Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Sơ lược cấu trúc và chức năng của xương [5,9,12] 1. Chức năng của xương: Xương là một mô liên kết cùng với sụn tạo nên hệ xương có 3 chức năng chính : - Chức năng cơ học :hỗ trợ và là chỗ bám của của các cơ để vận động. - Chức năng chuyển hóa : bao gồm việc cung cấp một kho hằng định nội môi chứa chất khoáng , chủ yếu calci ,nhưng cũng có một số chất khoáng quan trọng khác như magnesi và phospho -Chức năng bảo vệ các tạng và tủy sống.
Cấu trúc xương: Cũng như mô liên kết khác, mô xương có 2 thành phần cơ bản là :tế bào xương và chất khuôn xương. - Chất khuôn xương bao gồm các sợi collagen và các mô liên kết khác giàu chất glucoaminoglycin,khuôn xương có thể trở thành calci hóa.Mô xương có xương đặc (xương vỏ ) và xương xốp (bè xương);80%-90% khối lượng xương đặc được calci hóa ; 15-25% khối lượng xương xốp có chức năng chuyển hóa .Xương đặc có chức năng bảo vệ còn xương xốp có chức năng chuyển hóa. - Các tế bào xương bao gồm :hủy cốt bào(Osteoblast) là các tế bào khổng lồ đa nhân,có nhiệm vụ tiêu xương .Tạo cốt bào (Osteoclast) là tế bào 4 có nhân hình thoi, có nhiệm vụ sản sinh ra các thành phần của nền xương (các sợi collagen và các chất nền),có vai trò quan trọng trong quá trình calci hóa.Cốt bào (Osteocyte) giữ vai trò quan trọng trong sự trao đổi calci giữa xương và dịch ngoại bào do tiết ra osteocalcin. Sơ lược về sự tái tạo xương [5,9,12] 1.
Sự tái tạo xương Một chu kỳ tái tạo xương bắt đầu bằng sự huỷ xương do vai trò của huỷ cốt bào, tiếp theo là giai đoạn chuyển đổi với sự kết thúc quá trình huỷ xương và bắt đầu quá trình tạo xương. Trong giai đoạn chuyển đổi các hốc xương tạo ra trong quá trình huỷ xương được lót bởi các tế bào đơn nhân. Trong quá trình tạo xương các tế bào đơn nhân được thay thế bởi các tế bào nguồn gốc xương , các tế bào này sau đó được biệt hoá thành tạo cốt bào để tổng hợp nên chất căn bản chứa calci lắng đọng, các hốc được làm đầy dần với xương mới. Khi các hốc đầy, tạo cốt bào trở thành những tế bào lát phẳng trong khi chất cơ bản không calci hoá thu hẹp lại, thậm chí biến mất.
Để hoàn thành quá trình tái tạo xương, cần vài tháng [14,49]. Nhờ quá trình tái tạo xương mà mô xương liên tục được thay thế để duy trì khối lượng, hình dáng và sự toàn vẹn của xương. Tuy nhiên để quá trình tái tạo xương được hoàn thiện đòi hỏi phải có sự cân bằng giữa quá trình huỷ xương và tạo xương. Tạo xương được phân biệt với đổi mới xương .Đổi mới xương là quá trình mô xương liên tục tiêu và thay thế để duy trì khối lượng ,hình dáng và sự toàn vẹn của xương.Quá trình chuyển hóa xương không bao giờ dừng,liên tục đổi mới thậm chí sau khi xương đã đạt được hình dạng và kích thước trưởng thành , xương cũ liên tục bị phá hủy và xương mới được tạo ra để thay thế.
5 Quá trình hủy xương và tạo xương được điều hòa bởi các hormon và cytokin. Trong bộ xương của người trưởng thành , có gần 5-10% của xương được thay thế hàng năm .Điểm đặc trưng của quá trình đổi mới xương là không xảy ra đồng bộ suốt bộ xương .Đổi mới xương xảy ra ở các đơn vị đổi mới xương ( Bone Multicellular Unit -BMU) hoặc các đơn vị đa tế bào cơ sở của chuyển đổi xương. Thời gian để thực hiện một chu kỳ tái tạo xương khoảng 3 đến 5 tháng. Những thông số sinh hoá phản ánh quá trình tái tạo của xương [49]: * Những thông số sinh hoá phản ánh quá trình tạo xương: - Osteocalcin: Là một protein có 49 acid amin, phân tử lượng là 5800.
