Exercício precoce e frequente 1 - 5

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Exercício precoce e frequente: efeitos da atividade física e do exercício na saúde óssea da mulher (Maio de 2018)
Karen L. Troy , * Megan E. Mancuso , Tiffiny A. Butler e Joshua E. Johnson
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Resumo
Em 2011, mais de 1,7 milhão de pessoas foram hospitalizadas por causa de uma fratura por fragilidade, e os custos diretos associados ao tratamento da osteoporose ultrapassaram os 70 bilhões de dólares nos Estados Unidos. A falha em atingir e manter o pico de massa óssea ideal durante a idade adulta é um fator crítico na determinação do risco de fratura por fragilidade mais tarde na vida. A atividade física é um contribuinte amplamente acessível, de baixo custo e altamente modificável para a saúde óssea. O exercício é especialmente eficaz durante a adolescência, um período de ganho de quase 50% do pico de massa óssea do adulto. Aqui, revisamos as evidências que ligam o exercício e a atividade física à saúde óssea em mulheres. A estrutura e a qualidade óssea serão discutidas, especialmente no contexto do diagnóstico clínico da osteoporose. Revisamos os mecanismos que regem o metabolismo ósseo no contexto da atividade física e exercício. São abordadas questões como quando durante a vida os exercícios são mais eficazes e quais tipos específicos de exercícios melhoram a saúde óssea. Finalmente, discutimos algumas áreas emergentes de pesquisa neste tópico e resumimos as áreas de necessidade e oportunidade.
Palavras-chave: densidade mineral óssea, densidade mineral óssea de área, densidade mineral óssea volumétrica, tomografia computadorizada quantitativa, tomografia computadorizada quantitativa periférica de alta resolução, estrutura, carga mecânica, adaptação óssea
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1. Introdução
Em 2011, mais de 1,7 milhão de pessoas foram hospitalizadas por causa de uma fratura por fragilidade, e os custos diretos associados ao tratamento da osteoporose ultrapassaram os 70 bilhões de dólares nos Estados Unidos [ 1 ]. Uma mulher com pouco mais de 50 anos nos Estados Unidos tem 3,4%, 5,3% e 6,8% de risco de sofrer uma fratura por fragilidade nos próximos 10 anos com base na massa óssea normal, baixa e osteoporótica, respectivamente, avaliada por dupla energia X escores T de absorciometria de raios X (DXA) [ 2 ] A falha em atingir e manter o pico de massa óssea ideal durante a idade adulta é um fator crítico na determinação do risco de fratura por fragilidade mais tarde na vida. Foi estimado que um aumento no pico de massa óssea de 10% proporcionaria 13 anos adicionais de vida livre de osteoporose para uma mulher idosa típica [ 3] Embora muitos tratamentos farmacêuticos eficazes tenham sido desenvolvidos para tratar a osteoporose nas últimas três décadas, a prevenção continua sendo a melhor opção.
A atividade física é um contribuinte amplamente acessível, de baixo custo e altamente modificável para a saúde óssea. O exercício transmite forças através do esqueleto, gerando sinais mecânicos, como tensão óssea, que são detectados pelos osteócitos. Em sistemas saudáveis, os sinais relacionados à magnitude e à taxa de tensão iniciam uma cascata de respostas bioquímicas que aumentam local e sistematicamente a renovação óssea, resultando na aposição óssea líquida. É por isso que a National Osteoporosis Foundation, a International Osteoporosis Foundation e outras agências recomendam exercícios de levantamento de peso para a prevenção da osteoporose [ 4 , 5 , 6 , 7 ].
Aqui, revisamos as evidências que ligam o exercício e a atividade física à saúde óssea em mulheres. A estrutura e a qualidade óssea são discutidas, especialmente no contexto do diagnóstico clínico da osteoporose. Revisamos os mecanismos que regem o metabolismo ósseo no contexto da atividade física e exercícios e resumimos as áreas de necessidade e oportunidade. São abordadas questões como quando durante a vida os exercícios são mais eficazes e quais tipos específicos de exercícios melhoram a saúde óssea. Finalmente, discutimos algumas áreas emergentes de pesquisa neste tópico.
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2. Medição da força óssea e risco de fratura
Uma fratura ocorre quando as forças aplicadas a um osso excedem sua resistência. Portanto, a resistência óssea é um fator crítico que afeta o risco de fratura. O tecido ósseo é um material composto altamente organizado composto de colágeno tipo I (23% em peso seco) e substância fundamental (2% em peso seco), coberto com cristais minerais de apatita (75% em peso seco) [ 8] A resistência óssea total não pode ser medida diretamente em uma pessoa viva, mas pode ser estimada indiretamente. A força depende de vários fatores, incluindo o tamanho, a estrutura e as propriedades do material do tecido ósseo. O tamanho e as propriedades estruturais incluem espessura cortical, área de seção transversal e momento de inércia. Eles também incluem variáveis ​​microestruturais que descrevem a fração de volume do osso trabecular, número, espaçamento e heterogeneidade e porosidade cortical. As propriedades do material ósseo são frequentemente expressas como medidas relacionadas à densidade mineral óssea volumétrica (vBMD) em g / cm 3 , que tem sido relacionada à rigidez mecânica [ 9 , 10 , 11] No entanto, a organização dos componentes de colágeno e minerais também desempenham papéis importantes no comportamento do material ósseo [ 12 ]. Coletivamente, todos os aspectos do material e da estrutura óssea contribuem para a resistência mecânica de um determinado osso. E, todos esses parâmetros mudam com a idade, resultando na deterioração da resistência óssea relacionada à idade [ 13 ].
