Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΟΣΤΕΟΚΑΘΟΔΗΓΗΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΟΣΤΕΟΕΠΑΓΩΓΙΚΩΝ ΜΟΣΧΕΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΜΕΣΕΓΧΥΜΑΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ (ΟΣΤΕΟΠΡΟΓΟΝΙΚΩΝ)

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΝΤΟΦΑΤΝΙΑΚΗΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΧΕΙΡ. ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ: ΑΝ. ΚΑΘ. Ν. ΠΑΡΙΣΗΣ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΟΣΤΕΟΚΑΘΟΔΗΓΗΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΟΣΤΕΟΕΠΑΓΩΓΙΚΩΝ ΜΟΣΧΕΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΜΕΣΕΓΧΥΜΑΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ (ΟΣΤΕΟΠΡΟΓΟΝΙΚΩΝ) (ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΕ ΝΕΟΓΝΑ ΚΟΥΝΕΛΙΩΝ) ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΣΑΑΝΤ ΜΠΟΤΖΙ ΧΕΙΡΟΥΡΓΟΣ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2008

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΟΜΕΑΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΝΤΟΦΑΤΝΙΑΚΗΣ ΧΕΙΡΟΥΡΓΙΚΗΣ ΧΕΙΡ. ΕΜΦΥΤΕΥΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΑΚΤΙΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΟΜΑΤΟΣ ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ: ΑΝ. ΚΑΘ. Ν. ΠΑΡΙΣΗΣ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΟΣΤΕΟΚΑΘΟΔΗΓΗΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΟΣΤΕΟΕΠΑΓΩΓΙΚΩΝ ΜΟΣΧΕΥΜΑΤΩΝ ΣΤΗ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΜΕΣΕΓΧΥΜΑΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ (ΟΣΤΕΟΠΡΟΓΟΝΙΚΩΝ) (ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΕ ΝΕΟΓΝΑ ΚΟΥΝΕΛΙΩΝ) ΣΑΑΝΤ ΜΠΟΤΖΙ ΧΕΙΡΟΥΡΓΟΣ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΟΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ που εκπονήθηκε στην Οδοντιατρική Σχολή του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΜΕΛΗ ΤΗΣ ΕΠΤΑΜΕΛΟΥΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ Ν. Νάτσινας Ν. Νάτσινας Επίκουρος Καθηγητής Επίκουρος Καθηγητής Μ. Κανελλάκη-Κυπαρίσση Μ. Κανελλάκη-Κυπαρίσση Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Π. Παπαδημητρίου Π. Παπαδημητρίου Ομότιμη Καθηγήτρια Ομότιμη Καθηγήτρια Δ. Αντωνιάδης, Καθηγητής Κ. Κουζή-Κολιάκου Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Α. Τσίρλης ΑναπληρωτήςΚαθηγητής Ι. Δημητρακόπουλος Αναπληρωτής Καθηγητής

3 Στη μνήμη της μητέρας μου...

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1 Σελ. ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Α. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΑΤΟΜΙΚΗΣ, ΙΣΤΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ 1. Μακροσκοπική δομή των οστών 3 2. Ιστολογική δομή του οστίτη ιστού Τα οστικά κύτταρα Θεμέλια ουσία Περιόστεο και ενδόστεο Τύποι του οστίτη ιστού Ιστογένεση των οστών Ενδομεμβρανώδης οστεοποίηση Ενδοχόνδρια οστεοποίηση Μηχανισμοί της ασβεστοποίησης Μοριακή δομή του οστίτη ιστού Αναγέννηση των ιστών Οστική αναγέννηση α Οστεογενετικοί αναπτυξιακοί παράγοντες β Μορφογενετικές πρωτεΐνες Φυσιολογία των οστών Μεταβολισμός των οστών 26 Β. ΟΣΤΙΚΑ ΜΟΣΧΕΥΜΑΤΑ 1. Ιστορική ανασκόπηση Αυτομοσχεύματα Αλλομοσχεύματα GRAFTON Αλλοπλαστικά, Ξενομοσχεύματα και Υλικά Ιστικής Μηχανικής Υδροξυαπατίτης 42

5 Σελ. 4.2 Ετερομοσχεύματα-ξενομοσχεύματα α Bio-oss. Υλικά από βόεια, ανόργανη οστική θεμέλια ουσία β BIOTECK. Απασβεστωμένη, μη τροποποιημένη, μεταλλική θεμέλια οστική ουσία Συνθετικά οστικά υλικά α Οsteogen β Ορθοφωσφορικό ασβέστιο (TCP) γ Υλικά από ανθρακικό ασβέστιο Κοραλλίνη δ Ασβεστούχα άλγη ε Πολυμερή αντικατάστασης σκληρού οστού ζ Βιοενεργά κεραμικά υλικά η Θειικό ασβέστιο Αυξητικά οστικά υλικά Οστεοκαθοδήγηση Οστεοεπαγωγή Οστεογένεση 66 Γ. ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΝΑΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΟΣΤΟΥ 1. Γενικά Μετά την τοποθέτηση οστικών μοσχευμάτων 71 ΕΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Α. Υλικά και μέθοδος Πειραματόζωα Ομαδοποίηση Προεγχειρητική προετοιμασία Χειρουργική τοποθέτηση μοσχευμάτων α Υποπεριοστικά μοσχεύματα β Υποδόρια μοσχεύματα Ευθανασία των πειραματόζωων και λήψη ιστολογικού υλικού 83

6 Σελ. 2. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Επεξεργασία των ιστοτεμαχίων για παρατήρηση στο οπτικό μικροσκόπιο Επεξεργασία των ιστολογικών τομών για την εφαρμογή ανοσο-ιστοχημικής τεχνικής και χρώσης α Προετοιμασία των τομών β Ανίχνευση και χρώση 86 Β. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ευρήματα μετά από παρατήρηση και φωτογράφηση των ιστολογικών τομών στο οπτικό μικροσκόπιο, μετά από χρώση με αιματοξυλίνη-εωσίνη ΟΜΑΔΑ Β (Τοποθέτηση μοσχεύματος Bioteck - Ζωικής προέλευσης ετερομόσχευμα οστεοκαθοδηγητικό) α Υποπεριοστικά (ΒΠ) β Υποδόρια (ΒΔ) ΟΜΑΔΑ G (Τοποθέτηση μοσχεύματος Grafton - Ανθρώπινης προέλευσης οστεοεπαγωγικό) α Υποπεριοστικά (GΠ) β Υποδόρια (GΔ) Αποτελέσματα της ανοσοϊστοχημικής τεχνικής 116 Bioteck Υποπεριοστικά 116 Bioteck Υποδόρια 118 Grafton Υποπεριοστικά 119 Grafton Υποδόρια 123 ΣΥΖΗΤΗΣΗ 125 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 139 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 142 SUMMARY 144 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 146

7 1 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τις τελευταίες τέσσερις δεκαετίες, αρκετές επιστημονικές έρευνες έχουν πραγματοποιηθεί σχετικά με τα οστικά μοσχεύματα. Αυτό που μας οδήγησε να ασχοληθούμε με τη μελέτη αυτή σχετικά με τα οστεοκαθοδηγητικά και τα οστεοεπαγωγικά μοσχεύματα ήταν η δυνατότητα χρήσης τους για την οστική αύξηση υποπεριοστικά και τον έκτοπο σχηματισμό του οστού υποδόρια σε πειραματόζωα (νεογνά κουνελιών). Ο σκοπός της διδακτορικής αυτής διατριβής είναι η ιστολογική και ανοσοϊστοχημική μελέτη για τον έλεγχο: Α) του βαθμού της διαφοροποίησης των μεσεγχυματικών κυττάρων σε οστεογενετικά κύτταρα με τη βοήθεια οστεοκαθοδηγητικών και οστεοεπαγωγικών μοσχευματικών υλικών. Β) της δυνατότητας δημιουργίας οστού σε περιοχές, όπου φυσιολογικά δεν ανευρίσκεται οστίτης ιστός με τη βοήθεια οστεοκαθοδηγητικών και οστεοεπαγωγικών μοσχευματικών υλικών. Επίσης, αναφερόμαστε σε αυτή την διατριβή στα οστικά μοσχεύματα γενικώς και ειδικώς, στην ενδοχόνδρια και στην ενδομεμβρανώδη οστεοποίηση με οστικά μοσχεύματα. Θερμές ευχαριστίες θα ήθελα να απευθύνω στον Επίκουρο Καθηγητή κ. Ν. Νάτσινα, ο οποίος, ως επιβλέπων της διδακτορικής διατριβής, με το συνεχές ενδιαφέρον του, εξασφάλισε τις καλύτερες δυνατές συνθήκες για την ολοκλήρωσή της. Θεωρώ υποχρέωσή μου να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου στην Αναπληρώτρια Καθηγήτρια κ. Μ. Κανελλάκη-Κυπαρρίση για το αμείωτο ενδιαφέρον της, την πολύπλευρη συμπαράσταση και καθοδήγησή της σε όλη τη διάρκεια της εκπόνησης και συγγραφής της μελέτης, όπως επίσης για την κάθε είδους διευκόλυνση που μου παρείχε στο εργαστήριο Ιστολογίας- Εμβρυολογίας και Ανθρωπολογίας της Ιατρικής Σχολής του Α.Π.Θ. Θερμά θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω την Αναπληρώτρια Καθηγήτρια κ. Κ. Κουζή-Κολιάκου, όχι μόνο για την πολύτιμη επιστημονική

8 2 καθοδήγησή της και τη βοήθειά της στο ιστοπαθολογικό και ανοσοϊστοχημικό μέρος της διατριβής, αλλά και για την ουσιαστική συμβολή της στην αξιοποίηση των ευρημάτων μας. Ευχαριστίες οφείλω στην Ομότιμη Καθηγήτρια κ. Π. Παπαδημητρίου, μέλος της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής, για τις υποδείξεις της και την κάθε είδους διευκόλυνση που μου παρείχε. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω το διευθυντή του εργαστηρίου Οδοντοφατνιακής, Χειρουργικής Εμφυτευματολογίας και Ακτινολογίας Στόματος, Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Ν. Παρίση για την πολύτιμη συνδρομή του. Θεωρώ υποχρέωση μου να ευχαριστήσω τον κ. S. Pagnutti, υπεύθυνο του ερευνητικού τμήματος της εταιρείας Bioteck Ιταλίας, για τη βοήθειά του στη βιβλιογραφία των μοσχευμάτων και τις πολύτιμες συμβουλές του, καθώς και τον κ. Ρεκούτη, διευθυντή της εταιρείας Osteocell για την ευγενική προσφορά των μοσχευμάτων Grafton. Ένα μεγάλο ευχαριστώ, στο διευθυντή κ. Α. Μάνθο του εργαστηρίου Ιστολογίας-Εμβρυολογίας Ιατρικής Σχολής Α.Π.Θ. και σε όλα τα μέλη ΔΕΠ και τους παρασκευαστές του εργαστηρίου για την πολύτιμη βοήθειά τους στην ολοκλήρωση των ιστολογικών και ανοσοϊστοχημικών τεχνικών.

