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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE VETERINÁRIA E ZOOTECNIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA ANIMAL Disciplina: SEMINÁRIOS APLICADOS PRINCÍPIOS DA CICATRIZAÇÃO ÓSSEA (Revisão de literatura) Késia Sousa Santos Orientador (a): Neusa Margarida Paulo Goiânia 2011
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE VETERINÁRIA E ZOOTECNIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA ANIMAL
Disciplina: SEMINÁRIOS APLICADOS
PRINCÍPIOS DA CICATRIZAÇÃO ÓSSEA
(Revisão de literatura)
Késia Sousa Santos Orientador (a): Neusa Margarida Paulo
Goiânia 2011
II
KÉSIA SOUSA SANTOS
PRINCÍPIOS DA CICATRIZAÇÃO ÓSSEA
(Revisão de literatura)
Seminário apresentado junto à Disciplina
Seminários Aplicados do Programa de Pós-
Graduação em Ciência Animal da Escola de
Veterinária e Zootecnia da Universidade
Federal de Goiás.
Nível: Mestrado
Área de Concentração:
Patologia, Clínica e Cirurgia Animal
Linha de Pesquisa:
Técnicas Cirúrgicas e Anestésicas, Patologia Clínica
Cirúrgica e Cirurgia Experimental
Orientador (a):
Profª. Drª. Neusa Margarida Paulo EVZ/UFG
Comitê de Orientação:
Profª. Drª. Liliana Borges de Menezes IPTSP/UFG
Prof. Dr. Adilson Donizeti Damasceno EVZ/UFG
Goiânia
2011
III
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................... 1
2 REVISÃO DE LITERATURA.......................................................... 4
2.1 O tecido ósseo ........................................................................... 4
2.1.1 Composição química do osso ................................................... 4
2.1.2 Anatomia óssea ........................................................................ 4
2.1.3 Vascularização óssea ............................................................... 6
2.1.4 Histologia óssea ....................................................................... 7
2.1.5 Células do tecido ósseo ........................................................... 8
2.2 Cicatrização óssea .................................................................. 10
2.2.1 Consolidação indireta da fratura ............................................. 10
2.2.1.1 A resposta inflamatória aguda ............................................. 11
2.2.1.2 O papel da superfamília do fator de crescimento
transformador beta (TGF-β) na cicatrização da fratura ................... 13
2.2.1.3 Recrutamento de células tronco mesenquimais (MSCs) ..... 16
2.2.1.4 A formação de um calo ósseo cartilaginoso e periosteal ..... 17
2.2.1.5 Revascularização e neoangiogênese no local a fratura ...... 18
2.2.1.6. Mineralização e reabsorção do calo cartilaginoso .............. 21
2.2.1.7 Remodelação óssea ............................................................ 22
2.2.2 Consolidação direta da fratura ................................................ 24
2.2.2.1 Cicatrização por contato ...................................................... 24
2.2.2.2 Cicatrização por lacunas ..................................................... 25
2.2.3 Distração osteogênica ............................................................ 26
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................... 28
REFERÊNCIAS ............................................................................... 29
IV
LISTAS DE FIGURAS
Figura 1 Estrutura anatômica de um osso longo evidenciando a diáfise ao
longo do eixo médio do osso; enquanto a epífise, uma área mais
larga em cada uma das extremidades ósseas; a metáfise, ponto
de encontro entre a epífise e a diáfise, e periósteo uma camada
fibrosa que recobre a superfície externa do osso que não é
recoberto por cartilagem articular e o endósteo uma camada
fibrosa que reveste as cavidades internas dos
ossos............................................................................................5
Figura 2 Suprimento sanguíneo para: A - osso normal. B - osso imaturo.
C - osso fraturado (suprimento sanguíneo extra ósseo) e D -
osso em cicatrização....................................................................7
Figura 3 Fotomicrografia demonstrando os componentes do Sistema
Haversiano...................................................................................8
Figura 4 Tipos de células ósseas...............................................................9
Figura 5 As etapas de reparo da fratura...................................................11
Figura 6 Esquema simplificado do processo de remodelação
óssea..........................................................................................23
V
LISTA DE ABREVIATURAS
BMPs Proteínas ósseas morfogenéticas
GDFs Fator de crescimento e diferenciação
IL Interleucinas
MCSF Fator estimulante de colônias de macrófagos
MSCs Células tronco mesenquimais
OPG Osteoprotegerina
PDGF Fator de crescimento derivado de plaquetas
RANKL Receptor ativador do núcleo do fator Kappa B ligante
SDF-1 Fator – 1 de células derivadas do estroma
TGF-β Fator de crescimento transformador beta
TNF-α Fator de necrose tumoral alfa
VEGF Fator de crescimento vascular endotelial
1 INTRODUÇÃO
A cicatrização óssea é um processo biológico complexo que segue
padrões específicos de regeneração e envolve alterações na expressão de
milhares de genes. Embora haja muitos estudos para se compreender
totalmente o processo de regeneração óssea, sobretudo os eventos
anatômicos e bioquímicos ainda vêm sendo estudados de forma mais
detalhada. Estes estudos têm proporcionado uma compreensão geral de como
ocorre a consolidação da fratura (MARSELL & EINHORN, 2011).
O osso tem capacidade para reparação e regeneração em reposta a
uma lesão ou tratamento cirúrgico. Ambos os processos envolvem uma
complexa integração de células, fatores de crescimento e matriz extracelular. O
processo de reparação consiste em restaurar a continuidade dos tecidos
lesados, sem necessariamente aumentar o volume ósseo. Já a regeneração é
um processo que envolve a diferenciação de novas células e a formação de um
novo tecido ósseo que resulta em um aumento do volume total de novos
tecidos esqueléticos (AL-AQL et al., 2008). O processo de regeneração óssea
pode ocorrer também por meio do uso de procedimentos cirúrgicos como a
distração osteogênica (TAY et al., 1998).
A consolidação de uma fratura é um processo que envolve uma
sequência de etapas que são iniciadas em reposta a uma lesão, resultando
eventualmente no reparo e restauração da função (AL-AQL et al., 2008).
Os processos biológicos são controlados por mecanismos
moleculares complexos que envolvem fatores locais e sistêmicos, que
interagem com muitos tipos de células, recrutados para a lesão acidental ou
cirúrgica dos tecidos adjacentes e para a circulação (AL-AQL et al., 2008).
A consolidação do osso pode ocorrer de uma forma direta ou
indireta, que consiste tanto na formação óssea intramembranosa ou
endocondral. O processo de cicatrização indireta é mais comum, uma vez que
a cicatrização direta requer redução anatômica e uma estabilização do foco de
fratura, que na maioria das vezes é obtida por redução aberta e fixação interna.
No entanto, quando tais condições são alcançadas, a cicatrização direta
2
permite uma regeneração anatômica do osso lamelar e dos sistemas de
Havers, sem a necessidade da etapa de remodelação (MARSELL & EINHORN,
2011).