Clinicamente, a resistência óssea é geralmente avaliada indiretamente com absorciometria de raios-X de dupla energia (DXA). DXA usa raios-X para medir a quantidade total de mineral presente no local da imagem - o conteúdo mineral ósseo (BMC), em gramas. Como o DXA produz uma imagem bidimensional semelhante a uma radiografia simples, a área projetada do osso é medida em cm 2 . Esses dois valores são divididos para calcular a razão de BMC / área, ou densidade mineral óssea da área (aBMD, em g / cm 2 ). aBMD é, por sua vez, expresso em uma escala normalizada em desvios padrão como um escore T, em relação a uma população jovem saudável pareada por sexo e raça [ 14] Nesta escala, um valor de zero representa a aBMD média de um adulto jovem e saudável, enquanto valores negativos indicam aBMD abaixo da média. A Organização Mundial da Saúde (OMS) define a osteoporose como um escore T de -2,5 ou inferior (ou seja, mais de 2,5 desvios padrão abaixo do valor esperado para um jovem adulto saudável).
DXA é limitada, pois fornece apenas uma medida bidimensional, que está indiretamente relacionada à resistência óssea. Apesar desta lacuna, aBMD explica 57% da variação na força de fratura de quadril [ 15 ]. Combinado com outros fatores epidemiológicos, como história familiar, tabagismo e dados demográficos, o T-score é um preditor significativo de fratura futura [ 16 , 17 ]. Como resultado, muitos países agora recomendam o uso do risco de fratura, calculado usando a calculadora da Ferramenta de Avaliação de Risco de Fratura (FRAX) da OMS [ 2 ] como base para a tomada de decisões de tratamento para a osteoporose [ 4 ].
As medidas tridimensionais do osso, como as derivadas da tomografia computadorizada (TC), fornecem um quadro mais completo da qualidade óssea, mas estão menos disponíveis clinicamente. Uma vantagem distinta da análise quantitativa de TC (QCT) é a capacidade de medir muitos dos parâmetros que contribuem diretamente para a resistência à fratura (figura 1) Como resultado, o QCT é um melhor preditor da resistência à fratura do que o DXA, explicando até 66-79% da variação da resistência [ 15 , 18 , 19 ]. No entanto, há menos estudos populacionais em grande escala relatando a relação entre as medidas de QCT e o risco de fratura. Na última década, a TC quantitativa periférica de alta resolução (HR-pQCT), que tem acapacidade de medir a microestrutura cortical e trabecular, tornou-se cada vez mais comum em ambientes de pesquisa. Em comparação com o DXA, a força primária das medidas QCT é a capacidade de determinar os aspectos específicos da estrutura óssea que mudam em resposta ao tratamento ou doença.
figura 1
Métodos atuais disponíveis para a avaliação da resistência óssea e risco de fratura. ( A ) Absorciometria de raio-X de dupla energia (DXA) varredura do antebraço com ultradistal padrão (UD), região média (MID) e um terço do comprimento do braço (1/3), usado para calcular aBMD (g / cm 2 ). ( B ) Visão 3D da tomografia computadorizada (TC) clínica do rádio distal, com ( C ) visão coronal contendo linha pontilhada indicando a posição de ( D ) visão transversal. Tomografia computadorizada adquirida em um tamanho de pixel transversal de 234 μm e espessura de corte de 625 μm. ( E ) Visão 3D de imagem de TC quantitativa periférica de alta resolução (HRpQCT) ( F ) do rádio distal, com tamanho de voxel isotrópico de 82 μm.
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3. Adaptação óssea e a base biológica para a importância da atividade física e do exercício
Na maioria das circunstâncias, o osso adapta sua estrutura ao ambiente mecânico típico ao qual está exposto. Consistente com esse fenômeno, uma história de atividade física está associada a características estruturais benéficas no osso esqueleticamente maduro. Características como maior área transversal, densidade mineral óssea (DMO) e momentos de inércia resultam coletivamente em um osso mais forte e foram observados em ginastas versus não-ginastas [ 20 , 21 ] e entre os braços dominante e não dominante dos esportes com raquete jogadores [ 22 ]. Essas diferenças observadas são devidas à adaptação funcional, o processo em que as células dentro de um osso modificam sua estrutura em resposta ao carregamento.
