Efeitos da radiação ionizante nos ossos maxilares de pacientes com e sem osteorradionecrose: avaliação histomorfométrica e microarquitetural tridimensional

Abstract

O objetivo deste estudo foi identificar as alterações estruturais e teciduais nos ossos maxilares de pacientes submetidos à Radioterapia (Rtx) em região de cabeça e pescoço, com e sem diagnóstico de osteorradionecrose (ORN). Foram selecionados 28 pacientes por conveniência resultando em 30 amostras de osso coletadas: Grupo Irradiado (IR), formado por pacientes irradiados sem diagnóstico clínico de ORN; Grupo ORN, pacientes irradiados com diagnóstico clínico de ORN e; Grupo não irradiado (NIR), com indivíduos que nunca foram submetidos à Rtx. As amostras foram processadas para inclusão em metilmetacrilato e avaliadas pela microtomografia (voxel isotrópico de 19 µm), separadamente para o osso cortical e trabecular. Na cortical foram avaliados: espessura cortical média (Ct.Th), porosidade total (Ct.Po), porosidade fechada (Ct.Po (cl)), superfície óssea intracortical (Ct.BS/BV), Dimensão fractal (Ct.FD) e grau de anisotropia (Ct.DA). No osso trabecular foram avaliados: fração de volume ósseo (Tb.BV/TV), superfície óssea (Tb.BS/BV), densidade de conectividade das trabéculas (Conn.D), índice de modelo estrutural (SMI), número de trabéculas (Tb.N), espessura das trabéculas (Tb.Th), espaçamento entre trabéculas (Tb.Sp), grau de anisotropia (Tb.DA) e Dimensão fractal (Tb.FD). Posteriormente, as amostras foram seccionadas para a obtenção de cortes histológicos para avaliação dos canais de Havers por microscopia de contraste de fase, obtendo área (C.Ar), perímetro (C.P) e circularidade (C.C). As amostras de maxila foram avaliadas apenas qualitativamente, revelando porosidade cortical média de 20,62% (n=4). Para a mandíbula (n=26), testes comparativos revelaram diferenças significantes no osso cortical para a variável Ct.BS/BV (p 0,001) com o grupo IR mostrando mediana de 10,71 (8; 14,15), ORN de 10,67 (8,19; 17,16) e NIR de 6,34 (5,33; 6,70). Houve correlação significante entre variáveis clínicas e microarquiteturais, sendo: forte e negativa da dose acumulada com a Ct.BS/BV (p 0,001, r-0,82) e moderada e positiva com a Ct.FD (p 0,03, r0,58), e do tempo em meses do final da Rtx com a Ct.BS/BV mostrando-se forte e negativa (p 0,03, r-0,76). As correlações intramétodo das variáveis microarquiteturais foram significantes apenas para o osso trabecular em 7 situações, sendo 5 correlações fortes com 2 positivas para o número de trabéculas com Tb.DA (p 0,01, r0,77) e com Tb.FD (p 0,01, r0,75) e 3 negativas sendo de BS/BV com Tb.Th (p 0,02, r-0,71), Tb.N com Tb.Sp (p 0,02, r-0,71) e Tb.Sp com Tb.DA (p 0,008, r-0,80). Sobre a análise histológica, os canais irradiados foram menos circulares (p<0,01), e maiores em área (p<0,001) e perímetro (p<0,001), quando comparados os grupos ORN e IR agrupados ao grupo NIR. Conclui-se que existem alterações microarquiteturais no osso irradiado, mostrando maior superfície intracortical para os pacientes submetidos à radioterapia, com e sem osteorradionecrose, quando comparados a indivíduos não expostos a radiação ionizante. Ainda, os canais de Havers no osso irradiado mostraram-se maiores e menos circulares comparados ao osso não irradiado. Sobre as correlações relacionadas aos efeitos da radioterapia, existe significância entre a dose acumulada e o tempo da exposição à radiação com a microarquitetura cortical. Para as correlações microarquiteturais do osso trabecular, existe relação entre parâmetros clássicos com as variáveis da análise de textura de dimensão fractal e grau de anisotropia.

Abstract: This study aimed to assess structural and tissue alterations in the jawbones of patients submitted to Radiotherapy (Rtx) in the head and neck region, diagnosed or not with osteoradionecrosis. Twenty-eight patients were selected by convenience sampling and 30 bone samples were collected and divided into groups: Irradiated (IR) patients submitted to Rtx without the clinical diagnosis of osteoradionecrosis; ORN of irradiated patients and with the diagnosis of osteoradionecrosis (ORN); and non-irradiated of individuals non-submitted to Rtx (NIR). The bone fragments were histologically processed and embedded in methyl methacrylate, then submitted to microtomography (nominal isotropic voxel of 19 µm). Cortical and cancellous (trabecular) bone was evaluated separately. Cortex evaluation was performed by: cortical thickness (Ct.Th), total porosity (Ct.Po), closed porosity (Ct.Po (cl)), intracortical bone surface (Ct.BS/BV), Fractal Dimension (Ct.FD) and degree of anisotropy (Ct.DA). Cancellous bone was evaluated by: bone volume fraction (Tb.BV/TV), bone surface (Tb.BS/BV), trabecular connectivity density (Conn.D), structure model index (SMI), trabecular number (Tb.N), trabecular thickness (Tb.Th), trabecular separation (Tb.Sp), degree of anisotropy (Tb.DA), and Fractal Dimension (Tb.FD). Following, the samples were sectioned for histological evaluation of the Havers canals under phase contrast microscopy: area (C.Ar), perimeter (C.P), and circularity (C.C). Maxilla samples (n=4) were just evaluated qualitatively, revealing a mean cortical porosity of 20.62%. Mandible samples (n=26) revealed significant differences for Ct.BS/BV (p 0,001) with the IRN group showing a median value of 10.71 (8; 14.15), the ORN showing 10.67 (8.19; 17.16), and the NIR revealing a median of 6.34 (5.33; 6.70). Significant correlations between clinical and microarchitectural variables were: Strong and negative for the cumulative dose with Ct.BS/BV (p 0.001, r-0.82) and positive and moderate with Ct.FD (p 0.03, r0.58); and between the time of the end of Rtx in months with Ct.BS/BV being strong and negative (p 0.03, r-0.76). Intramethod correlations were only significant for the cancellous bone in 7 situations, 5 revealing to be strong correlations with two positive for the trabecular number with Tb.DA (p 0.01, r0.77) and with Tb.FD (p 0.01, r0.75); and 3 negatives of BS/BV with Tb.Th (p 0.02, r-0.71), Tb.N with Tb.Sp (p 0.02, r-0.71) and Tb.Sp with Tb.DA (p 0.008, r-0.80). Histology reveals irradiated cortical bone channels with less circularity (p<0.01), and with higher area and perimeter (p<0.001) compared with NIR. In conclusion, there are microarchitectural alterations in the irradiated bone, revealing higher intracortical surface for the patients after exposure to ionizing radiation, with and without the diagnosis of osteoradionecrosis, compared with non-irradiated individuals. Havers channels of irradiated bone were revealed to be bigger and less round compared to non-irradiated bone. Regarding the correlations related to the effects of the radiotherapy treatment, there is a significant relationship between the cumulative dose and the time after radiation exposure with the cortical microarchitecture. Concerning the correlations in the cancellous bone, there is a relation of the trabecular parameters with the texture parameters of fractal dimension and degree of anisotropy.