A formação óssea endocondral ocorre geralmente na parte externa
ao periósteo, em regiões que são imediatamente adjacentes ao local da fratura
e, mecanicamente menos estáveis. Já a ossificação intramembranosa ocorre
na parte interna ao periósteo nas bordas proximal e distal do calo, onde
formam um calo duro (DIMITRIOU et al., 2005). Essa transição de calo rígido
ao redor do foco de fratura é que fornece uma estabilização inicial e
recuperação da função biomecânica (GERSTENFELD et al., 2006).
Durante cada uma dessas fases os processos biológicos são
regulados por moléculas de sinalização que podem ser categorizados em três
grupos: (1) citocinas pro-inflamatórias, (2) membros da super família do fator de
crescimento transformador-beta (TGF-β), e (3) fatores angiogênicos. Cada um
desses grupos de citocinas e outras proteínas têm atividades biológicas que
promovem sobreposição dos processos biológicos e interações entre os
diferentes tipos de células. Como por exemplo, as células-tronco mesenquimais
se diferenciam em células mais especializadas que promovem efeito em cada
uma das outras atividades (PENG et al., 2005).
Durante as últimas décadas, os estudos sobre a cicatrização da
fratura evoluíram rapidamente. É sabido que o osso é um dos poucos tecidos
que podem cicatrizar sem que haja a formação de uma cicatriz fibrosa. Assim,
o processo de desenvolvimento e reorganização da fratura pode ser
considerado uma forma de regeneração óssea. No entanto, apesar da
capacidade regenerativa do tecido ósseo, esse processo às vezes falha e as
fraturas podem cicatrizar em posições anatômicas desfavoráveis, ter um atraso
no tempo de cicatrização, ou até mesmo desenvolver uma pseudoartrose ou
não união óssea (MARSHELL & EINHORN, 2010).
A fim de evitar falhas no processo de cicatrização das fraturas,
vários estudos em humanos e modelos animais têm fornecido informações
sobre as etapas que regulam o processo biológico da cicatrização das fraturas,
além de promoverem orientação para novas pesquisas (EINHORN, 2005).
O uso de modelos animais tornou possível investigar a cicatrização
das fraturas sobre várias perspectivas como a histológica, bioquímica e
3
biomecânica e tem sido, portanto, uma ferramenta importante na compreensão
do processo de cicatrização óssea (BONNARENS & EINHORN, 1984).
O objetivo desta revisão é caracterizar os eventos celulares que
contribuem para o processo de cicatrização e descrever as complexas vias de
sinalização das moléculas envolvidas.
4
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 O tecido ósseo
2.1.1 Composição química do osso
O osso é constituído basicamente por dois componentes: orgânicos
e inorgânicos. A porção orgânica é formada por células (osteoblastos,
osteócitos e osteoclastos), fibras colágenas e substância base (proteoglicanos
e glicoproteínas). A parcela orgânica da matriz óssea é secretada
principalmente pelos osteoblastos. O principal componente inorgânico é o
fosfato de cálcio, responsável por dois terços do peso ósseo. O fosfato de
cálcio interage com o hidróxido de cálcio transformando-se em hidroxiapatita.
Conforme ocorre a formação dos cristais de hidroxiapatita, outros materiais
inorgânicos como o carbonato de cálcio, sódio, magnésio e fluoreto vão se
incorporando a ele (CONSTANTINESCU, 2002).
2.1.2 Anatomia óssea
No desenvolvimento dos ossos longos, chamamos o corpo do osso
de diáfise e a extremidade de epífise. A diáfise é formada por medula óssea
circundada por osso compacto, que constitui uma densa barreira protetora.
Geralmente mais larga que a diáfise, a epífise é formada principalmente de
osso esponjoso, o qual é constituído por uma trama de ossos trabeculares e
medula óssea amarela ou vermelha, bem como uma fina e externa camada de
osso compacto (Figura 1). Nos ossos em crescimento, o ponto de união da
diáfise com a epífise é denominado metáfise. Nesta junção, existe uma placa
de crescimento formada por cartilagem hialina, chamada de placa epifiseal ou
fise de crescimento. Quando o processo de desenvolvimento é finalizado, a
placa epifiseal é substituída pela linha epifiseal (MARIEB, 2003).
5
Figura 1 – Estrutura anatômica de um osso longo evidenciando a
diáfise ao longo do eixo médio do osso; enquanto a
epífise, uma área mais larga em cada uma das
extremidades ósseas; a metáfise, ponto de encontro
entre a epífise e a diáfise, e periósteo uma camada
fibrosa que recobre a superfície externa do osso que
não é recoberto por cartilagem articular e o endósteo
uma camada fibrosa que reveste as cavidades
internas dos ossos. Fonte: adaptado de AKERS e
DENBOW (2008).
A superfície articular é constituída por uma fina camada de
cartilagem hialina, a qual recobre a epífise dos dois ossos que mantém contato.
A superfície externa do osso não coberta por cartilagem articular será envolta
por periósteo, que é constituído por membrana conjuntiva densa irregular e
unido à base óssea pelas fibras de Sharpey, oriundas das fibras presentes na
matriz óssea. O periósteo contém fibras nervosas, vasos linfáticos e
6
sanguíneos responsáveis pelo suprimento ósseo. A superfície interna do osso
é recoberta pelo endósteo, o qual envolve a cavidade medular dos ossos
longos e as trabéculas dos ossos esponjosos (MARIEB, 2003).
2.1.3 Vascularização óssea
A fisiologia óssea interna, bem como os processos de cicatrização
da fratura, dependem de um suporte sanguíneo adequado. Em ossos longos
íntegros, a circulação consiste de suprimento aferente da artéria nutriente
principal, artérias metafiseais proximal e distal e artérias periosteais que
penetram no osso em áreas de forte ligação fascial (Figura 2). O fluxo
sanguíneo segue do canal medular para o periósteo, ou seja, em direção
centrífuga e a pressão medular, possivelmente, restringirá o fluxo sanguíneo
periosteal para o terço externo do córtex. Em animais imaturos, encontramos
inúmeras artérias em sentido longitudinal, que penetram no osso de formação
recente, sobre a superfície periosteal. A metáfise e a epífise recebem suporte
sanguíneo separadamente e não se comunicam através da fise cartilaginosa. A
porção da circulação responsável pela nutrição da zona celular da reserva
cartilaginosa e células fiseais em crescimento é o suprimento sanguíneo da
epífise. A interrupção do aporte sanguíneo dessa porção resulta na morte das
células em crescimento e suspensão da função fiseal. Entretanto, as células
que participam da ossificação endocondral são supridas a partir das artérias
metafiseais (FOSSUM, 2005).
7
Figura 2 – Suprimento sanguíneo para: A -
osso normal. B - osso imaturo. C -
osso fraturado (suprimento
sanguíneo extra ósseo) e D - osso
em cicatrização. Fonte: FOSSUM
(2005).
2.1.4 Histologia óssea
A unidade estrutural do osso compacto é denominada ósteon ou
Sistema Haversiano. (Figura 3). Cada ósteon aparece como uma unidade
cilíndrica lamelar de matriz óssea que envolve os canais de Havers. O sistema
Haversiano corre paralelo ao eixo longo do osso e carrega pequenas artérias e
veias. O canal de Volkmann se dispõe perpendicularmente ao eixo longo do
osso, e está ligado à circulação sanguínea e aos nervos do periósteo através
do canal de Havers. Os canais de Havers e de Volkmann conectam a cavidade
8
medular óssea à circulação por intermédio dos vasos sanguíneos, formando
caminhos para que as células sanguíneas possam atingir a circulação (AKERS
e DENBOW, 2008).