A atividade física gera forças externas (reação do solo e inercial) e internas (músculo esquelético) no esqueleto. Essas forças causam quantidades muito pequenas de deformação no tecido ósseo, resultando em deformação mecânica (ε), uma medida normalizada de deformação. Essa tensão mecânica, ou uma consequência da tensão, como o fluxo de fluido dentro do osso de um local para outro, é detectada pelos osteócitos, as células mecanossensíveis que residem no osso. Quando tensões incomuns são detectadas, os osteócitos iniciam uma resposta adaptativa por meio da ação dos osteoclastos, que reabsorvem o tecido ósseo e os osteoblastos, produzindo então um novo tecido ósseo.
Para uma determinada força externa, ossos fracos se deformam mais, resultando em tensões de tecido relativamente grandes, enquanto ossos fortes sofrem tensões baixas. Isso provoca uma resposta de construção óssea biológica mais robusta no osso mais fraco que eventualmente resulta em um osso mais forte - um fenômeno descrito por alguns como um "mecanostato" [ 23 ] - com o osso tendo um ponto de ajuste mecânico semelhante a um termostato. Embora o processo real seja entendido como muito mais complexo do que a analogia implica, o princípio básico foi mantido por meio de observação retrospectiva e prospectiva. Por exemplo, a adaptação óssea em mulheres esqueleticamente maduras foi observada como sendo específica do local e relacionada à tensão equivalente de energia, com regiões de alta tensão experimentando mais aposição óssea do que regiões de baixa tensão [ 24 ].
Estudos quantitativos de histomorfometria em humanos e modelos animais mostraram que, em situações fisiológicas normais, o osso é remodelado por meio da ação coordenada de osteoclastos e osteoblastos. A remodelação ocorre constantemente, com 5% do osso cortical adulto e 25% do osso trabecular revolvido a cada ano [ 8 ]. Os osteoclastos são células grandes e multinucleadas responsáveis ​​pela reabsorção óssea. Eles se originam de células-tronco mesenquimais e atuam dentro do osso (cortical) e na superfície óssea (trabecular) para reabsorver o tecido a uma taxa de 40 μm / dia [ 8 ]. A ativação dos osteoclastos é controlada através da via do hormônio da paratireóide [ 25], mas o grau em que os osteoclastos são capazes de atingir um local específico, em vez de atuar em um local aleatório, não é bem conhecido. Há evidências de que o ambiente mecânico local dentro do osso (por exemplo, tensão óssea, fluxo de cisalhamento de fluido, campos eletromagnéticos, a presença de microdanos e outros fatores) influencia o recrutamento de osteoclastos para um local específico [ 26 ].
Os osteoblastos, que são responsáveis ​​por estabelecer o novo tecido ósseo, geralmente seguem os osteoclastos para substituir ou modificar o tecido removido. Além de simplesmente substituir o tecido ósseo, os osteoblastos também podem adicionar tecido às superfícies existentes. É importante notar que os osteoblastos adicionam osso a uma taxa de cerca de 1 μm / dia [ 8 ] - substancialmente mais lento do que o osso é removido. Portanto, mesmo quando os dois tipos de células agem de forma coordenada, a ativação excessiva dos osteoclastos pode resultar em perda óssea líquida. A superativação dos osteoclastos tem sido implicada como um fator primário na perda óssea pós-menopausa, em parte porque o estrogênio inibe a ativação dos osteoclastos [ 27 ].
Embora a relação entre os sinais mecânicos e a adaptação óssea tenha sido extensivamente estudada em animais, os detalhes específicos não são bem compreendidos em humanos devido às dificuldades em medir tanto o estímulo quanto a mudança na estrutura óssea de forma não invasiva. Características específicas, como magnitude e taxa de tensão [ 28 , 29 ], bem como fatores fisiológicos subjacentes, como hormônios circulantes [ 30 ] e concentração de vitamina D, influenciam coletivamente a resposta adaptativa óssea. Uma compreensão mais detalhada desses fatores permitiria que indivíduos com probabilidade de responder a intervenções biomecânicas para a saúde óssea fossem identificados e facilitaria a melhoria dos resultados de tais intervenções.
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4. Quando na vida a atividade física e os exercícios são mais importantes?
A atividade física é um componente essencial de um estilo de vida saudável. Embora a atividade possa ser particularmente benéfica para o ganho e manutenção de ossos fortes e saudáveis ​​em crianças e adolescência [ 31 ], um dos principais determinantes de como os ossos respondem ao exercício depende principalmente da idade de início da atividade: pré-púbere, puberdade precoce, adolescência , jovem adulto e maduro. Variações na resposta ao exercício também foram observadas no sexo, tipo de atividade e duração do exercício, com a resposta óssea sendo um tanto específica do local.
Nas mulheres, 80–90% do pico de massa óssea do adulto é acumulado aos 16 anos [ 32 ], com quase 50% da massa adquirida durante quatro anos circun-menarcas. O pico de massa óssea é obtido por volta dos 18 anos de idade, com crescimento mantido até a terceira década [ 33 , 34 ] (Figura 2) A atividade física é um fator importante no aumento ósseo e pode influenciar significativamente os ganhos anuais de densidade e massa óssea durante este período [ 35 ]. O osso de crianças em crescimento é particularmente sensível a fatores externos como atividade física, que resulta em aumento do tamanho e densidade óssea que persiste muitos anos depois.
