Efectos de la Hormona Paratiroidea PTH (1-84) en la consolidación de las fracturas
- Autores: J.E. Aroca Navarro
- Directores de la Tesis: José Luis Peris Serra (dir. tes.), Francisco Gomar Sancho (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pedro Carpintero Benítez (presid.), Antonio Silvestre Muñoz (secret.), Enrique Gil Garay (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: RODERIC
- Resumen
1.- INTRODUCCIÓN La osteoporosis es una enfermedad sistémica crónica y progresiva que se caracteriza por una densidad ósea baja y 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 por fragilidad son la consecuencia clínica de la osteoporosis. La incidencia de este tipo de fracturas es muy alta y con el envejecimiento de la población continúa aumentando. 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 en este grupo poblacional 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 antirresortivos o anticatabólicos cuyo principal mecanismo de acción es la disminución del recambio óseo consiguiendo así aumentar la densidad mineral ósea (DMO). Dentro de este grupo tenemos la calcitonina, la terapia hormonal sustitutiva, el raloxifeno, los bifosfonatos y el denosumab. 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 hormona paratiroidea PTH. Todos ellos han demostrado, en mayor o menor medida, ser efectivos para prevenir la aparición de fracturas osteoporóticas. Los más utilizados son los bifosfonatos al ser estos los que mayor efectividad poseen en la prevención de fracturas vertebrales, de cadera y periféricas. Los bifosfonatos son compuestos químicos cuyo principal efecto es la inhibición de la resorción ósea. Recientemente se ha publicado la aparición de fracturas por fragilidad, con patrones atípicos, en pacientes sometidos a tratamientos prolongados con bifosfonatos. Aunque la etiología de estas fracturas no está clara, se recomienda revaluar la necesidad de continuar el tratamiento con bifosfonatos en pacientes tratados más de cinco años. El denosumab es un anticuerpo monoclonal que actúa uniéndose a un ligando llamado RANKL e impidiendo que éste se una al RANK (su receptor), lo que produce una inhibición de la formación de los osteoclastos y de su funcionalidad, inhibiendo así la resorción ósea. El reciente desarrollo de agentes formadores de hueso ha supuesto una nueva opción para la prevención de fracturas osteoporóticas. La administración intermitente de la hormona paratiroidea de cadena completa PTH 1-84, así como de su fracción PTH 1-34 (teriparatide), reducen el riesgo de fracturas vertebrales y no vertebrales en mujeres osteoporóticas postmenopáusicas y mejora la densidad mineral ósea. La mayoría de las fracturas consolidan mediante el llamado proceso de consolidación secundaria que consta de cinco fases. La primera es el impacto y formación del hematoma y es la fase en la que se produce la fractura y se libera gran cantidad de factores quimiotácticos, mitogénicos e inductores de la diferenciación celular. 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 recuperando la forma original del hueso. Además el proceso de consolidación varía según la zona del callo. Experimentalmente se ha observado que los sujetos osteoporóticos 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 para conseguir una sólida estabilidad inicial de las fracturas por la pobre calidad del hueso, la alteración de la angiogénesis en estos pacientes que afecta a las fases iniciales de la consolidación, con una disminución de los factores de crecimiento, de la actividad de los osteoblastos y de las células madres mesenquimales debido a la edad. La hormona paratiroidea (PTH) aumenta la remodelación ósea con un efecto neto positivo sobre la masa ósea, incrementando el número de osteoblastos y su actividad, principalmente en los lugares de remodelación. Los experimentos con animales, aunque son heterogéneos, lo que es normal teniendo en cuenta los diferentes modelos animales, secuencia de la hormona utilizada, dosis y modelos de fractura usados, han demostrado un efecto sorprendente de la PTH en la consolidación tanto del hueso cortical como esponjoso. Esta respuesta es más importante en fracturas que en huesos no traumatizados. Por lo tanto, se ha especulado que la PTH debería ser capaz de acelerar la curación de fracturas en los seres humanos, a pesar del hecho que sus efectos sobre la masa ósea en el tratamiento de la osteoporosis aparecen lentamente. Sin embargo, las grandes dosis de PTH utilizadas en animales de experimentación han puesto en duda su relevancia clínica. 2.- HIPÓTESIS DE TRABAJO Debido al envejecimiento de la población, el número de pacientes osteoporóticos es cada vez mayor, y, por tanto, se observa un aumento en la incidencia de fracturas osteoporóticas y de las complicaciones derivadas de la alteración de la consolidación en este tipo de pacientes. Por lo tanto, nuestra hipótesis de trabajo es que si la Hormona Paratiroidea es un fármaco anabolizante formador de hueso, la utilización de esta hormona durante la reparación de una fractura ósea podría acelerar el proceso de consolidación ósea. 3.