Regeneração por Formação de Calo Ósseo
 

T.C.I. e T. B.Técnicas de Comunicação e Informação ; Tópicos de Biotecnologia

Fase inflamatória

Estágio de Impacto

O osso absorverá energia até que uma falha ocorra. O osso absorve mais energia se esta lhe for aplicada rapidamente. Inicialmente há um sangramento de tecidos moles e das extremidades ósseas fraturadas proveniente do dano aos vasos sangüíneos da medula óssea, periósteo, endósteo e dos capilares contidos no interior dos canais haversianos. O papel exato do hematoma no reparo de uma fratura vem sendo objeto de alguns debates. Os investigadores tentam demonstrar experimentalmente que a regeneração óssea não progride após a remoção precoce do coágulo sangüíneo por aspiração.
Quando um osso é fraturado, danos substanciais ao tecido mole adjacente podem ocorrer. Entre estes incluem-se uma severa hemorragia com laceração variável e esmagamento muscular. Atualmente reconhece-se que o hematoma formado próximo às linhas de fratura não é apenas um coágulo inerte, mas sim uma miscelânea de mediadores químicos capazes de estimular a formação do calo ósseo para unir a fratura e fornecer estabilidade temporária. A coagulação ainda pode estimular o sistema complemento a atrair células inflamatórias, especialmente macrófagos, que liberam interleucinas a fim de estimular a síntese e liberação de prostaglandinas. As plaquetas são ricas em fatores de crescimento como o fator de crescimento b, fator de crescimento derivado de plaquetas e um fator de crescimento epidérmico. O tecido mole danificado e o osso liberam fatores para o coágulo que também estimulam a mitose e a diferenciação de células mesenquimais. Além de agir como um reservatório de fatores de crescimento, o coágulo também possui um papel físico. A fibrina no coágulo age como um suporte temporário para as células mesenquimais e vasos sangüíneos. Durante as primeiras 24 a 48 horas após a ocorrência das fraturas não há estabilidade ou produção de um osso novo.

Estágio de Inflamação

Este estágio começa imediatamente após a ocorrência da fratura e persiste até que a formação de cartilagem ou de osso seja iniciada. A duração desta fase varia, mas usualmente é de 3 a 4 dias. Clinicamente uma diminuição na dor e inchaço é associado ao final desta fase.
Em horas após o trauma, há uma expressiva vasodilatação dos vasos e uma hiperemia nos tecidos moles em volta da fratura. Subseqüentemente, um exsudato inflamatório composto por células e plasma adiciona-se aos coágulos sangüíneos iniciais.
As extremidades dos vasos rompidos rapidamente são vedadas e, após 24 horas, há um extravasamento mínimo de sangue no sítio da fratura. O dano vascular e a formação subseqüente de trombos resultam em uma diminuição à nutrição dos tecidos incluindo às extremidades do osso fraturado. Um estágio de hipóxia ocorre em meio ácido. Nas extremidades da fratura, tanto o periósteo como o endósteo tornam-se necróticos. A primeira evidência de degeneração dos osteócitos, denominado de encolhimento dentro da lacuna, é nitidamente observado 24 horas após traumatismo. A perda de detalhe celular e a lacuna vazia pode ser encontrada em 2 a 4 dias até um milímetro ou mais de distância das extremidades ósseas.
Assim como em outras áreas de inflamação, macrófagos remoem o tecido morto e outros debris necróticos. Os osteoclastos começam a mobilizar e remover o osso morto na superfície da fratura através de mecanismos lisossomais. Este processo de remoção do tecido morto continua por dias a semanas, dependendo da quantidade de tecido envolvido.