Figura 3 – Fotomicrografia demonstrando os
componentes do Sistema
Haversiano. Fonte: TIMOTHY, 2004.
2.1.5 Células do tecido ósseo
Encontramos no osso quatro principais tipos celulares (Figura 4): os
osteoblastos, osteócitos, osteoclastos e as células osteoprogenitoras (ANDIA et
al., 2006; AKERS e DENBOW, 2008).
9
Figura 4 – Tipos de células ósseas. Fonte: TORMENA (2009).
Osteoblastos são células secretoras de matriz óssea extracelular,
além de colágeno e substâncias que constituem o osso não mineralizado.
Durante a formação óssea, os osteoblastos secretam a matriz óssea. Porém,
os osteoblastos mantém contato com outra via de conexões que contém junção
comunicante. Conforme a matriz endurece, os osteoblastos amadurecem e
tornam-se osteócitos ((ANDIA et al., 2006; AKERS e DENBOW, 2008).
Os osteócitos são células ósseas maduras de maior população, com
formato de aranha, encontradas em pequenas cavidades das junções
lamelares chamadas de lacunas. Somente um osteócito é encontrado por
lacuna e essas células não podem se dividir. Numerosos processos alongam-
se de cada osteócito para dentro dos canalículos, passando rapidamente pela
matriz de mineralização e se conectando a uma lacuna adjacente. Então, há
uma rede de comunicação entre o canalículo e a lacuna, fazendo com que o
processo ocorra em todo o osso mineralizado. O canalículo é importante
porque é dele que provem a rota pela qual o processo de um osteócito pode se
contactar aos outros adjacentes. Portanto, todos os osteócitos são capazes de
se comunicar entre si, carregando informações e nutrientes. Os osteócitos
podem sintetizar ou absorver a matriz óssea e, caso sejam destruídos, a
reabsorção da matriz óssea ocorre devido à atividade do osteoclasto, que é
sucedida pela reparação ou remodelação através da atividade osteoblástica
((ANDIA et al., 2006; AKERS e DENBOW, 2008).
Os osteoclastos são células multinucleadas gigantes envolvidas na
reabsorção do osso e, portanto, estão presentes em áreas onde o osso está
sendo removido. O osso também contém um pequeno número de células
10
mesenquimais conhecidas como células osteoprogenitoras, que estão
localizadas na camada celular do periósteo, no endósteo e na linha vascular de
passagem da matriz medular. São dessas células que se originam os
osteoblastos e, portanto, são importantes para a reparação das fraturas
((ANDIA et al., 2006; AKERS e DENBOW, 2008).
2.2 Cicatrização óssea
2.2.1 Consolidação indireta da fratura
A consolidação indireta ou secundária é a forma mais comum de
cicatrização das faturas, e consiste de uma cicatrização óssea endocondral e
intramembranosa (GERSTENFELD et al., 2006). É caracterizada pela
formação de um calo intermediário antes da formação do calo ósseo. Não
exige redução anatômica e estabilização do foco de fratura. Pelo contrário, o
foco de fratura é reforçado por micro movimentos. No entanto, muito
movimento e/ou carga pode resultar em um atraso na cicatrização, ou até
mesmo uma não união óssea (GREEN et al., 2005). A cicatrização óssea
indireta ocorre normalmente no tratamento não cirúrgico de fraturas, e em
determinados tratamentos cirúrgicos em que ocorrem alguns movimentos no
local da fratura, como a fixação intramedular, fixação externa ou fixação interna
de fraturas cominutivas complicadas (PAPE et al., 2002; PERREN, 2002).
O processo de reparo em si é composto por quatro fases (Figura 5)
que se sobrepõem. Inicialmente há uma fase de resposta inflamatória imediata
que leva ao recrutamento de células-tronco mesenquimais e subsequente
diferenciação em condrócitos que produzem cartilagens e osteoblastos, que
formam o osso. Depois é produzida uma matriz cartilaginosa, que mineraliza, e
ocorre uma transição para osso, com iniciativa da reabsorção da cartilagem
mineralizada. A formação do osso primário é seguida por remodelação, em que
o calo ósseo inicial é modificado por formação e reabsorção óssea secundária
para restaurar a estrutura anatômica que suporta cargas mecânicas
(GERSTENFELD et al., 2003a).
11
O reparo da fratura relembra o desenvolvimento embrionário normal
com a participação coordenada de vários tipos de células provenientes do
córtex, periósteo, tecidos moles circundantes e medula óssea (FERGUNSON
et al., 1999; GERSTENFELD et al., 2003a).
Figura 5 - As etapas de reparo da fratura. Fonte: adaptado de CARANO
&FILVAROFF (2003).
2.2.1.1 A resposta inflamatória aguda
Imediatamente após o trauma, ocorre a formação de um hematoma
que é constituído por células do sangue periférico e intramedulares, bem como
células da medula óssea. A lesão inicia uma resposta inflamatória que é
necessária para o processo de cicatrização. A resposta inflamatória faz com
que o hematoma coagule entre e ao redor das extremidades da fratura, e
dentro da medula formando um modelo para a formação do calo ósseo
(GERSTENFELD et al., 2003b).
Embora se tenha conhecimento de que uma expressão prolongada e
crônica de citocinas inflamatórias tem um efeito negativo no osso, nas
articulações e em presença de materiais implantados, uma secreção rápida e
bem regulada de moléculas pró-inflamatórias após uma lesão aguda é
fundamental para a regeneração do tecido (GERSTENFELD et al., 2003b). A
resposta inflamatória aguda atinge seu pico nas primeiras 24 horas e se
completa após sete dias, embora as moléculas pró-inflamatórias mais tarde
12
continuem desempenhando um papel importante no final da regeneração (CHO
et al., 2002).
A resposta pró-inflamatória inicial envolve a secreção do fator de
necrose tumoral-α (TNF-α), interleucina (IL), IL-1, IL-6, IL-11 e IL-18, por
macrófagos, células inflamatórias e células de origem mesenquimais
(GERSTENFELD et al., 2003b). Esses fatores recrutam células inflamatórias,
aumentam a síntese da matriz extracelular e estimulam a angiogênese (SFEIR
et al. 2005). O pico de concentração dessas citocinas pode ser observado com
24 horas e retornam aos valores normais dentro de 72 horas após o trauma
(CHO et al., 2002; GERSTENFELD et al., 2003b). Durante este período de
tempo o TNF-α é expresso por macrófagos e outras células inflamatórias, e
acredita-se que esse efeito seja mediado pela indução de sinais inflamatórios
secundários e atua como um agente quimiotático para recrutar células
necessárias (KON et al., 2001).