Figura 2
O padrão típico de mudanças na massa óssea relacionadas à idade, que é principalmente acumulado durante os estágios pré-púberes e da adolescência, atinge um pico ao longo da vida por volta dos 18 anos de idade e diminui drasticamente durante a perimenopausa e continuamente após a menopausa.
Os exercícios de alto impacto, que geram tensões grandes e rápidas no esqueleto, parecem ser os mais benéficos [ 36 ]. Por exemplo, seis meses de exercícios de salto em meninas e meninos adolescentes resultaram em ganhos esqueléticos no colo femoral e na coluna lombar de 1–6% e 0,3% a 2%, respectivamente [ 37 ]. Melhorias na força óssea de 1–8% foram observadas em locais do esqueleto carregados em crianças e adolescentes com idade entre 8–17anos que fizeram atividades consistentes com levantamento de peso [ 38 ]. E, crianças pré-púberes que se exercitaram experimentaram maiores mudanças no BMC e aBMD no colo femoral e na coluna em comparação com aquelas que não se exercitaram [ 35] A atividade física em crianças aumenta o mineral ósseo, mesmo quando a duração do exercício é superior a um período limitado de tempo [ 39 , 40 , 41 , 42 , 43 ].
O exercício e a atividade física durante o crescimento levam a aumentos no tamanho, densidade e força óssea que persistem por muitos anos. Fuchs e Snow relataram que após uma sessão de 7 meses de treinamento de alto impacto e um período de acompanhamento de 7 meses, um aumento de 4% no CMO e na área do colo do fêmur foi observado [ 41 ]. No entanto, mais importante, esses efeitos significativos persistiram até 8 anos depois [ 44 ]. Resultados semelhantes foram observados em meninas de 12,5 + 1,5 anos, nas quais 9 meses de salto de alto impacto, seguidos por 20 meses de atividade normal resultaram em um aumento de 28% no CMO na coluna lombar, que foi 6% maior do que um grupo de controle que não saltou [ 45] Durante a fase de acumulação, adolescentes e adultos jovens têm a capacidade de ganhar massa óssea, que deve durar por toda a vida. Embora o exercício durante este período aumente os ganhos normais de massa óssea e geometria que ocorrem durante o crescimento [ 46 , 47 ], essas melhorias podem não durar até a maturidade, devido aos efeitos da remodelação [ 48 , 49 ].
A massa óssea geralmente atinge seu pico por volta da 3ª década de vida [ 33 ], com fatores externos, como exercícios, desempenhando um papel nos aumentos incrementais na massa e geometria que ocorrem ao longo da vida. Em adultos mais velhos (≥ 60 anos), a massa óssea não pode ser adquirida através da atividade física, mas a perda óssea pode ser prevenida. Após a menopausa, as mulheres normalmente experimentam perdas anuais de massa óssea e força de -0,5% / ano e -2,5% / ano, respectivamente [ 50 ]. No entanto, a atividade física sustentada tem efeitos benéficos sobre os ossos e atua para atenuar a perda óssea [ 51] Revisões e metanálises olhando especificamente para aBMD no fêmur proximal e / ou na coluna lombar na população idosa sugerem que uma combinação ou uso único de treinamento de resistência e exercícios de impacto de sustentação de peso evita a perda óssea após a menopausa [ 52 , 53 , 54 , 55 , 56 , 57 ]. Aumentos de força óssea de 0,5% a 2,5% também foram observados em mulheres na pré-menopausa que participaram de exercícios de resistência sustentada com sustentação de peso. O exercício de carga de alto impacto também beneficia a massa óssea e a geometria nesta população [ 58] Quando as mulheres na pós-menopausa se exercitaram por 12 meses ou mais, elas experimentaram pequenos aumentos na DMO volumétrica do osso trabecular e cortical na diáfise da tíbia [ 59 ].
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5. Quais tipos específicos de atividade física são os melhores para os ossos?
