Index of /rozprawy2/10535

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Katedra Mineralogii, Petrografii i Geochemii. ROZPRAWA DOKTORSKA Studium mineralogiczne zjawiska osteoporozy głowy kości udowej człowieka w nawiązaniu do rentgenowskich badań densytometrycznych. Agnieszka Bieniek. Promotor: prof. dr hab. inż. Maciej Pawlikowski. Kraków 2012.

(2) Serdecznie dziękuje promotorowi, Panu prof. dr. hab. inż. Maciejowi Pawlikowskiemu za opiekę naukową, cenne wskazówki oraz okazaną pomoc podczas powstawania niniejszej rozprawy. Pragnę również podziękować: Panu prof. dr. hab. Tadeuszowi Niedźwiedzkiemu za udostępnienie materiałów do badań, cenne wskazówki oraz pomoc w wykonaniu badań densytometrycznych. Pani mgr Agnieszce Łakomy oraz Panu prof. dr. hab. Edwardowi Czerwińskiemu za przeprowadzenie badań densytometrycznych. Panu mgr. Adamowi Gawłowi za pomoc w przeprowadzeniu badań metodą. mikroskopii. skaningowej. oraz. za. wykonanie. analiz. rentgenowskich. Mgr. inż. Piotrowi Bożęckiemu za pomoc w wykonaniu widm energetycznych EDS oraz zdjęć z mikroskopu skaningowego. Mgr. inż. Maciejowi Dwornikowi za cenne wskazówki dotyczące programu komputerowego „Matlab”. Inż. Tomaszowi Krasoniowi za nieocenioną pomoc okazaną podczas powstawania rozprawy oraz Pracownikom, Koleżankom i Kolegom z Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska za życzliwość i miłą atmosferę w czasie realizacji niniejszej pracy.. Agnieszka Bieniek.

(3) Spis treści. Spis treści 1. Wstęp ………. .............................................................................................................. 5 2. Cel badań ……. ............................................................................................................ 8 3. Układ szkieletowy człowieka ........................................................................................ 9 3.1. Budowa i funkcje układu szkieletowego człowieka ................................................. 9 3.2. Wnętrze kości – budowa i funkcje ......................................................................... 11 3.2.1. Komórki tkanki kostnej................................................................................ 11 3.2.2. Substancja międzykomórkowa tkanki kostnej .............................................. 12 3.2.3. Rodzaje tkanki kostnej ................................................................................. 13 3.3. Kość – miejscem ciągłych przemian ...................................................................... 15 4. Osteoporoza ................................................................................................................ 17 4.1. Czynniki ryzyka rozwoju osteoporozy ................................................................... 17 4.1.1. Wiek ……. .................................................................................................. 18 4.1.2. Okres menopauzy ........................................................................................ 18 4.1.3. Niedobór wapnia ......................................................................................... 19 4.1.4. Aktywność fizyczna..................................................................................... 19 4.1.5. Palenie tytoniu i picie alkoholu .................................................................... 20 4.1.6. Dieta …. ...................................................................................................... 21 4.1.7. Choroby....................................................................................................... 21 4.2. Podział osteoporozy .............................................................................................. 22 4.2.1. Osteoporoza pierwotna ................................................................................ 22 4.2.2. Osteoporoza wtórna ..................................................................................... 24 4.3. Objawy i przebieg choroby .................................................................................... 24 4.3.1. Bóle kostne .................................................................................................. 25 4.3.2. Złamania osteoporotyczne ........................................................................... 25 4.4. Diagnostyka osteoporozy ...................................................................................... 26 4.4.1. Absorpcjometria podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEXA) .................................................................................................... 27 4.4.2. Ilościowa tomografia komputerowa (QCT) ................................................. 28 4.4.3. Badania ultrasonograficzne (QUS) .............................................................. 29 4.4.4. Badania radiologiczne ................................................................................. 30 4.4.5. Biochemiczne markery osteoporozy............................................................ 30. 3.

(4) Spis treści. 5. Metody badań............................................................................................................. 34 5.1. Materiał do badań .................................................................................................. 34 5.2. Absorpcjometria podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEXA, DXA) ................................................................................................................... 36 5.3. Mikroskopia polaryzacyjna ................................................................................... 36 5.4. Mikroskopia skaningowa z mikroanalizą EDS (SEM-EDS) ................................... 37 5.5. Rentgenowska analiza dyfrakcyjna (XRD) ............................................................ 37 6. Wyniki badań ............................................................................................................. 38 6.1. Obserwacje makroskopowe ................................................................................... 38 6.2. Wyniki badań absorpcjometrii podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEXA, DXA) ..................................................................................................... 38 6.3. Wyniki mikroskopii polaryzacyjnej ....................................................................... 59 6.4. Wyniki badań z mikroskopii skaningowej z mikroanalizą EDS (SEM-EDS) ......... 77 6.5. Wyniki badań metodą rentgenowskiej analizy dyfrakcyjnej ................................... 91 7. Dyskusja i podsumowanie wyników .......................................................................... 97 8. Wnioski …… ............................................................................................................ 104 Literatura ……. ........................................................................................................... 105 Spis figur …….. ............................................................................................................ 115 Spis tabel …….. ............................................................................................................ 120 Załącznik. 4.

(5) Wstęp. 1. Wstęp Warunki fizyko-chemiczne panujące w tkankach organizmu człowieka sprzyjają tworzeniu się rożnego rodzaju faz krystalicznych. Krystalizacja substancji w tkankach może być wynikiem normalnych procesów biologicznych (substancje krystalizujące w kościach i zębach) lub wynikiem zaburzeń patologicznych (Pawlikowski 1993). Organizm człowieka sam tworzy minerały i to w dużych ilościach. Odgrywają one znaczną rolę w jego funkcjonowaniu. Szczególną rolę pełnią minerały fosforanowe, stanowiące główny element układu kostnego. Wytworzone przez tkanki biologiczne w sposób naturalny, stanowią najważniejszy dla organizmu magazyn pierwiastków. Minerały te głównie zawierają wapń i fosfor, ale w niewielkich ilościach występują w nich również: magnez, stront, bar, fluor, ołów, cynk, żelazo i inne (Szymański et al. 1991). Mineralizacja kości to krystalizacja hydroksyapatytu na podłożu biologicznym jakim są włókna kolagenowe (Wiesmann et al. 2004). We włóknach znajdują się, zaprogramowane w odpowiednim odcinku DNA, specyficzne defekty strukturalne, które pojawiają się w stałych odstępach. Obszary zdefektowania włókien kolagenowych są miejscami, w których dochodzi do krystalizacji apatytu kostnego. Dzieje się tak, ponieważ są one obdarzone ładunkiem elektrycznym i mają zdolność, w przeciwieństwie do innych odcinków. włókna. kolagenowego,. przyciągania. obdarzonych. ładunkami. jonów. (Pawlikowski 1987, 1993, 1995a, 1995b; Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002). Za mineralizację kolagenu odpowiedzialne są białka: osteocalcin, osteonectin, osteopontin, trombospondin. Jony, niezbędne do mineralizacji kolagenu kostnego, przenosi w stronę włókien kolagenowych fosfataza alkaliczna. To w niej koncentrują się fosfor i częściowo wapń, które są przyswajane przez organizm z pokarmem i płynami. Mitochondria osteoblastów wytwarzają fosfatazę alkaliczną, z której rozpoczyna się krystalizacja apatytu kostnego w strefie defektów w strukturze włókien kolagenowych (Figura 1.1.1). Mineralizowane apatytem włókna kolagenowe są spiralnie skręcone i splatają się ze sobą na kształt liny. W ten sposób powstaje struktura biologiczno-mineralna o bardzo dużej wytrzymałości mechanicznej. Następnie włókna kolagenowe są łączone przez komórki kostne (osteoblasty) i umiejscawiane w przestrzeni międzykomórkowej. Po mineralizacji włókien kolagenowych osteoblasty przestają łączyć kolagen, zamieniając się w dojrzałą komórkę kostną (Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002).. 5.

(6) Wstęp. Figura 1.1.1. Schemat mineralizacji kolagenu kostnego (wg M. Pawlikowski 1995a). a – struktura i wymiary całkowicie rozciągniętego łańcucha peptydowego na podstawie badań rentgenowskich (wg W. Lasek 1978) b – miejsca defektów strukturalnych w kolagenie kostnym, w których może zostać zapoczątkowana krystalizacja apatytu kostnego poprzez przyłączanie jonów Ca2+ lub PO43pochodzących z fosfatazy alkalicznej c - schemat równoległej struktury włókien kolagenowych przerośniętych kryształkami apatytowymi (wg M. J. Glimcher 1992) d – zespoły włókien kolagenowych o różnej orientacji przerośnięte mikrokryształami apatytu. Proces odwrotny do mineralizacji to demineralizacja, polegająca na zubożeniu tkanek, zwłaszcza kości w pierwiastki (Ca, P, Mg i Na itd.). Zaburzenie równowagi w kierunku demineralizacji prowadzi do zrzeszotnienia kości, czyli osteoporozy. 6.

