεγχυµατικά κύτταρα και οστεοβλάστες) είναι µειωµένη, η δραστικότητα των οστεοκλαστών είναι αυξηµένη, ενώ η αγγειογένεση είναι περιορισµένη 199,

81 Παρά το γεγονός ότι η γνώση αναφορικά µε τη θεραπευτική αντιµετώπιση της οστεοπόρωσης και την πρόληψη καταγµάτων έχουν επεκταθεί, η γνώση των συνθηκών ενσωµάτωσης βίο-υλικών σε οστεοπορωτικό οστό παραµένει ακόµη περιορισµένη. Σε οστεοπενικούς επίµυες συνεπεία ωοθηκεκτοµής, αναφέρεται εξασθένηση οστεοενσωµάτωσης καλυµµένων µε υδροξυαπατίτη προθέσεων τιτανίου. Ωστόσο χορήγηση Ιµπαδρονάτης, σε δόσεις ανάλογες της κλινικής θεραπείας της οστεοπόρωσης και των άλλων µεταβολικών νοσηµάτων, µετρίασε το αρνητικό αποτέλεσµα 274. Η Ιµπαδρονάτη θα µπορούσε εποµένως να έχει θέση στη βελτίωση της οστεοενσωµάτωσης των προθέσεων σε ασθενείς µε οστεοπόρωση ή άλλα µεταβολικά νοσήµατα 274. Ωστόσο χρειάζονται περισσότερα ερευνητικά δεδοµένα. Εν κατακλείδι, η οστεοπόρωση φαίνεται να επηρεάζει αρνητικά τη βιολογική και µηχανική σταθερότητα των εµφυτευµάτων κατά τη διάρκεια ορθοπαιδικών επεµβάσεων. Ωστόσο χρειάζεται περαιτέρω µελέτη προκειµένου να κατανοήσουµε την επίδραση αυτής, καθώς και των άλλων παθολογικών και εκφυλιστικών καταστάσεων, στη διαδικασία της ενσωµάτωσης των εµφυτευµένων βιουλικών. 3. Μηχανική σταθερότητα και συνθήκες φόρτισης του εµφυτεύµατος Προϋπόθεση για τη βιολογική ενσωµάτωση της πρόθεσης χωρίς ακρυλικό τσιµέντο, είναι η αρχική µηχανική σταθερή τοποθέτηση της. Παράγοντες που συνεισφέρουν στην πρωτογενή σταθερότητα του εµφυτεύµατος, είναι η σύνδεση της µε την κοιλότητα του οστού ξενιστή χωρίς καµία συνοδό µικροκίνηση, καθώς και η εφαρµογή της ελάχιστης δύναµης παραµόρφωσης 226. Σηµαντικοί επίσης παράγοντες είναι η χειρουργική τεχνική, ο σχεδιασµός του εµφυτεύµατος καθώς και η θέση εµφυτεύσεως. Επιτυχής εσωτερική (in growth) και επιφανειακή (on growth) ανάπτυξη του οστού στη µεταλλική επιφάνεια της πρόθεσης, είναι απαραίτητη για την πρωτογενή στήριξη της πρόθεσης. Η πρωτογενής µηχανική σταθερότητα περιορίζει τις µικροκινήσεις του εµφυτεύµατος στα αρχικά στάδια της ιστικής πώρωσης και προάγει την επιτυχή οστεοενσωµάτωση 275. Οι µικροκινήσεις της πρόθεσης πρέπει να διατηρούνται < 150 µm ( κατά προτίµηση µm ), διαφορετικά υπάρχει συνεχή µικροκίνηση της πρόθεσης. Η αστάθεια της πρόθεσης οδηγεί στην παραγωγή διατµητικών και ελαστικών δυνάµεων, γενεσιουργών µιας ινώδους µεµβράνης ( fibrous in growth) γύρω από την πρόθεση. Η µεµβράνη αυτή προκαλεί παρεκτόπιση στη διεπιφάνεια επαφής πρόθεσης οστού, εµποδίζοντας την οστεοενσωµάτωση και οδηγώντας σε άσηπτη χαλάρωση και αποτυχία του εµφυτεύµατος 226,227. Για το λόγο αυτό, η τεχνική στήριξης χωρίς τσιµέντο είναι πολύ σηµαντική. Στην ολική αρθροπλαστική ισχίου υπάρχουν δύο τεχνικές στήριξης της πρόθεσης : α ) Τεχνική σταθερής στήριξης των προθέσεων ( press fit ) Η αρχική σταθερή στήριξη της πρόθεσης µε πορώδη επικάλυψη επιτυγχάνεται συνήθως µε την τεχνική σταθερής στήριξης ( press fit). Σύµφωνα µε αυτήν, το οστούν προετοιµάζεται για την εισαγωγή των προθέσεων µε διάµετρο συνήθως 1-2 χιλιοστά µικρότερη από τη 81

82 διάµετρο της πρόθεσης που πρόκειται να χρησιµοποιηθεί. Όταν εισάγεται η πρόθεση, το οστούν διαστέλλεται γύρω από την πρόθεση, δηµιουργώντας κυκλικά φορτία ( hoop stresses ) που συγκρατούν την πρόθεση και ελαχιστοποιούν τις µικροκινήσεις 55. β) Τεχνική της ισοµεγέθους τοποθέτησης ( line to line fit) : Κατά την τεχνική αυτή, το οστούν προετοιµάζεται στην ίδια διάµετρο µε την πρόθεση που πρόκειται να χρησιµοποιηθεί, η στήριξη της οποίας ασφαλίζεται περαιτέρω µε πρόσθετα µέτρα 55. Στην πρόθεση της κοτύλης, η τεχνική της ισοµεγέθους τοποθέτησης απαιτεί τη χρήση κοχλιών για επιπρόσθετη σταθερότητα. Στη µηριαία πρόθεση, απαιτείται η χρήση προθέσεων πλήρους πορώδους επικάλυψης. Έτσι επιτυγχάνεται σταθερή στήριξη µέσω µιας εκτεταµένης τραχείας επιφάνειας που αποτρέπει την κίνηση της πρόθεσης. Η κατάλληλη σε µέγεθος και έκταση περιοχή, µεταξύ του οστού ξενιστή και της πρόθεσης, επιτρέπει τη µετανάστευση οστεογενετικών κυττάρων από το µυελό των οστών προς την επιφάνεια της πρόθεσης, ευνοώντας τη ταχεία και εκτεταµένη οστεογένεση και ενσωµάτωση της πρόθεσης 276. Όταν η πρόθεση είναι σε στενή επαφή µε την επιφάνεια της πρόθεσης, παρατηρείται περιορισµένη παραγωγή οστού ή και οστική απορρόφηση 208,212,277. Αντίθετα κενά µεγαλύτερα από 500 µm ελαττώνουν την ποιότητα του νέο-σχηµατισµένου οστού και καθυστερούν το ρυθµό πλήρωσης των κενών 277. Ένας άλλος σηµαντικός παράγοντας για σταθερή οστεοενσωµάτωση, είναι η στήριξη των προθέσεων σε φλοιώδες και όχι σε σπογγώδες οστούν. Μεγαλύτερη µηχανική προσκόλληση του εµφυτεύµατος παρατηρείται στο φλοιώδες παρά στο σπογγώδες οστό 275. Το σπογγώδες µπορεί να παρέχει οστεοενσωµάτωση µε διείσδυση του οστού εντός των πόρων της επικάλυψης της πρόθεσης. Ωστόσο είναι γνωστό ότι η µηχανική σταθερότητα ενός εµφυτεύµατος που επικάθεται σε φλοιώδες οστούν είναι αρκετά µεγαλύτερη. Στην κοτύλη είναι σηµαντική η επίτευξη καλής στήριξης της πρόθεσης στο χείλος του φλοιώδους οστού της εγγενούς κοτύλης. Στη µηριαία µετάφυση και τον αυλό, είναι σηµαντικό η σχεδίαση της πρόθεσης και η προετοιµασία να επιτρέπουν την επαφή της επιφάνειας επικάλυψης της πρόθεσης µε φλοιώδες οστούν 55. Το µηχανικό στρες και η συνοδός µικροκίνηση του εµφυτεύµατος σχετίζονται µε αποτυχία οστεοενσωµάτωσης της πρόθεσης. Η φόρτιση της πρόθεσης οδηγεί σε µικροκίνηση στη διεπιφάνεια οστού- πρόθεσης. Κάποιος βαθµός µικροκίνησης είναι ανεκτός, καθώς µέσα σε επιτρεπτά όρια η µηχανική φόρτιση οδηγεί στην παραγωγή οστού 278. Σε µία µελέτη, 20 µm µικροκίνησης ήταν συµβατή µε σταθερή οστική παραγωγή και ικανοποιητική µηχανική σταθερότητα, ενώ 40 και 150 µm δεν ήταν ανεκτά 217. Οστεοενσωµάτωση παρατηρείται µε την παρουσία ελαστικών µικροκινήσεων διεπιφάνειας έως 30 µm, ενώ µικροκινήσεις άνω των 150 µm φαίνεται πως αναστέλλουν την βιολογική ενσωµάτωση της πρόθεσης Ο βαθµός της µικροκίνησης στη διεπιφάνεια, επηρεάζει σηµαντικά την ιστική διαφοροποίηση γύρω από φορτιζόµενες προθέσεις( Εικόνα 25 ) 282,283. Σε µία προοπτική τυχαιοποιηµένη µελέτη 43 ασθενών, η επίδραση της µερικής ή πλήρους 82

83 φόρτισης µετά από ολική αρθροπλαστική ισχίου χωρίς τσιµέντο, εκτιµήθηκε µε ραδιοστερεοσκοπική ανάλυση. Καµία ανεπιθύµητη ενέργεια όπως µετανάστευση ή στροφή της πρόθεσης, στροφή ή µετανάστευση του κυπέλλιου δεν παρατηρήθηκε 284. Σήµερα συνιστάται µετά από ολική αρθροπλαστική ισχίου χωρίς τσιµέντο µε σταθερή στήριξη της µηριαίας πρόθεσης 216, σε νέους ασθενείς µε εξαιρετική ποιότητα οστού, φόρτιση σκέλους στο βαθµό αντοχής και ανοχής πόνου. Εικόνα 25. Μικροκίνηση της τάξεως των 150 µm αξονικής µετατόπισης της πρόθεσης, προκαλεί περίσσεια οστική παραγωγή στα διάκενα και στα διαµερίσµατα του µυελού των οστών 282 (Α). Εφτά ηµέρες µετά την εµφύτευση της πρόθεσης σε συνθήκες µη φόρτισης, δηµιουργία οστού επισυµβαίνει στις κενές περιοχές, αλλά όχι στην οστική κοιλότητα ( Β). Σε αντίθεση, παρουσία µικροκίνησης αυξάνει δραµατικά την παραγωγή οστού στα κενά και στην µυελική κοιλότητα. Υψηλή µεγέθυνση του περιοστέου δείχνει ότι και στις δύο περιπτώσεις, τόσο της αποφόρτισης ( C), όσο και της φόρτισης ( D), κύτταρα ξεκινούν να διαφοροποιούνται είτε σε χονδροκύτταρα είτε σε οστεοβλάστες(ε).περίπου µισής έκτασης περιοχή κενού σε κατάσταση µη φόρτισης έχει καλυφθεί µε µυελό των οστών ( F) ενώ η µικροκίνηση οδήγησε σε σχεδόν πλήρη κάλυψη των διακένων (G). H οστική µυελική κοιλότητα σε κατάσταση µη φόρτισης απώλεσε σηµαντική ποσότητα οστικού µυελού (H). Το καλύτερο αποτέλεσµα που συνόδευσε ένα φυσικό ερέθισµα συνέβη στη µυελική κοιλότητα, όπου εκτεταµένη οστική παραγωγή ενθυλάκωσε το µεγαλύτερο µέρος του εµφυτεύµατος.( Unloaded: χωρίς φόρτιση / loaded: µε φόρτιση 83

84 / Συντοµεύσεις b: µυελός των οστών; c: φλοιός im: εµφύτευµα; po: περιόστεο. Κλίµακα στα A, B:300 Μm, C-H: 100 Μm). 4. Η χρήση επικουρικών ( adjuvant ) θεραπειών Βελτιστοποίηση της ενσωµάτωσης του εµφυτεύµατος επιχειρείται πειραµατικά µέσω οστικής µεταµόσχευσης, χρήσης οστεογενετικών επικαλύψεων των προθέσεων καθώς και βιοφυσικού ερεθισµού της οστικής παραγωγής. Η χρήση οστικών αυτόλογων µοσχευµάτων θεωρείται ως ο χρυσός κανόνας της οστικής µεταµόσχευσης, κυρίως λόγω της εσωτερικής οστεοκαθοδηγητικής, οστεοεπαγωγικής και οστεογεννετικής δυναµικής τους 221. Αυτόλογο σπογγώδες µόσχευµα λαγονίου έχει χρησιµοποιηθεί, µε σκοπό να προάγει την οστεοενσωµάτωση της κνηµιαίων ενθεµάτων µε πορώδη επικάλυψη σε ολικές αρθροπλαστικές γόνατος. Κατά τη χρήση του παρατηρήθηκε µειωµένη επίπτωση εµφάνισης ακτινοδιαυγαστικών γραµµών, αναδεικνύοντας πιθανή προαγωγή της βιολογικής ενσωµάτωσης των υλικών µε πορώδη επικάλυψη 285. Λόγω των σχετιζόµενων µε τη χρήση του αυτόλογου οστικού µοσχεύµατος επιπλοκών καθώς και της µειωµένης διαθεσιµότητας του η χρήση του περιορίζεται. Οστικά αλλοµοσχεύµατα, οστικά υποκατάστατα και βιολογικές επικαλύψεις έχουν χρησιµοποιηθεί στην προαγωγή της οστεοκαθοδήγησης Αποµεταλλοποιηµένη οστική µεσοκυττάρια ουσία (Demineralized Bone Matrix DBM ) έχει χρησιµοποιηθεί στην πρόοδο της ενσωµάτωσης εµφυτευµάτων µε πορώδη επικάλυψη. Στις περιπτώσεις όπου υπάρχει καλή συναρµογή διεπιφάνειας οστού / πρόθεσης µε πορώδη επικάλυψη ή επικάλυψη υδροξυαπατίτη, δεν υπάρχει ευνοϊκό αποτέλεσµα από τη χρήση DBM. Η µικρή ποσότητα DBM που µπορεί να χρησιµοποιηθεί καθώς και οι οστεοκαθοδηγητικές ικανότητες του, φαίνεται να περιορίζουν την εµφάνιση ενός πραγµατικού βιολογικού φαινοµένου 286. Η επικάλυψη υδροξυαπατίτη σε µέταλλα έχει δώσει την δυνατότητα συνδυασµού της δύναµης των µετάλλων και της βίο-ενεργότητας των κεραµικών. Επίσης διάφοροι αυξητικοί και διαφοροποιητικοί παράγοντες έχουν χρησιµοποιηθεί ως βιοεπικαλύψεις των συµβατικών εµφυτευµάτων. Σκοπός τους η επιτάχυνση και προαγωγή της οστικής ανάπτυξης και η ενδυνάµωση της οστικής σταθεροποίησης 291. Σε αυτούς τους παράγοντες περιλαµβάνονται οι Οστικές Μορφογενετικές Πρωτεΐνες ( BMP s) και συγκεκριµένα η Οστική Μορφογενετική Πρωτεΐνη 2 ( BMP-2), η Οστική Μορφογενετική Πρωτεΐνη 7 ( BMP -7) καθώς και η Οστεογενετική Πρωτεΐνη -1 ( ΟΡ-1) Οι πρωτεΐνες αυτές έχουν µελετηθεί εκτεταµένα και έχει αποδειχθεί ότι επαυξάνουν την οστική παραγωγή και την οστεοενσωµάτωση των εµφυτευµάτων. Άλλοι αυξητικοί παράγοντες που χρησιµοποιούνται για τον ίδιο σκοπό είναι ο προερχόµενος από τα αιµοπετάλια αυξητικός παράγοντας (PDGF) ο ινσουλινοεξαρτώµενος αυξητικός παράγοντας ( IGF), o µετατρεπτικός αυξητικός παράγοντας β-1 ( ΤGFb-1) κ.α Υψηλές δόσεις ΟP-1 οδήγησαν στην αναστολή παραγωγής ινώδους ιστού στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης 292. Σε µοντέλο κοτύλης δε φάνηκε καµία επίδραση της χρήσης ΟP-1 στην ενσωµάτωση πακτωµένων οστικών µοσχευµάτων 293. Γονιδιακή θεραπεία σε συνδυασµό µε τη χρήση οστικών µοσχευµάτων θα µπορούσε να οδηγήσει στη ταχύτερη οστεοενσωµάτωση στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης, σε πιο 84