- OBJETIVOS Los objetivos de nuestro trabajo son reproducir un modelo experimental de fractura tibial en ovejas osteoporóticas, estudiar el proceso de consolidación ósea en este modelo mediante estudios de densitometría y ensayos biomecánicos del callo de fractura, y valorar el efecto de la Hormona Paratiroidea en la consolidación de estas fracturas comparándolo frente a un grupo control. 4.- MATERIAL Y MÉTODOS El estudio se ha realizado en 13 ovejas maduras osteoporóticas. A los animales se les realizó una ovariectomía bilateral, y posteriormente fueron alimentadas con una dieta pobre en calcio y vitamina D durante 6 meses. El modelo de fractura se ha conseguido realizando una osteotomía diafisaria en el tercio medio de la tibia de la pata posterior derecha y se ha estabilizado mediante un fijador externo unilateral (Sistema DynaFix, Biomet) con 4 tornillos de 6 mm de diámetro. Los animales se han distribuido en 2 grupos, el grupo PTH en el que se ha incluido 6 ovejas a las que se les ha administrado PTH (1-84) a dosis de 2 µg/kg/día vía subcutánea, desde el día después de la intervención quirúrgica hasta el día del sacrificio a las 8 semanas, y el grupo control, formado por 7 ovejas que no ha recibido medicación. Las ovejas se han sacrificado a las 8 semanas de la osteotomía y se han tomado imágenes mediante TAC para realizar un estudio morfológico y densitométrico del callo. Los estudios biomecánicos han consistido en ensayos no destructivos de flexión a cuatro puntos, de los que se obtienen las gráficas del perfil polar de rigidez, a partir de las cuales se determina el índice de rigidez, el índice de áreas y el índice de planitud; y ensayos destructivos de torsión con los que se calcula la rigidez torsional, el par torsor máximo y la tenacidad. Los estudios densitométricos, realizados a partir de las imágenes de TAC, han consistido en estudios de la totalidad del callo calculando el volumen total y su densidad, y en el análisis de la zona de fractura dividiendo el rango total de densidades óseas en cuatro niveles: isodensidad 1 (de 226 a 876 HU), isodensidad 2 (de 877 a 1527 HU), isodensidad 3 (de 1528 a 2178 HU) e isodensidad 4 (de 2179 HU hasta la densidad máxima de la muestra). En cada isodensidad se ha calculado el volumen y la densidad media. 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. Al preparar las muestras para los estudios biomecánicos se comprobó que algunas muestras no se podían utilizar, por lo que finalmente se incluyó en el diseño experimental definitivo 6 ovejas en el grupo control y 6 en el grupo PTH para los estudios densitométricos, y 4 ovejas en el grupo control y 4 en el grupo PTH para los estudios mecánicos. 5.- RESULTADOS Al realizar el estudio morfológico de los cortes de TAC se ha observado que las tibias del grupo PTH han formado callos con áreas similares al grupo control, sin encontrar diferencias estadísticamente significativas entre ambos grupos. En los ensayos mecánicos de flexión a cuatro puntos se ha obtenido las gráficas del perfil polar de rigidez de los huesos osteotomizados, encontrándose valores de rigidez menores en los huesos del grupo control y observándose además un cambio en el patrón de distribución de los valores de rigidez en los diferentes planos. Al analizar sólo los huesos no operados se ha obtenido valores similares en el grupo PTH y control, sin cambios en la distribución de los valores de rigidez. En los parámetros mecánicos de flexión no se han encontrado diferencias estadísticamente significativas entre los dos grupos, lo que implica que el comportamiento a flexión de los callos de fractura no difiere significativamente entre los dos grupos. En los parámetros mecánicos de torsión en los huesos osteotomizados no se ha encontrado diferencias significativas en ninguna de las tres variables estudiadas, tenacidad, rigidez torsional y par torsor. En los huesos no operados tampoco se ha encontrado diferencias significativas en ninguna de las variables estudiadas. En los ensayos densitométricos del callo completo se confirmó que los huesos tratados con PTH mostraron un volumen similar a los del grupo control. Además, la densidad mineral ósea de los callos del grupo PTH no mostró diferencias estadísticamente significativas a la del grupo control. En los huesos no operados no se encontraron diferencias en cuanto al volumen o densidad mineral ósea como inicialmente se esperaba. Al estudiar la distribución de las distintas densidades en la zona de fractura, no se han detectado diferencias significativas entre los porcentajes de volúmenes generados con cada uno de los grupos de las isodensidades consideradas. Al estudiar las densidades medias en cada nivel de isodensidad, se ha observado que el grupo PTH da lugar a una densidad ósea significativamente mayor que en el caso del grupo control únicamente para la zona de isodensidad más elevada. 6.