(7) Wstęp. (Pawlikowski & Pfitzner 1999). Zjawisko to jest następstwem wcześniejszych zjawisk mineralizacji kości. W okresie dorastania proces mineralizacji kolagenu kostnego prowadzi do zmiany proporcji pomiędzy tkankami biologicznymi a apatytem kostnym na korzyść apatytu. W ten sposób ubywa komórek kostnych i innych elementów biologicznych, a przybywa minerałów – apatytu. Komórki kostne, które funkcjonują w tak zmineralizowanej kości mają zdecydowanie utrudnione warunki pracy, a przede wszystkim utrudniony kontakt z układem krwionośnym, który utrzymuje je przy życiu. Z jednej strony odżywianie komórek kostnych jest trudniejsze, a z drugiej zaś dochodzi do pogorszenia odprowadzania produktów metabolizmu komórek. Warunki fizyko-chemiczne, panujące w rejonie komórek kostnych sprawiają, że wykrystalizowany apatyt na włóknach kolagenowych jest chemicznie niestabilny i zaczyna się rozpuszczać, co doprowadza do niszczenia wiązań kolagen – apatyt. Skutkiem tego zjawiska jest nie tylko rozpuszczanie apatytu, ale również niszczenie włókien kolagenowych, co doprowadza do rozrzedzenia struktury kości (Szymański et al. 1991, Pawlikowski 2001, Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002, Pawlikowski 2005). Opisane zjawisko osteoporozy jest groźne nie tylko dla kości. W procesie demineralizacji starzejącej się kości wyprowadzane są z niej spore ilości wapnia i fosforu (nawet do 1kg). Zjawisko to przejawia się nie tylko zmniejszeniem grubości beleczek kostnych,. ale. również. zmniejszeniem. ciężaru. objętościowego. samych. kości.. Wyprowadzane z kości pierwiastki mogą odkładać się/krystalizować w innych tkankach np. naczyniach krwionośnych, chrząstce stawowej i in. Ponadto może dochodzić do zwapnienia sztucznych zastawek serca lub protez naczyniowych (Schoen & Levy 1999; Bäeuerlein 2004). Osteoporoza - demineralizacja kości, sprzyja mineralizacji - kalcyfikacji tkanek. Powoduje również rozwój miażdżycy - choroby stanowiącej główny problem zdrowotny współczesnego społeczeństwa (Foltyn et al. 2003; Rajzbaum & Bézie 2006; Szulc 2010). Dlatego też osteoporozę należy uznać za jeden z głównych procesów biologicznych przyczyniających się pośrednio do samozagłady organizmu (Szymański et al. 1991, Pawlikowski 2001, Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002, Pawlikowski 2005).. 7.

(8) Cel badań. 2. Cel badań Praca ma charakter interdyscyplinarny i stanowi przykład wykorzystania wiedzy mineralogicznej oraz mineralogicznych metod badawczych do opisu procesów i zmian chorobowych zachodzących w układzie kostnym człowieka.. Badania dotyczyły. kompleksowej analizy densytometrycznej oraz mineralogicznej gęstości i mineralizacji apatytu kostnego stanowiącego budulec beleczek kostnych głów kości udowej. Głównymi celami pracy było: 1.. Sprawdzenie hipotezy o ewentualnym występowaniu osteoporozy w głowach kości udowej usuniętych podczas totalnej alloplastyki stawu biodrowego.. 2.. Określenie stopnia zaawansowania osteoporozy oraz przedstawienie rozkładu badanego zjawiska w kościach.. 3.. Analiza mineralogiczna badanego materiału i jej odniesienie do badań densytometrycznych.. 8.

(9) Układ szkieletowy człowieka. 3. Układ szkieletowy człowieka 3.1. Budowa i funkcje układu szkieletowego człowieka Szkielet człowieka stanowi mechaniczną podporę całego ciała i miejsce przyczepu mięśni. Ponadto ochrania narządy miękkie oraz pełni rolę metaboliczną jako aktywny zbiornik, gromadzący 99% wapnia, 88% fosforu i 50% magnezu zawartego w całym organizmie (Galus & Jaworski 1982; Pawlikowski 1993; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Murray & Favus 2008; Zimmermann - Górska 2008a). Narząd ruchu składa się z narządu ruchu biernego oraz czynnego. Kości i ich połączenia stanowią układ ruchu biernego, natomiast mięśnie – układ czynny. Kości w całości tworzą szkielet, czyli kościec, który zbudowany jest z kręgosłupa (szkielet osiowy), kości klatki piersiowej, kości kończyn górnych i dolnych, kości czaszki (Figura 3.1.1) (Sokołowska – Pituchowa 1995). Pod względem kształtu w układzie szkieletowym wyróżniamy: a) kości długie, w których jeden z trzech wymiarów przewyższa znacznie pozostałe (np. kość udowa, ramienna); b) kości płaskie, których grubość jest mniejsza od wymiarów pozostałych (np. łopatka); c) kości krótkie, w których wymiary są mniej więcej jednakowe (np. kostki nadgarstka); d) kości różnokształtne, w których ze względu na kształt nie można określić wzajemnych proporcji wymiarów (np. kręgi); e) kości pneumatyczne, które zawierają przestrzenie wysłane błoną śluzową i wypełnione powietrzem (np. kość czołowa, szczęka) (Krechowiecki & Czerwiński 1992; Sokołowska – Pituchowa 1995; Gołąb & Traczyk 1997; Skawina et al. 2002). Kształt i wielkość kości zależy od ich zastosowania w ustroju (Adele 2007). Kości długie służą do dźwigania mięśni, kości krótkie tworzą sprężyste człony lub sklepienia, kości płaskie budują mocne i trwałe puszki lub tworzą powierzchnie dla szerokich mięśni (np. łopatka) (Łasiński et al. 1990). Połączenia kości dzieli się na nieruchome i ruchome. Do połączeń nieruchomych należą zrosty dwóch lub kilku kości złączonych za pomocą różnych rodzajów tkanki łącznej. Tkanka włóknista występuje w więzozroście, chrząstki – w chrząstkozroście, a kości – w kościozroście. Zrost kostny jest całkowicie nieruchomy, natomiast zrosty więzadłowe i chrzęstne wykazują pewną ograniczoną ruchomość. Do połączeń ruchomych. 9.

(10) Układ szkieletowy człowieka. zalicza się stawy oraz połączenia maziowe. W skład każdego stawu wchodzą składniki stałe (minimum dwie kości posiadające powierzchnie stawowe zazwyczaj dokładnie do siebie dostosowane i pokryte chrząstką) oraz dodatkowe składniki (chrząstki śródstawowe). W zależności od ilości kości tworzących staw wyróżniamy stawy proste (dwie kości) i stawy złożone (kilka kości) (Sokołowska – Pituchowa 1995).. Figura 3.1.1. Układ szkieletowy człowieka (Kiss & Szentágothai 1984).. 10.

(11) Układ szkieletowy człowieka. 3.2. Wnętrze kości – budowa i funkcje 3.2.1. Komórki tkanki kostnej Kość jest najbardziej złożonym rodzajem tkanki łącznej, odznaczającym się znaczną twardością i sztywnością (Zimmermann - Górska 2008a). Odkładanie się soli wapniowych (96% wapnia w organizmie) z substancji podstawowej zapewnia tkance twardość oraz wytrzymałość na ściskanie (15 kg/mm2) i rozciąganie (10 kg/mm2). Kość oprócz substancji podstawowej składa się z komórek zwanych osteocytami, które mają kształt owalny i liczne wypustki. Osteocyty układają się swoją długą osią równolegle do długiej osi kości, tworząc osteon (system Haversa) (Figura 3.2.1).. Figura 3.2.1. Tkanka Suchowierska et al. 1999).. kostna. (Marcinowska. –. Komórki znajdują się w jamkach kostnych, natomiast wypustki w kanalikach kostnych, które są otoczone blaszkami kostnymi zbudowanymi z włókien kolagenowych. Ponadto w tkance kostnej występują komórki kościotwórcze (osteoblasty) oraz komórki kościogubne (osteoklasty) (Galus & Jaworski 1982; Gołąb & Traczyk 1997; Gołąb 2000; Skawina et al. 2002). Wszystkie typy komórek (osteoklasty, osteoblasty, osteocyty) decydują o przebudowie tkanki kostnej. Osteoklasty są znacznie większe od osteoblastów. Są to wielojądrzaste komórki, o średnicy 20 – 100 µm. Natomiast osteoblasty są jednojądrzastymi komórkami o grubości 5 – 10 µm. Tworzą one część organiczną kości. 11.

(12) Układ szkieletowy człowieka. (osteoid), a następnie decydują o jego właściwej mineralizacji. Ulegają w pewnym momencie zatopieniu w wytworzonej przez siebie tkance i przekształcają się w osteocyty (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Niedźwiedzki & Kuryszko 2007), które stanowią około 90% wszystkich komórek występujących w kości (Revell 1986).. 3.2.2. Substancja międzykomórkowa tkanki kostnej Komórki tkanki kostnej oddzielone są od siebie dużą ilością zmineralizowanej substancji międzykomórkowej złożonej z macierzy oraz włókien kolagenowych, związków mineralnych i wody. Głównym elementem substancji międzykomórkowej jest białko fibrylarne – kolagen (około 90 – 92%) (Wiesmann et al. 2004; Niedźwiedzki & Kuryszko 2007). W tkance kostnej występuje kolagen typu I, zbudowany z długich włókien o charakterystycznym poprzecznym prążkowaniu. Między włóknami kolagenu znajdują się inne białka – białka niekolagenowe (8 - 10%): osteokalcyna, osteonektyna, proteoglikany, glikoproteiny, peptydy, proteolipidy (Lane & Werntz 1987). Białka macierzy kostnej stanowią 5 % suchej macierzy kostnej i odpowiadają za jej przemianę i mineralizację (Niedźwiedzki & Kuryszko 2007). Osteonektyna jest białkiem wiążącym wapń, kryształy hydroksyapatytu oraz włókna kolagenu i inicjuje ona proces mineralizacji. Natomiast osteokalcyna związana jest z procesami regulacji syntezy kryształów hydroksyapatytów (Price et al. 1981). W macierzy kostnej znajdują się również lipidy, które stanowią 2 – 4% jej zawartości (Lasek 1978; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Niedźwiedzki & Kuryszko 2007). Są one ważne dla metabolizmu kości i ich mineralizacji. Większość z nich pochodzi z komórek. Część mineralna kości zawiera wapń i fosfor, głównie w postaci kryształów hydroksyapatytu [Ca10(PO4)6(OH)2], które odkładają się wzdłuż włókien kolagenu. Stanowią one około 65% całkowitej masy kości (Glimcher 1992). W dojrzałej kości kryształy hydroksyapatytu mają kształt igiełek, płytek, rzadziej listków (Glimcher 2006; Adele 2007) o wymiarach 15 – 30 Å × 100 Å i są regularnie rozmieszczone co 600 – 700 Å pomiędzy cząsteczkami kolagenu. Interakcja hydroksyapatytu z włókien kolagenowych z białkami niekolagenowymi macierzy odpowiada za twardość i sztywność kości. Oprócz hydroksyapatytu część mineralna kości zawiera również małe ilości jonów: magnezu, węglanu, fluoru (Galus & Jaworski 1982; Pawlikowski 1993; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Niedźwiedzki & Kuryszko 2007; Zimmermann - Górska 2008a).. 12.