85 πρώιµο στάδιο.ωστόσο τα αποτελέσµατα της χρήσης όλων των προαναφερθέντων οστεοεπαγωγικών παραγόντων παραµένουν αµφιλεγόµενα Πολλά υποσχόµενη, µε θετικά αρχικά αποτελέσµατα, ερευνητική θεραπεία βελτιστοποίησης της οστεοενσωµάτωσης των εµφυτευµάτων, αποτελεί η συστηµατική χρήση Ιµπαδρονάτης 296 καθώς και ανθρωπείας Παραθυρεοειδούς Ορµόνης Επίσης ιστοµορφοµετρικές µελέτες έχουν δείξει αυξηµένη παραγωγή οστού, δύναµη διεπιφάνειας, σταθερότητα και οστική εφαρµογή στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης σε οµάδα ασθενών που έπαιρναν σιµβαστατίνη 225. Ο ρόλος της ακτινοθεραπείας είναι αµφιλεγόµενος.η ακτινοβολία πριν ή µετά την εµφύτευση πρόθεσης θεωρείται πως καθυστερεί την οστική ενσωµάτωση 233. Ωστόσο µια πρόσφατη έρευνα που αναφέρεται στην επίδραση της ακτινοβολίας γύρω από εµφυτεύµατα γνάθου σε σκυλιά δεν το επιβεβαίωσε Η µελέτη ανέδειξε ότι η απορρόφηση ήταν µεγαλύτερη στην ακτινοβοληµένη µετά από την εµφύτευση περιοχή. Ωστόσο η δηµιουργία οστεώνων ήταν αναλλοίωτη και η οστεοενσωµάτωση φάνηκε να είναι ανεξάρτητη από την ακτινοβολία. Οι συγγραφείς τονίζουν ότι το χρονικό διάστηµα µεταξύ της ακτινοβολίας και της εµφύτευσης φαίνεται να είναι αποφασιστικής σηµασίας, όσον αφορά τη διασφάλιση της σωστής οστεογεννετικής αντίδρασης και ενσωµάτωσης 299. Στο ίδιο συµπέρασµα κατέληξαν ο Bolind και οι συνεργάτες του. Υποστήριξαν ότι είναι δυνατό να επιτευχθεί οστική εµφύτευση και σταθεροποίηση της πρόθεσης σε ακτινοβοληµένο ιστό, αλλά δεν µπόρεσαν να προσδιορίσουν την ελάχιστη κατάλληλη δόση ασφαλούς ακτινοβολίας 300. ιάφορες φαρµακολογικές ουσίες έχουν βρεθεί να επηρεάζουν αρνητικά την οστεοενσωµάτωση εµφυτεύµατος, συµπεριλαµβανοµένου της Κυκλοσπορίνης Α, της Μεθοτρεξάτης και της Σισπλατίνης Η χορήγηση Βαρφαρίνης επιδρά πιθανότατα αρνητικά στη δύναµη προσκόλλησης καθώς και στην ανάπτυξη οστού σε µη καλυµµένα µε πορώδη επιφάνεια εµφυτεύµατα από κράµα χρωµίου κοβαλτίου µολυβδαινίου. εν παρατηρήθηκε αντίστοιχη επίδραση στις προθέσεις µε κάλυψη υδροξυαπατίτη 238. Οι Ενοξαπαρίνη, ελταπαρίνη και οι µη κλασµατοποιηµένες µορφές ηπαρίνης προκάλεσαν µείωση της συγκέντρωσης κολλαγόνου τύπου ΙΙ και της επιµετάλλωσης Αντίθετα το Fondaparinux µια συνθετική αντιπηκτική ουσία, παρόµοια της ηπαρίνης δεν έδειξε in vitro ανασταλτική δράση στους ανθρώπινους οστεοβλάστες µέσα στα θεραπευτικά όρια ( µg/ml). Για αυτό το Fondaparinux προτείνεται, χωρίς να έχει πλήρως αποδειχθεί, ως εναλλακτική θεραπεία για την αποφυγή της σχετισµένης µε τη χορήγηση ηπαρίνης αρνητικής δράσης στην οστεοβλάστο-εξαρτώµενη διαδικασία πώρωσης καταγµάτων καθώς και στην ενσωµάτωση της πρόθεσης H συνεχής χορήγηση για 6 εβδοµάδες σε πειραµατικά ζωικά µοντέλα εκλεκτικών αναστολέων της Κυκλοοξυγενάσης -2 (COX-2), οδήγησε σε στατιστικά µικρότερη παραγωγή οστού σε σχέση µε την οµάδα ελέγχου. Αντίθετα, χορήγηση τους τις δύο αρχικές ή τελευταίες εβδοµάδες δε φάνηκε να επηρεάζει την οστική ενσωµάτωση 304. Η Σελεκοξίµπη δεν επηρέασε την οστική παραγωγή όταν χορηγήθηκε στα πλαίσια πρωτοκόλλου περιεγχειρητικής αναλγησίας σε ασθενείς µε αµφοτερόπλευρες ολικές αρθροπλαστικές γόνατος. Ωστόσο η συνεχής χορήγηση Μελοξικάµης επηρέασε 85

86 αρνητικά την οστική πώρωση τόσο στο σπογγώδες όσο και στο φλοιώδες οστό γύρω από εµφυτεύµατα τιτανίου εµφυτευµένα σε επίµυες Τα περισσότερα από τα προαναφερθέντα αποτελούν ευρήµατα σε πειραµατικό στάδιο, χωρίς να έχουν επιβεβαιωθεί πλήρως. 86

87 6. ΒΙΟΧΗΜΙΚΟΙ ΕΙΚΤΕΣ ΟΣΤΙΚΗΣ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ (Β ΟΜ) 1. Εισαγωγή Ο ανθρώπινος σκελετός βρίσκεται σε µια αέναη προσπάθεια αντικατάστασης του παλαιού µε νέο οστό 1.Η διαδικασία αυτή, γνωστή ως οστική εναλλαγή είναι υπό φυσιολογικές συνθήκες σε απόλυτη ισορροπία, καθώς όσο οστό αφαιρείται άλλο τόσο αντικαθίσταται. Με την πάροδο της ηλικίας και κυρίως στη διάρκεια της εµµηνόπαυσης, η διαδικασία της οστικής εναλλαγής επηρεάζεται. Η διαταραχή του ρυθµού οστικής εναλλαγής αποτελεί τη κυριότερη αιτία εµφάνισης οστεοπόρωσης, αλλά και άλλων παθολογικών καταστάσεων 1. Προς το παρών αποτελεί αναπάντητο ερώτηµα αν και κατά πόσο η διαταραχή του ρυθµού οστικής εναλλαγής, θα µπορούσε να επηρεάσει την ενσωµάτωση των ορθοπαιδικών εµφυτευµάτων. Η εκτίµηση του ρυθµού οστικής εναλλαγής είναι ιδιαίτερης σηµασίας στη διαγνωστική και θεραπευτική προσέγγιση των παθολογικών καταστάσεων, που σχετίζονται µε τη διαταραχή της οστικής ποιότητας και ποσότητας. Η µέτρηση οστικής πυκνότητας µε τη µέθοδο της διπλής ενέργειας απορροφησιοµέτρησης ακτίνων χ (Dual Energy X-Ray Absorptiometry- DEXA) είναι η συνήθης πρακτική στη διάγνωση της οστεοπόρωσης. Ωστόσο παρουσιάζει πολλά µειονεκτήµατα, καθώς πρόκειται για µια στατική εκτίµηση του σκελετού 3. Οι βιοχηµικοί δείκτες οστικού µεταβολισµού είναι ένζυµα ή µόρια της θεµέλιας ουσίας που αντανακλούν δυναµικά τις αλλαγές του ρυθµού οστικού µεταβολισµού, αποτελώντας ένα πολλά υποσχόµενο όπλο στην εκτίµηση της οστικής εναλλαγής 305. Τα τελευταία χρόνια η χρήση των βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού έχει περάσει από το καθαρά ερευνητικό στο καθηµερινό πρακτικό πεδίο αντιµετώπισης των ασθενών. Παρουσιάζει ωστόσο πολλά προβλήµατα. Ένα από τα κυριότερα προβλήµατα είναι η σηµαντική µεταβλητότητα των βιοχηµικών οστικών δεικτών Μεταβλητότητα Βιοχηµικών εικτών Οστικού Μεταβολισµού Η µεγαλύτερη πρόκληση στην προσπάθεια εισαγωγής των Β ΟΜ στην καθηµερινή κλινική πράξη, είναι η δυνατότητα εκτίµησης της µεταβλητότητας τους 305. Υπάρχουν πολλές παράµετροι που επηρεάζουν όχι µόνο το αποτέλεσµα της µέτρησης, αλλά και τη µετάφραση του. Οι παράγοντες αυτοί σχετίζονται είτε µε τη µεθοδολογία ανάλυσης τους και αναφέρονται ως αναλυτικοί, ή µε πληθώρα άλλων βιολογικών παραγόντων και αναφέρονται ως προαναλυτικοί 1. α. Προαναλυτική µεταβλητότητα: Περιλαµβάνει την ενδοατοµική και διατοµική µεταβλητότητα ( intra- and interindividual variability) καθώς και άλλους παράγοντες όπως η συλλογή του δείγµατος, η συντήρηση τους κ.α 1. 87

88 Ενδοατοµική βιολογική µεταβλητότητα: Οι περισσότεροι Β ΟΜ παρουσιάζουν κιρκάδιο καθηµερινό ρυθµό εναλλαγής. Συνήθως τα επίπεδα τους είναι αυξηµένα τις πρώτες πρωινές ώρες ( 2-8 πµ.). Στη συνέχεια ελαττώνονται, παρουσιάζοντας χαµηλότερες τιµές τις απογευµατινές ώρες (1-11 µµ.) 306,307. Ο τρόπος µεταβολής τους έχει επιβεβαιωθεί κυρίως για τους δείκτες απορρόφησης, παρά για τους δείκτες οστικής παραγωγής. Τα επίπεδα των δεικτών οστικής απορρόφησης µπορεί να µεταβάλλονται από 20%-30%, µεταξύ των ψηλότερων και χαµηλότερων τιµών της ηµέρας 306. Σειρά µελετών έχουν αναδείξει ότι η ενδοατοµική µεταβλητότητα των Β ΟΜ ορού ( 10%) είναι µικρότερη σε σχέση µε τη µεταβλητότητα των δεικτών ούρων ( 15-20%) 1. Εξαίρεση στον κανόνα φαίνεται να αποτελούν τα επίπεδα ορού των καρβοξυτελικών διασταυρούµενων- τελοπεπτιδίων του κολλαγόνου τύπου Ι (CTX), οι τιµές των οποίων µπορούν να ποικίλουν µέχρι και 60% ηµερησίως 308,309. Για την ελάττωση της µεταβλητότητας των δεικτών στον ορό προτιµάται η µέτρηση τους σε συγκεκριµένη ώρα της ηµέρας ( συνήθως πρωινή). Στα ούρα, τυποποιείται η δειγµατοληψία µε λήψη της πρώτης ή δεύτερης πρωινής ούρησης. Ο προσδιορισµός των δεικτών στο ορό φαίνεται να υπερτερεί και προτιµάται για την παρακολούθηση των δεικτών οστικού µεταβολισµού 305. ιατοµική βιολογική µεταβλητότητα: Πρόκειται για τη συνισταµένη της επίδρασης διαφόρων παραγόντων όπως η πρόσληψη τροφής, το φύλο, η ανάπτυξη, η ηλικία, η εποχή του χρόνου, η άσκηση, πρόσφατα κατάγµατα, η ακινητοποίηση, έξεις και τρόπος ζωής καθώς και φαρµακευτικοί παράγοντες. ιατροφικοί παράγοντες µπορούν να επηρεάσουν το αποτέλεσµα της µέτρησης ενός δείκτη. Η αιµοληψία για τη µέτρηση των CTX πρέπει να είναι πρωινή µετά από ολονύκτια νηστεία. Έτσι αποφεύγεται η σηµαντική µείωση που παρατηρείται στα επίπεδα του δείκτη µετά τη λήψη τροφής 1. Μεγάλη πρόσληψη ασβεστίου µέσω της τροφής, µπορεί να προκαλέσει µείωση των επιπέδων των δεικτών οστικής απορρόφησης, µέσω της αναστολής έκκρισης της παραθορµόνης 1. Μεταβλητότητα έως και 10% παρατηρείται στις γυναίκες γύρω από την περίοδο της εµµήνου ρήσεως 310. Επίσης δεν είναι σπάνιες οι εποχιακές µεταβολές (έως και 20%),κυρίως το χειµώνα, λόγω έλλειψης παραγωγής βιταµίνης D 311. Συνήθεις είναι οι ηλικιακές µεταβολές των Β ΟΜ. Κατά τη διάρκεια της παιδικής και εφηβικής ηλικίας παρατηρείται αύξηση των δεικτών, έως και δέκα φορές σε σχέση µε τους ενήλικες 312.Σε µετεµµηνοπαυσιακές γυναίκες που δεν ακολουθούν θεραπεία υποκατάστασης, αναφέρονται υψηλότερα επίπεδα δεικτών οστικής απορρόφησης και σχηµατισµού συγκριτικά µε προεµµηνοπαυσιακές γυναίκες. Το φαινόµενο αυτό αντιστρέφεται µε την ορµονική θεραπεία υποκατάστασης. Η αύξηση των δεικτών κατά το γήρας είναι κυρίως αποτέλεσµα µειωµένης νεφρικής και ηπατικής λειτουργίας 313. Η άσκηση µπορεί να επηρεάσει την τιµή των Β ΟΜ στο περιφερικό αίµα. Υποστηρίζεται ότι ένας κύκλος άσκησης µπορεί να αυξήσει τη συγκέντρωση των δεικτών οστικού µεταβολισµού στην κυκλοφορία από 15-40% έως και 72 ώρες 88

89 µετά, ανάλογα µε το βαθµό και την ένταση της άσκησης 314. Αντίθετα η ακινητοποίηση µπορεί να αυξήσει τη συγκέντρωση των δεικτών οστικής απορρόφησης ( έως και 40 % µετά από µια εβδοµάδα κλινοστατισµού) 315. Τέλος οι Β ΟΜ παραµένουν αυξηµένοι έως και ένα χρόνο µετά από την έλευση και αντιµετώπιση ενός κατάγµατος 316. Συλλογή και διατήρηση δειγµάτων: Ο τρόπος αποθήκευσης του δείγµατος ούρων ή ορού µπορεί να επηρεάσει τις µετρήσεις των δεικτών. Συνήθως τα δείγµατα προστατεύονται κατά τη λήψη και διατήρηση τους από την υπεριώδη ακτινοβολία και ψύχονται ή καταψύχονται άµεσα 317,318. Κάποιοι δείκτες είναι περισσότερο ευαίσθητοι σε σχέση µε άλλους. Η οστεοκαλσίνη και η όξινη φωσφατάση παρουσιάζουν τη µεγαλύτερη ευαισθησία στο χειρισµό των δειγµάτων. Αντίθετα τα πεπτίδια κολλαγόνου και η αλκαλική φωσφατάση είναι πιο ανθεκτικά στη αποδόµηση. Η πυριδινολίνη είναι φωτοευαίσθητη και αποδοµείται υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας 1. β. Αναλυτική µεταβλητότητα Με τη βελτίωση των αναλυτικών µεθόδων, τη χρήση της χηµειοφωταύγειας και των ανοσοενζυµικών µεθόδων(elisa) έχει επιλυθεί το µείζων ζήτηµα κατά το παρελθόν της αναλυτικής µεταβλητότητας 305. Ο συντελεστής µεταβλητότητας κυµαίνεται πλέον στα επίπεδα του 5% (3-7%). Η έλλειψη ωστόσο γενικευµένης τυποποίησης των µεθόδων, αποτελεί άλυτο θέµα, που δυσχεραίνει τη σύγκριση αποτελεσµάτων µεταξύ διαφορετικών εργαστηρίων. Για το λόγο αυτό όλες οι µετρήσεις συστήνεται να γίνονται στο ίδιο εργαστήριο 305. Όπως προκύπτει η µεγαλύτερη πηγή µεταβλητότητας των Β ΟΜ είναι η προαναλυτική. Από τους παράγοντες που συνιστούν την προαναλυτική µεταβλητότητα κάποιοι είναι ελεγχόµενοι ( κιρκάδιος ρυθµός, άσκηση, εποχή χρόνου, λήψη τροφής, χειρισµός δείγµατος ) ενώ άλλοι µη ελεγχόµενοι ( ηλικία, φύλο, εµµηνόπαυση, ακινησία, πρόσφατο κάταγµα, ηπατική ή νεφρική δυσλειτουργία). Οι ελεγχόµενοι παράγοντες µπορούν να ελαχιστοποιηθούν, σταθεροποιώντας τον τρόπο λήψης του δείγµατος και δίνοντας συγκεκριµένες οδηγίες στον ασθενή. Αντίθετα οι µη ελεγχόµενοι πρέπει πάντα να υπολογίζονται στην εκτίµηση του αποτελέσµατος 319. Η εκτίµηση του αποτελέσµατος ενός Β ΟΜ ορού ή ούρων δυσκολεύει επιπρόσθετα και από ένα ακόµη παράγοντα. Λόγω της µεγάλης µεταβλητότητας τους, παρατηρείται αδυναµία καθορισµού αποδεκτού εύρους φυσιολογικών τιµών για κάθε δείκτη. Συνήθως δεν συνιστάται µία µέτρηση ενός Β ΟΜ, αλλά διαδοχικές µετρήσεις, προκειµένου να εκτιµήσουµε τις αλλαγές του οστικού µεταβολισµού στη θεραπεία 309. Με σκοπό τη δυνατότητα χρήσης των Β ΟΜ στην καθηµερινή πράξη, έχει προταθεί η χρήση της έννοιας της Ελάχιστης Σηµαντικής Αλλαγής ( Least Significant Change- LSC 320 ). Η LSC ως έννοια περιλαµβάνει τόσο την προαναλυτική όσο και την αναλυτική µεταβλητότητα ενός δείκτη. Με τη χρήση σταθερών στατιστικών µεθόδων, παρέχει ένα εύρος τιµών που ένα συγκεκριµένο 89

90 τεστ πρέπει να υπερβεί, ώστε να έχει επιτευχθεί ένα αληθινό βιολογικό φαινόµενο. Η LSC υπολογίζεται χρησιµοποιώντας το συντελεστή µεταβλητότητας ( coefficient of variation CV) για αναλυτική ακρίβεια (CV a) καθώς και την ενδοατοµική βιολογική µεταβλητότητα(cv b). Στην πράξη ο LSC ενός Β ΟΜ, που αντανακλά µια αληθινή µεταβολή µε 5% πιθανότητα λάθους τύπου 1, υπολογίζεται από τον τύπο 2,8 Χ CV 321. Άρα για CV της τάξεως του 10%, µια ελάχιστη διαφορά 25-30% πρέπει να παρατηρηθεί για τους Β ΟΜ ορού, για να θεωρήσουµε ότι έχει συµβεί µια πραγµατική αλλαγή. Για τους δείκτες ούρων η αλλαγή αυτή είναι της τάξεως του 40-70% 322. Νεότερες έρευνες προτείνουν ελάττωση τουλάχιστον 30% για τους δείκτες ορού και 50 60% για τους δείκτες ούρων στους επανελέγχους, για να θεωρηθεί ότι ένα αληθινό βιολογικό φαινόµενο έχει πραγµατοποιηθεί. 3. Βιοχηµικοί είκτες Οστικής Παραγωγής και Απορρόφησης Οι Βιοχηµικοί είκτες Οστικού Μεταβολισµού είναι ένζυµα ή µόρια της θεµέλιας ουσίας που συνδέονται µε την οστεοβλαστική δραστηριότητα και ονοµάζονται είκτες Οστικής Παραγωγής ή µε την οστεοκλαστική δραστηριότητα και ονοµάζονται είκτες Οστικής Απορρόφησης 3.Κατά τη διάρκεια της οστικής εναλλαγής, συντίθενται πολλές πρωτεΐνες και απελευθερώνονται προϊόντα αποδοµής, που µπορούν να µετρηθούν ως δείκτες οστικού σχηµατισµού ή απορρόφησης. Η πλειοψηφία των δεικτών οστικής απορρόφησης εκτιµά προϊόντα αποδοµής του κολλαγόνου. Οι δείκτες οστικής παραγωγής είναι παράγωγα οστικού σχηµατισµού ή ειδικά ένζυµα της δράσης και λειτουργίας των οστεοβλαστών( Πίνακας 4). Οι Β ΟΜ είναι πολύτιµοι στην εκτίµηση της δυναµικής φύσης του οστικού σκελετού. Υπολογίζονται στον ορό του αίµατος και στα ούρα. Οι µετρήσεις στα ούρα συνήθως χρειάζονται διόρθωση ως προς την τιµή κρεατινίνης των ούρων 305. Μειονέκτηµα της χρήσης των Β ΟΜ είναι η έλλειψη ειδικότητας τους για τον οστικό µεταβολισµό. Στην πλειοψηφία τους µπορεί να προέρχονται και από µη σκελετικές πηγές όπως ο χόνδρος, η οδοντίνη, το ήπαρ, οι νεφροί κ.α. Σκοπός των διαφόρων δοκιµασιών είναι η ανάπτυξη ειδικότητας για ένα συγκεκριµένο δείκτη οστικής προέλευσης. Εφόσον οι Β ΟΜ προέρχονται από όλο τον οργανισµό, δεν µπορούν να θεωρηθούν ειδικοί δείκτες εκτίµησης της πιθανότητας κατάγµατος σε συγκεκριµένο σηµείο του σκελετού ή ειδικοί δείκτες της µεταεµµηνοπαυσιακής οστεοπόρωσης καθώς µπορούν να µεταβληθούν σε κάθε άλλη οστική ή µη νόσο 1. 90

