Tesis doctoral de Marta Salom Taverner
Resumen introducción la osteoporosis es una enfermedad sistémica crónica y progresiva que se caracteriza por una densidad ósea baja y por un deterioro de la micro-arquitectura del tejido óseo, que reduce la resistencia a las fuerzas de carga, con un incremento de la fragilidad ósea y de la susceptibilidad de experimentar una fractura ante mínimos traumatismos. Por lo tanto las fracturas son la consecuencia clínica de la osteoporosis. la incidencia de este tipo de fracturas es muy alta y además está en aumento. Las fracturas de cadera son las más importantes por sus consecuencias en cuanto a mortalidad (20-30% en el primer año) y morbilidad (sólo el 50% recuperan su estatus previo). Las fracturas vertebrales son las más numerosas aunque a veces su diagnóstico clínico es difícil. Estas fracturas suponen un importante factor de riesgo para la aparición de nuevas fracturas osteoporóticas. Las fracturas distales de radio, aunque no siempre se asocian a osteoporosis, sí que son las que primero se producen y pueden servirnos de alerta para estudiar y prevenir nuevas fracturas osteoporóticas. actualmente existen dos grandes grupos de fármacos que se están utilizando para el tratamiento de la osteoporosis y para la prevención de fracturas osteoporóticas. El primero de ellos lo forman los fármacos antireabsortivos o anticatabólicos cuyo principal mecanismo de acción es la diminución del recambio óseo consiguiendo así aumentar la dmo. Dentro de este grupo tenemos la calcitonina, la terapia hormonal sustitutiva, el raloxifeno y los bifosfonatos. El otro grupo de fármacos corresponde a los anabólicos o formadores de hueso que actúan sobre los osteoblastos y corresponden a los análogos de la parathormona. todos ellos han demostrado, en mayor o menor medida, ser efectivos a la hora de prevenir la aparición de fracturas osteoporóticas. Los más utilizados son los bifosfonatos al ser los que han demostrado mayor efectividad en la prevención de fracturas vertebrales, de cadera y periféricas. los bifosfonatos son compuestos químicos cuyo principal efecto es la inhibición de la reabsorción ósea. Existen distintos bifosfonatos según variaciones en su fórmula química lo que les confiere distintas características. Actualmente, en la clínica se utilizan los aminobifosfonatos con gran capacidad para inhibir la acción de los osteoclastos al interferir en la vía del mevalonato. También se piensa que actúan sobre los osteoblastos y osteocitos. las indicaciones de los bifosfonatos son en aquellas patologías que cursan con un aumento de la reabsorción ósea mediada por osteoclastos. La enfermedad de paget fue la primera indicación de estos fármacos, aunque hoy en día, la principal indicación es la osteoporosis postmenopáusica donde se ha demostrado su eficacia para la prevención de fracturas osteoporóticas vertebrales, de cadera y periféricas. Además también se ha aprobado su indicación para el tratamiento de la osteoporosis en hombres, secundaria al tratamiento con corticoides y al trasplante de órganos. En las guías de tratamiento que existen para la osteoporosis, tanto nacionales como internacionales, los bifosfonatos son los fármacos de elección. el zoledronato es el bifosfonato comercializado más potente clínicamente y con la relación terapéutica mayor entre la inhibición de la reabsorción ósea buscada y la inhibición de la mineralización ósea no deseada. Actualmente está indicado en el tratamiento y prevención de la osteoporosis postmenopáusica, en la secundaria a corticoides y en la prevención de fracturas tras una fractura osteoporótica de cadera reciente. Su administración es intravenosa de forma anual, lo que le confiere su principal ventaja respecto al resto de bifosfonatos, ya que un importante factor que afecta negativamente a la eficacia del tratamiento con los bifosfonatos es el abandono del mismo por falta de cumplimentación por el paciente. El zoledronato a dosis de 5 mg en dosis anual durante 3 años ha demostrado una reducción del 70% en la aparición de fracturas vertebrales, de un 41% en las de cadera y de un 25% en el resto. la mayoría de las fracturas consolidan mediante el llamado proceso de consolidación secundaria que está formado por 5 fases. La primera es el impacto y formación del hematoma y es la fase en que se produce la fractura y se liberan gran cantidad de factores