INTRODUÇÃO

Os exatos mecanismos implicados in vivo na gênese do tecido ósseo são controversos, envolvendo uma complexa interação de fatores reguladores locais e sistêmicos (1,2) . A ação desses mediadores promove um equilíbrio contínuo entre formação (osteoblastos) e reabsorção (osteoclastos) ósseas (3,4) . A produção de uma fratura representa quebra dessa relação, desencadeando uma série de eventos intra e extracelulares, que culminam com o reparo do tecido lesa-do. Inúmeros fatores podem alterar substancialmente o processo de osteogênese, resultando em retarde de conso-lidação e pseudartrose (5,6,7,8,9) . Nesse contexto, estudos rea-lizados em animais com diabetes mellitus ( DM) induzida têm demonstrado influência na morfologia do tecido es-quelético, como atraso no reparo ósseo e redução do osso alveolar (10).

Em termos práticos, a caracterização dos mecanismos envolvidos na gênese da reparação óssea sob os efeitos do DM não parecem ter sido estudados adequadamente até o momento. O objetivo dos autores foi observar as altera-ções histomorfológicas do DM agudo durante o processo de consolidação de fraturas fechadas de tíbia de ratos, fi-xadas com fio intramedular de forma anterógrada.

MATERIAIS E MÉTODOS

Amostra - Nesta pesquisa, realizada no Hospital Naval Marcílio Dias, foram utilizados 28 ratos da linhagem Wis-tar ( Rattus norvegicus albinus), machos, esqueleticamente maduros, pesando em média 330g. Para fins de avaliação do processo de consolidação de fratura nas suas diferentes fases evolutivas, os animais foram divididos aleatoriamen-te em dois grupos: Controle (n = 12) e Diabético (n = 16). Os ratos foram mantidos em gaiolas apropriadas (com dois animais em cada uma), com água e ração padrão ad libi-tum , de acordo com as recomendações da Conferência Eu-ropéia para pesquisa em cobaias (11).

Nos animais do grupo Diabético ( GD), o DM foi induzi-do, após quatro horas de jejum, pela administração de es-treptozotocina ( STZ ) (Sigma ), diluída em tampão citrato 50mM com pH 4,5, em dose única de 45mg/kg de peso corporal aplicada intraperitonealmente (12) . Essa droga des-trói as células beta do pâncreas, produzindo DM irreversí-vel. Na segunda hora após a indução do DM, foi oferecido beber aos animais (dextrosol: uma colher de sopa diluída em um litro de água). Quatro horas após a administração de STZ , os ratos tiveram livre acesso à alimentação e à água,evitando assim hipoglicemia pela liberação de insulina pós-lise das células beta do pâncreas, segundo metodologia descrita por Breitembach et al (12) . Os animais do grupo Con-trole ( GC) receberam volume correspondente de tampão de citrato.

Quarenta e oito horas após a administração de STZ , cole-taram-se amostras de sangue no rabo dos animais para do-sagem da glicemia de jejum. Utilizou-se o aparelho Medi-Sense. (Abbott Laboratories Company, Reino Unido). Foram selecionados para o experimento os ratos com gli-cemia acima de 250mg/dl, sendo esta data considerada o primeiro dia de evolução do DM.

Ao final do sexto e do 15 o dias de indução do DM, os animais foram pesados e suas glicemias de jejum nova-mente avaliadas. No 16 o dia de pesquisa, todos os animais dos dois grupos estudados foram submetidos à cirurgia para fixação intramedular seguida de fratura de ambas as tíbias.

As cirurgias foram realizadas sob anestesia intramuscu-lar com tiopental sódico 10g, na dosagem de 1,5mg/kg (13) , e inalatória com éter sulfúrico sob máscara. Todos os ani-mais receberam penicilina G procaína 0,6mg/kg por via intramuscular, de acordo com a metodologia descrita por Bonnarens e Einhorn (13) . Com o rato posicionado em decúbi-to dorsal, foi feito acesso longitudinal mediano à articulação do joelho, descolando o tecido subcutâneo, identificando a patela e o ligamento patelar. Incisou-se longitudinalmente esse ligamento, visualizando o platô tibial, onde foi aberto o canal medular com um fio de Kirschner de 1,5mm de diâmetro. Sob controle radiográfico, introduziu-se uma fre-sa de ponta romba com 1,5mm de diâmetro, para posterior colocação do fio intramedular (diâmetro aproximado de 0,8mm). Na região proximal da tíbia, foi deixada uma so-bra do fio intramedular, de 4mm, dobrada em "J", sepulta-da no subcutâneo. A ferida operatória foi suturada com fio Mononylon 3.0 em plano único. Ao término de cada proce-dimento cirúrgico, os animais foram radiografados nas in-cidências ântero-posterior (AP) e lateral (figura 1).