91 είκτες Οστικής Παραγωγής Αίµα Αλκαλική Φωσφατάση (ALP) Οστικό κλάσµα Αλκαλικής Φωσφατάσης(bALP) N- τελικό προπεπτίδιο του Προκολλαγόνου τύπου Ι ( PINP) C - τελικό προπεπτίδιο του Προκολλαγόνου τύπου Ι ( PICP) Οστεοκαλσίνη (OC) Οστεοπροτεγερίνη (OPG) είκτες Οστικής Απορρόφησης Αίµα Αµινοτελικό διασταυρούµενο τελoπεπτίδιο του κολλαγόνου τύπου Ι ( ΝΤΧ) Καρβοξυτελικό διασταυρούµενο τελοπεπτίδιο του κολλαγόνου τύπου Ι ( CTX) Ανθεκτική στο άλας του τρυγικού οξέος όξινη φωσφατάση (TRAP) Ουσία που συνδέεται µε τον υποδοχέα που ενεργοποιεί τον παράγοντα κβ (RANKL) Ούρα Ασβέστιο / Κρεατινίνη Υδροξυπρολίνη / Κρεατινίνη Πυριδινολίνη / Κρεατινίνη εοξυπυριδινολίνη / Κρεατινίνη ΝΤΧ/ Κρεατινίνη Πίνακας 4. Οι κυριότεροι βιοχηµικοί δείκτες οστικής παραγωγής και απορρόφησης 1. α. είκτες Οστικής Παραγωγής Οι δείκτες οστικής παραγωγής υπολογίζονται κυρίως στον ορό του αίµατος 1. Συνήθως αφορούν παράγωγα οστικού σχηµατισµού ή ειδικά ένζυµα της δράσης και λειτουργίας των οστεοβλαστών που συνδέονται µε την οστεοβλαστική δραστηριότητα 1. Οι κυριότεροι δείκτες οστικής παραγωγής είναι οι ακόλουθοι: Ολική Αλκαλική Φωσφατάση (ALP)- Οστικό Κλάσµα Αλκαλικής Φωσφατάσης (BALP) Η αλκαλική φωσφατάση είναι µια υδροξυλάση του ορθοφωσφορικού οξέος 1.Πρόκειται για ένα ένζυµο που απαντάται στην κυτταρική µεµβράνη πολλών ιστών και καταλύει την αλκαλική υδρόλυση των µονοφωσφορικών εστερικών οµάδων. Το ένζυµο βρίσκεται σε µεγάλη συγκέντρωση στο εντερικό επιθήλιο, στα οστά, στο ήπαρ, στα νεφρικά σωληνάρια και στον πλακούντα. Η νεφρική, ηπατική 91

92 και οστική ισοµορφή του ενζύµου έχουν την ίδια πρωτοταγή µορφή αλλά διαφέρουν µεταξύ τους λόγω µετα-µεταφραστικών τροποποιήσεων. Στον ορό του αίµατος, το 95% της ALP προέρχεται από την οστική και ηπατική ισοµορφή, σε σχεδόν ίσες ποσότητες. Η οστική ισοµορφή του ενζύµου συµµετέχει στη διαδικασία οστικής επιµετάλλωσης. Καταλύει την υδρόλυση των φωσφορικών εστέρων στην επιφάνεια των οστεοβλαστών, ώστε να υπάρχει υψηλή συγκέντρωση φωσφορικού άλατος στη διεργασία µετάλλωσης του οστού 323. Το οστικό λοιπόν κλάσµα της αλκαλικής φωσφατάσης που αντικατοπτρίζει την οστεοβλαστική δραστηριότητα, αυξάνεται στην κυκλοφορία κατά την περίοδο οστικού σχηµατισµού. Χρησιµοποιείται για τη διάκριση ασθενών µε ταχύ ρυθµό οστικής ανακατασκευής. Έχει µοριακή µάζα 140 KDa και αποτελεί το 50% της ολικής αλκαλικής φωσφατάσης. Μεταβολίζεται κατά κύριο λόγο στους νεφρούς. Η µέτρηση της ολικής αλκαλικής φωσφατάσης το 1929, ήταν η πρώτη µέτρηση Β ΟΜ. Ακόµη και σήµερα είναι από τις πιο διαδεδοµένες µετρήσεις στην κλινική πράξη. Μετά το 1980 και την ανακάλυψη των µονοκλωνικών αντισωµάτων έχουν αναπτυχτεί νεότερες (ανοσοïστοχηµικές) µέθοδοι υπολογισµού του οστικού κλάσµατος 324. Ωστόσο και οι νεότερες ανοσοïστοχηµικές µέθοδοι παρουσιάζουν µειονεκτήµατα. Στον υπολογισµό της οστικής ισοµορφής παρατηρείται 15% διασταυρούµενη αντίδραση µε την ηπατική ισοµορφή, γεγονός που δηµιουργεί προβλήµατα στην εκτίµηση ασθενών µε οστεοπόρωση και ηπατικές διαταραχές. Πλεονεκτήµατα της χρήσης ALP είναι η χαµηλή ενδοατοµική µεταβλητότητα της τάξεως του 10 %, στην οποία συµβάλει ο µεγάλος χρόνος ηµίσειας ζωής (περίπου 1-2 ηµέρες), η σταθερότητα του δείγµατος και η ποικιλία µεθόδων προσδιορισµού 325.Με τις νεότερες µεθόδους υπολογισµού της αναφέρεται LSC της τάξεως του 25%.Ωστόσο στην κλινική πράξη οι αλλαγές δεν είναι πάντα αξιοσηµείωτες και σπάνια περνούν το όριο της ελάχιστα σηµαντικής µεταβολής της 1,3, 325. Οστεοκαλσίνη Η οστεοκαλσίνη είναι η κυριότερη µη κολλαγονική πρωτεΐνη του σκελετού. Αποτελεί το 25% των µη κολλαγονικών πρωτεϊνών του. Πρόκειται για ένα πεπτίδιο 49 αµινοξέων που συντίθεται από τους οστεοβλάστες και τους οδοντοβλάστες. H πρωτεΐνη χαρακτηρίζεται από την παρουσία τριών υπολειµµάτων καρβοξυγλουταµικού οξέος (Gla) (εικόνα 26) 326. Σε µεγάλο ποσοστό δεσµεύεται στη θεµέλια ουσία. Ωστόσο ένα κλάσµα της απελευθερώνεται στην κυκλοφορία, κάνοντας δυνατή τη µέτρηση της στον ορό του αίµατος. 92

93 Εικόνα 26 : Η δευτεροταγής δοµή της Οστεοκαλσίνης στον άνθρωπο. Υπολείµµατα καρβοξυγλουταµικού είναι παρόντα στις θέσεις 17,21, 24 ενώ µια δισουλφιδική γέφυρα µεταξύ των θέσεων 23 και 29. Η ακριβής λειτουργία της δεν είναι γνωστή. Πιθανολογείται ότι συµµετέχει στη µετάλλωση, στην οµοιόσταση του ασβεστίου, στη χηµειοταξία των µακροφάγων καθώς επίσης και στη ρύθµιση της οστικής εναλλαγής. Νεότερες µελέτες υποστηρίζουν τη συµµετοχή της στην ενεργειακή ρύθµιση του κυττάρου, µέσω του καθορισµού της παραγωγής και δράσης της ινσουλίνης. Η οστεοκαλσίνη θεωρείται δείκτης οστικού σχηµατισµού 327, µεταγενέστερος σε σχέση µε το κολλαγόνο και το οστικό κλάσµα της αλκαλικής φωσφατάσης. Η παρουσία της στον ορό συνδυάζεται µε πρόσφατο σχηµατισµό οστού, δηλαδή µε οστεοβλαστική δραστηριότητα. Ωστόσο σε έντονη οστεοκλαστική δραστηριότητα απελευθερώνεται στον ορό από τη θεµέλια ουσία, εκφράζοντας και την οστική απορρόφηση 328. Απαντάται σε δύο µορφές την καρβοξυλιωµένη και την αποκαρβοξυλιωµένη. Οι τιµές τις επηρεάζονται από τα επίπεδα της βιταµίνης Κ, τη νεφρική λειτουργία και την ύπαρξη αιµόλυσης 3. Η οστεοκαλσίνη τείνει να αυξηθεί µε την ηλικία και στον αναπτυσσόµενο σκελετό. εν επηρεάζεται τόσο από την πρόσληψη τροφής και για το λόγο αυτό δε συνιστάται νηστεία για τη µέτρηση της. Τα επίπεδα της στο περιφερικό αίµα παρουσιάζουν κιρκάδιο ρυθµό, παρόµοιο µε αυτό άλλων δεικτών, µε µέγιστη τιµή γύρω στις 4 πµ 1. Συνεπώς χρειάζεται σταθερότητα στην ώρα λήψης του δείγµατος. υστυχώς δεν υπάρχει ακόµη ευρέως αποδεκτή µέθοδος τυποποίησης της µέτρησης του κλάσµατος της, µε αποτέλεσµα οι µετρήσεις µε τις διάφορες µεθόδους να παρουσιάζουν αποκλίσεις στα αποτελέσµατα και να περιορίζουν τη χρήση της 329. Αµινοτελικό και καρβοξυτελικό προπεπτίδιο του προκολλαγόνου τύπου Ι Η κύρια πρωτεΐνη της θεµέλιας ουσίας των οστών, το κολλαγόνο τύπου Ι,εκκρίνεται από τους οστεοβλάστες και τους ινοβλάστες µε τη µορφή του προκολλαγόνου. Στη συνέχεια µε την αποµάκρυνση από ειδικές πρωτεάσες του αµινοτελικού (PΙNP) και καρβοξυτελικού άκρου του προκολλαγόνου 93

94 (PΙCP),προκύπτει το κολλαγόνο τύπου Ι (Εικόνα 27). Τα άκρα αυτά του προκολλαγόνου εκκρίνονται στον εξωκυττάριο χώρο και από εκεί στην κυκλοφορία, όπου µεταβολίζονται και χρησιµεύουν ως δείκτες οστικού σχηµατισµού 1,3. Εικόνα 27 : Προπεπτίδια προκολλαγόνου τύπου I ( PINP και PICP) 3 Τα PΙNP και PΙCP δεν αποτελούν ειδικούς δείκτες οστικού µεταβολισµού, καθώς το µεγαλύτερο µέρος τους δεν προέρχεται από το µεταβολισµό του προκολλαγόνου του οστού. Τα προπεπτίδια αυτά συντίθενται επίσης στο δέρµα, τους τένοντες, τους συνδέσµους, τα αιµοφόρα αγγεία, στον κερατοειδή του οφθαλµού και σε πολλούς άλλους ιστούς 1. Τα PINP παρουσιάζουν πολλά πρακτικά πλεονεκτήµατα στην εκτίµηση των ασθενών µε οστεοπόρωση 330. Έχουν χαµηλή µεταβλητότητα κατά τη διάρκεια της ηµέρας, αν και παρουσιάζουν υψηλότερες τιµές τις πρωινές ώρες, σταθερότητα στη θερµοκρασία δωµατίου και οι τιµές τους δεν επηρεάζονται από την πρόσληψη τροφής 331. Μεταβολίζονται κυρίως στο ήπαρ και δεν επηρεάζονται από τη νεφρική λειτουργία 332. Υπάρχουν δύο µέθοδοι µέτρησης των PINP µε την ίδια ακρίβεια, ενδοατοµική µεταβλητότητα και LSC έως 20%. Η σταθερότητα των PINP στη θερµοκρασία δωµατίου, η µεγάλη ακρίβεια στη µέτρηση τους, η χαµηλή ενδοατοµική µεταβλητότητα τους, καθώς και η δυνατότητα εκτίµησης τόσο των αναβολικών όσο και καταβολικών θεραπειών έχει διευρύνει τη χρήση τους. Μειονεκτήµατα στη χρήση τους είναι το αυξηµένο κόστος τους σε σχέση µε άλλους δείκτες, καθώς και η µικρή διαθεσιµότητα εµπορικών kits και δοκιµασιών 1,3. Οστεοπροτεγερίνη Η Οστεοπροτεγερίνη είναι µια κυτοκίνη της οµάδας του παράγοντα νέκρωσης των όγκων ( Tumor Necrosis Factor TNF ) 1,3. Αποτελεί το διαλυτό υποδοχέα του RANKL. Συζητείται στη συνέχεια σε συνδυασµό µε τον παράγοντα RANKL. 94

95 β. είκτες Οστικής Απορρόφησης Οι δείκτες οστικής απορρόφησης υπολογίζονται στον ορό και στα ούρα. Οι περισσότεροι αφορούν δοµικά συστατικά του κολλαγόνου που παράγονται κατά την οστεοκλαστική δραστηριότητα 1,3. Οι κυριότεροι δείκτες οστικής απορρόφησης είναι οι εξής: Ασβέστιο ούρων Το ασβέστιο ούρων είναι µια σηµαντική, απλή και φτηνή εξέταση εκτίµησης της διακίνησης του ασβεστίου στον οργανισµό. Η αποβολή ασβεστίου µε τα ούρα αντανακλά τις απώλειες του οργανισµού σε ασβέστιο 3. Οι απώλειες αυτές επηρεάζονται από την πρόσληψη τροφής. Η µέτρηση του γίνεται σε δείγµα ούρων πρωινό, δύο ώρες µετά την πρωινή ούρηση, ύστερα από δωδεκάωρη νηστεία και διορθωµένη ως προς τη σύγχρονη αποβολή κρεατινίνης 3. Με τη µέθοδο αυτή µπορούµε να διακρίνουµε αδρά τις οστεοπορωτικές από τις φυσιολογικές γυναίκες. Ωστόσο για να ανιχνευθούν µεταβολές απαιτείται αξιοσηµείωτη αύξηση της οστικής απορρόφησης. Το ασβέστιο ούρων νηστείας δίνει διαφορετικές πληροφορίες σε σχέση µε το ασβέστιο ούρων 24ώρου, που αντανακλά την πρόσληψη ασβεστίου µε τις τροφές 1,3. Πάντως και οι δυο εξετάσεις είναι χρήσιµες στην εκτίµηση του ισοζυγίου ασβεστίου στον οργανισµό. Υδροξυπρολίνη ούρων Η υδροξυπρολίνη είναι ένα κοινό αµινοξύ, χαρακτηριστικό δοµικό συστατικό όλων των µορφών κολλαγόνου. Αποτελεί το 10-15% των αµινοξέων του κολλαγόνου. Αποβάλλεται, σε ποσοστό 10 %,κατά την φάση της οστικής αποδόµησης στα ούρα, όπου και µετράται 1, ως ακέραιο µόριο υδροξυπρολίνης,3. Η υδροξυπρολίνη που απεκκρίνεται µε τα ούρα αποτελεί την παλαιότερη µέτρηση δείκτη οστικού καταβολισµού 3. Υπολογίζεται διορθωµένη ως προς την κρεατινίνη ούρων, σε δείγµα ούρων πρωινών διώρου, µετά την πρωινή ούρηση και ύστερα από 12ωρη νηστεία. Ωστόσο η µέτρηση αυτή στερείται ειδικότητας. Η υδροξυπρολίνη στα ούρα µπορεί να προέλθει και από άλλους ιστούς, από το κολλαγόνο του δέρµατος σε συγκεκριµένες παθήσεις, από κολλαγόνο που µόλις συντέθηκε και το οποίο δεν εισήλθε στους ιστούς καθώς και από το κολλαγόνο της τροφής και τη ζελατίνη 3. Επειδή υπολείπεται ειδικότητας για τον οστικό µεταβολισµό και καθώς είναι πολύπλοκη και ακριβή µέτρηση που επηρεάζεται από την πρόσληψη τροφής, δεν χρησιµοποιείται πλέον ευρύτατα 333. Ανθεκτική στο άλας του τρυγικού οξέος όξινη φωσφατάση( TRAP) Στην οµάδα των όξινων φωσφατασών, ενζύµων που καταλύουν την υδρόλυση των φωσφορικών ριζών, ανήκουν τέσσερα ισο-ένζυµα που προέρχονται από τα ερυθροκύτταρα, τα λυσοσώµατα, τον προστάτη και τα µακροφάγα. Ως λυσοσωµατική πρωτεΐνη ανευρίσκεται σε µονοκύτταρα, µακροκύτταρα, κύτταρα Kuppfer και στους οστεοκλάστες. 95

