OSTEOPOROSE SO21 FMUC Bioquímica II 09/10 Diogo Moderno Dora Antunes Eunice Crisóstomo Eva Santos Fábio Gomes Filipa Nunes Filipa Sousa

FMUC Bioquímica II 09/10 Objectivos Identificar a relação entre a corticoterapia e o desenvolvimento de osteoporose no doente 2. Explicar a principal função dos osteoblastos e dos osteoclastos na formação da matriz óssea 3. Descrever sucintamente a função das hormonas da tiróide e da paratiróide na regulação do metabolismo do cálcio. 4. Comentar o significado do doseamento da hidroxiprolina e desoxipiridinolina na urina do doente 5. Comentar a administração de bifosfonatos e vitamina D ao doente

A Osteoporose FMUC Bioquímica II 09/10 Doença óssea degenerativa - o processo de degradação do OSSO não é totalmente contrabalançado por um volume = de tecido ósseo produzido pelos osteoblastos; + comum de todas as doenças ósseas em adultos, especialmente na velhice; Velocidade de reabsorção > formação óssea; ↓ da densidade mineral óssea e deterioração da microarquitectura do tecido ósseo, com consequente ↑ da fragilidade do esqueleto e do risco da ocorrência de fracturas. Perda de 25% da massa óssea em comparação com um adulto jovem.

Tecido conectivo de suporte - esqueleto FMUC Bioquímica II 09/10 O Osso Tecido conectivo de suporte - esqueleto Matriz Óssea Inorgânica (65%) : Cristais de fosfato e cálcio (hidroxipatite) Orgânica (35%): Colagénio e proteoglicanos Células Ósseas Osteoblastos, osteócitos e osteoclastos Produzem ou Destroem

Osteoblasto rodeado por uma matriz óssea por ele formada FMUC Bioquímica II 09/10 Células Ósseas Osteoblastos Ossificação / Osteogénese Componente Orgânica Colagénio tipo I (95%) Proteoglicanos Matriz Óssea 2. Componente Inorgânica Cristais de hidroxiapatite Osteócito Osteoblasto rodeado por uma matriz óssea por ele formada

Os ossos atingem um determinado comprimento, espessura e forma FMUC Bioquímica II 09/10 Células Ósseas Osteoclastos Reabsorção / Destruição do osso Renovação Óssea Osteoblastos e osteoclastos actuam em conjunto para manter um equilíbrio Crescimento: Formação > Reabsorção Os ossos atingem um determinado comprimento, espessura e forma Idades avançadas: Reabsorção > Formação

Factores que Afectam o Crescimento Ósseo FMUC Bioquímica II 09/10 Factores que Afectam o Crescimento Ósseo Vitaminas Vitamina D ( forma activa = calcitriol) Absorção de Ca2+ no tubo digestivo e sua deposição no osso Pode ser ingerida ou sintetizada no organismo Velocidade de síntese ↑ com exposição á luz solar Vitamina C Síntese de colagénio pelos osteoblastos

Factores que Afectam o Crescimento Ósseo FMUC Bioquímica II 09/10 Factores que Afectam o Crescimento Ósseo Hormonas Hormona de crescimento Hormona tiroideia Hormonas sexuais Crescimento dos tecidos em geral Crescimento global dos ossos e cartilagens Estimulam a acção dos osteoblastos

Osso e Homeostasia do Cálcio e Fósforo FMUC Bioquímica II 09/10 Osso e Homeostasia do Cálcio e Fósforo Minerais presentes no sangue são captados e armazenados pelo osso (cálcio e fósforo) O osso é o principal local de armazenamento de cálcio Baixos níveis desses minerais no sangue levam à sua libertação do osso para a corrente sanguínea O cálcio é mal absorvido pelo organismo (insolubilidade) O fosfato é muito bem absorvido, excepto quando há excesso de cálcio O osso tem um papel fundamental na regulação dos níveis sanguíneos de Ca e P, por aí serem aramazenados em grandes quantidades Quando o cálcio é absorvido, o mesmo ocorre com o fósforo

