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