(13) Układ szkieletowy człowieka. 3.2.3. Rodzaje tkanki kostnej W kości wyróżnia się warstwę tkanki kostnej o utkaniu ścisłym, nazywaną istotą zbitą i warstwę o utkaniu beleczkowym, określaną jako istota gąbczasta (Krechowiecki & Czerwiński 1992) (Figura 3.2.2). Ich funkcje są nieco odmienne ze względu na ich wewnętrzną strukturę oraz rozmieszczenie w szkielecie.. Figura 3.2.2. Wewnętrzna budowa kości (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Tkanka kostna zbita (korowa) występuje na powierzchni kości, natomiast tkanka kostna beleczkowa (gąbczasta) – wewnątrz kości. Kość zbita zbudowana jest z gęsto ułożonych blaszek kostnych, dzięki czemu charakteryzuje się dużą wytrzymałością na działanie sił mechanicznych. Dominuje w trzonach kości długich oraz w zewnętrznych warstwach kości płaskich. Podstawowym składnikiem strukturalnym i czynnościowym kości korowej jest osteon (system Haversa), czyli układ 4 – 20 współśrodkowo ułożonych blaszek kostnych w kształcie rurek (Galus & Jaworski 1982; Aloia 1993; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Skawina et al. 2002; Zimmermann - Górska 2008a). Włókna kolagenowe poszczególnych blaszek układają się równolegle do siebie i spiralnie w stosunku do osi długiej blaszki. Naczynia włosowate i nerwy znajdują się wewnątrz kanału Haversa. Kość zbita na powierzchni zewnętrznej pokryta jest okostną, na wewnętrznej zaś – od strony jamy szpikowej – śródkostną (Zimmermann - Górska 2008a). Okostna zbudowana jest z dwóch warstw: zewnętrznej – włóknistej, zbudowanej z tkanki łącznej zbitej splotowatej i warstwy wewnętrznej – przylegającej do kości, zawierającej 13.

(14) Układ szkieletowy człowieka. liczne naczynia i komórki osteogenne (Skawina et al. 2002; Niedźwiedzki & Kuryszko 2007). Tkanka kostna beleczkowa znajduje się w nasadach i przynasadach kości długich oraz we wnętrzu kości płaskich. Zbudowana jest z beleczek kostnych o różnej grubości, które zajmują jedynie 15 – 25% jej objętości, a pozostałą przestrzeń wypełnia szpik (Figura 3.2.3).. Figura 3.2.3. Struktura kości beleczkowej (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Przebieg beleczek kostnych w nasadach i częściach przynasadowych kości długich jest uporządkowany i przypomina „łuki gotyckie”, co zapewnia dużą wytrzymałość kości na ucisk (Figura 3.2.4) (Niedźwiedzki & Kuryszko 2007). Beleczki kostne ułożone są wzdłuż występujących w kości sił obciążenia (Cullmann 1966). Beleczki pokryte są przez śródkostną (endosteum), zawierającą liczne komórki osteogenne. Tkanka kostna gąbczasta stanowi jedynie 20% masy szkieletu, ale jej powierzchnia jest czterokrotnie większa niż powierzchnia kości korowej. Duży obszar beleczek kości gąbczastej warunkuje jej większą aktywność metaboliczną, ponieważ najszybsza przebudowa kości następuje na powierzchni tkanki kostnej, zwłaszcza tej, która ma kontakt ze szpikiem (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 14.

(15) Układ szkieletowy człowieka. a. b. Figura 3.2.4. Układ blaszek tkanki kostnej gąbczastej: a – w bliższym; b – w dalszym końcu kości udowej (Łasiński et al. 1990).. 3.3. Kość – miejscem ciągłych przemian W ciągu całego życia człowieka szkielet dostosowuje swój kształt, wielkość i strukturę wewnętrzną do zmieniających się obciążeń mechanicznych. Zmiany te odbywają się poprzez ciągłą przebudowę, podczas której następuje resorpcja starej kości i tworzenie w tym miejscu nowej, zwykle o nieco odmiennej strukturze (Galus & Jaworski 1982; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Krause et al. 2009). U człowieka dorosłego około 10% masy kostnej jest wymieniane w ciągu roku (Aloia 1993; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Zimmermann - Górska 2008a). Proces przebudowy tkanki kostnej jest procesem wieloetapowym (Mosekilde 1990; Binz et al. 1994; Dziedzic – Gocławska 1995; Niedźwiedzki & Kuryszko 2007). Resorpcji istniejącej tkanki kostnej dokonują osteoklasty, które zwykle działają w zespołach składających się z 2 - 3 komórek. Dzięki specjalnym kurczliwym białkom (integryny) osteoklasty przyczepiają się do resorbowanej powierzchni, a następnie powodują rozpuszczenie i trawienie tkanki kostnej. Gdy komórki kościogubne usuną się ze świeżo zresorbowanej powierzchni, komórki kościotwórcze zaczynają tworzenie nowej kości. Osteoblasty działają w zespołach składających się od 100 do 400 komórek. Proces tworzenia nowej kości rozpoczyna się od syntezy kolagenu oraz niekolagenowych białek i pozostałych składników macierzy kostnej. Następnie nowo utworzona tkanka – osteoid ulega mineralizacji (Figura 3.3.1) (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 15.

(16) Układ szkieletowy człowieka. Figura 3.3.1. Przebudowa kości gąbczastej i zbitej (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 16.

(17) Osteoporoza. 4. Osteoporoza Określenie „osteoporoza” pochodzi od łacińskiego słowa os = kość i greckiego pojęcia poros = dziura, otwór, kanalik. Pierwszą definicję osteoporozy wprowadził Albright w 1942 roku. Uważał on, że jest to choroba, w której jest „za mało kości w kości”. W 1994 roku Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zdefiniowała osteoporozę szczegółowiej, jako „układową chorobę szkieletu charakteryzującą się niską masą kości, upośledzoną mikroarchitekturą tkanki kostnej i w konsekwencji zwiększoną jej łamliwością oraz podatnością na załamania” (Jurkiewicz et al. 2008; Murray & Favus 2008; Zimmermann Górska 2008b). W przypadku osteoporozy nadmiernie spada ilość tkanki kostnej w stosunku do całej objętości kości (Baumgarten 1996). Kość staje się coraz bardziej porowata, krucha, mniej wytrzymała mechanicznie, aż w końcu się łamie. U zdrowego człowieka kości są wytrzymałe mechanicznie i dopiero pod działaniem niezwykle dużych sił (np. uraz w wypadku samochodowym) mogą ulec złamaniu. Natomiast kość osoby cierpiącej na osteoporozę ma tak małą wytrzymałość, że może się złamać przy upadku poprzedzonym potknięciem się, a nawet bez urazu – pod wpływem normalnych obciążeń podczas chodzenia (Czerwiński & Hoszowski 1995). Osteoporoza jest istotnym i stale rosnącym problemem zdrowotnym na świecie (Keen 2007; Holroyd et al. 2008). Dotyczy ona 75 mln osób w USA, Europie i Japonii, w tym co trzeciej kobiety w wieku pomenopauzalnym oraz większości osób starszych (także mężczyzn) (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Biggers & Nugent 2002). W ostatnich dziesięcioleciach notuje się znaczny wzrost liczby zachorowań na tę chorobę, głównie z powodu wydłużenia okresu życia (Reginster & Burlet 2006). Pomiędzy 40 a 70 rokiem życia na osteoporozę cierpią głównie kobiety, u których po 55 roku życia objawy choroby drastycznie się nasilają. W przypadku mężczyzn zjawisko osteoporozy najczęściej pojawia się po 70 roku życia (Baumgarten 1996).. 4.1. Czynniki ryzyka rozwoju osteoporozy Najistotniejszą kliniczną manifestacją osteoporozy są złamania kości. Najczęściej dotyczą one: kręgosłupa, bliższego końca kości udowej, dalszego końca kości promieniowej i bliższego końca kości ramienia. Do pozostałych złamań osteoporotycznych zalicza się złamania: żeber, miednicy, obojczyka, łopatki i mostka, a u kobiet dodatkowo. 17.

