jueves, 14 de octubre de 2010

HUESO Y EJERCICIO

DEYANIRA GONZALEZ DEVIA
MD internista Endocrinóloga
Hospital Universitario Fundación Santa Fe de Bogotá
Universidad de los Andes

El ejercicio hace parte fundamental del tratamiento de la osteoporosis, sin embargo la evidencia objetiva ha demostrado resultados contradictorios.  Aqui, se revisan algunos puntos importantes donde se demuestra los beneficios del ejercicio sobre la masa osea.

1. EL EJERCICIO COMO ANABOLICO OSEO

El estimulo mecánico es un anabólico directo para el hueso y promete contrarrestar la fragilidad esquelética asociada con la perdida ósea patológica. Este estimulo anabólico es dependiente de la edad y el género; estudios en donde las deformidades y las fuerzas inducidas por el estimulo mecánico son equivalentes y calibradas, sugieren que la edad borra en forma ostensible la respuesta osteogénica al estimulo mecánico.

El ejercicio anabólicamente produce
- Incremento de la matriz ósea
- Reduce la apoptosis del osteocito
- Estimula la diferenciación del osteoblasto

Una gran variedad de segundos mensajeros son activados por el estimulo mecánico, ejemplo: el calcio, el oxido nítrico, PGE2, AMPc, ATP, Wnt/Beta-catenina, ERK entre otros (1). De estos, el ion calcio constituye un segundo mensajero especifico dado que al estimulo mecánico influencia la formación ósea in vivo de forma específica en tiempo real y se correlaciona con la magnitud, tasa de deformidad, frecuencia, intervalos de reposo, entre otras variables (2).

El estimulo mecánico preserva la viabilidad del osteocito a través de la activación de la vía ERK que conlleva a la transcripción de genes. El estimulo mecánico produce activación de la vía de señalización que involucra integrina /citoesqueleto /Src/ERK promoviendo la sobrevida del osteocito y la salud ósea. Ver Figura 1.
Figura 1. En estas imagenes se puede evaluar que el estimulo mecánico produce anti apoptosis a través de varios mecanismos; este proceso requiere acumulación de ERK nuclear y síntesis de nuevo ARN y proteínas. En la figura izquierda, se aprecian las células cultivadas en medios ricos en colágeno tipo I o poli L Lisina, las cuales se dividieron en tres grupos: un grupo control, un grupo sometido a tensión con elongación del 2% , un grupo sometido a tensión con elongación del 5% durante el tiempo indicado, evaluándose la síntesis proteica y la señalización de la vía ERK. En la figura a la derecha se aprecia la activación de ERK por la tensión, demostrando que la tensión genera síntesis de proteínas y está relacionado con la magnitud de la carga. Esto requiere un citoesqueleto intacto con activina y tubulina, la actividad de Src kinasa, y la integridad de caveola.

2. EL EJERCICIO COMO PROTECTOR DEL OSTEOCITO ANTE DIFERENTES NOXAS

Evidencia in vitro y molecular más allá del efecto anabólico del ejercicio esta el efecto protector del osteocito frente a noxas externas que podrían llevar a la muerte del osteocito, las siguientes imagenes (Figura 2.) ilustran las respuestas desencadenadas por el ejercicio preservando la función y la viabilidad ante tóxicos externos.
Figura 2. El estimulo mecánico previene la apoptosis inducida por noxas como el etóposido o los glucocorticoides. En la figura izquierda, se muestran las células de cultivo MLO- Y4 que fueron tensionadas con una elongación del 2 y 5%, y se evaluó la actividad Caspasa 3, a las 9 horas tanto en el grupo control como el expuesto a ejercicio bajo noxas de etóposido y glucocorticoides. En la figura derecha se muestran las células MLO-Y4 cultivadas en medios ricos con colágeno I y que expresan proteína fluorescente verde, estas células se expusieron a etóposido y dexametasona y un grupo se le aplico tensión con elongación del 5%. La apoptosis fue cuantificada a las 6 horas por evaluación de la morfología nuclear. Estos dos experimentos demuestran que la tensión mecánica protege en forma ostensible de la apoptosis inducida (3).

