ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΟΣΤΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ. Ε. ΓΕΩΡΓΙΟΥ, Καθηγητής

ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΟΣΤΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ Ε. ΓΕΩΡΓΙΟΥ, Καθηγητής Στο τέλος αυτού του κεφαλαίου ο αναγνώστης θα είναι σε θέση: 1. Να κατανοήσει την ανάγκη έγκαιρου προσδιορισμού της οστικής μάζας 2. Να γνωρίζει τις διαθέσιμες προς τούτο μεθόδους 3. Να γνωρίζει τις φυσικές αρχές που τις διέπουν 4. Να αναφέρει τις βασικές αρχές λειτουργίας της DXA 5. Να γνωρίζει τους τρόπους έκφρασης των αποτελεσμάτων της 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το ενδιαφέρον των ερευνητών για τη μέτρηση του ποσού της οστικής μάζας σε φυσιολογικούς πληθυσμούς και σε αρρώστους με μεταβολικά νοσήματα των οστών αυξάνεται συνεχώς. Αυτό οφείλεται αφενός στη μεγάλη τεχνολογική πρόοδο που παρατηρήθηκε τα τελευταία χρόνια στον τομέα αυτό και αφετέρου στη μεγάλη συχνότητα και νοσηρότητα που έχουν ορισμένες από τις παθήσεις αυτές στο γενικό πληθυσμό με την οστεοπόρωση που προκαλούν. Η οστεοπόρωση, που μπορεί να είναι πρωτοπαθής ή δευτεροπαθής (Πίνακας 1), είναι τόσο συχνή, ώστε στην Αμερική υπολογίζεται ότι πάσχουν 15-20 εκατομμύρια άτομα και συμβαίνουν 1,3 εκατομμύρια κατάγματα το χρόνο σε πληθυσμό ηλικίας μεγαλύτερης των 45 χρόνων, με κόστος πολλά δισεκατομμύρια δολάρια. Το πρόβλημα της οστεοπόρωσης γίνεται ακόμα πιο μεγάλο, αν ληφθεί υπόψη ότι ο πληθυσμός της γης συνέχεια αυξάνεται και ότι η επιβίωση ολοένα και γίνεται μεγαλύτερη. Θα πρέπει επίσης να υπενθυμίσουμε ότι σε κάθε οστό μπορούμε να διακρίνουμε δύο μέρη: Την εξωτερική του επιφάνεια που το περιβάλλει και το εσωτερικό του. Η εξωτερική επιφάνεια κάθε οστού αποτελείται από ένα πυκνό και συμπαγές στρώμα (συμπαγής ιστός) ενώ το εσωτερικό του έχει μια πορώδη δομή και αποτελείται από οστικές δοκίδες με ενδιάμεσα διάκενα και μοιάζει σαν σπόγγος (δοκιδώδης ή σπογγώδης ιστός) (Εικόνα 1). Υπενθυμίζεται ότι από τα 4 Κg περίπου του οστίτη ιστού που υπάρχει στο σώμα, το 20% της οστικής μάζας αφορά σπογγώδες και το 80% φλοιώδες ή συμπαγές οστό. Η ειδική περιοχή της επιφάνειας, όμως, την οποία καταλαμβάνει το σπογγώδες οστό, είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη του συμπαγούς. Βέβαια, η αναλογία

μεταξύ συμπαγούς και δοκιδώδους δεν είναι η ίδια σε όλα τα οστά. Ο σκελετός των άκρων αποτελείται κυρίως από φλοιώδες οστό, ενώ ο σκελετός του άξονα (κεφαλή, πλευρές, στέρνο και σπονδυλική στήλη) κατά το μεγαλύτερο μέρος του από σπογγώδες. Είναι προφανές ότι ο δοκιδώδης ιστός είναι πιό αραιός από τον συμπαγή, άρα η δομή του καταστρέφεται ευκολότερα. Γι αυτόν ακριβώς τον λόγο, η οστεοπόρωση προσβάλλει περισσότερο οστά που είναι πλούσια σε δοκιδώδη ιστό, όπως είναι η σπονδυλική στήλη, τα ισχία και οι καρποί. Η οστεοπόρωση προκαλεί ελάττωση της πυκνότητας των οστών με συνέπεια τη μείωση της μηχανικής τους αντοχής. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να προκαλούνται εύκολα και συχνά κατάγματα παντού και κυρίως στους καρπούς, την οσφυϊκή μοίρα της σπονδυλικής στήλης (ΟΜΣΣ) και τα ισχία. Το πιο σοβαρό και επικίνδυνο κάταγμα από τα παραπάνω, είναι αυτό του ισχίου. Είναι αυτονόητο ότι οι κοινωνικές και οι οικονομικές επιπτώσεις των καταγμάτων αυτών είναι τεράστιες και το κόστος θα αυξηθεί σημαντικά δεδομένου ότι υπολογίζεται ότι το 2040 ο ετήσιος αριθμός οστεοπορωτικών καταγμάτων προβλέπεται να τριπλασιαστεί. Παλιότερα, ο μόνος τρόπος για να διαγνωσθεί η οστεοπόρωση ήταν να υποστεί κανείς προηγουμένως κάταγμα το οποίο να φαινόταν στην ακτινογραφία. Για να συμβεί κάτι τέτοιο, πρέπει ο σκελετός να χάσει περίπου το 30% της οστικής του μάζας, όταν δηλαδή είναι πλέον αργά. Ευτυχώς τα τελευταία χρόνια αναπτύχθηκαν νέες μέθοδοι για την ποσοτική εκτίμηση της οστικής μάζας. Συμπερασματικά, η μέτρηση της οστικής πυκνότητας (bone mineral density, BMD) γίνεται για τέσσερεις λόγους: 1. Διάγνωση της οστεοπόρωσης 2. Πρόβλεψη - Εκτίμηση του Κινδύνου κατάγματος 3. Κατώφλι παρέμβασης - Καθορισμός υποψηφίων για θεραπεία - Παρακολούθηση της θεραπείας 4. Συμμόρφωση των ασθενών 2

2. ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ H μέτρηση του ποσού της οστικής μάζας με τις νεότερες τεχνικές που αναπτύχθηκαν, μπορεί να γίνει με μεγάλη ακρίβεια. Το γεγονός αυτό έχει πολύ μεγάλη σημασία, γιατί με τη δυνατότητα που έχουν οι μέθοδοι αυτές να εκτιμούν μικρομεταβολές της οστικής μάζας, μπορεί να υπολογιστεί ο παράγοντας κινδύνου (risk factor) που έχει ένα άτομο να πάθει κάταγμα και να εκτιμηθεί η επίδραση μιας νόσου ή ενός θεραπευτικού σχήματος στο ποσό της οστικής μάζας. Για τη μέτρηση της οστικής μάζας έχουν χρησιμοποιηθεί πολυάριθμες μέθοδοι τα τελευταία 30 χρόνια. Αυτές οι μέθοδοι αφορούν τη μέτρηση της φλοιώδους ή της σπογγώδους μοίρας των οστών ή και τις δύο (Πίνακας 2). H Ποσοτική oστική υπερηχομετρία (QUS) μετρά την εξασθένιση των ευρέος φάσματος υπερήχων (Broadband ultrasound attenuation, BUA) ή την ταχύτητα του ήχου (speed of sound, SOS). Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι το χαμηλότερο κόστος του εξοπλισμού, το γεγονός ότι δεν χρησιμοποιεί ιοντίζουσα ακτινοβολία και είναι εύκολη στη χρήση της. Για τους παραπάνω λόγους μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν εξέταση ελέγχου μεγάλων ομάδων πληθυσμού (screening). Ωστόσο, η μέθοδος έχει χαμηλή επαναληψιμότητα και επομένως δεν συνιστάται για τη διαχρονική παρακολούθηση των μεταβολών της οστικής μάζας (follow up). Οι συνηθισμένες περιοχές μέτρησης είναι η πτέρνα και ο καρπός (Εικόνα 2). Η χρησιμοποίηση της Ποσοτικής αξονικής τομογραφίας (QCT), έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, γιατί οι πληροφορίες που παίρνονται με βάση το συντελεστή εξασθένησης της δέσμης της ακτινοβολίας, αφορούν τόσο την ανατομία, όσο και την περιεκτικότητα του οστού σε άλατα. Η τεχνική αυτή εφαρμόστηκε για τη μέτρηση κυρίως της οσφυϊκής μοίρας της σπονδυλικής στήλης, καθώς επίσης για την ολική περιεκτικότητα των σπονδύλων σε άλατα και της σπογγώδους μοίρας του αυχένα του μηριαίου οστού. Η μέτρηση της οστικής μάζας με τη βοήθεια αξονικού τομογράφου προσεγγίσθηκε με δύο διαφορετικούς τρόπους: 1. Με συνήθη αξονικό τομογράφο του εμπορίου με τον οποίο γίνεται σάρωση των περιοχών ενδιαφέροντος (ΟΜΣΣ, Ισχίο) με ταυτόχρονη σάρωση ενός ομοιώματος 3

