Anatomia, Fisiologia e Nutrição Óssea

Introdução

O tecido ósseo, uma estrutura dinâmica e multifuncional, desempenha papéis cruciais na sustentação mecânica do corpo e na manutenção da homeostase mineral. Sua complexidade reside na organização hierárquica de componentes celulares e extracelulares, que se renovam constantemente para assegurar a integridade e a funcionalidade do esqueleto.

Estrutura Óssea

O osso é composto por um córtex externo denso e um sistema interno, compartimentalizado, de placas, bastões e espículas interconectadas, denominado osso trabecular ou canceloso (1). O osso trabecular apresenta uma taxa de renovação significativamente superior à do osso cortical, atribuída provavelmente à sua maior superfície e ao contato mais extenso com a medula hematopoiética (1).

Os segmentos terminais dos ossos são denominados epífises, enquanto as hastes dos ossos longos são as diáfises. A metáfise corresponde à região mais larga da haste que se une à placa de crescimento (1). Externamente, o osso é revestido por uma membrana resistente, o periósteo. Internamente, as superfícies do osso trabecular e cortical são recobertas pelo endósteo (1).

Os espaços entre as placas e espículas trabeculares são preenchidos por medula óssea. Inicialmente hematopoiética, com o tempo, a medula produtora de sangue restringe-se aos ossos do tronco, e os espaços mieloides dos ossos periféricos são preenchidos por gordura (1).

No osso cortical denso, a remodelação ao longo dos anos resulta em estruturas internas chamadas ósteons ou sistemas haversianos, onde camadas cilíndricas concêntricas de osso são depositadas em torno de um capilar (1). Esse processo envolve a formação inicial de uma cavidade tubular por reabsorção osteoclástica, subsequentemente preenchida por ondas sucessivas de osteoblastos que se movem de fora para dentro (1).

Nas articulações, a superfície óssea é coberta por uma camada de cartilagem, em vez de periósteo. Em indivíduos saudáveis, essa cartilagem é bem hidratada e lubrificada pelo líquido sinovial, contido por uma cápsula articular de tecido conjuntivo resistente (1).

Composição Química do Osso

Minerais Ósseos

A porção mineral dos ossos é composta por 37-40% de cálcio, 50-58% de fosfato e 2-8% de carbonato (1). O componente carbonato é particularmente sensível ao estado acidobásico sistêmico, diminuindo na acidose e aumentando na alcalose (1). Além disso, a porção mineral óssea contém pequenas quantidades de sódio, potássio, magnésio e citrato, entre outros íons presentes no fluido extracelular (FEC), no qual a água é desalojada à medida que os minerais são depositados e adsorvidos pela superfície dos cristais ósseos (1). Os minerais reforçam a matriz colágena, conferindo maior resistência mecânica e sustentação aos ossos, além de servirem como fonte e reservatório de íons de cálcio, fosfato e magnésio para manter a homeostase mineral dos tecidos. Também atuam na proteção de órgãos como a medula óssea e o sistema nervoso central (2).

Matriz Proteica

A matriz proteica dos ossos é predominantemente composta por colágeno, que representa cerca de 90% da matriz orgânica, sendo do tipo I nos ossos, assim como nos tendões, ligamentos e derme (1).

Células Ósseas e Suas Funções

O tecido ósseo possui quatro tipos celulares principais, que se comunicam por contato direto ou moléculas sinalizadoras (1,2):

Osteoblastos: Respondem pela formação e mineralização da matriz óssea (1,2).
Osteócitos: Derivam dos osteoblastos que foram envolvidos pela matriz mineralizada (1,2).
Osteoclastos: São responsáveis pela reabsorção da matriz óssea (1,2).
Células de Revestimento (1).

Células de Revestimento

São células achatadas, semelhantes a fibrócitos, que revestem as superfícies livres dos ossos (1). Acredita-se que derivem da linhagem dos osteoblastos ou estejam intimamente relacionadas a ela (1). Formam uma membrana que recobre completamente as superfícies ósseas livres, isolando-as das células e hormônios circulantes, e delimitando um compartimento virtual entre essas células de revestimento e o osso maduro (1).