que favorecen la consolidación. En la segunda fase de inflamación el hueso se necrosa y aparecen las células inflamatorias. En la tercera fase se forma el callo blando o inmaduro. En la cuarta fase el callo se osifica y en la última fase o de remodelación, el callo duro se remodela convirtiéndose en un callo maduro. Además el proceso de consolidación varía según la zona del callo. experimentalmente se ha observado que las fracturas osteoporóticas tienen una capacidad de consolidación disminuida por retraso en la formación del callo y menor formación de hueso maduro disminuyendo las propiedades mecánicas del callo de fractura. En pacientes ancianos las fracturas consolidan con mayor dificultad y esto está causado por varios factores como la dificultad de conseguir una estabilidad inicial de las fracturas por la pobre calidad del hueso, la alteración del angiogénesis de estos pacientes que afecta a las fases iniciales de la consolidación y la disminución de los factores de crecimiento, actividad de los osteoblastos y células madres mesenquimales debido a la edad. en cuanto al efecto de los bifosfonatos en la consolidación de las fracturas, los trabajos publicados sobre el efecto de estos fármacos en la consolidación ósea de fracturas en pacientes tratados con este fármaco nos aportan pocos datos. Se han publicado estudios en pacientes pediátricos afectos de osteogénesis imperfecta en tratamiento con bifosfonatos intravenosos, en los que parece que éstos no influyen en la consolidación ósea. En otros trabajos donde se estudia el efecto de los bifosfonatos sobre la pérdida ósea tras la inmovilización para el tratamiento de determinadas fracturas, los bifosfonatos se administran inmediatamente producida la fractura y no se observa un aumento de retrasos de la consolidación ósea. se han realizado diversos estudios experimentales en animales para observar la influencia de los bifosfonatos en el callo de fractura. La mayoría de los estudios se han realizados en ratas estudiando el comportamiento de distintos bifosfonatos, principalmente aquellos utilizados en la enfermedad de paget y en la hipercalcemia maligna. Se han publicado varios trabajos sobre el efecto del icandronato y del clodronato en la consolidación de las fracturas en ratas. Otros autores comparan el efecto del raloxifeno, estrógenos y alendronato en la consolidación ósea en ratas ovariectomizadas. También se han utilizado perros para estudiar el efecto del tiludronato y etidronato del ibandronato y del alendronato en la consolidación ósea. Por último también se ha estudiado el efecto del pamidronato en ovejas. los resultados de estos trabajos son heterogéneos, lo que es normal teniendo en cuenta los diferentes modelos animales, tipos de bifosfonatos, dosis y modelos de fractura usados. La mayoría de estos trabajos observan que se producen callos más grandes por retraso en la remodelación del callo de fractura, pero es más difícil interpretar los resultados biomecánicos ya que las pruebas de medición son muy distintas y mientras algunos autores encuentran una disminución de las propiedades biomecánicas del callo, otros no encuentran diferencias e incluso algunos encuentran un aumento de las mismas. algunos autores también han estudiado el efecto del zoledronato en el proceso de consolidación de las fracturas. Se ha hecho un estudio histológico del efecto del zoledronato en osteotomías de la diáfisis del peroné en conejos y se ha observado un aumento del volumen del tejido en los animales tratados, un aumento del volumen del hueso trabecular y una disminución del volumen de fibrosis y se ha interpretado el efecto del zoledronato como un efecto anabolizante, no porque se forme más hueso nuevo sino porque éste permanece más tiempo al estar disminuida la reabsorción del mismo. También se ha estudiado el efecto del zoledronato en un modelo de distracción osteogénesis en conejos y se ha podido observar un efecto beneficioso en la capacidad de resistir la carga del hueso regenerado sin aumentar la fragilidad del hueso formado. En pacientes jóvenes se ha observado que tras administrar una dosis de 4mg de zoledronato tras una osteotomía de tibia proximal para el tratamiento de una gonartrosis, aumenta la resistencia del callo óseo formado y por lo tanto permite acortar el tiempo de fijación externa. otro grupo de autores han estudiado el efecto del