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Revista da Associação Médica Brasileira
Online version ISSN 18069282Rev. Assoc. Med. Bras. vol.46 n.1 São Paulo Jan./Mar. 2000
http://dx.doi.org/10.1590/S010442302000000100010
Artigo de Revisão
Prós e contras da ultrasonometria
óssea de calcâneo
C.H.M. Castro, M.M. Pinheiro, V.L. Szejnfeld
Disciplina de Reumatologia da Universidade Federal de São Paulo – Escola Paulista de Medicina, São Paulo, SP.
UNITERMOS: Ultrasonometria óssea. Osteoporose. Qualidade óssea.
KEY WORDS: Quantitative ultrasound. Osteoporosis. Bone quality.
INTRODUÇÃO
O diagnóstico clínico da osteoporose é baseado na presença de fraturas por baixo impacto em um ou mais sítios esqueléticos1. Todavia, a Organização Mundial de Saúde (OMS) define osteoporose a partir dos valores obtidos na densitometria óssea, mesmo na ausência de fraturas2,3.
A densidade óssea é o principal determinante da resistência mecânica do osso e do risco de fraturas4. Outros fatores como exposição a traumas, qualidade e geometria óssea são também importantes5. Diferentemente da densidade óssea, as outras variáveis são difíceis de quantificar, afastandoas da prática médica diária.
A qualidade óssea ou microarquitetura trabecular é responsável por cerca de 30 a 50% da resistência mecânica do osso6. Por esse motivo, verificase em idosos redução maior da resistência óssea que a esperada pela simples perda de densidade óssea, pois a perda de volume ósseo observada com a idade é acompanhada por mudanças estruturais que também diminuem a resistência óssea7. Tornase, pois, evidente a necessidade de estudar e compreender a qualidade óssea, desenvolvendo técnicas que possam quantificála com precisão e permitam estratificar pacientes com maior risco de fraturas. A ultrasonometria óssea (USO) surgiu na pesquisa clínica há cerca de 14 anos, propondose a fornecer uma medida quantitativa e reprodutível da qualidade
óssea8.
Desde a década de 50, o ultrasom tem sido utilizado pela engenharia mecânica para o estudo das propriedades físicas dos materiais9. A técnica vem sendo aperfeiçoada para avaliação do tecido ósseo10. Após sua
padronização in vivo por Langton em 19848, diversos aparelhos de USO têm sido utilizados na pesquisa médica, valendose das vantagens do método: baixo custo; praticidade; curto tempo de exame e ausência de radiação ionizante11. Por outro lado, persistem controvérsias a cerca dessa técnica, especialmente no que diz respeito a precisão e coeficientes de variação.
Nos Estados Unidos, a Food and Drug Administration (FDA) tem liberado o uso clínico de alguns equipamentos de ultrasonometria óssea, em especial aqueles que utilizam o calcâneo como sítio de medida e sistemas de transmissão da onda sonora com acoplamento em gel ou água. Aparelhos com validade demonstrada em grandes ensaios clínicos prospectivos, como o Achilles (Lunar, Madison, WI), Sahara (Hologic, Waltman,MA) e UBA 575 (Hologic, Waltham, MA) já estão sendo utilizados na avaliação do risco de fraturas com aprovação da FDA. Outros equipamentos aguardam liberação e são utilizados apenas em centros de pesquisa.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
As propriedades do tecido ósseo podem ser estudadas pelo ultrasom, através das técnicas de reflexão ou de transmissão da onda sonora, sendo esta a mais utilizada1218. A técnica de transmissão utiliza dois transdutores de sinal sonoro, acoplados, para emissão e recepção da onda sonora, enquanto os sistemas com técnica de reflexão usam um mesmo transdutor para emissão e recepção da onda sonora.
Os aparelhos atualmente utilizados fornecem as seguintes variáveis: velocidade do som(SOS), velocidade aparente do som (VA), coeficiente de atenuação do som (BUA), e o índice "stiffness" (S).
A USO pode ser realizada na patela, composta predominantemente por osso trabecular, calcâneo (osso trabecular), tíbia (osso cortical) ou nas falanges (trabecular e cortical)13,16,18.
O calcâneo é o local mais utilizado internacionalmente e também no Brasil. Esta preferência ocorre por ser o calcâneo constituído predominantemente por osso trabecular, metabolicamente mais ativo, além de ser facilmente acessível, com superfície de trabéculas paralelas, reduzindo assim erros no posicionamento do pé quando da realização do exame19.