Osteoblastos

São responsáveis pela formação do tecido ósseo. Durante a remodelação, sintetizam, depositam e mineralizam uma nova matriz óssea para substituir a matriz envelhecida ou danificada, reabsorvida pelos osteoclastos (2). Derivam de células estromais mieloides, que produzem massa óssea inicialmente pela síntese, depósito e orientação das proteínas fibrosas da matriz, e posteriormente desencadeiam a mineralização (1). A matriz óssea recém-depositada, composta por aproximadamente metade de proteína e metade de água, não é mineralizada imediatamente, semelhante a estruturas colágenas como tendões e ligamentos, que normalmente não se calcificam (1). O processo exato de mineralização ainda não está totalmente claro, mas envolve a secreção de proteínas pelo osteoblasto na matriz já depositada (1). Os osteoblastos também secretam a enzima fosfatase alcalina, que hidrolisa diversos compostos de fosfato, aumentando sua concentração no local de mineralização e removendo inibidores naturais da cristalização (ex: pirofosfato) (1).

Os osteoblastos, ou células da sua linhagem, desempenham um papel central não apenas na formação óssea, mas também no envio de sinais sistêmicos para o sistema de remodelação óssea (1). Dessa forma, embora o Paratormônio (PTH) estimule a reabsorção óssea, os osteoclastos não possuem receptores para PTH. No entanto, esses receptores estão presentes nos osteoblastos (e células afins) que, em resposta à ligação do PTH, liberam ou expressam em suas superfícies agentes que estimulam a atividade osteoclástica (1).

Osteoclastos

São células ósseas exclusivas para a reabsorção óssea (2). A perda óssea patológica, independentemente da etiologia, associa-se a um aumento na taxa de reabsorção óssea pelos osteoclastos, em comparação com a formação óssea pelos osteoblastos (2). Estudos indicam que os osteoclastos inicialmente acidificam a matriz óssea, o que mobiliza o componente mineral e expõe a matriz orgânica, composta principalmente por colágeno tipo I, que é então degradada pela enzima lisossomal catepsina K (2). A reabsorção óssea depende criticamente do contato físico íntimo entre osteoclastos e matriz óssea, mediado pelas integrinas, que são as principais moléculas de adesão célula-matriz e participam do reconhecimento de moléculas como colágeno, fibronectina e laminina (2).

Os osteoclastos derivam da linhagem de células monócito-macrófago, são geralmente multinucleados e responsáveis pela reabsorção de massa óssea. Para isso, aderem firmemente a uma superfície óssea microscópica, isolando uma pequena porção (1). Uma vez aderidos, secretam enzimas ácidas e proteolíticas nessa área, dissolvendo minerais e matriz. Em seguida, liberam esses produtos degradados no FEC circundante, de onde são removidos pela circulação sanguínea (1). Após um curto período de função (dias), os osteoclastos sofrem apoptose (morte celular programada), deixando a cargo dos osteoblastos a função de preencher a porção reabsorvida (1). O cálcio dissolvido dos minerais ósseos parece desencadear ou intensificar esse processo apoptótico, uma vez que osteoclastos impedidos de produzir ácido se acumulam nas superfícies ósseas e apresentam maior sobrevida (1). O cálcio e o fósforo liberados na corrente sanguínea em um local de reabsorção são geralmente utilizados para mineralizar áreas de remodelação em formação em outras partes do osso (1). Parte dos aminoácidos liberados durante a degradação do colágeno reentra no pool de aminoácidos corporais para reutilização na síntese de proteínas em outros locais. No entanto, aminoácidos com modificações pós-translacionais não podem ser reutilizados, o que exige um suprimento contínuo de proteína dietética fresca para a remodelação óssea (1). É importante ressaltar que os osteoclastos possuem receptores de calcitonina (CT) e, portanto, podem responder rapidamente ao estímulo antirreabsortivo da CT (1).

Osteócitos

São osteoblastos que cessaram a síntese de matriz e foram envolvidos pelo tecido ósseo à medida que outras células formadoras continuavam a adicionar novas camadas de matriz (1). Os osteócitos monitoram a quantidade de tensão (deflexão) na área pela qual são responsáveis quando o osso é submetido a carga mecânica (1). Para isso, secretam um hormônio, a esclerostina, que reduz a atividade dos osteoblastos (1). Embora todas as funções dos osteócitos ainda não sejam conhecidas, é evidente que ossos com osteócitos mortos (independentemente da causa) são excessivamente frágeis (1). Os osteócitos representam mais de 90% das células do tecido ósseo, e sua principal função é garantir a homeostase óssea (2). Foi demonstrado que os osteócitos regulam a homeostase do fosfato via fosfatoninas, incluindo o fator de crescimento de fibroblastos 23, podendo ser considerados verdadeiras glândulas endócrinas (2). Estão envolvidos em diversos mecanismos de doenças, especialmente na perda óssea associada ao uso crônico de glicocorticoides e ao envelhecimento (2). Tem sido sugerido que o propósito fisiológico primário dos osteócitos é a apoptose, liberando os sinais necessários para o início da reabsorção óssea e do reparo tecidual adequado (2). Várias condições estão associadas ao aumento da apoptose dos osteócitos, como hipóxia por imobilização, estado pró-inflamatório crônico, falência estrogênica e tratamento com glicocorticoides. Diversas medicações reduzem ou inibem a apoptose de osteoblastos e osteócitos, incluindo estrogênio, moduladores seletivos do receptor de estrogênio (SERM), bisfosfonatos, calcitonina, denosumabe (Dmab), ligante do cluster de diferenciação 40 (CD40), calbindina-D28k e carga mecânica via prostaglandinas (2).