96 Οι οστεοκλάστες παράγουν ένα ισοένζυµο όξινης φωσφατάσης, που δεν αναστέλλεται από το τρυγικό οξύ ( type 5 tartrate resistant acid Phosphatase-TRAP). Η όξινη φωσφατάση των οστεοκλαστών είναι λυσοσωµατική πρωτεΐνη. Η κύρια ιδιότητα της,να µην αναστέλλεται από το τρυγικό οξύ, τη διαχωρίζει από τις άλλες µορφές ισοενζύµων των ερυθρών και του προστάτη. Το ισοένζυµο της TRAP διαχωρίζεται σε δύο άλλα ισο-ένζυµα την TRAP5a και TRAP5b. Τα µακροφάγα περιέχουν TRAP5a, ενώ οι οστεοκλάστες TRAP5b 1,3. Η TRAP5b θεωρείται δείκτης οστικής απορρόφησης και αντανακλά τη οστεοκλαστική δραστηριότητα 1,3. Η αυξηµένη συνάφεια του µε τη δράση των οστεοκλαστών µπορεί να τον καταστήσει πιο εξειδικευµένο δείκτη οστικής απορρόφησης στο µέλλον. Αυξηµένα επίπεδα της TRAP5b έχουν περιγραφεί σε ασθένειες µε αυξηµένη οστική απορρόφηση, όπως ο πρωτοπαθής ή δευτεροπαθής υπερπαραθυρεοειδισµός, νόσο Paget ή µεταστατική οστική νόσο, αλλά κυρίως σε µετεµµηνοπαυσιακές γυναίκες µε οστεοπόρωση 1. Η µέτρηση του δεν επηρεάζεται από τη νεφρική και ηπατική λειτουργία. Υπολογίζεται στον ορό του αίµατος µε ανοσοενζυµική µέθοδο ELISA, µε τη χρήση µονοκλωνικού αντισώµατος, µε ακρίβεια της τάξεως του 5% ( ολική µέτρηση) 3. Πυριδινολίνη και δεοξυπυριδινολίνη ούρων Πρόκειται για διασταυρούµενους ( αλδεϋδικοί δεσµοί µεταξύ λυσίνης και υδροξυπρολίνης) σταθεροποιητικούς δεσµούς των αλύσων κολλαγόνου, στο συνδετικό ιστό. Παρατηρούνται σε διάφορους τύπους κολλαγόνου. Με τον καταβολισµό του κολλαγόνου απελευθερώνονται στην κυκλοφορία και αποβάλλονται χωρίς µεταβολή µε τα ούρα 1,3. Είναι πιο ειδικοί δείκτες του οστικού µεταβολισµού σε σχέση µε την υδροξυπρολίνη, καθώς δεν επηρεάζονται από τη λήψη τροφής,έχουν µεγαλύτερη ειδικότητα και αντανακλούν µόνο τον καταβολισµό του ώριµου κολλαγόνου. Και οι δύο µορφές απουσιάζουν από το κολλαγόνο του δέρµατος. Η Πυριδινολίνη είναι η κύρια χηµική δοµή. Ωστόσο η δεοξυπυριδινολίνη ( DPD) αποτελεί πιο ειδικό δείκτη οστικής απορρόφησης. Είναι ασυνήθιστα άφθονη στο οστικό κολλαγόνο και βρίσκεται σχεδόν µόνο στον οστικό σκελετό ( αλλά και στον καρδιαγγειακό, το κολλαγόνο των µυών). Όταν ο οστικός µεταβολισµός είναι φυσιολογικός, 50% των δεσµών είναι ελεύθεροι και 50% συνδεδεµένοι µε πεπτίδια 334. Η µέτρηση, πιο αντιπροσωπευτική της οστικής απορρόφησης, είναι αυτή των ολικών διασταυρούµενων δεσµών. Ακολουθούν κιρκάδιο ρυθµό και έχουν υψηλότερες τιµές τις πρωινές ώρες. Ανιχνεύονται στα ούρα ασθενών µε ανοσοενζυµικές µεθόδους ( ELISA) ή και χρωµατογραφία υψηλής απόδοσης 322. ιασταυρούµενα τελοπεπτίδια ούρων του κολλαγόνου τύπου Ι Πρόκειται για τους πλέον αξιόπιστους δείκτες οστικής απορρόφησης.είναι πεπτίδια της µη ελικοειδούς περιοχής του κολλαγόνου τύπου Ι,που χρησιµεύουν για τη σύνδεση των διασταυρούµενων δεσµών πυριδινίου( Εικόνα 28) Τα υπολογιζόµενα τελοπεπτίδια αφορούν είτε ένα καρβοξυτελικό τριµερές 96

97 τελοπεπτίδιο (ICTP) που προσδιορίζεται µε ανοσοενζυµική µέθοδο, είτε συνθετικές άµινο- ή καρβοξυτελικές τελοπεπτιδικές ακολουθίες που περιέχουν τους δεσµούς κολλαγόνου και υπολογίζονται στα ούρα ή στον ορό του αίµατος ( N- or C-terminal crosslinked telopeptide of type I collagen- NTX or CTX) 1,3, Εικόνα 28 : Βιοχηµικοί δείκτες οστικής απορρόφησης 3 Καρβοξυτελικό διασταυρούµενο Τελοπεπτίδιο του Κολλαγόνου τύπου Ι (Cterminal crosslinked telopeptide of type I collagen-ctx): Υπάρχουν τέσσερις ισοµερείς µορφές των CTX, ανάλογα µε τον ισοµερισµό τους µε ασπαρτικό (α και β-ctx) και οι ρακεµικές τους µορφές (L ή D). O υπολογισµός τους γίνεται τόσο στα ούρα όσο και στον ορό του αίµατος. Οι τιµές CTX ορού παρουσιάζουν αυξηµένη ηµερήσια διακύµανση (κιρκάδιο ρυθµό) και επηρεάζονται από τη λήψη τροφής 337. Για αυτό η µέτρηση των CTX στον ορό του αίµατος γίνεται συγκεκριµένη ώρα της ηµέρας (συνήθως πρωινή), µετά από 12ωρή νηστεία 338. Ο προσδιορισµός των CTX ούρων γίνεται σε µέτρηση ούρων 24ώρου. Αν δεν είναι εφικτό, τότε µετριούνται σε δείγµα δεύτερης πρωινής ούρησης, µετά διόρθωση ως προς την κρεατινίνη ούρων. Η ενδοατοµική βιολογική µεταβλητότητα των CTX ορού είναι πολύ µικρότερη ( <15%) σε σχέση µε αυτή των ούρων (23-48%).Μειονέκτηµα των µετρήσεων στον ορό είναι η ανάγκη για µέτρηση την ίδια ώρα της ηµέρας. Υπάρχουν µελέτες που συσχετίζουν σε υψηλό ποσοστό τις µετρήσεις των CTX στα ούρα και στον ορό ( r=0.87). Ωστόσο η µέτρηση ορού προτιµάται καθώς δεν χρειάζεται η συλλογή ούρων και µειώνεται η µεταβλητότητα της εξέτασης. Οι µετρήσεις των CTX ορού χρησιµοποιούνται ευρύτατα στην εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας της αντιοστεοπορωτικής θεραπείας σε µετεµµηνοπαυσιακές γυναίκες και στην εκτίµηση του καταγµατικού κινδύνου 339. Αµινοτελικό διασταυρούµενο Τελοπεπτίδιο του Κολλαγόνου τύπου Ι (Νterminal crosslinked telopeptide of type I collagen-ntx): O υπολογισµός τους γίνεται τόσο στα ούρα όσο και στον ορό του αίµατος. H µέτρηση των αµινοτελικών διασταυρούµενων τελοπεπτίδιων του κολλαγόνου τύπου Ι ήταν από τις πιο διαδεδοµένες µέχρι πρόσφατα 319. Σταδιακά η µέτρηση των CTX ορού µε αυτόµατο 97

98 αναλυτή, παρουσίασε υπεροχή έναντι αυτής των ΝΤΧ λόγω της απλότητας τους και του ανώτερου προαναλυτικού προφίλ. Παρουσιάζουν αξιοσηµείωτη σταθερότητα στα ούρα, καθώς τα δείγµατα µπορούν να αποθηκευτούν στους -20 ο C για χρόνια χωρίς σηµαντικούς περιορισµούς 340. Η διαιτητική επίδραση στον υπολογισµό τους είναι µικρή. Ωστόσο υπάρχει σηµαντική ηµερήσια διακύµανση ( 20%) και πρέπει να γίνει τυποποίηση της λήψης του δείγµατος ( δεύτερη πρωινή ούρηση, νηστεία κτλ) 307. Άλλες λιγότερο σηµαντικές παράµετροι στην εκτίµηση τους είναι η εποχιακή διακύµανση( κυρίως το χειµώνα λόγω έλλειψης βιταµίνης D), η δίαιτα και η ηπατική κυκλοφορία 336. Στην εκτίµηση των επιπέδων ΝΤΧ λαµβάνονται επίσης υπόψη το φύλο και η ηλικία. Στις γυναίκες παρατηρείται αύξηση των τιµών στη διάρκεια της εµµηνόπαυσης και µε την ηλικία. Η συνολική βιολογική µεταβλητότητα των αµινοτελικών τελοπεπτιδίων είναι µεγάλη ( >20%) 336. Ωστόσο υπάρχουν µελέτες που αναδεικνύουν τη µέτρηση τους στα ούρα ως ανεξάρτητο προγνωστικό παράγοντα εµφάνισης κατάγµατος και οστικής απώλειας σε ασθενείς, ανεξάρτητα από την οστική πυκνότητα Σύστηµα RANK-RANKL-OPG Σηµαντικό ρόλο στη ρύθµιση της οστικής απορρόφησης, τόσο in vivo όσο και in vitro, διαδραµατίζουν οι κυτοκίνες της οµάδας του παράγοντα νέκρωσης των όγκων (Tumor Necrosis Factor, TNF). Τρία από τα νεότερα µέλη της αυτής της οικογένειας είναι 342 : α) Ο υποδοχέας που ενεργοποιεί τον πυρηνικό παράγοντα κβ (Receptor Activator of Nuclear Factor kappa-b - RANK) β) Η ουσία που συνδέεται µε τον υποδοχέα που ενεργοποιεί τον πυρηνικό παράγοντα κβ - (Receptor Activator of Nuclear Factor kappa-b ligand - RANKL) γ) O διαλυτός υποδοχέας του RANKL, η Οστεοπροτεγερίνη (OPG) O παράγων RANKL είναι µια πρόσφατα αποµονωθείσα κυτοκίνη της οµάδας του TNF. ιαδραµατίζει το σηµαντικότερο ίσως ρόλο στην αύξηση της οστεοκλαστικής δραστηριότητας. Προάγει την οστεοκλαστογένεση µε την παρουσία του αυξητικού παράγοντα µακροφάγων (M-CSF) µέσω εναλλακτικής οδού, ακόµη και χωρίς την παρουσία οστεοβλαστών 343. ιεγείρει τη διαφοροποίηση των πρόδροµων οστεοκλαστών, αυξάνει τη δραστηριότητα των ώριµων οστεοκλαστών και αναστέλλει την απόπτωση τους. Ο RANKL έχει δύο υποδοχείς : τον RANK µέσω του οποίου ασκεί τη δράση του και την Οστεοπροτεγερίνη, η οποία αποτελεί το διαλυτό ανασταλτικό υποδοχέα του. Η Οστεοπροτεγερίνη παρεµποδίζει τη σύνδεση του µε τον RANK, αναστέλλοντας τη 98

99 δράση του 1,3,342,343. Ο έλεγχος της αναλογίας OPG / RANKL από τις άλλες κυτοκίνες φαίνεται να αποτελεί το τελικό στάδιο ρύθµισης της οστεοκλαστογένεσης. Η ανατροπή της αναλογίας OPG / RANKL προς την κατεύθυνση του RANKL, ενοχοποιείται για παθήσεις που χαρακτηρίζονται από οστική απώλεια 3. Έκφραση ανασυνδυασµένης Οστεοπροτεγερίνης αναστέλλει την παθολογική και φυσιολογική οστική απορρόφηση. ιαγονιδιακά ποντίκια µε υπερέκφραση Οστεοπροτεγερίνης παρουσιάζουν σοβαρή οστεοπέτρωση. Αντίθετα διαγονιδιακά ποντίκια µε ανεπάρκεια Οστεοπροτεγερίνης, παρουσιάζουν βαριά οστεοπόρωση λόγω αυξηµένης οστεοκλαστογένεσης και αυξηµένης επιβίωσης των οστεοκλαστών 3. Παρεντερική χορήγηση Οστεοπροτεγερίνης προκαλεί αύξηση της οστικής πυκνότητας, µε παράλληλη µείωση του αριθµού των οστεοκλαστών σε φυσιολογικά και ωοθηκεκτοµηθέντα ποντίκια, µε πειραµατική αρθρίτιδα 3. Η Ενδοκυττάρια Σηµατοδοτική Οδός RANK/RANKL 16,343-8 O παράγοντας RANKL είναι µια διαµεµβρανική πρωτεΐνη τύπου ΙΙ που υπάρχει στις µεµβράνες των προ-οστεοβλαστών, αλλά και των ώριµων οστεοβλαστών. Αποτελεί µέλος της υπερ-οικογένειας των παραγόντων ΤΝF. Η δράση του έγκειται στην ενεργοποίηση του παράγοντα RANK στη µεµβράνη των προδρόµων οστεοκλαστών. Σε φυσιολογικές καταστάσεις ο παράγοντας RANKL εκφράζεται κυρίως από τα κύτταρα του στρώµατος του µυελού των οστών και από τους οστεοβλάστες του περιοστέου. Σε παθολογικές καταστάσεις όπως φλεγµονή των οστών και των αρθρώσεων, ή ρευµατοειδής αρθρίτιδα, ο παράγοντας RANKL εκφράζεται σε αφθονία και από τα Τ λεµφοκύτταρα. Στην περίπτωση αυτή µπορεί να αποσυνδεθεί από την κυτταρική µεµβράνη και να συνδεθεί µε τον υποδοχέα RANK, ως διαλυτός σύνδεσµος. Η Οστεοπροτεγερίνη παράγεται επίσης από τους οστεοβλάστες και συνδέεται µε τον RANKL, εµποδίζοντας τη σύνδεση του µε τον υποδοχέα RANK και κατά συνέπεια την επαγωγή της οστεοκλαστικής διαφοροποίησης 343. Η έκφραση του RANKL ρυθµίζεται από διαφόρους ορµονικούς και µη παράγοντες. Βασικότεροι είναι η παραθορµόνη και η προσταγλανδίνη PGE2, µέσω της οδού του κυκλικού AMP και της πρωτεϊνικής κινάσης Α και ο ενεργός µεταβολίτης της βιταµίνης D 1,25 (OH) 2 D 3, µέσω της σηµατοδοτικής οδού του υποδοχέα της βιταµίνης D (VDR). Άλλοι παράγοντες που διεγείρουν την οστεοκλαστογένεση ( IL-11, IL-1b, TNF-α, IL-6) προκαλούν αύξηση της έκφρασης του παράγοντα RANKL στις πρώιµες µορφές οστεοβλαστών και στα στρωµατικά κύτταρα, παρουσία του M-CSF. O παράγοντας RANKL ενεργοποιεί τον υποδοχέα RANK στους πρόδροµους οστεοκλάστες και αλληλεπιδρά µε την πρωτεΐνη µετάδοσης ενδοκυττάριων σηµάτων TRAF-6, σχηµατίζοντας ένα τριµερές σύµπλεγµα (Εικόνα 29). Η πρωτεΐνη TRAF 6 ενεργοποιεί µε τη σειρά της διάφορες ενδοκυττάριες κινάσες, όπως ΙkB και β κινάσες καθώς και ΜΑΡΚ κινάσες ( ΜΑΡΚ p38, ERK και JNK). Η ενεργοποίηση της ΙkB κινάσης φωσφορυλιώνει την ανασταλτική πρωτεΐνη ΙkB, που σχηµατίζει σύµπλεγµα µε την ανενεργή µορφή του µεταγραφικού παράγοντα NFkB στο κυτταρόπλασµα. Η φωσφορυλίωση αυτή οδηγεί στην αποδέσµευση του 99

100 µεταγραφικού παράγοντα NF-kB από το σύµπλεγµα NF-kB/IkB, ο οποίος στη συνέχεια µεταφέρεται στον πυρήνα, δεσµεύεται µε ειδικές ακολουθίες DNA και ενεργοποιεί τη µεταγραφή συγκεκριµένων γονιδίων. Η µεταφορά του NF- kb στον πυρήνα επιταχύνεται από την αύξηση της ενδοκυττάριας συγκέντρωσης ασβεστίου, µέσω φωσφολιπάσης C ( PLC) που επάγεται από την ενεργοποίηση του RANK. Πειραµατικά µοντέλα µε ανεπάρκεια στις δύο υποοµάδες του NF- kb, την p50 και την p52, είναι οστεοπετρωτικά µε µυελικές κοιλότητες που είναι γεµάτες µε άµορφο οστικό και χόνδρινο υλικό 16. Εικόνα 29 : Η σηµατοδοτική οδός RANKL/RANK 16. O συνδέτης RANKL ενεργοποιεί τον υποδοχέα RANK, σχηµατίζοντας ένα τριµερές σύµπλεγµα µε την πρωτεΐνη TRAF-6. H ενδοκυττάρια σηµατοδοτική οδός περιλαµβάνει την ενεργοποίηση µιας πλειάδας ενδοκυττάριων κινασών, που µε τη σειρά τους ενεργοποιούν και προάγουν τη µετακίνηση µεταγραφικών παραγόντων, όπως ο NFATc, ο cfos, ο NF-Kb και ο c-jun, στον πυρήνα. Η ενεργοποίηση της φωσφορικής ινοσιτόλης 3 κινάσης ( PI3K) από την οδό της κινάσης της τυροσίνης c- src οδηγεί, µέσω απελευθέρωσης δεύτερων αγγελιοφόρων, όπως η τριφωσφορική φωσφατιδυλινοσιτόλη, στην ενεργοποίηση της αντί-αποπτωτικής κινάσης σερίνης θρεονίνης Akt, η οποία φωσφορυλιώνει και απενεργοποιεί την προ-αποπτωτική πρωτεΐνη Bad. H οδός αυτή αναστέλλεται από τις φωσφατάσες PTEN και SHIP. RANKL, Receptor Activator for Nuclear Factor kb Ligand, TRAF6, Tumor Necrosis Factor receptor associated factor 6, NF-KB, Nuclear Factor kappa- light chain enhancer of activated B cells, PTEN, phosphatase and tensin homolog, SHIP, inositol 5 - phosphatase,[ptdins93,4,5)p3], phosphatidylinositol3,4,5- triphosphate,pi3k, Phosphoinositide 3 kinase, IKK, IKappaB kinase complex, MKK, MAP kinase kinase, MAPK, Mitogen Activated Protein Kinase, JNK, c- Jun N terminal kinases, camk, Ca2+/calmodulin dependent protein kinase. Φωσφορυλίωση και ενεργοποίηση των ΜΑΡΚ κινασών από τον παράγοντα RANKL οδηγεί σε ενεργοποίηση και µεταφορά στον πυρήνα, των µεταγραφικών 100