(Phantom) με γνωστές πυκνότητες (Εικόνα 3). Στη συνέχεια, ένα ειδικό λογισμικό, υπολογίζει με τη χρησιμοποίηση πολλαπλών τομών, τον όγκο και την περιεκτικότητα του σπονδύλου σε άλατα και επομένως την οστική πυκνότητα (bone mineral density, BMD) στις παραπάνω περιοχές ενδιαφέροντος. Οι καλύτερες περιοχές για μέτρηση είναι ο δεύτερος και ο τρίτος οσφυϊκός σπόνδυλος. 2. Με συνήθη αξονικό τομογράφο και τη χρησιμοποίηση δύο ενεργειών, που όπως και στη μέθοδο απορρόφησης με δύο δέσμες φωτονίων, αποσκοπεί στο να αποφευχθούν τα λάθη των μετρήσεων από τους μαλακούς ιστούς και το ενδοστικό λίπος. Παρά το πλεονέκτημα όμως αυτό και την παραδεκτή ακρίβεια των αποτελεσμάτων της, δεν έχει τόσο καλή αναπαραγωγιμότητα και για το λόγο αυτό δεν χρησιμοποιείται στην καθημερινή κλινική πράξη. Από αυτές τις μεθόδους, η δεύτερη είναι εκείνη που χρησιμοποιείται ευρέως, δεδομένου ότι ο αξονικός τομογράφος, εκτός από την ποσοτική μέτρηση της οστικής μάζας χρησιμοποιείται και για άλλες ιατρικές εξετάσεις. Συμπερασματικά, το πλεονέκτημα της μεθόδου της QCT είναι ο διαχωρισμός και η μέτρηση των επιμέρους τιμών BMD στο αληθώς δοκιδώδες και στο συμπαγές οστούν. Τα μειονεκτήματα της μεθόδου είναι το υψηλό κόστος του εξοπλισμού και βεβαίως το γεγονός ότι χρησιμοποιεί ιοντίζουσα ακτινοβολία σε δόσεις κανονικής αξονικής τομογραφίας. Για τους παραπάνω λόγους χρησιμοποιείται πρακτικά μόνο για ερευνητικούς σκοπούς. Η Περιφερική ποσοτική αξονική τομογραφία (pqct) χρησιμοποιεί έναν ειδικής κατασκευής αξονικό τομογράφο που έχει κατασκευασθεί για τον σκοπό αυτό (Εικόνα 4). Η μέτρηση γίνεται στα άκρα (αντιβράχιο ή κνήμη). Το πλεονέκτημα της μεθόδου είναι ο διαχωρισμός και η μέτρηση των επιμέρους τιμών BMD στο αληθώς δοκιδώδες και στο συμπαγές οστούν και διαθέτει ευαισθησία παρόμοια ή μικρότερη από εκείνη της DΧΑ. Το γεγονός όμως ότι έχει υψηλό κόστος του εξοπλισμού καθώς και η αδυναμία να μετρηθούν περιοχές ευεπίφορες σε κατάγματα (ισχίο, ΟΜΣΣ), την καθιστά μέθοδο που χρησιμοποιείται κυρίως για έρευνα σε εξειδικευμένα κέντρα. Η ακτινολογική αποροφησιομετρία (RA) είναι μια παλαιά τεχνική που διατηρείται ως σήμερα από μερικά κέντρα. Χρησιμοποιεί την κλασσική ακτινογραφία της άκρας χειρός με ταυτόχρονη απεικόνιση ενός ομοιώματος αλουμινίου. Στη συνέχεια, προσδιορίζεται ένας μορφομετρικός δείκτης που συγκρίνει το πάχος φλοιού με το συνολικό πάχος στο 4

μέσο δύο οστών του μετακαρπίου (Εικόνα 5). Μπορεί να χρησιμεύσει σαν εξέταση ελέγχου μεγάλων ομάδων πληθυσμού (screening). Η Αποροφησιομετρία με χρήση φωτονίων αποτελεί την εξέλιξη από παλαιότερες τεχνικές που είχαν εφαρμοσθεί με τη χρήση της απορρόφησης φωτονίων για τη μέτρηση της οστικής πυκνότητας (BMD). Αρχικά, είχαν χρησιμοποιηθεί ραδιενεργές πηγές με ραδιοστοιχεία που κατά τη διάσπασή τους εκπέμπουν φωτόνια μίας ενέργειας (π.χ. το ιώδιο Ι-125 ~ 30KeV). Στη συνέχεια, εξέλιξη της μεθόδου απετέλεσε η χρήση ραδιοϊσοτοπικών πηγών όπως αυτή του Γαδολινίου Gd-153, κάθε διάσπαση της οποίας ακολουθείται από εκπομπή δύο φωτονίων με ενέργειες 44 KeV και 100 KeV αντίατοιχα. Οι μέθοδοι αυτές στηρίζονται στην ευθέως ανάλογη σχέση που υπάρχει μεταξύ της περιεκτικότητας του οστού σε άλατα και της απορροφούμενης ενέργειας από τη δέσμη φωτονίων που προσπίπτει σ αυτό και η συνυφασμένη με αυτήν εκθετική μείωση της έντασης της δέσμης με την αύξηση του πάχους του οστού Όμως, - το μεγάλο κόστος - ο σχετικά μικρός χρόνος ημισείας ζωής των παραπάνω ραδιενεργών πηγών, και - η διαχείρισή τους, μετά το πέρας της ωφέλιμης ζωής τους, οδήγησαν στην ανάπτυξη άλλων νεότερων μεθόδων μέτρησης της οστικής μάζας, χρησιμοποιώντας τις ακτίνες Χ ως πηγή παραγωγής φωτονίων. Χρησιμοποιούν δηλαδή λυχνία παραγωγής ακτίνων Χ, που, όπως είναι γνωστό, έχει σταθερή παροχή φωτονίων, πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από ότι οι ραδιενεργές πηγές που χρησιμοποιήθηκαν κατά καιρούς στις εν λόγω μεθόδους και κατ επέκταση πολύ μικρότερο κόστος. Πρόσθετα δεν δημιουργούν πρόβλημα διαχείρισης ραδιενεργών καταλοίπων. Αρχικά, η απορρόφηση φωτονίων με μία ενέργεια εφαρμόστηκε πρώτη και χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα για τη μέτρηση της οστικής μάζας στα οστά των άκρων και κυρίως στην κερκίδα. Η επιλογή των οστών αυτών οφείλεται στο γεγονός ότι η ποσότητα των υπερκείμενων μαλακών ιστών είναι μικρή και η σύνθεσή τους είναι ομοιόμορφη. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε η απορρόφηση φωτονίων με δύο ενέργειες σε οστά της σπονδυλικής στήλης. Η χρησιμοποίηση μιας επιπλέον ενέργειας φωτονίων εξουδετερώνει 5

υπολογιστικά την παρεμβολή των υπερκείμενων μαλακών ιστών στην περιοχή μέτρησης της οστικής πυκνότητας (πχ ΟΜΣΣ). Η Αποροφησιομετρία μονοενεργειακών φωτονίων από ακτίνες Χ (SXA) χρησιμοποιεί σήμερα φορητά μηχανήματα που μετρούν την οστική πυκνότητα στην πτέρνα ή την άκρα χείρα (Εικόνα 6). Τις περισσότερες φορές, το άκρο βυθίζεται σε νερό, δεδομένου ότι αυτό έχει την ίδια περίπου πυκνότητα με τους μαλακούς ιστούς, άρα μπορεί να εξουδετερωθεί η συνεισφορά τους στον υπολογισμό της οστικής πυκνότητας. Η μέθοδος δίνει ελάχιστη ακτινοβολία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν εξέταση ελέγχου μεγάλων ομάδων πληθυσμού (screening). Τα τέλη της δεκαετίας του 1980 εμφανίσθηκε η μέτρηση της οστικής μάζας με αποροφησιομετρία διπλοενεργειακών φωτονίων από ακτίνες Χ (Dual energy X-Ray absorptiometry, DXA) η οποία και παραμένει έκτοτε η μέθοδος αναφοράς (gold standard) τόσο για τη διάγνωση της οστεοπόρωσης όσο και για την παρακολούθηση της πορείας της νόσου και βεβαίως για την εκτίμηση του θεραπευτικού αποτελέσματος. Οι κυριότεροι λόγοι για την επικράτηση της μεθόδου αυτής είναι πολλοί: Μπορεί και μετρά την οστική πυκνότητα (BMD) σε περιοχές όπου συμβαίνουν κυρίως οστεοπορωτικά κατάγματα (ΣΣ, ισχίο, καρπό) αλλά και ολόσωμα Υπάρχουν μεγάλες σειρές επιδημιολογικών δεδομένων Έχει άριστη συσχέτιση με την αντοχή του οστού in-vitro Έχει αξιολογηθεί σε πολλές κλινικές μελέτες Είναι ευρέως διαθέσιμη Βασικές αρχές λειτουργίας της DXA Ένα σκαρίφημα της αρχής λειτουργίας ενός μηχανήματος DXA φαίνεται στο Σχήμα 1. Όπως φαίνεται, υπάρχει μια πηγή παραγωγής ακτίνων Χ, που με τη βοήθεια ενός C- arm βρίσκεται διαμετρικά αντίθετα με τον/τους ανιχνευτή/ές και στο μέσο παρεμβάλλεται η εξεταστική κλίνη. Όπως είναι γνωστό, οι ακτίνες Χ έχουν πολυχρωματικό φάσμα. Για να καταστεί δυνατό επομένως, να παραχθούν από αυτό δύο διακριτές ενεργειακές περιοχές (διπλοενεργειακό φάσμα), χρειάζεται να εφαρμοσθούν ειδικές τεχνικές: Στην πρώτη τεχνική, η λυχνία εξαναγκάζεται να παράγει πάρα πολύ γρήγορα ακτίνες Χ σε δύο 6

ενεργειακές περιοχές του φάσματος π.χ. στα 70 KVp και στα 140 KVp αντίστοιχα. Στη δεύτερη τεχνική, οι ακτίνες Χ περνούν από ειδικά φίλτρα (από λανθάνουσες γαίες, πχ Cerium ή Samarium K-edge filters) τα οποία αποκόπτουν επιλεκτικά το κεντρικό τμήμα του φάσματος των ακτίκων Χ, λόγω ισχυρής απορρόφησης με φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, των φωτονίων με ενέργειες ίσες ή ελαφρώς μεγαλύτερες από την αντίστοιχη ενέργεια σύνδεσης των ηλεκτρονίων στην Κ- στοιβάδα των ατόμων του φίλτρου. Κατ επέκταση από το συνολικό ενεργειακό φάσμα της δέσμης, διέρχονται από το φίλτρο μόνο φωτόνια με ενέργειες μικρότερες ή πολύ μεγαλύτερες της ενέργειας σύνδεσης των ηλεκτρονίων στην Κ- στοιβάδα των ατόμων. Για παράδειγμα από το φίλτρο του Σαμαρίου διέρχονται φωτόνια που εμπίπτουν σε δύο ενεργειακά φάσματα με μέσες ενέργειες της τάξης των 30 και 80 KeV αντίστοιχα (η ενέργεια σύνδεσης των ηλεκτρονίων στην Κ- στοιβάδα των ατόμων του Σαμαρίου είναι 45.8 KeV). Στα Σχήματα 2 και 3 φαίνονται αντίστοιχα τα φάσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή αυτών των τεχνικών. Υπάρχουν δυο παραλλαγές κατευθυντήρων για την εκπομπή των μονοχρωματικών ακτινοβολιών από την λυχνία παραγωγής: Η μία επιτρέπει τη δίοδο της ακτινοβολίας σε γραμμική λεπτή δέσμη (pencil beam) και η άλλη υπό μορφή βεντάλιας (fan beam). Στη δεύτερη περίπτωση, απαιτείται να υπάρχει απέναντι συστοιχία ανιχνευτών, οπότε αυτονόητα, μικραίνει και ο χρόνος εξέτασης (Σχήμα 4). Τέλος, θα πρέπει να αναφερθεί και το φαινόμενο της σκλήρυνσης της δέσμης (Beam Hardening): Είναι ένα φαινόμενο που εξαρτάται από το πάχος των ιστών (Σχήμα 5) και την πολυενεργειακή φύση του φάσματος των ακτίνων Χ (οι χαμηλότερης ενέργειας απορροφούνται περισσότερο) (Σχήμα 6). Η επίδραση του φαινομένου αυτού στις μετρήσεις της οστικής πυκνότητας αντιμετωπίζεται υπολογιστικά μέσω ειδικών αλγορίθμων. Το ανιχνευτικό σύστημα συνήθως αποτελείται από έναν ή περισσοτέρους κρυστάλλους ιωδιούχου νατρίου ή από ημιαγωγούς. Ο υπολογισμός της οστικής μάζας γίνεται με ταυτόχρονη δίοδο της ακτινοβολίας από γνωστής πυκνότητας ομοιώματα (phantoms). Όλα τα μηχανήματα DXA συγκρίνουν την εξασθένιση των ακτίνων Χ που οφείλεται στους ιστούς με εκείνην από ένα phantom 7