Desenvolvimento Ósseo

Na vida intrauterina, a maioria dos ossos inicialmente se forma como modelos cartilaginosos, que são gradualmente substituídos por tecido ósseo (1). Durante esse processo, vasos sanguíneos invadem a cartilagem e promovem sua calcificação. A cartilagem calcificada é então removida pelos osteoclastos e substituída por tecido ósseo produzido pelos osteoblastos (1).

Para permitir o crescimento, a maioria dos ossos possui uma ou mais placas de cartilagem perpendiculares ao eixo principal de crescimento, que separam, por exemplo, o tecido ósseo das extremidades de um osso longo do osso da diáfise (1). Essa estrutura é conhecida como placa de crescimento, consistindo em células cartilaginosas que proliferam rapidamente e, ao se multiplicarem, fazem com que as extremidades dos ossos se afastem das diáfises ósseas (1). O crescimento ósseo é interrompido quando o processo de ossificação se iguala à formação de nova cartilagem na placa de crescimento, e pontes ósseas se desenvolvem através da placa, ancorando firmemente as terminações à diáfise óssea (1). Esse processo de fechamento é desencadeado pelos altos níveis de estrogênio produzidos na puberdade, tanto em homens quanto em mulheres (1).

Renovação Óssea

No osso, o processo de renovação ocorre em locais distintos e microscopicamente visíveis (1). Normalmente, inicia-se com uma sequência estereotipada de ativação, reabsorção, reversão e, finalmente, formação (1).

Na ativação, as células de revestimento da superfície óssea se retraem, expondo o osso ao sangue circulante. O osso mineralizado serve como um atrativo químico para os precursores dos osteoclastos, que migram para a região exposta e iniciam a erosão (1). Após a remoção de uma porção do osso, os osteoclastos sofrem apoptose e desaparecem. Em seguida, ocorre uma fase de reversão, onde os osteoblastos atuam e começam a repor o osso removido da cavidade (1).

Em adultos, os osteoblastos avançam a uma taxa de aproximadamente 0,5 µm/dia, e a mineralização ocorre cerca de 10 dias após a deposição da matriz óssea avançada. Alguns osteoblastos permanecem e se tornam osteócitos (1). Ao final do processo de renovação em um local específico, os osteoblastos de superfície remanescentes tornam-se inativos, achatados, transformando-se em células de revestimento que selam eficazmente a nova superfície óssea (1). Essa sequência completa, do início ao fim, dura aproximadamente 3 meses em adultos (1). Em neonatos e crianças pequenas, o processo é mais rápido, e em idosos, mais lento (1).

Funções Ósseas

Os ossos desempenham duas funções distintas: conferir rigidez e resistência mecânica ao corpo e proporcionar tamponamento homeostático, particularmente para auxiliar na manutenção de um nível constante de cálcio nos fluidos corporais circulantes e prover uma reserva suplementar de fósforo (1). A função homeostática é a mais fundamental, visto que o corpo sacrifica a função estrutural antes de se arriscar a perder a homeostática (1).

Função Mecânica

Na função mecânica dos ossos, a natureza encontra um equilíbrio entre densidade e peso (1). Essa regulação ocorre de forma que, quando o osso é submetido a uma carga superior à de referência, os processos de modelagem e remodelação são ativados para aumentar a densidade do local (1). Por outro lado, quando o osso recebe uma carga inferior ao valor de referência, a remodelação remove mais osso do que repõe, aliviando a estrutura e tornando-a menos rígida (1). Por exemplo, os ossos do braço dominante tendem a ser mais densos que os do lado não dominante, e os ossos de atletas são mais densos que os de não atletas (1). A força da estrutura óssea é proporcional ao quadrado da densidade óssea (1).

Função Homeostática

O PTH é o principal determinante da quantidade de remodelação e da prontidão das células ósseas em responder a estímulos locais para iniciar um projeto de remodelação (1). A secreção de PTH responde diretamente às necessidades de cálcio do organismo, embora o cálcio nunca seja simplesmente removido do osso. Em vez disso, todo o volume de tecido ósseo é removido, e o cálcio nele contido é recolhido para suprir as demandas corporais (1).

