TÜRKİYE CUMHURİYETİ DİCLE ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
LOKAL MİKROTİTREŞİM VE PULSLU
ELEKTROMANYETİK ALAN UYGULAMASININ
KEMİK KIRIĞI ÜZERİNE ETKİLERİNİN
KARŞILAŞTIRILMASI
FERHAT ÇELİK
YÜKSEK LİSANS TEZİ
FİZYOLOJİ ANABİLİM DALI
2015
DANIŞMAN
TEŞEKKÜR
Öğrenilmeye çalışılan herhangi bir yabancı dilde okumanın aslında ne kadar rahat olduğunu aynı dilde bir şeyler yazmayı denediğinde öğreniyor insan. Tez yazım süreci de bir parça öyle oldu benim için. Bilimsel metinleri okumanın rahatlığını, yazmanın zor ve girift yollarında yol alırken bir kez daha anladım.
Tez yazma aşaması rahat ve sorunsuz geçen kaç kişi vardır bilmem ama bu sürecin rahat geçmesinde sağlam bir danışmanın varlığını hissetmek çok önemliydi. Bu yönüyle bakıldığında değerli danışman hocam Doç. Dr. Murat BİLGİN’in benim ilk yolculuğumda önümde bulduğum en büyük şans olduğunu söylemeliyim. Tez canlı yapısı, herhangi bir iş için yapılacak en uygun zamanın şimdi olduğunu çok iyi bilen bilge tavrı benim için oldukça aydınlatıcı oldu. Kendisine teşekkür etmek çok az kalacak biliyorum. Bu yüzden tüm bilimsel yolculuğum boyunca kendisine minnettar kalacağım.
Bir de bu süreçte verdiği pratik çözümler, her dem önerdiği kolaycı fikirlerle hep yanımızda olan, telefonun öbür ucunda hiçbir enaniyet belirtisi göstermeden, yardımsever kişiliği ile hep güven kaynağı olan ağabeyimiz, hocamız Doç. Dr. Veysi AKPOLAT’a
Yine bu çalışma boyunca iyilikseverlikte Rahibe Terasa sendromundan hiç çıkmayan ve bana bilimsel/fiili olarak yardımlarını esirgemeyen değerli dostum Yrd. Doç. Dr. Mehmet GEM’e,
Akılcı çözümlerinden istifade ettiğim Doç. Dr. Selçuk TUNİK’e, İstatistiki analizlerimi yapan Yrd. Doç. Dr. İsmail YILDIZ’a, Teşekkür ederim.
İÇİNDEKİLER
TEŞEKKÜR...I İÇİNDEKİLER...II ŞEKİLLER VE GRAFİKLER DİZİNİ...IV RESİMLER DİZİNİ...V TABLOLAR DİZİNİ...VI SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ...VII ÖZET...VIII ABSTRACT...X
GİRİŞ VE AMAÇ...1
1. GENEL BİLGİLER...3
1.1. Kemik Oluşumu ve Resorbsiyonu...3
1.2. Kemik Kırıkları Sonrası Meydana Gelebilecek Olaylar ve Kemik Tamiri. . .6
1. Yangı Evresi:...6
2. Tamir Evresi:...6
3. Yeniden Şekillenme (remodeling) Evresi:...7
1.3. Kemik Markerları...8
1.3.1. Osteokalsin...8
1.4. Mekanotransdüksiyon...8
1.5. Düşük Yoğunluklu Yüksek Frekanslı (DYYF) Titreşim...9
1.6. MANYETİK UYARI...10
1.6.1. Tarihçesi...10
1.6.2. Manyetik Fenomenin Fiziği...11
1.7. Pulslu (Pulslu) Elektromanyetik Alan (PEMA)...12
1.8. Kemik Kırıkları ve Nonunion...13
1.9. Neden Tibia?...13
2. GEREÇ VE YÖNTEM...14
2.3. İstatistiksel Analizler...21
3. BULGULAR...21
3.1. Osteokalsin seviyelerinin değerlendirilmesi...21
4. TARTIŞMA...26
5. SONUÇ VE ÖNERİLER...29
6. KAYNAKLAR...30
ŞEKİLLER VE GRAFİKLER DİZİN
Şekil 1Manyetik Stimülatörün değişik dalga formları...12
Şekil 2 DYYF için kullanılan uyartı devresi...16
Şekil 3Titreşim motor performansının karakteristik değişimi...18
YGrafik 1 Osteokalsin Ortalama değerlerinin karşılaştırılması...222
Resim 1 OPG'nin RANKL ve RANK yolunu bloklaması....4
Resim 2 Trabeküler ve Kortikal Kemik üzerinde kemik şekillendirme...4
Resim 3 Osteon...5
Resim 4 Kırık İyileşmesi ve aşamaları ...7
Resim 5 Faraday kafesi oluşturulmuş cihaz...15
Resim 6 PEMA uygulaması...15
Resim 7 Kullanılan motorun diyot takıldıktan ve makaron adı verilen siyah plastik kapla kaplandıktan sonraki hali...19
Resim 8 Sıçanın kırık yapılan sağ bacağının üzerine bir flaster yardımıyla yapılan uygulama...20
Resim 9 Uygulama sırasında fareler kafeslerinde herhangi bir kısıtlamaya veya anesteziye maruz bırakılmaksızın rahatça hareket edebilmektedirler...20
Resim 10 Titreşim grubu 1. hafta röntgen görüntüsü...24
Resim 11Titreşim grubu 3. hafta röntgen görüntüsü...24
Resim12 Kontrol Grubu 1. Hafta röntgen görüntüsü...24
Resim 13 Kontrol Grubu 3. hafta röntgen görüntüsü...24
Resim 14 PEMA 1. hafta Röntgen görüntüsü...25
Resim 15 PEMA 3. hafta Röntgen görüntüsü...25
Tablo 1 Osteokalsin Seviyeleri medyan ve standart sapma değerleri...22
Tablo 2 PEMA grubu 7. ve 21. gün kallus dokusunun varlığı ve yokluğu açısından
değerlendirilmesi...23
Tablo 3 Titreşim Grubu 7. ve 21. gün kallus dokusunun varlığı ve yokluğu açısından
değerlendirilmesi...23
Tablo 4 Kontrol Grubu 7. ve 21. gün kallus dokusunun varlığı ve yokluğu açısından
değerlendirilmesi...23
FGF : Fibroblastik Büyüme Faktörü
BMP : Kemik Morfojenik Protein
