Bone biopsy in nephrology practice / Biópsia óssea na prática nefrológica

Abstract Renal osteodystrophy (ROD), a group of metabolic bone diseases secondary to chronic kidney disease (CKD), still represents a great challenge to nephrologists. Its management is tailored by the type of bone lesion - of high or low turnover - that cannot be accurately predicted by serum biomarkers of bone remodeling available in daily clinical practice, mainly parathyroid hormone (PTH) and alkaline phosphatase (AP). In view of this limitation, bone biopsy followed by bone quantitative histomorphometry, the gold-standard method for the diagnosis of ROD, is still considered of paramount importance. Bone biopsy has also been recommended for evaluation of osteoporosis in the CKD setting to help physicians choose the best anti-osteoporotic drug. Importantly, bone biopsy is the sole diagnostic method capable of providing dynamic information on bone metabolism. Trabecular and cortical bones may be analyzed separately by evaluating their structural and dynamic parameters, thickness and porosity, respectively. Deposition of metals, such as aluminum and iron, on bone may also be detected. Despite of these unique characteristics, the interest on bone biopsy has declined over the last years and there are currently few centers around the world specialized on bone histomorphometry. In this review, we will discuss the bone biopsy technique, its indications, and the main information it can provide. The interest on bone biopsy should be renewed and nephrologists should be capacitated to perform it as part of their training during medical residency.

Resumo A osteodistrofia renal (OR), um grupo de doenças ósseas metabólicas secundárias à doença renal crônica (DRC), ainda representa um grande desafio para os nefrologistas. Seu manejo é individualizado de acordo com o tipo de lesão óssea - de alto ou baixo remodelamento - cujo diagnóstico não pode ser prevista com precisão pelos biomarcadores séricos de remodelação óssea disponíveis na prática clínica diária, principalmente o paratormônio (PTH) e a fosfatase alcalina (FA). Em vista dessa limitação, biópsia óssea seguida de histomorfometria óssea quantitativa, método padrão-ouro para o diagnóstico de OR, ainda é considerado um procedimento de grande importância. A biópsia óssea também é recomendada na avaliação da osteoporose em indivíduos com DRC, a fim de auxiliar na escolha do melhor medicamento anti-osteoporótico. É importante observar que a biópsia óssea é o único método diagnóstico capaz de proporcionar informações dinâmicas sobre o metabolismo ósseo. Os ossos trabecular e cortical podem ser analisados separadamente por meio da avaliação de seus parâmetros estruturais e dinâmicos, espessura e porosidade, respectivamente. A deposição óssea de metais como alumínio e ferro também pode ser detectada. Apesar de suas características singulares, o interesse pela biópsia óssea diminuiu nos últimos anos. Poucos centros em todo o mundo são especializados em histomorfometria óssea. A presente revisão discute a técnica de biópsia óssea, suas indicações e as principais informações que ela pode oferecer. O interesse pela biópsia óssea deve ser renovado e os nefrologistas devem ser capacitados a realizá-la durante o período de residência médica.

Biometric, histomorphometric, and biochemical profile in atorvastatin calcium treatment of female rats with dexamethasone-induced osteoporosis / Perfil biométrico, histomorfométrico e bioquímico no tratamento com atorvastatina cálcica de ratas com osteoporose induzida com dexametasona

ABSTRACT Objective: To assess the effects of atorvastatin calcium in the treatment of dexamethasone-induced osteoporosis. Methods: Osteoporosis induction consisted of the administration of an intramuscular dose of 7.5 mg/kg of body weight of dexamethasone, once a week for four weeks, except for the control animals (G1). The animals were divided into the following groups: G1 (control group without osteoporosis), G2 (control group with untreated osteoporosis), G3 (control group with osteoporosis treated with sodium alendronate 0.2 mg/kg) and G4 (group with osteoporosis treated with atorvastatin calcium 1.2 mg/kg). Serum alkaline phosphatase, bone alkaline phosphatase, and biometric and bone histomorphometric assessments were performed after 30 and 60 days of treatment onset. Results: In relation to the biometric and histomorphometric analyses, at 60 days of treatment, G4 presented bone density (Seedor index), bone trabecular density, and cortical thickness of 0.222 ± 0.004 g/cm, 59.167 ± 2.401%, and 387,501 ± 8573 µm, respectively, with a positive and statistically significant difference (p < 0.05), in relation to G2. At 30 and 60 days of treatment, G4 presented statistically significant serum levels of alkaline phosphatase alkaline phosphatase (p < 0.05) that were higher than all groups (7.451 ± 0.173 µg/L and 7.473 ± 0.529 µg/L, respectively). Conclusion: Treatment with atorvastatin calcium demonstrated the ability of this drug to increase osteoblastic activity and bone tissue repair activity, acting differently from alendronate sodium, which demonstrated predominantly antirebsorptive activity.