Conforme mencionado, a reabsorção precede a formação, o que gera uma assincronia local de movimento mineral: a remodelação em qualquer local, inicialmente, disponibiliza cálcio e fósforo para o organismo (à medida que o mineral é removido durante a reabsorção). Posteriormente, o mesmo local gera uma demanda de cálcio e fósforo à medida que a área de mineralização extrai minerais do sangue circulante (1).

Durante a absorção de grandes quantidades de cálcio proveniente do leite ingerido por neonatos, ocorre a secreção de calcitonina para suprimir a atividade de reabsorção dos osteoclastos, o que reduz a liberação de cálcio dos ossos (1). Isso permite que o cálcio absorvido do leite supra as demandas do osso em rápido processo de mineralização e, ao mesmo tempo, impede que o cálcio absorvido cause um aumento perigoso da concentração de íons de cálcio [Ca2+] no sangue (1). Posteriormente, durante a fase pós-absortiva, os níveis de calcitonina caem e os de PTH aumentam, estimulando novamente a reabsorção. Essa ação mantém os níveis sanguíneos normais de cálcio, mesmo diante de demandas minerais constantes para a formação óssea e amplas variações na demanda de cálcio no intestino (1).

Medição da Densidade Mineral Óssea (DMO)

A abordagem padrão-ouro para medir a quantidade de osso é a medição direta do mineral ósseo (em uma região específica ou no esqueleto total) por meio da técnica de absorciometria por dupla emissão de raio-X (DXA) (1). O conteúdo mineral pode ser medido em todo o esqueleto ou em várias regiões de interesse pelos métodos absorciométricos com raios-X (1). A densitometria óssea é um método não invasivo, com baixa exposição à radiação ionizante (25% de uma radiografia de tórax convencional) (2).

O cálcio corporal total em adultos varia de 900-1500g. As alterações na massa óssea (balanço negativo ou positivo de cálcio) raramente excedem aproximadamente 100 mg/dia (geralmente são muito menores). Portanto, medições repetidas em curtos intervalos com DXA produzirão resultados dentro da margem de erro prevista para a reprodutibilidade do método (1). Por esse motivo, as medições devem ser espaçadas de 12 a 24 meses, pois um tempo inferior não permitiria uma mudança mensurável (1). Assim, embora o DXA permita uma medição rápida e exata da massa óssea, ele não é muito sensível aos tipos de mudança na massa que possuem significância nutricional ou fisiológica (1).

A diminuição da DMO está associada a um maior risco de fratura. A cada redução de um desvio-padrão na coluna lombar, fêmur ou antebraço, o risco aumenta em, pelo menos, duas vezes (2).

As indicações para a medição da DMO incluem (2):

Mulheres com idade superior a 65 anos e homens com idade superior a 70 anos, independentemente de fatores de risco.
Indivíduos com histórico de fratura por baixo impacto.
Indivíduos com doenças como hipertireoidismo, doença da paratireoide, ou em uso crônico de medicações que sabidamente interferem no metabolismo ósseo e mineral, como glicocorticoides e anticonvulsivantes.
Indivíduos clinicamente aptos para tratamento.
Mulheres em terapia de reposição hormonal na menopausa.

Para o diagnóstico de osteoporose, especialmente o precoce, a radiografia convencional apresenta menor sensibilidade (2).

A DXA também pode ser utilizada para o estudo da composição corporal tricompartimental, incluindo massa adiposa (gordura corporal), massa magra e muscular, e massa óssea total e regional (2). A densitometria de corpo total fornece essas medidas com melhor acurácia e reprodutibilidade do que a antropometria, dobras cutâneas e bioimpedância (2). Além disso, proporciona uma melhor avaliação da distribuição e redistribuição da composição corporal decorrente do envelhecimento ou de outras situações clínicas (2). A DXA pode diferenciar a obesidade com base na adiposidade (independentemente do IMC) e identificar indivíduos com sarcopenia e fragilidade (2).

A avaliação da sarcopenia requer medidas objetivas de resistência e massa muscular. Atualmente, diversos métodos são utilizados, incluindo: velocidade de marcha, circunferência da panturrilha, bioimpedância, força de preensão palmar, DXA e métodos de imagem (tomografia computadorizada e ressonância magnética) (2). No entanto, nenhum exame é altamente sensível ou específico. A combinação de um teste de força ou funcional com a medida da massa magra de braços e pernas por DXA é a abordagem mais recomendada (2).