Além de estimular a função dos osteoclastos, o TNF-α promove o
recrutamento de células-tronco mesenquimais e induz a apoptose de
condrócitos hipertróficos durante a formação óssea endocondral. Atrasos ou
ausência da reabsorção da cartilagem mineralizada, consequentemente,
impede a formação óssea. Em situações em que o TNF-α se expressa de
forma mais abundante, como na cicatrização de diabéticos, ocorre uma
remoção prematura da cartilagem que está associado a uma deficiência na
cicatrização e formação óssea (KAYAL et al., 2007).
O TNF-α também tem sido expresso in vitro para induzir
diferenciação osteogênica de células tronco mesenquimais (MSCs) (CHO et al.,
2006). Estes efeitos são mediados pela ativação de dois receptores TNFR1 e
TNFR2 que são ambos expressos pelos osteoblastos e osteoclastos. No
entanto, o TNFR1 sempre é expresso no osso enquanto que o TNFR2 é
expresso somente após uma lesão, sugerindo um papel mais específico na
regeneração óssea (KON et al., 2001; BALGA, 2006).
A expressão de IL-1 e IL-6 aumentam novamente em associação
com a remodelação durante a formação óssea secundária, enquanto que a
expressão de TNF-α aumenta em associação com a reabsorção da cartilagem
mineralizada no final da fase endocondral de reparo da fratura
(GERSTENFELD et al., 2003c).
13
Entre as diferentes interleucinas, acredita-se que a IL-1 e IL-6 sejam
as mais importantes na cicatrização óssea. A expressão da IL-1 se sobrepõe a
do TNF-α no modo bifásico. É produzida por macrófagos na fase aguda da
inflamação e induz a produção de IL-6 nos osteoblastos, promove a produção
do calo cartilaginoso primário, e também promove angiogênese no local da
injúria pela ativação de um dos seus dois receptores, IL-1RI ou IL-1RII (KON et
al., 2001; SFEIR et al., 2005; LEE & LORENZO, 2006). A IL-6 por outro lado, é
produzida somente durante a fase aguda, estimulando a angiogênese, a
produção do fator de crescimento vascular endotelial (VEGF) e a diferenciação
de osteoblastos e osteoclastos (YANG et al., 2007).
A expressão do receptor ativador do núcleo do fator Kappa B ligante
(RANKL) e osteoprogesterina (OPG), dois membros da superfamília TNF-α,
bem como o macrófago fator estimulante de colônias (MCSF), são fatores
reguladores essenciais na osteoclastogênese, aumentando logo após a fase
inicial da lesão, bem como durante o período de reabsorção da cartilagem
mineralizada. Durante a fase de formação óssea secundária e remodelação
óssea, RANK, OPG e MCSF apresentam níveis de expressão diminuídos em
comparação aos observados durante a reabsorção da cartilagem
(GERSTENFELD et al., 2003c).
2.2.1.2 O papel da superfamília do fator de crescimento transformador beta
(TGF-β) na cicatrização da fratura
A superfamília do fator de crescimento transformador beta (TGF-β)
consiste em um grande número de diferentes fatores de crescimento e
diferenciação que incluem as proteínas ósseas morfogenéticas (BMPs), fator
de crescimento transformador beta (TGF-β), fator de crescimento e
diferenciação (GDFs), ativinas, inibinas e a substância inibidora Mulleriana
(CHO et al., 2002).
Membros específicos desta família, como as BMPs (2-8), GDF (1, 5,
8 e 10) e TGF-β1-3 promovem vários estágios de ossificação endocondral e
intramembranosa durante a cicatrização da fratura (CHO et al., 2002).
14
a) Proteínas ósseas morfogenéticas
Durante o reparo da fratura, são produzidas BMPs por células
mesenquimais, osteoblastos e condrócitos. As diversas BMPs funcionam
independentemente ou em colaboração umas com as outras, bem como com
outros membros da superfamília TGF-β, para desencadear uma cascata de
eventos que promovem a formação de cartilagem e osso. Os processos
celulares estimulados incluem quimiotaxia, proliferação e diferenciação de
células mesenquimais, angiogênese e síntese da matriz extracelular (SAKOU,
1998; REDDI, 2001).
Apesar das diversas BMPs estarem estruturalmente e
funcionalmente relacionadas, elas exibem diferentes padrões de expressão nos
diferentes estágios da consolidação da fratura, com base nos experimentos
realizados em animais. Em estudos com murinos a consolidação da fratura,
mostrou níveis máximos da expressão de RNAm de BMP-2 dentro de 24 horas
após a lesão, sugerindo que este desempenha seu papel no início do reparo.
Em coesão com estes achados, estudos recentes mostram que a BMP-2 é
necessária para a reparação óssea pós-natal e está geneticamente associada
com a manutenção da massa óssea normal. Ao contrário, a BMP-2
aparentemente não é necessária para a formação embriológica dos ossos
(TSUJI et al., 2006; XIONG et al., 2006). Outros estudos in vitro examinam a
diferenciação do estroma das células-tronco da médula e mostram que a BMP-
2 controla a expressão de vários outras BMPs e quando sua atividade é
bloqueada, os estromas de células troncos da medula não conseguem se
diferenciar em osteoblastos (EDGAR et al., 2007).
AS BMP -3, BMP -4, BMP -7 e BMP -8 se expressam por um
limitado período durante a cicatrização da fratura (14 a 21 dias), quando a
reabsorção da cartilagem calcificada e o recrutamento osteoblástico são
ativados, e ocorre a formação óssea. BMP-5 e BMP -6 e outros membros da
superfamília do TGF-β são expressos de três a 21 dias durante a fratura em
camundongos, sugerindo que eles têm um efeito regulador em ambas as
ossificações intramembranosa e endocondral (CHO et al., 2002).
15
Tem sido proposto que a BMP-2, BMP -6 e BMP -9 podem ser os
indutores mais potentes da diferenciação de células mesenquimais para
osteoblastos, enquanto as BMPs restantes promovem a maturação dos
osteoblastos comprometidos (CHENG et al., 2003). Os antagonistas de BMPs
também desempenham um papel importante na reparação da fratura.
YOSHIMURA et al. (2001) afirmaram que a expressão de noggin bloqueia
BMP-2, BMP-4 e BMP -7, e é modulada durante a consolidação da fratura. O
padrão da expressão de noggin é semelhante a de BMP-4, sugerindo que o
equilíbrio noggin/BMP-4 poderia ser um fator importante na regulação da
formação de calos durante a cicatrização da fratura. Isto é apoiado por
descobertas que, na ausência de noggin, há excesso de osso e formação de
cartilagem durante o desenvolvimento, indicando que o noggin desempenha
um papel importante na limitação da formação destes tecidos (BRUNET et al.,
1998).
b) Fator de crescimento transformador beta
Todas as três isoformas (TGF-β1, TGF-β2 e TGF-β3), deste grupo
de proteínas estão envolvidas no reparo da fratura. Elas são produzidas por
degranulação plaquetária após a lesão inicial, o que sugere o seu envolvimento
com o início da formação de calos (BOLANDER, 1992; BOSTROM, 1998).
Certas proteínas também são produzidas pelos osteoblastos e condrócitos em
fases posteriores, o que aumenta a proliferação destas células, bem como a de
células mesenquimais e pré-osteoblastos (LIEBERMAN et al., 2002).