CV : Kıstırılmış Titreşim Uygulaması
DYYF : Düşük Yoğunluklu Yüksek Frekanslı
DYYFV : Düşük Yoğunluklu Yüksek Frekanslı Titreşim
PEMA : Pulslu Elektromanyetik Alan
g : Yerçekimi ivmesi
Hz : Hertz
mA : Mili Amper
mT : MikroTesla
OPG : Osteoprogeterin
PDGF : Platelet Kaynaklı Büyüme Faktörü
PEMA : Pulslu Elektro Manyetik Alan
RANK : Aktivatör Nükleer Kappa B Reseptörü
RANKL : Aktivatör Nükleer Kappa B Ligandı
TGF-β : Dönüştürücü Büyüme Faktörü-Beta
TVT : Tüm Vücut Titreşim
V : Volt
VEGF : Vasküler Endotelyal Büyüme Faktörü
LOKAL MİKROTİTREŞİM VE PULSLU ELEKTROMANYETİK ALAN UYGULAMASININ KEMİK KIRIĞI ÜZERİNE ETKİLERİNİN
KARŞILAŞTIRILMASI
Kemik kırık iyileşmesinde konvansiyonel tedavi yöntemlerine yardımcı ve iyileşmeyi hızlandırıcı etkisi olan bilimsel metotlarla ilgili çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Son zamanlarda en popüler olanları arasında yer alanlardan ikisi Pulslu Elektromanyetik Alan (PEMA) ve Düşük Yoğunluklu Yüksek Frekanslı (DYYF) titreşim uygulamalarıdır. Biz de daha ileri çalışmalara gerek duyulan bu uygulamaları tez konusu olarak belirledik.
Toplamda 30 adet Sprague-Dawley sıçan 3 gruba ayrıldı ve hayvanlarda kapalı lineer kırık hattı oluşturuldu. Birinci grup DYYF titreşim (TG), ikinci grup Pulslu Manyetik Alan (PEMA) ve üçüncü grup da kontrol (KG) olarak belirlendi.
Birinci gruba DYYF titreşim tarafımızca geliştirilmiş olan “bilezik metodu” aracılığıyla verildi. İkinci gruba günde üç buçuk saat PEMA uygulaması yapıldı. Tüm uygulamalar 21 gün sürdü. Kontrol grubuna ise herhangi bir uygulama yapılmadı.
Sonuçlar, röntgen ve serum osteokalsin seviyelerine bakılarak değerlendirildi. Tedavinin 7. ve 21. günlerinde çekilen grafiklerle radyolojik olarak kallus dokusun varlığı/yokluğu açısından değerlendirildi. İstatistiksel değerlendirmede Mc-Nemar testi kullanıldı ve tedavi uygulanan PEMA ve TG gruplarında kallus dokusunun varlığı anlamlı bulunmuşken (p≤0,05), kontrol grubunda anlamlı bulunmamıştır (p> 0,05). TG, PEMA ve KG; Osteokalsin (Ortalama ± SD) değerleri açısından karşılaştırıldığında aralarındaki fark önemli derecede anlamlı bulunmuştur (p<0,017). TG ve PEMA grupları kendi aralarında karşılaştırıldıklarında ikisi arasındaki fark anlamlı bulunmadı (p>0,001); TG, KG karşılaştırıldığında fark önemli derecede anlamlı bulundu (p≤0 ,001); PEMA, KG karşılaştırıldığında da aralarındaki fark anlamlı bulunmuştur (p≤0 ,001).
Yaptığımız çalışmada röntgen sonuçları ile osteokalsin seviyeleri açısından baktığımızda hem PEMA’nın hem de DYYF titreşimin kemik kırıklarında birbirine yakın düzeylerde olumlu etkisinin olabileceğini bulduk.
Anahtar Sözcükler: düşük yoğunluklu yüksek frekanslı titreşim, pulslu manyetik
alan, kırık iyileşmesi
COMPARISON of THE EFFECT of LOCAL MICROVIBRATION and PULSED ELECTROMAGNETİC FIELD APPLICATION ON BONE
FRACTURE
The effectiveness of various therapeutic methods on bone fractures have been demonstrated in several studies. The popular of them are Low Magnitude High Frequency Vibration and Pulsed Magnetic Fields.
In this study, we used 30 Sprague-Dawley rats and made a linear fracture on their tibias. We divided rats into three groups. The first one is low magnitude high frequency vibration group (VG), the second one is pulced electromagnetic field (PEMFG) group and the third one is control group (CG).
We applied vibrations to rat tibia for 15 min/day by means of “bangle method” that we developed. We applied pulced electromagnetic field for 3,5 hours/day with a faraday cage. Nothing was applied to control group.
We took the x-rays at 7 and 21 days after the end of the tissue healing process. The x-ray results were evaluated whether there was callus tissue or not. Mc-Nemar test was used for statistical analyses; there were statistically significant differences between PEMFG and VG when compared to CG about the existence of the callus tissue (p≤0,05).
Kruskal-Wallis test was used for the statistical analysis of serum levels of osteocalcin in comparison with each of the three groups. Mann-Whitney test was used in pairwise comparison of groups. VG and PEMFG groups were compared with each other and the difference is not statistically significant (p >0.001). There was a statistically significant difference between the groups of VG and CG (p≤0,001). There was also a statistically significant difference between the groups of PEMFG and CG (p≤0, 001).
