Fractures – current view Rozkydal, Z. I. Orthopaecic clinic Medical faculty Brno 1. The strength of bone 2. Diagnostic 3. Healing 4. Problem of osteoporotic fx 5. Seconday prevention 6. Medication and healing of fx 1. The strength of bone Skeleton 15 % of body weight Cortical bone 80 % Trabecular bone 20 % Kostra Kosti 80 % 20 % Osteo- haverský systém Cortical bobe, Havers systems, osteon Tvar válce Průměr 200 µm Délka několik mm Koncentrické lamely 5-20 lamel Centrální kanál Orientován ve směru podélné osy kosti Osteo- haverský systém Cortical lamels Lamely Haversovy Lamely vmezeřené Lamely povrchové Osteon je obklopen mineralizovanou matrix Osteon KortikA 1 P HA 5 Osteon Volkmannovy kanálky jsou příčné Přivádějí cévy a nervy z periostu k H. kanálkům a k endostu Osteo- haverský systém2 Osteon Haverský kanál Lamely kostní Canaluculi ossium Osteoblasty Osteoklasty Osteocyty Kostní matrix P kortika 1 Převzato: P. Dungl, Ortopedie, 2005 Osteo- haverský systém Periosteum Zevní plášťové lamely probíhají rovnoběžně s povrchem Periost: Zevní vrstva fibrózní- tuhé vazivo Vnitřní vrstva - fibroelastická Kambiová vrstva- osteoblasty Endosteum Vnitřní plášťové lamely ohraničují proti kostní dřeni Endost: - tenká vrstva - zhuštěná vrstva stromatu kostní dřeně Obsahuje buněčné elementy KortikA 1 Trabecular bone Základní jednotka: Kostní ploténky (trámce) Délka 1mm Šířka 50 µm Trámce obsahují paralerně uspořádané lamely cortex 7 B lamela 1 Osteo- spongioza1 Osteo- spongioza2 Trabecular bone Kostní trámce: Osteoblasty Osteocyty Osteoklasty Kostní matrix Trabecular bone Trámce jsou spojené příčnými destičkami a tyčkami Mezi nimi je intersticiální trabekulární kost Orientace- paralerně k liniím zátěže B SEM 5 Obrázky v prezentaci převzaty z: Medicographia, Vol. 34, No. 2, 2012 A journey into Bone: Les laboratories Servier, 2011. SEM Kost- kolagen 3 4 stages of bone architecture 10 nm 200 nm 20 µm 200 µm 1. 2. 3. 4. 1. Colagen Kolagen typ I. Dva α1 řetězec Jeden α2 řetězec Pravotočivý triple helix Tropokolagen → kolagen → fibrily → vlákna Kolagenní matrix vytváří síť pro kostní minerál Určuje elasticitu a ohebnost kosti P kolagen 1 Kost- kolagen 3 P HA 7 Bone mineral Určuje pevnost a lomivost kosti P HA 3 Octacalcium crystal Karbonovaný hydroxyapatit Krystaly se tvarují do destiček P HA 7 Bone mineral Destičky: Tloušťka 1- 10 nm Délka 60 nm (15 – 200) Destičky jsou tvrdé a křehké Síla kosti je dána: - krystalinitou apatitu - obsahem Ca a P - zralostí destiček Kost- kolagen 3 2. Mineralised colagen fibrils Fibrily- průměr 200 nm Mezi kolagenní matrix jsou gapy 35- 67 nm Do nich se ukládají krystaly jako ploché destičky k sobě paralerně a v podélné ose kolagenní fibrily Kost- kolagen 3 Kost- kolagen 2 P1 Kost- komposit kolagenních vláken a kostního minerálu „ mineralizované kolagenní fibrily“. Kost- kolagen 2 3. Lamelar architecture Kost- kolagen 3 Mineralizované kolagenní fibrily se spojují do lamel. Další vrstva má vždy opačné uspořádání jako překližka – pevnost při torzi. P11 Lamelae Trabekulární lamely - paralerně, v polooblouku (hemiosteon) Kortikální lamely - koncentricky (osteon) B