9 3 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Α. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΝΑΤΟΜΙΚΗΣ, ΙΣΤΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ 1. ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ Ο ανθρώπινος σκελετός αποτελείται από δύο είδη οστού με βάση την παρουσία κοιλοτήτων σε αυτό: το πυκνό (φλοιώδης μοίρα) και το πορώδες (σπογγώδης μοίρα). Στις περισσότερες περιπτώσεις φλοιώδης και σπογγώδης οστίτης ιστός ανευρίσκεται σε κάθε οστικό τμήμα, αλλά η ποσότητα και η κατανομή τους ποικίλλουν. Οι κοιλότητες μέσα στο οστό περιέχουν μυελό των οστών, έναν ιστό που αποτελείται από αιμοφόρα αγγεία, νεύρα και διάφορους τύπους κυττάρων. Η κύρια λειτουργία του μυελού των οστών είναι να παράγει τα βασικά κύτταρα του αίματος. Αποτελεί επίσης ένα σημαντικό οστεογενετικό υλικό, που μπορεί να διεγείρει το σχηματισμό οστού. Το φλοιώδες ή συμπαγές οστό, που περιλαμβάνει περίπου το 85% του συνολικού οστού του σώματος (Frame, 1987), βρίσκεται στα μακρά οστά και σχηματίζει ένα εξωτερικό περίβλημα γύρω από τα σπονδυλικά σώματα και άλλα σπογγώδη οστά. Αυτός ο ιστός είναι οργανωμένος σε οστικούς κυλίνδρους συγκεντρωμένους γύρω από ένα κεντρικό αγγειοωευροφόρο σωλήνα, που ονομάζεται σύστημα Havers. Τα κανάλια του Havers που περιέχουν τριχοειδή αγγεία και νεύρα, συνδέονται μεταξύ τους και με την εξωτερική επιφάνεια του οστού με τα βραχέα, κάθετα κανάλια του Volkmann.

10 4 Το δικτυωτό ή σπογγώδες οστό, που περιλαμβάνει περίπου το 15% του συνολικού οστού του σώματος, βρίσκεται στα κυβοειδή και στα πλατιά οστά και στα άκρα των μακρών οστών. Οι δοκίδες του αλληλοσυνδέονται και οι κοιλότητες είναι γεμάτες με μυελό των οστών. Η θεμέλια ουσία του οστού βρίσκεται με τη μορφή δίσκων που είναι τοποθετημένοι με διάφορους τρόπους. Μερικές φορές οργανώνονται σε ορθογώνια, αλλά τις περισσότερες φορές είναι διατεταγμένοι τυχαία (Buck, Malinin, 1989). Οι μυελοκυψέλες είναι γεμάτες με μυελό, ο οποίος είναι ερυθρός, όταν υπάρχει ενεργός παραγωγή ερυθροκυττάρων ή απόθεμα πληθυσμού μεσεγχυματικών βλαστοκυττάρων και ωχρός όταν, λόγω ηλικίας, η κοιλότητα μετατρέπεται σε αποθήκη λίπους. Εκτός από τις αρθρικές επιφάνειες, η εξωτερική επιφάνεια του οστού καλύπτεται με περιόστεο, που σχηματίζει ένα όριο μεταξύ του σκληρού ιστού και του περιβλήματός του, από μαλακό ιστό. Είναι ακόμα το μέρος αξιοσημείωτων μεταβολικών, κυτταρικών και βιο-μηχανικών δραστηριοτήτων που διαμορφώνουν την ανάπτυξη και το σχήμα του οστού. Το περιόστεο αποτελείται από δύο στρώματα εξειδικευμένου, συνδετικού ιστού. Το εξωτερικό ινώδες στρώμα, αποτελείται κυρίως από πυκνές ίνες κολλαγόνου και ινοβλάστες και παρέχει ανθεκτικότητα, ενώ το εσωτερικό κυτταρικό, μαλακό, στρώμα, που βρίσκεται σε άμεση επαφή με το οστό, περιλαμβάνει ενεργοποιημένες οστεοβλάστες. Οι μυελοκυψέλες καλύπτονται από ενδόστεο, μία πολύ λεπτή και εύθραυστη μεμβράνη που αποτελείται από ένα μονό στρώμα από οστεοβλάστες. Το ενδόστεο είναι αρχιτεκτονικά παρόμοιο με το κυτταρικό στρώμα του περιόστεου, λόγω της παρουσίας των οστεοπρογονικών κυττάρων, των οστεοβλαστών και των οστεοκλαστών.

11 5 2. ΙΣΤΟΛΟΓΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΟΣΤΙΤΗ ΙΣΤΟΥ Ο οστίτης ιστός είναι ένας εξειδικευμένος συνδετικός ιστός που αποτελείται από μεσοκυττάριο ασβεστοποιημένο υλικό, τη θεμέλια ουσία του οστού και τρείς τύπους κυττάρων: τα οστεοκύτταρα, τις οστεοβλάστες και τις οστεοκλάστες. Επειδή οι μεταβολίτες δεν μπορούν να διαχυθούν διαμέσου της ασβεστοποιημένης, θεμέλιας ουσίας του οστού, οι ανταλλαγές ουσιών μεταξύ των οστεοκυττάρων και των αιμοφόρων τριχοειδών βασίζονται στην επικοινωνία μέσω των οστικών σωληνάριων, τα οποία είναι λεπτά, κυλινδρικά διαστήματα που διατρυπούν τη θεμέλια ουσία. Όλα τα οστά επενδύονται τόσο στην εσωτερική όσο και στην εξωτερική τους επιφάνεια από στιβάδες ιστού που περιέχει οστεοπαραγωγικά κύτταρα, το ενδόστεο και το περιόστεο αντίστοιχα. Λόγω της σκληρής σύστασής του, το οστό είναι δύσκολο να κοπεί με το μικροτόμο, οπότε για τη μελέτη του πρέπει να χρησιμοποιηθούν ειδικές τεχνικές. Μια συνήθης τεχνική που επιτρέπει την παρατήρηση των κυττάρων και της οργανικής, θεμέλιας ουσίας, βασίζεται στην αφαλάτωση του οστού μετά από τη μονιμοποίησή του. Τα ιόντα μετάλλων απομακρύνονται με παραμονή του ιστού μέσα σε διάλυμα που περιέχει μια ουσία που δεσμεύει το ασβέστιο (διαμινο-τετρα-οξικό οξύ, EDTA). Κατόπιν, ο αφαλατωμένος ιστός κόβεται σε λεπτές τομές και χρωματίζεται. 2.1 ΤΑ ΟΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Τρεις βασικές κατηγορίες κυττάρων περιέχονται στο μεταβολισμό και τη φυσιολογία των οστών: οι οστεοβλάστες, τα οστεοκύτταρα και οι οστεοκλάστες.

12 6 Α. ΟΣΤΕΟΒΛΑΣΤΕΣ Οι οστεοβλάστες είναι υπεύθυνες για τη σύνθεση των οργανικών συστατικών της θεμέλιας ουσίας των οστών (κολλαγόνο τύπου I, πρωτεογλυκάνες και γλυκοπρωτεΐνες). Η εναπόθεση των ανόργανων συστατικών των οστών εξαρτάται επίσης από την παρουσία ζωντανών οστεοβλαστών. Οι οστεοβλάστες (Ducy και συν., 2000) εντοπίζονται αποκλειστικά στις επιφάνειες του οστίτη ιστού, η μία δίπλα στην άλλη, με τρόπο που θυμίζει μονόστιβο επιθήλιο. Όταν ασχολούνται ενεργώς με τη σύνθεση της θεμέλιας ουσίας, οι οστεοβλάστες έχουν κυβοειδές προς κυλινδρικό σχήμα και βασεόφιλο κυτταρόπλασμα. Όταν υποχωρεί η συνθετική τους δραστηριότητα, οι οστεοβλάστες επιπεδώνονται και το κυτταρόπλασμά τους γίνεται λιγότερο βασεόφιλο. Μερικές οστεοβλάστες περιβάλλονται βαθμιαία από νεοσχηματισμένη θεμέλια ουσία και γίνονται οστεοκύτταρα. Κατά τη διάρκεια αυτής της διεργασίας διαμορφώνεται ένας χώρος που λέγεται κοιλότητα (βοθρίο). Οι κοιλότητες καταλαμβάνονται από τα οστεοκύτταρα και τις αποφυάδες τους, μαζί με ένα μικρό ποσό εξωκυττάριας, μη ασβεστοποιημένης θεμέλιας ουσίας. Κατά τη διάρκεια της σύνθεσης της θεμέλιας ουσίας, οι οστεοβλάστες έχουν την υπερμικροσκοπική δομή κυττάρων, που συνθέτουν ενεργά πρωτεΐνες προς έκκριση. Οι οστεοβλάστες είναι κύτταρα που εμφανίζουν πολικότητα. Τα συστατικά της θεμέλιας ουσίας εκκρίνονται στην κυτταρική επιφάνεια που είναι σε επαφή με την παλαιότερη θεμέλια ουσία, δημιουργώντας ένα νέο στρώμα θεμέλιας (αλλά όχι ακόμα αποτιτανωμένης) ουσίας, που λέγεται οστεοειδές, μεταξύ της στιβάδας των οστεοβλαστών και του προσχηματισμένου οστού. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται αποθετική