A National Osteoporosis Foundation, a International Osteoporosis Foundation (NIAMS) e outras agências recomendam exercícios de levantamento de peso para a prevenção da osteoporose [ 5 , 6 , 7 ]. Isso inclui exercícios de alto impacto, como salto, aeróbica e corrida, bem como exercícios de baixo impacto, como caminhada e musculação. A evidência para exercícios de alto impacto é a mais robusta, embora o treinamento com pesos também pareça ser eficaz em mulheres na pré-menopausa. Por exemplo, impacto repetido e carga resistiva, ou seja, treinamento pliométrico (salto para cima e para baixo ou salto / salto) [ 41 ] e levantamento de peso, mostraram ter efeitos positivos nos ossos em todas as faixas etárias [ 60] Um pequeno ensaio clínico recente pilotando treinamento de resistência e impacto de alta intensidade demonstrou melhorias significativas na densidade e geometria do fêmur proximal e da coluna lombar em mulheres na pós-menopausa, justificando investigações adicionais [ 61 ]. Durante a adolescência, o exercício resistido pode aumentar a força óssea [ 31 ]. Na meia-idade e após a puberdade, o treinamento resistido é eficaz para atenuar a perda de massa e densidade óssea [ 60 ]. Um regime de exercícios variado que inclui uma mistura de treinamento de alto impacto e levantamento de peso e treinamento aeróbio pode prevenir a perda óssea senil [ 51 ] e pode aumentar a DMO do quadril e da coluna [ 62 ]. Na população idosa, caminhar tem apenas efeitos marginais ou inexistentes nos ossos [51 ]. Atividades de baixo impacto, como ciclismo, ioga e natação, normalmente recomendadas como atividades físicas para toda a vida para populações em envelhecimento, geralmente não são consideradas osteogênicas. Por exemplo, ciclistas competitivas experimentaram alterações de -1,4% e -1,1% na DMO do quadril e da coluna lombar durante um período de estudo de 12 meses [ 63 ]. A natação está geralmente associada a BMC e BMD semelhantes ou ligeiramente menores nos membros inferiores [ 64 , 65 ]. Um pequeno estudo recente em mulheres na pós-menopausa mostrou que a prática regular de certas posturas de ioga pode melhorar modestamente a mudança mensal na coluna, mas não na DMO do fêmur [ 66] Esses exercícios podem ser potencialmente combinados com atividades de sustentação de peso em terra para melhorar a saúde óssea. No entanto, se essas atividades não forem combinadas com atividades de levantamento de peso, elas não fornecerão a magnitude de carga necessária para manter a massa e densidade óssea [ 67 ].
Embora exercícios vigorosos e de alto impacto sejam os melhores para aumentar a DMO, há outras considerações a serem feitas ao selecionar um programa de exercícios apropriado. Em geral, a carga mecânica durante o exercício não afeta negativamente a saúde das articulações e, de fato, é recomendada para a melhora dos sintomas da osteoartrite (OA) [ 68 ]. No entanto, em pacientes com OA obesos ou com biomecânica articular anormal devido à história de lesão traumática ou cirurgia, a carga de alto impacto pode exacerbar a degradação articular [ 68] Além disso, foi demonstrado que a carga mecânica tem um efeito diferente sobre a estrutura da cartilagem saudável e da cartilagem doente. Na cartilagem saudável, o aumento dos momentos articulares está associado ao aumento da espessura e saúde, enquanto que em indivíduos com OA estabelecida, o aumento dos momentos articulares está associado à diminuição da espessura da cartilagem [ 69 ]. A corrida, em particular, pode melhorar a saúde cardiovascular, a força muscular e a saúde óssea, mas é comumente considerada como um alto risco de lesão nas articulações. No entanto, uma meta-análise recente que incluiu 17 estudos e mais de 100.000 indivíduos descobriu que apenas 3,5% dos corredores recreativos tinham OA, contra 10,2% dos indivíduos sedentários e 13,3% dos corredores competitivos [ 70] Portanto, embora os exercícios regulares e recreativos de alto impacto ao longo da vida não aumentem o risco de OA, iniciar uma intervenção com exercícios de alto impacto após a presença de degradação articular pode impactar negativamente a progressão da doença. Além disso, os indivíduos com problemas de saúde cardiovascular podem não ser capazes de praticar exercícios vigorosos, como os recomendados aqui para melhorar a DMO. No entanto, foi demonstrado que os exercícios resistidos e de baixo impacto com levantamento de peso melhoram o equilíbrio e reduzem a incidência de quedas em idosos com baixa DMO, diminuindo assim o risco de fratura sem necessariamente aumentar a DMO diretamente [ 71 ].
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6. Áreas emergentes de pesquisa sobre exercícios e saúde óssea da mulher
6.1. Medindo o carregamento ósseo in vivo
Resta uma desconexão entre os estudos em animais, que consideram as tensões do tecido ósseo durante o carregamento, e os testes em humanos, que normalmente medem apenas as forças aplicadas externamente ao corpo. A medição direta da tensão óssea requer métodos altamente invasivos. Um pequeno número de estudos, o primeiro publicado em 1975 [ 72 ], usou extensômetros aplicadosna superfície óssea externa para medir a deformação normal e de cisalhamento durante várias atividades [ 73 , 74 , 75 ]. Essa técnica é limitada a uma pequena região da superfície externa dos locais com o mínimo de tecido mole, e os medidores de tensão não podem ser deixados no corpo por muito tempo. Mais recentemente, Yang et al. [ 76 , 77] desenvolveram um método para medir as deformações da tíbia calculando o deslocamento de pequenos marcadores ópticos em parafusos ósseos inseridos na superfície óssea do periósteo. Embora tenham produzido dados valiosos que podem ser usados ​​para validar estimativas menos invasivas de deformação óssea, essas técnicas não são viáveis ​​para implementação no ambiente clínico.