101 παραγόντων ΑΤF-2, c- Fos, c-jun και NFATc1. Οι παράγοντες αυτοί προάγουν τη µεταγραφή γονιδίων που έχουν κριτικό ρόλο στην ενεργοποίηση και διαφοροποίηση των οστεοκλαστών, αν και αρκετά από αυτά δεν έχουν ακόµα ταυτοποιηθεί (Εικόνα 29). Μεταξύ των άλλων σηµατοδοτικών οδών που ενεργοποιούνται από τον υποδοχέα RANK, περιλαµβάνεται και η οδός της φωσφορικής ινοσιτόλης 3 κινάσης, που ενεργοποιείται µέσω του συµπλέγµατος TRAF-6/c-src. H κινάση c-src παίζει επίσης σηµαντικό ρόλο στην πόλωση των ώριµων οστεοκλαστών. Η φωσφορική ινοσιτόλη 3 κινάση µέσω του δεύτερου αγγελιοφόρου, της 3,4,5 τριφωσφορικής φωσφατιδυλοϊνοσιτόλης ενεργοποιεί την κινάση της σερίνης / θρεονίνης Αkt (πρωτεϊνική κινάση Β, PKB). Στη συνέχεια η κινάση Αkt φωσφορυλιώνει και ενεργοποιεί την προ-αποπτωτική πρωτεΐνη Bad, της οικογένειας των Βcl 2 προ- αποπτωτικών πρωτεϊνών. Η αντι-αποπτωτική σηµατοδοτική οδός ΡΙ3Κ/Αkt/Bad αναστέλλεται από το ογκοκατασταλτικό γονίδιο PTEN µε δύο µηχανισµούς. Μελέτες έχουν δείξει ότι ο υποδοχέας RANK µπορεί να ρυθµίζει την έκφραση της πρωτεΐνης ΡΤΕΝ στους οστεοκλάστες, η οποία φαίνεται να είναι καθοριστικής σηµασίας στη ρύθµιση της ισορροπίας µεταξύ δραστικής και µη δραστικής µορφής της κινάσης Αkt 16. H σε πολλαπλά επίπεδα ρύθµιση της σηµατοδοσίας RANK/RANKL από διαφόρους παράγοντες που αλληλεπιδρούν µεταξύ τους, αποδεικνύει τη σηµαντικότητα της οδού αυτής στη διαφοροποίηση αλλά και επιβίωση των ώριµων οστεοκλαστών. Η κυτταρική επαφή ανάµεσα στα στρωµατικά κύτταρα του µυελού / οστεοβλάστες και στους πρόδροµους οστεοκλάστες αποτελεί αναγκαία συνθήκη, για την ενεργοποίηση της σηµατοδοτικής οδού RANK/RANKL. Για την ευόδωση αυτής της κυτταρικής επαφής εκκρίνονται διάφοροι χηµειοτακτικοί παράγοντες από τους ίδιους τους προ-οστεοκλάστες που επάγουν την αλληλεπίδραση µεταξύ RANKL και του RANK, µέσω ρύθµισης της έκφρασης µορίων προσκόλλησης που εκφράζονται και στις δύο κυτταρικές σειρές 16. Ο ηωσινοφιλικός χηµειοτακτικός παράγοντας ( ECFL ) παράγεται από τους πρόδροµους οστεοκλάστες και δρα µε αυτοκρινή τρόπο ως συν παράγοντας του RANKL παρόλο που δε δεσµεύεται από τον υποδοχέα RANK. Αυξάνει την έκφραση των µορίων κυτταρικής προσκόλλησης ICAM-1 και LFA-1 που εκφράζονται στους πρόδροµους οστεοκλάστες αλλά και στους οστεοβλάστες. Αλληλεπίδραση των µορίων προσκόλλησης µεταξύ τους προωθεί την κυτταρική επαφή των προδρόµων οστεοκλαστών µε τα στρωµατικά οστεοβλαστικά κύτταρα, αλλά και των προ- οστεοκλαστών µεταξύ τους στο στάδιο της σύντηξης, για τη δηµιουργία των ώριµων πολυπύρηνων οστεοκλαστών Κλινική σηµασία των Β ΟΜ Οι Β ΟΜ βρίσκουν εφαρµογές στη διάγνωση και παρακολούθηση της οστεοπόρωσης αλλά και άλλων νοσηµάτων. Η χρησιµότητα των Β ΟΜ στην οστεοπόρωση αφορά κυρίως την ανίχνευση ατόµων υψηλού κινδύνου για οστική απώλεια, όσο και στην παρακολούθηση ασθενών υπό αντιοστεοκλαστική αγωγή για πρώιµη εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας της θεραπείας 1,3,305.Αναλυτικά: 101

102 α. ιάγνωση της µεταεµµηνοπαυσιακής οστεοπόρωσης Πλήθος µελετών αναφέρουν αυξηµένα επίπεδα των Β ΟΜ στον ορό ή και στα ούρα σε γυναίκες µε µετεµηννοπαυσιακή οστεοπόρωση, σε σχέση µε υγιή άτοµα Παρά τα παραπάνω ευρήµατα, ο προσδιορισµός µε µια µέτρηση ενός Β ΟΜ ελάχιστα συνεισφέρει στην εκτίµηση της οστικής πυκνότητας και στη διάγνωση της οστεοπόρωσης. Για το λόγο αυτό προς το παρόν δε συνιστάται η µέτρηση κάποιου συγκεκριµένου δείκτη προκειµένου να τεθεί η διάγνωση της οστεοπόρωσης 305,321, β. Πρόγνωση της οστικής απώλειας Μελέτες υποστηρίζουν ότι ο υψηλός ρυθµός οστικής ανακατασκευής οδηγεί σε ταχύτερη και µεγαλύτερη οστική απώλεια, σε σχέση µε το φυσιολογικό ή τον ελαττωµένο ρυθµό Σε µια µελέτη, ασθενείς που χαρακτηριστήκαν ως fast bone losers ( εκτίµηση βασισµένη σε δείκτες όπως η αλκαλική φωσφατάση, το ασβέστιο ούρων και η υδροξυπρολίνη)είχαν οστική απώλεια 27% µετά 12 χρόνια, σε σχέση µε 17% απώλεια στους ασθενείς που χαρακτηρίστηκαν ως low losers 356. Η προοδευτική αύξηση της διαθεσιµότητας και ακρίβειας στη µέτρηση και εκτίµηση των Β ΟΜ, θα αυξήσει πιθανότατα την ικανότητα τους να προδικάζουν την οστική απώλεια. Ωστόσο,παρά τη συσχέτιση µεταξύ Β ΟΜ και οστικής πυκνότητας σε πολλές µελέτες, δεν υποστηρίζεται η χρήση τους σαν προγνωστικοί παράγοντες εκτίµησης της οστικής απώλειας σε συγκεκριµένο ασθενή 305,335. γ. Πρόγνωση καταγµατικού κινδύνου Μεγάλες επιδηµιολογικές µελέτες τεκµηριώνουν τη συσχέτιση υψηλών επιπέδων Β ΟΜ µε αυξηµένη πιθανότητα εµφάνισης σπονδυλικού ή µη σπονδυλικού κατάγµατος 341, Η συσχέτιση αυτή είναι ισχυρότερη για τους δείκτες οστικής απορρόφησης και αφορά όλες τις ηλικιακές οµάδες. Η ικανότητα των Β ΟΜ να προδικάζουν την εµφάνιση κατάγµατος ήταν ανεξάρτητη της µέτρησης οστικής πυκνότητας. Ωστόσο η συνεκτίµηση των επιπέδων Β ΟΜ και του αποτελέσµατος της DEXA, οδηγούσε σε αύξηση της ειδικότητας, στη διάγνωση ασθενών µε αυξηµένο καταγµατικό κίνδυνο 1,3. Πρόσφατες εργασίες αναφέρουν συγκεκριµένους δείκτες οστικής απορρόφησης, ως ανεξάρτητους παράγοντες εκτίµησης του κινδύνου εµφάνισης κατάγµατος στην σπονδυλική στήλη και στο ισχίο. Σε οστεοπενικές γυναίκες ο δεκαετής κίνδυνος εµφάνισης κατάγµατος ήταν 26%, εάν συνυπήρχε τουλάχιστον και ένας άλλος παράγοντας κινδύνου ( ηλικία, αύξηση οστικού κλάσµατος αλκαλικής φωσφατάσης, προηγούµενο κάταγµα). Οι γυναίκες χωρίς παράγοντα κινδύνου παρουσίασαν κίνδυνο της τάξεως του 6% 360. Αυξηµένα επίπεδα των CTX ορού, πάνω από συγκεκριµένο όριο, ανευρέθηκαν ως ανεξάρτητος παράγοντας κινδύνου εµφάνισης καταγµάτων. Αν και λιγότερες, υπάρχουν µελέτες που υποστηρίζουν αντίστοιχα ευρήµατα και για τους βιοχηµικούς δείκτες οστικού σχηµατισµού

103 Η οστική πυκνότητα και οι Β ΟΜ είναι ανεξάρτητοι παράγοντες εκτίµησης του κινδύνου κατάγµατος 1,3,305. Ωστόσο όταν µεταβάλλονται ταυτόχρονα, τότε ο κίνδυνος επηρεάζεται περισσότερο αναφορικά µε τη µεταβολή ενός µόνο παράγοντα. Στη µελέτη OLEFY 341 οι γυναίκες µε οστεοπόρωση ισχίου και αυξηµένα επίπεδα CTX ορού, είχαν σχετικό κίνδυνο κατάγµατος 55% στην πενταετία. Αυτή η πιθανότητα ήταν µεγαλύτερη σε σχέση µε τον κίνδυνο των ασθενών που είχαν µόνο οστεοπόρωση ισχίου ( 39%) ή µόνο αυξηµένους δείκτες ( 25%). Πρέπει πάντως να τονιστεί ότι οι δείκτες χρησιµοποιούνται ως επιπρόσθετος παράγοντας κινδύνου και όχι σαν αντικατάστατο της οστικής πυκνότητας, στην πρόθεση µας να θεραπεύσουµε. δ. Επιλογή της θεραπείας Οι τιµές των Β ΟΜ θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν ως δείκτες επιλογής της θεραπείας. Σε ασθενείς µε χαµηλό ρυθµό οστικής εναλλαγής θα µπορούσε να ακολουθηθεί αναβολική αγωγή, ενώ σε ασθενείς µε υψηλό ρυθµό να χορηγηθεί αντιοστεοκλαστική θεραπεία. Σειρά κλινικών µελετών αναφέρουν µικρή συσχέτιση ανάµεσα στα επίπεδα του ρυθµού οστικής εναλλαγής και στην ανταπόκριση στην αντιοστεοκλαστική θεραπεία Για τον λόγο αυτό, η χρήση των ΒΟ Μ στην καθοδήγηση της θεραπευτικής προσέγγισης δεν υποστηρίζεται ευρύτατα 1,3,305. ε. Παρακολούθηση στην ανταπόκριση της θεραπείας µε αντιοστεοπορωτική αγωγή Οι δύο σηµαντικότεροι παράµετροι που εκτιµώνται στην παρακολούθηση ασθενών υπό θεραπεία οστεοπόρωσης, είναι η µέτρηση οστικής πυκνότητας µε τη µέθοδο DEXA και η εκτίµηση των επιπέδων Β ΟΜ. Η µέτρηση της οστικής πυκνότητας µε τη µέθοδο DEXA, είναι ο πιο ευρέως διαδεδοµένος τρόπος εκτίµησης της αποτελεσµατικότητας της αντιοστεοπορωτικής θεραπείας. Ωστόσο πολλές φορές µε τη µέθοδο αυτή µπορεί να χρειαστούν 2-3 χρόνια για τον καθορισµό της αποτελεσµατικότητας της θεραπείας. Το µειονέκτηµα της εποµένως είναι η βραδύτητα στην εκτίµηση του αποτελέσµατος 335. Αντίθετα ο προσδιορισµός των Β ΟΜ προσφέρει ταχύτερα συµπεράσµατα αναφορικά µε την αποτελεσµατικότητα της θεραπείας. Κλινικές µελέτες διαφόρων αντιοστεοκλαστικών θεραπειών στη µετεµηννοπαυσιακή οστεοπόρωση, αναφέρουν ταχύτατη µείωση των επιπέδων των δεικτών οστικής απορρόφησης, λίγες εβδοµάδες µετά την έναρξη της θεραπείας, µε µέγιστη ανταπόκριση τις 3-6 µήνες 305,352, Παρά το γεγονός ότι υπάρχει σύζευξη οστεοπαραγωγής και απορρόφησης,οι δείκτες οστικής παραγωγής αργούν πολύ περισσότερο να µειωθούν, συχνά στους 6-12 µήνες. Η κλινική σηµασία της ταχείας µείωσης των δεικτών είναι ότι συσχετίζεται θετικά µε µελλοντική αύξηση της οστικής πυκνότητας. Εποµένως προδικάζει µακροχρόνια ανταπόκριση στην αντιοστεοπορωτική αγωγή και στη µείωση καταγµάτων 305, Σε πρακτικό επίπεδο φαίνεται ότι η παρακολούθηση των δεικτών Β ΟΜ µπορεί να µας δώσει πρώιµες πληροφορίες για την αποτελεσµατικότητα µιας θεραπείας.ελάττωση των δεικτών οστικής απορρόφησης πάνω από την LSC τιµή, τρεις µήνες 103

104 µετά την έναρξη αντιοστεοκλαστικής θεραπείας, συσχετίζεται µε αυξηµένη πιθανότητα αποτελεσµατικής θεραπείας. Ανάλογα αύξηση των δεικτών οστικής παραγωγής (ειδικά των PINP), ένα µε τρεις µήνες µετά την έναρξη αναβολικής θεραπείας, θα ήταν επιθυµητή. Πάντως δεν υπάρχουν καταγραφές των απαραίτητων µεταβολών των δεικτών οστικής απορρόφησης για να θεωρηθεί αποτελεσµατική η θεραπεία. Στη θεραπεία µε διφωσφονικά το επιθυµητό θα ήταν η επιστροφή των ΒΟΜ στα προεµµηνοπαυσιακά επίπεδα. Στις γυναίκες µε οστεοπόρωση που έχουν επίπεδα Β ΟΜ µέσα στα προ-εµµηνοπαυσιακά όρια, επιθυµητή θα ήταν η µείωση τους τουλάχιστον κατά το LSC όριο 1,3,305. στ. Άλλες κλινικές χρήσεις των δεικτών οστικής εναλλαγής Εκτός από την ευρεία χρήση τους στην προσέγγιση ασθενών µε οστεοπόρωση, οι Β ΟΜ βρίσκουν πολυάριθµες εφαρµογές στη διάγνωση και παρακολούθηση και άλλων νοσηµάτων. Σε ασθενείς που πάσχουν από φλεγµονώδη νόσο του εντέρου και κυρίως νόσο του Crohn υπάρχει µεγάλος κίνδυνος εµφάνισης οστεοπόρωσης και καταγµάτων λόγω ορµονικών και κυρίως φαρµακευτικών αιτιών. Στους ασθενείς αυτούς αυξηµένα επίπεδα NTX ούρων συσχετίζονται µε αυξηµένη οστική απώλεια µετά από 2 έτη παρακολούθησης 368. Στους ασθενείς µε πρωτοπαθή υπερπαραθυρεοειδισµό παρατηρείται αυξηµένος κίνδυνος εµφάνισης καταγµάτων. Σήµερα καθώς η διάγνωση της νόσου γίνεται ολοένα σε πρωιµότερα στάδια σπανιότερα ανευρίσκονται αυξηµένα επίπεδα ALP. Αντίθετα πιο ειδικοί και ευαίσθητοι δείκτες οστικής εναλλαγής που µπορούν να αναδείξουν τις µεταβολές του οστικού µεταβολισµού. Γενικά οι ασθενείς µε πρωτοπαθή υπερπαραθυρεοειδισµό έχουν υψηλά επίπεδα δεικτών οστικής απορρόφησης και σχηµατισµού, εκτός από τις ήπιες µορφές. Οι δείκτες επανέρχονται στα φυσιολογικά επίπεδα µετά από 6-12 µήνες από επιτυχηµένη παραθυρεοειδεκτοµή 369. Οι βιοχηµικοί δείκτες οστικής εναλλαγής έχουν αποδειχθεί χρήσιµοι στην εκτίµηση των οστικών µεταστάσεων, στην ανταπόκριση στη θεραπεία καθώς και στην πρόγνωση επιβίωσης 370. Στα πλαίσια των ποικίλων επεκτάσεων της χρήσης τους, µελετάται στο ειδικό µέρος η πιθανή σχέση τους στην εκτίµηση της ενσωµάτωσης ορθοπαιδικών εµφυτευµάτων µετά από ολική αρθροπλαστική ισχίου ή γόνατος. 104

105 7. ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΜΕΛΕΤΗΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Εισαγωγή Αναµφισβήτητα η ολική αρθροπλαστική έχει αποτελέσει ορόσηµο στην εξέλιξη της Ορθοπαιδικής Χειρουργικής κατά τη διάρκεια του 20 ου αιώνα. Πρόκειται για µια χειρουργική επέµβαση που ανακουφίζει από τον πόνο, αποκαθιστά την κινητικότητα των αρθρώσεων και βελτιώνει την ποιότητα της ζωής ασθενών µε αρθρίτιδα 371. Παρά τη συνεχή βελτιστοποίηση του σχεδιασµού και της τοποθέτησης εµφυτευµάτων, κατά τη διάρκεια των τελευταίων 15 ετών, πολλές διεργασίες που ακολουθούν την τοποθέτηση των ενδοπροθέσεων και αφορούν την ενσωµάτωση τους στο οστό, παραµένουν σε µεγάλο βαθµό αδιευκρίνιστες. Ένα άλυτο θέµα και αιτία πρώιµης αποτυχίας των εµφυτευµάτων, αποτελεί η άσηπτη χαλάρωση των προθέσεων 372,3. Αν και η πρώιµη αναγνώριση περιπροθετικής οστεόλυσης είναι ακόµη δύσκολη 374, γίνεται σιγά σιγά εµφανές ότι ο οστικός µεταβολισµός διαδραµατίζει πρωτεύοντα ρόλο. Η άσηπτη χαλάρωση οφείλεται πιθανότατα σε ποικιλία παραγόντων, ο πιο σηµαντικός από τους οποίους είναι η περιπροθετική οστική απώλεια. Η περιπροθετική απώλεια οστού ή οστεόλυση περιορίζει την επιβίωση των προθέσεων ισχίου 375. Η οστική απώλεια συµβαίνει σαν επακόλουθο ενός ή περισσοτέρων από τα παρακάτω γεγονότα οστικής ανακατασκευής : στρατολόγηση προδρόµων µορφών οστεοκλαστών στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης, διαφοροποίηση των προδρόµων µορφών οστεοκλαστών σε πολυπύρηνα κύτταρα, λειτουργική ενεργοποίηση των προδρόµων µορφών οστεοκλαστών και επιβίωση τους 376. Την τελευταία δεκαετία έχουν γίνει πολύ µεγάλα βήµατα στην κατανόηση της ρύθµισης της οστικής ανακατασκευής 377. Η οικογένεια του παράγοντα νέκρωσης των ιστών ( TNF) αποτελεί µια µεγάλη οµάδα κυτοκινών, που διαδραµατίζει ουσιαστικό και θεµελιώδη ρόλο στη ρύθµιση της οστικής ανακατασκευής. Τρία από τα νεότερα µέλη της οικογένειας είναι: α) Ο υποδοχέας που ενεργοποιεί τον πυρηνικό παράγοντα κβ (Receptor Activator of Nuclear Factor kappa-b - RANK) β) Η ουσία που συνδέεται µε τον υποδοχέα που ενεργοποιεί τον πυρηνικό παράγοντα κβ - (Receptor Activator of Nuclear Factor kappa-b ligand - RANKL) γ) O διαλυτός υποδοχέας του RANKL, η Οστεοπροτεγερίνη (OPG) Οι Οστεοπροτεγερίνη (OPG) και ο RANKL αποτελούν µέλη συστήµατος υποδοχέων που άµεσα ρυθµίζουν τη διαφοροποίηση των οστεοκλαστών και την οστική απορρόφηση, παίζοντας θεµελιώδη ρόλο στη ρύθµιση της οστεοκλαστογένεσης 378 ( Εικόνα 30). Ο RANKL ο οποίος αναφέρεται και ως διαφοροποιητικός παράγοντας των οστεοκλαστών, έχει δύο τύπους υποδοχέων. Ο πρώτος είναι ο RANK, µέσω του οποίου ενεργοποιείται καταρράκτης ενδοκυττάριων σηµάτων, απαραίτητων για την ολοκλήρωση της διαφοροποίησης την οστεοκλαστών και την ενεργοποίηση τους. Ο RANK εκφράζεται στους προοστεοκλάστες. Ο δεύτερος τύπος υποδοχέα του RANKL είναι η 105