RESUMO Objetivo: Avaliar os efeitos da atorvastatina cálcica no tratamento da osteoporose induzida com dexametasona. Métodos: A indução da osteoporose consistiu na administração de dexametasona na dose de 7,5 mg/kg de peso corporal, por via intramuscular, uma vez por semana durante quatro semanas, à exceção dos animais do grupo controle (G1). Os animais foram distribuídos nos seguintes grupos: G1 (grupo controle sem osteoporose), G2 (grupo controle com osteoporose sem tratamento), G3 (grupo controle com osteoporose tratado com alendronato de sódio 0,2 mg/kg) e G4 (grupo com osteoporose tratado com atorvastatina cálcica 1,2 mg/kg). Após 30 e 60 dias do início do tratamento dos animais, foram feitas as dosagens dos níveis séricos de fosfatase alcalina, fosfatase alcalina óssea, avaliação biométrica e histomorfométrica óssea. Resultados: Em relação às análises biométricas e histomorfométricas, aos 60 dias de tratamento o G4 apresentou densidade óssea (índice Seedor), densidade trabecular óssea e espessura da cortical de 0,222 ± 0,004 g/cm, 59,167 ± 2,401% e 387,501 ± 8,573 µm, respectivamente, com diferença positiva, estatisticamente significativa (p < 0,05), em relação ao grupo G2. Aos 30 e 60 dias de tratamento, o G4 apresentou níveis séricos de fosfatase alcalina óssea estatisticamente significativos (p < 0,05) e superiores a todos os grupos (7,451 ± 0,173 µg/L e 7,473 ± 0,529 µg/L, respectivamente). Conclusão: O tratamento com atorvastatina cálcica demonstrou a capacidade desse fármaco de aumentar a atividade osteoblástica e a atividade reparadora tecidual óssea, atuar de forma diferente do alendronato de sódio, que demonstrou atividade preponderantemente antirreabsortiva.

Effects of chronic mild stress on parameters of bone assessment in adult male and female rats / Efeito do estresse moderado crônico sobre parâmetros de avaliação óssea em ratos adultos machos e fêmeas

Osteoporosis is a multifactorial disease of high prevalence and has great impact on quality of life, because the effects on bone structure increase the risk of fractures, what may be very debilitating. Based on the observation that patients with depression have lower bone mineral density than healthy individuals, many studies have indicated that stress could be an aggravating factor for bone loss. This study evaluates the effect of a protocol of chronic mild stress (CMS) on parameters of bone assessment in male and female rats. Five 5-monh-old rats of each sex underwent a schedule of stressor application for 28 days. Stressors included cold, heat, restraint, cage tilt, isolation, overnight illumination, and water and food deprivation. Five rats of each sex were kept under minimum intervention as control group. The animals were weighed at beginning and end of the period, and after euthanasia had their bones harvested. Femur, tibia and lumbar vertebrae were analyzed by bone densitometry. Biomechanical tests were performed in femoral head and diaphysis. Trabecular bone volume was obtained from histomorphometric analysis of femoral head and vertebral body, as well as of femoral midshaft cross-sectional measures. Not all parameters analyzed showed effect of CMS. However, tibial and L4 vertebral bone mineral density and cross-sectional cortical/medullar ratio of femoral shaft were lower in female rats submitted to the CMS protocol. Among male rats, the differences were significant for femoral trabecular bone volume and maximum load obtained by biomechanical test. Thus, it could be confirmed that CMS can affect the balance of bone homeostasis in rats, what may contribute to the establishment of osteopenia or osteoporosis.(AU)

A osteoporose é uma doença multifatorial, de alta prevalência e que tem um grande impacto na qualidade de vida, principalmente porque os efeitos sobre a estrutura do osso aumentam o risco de fraturas, que podem ser muito debilitantes. Com base na observação de que pacientes com depressão têm menor densidade mineral óssea que indivíduos saudáveis​​, muitos estudos têm indicado que o estresse pode ser um fator agravante para a perda óssea. Este estudo avalia o efeito de um protocolo de estresse moderado crônico (EMC) em parâmetros de avaliação óssea em ratos machos e fêmeas. Cinco animais de cada sexo, com cinco meses de idade, foram submetidos a um cronograma de aplicação de estressores durante 28 dias. Os estressores incluídos foram: frio, calor, contenção, inclinação da gaiola, isolamento, iluminação durante a noite e privação de água e ração. Cinco animais de cada sexo foram mantidos com um mínimo de intervenção como grupo controle. Os animais foram pesador no início e no final do período, e após eutanásia tiveram seus ossos coletados. Fêmur, tíbia e vértebra lombar foram analisados por densitometria óssea. Testes biomecânicos foram realizados na cabeça e na diáfise do fêmur. Volume trabecular ósseo foi obtido a partir de análise histomorfométricas da cabeça do fêmur e do corpo vertebral, bem como medidas da seção transversal diáfise femoral. Nem todos os parâmetros avaliados sofreram efeito do protocolo de EMC. No entanto, a densidade mineral óssea da tíbia e da vértebra L4 e a razão osso cortical/medula da seção transversal da diáfise femoral foram menores nas fêmeas submetidas ao protocolo. Entre os ratos machos, as diferenças foram significativas no volume trabecular ósseo da cabeça femoral e na carga máxima obtida no teste biomecânico. Assim, confirma-se que o protocolo de EMC pode afetar o equilíbrio da homeostase óssea em ratos, o que pode contribuir para o estabelecimento de osteopenia ou osteoporose.(AU)

