Εμβιομηχανική οστεοπορωτικών καταγμάτων

Κάταγμα είναι η λύση της συνέχειας ενός οστού, η οποία προκαλεί άλλοτε άλλου βαθμού λειτουργική ανεπάρκεια στο πάσχον τμήμα του σκελετού αλλά και στον ασθενή συνολικά.

Δύο παράγοντες καθορίζουν το κάταγμα: η ενέργεια που παράγεται κατά την κάκωση και η αντοχή  του οστού. Η ευθραυστότητα δηλαδή των οστών καθορίζεται από την αντοχή τους αλλά και τους χαρακτήρες της εφαρμοζόμενης δύναμης.

Οι ελκτικές δυνάμεις των μυών, η βαρύτητα και οι πτώσεις προκαλούν μικροσκοπικές παραμορφώσεις στα οστά. Ο βαθμός της παραμόρφωσης εξαρτάται από τη φορά, το μέγεθος και το χρόνο δράσης της ασκούμενης δύναμης, τη γεωμετρία του οστού και τις ιδιότητές του.

Το οστούν προοδευτικά θα παραμορφωθεί ελαστικά, πλαστικά και θα υποστεί κάταγμα, όταν το μέγεθος της ασκούμενης δύναμης φτάσει την τελική αντοχή του.

Εν ολίγοις όταν το μέγεθος της ασκούμενης δύναμης φτάσει την τελική αντοχή του οστού, θα συμβεί κάταγμα.

Χαμηλής ενέργειας κατάγματα ή παθολογικά κατάγματα συμβαίνουν συνήθως σε αδύναμα οστά λόγω οστεοπόρωσης, όγκων, οστεομυελίτιδας και σε ορισμένες κληρονομικές νόσους των οστών.

Τα συχνότερα χαμηλής ενέργειας κατάγματα είναι τα οστεοπορωτικά, εκείνα δηλαδή που δεν θα συνέβαιναν σε άτομο ηλικίας 30 ετών υπό τις ίδιες συνθήκες κάκωσης.

Ως οστεοπόρωση ορίζεται η σκελετική διαταραχή που χαρακτηρίζεται από ελαττωμένη αντοχή των οστών που προδιαθέτει  σε αυξημένο κίνδυνο κατάγματος. Οστεοπόρωση ουσιαστικά σημαίνει αυξημένος κίνδυνος κατάγματος.

Τα οστά παραμένουν υγιή λόγω της ικανότητας του μυοσκελετικού συστήματος να κατανέμει την ενέργεια μέσω της μυϊκής δραστηριότητας και της διατήρησης της πλέον κατάλληλης δομής και σύνθεσής τους έτσι που να συνδυάζουν την ακαμψία με την ελαστικότητα και την ελαφρότητα με τη δύναμη προς όφελος της αντοχής τους ώστε να επιτρέπεται μεν ικανή κινηματική αλλά και να απορροφώνται κατάλληλα τα φορτία για να μειώνεται η πιθανότητα καταγμάτων.

Έτσι τα οστά έχουν ειδικές γωνιώσεις και κυρτώματα ώστε να ανθίστανται στις δυνάμεις συμπίεσης, τάσης και στρέψης.

Στο δομικό επίπεδο το οστούν ταξινομείται σε σπογγώδες & φλοιώδες.

Το φλοιώδες οστούν αποτελεί το 80% του σκελετού, ενώ στο σπογγώδες γίνεται το 80% του οστικού μεταβολισμού, αφού διαθέτει 10 φορές μεγαλύτερη επιφάνεια.

Τα δομικά χαρακτηριστικά του σπογγώδους περιλαμβάνουν τον όγκο, το σχήμα, τον αριθμό, το πάχος και τη συνδετικότητα των δοκίδων.

Το δοκιδωτό δίκτυο αποτελούν πλάκες παράλληλες στις δυνάμεις φόρτισης που συνδέονται με πλάγιες ράβδους  ή πυλώνες που εξασφαλίζουν συνοχή, αντοχή & ελαφρότητα.

Η δοκιδωτή αυτή κατασκευή λειτουργεί ως ελατήριο επιτρέποντας στα σπογγώδη οστά να απορροφούν περισσότερη ενέργεια και να αντέχουν σε μεγαλύτερες δυνάμεις.

Γι΄αυτό και υπερτερεί το σπογγώδες οστούν στις αρθρικές επιφάνειες των οστών και στη σπονδυλική στήλη.

Αντίθετα, το φλοιώδες οστούν περιβάλλει τα μακρά & τα πλατέα οστά, όπου η σκληρότητά τους είναι απαραίτητη είτε για προστασία, είτε για τη λειτουργία τους ως μοχλών κίνησης.