Osso e Homeostasia do Cálcio e Fósforo FMUC Bioquímica II 09/10 Osso e Homeostasia do Cálcio e Fósforo Osteoblastos Fixam cálcio no osso Osteoclastos Libertam cálcio do osso para o sangue Em condições normais, a actividade dos osteoblastos e dos osteoclastos encontra-se equilibrada Níveis baixos de cálcio --> ↑ actividade dos osteoclastos ↓ actividade dos osteoblastos Níveis altos de cálcio --> ↑ actividade dos osteoblastos ↓ actividade dos osteoclastos

Osso e Homeostasia do Cálcio e Fósforo FMUC Bioquímica II 09/10 Osso e Homeostasia do Cálcio e Fósforo Hormona paratiroideia (PTH) Principal reguladora dos níveis de cálcio no sangue Estimula a acção dos osteoclastos quando os níveis de cálcio sanguíneo ↓ ↑ a captação de cálcio no intestino delgado Estimula a formação de vitamina D e a reabsorção de cálcio nos rins Calcitonina Segregada pela glândula tiroideia; acção oposta à PTH Efeito imediato: reduz a actividade dos osteoclastos, deslocando o equilíbrio no sentido da deposição de cálcio nos ossos Efeito prolongado: impede a formação de novos osteoclastos

A Osteoporose – Causas e Factores de Risco FMUC Bioquímica II 09/10 A Osteoporose – Causas e Factores de Risco Primária Tipo I – ocorre geralmente na mulher após a menopausa por diminuição dos níveis de estrogénio. Tipo II – ocorre principalmente após os 70 anos, podendo advir de deficiências ou resistência à vitamina D. Não modificáveis Modificáveis Sexo feminino Estilo de vida: dieta pobre em cálcio, álcool, tabaco, sedentarismo Idade superior a 65 anos Magreza excessiva Raça caucasiana ou asiática Fármacos (corticosteróides) Predisposição genética Doenças que afectem o metabolismo ósseo Pequena estatura Menopausa precoce Imobilização prolongada Secundária Causada por outros factores como certas patologias endócrinas (hipertiroidismo, diabetes mellitus, etc), certos medicamentos (corticosteróides, heparina, etc) ou outras patologias (falência renal, problemas hepáticos, etc).

A Osteoporose – Sintomatologia FMUC Bioquímica II 09/10 A Osteoporose – Sintomatologia Fracturas com pequenos traumatismos (vértebras dorsais e lombares, extremidade distal do rádio e extremidade proximal do fémur) Dor nas costas, súbita, intensa Alterações na forma corporal Perda de altura superior a 2,5 cm cifose (corcunda) na região dorsal superior

A Osteoporose – Prevenção e Terapêutica FMUC Bioquímica II 09/10 A Osteoporose – Prevenção e Terapêutica Prevenção Terapêutica Estilo de vida saudável Alimentação rica em cálcio e vitamina D (com recurso a suplementos, se necessário) Hábitos não tabágicos Consumo não excessivo de álcool Prática de exercício físico Administração de Calcitonina Terapêutica Hormonal de Susbtituição (THS) com estrogénios para mulheres em menopausa Dieta enriquecida com cálcio e vitamina D (suplementos) Uso de protectores de ancas Aplicação de analgésicos Medicação (estatinas, bifosfonatos , leptina...) As estatinas são fármacos que inibem a síntese de colesterol mas que tb estimulam a actividade dos osteoblastos Os bifosfonatos interferem com enzimas dos osteoclastos, inactivando-os Aledronato aumenta a massa óssea Leptina aumenta actividade dos osteoblastos através da estimulação da libertação de uma substância pelo encéfalo

A Osteoporose – Diagnóstico FMUC Bioquímica II 09/10 A Osteoporose – Diagnóstico História clínica Exame físico Exames laboratoriais e radiografias convencionais Determinação da Densidade Mineral Óssea (DMO) Tomografia quantitativa computorizada (TQC) Ultrassonografia quantitativa (USQ) Instrumentos que medem a absorção de fotões pelo osso Absorciometria de duplo fotão (Dual-Energy X-ray Absorptiometry - DEXA)