(18) Osteoporoza. złamania kości piszczelowej i strzałkowej (Johnell & Kannis 2005). Ryzyko złamań jest osobniczo zmienne i zależy od podatności kości na złamania oraz narażenia na upadki (Badurski 2000; Gass & Dawson-Hughes 2006). Ryzyko wystąpienia złamania, spowodowanego małą masą kostną i wzmożoną łamliwością kości, zależy od szczytowej masy kostnej oraz szybkości utraty masy kostnej z wiekiem. To, że szczytowa masa kostna, która jest osiągana do 30-go roku życia jest zbyt mała i utrata kości wraz z wiekiem jest nadmierna, zależy od czynników nazywanych czynnikami ryzyka osteoporozy. Na skutek ich działania dochodzi do zmniejszenia aktualnej masy poniżej normy płci i wieku, czyli następuje rozwój osteoporozy (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 4.1.1. Wiek Szczytowa masa kostna jest osiągana między 16 a 30 rokiem życia, zależnie od miejsca wykonania pomiaru (Badurski 2000). Proces starzenia obejmuje cały organizm. Równocześnie starzeją się nasze narządy i komórki, a także kości (Czerwiński & Hoszowski 1995). Częstość występowania osteoporozy wzrasta z wiekiem (Guggenbuhl 2009). Utrata masy kostnej po osiągnięciu jej szczytowej wartości następuje stopniowo, rocznie z szybkością około 1 – 2% u kobiet i 0,2 – 0,5% u mężczyzn (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Indeks utraty masy kostnej u kobiet jest najwyższy we wczesnym okresie po menopauzie i wynosi 3 – 5% rocznie (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000). Sytuację kobiet pogarsza jeszcze fakt, że ich szczytowa masa kości jest niższa o 10 – 20% w stosunku do mężczyzn (Czerwiński & Hoszowski 1995).. 4.1.2. Okres menopauzy Menopauza jest nieuniknionym okresem w życiu każdej kobiety, który ma zwykle miejsce w wieku około 50 lat. Dochodzi wówczas do obniżenia poziomu estrogenów, co powoduje zaburzenia pracy wielu narządów: w układzie krążenia, drogach rodnych oraz w kościach. Osteoporozę występującą na skutek obniżonego poziomu estrogenów nazywamy osteoporozą pomenopauzalną. Stwierdzono, że estrogeny mają bezpośredni wpływ na komórki kostne i ich brak powoduje zanik masy kostnej (de Villiers 2009). Kobiety, które poniżej 45 roku życia przeszły menopauzę są w szczególności narażone na zanik kości (Czerwiński & Hoszowski 1995; Edwards et al. 2004). Ubytek masy kostnej. 18.

(19) Osteoporoza. może być wyjątkowo szybki po menopauzie pooperacyjnej u kobiet po zabiegach ginekologicznych, podczas których konieczne było usunięcie jajników (Czerwiński & Hoszowski 1995).. 4.1.3. Niedobór wapnia Dostateczna podaż wapnia uznawana jest za najważniejszy spośród licznych czynników żywieniowych wpływających na masę kostną (Lorenc & Kaczmarkiewicz 1992; Prince et al. 1995, Badurski et al. 2011). Wapń zaliczany jest do najważniejszych składników budulcowych kości (Czerwiński & Hoszowski 1995; Badurski 2000). W organizmie znajduje się go 1000 – 1500g, z czego 99% zdeponowany jest w kościach. Pozostały 1% jest niezwykle ważny dla organizmu, ponieważ od niego zależy pobudliwość komórek np. mięśnia sercowego. Jakiekolwiek zaburzenia wapnia w organizmie są natychmiastowo regulowane. Jeśli zagraża zbyt wysoki poziom wapnia we krwi, komórki kostne „zamurowują” go w kościach, natomiast kiedy poziom się obniża, wapń uwalnia się z kości do krwi. Proces ten jest regulowany przez hormony tarczycy i przytarczyc. Kalcytonina (hormon tarczycy) wbudowuje wapń do kości, a parathormon (hormon przytarczyc) uwalnia go z kości. W procesach tych ważną rolę odgrywają również hormony płciowe – estrogeny oraz witamina D, mające wpływ na wchłanianie wapnia (Czerwiński & Hoszowski 1995; Badurski 2000). Wapń spożywany jest z pokarmami, głównie z mlekiem. Zapotrzebowanie na wapń jest zmienne i zależy przede wszystkim od płci i wieku. Dzienne zapotrzebowanie na wapń wynosi u kobiet w okresie menopauzy około 1500 mg, co odpowiada około 1 litrowi mleka. Dla osób dorosłych zalecaną ilością wapnia na dobę jest 1000 - 1500 mg, natomiast dla dzieci/młodzieży odpowiednią dawką jest 800 – 1200 mg wapnia na dobę (Czerwiński & Hoszowski 1995; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000).. 4.1.4. Aktywność fizyczna Kość jest dostosowana do znoszenia obciążeń mechanicznych. Im więcej ćwiczeń, tym mocniejsze kości. U osób unieruchomionych, a co za tym idzie nieaktywnych fizycznie, przy braku obciążenia kości własnym ciężarem ciała następuje gwałtowny i znaczący spadek masy kostnej (Rutherford 1990; Czerwiński & Hoszowski 1995;. 19.

(20) Osteoporoza. Badurski 2000).. Kości,. które nie. są. mechanicznie obciążone,. tracą gęstość,. a w konsekwencji postępuje osteoporoza (Schurman 2008). Brak wystarczającej ilości regularnie uprawianego ruchu z pewnością nie jest głównym powodem występowania osteoporozy, ale jest dodatkowym czynnikiem, który wpływa na przyspieszenie zanikania kości. Przede wszystkim w młodym wieku, kiedy w organizmie przeważają procesy budowania, brak ruchu może doprowadzić do tego, że kości nie będą odpowiednio mocne, wskutek czego w późniejszym wieku szybciej będą podlegały procesom resorpcji (Baumgarten 1996).. 4.1.5. Palenie tytoniu i picie alkoholu Palenie tytoniu jest istotnym czynnikiem ryzyka wystąpienia osteoporozy, prawdopodobnie przez zwiększenie ekspozycji na kadm (Kjellstöm 1992). Długotrwała ekspozycja na kadm może doprowadzić do demineralizacji kości poprzez ograniczenie syntezy witaminy D w nerkach, zwiększenie wydalania wapnia z moczem i zaburzenie jego wbudowywania do kości. Udowodniono, że metal ten powoduje demineralizację tkanki kostnej i osłabia jej właściwości mechaniczne (Kazantzis 2004). Obserwuje się również wcześniejszą menopauzę u kobiet nałogowo palących (Czerwiński & Hoszowski 1995; Jurkiewicz et al. 1996; Łącka - Gaździk 2005; Brodziak - Dopierała et al. 2007, 2008; Zimmermann - Górska 2008b). Zmiany szkieletowe wywołane paleniem są bardziej widoczne u mężczyzn (Izumotani et al. 2003; Papaioannou et al. 2009) oraz u kobiet po menopauzie, natomiast u kobiet przed menopauzą nie stwierdzono związku między paleniem a małą masą kostną (MaCinnis et al. 2003). U nałogowych palaczy, w przeciwieństwie do osób niepalących, obserwowany jest znaczny wzrost markerów przebudowy kości. Wyniki te sugerują, że palenie obniża gęstość mineralną kości (Rapuri et al. 2000a). Zażywanie alkoholu powoduje wiele zmian w patofizjologii organizmu człowieka, przez które może on oddziaływać na spadek gęstości mineralnej kości. Spożywanie alkoholu ma ogromny wpływ na metabolizm kości poprzez redukcję proliferacji komórek kostnych oraz zmniejszenie ich aktywności metabolicznej. Badania wskazują na zmniejszoną objętość oraz stopień mineralizacji kości u osób nadmiernie spożywających alkohol. Ponadto dodatkowym czynnikiem może być towarzyszące temu nałogowi niedożywienie, w tym niedobór wapnia, witaminy D i K (Badurski 2000; Dennison et al.. 20.

(21) Osteoporoza. 2006; Zimmermann - Górska 2008b). Nadużywanie alkoholu, które prowadzi do utraty masy kostnej, jest przyczyną częstszych złamań osteoporotycznych w obrębie szyjki kości udowej oraz trzonów kręgowych (Rapuri et al. 2000b).. 4.1.6. Dieta Czynnikami dietetycznymi sprzyjającymi osteoporozie są niedobór wapnia oraz nadmiar sodu, które wpływają na metabolizm kości, a także nadmiar fluoru w diecie, co zaburza czynność osteoblastów. Zaburzenia syntezy białek, a co za tym idzie pogorszenie jakości kości powodują niedobory witaminy C i K (Zimmermann - Górska 2008b). Duże spożycie napojów zawierających kofeinę związane jest ze zwiększonym wydalaniem wapnia z moczem. Udowodniono, że zwiększona podaż kofeiny łączy się z redukcją gęstości mineralnej kości i zwiększonym wskaźnikiem występowania złamań (Badurski 2000).. 4.1.7. Choroby Osteoporoza może powstawać w przebiegu różnych chorób lub też być skutkiem ubocznego działania leków. Może pojawiać się w przypadku zaburzeń hormonów regulujących gospodarkę wapniową ustroju takich jak: nadczynność tarczycy i przytarczyc. U chorych cierpiących na: niewydolność nerek (Ersoy 2007), schorzenia wątroby, zaburzenia przewodu pokarmowego (m.in. celiakia - Kemppainen et al. 1999, choroba Leśniowskiego-Crohna – Sahli et al. 2006), cukrzycę i reumatoidalne zapalenie stawów różnego rodzaju mechanizmy powodują powstawanie osteoporozy (Badurski et al. 2011). Wielokrotne podawanie leków sterydowych lub leków przeciwpadaczkowych również może powodować osteoporozę (Czerwiński & Hoszowski 1995). Zanikanie masy kostnej może być także skutkiem przyjmowania lekarstw przeciwnowotworowych (cytostatyki) i środków przeciwkrzepliwych (heparyna) (Baumgarten 1996). Kolejnym czynnikiem zwiększającym ryzyko zachorowania na osteoporozę jest niedowaga. Osoby o niskiej wadze ciała w większym stopniu narażone są więc na złamania kości (Reid 2002; Korpelainen et al. 2006). Problem ten dotyczy wielu kobiet (głównie młodych) ze względu na częste stosowanie niewłaściwych diet odchudzających, a co za. 21.