As fraturas foram produzidas através da técnica de "três pontos" (6,7,14,15) , com o uso de dois modeladores de placa 4,5mm, sendo um posicionado no terço proximal da tíbia e outro em seu terço distal. A fratura foi alinhada sob con-trole radiográfico (figura 2).

O controle da glicemia de jejum foi feito semanalmente durante as seis semanas de experimento, com amostras de sangue colhidas no rabo dos animais, utilizando-se o apa-relho MediSense. A glicemia nos ratos do GD manteve-se sempre acima de 250mg/dl.


Fig. 1 - Controle radiográfico da passagem da haste intramedular (incidências AP e lateral)


Fig. 2 - Confirmação da fratura após manobra de três pontos

Os ratos foram sacrificados segundo as normas recomen-dadas para eutanásia de animais usados em pesquisas de laboratório (16,17) . Após anestesia inalatória com éter sulfú-rico, os ratos foram dessangrados por punção cardíaca. Três animais (seis tíbias) do GC e quatro animais (oito tíbias) do GD foram sacrificados na primeira (fase I), segunda (fase II), quarta (fase III) e sexta (fase IV) semanas após a pro-dução das fraturas. Esses intervalos entre a produção das fraturas e o sacrifício dos animais seguiram modelo expe-rimental proposto por Udupa e Prasad (6,15) . Esses autores
identificaram quatro fases bem distintas no processo de consolidação de fratura em ratos, quais sejam: na primeira semana, fase fibroblástica; na segunda semana, fase colá-gena; da terceira à quarta semanas, fase osteogênica, e da quinta à sexta semanas, fase de remodelação.

Avaliação histológica - A avaliação histológica do calo ósseo foi feita após retirada das hastes metálicas intrame-dulares, removidas pela parte proximal do osso, e dissecção cuidadosa das tíbias, mantendo um invólucro muscu-lar ao redor do foco de fratura.

As peças foram fixadas em formaldeído a 10% por período mínimo de 24 horas em geladeira, descalcificadas em ácido nítrico, processadas, desidratadas, diafanizadas, impregnadas e incluídas em parafina. Os blocos foram cor-tados em micrótomo American Optical© modelo 820 (Leica Instruments GmbH, Alemanha), em cortes longitudinais de 5 a 7µm de espessura. Os cortes foram corados por he-matoxilina e eosina (HE) (18) . A hematoxilina, corante bási-co, cora as estruturas ácidas em azul (núcleo celular) e a eosina, corante ácido, cora estruturas básicas em rosa (pro-teínas citoplasmáticas) (19,20).

O calo foi estudado histologicamente por meio de mi-croscopia de ótica para quantificação e medição da área celular de osteoblastos, osteoclastos, fibroblastos, células inflamatórias e do hematoma. Utilizou-se para tal micros-cópio triocular Leitz Wetzlar © , com objetivas de 16x, 25x, 40x e 100x.

A análise histológica do calo ósseo teve como parâme-tro os estágios descritos por Allen et al (21) . Segundo esses autores, no grau 4 a união óssea é completa; no grau 3 a união óssea não está completa devido à presença de pe-quena quantidade de cartilagem no calo; no grau 2 há pre-sença de uma ponte de cartilagem hialina bem formada, unindo os fragmentos principais (união cartilaginosa com-pleta); no grau 1 a união cartilaginosa é incompleta, com retenção de elementos fibrosos na placa condral; e no grau 0 ocorre ausência ou atraso no reparo da fratura, caracteri-zado pela presença de cartilagem entre os fragmentos e restos de hematoma ou outro fluido (pseudartrose).

