Por que traumas no joelho são tão difíceis de serem tratados?

- Atualizado no dia 2 de abril de 2019 -

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Problemas no joelho são muito comuns, especialmente em atletas, e afetam as pessoas em todas as idades. Um dos danos mais comuns e difíceis de serem tratados ocorrem na cartilagem, os quais podem ser resultados de feridas, tensionamento do joelho além do seu alcance normal de movimentação, uso excessivo ou fraqueza muscular. Muitos esportistas, amadores ou profissionais, sabem que danos na cartilagem do joelho parecem ser impossíveis de serem curados completamente. E isso foi corroborado por um estudo realizado em 2016, a partir de análises de carbono-14. E esse estudo veio para quebrar um longo debate na área médica sobre o potencial de regeneração e reparo do tecido cartilaginoso. Diferente dos ossos, a cartilagem nas articulações dificilmente irá se regenerar de forma robusta em resposta a danos e doenças, pelo menos não na fase adulta, especialmente no quadril e no joelho.

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O QUE É A CARTILAGEM ARTICULAR?

Existem três tipos de cartilagens no corpo humano: cartilagem hialina (ex.: dentro das juntas diartorodiais), fibrocartilagens (ex.: menisco do joelho e disco TMJ) e cartilagem elástica (ex.: orelha). Em específico, temos a cartilagem articular, a qual é um tecido conectivo que cobre a superfície óssea, sendo uma hialina especializada, que exibe uma maior lubrificação, capacidade de revestimento, baixa fricção e também reduz o estresse nas articulações (joelho, calcanhar, dedos, etc.).

Diferente da grande maioria dos tecidos no nosso corpo, a cartilagem articular não apresenta vasos sanguíneos/linfáticos nem nervos, e está quase sempre submetida a um desgastante ambiente biomecânico. Possui uma espessura entre 2 e 4 milímetros e é composta de uma densa matriz extracelular (ECM) com uma distribuição esparsa de células altamente especializadas chamadas de ´condrócitos´. O ECM é principalmente constituído de água, colágeno e proteoglicanos, com outras proteínas não-colágenas e glicoproteínas presentes em baixas quantidades. Juntos, esses componentes ajudam a reter água dentro do ECM, algo crítico para manter suas propriedades mecânicas únicas.

A matriz consiste de várias distintas regiões baseadas na proximidade com os condrócitos, composição, diâmetro e organização das fibrilas de colágeno. Os condrócitos - células metabolicamente ativas - constituem cerca de 2% do volume total da cartilagem articular, e variam em forma, número e tamanho, possuindo a função de desenvolvimento e manutenção do tecido.

A água é o componente mais abundante na cartilagem articular, contribuindo com acima de 80% do seu peso líquido. Boa parte está associada com espaços intrafibrilares dentro do colágeno e vários íons inorgânicos, como sódio, cálcio, cloreto e potássio, estão ali dissolvidos. Essa estrutura aquosa garante grande resistência a cargas sendo impostas nas articulações. Já o mencionado colágeno é a mais abundante macromolécula estrutural nessa matriz, compondo cerca de 60% da sua massa seca. Entre os 15 tipos dessa proteína presentes no nosso corpo, 7 estão presentes na cartilagem articular, com algo entre 90 e 95% deles sendo representados pelo tipo II. Além desses componentes, existem outros, como os proteoglicanos e glicoproteínas, que são essenciais para a estruturação da cartilagem, sendo alguns ainda misteriosos para nós quanto às suas funções específicas.

Com propriedades viscoelásticas únicas, a principal função da cartilagem articular é de fornecer uma superfície lisa e lubrificada para garantir uma baixa fricção nas articulações e facilitar a transmissão de cargas para a base óssea subcondral. Esse tecido é único em sua habilidade de suportar altas cargas cíclicas, demonstrando ínfima ou nenhuma evidência de danos ou mudanças degenerativas. Desde o nascimento até a morte de um indivíduo, o tecido cartilaginoso das articulações sofre certas mudanças, especialmente na infância e adolescência, porém, na fase adulta, entra em uma fase "intransigente".