(22) Osteoporoza. tym idzie zwiększonym niedoborem wapnia. Powoduje to osłabienie kości już w fazie budowania i sprzyja późniejszemu rozwojowi osteoporozy (Baumgarten 1996).. 4.2. Podział osteoporozy Ze względu na rozległość i lokalizację zaniku kostnego rozróżnia się osteoporozę miejscową występującą np. w reumatoidalnym zapaleniu stawów oraz osteoporozę uogólnioną, wśród której możemy wyróżnić osteoporozę pierwotną stanowiącą około 80% przypadków oraz osteoporozę wtórną stanowiącą około 20% przypadków (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 4.2.1. Osteoporoza pierwotna Osteoporoza pierwotna nie jest skutkiem jakiejś innej choroby, lecz osobną jednostkową chorobą. Dzieli się na: osteoporozę idiopatyczną (młodzieńcza, dorosłych) osteoporozę inwolucyjną (pomenopauzalna – typ I, starcza – typ II) (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Osteoporoza idiopatyczna młodzieńcza jest rzadko spotykana, występuje częściej u dziewcząt niż chłopców między 6 a 15 rokiem życia. Choroba rozwija się nagle, objawia się bólami i złamaniami po niewielkich urazach oraz zmniejszeniem wzrostu. Przyczyna choroby nie jest znana. Przypuszcza się, że głównym czynnikiem powodującym powstanie osteoporozy u młodych ludzi jest upośledzenie wchłaniania wapnia z przewodu pokarmowego. Pacjenci cierpiący na osteoporozę młodzieńczą wykazują zwykle wygięcie kręgosłupa do przodu, załamania i zapadnięcia trzonów kręgowych oraz złamania kończyn dolnych. Choroba samoistnie ustępuje w okresie pokwitania, mogę jednak pozostać zniekształcenia kości (Galus & Jaworski 1982). Osteoporoza idiopatyczna dorosłych osób występuje między 20 a 35 rokiem życia i dotyczy głównie mężczyzn (90% przypadków). Choroba ma szybko postępujący przebieg, a objawia się wystąpieniem w ciągu kilku lat wielu zapadnięć trzonów kręgowych. Od innych postaci osteoporozy różni się zwiększonym wydalaniem wapnia i hydroksyproliny z moczem, które są wyrazem przyspieszonej utraty tkanki kostnej (Galus & Jaworski 1982).. 22.

(23) Osteoporoza. Pomenopauzalna osteoporoza dotyczy kobiet, którym zostały usunięte jajniki lub w sposób naturalny przestały miesiączkować. Pacjentki dotknięte tą chorobą to kobiety w młodszym wieku niż osoby cierpiące na osteoporozę starczą (50-70 lat) (Galus & Jaworski 1982). Pomenopauzalna osteoporoza jest rezultatem spadku stężenia estrogenów ze względu na zaprzestanie pracy jajników. W wyniku tego dochodzi do pobudzenia. i nadmiernej aktywności osteoklastów,. zwiększonej resorpcji kości. i wzmożonego uwalniania wapnia z kości (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Ponadto dochodzi do zahamowania czynności przytarczyc. W okresie menopauzy kobieta może tracić nawet 4 – 7% masy kostnej rocznie. W późniejszym okresie stopień ubytku kości jest mniejszy. W osteoporozie pomenopauzalnej głównie dochodzi do utraty kości gąbczastej, w mniejszym stopniu kości korowej. Skutkiem choroby najczęściej są złamania kręgów oraz przynadgarstkowej części kości promieniowej (Galus & Jaworski 1982, Czerwiński & Hoszowski 1995). Osteoporoza starcza (typ II) dotyczy głównie osób starszych w wieku powyżej 70 lat. Spadek syntezy aktywnego metabolitu witaminy D prowadzi do upośledzenia jelitowego. wchłaniania wapnia. i wzmożonej aktywności przytarczyc.. Nadmiar. parathormonu wydzielanego przez przytarczyce powoduje wzrost resorpcji kości i zwiększoną utratę masy kostnej. Złamania, do których dochodzi w wyniku trwania osteoporozy starczej najczęściej dotyczą trzonów kręgów, szyjki kości udowej, kości ramieniowej i kości promieniowej (Galus & Jaworski 1982; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. Figura 4.2.1. Zmiany zachodzące z wiekiem w trzonach kości długich (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 23.

(24) Osteoporoza. 4.2.2. Osteoporoza wtórna Osteoporoza wtórna nie jest samodzielną chorobą, lecz rozwija się wskutek innego zaburzenia, którego jest objawem. Do najczęstszych przyczyn wtórnego zanikania kości zalicza się niedostateczne wchłanianie wapnia z pożywienia. Z taką sytuacją mamy do czynienia przy przewlekłych chorobach organizmów trawiennych (głównie jelit), które częściowo można tłumaczyć złą dietą lub nadużywaniem alkoholu. W przypadku wtórnej osteoporozy dużą rolę mogą również odgrywać zaburzenia hormonalne. Wśród nich należy przede wszystkim wymienić nadczynność kory nadnerczy, a co za tym idzie nadmierne wydzielanie kortykosterydów. Ponadto nadczynność tarczycy zaburza gospodarkę wapniową w organizmie. Kolejną przyczyną wtórnej osteoporozy mogą być choroby przysadki mózgowej, która steruje wszystkimi funkcjami innych gruczołów. Osoby cierpiące na choroby reumatyczne, paraliże i inne choroby, które wymagają długiego leżenia, są również narażone na osteoporozę wtórną, ponieważ ograniczenie ruchu obniża ilość wbudowanego wapnia w kości (Galus & Jaworski 1982, Baumgarten 1996). Zaburzeniem podobnym do osteoporozy jest osteomalacja, czyli rozmiękczanie lub krzywica kości. Jest to choroba charakteryzująca się zaburzeniami dojrzewania i mineralizacji nowo powstałej tkanki kostnej, spowodowanymi niedoborem witaminy D lub jej czynnych metabolitów. Innymi przyczynami rozwoju tego typu choroby mogą być: pożywienie ubogie w wapń, zaburzenia trawienne, nadczynność przytarczyc, choroby nerek. Efektem zmian osteomalacyjnych są bóle kostne połączone często z ich wrażliwością na ucisk, osłabienie mięśniowe oraz złamania kości żeber, górnej części kości udowych oraz łopatek (Galus & Jaworski 1982; Baumgarten 1996; Jafiszow et al. 2004; Zimmermann - Górska 2008b).. 4.3. Objawy i przebieg choroby Osteoporoza przez dziesiątki lat rozwija się skrycie, początkowo nie powoduje jednoznacznych dolegliwości, które mogłyby wskazywać na to, że u pacjenta rozpoczął się proces zaniku kości. Zdiagnozowanie jej trwa niekiedy długo, a zmiany w kościach są już mocno zaawansowane. Często pierwszym objawem, z którym pacjent zgłasza się do lekarza, jest ostry ból wskutek złamania (Czerwiński & Hoszowski 1995; Baumgarten 1996).. 24.

(25) Osteoporoza. 4.3.1. Bóle kostne W przebiegu osteoporozy bóle najczęściej występują w kręgosłupie, głównie dotyczą odcinków szyjnych i lędźwiowych. Osteoporotyczne deformacje kręgosłupa zmieniają jego statykę, wskutek czego kręgi rozluźniają się i zmieniają swoje położenie. Postępujący ubytek kości powoduje, że kręgi stają się „puste” w środku i zapadają się. Zmiany w kręgosłupie oddziałują na postawę i wzrost pacjenta. W odcinku piersiowym dochodzi do wykrzywienia kręgosłupa połączonego z zaokrągleniem pleców i tworzeniem się tzw. „wdowiego garbu”. Stopniowo zaczyna się również zmniejszać wzrost pacjenta. Z powodu zmian w kręgach deformacji kręgosłupa zmniejsza się tylko tułów, natomiast wymiary dolnej części ciała pozostają bez zmian. Mięśnie grzbietu i powłoki brzuszne, które próbują utrzymać stan pierwotny szkieletu, na zmniejszenie się tułowia reagują napięciem, które może powodować dolegliwe bóle. Ponadto zaburzone zostaje funkcjonowanie układu oddechowego, trawiennego i innych organów wewnętrznych, co może znowu powodować przewlekłe dolegliwości. Szczególnie silne bóle występują w późnym stadium osteoporozy,. gdy dolne żebra dotykają grzebienia miednicy. (Czerwiński & Hoszowski 1995; Baumgarten 1996).. 4.3.2. Złamania osteoporotyczne Pierwszym, najczęstszym objawem osteoporozy z jakim pacjent zgłasza się do lekarza, jest ostry ból kości wskutek złamania (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Złamania osteoporotyczne dotyczą głównie kręgosłupa. Ponadto często dochodzi do złamań nadgarstka (kość promieniowa), które są bardzo bolesne, ale w praktyce zawsze się zrastają i kończą się pomyślnie. Najgorsze w skutkach jest złamanie szyjki kości udowej, która łączy kość udową z jej główką tworzącą staw z panewką kości biodrowej. Złamania te są bardzo bolesne i prawie zawsze wymagają hospitalizacji. Statystyki na całym świecie wykazują, że w skutek powikłań po takich złamaniach umiera w ciągu roku co piąta osoba, a z tych, które przeżyją co druga staje się niedołężna i wymaga stałej opieki osób drugich (Czerwiński & Hoszowski 1995; Baumgarten 1996; Keen 2007).. 25.

(26) Osteoporoza. Figura 4.3.1. Najczęstsza lokalizacja złamań osteoporotycznych (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 4.4. Diagnostyka osteoporozy Od czasu wynalezienia w 1963 roku absorpcjometrii jednofotonowej (SPA), skanującej dalszy odcinek kości promieniowej, rozpoczął się gwałtowny rozwój nowych technik radiologicznych, służących ocenie ilościowej integralności kości. Wśród najważniejszych wynalazków można wymienić: absorpcjometrię dwufotonową (DPA), skanowanie kręgosłupa i proksymalnego odcinka kości udowej oraz ilościową tomografię komputerową (QCT), która skanuje kość beleczkową w trzonach kręgów odcinka lędźwiowego. Jednak metodą, która jest odpowiedzialna bardziej niż którakolwiek inna za. 26.