In conclusion, the application of direct LMHF vibration and PEMA on the fracture promoted bone formation and healing almost equal levels.
Key Words: Low magnitude high frequency vibration, Pulsed Magnetic Field, tibia,
GİRİŞ VE AMAÇ
Klinik olarak kemik kırıklarında meydana gelen gecikmiş iyileşme ve hiç iyileşmeme durumları çeşitli araştırmalara konu olmuştur. Kaynamayan el bileği kemiklerinden uzun kemiklere kadar birçok kemik, operasyon geçirilip geçirilmemesine ve daha sonraki etkenlere bağlı olarak iyileşmede normalden sapma gösterebilmektedir. Ortopedistlerin ‘’union’’ adını verdikleri kırığın bulunduğu yerdeki ayrımların birleşme bölgesi konvansiyonel olarak birçok tedavi gereksinimini doğurmuş ve bunlar yüzyılın başından beri denenmiştir. Son zamanlarda en popüler olanları arasında yer alan tedavi yöntemlerinden ikisi Pulslu Elektromanyetik Alan (PEMA) ve Düşük Yoğunluklu Yüksek Frekanslı (DYYF) titreşim uygulamalarıdır. Kemik kırığı üzerinde DYYF’nin etkinliği birçok çalışmada ortaya konulmuştur. Bu çalışmaların çok az bir kısmı dışında hemen hepsi tüm vücut uygulamaları şeklinde olmuştur.
Tüm vücut titreşim uygulamalarına alternatif olarak birçok tedavi uygulama modeli geliştirilmeye çalışılmıştır. Bunlar arasında sıçan tibiasına yerleştirilen titanyum implantlara titreşim verilen çalışmalar (1) olduğu gibi sıçanı kuyruğundan
asmak suretiyle bölgesel titreşim uygulanmıştır (2). Yine bu uygulamalar arasında
sıçan tibiasının alınarak kıstırıldığı (3) ve anestezi altında büyük cihazlarla bölgesel
bir titreşim uygulaması çalışmasını görmekteyiz.
Tüm bu lokal/radial uygulamalar insan çalışmalarına birebir yol verecek derecede ilerlemeye imkân sağlıyor gibi gözükmemektedir. Tezimizde daha sonraki insan çalışmalarına basamak oluşturacak titreşim uygulaması yapmayı planladık. Önceki çalışmalarda elde edilen etkinliği kanıtlanmış titreşim değerleriyle uyumlu bir aralıktaki titreşimi (0.35g, 50 Hz) uygulandığına rastlamadığımız bir metotla uyguladık. “Bilezik Metodu” adını verdiğimiz bu metodu uygularken insan için mümkün olabilecek bir uygulama şeklini amaçladık.
Öte yandan konvansiyonel tedavilerle ilgilenen klinisyenlere yardımcı olacağı kanaatini taşıyarak, bu iki popüler konvansiyonel tedavi yöntemini karşılaştırmayı
amaçladık. Zira literatür taraması yaptığımızda PEMA ile DYYF’yi karşılaştıran bir yayına rastlamadık.
Burada temel olan iki sorunun cevabını bulmaya çalıştık. Bu sorulardan birincisi “niçin bu uygulamaları yapmalıyız?” idi. Yani iyileşmeyen bir kemik kırığının neden iyileşmediğinin sorusu sorulmuş oluyordu. İkinci ise; bu uygulamaları “nasıl yapmalıyız” idi. Bu da varolan/önerilen tedavileri hangi metotlarla daha etkin ve ergonomik bir şekilde uygulayacağımızla ilgiliydi. Tüm bunlardan sonra bir tedavi için gerekli iki sorudan birincisi kadar diğerine de yardımcı olmayı amaçladık.
Dolayısıyla çalışmamızın bir taraftan hangi tedavinin daha etkin olduğunu sorgularken diğer taraftan hangi tedavinin nasıl uygulanacağına verilen cevabı aramaya dönük olarak ortaya çıktığı kanaatini taşımaktayız.
1. GENEL BİLGİLER
Kemik sertliğini büyük ölçüde kalsiyum tuzlarının çökmesinden alan sert organik bir matrikstir. İki tip kemik vardır. Bunların birincisi kompakt kemik olup kemiklerin yaklaşık %80’inin oluşturur. Kemiğin bu kısmı daha çok dış tabakayı oluşturur. İkincisi kortikal kemiğin iç kısmında bulunan trabeküler kemiktir ve tüm kemiklerin %20’sine denk gelir. Kompakt kemik, trabeküler kemiğe göre aynı yüzey alanı içinde daha az hacme sahiptir. Besin maddeleri kortikal kemiğin içinde bulunan hücrelere havers kanalları yardımıyla ulaşırken, trabeküler kemik içindeki hücreler besin maddesini kemik hücre dışı sıvısından alır. Havers kanallarının çevresinde silindir şeklinde yerleşen kollajenler Osteon ve havers sistemi adını alır (4,5).
Kollajenler birçok organın bütünlüğünü sağlayan yapılardır. Günümüzde bilinen 15 farklı kollajen ailesi vardır. Kemiğin gerilmeye ve sıkışmaya karşı dirençli olmasını kalsiyum (Ca+2) ve hidroksiapatit kristalleri ile kollajen lifleri arasındaki
bağlar sağlar. Kemikte sıklıkla bulunan tip 1 kollajenin yapısını oluşturan 3’lü polipeptit yapı aynı ağırlıktaki çelik kadar sağlamdır (4).
1.1. Kemik Oluşumu ve Resorbsiyonu
Kemik oluşumu kemik yüzeyi veya boşluklarında bulunan osteoblast adlı hücreler tarafından yapılır. Osteblastlar fibroblastların farklılaşmış bir türüdür. Aktiviteleri süreklidir ve yaşayan tüm kemiklerde işlevlerini sürdürürler. Kollajen tip I oluşturarak, yeni kemik oluşumunu sağlarlar.