106 Οστεοπροτεγερίνη (OPG). Η Οστεοπροτεγερίνη δρα ως διαλυτός υποδοχέας του RANKL, που τον δεσµεύει και τον αδρανοποιεί. ρώντας σαν εναλλακτικός υποδοχέας που περιορίζει τη βιολογική δραστηριότητα του RANKL, καταργεί τη διαφοροποίηση και οδηγεί στην απόπτωση των οστεοκλαστών 379. Εικόνα 30: Το µονοπάτι RANK/RANKL/OPG στη ρύθµιση της οστεοκλαστογένεσης Η ισορροπία µεταξύ RANKL και OPG είναι βασική στη ρύθµιση της οστικής ανακατασκευής Θεωρείται ένα από τα τελευταία ρυθµιστικά συστήµατα της οστικής ρυθµιστικής αλληλουχίας 379. Η σχέση της ισορροπίας RANKL/OPG µε τη διαδικασία ενσωµάτωσης και µε το φαινόµενο της άσηπτης χαλάρωσης θεωρείται δεδοµένη, ωστόσο δεν έχει διευκρινιστεί πλήρως Η έρευνα αναφορικά µε τη σχέση των πρωτεϊνών αυτών στη διαδικασία της ενσωµάτωσης προθέσεων και περιπροθετικής οστεόλυσης διαχωρίζεται στις εξής κατηγορίες µελετών : 1. Μελέτες ελέγχου έκφρασης δεικτών οστικού µεταβολισµού σε περιπροθετικούς ιστούς. 2. Συγκριτικές µελέτες ελέγχου, διαφορών στις συγκεντρώσεις βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στο περιφερικό αίµα, µεταξύ σταθερών και χαλαρών αρθροπλαστικών. 3. Προοπτικές µελέτες της πορείας των επιπέδων βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στο περιφερικό αίµα, µετά από ολικές αρθροπλαστικές 2.Μελέτες ελέγχου έκφρασης δεικτών οστικού µεταβολισµού σε περιπροθετικούς ιστούς Μελέτες έχουν αναδείξει ότι 10-15% των αρθροπλαστικών χρειάζονται αναθεώρηση, σε ένα διάστηµα 15 µε 20 ετών µετά την πρωτογενή εγχείρηση 382,383 ( Εικόνα 31). Παράγοντες όπως η χειρουργική τεχνική και το φαινόµενο υποκλοπής φορτίων έχουν ενοχοποιηθεί, χωρίς ωστόσο να έχει εξακριβωθεί η σχέση τους. Μια από τις κυριότερες αιτίες αναθεώρησης είναι η άσηπτη χαλάρωση των αρθροπλαστικών. Μεγάλος όγκος πληροφοριών υποστηρίζει ότι η άσηπτη 106

107 χαλάρωση σχετίζεται µε την παρουσία και τη δράση προϊόντων φθοράς, που απελευθερώνονται από τις διεπιφάνειες επαφής των αρθροπλαστικών. Σε ολικές αρθροπλαστικές µετάλλου σε πολυαιθυλένιο, η περιπροθετική οστεόλυση φαίνεται να έχει στενή σχέση µε τα προϊόντα φθοράς του πολυαιθυλενίου 384. Tα προϊόντα φθοράς του πολυαιθυλενίου προκαλούν µια χρόνια φλεγµονώδη κυτταρική ανταπόκριση, κυρίως από τα µακροφάγα. Τα κύτταρα αυτά µαζί µε τα µονοκύτταρα φαγοκυταρώνουν τα σωµατίδια φθοράς του πολυαιθυλενίου και προκαλούν οστεόλυση, διεγείροντας τη δηµιουργία και τη δράση των οστεοκλαστών. Σηµαντικό παθολογοανατοµικό εύρηµα, επί άσηπτης χαλάρωσης ολικών αρθροπλαστικών, είναι η παρουσία επιθετικών κοκκιωµατωδών βλαβών, µε τη µορφή µεµβράνης στη διεπιφάνεια οστού πρόθεσης. Οι µεµβράνες αυτές αποτελούνται από µεγάλο αριθµό µακροφάγων και µονοκυττάρων 385 Η συνήθης ακτινολογική εικόνα των αρθροπλαστικών µε άσηπτη χαλάρωση φαίνεται στην εικόνα 31. Εικόνα 31: Ακτινολογική εικόνα άσηπτης χαλάρωσης ολικής αρθροπλαστικής ισχίου µε τσιµέντο. Όπως προαναφέρθηκε τα προϊόντα φθοράς προκαλούν περιπροθετική φλεγµονή, προάγοντας την περιπροθετική οστεόλυση. O ρόλος του RANKL στην καθοδηγούµενη από σωµατίδια οστεοκλαστογένεση και οστεόλυση έχει ευρέως µελετηθεί Υποστηρίζεται ότι η φαγοκύτωση των προϊόντων φθοράς από φαγοκύτταρα 386,392, µεγάλα µονοπύρηνα 393 ή πολυπύρηνα γιγαντοκύτταρα 394 των περιπροθετικών ιστών, ενεργοποιεί το ενδοκυττάριο µονοπάτι σηµάτων RANK- NF-κΒ, οδηγώντας σε οστεοκλαστογένεση και περιπροθετική οστεόλυση. Ο βιολογικός ή φαρµακολογικός αποκλεισµός της οδού NF-kB αναστέλλει την ενεργοποίηση των οστεοκλαστών και την οστεόλυση από σωµατίδια 388. Εκτός από τους προαναφερθέντες τύπους κυττάρων, ινοβλάστες των περιπροθετικών ιστών, φαίνεται να δρουν προς την ίδια κατεύθυνση. Ανοσοϊστοχηµικές µελέτες απέδειξαν την ικανότητα τους να παράγουν RANKL και OPG, συνεισφέροντας άµεσα ή έµµεσα στην περιπροθετική οστεόλυση 395,396. Η 107

108 έκφραση/παρουσία της Οστεοπροτεγερίνης στους περιπροθετικούς ιστούς αµφισβητείται, καθώς φαίνεται να εκφράζεται µόνο στο ενδοθήλιο αγγείων 397 ( εικόνα 32). Ο Tomas Koreny 398 και οι συνεργάτες του θέλησαν να ελέγξουν, µε τη χρήση κατάλληλων µεθόδων, την ανταπόκριση των ινοβλαστών σε σωµατίδια φθοράς που λήφθηκαν από περιπροθετικούς ιστούς. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι οι ινοβλάστες αντέδρασαν στην παρουσία των προϊόντων φθοράς, τα οποία φαγοκυττάρωσαν. Επίσης κατέγραψαν αύξηση της παραγωγής από τους ινοβλάστες συγκεκριµένων µεταλλο-πρωτεϊνασών, κυκλοοξυγενασών (COX-1, COX-2) και τροποποιητικών παραγόντων. Επιπρόσθετα οι ινοβλάστες της διεπιφάνειας οστού πρόθεσης εξέφρασαν RANKL και Οστεοπροτεγερίνη. Οι διεγερµένοι ινοβλάστες σε καλλιέργειες τους µε κύτταρα µυελού των οστών, παρουσία αυξητικού παράγοντα µακροφάγων (M-CSF) οδήγησαν σε οστεοκλαστογένεση ( Εικόνα 32). Εικόνα 32: Ινοβλάστες παρόντες σε µεµβράνες διεπιφάνειας περιπροθετικών ιστών, που έχουν φαγοκυτταρώσει σωµατίδια φθοράς 398. Καλλιέργειες ινοβλαστών µε κύτταρα µυελού οστού ανθρώπου. Α. Εικόνες πρόσφατα αποµονωµένων ινοβλαστών από ιστούς διεπιφάνειας επαφής Α1. Εικόνα φάσης αντίθεσης Α2. Καλλιέργειες ινοβλαστών µε διπλή χρώση φλουορεσκεΐνης (FITC) σήµανση µε µονοκλωνικό αντίσωµα σε ειδική θέση CD90 ινοβλαστών ( πράσινη χρώση επιφανείας) Α3. Χρώση Alexa Fluor 546 phalloidin (κόκκινο για ακτίνη) - Συνεστιακές σειρές από εικόνες που προβάλλονται σε µία εικόνα και αναδεικνύουν την ενδοκυττάρια εντόπιση ενός µικρού και ενός µεγάλου σωµατιδίου σε ινοβλάστη διεπιφάνειας επαφής. Τα βέλη υποδεικνύουν τα µεταλλικά σωµατίδια και τους πυρήνες των ινοβλαστών Β. 108

109 Καλλιέργεια ινοβλαστών µετά έκθεση σε σωµατίδια τιτανίου κατά τη διάρκεια νύκτας. Τα µη φαγοκυτταρωµένα σωµατίδια έχουν ξεπλυθεί και τα κύτταρα έχουν υποβληθεί σε χρώση κρυσταλλικού ιώδους, για έλεγχο στο φωτεινό µικροσκόπιο.τα βέλη υποδεικνύουν τα σωµατίδια που έχουν φαγοκυτταρωθεί και τους πυρήνες των ινοβλαστών C. Καλλιέργεια από υλικό µεµβράνης διεπιφάνειας επαφής µε ενεργοποιηµένους ινοβλάστες και κυττάρων µυελού των οστών για 12 ηµέρες επί της παρουσίας αυξητικού παράγοντα µακροφάγων (M-CSF). Οι ινοβλάστες υπέστησαν χρώση για το RANKL µέσω σεσηµασµένου FITC αντισώµατος. Τα βέλη υποδεικνύουν πολυπύρηνα κύτταρα θετικά για ανθεκτική στο άλας του τρυγικού οξέος όξινη φωσφατάση (TRAP). D. Καλλιέργεια ινοβλαστών µεµβράνης διεπιφάνειας µε κύτταρα µυελού οστών επί δεκατέσσερις ηµέρες. Πολυπύρηνα TRAP κύτταρα ανευρέθηκαν µόνο σε µέσα που περιείχαν ινοβλάστες προ-επεξεργασµένους µε τιτάνιο, κύτταρα µυελού οστών και M-CSF. Βέλη αναδεικνύουν τρεις πυρήνες ενός πολυπύρηνου TRAP-χρωσµένου κυττάρου, όπως επίσης και φαγοκυτταρωµένα σωµατίδια τιτανίου που είναι παρόντα τόσο σε ινοβλάστες όσο και σε πολυπύρηνα κύτταρα. Επίσης µελέτες έχουν αποδείξει ότι η έκφραση του mrna που κωδικοποιεί το RANKL, την Οστεοπροτεγερίνη και το RANK σε περιπροθετικούς ιστούς σχετίζεται µε τις οστεολυτικές περιοχές 386,399. Eίναι πιθανό ότι η ισορροπία µεταξύ RANKL και Οστεοπροτεγερίνης συσχετίζεται παθογενετικά µε την οστική απώλεια κοντά σε χαλαρές αρθροπλαστικές 386. Ο Crotti και οι συνεργάτες του 372 έλεγξαν την υπόθεση παραγωγής πρωτεΐνης και έκφρασης mrna του RANKL και της Οστεοπροτεγερίνης από κύτταρα περιπροθετικών ιστών. Μελέτησαν την πιθανότητα η διαταραχή της ισορροπίας παραγωγής τους να σχετίζεται µε την οστική απώλεια. Οι ερευνητές έλαβαν ιστικά δείγµατα από οστεολυτικές ζώνες ασθενών, που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής ισχίου, γόνατος, αγκώνα αλλά και καρπού, λόγω άσηπτης χαλάρωσης. Τα αποτελέσµατα συγκρίθηκαν µε αυτά δειγµάτων από ιστό αρθρικού υµένα ασθενών που λήφθηκε στη διάρκεια πρωτογενούς ολικής αρθροπλαστικής ή µετά από αρθροσκόπηση για διάφορους άλλους λόγους. Χρησιµοποιήθηκαν οι κατάλληλες ανοσοϊστοχηµικές µέθοδοι για την εκτίµηση του αποτελέσµατος 372. Στη µελέτη αυτή, η έκφραση της πρωτεΐνης RANKL ήταν µεγαλύτερη σε ιστούς λαµβανόµενους από οστεολυτικές περιοχές περιπροθετικών ιστών, σε σύγκριση µε φυσιολογικούς ή άλλους ιστούς που είχαν ληφθεί από ασθενείς µε Οστεοαρθρίτιδα (Εικόνα 33). Το RANKL στους περιπροθετικούς ιστούς εκφραζόταν κυρίως στο κυτταρόπλασµα οµάδων φλεγµονωδών κυττάρων, σε στενή σχέση µε τα σωµατίδια φθοράς. Ανοσοϊστοχηµικές µέθοδοι και in situ υβριδισµός, σε επαναλαµβανόµενες τοµές περιπροθετικών ιστών, ανέδειξαν ότι τόσο η πρωτεΐνη RANKL ( Εικόνα 33α) όσο και το RANKL mrna (Εικόνα 33 f), εκφραζόταν από πληθώρα κυττάρων που περιείχαν προϊόντα φθοράς των προθέσεων. Χρώσεις πρωτεϊνών και mrna σε επαναλαµβανόµενες τοµές, έδειξαν ότι τα κύτταρα που εξέφραζαν RANKL πρωτεΐνη είχαν τάση να είναι τα ίδια κύτταρα που εξέφραζαν RANKL mrna.rank mrna εκφραζόταν σχεδόν αποκλειστικά σε κύτταρα περιπροθετικών 109

110 ιστών ( Εικόνα 33c), ειδικά πολυπύρηνων κυττάρων που περιείχαν προϊόντα φθοράς πολυαιθυλενίου. Εικόνα 33: Το πάνελ 372 αναδεικνύει : α) έκφραση πρωτεΐνης RANKL ( µε κόκκινο) σε ιστούς που λήφθηκαν από ασθενή που υποβλήθηκε σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής, λόγω χαλάρωσης, (b) έκφραση Οστεοπροτεγερίνης ( µε κόκκινο) σε ιστούς που λήφθηκαν από ασθενή που υποβλήθηκε σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής, λόγω χαλάρωσης, (c) έκφραση RANK mrna ( βαθύ µπλε) σε κύτταρα που περιέχουν σωµατίδια πολυαιθυλενίου σε ιστούς που ελήφθησαν από ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής, λόγω χαλάρωσης (d) έκφραση πρωτεΐνης RANKL σε αρθρικό ιστό που λήφθηκε από ασθενή µε οστεοαρθρίτιδα, (e) έκφραση Οστεοπροτεγερίνης σε αρθρικό ιστό που λήφθηκε από ασθενή µε οστεοαρθρίτιδα, (f) έκφραση RANKL mrna σε ιστούς λαµβανόµενους από ασθενή που υποβλήθηκε σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής, λόγω χαλάρωσης ( εικόνες σε µεγέθυνση περίπου χ200). Το πρότυπο έκφρασης της πρωτεΐνης της Οστεοπροτεγερίνης ήταν εντελώς διαφορετικό, σε σύγκριση µε του RANKL. H Οστεοπροτεγερίνη σχετιζόταν κυρίως µε αιµοφόρα αγγεία σε περιπροθετικούς ιστούς (Εικόνα 34 b), οστεοαρθρίτιδα (Εικόνα 34c) και φυσιολογικούς ιστούς. Παρά το γεγονός ότι η έκφραση της πρωτεΐνης της Οστεοπροτεγερίνης παρουσίασε στενή σχέση µε αιµοφόρα αγγεία σε όλους τους τύπους ιστών, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι τα επίπεδα έκφρασης της µειωνόταν σε ιστούς αποτυχηµένων προθέσεων (Εικόνα 34b), σε σύγκριση µε ιστούς που λαµβάνονταν από ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα ( Εικόνα 34c) 110

111 Εικόνα 34: Το πάνελ 372 αναδεικνύει: ( α) έκφραση της πρωτεΐνης RANKL ( κόκκινο) και CD3 (µπλε) σε ιστούς λαµβανόµενους από ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής, λόγω χαλάρωσης,( b) έκφραση της πρωτεΐνης OPG ( κόκκινο) και του παράγοντα VIII (µπλε) σε ιστούς αρθρικού υµένα, λαµβανόµενους από ασθενείς που έπασχαν από οστεοαρθρίτιδα, (c) έκφραση του OPG mrna ( κόκκινο) σε αρθρικούς ιστούς που είχαν ληφθεί από ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα, ( d) έκφραση της πρωτεΐνης RANKL ( κόκκινο) και CD68 (µπλε) σε ιστούς λαµβανόµενους από ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής λόγω χαλάρωσης, (e) έκφραση της πρωτεΐνης OPG (κόκκινο) και του παράγοντα VIII (µπλε) σε αρθρικούς ιστούς λαµβανόµενους από ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής λόγω χαλάρωσης, (f) έκφραση του TRAP (κόκκινο) σε ιστούς λαµβανόµενους από ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση ολικής αρθροπλαστικής, λόγω χαλάρωσης ( εικόνες σε µεγέθυνση περίπου χ200). ιπλή χρώση µε σκοπό την ανάδειξη πρωτεΐνης RANKL και CD3 θετικών κυττάρων, ανέδειξε πως µικρός αριθµός CD3 θετικών/ T κυττάρων ήταν παρόντα στους περιπροθετικούς ιστούς ( Εικόνα 34). Επίσης αυτά που ήταν παρόντα δεν εξέφραζαν την πρωτεΐνη RANKL ( Εικόνα 34a). Ωστόσο πολλά CD68 θετικά κύτταρα (µακροφάγα) ήταν παρόντα στους περιπροθετικούς ιστούς. Περίπου 50% αυτών των κυττάρων εξέφραζαν πρωτεΐνη RANKL (Εικόνα 34d). Τα CD68 θετικά κύτταρα αν και ήταν παρόντα επίσης στους οστεοαρθριτικούς και φυσιολογικούς ιστούς, σπάνια εξέφραζαν πρωτεΐνη RANKL. ιπλή χρώση για Οστεοπροτεγερίνη και παράγοντα VIII ανέδειξε, ότι ενδοθηλιακά κύτταρα εξέφραζαν Οστεοπροτεγερίνη τόσο σε οστεοαρθριτικούς ασθενείς (Εικόνα 34b) όσο και σε περιπροθετικούς ιστούς ( Εικόνα 34c) Η χρώση περιπροθετικού ιστού ανέδειξε ότι το mrna OPG εκφραζόταν επίσης σε ενδοθηλιακά κύτταρα ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα ( Εικόνα 34c). 111