lamela 3 Lépe organizovaná, mechanicky pevná Tvoří se pomalu- depozice kolagenních vláken 1-2 µm/den - určuje rychlost tvorby kostní matrix Cortex 8 Lamellar bone B lamela 1 Nahodilé uspořádání kolagenních vláken Mechanicky je slabá Tvoří se rychle, např. při hojení zlomenin Woven bone P13 Kost- kolagen 4 Kortikální kost- osteony Trabekulární kost- trabekulární svazky „ trámce nebo hemiosteony“ Kost- kolagen 4 BSU- Basic structural unit 4. Bone packets Kost- kolagen 3 BP - kost kortikální a trabekulární jpg Kostní matrix Anorganická část - 50 % (kostní minerál) Organická část - 25 % (osteoid): 90 % kolagen typ I 10 % ostatní proteiny Buňky Voda vázána na kolagen a mukopolysacharidy- 25 % Kolagen typ I. Composition of bone P HA 2 HA krystaly The strength of bone Kvalita kortikální a trabekulární kosti, kolagenu a kostního minerálu Denzita podle BMD predikuje 60-75 % mechanické pevnosti kosti Kumulace mikropoškození a mikrozlomenin Remodelace kosti: - permanentní odstraňování poškozené a staré kosti - zabraňuje propagaci mikrocracků do makrozlomenin OP 4 • • Microcracks OP 3 Cortical bone Pevnost 70- 85 % pevnosti kostí celkem 70 % všech zlomenin u seniorů jsou nevertebrální zlomeniny s lokalizací v kortikální kosti 20 % ztráta ve smyslu zeslabení kortiky - 40 % snížení pevnosti kosti - Složení kosti OP 1 Průměr kosti Tloušťka kortikální kosti Kortikální porozita Factors of cortical strength OP 2 Cortical bone in proximal femur Zajištuje 90 % pevnosti krčku femuru Hlavní faktory pro vznik zlomeniny: Zeslabení kortiky Zvýšení kortikální porozity B Scanco 1 SCANCO Xtreme CT HR qCT Zvyšuje se po 40 letech věku Tloušťka kortikalis se snižuje každých 10 let o 6 % Začíná resorpcí a rozšířením Haversova kanálu Cortical porosity B kortika 2 Raman microspectroscopy Osteoporosis Ztráta kortikální kosti Ztenčení kortikalis Kortikální porozita Extreme CT: denzita a 3 D mikroarchitektura kosti B Scanco 3 Osteoporosis Tvorba nepravidelných obrovských kanálů Tvorba rezorpčních kavit Vznik menších osteonů Snadnější tvorba mikrotrhlin Nižší hustota osteocytů v intersticiální hmotě B 3D QCT OP 2 Počet trámců, jejich tloušťka Spojení mezi trámci- interconectivity Uspořádání dle siločár Trabekulární kostní objem Trabekulární denzita Intertrabekulární spacing Factors of the strength of trabecular bone Zdravá kost Trabecular bone B Scanco 2 Trabekulární kost tvořená převážně destičkami Plate like elements Osteoporotická kost Transformace z destiček na tyčky Trabecular bone Trabekulární kost tvořená převážně tyčkami B Scanco 2 Rod like elements Bone matrix Krystaly: Velikost Tvar Objem Osové uspořádání Kolagen: Kvalita Prostorové uspořádání Orientace fibril, délka fibril Cross linky: poměr divalentní- trivalentní vazby 2. Diagnostic of fx Anamnéza, mechanismus úrazu Low energy trauma- osteoporosis? Klinické známky zlomenin RTG, CT vyšetření Pečlivé radiologické vyhodnocení Opakované vyšetření s odstupem 10-14 dnů Diagnosis Zl Ž, 59 r., úraz před 6 týdny Neglected fx Zl Zl M, 41 r., úraz před 5 měsíci zl zl zl M, 21 r., úraz před 3 měsíci zl zl zl M., 47 r., úraz před 6 měsíci 3. Healing of fx Healing •Osteoblasty: •Kortikální kost: •kambiová vrstva periostu a endostu, •Trabekulární kost: •trámce spongiózy epifýz a metafýz • •Osteoprogenitorní buňky • •Diafýza - málo buněk • delší doba hojení •Epi a metafýza - hodně buněk • kratší hojení Osteo- haverský systém Osteo- spongioza1 Zl A. Hematom B. Granulační tkáň- zánět C. Primární kostní svalek (osteoid, pletivová kost, chrupavka, vápenaté soli) D. Sekundární kostní svalek (nahrazování pletivové kosti kostí lamelární E. Remodelace kostního svalku Indirect healing FractureHealing Proces hojení kosti 1. týden 2.-3. týden 4.-16. týden 17. týden a dále Hematom (nebo zánět) Měkký svalek Tvrdý svalek Remodelace Zl hojení 3 Direct healing Stabilní fixace, mechanický klid Hojení interkortikální Osteon: osteoklasty tvoří rezorpční kanál, za nimi je céva a podél ní osteoblasty. Zl hojení 4 Rychlost osteonů: 0,1 mm/den Odbourávání a novotvorba Bez vazivového a chrupavčitého svalku Direct healing Zl hojení 4 Osteoporosis Chátrání trabekulární architektury Zvýšená kortikální porozita Zvýšené kortikální ztenčování Změna kompozice kostní matrix resorb L. Mosekilde Tech and Health Care, 1998 Bouxsein. Best Practice in Clin Rheum. 2005 ; 19:897-911 Seeman & Delmas, New England J Med, 2006 ; 354:2250-61 Pokles objemu kostní hmoty Snížená odolnost kosti slide18 Fragility fractures Nízká kvalita kosti Tříštivý charakter zlomenin Zborcení kosti Prodloužení času hojení Vyšší nároky na techniku osteosyntézy Horší fixace implantátu v kosti Vyšší riziko pakloubu ch křivánková 1 S5.JPG Management Správné posouzení typu zlomeniny Správná indikace k léčbě- konz. postup, OS, aloplastika Výběr implantátu Korektní repozice Stabilní fixace ch kpsír 5 ch kosír 4 THA výuka- CKP Hemiarthroplasty Cemented - uncemented Monoblock - modular type Unipolar - bipolar Metal head - ceramic head Over 80 y. Higher risk of acetabular errosions THA It is preferable versus hemiarthroplasty In dislocated fx over 65 y. In fractures with O.A. of the hip 3 - 5 % of dislocation 2 - 4 % of septic complication Reoperation rate in elderly: Internal fixation 40 % Arthroplasty 4,5 % Zl 4. Osteoporotic fx Fx of proximal femur Incidence USA (280 mil. inhab.) 310 000 / rok U.K. ( 60 mil. inhab. ) 80 000 / rok ČR (10 mil. inhab.) 18 000 / rok Svět 1.8 million / rok Podle Johnell O, et al. Osteoporosis Int. 2004;15:175–179. Osteoporosis- risk of further fx ÚMRTÍ X 2 X 5 X 2 Věk (roky) Normální morbidita spojená s věkem Zvýšená morbidita spojená se zlomeninou Zlomenina zápěstí Zlomenina obratle Zlomenina kyčle Slide mise sur e-media. A prevalent fracture is a major risk for another fracture Zl Consequenses Cooper C et al. Am J Med, 1997;103:S12-S17. Úmrtí Doživotní postižení Chůze s pomůckou Ztráta nezávislosti 30 % 80 % 40 % 20 % 1_Fotolia_35290193_L+.jpg 4. Secondary prevention of fx Jennings LA, et al. J Am Geriatr Soc. 2010;58:762-764. Pacienti hospitalizovaní pro frakturu krčku femuru Secondary prevention 2,0 % 7,3 % 6,6 % 84 % -pacienti s OP zlomeninou jsou ve vysokém riziku vzniku další zlomeniny - prevence je nutná k zábraně nárůstu OP zlomenin (vyhledávání nemocných) - edukace