Caso Clínico Antecedentes Pessoais: Antecedentes Familiares: FMUC Bioquímica II 09/10 Caso Clínico → Doente do sexo masculino de 58 anos de idade, raça branca, casado, pedreiro aposentado, recorre ao serviço de urgência dos HUC por apresentar dor na região torácica após queda. Antecedentes Pessoais: Acidente automobilístico com fractura de costela (1992); Doença arterial coronária com angioplastia, em 2001; Hábitos tabágicos durante 15 anos; hábitos alcoólicos moderados; História de “bronquite”, desde 1995, a tomar prednisolona na dose de 40-60 mg/dia; Fracturas ósseas de repetição desde 2000: fémur esquerdo após queda de 1,5 m de altura (2000 ), 1° e 2° dedos do pé esquerdo após queda de tábua sobre os pés (2000), braço esquerdo após queda (2004), costelas ao receber abraço de um filho (2006). Antecedentes Familiares: Sem interesse, nomeadamente, nega história familiar de fracturas.

Exame Objectivo Hipótese Diagnóstica: FMUC Bioquímica II 09/10 Pele e mucosas coradas e hidratadas, acianótico, apirético, “fácies cushingoide”, ginecomastia bilateral. Distribuição de pelos normal para idade e sexo. Tórax sem deformidades, com expansibilidade diminuída. Dor à compressão do tórax. Auscultação pulmonar: murmúrio vesicular simétrico, diminuído globalmente sem ruídos adventícios. Auscultação cardíaca: rítmica sem sopros audíveis, frequência de 80 bpm. TA de 130/80 mmHg. Abdómen globoso, distendido, depressível e indolor, sem visceromegalias palpáveis. Hipótese Diagnóstica: Traumatismo toráxico/Fractura de costelas

Exames Complementares de Diagnóstico FMUC Bioquímica II 09/10 Exames Complementares de Diagnóstico Rx da grelha costal – fractura do arco anterior da 6ª costela direita Bioquímica: Proteínas totais e albumina normais sem proteínúria Cálcio sérico ligeiramente diminuido Fosfato discretamente aumentado Diminuição do 25-hidroxicolecalciferol Presença de hidroxiprolina e desoxipiridinolina na urina Discreto aumento da hormona da paratiroide (PTH) Prova de função pulmonar compatível com disfunção restritiva grave com componente obstrutivo. Densitometria mineral óssea (DMO) - redução acentuada da massa óssea: fémur (T score = - 4,1 ) e coluna lombar (T score = - 4,5 DPM) (N Tscore > -1; em risco Tscore > - 2.5 < -1)

Diagnóstico Final Traumatismo toráxico/Fractura de costela + FMUC Bioquímica II 09/10 Diagnóstico Final Traumatismo toráxico/Fractura de costela + Osteoporose secundária devido a corticoterapia

Q 1 2 3 4 5 6 aaaa Identifique a relação entre a corticoterapia e o desenvolvimento de osteoporose no doente.

Quem São? Q 1 2 3 4 5 6 CORTICÓIDES: - Doenças reumatológicas são fármacos com características anti-inflamatórias e imuno-supressoras (reprimem a acção do sistema imunitário) e são Utilizados no tratamento de diversas patologias: - Doenças reumatológicas - Doenças Auto-imunes - Doenças Respiratórias - Processos de transplantação

O que fizeram ? Responsáveis pela ↓ da absorção intestinal e da reabsorção tubular renal do cálcio ↑ a expressão dos receptores de PTH (hiperparatiroidismo secundário) em osteoblastos e da sua sensibilidade a esta hormona Reduzem a produção de hormonas sexuais (estrogéneos/androgéneos) Supressão da síntese de OPG (Osteoprotegerina) e um aumento de RANKL (ligando do receptor activados do factor nuclearKappaB) Desequilíbrio no metabolismo da remodelação óssea normal (diminuição dos factores de crescimento) Redução do número e função dos osteoblastos Produzem debilidade e fadiga muscular Inibem a secreção da hormona adrenocorticotrófica (ACTH) ISSN 0871-3413 • ©ArquiMed, 2006

Q 1 2 3 4 5 6 Porque razão o doente apresenta aumento da PTH?