3. LA AUSENCIA DE CARGA SOBRE EL HUESO DETERIORA LA MASA OSEA

El hueso requiere cargas específicas de deformidad (actividad física) para mantener su estructura y viabilidad. En las siguientes imagenes (Figura 3) se aprecia el efecto deformante y el cambio del umbral inducido por una carga especifica.

Figura 3. El efecto deformante de una carga fisica y su impacto en el recambio oseo.

El mecanostato es un término que define ampliamente el proceso de adaptación funcional ósea ante una carga especifica, y tiene variación fisiológica interindividual y en el mismo individuo durante la edad, y está influenciado por el género, diferentes hormonas, fármacos y diversos estados patológicos. El incremento en el umbral de la carga deformante induce formación ósea con habituación a la magnitud deformante; y las reducciones en la magnitud de la deformación inducen resorción para reducir masa y las propiedades en la arquitectura ósea, habituándose a la nueva magnitud de carga deformante (4); esto exige un cambio en la intensidad y frecuencia de los estímulos mecánicos (ejercicio) para producir cambios en el recambio óseo.

4. LA FALTA DE GRAVEDAD Y EL REPOSO EN CAMA SON NOXAS PARA LA PERDIDA OSEA

En la tierra, la gravedad terrestre impone una carga mecánica que es acoplada con el remodelamiento óseo y existe una respuesta celular a la gravedad parcial y a la hipergravidez. Los vuelos espaciales y el reposo en cama producen una carga mecánica disminuida o desuso, lo cual tiene un impacto negativo en el hueso.


Figura 4. Efecto del reposo en cama durante 21 dias y el impacto generado por una gravidez de 2,5 durante una hora diaria.

El reposo prolongado incrementa el recambio óseo con pérdida neta de calcio que se traduce en pérdida de masa ósea. En la Figura 4 se muestra el balance de calcio acumulado en el grupo control y un grupo sometido gravedad artificial antes, durante 21 días de reposo en cama y después de normalización de actividad. El balance de calcio fue calculado para cada individuo tomando la diferencia del calcio ingerido dietario y restando la combinación del calcio de excreción fecal y urinario. No existieron diferencias entre los dos grupos con respecto a la perdida de calcio y demuestra que el efecto del reposo en cama no es contrarrestado por una hora diaria de gravidez artificial de 2,5 (5).

5. LA HOSPITALIZACIONES (BAJA ACTIVIDAD FISICA) COMO FACTOR DE RIESGO PARA FRACTURA POR FRAGILIDAD

La hospitalización se asocia a perdida de la actividad física y reposo prolongado convirtiéndose en un factor de riesgo para pérdida de masa ósea y fractura por fragilidad. Gardner et al.(6), en un estudio de cohorte prospectiva demostró que las múltiples hospitalizaciones se asocian fuertemente a incremento del riesgo de fracturas de cadera y de otros sitios ajustados a edad, genero y raza; y si era ajustado a otras comorbilidades y potenciales variables de confusión persistía el riesgo aumentado de fractura en forma estadísticamente significativa ver figura 5.
Figura 5. Riesgo de fractura asociado a numero de hospitalizaciones.

Es importante anotar que la hospitalización se asocia a deterioro de la función neuromuscular (7)y deficiencia de vitamina D(8) que son factores reconocidos en causantes de pérdida de masa ósea, incremento del riesgo de caídas e incremento en el riesgo de fracturas; sin mencionar que muchas de las patologías que llevan al paciente a hospitalización se asocian a osteoporosis y fracturas por si mismas (entre ellas el evento cerebrovascular(9), lesiones del cordon espinal(10), entre otras).

6. IMPACTO DEL EJERCICIO EN MASA OSEA EN DIFERENTES ETAPAS DE LA VIDA

Se ha documentado que la falta de ejercicio produce marcada perdida ósea, pero la evidencia objetiva sobre los efectos del ejercicio en la masa ósea son contradictorios en la población adulta. Existe evidencia directa e indirecta de que el ejercicio preserva masa ósea, pero la evidencia se oscurece cuando se trata de demostrar que el ejercicio conduce a ganancia de masa ósea en la población adulta y sobre todo adulta mayor. Adicionalmente el impacto del ejercicio es heterogéneo con respecto genero, a la edad y al área de interés ósea evaluada.

