Dott. Giampaolo Lavagetto

Specialista medicina interna

Direttore Responsabile Spa & medicine

Metabolismo osseo

e

attività fisica

dipende

Fattori quantitativi

massa

Densità minerale

volume

fattori qualitativi macro e microarchitettura

tournover osseo

La risposta del tessuto osseo al carico

componente genetica apporto alimentare attività fisica

il più importante determinante della

variabilità interpersonale della massa ossea

Il picco di massa ossea raggiunto

durante la crescita

Massimo valore di BMD raggiunto durante la vita da un determinato sito scheletrico

La carenza di Vitamina D in Europa

in DONNE osteoporotiche

• Nonostante la latitudine del nostro Paese, che sembrerebbe favorirlo in termini di sintesi cutanea della vitamina D da esposizione solare, è stato riportato che la popolazione italiana è tra quelle con i più bassi livelli sierici di 25-idrossivitamina D [25(OH)D] in Europa espressione di uno stato vitaminico D carente

Kuchuk et al. JBMR 2009

Riepilogando

• Carenza di Vitamina D – 25(OH)D3 <30 ng/ml o 80 nmol/l

• La carenza riguarda tutta la popolazione (donne e uomini, giovani e anziani) ma particolare: – Anziani (riduzione sintesi età>65 aa)

– Obesi (minore biodisponibilità)

– Pelle scura (richiede un esposizione da 6 a 10 volte maggiore)

Quali sono i livelli sierici adeguati

di 25(OH)D?

Grave carenza Carenza Sufficienza Livelli ottimali

nmol/l

ng/ml

40

16

75

30

95

38 48

120

Omeostasi

calcio

Qual è la forma preferibile di vitamina D da

somministrare e in che modo?

• La vitamina D3 è circa 2 volte più potente della

D2 nell'incrementare i livelli sierici di 25(OH)D

• La forma preferibile di vitamina D da

utilizzare è la D3 da somministrare per os

Romagnoli et al. J Clin Endocrinol Metab 2008

• La vitamina D sino a 2000 UI/die può essere

prescritta senza la necessità di controllare i

livelli sierici di 25(OH)D o la calcemia

PROPRIETA’ DELLO SCHELETRO

• Rigidità al piegamento per sostenere il carico ed

il movimento

• Flessibilità in modo tale da deformarsi durante il

carico senza fratturarsi

• Leggerezza per consentire il movimento

• Resistenza per sostenere il carico.

resistenza del tessuto osseo

elemento essenziale per la predisposizione alle fratture

Chesnut et al. JBMR 2001; 16: 2163-72.

Componenti della resistenza dell’osso

Massa

Mineral Density

Dimensioni

Quantità di osso

Qualità dell’osso

Macroarchitettura

Microarchitettura

Bone Turnover:

Attivazione

Riassorbimento

Formazione

Perdita dell’architettura trabecolare delle

vertebre nella donna osteoporotica

Donna normale

Donna osteoporotica (con frattura vertebrale)

Perdita di massa ossea e di trabecole orizzontali Borah, et al. Anat. Rec. 2001

Le trabecole orizzontali sono importanti ai fini della resistenza dell’osso:

Teoria di Eular Buckling

La struttura 1 è 16 volte più resistente della Struttura 2

Si supponga: Volume 1 = Volume 2

Materiali e dimensioni identici

Struttura 1

Struttura 2

In letteratura, molti sono i contributi relativi al rapporto tra esercizio fisico e massa ossea

aumento della perdita di matrice

ossea nella immobilizzazione prolungata e nell’assenza di peso

stretto rapporto tra attività fisica durante il periodo dell’adolescenza e Bone Mineral Density (BMD), ottenuta al picco di massa ossea

correlazioni tra attività sportivo agonistiche

in varie discipline ed incremento della densità ossea “distretto-specifica”

rapporto positivo tra esercizio fisico e BMD

sia in donne in pre, che post-menopausa

Wolff, evidenziava una modifica della distribuzione e della

massa ossea in relazione alle diverse forze a cui

Veniva sottoposto l’osso

il carico sull’osso determina una

Stimolazione dell’attività osteoblastica

mediante un effetto piezoelettrico,che

influisce sulla componente ionica della matrice

Minerale dell’osso(modello meccanostatico)

Anni 80

Fine 800

si è visto come il carico abbia una profonda influenza sul rimodellamento

osseo. Il disuso o l’assenza di carico determinano un accelerato turnover

osseo con un prevalente riassorbimento rispetto alla deposizione e,

conseguentemente, una perdita di massa ossea.

Recentemente

LO STRESS

Quando si applica una forza esterna all’osso, si

sviluppa una forza interna che controbilancia

quella esterna. Si chiama stress. Distribuita

sull’intera superficie del segmento osseo si

misura come forza per unità di area.

.

LO STREIN

Lo Strain descrive i cambiamenti di forma che l’osso subisce quando ad esso è applicato una forza.

• Si misura dividendo la lunghezza ottenuta dopo l’applicazione della forza per la sua lunghezza originaria. Si esprima con un numero puro e viene espresso in percentuale.

• In genere nell’uomo, anche con stress particolarmente intensi, la deformazione è inferiore a 0,001% nella tensione e inferiore allo 0,002% nella compressione.