13 7 οστική αύξηση, συμπληρώνεται με την επακόλουθη εναπόθεση αλάτων ασβεστίου μέσα στη νεοσχηματισθείσα θεμέλια ουσία. Β. ΟΣΤΕΟΚΥΤΤΑΡΑ Τα οστεοκύτταρα, τα οποία προέρχονται από τις οστεοβλάστες, εντοπίζονται μέσα σε κοιλότητες (βοθρία) που βρίσκονται μεταξύ των πεταλίων της θεμέλιας ουσίας. Μόνο ένα οστεοκύτταρο βρίσκεται μέσα σε κάθε κοιλότητα. Τα λεπτά κυλινδρικά σωληνάρια της θεμέλιας ουσίας φιλοξενούν τις κυτταροπλασματικές αποφυάδες των οστεοκυττάρων. Οι αποφυάδες γειτονικών κυττάρων έρχονται σε επαφή μέσω χασματικών συνάψεων, διαμέσου των οποίων είναι δυνατή η ροή μορίων από κύτταρο σε κύτταρο. Κάποια ανταλλαγή μορίων μεταξύ οστεοκυττάρων και αιμοφόρων αγγείων συμβαίνει επίσης διαμέσου του μικρού ποσού της εξωκυττάριας ουσίας που εντοπίζεται μεταξύ οστεοκυττάρων (και των αποφυάδων τους) και της θεμέλιας ουσίας του οστού. Αυτή η ανταλλαγή μπορεί να εξασφαλίσει θρεπτικές ουσίες για μία αλυσίδα 15 περίπου κυττάρων (Gunness, Hock, 1993). Συγκρινόμενα με τις οστεοβλάστες, τα επιπεδωμένα, αμυγδαλοειδούς σχήματος, οστεοκύτταρα έχουν ένα σημαντικά ελαττωμένο, αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο και συσκευή Golgi καθώς και πυκνότερη πυρηνική χρωματίνη. Τα κύτταρα αυτά συμμετέχουν ενεργά στη διατήρηση της θεμέλιας ουσίας του οστού, ο δε θάνατός τους ακολουθείται από την απορρόφηση της θεμέλιας ουσίας.

14 8 Γ. ΟΣΤΕΟΚΛΑΣΤΕΣ Οι οστεοκλάστες είναι πολύ μεγάλα, διακλαδιζόμενα και κινητικά κύτταρα. Διατεταμένες περιοχές του κυτταρικού τους σώματος περιέχουν από πέντε έως πενήντα ή και περισσότερους πυρήνες. Σε περιοχές του οστού που υπόκεινται σε απορρόφηση (Teltelbaum, 2000), οι οστεοβλάστες εντοπίζονται μέσα σε σκαφοειδή κοιλώματα της θεμέλιας ουσίας, που δημιουργούνται με τη διαβρωτική δράση ενζύμων και είναι γνωστά ως βοθρία του Howship. Οι οστεοκλάστες προέρχονται από την ένωση κυττάρων που προέρχονται από το μυελό των οστών. Στις ενεργές οστεοκλάστες η κυτταρική επιφάνεια που έρχεται σε επαφή με τη θεμέλια ουσία του οστού είναι αναδιπλωμένη σε ανώμαλες, συχνά υποδιαιρούμενες, προσεκβολές που σχηματίζουν μια πτυχωτή παρυφή. Γύρω από την πτυχωτή παρυφή, υπάρχει μία κυτταροπλασματική ζώνη η διαυγής ζώνη η οποία στερείται οργανιδίων, είναι όμως πλούσια σε νημάτια ακτίνης. Αυτή η ζώνη είναι η θέση προσκόλλησης της οστεοκλάστης στη θεμέλια ουσία του οστού και δημιουργεί ένα μικροπεριβάλλον μέσα στο οποίο λαμβάνει χώρα η απορρόφηση του οστού. Η οστεοκλάστη εκκρίνει κολλαγενάση και άλλα ένζυμα και αντλεί πρωτόνια μέσα σε ένα υποκυτταρικό θύλακο. Με τον τρόπο αυτό προωθεί την εντοπισμένη πέψη του κολλαγόνου και τη διάλυση των κρυσταλλικών αλάτων ασβεστίου. Η δραστηριότητα των οστεοκλαστών ελέγχεται από κυτοκίνες, μικρές σηματοδοτικές πρωτεΐνες που δρουν ως τοπικοί μεταβιβαστές, και ορμόνες. Οι οστεοκλάστες διαθέτουν υποδοχείς για την καλσιτονίνη, μια ορμόνη του θυρεοειδούς, όχι όμως και για την παραθορμόνη. Ωστόσο, οι οστεοβλάστες έχουν υποδοχείς για την παραθορμόνη. Όταν διεγείρονται από

15 9 την ορμόνη αυτή παράγουν μια κυτοκίνη, που ονομάζεται παράγοντας διέγερσης των οστεοκλαστών. Οι πτυχωτές παρυφές έχουν σχέση με τη δράση των οστεοκλαστών. 2.2 ΘΕΜΕΛΙΑ ΟΥΣΙΑ Οι ανόργανες ύλες αντιπροσωπεύουν περίπου το 50% του ξηρού βάρους της θεμέλιας ουσίας του οστού. Ιδιαίτερα άφθονα είναι το ασβέστιο και ο φωσφόρος, ενώ βρίσκονται επίσης διττανθρακικά και κιτρικά ιόντα, μαγνήσιο, κάλιο και νάτριο. Μελέτες με διάθλαση ακτίνων Χ έχουν δείξει ότι το ασβέστιο και ο φωσφόρος σχηματίζουν κρυστάλλους υδροξυαπατίτη με σύνθεση Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2. Οι κρύσταλλοι αυτοί εμφανίζουν ατέλειες και δεν είναι παρόμοιοι με τον υδροξυαπατίτη που βρίσκεται σε ορυκτά πετρώματα. Υπάρχουν επίσης σημαντικές ποσότητες άμορφου (μη κρυσταλλικού) φωσφορικού ασβεστίου. Με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, οι κρύσταλλοι του υδροξυαπατίτη του οστού φαίνονται σαν πλάκες διατεταγμένες κατά μήκος των κολλαγόνων ινιδίων και περιβάλλονται από θεμέλια ουσία. Τα επιφανειακά ιόντα του υδροξυαπατίτη είναι ενυδατωμένα και γύρω από τον κρύσταλλο σχηματίζεται ένα στρώμα νερού και ιόντων. Αυτό το υδάτινο στρώμα διευκολύνει την ανταλλαγή ιόντων μεταξύ του κρυστάλλου και των υγρών του σώματος. Η οργανική ύλη της θεμέλιας ουσίας του οστού αποτελείται από κολλαγόνο τύπου I και θεμέλια ουσία, η οποία περιέχει συσσωματώματα πρωτεογλυκανών και αρκετές ειδικές δομικές γλυκοπρωτεΐνες. Οι οστικές γλυκοπρωτεΐνες είναι δυνατόν να είναι υπεύθυνες για την προώθηση της ασβεστοποίησης της θεμέλιας ουσίας του οστού. Άλλοι ιστοί που περιέχουν

16 10 κολλαγόνο τύπου I δεν ασβεστοποιούνται υπό φυσιολογικές συνθήκες και αυτοί οι ιστοί δεν περιέχουν αυτές τις γλυκοπρωτεΐνες. Λόγω της υψηλής της περιεκτικότητας σε κολλαγόνο, η αφαλατωμένη θεμέλια ουσία του οστού συνδέεται έντονα με χρώσεις για κολλαγόνες ίνες. Ο συνδυασμός των ανόργανων ουσιών με τις κολλαγόνες ίνες είναι υπεύθυνος για τη σκληρότητα και την αντίσταση του οστίτη ιστού. Μετά την αφαλάτωσή του, το οστό διατηρεί το σχήμα του, γίνεται όμως εύκαμπτο, όπως ο χόνδρος. Η αφαίρεσή του οργανικού μέρους της θεμέλιας ουσίας -που είναι κυρίως κολλαγόνο- αφήνει επίσης το οστό με το αρχικό του σχήμα, καθιστώντας το όμως εύθραστο και εύκολα θρυμματιζόμενο. 2.3 ΠΕΡΙΟΣΤΕΟ ΚΑΙ ΕΝΔΟΣΤΕΟ Οι εξωτερικές και εσωτερικές επιφάνειες των οστών καλύπτονται από στιβάδες κυττάρων που παράγουν οστό και συνδετικό ιστό και ονομάζονται περιόστεο και ενδόστεο αντίστοιχα. Το περιόστεο αποτελείται από μια εξωτερική στιβάδα κολλαγόνων ινών και ινοβλαστών. Δεσμίδες κολλαγόνων ινών του περιόστεου, ονομαζόμενες ίνες του Sharpey, διαπερνούν τη θεμέλια ουσία του οστού και προσδένουν το περιόστεο με το οστό. Η εσωτερική, κυτταροβριθέστερη, στιβάδα του περιόστεου αποτελείται από κύτταρα που μοιάζουν με ινοβλάστες και ονομάζονται οστεοπρογονικά κύτταρα. Αυτά έχουν τη δυνατότητα να διαιρούνται με μίτωση και να διαφοροποιούνται σε οστεοβλάστες. Αυτοραδιογραφικές μελέτες δείχνουν ότι τα κύτταρα αυτά προσλαμβάνουν Η-θυμιδίνη, η οποία στη συνέχεια βρίσκεται μέσα στις οστεοβλάστες. Τα οστεοπρογονικά κύτταρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην αύξηση και στην επιδιόρθωση των οστών.