Nosso trabalho usou uma combinação de sensores de força e modelos de elementos finitos (FE) validados, específicos do paciente [ 78 ]. O método dos elementos finitos é uma técnica de modelagem numérica que pode ser usada para entender como estruturas complexas se comportam sob vários tipos de cargas mecânicas. Usamos modelos FE para estimar a tensão óssea fisiológica durante uma intervenção de carga na extremidade superior, em que os voluntários se apoiam na palma da mão para atingir uma força alvo [ 79] A força compressiva aplicada durante esta tarefa simples é medida usando uma célula de carga uniaxial e simulada usando um modelo FE baseado em TC do raio, escafóide e semilunar. Mostramos que entre as mulheres na pré-menopausa com densidade mineral óssea normal (T-score [-2,5,1,0]), a tensão óssea, que estimula a adaptação óssea, é altamente variável, mesmo quando a mesma força externa é aplicada à mão (Figura 3) [ 80 ]. Acreditamos que, no futuro, as intervenções com exercícios teriam mais sucesso se as diferenças individuais na anatomia fossem consideradas, para gerar tensões ósseas específicas. Isso é baseado em nossos dados em mulheres jovens na pré-menopausa, o que mostra que aumentos no CMO ocorrem preferencialmente em regiões locais de alta tensão [ 24 ]. Estes resultados sublinham a importância de novas técnicas de desenvolvimento para estimar a tensão óssea específica do indivíduo para compreender o mecanismo de adaptação óssea funcional em humanos.
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Figura 3
Tensão óssea (expressa como tensão equivalente em energia, ε¯[ 24 ]) no rádio distal e corte transversal com área transversal máxima. A diferença percentual em aBMD é de 0,21%, enquanto a diferença percentual em vBMD e deformação equivalente de energia média na região ultradistal de 9,375 mm é de 42,68% e 89,23%, respectivamente.
6,2 Imagens 3D e de alta resolução do osso
Embora a osteoporose seja clinicamente definida usando DXA, há pesquisas substanciais em andamento focadas em imagens ósseas em três dimensões e em escalas cada vez menores. QCT é usado para calcular vBMD, BMC e volume ósseo a partir de exames clínicos de TC. Normalmente, essa técnica pode detectar recursos estruturais em torno de 0,5 a 2 mm ou menores. Além disso, as superfícies ósseas 3D podem ser geradas a partir de imagens QCT segmentadas e convertidas em modelos de elementos finitos para estimar a resistência óssea [ 81 ]. Os resultados de FE baseados em QCT são preditores superiores de resistência à fratura em comparação com DXA na tíbia [ 18 ] e no fêmur [ 19] Além disso, a análise de FE baseada em QCT foi aprovada pela Food and Drug Administration dos Estados Unidos para estimar e monitorar o risco de fratura durante o tratamento da osteoporose. Assim, a FE como um resultado alternativo para ensaios clínicos [ 82 , 83 ], ao invés de fraturas, pode reduzir os custos e o tempo associados ao lançamento de novos medicamentos para osteoporose no mercado. A principal preocupação ao adotar QCT na clínica é se o valor agregado na previsão do risco de fratura supera o aumento da dose de radiação e o custo necessário para obter grandes varreduras 3D. No entanto, técnicas de calibração sem fantasma foram introduzidas recentemente para permitir a análise retrospectiva de tomografias existentes [ 84 ].
HR-pQCT permitiu a imagem in vivo da microestrutura óssea humana [ 85 ]. Scanners HRp-QCT de primeira e segunda geração [ 86 ] têm tamanhos de voxel de 82 e 61 μm, respectivamente, permitindo a detecção e medição de trabéculas individuais. Atualmente, a HR-pQCT é limitada a pequenas regiões na tíbia distal e no rádio, com scanners de segunda geração permitindo a varredura do joelho [ 87 ]. HR-pQCT contribuiu para a compreensão de como ocorre a perda óssea relacionada à idade, mostrando que as mulheres pós-menopáusicas tendem a ter perda de trabéculas, mas aumento da espessura trabecular no rádio [ 88 ] e trabecularização da superfície endosteal e aumento da porosidade cortical em o rádio e a tíbia (Figura 4) [ 88 , 89 ]. Além disso, modelos de FE baseados em varreduras de HR-pQCT foram usados ​​para estimar a carga de falha da região digitalizada de 9 mm sob compressão da placa, simulando um teste mecânico do osso [ 90 , 91 ].
Figura 4
Microestrutura do rádio distal adquirida usando HR-pQCT visto do plano transversal (direita) e seção transversal sagital (canto superior esquerdo). As inserções mostram medições de exemplo de parâmetros de microestrutura cortical (porosidade) e trabecular (número, espessura) específicos do compartimento, tornados possíveis por meio desta tecnologia emergente.