Os aparelhos de USO disponíveis apresentam valores de referência e coeficientes de variação diferentes, uma vez que utilizam locais de medida, diâmetro de transdutores e freqüências sonoras variadas12,13. Por conta disso, não é possível estabelecer correlações entre os aparelhos, o que tem dificultado a padronização e validação do método na prática clínica.
Os equipamentos mais utilizados na prática médica estão listados na tabela 1.
A teoria da USO de calcâneo baseiase na observação de que a onda sonora ao atravessar um material poroso como o tecido ósseo pode sofrer alterações em sua velocidade e amplitude, a depender das propriedades físicas do tecido. A técnica utiliza um recipiente com dois transdutores montados no mesmo eixo (emissão e
É a velocidade de transmissão da onda sonora ao atravessar o tecido ósseo numa freqüência de 150 a 300 KHz. É determinada pelo quociente entre a largura do osso avaliado e o tempo gasto pela onda sonora em atravessá lo, sendo expressa em m/s (figura 1). A largura do calcâneo é calculada automaticamente em alguns
equipamentos, enquanto em outros esta medida é padronizada. A velocidade da onda sonora é relacionada ao tecido estudado. Seus valores são, em média, 1450 m/s no tecido adiposo, 1480 m/s na água, 15001600 m/s nos tecidos moles, 16002000 m/s no osso trabecular e 3500 a 4000 m/s no osso cortical13.
Não é possível a comparação da velocidade do som em diferentes locais, visto que cada local é constituído por partes moles e diferentes proporções de osso cortical e trabecular. Por exemplo, no calcâneo, a velocidade normal varia entre 1400 e 1900m/s, enquanto na patela os valores vão de 1600 a 2200 m/s .
A velocidade (V) encontrase correlacionada às propriedades elásticas do tecido ósseo. Seu valor é diretamente proporcional à densidade (p) e inversamente relacionada à elasticidade (E) ou módulo de Young, ou seja, V = ÖE / p13,14. Quanto mais sólido o objeto, maior será a velocidade do som.
Velocidade aparente (VA ou velocity)
É a medida da velocidade do som no osso, desprezandose os valores da velocidade ao atravessar a interface de água e os tecidos moles (figura 1).
A velocidade aparente, teoricamente, é mais fidedigna que a velocidade do som (SOS), no entanto, na prática, não foi superior à SOS, apresentando valores superponíveis22. Devido a sua maior dificuldade técnica, tem sido
pouco utilizada.
Atenuação do som (BUA)
Representa a taxa de energia perdida pela onda sonora ao atravessar o tecido ósseo com uma freqüência entre 300 a 600 KHz. Seu valor é expresso em dB/MHz e representa a inclinação da curva interação versus absorção do som no tecido ósseo; é dependente da freqüência de emissão da onda sonora, a qual é préestabelecida na maioria dos equipamentos (figura 2)13.
A dificuldade em se definir a região do calcâneo, na qual se deve realizar a medida da velocidade e atenuação do som, contribui para aumentar o coeficiente de variação do exame. Por isso, alguns autores têm proposto o uso da imagem do calcâneo como forma de determinar a melhor área dentro do osso para realização das medidas (BUA scan)20. A região de interesse (ROI, region of interest) é uma região circular de 12 a 20 mm, situada na porção posterior do calcâneo, onde o processamento do sinal é feito automaticamente pelo programa do aparelho. A determinação da região de interesse pode ser realizada manual ou automaticamente, sendo esta mais rápida (aquisição de dados em 3 minutos), com melhor resolução espacial (5mm e pixel de 1mm) e apresenta menor influência do observador21.
Índice "Stiffness" (S)
É uma medida desenvolvida pela Lunar, no equipamento Achilles, que avalia o calcâneo. Resulta de uma fórmula matemática que combina valores normatizados de SOS e BUA ( S = 0,67 X BUA + 0,28 X SOS – 420). Este artifício foi desenvolvido com o objetivo de reduzir os coeficientes de variação do BUA e da SOS,
melhorando a precisão do método.
Embora "stiffness" seja traduzido, literalmente, como "rigidez', não reflete necessariamente a rigidez mecânica do osso como medido nos testes de biomecânica do tecido ósseo in vitro. Por conta disso, a palavra "stiffness" tem sido adotada em nossa literatura para evitar maiores distorções.