(27) Osteoporoza. ostatni gwałtowny rozwój w zakresie klinicznych zastosowań densytometrii kości, jest absorpcjometria podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (dual energy X-ray absorpcjometry DEXA, DXA) (Badurski 2000).. Absorpcjometria. 4.4.1.. podwójnej. energii. promieniowania. rentgenowskiego (DEXA) Metoda pomiarów densytometrycznych jest obecnie uznaną i najczęściej używaną na świecie nieinwazyjną techniką diagnostyczną metabolizmu tkanki kostnej (Hansen et al. 1990; Tłustochowicz & Cholewa 1994; Mirsky & Einhorn 1998; Blake & Fogelman 2007). W 1987 roku zostały wprowadzone do powszechnego użytku densytometry rentgenowskie podwójnej energii (DEXA - dual energy X-ray absorpcjometry) (Lenchik et al. 1998; Hansen et al. 1999; Kaleta 1999). Umożliwiają one wykonanie ilościowego badania masy kostnej,. które. jest. podstawą. rozpoznania. osteoporozy.. Wynikiem. badania. densytometrycznego są pomiary gęstości tkanki kostnej (BMD – bone mineral density) oraz zawartości składników mineralnych (BMC – bone mineral content) (Kaleta 1999; Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002; Gajda et al. 2006; Blake & Fogelman 2009). W metodzie densytometrycznej lampa rentgenowska poprzez układ filtrów emituje wysoko- i niskoenergetyczne wiązki promieniowania rentgenowskiego, które są w różny sposób pochłaniane przez kość i tkanki miękkie (Karbowski et al. 1999; Gajda et al. 2006; Zimmermann - Górska 2008b). Wyniki pomiaru energii, która dotarła do detektora, są przedstawione w ekwiwalentach hydroksyapatytu lub popiołu kostnego i przeliczone na badaną powierzchnię (tzw. gęstość powierzchniowa w g/cm2). Metoda DEXA pozwala na ocenę gęstości mineralnej kości w kręgosłupie lędźwiowym, szyjce kości udowej oraz całym. ciele.. Jednak. miejscem. zalecanym. do. diagnostyki. osteoporozy. przez. Międzynarodową Fundację Osteoporozy (IOF) jest analiza nasady bliżej kości udowej, natomiast Międzynarodowe Towarzystwo Densytometrii Klinicznej (ISCD) zaleca również pomiar masy kostnej w odcinku lędźwiowym kręgosłupa (Zimmermann - Górska 2008b, Badurski et al. 2011). Czas badania densytometrycznego, w zależności od typu aparatu oraz liczby ocenianych rejonów szkieletu, wynosi od kilku do kilkunastu minut (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Densytometry rentgenowskie wyróżnia duża dokładność, prostota wykonania i niewielka dawka promieniowania rentgenowskiego (nie przekracza 1/30 dawki normalnego. 27.

(28) Osteoporoza. zdjęcia RTG) (Małdyk & Kreczko 1994; Bohatyrewicz et al. 1999). Wynik badania zawiera obraz badanej okolicy, wynik pomiaru i jego porównanie do norm (Rosen et al. 1998; Bohatyrewicz et al. 1999; Zimmermann - Górska 2008b). Oprócz pomiaru gęstości mineralnej oraz zawartości mineralnej kości, istotne są wyniki T-score i Z-score. Wskaźnik T-score jest to liczba odchyleń standardowych, o które dany wynik odbiega od normy, jaką stanowią wartości stwierdzone u osób w wieku 20 – 29 lat. Natomiast wskaźnik Z–score mówi o liczbie odchyleń standardowych, o które wynik odbiega od normy wiekowej. Badanie densytometryczne stało się podstawą do opracowania przez Światową Organizację Zdrowia. (WHO). kryterium. rozpoznawania. osteoporozy.. Zaakceptowane. normy. przedstawiają się następująco: T-score ± 1 – norma, T-score od -1 do -2,5 – osteopenia (niska masa kości), T-score < -2,5 – osteoporoza, T-score poniżej -2,5 z potwierdzoną obecnością typowego osteoporotycznego złamania – osteoporoza zaawansowana (WHO 1994; Lewandowski et al. 2004, Kanis et al. 2008). Badania densytometryczne (zgodnie z zasadami ISCD) powinno się wykonywać: u kobiet po 65 roku życia, a wcześniej jeśli istnieją czynniki ryzyka złamań, u mężczyzn po 70 roku życia, u osób dorosłych ze złamaniami w wywiadzie oraz cierpiącymi na choroby lub przyjmującymi leki, które mają wpływ na masę kostną lub jej szybką utratę, u. wszystkich. chorych,. w. odniesieniu. do. których. planuje. się. terapię. farmakologiczną, w celu jej monitorowania (Zimmermann - Górska 2008b). Absorpcjometria podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEXA) może być z powodzeniem wykorzystywana zarówno we wczesnej osteoporozie, jak i w monitorowaniu skuteczności leczenia osteoporozy. Natomiast technika ta nie zdaje egzaminu. w. poszukiwaniu. ogniskowych. zmian. w. szkielecie,. np.. przerzutów. nowotworowych (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 4.4.2. Ilościowa tomografia komputerowa (QCT) Ilościowa. tomografia. komputerowa. jest. zmodyfikowaną. konwencjonalną. tomografią komputerową (Cann 1988). Obraz uzyskiwany w tej metodzie jest generowany. 28.

(29) Osteoporoza. przez analizę komputerową informacji uzyskanych dzięki wielokrotnemu prześwietleniu pacjenta promieniowaniem rentgenowskim pod różnymi kątami (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002). Badanie pozwala na bezpośredni pomiar stopnia mineralizacji kości beleczkowej w odcinku lędźwiowym kręgosłupa. Umożliwia ocenę rzeczywistej, przestrzennej gęstości tkanki kostnej, przez co może służyć do rozpoznania ubytku tkanki kostnej gąbczastej we wczesnym okresie menopauzy (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000). Ilościowa tomografia komputerowa odznacza się wysoką precyzją pomiarów, lecz jest metodą kosztowną i wykorzystującą dużą dawkę promieniowania jonizującego (do kilkuset milimetrów) (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Do praktyki klinicznej zostały wprowadzone również tomografy komputerowe skonstruowane specjalnie do analizy gęstości szkieletu obwodowego (pQCT). Pomiarów zwykle dokonuje się w nasadzie oraz w trzonie kości promieniowej (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000). Metoda ta dokonuje trójwymiarowego pomiaru gęstości kostnej oddzielnie dla kości korowej i oddzielnie dla kości beleczkowej. Obwodowa tomografia komputerowa zapewnia wysoką dokładność oraz doskonałą powtarzalność pomiarów pod warunkiem bardzo precyzyjnego ustawienia badanej kończyny (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000).. 4.4.3. Badania ultrasonograficzne (QUS) W diagnostyce osteoporozy dużym zainteresowaniem cieszy się technika ilościowej ultrasonografii ze względu na fakt taniego i małego objętościowo wyposażenia, nie wymagającego użycia promieniowania jonizującego. Analizie komputerowej poddawane są fale ultradźwiękowe przechodzące przez oceniane struktury kostne. Najczęstszym miejscem wykonywania analizy jest kość piętowa. Systemy ultrasonografii kości wykorzystują częstotliwość rzędu 200 – 600 kHZ i dokonują pomiaru tłumienia fali ultradźwiękowej (BUA – broad-band ultrasound attenuation) i prędkości tej fali (SOS – speed of sound) w obrębie kości (Laugier et al. 1994; Badurski 2000, Krieg et al. 2006). Badania wykazały, że znaczna destrukcja kości gąbczastej i przerwanie połączeń międzybeleczkowych. powodują. wydłużenie. czasu. przechodzenia. ultradźwięków.. Osłabienie fal ultradźwiękowych (BUA) zależy od gęstości beleczek, ich położenia. 29.

(30) Osteoporoza. w stosunku do kierunku przebiegu ultradźwięków oraz od liczby zachowanych połączeń międzybeleczkowych (Badurski 2000). Porównanie wyników ultrasonograficznych z gęstością mineralną kości określoną przy pomocy metody densytometrycznej wskazuje, że pomiary ultradźwięków guza piętowego nie pozwalają na przewidywanie wartości BMD w kręgosłupie i bliższej nasadzie kości udowej. Wyniki badań USG lepiej natomiast odzwierciedlają parametry mechaniczne kości – zwłaszcza szyjki kości udowej (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000).. 4.4.4. Badania radiologiczne Podstawową metodą badań kości u żywego człowieka jest nadal badanie radiologiczne. Pomimo powstania wielu nowoczesnych technik obrazowania, badanie radiologiczne jest wciąż ważnym narzędziem diagnostycznym, zwłaszcza jako badanie początkowe (Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002). Diagnozowane radiologicznie złamania osteoporotyczne występują najczęściej w odcinku piersiowym i lędźwiowym kręgosłupa. Zmianami sugerującymi małą masę kostną są: uogólnione zwiększenie przejrzystości kości, ścieńczenie oraz zwiększenie porowatości kości korowej. Chociaż badanie rentgenowskie jest jednym z pierwszych, jakie wykonuje się u osoby z dolegliwościami układu kostnego, to obecnie uważa się, że takie „prześwietlenie” nie jest wystarczająco precyzyjną metodą oceny stopnia uwapnienia tkanki kostnej. Dlatego wczesne zmiany stwierdzone badaniami rtg nie mogą stanowić podstawy do rozpoznania osteoporozy, a tym bardziej wdrożenia terapii (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 4.4.5. Biochemiczne markery osteoporozy Przebudowa kości jest procesem ciągłym i stałym, składającym się z resorpcji i kościotworzenia. Oba procesy ściśle ze sobą się wiążą, a równowaga między nimi decyduje o masie kostnej. W chorobach metabolicznych kości, w tym również w przypadku osteoporozy, występuje nierównowaga pomiędzy procesem resorpcji a tworzeniem nowej tkanki kostnej (Badurski 2000). W praktyce klinicznej oceny tempa przebudowy szkieletu dokonuje się w sposób pośredni, biorąc pod uwagę wartości biochemicznych markerów, które obejmują pomiar aktywności enzymatycznej osteoklastów i osteoblastów. Pomiary. 30.