zoledronato administrado en una sola dosis o semanalmente en un modelo de fractura en ratas observando un aumento del volumen y resistencia del callo a las 6 semanas de la fractura cuando se administraba en una sola dosis. Los resultados son mejores cuando el zoledronato se administra a las 2 semanas de la fractura. hipótesis de trabajo la incidencia de fracturas osteoporóticas es cada vez mayor y también es cada vez mayor el número de pacientes osteoporóticos con tratamiento con bifosfonatos, por lo que es probable que nos encontremos con pacientes que a pesar del tratamiento con bifosfonatos puedan sufrir una fractura osteoporótica. por lo tanto, nuestra hipótesis de trabajo es que sí los bifosfonatos actuan disminuyendo la reabsorción ósea, al ser éste un proceso imprescindible en las fases de remodelación de la consolidación ósea, la utilización de este bifosfonato durante la reparación de una fractura ósea afectará a la resistencia mecanica del callo. objetivos los objetivos de nuestro trabajo son reproducir un modelo experimental de fractura en tibias de ovejas osteoporóticas, estudiar el proceso de consolidación ósea en este modelo mediante estudios de densitometría y biomecánicos y valorar el efecto del zoledronato en la consolidación de estas fracturas comparándolo con un grupo control. material y métodos como animal de experimentación hemos seleccionado ovejas osteoporóticas para ello hemos utilizado animales esqueléticamante maduros a los que se les ha sometido a una ovariectomía y una dieta pobre en calcio y vitamina d durante 6 meses. hemos elegido la oveja osteoporótica como animal de experimentación porque es un modelo adecuado para estudiar la osteoporosis con una pérdida ósea por deficiencia de estrógenos similar a la humana, su tamaño permite reproducir un modelo de fractura adecuado para el estudio de la consolidación ósea, el proceso de reparación de las fracturas es similar al humano, siendo de tipo haversiano, su tamaño es adecuado para la utilización de pruebas biomecánicas para el análisis de los resultados y además las oveja es un animal dócil, fácil de manejar y de estabular. los animales se han distribuido en 2 grupos, el grupo zoledronato (zol) en el que se ha incluido 6 ovejas a las que se les ha administrado una única dosis de 0.1 mg/kg de zoledronato vía subcutánea, dos semanas después de la intervención quirúrgica y un grupo control (con) en el que se ha incluido 7 ovejas que no han recibido medicación. la manipulación y experimentación animal se ha adecuado a la norma del 21 de octubre del 2005, real decreto 1201/2005. El estudio ha sido aprobado por la comisión de ética y experimentación de la facultad de medicina y odontología y hemos obtenido los permisos pertinentes para la experimentación animal de la consellería de agricultura, pesca y alimentación. el modelo de fractura utilizado ha consistido en una osteotomía transversa de la diáfisis tibial estabilizada mediante un fijador externo unilateral (sistema dynafix, biomet) utilizando 4 tornillos de 6 mm de diámetro por 90 mm de longitud. una vez anestesiada la oveja, y en condiciones de asepsia se coloca el fijador externo en la pata trasera derecha. Para ello y tomando como referencia las articulaciones de la rodilla y del tobillo se calcula el punto medio de la diáfisis de la tibia. Los tornillos más distal y más proximal se colocan a 6 cm del punto medio y los más proximales a la osteotomía, a 3 cm. una vez colocado el fijador externo se realiza la osteotomía dejando un gap interfragmentario de 3mm y se cierra por planos. La pata intervenida de inmoviliza con una férula metálica y se deja deambular libremente a las ovejas. Se realizan curas semanales hasta la cicatrización de las heridas. como bifosofonato elegimos el zoledronato por ser el bifosfonato del mercado con mayor actividad antireabsortiva sin afectar a la mineralización ósea. La dosis utilizada fue de 0,1 mg/kg vía subcutánea, que es una dosis equivalente a la utilizada en humanos para el tratamiento de la osteoporosis. El fármaco se administró a las 2 semanas de la osteotomía porque de esta forma algunos autores han conseguido aumentar el volumen óseo y la resistencia en un modelo de fractura en ratas. tras el sacrificio de los animales a las 8 semanas, tanto la pata derecha intervenida como la izquierda, no intervenida se recogieron se limpiaron de