Osteoklastlar kemik yıkımından sorumlu çok çekirdekli hücrelerdir. Bu hücreler fagositik özellikler taşırlar. Osteoklastlar, kemik iliğindeki T hücreleri, stromalar ve osteoblastlarda bulunan hücrelerin yüzeylerinde bulunan Reseptör Aktivatör Nükleer Kappa B Ligandı (RANKL) gibi sitokinlerin salgılanması ile monositlerdeki RANKL reseptörleri (RANK) ile birleşerek monositleri osteoklastlara dönüştüren olaylar dizisini aktive eder. Osteoblastlar, osteklastik aktiviteyi kontrol etmek için
osteoprogeterin (OPG) denilen stokinleri üretir. OPG, RANKL-RANK birleşmesini
ve RANKL’ın RANK ile birleşmesini engelleyerek preosteoklast hücrelerin aktive olmasına mani olur (6) (Resim 1).
Resim 1 OPG'nin RANKL ve RANK yolunu bloklaması ( http://www.ijem.in
adlı siteden alınmıştır.
Resim 2 Trabeküler ve Kortikal Kemik üzerinde kemik şekillendirme (http://www.nature.com adlı siteden alınmıştır)
Osteoblast ve osteoklastların kortikal kemik ve trabeküler kemik üzerindeki etki tarzları farklılık arz eder (Resim 2). Kortikal kemik üzerinde çoğu kez osteklastlar bir tünel meydana getirir. Bu tünellerde osteoklastların peşi sıra
osteoblastlar belirir ve aylarca sürecek olan yeni kemik oluşum sürecini başlatırlar. Bu yeni kemik oluşumu kemiği besleyen damarları ihtiva eden havers kanallarına ulaşınca durur. Bu yeni kemik depo alanına osteon denir (Resim 3). Trabeküler kemik içindeki değişim ise kortikal kemikler gibi tünel açmak suretiyle değil trabeküllerin yüzey alanları üzerinde gerçekleşir.
Resim 3 Osteon (http://www.nature.com/ adlı siteden alınmıştır).
Yaşlılar ve çocuklarda kemik yapıp ve yıkım hızı aynı oranda olmasa da normalde kemikte bu sürekli yıkım ve yapım eşit seviyede devam eder. Dolayısıyla kemikte sürekli bir şekillenme (remodeling) söz konusudur (Resim 2).
Bu şekillenme yükün şiddetine göre daha fazla kalınlaşma yahut daha çok incelme şeklinde kendini gösterebilir. Örneğin sportif aktiviteler yapan kişilerin kemik ağırlıkları sedanter kişilere göre daha ağırdır (5).
Kemik kırıklarında da kemiğe binen stresin/yükün etkilerini görmek mümkündür. Açılı kırıklarda açının fazla basınca maruz kalan kısmında osteoblastik aktivite artmışken, basıncı olmadığı açıda emilim yada osteoklastik aktivite artmış bulunur. Bu durum yeni kemiğin oluşmasını neredeyse eskisine yakın bir düzlükle oluşmasını sağlar (5).
Kemik kırıklarında maksimum oranda artmış bir osteoblastik aktivite görülür. Kemik zarında bulunan ve osteoprojenitör denilen kemik hücrelerinden çok sayıda osteblastik hücre oluşur. Böylece az bir zaman zarfında, kemik kırık uçları arasında
çok büyük bir osteblastik hücre kütlesi buna bağlı doku matriksi ve kalsiyum tuzlarının istiflenmesi görülür. Buna kallus dokusu denir.
1.2. Kemik Kırıkları Sonrası Meydana Gelebilecek Olaylar ve Kemik
Tamiri
Herhangi bir kemik kırığı sonrasında kemik dokusunda oluşan yeniden iyileşme aşamaları üç aşamada gerçekleşir.
1. Yangı Evresi: İlk 24-48 saatlik süre içerinde kıkırdak uçlarından, tahribat meydana gelen periosttan ve çevredeki diğer yumuşak dokulardan kanama ile kırık hematomu meydana gelir. Oluşan bu dokuda büyüme faktörleri salgılanabilme yeteneğine sahiptir ve kan oluşturan hücreler ihtiva eder. 48 saat ile 5. gün arasında kırık uçlarının olduğu bölgelerde fibrin içeren granülasyon dokusu oluşur. Bu granülasyon dokusu bir tür bütünleşmiş hematom yapısındadır ve birçok yangısal hücre içerir.
2. Tamir Evresi: Bu evrede osteoblastlar iki farklı hücre tipinden farklılaşırlar: osteojenik öncü hücreler ve fibroblastlar. Mezenkimal kök hücre burada iki farklı türde farklılaşabilir. Birincisi fibroblast ve perisitlere geri dönüşümlü olarak farklılaşır. İkincisi ise kan yapıcı hücreler, yağ hücreleri, düz kas hücreleri, kondrosit ve osteoblastlara farklılaşabilir. Oluşan ilk kallus dokusu cevabının yeni kapiller ile tamamlanması 4-12. günler arasında gerçekleşir. Bu bölgede trabeküler kemik, kıkırdak hücreleri ve fibroblastların bir araya gelmesi ile 7-40. günler arası kallus dokusu oluşur. Eğer kırık uçları sürekliliğini yitirmiş ise yumuşak kallusu oluşur. Daha sonra meydana gelmesi beklenen sert kallus ise geç ve yavaş oluşarak bu ilk dokuyu destekler. Primer kortikal iyileşme süreci anatomik olarak meydana gelen redüksiyon ve mekanik tespit ile sağlanır.