El ejercicio de resistencia de alta intensidad en la mujer premenopáusica incrementa la densidad mineral ósea en columna lumbar en forma modesta pero significativa (P menor a 0,00001), pero no en cuello femoral (P=0,78) en un meta-análisis de 6 estudios clínicos evaluados (11). Sin embargo estos mismos autores en un nuevo meta-análisis para evaluar ejercicio de alto impacto combinado con resistencia de alta intensidad demuestran un efecto modesto benéfico pero significativo en columna lumbar (P:0,011) y cuello femoral (P:0,017), solo los protocolos de alto impacto fueron benéficos para cuello femoral (P menor a 0,00001)(12).

En un meta-analisis con 8 estudios controlados aleatorizados y no aleatorizados que evaluaron la caminata regular y la preservación de la masa ósea en mujeres postmenopáusicas con seguimientos de 6 – 24 meses, no se encontró un efecto protector significativo a nivel de columna lumbar (P=0.09), pero si un efecto débilmente positivo a nivel de cuello femoral (P=0,05)(13).

Otro meta-análisis en donde se evalúa el entrenamiento de resistencia de alta intensidad y la pérdida ósea en mujer postmenopáusica, 14 estudios aleatorizados homogéneos demuestran un efecto benéfico estadísticamente significativo a nivel de columna lumbar (P= 0,006), pero no igual en cuello femoral con 11 estudios aleatorizados heterogéneos, donde hay una tendencia benéfica pero no significativa (P=0,11), sin embargo la ingesta de calcio concomitante mejoro significativamente la masa ósea en cuello femoral (P=0,007)(14).

Estas divergencias en la evidencia publicada se pueden explicar por las siguientes las dificultades halladas en la evaluación de estos estudios:
- La baja calidad metodológica de los estudios
- Grupos de estudios heterogéneos
- Falta de análisis con intención de tratamiento
- La estandarización del ejercicio
- Pocos sujetos incluidos
- Las diferentes formas de evaluación de la masa ósea
- Los diferentes sitios óseos de interés tenidos en cuenta

7. EFECTOS DE LOS DIFERENTES PROGRAMAS DE EJERCICIO PUBLICADOS

En la Figura 6 se ilustra los diferentes protocolos de ejercicio y el impacto generado en la masa osea.
Figura 6. Modalidades de ejercicio e impacto en la masa osea Modificado de 22..

8. IMPACTO DEL EJERCICIO SOBRE LA FRACTURA

La actividad física modifica el riesgo de caída y de fractura por fragilidad en adultos mayores, asociado a incremento en la fuerza muscular, incremento en el volumen muscular, mejoría en el balance y coordinación.

En un meta-análisis Karlsson et al (22), evaluó el impacto del ejercicio sobre la caída y la fractura y encontró beneficio en la población adulta evaluada independiente del genero y la edad.

Tanto en estudios observacionales como en estudios controlados en hombres Karlsson encontró una reducción en el riesgo relativo de cadera con ejercicios de alta intensidad, ver Figura 7.
Figura 7. Riesgo de fractura de cadera con diferentes programas de ejercicio en hombres.

De la misma manera,Karlsson demuestra que en mujeres la actividad física de moderada a alta intensidad disminuye estadísticamente el riesgo relativo de fractura de cadera, ver Figura 8.
Figura 8. Riesgo de fractura de cadera con diferentes programas de ejercicio en mujeres

Con respecto a todos los tipos de fractura,Karlsson no pudo demostrar un beneficio claro, existe una tendencia a reducir el riesgo relativo de fracturas por fragilidad con ejercicio de alta intensidad pero los datos son conflictivos tanto para hombres y mujeres en todas las edades adultas, ver Figura 9 (22).
Figura 9. Riesgo de fractura global con diferentes programas de ejercicio en hombres y mujeres

9. CONSIDERACIONES IMPORTANTES EN LA PRESCRIPCION DE UN PROGRAMA DE EJERCICIO EN OSTEOPOROSIS

Antes de realizar una formulación de ejercicio para mejorar masa ósea se debe realizar una historia clínica que contemple los siguientes aspectos:
La masa ósea
El antecedente de fracturas previas y el mecanismo desencadenante
El riesgo de caída
Déficit sensoriales
Si el paciente vive solo
El entorno que rodea al paciente
Edad avanzada
Debilidades musculo- esqueléticas
Reflejos disminuidos
Coordinación disminuida
El estado nutricional
Medicaciones concomitantes que alteran masa osea o que alteren el balance y equilibrio
Enfermedades asociadas que alteran masa osea o que alteren el balance o equilibrio (23).