17 11 Το ενδόστεο επενδύει όλες τις εσωτερικές κοιλότητες μέσα στα οστά και αποτελείται από μια μόνο στιβάδα πεπλατυσμένων οστεοπρογονικών κυττάρων και ένα πολύ μικρό ποσό συνδετικού ιστού. Επομένως, το ενδόστεο είναι σημαντικά λεπτότερο από το περιόστεο. Οι κυριότερες λειτουργίες του περιόστεου και του ενδόστεου είναι η διατροφή του οστίτη ιστού και η εξασφάλιση συνεχούς παροχής νέων οστεοβλαστών για την επιδιόρθωση ή την αύξηση του οστού (Jungueira, Carneiro, 2003). 2.4 ΤΥΠΟΙ ΤΟΥ ΟΣΤΙΤΗ ΙΣΤΟΥ Σε μικροσκοπικό επίπεδο υπάρχουν τέσσερις τύποι οστού: ο δικτυωτός (woven), ο σύνθετος (composite), ο πεταλιώδης (lamellar) και ο δεσμιδώδης (bundle). Ο δικτυωτός τύπος οστού παίζει βασικό ρόλο στην επούλωση, επειδή σχηματίζεται πολύ γρήγορα (περίπου 30 ως 60 mm τη μέρα). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να αναπτύσσεται με πολύ αποδιοργανωμένο τρόπο, χωρίς πετάλια ή συστήματα του Havers. Έτσι είναι αρκετά μαλακός, έχει μικρή μηχανική αντοχή και δεν διαρκεί πολύ. Από την άλλη πλευρά, ωστόσο, ο δικτυωτός τύπος οστού μπορεί να επασβεστωθεί πολύ περισσότερο από τον πεταλιώδη τύπο, ένα γεγονός που, από μηχανικής άποψης, βοηθά ίσως να αντισταθμίζεται η έλλειψη οργάνωσης (Buck, Malinin, 1989). Κατά τη διάρκεια της επούλωσης, ο δικτυωτός τύπος οστού συχνά αναφέρεται ως οστό Φάσης Ι. Αρκετά γρήγορα απορροφάται και αντικαθίσταται από περισσότερο ώριμο, πεταλιώδες οστό, που αναφέρεται ως οστό Φάσης ΙΙ.

18 12 Ο σύνθετος τύπος οστού αναφέρεται στη μεταβατική κατάσταση μεταξύ του δικτυωτού τύπου οστού (φάση Ι) και του πεταλιώδους οστού (φάση ΙΙ), στην οποία υπάρχει ένα πλεγμένο οστικό δίκτυο που γεμίζει με πεταλιώδες οστό. Το πεταλιώδες οστό είναι το πιο άφθονο, ώριμο, ανθεκτικό στην πίεση οστό του σώματος, και είναι εξαιρετικά δυνατό. Αυτός ο τύπος οστού σχηματίζεται αργά (σχεδόν 0,6 μέχρι 1 mm την ημέρα) και έτσι διαθέτει καλά οργανωμένη κατασκευή από κολλαγόνο και ανόργανη ύλη. Το πεταλιώδες οστό αποτελείται από πολλαπλά, προσανατολισμένα στρώματα. Ο δεσμιδώδης τύπος οστού είναι ο βασικός τύπος οστού που βρίσκεται στους συνδέσμους και τις αρθρώσεις και αποτελείται από γραμμωτές αλληλοσυνδέσεις με τους συνδέσμους. 3. ΙΣΤΟΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ Το οστό είναι δυνατόν να σχηματιστεί με δύο τρόπους: με άμεση εναπόθεση ανόργανων συστατικών στη θεμέλια ουσία που εκκρίνεται από τις οστεοβλάστες (ενδομεμβρανώδης οστεοποίηση) ή με εναπόθεση οστικής θεμέλιας ουσίας σε προϋπάρχουσα θεμέλια ουσία χόνδρου (ενδοχόνδρια οστεοποίηση). Και στις δύο διεργασίες ο πρωτοσχηματιζόμενος οστίτης ιστός είναι πρωτογενής ή δικτυωτός. Το πρωτογενές οστό είναι προσωρινό και γρήγορα αντικαθίσταται από το οριστικό, πεταλιώδες ή δευτερογενές οστό. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των οστών, περιοχές πρωτογενούς οστού, περιοχές απορρόφησης και περιοχές δευτερογενούς οστού εμφανίζονται η μία δίπλα στην άλλη. Αυτός ο συνδυασμός σύνθεσης και καταστροφής του οστού (ανακατασκευής) συμβαίνει όχι μόνο στα αναπτυσσόμενα οστά, αλλά σε όλη

19 13 τη διάρκεια της ζωής του ενήλικα, κατά την οποία συνήθως εμφανίζει σημαντική επιβράδυνση. 3.1 ΕΝΔΟΜΕΜΒΡΑΝΩΔΗΣ ΟΣΤΕΟΠΟΙΗΣΗ Είναι πηγή σχηματισμού των περισσότερων από τα πλατέα οστά και έχει αυτό το όνομα επειδή λαμβάνει χώρα μέσα σε συμπυκνώσεις μεσεγχυματικού ιστού. Το μετωπιαίο και τα βρεγματικά οστά του κρανίου - καθώς και μέρη του ινιακού και των κροταφικών οστών και η άνω και η κάτω γνάθος- σχηματίζονται με ενδομεμβρανώδη οστεοποίηση. Η διεργασία αυτή συμβάλλει επίσης στην αύξηση των βραχέων οστών και στην πάχυνση των μακρών οστών. Στη στιβάδα συμπύκνωσης του μεσεγχύματος, το σημείο έναρξης της οστεοποίησης ονομάζεται πρωτογενές κέντρο οστεοποίησης. Η διεργασία αρχίζει όταν ομάδες κυττάρων διαφοροποιούνται σε οστεοβλάστες. Οι οστεοβλάστες παράγουν θεμέλια ουσία του οστού και ακολουθεί η εναπόθεση αλάτων ασβεστίου, με αποτέλεσμα τον εγκλωβισμό μερικών οστεοβλαστών, οι οποίες μετατρέπονται τότε σε οστεοκύτταρα. Αυτές οι νησίδες αναπτυσσόμενου οστού σχηματίζουν τοιχώματα που αφορίζουν επιμήκεις κοιλότητες, οι οποίες περιέχουν τριχοειδή αγγεία, κύτταρα του μυελού των οστών και αδιαφοροποίητα κύτταρα. Αρκετές τέτοιες ομάδες αναπτύσσονται σχεδόν συγχρόνως στο κέντρο οστεοποίησης, με αποτέλεσμα η ένωση των τοιχωμάτων να δίνει στο οστό μια σπογγώδη υφή. Ο συνδετικός ιστός που παραμένει μεταξύ των οστέινων τοιχωμάτων διαπερνάται από τα αναπτυσσόμενα αιμοφόρα αγγεία. Επιπλέον, τα αδιαφοροποιήτα μεσεγχυματικά κύτταρα δημιουργούν κύτταρα του μυελού των οστών.

20 14 Τα κέντρα οστεοποίησης ενός οστού αναπτύσσονται ακτινοειδώς και τελικά ενώνονται μεταξύ τους, αντικαθιστώντας τον αρχικό συνδετικό ιστό. Για παράδειγμα οι πηγές των νεογνών είναι μαλακές περιοχές στο κρανίο που αντιστοιχούν σε μέρη του συνδετικού ιστού που δεν έχουν ακόμα οστεοποιηθεί. Στα πλατιά οστά του κρανίου, υπάρχει αξιοσημείωτη επικράτηση του σχηματισμού οστού έναντι της απορρόφησης οστού τόσο στην εσωτερική όσο και στην εξωτερική επιφάνεια. Με τον τρόπο αυτό, προκύπτουν δύο στιβάδες συμπαγούς οστού (έσω και έξω πλάκες), ενώ η κεντρική μοίρα (διπλόη) διατηρεί τη σπογγώδη υφή της. Το τμήμα της στιβάδας του συνδετικού ιστού που δεν οστεοποιείται δημιουργεί το ενδόστεο και το περιόστεο του ενδομεμβρανώδους οστού. 3.2 ΕΝΔΟΧΟΝΔΡΙΑ ΟΣΤΕΟΠΟΙΗΣΗ Η ενδοχόνδρια οστεοποίηση λαμβάνει χώρα μέσα σε ένα τμήμα υαλοειδούς χόνδρου, του οποίου το σχήμα μοιάζει κατά προσέγγιση με το σχήμα του οστού που πρέπει να σχηματισθεί. Αυτός ο τύπος οστεοποίησης είναι κυρίως υπεύθυνος για το σχηματισμό των βραχέων και των μακρών οστών. Η ενδοχόνδρια οστεοποίηση ενός μακρού οστού περιλαμβάνει την παρακάτω αλληλουχία γεγονότων. Αρχικά, ο πρώτος οστίτης ιστός εμφανίζεται ως ένας κοίλος οστικός κύλινδρος που περιλαμβάνει τη μεσαία περιοχή του χόνδρινου προπλάσματος. Αυτή η δομή, το οστικό περιλαίμιο, παράγεται με ενδομεμβρανώδη οστεοποίηση μέσα στο τοπικό περιχόνδριο. Στο επόμενο βήμα, ο τοπικός χόνδρος υφίσταται μια εκφυλιστική διεργασία