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CARBONO-14 NA ATMOSFERA

O carbono (C) é a base estrutural de toda a vida na Terra. Ele existe sob inúmeras formas, seja em compostos orgânicos ou inorgânicos, e com a sua principal representação na atmosfera o dióxido de carbono (CO₂). Mas o elemento carbono não está presente no nosso planeta apenas sob a sua forma mais comumente conhecida, ou seja, com um núcleo contendo 6 prótons e 6 nêutrons. Temos também em ínfima quantidade o isótopo (mesmo número de prótons mas diferente número de nêutrons) carbono-13 (7 nêutrons) - cerca de 1% do total - e traços do carbono-14 (8 nêutrons) - na atmosfera, algo entre 1 e 1,5 átomos para cada 10¹² átomos de carbono.

Ao contrário do carbono-12 e do carbono-13, o carbono-14 não é estável, decaindo radioativamente para nitrogênio (N), e com um tempo de meia-vida de 5730 ± 40 anos. Muitos devem conhecer o carbono-14 como ferramenta de datação, onde se analisarmos a quantidade desse isótopo decaído em amostras de tecido orgânico, conseguimos determinar a idade de um fóssil, por exemplo, em um limite acima de 60 mil anos (Como calcular a idade da Terra?). Os seres vivos absorvem o carbono-14 a partir da cadeia alimentar, ao se ingerirem plantas e outros seres fotossintetizantes que absorvem o dióxido de carbono da atmosfera para transformá-lo em glicose.

Naturalmente, o carbono-14 é formado na atmosfera através dos raios cósmicos emanados do Sol, estes os quais geram nêutrons termais - nêutrons livre com uma energia cinética em torno de 0,025 eV - que são absorvidos por um núcleo de nitrogênio (presentes no mais abundante gás da atmosfera, N₂). Outras reações nucleares envolvendo nêutrons e outros elementos, como carbono-13 e oxigênio (O), podem ocorrer para a formação do carbono-14, mas de forma bem mais rara. Existem também decaimentos de elementos radioativos, envolvendo o Radônio (Ra), que também podem gerar carbono-14, mas de forma extremamente rara.

Bem, mas entre os anos de 1950 e 1963, houve uma produção bem acima do normal de carbono-14 na atmosfera, devido aos intensos testes nucleares realizados, principalmente, pelos EUA e União Soviética, durante a Guerra Fria. No começo dos anos de 1940, eram apenas alguns testes nucleares isolados feitos pelos EUA, mas o número dos mesmos aumentou exponencialmente a partir de meados dos anos de 1950. Nesse período, os testes envolviam, em sua grande maioria, as poderosas Bombas de Hidrogênio (O que são as Bombas de Hidrogênio?), e a imensa atividade nuclear sendo gerada no planeta pelas duas nações rivais liberou diversos nêutrons na atmosfera, culminando em um pico cada vez crescente de carbono-14 sendo produzidos, como mostrado no gráfico abaixo.

O gráfico está dividido em uma curva que representa o Hemisfério Norte do planeta (preta) e uma representando o Hemisfério Sul (vermelha). O pico máximo do Norte é maior e anterior ao Sul porque os testes nucleares eram realizados na porção Norte do planeta, com os maiores - incluindo a Tsar Bomba - ocorridos no Ártico Russo. Como as massas atmosféricas do Norte demoram cerca de 1 ano para se misturarem com o Sul, a concentração máxima de carbono-14 foi posterior nesse último.

Após a assinatura do Tratado de Banimento dos Testes Nucleares pelas nações de força nuclear, em Outubro de 1963, a quantidade de carbono-14 na atmosfera começou a diminuir vigorosamente ano após ano. Mas isso não foi devido ao decaimento desse elemento radioativo em nitrogênio - lembre-se que sua meia-vida é de quase 6 mil anos - mas, sim, porque as massas oceânicas e o bioma (fauna e flora) da superfície da Terra começaram a absorver esse isótopo, retirando-o da atmosfera e forçando a substituição por carbono-12 (em maior extensão). Nos oceanos (e outras massas de água), a absorção ocorre por dissolução do dióxido de carbono e pelo ecossistema aquático. Tanto nas massas de água quanto na superfície terrestre, os seres fotossintetizantes, como as plantas e o fitoplâncton, fixam todos os isótopos de carbono através da fotossíntese. Com isso, as décadas foram se passando e a quantidade atmosférica de carbono-14 diminuíram drasticamente, tendendo a voltar, praticamente, a ser apenas aquele traço natural na atmosfera sendo mantido pelos raios cósmicos.