Nó là một protein đặc hiệu của xương được tổng hợp từ tạo cốt bào và nguyên bào xương. Nồng độ osteocalcin liên quan đến tốc độ tạo xương và sự khoáng hoá. Định lượng osteocalcin là một xét nghiệm sinh hoá đặc hiệu trong chẩn đoán loãng xương. Nồng độ osteocalcin tăng trong loãng xương, có giá trị đánh giá sự mất xương chậm và theo dõi dài hạn quá trình điều trị loãng xương.
- Phosphatase kiềm của xương: Là một enzym ở tại màng tạo cốt bào. Hoạt tính của phosphatase kiềm trong huyết thanh được dùng để đánh giá sự tạo xương nhưng độ nhậy và độ đặc hiệu không cao. Ở những người loãng xương phosphatase kiềm có thể bình thường hoặc hơi tăng. - Các tiền peptid có tận cùng -COOH và các tiền peptid tận cùng-NH2 của procollagen I là sản phẩm được phóng thích ra khi tạo cốt bào tiết ra collagen.
* Những thông số phản ảnh quá trình huỷ xương: - Calci niệu: Tỉ lệ canxi/creatinin niệu khi đói tăng nghĩa là sự huỷ xương tăng. Phương pháp này độ nhậy không cao. 6 - Hydroxyprolin niệu (OHP): Nồng độ OHP niệu khi đói phản ảnh sự phân huỷ collagen của xương.Tỉ lệ OHP/ creatinin niệu khi đói được sử dụng để đánh giá sự huỷ xương. - Pyridinoline (Pyr) và Desoxypyridinoline (D-pyr ): Hai sản phẩm này được phóng thích ra từ quá trình huỷ xương bởi các huỷ cốt bào.
- Phosphatase acid kháng Tartrate (TRAP): Là sản phẩm của huỷ cốt bào. Các yếu tố tham gia điều hòa tái tạo xương [5,9,12]: 1.Các hormon: - Parathyroid hormon ( PTH ): là hormon tuyến cận giáp với bản chất là polypeptit, trọng lượng phân tử là 9500 dalton. Hormon này kích thích tăng huỷ xương do làm hoạt hoá và tăng tạo huỷ cốt bào và ức chế hoạt hoá của tạo cốt bào. PTH cũng làm tăng calci máu bằng cách tăng tái hấp thu calci ở thận và ruột.
- Calcitonin: là hormon của tuyến giáp do tế bào cạnh nang tuyến tiết ra, bản chất là một polypeptit gồm 32 axit amin có trọng lượng phân tử là 3000 dalton. Ngược với tác dụng của PTH, calcitonin có tác dụng ức chế sự huỷ xương, làm giảm calci máu nhưng không làm biến đổi sự tái tạo xương. - Insulin: là một polypeptit có trọng lượng phân tử là 6000 dalton. Được tổng hợp từ tế bào của tuỵ tạng.
Isulin điều chỉnh sự huỷ xương và có kích thích rõ rệt lên sự tổng hợp chất nền của xương nên nó rất cần thiết cho sự calci hoá bình thường của xương. Ở những bệnh nhân tiểu đường phụ thuộc insulin sự tăng trưởng và calci hoá của xương bị giảm. - Growth hormon ( GH ): là hormon tăng trưởng do tế bào ưu axit ở thuỳ trước tuyến yên tiết ra, bản chất là một polypeptit có trọng lượng phân tử 21. Hormon này không có tác dụng trực tiếp đến sự tái tạo xương 7 và huỷ xương, nhưng nó kích thích sự tổng hợp IGF - 1 (insulin – like growth facter - 1) của tế bào xương do đó làm tăng tổng hợp khuôn hữu cơ của xương, phát triển sụn liên hợp làm tăng chiều dài xương.