Τα οστά υφίστανται αλλαγές στο σχήμα, τη μάζα, τη δομή και τη σύστασή τους σύμφωνα με το μηχανικό και βιολογικό περιβάλλον μέσω του κύκλου της οστικής εναλλαγής που τους επιτρέπει να ανανεώνονται ώστε το οστούν μέσω της οστικής ανακατασκευής του να προσαρμόζεται στις απαιτήσεις των φορτίσεων της καθημερινότητας.

Κατά τη νεαρή ηλικία, με την οστική ανακατασκευή επιτυγχάνεται αντικατάσταση του συνολικού όγκου του παλαιού και καταπονημένου οστού με νέο. Με την πάροδο της ηλικίας, και ιδίως μετά την εμμηνόπαυση στις γυναίκες, η απορρόφηση κυριαρχεί ενώ επιταχύνεται και ο ρυθμός της οστικής εναλλαγής προκαλώντας οστεοπόρωση.

 

Η οστική εναλλαγή είναι υψηλότερη στο σπογγώδες, αφού κατέχει μεγαλύτερη επιφάνεια ανά  μονάδα όγκου από το φλοιώδες, γεγονός που εξηγεί τη γρηγορότερη αποδιοργάνωση της μικροαρχιτεκτονικής του κατά την οστεοπόρωση.

Οι αλλαγές αυτές αφορούν τη μείωση του όγκου του  οστού, την αύξηση των διάκενων και τη μείωση της συνδετικότητας των δοκίδων, την ελάττωση του πάχους και του αριθμού των δοκίδων, ιδίως των οριζόντιων, τη μετατροπή των πλακών σε ράβδους και την πρόκληση διατρήσεων.

Η αύξηση της οστικής εναλλαγής στο φλοιώδες προκαλεί διεύρυνση των μυριάδων καναλιών των Αβέρσειων Σωλήνων, άρα πιο διάτρητο φλοιό.

Τα μακρά οστά δηλαδή με την ηλικία χάνουν μάζα λόγω αυξημένης ενδοστικής απορρόφησης αλλά και της ελάττωσης της περιοστικής εναπόθεσης οστού.

Για να αναπληρώσουν αυτή τη μείωση τα οστά διευρύνονται μετακινώντας τη μάζα τους περιφερικότερα, ώστε να μπορούν να αντισταθούν πιο αποτελεσματικά στα φορτία κάμψης & στρέψης, με αποτέλεσμα τη διεύρυνση των οστών με την ηλικία.

Οι δομικές αλλαγές στο φλοιό και οι διαταραχές στη δομή του σπογγώδους στην οστεοπόρωση αυξάνει την ευθραυστότητα των οστών.

Τις μηχανικές ιδιότητες του οστού, εκτός από τη δομή, όμως επηρεάζει και η σύστασή του.

Τα οστά αποτελούνται κυρίως από Υδροξυαπατίτη, δηλαδή κρυστάλλους ασβεστίου & κολλαγόνο.   Ο υψηλός ρυθμός οστικής ανακατασκευής επηρεάζει τον ισομερισμό, την ωρίμανση, τις εγκάρσιες συνδέσεις και την επιμετάλλωση του κολλαγόνου, το μέγεθος των κρυστάλλων και τη μορφολογική κατανομή του Υδροξυαπατίτη, ενώ επιτρέπει στις μικρορωγμές να συσσωρεύονται.

Εντέλει η αυξημένη οστική εναλλαγή στην οστεοπόρωση ελαττώνει την οστική μάζα, διαταράσσει την αρχιτεκτονική των δοκίδων, αυξάνει το πορώδες του φλοιού & ελαττώνει το πάχος του, αλλάζει τη σύνθεση του οστού και αυξάνει τις μικροκακώσεις.

Με λίγα λόγια μειώνει την οστική αντοχή και αυξάνει τον κίνδυνο κατάγματος καθώς η ανεπάρκεια της δομής ή της σύνθεσης του οστού το καθιστούν εύθραυστο έναντι στις καταπονήσεις.

Έτσι γνωρίζουμε πως μία στις δύο γυναίκες και ένας στους πέντε άντρες της λευκής φυλής πάνω  από 50 ετών θα υποστούν οστεοπορωτικό κάταγμα.

Η πλειονότητα των οστεοπορωτικών καταγμάτων αφορούν το αντιβράχιο, τα σπονδυλικά σώματα   και το ισχίο.

Τα οστεοπορωτικά κατάγματα συνοδεύονται από αυξημένη νοσηρότητα και θνησιμότητα.