Mas o fato mais importante aqui é que os seres vivos nascidos em torno das décadas que englobam os massivos testes nucleares possuem em sua composição, através da cadeia alimentar ou produção direta (fotossíntese), quantidades muitos maiores de carbono-14 em certos tecidos no corpo que não são regenerados com facilidade, ou que não se regeneram na prática. Por exemplo, a pele está sempre se regenerando com o tempo, com suas estruturas carbônicas sendo constantemente substituídas por novas sintetizadas ou assimiladas pelo corpo. Ou seja, a concentração de carbono-14 na pele acompanha, em magnitude, a concentração de carbono-14 na atmosfera. Porém, tecidos como o esmalte do dente e a lente do olho permanecem inalterados depois de completamente formados e, portanto, sua concentração de carbono-14 acompanha aquela da atmosfera de uma época específica.

Sabendo dessa diferença de concentração relativa ao carbono-14 que é dependente do tecido analisado e decorrer do tempo desde os intensos testes nucleares, torna-se possível determinar a idade de um indivíduo, por exemplo, analisando a concentração de carbono-14 na composição dos seus dentes ou das lentes oculares, bastando tomar como referência um gráfico que acompanha a ascensão e queda desse isótopo na atmosfera. Essa já é uma estratégia utilizada em vários campos científicos para esse tipo especial de datação. Analisar a concentração de carbono-14 nos tecidos diversos do corpo de um indivíduo morto também pode ser usado para determinar o ano de morte, já que a regeneração dos tecidos é interrompida - cabelo, unhas, sangue, etc. No estudo humano, técnicas de datação do tipo podem ajudar o trabalho investigativo da polícia e de historiadores, mas também pode ajudar os cientistas a elucidar as taxas de regeneração dos tecidos. E é aqui que entra a grande e triste descoberta publicada em 2016 sobre a cartilagem articular.

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CARTILAGEM IMUTÁVEL

Danos nas juntas e na cartilagem articular são bastante frequentes no mundo. Só nos EUA, acima de 6 milhões de pessoas visitam os hospitais todos os anos por causa de problemas no joelho, pulso e calcanhar. A progressiva destruição da cartilagem articular por causas diversas pode acabar expondo as terminações finais dos ossos, deixando-as sem proteção. Esse processo, finalmente, vai se complicando na forma mais comum de artrite, a osteoartrite (ou doença degenerativa das juntas). Nos EUA, é reportado que a osteoartrite afeta em torno de 34% da população de adultos acima dos 65 anos de idade (12,5 milhões). Aqui no Brasil, essa doença representa entre 30 e 40% das consultas em ambulatórios de Reumatologia e é a causa de cerca de 7,5% dos afastamentos de trabalho.

Estudos até meados de 2016 apostavam em uma fraca, mas existente, capacidade de regeneração e reparação na cartilagem articular de adultos após danos e doenças degenerativas, algo que fomentou grandes promessas em tratamentos que estimulassem essa capacidade de auto-recuperação, especialmente através da engenharia de tecidos. Inclusive foi publicado um estudo em fevereiro de 2016 (Ref.9) com resultados que desafiavam o consenso médico de que a cartilagem articular sofria apenas um mínimo reparo e que a perda de colágeno era irreversível em pacientes com osteoartrite. Além disso, esse mesmo estudo trouxe evidência de que a resposta anabólica na cartilagem do joelho era significativamente diferente daquela encontrada nos quadris.

Porém, em julho de 2016 (Ref.10), pesquisadores utilizando a ferramenta forense de datação de carbono-14 em amostras de cartilagem articular de 23 voluntários (8 deles com as articulações do joelho saudável e 15 deles com osteoartrite na região) nascidos entre os anos de 1935 e 1997, revelaram que a cartilagem é, essencialmente, um tecido permanente tanto em adultos saudáveis quanto naqueles com osteoartrite. Em todos os voluntários analisados, os pesquisadores não detectaram, virtualmente, nenhuma formação de colágeno novo na cartilagem articular, independentemente da existência de doenças ou grande estresse provocado por excessos de cargas em diferentes partes articulares coletadas, sugerindo que esse tecido é uma estrutura permanente depois de formada.

Montagem Instrumental para a Bomba de Pulso de Carbono-14, técnica analítica usada para medir a quantidade desse elemento na cartilagem articular do joelho no estudo de 2016

Basicamente, analisando a composição de carbono-14 na estrutura das proteínas de colágeno da cartilagem articular do joelho desses pacientes, os pesquisadores mostraram que o nível desse isótopo entre eles indicava uma idade entre 8 e 13 anos para os voluntários, comprovando que praticamente nenhuma nova molécula dessa proteína estava sendo sintetizada na fase adulta. Para estudos anteriores que encontraram evidência de significativa regeneração e reparação na cartilagem articular, os pesquisadores desse último trabalho sugeriram que os erros provavelmente vieram porque estavam sendo usados medidas indiretas de parâmetros no tecido cartilaginoso (!).