3. Yeniden Şekillenme (remodeling) Evresi: Kırık iyileşmesinin en son ve en uzun süren evresi bu evredir. Kemik ve kallusun çok yavaş bir biçimde şekil değiştirmesi ile karakterizedir. 25-100. günler arasında yapısal trabeküler kemik oluşmaya başlar. Bu sırada kemik yıkımından sorumlu
hücrelerin rezorptif faaliyetleriyle medüller kanal kendine ait trabeküler yapısı ile oluşmaya başlar. Kompakt kemik de kendine has osteonal yapısını kazanır (50. günden sonra). Yapım ve yıkım olayları belirli bir düzen içinde kırıktan sonraki 6-9 yıl kadar devam edebilir. Kemik bu evrede fizyolojik stresler altında normal yapısına kavuşur. (Wolf Kanunu)
Hormonların kırık iyileşmesine etkileriyle ilgili olarak genel bir bilgi verilecekse şunlar söylenebilir: Kortizon hormonu kallus oluşumunu azaltır, kalsitonin hormonu ise arttırır. Tiroit ve Paratriod hormonlar ise yeniden şekillenmeyi yönlendirir ve büyüm hormonu kallus miktarını arttırır.
Resim 4 Kırık İyileşmesi ve aşamaları (Çakmak M ve ark. Ortopedi, Nobel tıp kitabevleri 1998, s 4’den alınmıştır)
1.3. Kemik Markerları
1.3.1. Osteokalsin
İnsanların iskeletlerindeki proteinlerin %1-2 kadarını oluşturan Osteokalsinler insan vücudunda osteoblastik aktivitenin önemli habercilerindendir.
Osteokalsini insan vücudunda üretebilen yegane hücreler osteoblastlar, odontoblastlar ve az da olsa hipertrofik kondrositlerdir. Osteokalsinler kemik tuzlarının başında gelen ve formülü (Ca10(PO4)6(OH)2 olan hidroksi apatit
kristallerini bağlayabilme yeteneğine sahiptir. Kemiklerin matriks kısımlarında bulunur ve kollajenden bağımsız bir proteindir.
Bu proteinin molekül ağırlığı 5900 daltondur. Üç farklı pozisyonuna g-karboksi glutamat izi içerir. Yapısında 49 amino asit vardır. Sentezi için K ve D3 vitaminine ihtiyaç vardır (7 ,8).
1.4. Mekanotransdüksiyon
Kemik mekanik bir yüklemeye karşı kendi kitlesi ve yapısını adapte etme özelliğine sahiptir. Bu mekanik uyarılar bir osteosit tarafından alınır ve elektriksel veya biyokimyasal sinyallere mekanotransdüksiyon ile çevrilir.
Geniş bir mekanik stimülasyon grubundan etkilenerek farklılaşma ve osteoblastojenik olaylara sebebiyet verme potansiyeline sahip osteositler kemik hücrelerinde mekanik stimülasyonları alan, işleyen ve gerekli cevabın oluşmasını sağlayan hücrelerdir. Mekanik stimülasyonlar arasında titreşim, alçak frekanslı pulslu manyetik alan, sıvı akışı, yerçekimindeki değişiklikler, membran gerilimleri sayılabilir (9).
Osteoblastların mekanostimülasyonu büyüme faktörlerinin sekresyonlarını da uyarır. Bu büyüme faktörleri arasında VEGF, PDGF, bFGF, TGF-β ve BMP de bulunur. Her ne kadar bunların hiçbiri spesifik olarak hücre tiplerinde etkili olmasalar da, osteogenezisin lokal düzenlemelerinde prensip olarak önemli olduğu kabul edilir (9). İskelet dokusuna has değişiklikler bu büyüme faktörlerinin dolaşımdaki hormonlarla etkileşimi veya hücreler arası spesifik mediyatörler aracılıyla gerçekleşir.
1.5. Düşük Yoğunluklu Yüksek Frekanslı (DYYF) Titreşim
DYYF, yerçekimi ivmesi olan 1 g’ye eşit veya altındaki yoğunlukta frekansları 20 ila 90 Hz arasında bulunan ve kemik dokuda çok küçük gerimler oluşturan titreşimlerdir (10).
ISO (International Safety Organization) titreşim parametreleriyle ilgili olarak 20 – 90 Hz frekans aralığını ve 0,56 g altındaki yoğunluk değerlerinin herhangi bir akut veya kronik etki oluşturmadığını, dolayısıyla bu aralıkta uygulanacak titreşim uygulamalarının güvenli olduğunu belirtmiştir (11).
DYYF’nin etkinliği birçok değişik doku türünü içine alan geniş bir yelpazede araştırılmıştır. Bu yelpaze içinde kemik doku etkinliği (12,13) kan akımı üzerine
etkileri (14) yanında kas ve denge kontrolü (15,16) de yer almaktadır (17).
Düşük frekanslı titreşimlerle ilgili çalışmalar milenyumun başında önemli ölçüde arttı. Bunlar arasında çok sayıda atıf yapılanlardan bir tanesi yetişkin koyunların arka bacaklarına uygulanan düşük yoğunluklu titreşim uygulamasıdır. Çalışmanın sonucunda kontrol grubuna göre anlamlı (%34,2) bir kemik yoğunluğu artışı söz konusuydu ve bu çalışma kendinden sonra gelecek olan çalışmaları pozitif olarak etkiledi diyebiliriz (18).
DYYF ile ilgili diğer başka birçok hayvan çalışması da kemik mineral yoğunluğunu arttırdığı, kallus dokusunda zenginleşmeye sebebiyet verdiğini bildirmektedir (19,20).