Fase de Reparação

Estágio de Indução

Este estágio pode ocorrer em qualquer momento depois do impacto até o estágio de inflamação estar completado, durante o qual as células na área de fratura são induzidas a formar um novo osso. Há duas teorias compreendendo a fonte de células osteogênicas. A primeira diz que as células do periósteo e do  endósteo e os osteócitos passam por uma modulação para produzir novos osteoblastos. O periósteo é considerado como consistindo de duas camadas distintas, uma camada fibrosa externa e outra cambial interna e as células em questão seriam todas encontradas na camada cambial interna. Tem sido demonstrado que após as primeiras horas depois da fratura de um osso longo, as células da camada cambial começam a produzir DNA e a proliferar. Esta atividade proliferativa ocorre através do periósteo do osso lesionado e não exatamente no local da fratura. As células da camada cambial são tidas como pluripotenciais - com a habilidade de gerar não apenas osteoblastos mas também condroblastos e fibroblastos.
Em um ou dois dias após a fratura, as células mesenquimais do endósteo e da camada de câmbio do periósteo começam a proliferar e invadir o interior e a superfície do coágulo. O estímulo para estas células proliferarem provavelmente trata-se de uma combinação entre fatores do coágulo, do osso danificado e do tecido mole, formando uma resposta intrínseca programada do endósteo e periósteo em proliferar quando fisicamente forçado ou rompido. Esta resposta é mais intensa nas superfícies do periósteo e do endósteo que foram diretamente danificadas (mas que continuam viáveis) e dissemina-se a partir do foco da fratura. Essa resposta característica eventualmente dá a aparência fusiforme ao calo, sendo muito maior que a fratura e recobrindo as superfícies periósticas e endósticas mesmo além das regiões mais normais.
A segunda teoria envolve a diferenciação de fibroblastos, células endoteliais, células musculares e de células mesenquimais indiferenciadas com poder de osteogênese. Essa teoria sugere que o tecido de reparação não é proveniente do osso em si, mas sim dos tecidos moles envolvidos. A distinção entre as duas teorias é obviamente de consideração prática importante pois a segunda hipótese enfatiza a importância do tecido mole como fundamental no processo de regeneração.
Estes vasos podem vir da medula óssea, periósteo ou tecido mole adjacente (músculos) e o estímulo para a proliferação e invasão vascular parece decorrer de fatores de crescimento angiogênicos do coágulo. A contribuição do tecido mole provavelmente é importante; as fraturas têm uma consolidação pior quando o tecido mole adjacente é removido traumática ou iatrogenicamente.
Em adição às células mesenquimais invasoras do indivíduo, brotos de tecido osteogênico começam a sofrer protusão em torno do coágulo. Estes brotos vêm tanto do periósteo como do endósteo e mantêm-se em contato com ambos. Assim que estes brotos tornam-se maiores e espessos e as células mesenquimais tornam-se diferenciadas e produtoras de matriz, o calo primário começa a ganhar forma.
O estímulo exato de modulação (primeira teoria) e/ou diferenciação (segunda teoria) é desconhecido. É possível que a interrupção do suprimento sangüíneo e a ocorrência de um estado de relativa hipóxia com um grande gradiente de oxigênio possa induzir à formação de uma ligação por osteoblastos, como inicialmente proposto por Heppenstall e colaboradores. Um pH ácido rapidamente desenvolve-se no local e isto pode ser também um estímulo, assim como podem ser as enzimas lisossomais que são liberadas após a desconexão celular. Apesar de cada uma destas ser um possível estimulador, acredita-se que a estimulação seja multifatorial.

Estágio de Calo Mole

O evento mais característico da fase de reparo é a formação de um calo e sua subseqüente transformação em osso maduro. A compreensão de que a formação do calo ósseo ocorre tanto externamente como internamente na cavidade medular é importante. A porção do calo proveniente do periósteo é denominada calo externo e a parcela proveniente do endósteo recebe o nome de calo interno. A matriz óssea mais precocemente mineralizada no calo surge após uma semana e uma imagem radiográfica costuma ser visível após 2 semanas. Entre a primeira e a segunda semana o calo externo está apto a unir o espaço deixado pelas extremidades da fratura com o osso formado. Assim que a porção óssea do calo aumenta, a porção de coágulo vai diminuindo já que a fibrina e as células vão sendo fagocitadas e removidas.
O calo externo desempenha um papel importante em ajudar a imobilizar os fragmentos da fratura. A formação de um calo externo ocorre por uma proliferação ativa de osteoblastos da camada de câmbio do periósteo. Conforme notado anteriormente, esta atividade é evidente não apenas no sítio da fratura, mas também ao longo das camadas inferiores e distantes ao periósteo no sítio da fratura. De fato, isto gera um colar de calo composto por tecido mole com cada extremidade aproximando-se da outra. A camada fibrosa do periósteo é elevada proximalmente ao sítio da fratura por alguma distância por proliferação dos osteoblastos adjacentes. Na porção proximal do periósteo, os osteoblastos formam um novo osso diretamente. Entretanto, a medida que o sítio da fratura é aproximado, células de cartilagem e osteoblastos ativos tornam-se evidentes. O comprometimento vascular associado ao trauma e as condições anaeróbicas resultantes que prevalecem logo após a fratura parecem fornecer um microambiente que favorece a formação do calo, que se torna mais cartilaginoso que ósseo.
Quando maduro, o calo fibrocartilaginoso consiste de uma massa translúcida de um tecido fibroso denso, fibrocartilagem e cartilagem. A cartilagem aparece em nódulos separados irregularmente por bandas de fibrocartilagem. Após 3 semanas de fratura, o calo assume grosseiramente a forma de cunha com o septo fibroso convergindo para no meio do intervalo da fratura. Este septo carrega vasos que originam-se do periósteo reparado e da circulação medular.
O ideal seria que todas as células pluripotenciais invasoras do coágulo diferenciassem-se em osteoblastos e rapidamente produzissem um osso de reparo. Infelizmente, isto requer condições ideais de compressão e um suprimento adequado de oxigênio. Quando o suprimento de oxigênio ao calo é baixo, uma maior quantidade de cartilagem tende a ser formada; entretanto considera-se alguma cartilagem hialina no calo como normal. Na maioria das fraturas normais, a cartilagem é usualmente presente na periferia da região mais espessa do calo. Esta localização pode refletir uma menor tensão de oxigênio no calo nesta região. A cartilagem hialina de um calo eventualmente pode sofrer mineralização e subseqüente ossificação endocondral (como se fosse uma placa de crescimento cartilaginosa de animais jovens). A desvantagem do excesso de cartilagem no calo é a redução da rigidez e conseqüentemente da estabilidade no foco da fratura até a ossificação endocondral da cartilagem no calo tornar-se completa. A compressão, desde que não seja suficientemente forte para causar necrose, promove a diferenciação óssea em células mesenquimais do calo. A tensão no calo estimula as células mesenquimais a diferenciarem-se em fibroblastos.
O tecido fibroso denso amadurecido e a inflamação são os inimigos de um reparo normal da fratura. O tecido fibroso no calo ósseo é indesejável por duas razões principais: o excesso de tecido fibroso faz o calo parecer emborrachado e desprovido da rigidez necessária para a união dos fragmentos da fratura unirem-se. Além disso, em contraste à cartilagem hialina, o tecido fibroso normalmente não possui uma matriz que chegue à mineralização e o tecido fibroso que é formado não pode ser convertido a osso. A transformação do tecido fibroso é muito lenta e um preenchimento significativo de tecido fibroso entre os cotos da fratura pode resultar em uma "má-união" capaz de requerer intervenção cirúrgica.