las partes blandas y se congelaron a -70ºc. una vez recogidas todas las muestras se tomaron las imágenes de tac y se prepararon para la realización de los ensayos biomecánicos. Al descongelar las muestras comprobamos que algunas no se podían utilizar para los estudios densitométricos o biomecánicos. En concreto la oveja 4 del grupo control presentó una infección superficial que cedió con ab y curas locales pero que alteró el proceso de consolidación. La oveja 5 del grupo zol se excluyó por presentar una fractura espiroidea en el extremo proximal. Además al preparar las muestras no se pudieron utilizar 4 muestras más por ser el callo demasiado blando. Estas incidencias han disminuido de forma importante el número de muestras pero han sido suficientes desde el punto de vista estadístico debido a su distribución normalizada dentro del estudio. los estudios de imagen mediante tac se han realizado en eresa-campanar y han consistido en un estudio morfológico de consolidación de la fractura, estudio del callo y medición de su superficie y también se han utilizado las imágenes obtenidas para el estudio densitométrico. los ensayos biomecánicos, así como el estudio densitométrico se han realizado en el instituto de biomecánica de Valencia. Como ensayos biomecánicos hemos utilizado ensayos no destructivos de flexión a 4 puntos y ensayos destructivos de torsión. los ensayos de flexión se utilizan en múltiples experiencias para evaluar las características mecánicas de los huesos largos. En el ensayo en flexión de 3 puntos se aplica la carga directamente sobre el hueso, el cual sufrirá una deformación local en ese punto, subestimándose, de este modo, el módulo de young, además, el momento de flexión no es uniforme a lo largo de la muestra, siendo máximo en el lugar donde se aplica la carga. En el de 4 puntos, sin embargo se logra un momento uniforme a lo largo del hueso entre las dos fuerzas aplicadas. El ensayo de flexión a 4 puntos se realiza en 12 planos diferentes a lo largo del eje longitudinal del hueso a intervalos de 15º para estudiar la rigidez del hueso en todos los planos ya que estas pueden variar especialmente tras realizar la fijación de una fractura. A partir de los ensayos a flexión se obtienes las gráficas de perfil de polar de rigidez y los parámetros índice de rigidez, índice de áreas e índice de planitud. en los ensayos destructivos de torsión el objetivo es obtener información sobre las características resistivas del hueso en consolidación ya que la fuerza aplicada alcanza el punto de rotura del hueso. A partir de la gráfica obtenida con este ensayo se calcula el par torsor máximo que es el valor máximo que alcanza la curva, la energía absorbida o tenacidad que corresponde al área de la gráfica a partir de que el hueso empieza a deformarse hasta su punto de rotura y la rigidez torsional que corresponde a la pendiente de la curva en su zona lineal. el estudio densitométrico se ha realizado en primer lugar de la totalidad del callo para ello el tamaño estudiado corresponde a 15 imágenes en sentido proximal desde la zona de fractura y otras 15 en sentido distal. En él se han calculado las variables volumen total y densidad media total. Y por último hemos realizado un estudio densitométrcio de la zona del callo de fractura con el objetivo de estudiar la distribución de densidades y volúmenes en el tejido de la zona de fractura para estudiar la composición del callo, para ello el rango total de densidades óseas se ha dividido en 4 máscaras o isodensidades. El rango inferior viene determinado por el programa de análisis de imagen médico tomando como referencia el tejido óseo. se ha realizado un estudio estadístico de los resultados con el objetivo de encontrar diferencias estadísticamente significativas debidas al tratamiento para los parámetros utilizados en el presente estudio respecto al grupo control. Para ello hemos utilizado el programa spss para windows (versión 16.0) y hemos utilizado el test de anova, el test de comparación múltiple dms y el de correlación de pearson. resultados en los estudios de tac se han tomado imágenes coronales de las parejas de tibias de los animales de los dos grupos y se tomo como referencia la zona de la osteotomía para reconstruir los cortes axiales. En ello hemos medido la superficie del callo en cada corte. al comparar los 2 grupos hemos visto que el área del