Ancak bugüne kadar yapılan çalışmaların çoğu Tüm Vücut Titreşim (TVT) uygulamalarından oluşmaktadır. Tüm vücut titreşim uygulamaları farede istenilen kırık bölge hattında oluşan titreşimin odaklaşma sorunları gibi sorunları beraberinde getirebilir. Hayvan alttan uygulanan TVT’ler sırasında hem kendi postürünü hem de uygulanılması istenen kemik kısmının pozisyonunu sık sık değiştirebilir. Bu yüzden Kıstırılmış Titreşim Uygulaması (CV) (3) adı altında bir uygulama geliştirilmiştir. Bu uygulama hem invivo hem de invitro olarak sıçan tibialarını bir kıskaç tarafından sıkıştırıp sadece tibiaya uygulama yapmayı hedeflemiştir. (3)
Diş hekimlerinin implantların osteointegrasyonunu araştırmak için uyguladıkları bir diğer metot da TVT’lerden farklı olarak karşımıza çıkmaktadır. Aynı çalışmada tibia içine yerleştirilen bir implanta büyük makineler yardımıyla radial bir DYYF mikrotitreşim uygulaması yapılmaktadır. (1)
TVT’ye alternatif olarak yapılan çalışmalardan biri de fareleri kuyruklarından asarak sadece arka iki bacağa uygulanan lokal bir DYYF uygulamasıdır. Bu uygulamada uzay şartlarına uyum sağlanması için hayvanın arka iki bacağı havada bırakılmış ve düzeneklerle titreşim uygulaması sadece arkadaki iki bacağa yapılmıştır (2).
1.6. MANYETİK UYARI
1.6.1. Tarihçesi
Tıpla alakalı manyetiklerin tarihi, elektrik stimülasyonu ile beraberce ilerleme gösterir. M.Ö. 6. yy’de mıknatısın başta demir olmak üzere metalleri çektiği ortaya çıkmış ve 17-18. yy' larda mıknatısların tıptaki kullanımı üzerinde yoğunlaşılmıştır. 1778'de Franz Mesmer adlı bilim adamı uzayda gözle görünemeyen bir manyetik akışın olduğunu ve insanın da mıknatısa benzer kutupları ihtiva ettiğini, eğer vücut kutupları uzay kutuplarıyla aynı yönde veya doğrultuda olmazsa bunun hastalık oluşturabileceğini belirtmiş, vücut kutuplarını yeniden düzeltmek için, yüzeyel mıknatıs uygulamasına ilave olarak hipnotizmayı denemiştir. Benzer tarihlerde Maximilian, tedavi edici bir gayeyle mıknatıs kullanımını geliştirmiştir. Galvani, Tesla, Volta ve Oersted gibi büyük bilim adamlarının elektrik fiziği, mıknatıs ve aynı doğrultudaki durumlarla ilgili fikirlerinin tıpta kullanımını çoğalmıştır. 1831'de Michael Faraday manyetik stimülasyon için temel kabul edilecek prensipleri ilan etmiş ve karşılıklı indüksiyon fenomenini açıklamıştır. Tarihler 1893’ü gösterdiğinde D'Arsonval ve 1910 yılına gelindiğinde Silvanus P.Thomson, manyetik alanın gözün retina tabakası üzerindeki etkilerini kaydetmişlerdir.
1900'lü yılların başlarında, manyetik alan tedavisi anemi, damar sertliği, kore, havale, histeri, insomnia, migren, nevralji, nevrasteni, nevrit ve bir takım romatizmal hastalıkların tedavisinde uygulanmaya devam edilmiş ve ilk kez 1938 yılında Hansen manyetik alanın ağrıda azaltıcı bir etkisinin olduğunu kanıtlanmıştır.
Tedavi etkilerinin dışında kalan öteki bilimsel alanlar biomanyetizma üzerinde yoğunlaşmışlar ve bu konuda ciddi eserler ortaya koymuşlardır. Biomanyetizma, biyolojik bir varlığın dışsal bir manyetik alan oluşturduğu bir fenomendir. Biyolojik olarak oluşturulan manyetik alan, dünyada varolan manyetik alana göre, bir milyon ile bir milyarda bir seviyesinde olacak kadar az olduğu akla getirildiğinde, biomanyetizmayı ölçmenin ne kadar zor olduğu görülebilmektedir.
1.6.2. Manyetik Fenomenin Fiziği
Elektriki ve manyetik fenomenler aslında birbirinden ayrılamaz. Hollandalı bir fizikçi olan Hans Oersted, pusula ile ilgili yapmış olduğu denemesinde ilginç bir şey bulmuştur. Pusula ibresine elektrikli bir tel yaklaştırıldığında ibrenin saptığını izlemiştir. Bu etkiyi oluşturan şey teldeki akımın oluşturduğu manyetik alandan başka bir şey değildir. Meydana gelen bu manyetik alan, amper/metre (A/m)’de amplitüd (Hz) olarak ölçülür. Yaygın kullanımı, genellikle manyetik alan akı yoğunluğu olarak belirtilir ve Gauss veya Tesla [10000 Gauss=1 Tesla (T)]
birimleriyle ölçülür. Bir örnek vermek gerekirse, dünya 30-70 µT akı yoğunluğu olan manyetik alan ihtiva eder, manyetik rezonans görüntüleme (MRI)'deki manyetik akı şiddetleri ise 1-5T arasındadır.
Konvansiyonel elektrik stimülasyonu için kullanılan dalga formlarında sabit voltaj veya genelde 100 µsn. durasyonlu atımlar vardır. Bunlar monofazik, bifazik veya eksponansiyel gittikçe azalan bifazik dalga formları olarak sayılabilir.
Manyetik stimülatörler, monofazik atımlar oluşturamazlar. Oluşan elektrik akımı ve doku içine akan akım, manyetik alanın değişme hızı ile orantılıdır. Şekil 1'de manyetik stimülatörün kondansatör deşarjından oluşan elektrik alanının dört dalga formu gösterilmektedir. Şekil 1a'daki dalga formu, aşağıya doğru azalan şekli, benzer şiddet ve süresi ile simetrik bifazik dalga formuna uyar. Şekil 1b'deki dalga formu daha yavaş azalan şekli ile kosinüs dalgasının birkaç fazından oluşur. Şekil 1c'deki dalga formu kısa manyetik alan yükselme zamanlı ve şekil 1d'deki dalga formu ise uzun manyetik alan yükselme zamanlı, kritik olarak gittikçe azalan dalga formlarıdır. Her ikisi de eksponansiyel dalga formuna benzerler.