Acredita-se que o TGF-β exerça uma papel importante na
condrogênese e formação endocondral (BARNES et al, 1999). Ele também
induz a expressão de proteínas da matriz extracelular (SANDBERG et al.,
1993). Em ratos, expressão de TGF-β2 e TGF-β3 atinge seu pico sete dias
após a fratura, quando a expressão de colágeno tipo II se eleva, e parece estar
associada a formação de cartilagem. A expressão de TGF-β1 permanece
constante durante todo o processo de cicatrização da fratura. Isto sugere que o
TGF-β2 e TGF-β3 pode desempenhar o papel mais importante durante o
16
processo de cicatrização da fratura, uma vez que o pico de expressão ocorre
durante a fase crítica da condrogênese (CHO et al., 2002).
2.2.1.3 Recrutamento de células tronco mesenquimais (MSCs)
Para o osso se regenerar, células-tronco mesenquimais específicas
devem ser recrutadas, proliferar, e se diferenciar em células osteogênicas. O
local exato de onde essas células vêm não é totalmente esclarecido. A maioria
dos dados indica que estas MSCs são derivadas da medula óssea e de tecidos
moles adjacentes, pesquisas recentes demostram que o processo de
recrutamento e circulação das MSCs para o local da injúria possa ser de
grande importância para uma cicatrização ideal (GRANERO-MOLTO et al.,
2009; KITAORI et al., 2009). Inicialmente sugeriu-se que a proteína óssea
morfogenética-2 (BMP-2) tem um importante papel neste recrutamento, mas
outros dados demonstram que este não é o caso (BAIS et al. 2009). De fato, a
BMP-2 é essencial para a reparação óssea (TSUJI et al., 2006), mas outras
BMPs, tais como a BMP-7 podem desempenhar um papel mais importante no
recrutamento de células progenitoras (BAIS et al. 2009)
Sugere-se que o fator-1 de células derivadas do estroma (SDF-1) e
proteína-G acoplado ao receptor CXCR-4 formam um eixo (SDF-1/CXCR-4)
que é um regulador chave de recrutamento específico das MSCs para o local
do trauma (MA et al., 2005; GRANERO-MOLTO et al. 2009; KITAORI et al.,
2009). Estes estudos mostram que a expressão de SDF-1 está aumentada no
local da fratura, especialmente no periósteo presente nas bordas da fratura. Os
mesmos autores também demonstram que a SDF-1 tem um papel específico
no recrutamento de CXCR-4 expressando MSCs para o local da fratura durante
a fase de cicatrização endocondral (KITAORI et al., 2009). A importância deste
eixo foi verificada durante um tratamento utilizando um antagonista anti-SDF-1
ou uma manipulação genética de SDF-1-4 e CXCR que demonstrou ser
prejudicial para a consolidação da fratura (GRANERO-MOLTO et al., 2009;
KITAORI et al., 2009).
17
2.2.1.4 A formação do calo ósseo cartilaginoso e periosteal
Embora a consolidação da fratura consista de uma ossificação
intramembranosa e endocondral, ocorre a formação de um calo cartilaginoso,
que posteriormente sofre mineralização, reabsorção e é então substituído por
osso que é a característica principal deste processo. Após a formação do
hematoma primário, é formado um tecido de granulação rico em fibrina (RAHN,
2002). Dentro desses tecidos, ocorre a formação endocondral entre as
extremidades da fratura e o periósteo. Essas regiões são mecanicamente
menos estáveis e o tecido cartilaginoso forma um calo que promove maior
estabilidade na região local da fratura (DIMITRIOU et al., 2005).
Em modelos animais (ratos, coelhos e camundongos) o pico de
formação de calos moles ocorre em 7-9 dias após o trauma, com um aumento
de procolágeno tipo II e de marcadores nucleares de proteoglicanos de
proteínas extracelulares (EINHORN, 1998). Ao mesmo tempo, ocorre uma
resposta subperiosteal de ossificação intramembranosa diretamente adjacente
às extremidades distais da fratura, formando um calo duro. A transição do calo
duro para o centro da fratura, fornece uma estrutura semi-rígida que permite a
sustentação do peso (GERSTENFELD et al., 2006).
A formação dos calos é dependente do recrutamento de MSCs dos
tecidos moles adjacentes, córtex, periósteo e medula óssea, bem como da
mobilização sistêmica de células-tronco hematopoiéticas. Uma vez recrutadas,
uma cascata molecular produz matriz de colágeno tipo I e de colágeno tipo II e
sinaliza a participação de várias moléculas de peptídeos. Neste processo os
integrantes da família do TGF-β têm se mostrado de grande importância. O
TGF-β2, TGF-β3 e GDF-5 estão envolvidos na condrogênese e na ossificação
endocondral, enquanto que sugere-se que a BMP-5 e BMP-6 pode induzir
proliferação celular na ossificação intramembranosa do periósteo local (CHO et
al., 2002; MARSELL & EINHORN, 2009). Além disso, como mencionado acima,
a BMP-2 tem se mostrado crucial no início do processo de cicatrização, como
observado em camundongos com mutações inativadoras de BMP-2 que não
são capazes de formar calos, impedindo a cicatrização das fraturas com
sucesso (TSUJI et al., 2006).
18
2.2.1.5 Revascularização e neoangiogênese no foco da fratura
A consolidação das fraturas requer um suprimento sanguíneo e a
revascularização é essencial para o sucesso da reparação óssea
(KERAMARIS et al., 2008). Na cicatrização da fratura endocondral, isso não
envolve apenas as vias angiogênicas, mas também a apoptose de condrócitos
e a degradação cartilaginosa, bem como a remoção de células e matrizes
extracelulares que são necessárias para permitir que ocorra o crescimento de
vasos sanguíneos no local do reparo (AI- AQL et al., 2008).
Uma vez que este padrão estrutural é alcançado, o processo de
vascularização é regulado principalmente por duas vias moleculares, uma via
angiopoietina-dependente e uma via de fator de crescimento vascular
endotelial (VEGF)-dependente (TSIRIDIS et al., 2007).
As angiopoietinas, principalmente a angiopoietina-1 e angiopoietina-
2 são proteínas vasculares morfogenéticas. O papel da angiopoietina no reparo
da fratura não é tão bem compreendido como na via VEGF. Sua expressão é
induzida no início do processo de cicatrização, sugerindo que promova um
crescimento vascular inicial dos vasos existentes no periósteo e estão
associadas à formação de vasos de maior calibre e ao desenvolvimento de
ramos colaterais a partir dos vasos existentes (LEHMANN et al., 2005).
No entanto, a via VEGF é considerada a chave reguladora da
regeneração vascular. Tem sido mostrado que tanto os osteoblastos quanto os
condrócitos hipertróficos expressam altos níveis de VEGF, promovendo a
invasão de vasos sanguíneos e a transformação de uma matriz cartilaginosa
avascular em um tecido ósseo vascular (KERAMARIS et al., 2008).