callo fue mayor en las tibias del grupo zol de forma estadísticamente significativa. Además también hemos analizado la variable relación de áreas, es decir, la relación del área del callo con respecto al área del mismo corte en la diáfisis de la tibia contralateral no operada para asegurarnos que la variabilidad de la oveja no distorsionaba los resultados encontrados y siguen apareciendo diferencias estadísticamente significativas. También hemos comparado el área de la diáfisis de las tibias no operadas de los 2 grupos y hemos visto que el zoledronato produce un aumento del área estadísticamente significativo. en los ensayos mecánicos de flexión a cuatro puntos se han obtenido las gráficas de perfil polar de rigidez de los huesos osteotomizados encontrándose rigideces ligeramente mayores en los huesos del grupo zol y además con un cambio en el patrón de distribución de los valores de rigidez en los diferentes planos. Al analizar los huesos no operados se han obtenido valores mayores en el grupo zol respecto al control sin cambios en la distribución de los valores de rigidez. En los parámetros mecánicos de flexión no hemos encontrado diferencias estadísticamente significativas entre los dos grupos. Este hecho indica que el comportamiento a flexión de los callos de fractura no difiere significativamente entre los dos grupos. en los parámetros mecánicos de torsión estudiados en los huesos osteotomizados no se han encontrado diferencias significativas en ninguna de las tres variables estudiadas, tenacidad, rigidez torsional y par torsor. En los huesos no operados tampoco encontramos diferencias significativas en ninguna de las variables estudiadas. en los ensayos densitométricos del callo completo se confirmó que los huesos tratados con zoledronato fueron de mayor volumen que los del grupo control, mientras que la densidad mineral ósea de los callos del grupo zol fue menor que los del grupo con. En los huesos no operados no se encontraron diferencias en cuanto al volumen o densidad mineral ósea. al estudiar la distribución de las distintas densidades dentro del callo de fractura, no hemos encontrado diferencias estadísticamente significativas en la variable volumen ni en la variable densidad, excepto para la zona de isodensidad más elevada. discusión: existe una preocupación entre los profesionales que utilizan los bifosfonatos para el tratamiento de los pacientes con op y que sufren una fractura por el efecto que estos pueden tener en la consolidación de las fracturas. aunque existen numerosos estudios en la literatura sobre el efecto de los bifosfonatos en el hueso osteoporótico, pocos son los que se centran en el efecto de los mismos sobre la consolidación de las fracturas y además presentan una gran variabilidad. la mayoría de los autores han utilizado bifosfonatos de primera generación a distintas dosis que además de su efecto de supresión de la reabsorción ósea también inhiben la mineralización. Nosotros, como ya hemos comentado en el apartado de material y métodos hemos empleado el zoledronato por tener una gran actividad inhibitoria de la reabsorción sin afectar a la mineralización ósea. como animal de experimentación la mayoría de los autores han utilizado la rata y hay que tener en cuenta que este modelo de consolidación de las fracturas tiene como principal limitación que la consolidación que se produce es membranosa con poca correlación con la endocondral de los humanos. Además, en estos estudios, no siempre el hueso estudiado era osteoporótico. el modelo de fractura también varía mucho según el trabajo y aún es más variable el tiempo en el que se realiza el sacrificio del animal y por lo tanto la fase en la que se encuentra la consolidación de la fractura cuando se realiza el estudio. para el modelo de fractura hemos elegido un fijador externo utilizando sólo 4 tornillos y con una configuración que junto a la distancia interfragmentaria de 3 mm da lugar a un sistema no rígido que produce una consolidación secundaria ya que la mayoría de los tratamientos actuales de las fracturas en pacientes osteoporóticos buscan la consolidación por segunda intención formando un callo óseo externo. Este modelo es el más establecido para el estudio de la consolidación ósea en animales grandes pero no hemos encontrado ningún antecedente de su utilización en hueso osteoporótico. el sacrificio de las ovejas se