(31) Osteoporoza. biochemicznych. markerów. przebudowy. szkieletu. stanowią. uzupełnienie. badań. densytometrycznych i radiologicznych, dając pełniejszy obraz stanu układu kostnego. Markery procesów przebudowy kości dzieli się na wskaźniki resorpcji i tworzenia tkanki kostnej. Można je oznaczać zarówno w surowicy, jak i w moczu (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). I. Markery tworzenia kości a) Aktywność fosfatazy zasadowej (ALP) W surowicy krwi aktywność fosfatazy zasadowej zależy od jej izoenzymów: wątrobowego, kostnego, jelitowego i łożyskowego (u kobiet ciężarnych), natomiast we krwi – od wątrobowego i kostnego. Izoenzymy mają identyczną sekwencję aminokwasową, różnią się jedynie budową bocznych łańcuchów węglowodanowych. Frakcja kostna fosfatazy zasadowej zlokalizowana jest w błonie komórkowej osteoblastów, gdzie aktywnie uczestniczy w procesie mineralizacji nowo tworzonej tkanki kostnej (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). Usuwana jest przez nerki, nie podlega żadnemu metabolizmowi i ma okres półtrwania 1 – 2 dni (Badurski 2000). b) Osteokalcyna (OC, BGP) Osteokalcyna jest niekolagenowym białkiem macierzy kostnej, składającym się z 49 aminokwasów. Większość z produkowanej OC jest wbudowywana w macierz kostną, gdzie wiąże się z hydroksyapatytem, a niewielka część uwalniana jest do krwi krążącej. Czas półtrwania osteokalcyny w krążeniu wynosi kilka minut. Krążąca OC szybko jest filtrowana w kłębuszkach nerkowych i metabolizowana w miąższu nerek. Zwiększone stężenie krążącej osteokalcyny obserwuje się w chorobach takich jak: pierwotna i wtórna nadczynność przytarczyc, nadczynność tarczycy, choroba Pageta oraz u kobiet w okresie pomenopauzalnym (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000). c) Propeptyd prokolagenu typu I Kolagen typy I, który stanowi większą część macierzy organicznej kości, jest syntetyzowany jako cząsteczka prekursorowa prokolagenu. Składa się ona z peptydów zakończonych grupami aminowymi i karboksylowymi, które zostają rozszczepione przez proteazy i uwalniane do krwi krążącej podczas tworzenia się włókien kolagenu. Proces rozszczepienia uwalnia trójczłonowy peptyd, zakończony grupą aminową (PINP) oraz trójczłonowy, zakończony grupą karboksylową (PICP) propeptyd pro kolagenu typu I (Badurski 2000). Stężenie PINP wzrasta u kobiet z osteoporozą pomenopauzalną i u pacjentów dializowanych, zmniejsza się natomiast w przypadku terapii lekami 31.

(32) Osteoporoza. antyresorpcyjnymi. Stężenie PICP jest zwiększone w nadczynności przytarczyc i nadczynności tarczycy (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). II. Markery resorpcji kości a) Hydroksyprolina (OHP) Hydroksyprolina stanowi około 13% aminokwasów zawartych w kolagenie. Uwalniana jest do krążenia w trakcie proteolizy włókien kolagenowych, filtrowana w kłębuszkach nerkowych,. a. następnie. w. większości reabsorbowana. w. cewkach. nerkowych. i metabolizowana w wątrobie. Ostatecznie z moczem wydalane jest tylko 10-15% hydroksyproliny. Z OHP obecnej w moczu 10% pochodzi z nowo syntetyzowanych cząsteczek kolagenu, zniszczonych zanim zostały zdeponowane w macierzy kostnej. Wzrost wydalania OHP z moczem notuje się w przypadku takich chorób jak: nadczynność tarczycy i przytarczyc oraz choroba Pageta. Natomiast u osób z osteoporozą zmiany wydalania tego aminokwasu są niewielkie (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000). b) Hydroksylizyna Hydroksylizyna jest aminokwasem występującym w kolagenie, ale nie reutylizowanym podczas jego syntezy (Badurski 2000). W czasie syntezy kolagenu hydroksylizyna ulega związaniu z galaktozą lub glukozą i galaktozą z wytworzeniem odpowiednio galaktozohydroksylizyny (GHYL) i glukozo-galaktozo-hydroksylizyny (GGHYL). W kolagenie typu I ilość GHYL jest siedem razy większa niż GGHYL, natomiast w skórze proporcje wynoszą około 1:2. Hydroksylizyny nie są w znaczących ilościach absorbowane z diety, nie ulegają metabolizmowi w organizmie i w całości wydalane są z moczem. c) Fosfataza kwaśna (TRAP) Fosfatazy kwaśne są heterogenną grupa enzymów, w których wyróżniamy 6 izoform, z czego dwie występują w osteoklastach. Aktywność TRAP zwiększa się po usunięciu jajników i w stanach przyspieszonej przebudowy kostnej, jak również u dzieci z osteoporozą (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000). Całkowita aktywność fosfatazy kwaśnej w surowicy krwi jest sumą aktywności enzymów wytwarzanych przez gruczoł krokowy, nerki, wątrobę, erytrocyty, płytki krwi i osteoklasty (Galus & Jaworski 1982; Marcinowska – Suchowierska et al. 1999). d) Pirydynolina (PYD) i dezoksypirydynolina (DPD) Kolagen stabilizowany jest przez tworzenie wiązań kowalencyjnych między końcem cząsteczki kolagenu a częścią spiralną przyległej cząsteczki kolagenu. PYD i DPD tworzą 32.

(33) Osteoporoza. poprzeczne wiązania sieciujące w dojrzałych formach kolagenu typu I, II i III. Wiązania te powstają pozakomórkowo po zdeponowaniu cząsteczki kolagenu w macierzy kostnej i uwalniane są tylko podczas resorpcji kości lub niszczenia kolagenu. PYD głównie występuje w tkance łącznej, włączając kość i chrząstkę, natomiast DPD obecna jest w kościach, zębach, aorcie i więzadłach. Jako cząsteczki wiążące wykrywane są dopiero w dojrzałym kolagenie. PYD i DPD wydalane są z moczem w postaci wolnej lub związanej z peptydami. Wiązania te nie są metabolizowane w organizmie ani wchłaniane z przewodu pokarmowego (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999; Badurski 2000). e) Telopeptydy kolagenu I Telopeptydy są końcowymi 8-aminokwasowymi fragmentami łańcucha białkowego kolagenu typu I. Uwalniane są podczas proteolizy kolagenu i stanowią specyficzny wskaźnik nasilenia resorpcji tkanki kostnej. Oznaczane są w moczu, a ich wydalanie wzrasta o ponad 100% w okresie pomenopauzalnym (Marcinowska – Suchowierska et al. 1999).. 33.

(34) Metody badań. 5. Metody badań 5.1. Materiał do badań Materiał do badań został pobrany od pacjentów w wieku 30 – 68 lat podczas totalnej alloplastyki stawu biodrowego w Szpitalu Specjalistycznym im. Ludwika Rydygiera w Krakowie (Figura 5.1.1). Dziewięć prób zostało uzyskanych dzięki uprzejmości prof. dr hab. n. med. Tadeusza Niedźwiedzkiego. Pobrane głowy kości udowej przechowywane były w formalinie (Załącznik. Fotografie 1 - 9).. A.. B.. Figura. 5.1.1. Endoprotezoplastyka stawu biodrowego. A. Odcięcie szyjki kości udowej i frezowanie panewki w miednicy. B. Implantacja panewki endoprotezy, a następnie trzpienia (www.ortopedia.edu.pl/).. 34.

(35) Metody badań Tabela. 5.1.1. Zestawienie badanych głów kości udowych. Nr próbki Płeć Wiek 1m. mężczyzna. 30. 2m. mężczyzna. 45. 3m. mężczyzna. 48. 4m. mężczyzna. 50. 5m. mężczyzna. 56. 6m. mężczyzna. 58. 7m. mężczyzna. 59. 8m. mężczyzna. 64. 9m. mężczyzna. 68. 5.1.1. Plastry głowy kości udowej przed procesem odbiałczania Próbki pobrane podczas totalnej alloplastyki stawu biodrowego zostały pocięte na plastry o grubości około 1 cm, po wcześniejszym usunięciu z nich chrząstki stawowej (Załącznik. Fotografie 10 - 49). Kierunek cięcia głów kości udowej był prostopadły do szyjki kości udowej, natomiast numeracja kolejnych plastrów rozpoczyna się od plastra umiejscowionego na szczycie głowy kości udowej i zwiększa się w kierunku szyjki kości udowej (Figura 5.1.2).. Figura 5.1.2. Schemat pocięcia na plastry głowy kości udowej i sposób numeracji poszczególnych próbek.. 35.