O VEGF promove a vasculogênese, agregação e proliferação de
células endoteliais e células tronco mesenquimais em um plexo vascular, e a
angiogênese, que é o crescimento de novos vasos a partir de outros já
existentes (KANCZLER & OREFFO, 2008). Assim, o VEGF desempenha um
papel crucial na neoangiogênese e revascularização do local da fratura. Sua
importância nestes processos é ainda sustentada por observações, em que a
adição de VEGF em excesso promove uma excelente cicatrização da fratura,
enquanto que os bloqueios dos receptores do VEGF inibem o crescimento
19
vascular e promovem atrasos ou impedem o processo regenerativo (AI- AQL et
al., 2008; KERAMARIS et al., 2008). Vários outros fatores como as interações
sinérgicas das BMPs com VEGF e o estímulo mecânico também podem ter
efeitos pró-angiogênicos contribuindo para melhorar as atividades angiogênicas
de forma VEGFR2-dependente (AI- AQL et al., 2008; KANCZLER & OREFFO,
2008).
Pesquisas comparando o perfil da expressão dos reguladores de
angiogênese demostraram que os fatores expressos mais prevalentes ao longo
do processo de cicatrização óssea foram angiopoietina-2, fator derivado do
pigmento endotelial, pleiotrofina, Tie1, e o inibidor de crescimento vascular
endotelial (GERSTENFELD et al., 2003c).
Os membros da família VEGF detectáveis durante a consolidação da
fratura são o VEGF-D, VEGF-A e VEGF-C. Eles são expressos ao longo da
fase condrogênica da cicatrização, atingindo níveis máximos de expressão
durante as fases finais de calcificação dos tecidos cartilaginosos, no momento
em que se inicia a reabsorção. A relação entre a expressão de alguns fatores
angiogênicos e citocinas pró-inflamatórias tem sido mostrado em camundongos
sem receptores de TNF. A ausência de receptores de sinalização TNF diminui
a expressão de angiopoietinas, metaloproteinases e do inibidor de crescimento
vascular endotelial durante a cicatrização da fratura. No entanto, a expressão
de membros da família VEGF que promovem diretamente a formação de novos
vasos não é inibida. Os resultados deste estudo sugerem que, depois da
injuria, os vasos existentes são primeiramente dissociados em um pool de
células endoteliais não divisíveis através da ação da angiopoietina-2 e do
inibidor de crescimento vascular endotelial, este último limitando a proliferação
(AL-AQL et al., 2008).
No momento em que a reabsorção da cartilagem e a remodelação
óssea são iniciadas, há um aumento dos níveis de VEGF, que estimulam
células deste grupo de progenitores e promovem a participação destas células
endoteliais na neoangiogênese. Estes resultados sugerem que a sinalização do
TNF-α por condrócitos controla a vascularização da cartilagem através da
regulação da angiopoietina e do fator inibidor de crescimento vascular
endotelial, que desempenham as funções de contrabalancear a supressão da
20
indução do crescimento e a apoptose de células endoteliais (AL-AQL et al.,
2008).
Apesar da menor relação, o terceiro membro da família do sistema
de sinalização angiogênico é o fator de crescimento derivado de plaquetas
(PDGF). O PDGF um grupo de fatores que pertencem estruturalmente a uma
maior família, que incluem o VEGF e o fator de crescimento plaquetário
(HELDIN & WESTERMARK, 1999). Os PDGFs são secretados a partir de
grânulos alfa de plaquetas, bem como de células endoteliais, de células
vasculares do musculo liso e de macrófagos (MEYER-INGOLD & EICHNER,
1995). Existem diversas formas de PDGF (PDGF-A-B-C- e –D), que formam
hetero e homodímeros que são biologicamente ativos. As formas de PDGF
encontrados em plaquetas humanas PDFG-AA, PDFG-AB e PDGF-BB se
ligam a receptores PDGF alfa e beta. As células-alvo do PDGF são células
mesenquimais que incluem principalmente fibroblastos dérmicos e células
musculares lisas. Estes tipos de células expressam maior nível de receptores
PDGF-β (HELDIN & WESTERMARK, 1999).
A ação do PDGF depende de células-alvo, do estímulo de células
em proliferação, quimiotaxia, sobrevivência e mobilização de cálcio das
reservas intracelulares (DILIBERTO et al., 1992). Os PDGFs também têm um
papel na remodelação do tecido conjuntivo através da estimulação da
colagenase (BAUER et al., 1985). De acordo com esses achados, o PDGF-BB
tem sido efetivamente utilizado com um agente terapêutico para melhorar a
cicatrização cutânea (PIERCE et al., 1988; PIERCE et al., 1989).
Sugere-se que o PDGF seja um fator essencial na remodelação
óssea por mostrar uma melhor migração e proliferação de osteoblastos e uma
melhor secreção de osteoclastos (KUBOTA et al., 2002). Os resultados da
administração sistêmica de PDGF em ratas ovariectomizadas demonstrou um
aumento da força e da densidade óssea (MITLAK et al., 1996). O PDGF
aumenta a formação de uma matriz mineralizante in vitro (HSIEH e GRAVES,
1998) e aumenta a formação óssea na regeneração periodontal in vivo
(SARMENT et al., 1994). O PDGF exógeno aumenta a densidade do calo e a
formação óssea associada com a consolidação de osteotomias (NASH et al.,
1994). O PDGF pode ser detectado no calo tecidual obtido a partir da
cicatrização de fraturas durante a formação óssea (ANDREW et al., 1995).
21
Para FUJII et al. (1999) o PDGF é um componente essencial na consolidação
normal de fraturas em modelos animais. Ao contrário, o PDGF em associação
com a expressão de TGF-β, fator-β de crescimento fibroblástico, BMP-2 e
BMP-14 está ausente em fraturas que não cicatrizam corretamente
(BROWNLOW et al., 2001).
2.2.1.6. Mineralização e reabsorção do calo cartilaginoso
Para que a regeneração óssea progrida, o calo mole principal
precisa ser reabsorvido e substituído por um calo ósseo. Esta etapa da
consolidação da fratura, em certo ponto, lembra o desenvolvimento ósseo
embriológico com uma combinação de proliferação e diferenciação celular, com
aumento do volume celular e aumento da deposição de matriz (BREUR et al.,
1991).
A ligação entre a regeneração óssea e o desenvolvimento ósseo foi
reforçada por um recente entendimento do papel da família de moléculas Wnt,
que é de grande importância na embriologia e também mostrou ter um
importante papel na cicatrização óssea. Acredita-se que família Wnt regula a
diferenciação de MSCs pluripotentes em linhagem osteoblástica, e em estágios
mais avançados de desenvolvimento regula de forma positiva a formação
óssea osteoblástica (CHEN & ALMAN, 2009).
O calo de fratura prolifera condrócitos, e os mesmos se tornam
hipertróficos e a matriz extracelular torna-se calcificada. O processo de
cicatrização ativado principalmente pelo macrófago fator estimulante de
colônias (M-CSF), receptor ativador do núcleo do fator kappa B ligante
(RANKL), osteoprotegerina (OPG), e TNF-α inicia a reabsorção desta
cartilagem mineralizada (BARNES et al., 1999; GERSTENFELD et al., 2003b).