Avaliação radiográfica - Para o estudo radiológico do calo ósseo, foram radiografados os animais do GC e GD após o sacrifício nas qua tro fases estudadas. Utilizou-se aparelho de raios X CGR, modelo Triplunix © 10, com 1.000mA (França) e filme Fotomed © 18cm x 24cm, com técnica de 1m de distância, KV 43, MAS 8, em chassi com écran rápido base azul. Após revelação padrão para radio-grafias, os filmes foram expostos em negatoscópio e foto-grafados com máquina digital Mavica © FD83 (Sony, Ja-pão). As imagens adquiridas foram analisadas no programa Paint Windows 98 © (Microsoft, EUA), através da quantifi-cação da luminosidade do foco de fratura (2mm 2 da região anterior do foco da fratura). Utilizamos como padrão de menor luminosidade a área velada do próprio filme e, como máximo de luminosidade, a região do filme com a haste metálica (radiopacidade maior) (22) . Foi utilizada a soma dos índices dos tons azul, verde e vermelho, com escore máxi-mo de 765 (branco absoluto) e mínimo de zero (cor negra). Como o trabalho avaliou a diferença na consolidação ós-sea nas quatro fases, foi calculada a diferença entre os per-centuais de luminosidade e cor entre ratos diabéticos e sa-dios da mesma fase. No cálculo foi utilizada a seguinte fórmula:

RESULTADOS

Avaliação histológica - Utilizando os achados histoló-gicos, aplicamos a classificação de Allen et al (21) , obtendo o seguinte resultado após seis semanas de fratura: grau 3 nos animais do GD e grau 4 nos do GC (figura 3).

1) Quantificação da área do hematoma: foi encontrado hematoma ocupando metade da área do calo na fase I do GD, sendo parcialmente absorvido na fase II e desapare-cendo na fase III. No GC não foi encontrado hematoma exuberante em nenhuma fase estudada.

2) Quantificação da área do tecido inflamatório: foi ob-servada presença de pequena quantidade de tecido infla-matório somente na fase I dos animais do GD. Nos ratos do GC, ocorreu intensa reação inflamatória na fase I (com ce-lularidade inflamatória aproximadamente duas vezes maior que no GD), aumentando na fase II, retornando ao mesmo valor da fase I na fase III e desaparecendo na fase IV.

3) Quantificação da área de tecido fibroso: foi observa-da a presença de tecido fibroso em todas as fases do GD, correspondendo a cerca de um quarto da área do calo na fase I, um terço na fase II, um sexto na fase III e encontra-do em pequena quantidade na fase IV. No GC, notou-se a presença de tecido fibroso correspondendo à metade da área do calo na fase I e um quarto na fase II. Não havia mais tecido fibroblástico a partir da fase III.

4) Quantificação da área do tecido cartilaginoso: foi ob-servada a presença de tecido cartilaginoso no GD em todas as fases estudadas, ocupando cerca de um sexto da área do calo na fase I, um terço na fase II, metade na fase III e decrescendo para um quarto na fase IV. No GC, houve pre-domínio de tecido cartilaginoso nas fases I e II (aproxima-damente, o dobro do GD), diminuindo gradualmente até desaparecer na fase IV.

5) Quantificação da área de tecido ósseo: houve predo-mínio de tecido osteóide nas duas ultimas fases analisadas nos dois grupos. No GD, cerca de um terço da área do calo na fase III e dois terços na fase IV correspondiam a osso imaturo, enquanto no GC, o osso neoformado ocupou a metade da área do calo na fase III e toda sua extensão na fase IV.

Avaliação radiográfica - Tendo como mensuração a lu-minosidade na fase I, o calo no GD foi 23,04% mais radio-transparente, na fase II esta diferença diminuiu para 6,54%, na fase III aumentou para 27,99% e na fase IV caiu para 2,04%, quase não havendo diferença (figura 4, tabela 1).

Quando mensuramos a cor, obtivemos como resultado: na fase I o calo do GD foi 23,25% mais escuro, na fase II esta diferença diminuiu para 7,92%, na fase III aumentou para 30,23% e na fase IV caiu para 1,43%, quase não ha-vendo diferença (tabela 2).


Fig. 3 - Fotomicrografias do calo com uma, duas, quatro e seis semanas de fratura; A) calo na fase I GC evidenciando tecido inflamató-rio e fibroso;
B) calo na fase I do GD evidenciando maior quantidade de tecido fibroso, limítrofe ao hematoma; C) fase II GC evidenciando
calo misto, com tecido fibroso e cartilaginoso; D) calo na fase II do GD predominantemente cartilaginoso, com restos de tecido fibroso;
E) calo na fase III do GC evidenciando tecido cartilaginoso e ósseo imaturo, correspondendo ao grau III de Allen et al ; F) fase III do GD
evidenciando calo misto, com restos de tecido fibroso e matriz osteocartilaginosa (grau III de Allen et al); G) fase IV do GC
mostrando fratura experimental consolidada, com presença de tecido ósseo maduro (grau IV de Allen et al); H) calo na fase IV do GD
evidenciando tecido ósseo entremeado com restos de cartilagem, denotando grau III de Allen et al (figs. 3A a 3G - HE, x400; fig. 3H - HE, x100).