γνωστής περιεκτικότητας σε υδροξυαπατίτη [Ca 10 (PO 4 ) 6 OH 2 ] ή άλλων αντίστοιχων υλικών. Στη συνέχεια, ειδικοί αλγόριθμοι επιλύουν τις ειδικές εξισώσεις εξασθένισης. Η DXA έχει τη δυνατότητα μετρήσεως της οστικής πυκνότητας (BMD) στις περιοχές της ΟΜΣΣ (Εικόνα 7) και του ισχίου (Εικόνα 8), θέσεις στις οποίες, όπως προαναφέρθηκε, κατεξοχήν παρατηρούνται κατάγματα στην οστεοπόρωση. Μπορεί όμως να γίνουν μετρήσεις και σε άλλες περιοχές όπως το αντιβράχιο (Εικόνα 9), ο καρπός, η κνήμη κλπ, όπως και ολόσωμα (Εικόνα 10). Ας σημειωθεί εδώ ότι με την ολόσωμη μέτρηση, εκμεταλλευόμενοι τη διαφορετική πυκνότητα που έχουν οι διάφοροι ιστοί του σώματος (οστά, μυς, λίπος) μπορούμε, εκτός από τη μέτρηση της BMD, να απεικονίσουμε και να εκτιμήσουμε τη σύσταση ολοκλήρου του σώματος. Τούτο έχει τεράστια κλινική σημασία σε μεταβολικές νόσους. Το αποτέλεσμα μιας μέτρησης εκφράζεται συγκρίνοντάς το με πολλά μεγέθη: Με τις αντίστοιχες τιμές φυσιολογικών ατόμων ίδιου φύλου και ηλικίας (Z score) Mε την αντίστοιχη τιμή κορυφαίας οστικής μάζας νεαρών φυσιολογικών ατόμων του ίδιου φύλου (T score) Mε το κατώφλι κατάγματος (fracture threshold) για την ηλικία και το φύλο του εξεταζομένου. Το κατώφλι κατάγματος είναι πρακτικά μια αυθαίρετη τιμή που διαφέρει στον ορισμό της ανάλογα με τον τύπο του μηχανήματος. Θεωρείται ότι όταν η τιμή της μέτρησης βρίσκεται κάτω από το κατώφλι αυτό, τότε υπάρχει αυξημένος κίνδυνος κατάγματος. Πιο συγκεκριμένα, το T-score εκφράζεται από το κλάσμα: Μετρηθείσα BMD Μέση Τιμή BMD νεαρών ενήλικων (ίδιου φύλου) 1 SD της BMD νεαρών ενήλικων (ίδιου φύλου) Το δε Z-score εκφράζεται από το κλάσμα: Μετρηθείσα BMD Mέση Τιμή BMD συνομιλήκων ίδιου φύλου 1 SD της Mέσης Τιμής της BMD συνομιλήκων ίδιου φύλου Το T-score έχει καθημερινή κλινική εφαρμογή για τον χαρακτηρισμό μιας μέτρησης σαν παθολογικής ή όχι. Ο Διεθνής Οργανισμός Υγείας (WHO) βασίζεται εν πολλοίς σ αυτό προκειμένου να χαρακτηρίσει ένα άτομο σαν φυσιολογικό, οστεοπενικό ή οστεοπορωτικό (Πίνακας 3). 8