Durante este processo M-CSF, RANKL e OPG também ajudam a recrutar
células ósseas e osteoclastos para formar o osso esponjoso. O TNF-α ainda
promove o recrutamento de MSCs com potencial osteogênico , mas seu papel
mais importante é iniciar a apoptose de condrócitos (GERSTENFELD et al.,
2003b).
22
O mecanismo de calcificação envolve o papel da mitocôndria, que
contém grânulos de cálcio, criando hipóxia no local da fratura. Depois de
preparar o citoplasma, os condrócitos do calo da fratura e os grânulos de cálcio
são transportados para a matriz extracelular onde se precipitam com o fosfato e
iniciam a formação de depósitos minerais. Esses depósitos de cálcio e fosfato
se agrupam e formam cristais de apatita (KETENJIAN & ARSENIS, 1975).
O pico de formação do calo rígido é atingido geralmente em 14 dias
em modelos animais, conforme definido pela histomorfometria de tecido
mineralizado, mas também pela mensuração de marcadores de matriz
extracelular, como o colágeno tipo I, osteocalcina, fosfatase alcalina e
osteonectina (EINHORN, 1998). Com o tempo o calo rígido e a cartilagem
calcificada são substituídos por osso esponjoso e se torna mais sólido e
mecanicamente rígido (GERSTENFELD et al., 2006).
2.2.1.7 Remodelação óssea
Embora o calo rígido seja uma estrutura que proporcione uma
estabilidade biomecânica, ele não restaura completamente as propriedades
biomecânicas do osso normal. Para alcançar isso, o processo de cicatrização
da fratura inicia uma segunda fase de reabsorção, desta vez para remodelar o
calo rígido em uma estrutura de osso lamelar com uma cavidade central
medular (GERSTENFELD et al., 2003b). Esta fase é bioquimicamente ativada
por IL-1 e TNF- α, que mostram altos níveis de expressão durante esta fase,
em oposição à maioria dos integrantes da família TGF-β, que diminuem sua
expressão neste momento (AI- AQL et al., 2008; MOUNTZIARIS & MIKOS,
2008). Contudo, algumas BMPs como BMP-2 também estão aparentemente
envolvidas nesta fase com níveis de expressão razoavelmente altos
(MARSELL & EINHORN, 2009).
O processo de remodelação é realizado por um difícil equilíbrio de
reabsorção do calo pelos osteoclastos, e deposição de osso lamelar pelos
osteoblastos (Figura 6). Embora o processo tenha início em torno de três a
quatro semanas em modelos animais e humanos, a remodelação pode levar
anos para ser completada e alcançar uma estrutura óssea totalmente
23
regenerada. O processo pode ocorrer mais rapidamente em animais e
pacientes jovens (WENDEBERG, 1961).
A remodelação óssea tem demostrado ser o resultado da produção
de polaridade elétrica criada quando a pressão é aplicada em um ambiente
cristalino (BASSETT, 1971). Isto é alcançado quando o carregamento axial de
ossos longos ocorre, gerando uma superfície convexa eletropositiva, e uma
superfície côncava eletronegativa, ativando a superfície osteoclástica e
osteoblástica, respectivamente. O calo externo é então gradualmente
substituído por uma estrutura de osso lamelar, enquanto que a remodelação do
calo interno restabelece a característica de cavidade medular de um osso
diafisário (BASSETT, 1971).
Figura 6 – Esquema simplificado do processo de remodelação óssea.
Fonte: TORMENA (2009).
Para que a remodelação óssea seja bem sucedida, um adequado
suprimento sanguíneo e um aumento da estabilidade mecânica são decisivos
(CARANO & FILVAROFF, 2003). Isto é claramente demonstrado nos casos em
que esses fatores decisivos não são atingidos, resultando no desenvolvimento
de uma fibrose atrófica, ou não união óssea. No entanto, nos casos em que se
tem uma boa vascularização, mas há uma fixação instável, o processo de
cicatrização evolui para a formação de um calo cartilaginoso, que resulta em
uma não união hipertrófica ou uma pseudoartrose (GREEN et al., 2005).
24
2.2.2 Consolidação direta da fratura
A consolidação direta não ocorre comumente no processo natural de
cicatrização óssea. É caracterizada pela cicatrização do local da fratura sem a
formação de um calo periosteal ou endosteal. Isto ocorre quando uma
restauração anatômica dos fragmentos da fratura é alcançada e a fixação
rígida é fornecida resultando em uma diminuição substancial da tensão
interfragmentária. Portanto, este tipo de consolidação é frequentemente o
objetivo principal alcançado após uma redução aberta e uma cirurgia de fixação
interna. Quando esses requisitos são alcançados, a cicatrização óssea direta
pode ocorrer por remodelação direta do osso lamelar, canais de Havers e
vasos sanguíneos (RAHN, 2002).
A redução precisa e rígida fixação parece eliminar os sinais
biológicos que são conhecidos por atrair células osteoprogenitoras de tecidos
moles adjacentes que contribuem para a formação do calo na cicatrização
indireta (O’SULLIVAN et al., 1989; RAHN, 2002).
A cicatrização direta pode ocorrer por meio da cicatrização por
contato ou cicatrização por lacunas, dependendo da proximidade das
extremidades da fratura. Na cicatrização por contato, a união óssea e a
remodelação ocorrem simultaneamente, enquanto que na cicatrização por
lacunas essas etapas são sequenciais. De acordo com a espécie, normalmente
leva de meses a alguns anos, antes que a cicatrização completa seja
alcançada (RAHN, 2002).
2.2.2.1 Cicatrização por contato
A cicatrização por contato ocorre em todas as áreas onde o defeito
entre as extremidades do osso é menor que 0,01mm e a tensão
interfragmentar é menos do que 2% (SHAPIRO, 1988). Sob essas condições,
cortes em cone são formados nas extremidades dos osteons o mais próximo
do local da fratura (HULSE & HYMAN, 1993). As pontas dos cortes em cone
consistem em osteoclastos que cruzam a linha de fratura, gerando cavidades
longitudinais a uma velocidade de 50-100µm/dia. Estas cavidades são
25
posteriormente preenchidas por ossos produzidos pelos osteoblastos que
residem na parte posterior dos cortes de cone. Isto resulta, simultaneamente,
em união óssea e restauração do sistema de Havers formados na direção axial
(KADERLY, 1991; RAHN, 2002).
O restabelecimento do sistema de Havers permite a penetração de
vasos sanguíneos que transportam precursores osteoblásticos (GREENBAUM
& KANAT, 1993; EINHORN, 1998). A transição dos osteons maduros para uma
remodelação direta em osso lamelar resulta em uma cicatrização de fratura
sem a formação de um calo periosteal. O novo osso lamelar é alinhado
paralelamente ao eixo longo do osso, e é menos denso do que o córtex intacto,
durante os primeiros meses (RAHN, 2002).
2.2.2.2 Cicatrização por lacunas
A cicatrização por lacuna difere da cicatrização por contato, pelo fato
de que a união óssea e a remodelação de Havers não ocorrem
simultaneamente. Esse processo de cicatrização ocorre quando a redução
anatômica e as condições estáveis das extremidades da fratura são
alcançadas, e desde que a distância entre as extremidades seja menor que
800µm e 1mm, e a tensão interfragmentar menor que 2% (KADERLY, 1991).