LIMITAÇÕES TÉCNICAS
As técnicas de USO avançaram na última década, ampliando as perspectivas diagnósticas das doenças osteometabólicas. Entretanto, algumas dificuldades técnicas ainda não totalmente resolvidas têm limitado a utilização do método.
a. Tensão superficial das bolhas de ar. O uso de detergente consegue diminuir a tensão superficial das bolhas de ar que se formam na interface aquosa utilizada no método. Quando presentes, tais bolhas reduzem a acurácia do exame.
b. Posicionamento do pé dentro do recipiente. O correto posicionamento do pé é imprescindível, visto que altera o coeficiente de variação.
calcâneo é variável entre os indivíduos e, considerando que o som apresenta menor velocidade no tecido adiposo em relação ao tecido ósseo, o valor da velocidade do som em indivíduos obesos ou com edema do calcâneo pode estar falsamente reduzida23,24. A interpretação do exame em pessoas obesas ou com edema localizado do calcâneo deve, portanto, ser criteriosa.
d. Diferença do calcâneo direito e esquerdo. Devido à orientação preferencial das trabéculas ósseas no pé direito e esquerdo, o valor da atenuação do som pode ser diferente nos dois pés19. A escolha do antímero a ser avaliado durante o exame ainda é controvertida. Recentemente, em nosso serviço, ao realizarmos um estudo em 85 mulheres brancas, com média de idade de 71 anos, não observamos diferença nos valores de BUA, SOS e índice "stiffness" quando comparamos os pés direito e esquerdo (dados não publicados).
e. Valores de referência na população brasileira. Os valores normais de referência para o exame devem ser definidos regionalmente. Para o equipamento Achilles uma curva normativa brasileira foi recentemente compilada e demonstrou que os valores brasileiros são similares àqueles apresentados para a mulher branca americana58. Para outros equipamentos ainda não dispomos de dados normativos regionais. A falta de dados
normativos para a população brasileira é uma limitação que dificulta a interpretação dos resultados em nossos pacientes12.
f. Limiar de fratura. Até o momento, não há consenso acerca do melhor escore T a ser utilizado pela USO na classificação do risco de fraturas.
ULTRASONOMETRIA E QUALIDADE ÓSSEA
Diversos trabalhos na literatura avaliaram a correlação entre a USO e os parâmetros estruturais do osso19,26
29. Estudos in vitro têm demonstrado a validade do método, observandose forte correlação da USO com
organização e orientação trabecular19,2628.
Gluer et al.19, estudando cubos de osso trabecular extraídos de fêmur bovino, observaram que os valores de
BUA e SOS se alteravam linearmente de acordo com o alinhamento trabecular e a conectividade do tecido ósseo. Estes autores concluíram que a USO oferece uma medida indireta da anisotropia e qualidade óssea. Outro estudo30, utilizando fêmur de cadáveres humanos, observou que as medidas da USO se correlacionavam de forma significativa com a deficiência de carga da cabeça femural, medida através de testes de compressão.
Mais recentemente, Njeh et al.31 avaliaram o método da USO para predizer a resistência mecânica do tecido ósseo em humanos. Vinte e três cabeças femurais extraídas de pacientes com osteoartrose foram submetidas a exames de USO e densidade óssea. O módulo de Young (resistência e rigidez mecânicas) foi determinado em seguida através de testes de compressão. Tanto a USO quanto a densidade óssea foram preditivas da
resistência mecânica do osso analisado.
Por outro lado, Hans et al.29 não encontraram correlação significativa entre as medidas da USO e os parâmetros da qualidade óssea obtidos através da histomorfometria óssea. Provavelmente, o tamanho da amostra e o método de preparação do tecido ósseo contribuíram para a baixa associação observada. Turner et al.26, utilizando um modelo in vitro de osso trabecular bovino, demonstraram a capacidade da USO em predizer
a resistência mecânica do tecido ósseo.
ULTRASONOMETRIA ÓSSEA E DENSIDADE MINERAL ÓSSEA
Diversos estudos comparando a USO com a densitometria óssea, tanto in vitro3234 como in vivo3537, têm sido
realizados. Os resultados desses estudos são heterogêneos e, algumas vezes, conflitantes. Índices de correlação significativos (r=0,750,90) são invariavelmente demonstrados quando ambas as técnicas são aplicadas a um mesmo sítio esquelético (USO de calcâneo vs DO de calcâneo)36,37. Entretanto, a correlação é imprecisa, variável e baixa (r=0,280,68) quando os exames são realizados em segmentos esqueléticos diferentes (por exemplo, USO de calcâneo vs DO da coluna lombar; USO de patela vs DO do quadril)38,39. É provável que a ausência de correlação expresse diferenças estruturais entre os sítios analisados40,41, ou a diversidade de transdutores e equipamentos contribua para reduzir as correlações encontradas entre os métodos38.