Bone disease in hypoparathyroidism / Doença óssea no hipoparatiroidismo

Hypoparathyroidism is a rare disorder that may be acquired or inherited. Postsurgical hypoparathyroidism is responsible for the majority of acquired hypoparathyroidism. Bone disease occurs in hypoparathyroidism due to markedly reduced bone remodeling due to the absence or low levels of parathyroid hormone. Chronically reduced bone turnover in patients with hypoparathyroidism typically leads to higher bone mass than in age- and sex-matched controls. Whether this increased bone density reduces fracture risk is less certain, because while increased bone mineralization may be associated with increased brittleness of bone, this does not appear to be the case in hypoparathyroidism. Treatment of hypoparathyroidism with recombinant parathyroid hormone may reduce bone mineral density but simultaneously strengthen the mechanical properties of bone.

O hipoparatireoidismo é uma enfermidade rara que pode ser adquirida ou herdada. Dentre as causas adquiridas dessa doença, destaca-se como maior responsável o hipoparatireoidismo pós-cirúrgico. As manifestações ósseas dessa patologia decorrem devido a uma diminuição marcada no remodelamento ósseo causada pela diminuição ou ausência do hormônio da paratireoide. Esse remodelamento ósseo cronicamente reduzido leva a um aumento da massa óssea, evidenciado quando indivíduos com hipoparatireoidismo são comparados a controles de mesma idade e sexo. Entretanto, não se sabe se esse aumento de massa óssea reduz o risco de fratura. Apesar de o aumento da massa óssea estar associado a um aumento da fragilidade óssea em algumas situações, este não parece ser o caso no hipoparatireoidismo. O tratamento com hormônio recombinante da paratireoide pode reduzir a densidade mineral óssea ao mesmo tempo em que melhora as propriedades mecânicas do osso.

Bone histomorphometry: a concise review for endocrinologists and clinicians / Histomorfometria óssea: uma revisão concisa para endocrinologistas e clínicos

Bone histomorphometry is a quantitative histological examination of an undecalcified bone biopsy performed to obtain quantitative information on bone remodeling and structure. Labeling agents taken before the procedure deposit at sites of bone formation allowing a dynamic analysis. Biopsy is indicated to make the diagnosis of subclinical osteomalacia, to characterize the different forms of renal osteodystrophy and to elucidate cases of unexplained skeletal fragility. Bone histomorphometric parameters are divided into structural and remodeling subgroups, with the latter being subdivided into static and dynamic categories. Metabolic bone disorders such as osteomalacia, hyperparathyroidism, hypothyroidism, osteoporosis and renal osteodystrophy display different histomorphometric profiles. Antiresorptive and anabolic drugs used for the treatment of osteoporosis also induce characteristic changes in the bone biopsy. Bone histomorphometry is an important research tool in the field of bone metabolism and provides information that is not available by any other investigative approach.

Histomorfometria óssea é uma avaliação histológica quantitativa de uma biópsia óssea calcificada realizada para obter informação sobre a remodelação e a estrutura óssea. Uma análise dinâmica é possível quando substâncias que fazem a marcação do osso são tomadas antes do procedimento e se depositam no local de formação óssea. A biópsia é indicada para diagnóstico de osteomalácia, diferentes formas de osteodistrofia renal e nos casos não explicados de fragilidade esquelética. O preparo e a análise das amostras necessitam de um laboratório especializado. A histomorfometria avalia parâmetros estruturais e de remodelação óssea, sendo o último subdividido em estático e dinâmico. Doenças osteometabólicas como osteomalácia, hiperparatireoidismo, hipoparatireoidismo, osteoporose e osteodistrofia renal apresentam parâmetros histomorfométricos distintos. Medicações antirreabsortivas e anabólicas usadas no tratamento da osteoporose também induzem alterações características na biópsia óssea. A histomorfometria óssea é uma ferramenta importante no metabolismo ósseo e oferece informação que não é possível por nenhum outro método diagnóstico.