(36) Metody badań. 5.1.2. Plastry głowy kości udowej po procesie odbiałczania Jednocentymetrowe plastry głów kości udowej zostały oczyszczone z substancji organicznej poprzez płukanie materiału kostnego w roztworze KOH i H2O2 w temperaturze około 60-70ºC (Załącznik. Fotografie 50 - 86). Przygotowane w ten sposób próbki zostały poddane badaniom mineralogicznym.. 5.2. Absorpcjometria podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEXA, DXA) Badanie. densytometryczne. z. użyciem. dwoistej. wiązki. promieniowania. rentgenowskiego (DXA) jest jednym z wielu obecnie używanych sposobów pomiaru gęstości tkanki kostnej (BMD) oraz zawartości składników mineralnych (BMC). Badanie DEXA umożliwia ocenę stanu tkanki kostnej dowolnie wybranego odcinka szkieletu. Zastosowanie dwoistej wiązki promieniowania rentgenowskiego na drodze analizy komputerowej pozwala na oddzielenie energii pochłoniętej przez tkanki miękkie od całkowitej ilości energii pochłoniętej. W ten sposób otrzymywana jest wartość energii, jaka została pochłonięta przez tkankę kostną. Obecnie badanie densytometryczne jest powszechnie stosowane w diagnostyce osteoporozy. Oprócz pomiaru gęstości mineralnej oraz zawartości mineralnej kości, istotne są wyniki Z-score i T-score, na podstawie którego zostało ustalone kryterium rozpoznawania osteoporozy (Gajda et al. 2006). Plastry głów kości udowej przed odbiałczaniem zostały poddane badaniu densytometrycznemu w Pracowni Densytometrii w Krakowskim Centrum Medycznym. Wykonano pomiar gęstości mineralnej kości przy użyciu densytometru DTX-200. Analizę przeprowadzono dla całej powierzchni każdej próbki, jak również we wszystkich plastrach głów kości udowej zostało oznaczone BMD i BMC dla miejsc o najniższym i najwyższym wskaźniku T-score. Badanie wykonali: prof. dr hab. n. med. Edward Czerwiński oraz mgr Agnieszka Łakomy.. 5.3. Mikroskopia polaryzacyjna Mikroskopia polaryzacyjna stosowana była do badania kości pozbawionych tkanek miękkich. Preparaty zostały wykonane w Pracowni Szlifierskiej na Wydziale Geologii, 36.

(37) Metody badań Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH w Krakowie. Badania przeprowadzono na 22 szlifach mikroskopowych przy użyciu mikroskopu polaryzacyjnego Axiolmager A1m firmy Carl Zeiss.. Obserwowano. morfologię beleczek kostnych oraz. wielkość. poszczególnych beleczek i przestrzeni międzybeleczkowych. Dodatkowo zostały wykonane fotografie obrazu mikroskopowego za pomocą kamery AxioCam ICc3 Rev.3 firmy Carl Zeiss. Badania mikroskopowe wykonano w Katedrze Surowców Energetycznych AGH w Krakowie.. 5.4. Mikroskopia skaningowa z mikroanalizą EDS (SEM-EDS) Metodę skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) stosowano do obserwacji powierzchni morfologicznej beleczek kostnych. Mikroskop skaningowy ma dużą głębię ostrości, dzięki czemu można uzyskiwać obrazy z powierzchni próbek o znacznie zróżnicowanej morfologii (Bolewski & Żabiński 1979; Pawlikowski & Niedźwiedzki 2002). Obserwacjom poddano 10 próbek. Oprócz mikrofotografii, za pomocą których dokumentowano obserwowane zjawiska, wykonano także powierzchniowe analizy chemiczne próbek w systemie EDS. W badaniach stosowano mikroskop skaningowy firmy FEI, model QUANTA 200 FEG (Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH Kraków). Badanie wykonali: mgr Adam Gaweł oraz mgr inż. Piotr Bożęcki.. 5.5. Rentgenowska analiza dyfrakcyjna (XRD) Rentgenowska. analiza. dyfrakcyjna. jest. metodą. fazową,. która. pozwala. identyfikować minerały. W szczególności przydatna jest dla substancji bardzo drobnokrystalicznych (Bolewski & Żabiński 1979; Pawlikowski & Pfitzner 1999). Ponieważ wielkość krystalitów powinna być rzędu 1 µm, próbki uprzednio utarto w moździerzu. Badanie rentgenograficzne przeprowadzono stosując dyfraktometr rentgenowski Phillips APD PW 3020 X’Pert (Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska AGH) wyposażony w monochromator refleksyjny grafitowy. Zastosowano promieniowanie charakterystyczne CuKα, rejestrację krokową: krok = 0.05 2θ. Badanie wykonał mgr Adam Gaweł.. 37.

(38) Wyniki badań. 6. Wyniki badań 6.1. Obserwacje makroskopowe Pobrane podczas totalnej alloplastyki stawu biodrowego głowy kości udowej charakteryzowały się różnym stopniem zniszczenia chrząstki stawowej. Zaobserwowano, że w próbkach pochodzących od najmłodszych pacjentów (30 – 50 lat) chrząstka jest lepiej zachowana niż u pacjentów starszych (56 – 68 lat). Ponadto w badanych kościach obserwuje się martwicę jałową (Załącznik. Fotografie 10 – 49 – Plastry głowy kości udowej z zaznaczoną martwicą jałową kości). Martwica jałowa to nekroza kości, która dotyczy głównie nasady głowy kości udowej. Pod wpływem choroby dochodzi do czasowego zmiękczenia kości i jej zniekształcenia pod wpływem działania masy ciała. Jako przyczynę powstawania martwic uznaje się zaburzenie ukrwienia jądra kostnienia kości, powstałe na różnorodnym tle (zator, uraz, zakrzep, itp.) (Żuk & Dziak 1993). Chrząstka stawowa zdjęta z badanych głów kości udowej była przedmiotem badań, realizowanych w ramach pracy magisterskiej mgr inż. Anety Olejarz.. 6.2. Wyniki badań absorpcjometrii podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego (DEXA, DXA) Badanie wykonano dla wszystkich nieodbiałczanych plastrów głów kości udowej. Analizę przeprowadzono dla całej powierzchni każdej próbki, jak również we wszystkich plastrach głów kości udowej zostało oznaczone T-score dla miejsc o najmniejszej i największej gęstości mineralnej kości (BMD). Wyniki badań densytometrycznych wskazują na zaawansowaną osteoporozę (T-score < - 2,5) we wszystkich badanych plastrach. Wynik T-score mieści się w przedziale od -10,1 do – 2,5, natomiast wartość gęstości mineralnej kości (BMD) od 0,027 g/cm2 do 0,736 g/cm2. Wyniki badań densytometrycznych pozwoliły stworzyć przestrzenny model rozmieszczenia osteoporozy w poszczególnych głowach kości udowej. Obraz badanej próbki, uzyskany podczas badania posłużył do skonstruowania modelu przy użyciu programu komputerowego „Microstation”.. 38.

(39) Wyniki badań. 6.2.1. Głowa kości udowej 30 – letniego mężczyzny Przeprowadzone. badanie. densytometryczne. wskazuje. na. zaawansowaną. osteoporozę badanej głowy kości udowej. Wskaźnik T-score, wyliczony dla całej powierzchni poszczególnych plastrów kości, mieści się w przedziale liczb od -8,0 do -7,7. Najniższy T-score = -8,0 dotyczy plastra 1m1, natomiast najwyższy T-score = -7,7 – plastra 1m4. Gęstość mineralna kości (BMD) największa jest w plastrze 1m1 i wynosi 0,270 g/cm2, a najmniejsza w plastrze 1m2, gdzie BMD = 0,229 g/cm2. Natomiast zawartość mineralna kości (BMC) mieści się w przedziale od 4,61 g (1m1) do 8,09 g (1m3) (Tab. 6.2.1). Dodatkowo wykonane pomiary densytometryczne w plastrach głowy kości udowej obejmują miejsca o największej i najmniejszej gęstości mineralnej kości (obszary A i B). Dzięki tym badaniom zostały określone skrajne wartości poszczególnych wyników plastrów kości. Najbardziej zaawansowana osteoporoza obejmuje obszar 1m3B, gdzie wskaźnik T-score = -9,6, natomiast największą wartość wskaźnika T-score notuje się w regionie 1m1A, gdzie T-score = -5,5. Wartość gęstości mineralnej kości waha się od 0,088 g/cm2 (1m3B) do 0,503 g/cm2 (1m1A), a zawartość mineralna kości wynosi od 0,05 g (1m1B) do 0,31 g (1m4B) (Tab. 6.2.1). Obraz badanej próbki, uzyskany podczas badania densytometrycznego (Fig. 6.2.1), umożliwił. stworzenie. przestrzennego. modelu. przedstawiającego. rozmieszczenie. osteoporozy w badanej głowie kości udowej (Fig. 6.2.2). Zjawisko silnie zaawansowanej osteoporozy występuje głównie na brzegu próbki. Analizując poszczególne plastry, można zauważyć, że choroba rozwija się najsilniej od szczytu głowy kości udowej w kierunku szyjki kości udowej, od brzegu do środka próbki.. 39.

(40) Wyniki badań. Figura 6.2.1. Obraz z badania densytometrycznego plastrów głowy kości udowej (mężczyzna lat 30). Tabela 6.2.1. Zestawienie wyników badania densytometrycznego plastrów głów kości udowej (mężczyzna lat 30). 2. 2. Region. Powierzchnia (cm ). BMC (g). BMD (g/cm ). T-score. Z-score. 1m1. 17,08. 4,61. 0,27. -8. -8. 1m1A. 0,36. 0,18. 0,503. -5,5. -5,5. 1m1B. 0,23. 0,05. 0,201. -8,6. -8,6. 1m2. 26,53. 6,07. 0,229. -7,9. -7,9. 1m2A. 0,61. 0,07. 0,117. -8,1. -8,1. 1m2B. 0,73. 0,29. 0,399. -6,3. -6,3. 1m3. 33,04. 8,09. 0,245. -7,7. -7,7. 1m3A. 0,62. 0,27. 0,437. -6,1. -6,1. 1m3B. 0,77. 0,07. 0,088. -9,6. -9,6. 1m4. 20,69. 5,21. 0,252. -6,9. -6,9. 1m4A. 0,56. 0,08. 0,14. -7,9. -7,9. 0,31. 0,451. -5,8. -5,8. 1m4B 0,69 * BMC – zawartość mineralna kości * BMD – gęstość mineralna kości. 40.