La prescripción de ejercicios de moderado - alto impacto y moderada - alta resistencia la debe realizar una persona idónea en este campo, sobre todo cuando el paciente es adulto mayor, tiene falla cardiaca descompensada o enfermedad coronaria, diabetes mellitus descompensada, diabetes mellitus labil, complicaciones crónicas de diabetes (retinopatía proliferativa, pie diabético), fracturas por fragilidad mínima (fracturas de costillas y vertebras espontaneas o con mínimo trauma), discapacidad para la marcha, neuropatías discapacitantes, entre otras comorbilidades.

10. EJERCICIOS PARA OSTEOPOROSIS INCLUIDOS EN LA PRESCRIPCION

Un programa de actividad física para osteoporosis debe incluir:
- Ejercicios de fuerza
- Ejercicios de carga
- Ejercicios de impacto
- Flexibilidad
- Actividades de balance y coordinación
- Acondicionamiento cardiovascular.

Todos estos ejercicios contribuyen a mejorar la calidad de vida del paciente con osteoporosis, disminuir el riesgo de caídas, aumentar un estilo de vida activo, disminuir la inactividad, preserva masa ósea y puede aumentar la masa ósea. Trabajar solo en ejercicio osteogénico puede no ser beneficioso porque se descuidan otras áreas que previenen fracturas (24)

CONCLUSIONES

La evidencia sugiere que el ejercicio es beneficioso para la masa osea por su efecto anabólico y puede contrarrestar los efectos deletéreos sobre la masa osea de las enfermedades y medicamentos. El ejercicio se debe prescribir solo combinado con terapia farmacológica en osteoporosis ya que puede ejercer un efecto sinérgico.

El mayor impacto anabólico del ejercicio sobre la masa osea se produce en la niñez y etapa prepuberal, sin embargo el ejercicio en los adultos disminuye el riesgo de fractura, preserva la masa osea; y los ejercicio de alto impacto y alta resistencia pueden aumentar la masa osea en el adulto mayor.

La falta de ejercicio, el reposo prolongado en cama y la ingravidez deterioran en forma marcada la masa ósea y son factores asociados a fractura por fragilidad.

Finalmente, la evidencia actual apoya la recomendación de que la prescripción de actividad física mejora la fuerza muscular, mejora el balance y equilibrio, disminuye el riesgo de caída y el riesgo de fractura en el paciente con osteoporosis.

RETOS PLANTEADOS

a. Determinar el incremento de la masa ósea inducida por ejercicio de diferentes intensidades y modalidades solo o combinado con agentes que incrementen la respuesta anabólica en la vejez

b. Promoción del ejercicio en todas las edades como una forma costoefectiva para mejorar la masa ósea y prevenir fracturas por fragilidad

c. Promover políticas de salud basadas en la creación de espacios para la realización de ejercicio en áreas de trabajo, barrios, edificios de vivienda, empresas, universidades, entre otros

d. Implementar y evaluar los planes de ejercicio y rehabilitación intrahospitalarios como forma de disminuir la fractura por fragilidad dentro de las institución hospitalaria y en forma ambulatoria.

BIBLIOGRAFIA

1.Bonewald LF, Johnson ML. Osteocytes, mechanosensing and Wnt signaling. Bone. 2008;42(4):606-15.

2.Srinivasan S, Ausk BJ, Prasad J, Threet D, Bain SD, Richardson TS, Gross TS. Rescuing Loading Induced Bone Formation at Senescence. PLoS Comput Biol 2010, 6(9): e1000924

3.Plotkin, LI. Mathov I, Aguirre JI, Parfitt AM, Manolaga SC, Bellido T. Mechanical stimulation prevents osteocyte apoptosis: requirement of integrins, Src kinases, and ERKs. Am J Physiol Cell Physiol 289: C633–C643, 2005.