Esses resultados, ainda não refutados, explicam porque danos nas articulações envolvendo o tecido cartilaginoso são tão difíceis de se tratar, mesmo com o uso de terapia de células-tronco e transplante de cartilagem, e geralmente acabam acompanhando o paciente para o resto da vida em alguma extensão.

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(!) PORÉM...

Alguns animais, como peixes-zebras (Danio rerio), peixes da família Polypteridae e os famosos axolotes (salamandras altamente regenerativas que retêm a fase larval - com brânquias - por toda a vida), regulam a regeneração de membros via um circuito de microRNA (miRNA) conservado ao longo das espécies. No entanto, ao contrário desses animais, os humanos não conseguem regenerar membros inteiros. E, como já explorado, não existem evidências de que os humanos sejam capazes de significativamente reverter danos cumulativos do uso repetitivo das articulações ou de traumas substanciais relacionados a esportes e outros acidentes, ou seja, lesões que levam à degradação da cartilagem e ao desenvolvimento de osteoartrite.

Porém, um estudo recentemente publicado no periódico Science Advances (Ref.13) encontrou essa aparente quase incapacidade de regeneração não é a mesma em todas as cartilagens dos adultos. Explorando as transformações proteicas nas cartilagens de articulações dos membros inferiores de humanos e analisando relógios moleculares na forma de proteínas deamidadas não-enzimaticamente (via espectrometria de massa), os pesquisadores revelaram um gradiente posição-dependente (distalmente alto, proximalmente baixo) de transformação proteica, indicando um gradiente de anabolismo de tecido que reflete uma capacidade inata de reparação tecidual nos humanos nas cartilagens dos membros inferiores que está associada com a expressão de microRNAs membro-regenerativos similares aos encontrados nos axolotes.

Nesse sentido, o estudo mostrou que a cartilagem humana compartilha o circuito regulatório de miRNA da blastema evolucionalmente conservado entre os tetrápodes, crucial para a regeneração de membros em animais altamente regenerativos. Porém, os pesquisadores mostraram que essa capacidade regenerativa - nos membros inferiores - é alta apenas no tornozelo, e sendo intermediária no joelho e baixa no quadril. Isso pode explicar o porquê a osteoartrite na cartilagem do calcanhar é tão rara e porque lesões no joelho são tão difíceis de serem revertidas, e o porquê do estudo de 2016 não ter encontrado, no quadro geral, evidências de regeneração na cartilagem do joelho.

É válido, contudo, destacar que o novo estudo - publicado em outubro de 2019 - é limitado ao analisar apenas um subconjunto de colágenos e de proteínas associadas ao colágeno nas cartilagens das juntas.

De qualquer forma, essa capacidade de regeneração, pelo menos intrínseca e potencial, pode ser uma estratégia futura para estimular a regeneração das cartilagens em humanos adultos, via, por exemplo, "coquetéis moleculares" contendo fatores de regeneração como os miRNA.

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PREVENIR É A PALAVRA

As evidências científicas acumuladas até o momento reforçam que a melhor forma de lidarmos com os problemáticos danos nas articulações é investindo na prevenção, especialmente nas regiões do quadril e do joelho. É preciso proteger o máximo possível as cartilagens quando jovem, porque elas dificilmente vão se regenerar ou sofrer qualquer tipo de reparação que as deixem novas novamente. Controlar a obesidade, evitar exercícios físicos muito pesados e repetitivos, fortalecer a musculatura de forma saudável (musculação, por exemplo) e usar o máximo de proteção nas articulações durante a prática de esportes radicais (como cotoveleiras e joelheiras) são todas boas medidas para diminuir o estresse e prevenir sérios traumas na cartilagem articular. Em caso de danos já existentes, esses cuidados precisam ser redobrados para prevenir danos adicionais.

CURIOSIDADE: Muitas pessoas ficam preocupadas com o ato de estalar os dedos e outras articulações do corpo. Afinal, faz mal ou não para a cartilagem articular? Promove o desenvolvimento de uma artrite? Nesse artigo eu esclareço a questão: Faz mal estalar os dedos? Ou caso você prefira, fiz também um vídeo sobre o assunto: Faz mal estalar os dedos? (YouTube)

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REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS: