Estudio integral para desarrollar un índice INSTITUTO NACIONAL DE REHABILITACIÓN Estudio integral para desarrollar un índice de calidad ósea en varones mexicanos (Primera etapa) Margarita Navarrete / Enrique Cedillo Laboratorio de Pruebas no Destructivas Febrero, 2011 Instituto Mexicano de Rehabilitación 1/15

Objetivos General Determinar un índice que nos cuantifique la calidad ósea que poseen los varones de la población mexicana con la finalidad de ser usado en el diagnóstico clínico. Particular Realizar un estudio retrospectivo en la población mexicana de varones cuya edad oscile entre 30 y 70 años, para cuantificar y correlacionar los cambios en las propiedades del tejido óseo tanto estructurales como de materiales con el incremento de la edad / usando la vértebra L3 / muestra prototipo. Medición de la distribución y porcentaje de los macro-minerales óseos Cuantificar el espesor del hueso cortical y trabecular Determinar distribución del modulo elástico del hueso trabecular Cuantificar la arquitectura trabecular Técnicas Tomografía axial computarizada, TAC Microscopia electrónica de barrido, MEB Absorciometría dual de rayos X , DXA Ultrasonido Fractales 2/15

Características / resistencia mecánica/ sólida Introducción Evolución / esqueleto de los vertebrados / desarrollado resistencia a la deformación / fractura / adaptándose límites fisiológicos / exigencias mecánicas Características / resistencia mecánica/ sólida Economía metabólica La calidad mecánica del material / rigidez específica del tejido óseo mineralizado La distribución espacial / diseño arquitectónico Minimizar la masa del material mineralizado / distribuido óptimamente en función de su trabajo máximo habitual. www.xx Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 3/15

trastornos genéticos osteoblásticos edad avanzada (tercera edad). Introducción La calidad del material / no ha cambiado – desde la época de los dinosaurios / el grado adecuado /calcificación/colágeno / rigidez específica. La “microestructura” del material óseo (colágeno orientado y mineralizado) se altera por: trastornos genéticos osteoblásticos edad avanzada (tercera edad). Calidad ósea La calidad del diseño / se resolvió a medias durante la evolución / mediante cambios en la manera de producir, distribuir y re-distribuir el material mineralizado. Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 4/15

Caderas (duplicación del porte) Columna (flexión – compresión) Introducción El mal funcionamiento biomecánico natural o secundario del esqueleto por “mala calidad ósea” (todas las osteopenias y osteoporosis) están relacionados más con la calidad de diseño que con la calidad del material de los huesos. Zonas afectadas Caderas (duplicación del porte) Columna (flexión – compresión) Muñecas (compresión – tracción) www.ivanovichk-portafolioblogspot.com Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 5/15

(sensan la deformación) Introducción Calidad ósea / mecanismos biológicos / resistencia a la fractura Tres formas de proceder del tejido óseo: I) Crecimiento endocondral (desaparece a los 20 años) II) Modelación / añade en superficies perióstica y peritrabecular quita en la endóstica y en la peritrabecular. ( único mecanismo / masa ósea nueva) III) Remodelación / recambia unidades pequeñas de material óseo pre-existentes por remoción osteoclástica y re-aposición osteoblástica. PROCESOS CON BASE CELULAR Determinantes genéticos Moduladores ambientales Biomecánico Metabólico Contracciones musculares Gravedad OSTEOCITOS (sensan la deformación) La remodelación en modo “desactivado” es la única causa de todas las osteopenias y osteoporosis conocidas Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 6/15

Se activa o inactiva la remodelación Introducción (OSTEOCITOS) deformaciones Estimula o inhiben / orientan espacialmente Liberación de mediadores celulares osteocíticos hacia los osteoblastos inactivos Cientos de osteoblastos de rata, incluyendo algunos sufriendo mitosis / 200 veces Se activa o inactiva la remodelación -UNICO PROCESO REGULADOR – DE LA “CALIDAD ÓSEA” ww.brsoc.org.uk El entorno metabólico “modula” no regula / los efectos todas las hormonas conocidas sobre el tejido óseo están dirigidas a controlar o modificar el equilibrio mineral del medio interno -no regulan ninguna variable o propiedad esquelética- Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 7/15

Muestras / Biopsia de cadáveres Propiedades estructurales y del material óseo Muestras / Biopsia de cadáveres varones de edad cronológica aparente / 5 grupos etarios / vértebra L3/ 3mm I) 30 - 39, II) 40 - 49, III) 50 - 59, IV) 60-69 y V) 70-79 años Masculinos / Muerte / traumatismo cráneo encefálico / heridos por arma de fuego Infarto al miocardio / Pancreatitis / SIN ENFERMEDAD ÓSEA APARENTE *Se eligió una vertebra lumbar porque en ella es más evidente la perdida de volumen óseo (53%) en varones con edades de 30 a 80 años. La L3 de fácil acceso, no se sobrepone con las costillas ni con la cresta iliaca. Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 8/15