• Una unità strain è equivalente a una deformazione di 0,1%

LO STRENGHT

Mettendo in rapporto tra loro lo stress e lo strain

si costruisce una curva che indica lo

Strenght(resistenza) dell’osso.

Yield point(limite elastico):punto in cui termina la

porzione lineare della curva: oltre quel punto uno

stress superiore comporta una deformazione

permanente. E ciò è un indice della plasticità

dell’osso. Ossa molto elastiche una volta

raggiunto questo punto si rompono facilmente.

• L’ultimate stress, corrisponde all’altezza massima della curva e definisce lo stress al quale l’osso si frattura.

• L’ultimate strain rappresenta la deformazione corrispondente al punto dove l’osso si frattura, ed è un indice della duttilità dell’osso.

• L’area sotto la curva rappresenta la quantità di energia che il tessuto può tollerare prima della frattura ed è una misura della Toughness (durezza) dell’osso.

• Lo strain evoca un processo di adattamento dell’osso allo stress. Perché ciò avvenga è necessario che lo strain sia sufficientemente grande (tra 2.000 e 3.000 microstrain). Questo processo consiste in una alterazione transitoria del processo di rimodellamento osseo che persiste fino a quando l’osso non raggiunge un nuovo stato di equilibrio

Teoria del meccanostato di Frost

• Uno stress che genera una deformazione superiore a 2.500 microstrain produce deposizione di osseo periostale e inibizione di quella endostale con un osso alla fine più resistente.

• Se lo stress genera uno strain uguale o minore di 200 microstrain non succede nulla.

• Di contro la mancanza cronica di stress, come l’immobilizzazione prolungata o l’assenza di gravità, determina ugualmente un processo di rimodellamento dell’osso, ma con assottigliamento dello strato corticale e l’espansione del canale midollare e conseguente riduzione della resistenza allo stress.

ALTRI EFFETTI DELLO STRESS

Lo stress stimola la produzione di prostaglandina E2 e

NO, da parte degli osteociti La prima stimola gli

osteoblasti, mentre il secondo inibisce gli osteoclasti. In

questo scenario gli estrogeni rappresentano l’anello di

congiunzione tra stress e processo di adattamento,

consentendo agli osteoblasti di rispondere al carico

meccanico. Infatti in condizioni tipo menopausa e

amenorrea non si evidenzia tale fenomeno. Una azione

simile è quella del testosterone.

L’ ESERCIZIO FISICO

• Frequenza: intesa come giorni per settimana

• Intensità: intesa la quantità di forza generata

dall’esercizio fisico.

FREQUENZA

• Meglio l’alternanza attività / riposo.

• Infatti, l’osso si adatta al carico costante e continuo

INTENSITA’

Può essere espressa con GRF (Ground Reaction Force). Tanto maggiore sarà il GRF tanto maggiore sarà l’entità del processo di adattamento dell’osso allo stress.

• Ad esempio la ginnastica ha un GRF di 12 volte superiore al proprio corpo, mentre la corsa un GRF di solo 3-5 volte. Le ginnaste hanno un BMD femorale e vertebrale maggiore del 30-40% rispetto ai corridori. Una inattività prolungata, comporta la perdita di massa ossea acquisita durante l’allenamento.

QUALE ESERCIZIO? Privilegiare quelli ad alto impatto(danza jogging, aerobica

pattinaggio, pallavolo, ginnastica, sollevamento pesi, squash, calcio, sci di fondo,) determinano un maggiore aumento del BMD rispetto a quelli a basso impatto ( passeggiate, aerobica in acqua, vogatore, step…).

• Gli esercizi capaci di sviluppare un picco di GRF in un breve arco di tempo, come il salto, determinano una risposta adattativa dell’osso maggiore.

• Aerobica, pattinaggio e squash, provocano aumento di BMD femorale, lombare, tibiale e calcaneare, ma nello squash è più alto che in aerobica e pattinaggio. Esso comporta uno strain maggiore e ripetitivo rispetto agli altri.

• Alcuni sport, come il tennis comportano un carico non solo generalizzato ma anche distrettuale sull’arto dominante.

• Le attività a basso impatto non hanno effetto sul BMD.

“ Triade dell’atleta”:

• perdita di massa ossea

• disturbi del comportamento alimentare

• amenorrea

• La perdita è multifattoriale:

• A livello ipotalamo-ipofisi l’attività fisica determina un aumento del tono oppiaceo e l’attivazione dell’asse ipotalamo-ipofisi-surreni con inibizione del rilascio ipotalamico di GnRh( gonadotropin re leasing factor) e ipofisario di GH. La prima produce una riduzione della secrezione ipofisaria di FSH e LH e quindi una riduzione della funzione ovarica con riduzione dei livelli di estrogeni e quindi attivazione del riassorbimento osseo e perdita di massa ossea. La riduzione dei livelli di estrogeni, inoltre, vanifica l’effetto positivo dell’esercizio fisico, in quanto non consente agli osteoblasti di attivare il processo di adattamento all’esercizio fisico.

• L’alimentazione non corretta priva l’organismo e lo scheletro di nutrienti importanti per il loro trofismo.

DOPING E OSSO

L’abuso di GH stimola il rimodellamento

dell’osso. Tanto è vero che come test antidoping

per il GH è stata proposta la misurazione di

alcuni markers di tale processo come

osteocalcina e protocolagene III.