Τα συχνότερα οστεοπορωτικά κατάγματα είναι τα κατάγματα της σπονδυλικής στήλης που συμβαίνουν συνήθως κατά τις καθημερινές δραστηριότητες κι αρκετές φορές παραμένουν αδιάγνωστα ακόμα και από τα τμήματα επειγόντων περιστατικών.

Τα σπονδυλικά κατάγματα συνοδεύονται από ραχιαλγία, κύφωση, απώλεια αναστήματος και επηρρεάζουν αρνητικά την ποιότητα ζωής των ασθενών.

Σε κάθε νέο σπονδυλικό κάταγμα αυξάνει η κύφωση κατά 12 μοίρες, μειώνεται η αναπνευστική χωρητικότητα κατά 9% και αυξάνει η θνητότητα κατά 23%.          

Αν και τα σπονδυλικά κατάγματα είναι το σήμα κατατεθέν της οστεοπόρωσης λόγω της απώλειας  του σπογγώδους. Ωστόσο το 80% των καταγμάτων είναι ΜΗ ΣΠΟΝΔΥΛΙΚΑ, καθώς το 70% της συνολικής οστικής απώλειας συμβαίνει στο φλοιό εξαιτίας της ενδοφλοιώδους ανακατασκευής,    που αυξάνει το πορώδες του φλοιού και την ευθραυστότητα του οστού εκθετικά.

Τα κατάγματα του άνω άκρου του μηριαίου αφορούν το 15% όλων των οστεοπορωτικών καταγμάτων και αποτελούν ένα μείζον ιατρικό, κοινωνικό και οικονομικό πρόβλημα, λόγω της μεγάλης επίπτωσης στα ηλικιωμένα άτομα.

Τα μικρής ενέργειας κατάγματα στους ενήλικες είναι ένας συναγερμός για πρόβλεψη μελλοντικών καταγμάτων καθώς όλα τα κατάγματα, εκτός των φαλάγγων, είναι ενδεικτικά της διαταραγμένης οστικής υγείας.

Η πιθανότητα να συμβεί δεύτερο οστεοπορωτικό κάταγμα μέσα στα 2 χρόνια μετά από οποιοδήποτε κάταγμα είναι 11 %.

Ο θεραπευτικός στόχος στην οστεοπόρωση είναι η πρόληψη.

Η πρωτογενής πρόληψη είναι η πλέον αποτελεσματική θεραπεία γι' αυτό και είναι σημαντικές οι ενημερωτικές εκστρατείες για την επαρκή πρόσληψη ασβεστίου και την έκθεση στον ήλιο για τη σύνθεση της βιταμίνης D, την αποφυγή του καπνίσματος και της υπερκατανάλωσης αλκοόλ, τη συστηματική άσκηση και μάλιστα το καθημερινό περπάτημα, αλλά και τη διερεύνηση και αντιμετώπιση παθήσεων ή φαρμάκων που προκαλούν οστεοπόρωση.

Η δευτερογενής πρόληψη αφορά την εντόπιση παραγόντων κινδύνου, τη μέτρηση οστικής πυκνότητας και την εκτίμηση του καταγματικού κινδύνου μέσω του εργαλείου FRAX.

Σε αυτή τη φάση ξεκινά η αγωγή με αντιοστεοπορωτικά φάρμακα, ασβέστιο και βιταμίνη D δίνοντας έμφαση στην αξία της παραμονής στη θεραπεία.

Στην καθημερινή κλινική πράξη η λειτουργική επάρκεια του οστού εκτιμάται μετρώντας το ποσό της επιμετάλλωσής του με την οστική πυκνομετρία (DEXA).

Όμως ενώ στις μετρήσεις DEXA εκτιμώνται το μέγεθος και το σχήμα του οστού, ο όγκος των δοκίδων, το πάχος του φλοιού και το ποσό της επιμετάλλωσης του οστού, ωστόσο δεν αντικατοπτρίζονται στοιχεία της εσωτερικής μικροαρχιτεκτονικής και της σύνθεσης του οστού που επίσης καθορίζουν σημαντικά την αντοχή του, όπως ο αριθμός και η συνδετικότητα των δοκίδων, η ποιότητα του κολλαγόνου και τα μικροκατάγματα.

Έτσι, ενώ η μέτρηση της οστικής πυκνότητας είναι ο ισχυρότερος παράγοντας καταγματικού κινδύνου, ωστόσο δεν απεικονίζει πάντα αυτόν τον κίνδυνο, ούτε την ανταπόκριση στη θεραπεία.