- 1,25 Dihydroxy Vitamin D3 (calcitriol) là hormon được tổng hợp chủ yếu từ thận. Vai trò quan trọng của vitamin D3 là tăng quá trình hấp thụ calci ở ruột và xương thông qua sự tồng hợp osteocalcin. Vì vậy nó cần thiết cho sự trưởng thành và calci hoá bình thường của xương. - Glucocorticoid: là một steroid hormon do vỏ thượng thận tiết ra, có tác dụng rõ rệt đối với chuyển hoá xương và chất khoáng của xương do làm tăng thoái hoá protein của khuôn xương.
Khi dùng Glucocorticoid kéo dài sẽ làm tăng thoái hoá khuôn hữu cơ, giảm lắng đọng muối do làm giảm sự sao chép tiền tạo cốt bào dẫn đến mất nhiều tạo cốt bào và gây nên giảm khối lượng xương. - Thyroid hormon: các hormon T3, T4 của tuyến giáp rất cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển bình thường của xương do vai trò chuyển mô sụn thành mô xương của chúng. - Các hormon sinh dục: Estrogen và Testosterol là những hormon sinh dục cần thiết cho sự trưởng thành của mô xương, vai trò này đã được chứng minh trong việc dự phòng mất xương do mãn kinh và do tuổi tác. Năm 1940 Albright là người đầu tiên đã thấy được mối liên hệ giữa chứng loãng xương và giảm chức năng của buồng trứng ở phụ nữ.
Sau đó các kết quả nghiên cứu đã khẳng định kết luận của Albright. Mặc dù mất xương là hiện tượng sinh lý xuất hiện từ sau tuổi 40 ở cả 2 giới, song rõ ràng tốc độ mất xương ở cả nam và nữ là hoàn toàn khác nhau. Ở tuổi 70 có tới 50% phụ 8 nữ sau mãn kinh có biểu hiện mất xương trong khi ở nam giới chỉ có 25% có biểu hiện mất xương ở độ tuổi 80 [14]. Sự mất xương ở nữ xuất hiện sớm hơn từ 15 - 20 năm so với nam giới do hậu quả của sự suy giảm chức năng buồng trứng một cách nhanh chóng [43].
Người ta cũng thấy khối lượng xương thấp và tốc độ mất xương nhanh ở những phụ nữ bị cắt bỏ buồng trứng (mãn kinh do phẫu thuật). Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng liệu pháp hormon thay thế sẽ làm giảm sự mất xương. Nếu liệu pháp hormon thay thế được áp dụng trong vòng 5 -10 năm từ khi mãn kinh sẽ làm giảm tới 50% nguy cơ gẫy xương do loãng xương. Sau khi ngưng liệu pháp hormon thay thế thì sự mất xương lại tiếp tục với tốc độ giống như sau mãn kinh [29].
Những số liệu trên đã chứng tỏ rằng mãn kinh là nguyên nhân trực tiếp gây ra sự khác biệt giữa nguy cơ loãng xương của nam và nữ. Có thể nói estrogen có vai trò quan trọng trong việc duy trì khối lượng xương và từ lâu người ta đã nhận thấy bất kỳ nguyên nhân nào làm cho sự thiếu hụt estrogen xuất hiện sớm đều có thể dẫn đến giảm khối xương và gây loãng xương. Sự thiếu hụt estrogen ở những phụ nữ mãn kinh sẽ gây những rối loạn sau: - Giảm hoạt động của các tạo cốt bào. - Giảm khung protein của xương.
- Làm giảm bài tiết hormon cận giáp. - Tăng bài tiết calcitonin - Giảm hoạt động của enzym 1,25 (OH)2 D1 - hydroxylase dẫn đến làm giảm tổng hợp 1,25 (OH)2 D3 làm cho sự hấp thu calci ở ruột bị giảm. 9 Kết quả của những rối loạn này là hiện tượng loãng xương sau mãn kinh (loãng xương type I), xương trở nên dễ gẫy. Người ta còn nhận thấy có các thụ thể của estrogen ở các tạo cốt bào.
Sự khám phá này khẳng định thêm vai trò quan trọng của estrogen đối với sự hình thành xương.