Q 5 6 1 2 3 4

Q 1 2 3 4 5 6 [Ca2+] sérico PTH Osteoblastos RANKL Osteoprogesterina OPG deixa de ligar-se a RANKL Pré-osteoclastos Osteoclastos Reabsorção de tecido ósseo Deixa de inibir a formação de osteoclastos Libertação de Ca2+

Q 1 2 3 4 5 6 [Ca2+]

Q 5 6 1 2 3 4

Q 1 2 3 4 5 6 Porque motivo se doseou a hidroxiprolina e a desoxipiridinolina na urina do doente? Qual o seu significado?

Matriz Óssea Q 1 2 3 4 5 6 Inorgânica (65%) : Hidroxipatite Ca10(PO4)6(OH)2 Orgânica (35%): osteocalcina, osteopontina, trombospondina, colagénio tipo I (90-95%)

Q 1 2 3 4 5 6 Colagénio Estrutura da Tripla Hélice ou Super-Hélice do Colagénio Mantida por lig. H (perpendicular ao eixo da molécula de tropocolagénio) entre NH da Gly e CO de AA de outra cadeia. Grupos OH da hidroxiprolina também participam nestas lig. H entre cadeias. Importância das ligações cruzadas entre resíduos 5-Hly, Lys ou His (enzima: lisina oxidase) para ligação entre fibrilhas (estas ligações aumentam com a idade!)- Tb tem hidroxiprolina que premite a hélice left-handed (a estrutura rígida da Pro e Hyp impede o enrolamento em novelo da proteína e obriga a uma torção grande só compatível com a presença de Gly)

Q 1 2 3 4 5 6 Hidroxiprolina Reabsorção óssea: degradação do colagénio Interferência: dieta, tecido conjuntivo, proteínas do soro, produtos da biosíntese do colagénio Embora haja aumento da hidroxiprolina durante a reabsorção, esta proteína não é a mais específica para determinar uma reabsorção intensa Protease catepsina K, acidez – osteoclastos H+ ATPase

Q 1 2 3 4 5 6 Piridinolina/ Hidroxipiridinolina Na porção terminal do tropocolagénio (telopeptídeos) os resíduos de lisina e hidroxilisina, por acção da lisina oxidase, condensam e formam piridinolina ou hidroxipiridinolina. Durante a reabsorção óssea o colagéneo é degradado e diferentes porções de colagéneo são libertadas. As piridinolinas e/ou hidroxipiridinolinas (mais especifica do tecido ósseo) estão entre os resíduos liberados (livres ou ligados a telopeptideos). São excretados pelos rins. Piridinolina- 3 radicais de hidroxilisina Hidroxipiridinolina- 2 de hidroxilisina e 1 de lisina Estes fragmentos sofrem metabolização hepática e renal produzindo fragmentos pequenos o suficiente para serem excretados pelo rim por simples filtração glomerular(13). As piridinolinas, na sua forma livre ou ligadas a fragmentos carboxi ou aminoterminais são excretadas pelos rins e podem ser medidas

Q 1 2 3 4 5 6 Indique a principal função dos osteoblastos e dos osteoblastos na formação da matriz óssea

Q 1 2 3 4 5 6 Tecido ósseo Tecido conectivo de suporte altamente especializado – esqueleto O esqueleto é formado pela deposição de cálcio e fosfato na forma de cristais de hidroxiapatite - Ca10(PO4)6(OH)2 Esses cristais de fosfato de cálcio são produzidos pelos osteoblastos A dissolução da hidroxiapatite, retorno do cálcio e fosfato para o sangue, é feita pelos osteoclastos.