- DICUSIÓN Aunque existen numerosos estudios en la literatura sobre el efecto de la PTH en la osteoporosis, son menos 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 la PTH 1-34, aunque las dosis han sido muy variadas, y en general muy superiores a las utilizadas en la clínica para el tratamiento de la osteoporosis. Respecto al 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 no siempre el hueso estudiado era osteoporótico. Además, el modelo de fractura y el tiempo de sacrificio del animal también varía mucho según el trabajo. Nuestro modelo de fractura da lugar a un sistema no rígido que produce una consolidación clásica bajo inmovilización no rígida ya que la mayoría de los tratamientos actuales de las fracturas en pacientes osteoporóticos obtienen este tipo de consolidación, 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, es decir es una fase de consolidación muy precoz con mucho hueso inmaduro y poco hueso maduro y pensamos que es el momento ideal para estudiar si el tratamiento con hormona paratiroidea acelera el proceso de consolidación. En los trabajos experimentales se utilizan distintos métodos de valoración como mediciones radiográficas, histomorfometría, medición DMO, marcadores analíticos, estudios moleculares, ensayos mecánicos y microtomografía computarizada. De todos estos métodos las pruebas biomecánicas son probablemente los mejores métodos de medición para valorar el efecto de un fármaco en el foco de fractura, ya que proporcionan información global sobre el comportamiento del tejido en reparación. 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. Los callos de nuestros animales tratados con PTH obtuvieron una mayor rigidez, produciéndose un aplanamiento de la elipse del perfil polar de rigidez y la desviación de su eje mayor a 45º aproximadamente de la cresta tibial. Pensamos que este hecho está relacionado con la configuración de la osteosíntesis al tratarse de un fijador externo monolateral. En los huesos no operados el tratamiento con PTH no altera las propiedades mecánicas de flexión del hueso osteoporótico, es decir no produce efectos deletéreos en los huesos osteoporóticos no operados. No hemos encontrado en la literatura trabajos que estudien el perfil polar de rigidez. Sólo hemos encontrado un trabajo que realiza ensayos biomecánicos de flexión a cuatro puntos en tibias de ratones tratados con Hormona Paratiroidea y aunque encuentra callos más grandes y con más tejido óseo, al normalizar sus resultados por unidad de volumen coincide con nuestro estudio al no encontrar diferencias significativas en los ensayos biomecánicos de flexión a cuatro puntos. Los resultados de los ensayos de torsión publicados en la literatura no son uniformes. Así, Holzer encuentra una mejoría significativa de la resistencia en ratas tratadas con PTH 1-34 a dosis de 80 µg por kilogramo y día. Alkiari sólo encuentra diferencias significativas en los ensayos de torsión los animales tratados con la dosis más altas (30 µg por kilogramo y día) pero no cuando utiliza las dosis más bajas. Por su parte si Tsiridis no encontró diferencias significativas en su estudio, posiblemente por haber utilizado un defecto no crítico, pues todos los animales habían consolidado a las cuatro semanas. Nosotros hemos utilizado dosis mucho más bajas (las utilizadas en clínica para el tratamiento actual de la osteoporosis. Es posible que estas dosis más bajas hayan influido en nuestros resultados. Además los estudios anteriores se han realizado en animales no osteoporóticos, es posible, que en nuestra experiencia, la osteoporosis debilite más el callo de fractura de forma que la Hormona Paratiroidea no sea capaz de aumentar los parámetros de torsión. Los resultados morfométricos publicados en la literatura no son uniformes, aunque el mayor número de ellos comunica un aumento del volumen del callo de fractura. En los estudios densitométricos la mayor parte de los estudios comunicó un aumento en la densidad mineral del callo de fractura. Nuestros resultados no han podido demostrar ese aumento del volumen del callo completo ni un aumento de la densidad total del mismo (excepto en la isodensidad 4). Posiblemente estos resultados sean debido a la dosis de hormona paratiroidea que hemos utilizado. Hemos querido utilizar dosis mucho más bajas, que son las que se utilizan actualmente en humanos para el tratamiento de la osteoporosis, ya que de haber utilizado dosis mucho más altas hubiésemos perdido poder traslacional a la clínica. 7.- CONCLUSIONES La osteotomía tibial estabilizada mediante un fijador externo en ovejas ovariectomizadas es un modelo de fractura osteoporótica reproducible y en el que la consolidación se produce en unas condiciones parecidas a las humanas. Por ello consideramos que es un buen modelo experimental para estudiar el efecto de la Hormona Paratiroidea en la consolidación de fracturas osteoporóticas. El tratamiento con Hormona Paratiroidea tras una fractura tibial en una oveja osteoporótica no modifica de forma significativa el área del callo de fractura ni su volumen total a las dosis utilizadas. El comportamiento biomecánico de los callos tratados con Hormona Paratiroidea no ha mostrado diferencias significativas con respecto al grupo control, tanto en los ensayos de flexión a cuatro puntos como en los de torsión. El análisis densitométrico de los callos demuestra que ambos grupos presentaron una densidad media similar y una distribución dentro del callo en el que sólo la isodensidad más alta fue mayor en el grupo tratado con Hormona Paratiroidea. Por tanto podemos afirmar que en nuestro modelo experimental de fractura osteoporótica, el tratamiento con Hormona Paratiroidea a dosis clínicas no modifica de forma significativa las características del callo óseo con respecto al grupo control.