Remodelação Transitória da Massa Óssea

Qualquer intervenção, nutricional ou não, que altere a atividade de remodelação, produzirá uma mudança transitória no balanço de cálcio, resultante da assincronia do ciclo de remodelação óssea (1). A retenção do mineral ósseo não deve ser interpretada como uma deficiência preexistente do paciente. Tal deficiência pode estar presente, mas o balanço positivo ocorrerá na presença ou ausência da deficiência, simplesmente porque, inicialmente, o componente de reabsorção da remodelação é mais reduzido do que o de formação (1). Nesse sentido, as respostas às intervenções nutricionais só podem ser interpretadas após o término da fase transitória. Se, nesse momento, o balanço for mais positivo (a massa óssea medida por DXA ainda estiver aumentando), somente então se pode afirmar que o indivíduo necessitava de mais daquele nutriente do que vinha recebendo anteriormente (1).

Exercício e Massa Óssea

Foi comprovado que o exercício físico melhora a massa óssea, principalmente em sítios ósseos submetidos à carga mecânica (1).

Nutrientes Essenciais para a Saúde Óssea

Cálcio e Fósforo

Além de tamponar as oscilações de absorção nos níveis sanguíneos de cálcio, os ossos servem como reservatório nutricional de cálcio e fósforo (1). Os ossos são uma fonte rica em cálcio, com um total esquelético de 1100 a 1500g. Cada centímetro cúbico de osso contém mais cálcio do que o volume total de sangue circulante de um adulto, indicando uma enorme reserva de cálcio em comparação com outros nutrientes (1).

As necessidades humanas de cálcio aumentam com a idade, e a ingestão de cálcio tende a diminuir em idosos. De fato, a depleção ocorre na maioria das populações humanas com o envelhecimento (1). A baixa ingestão de cálcio e fósforo pode limitar a aquisição óssea durante o crescimento e causar perda óssea após a maturidade (1). A disponibilidade inadequada de fósforo também afeta os ossos, mas de forma diferente. Embora o cálcio represente cerca de 40% do mineral ósseo, o fosfato (PO4−3) corresponde a quase 60%. Assim, o fósforo é tão importante para a formação óssea quanto o cálcio (1). Quando há depleção de fosfato, ocorre interferência na função do osteoblasto: a deposição de matriz torna-se mais lenta, e a iniciação da mineralização pelo osteoblasto é ainda mais reduzida. Essas anormalidades produzem o padrão histológico ósseo típico do raquitismo e da osteomalacia (1).

Vitamina D

A vitamina D possui vários efeitos sobre os ossos, incluindo a facilitação do desenvolvimento dos precursores dos osteoclastos em um foco de remodelação ativado e o aumento da resposta dos osteoclastos aos estímulos de reabsorção (1). Essa vitamina também estimula a síntese e a liberação de osteocalcina pelos osteoblastos (1). No entanto, seu principal efeito nos ossos é na facilitação da absorção de cálcio (e, em certa medida, de fósforo) da dieta (1). A deficiência grave de vitamina D pode causar raquitismo e osteomalacia. Deficiências mais leves reduzem a disponibilidade de cálcio no organismo, levando à deficiência de cálcio e, consequentemente, à osteoporose (1).

Vitamina K

A vitamina K atua na γ-carboxilação dos resíduos de ácido glutâmico de várias gla-proteínas ósseas, sendo a osteocalcina a mais estudada (1). A deficiência de vitamina K resulta na hipocarboxilação da osteocalcina e na redução da síntese dessa proteína (1). Níveis baixos de vitamina K foram associados, em estudos epidemiológicos, a valores baixos de massa óssea, aumento do risco de fratura do quadril e de mortalidade cardiovascular (1).

Micronutrientes

O cobre é cofator para a lisil-oxidase, enzima responsável pela ligação cruzada das fibrilas de colágeno (1). A interferência na ligação cruzada leva ao enfraquecimento estrutural do osso (1). O ácido ascórbico (vitamina C) também é um cofator essencial para a ligação cruzada das fibrilas de colágeno e, em sua ausência, a resistência óssea é prejudicada (1).

Referências Bibliográficas

ROSS, A. C. et al. Nutrição Moderna de Shills na Saúde e na Doença. 11. ed. São Paulo: Manole, 2016. p. 1642.
COMINETTI, C.; COZZOLINO, S. Bases Bioquímicas e Fisiológicas da Nutrição nas Diferentes Fases da Vida, na Saúde e na Doença. 2. ed. Manole, 2020. p. 1369.