112 Πολλά πολυπύρηνα κύτταρα που περιείχαν σωµατίδια πολυαιθυλενίου εξέφραζαν την πρωτεΐνη TRAP ( Εικόνα 34f). Το TRAP δεν εκφραζόταν στους φυσιολογικούς αρθρικούς ιστούς και ήταν µόνο ασθενώς παρών σε ένα ιστό που λήφθηκε από ασθενή µε οστεοαρθρίτιδα. Η έκφραση τόσο του TRAP όσο και του RANKL παρουσίασε στατιστικά σηµαντικά υψηλότερες τιµές στους περιπροθετικούς ιστούς χαλαρών ενδοπροθέσεων, σε σχέση µε φυσιολογικούς ή ιστούς από οστεοαρθρίτιδα. Αντίθετα η έκφραση της Οστεοπροτεγερίνης ήταν ασθενέστερη σε περιπροθετικούς ιστούς σε σχέση µε ιστούς από ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα. Τα ευρήµατα αυτά αλλά και άλλων µελετών που προαναφέρθηκαν αναδεικνύουν πιθανή σχέση της διαταραχής µεταξύ Οστεοπροτεγερίνης/ RANKL στην απώλεια ενσωµάτωσης των προθέσεων. Η µελέτη του Koreny ήταν η κύρια αιτία µελέτης του TRAP στη δική µας έρευνα. 3.Συγκριτικές µελέτες ελέγχου, διαφορών στις συγκεντρώσεις βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στο περιφερικό αίµα,µεταξύ σταθερών και χαλαρών αρθροπλαστικών. Τα επίπεδα στο περιφερικό αίµα των πρωτεϊνών RANKL και OPG έχουν προταθεί ως δείκτες οστικής ανακατασκευής, σε ποικιλία κλινικών καταστάσεων. εν υπάρχουν ωστόσο ολοκληρωµένα δεδοµένα όσον αφορά τη διαγνωστική τους αξία Το ίδιο ανεπαρκή είναι τα δεδοµένα αναφορικά µε τη χρήση των επιπέδων τους στο περιφερικό αίµα, ως δείκτες ενσωµάτωσης προθέσεων ή περιπροθετικής χαλάρωσης. Ανεξάρτητα από την πιθανή συµµετοχή των RANKL και OPG στην παθογένεση της περιπροθετικής οστεόλυσης, λίγα είναι γνωστά αναφορικά µε τη χρησιµότητα εκτίµησης των επιπέδων των δεικτών στο περιφερικό αίµα, ως µέτρο ενσωµάτωσης των προθέσεων. εν υπάρχει έως τώρα συστηµατική µελέτη της πορείας των δεικτών στο περιφερικό αίµα ασθενών µε οστεοαρθρίτιδα, µετά εγχείρηση ολικής αρθροπλαστικής ισχίου ή γόνατος. Επίσης η συσχέτιση των επιπέδων των δεικτών µε τη µετεγχειρητική πορεία των ασθενών δεν έχει διευκρινιστεί. Ο µικρός όγκος βιβλιογραφικών δεδοµένων είναι επικεντρωµένος γύρω από τη χρήση των δεικτών, στην εκτίµηση της ύπαρξης άσηπτης χαλάρωσης ολικών αρθροπλαστικών Συγκεκριµένα υπάρχουν βιβλιογραφικές αναφορές όπου τα επίπεδα διαφόρων ΒΟ Μ, συγκρίνονται µεταξύ οµάδων ασθενών που πάσχουν από άσηπτη χαλάρωση αρθροπλαστικής και οµάδων µε µη χαλαρωµένη πρόθεση ή και οµάδα ελέγχου. Σκοπός αυτών των εργασιών ήταν να αναδειχθεί η χρησιµότητα τους, ως δείκτες πρώιµης αναγνώρισης της χαλάρωσης των προθέσεων. Πρόκειται συνήθως για µελέτες ασθενών µαρτύρων, χαµηλού επιπέδου τεκµηρίωσης, µε µικρό αριθµό ασθενών. Ένα από τα βασικότερα µειονεκτήµατα τους είναι ότι δεν µπορούν να αποδείξουν τη χρησιµότητα των δεικτών, καθώς δεν είναι γνωστή η προοπτική φυσιολογική πορεία των τιµών των δεικτών µετά από την αρθροπλαστική Για να θεωρηθούν οι τιµές των βιοχηµικών δεικτών στις 112

113 µελέτες αυτές ως παθολογικές, θα έπρεπε να γνωρίζουµε τη φυσιολογική πορεία τους στο περιφερικό αίµα µετά από ολική αρθροπλαστική ισχίου ή γόνατος, για κάθε συγκεκριµένο ασθενή. Στη µελέτη των Schneider και των συνεργατών του 373 εκτιµήθηκαν 50 ασθενείς µε χαλάρωση ολικής αρθροπλαστικής ισχίου, που επρόκειτο να υποβληθούν σε αναθεώρηση. Η επιβεβαίωση της ύπαρξης χαλάρωσης της αρθροπλαστικής γινόταν διεγχειρητικά. Οι ερευνητές συνέκριναν την οµάδα αυτή των ασθενών µε µια άλλη οµάδα, συγκρίσιµη ως προς την ηλικία και το φύλο, µε σταθερή πρόθεση τόσο κλινικά όσο και ακτινολογικά. Οι δύο οµάδες ήταν συγκρίσιµες επίσης, και ως προς τον τύπο της πρόθεσης που χρησιµοποιήθηκε. Η µελέτη πραγµατοποιήθηκε 10 χρόνια περίπου, µετά την πρωτογενή ολική αρθροπλαστική. Στην πλειοψηφία τους οι προθέσεις είχαν τοποθετηθεί µε τσιµέντο και στις δύο οµάδες. Στην οµάδα ασθενών µε χαλαρή πρόθεση, 10 µηριαία, 18 κοτυλιαία και 22 διπλά τµήµατα προθέσεων παρουσίασαν χαλάρωση. Οι ερευνητές προσδιόρισαν στο περιφερικό αίµα ασθενών δείκτες οστικής παραγωγής ( οστικό κλάσµα της Αλκαλικής Φωσφατάσης, Οστεοκαλσίνη και προπεπτίδια του Προκολλαγόνου τύπου I) αλλά και δείκτες οστικής απορρόφησης στα ούρα αυτών( Πυριδινολίνη, εοξυπυριδινολίνη, και ιασταυρούµενα Τελοπεπτίδια του Κολλαγόνου τύπου Ι), διορθωµένα ως προς την κρεατινίνη 373. εν υπήρχε στατιστικά σηµαντική διαφορά στη µέση τιµή του οστικού κλάσµατος Αλκαλικής Φωσφατάσης, των προπεπτιδίων του Προκολλαγόνου τύπου I, του ασβεστίου και της κρεατινίνης στο περιφερικό αίµα, µεταξύ των δύο οµάδων 373. Ωστόσο τα επίπεδα στο περιφερικό αίµα της Οστεοκαλσίνης ως δείκτη οστικής παραγωγής και της Πυριδινολίνης, εοξυπυριδινολίνης, και των αµινοτελικών διασταυρούµενων τελοπεπτίδιων του Κολλαγόνου τύπου Ι, ως δεικτών οστικής απορρόφησης, ήταν στατιστικά σηµαντικά αυξηµένα, στην οµάδα µε χαλαρή ενδοπρόθεση( εικόνα 35). εν υπήρχαν πάντως διαφορές στις τιµές των δεικτών στο περιφερικό αίµα, µεταξύ οµάδων ασθενών µε προθέσεις που τοποθετήθηκαν µε τσιµέντο, χωρίς τσιµέντο καθώς και των υβριδίων. Τα διασταυρούµενα αµινοτελικά τελοπεπτίδια του κολλαγόνου τύπου Ι θεωρήθηκαν ως ο δείκτης µε τη µεγαλύτερη ευαισθησία και ειδικότητα,όσον αφορά την εκτίµηση της χαλάρωσης των προθέσεων. Η χρησιµοποίηση του δείκτη διέγνωσε µε ακρίβεια 85%, την ύπαρξη άσηπτης χαλάρωσης. a) b) 113

114 c) d) Εικόνα 35 : Αυξηµένα επίπεδα στο περιφερικό αίµα Οστεοκαλσίνης (α) και στα ούρα Πυριδινολίνης (b), εοξυπυριδινολίνης (c) και αµινοτελικών διασταυρούµενων τελοπεπτιδίων κολλαγόνου τύπου Ι (d) στην οµάδα ασθενών µε χαλάρωση αρθροπλαστικής,σε σχέση µε την οµάδα ατόµων µε σταθερή πρόθεση 373. Σε µια παρόµοια µελέτη ο Savarino 375 και οι συνεργάτες του, συνέκριναν στο περιφερικό αίµα τα επίπεδα δύο βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού (καρβοξυτελικά τελοπεπτίδια του προκολλαγόνου -PICP, διασταυρούµενα αµινοτελικά τελοπεπτίδια του Κολλαγόνου τύπου Ι-NTX ) µεταξύ τριών οµάδων. Στην πρώτη οµάδα, 21 ασθενών, είχε διαγνωσθεί κλινικά και ακτινολογικά, χαλάρωση ολικής αρθροπλαστικής ισχίου. Στη δεύτερη οµάδα εντάχθηκαν 18 ασθενείς µε σταθερή ολική αρθροπλαστική, ενώ στην τρίτη οµάδα εντάχθηκαν και εξετάστηκαν 17 ασθενείς, τη χρονική στιγµή της πρωτογενούς ολικής αρθροπλαστικής. Τέλος δηµιουργήθηκε και οµάδα ελέγχου 30 φυσιολογικών ατόµων. εν υπήρχε στατιστικά σηµαντική συσχέτιση µεταξύ των τιµών στο περιφερικό αίµα των NTX και PICP και του χρόνου από την εµφύτευση του υλικού, εκφρασµένη σε µήνες ή και χρόνια. Υπήρξε στατιστικά σηµαντική αύξηση στη µέση τιµή των ΝΤΧ στους ασθενείς µε χαλάρωση της ολικής αρθροπλαστικής ( οµάδα Ι), σε σχέση µε τους ασθενείς µε σταθερή πρόθεση ( οµάδα ΙΙ ), καθώς και µε αυτούς στο προεγχειρητικό στάδιο( οµάδα ΙΙΙ). εν υπήρξε σηµαντική διαφορά µεταξύ των οµάδων ΙΙ και ΙΙΙ, αναφορικά µε τις τιµές των ΝΤΧ( εικόνα 36). Ωστόσο η έκταση της οστεόλυσης γύρω από τις χαλαρές αρθροπλαστικές, δεν παρουσίασε συσχέτιση µε τη µέση τιµή των ΝΤΧ. 114

115 Εικόνα 36: Θηκογράµµατα 375 των τιµών ΝΤΧ και PICP σε ασθενείς µε χαλάρωση αρθροπλαστικής (loosening prostheses), σταθερή πρόθεση (stable prostheses) και προεγχειρητικό στάδιο (pre-surgery) καθώς και τις τιµές του Mann-Whitney test που χρησιµοποιήθηκε για τη σύγκριση µεταξύ δύο οµάδων. Η διακεκοµµένη γραµµή αναπαριστά το φυσιολογικό ανώτερο όριο ( 95 ο εκατοστηµόριο ) για τις τιµές ΝΤΧ και PICP φυσιολογικών ατόµων και το Kruskal-Wallis test, που χρησιµοποιήθηκε για τη σύγκριση όλων των οµάδων( τιµή p=0.03 για τα ΝΤΧ και p=0.48 για τα PICP) 375. Οι τιµές στο περιφερικό αίµα των PICP δεν ήταν διαφορετικές µεταξύ των ασθενών µε χαλάρωση της αρθροπλαστικής και αυτών της οµάδας ΙΙΙ ( προεγχειρητικό στάδιο). Ωστόσο και οι δύο οµάδες παρουσίασαν τιµές χαµηλότερες σε σχέση µε τα άτοµα που είχαν σταθερές προθέσεις( εικόνα 36). Σε µια πρόσφατα δηµοσιευµένη εργασία ασθενών µαρτύρων, οι Gracchi 376 και οι συνεργάτες της συνέκριναν τα επίπεδα των OPG / RANKL στο περιφερικό αίµα τριών οµάδων ασθενών. Στην πρώτη οµάδα οι ασθενείς είχαν αποδεδειγµένα χαλαρή ενδοπρόθεση ισχίου, στη δεύτερη είχαν σταθερή ενδοπρόθεση ισχίου ενώ η τρίτη ήταν οµάδα ελέγχου. Οι ερευνητές ανέφεραν σηµαντικά υψηλότερα επίπεδα της OPG στο περιφερικό αίµα ασθενών µε άσηπτη χαλάρωση αρθροπλαστικής ισχίου όπως και ασθενών µε THR µε τσιµέντο, ή ασθενών που δεν είχαν ακόµη υποβληθεί σε αρθροπλαστική σε σχέση µε ασθενείς που είχαν σταθερές προθέσεις ισχίου. Πιο συγκεκριµένα η ερευνητής συνέλλεξε 128 δείγµατα αίµατος. 39 ασθενείς έπασχαν από βαριάς µορφής οστεοαρθρίτιδα και ήταν υποψήφιοι για ολική αρθροπλαστική ισχίου, ενώ 33 ασθενείς είχαν ήδη υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική ισχίου που ήταν κλινικά και ακτινολογικά σταθερή. 36 ασθενείς είχαν υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική ισχίου αλλά υπήρχαν κλινικά και ακτινολογικά σηµεία χαλάρωσης της αρθροπλαστικής. Οι υπόλοιποι 28 ήταν φυσιολογικοί εθελοντές. Τα τρία τέταρτα των ασθενών έπασχαν από ιδιοπαθή οστεοαρθρίτιδα, ενώ στους υπόλοιπους το κύριο αίτιο της πάθησης ήταν η αναπτυξιακή δυσπλασία του ισχίου. Οι τρεις οµάδες ήταν συγκρίσιµες στην αναλογία των υποκείµενων παθήσεων. Οι ασθενείς που έπασχαν από οποιοδήποτε µεταβολικό, ρευµατολογικό ή αυτοάνοσο νόσηµα ή πιθανή λοίµωξη του ισχίου που θα µπορούσε να επηρεάσει τις µετρήσεις αποκλείστηκαν από τη µελέτη 376. Χαλαρή θεωρήθηκε η πρόθεση στην οποία ένα τουλάχιστον τµήµα της, µε βάση τα κλινικά και παρακλινικά στοιχεία, έπρεπε να αντικατασταθεί. Ένδειξη αναθεώρησης ήταν ο πόνος σε συνδυασµό µε σηµεία περιπροθετικής χαλάρωσης. Η χαλάρωση της ολικής αρθροπλαστικής εκτιµήθηκε µε τη χρήση σπινθηρογραφήµατος τριών φάσεων µε τεχνήτιο. Ο αποκλεισµός σηπτικής χαλάρωσης έγινε µε σπινθηρογράφηµα µε σεσηµασµένα λευκά αιµοσφαίρια. Ο προσδιορισµός των βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού πραγµατοποιήθηκε µε τη χρήση των κατάλληλων ανοσο-ιστοχηµικών µεθόδων. Η µέση τιµή της Οστεοπροτεγερίνης παρουσίασε σηµαντική συσχέτιση µε την ηλικία των ασθενών σε όλες τις οµάδες 376. H υψηλή συσχέτιση της 115

116 Οστεοπροτεγερίνης µε την ηλικία, ήταν εµφανής κυρίως στις ηλικιακές οµάδες άνω των 50 ετών (r=0.58, p<0.001). Οι συγγραφείς έλαβαν υπόψη τους τη σχέση Οστεοπροτεγερίνης και ηλικίας και δηµιούργησαν οµάδες συγκρίσιµες σε ηλικιακά χαρακτηριστικά, κυρίως άνω των 50 ετών ( Εικόνα 37). Στους ασθενείς µε οστεοαρθρίτιδα ισχίου, που δεν είχαν υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική, καθώς και στους ασθενείς που είχαν άσηπτη χαλάρωση της αρθροπλαστικής, η µέση τιµή της Οστεοπροτεγερίνης στο περιφερικό αίµα ήταν σηµαντικά υψηλότερη σε σχέση µε την οµάδα των υγιών εθελοντών ή την οµάδα των ατόµων που είχαν σταθερή αρθροπλαστική (p< 0.001). Τα επίπεδα του RANKL στο περιφερικό αίµα της οµάδας των ασθενών µε σταθερή πρόθεση, ήταν στατιστικά σηµαντικά υψηλότερα σε σχέση µε αυτά της οµάδας των ασθενών που δεν είχαν υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική, καθώς και αυτών που έπασχαν από άσηπτη χαλάρωση της αρθροπλαστικής ( p=0.002). Ο λόγος OPG/RANKL ήταν συγκρίσιµος σε όλες τις οµάδες, εκτός από την οµάδα ατόµων µε σταθερή αρθροπλαστική στην οποία ήταν σαφώς χαµηλότερος ( p=0.04 σε σχέση µε υγιείς, p< σε σχέση µε την οµάδα προ αρθροπλαστικής, p= σε σχέση µε την οµάδα χαλαρής αρθροπλαστικής) 376. Εικόνα 37 : Οι γραφικές παραστάσεις αναδεικνύουν την εκατοστιαία κατανοµή της ηλικίας ( a) και των επιπέδων στο περιφερικό αίµα της Οστεοπροτεγερίνης (b) στους ασθενείς µεταξύ 50 και 70 ετών και στις τέσσερις οµάδες 376 ( υγιείς εθελοντές healthy donors, προ εµφύτευσης proimplantation, σταθερή πρόθεση ισχίου stable THA, χαλαρή πρόθεση ισχίου loosened THA). Οι ερευνητές επίσης συνέκριναν τις τιµές στο περιφερικό αίµα της Οστεοπροτεγερίνης και του RANKL, σε σχέση µε το υλικό διεπιφάνειας επαφής που χρησιµοποιήθηκε στις αρθροπλαστικές( µέταλλο σε µέταλλο, κεραµικό σε κεραµικό ή µέταλλο σε πολυαιθυλένιο ) 376. Αναδείχθηκε πιθανή συσχέτιση των επιπέδων των δεικτών µε το υλικό διεπιφάνειας επαφής που χρησιµοποιήθηκε, χωρίς ωστόσο να καταλήγουν σε σαφή συµπεράσµατα, καθώς το υλικό που εξετάστηκε ήταν µικρό. Υψηλές τιµές Οστεοπροτεγερίνης ανευρέθηκαν σε ασθενείς µε χαλαρές ενδοπροθέσεις σε σχέση µε την οµάδα σταθερών προθέσεων, ανεξάρτητα από τον τύπο του εµφυτεύµατος. Χαµηλές τιµές Οστεοπροτεγερίνης 116