Ο Πίνακας 4 παρουσιάζει συγκεντρωτικά τις θέσεις μέτρησης, τον χρόνο που απαιτείται και την έκθεση σε ακτινοβολία των διαφόρων τεχνικών μέτρησης που προαναφέρθηκαν. Όπως φαίνεται και από τον Πίνακα, η τεχνολογία DXA δίνει πολύ χαμηλή ακτινοβολία στον εξεταζόμενο και παρέχει ελάχιστη σκεδαζόμενη ακτινοβολία στον τεχνολόγο. Άλλες μέθοδοι Ενεργοποίηση νετρονίων Η ακριβής μέτρηση της οστικής μάζας μπορεί να γίνει μόνο με τον προσδιορισμό του ολικού ποσού του ασβεστίου σώματος, αφού το 99% του ολικού ασβεστίου βρίσκεται στα οστά. Μία τέτοια τεχνική που μπορεί να μετρά απευθείας το ασβέστιο είναι η ενεργοποίηση με νετρόνια. Η μέτρηση μπορεί να γίνει είτε σε ένα τμήμα του σώματος π.χ. χέρια, αντιβράχια, σπονδυλική στήλη και κορμό, είτε σε ολόκληρο το σώμα. Η μέτρηση του ασβεστίου με τη μέθοδο της ολόσωμης ενεργοποίησης έχει καλύτερη επαναληψιμότητα απ ότι η μέθοδος της μερικής ενεργοποίησης, αλλά η απορροφούμενη ολόσωμη δόση ακτινοβολίας από τον άρρωστο είναι μεγαλύτερη. Η τεχνική της ενεργοποίησης με νετρόνια έχει χρησιμοποιηθεί τόσο σε φυσιολογικά άτομα, όσο και σε αρρώστους με μεταβολικές παθήσεις των οστών. Οι ολόσωμες μετρήσεις ασβεστίου χρησιμοποιούνται σαν σημεία αναφοράς για άλλες τεχνικές, όπως η απορρόφηση με δύο δέσμες φωτονίων. Παρόλα αυτά, όμως, αποτελεί αντικείμενο συζήτησης το κατά πόσο η μέτρηση του ολικού ασβεστίου του σώματος είναι η καλύτερη προσέγγιση, για παράδειγμα της οστεοπόρωσης, αφού μόνο το 20% του συνολικού σκελετού είναι σπογγώδες οστό και είναι δυνατόν να υπάρχουν διαφορετικοί ρυθμοί απώλειας οστού στα διάφορα μέρη του σκελετού. Ο πολύπλοκος και ακριβός εξοπλισμός της τεχνικής αυτής περιορίζει πάρα πολύ την εφαρμογή της και γι αυτό χρησιμοποιείται σε πολύ λίγα κέντρα του κόσμου. Εξάλλου, οι υψηλές δόσεις ακτινοβολίας που παίρνει ο άρρωστος, δεν είναι ηθικά παραδεκτές για επαναληπτικές μετρήσεις. 9

Βιοψία οστών. Η βιοψία αποτελεί κλασσική μέθοδο εκτίμησης των μορφολογικών μεταβολών που προκαλούνται στη δομή των οστών. Η αφαλάτωση του υλικού της βιοψίας που γίνεται με τις κλασσικές μεθόδους δεν επιτρέπει το διαχωρισμό μεταξύ οργανικής και ανόργανης φάσης και για το λόγο αυτό αναπτύχθηκαν ειδικές τεχνικές που παρεμποδίζουν την αφαλάτωση του οστού κατά την παρασκευή των ιστολογικών τομών. Η όλη διαδικασία, όμως, παρουσιάζει αρκετές δυσκολίες και γι αυτό εφαρμόζεται σε λίγα μόνο κέντρα του κόσμου. Η απλή ιστολογική εξέταση του υλικού της βιοψίας μπορεί να συμπληρωθεί με αυτοραδιογραφία, μικροραδιογραφία και δυναμική μορφομέτρηση του οστού. Η μέτρηση της οστικής μάζας με τις μεθόδους αυτές της οστικής μορφομετρίας παρουσιάζει ορισμένες δυσκολίες, που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην εκτίμηση των αποτελεσμάτων. Έτσι, η ποσοτική εκτίμηση, π.χ. του αριθμού των οστεοβλαστών και οστεοκλαστών, δεν προϋποθέτει πάντοτε και την ανάλογη δραστηριότητά τους, δεδομένου ότι μπορεί να υπάρχει διαφορετική δραστηριοποίηση ανά μονάδα κυττάρων. Ακόμα, υπάρχουν διαφορές της ιστολογικής υφής ανάλογα με την περιοχή, από την οποία λαμβάνεται η βιοψία. Ισοζύγιο ασβεστίου. Η μέτρηση της πρόσληψης (τροφής) ή της αποβολής (ούρα, κόπρανα, ιδρώτας) του ασβεστίου ήταν η μόνη επιστημονική μέθοδος που υπήρχε παλιά για την διερεύνηση των μεταβολικών παθήσεων των οστών. Με τη μέθοδο αυτή προσδιορίζεται αν ένα άτομο χάνει ή κατακρατεί ασβέστιο και επομένως αν ελαττώνεται ή αυξάνεται η οστική του μάζα. Η όλη διαδικασία, όμως είναι χρονοβόρα, πολυδάπανη, απαιτεί εξειδικευμένο προσωπικό και ειδική μεταβολική μονάδα. Λόγω των δυσκολιών αυτών, η πιθανότητα λανθασμένων μετρήσεων είναι μεγάλη και γι αυτό σήμερα η μέθοδος δεν χρησιμοποιείται παρά μόνο σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις. Κινητική ραδιενεργού ασβεστίου. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στη χορήγηση ραδιενεργού ασβεστίου (Ca-45 ή Ca-47) ή Sr - 85, το οποίο έχει παρόμοια συμπεριφορά με εκείνη του ασβεστίου. Το χορηγούμενο ραδιοϊσότοπο αναμιγνύεται με το ενδογενές σταθερό ασβέστιο και ακολουθεί την ίδια τύχη με αυτό. Έτσι, μετρώντας την ειδική ενέργεια στο αίμα, στα ούρα και στα κόπρανα, μπορεί να υπολογισθεί το ποσοστό της κατακράτησής του στα οστά. Βασική παραδοχή της μεθόδου αυτής είναι ότι το ισότοπο που αποβάλλεται είναι εκείνο που δεν έχει 10

