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Estudio de la Microarquitectura ósea.

Nuevos métodos diagnósticos: XTREME CT

Dra. Ma. Belén Zanchetta

Cátedra de Osteología y Metabolismo Mineral

Universidad del Salvador

Objetivos

Microarquitectura ósea: hueso cortical y trabecular, cambios con la edad y el remodelado.

¿Cómo podemos medir la microarquitectura ósea? ¿ Qué es y qué mide la tomografía computada periférica de alta resolución?

Experiencia clínica

La densitometría (DXA) es el método de elección para estimar

el riesgo de fracturas osteoporóticas, realizar el

diagnóstico de osteoporosis y evaluar la eficacia del tratamiento

Limitaciones de la DXA

Muchas fracturas ocurren en mujeres con masa ósea

densitométrica normal.

Las mejoras densitométricas explican solo una parte

de la eficacia antifractura de la mayoría de los

tratamientos osteoactivos.

Parte de las limitaciones de la técnica pueden

adjudicarse a la medición planar ( no volumétrica )

y a su imposibilidad de diferenciar entre el

compartimento cortical y trabecular.

La Osteoporosis es una

enfermedad esquelética

sistémica caracterizada por

baja masa ósea y deterioro

de la microarquitectura con

una consecuente disminución

de la resistencia ósea.

MICROARQUITECTURA OSEA

Concepto de calidad ósea

Masa Ósea

Distribución de la Masa Geometría

Microarquitectura

Resistencia a la Fractura

Re

mo

de

lad

o

Propiedades Materiales Mineralización

Calidad de la Matriz

Micro daño

Concepto de calidad ósea

Masa Ósea

Distribución de la Masa Geometría

Arquitectura

Resistencia a la Fractura

Re

mo

de

lad

o

Propiedades Materiales Mineralización

Calidad de la Matriz

Micro daño

XT

RE

ME

- C

T

Osteoporosis

Osteoporosis Severa

Normal

Cortesia Dr. A. Boyde

Una vértebra sana puede soportar hasta 1000 kgs

Una vertebra osteoporótica solo 120kgs

La microarquitectura ósea es la distribución del volumen óseo en

el espacio tridimensional

El Rol de la Estructura Trabecular

1 X 16 X

Bell GH et al. Calcif Tissue Res 1: 75-86, 1967

Resistencia a la compresión de trabeculas conectadas y

desconectadas

Reproducido de Seeman E Advances in Osteoporotic Fracture Management 2:2-8; 2002

y Currey JD J Biomechanics 12: 459-469; 1979

Hueso cortical Hueso trabecular

Imágenes de Radio y Tibia Ultra distal usando HR-pQCT

Hueso cortical Cortical Trabecular

Proporción de la masa ósea total

80% 20%

Remodelado 20% 80%

Hueso cortical Cortical Trabecular

Proporción de la masa ósea total

80% 20%

Remodelado 20% 80%

Localización diáfisis de los huesos largos

región intertrocantérica del fémur (50%) , vertebras (90%) muñeca (25%)

Mayor pérdida Predomina después de los 65 años

Predomina en los primeros 10 a 15 años de la menopausia

80% de la masa ósea total

20% del remodelado

20% de la masa ósea total

80% del remodelado

El exceso de remodelado produce adelgazamiento y perforación de las trabéculas

Remodelado & Hueso trabecular

PLATE LIKE

viga

rectangular

ROD LIKE

varilla cilíndrica

Remodelado & Hueso Cortical

Remodelado Normal Exceso de remodelado

30

25

20

15

10

5

0

10-19 20-29 30-39 40-49 50-59 60-69 70-79 80-89

Mujeres

Edad

PO

RO

SID

AD

(%

)

Bousson V, et al. J Bone Miner Res 2001; 16: 1308-1317

La edad aumenta la porosidad cortical

Porosidad Cortical

Kostenuik P et al. Bone. 2011; doi:10.1016/j.bone.2011.03.769

50 mg/kg

DMAb OVX VEHICLE

Porosidad cortical estimada por HR-pQCT

* p < 0.0001

4%

22%

Mean

bo

ne l

oss

(m

g h

yd

rox

ya

pati

te)

90

80

70

60

50

0

40

30

20

10

Cortical loss

Trabecular loss

50−64 years 64−79 years ≥80 years

*

*

Distal radius:

Luego de la menopausia las mujeres pierden primariamente hueso trabecular, mientras que mas adelante predomina la

pérdida de hueso cortical

29-year-old woman.

67-year-old woman.

90-year-old woman.

70% de la pérdida ósea en el esqueleto periférico se debe al hueso cortical

Cu

mu

lati

ve b

on

e l

oss a

t d

ista

l ra

diu

s

(mg

hyd

rox

yap

ati

te)

0

10

70

60

50

40

30

20

80

5064 years 6579 years >80 years

Cortical bone loss

Trabecular bone loss

7.3

9.7

57.5

72.1

34.3

*

*

32.6

Remodelling of cortical

and trabecular bone

Zebaze RM et al. Lancet 2010:9727:17291736

* p < 0.001

Relevancia del hueso Cortical

• 80% del hueso es cortical

• 80% de las fracturas en mujeres mayores de 65 años son no vertebrales

• 70% de la pérdida ósea en el esqueleto periférico se debe al hueso cortical

• Zebaze R. Intracortical remodelling and porosity in the distal radius and post-mortem femurs of

women: a cross-sectional study. Lancet 2010;375:1729–36.