Şekil 1Manyetik Stimülatörün değişik dalga formları
1.7. Pulslu (Pulslu) Elektromanyetik Alan (PEMA)
1970 yıllarının ilk başlarından itibaren elektromanyetik alanın kemik kırıklarında kullanımı denenmeye başlanmıştır (20). O zamandan bu zamana yapılan
araştırmalar gerek hayvanlarda (21,22,23,24) ve klinikte (25,26,27) gerekse hücresel
çalışmalar (28) olarak süregelmiştir. Sadece tibiada bulunan iyileşme problemleri
(29,30,31) için bile birçok çalışmanın varlığından söz etmek mümkündür.
Kırık bölgesindeki elektromanyetik alanın etkinliği yukarıda sözünü ettiğimiz mekanotransdüksiyon mekanizmalarını kullanarak gerçekleşmekte olup diğer kemik stimüle edici mekanizmalara göre hücresel boyutu daha çok açığa çıkmış olarak kabul edilebilir (28).
Birçok çalışma PEMA’nın osteolojide düzelme sağladığını (32), invivo çalışmalarda ise PEMA’nın osteoklastik rezorbsiyonu azalttığı ve anjiogenezisi uyardığını göstermiştir (32).
1.8. Kemik Kırıkları ve Nonunion
Kırıkta meydana gelen iyileşme veya gecikme problemleri kırıkla ilgili araştırma yapanları meşgul eden önemli konulardan biridir. Bu tip hastalar açısından kırık öncesi yapılagelen kemik ve buna bağlı unsurların fonksiyonlarının tam olarak yapılabilmesi iyi ve tam bir kemik iyileşmesine bağlıdır. Eğer kemik iyileşme prosesleri (Yangı Dönemi-Tamir dönemi-Remodeling dönemi) (33)tam olarak yerine
getirilemezse böyle kemiklerde nonunion adı verilen kemiğin kaynamamasından söz edilir. Bu kemik iyileşmesinde yolunda gitmeyen durumlara ikincil olarak ortaya çıkar ve bazen tam iyileşme hiçbir zaman gerçekleşmeyebilir.
1.9. Neden Tibia?
Tibia açık veya kapalı şaft kırıkları prognoz açısından en kötü iyileşme gösteren ve non-union problemleriyle karşılaşan kemiklerden biridir. Bu konuda yapılan bir meta-analiz çalışmada (34) kırık iyileşme sorunlarıyla ilgili olarak yeniden
operasyona alınanların oranı %4 ila %48 oranında değişkenlik gösterdiğini belirtirken bir diğer çalışma bu oranı %35 olarak bulmuştur (35).
Hücresel ve doku seviyelerindeki benzerlikler, trabeküler kemik ve endokortikal çevre gibi birçok alanda sıçan ve insan kemikleri arasındaki benzerlikler (36)
nedeniyle sıçanların tibialarını tercih ettik.
Tüm bunların yanında cihazı uygulamak için bir takım ergonomik nedenler de bizi tibiaya yönlendirdi. Geliştirmiş bulunduğumuz “bilezik metot”unu uygulayabilmek için hayvanın en distalinde olan uzun bir kemik seçmek zorundaydık.
Bir de cihazın bağlı bulunduğu kemiğin çevresindeki yumuşak doku açısından değerlendirmek gerekecekti. Burada tibianın femura göre oldukça az miktarda yumuşak doku içermesi de ayrıca tibiayı ideal bir kemik olarak karşımıza çıkarmaktaydı.
2. GEREÇ VE YÖNTEM
Dicle Üniversitesi Sağlık Bilimleri Araştırma ve Uygulama Merkezi (DÜSAM) tarafından çoğaltılan ve bakımları yapılan, rahatça hareket edebildikleri, beslenip su içebildikleri bir kafes içerisinde ağırlıkları 250-350 gr arasında değişen, 3 aylık erkek Sprague-Dawley sıçanlar seçildi. Dicle Üniversitesi Prof. Dr. Sabahattin Payzın Sağlık Bilimleri Araştırma ve Uygulama Merkezi Deney Hayvanları Yerel Etik Kurulu (DUHADEK) tarafından verilen 2015/12 nolu karar ile çalışmalara başlandı. Her bir sıçanda Einhorn Protokolüne (37,38) uygun bir biçimde sağ tibial şaft içine
intramedullar iğne yerleştirilmek suretiyle kapalı bir kırık oluşturuldu.
Kırık oluşturulan sıçanlar 3 gruba ayrıldı. Bu gruplardan birincisine günde üç buçuk saat boyunca PEMA verildi. İkinci gruba günde 15 dakika DYYF titreşim verildi. Üçüncü grup ise kontrol grubu olarak belirlenip herhangi bir işleme tabi tutulmadı. Sıçanlar deney süresince herhangi bir anestetik madde verilmediği gibi fiziksel herhangi bir kısıtlamaya da tabi tutulmadı.
2.1. Pulslu Elektromanyetik Alan Uygulaması
PEMA Dicle üniversitesinde daha önceden yapılan bir cihaz tarafından uygulanmıştır (39). Bu cihaz bir Faraday kafesi içerisinde bir çift Helmhotz bobine
sahip topraklaması yapılmış ve elektrik komponente karşı korunaklı bir cihazdır (Resim 5 ). Bu bobinler sayesinde oluşturulan düzenek 50 Hz frekansında 1,5 mT manyetik alan oluşturabilmektedir. Bu cihazın ürettiği PEMA ayrıca Gauss/Teslametre (F.W. Bell, Sypris,Orlando, FL) 15 farklı noktada ölçülerek güvenilirliği test edilmiştir.
Resim 5 Faraday kafesi oluşturulmuş cihaz
2.2. DYYF Titreşim Uygulaması
DYYF uygulamasını yapmak için, Resim 6’de gösterildiği yapıda bir devre kurulmuştur. Devre, çok düşük genlikli frekans titreşimine sahip uygun bir mekanik uyartı düzeneğidir.