DMO en vertebras de cadáver con TAC Resultados DMO en vertebras de cadáver con TAC EDAD ( años) DMO (mg/cm3) CAMBIOS MORFOLOGICOS POR TAC 30-39 1) 1.4 DS  2) Normal 3) 2.4 DS  1) Sin cambios morfológicos 2) Microfracturas 3) Microfracturas 40 -49 1) 2.1 DS  2) 2.5 DS  1) Osteofitos, microfracturas 2) Osteofitos, microfracturas 3) Esclerosis, microfracturas 50-59 1) 4.3 DS  2) 3.1 DS  3) 4.0 DS  60-69 1) 0.3 DS  2) 4.0 DS  1) Osteofitos, disminución de tamaño 2) Esclerosis, microfracturas 3) Microfracturas 70-79 1) 2.4 DS  2) 2.4 DS  3) 2.0 DS  1) Disminución de la altura, esclerosis 2) Osteofitos, esclerosis 3) Microfracturas, esclerosis Laboratorio de Pruebas no Destructivas 9/15

Resultados Cambios macroscópicos de la morfología vertebral 30-39 años 70-79 años ↓ 22.04% 40-49 años ↓6.47% 50-59 años ↓9.43 % 60-69 años ↓ 13.38 % Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 10/15

Espesor trabecular / Elementos químicos Resultados Espesor trabecular / Elementos químicos 30-39 – único grupo que presento DMO normal - grosor trabecular de 200 mm. coeficientes de correlación positivos para iones Ca, P, Mg y Na. cambios morfológicos: microfracturas / remodelación ósea. 40-49 y 50-60 , presento DMO anormal - grosor trabecular de 185 mm. - coeficientes de correlación negativos Ca-Na y P-Na. 70-79 mayor cantidad de calcio, - grosor trabecular de 156 mm - coeficientes de correlación negativos Ca-Mg, P-Mg. - presencia de osteofitos y esclerosis ( procesos degenerativos óseos) Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 11/15

Módulo elástico, E Resultados 12/15 Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 12/15

Resultados Fractales - Cuantificación de la red trabecular usando el concepto de la geometría fractal - Procesamiento Superficie fractal Imagen integrada 424 Osteoporosis 372 Osteopenia 428 Normal Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 13/15

Conclusiones Hemos realizado un estudio retrospectivo, a pequeña escala, de los parámetros que determinan la “calidad ósea” de varones mexicanos de entre 30 y 70 años, abarcando tanto la calidad del material como su distribución espacial. Los resultados revelan que a partir de los 40 años los cambios degenerativos que se dan en el tejido óseo de los varones mexicanos son más altos en comparación a la media mundial. Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 14/15

Conclusiones Para desarrollar un método no invasivo para medir la calidad ósea, con una sola prueba, se necesita tener una relación que nos indique como encuentra tanto el proceso biomecánica como el metabólico del tejido óseo. Ya que cualquier anomalía de los factores que se incluyen estos procesos provocará fragilidad ósea actuando ya sea a nivel tisular, celular o molecular.  Estudios preliminares sugieren que relacionando los procesos metabólico a nivel molecular, en donde anomalías en la cantidad de enlaces disulfuro indican cambios en la fase orgánica del hueso, son reflejadas en proteínas similares como la colágeno y la queratina. Así que una simple prueba en la piel, cabello o uñas nos indicaría la calidad ósea que tenemos. Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación 15/15

Estudiantes: Enrique Cedillo Ramírez Participantes Investigadores Dra. Margarita Navarrete Montesinos, Laboratorio de Pruebas no Destructivas, II. UNAM M. en C. Lilia Solís Arrieta, Lab. de Morfología Celular y Molecular, INR, SSA Dra. Hilda Villegas Castrejón, Lab. de Morfología Celular y Molecular, INR, SSA Estudiantes: Enrique Cedillo Ramírez José Roberto Alvarado Maldonado José Rogelio Valdés Herrera Jesús Romero Salomé Trabajos: Mater. Res. Symp. Proc. Vol. 1242, S4-P81, 133-138. (2010). M Navarrete, Develan secretos de la Osteoporosis masculina (www.invdes.com.mx, La Jornada digital. Investigación y desarrollo ID Characterization of trabecular bond by fractal dimension, XIXI International Materials Research Congress, 8pp, 2010 Mechanical and Mineral properties of osteoporotic trabecular bone samples from Mexican men, XVIII International Materials Research Congress, 2009. Caracterización ultrasónica de la vértebra L3 para el estudio de la osteoporosis en hombres Materia 2007. Laboratorio de Pruebas no Destructivas Instituto Mexicano de Rehabilitación