21 15 προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου (Roach, Clark 2000) με μεγέθυνση των κυττάρων (υπερτροφία) και αποτιτάνωση της θεμέλιας ουσίας, γεγονός που σχηματίζεται από τα υπολείμματα της ασβεστοποιημένης θεμέλιας ουσίας του χόνδρου. Αυτή η διεργασία αρχίζει στην κεντρική περιοχή του χόνδρινου προπλάσματος (διάφυση), όπου τα αιμοφόρα αγγεία διαπερνούν το οστικό περιλαίμιο, φέρνοντας οστεοπρογονικά κύτταρα στην περιοχή αυτή. Εν συνεχεία οι οστεοβλάστες προσκολλώνται στην ασβεστοποιημένη θεμέλια ουσία του χόνδρου και παράγουν συνεχείς στιβάδες πρωτογενούς οστού που περιβάλλουν τα υπολείμματα της χόνδρινης θεμέλιας ουσίας. Στο στάδιο αυτό ο ασβεστοποιημένος χόνδρος εμφανίζεται βασεόφιλος και το πρωτογενές οστό ηωσινόφιλο. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται το πρωτογενές κέντρο οστεοποίησης. Εν συνεχεία, εμφανίζονται τα δευτερογενή κέντρα οστεοποίησης στις βολβώδεις διογκώσεις, που βρίσκονται στα άκρα του χόνδρινου προπλάσματος (επιφύσεις). Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και της ανακατασκευής τους, το πρωτογενές και τα δευτερογενή κέντρα οστεοποίησης δημιουργούν κοιλότητες που βαθμιαία πληρούνται από το μυελό των οστών. Στα δευτερογενή κέντρα οστεοποίησης, ο χόνδρος παραμένει σε δύο περιοχές: στον αρθρικό χόνδρο, ο οποίος παραμένει σε όλη τη διάρκεια της ζωής του ενήλικα και δεν συμβάλλει στην κατά μήκος αύξηση του οστού και στον επιφυσιακό χόνδρο (συζευκτικό χόνδρο), ο οποίος συνδέει τις δύο επιφύσεις με τη διάφυση. Ο επιφυσιακός χόνδρος είναι υπεύθυνος για την κατά μήκος αύξηση του οστού και εξαφανίζεται στους ενήλικες, πράγμα που εξηγεί γιατί η ανάπτυξη των οστών δεν συνεχίζεται στον ενήλικα βίο.

22 16 Η σύγκλειση των επιφύσεων ακολουθεί μια χρονολογική σειρά ανάλογα με κάθε οστό και συμπληρώνεται στο 20º περίπου έτος της ηλικίας. Εξετάζοντας τον αναπτυσσόμενο σκελετό με ακτίνες χ είναι δυνατόν να προσδιορίσουμε την οστική ηλικία ενός νεαρού ατόμου, σημειώνοντας ποιες επιφύσεις είναι ανοικτές και ποιες έχουν συγκλεισθεί. Όταν οι επιφύσεις έχουν συγκλεισθεί, η κατά μήκος ανάπτυξη των οστών γίνεται αδύνατη, αν και η αύξησή τους σε πλάτος είναι ακόμα δυνατή. Ο επιφυσιακός χόνδρος διαιρείται σε πέντε ζώνες, αρχίζοντας από την επιφυσιακή πλευρά του χόνδρου, οι οποίες είναι: (1) Η ζώνη ηρεμίας, που αποτελείται από υαλοειδή χόνδρο, χωρίς μορφολογικές μεταβολές των κυττάρων, (2) Η ζώνη υπερπλασίας, όπου τα χονδροκύτταρα διαιρούνται με ταχύ ρυθμό και σχηματίζουν στήλες επισωρευμένων κυττάρων, που είναι παράλληλες με τον επιμήκη άξονα του οστού, (3) Η ζώνη της υπερτροφίας, η οποία περιέχει μεγάλα χονδροκύτταρα στο κυτταρόπλασμα των οποίων έχει συσσωρευθεί γλυκογόνο. Η χόνδρινη θεμέλια ουσία έχει απορροφηθεί και περιορίζεται σε λεπτά διαφράγματα μεταξύ των χονδροκυττάρων, (4) Συγχρόνως με το θάνατο των χονδροκυττάρων στη ζώνη του ασβεστοποιημένου χόνδρου, τα λεπτά διαφράγματα της χόνδρινης θεμέλιας ουσίας αποτιτανώνονται με την εναπόθεση υδροξυαπατίτη, (5) Στη ζώνη οστεοποίησης, εμφανίζεται ο ενδοχόνδριος, οστίτης ιστός. Αιμοφόρα αγγεία και οστεοπρογονικά κύτταρα που παράγονται με μίτωση από κύτταρα προερχόμενα από το περιόστεο, εισβάλλουν μέσα στις κοιλότητες που αφήνουν τα χονδροκύτταρα. Τα οστεοπρογονικά κύτταρα σχηματίζουν οστεοβλάστες, οι οποίες κατανέμονται σε μια ασυνεχή στιβάδα πάνω από τα διαφράγματα της ασβεστοποιημένης χόνδρινης θεμέλιας ουσίας. Τελικά, οι

23 17 οστεοβλάστες εναποθέτουν τη θεμέλια ουσία του οστού πάνω στην τρισδιάστατη ασβεστοποιημένη χόνδρινη θεμέλια ουσία. Συνοπτικά, η κατά μήκος ανάπτυξη ενός μακρού οστού γίνεται με τον πολλαπλασιασμό των χονδροκυττάρων στο συζευκτικό χόνδρο, προς την πλευρά της επίφυσης. Συγχρόνως, χονδροκύτταρα της διαφυσιακής πλευράς του συζευκτικού χόνδρου εμφανίζουν υπερτροφία, η θεμέλιά τους ουσία ασβεστοποιείται και τα κύτταρα πεθαίνουν. Οι οστεοβλάστες εναποθέτουν μια στιβάδα πρωτογενούς οστού στην ασβεστοποιημένη, χόνδρινη θεμέλια ουσία. Επειδή οι ρυθμοί αυτών των δύο αντίθετων γεγονότων (πολλαπλασιασμός και καταστροφή) είναι περίπου ίσοι, το πάχος δεν μεταβάλλεται, αλλά ο ίδιος ο συζευκτικός χόνδρος μετατοπίζεται μακρυά από το μέσο της διάφυσης, με αποτέλεσμα την κατά μήκος αύξηση του οστού. 3.3 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΑΣΒΕΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Καμιά υπόθεση που να εξηγεί τα συμβαίνοντα κατά τη διάρκεια της εναπόθεσης του φωσφορικού ασβεστίου στη θεμέλια ουσία του οστού, δεν είναι μέχρι στιγμής γενικά αποδεκτή. Είναι γνωστό ότι η ασβεστοποίηση αρχίζει με την εναπόθεση αλάτων ασβεστίου πάνω σε κολλαγόνα ινίδια, μια διεργασία που προκαλείται από τις πρωτεογλυκάνες και τις γλυκοπρωτεΐνες που προσδένουν ασβέστιο με υψηλή συγγένεια. Η εναπόθεση των αλάτων ασβεστίου επιταχύνεται προφανώς λόγω της ικανότητας των οστεοβλαστών να συγκεντρώνουν αυτά τα άλατα μέσα σε ενδοκυτταροπλασματικά κυστίδια και να απελευθερώνουν αυτά τα κυστίδια, όταν χρειάζεται, στον εξωκυττάριο χώρο (κυστίδια θεμέλιας ουσίας).

24 18 Η ασβεστοποίηση βοηθάται, με κάποιο άγνωστο τρόπο, από την αλκαλική φωσφατάση, η οποία παράγεται από τις οστεοβλάστες και βρίσκεται στις θέσεις οστεοποίησης. 3.4 ΜΟΡΙΑΚΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΟΣΤΙΤΗ ΙΣΤΟΥ Σε μοριακό επίπεδο το οστό αποτελείται από κολλαγόνο (κυρίως τύπου Ι), νερό, υδροξυαπατίτη και μικρά ποσά πρωτεογλυκανών και μη κολλαγονούχων πρωτεϊνών. Αποτελεί μια διασταύρωση κολλαγονούχου θεμέλιας ουσίας με μια τρισδιάστατη πολλαπλή διάταξη των ινών της θεμέλιας ουσίας. Ο προσανατολισμός των ινών του κολλαγόνου καθορίζει το πρότυπο της εναπόθεσης της ανόργανης ύλης. Έτσι το οστό ανταποκρίνεται στο βιομηχανικό του περιβάλλον και παρουσιάζει τη μέγιστη δύναμη στη διεύθυνση εκείνη που δέχεται τις πιεστικές φορτίσεις. Το κολλαγόνο προσδίδει στο οστό ελαστική δύναμη και ευκαμψία και παρέχει ένα σημείο για την δημιουργία ενός πυρήνα από ανόργανους κρυστάλλους του οστού, που προσδίδει στο οστό την ακαμψία και τη συμπιεστική ισχύ του. Το διακυτταρικό υπόστρωμα του οστού έχει μια οργανωμένη δομή. Το οργανικό τμήμα καταλαμβάνει το 35% της θεμέλιας ουσίας και σχηματίζεται κυρίως από ίνες κολλαγόνου, παρόμοιες με τις ίνες κολλαγόνου του συνδετικού ιστού. Αυτές συνδέονται μεταξύ τους με οστεϊνόμορφο υπόστρωμα, που αποτελείται κυρίως από γλυκοαμινογλυκάνη (πρωτεϊνοπολυσακχαρίτης). Το ανόργανο συστατικό αποτελεί το 65% του βάρους του οστού και βρίσκεται στην οστεΐνη, μεταξύ των ινών. Τα ανόργανα υλικά του οστού αποτελούνται κυρίως από κρυστάλλους υδροξυαπατίτη, που σχηματίζουν