pacienta - zhodnotit rizikové faktory - informovat praktického lékaře - nastavit vhodný systém ve spolupráci všech lékařských odborností -DEXA -vyloučit sekundární typ OP -klíčem je koordinátor (FLS) -zahájení léčby -monitorování léčby Summary Recommendation Pravidelná tělesná aktivita Udržovat bezpečnou chůzi a pohybovou nezávislost Dostatečný přívod kalcia a vit. D 1000- 1500 mg Ca 400-800 IU vit. D Dostatečná výživa Odstranit rizikové faktory Alkohol a cigarety- ne ! Léčba osteoporózy Results - FLS Maastricht: po 5 letech nižší výskyt opakovaných zlomenin o 35 % a pokles mortality o 33 % South California: po 7 letech snížení výskytu zlomenin krčku femuru o 37 % Sydney: po 4 letech snížena incidence opakované zlomeniny o 80 % nižší než v kontrolní skupině Results - FLS Glasgow: během 18 měsíců vyšetřeno koordinátorem 4600 pacientů se zlomeninou 82 % zjištěno jako zl. při osteoporóze nebo osteopenii 50 000 pacientů /10 let zhodnoceno Snížení počtu zlomenin kyčle o 5,3 % Mc Lelan: na 1000 pacientů 18 OP zlomenin preventováno (z toho 11 zl. kyčle) Úspora 21 000 £ Mc Lellan et al., Osteoporosis Int. 2011 Nurmi- Luthje, C. et al., 2011 5. Influence of medication on fx Nurishment Podvýživa je determinantem fraktury krčku Zvyšuje sklon k pádům pro horší koordinaci pohybu a pokles svalové síly. U nemocných s fr. krčku byla zjištěna nižší albuminémie. Vysokoproteinový přídavek 30g/den- Albuminémie se zvýšila po 28 dnech o 7g/l. Riziko – alkoholici, vdovci neznalí vaření Medication H+ H+ H+ Cl- Cl- Cl- Cathepsin K Proteázy KOST Osteoklast Járdro Lysosomy H+-ATPasa Osteoblast OSTEOID Osteocyt Inhibice osteoklastů Stimulace osteoblastů Cíle Medication •Antiresorptiva –Bisfosfonáty –Denosumab –Estrogeny a SERMs – •Osteoformační léky –PTH peptidy –Stroncium ranelát –protilátky - DKK1 a sklerostin –Antagonisté calcium sensing receptorů KÅ1 Bisphosphonates Zvyšují velikost a mineralizaci kostního svalku Zvyšují mechanickou pevnost svalku Snižují remodelaci svalku Riziko atypických zlomenin OP 8 Bis OP 8 Bis P zl Denosumab Zvyšuje pevnost svalku Opožděná remodelace Denosumab není asociován se zpomaleným hojením nonvertebrálních zlomenin OP 7 prolia OP 7 prolia Estrogens, SERM C C S E R Teriparatide Zvyšuje tvorbu svalku Zvyšuje objem, mineralizaci a obsah buněk ve svalku Zvyšuje pevnost svalku vč. pevnosti a tuhosti v torzi OP Forsteo mast_logo Stroncium ranelate á Replikace Pre-osteoblast Pre-osteoklasty á Osteoformace Osteoblasty á Apoptóza â Osteoresorpce Osteoklast â Aktivita á Syntéza kostní matrix á OPG RANK â RANKL â Diferenciace CaSR CaSR + další? Mechanismus účinku Stroncium ranelate •Pozitivní efekt v prevenci vzniku další zlomeniny •Vyšší kvalita kostního svalku •Lepší vhojování implantátu •Rychlejší hojení zlomenin •Vyšší kvalita nově tvořené kosti • – – – OP- protelos P zl Case report Ž, 57 r. Repozice, sádr. fixace 30 dnů po úraze - nedostatečná tvorba svalku - - DXA osteopenie - Plastová sádra Calcium 1200 mg/den Vit D. 800 IU SR 2 g/ den P zl P zl Case report Po 30 dnech léčby P zl P zl P zl Case report Po 60 dnech léčby G spirální a elipt Thank You for Your attention