DISCUSSÃO

Observou-se no presente experimento que o DM agudo retardou o reparo ósseo, alterando qualitativa e quantitati-vamente os diferentes tecidos que compõem o calo duran-te o processo de osteogênese nas várias fases estudadas. Funk et al (10) demonstraram atraso no reparo ósseo e redu-ção do osso alveolar em animais com DM induzido. Altera-ções na microvascularização e dano neurológico periféri-co, achados associados ao DM crônico, podem justificar o atraso na histogênese (23) ; no entanto, pouco é conhecido, até o momento, acerca dos mecanismos envolvidos na gê-nese do retarde de consolidação na vigência do DM agudo. A nosso ver, diversos fatores podem contribuir para isso.


Fig. 4 - Radiografias dos grupos C e D nas quatro fases estudadas


Tabela 1 - Mensuração da luminosidade do calo


Tabela 2 - Mensuração da cor do calo

O conceito de neoformação óssea promovida por subs-tâncias osteoindutoras não é recente; no entanto, somente no final da década de 70, Urist et al isolaram e descreve-ram o primeiro fator de crescimento e diferenciação ós-seo (24,25) . Estes autores observaram que fragmentos de osso desmineralizado implantados em sítios subcutâneo e intra-muscular de cobaias induziam formação de tecido ósseo, atribuindo este fato a um fator osteoindutor ativo presente na matriz óssea, ao qual chamaram proteína morfogenética do osso ( bone morphogenetic protein - BMP)
(4,25) . Poste-riormente, novas proteínas foram demonstradas e caracterizadas (1,2,3,4,26,27,28) . Recentemente, Street et al (29) demons-traram a existência de fatores de crescimento angiogênicos no hematoma fraturário de humanos. Outros estudos vêm demonstrando a importância desses fatores no crescimento ósseo (30) . O restabelecimento da anatomia vascular é um
dos eventos precoces que ocorrem durante a osteogênese. Apesar disso, em determinadas situações, a angiogênese pode estar associada à maior reabsorção osteoclástica da matriz óssea, atuando de fo rma reversa ao esperado (31) . Em nosso estudo, acreditamos que tal fenômeno tenha ocorri-do. Os ratos do GC tiveram reabsorção do pequeno hema-toma fraturário observado ainda na fase I, enquanto no GD foi observado hematoma de moderado volume durante as três primeiras fases analisadas neste trabalho. A modifica-ção inicial na dinâmica do processo de reparo, observada nos animais do GD, parece ter induzido decisivamente o comportamento e a evolução do calo de fratura.

Törnkvist et al (32) sugeriram que, após o início da ossifi-cação endocondral, há pouca probabilidade de a histogê-nese sofrer ação de fatores exógenos. Assim, o retarde no surgimento dos tecidos cartilaginoso e ósseo nos animais do GD pode ter ocorrido devido a uma fase I mais prolon-gada. Tal teoria parece-nos a mais aceitável, uma vez que o DM agudo não impediu que a consolidação ocorresse.

Comparando os resultados das análises das cores e lu-minosidade, notamos que na fase III ocorreu a maior dife-rença da qualidade do calo entre os dois grupos. Nessa mesma fase, histologicamente, observou-se nos animais do GC tecido cartilaginoso envolvido por tecido ósseo neofor-mado e nos do GD, restos de tecido fibroso e maior quanti-dade de cartilagem e osso imaturo (calo misto).

Estudos radiológicos do processo de reparação óssea têm sido largamente utilizados na avaliação do calo, com re-sultados controversos entre os autores (6,33,34) . Nossos acha-dos foram semelhantes aos de Gooch et al (33) ; porém, na atual investigação, o calo foi estudado em quatro fases distintas, com o recurso da análise colorimétrica, o que facili-tou a visualização da mineralização do osso.

Os autores concluem que o diabetes mellitus agudo re-tarda, mas não impede, a consolidação de fraturas fecha-das e fixadas em tíbia de ratos. Provavelmente, esse atraso ocorre nas fases iniciais da osteogênese, à custa de efeito reverso do hematoma fraturário. Apesar desses achados in-termediários, todos os animais utilizados tiveram suas fra-turas consolidadas ao término da pesquisa. No GC ocorreu união óssea completa, enquanto no GD a união óssea foi incompleta.

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