προσληφθεί από τα νεοσχηματιζόμενα οστά. Αυτό, όμως δεν είναι ορθό δεδομένου ότι ανταλλαγή ασβεστίου μεταξύ των οστών γίνεται ανεξάρτητα από το εάν είναι νεοσχηματισμένα ή όχι. Υπάρχουν όμως και άλλα μειονεκτήματα της μεθόδου, όπως είναι ο συνυπολογισμός των εναποθέσεων ασβεστίου στα μαλακά μόρια, η αδυναμία της για αξιόπιστα αποτελέσματα σε τοπικές παθήσεις του σκελετού ή ακόμα και σε γενικές, όπως π.χ. η ραχίτιδα, η οστεομαλακία (αδυναμία διαχωρισμού μεταξύ οργανικής και ανόργανης φάσης) και η νόσος του Paget (ταχύς οστικός μεταβολισμός). Παρόλα αυτά, όμως, στις μετρήσεις της σκελετικής πρόσληψης, εκτός από την οστεοβλαστική, συμπεριλαμβάνεται και η οστεοκλαστική δραστηριότητα. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την αδυναμία της μεθόδου να διαχωρίσει το συμπαγές από το σπογγώδες οστό, αποτελεί περιορισμό στη χρησιμοποίηση της μεθόδου σε ευρεία κλίμακα. 3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Σύμφωνα με όσα αναφέρθηκαν για τις τεχνικές μέτρησης της οστικής μάζας, τα μέχρι σήμερα δεδομένα μας επιτρέπουν να συμπεράνουμε τα εξής: Οι ακτινολογικές μέθοδοι είναι χρήσιμες για μια αρχική εκτίμηση της οστικής μάζας σε αρρώστους που είναι συμπτωματικοί και έχουν προχωρημένη οστική νόσο. Κι αυτό γιατί δεν έχουν την απαραίτητη ευαισθησία, για να διαπιστώσουν μικρές μεταβολές της οστικής μάζας. Η DXA θεωρείται η μέθοδος εκλογής και χρησιμοποιείται τόσο για την εκτίμηση της οστικής μάζας ολοκλήρου του σκελετού, όσο και για τον κίνδυνο κατάγματος σε περιοχές ενδιαφέροντος (ΟΜΣΣ και ισχία). Οι διάφορες άλλες μέθοδοι δεν προσφέρονται για καθημερινή χρήση, είτε γιατί δεν έχουν την απαραίτητη ακρίβεια ή και ευαισθησία, είτε γιατί είναι πολύπλοκες στην εφαρμογή τους. 11

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. http://mpl.med.uoa.gr/index.php?option=com_content&view=article&id=18&ite mid=18&lang=el 2. Adler R. Osteoporosis: Pathophysiology and Clinical Management. 2nd edition. Humana Press, 2010 3. Bonnick SL. Bone Densitometry in Clinical Practice: Application and Interpretation (Current Clinical Practice). 3rd edition. Humana Press, 2009 4. Fordham J. Manual of Bone Densitometry Measurements: An Aid to the Interpretation of Bone Densitometry Measurements in a Clinical Setting. 1st edition. Springer, 2000. 12

ΠΙΝΑΚΕΣ Πίνακας 1: Διαίρεση και ομάδες υψηλού κινδύνου πρωτοπαθούς και αίτια δευτεροπαθούς οστεοπόρωσης. Πρωτοπαθής οστεοπόρωση Διαίρεση Ομάδες Υψηλού Κινδύνου 1. Νεανική 1. Ηλικία: Προχωρημένη 2. Ιδιοπαθής: Προεμμηνοπαυσικές 2. Φύλο: Γυναίκες γυναίκες, μεσήλικες ή νέοι άνδρες 3. Φυλή: Λευκή, Ασιατική 4. Εμφάνιση: Μικρόσωμη ή λεπτή 3. Εκφυλιστική 5. Εμμηνόπαυση: Πρώιμη Τύπος Ι: Μετεμμηνοπαυσιακή φυσιολογική ή χειρουργική Τύπος ΙΙ: Γεροντική 6. Οικογενειακό ιστορικό: Θετικό 7. Τρόπος Ζωής: Κατάχρηση καπνίσματος και οινοπνεύματος, περιορισμένη φυσική άσκηση, ανεπαρκής λήψη ασβεστίου Δευτεροπαθής οστεοπόρωση 1. Ενδοκρινικά: Υπογοναδισμός, υπερθυρεοειδισμός, υπερπαραθυρεοειδισμός, υπερκορτικοειδισμός, υπερπρολακτιναμία, σακχαρώδης διαβήτης 2. Γαστρεντρικά: Υφολική γαστρεκτομή, σύνδρομο κακής απορρόφησης, χρόνιος αποφρακτικός ίκτερος, πρωτοπαθής χολική κίρρωση, σοβαρή κακή θρέψη, ψυχογενής ανορεξία 3. Μυελού οστών: Μυελωμάτωση, διάσπαρτος καρκίνος 4. Συνδετικού ιστού: Ατελής οστεογένεση, σύνδρομο Ehlers-Danlos, σύνδρομο Marfan 5. Διάφορα: Ακινητοποίηση, χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια, χρόνιος αλκοολισμός, χρόνια χορήγηση ηπαρίνης, ρευματοειδής αρθρίτιδα 13