4.Skerry TM. One mechanostat or many? Modifications of the site-specific response of bone to mechanical loading by nature and nurture J Musculoskelet Neuronal Interact 2006; 6(2):122-127

5.Smith SM, Zwart SR, Heer MA, Baecker N, Evans HJ, Feiveson AH, Shackelford LC, LeBlanc AD. Effects of artificial gravity during bed rest on bone metabolism in humans. J Appl Physiol 107: 47–53, 2009.

6.Gardner RL; Harris F; Vittinghoff E; Cummings SR. The Risk of Fracture Following Hospitalization in Older Women and Men. Arch Intern Med. 2008;168(15):1671-1677

7.Covinsky KE, Palmer RM, Fortinsky RH, et al. Loss of independence in activities of daily living in older adults hospitalized with medical illnesses: increased vulnerability with age. J Am Geriatr Soc. 2003;51(4):451-458

8.Thomas MK, Lloyd-Jones DM, Thadhani RI, et al. Hypovitaminosis D in medical inpatients. N Engl J Med. 1998;338(12):777-783.

9.Dennis MS, Lo KM, McDowall M, West T. Fractures after stroke: frequency, types, and associations. Stroke. 2002;33(3):728-734.

10.Sato Y, Kuno H, Kaji M, Etoh K, Oizumi K. Influence of immobilization upon calcium metabolism in the week following hemiplegic stroke. J Neurol Sci. 2000; 175(2):135-139

11.Martyn-St James M, Carroll, S. Progressive high – intensity resistance training and bone mineral density changes among premenopausal women: evidence of discordant site-specific skeletal effects. Sport Med. 2006;36(8):683-704

12.Martyn-St James M, Carroll, S. Effects of different impact exercise modalities on bone mineral density in premenopausal women: a meta-analysis. J Bone Miner Metab. 2010; 28(3):251-67

13.Martyn-St James M, Carroll, S. Meta-analysis of walking for preservation of bone mineral density in postmenopausal women. Bone 2008; 43(3):521-31.

14.Martyn-St James M, Carroll, S. High-intensity resistance training and postmenopausal bone loss: a meta-analysis. Osteoporosis Int. 2006;17(8):1225-40

15.Going S, Lohman T, Houtkooper L, Metcalfe L, Flint-Wagner H, Blew R, et al. Effects of exercise on bone mineral density in calcium-replete postmenopausal women with and without hormone replacement therapy. Osteoporos Int. 2003;14:637-43.

16.Bocalini DS, Serra AJ, dos Santos L, Murad N, Levy RF. Strength training preserves the bone mineral density of postmenopausal
women without hormone replacement therapy. J Aging Health. 2009;21(3):519-27.

17.Sinaki M, Itoi E, Wahner HW, Wollan P, Gelzcer R, Mullan BP, et al. Stronger back muscles reduce the incidence of vertebral fractures: A prospective 10 year follow-up of postmenopausal women. Bone. 2002;6:836-41.

18.Winters-Stone KM, Snow CM. Site-specific response of bone to exercise in premenopausal women. Bone. 2006;39(6):1203-9.

19.Ay A, Yurtkuran M. Evaluation of hormonal response and ultrasonic changes in the heel bone by aquatic exercise in sedentary
postmenopausal women. Am J Phys Med Rehabil. 2003;82:942-9.

20.Kemmler W, Lauber D, Weineck J, Hensen J, Kalender W, Engelke K. Benefits of 2 years of intense exercise on bone density, physical fitness, and blood lipids in early postmenopausal osteopenic women. Arch Intern Med. 2004;164:1084-91.

21.Voukelatos A, Cumming RG, Lord SR, Rissel C. A randomized, controlled trial of Tai Chi for the prevention of falls: the Central
Sydney Tai Chi trial. J Am Geriatr Soc. 2007;55:1185-91.

22.Karlsson MK, Nordqvist A, Karlsson C. Physical activity, muscle function, falls and Fractures. Food & Nutrition Research 2008;52

23.Lirani-Galvão APR, Lazaretti-Castro M. Physical approach for prevention and treatment of osteoporosis. Arq Bras
Endocrinol Metab. 2010;54(2):171-8

24.Kohrt WM, Bloomfield SA, Little KD, Nelson ME, Yingling VR. American College of Sports Medicine Position Stand: physical activity and bone health. Med Sci Sports Exerc. 2004;36(11):1985-96.