25 19 πυκνές εναποθέσεις κατά μήκος των οστεοκολλαγονούχων ινών. Επίσης περιέχουν άλλα υποστρώματα, όπως ανθρακικά, φθοριούχα, πρωτεΐνες και πεπτίδια. Κάποια από αυτά τα υλικά ελέγχονται από τη σύνθεση των υγρών του σώματος και επηρεάζουν τη διαλυτότητα των ανόργανων υλικών του οστού (Buck, Malinin, 1989). Άλλα συστατικά, όπως οι οστεομορφογενετικές πρωτεΐνες (BMP), ρυθμίζουν το πώς εξαπλώνεται και πως διατηρείται το οστό. Η θεμέλια ουσία του οστού έχει διαδοχικά στρώματα των οποίων το πάχος ποικίλλει από 300 έως 700 μm. Αυτά τα στρώματα είναι αποτέλεσμα ρυθμικής και ομοιόμορφης απόθεσης θεμέλιας ουσίας. Επίσης χαρακτηριστικό είναι και το πρότυπο των ινών μέσα σε κάθε στρώμα, που είναι παράλληλες με μια ελικοειδή διάταξη που αλλάζει μεταξύ των στρωμάτων, ώστε οι ίνες στο ένα στρώμα πορεύονται κάθετα προς αυτές του διπλανού στρώματος. Αυτό το πρότυπο είναι που δημιουργεί τα ευδιάκριτα στρώματα του οστού 3.5 ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΤΩΝ ΙΣΤΩΝ Κατά το στάδιο της εμβρυϊκής ανάπτυξης, από ένα γονιμοποιημένο ωάριο δημιουργείται ένας μεγάλος αριθμός διαφορετικών κυτταρικών τύπων και ιστών, τα οποία σχηματίζουν τελικά έναν ολοκληρωμένο οργανισμό. Για αυτόν τον λόγο το ωάριο καθώς και μερικές επόμενες κυτταρικές γενιές χαρακτηρίζονται ως πολυδύναμα κύτταρα. Η απαραίτητη πληροφορία παραμένει καταγεγραμμένη στα γονίδια κάθε κυτταρικού σώματος. Κατά την περαιτέρω αναπτυξιακή τους πορεία τα εμβρυϊκά κύτταρα εξειδικεύονται. Έτσι δημιουργούνται πολυδύναμα κύτταρα, τα οποία αποτελούν τα αρχικά κυτταρικά στοιχεία, από τα οποία προέρχονται καθορισμένοι τύποι ιστών.

26 20 Στην ανώτατη βαθμίδα διαφοροποίησης υπάρχουν κύτταρα, τα οποία παρουσιάζουν έναν εξειδικευμένο ιστικό φαινότυπο και δεν έχουν πλέον τη δυνατότητα διαίρεσης. Στην φύση δεν προβλέπεται διαφοροποίηση σε πιο άωρες κυτταρικές μορφές. Στην μετεμβρυϊκή ζωή μερικοί ιστοί μπορούν να αναγεννώνται συνεχώς, όπως συμβαίνει μετά από ασθένειες ή τραυματισμούς. Η μετεμβρυϊκή, ιστική αναγέννηση γίνεται με τη βοήθεια κυττάρων, τα οποία ακόμη και σε πολύ μεγάλες ηλικίες διατηρούν την πολυδυναμικότητά τους. Ένα καλό παράδειγμα αποτελεί το αίμα, του οποίου οι κυτταρικές γενιές μέχρι τα μητρικά παραγωγικά κύτταρα του μυελού των οστών είναι εδώ και πολλά χρόνια γνωστές και έχουν χαρακτηριστεί με βάση τα μορφολογικά τους στοιχεία. Μετά τη λήψη ισχυρής δόσης χημειοθεραπείας είναι δυνατόν με τη μεταμόσχευση μυελού των οστών, να αναγεννηθεί πλήρως το ανοσοβιολογικό και το αιμοποιητικό σύστημα. 3.6 ΟΣΤΙΚΗ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ Η οστική αναγέννηση πραγματοποιείται με τη βοήθεια διαφοροποιημένων οστεοπρογονικών μεσεγχυματικών κυττάρων, που βρίσκονται μέσα στο μυελό των οστών και υποπεριοστικά, καθώς και μέσω μεταναστευτικών αρχέγονων οστεοκυττάρων, που μεταφέρονται με τα νεόπλαστα αγγεία, που εισδύουν στην περιοχή της βλάβης (Friedenstein, 1973). Σε ένα κάταγμα αυτά τα κύτταρα πολλαπλασιάζονται, διαφοροποιούνται σε οστεοβλάστες και σχηματίζουν σπογγώδες οστό (Hollinger και συν., 1999). Σε αυτό το στάδιο απαιτείται διέγερση από οστικούς αναπτυξιακούς παράγοντες, οι οποίοι μετά από έναν τραυματισμό απελευθερώνονται από τα αιμοπετάλια, τις οστεοβλάστες και από τον μυελό

27 21 των οστών (Hollinger και συν., 1999, Canalis και συν., 1992). Αυτού του τύπου η αναγέννηση κατευθύνεται και προάγεται σε περιοχές, που βρίσκονται, πολύ κοντά στον μυελό των οστών, μέσα στον αιματικό θρόμβο, και αυτοπεριορίζεται, όταν η δράση των αναπτυξιακών παραγόντων μειώνεται λίγες ημέρες μετά την απελευθέρωση τους (Marx, 1999). Έτσι εξηγείται η συχνά παρατηρούμενη μερική αποκατάσταση ενός οστικού τραύματος, έτσι ώστε να ευνοείται η δημιουργία βαθιών και πολύπλοκων οστικών ελλειμμάτων. Μια βασική προϋπόθεση για την αυτόματη αποκατάσταση του οστού -όπως και στην οδοντιατρική εμφυτευματολογία- είναι η μηχανική σταθεροποίηση, γιατί όταν το υπόστρωμα δεν είναι σταθερό, τα πρόδρομα κύτταρα διαφοροποιούνται προς την κατεύθυνση σχηματισμού χόνδρινου ή ινώδους οστικού χώρου ή ακόμη και συνδετικού ιστού. Επίσης οι διάφορες μεμβράνες παράγουν μηχανικά την αυτόματη ίαση, εφόσον έχουν την δυνατότητα να κρατούν μακριά κύτταρα, που δεν είναι οστικά, ενώ ταυτόχρονα υποβοηθούν τα κύτταρα του μυελού των οστών και αυξάνουν την συγκέντρωση των αναπτυξιακών παραγόντων (Karring, 1993). Έτσι επιτρέπουν την καλή αποκατάσταση ενδοστικών ελλειμμάτων, και ενώ στις περιπτώσεις, όπου υπάρχουν μεγάλα ελλείμματα της φατνιακής ακρολοφίας και όπου απαιτείται η καθ ύψος αύξηση του οστού, αυτή η μέθοδος αποτυγχάνει. 3.6.Α ΟΣΤΕΟΓΕΝΕΤΙΚΟI ΑΝΑΠΤΥΞΙΑΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ (TGF-B1, IGF, BFGF, PDGF) O μυελός των οστών είναι εμπλουτισμένος με φυσικούς αναπτυξιακούς παράγοντες, όπως ο PDGF (αιμοπεταλιακός αναπτυξιακός παράγοντας-

28 22 Platelet derived growth factor), ο TGF-B1 (διαφοροποιούμενος αναπτυξιακός παράγοντας Β1 Transforming growth factor-beta 1), o IGF (αναπτυξιακός παράγοντας, που μοιάζει με την ινσουλίνη Insulin like growth factor), o bfgf (βασικός ινοβλαστικός αναπτυξιακός παράγοντας basic fibroblast growth factor) (Baylink και συν., 1993, Mohan, Baylink, 1991). Θα ήταν συνεπώς δυνατός ένας βιολογικός τρόπος υποστήριξης της αυτόματης αναγέννησης του οστού με την τοποθέτηση και συγκέντρωση αναπτυξιακών παραγόντων μέσα στο οστικό τραύμα. Αυτό έχει γίνει πειραματικά με επιτυχία σε μια κλινική περιοδοντολογική έρευνα σε ανθρώπους, όπου χρησιμοποιήθηκε ένα gel, που περιείχε τους παράγοντες PDGF/IGF (Howell και συν., 1997). 3.6.Β ΜΟΡΦΟΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Μια μέθοδος για τη βελτίωση της αποκατάστασης οστικών ελλειμμάτων θα μπορούσε να είναι η αύξηση των οστεοποιητικών κυττάρων, η οποία μπορεί να πραγματοποιηθεί με διέγερση των πολυδύναμων εμβρυϊκών κυττάρων. Η διαφοροποίηση των εμβρυϊκών, αρχέγονων, μεσεγχυματικών κυττάρων, τα οποία μπορούν να σχηματίζουν διάφορους ιστούς, όπως χόνδρινο, λιπώδη, συνδετικό και μυϊκό ιστό. Αυτή η ιστοδιαφοροποίηση είναι για όλες τις περιπτώσεις βιολογικά όμοια και προστατεύεται ισχυρά από έναν κωδικό πρόσβασης. Όταν ο Urist (Urist, 1965) και οι προκάτοχοι του (Annersten, 1941, Levander, 1945) διατύπωναν τις αρχές της οστεογένεσης, δεν προέβλεψαν, ότι οι υποτιθέμενες, διαλυτές σηματοδοτικές, πρωτεΐνες τους, οι επονομαζόμενες οστικές μορφογενετικές πρωτεΐνες (Bone Morphogenetic Proteins-BMPs) (Urist και συν., 1971), αποτελούν τμήμα μιας