Πίνακας 2. Τεχνικές μέτρησης της οστικής πυκνότητας (BMD) 1. Ποσοτική oστική υπερηχομετρία (Quantitative Ultrasound, QUS) 2. Ποσοτική αξονική τομογραφία (Quantitative Computed Tomography, QCT) 3. Περιφερική ποσοτική αξονική τομογραφία (Peripheral Quantitative Computed Tomography, pqct) 4. Ακτινολογική αποροφησιομετρία (Radiographic absorptiometry, RA), 5. Αποροφησιομετρία μονοενεργειακών φωτονίων από ακτίνες Χ (Single Χ-Ray absorptiometry, SXA) 6. Αποροφησιομετρία διπλοενεργειακών φωτονίων από ακτίνες Χ (Dual energy X- Ray absorptiometry, DXA) 7. Άλλες έμμεσοι μέθοδοι (Ενεργοποίηση νετρονίων, Βιοψία οστών, Ισοζύγιο ασβεστίου, Κινητική ραδιενεργού ασβεστίου κλπ) 14

Πίνακας 4. Οι θέσεις μέτρησης, ο χρόνος που απαιτείται και η έκθεση διαφόρων τεχνικών μέτρησης της οστικής πυκνότητας Τεχνική Θέση Χρόνος (min) Έκθεση (μsv) DXA ΟΜΣΣ (ΟΠ, Πλάγια) Ισχίο, Αντιβράχιο Ολόσωμη 5-10 1-7 pqct Αντιβράχιο < 5 <1 QCT ΟΜΣΣ 5-10 50-60 QUS Αντιβράχιο, Πτέρνα, Δάκτυλο, Κνήμη < 5 - RA Δάκτυλο < 5 < 1 SXA Αντιβράχιο, Πτέρνα < 5 1 15

Πίνακας 3. Ορισμός εργασίας της WHO (1994) με βάση το T-score Φυσιολογική Τ- score -1 Οστεοπενία -1 Τ- score -2.5 Οστεοπόρωση Σοβαρή οστεοπόρωση -2.5 Τ- score -2.5 Τ- score και τουλάχιστον ένα κάταγμα 16

ΣΧΗΜΑΤΑ Σχήμα 2. Ενεργειακό Φάσμα ακτίνων Χ με φίλτρο 70 60 50 40 30 20 10 0 DXA - Φάσμα ακτίνων Χ 100 KVp 0 mm Al Σχετικός # Φωτονίων ανά KeV χωρίς χωρίςφίλτρο φίλτροσαμαρίου με μεφίλτρο φίλτροσαμαρίου 0 20 40 60 80 100 120 140 Ενέργεια Φωτονίων (KeV) Ενέργεια Ενέργειασύνδεσης σύνδεσηςκ- Κ-στοιβάδας στοιβάδαςσαμαρίου 45.8 45.8 KeV KeV Σχήμα 3. Ενεργειακό Φάσμα ακτίνων Χ με ταχεία εναλλαγή του kvp της λυχνίας μεταξύ 70 και 140 kvp 17

Ανιχνευτής Σχήμα 1. Διάταξη ενός μηχανήματος DXA Σχήμα 4. Τα δύο είδη γεωμετρίας της δέσμης εκπομπής 18

Σχήμα 5. Η εξασθένιση αυξάνει με το πάχος του υλικού διέλευσης Lead= μολύβι Bone= Οστούν Soft tissue= Μαλακοί ιστοί Thickness= Πάχος Beam intensity= Ένταση δέσμης ακτίνων Χ Σχήμα 6. Οσο μεγαλύτερη η μέση ενέργεια των φωτονίων τόσο χαμηλότερη είναι η εξασθένιση 19

ΕΙΚΟΝΕΣ Εικόνα 1. Δοκιδώδες και συμπαγές οστούν Εικόνα 2. Μηχάνημα μέτρησης με υπερήχους 20

Εικόνα 3. Τομή μέτρησης με ποσοτική αξονική τομογραφία της ΟΜΣΣ. Στο κάτω μέρος απεικονίζονται οι κύλινδροι του ομοιώματος που περιέχουν υλικά με γνωστές πυκνότητες. Εικόνα 4. Μηχάνημα περιφερικής ποσοτικής αξονικής τομογραφίας (pqct) 21

Εικόνα 6. Μηχάνημα αποροφησιομετρίας μονοενεργειακών φωτονίων από ακτίνες Χ (SXA) Εικόνα 5. Ακτινολογική αποροφησιομετρία (Λεζάντες: Μέση φάλαγγα του δείκτη, Ομοίωμα αλουμινίου) 22

Εικόνα 7. Μέτρηση οστικής πυκνότητας στην ΟΜΣΣ με DXA Εικόνα 8. Μέτρηση οστικής πυκνότητας στo ισχίο με DXA Εικόνα 9. Μέτρηση οστικής πυκνότητας στo αντιβράχιο με DXA 23

Εικόνα 10. Ολόσωμη μέτρηση σύστασης σώματος με DXA 24

Φάσμα ακτίνων Χ 100 KVp 0 mm Al Σχετικός # Φωτονίων ανά KeV χωρίς φίλτρο Σαμαρίου + με φίλτρο Σαμαρίου Ενέργεια Φωτονίων (KeV) Ενέργεια σύνδεσης Κ- στοιβάδας Σαμαρίου 45.8 KeV 25