Neste processo o local da fratura é preenchido principalmente por
osso lamelar orientado perpendicularmente ao longo do eixo do osso, exigindo
uma reconstrução osteonal secundária, ao contrário do processo de
cicatrização por contato (SCHENK & HUNZIKER, 1994).
A estrutura óssea primária é, então, gradualmente substituída por
osteons longitudinais revascularizados carreando células osteoprogenitoras
que se diferenciam em osteoblastos e produzem osso lamelar em cada
superfície do osso. Este osso lamelar, no entanto, se estabelece
perpendicularmente abaixo do eixo longitudinal e é mecanicamente fraco
(SHAPIRO, 1988).
A remodelação de Harvers ocorre aproximadamente entre três a oito
semanas, após o qual uma remodelação secundária se inicia, lembrando a que
ocorre com o processo de cicatrização por contato com cortes de cones.
26
Embora não seja tão extenso como a remodelação endocondral, essa fase é
necessária para restaurar as propriedades anatômicas e biomecânicas do osso
(SHAPIRO, 1988).
2.2.3 Distração osteogênica
A distração osteogênica é um procedimento cirúrgico controlado que
inicia um processo de regeneração e utiliza esforço mecânico para melhorar a
resposta biológica dos tecidos lesados e formar um novo osso. Este modelo
cirúrgico é utilizado para unir defeitos como fraturas que não cicatrizam, para
tratar doenças como a osteomielite, em que o ocorre uma destruição do tecido
ósseo, para aumentar o osso alveolar ao redor dos dentes perdidos e para
corrigir deformidades esqueléticas congênitas onde há uma deficiência na
estrutura do esqueleto original (TAY et al., 1998).
A distração osteogênica (DO), no entanto, é um processo de
regeneração óssea no qual a osteotomia seguida por distração gradual produz
duas superfícies de osso vascularizadas, a partir do qual um novo osso é
formado. Primeiramente descrita por CODIVILLA (1905) para o tratamento de
membros com diferenças de comprimento. A partir do trabalho de ILIZAROV
(1989) tornou-se um método utilizado para melhorar a regeneração óssea na
clinica ortopédica e cirurgia oral/maxillofacial (ARONSON, 1994).
Três modos de ossificação ocorrem durante a DO. Embora a
ossificação endocondral ocorra durante o estágio inicial da DO, a formação
óssea intramembranosa é o mecanismo de ossificação predominante,
principalmente nos estágios posteriores. Têm-se sugerido ocorrer uma terceira
forma de ossificação chamada de “formação óssea transcondroíde”. Durante a
ossificação transcondroíde, o osso condroíde é formado diretamente por
células como os condrócitos, com transição gradual de tecido fibroso para
osso. A cartilagem que se forma durante a DO é geralmente observada no
periósteo, mas não entre as extremidades do córtex dentro das lacunas de
distrações (YASUI et al., 1997; CHOI et al., 2002).
A distração osteogênica pode ser dividida em três tempos e fases
dinâmicas: latência, distração e consolidação. A fase de latência permite que
27
ocorra uma resposta inicial no local do trauma. Ela começa imediatamente
após a criação da osteotomia e se estende até o início ativo da distração. Os
eventos realizados no local do trauma durante esta fase são basicamente os
mesmos das fases iniciais de reparo da fratura. No entanto, até que a fase de
distração seja iniciada, o processo de resposta inflamatória primária já foi
concluído. Durante a fase de distração, forças de tensão são aplicadas aos
calos com um ritmo e frequência específica. À medida que o calo é estendido,
uma zona fibrosa central, chamada de interzona fibrosa (FIZ), se forma. Esta é
rica em células como os condrócitos, fibroblastos e células ovais, que são
morfologicamente intermediárias entre fibroblastos e condrócitos
(VAUHKONEN et al., 1990; ARONSON, 1994; SATO et al., 1998).
A diferenciação dos osteoblastos na interzona fibrosa deposita
osteoíde ao longo dos feixes de colágenos. Eles subsequentemente sofrem
cristalização mineral paralela aos feixes de colágeno, formando uma zona
chamada de “zona de formação de microcoluna” (MCF). Entre a interzona
fibrosa e a microcoluna de formação, é observada uma zona de alta
proliferação de células, chamada de “matriz principal” ou “frente de
mineralização”. Uma vez que o comprimento do osso desejado é alcançado, a
distração cessa, marcando o início da fase de consolidação, onde osso e uma
extensa quantidade de osteoíde sofrem mineralização e eventual remodelação
(ARONSON et al., 1990).
Acredita-se que a regeneração óssea durante a distração
osteogênica ocorra em resposta a uma tensão mecânica aplicada ao calo
durante a cicatrização. O mecanismo exato pelo qual a tensão estimula a
formação óssea permanece incerto. Tem sido sugerido que os tecidos vivos
tornam-se metabolicamente ativados por tração lenta e constante, um
fenômeno chamado “mecano-transdução”, caracterizado pela estimulação
proliferativa e de funções celulares biossintéticas (ILIZAROV, 1989).
Apesar de a distração regenerar os tecidos do osso por um processo
muito diferente do de reparo da fratura, os sinais moleculares que conduzem o
processo regenerativo são similares e incluem citocinas pró-inflamatórias, o
fator de crescimento transformador da superfamília beta e os fatores
angiogênicos (AL-AQL et al., 2008).
28
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Existem vários caminhos pelo qual ocorre a cicatrização óssea, mas
o diferencial deste processo de consolidação é que ela ocorre sem a formação
de uma cicatriz fibrosa. Desta forma, o processo de cicatrização da fratura
pode ser designado como uma forma de regeneração tecidual.
A fim de alcançar a regeneração completa de um osso totalmente
funcional, deve ocorrer uma inter-relação anatômica, biomecânica e bioquímica
de maneira bem sincronizada durante todo o processo de cicatrização.
Esta revisão descreveu os componentes essenciais do processo de
consolidação da fratura, mas, no entanto, outros mecanismos também podem
ser observados por ter um papel importante na regeneração óssea: como a
ações da metaloproteinases, o envolvimento de vários sistemas endócrinos
que afetam a homeostase cálcio e fosfato, e o sistema hematopoiético e sua
regulação de células-tronco mesenquimais progenitoras, que são cruciais para
a regeneração óssea e vascular.
Embora os dados atualmente disponíveis forneçam um retrato
detalhado das vias biológicas através do qual o osso é regenerado, ainda há
muito a ser compreendido e muitas questões ainda permanecem. Espera-se
que com o desenvolvimento de novas tecnologias de imagens e sistemas
avançados para a análise molecular essas perguntas possam ser respondidas.
29
REFERÊNCIAS
1. AKERS, R. M.; DENBOW, D. M. Bones and Skeletal System. Anatomy
& Physiology of Domestic Animals. Iowa: Blackwell Publishing, 2008,
p.131-168.
2. AL-AQL, Z. S.; ALAGL, A. S.; GRAVES, D. T.; GERSTENFELD, L. C.;
EINHORN, T. A. Molecular mechanisms controlling bone formation
during fracture healing and distraction. Journal of Dental Research,
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