Enfim, esses dados permitem concluir que a USO não é preditiva da densidade óssea, principalmente para locais com maior prevalência de fraturas associadas à osteoporose como a coluna vertebral, o colo do fêmur e o rádio distal.
Heaney42 foi o primeiro a demonstrar, na década de 80, o valor da USO na predição de fraturas de estresse em cavalos de corrida. A partir dessa observação, diversos autores, realizando estudos transversais retrospectivos, estudos de casocontrole43,49 e prospectivos5051, confirmaram a validade do exame na avaliação do risco de
fraturas.
A USO é capaz de discriminar pacientes com fraturas de coluna e ou quadril daqueles sem fratura. Dois grandes estudos prospectivos realizados nos Estados Unidos e na França e publicados em 1995 corroboraram os achados iniciais. Bauer50 e Hans51 avaliaram e seguiram por dois anos aproximadamente 6 mil mulheres no período da peri e pósmenopausa, utilizando a USO de calcâneo. Ao final do estudo, os autores verificaram que a
freqüência de fraturas por baixo impacto, especialmente de quadril, coluna e rádio distal (fratura de Colles) foi significativamente superior nas pacientes que apresentavam valores da USO nos percentis mais baixos.
O risco relativo de fratura medido pela USO nesses estudos varia de 1,6 a 2,845,48,50,52. Esses valores são semelhantes aos observados para a densitometria óssea de coluna lombar e quadril, sugerindo que a USO de calcâneo avalia risco de fratura com a mesma eficiência que a densitometria óssea.
Outro artifício estatístico utilizado nestes estudos para avaliar o desempenho diagnóstico do exame tem sido a avaliação da curva ROC, que analisa o desempenho do teste comparando sensibilidade e especificidade. Quanto maior a área sob esta curva, melhor o desempenho do teste. A análise da curva ROC também demonstra desempenho similar para os dois métodos, com área sob a curva ligeiramente maior para USO de calcâneo no que se refere a predição de fraturas por osteoporose em comparação com a densitometria óssea da coluna lombar e quadril42,45,47,48,53,54.
O risco relativo de fraturas avaliado pela USO não variou com o peso, altura, idade, tempo de menopausa e com a densidade óssea, constituindo, portanto, uma informação complementar na avaliação de pacientes com osteoporose, independentemente da massa óssea55. Esses dados foram observados a partir da análise de regressão logística, onde se verificou que o risco relativo de fratura, fornecido pela USO, permaneceu significativo mesmo após ajustes para peso, altura, idade, etc45,48,50,52.
O fato de os riscos avaliados pela USO e pela DO serem independentes corrobora a idéia inicial de que os dois exames (USO e densitometria óssea) avaliam diferentes propriedades do tecido ósseo. Alguns autores têm, portanto, sugerido a utilização combinada das duas técnicas em pacientes com osteoporose, com a intenção de otimizar a predição de fraturas56.
ULTRASONOMETRIA ÓSSEA E MONITORIZAÇÃO TERAPÊUTICA
Outra questão abordada pela literatura é a utilização da USO para fins de monitorização terapêutica. Embora ainda não esteja bem estabelecido se as drogas atualmente utilizadas no tratamento da osteoporose sejam capazes de melhorar a qualidade óssea, é interessante poder acompanhar a influência do tratamento sobre os parâmetros da qualidade óssea. Entretanto, avaliandose a utilização da USO na monitorização terapêutica de pacientes com osteoporose, verificase que o método apresenta importante limitação, em virtude do seu elevado erro de precisão e coeficiente de variação (até 9% em alguns equipamentos)44,48.
Talvez o aperfeiçoamento da técnica, com a utilização do ROI (region of interest) e outros recursos, possa minimizar o erro de precisão do método, tornandoo útil também para a monitorização terapêutica20,57. Com as técnicas atualmente empregadas, calculase que seria necessário um intervalo de 3 a 4 anos entre um exame e outro, para se ter alterações reais, decorrentes da progressão da doença ou da intervenção terapêutica, e não provenientes da imprecisão do método.
CONCLUSÃO
A partir dos dados acima referidos e baseados em nossa própria experiência, concluímos que a USO de calcâneo permite a avaliação do risco de fratura. Quando associada à densidade óssea discrimina melhor pacientes com maior risco de fratura, podendo, inclusive, auxiliar a conduta terapêutica. Por outro lado, a USO não substitui a densidade óssea, oferecendo, provavelmente, uma informação diferente e complementar sobre a resistência óssea.
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