117 καταγράφηκαν σε ασθενείς µε ολικές αρθροπλαστικές µετάλλου σε µέταλλο, αλλά ο χαµηλός αριθµός των ασθενών δεν επέτρεψε αξιόπιστη στατιστική ανάλυση.οι ασθενείς που είχαν υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική ισχίου κεραµικού σε κεραµικό, παρουσίασαν στατιστικά σηµαντική αύξηση στις τιµές του RANKL ( p=0.001), σε σχέση µε τους άλλους τύπους υλικών που χρησιµοποιήθηκαν. Συνεπώς µικρότερος λόγος OPG/RANKL βρέθηκε στις αρθροπλαστικές κεραµικού σε κεραµικό σε σύγκριση µε τους δύο άλλους τύπους αρθροπλαστικής, χωρίς οι συγκρίσεις να επηρεάζονται από την ηλικία. Εικόνα 38 : Επίπεδα ορού της OPG, του RANKL καθώς και του πηλίκου OPG/RANKL µεταξύ οµάδων ασθενών που είχαν ακτινολογικά ευρήµατα χαλάρωσης της µηριαίας και κοτυλιαίας πρόθεσης( femur and acetabulum), της οµάδας ασθενών που υποβλήθηκε σε αναθεώρηση µόνο του ενός τµήµατος της πρόθεσης( femur or acetabulum), αλλά και της οµάδας ασθενών µε σταθερή πρόθεση ( no osteolysis) 376. Η Gracchi επίσης συνέκρινε τα επίπεδα των µέσων τιµών των συγκεντρώσεων της Οστεοπροτεγερίνης, του RANKL και του πηλίκου OPG/RANKL, σε σχέση µε την έκταση της οστεόλυσης στον ακτινολογικό έλεγχο των χαλαρών αρθροπλαστικών. Χρησιµοποίησαν την ταξινόµηση του Gruen 404 για το εγγύς τµήµα του µηριαίου και την ταξινόµηση του DeLee και Charnley 405 για την περικοτυλιαία οστεόλυση. Χαλάρωση τόσο της µηριαίας όσο και της κοτυλιαίας πρόθεσης βρέθηκε σε δεκαοκτώ από τις τριάντα έξι αρθροπλαστικές. Σε τρεις περιπτώσεις παρατηρήθηκε χαλάρωση στη µηριαία πρόθεση, ενώ στην κοτύλη σε δεκαπέντε. 117

118 Η µέση τιµής της Οστεοπροτεγερίνης ήταν στατιστικά σηµαντικά υψηλότερη στους ασθενείς µε χαλάρωση τόσο της µηριαίας όσο και της κοτυλιαίας πρόθεσης, σε σχέση µε τους ασθενείς στους οποίους παρατηρήθηκε χαλάρωση µόνο του ενός τµήµατος της πρόθεσης ή και σε αυτούς µε σταθερή αρθροπλαστική ( Εικόνα 38). Η µέση τιµή του RANKL ήταν αυξηµένη στην οµάδα ασθενών µε σταθερή ολική αρθροπλαστική σε σχέση µε την οµάδα χαλάρωσης ενός ή και των δύο τµηµάτων της πρόθεσης. Ο λόγος OPG/RANKL ήταν σηµαντικά µειωµένος επί απουσίας οστεόλυσης. Ο λόγος αυτός παρουσίασε στατιστικά σηµαντικά υψηλότερη τιµή στις αρθροπλαστικές µε χαλάρωση ενός ή δύο τµηµάτων, σε σχέση µε σταθερές αρθροπλαστικές. Τέλος η µέση τιµή του RANKL στο περιφερικό αίµα καθώς και ο λόγος OPG/RANKL συσχετίστηκε µε την έκταση της οστεόλυσης γύρω από τη µηριαία πρόθεση( r= 0.38, p=0.02 και r=-0.29, p=0.04 αντίστοιχα). Ανάλογη συσχέτιση δεν προέκυψε για τις τιµές των δεικτών σε σχέση µε την έκταση της περικοτυλιαίας οστεόλυσης. Οι συγγραφείς υποστήριξαν τη χρησιµότητα της µέτρησης των συγκεκριµένων δεικτών στο περιφερικό αίµα ασθενών, ως δείκτη χαλάρωσης των αρθροπλαστικών ισχίου. Πρότειναν ωστόσο τη διενέργεια προοπτικών µελετών για τη διευκρίνιση της διαγνωστικής αξίας των OPG/RANKL ως δεικτών εκτίµησης της σταθερότητας της ενδοπρόθεσης ή και ως πρώιµο προγνωστικό δείκτη άσηπτης χαλάρωσης. Η µελέτη αυτή των Gracchi και συνεργατών, αποτέλεσε ένα από τους κυριότερους λόγους επιλογής των δύο αυτών βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στη δική µας µελέτη. 4. Προοπτικές µελέτες της πορείας των επιπέδων βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στο περιφερικό αίµα, µετά από ολικές αρθροπλαστικές Παρά τα αισιόδοξα ερευνητικά αποτελέσµατα της χρήσης Β ΟΜ στην εκτίµηση της άσηπτης χαλάρωσης ενδοπροθέσεων, δεν χρησιµοποιούνται στην πράξη στην παρακολούθηση της ενσωµάτωσης των υλικών αρθροπλαστικής στο οστούν στην άµεση και απώτερη µετεγχειρητική περίοδο. Η παρακολούθηση γίνεται κατά κύριο λόγο µε τη χρήση απλού ακτινολογικού ελέγχου, σπινθηρογραφήµατος και κλινικής εξέτασης. εν υπάρχουν έως τώρα αξιόπιστες αντικειµενικές µετρήσεις που να µπορούν να αντικαταστήσουν τη χρήση τους, στην εκτίµηση της µετεγχειρητικής πορείας ενσωµάτωσης των προθέσεων στους ασθενείς. Η πιο συστηµατική παρακολούθηση του οστικού µεταβολισµού µετά από επεµβάσεις ολικής αρθροπλαστικής, θα µπορούσε δυνητικά να δώσει πολύτιµες πληροφορίες σχετικά µε την οστεοενσωµάτωση των προθέσεων και την οστική ανακατασκευή. Πιθανότατα θα µπορούσε να συνεισφέρει και στην πρώιµη διάγνωση της άσηπτης χαλάρωσης. Η ιδέα της χρήσης βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού στην πρώιµη ανίχνευση οστεόλυσης είναι ελκυστική, αλλά µη καλά τεκµηριωµένη. Μικρός αριθµός µελετών κατέγραψε µεταβολές στα επίπεδα των βιοχηµικών δεικτών, στην πρώιµη µετεγχειρητική περίοδο µετά από ολική 118

119 αρθροπλαστική Oι µεταβολές αυτές παρακολουθήθηκαν και καταγράφηκαν για διάστηµα όχι µεγαλύτερο των 6 µετεγχειρητικών µηνών, µετά από επέµβαση ολικής αρθροπλαστικής ισχίου. Η ακριβής λοιπόν πορεία των Β ΟΜ που µελετήθηκαν δεν έχει ακόµη τεκµηριωθεί. Καµία από τις µελέτες αυτές δεν κατέγραψε προοπτικά τις τιµές των TRAP, RANKL και OPG. Ο Schneider και οι συνεργάτες του 406 µελέτησαν τις µεταβολές τεσσάρων βιοχηµικών δεικτών οστικού µεταβολισµού, σε 63 ασθενείς µετά από ολική αρθροπλαστική ισχίου ή γόνατος. Συγκεκριµένα καταγράφηκαν οι µεταβολές δύο δεικτών οστικής παραγωγής, του οστικού κλάσµατος της Αλκαλικής Φωσφατάσης (BALP) και των προπεπτιδίων του Προκολλαγόνου τύπου Ι (PICP), καθώς και δύο δεικτών οστικής απορρόφησης, των αµινοτελικών διασταυρούµενων τελοπεπτιδίων Κολλαγόνου τύπου Ι (ΝΤΧ) και της εοξυπυριδινολίνης (DPD). Όλοι οι ασθενείς έπασχαν από προχωρηµένου βαθµού οστεοαρθρίτιδα ισχίου ή γόνατος και είχαν υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική. Οι ερευνητές απέκλεισαν ασθενείς που έπασχαν ταυτόχρονα από µεταβολικές, ενδοκρινολογικές ή άλλες παθήσεις, που θα µπορούσαν να επηρεάσουν τα επίπεδα των βιοχηµικών οστικών δεικτών. Η µέση ηλικία των ασθενών ήταν 63 έτη. Από τους 43 ασθενείς που είχαν υποβληθεί σε ολική αρθροπλαστική ισχίου, στους 19 είχε τοποθετηθεί πρόθεση µε τσιµέντο, ενώ στους υπόλοιπους 23 µη τσιµεντένια πρόθεση. Σε όλους τους ασθενείς που υποβλήθηκαν σε ολική αρθροπλαστική γόνατος, η πρόθεση τοποθετήθηκε µε τσιµέντο. 25% των ασθενών είχαν υποβληθεί, προ έτους, ετερόπλευρα, σε ολική αρθροπλαστική. Η µέτρηση των δεικτών ούρων γινόταν προεγχειρητικά,σε πρωινά δείγµατα νηστείας και στη συνέχεια την 3 η, 10 η,17 η,24 η,45 η και 180 η ηµέρα. Για τους δείκτες αίµατος οι αιµοληψίες έγιναν προεγχειρητικά και την 3 η,7 η,10 η,14 η και 90 η ηµέρα. Μετεγχειρητικά και οι τέσσερις δείκτες παρουσίασαν στατιστικά σηµαντικές αλλαγές στην πορεία του χρόνου. Πιο λεπτοµερή ανάγνωση των αποτελεσµάτων ανέδειξε διαφορές στην πορεία των βιοχηµικών δεικτών µεταβολισµού ( εικόνα 39). Η µέση τιµή του οστικού κλάσµατος της Αλκαλικής Φωσφατάσης παρουσίασε µια αρχική πτώση άµεσα µετεγχειρητικά. Τα επίπεδα της όσο και των PICP παρουσίασαν αύξηση από την τρίτη µετεγχειρητική ηµέρα, που διατηρήθηκε και στη συνέχεια. Τα επίπεδα του balp έφτασαν τις προεγχειρητικές τιµές την 14 η ηµέρα, ενώ οι υψηλότερες τιµές του εµφανίστηκαν την 90 η µετεγχειρητική ηµέρα. Τα επίπεδα των PICP παρουσίασαν ελαφρά υψηλότερες τιµές την 90 η ηµέρα σε σχέση µε την προεγχειρητικές τιµές. Τα υψηλότερα επίπεδα τους εµφανίστηκαν την 14 η ηµέρα ( Εικόνα 39). 119

120 Εικόνα 39 : Κατανοµή των τεσσάρων δεικτών οστικού µεταβολισµού balp, PICP, NTX και DPD στη µετεγχειρητική περίοδο των 90 και 180 ηµερών αντίστοιχα. Ο= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες ( ή µικρότερες) από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 1.5 φορά το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος *= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 3 φορές το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος 406. Η πορεία των επιπέδων των δεικτών balp και PICP στην µετεγχειρητική περίοδο ήταν συγκρίσιµη µεταξύ των τριών διαφορετικών υποοµάδων ( ολική αρθροπλαστική ισχίου µε τσιµέντο και χωρίς τσιµέντο, ολική αρθροπλαστική γόνατος µε τσιµέντο). Σε κάθε υποοµάδα τα επίπεδα του οστικού κλάσµατος της Αλκαλικής Φωσφατάσης παρέµειναν χαµηλά µεταξύ της τρίτης και έβδοµης µετεγχειρητικής ηµέρας. ( εικόνα 40) Εικόνα 40: Η πορεία των επιπέδων του οστικού κλάσµατος Αλκαλικής Φωσφατάσης (ΒAP) στις τρεις υποοµάδες στη µετεγχειρητική περίοδο των πρώτων 90 ηµερών Ο= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες ( ή µικρότερες) από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 1.5 φορά το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος *= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 3 φορές το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος (cemented TKA 120

121 ολική αρθροπλαστική γόνατος µε τσιµέντο, cemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου µε τσιµέντο, uncemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου χωρίς τσιµέντο) 406. Αναφορικά µε τα επίπεδα των PICP στις τρεις υποοµάδες, υπήρχε µια εµφανής πτώση των τιµών του δείκτη, άµεσα µετεγχειρητικά, µόνο στην υποοµάδα ασθενών µε ολική αρθροπλαστική ισχίου µε τσιµέντο. Στην οµάδα ασθενών που υποβλήθηκαν σε αρθροπλαστική ισχίου χωρίς τσιµέντο δεν παρουσιάστηκαν διαφορές στις συγκεντρώσεις του δείκτη στη µετεγχειρητική περίοδο.( Εικόνα 41) Εικόνα 41: Η πορεία των επιπέδων PICP στις τρεις υποοµάδες στη µετεγχειρητική περίοδο των πρώτων 90 ηµερών. Ο= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες ( ή µικρότερες) από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 1.5 φορά το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος *= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 3 φορές το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος (cemented TKA ολική αρθροπλαστική γόνατος µε τσιµέντο, cemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου µε τσιµέντο, uncemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου χωρίς τσιµέντο) 406. Αντίθετα, η µέση τιµή των δύο δεικτών οστικής απορρόφησης, NTΧ και DPD δεν παρουσίασε αρχική πτώση µετεγχειρητικά. Οι µεγαλύτερες ενδιάµεσες τιµές παρουσιάστηκαν την 3 η και 45 η ηµέρα αντίστοιχα. Στην άµεση µετεγχειρητική περίοδο τα επίπεδα και των δύο δεικτών παρέµειναν ανεβασµένα µέχρι την 45 η ηµέρα. Την 180 η ηµέρα τα επίπεδα και των δύο δεικτών είχαν επανέλθει στις προεγχειρητικές τιµές (εικόνα 42). Υψηλότερα επίπεδα NTX βρέθηκαν την άµεση µετεγχειρητική περίοδο στους ασθενείς που υποβλήθηκαν σε ολική αρθροπλαστική 121

122 ισχίου και γόνατος µε τσιµέντο, σε σχέση µε ασθενείς όπου χρησιµοποιήθηκε µη τσιµεντένια πρόθεση ισχίου. ( Εικόνα 42) Εικόνα 42: Κατανοµή των επιπέδων ΝΤΧ στις τρεις υποοµάδες στη µετεγχειρητική περίοδο των πρώτων 90 ηµερών 406 Ο= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες ( ή µικρότερες) από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 1.5 φορά το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος *= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 3 φορές το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος (cemented TKA ολική αρθροπλαστική γόνατος µε τσιµέντο, cemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου µε τσιµέντο, uncemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου χωρίς τσιµέντο). Παρόµοια αποτελέσµατα παρουσίασαν και τα επίπεδα της εοξυπυριδινολίνης. Τα προεγχειρητικά επίπεδα του δείκτη στους ασθενείς µε ολική αρθροπλαστική ισχίου και γόνατος µε τσιµέντο ήταν ελαφρά υψηλότερα ( εικόνα 43). 122

123 Εικόνα 43: Κατανοµή των επιπέδων DPD στις τρεις υποοµάδες στη µετεγχειρητική περίοδο των πρώτων 90 ηµερών 406 Ο= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες ( ή µικρότερες) από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 1.5 φορά το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος *= Τιµές που ήταν µεγαλύτερες από το ανώτερο τεταρτηµόριο συν 3 φορές το µέσο διατεταρτηµοριακό εύρος (cemented TKA ολική αρθροπλαστική γόνατος µε τσιµέντο, cemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου µε τσιµέντο, uncemented THA- ολική αρθροπλαστική ισχίου χωρίς τσιµέντο). Συνοπτικά στη µελέτη αυτή 406, τα επίπεδα των δεικτών οστικής παραγωγής ελαττώθηκαν άµεσα µετεγχειρητικά. Ακολούθησε περίοδος αύξησης έως τον τρίτο µετεγχειρητικό µήνα, όπου επανήρθαν στα προ χειρουργείου επίπεδα. Τα επίπεδα των δεικτών οστικής απορρόφησης συνέχισαν να αυξάνονται και επανήλθαν στις προεγχειρητικές τιµές τον έκτο µετεγχειρητικό µήνα. Η µελέτη υποστήριξε ελάττωση στην οστική παραγωγή και αύξηση της οστικής απορρόφησης αµέσως µετά από την ολική αρθροπλαστική ισχίου ή γόνατος 406. Οι Witson και συνεργάτες 407 µελέτησαν την άµεση επίδραση του οστικού τραυµατισµού στον οστικό µεταβολισµό. Σαν µοντέλο τραυµατισµού χρησιµοποίησαν την ολική αρθροπλαστική ισχίου. Συµµετείχαν 20 ασθενείς που έπασχαν από οστεοαρθρίτιδα ισχίου και υποβλήθηκαν σε ολική αρθροπλαστική ισχίου ( 18 πρωτογενείς και 2 αναθεωρήσεις υπαρχόντων αρθροπλαστικών). Η οστική πυκνότητα των ασθενών ελέγχθηκε προεγχειρητικά µε τη χρήση διπλής ενέργειας απορροφησιοµετρία ακτινών χ (DEXA). Οι 12 από τους 20 ασθενείς επανέλαβαν τη DEXA στους έξι µήνες µετεγχειρητικά. Προεγχειρητικά αλλά και µία µε δύο ηµέρες µετά την αρθροπλαστική λήφθηκαν πρωινά δείγµατα αίµατος και ούρων. Προσδιορίστηκαν τέσσερις βιοχηµικοί δείκτες οστικού µεταβολισµού, δύο οστικής παραγωγής,η Οστεοκαλσίνη ( OC) και το Οστικό Κλάσµα της Αλκαλικής Φωσφατάσης ( ΒALP) καθώς και δύο οστικής απορρόφησης, τα αµινοτελικά διασταυρούµενα πεπτίδια Κολλαγόνου τύπου Ι ορού και ούρων ( ΝΤΧ ορού και ούρων). Μετεγχειρητικά η µέση τιµή των επιπέδων Οστεοκαλσίνης ορού µειώθηκε σηµαντικά ( 57,3%) ( Εικόνα 44). Επίσης ελάττωση παρατηρήθηκε και στη µέση τιµή των επιπέδων οστικού κλάσµατος Αλκαλικής Φωσφατάσης ( 27.6%) (Εικόνα 44). 123