Estágio de Calo Rígido

Durante este estágio, os calos externo e interno (ou medular) gradualmente são convertidos a osso. O suprimento vascular aumentado ao calo fibrocartilaginoso aumenta a tensão de oxigênio ao tecido. Este microambiente alterado parece favorecer duas mudanças adicionais que surgem concomitantemente. Em uma fratura estável e com suprimento sangüíneo adequado, o calo ósseo completo deve ser formado em 6 semanas.
Primeiro, os componentes fibrocartilaginosos do calo calcificam. Apesar de a formação da matriz óssea ser evidente histologicamente nos primeiros dias após a fratura, a mineralização ordinariamente não é vista por microscopia até uma semana depois. A primeira mineralização que parece ocorrer se dá por um processo muito similar ao de ossificação endocondral. Geralmente há uma progressão ordenada da ossificação endocondral sempre que houver cartilagem presente, resultando na formação de osso trabecular que eventualmente une-se ao sítio da fratura e clinicamente "regenera" a fratura.
Uma segunda mudança pode ser notada neste momento: o surgimento de osteoclastos. Assim, a ossificação e a reabsorção podem se desenvolver em diferentes partes da mesma trabécula que começa a se formar no calo. Os osteoclastos podem também remover porções desvitalizadas de osso cortical e posteriormente começar a remodelar o sítio de fratura.

Fase de Remodelagem

A fase final e mais duradoura da regeneração de um osso fraturado é a de remodelagem, na qual o osso fibroso recém formado é gradualmete convertido a osso lamelar. O formato do osso é remodelado de forma a permitir a funcionalidade e restaurar a resistência normal ou pelo menos próxima da normal. Histologicamente, os osteoclastos são ativos em remodelar a superfície externa do osso para diminuir o tamanho do calo. O canal medular é similarmente reconstituído.
Durante este período, deformidades angulares podem lentamente diminuir ou desaparecer à medida que o osso deposita-se sobre a superfície côncava e é removido da superfície convexa.
Uma evidência sugere que a atividade dos osteoclastos ocorre além da zona de reabsorção osteoclástica atual, e que os osteócitos nestas áreas adquiriram a capacidade de reabsorverem suas matrizes. Este processo é denominado osteólise osteocítica.
A consolidação óssea definitiva depende de dois eventos: a formação contínua com fortalecimento da trabécula subeperiostal que começa a unir o espaço da fratura e a remodelagem contínua do córtex. Após 6 semanas, o calo ósseo pode começar a compactação e a remodelagem. Os osteoblastos em ambos os lados da trabécula do calo ósseo depositam osso e preenchem o espaço intertrabecular para converter o osso trabecular em osso compacto. Os canais de Havers são formados durante a remodelagem. A completa remodelagem óssea pode levar anos.
Além da remodelagem óssea, a modelagem ocorre quando o calo torna-se aplainado e mais fusiforme, com a trabécula orientada pelo eixo longo do osso no decorrer do tempo. O tamanho do calo e a distorção do osso dependem da estabilidade. Quanto menos estável for a fratura, maior será o calo. Um calo exuberante pode não apenas causar um problema estético, mas também pode ter uma localização que interfira na locomoção por atingir músculos, nervos ou ossos adjacentes. O valor clínico de limitar o movimento de uma fratura não consiste apenas em reduzir o tamanho do calo mas também em reduzir a tensão nas extremidades ósseas e evitar um comprometimento de fluxo sangüíneo (e de oxigenação) ao calo, de modo que a formação de tecido cartilaginoso e fibroso tenha um patamar mínimo.