Q 1 2 3 4 5 6 Osteoblastos Derivam de uma célula mesenquimal pluripotencial; São responsáveis pela síntese de compostos orgânicos da matriz óssea: colagéneo tipo I, proteoglicanos e glicoproteínas. Localizam-se na superfície do osso, formando lâminas de células cubóides a colunares.

Q 1 2 3 4 5 6 Osteoblastos São responsáveis pela deposição de uma matriz orgânica que é constítuida por: colagénio tipo I (90-95%) osteocalcina, osteopontina e trombospondina Seguidamente ocorre a mineralização através da hidroxiapatite (igualmente produzida pelos osteoblastos)

Q 1 2 3 4 5 6 Osteoblastos Os osteoblastos são células altamente polarizadas: depositam o osteóide A matriz orgânica não-mineralizada do tecido ósseo, ao longo da interface osteoblasto-osso Os osteoblastos iniciam e controlam a mineralização subsequente do osteóide . Uma vez sintetizada e calcificada a matriz óssea, os osteoblastos: ↓ de actividade e transformam-se em células de revestimento achatadas (maioria); ficam rodeados de matriz recém-sintetizada e transformam-se em osteócitos (10%) (célula adulta); sofrem apoptose.

Q 1 2 3 4 5 6 Osteoclastos São derivados da linhagem celular dos progenitores de monócitos-macrófagos da medula óssea; Células gigantes, móveis e multinucleadas. Reabsorvem o tecido ósseo, participando nos processos de renovação óssea. A superfície activa dos osteoclastos, voltada para a matriz óssea, apresenta prolongamentos vilosos irregulares , que têm a forma de folhas ou pregas que se subdividem, a circundar essa área encontramos a zona clara.

Q 1 2 3 4 5 6 Osteoclastos A zona clara é um local de adesão do osteoclasto com a matriz óssea cria um microambiente fechado com: Ácido (H+) Colagenase Outras hidrolases Que actuam localmente digerindo a matriz orgânica e dissolvendo os cristais de sais de cálcio.

Q 1 2 3 4 5 6 Remodelação óssea 1ª fase – fase de activação, que corresponde à diferenciação dos osteoclastos. 2ºfase- criação de um meio ácido para a solubilização dos cristais de hidroxipatita do tecido ósseo mineralizado (reabsorção da matriz extracelular antiga). 3ºfase- fase de reversão em que os precursores osteoblásticos preenchem a cavidade de reabsorção , com os osteóides, que iram depois ser calcificados.

Q 1 2 3 4 5 6 Identifique sucintamente a função das hormonas da tiróide e da paratiróide na regulação do metabolismo do cálcio.

Q 1 2 3 4 5 6 Regulação hormonal do metabolismo ósseo Tiroxina Fonte Efeitos no sistema ósseo Calcitriol Rins Promove a absorção de cálcio e fosfato ao longo do tubo digestivo Hormona de crescimento Glândula Pituitária Estimula a actividade dos osteoblastos e a síntese de matriz óssea Tiroxina Tiróide (células foliculares) Juntamente com a hormona de crescimento estimula a actividade dos osteoblastos e a síntese de matriz óssea Hormonas sexuais Ovários (estrogénio) Testiculos (andrógenos) PTH Glândulas Paratiróides Estimula a actividade dos osteoclastos: eleva a concentração de cálcio Calcitonina Tiróide (células C)

Actividade dos osteoblastos Actividade dos osteoclastos Q 1 2 3 4 5 6 Hormonas da Tiróide Tiroxina (células foliculares da tiróide) Actividade dos osteoblastos [Ca2+ ] plasma Calcitonina (células parafoliculares da tiróide – células C) Actividade dos osteoclastos Absorção de Ca2+ no intestino e a reabsorção no rim Tiroxina (T4 ) Produzida pelas células foliculares da Tiróide. A sua segregação estimula a actividade dos osteoblastos, que contribuem para a formação da matriz óssea. Diminui a concentração sérica do cálcio. juntamente com a hormona de crescimento (GH) CALCITONINA inibe a PTH e é activada quando a concentração de cálcio está muito elevada! Os receptores de calcitonina encontram-se principalmente a nível dos osteoclastos (INIBE-OS). . A sua segregação é estimulada por um aumento da concent. plasmática de Ca2+. A calcitonina é administrada como fármaco em situações de hipercalcémia, metastases ósseas e, principalmente, na osteoporose pós-menopausa (primária tipo I). Os receptores de calcitonina encontram-se principalmente a nível dos osteoclastos. A sua segregação é estimulada por um aumento da [Ca2+] plasmática. A calcitonina é administrada como fármaco em situações de hipercalcémia, metastases ósseas e, principalmente, na osteoporose pós-menopausa (primária tipo I).