Edad y Hueso Cortical

20 40 60 80 100

Age

Umbral de estabilidad

Corteza demasiado

fina para el diámetro

Invasivo:

• Biopsias de cresta ilíaca

• MicroTC de biopsias…….. Resolución 8µm

Gold standard, volumétrico, en 3 dimensiones.

No invasivo:

• Tomografía (QCT o HRpQCT)

• RMN

¿Cómo se puede medir la microarquitectura ósea?

Análisis de elementos finitos (F.E.A., FINITE ELEMENT ANALYSIS)

32

• Se asignan propiedades materiales a cada elemento y se aplican fuerzas externas al modelo completo como un todo.

0

1

2

3

4

5

6

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

Ren

dim

ien

to b

ajo

est

rés

com

pre

sivo

(M

Pa)

Densidad QCT (g/cm3)

S YLD

=61.4 QCT 1.56

r 2

=0.78; n=53

F.E.A. y análisis de fortaleza vertebral

Fuente: Kopperdahl and Keaveny. JOR. 2002.

a

Adquisición y Parámetros En cada adquisición, el sistema realiza 110 cortes

paralelos con una resolución de 82 µm, permitiendo una representación 3D de aproximadamente 9 mm en

dirección axial. La dosis efectiva es menor a 3 µSv, con un tiempo de

adquisición de 3 minutos.

Densidad VOLUMÉTRICA

Sectores cortical y trabecular por separado

Parámetros de microarquitectura

Porosidad intracortical

Rigidez

D cortical

Densidad Volumétrica

Total (D100)

Densidad cortical (D comp)

Densidad trabecular (D trab)

Densidad

Volumétrica Total

D trabecular

Parámetros densitométricos

Parámetros Estructurales

Volumen óseo sobre volumen total (BV/TV)

Número, espaciamiento y espesor trabecular

Heterogeneidad del tramado trabecular

Espesor de la corteza cortical

Índices Estructurales

Volumen óseo

BV/TV

Tb.N

Tb. Th Tb.Sp

Tb.Sp.SD

Espesor Cortical

Reprod. de Jiang et al. J Bone Miner Res 18:1932-1941, 2003

PARÁMETROS OBTENIDOS ESTRUCTURALES

Obtención de BV/TV

Si 1200 mgHA/cm3………100%

D trab obtenida……………x

Por ej Dtrab: 63,5 mgHA/cm3

63,5 . 100/ 1200 : 5,29 %

Tb N MEDIDA DIRECTA

Tb Th: BV/TV/ Tb N

Tb Sp: 1-BV/TV/Tb N

Tb. Sp SD desvio standard de la separación trabecular

Reproducibilidad (Obtenida de 3 mediciones en 30 mujeres con dxa normal

y de 2 mediciones distintas en 26 mujeres

postmenopáusicas con OP)

Radio sanas

Radio OP

Tibia sanas

Tibia OP

BMD total 0.8 1,23% 0,4% 0.83%

BMD cortical

0.4 % 0.57% 0.2% 0.29%

BMD trabecular

0.8% 1.65% 0,6% 1.51%

Reproducibilidad (Obtenida de 3 mediciones en 30 mujeres con DXA normal

y de 2 mediciones distintas en 26 mujeres

postmenopáusicas con OP)

Radio sanas

Radio OP

Tibia sanas

Tibia OP

Tb.N 3.56% 4% 3.39% 3.2%

Tb.Th 3.31% 3.6% 2.98% 3.2%

Tb.Sp 3.56% 4 % 3.36% 3.3%

Tb.Sp.SD 4.43% 4.4% 4.59% 3.2%

Ct.Th 2.66% 1.1% 0.82% 0.6%

BV/TV 1.65% 0.7% 1.51% 0.5%

Limitaciones

Mediciones periféricas: ¿Representan al

esqueleto central ?

Alto costo

Entrenamiento en el análisis

Poca disponibilidad

Falta de estándares de normalidad

Limitaciones

Bone Density, Geometry, Microstructure and Stiffness:

Relationships Between Peripheral and Central Skeletal Sites

Assessed by DXA, HRpQCT, and cQCT in Premenopausal

Women

X. Sherry Liu, E. Shane,Columbia University y San Francisco,

UCLA. JBMR 2010.

Bone Density, Geometry, Microstructure and Stiffness:Relationships Between Peripheral and Central Skeletal Sites Assessed byDXA,HRpQCT, and cQCT in

Premenopausal Women

Limitaciones

Bone Density, Geometry, Microstructure and Stiffness:

Relationships Between Peripheral and Central Skeletal Sites

Assessed by DXA,HRpQCT, and cQCT in Premenopausal

Women

X. Sherry Liu, E. Shane,Columbia University y San Francisco,

UCLA. JBMR 2010.

Los resultados sugieren que la densidad volumétrica, las

variables de microarquitectura y las propiedades mecánicas

medidas por HR-pQCT en el radio y en la tibia reflejan la

competencia mecánica del esqueleto central