ha realizado a las 8 semanas. El proceso de consolidación en este modelo de fractura se produce en 9 semanas, obteniéndose el callo máximo a las 6 semanas y de la semana 6 a la 9 se produce la remodelación. Nosotros hemos elegido la semana 8 al tratarse de hueso osteoporótico que puede enlentecer el proceso de consolidación. al realizar el estudio densitométrico de la zona de fractura, tanto del grupo con como del zol, observamos que el tejido más abundante era el de la isodensidad 2 que corresponde a una densidad medio-baja y el menos abundante el de la isodensidad 4 correspondiente a la densidad más alta. Es decir, hemos estudiado el callo en una fase de plena remodelación en los trabajos experimentales se utilizan distintos métodos de valoración como mediciones radiológicas, estudios histomorofométricos, medición de la densidad mineral ósea, marcadores analíticos, ensayos mecánicos y microtomografía computarizada. De todos estos métodos las pruebas biomecánicas son probablemente los mejores métodos de medición para valorar el efecto de una droga en el foco de fractura. si repasamos los resultados de otros autores vemos que la mayoría utilizan ensayos en flexión en 3 puntos ya que trabajan con ratas y ya hemos comentado las limitaciones de estos ensayos. en los ensayos biomecánicos de flexión a 4 puntos obteníamos las gráficas de perfil polar de rigidez y veíamos que en los huesos osteotomizados los callos del grupo zol obtenían valores de mayor rigidez en los planos a 30º y 120º, pensamos que esto está relacionado con la configuración y zona de implante del sistema de fijación externa al se unilateral. En los huesos no operados veíamos que los huesos del grupo zol conseguían valores mayores de rigidez pero con una forma de elipse similar, es decir que el zoledronato actúa sobre el hueso osteoporótico mejorando las propiedades mecánicas de flexión. Al analizar los parámetros que obteníamos en estos ensayos no encontramos diferencias estadísticamente significativas, es decir, que los callos de grupo zol tienen un comportamiento mecánico en flexión parecidos a los del grupo con. estos hallazgos difieren con los encontrados por otros autores que si encuentran un aumento de las propiedades mecánicas en flexión, pero hay que tener en cuenta de que se trata de estudios en ratas y por lo tanto utilizan pruebas en flexión a 3 puntos y además el tempo de sacrificio es mucho mayor por lo que el callo está más remodelado y por tanto esto podría explicar las diferencias encontradas. en los ensayos de torsión no encontrábamos diferencias estadísticamente significativas en ninguno de los 3 parámetros estudiados, es decir que los callos del grupo zol tienen unas características mecánicas a torsión similares a los del grupo con. Algunos autores sí que han conseguido demostrar una aumento de algunos de estos parámetros en estudios en ratas. El único trabajo que hemos encontrado que utilizan ovejas como animal de experimentación, sí que encuentran un aumento del par torsor pero realizando el sacrificio más tarde y además utilizando animales no osteoporóticos. por último en los estudios densitométricos del callo completo encontrábamos que los callos del grupo zol tenían un mayor volumen con una menor densidad media y en la zona de fractura no encontrábamos diferencias estadísticamente significativas ni en el volumen ni en la densidad, excepto en la isodensidad 4. Por lo tanto los callos del grupo zol son más grandes y con menor densidad pero con una distribución parecida. Esto sí que coincide con los encontrado con otros autores que al realizar estudios histomofométricos encuentran un enlentecimiento de la maduración del callo por retraso en la remodelación, con callos más grandes, pero sin interrupción de la consolidación.
Datos académicos de la tesis doctoral «Estudio del efecto de los bifosfonatos (zoledronato) sobre la consolidación de las fracturas«
- Título de la tesis: Estudio del efecto de los bifosfonatos (zoledronato) sobre la consolidación de las fracturas
- Autor: Marta Salom Taverner
- Universidad: Universitat de valéncia (estudi general)
- Fecha de lectura de la tesis: 17/11/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Luis Peris Serra
- Tribunal
- Presidente del tribunal: María del carmen Carda batalla
- Antonio Herrera rodríguez (vocal)
- adolfo Diez perez (vocal)
- Fernando López prats (vocal)