Κι αυτό γιατί ο ορισμός της οστεοπόρωσης (T-score ≤ 2,5)  δεν περιλαμβάνει όλους τους ασθενείς με αυξημένο καταγματικό κίνδυνο καθόσον η οστική πυκνομετρία δεν μπορεί να εντοπίσει όλα τα άτομα που θα πάθουν κάταγμα, αφού 1 στα 3 κατάγματα του ισχίου συμβαίνουν σε  οστεοπενικές γυναίκες.

Επίσης το εργαλείο FRAX υποεκτιμά τον καταγματικό κίνδυνο γιατί ενώ στην αρχή χρησιμοποιήθηκε ως θεραπευτικό όριο, εξελίχθηκε τελικά σε εργαλείο διάγνωσης παρακάμπτοντας την εξέταση DEXA.

Το εργαλείο FRAX είναι ωστόσο χρήσιμο στην εκτίμηση μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών ή ανδρών άνω των 50 ετών, σε ασθενείς με οστεοπενία και σε ασθενείς που δεν έχουν λάβει ποτέ φάρμακο για την οστεοπόρωση.

Η τριτογενής πρόληψη αφορά την αντιμετώπιση των καταγμάτων, τη συμβουλευτική προς αποφυγή πτώσεων και τη φαρμακευτική πρόληψη ενός νέου κατάγματος.

Η αντιμετώπιση ενός οστεοπορωτικού κατάγματος μπορεί να ποικίλει από την τοποθέτηση ενός νάρθηκα ανάπαυσης έως τις πλέον σύνθετες χειρουργικές επεμβάσεις ανάλογα της θέσης του κατάγματος και της κατάστασης του ασθενή.

Η πώρωση ενός κατάγματος εξαρτάται από βιολογικούς παράγοντες όπως η ηλικία και η οστεοπόρωση, αλλά και τη σταθεροποίησή του.

Τονίζεται ξανά πως πέραν της αντιμετώπισης του οστεοπορωτικού κατάγματος πρέπει να εκτιμηθούν τα αίτιά του και να εκπαιδευτεί ο ασθενής στον περιορισμό ενός επόμενου κατάγματος, με αντιοστεοπορωτική θεραπεία αλλά και οδηγίες περιορισμού του κινδύνου των πτώσεων.

Στην πραγματικότητα, οι ηλικιωμένοι έχουν μεγαλύτερο κίνδυνο να υποστούν κάταγμα λόγω της αδυναμίας να ελέγξουν μια πτώση, γι΄αυτό πρέπει να περιοριστούν οι παράγοντες που αυξάνουν τις πτώσεις μέσω μυϊκής ενδυνάμωσης, υποβοήθησης βάδισης, βελτίωσης συνθηκών διαβίωσης (φωτισμός, εμπόδια, ολισθηρότητα), προσοχής στη χρήση κατασταλτικών του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος και των  αντιϋπερτασικών φαρμάκων.

Συμπερασματικά

Παρά την καλύτερη κατανόηση της οστεοπόρωσης και της βελτίωσης των θεραπευτικών μέσων τα οστεοπορωτικά κατάγματα αυξάνονται, καθώς μεγαλώνει  το προσδόκιμο επιβίωσης.

Ούτε η DEXA, ούτε ο FRAX μπορούν να εντοπίσουν όλα τα άτομα που θα πάθουν κάταγμα καθώς    η ικανότητα του οστού να αντισταθεί στο κάταγμα εξαρτάται από την οστική μάζα, αλλά και την κατανομή της στο οστούν και τις ιδιότητες των υλικών που το αποτελούν.

Όπως επίσης από τη γενική κατάσταση του ασθενή και την πιθανότητα πτώσεων.

Στην αντιμετώπιση της οστεοπόρωσης επιλέγουμε εύχρηστα φάρμακα που να βελτιώνουν την μικροαρχιτεκτονική του σπογγώδους αλλά και να μειώνουν τον αριθμό και το μέγεθος των πόρων του φλοιού, ώστε να απομακρύνουν τον καταγματικό κίνδυνο των μη σπονδυλικών καταγμάτων, ιδίως των καταγμάτων του ισχίου.

Η οστεοπόρωση δεν είναι αναπόφευκτη συνέπεια της γήρανσης.

Αρκετοί άνθρωποι διατηρούν καλή οστική μάζα και δομική ακεραιότητα στα 80 και 90 έτη τους και σκοπός της θεραπευτικής προσπάθειας πρέπει να είναι η αύξησή τους αναγνωρίζοντας έγκαιρα τον κίνδυνο οστεοπορωτικού κατάγματος.