Um objetivo de longo prazo é ser capaz de “projetar” um exercício para a saúde óssea, para produzir uma resposta osteogênica. Para conseguir isso, as tensões que produzem uma resposta osteogênica devem ser conhecidas e as tensões mecânicas que ocorrem em um osso durante um exercício candidato devem ser quantificadas. Os modelos FE são úteis para estimar tensões dentro do osso de uma pessoa viva. No entanto, mostramos que os modelos que simulam a compressão do cilindro, que muitas vezes são usados ​​para estimar a resistência óssea, não reproduzem com precisão as tensões que ocorrem durante a carga fisiológica [ 92 ]. Se os modelos de FE baseados nessas imagens devem ser úteis para prever a tensão óssea durante um exercício, é importante incluir condições de contorno precisas (fisiológicas) [ 93] Pesquisas adicionais têm como objetivo predizer o comportamento da fratura óssea, incluindo material e não linearidade geométrica [ 94 ] e mecânica da fratura [ 95 , 96 ] dentro dos modelos. Em última análise, uma combinação de técnicas de imagem em múltiplas escalas é provavelmente necessária para obter o entendimento mais completo da suscetibilidade de um paciente à fratura.
6.3. Detectando a resposta de curto prazo ao tratamento da osteoporose
Medir a resposta biológica de curto prazo de um paciente à carga pode permitir a otimização personalizada das intervenções de exercício. Vários marcadores de remodelação óssea sérica e urinária têm sido usados ​​para avaliar o efeito do exercício no metabolismo ósseo. Os marcadores de formação óssea indicativos de atividade de osteoblasto incluem fosfatase alcalina específica do osso (BALP), osteocalcina (OC) e pró-colágeno tipo IN pró-peptídeo (PINP) e pró-colágeno tipo IC pró-peptídeo (PICP). Os marcadores de reabsorção óssea indicativos de atividade de osteoclastos incluem telopeptídeos reticulados de C-terminal e N-terminal de colágeno tipo I (CTX e NTX), fosfatase ácida resistente ao tartarato 5b (TRAP5b), desoxipiridinolina e piridinolina. A Fundação Internacional de Osteoporose (IOF) e a Federação Internacional de Química Clínica e Medicina Laboratorial (IFCC) [ 97], assim como a National Bone Health Alliance (NBAA) [ 98 ], sugerem que o PINP e o CTX medidos no soro sanguíneo sejam usados ​​como marcadores de referência de formação e reabsorção, respectivamente. Esses grupos também destacam a necessidade de padronização da coleta de amostras e ensaios laboratoriais e de intervalos de referência para cada marcador antes que os biomarcadores ósseos possam ser amplamente usados ​​para tomar decisões de tratamento.
Os marcadores de renovação óssea têm sido usados ​​em vários estudos para avaliar o efeito de curtoprazo do exercício no metabolismo ósseo. Os estudos se concentraram em meninas pré-púberes [ 99 , 100 ], pré-menopausa [ 101 , 102 , 103 , 104 , 105 ] e mulheres pós-menopáusicas [ 106 , 107 , 108 , 109 ], e analisaram os curtos e resposta do biomarcador de longo prazo ao exercício. De particular interesse para monitorar a resposta biológica à carga mecânica é a esclerostina, o produto proteico do SOSTgene em osteócitos. A esclerostina é um antagonista da sinalização Wnt, diminuindo a formação óssea pelos osteoblastos e aumentando a atividade dos osteoclastos por meio da regulação da osteoprotogerina. Modelos animais demonstraram que a regulação da expressão local de esclerostina é sensível à carga mecânica [ 110 ], e que as cepas ósseas locais se correlacionam com a diminuição da expressão de esclerostina e aumento da formação óssea [ 111 ]. Portanto, a esclerostina pode ser um biomarcador valioso na avaliação de intervenções de exercícios existentes e novas.
6,4 Interações entre medicamentos para osteoporose e exercícios
Vários estudos têm como objetivo determinar se as terapias farmacêuticas / de carga combinadas são mais eficazes do que qualquer um dos tratamentos isoladamente. Essa ideia decorre da crença de que um tratamento ideal para a osteoporose deve diminuir a reabsorção pelos osteoclastos e aumentar a formação pelos osteoblastos. A maioria dos medicamentos atualmente prescritos, com exceção da teriparatida, retarda a perda óssea, mas não são anabólicos. Como a carga mecânica demonstrou promover a formação que favorece a renovação óssea, acredita-se que uma combinação de anti-reabsorventes e carga de exercício pode ter um efeito aditivo na saúde óssea. Uma meta-análise de sete ensaios clínicos randomizados comparou terapia antirreabsortiva ou hormonal isolada ( n = 215), com exercício mais terapia antirreabsortiva ou hormonal ( n= 205). Os autores descobriram que os pacientes que combinaram exercícios com anti-reabsortivo (alendronato ou risedronato) ou terapia hormonal (estrogênio conjugado sozinho ou estrogênio mais acetato de medroxiprogesterona) tiveram aumentos significativamente maiores na densidade mineral óssea da coluna lombar em comparação com aqueles que também não fizeram exercícios (média padrão diferença 0,55) [ 112 ]. Para apoiar este achado, outra meta-análise de nove estudos (total n= 1248) comparando exercício sozinho versus exercício mais alguma forma de terapia antirreabsortiva ou hormonal, descobriu que a terapia combinada resultou em aumentos significativamente maiores para aBMD da coluna lombar. No entanto, as diferenças foram insignificantes no fêmur proximal, sugerindo que a interação entre a carga e os fármacos pode ser específica do local e depender da modalidade de carga [ 53 ]. Uma conclusão definitiva sobre os efeitos combinados de produtos farmacêuticos e carga de exercício requer melhores métodos para medir e monitorar a carga, e esse efeito pode variar com o sexo e a idade.