29 23 νέας κατηγορίας ουσιών, που είναι μορφογενετικές. Οι σηματοδοτικές αυτές πρωτεΐνες κατά την εμβρυϊκή και μετεμβρυϊκή ζωή καθοδηγούν την διαφοροποίηση των κυττάρων (Ganan και συν., 1996, Luo και συν., 1995). Ενεργούν μεσολαβητικά μέσω σταθερών υποδοχέων της κυτταρικής μεμβράνης. Ενδοκυτταρικά οι πρωτεΐνες αυτές, προκαλούν φωσφορυλίωση στις smad-πρωτεΐνες, οι οποίες δρούν στον πυρήνα των κυττάρων και ρυθμίζουν την έκφραση των γονιδίων DNA (Yamamoto και συν., 1997). Οι οστικές μορφογενετικές πρωτεΐνες από 1 έως 7 (BMP-1 έως 7) είναι παρόμοιες με τους οστεογενετικούς αναπτυξιακούς παράγοντες, που προέρχονται από τους οστεοβλάστες και διασπείρονται μέσα στη θεμέλια ουσία των οστών, από την οποία μπορούν να αφαιρεθούν σε πολύ μικρές ποσότητες (Wozney και συν., 1988, Wozney 1999). Στο στάδιο της εμβρυϊκής ανάπτυξης ανευρίσκονται σε πολλούς ιστούς (Helder και συν., 1995). Στο μεταξύ έχουν γίνει γνωστές 13 BMP και έχει επιτευχθεί η κυτταρική κλωνοποίησή τους (Wozney, 1999). Όλες οι BMP εκτός από την BMP-1 (μια πρωτεάση με ρυθμιστικές ιδιότητες) (Kessler και συν., 1996) μπορούν να καταταχθούν στην γονιδιακή υπερκατηγορία των TGF-B (διαφοροποιητικών αναπτυξιακών παραγόντων-β) (Wozney, 1999). Από τις οστικές μορφογενετικές πρωτεΐνες η BMP-2 και η BMP-7 έχουν ιδιαίτερη οστεοποιητική δράση. Οι ανασυνδυασμένες ανθρώπινες πρωτεΐνες (δηλ. παρασκευασμένες με γενετικές τεχνικές) περιγράφονται ως rhbmp-7 και rhbmp-2. Ένα συνώνυμο της ονομασίας rhbmp-7 είναι η rhop-1 (οστεογενετική πρωτεΐνη-1). Οι BMP διεγείρουν τα πολυδύναμα μεσεγχυματικά εμβρυϊκά κύτταρα, τα οποία ιδιαίτερα συχνά ανευρίσκονται στον μυϊκό ιστό (Levander 1945,

30 24 Knutsen και συν., 1993). Τα μεσεγχυματικά εμβρυϊκά κύτταρα είναι εύκολο να αναγνωρισθούν μέσω ενός επιφανειακού ιχνηθέτη (Bruder και συν., 1998). Σε μια παρόμοιου τύπου τεχνητή διαδικασία είναι δυνατόν να επαναληφθεί η εμβρυϊκή διαδρομή της χονδρογενούς οστεοποίησης μέχρι την τελική δημιουργία ενός οστεοειδούς, το οποίο έχει ορισμένες ιδιότητες του ώριμου οστού καθώς και του αιμοποιητικού (ερυθρού) μυελού. 4. ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ Ολόκληρος ο σκελετός του ενήλικα βρίσκεται σε μία δυναμική κατάσταση, καθώς συνεχώς καταστρέφεται και επανασχηματίζεται από τη συντονισμένη δράση των οστεοβλαστών και των οστεοκλαστών. Το οστό είναι ένας ζωντανός ιστός που εξυπηρετεί δύο πρωταρχικές λειτουργίες: τη δομική υποστήριξη και το μεταβολισμό του ασβεστίου (Hoexter, 2002). Η θεμέλια ουσία του οστού συνίσταται από ένα εξαιρετικά πολύπλοκο δίκτυο πρωτεϊνικών νηματίων κολλαγόνου εμποτισμένα με μεταλλικά άλατα, στα οποία περιλαμβάνονται φωσφορικό ασβέστιο (85%), ανθρακικό ασβέστιο (10%) και μικρά ποσά από φθοριούχο ασβέστιο και φθοριούχο μαγνήσιο (5%). Τα ανόργανα στοιχεία βρίσκονται αρχικά σε μορφή υδροξυαπατίτη. Το οστό περιέχει επίσης μικρές ποσότητες μη κολλαγονούχων πρωτεϊνών, που αποτελούν το οργανικό τμήμα του οστού, στις οποίες περιλαμβάνεται η οικογένεια των πολύ σημαντικών οστικών μορφογενετικών πρωτεϊνών (bone morphogenetics proteins BMPs). Κατά μήκος του οστού και μέσα σε αυτό πορεύεται ένα πλούσιο αγγειακό δίκτυο το οποίο τροφοδοτεί τα κύτταρα, καθώς επίσης πορεύεται και το νευρικό δίκτυο. Για να διατηρηθεί η

31 25 φυσιολογική οστική δομή, απαιτούνται επαρκείς ποσότητες πρωτεϊνών και ανόργανων στοιχείων. Εξαιτίας της μοναδικής του αρχιτεκτονικής, το οστό είναι μία κατασκευή, στην οποία οι μέγιστες δυνάμεις επιτυγχάνονται με τη μικρότερη δυνατή μάζα. Στον άνθρωπο, η οστική μάζα φτάνει το μέγιστο επίπεδο της περίπου 10 χρόνια μετά το τέλος της ανάπτυξης. Αυτό το επίπεδο παραμένει αρκετά σταθερό, καθώς το οστό συνεχώς εναποτίθεται και απορροφάται κατά μήκος του σκελετού, μέχρι την τέταρτη δεκαετία περίπου της ζωής, οπότε η οστική μάζα αρχίζει και μειώνεται βαθμιαία. Αν και οι λόγοι δεν είναι πλήρως αποσαφηνισμένοι, αυτή η ελάττωση είναι αποτέλεσμα μιας προοδευτικής απώλειας, η οποία αρχίζει να συμβαίνει στη διαδικασία της ανακατασκευής. Περίπου στα 80 έτη, και οι άντρες και οι γυναίκες έχουν τυπικά χάσει περίπου το ήμισυ της μέγιστης οστικής μάζας που είχαν. Οι άνθρωποι έχουν τη μέγιστη τιμή οστικής πυκνότητας στα 30 τους, αν και αυτή είναι μικρότερη στις γυναίκες από ότι στους άντρες και στους μαύρους από ότι στους λευκούς. Οι γυναίκες χάνουν το 35% του φλοιώδους οστού και το 50% του σπογγώδους οστού με την πάροδο της ηλικίας, ενώ οι άντρες μόνο τα 2/3 από τις τιμές αυτές. Οστά τα οποία κρίνονται μη απαραίτητα για τον οργανισμό (π.χ. ατροφία και απώλεια οστού σε παραπληγικό ασθενή), επίσης χάνονται μέσω μιας αλλαγής στο ρυθμό απορρόφησης και εναπόθεσης οστού κατά την ανακατασκευή. Επιπρόσθετα αυτή η αναστροφή στο ρυθμό, μπορεί να αποτελεί απάντηση σε κάποια μεταβολική αντίδραση. Το κρανίο και οι γνάθοι επηρεάζονται αναμφισβήτητα από όλα αυτά τα ενδεχόμενα. Για το λόγο αυτό, είναι σημαντικό στην κλινική πράξη με τα οδοντικά εμφυτεύματα να υπάρχει καλή κατανόηση της οστικής δομής και του

32 26 μεταβολισμού, καθώς επίσης και γνώση της διαδικασίας της οστεοενσωμάτωσης όταν τοποθετούνται οστικά μοσχεύματα και εμφυτεύματα. 4.1 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ Το οστό είναι η βασική αποθήκη του οργανισμού σε ασβέστιο. Η τρομακτική ικανότητα ανακύκλωσης που διαθέτει, του επιτρέπει να απαντά στις μεταβολικές ανάγκες του σώματος και να διατηρεί σταθερά τα επίπεδα του ασβεστίου στον ορό του αίματος (Hoexter, 2002, Lane, 1995). Το ασβέστιο επιτελεί μια απαραίτητη για τη ζωή λειτουργία. Συνεργάζεται με τους πνεύμονες και τους νεφρούς και βοηθά να διατηρείται σταθερή η ισορροπία του ph παράγοντας επιπρόσθετα φωσφορικά και ανθρακικά άλατα. Επίσης βοηθά στη μετάδοση των νευρικών και των μυϊκών ώσεων, συμπεριλαμβανομένων και αυτών της καρδιάς. Η οστική δομή και η οστική μάζα συμπεριλαμβανομένης και αυτής του κρανίου και των γνάθων επηρεάζονται άμεσα από τη μεταβολική κατάσταση του οργανισμού. Σε περιπτώσεις όπου έχουμε υπέρμετρες απαιτήσεις σε ασβέστιο ή σε συγκεκριμένες ασθένειες, η δομική ακεραιότητα των οστών μπορεί να μεταβληθεί ή και ακόμα να εκτεθεί. Ας θεωρήσουμε την περίπτωση των γυναικών σε εμμηνόπαυση. Σε απάντηση προς τη μείωση των οιστρογόνων η οστική μάζα αρχίζει να ελαττώνεται και οι διασυνδέσεις μεταξύ των οστικών δοκίδων χάνονται. Εξαιτίας του γεγονότος ότι οι φυσιολογικές διασυνδέσεις είναι σημαντικές για τη στερεότητα του οστού, η μείωση του οστού οδηγεί σε αύξηση της ευθραυστότητάς του. Αυτό είναι ένα σημαντικό φαινόμενο στην οδοντική εμφυτευματολογία και στα οδοντικά μοσχεύματα, καθώς η ελάττωση των επιπέδων των οιστρογόνων δείχνει να αυξάνει