Q 1 2 3 4 5 6 PTH [Ca2+ ] plasma Produção de RANKL nos osteoblastos Produção de OPG nos osteoblastos Reabsorção de Ca2+ no rim Calcitriol Formação e maturação de osteoclastos Absorção de Ca2+ no intestino PTH: papel importante na regulação da activação da vitamina D. principal regulador de Ca2+ plasmático. Inibe osteoprogesterina OPG deixa de ligar-se a RANKL - Deixa de inibir a formação de osteoclastos (osteoprogesterina) RANKL liga-se aos precursores dos osteoclastos Reabsorção do tecido ósseo e libertação de Ca2+ [Ca2+ ] plasma

Q 5 6 1 2 3 4

Q 1 2 3 4 5 6 Porque razão se administrou ao doente, além de bifosfonatos, vitamina D?

Q 1 2 3 4 5 6 Bifosfonatos ↑ massa óssea ↓ taxas de fracturas Depositam-se sobre os cristais celulares de hidroxiapatite, sendo inibidores potentes da reabsorção óssea osteoclástica. ↑ massa óssea ↓ taxas de fracturas ↑ inactivação e lise dos osteoclastos

Vit. D3 (colecalciferol) por fotólise do 7-dehidrocolesterol - PELE Q 1 2 3 4 5 6 Vitamina D Vit. D3 (colecalciferol) por fotólise do 7-dehidrocolesterol - PELE Vit. D3 - DIETA Transportada na circulação ligada a uma globina e à DBP (Vit.D – binding protein) Transportada na circulação por quilomicrons No ,fígado a vit. D3 converte-se em 25-OH vitamina D3 (Calcidiol) Nos rins, por acção da 1-α-hidroxilase, converte-se em 1,25-OH vitamina D3 (calcitriol) DBP –proteina de ligação à vitamina D

Q 1 2 3 4 5 6 Ciclo da Vitamina D

Calcitriol Situação de tratamento com Vit.D Q 1 2 3 4 5 6 Vitamina D Síntese de Calcitriol Calcitriol Situação de tratamento com Vit.D Promove a síntese proteica intestinal que liga o Ca2+ (calbindina) Estimula a absorção de cálcio e fósforo no Aumenta reabsorção tubular de cálcio nos estimulação osteoblastos Intervem na mobilização de cálcio e fósforo nos osteoblastos Inibe síntese de PTH ↓ da actividade dos osteoclastos Osteoporose não evolui Cálcio sérico

Bibliografia FMUC Bioquímica II 09/10 “Bioquímica”, Lubert Stryer, John L. Tymoczko, Jeremy M. Berg, 5ª edição, Editora Guanabara Koogan “Bioquimica Médica”, John W. Baynes, Marek H. Dominiczak, 2ª edição, Editora Mosby Elsevier “The Living Skeleton”, Christian Roux, Editora Wolters Kluwer “Atlas de Osteoporose”, Joan M. Nolla, Antoni Rozadilla, Editora Euromedice “Anatomia & Fisiologia”, Seeley, Stephens, Tate, 6ª edição, Editora Lusociência “Fisiologia Humana e Mecanismos das Doenças”, Guyton e Hall, 6ª edição, Editora Guanabara Koogan http://www.scientificpsychic.com/health/vitamins.html http://scienceblogs.com/clock/upload/2006/06/calcium%20regulation.jpg http://endo.endojournals.org/cgi/reprint/145/4/1835.pdf