Vamos para:
7. Conclusões
A atividade física é um importante contribuinte para a qualidade óssea. Com base em evidências de ensaios clínicos controlados e meta-análises (randomizados / não randomizados), as seguintes recomendações podem ser feitas para atividade física e exercícios.
1. Meninas adolescentes e pré-púberes podem obter o maior benefício com exercícios de carga óssea. Nessa faixa etária, o exercício é um meio eficaz de aumentar o pico de massa óssea, o que fornece proteção vitalícia contra fraturas.
2. Exercícios de alto impacto, como pular ou pular, ou treinamento de resistência combinado com atividades de alto ou ímpar impacto, são mais consistentemente eficazes para os ossos.
3. Duas a quatro sessões curtas (30 min / dia ou menos) de exercícios por semana durante um período prolongado são necessárias para manter ou melhorar os ossos.
4. Para mulheres mais velhas que têm fatores de risco que as impedem de participar de atividades de alto impacto, outras atividades de sustentação de peso, como treinamento de resistência, posturas específicas de ioga ou caminhada, podem manter ou melhorar os ossos.
5. Outras atividades que preservam ou melhoram a mobilidade e a força também são benéficas, pois reduzem o risco de queda, reduzindo o risco de fratura.
Há um consenso geral de que o carregamento de alto impacto (alta intensidade) é benéfico para os ossos. Os benefícios do salto, uma atividade de carga de impacto, também são mais evidentes no quadril do que na coluna [ 113 ]. Atividades de impacto, como salto unilateral, que produzem forças de reação do solo semelhantes às de salto, têm um efeito positivo por um período prolongado (pelo menos 6 meses) [ 114 ]. A carga de alto impacto combinada com outros exercícios que produzem grandes forças de reação das articulações (como o treinamento de resistência) têm um efeito positivo no osso [ 52 , 53 , 57 , 115 , 116 , 117 ]. Além disso, uma combinação de carregamento de alto e ímpar impacto parece ser favorável [52 , 115 , 116 ] em oposição ao treinamento de alto impacto ou ímpar ou resistência sozinho [ 53 , 115 ].
A resposta óssea à carga mecânica é maior em crianças em crescimento e adolescentes [ 42 ]. Em mulheres na menopausa, o efeito das intervenções de exercícios combinados parece dependente da localização do esqueleto e da idade [ 62 , 118 ]. A intensidade recomendada das atividades de carga de impacto varia dependendo do nível de risco para fratura por fragilidade (baixo risco:> 4 BW; risco moderado:> 2 BW; alto risco: 2-3 BW conforme tolerado [ 119 ]. A frequência de exercícios necessários para observar um efeito positivo não é trivial, principalmente quando se considera a população idosa. Com base em um ensaio de longo prazo, a frequência mínima efetiva foi determinada em duas sessões / semana em um período de 16 anos [ 120], e é ainda maior para atividades de impacto apenas (mínimo de quatro sessões / semana) [ 119 ]. Atividades breves (menos de 30 min) de alto impacto têm um efeito positivo principalmente na DMO do colo do fêmur, mas não na DMO da coluna lombar [ 121 ]. O efeito da caminhada (baixo impacto) é apenas inconsistentemente positivo no colo femoral, desde que a intervenção exceda 6 meses [ 54 , 122 ]. No entanto, os dados epidemiológicos que sugerem pequenos ganhos na DMO do quadril, mesmo com diminuições no IMC, em quem aumenta o exercício para 30 minutos de caminhada por dia [ 118 ]. Além disso, caminhar independentemente contribui para a prevenção de fraturas, ajudando a evitar quedas [ 123 ].
Há potencial para viés nas metanálises e uma série de inconsistências metodológicas e de relato (heterogeneidade) entre os ensaios. Portanto, os dados existentes devem ser interpretados com cautela. Embora os efeitos da atividade física na DMO possam ser modestos [ 124 ], eles têm implicações clinicamente significativas em termos de redução do risco de fratura em longo prazo. Por exemplo, o treinamento de resistência progressiva de alto impacto foi associado a um aumento relativo de 1% na DMO da coluna lombar [ 57 ]. No entanto, estima-se que essas pequenas mudanças reduzam o risco de fratura osteoporótica em 20 anos em qualquer local em 10% [ 124 ]. No geral, a atividade física parece ter um efeito positivo na saúde óssea [ 125 , 126] No entanto, mais estudos são necessários para elucidar os fatores específicos que influenciam os parâmetros ósseos para atividade física e exercícios para contribuir como uma ferramenta de intervenção específica do paciente de sucesso.