33 27 σημαντικά τον κίνδυνο απόρριψης του μοσχεύματος. Τα αποτελέσματα μιας απορύθμισης της ισορροπίας στην ανακατασκευή, διαφαίνονται και στη νόσο των Albers-Schoenberg, η οποία περιλαμβάνει ελαττωματικές οστεοκλάστες. Επειδή οι οστεοκλάστες αυτές δεν απορροφούν την οστική θεμέλια ουσία και απελευθερώνουν BMP, δεν σχηματίζεται νέο οστό, γεγονός που οδηγεί σε οστό χωρίς αγγεία και κύτταρα (ουσιαστικά παλιό οστό), το οποίο είναι εύθραυστο και έτσι εύκολα συμβαίνουν κατάγματα, συχνά. Άλλες ασθένειες που σχετίζονται με ανωμαλίες στην ανακατασκευή των οστών περιλαμβάνουν καρκίνο, πρωτοπαθή υπερπαραθυρεοειδισμό και τη νόσο του Paget. Αν και αυτές οι νόσοι είναι συνηθισμένες, στις περισσότερες περιπτώσεις λίγα είναι γνωστά για τους μηχανισμούς που είναι υπεύθυνοι για τον έλεγχο της φυσιολογικής οστικής ανακατασκευής ή για το πώς συντονίζεται ή ρυθμίζεται. Οι μεταβολικές και ορμονικές αλληλεπιδράσεις παίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της οστικής δομής. Ακόμα σημαντικότερα, βοηθούν στη διατήρηση του συζευγμένου κύκλου οστικής απορρόφησης-οστικής εναπόθεσης μέσω των BMPs. Όπως αναφέρθηκε και πριν όταν οι οστεοβλάστες σχηματίζουν οστό, εκκρίνουν επίσης και BMP μέσα στη θεμέλια ουσία. Αυτή η αδιάλυτη σε οξέα (οξεάντοχη) πρωτεΐνη παραμένει στη εξωκυττάρια ουσία έως ότου απελευθερωθεί κατά τη διάρκεια της οστεοκλαστικής απορρόφησης. Η αντοχή στα οξέα αποτελεί έναν εξελικτικό μηχανισμό με τον οποίο το όξινο ph με τιμή 1 που δημιουργήθηκε από τις οστεοκλάστες μπορεί να διαλύσει την οστική μάζα χωρίς να επηρεάσει τις BMPs (Hislop και συν., 1993). Από τη στιγμή που θα απελευθερωθεί, η BMP συνδέεται στην κυτταρική επιφάνεια των μη διαφοροποιημένων μεσεγχυματικών κυττάρων (stem cells), όπου ενεργοποιεί μία μεμβρανική

34 28 πρωτεΐνη-αγγελιοφόρο με φωσφορικούς δεσμούς υψηλής ενέργειας. Αυτή με τη σειρά της επηρεάζει την αλληλουχία των γονιδίων στον πυρήνα, προκαλώντας την διαφοροποίηση προς οστεοβλάστες και δίνοντας το ερέθισμα για την παραγωγή νέου οστού. Μια διαταραχή σε αυτή τη διαδικασία μπορεί να είναι η αιτία έναρξης της οστεοπόρωσης. Αποτελεί αντικείμενο της σύγχρονης έρευνας το θεραπευτικό αποτέλεσμα της προσθήκης BMPs απευθείας σε μια περιοχή επούλωσης, ώστε να επάγουμε το σχηματισμό οστού. Κάποιοι ερευνητές ισχυρίζονται ότι στο μέλλον αυτό το βιολογικό υλικό ίσως αντικαταστήσει ή βοηθήσει τα οστικά μοσχεύματα στη θεραπεία αποκατάστασης (Rummelhart και συν., 1989). Φυσιολογικά περίπου το 0,7% του ανθρώπινου σκελετού απορροφάται και αντικαθίσταται καθημερινά από νέο οστό. Έτσι η φυσιολογική ανακύκλωση ολόκληρου του σκελετού συμβαίνει περίπου κάθε 142 ημέρες. Με την πάροδο της ηλικίας και σε μεταβολικές νόσους μπορεί να υπάρχει ελάττωση της διαδικασίας της φυσιολογικής ανακύκλωσης και αύξηση του μέσου όρου ηλικίας του λειτουργικού οστού. Αυτό αυξάνει τον κίνδυνο για κόπωση του παλιού οστού, ελαττωμένη επούλωση του οστού, αποτυχία ενσωμάτωσης εμφυτεύματος και απώλεια της οστεοενσωμάτωσης των εμφυτευμάτων (Schepers και συν., 1993). Έτσι είναι σημαντικό για τους κλινικούς οδοντιάτρους να γνωρίζουν ότι μια τέτοια κατάσταση πρέπει να συνυπολογιστεί πριν από το σχεδιασμό της θεραπείας, επειδή τα αποτελέσματά της ίσως να μην αποκαλυφτούν πριν από την προσπάθεια του κλινικού να τοποθετήσει εμφυτεύματα ή μέχρι τα εμφυτεύματα να παραμείνουν για κάποιο διάστημα στη θέση τους.

35 29 Β. ΟΣΤΙΚΑ ΜΟΣΧΕΥΜΑΤΑ 1. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Αν και το οστό της φατνιακής ακρολοφίας μπορεί να αποτελέσει αντένδειξη αναφορικά με τα οδοντιατρικά εμφυτεύματα, η μεταμόσχευση οστού μπορεί να παράσχει την απαραίτητη δομική και λειτουργική υποστήριξη που απαιτείται σε τέτοιες περιπτώσεις. Τα μοσχεύματα μπορούν να παρέχουν το υπόβαθρο για την οστική αναγέννηση (Hoexter, 2002) και αύξηση για οστικά ελλείμματα που προέρχονται από τραύματα, συστηματικές νόσους ή μετεγχειρητικά. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να αποκαταστήσουν την καταστροφή του οστού που προέρχεται από οδοντογενείς αλλοιώσεις και νόσους, για τη συμπλήρωση των εξαχθέντων δοντιών για να διατηρήσουν το ύψος και το πλάτος της φατνιακής ακρολοφίας διαμέσου της αύξησης και της επανακατασκευής. Το αυτογενές οστό παραμένει το καλύτερο μοσχευματικό υλικό, λόγω των οστεογονικών ιδιοτήτων του, που επιτρέπουν στο οστό να σχηματιστεί πιο γρήγορα σε καταστάσεις που απαιτούν σημαντική οστική αύξηση ή επιδιόρθωση. Τα αλλομοσχεύματα τα οποία χρησιμοποιούνται συνήθως για την αποκατάσταση των οστικών ελλειμμάτων είναι μεταλλοποιημένα ή απομεταλλοποιημένα, κατεψυγμένα-αποξηραμένα οστικά αλλομοσχεύματα (FDBA). Τα βασικά αλλοπλαστικά είναι ο υδροξυαπατίτης, βιοενεργά υαλικά κεραμικά, τεμάχια ορθοφωσφορικού ασβεστίου (TCP) και συνθετικά πολυμερή. Τα βασικά υλικά για ξενομοσχεύματα είναι το κεκαθαρμένο ανόργανο οστό, είτε μόνο του είτε ενισχυμένο με μόρια ιστικής μηχανικής. Αυτά τα αυξητικά υλικά μπορούν να ενσωματωθούν κατά το σχηματισμό, την ανακατασκευή ή τη θεραπευτική διεργασία του οστού, ώστε να βοηθήσουν ή να διεγείρουν την οστική αύξηση

36 30 σε περιοχές, όπου έχει αρχίσει να πραγματοποιείται η απορρόφηση του οστού και χρειάζονται εμφυτεύματα. Για να καθορίσει τον τύπο του μοσχευματικού υλικού που θα χρησιμοποιήσει, ο κλινικός πρέπει να αναλογιστεί τα χαρακτηριστικά του οστικού ελλείμματος που πρέπει να αποκατασταθούν (Misch, Dietsch, 1993). Γενικά, όσο μεγαλύτερο είναι το έλλειμμα, τόσο μεγαλύτερο είναι και το ποσό του αυτογενούς οστού που απαιτείται. Για μικρά ελλείμματα και για αυτά που έχουν τρία ως πέντε άθικτα οστικά τοιχώματα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αλλοπλαστικά μοσχεύματα ή με αλλομοσχεύματα. Για σχετικά μεγάλα ελλείμματα ή για όσα ελλείμματα έχουν μόνο ένα ως τρία άθικτα οστικά τοιχώματα, το αυτογενές οστό πρέπει να προστεθεί σε καθέναν άλλο τύπο μοσχευματικού υλικού που θα κριθεί κατάλληλο. Η εσωτερική ανάπτυξη μαλακού η συνδετικού ιστού μπορεί να αποτελέσει επιπλοκή κατά τη διάρκεια των διαδικασιών αύξησης με κάθε τύπο μοσχευματικού υλικού, οπότε συχνά χρησιμοποιείται η καθοδηγούμενη οστική αναγέννηση (ΚΟΑ) με τη χρήση απορροφήσιμων ή μη απορροφήσιμων μεμβρανών. 2. ΑΥΤΟΜΟΣΧΕΥΜΑΤΑ Το αυτογενές οστό (Hislop και συν., 1993, Rummelhart και συν., 1989), που για πολλά χρόνια θεωρείτο το χρυσό πρότυπο για μοσχευματικά υλικά, είναι σήμερα το μόνο οστεογενετικό, μοσχευματικό υλικό που είναι διαθέσιμο στην κλινική πράξη. Το μεταμοσχευμένο αυτογενές οστό επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση μέσα στο αναπτυσσόμενο οστό διαμέσου και των τριών τύπων του οστικού σχηματισμού. Αυτά τα τρία στάδια δεν είναι ξεχωριστά και διακριτά, αλλά μάλλον αλληλεπικαλύπτονται (Misch,, Dietsh,