Şekil 2 DYYF için kullanılan uyartı devresi
Şekilde görüleceği üzere, tüm devre elemanları seri olarak bağlanmıştır. Devrede, kaynak olarak 1.55V genliğe sahip bir pil (Sony Watch Bateri Silver) kullanılmıştır. Pil boyutunun yeterince küçük ve sağladığı gerilim genliğinin uygun seviyede olması, pilin bu çalışmada tercih edilmesinin temel sebepleridir.
Titreşim ile sağlanacak uyartılar için 10mm çaplı titreşim motoru (Precision MicrodriversTM Pico Vibe™ 10mm Vibration Motor - 3mm Type Model: 310-003,
Product Data Sheet) kullanılmıştır. Motorun titreşim frekans aralığı [0 200Hz] olup, çalışmada kullanılmak istenen aralığı içermektedir. Hem boyutu hem de istenilen frekans aralığında çalışması yine bu donanımın tercih edilmesinin sebepleridir. Motorun karakteristik değişimi Şekil 2’de gösterilmiştir. Şekilden görüleceği üzere, yaklaşık 50Hz’lik bir titreşimin elde edilebilmesi için motora uygulanması gereken gerilim 0.45 volttur. Karakteristik değişimden görüleceği üzere, 50Hz’de çalışan bir motorun çekeceği akım değeri yaklaşık 12mA olacaktır.
Motoru 50Hz frekans titreşiminde çalıştırabilmek için gerekli olan gerilim, pilinin sağladığı gerilimin altında olduğu görülmektedir. Pilin gerilimini düşürmek ve böylelikle motora uygun gerilimi sağlayabilmek için iki adet seri diyot kullanılmıştır. Şekil 2’de görüldüğü üzere, D1 diyodu olarak Bat85 schottky diyot
kullanılmıştır. Diyotu iletim yönünde kutupladıktan sonra üzerinden geçen akımın 12mA olması ile diyot üzerinde 0.45V gerilim ölçülmüştür. D2 diyodu ise RGP15A THRU RGP15M kodlu genel amaçlı bir diyottur. Yine motorun çektiği akımın 12mA olması nedeniyle, aynı akım değeri D2 üzerinden akacaktır. 12mA akım ile D2 diyodu üzerinde yaklaşık ölçülen gerilim değeri 0.65V olmuştur. Her iki diyot üzerinde toplam 1.1V gerilim harcanmıştır. Pilin sağladığı 1.55V gerilimden 1.1V düşürülmesi durumunda, geriye kalan gerilim motor üzerinde düşen miktardır. 0.45V gerilimin motora uygulanması ile Şekil 3’deki karakteristik eğriden görüleceği üzere titreşim genliğinin yaklaşık g=0.35 olduğu gözlenmiştir (40). Titreşim oranı aynı
zamanda mobil titreşim cihazı (Beijing TIME High Technology Ltd., TV200 Vibration Tester) kullanılarak test edilmiştir . Test işlemi yapıldığında titreşimin tepeden-tepeye değeri mm/s cinsinden ölçülerek, frekans değerine dönüşü sağlanmıştır.
Resim 7 Kullanılan motorun diyot takıldıktan ve makaron adı verilen siyah plastik kapla kaplandıktan sonraki hali
Uygulama yöntemi olarak geliştirdiğimiz “bilezik metodu” sayesinde farelerin sadece tibiası hedef alınmıştır. Anestetik bir madde verilmesi sonrası ortaya çıkabilecek bir takım sistemik etkiler nedeniyle bu metot uygulamasında ratlara herhangi bir anestetik madde verilmemiştir. Daha önemlisi buna gerek de duyulmamıştır. Ayrıca ratların bu tür uygulamalar sırasında postürlerinin değişecekleri düşünülerek, bilezik metoduyla hayvanın pozisyonunun değişmesi sebebiyle titreşimin minimal düzeyde olumsuz etkilenmesi söz konusu olacaktır. Dolayısıyla bu metot sayesinde tibia üzerine hem direk olarak hem de lokal bir titreşim uygulaması yapılmıştır.
TVT uygulamalarında genellikle hayvanların kafeslerinin altlarına yerleştirilen büyük cihazlarla titreşim uygulanmıştır. Bu durum uygulamanın doğası gereği vertikal bir uygulamadır. Geliştirdiğimiz bu yöntemle TVT’lerden farklı olarak radial bir titreşim uygulanmıştır.
Resim 8 Sıçanın kırık yapılan sağ bacağının üzerine bir flaster yardımıyla yapılan uygulama
Resim 9 Uygulama sırasında fareler kafeslerinde herhangi bir kısıtlamaya veya anesteziye maruz bırakılmaksızın rahatça hareket edebilmektedirler
Bulgular iki farklı yolla değerlendirildi. Bunlardan birincisi sıçanların tedavilerinin 21. gününde intrakardiak yolla alınan kanlardaki osteokalsin seviyelerinin kontrol edilmesiydi. Tüm gruplardan alınan kanlarda bulunan ostekalsin konsantrasyonları elektrokemiluminesans yöntemi ile Roche Cobas e601 cihazı kullanılarak ile saptandı.
İkinci değerlendirme metodumuz sıçanların çekilen röntgenlerinin tedavinin 7. günü veya 21. günü olduğunun bilgisi verilmeksizin ve sıçanların hangi gruptan olduklarını da belirtilmeksizin bir ortopediste sunulan grafiklerin yorumlaması şeklinde olmuştur. Tüm gruplarda radyolojik olarak kallus dokusunun oluşturulup oluşturulmadığına bakıldı. Tüm sonuçlar kallus dokusunun varlığı ve yokluğu üzerinden kodlandı ve istatistiksel olarak yorumlandı.
2.3. İstatistiksel Analizler
İstatistiksel Analizler SPSS adlı bir bilgisayar programı yardımıyla yapıldı. Osteokalsine ait istatistiksel analizler osteokalsin değerleri açısından üç grubun birbirileriyle olan karşılaştırmasında Kruskal-Wallis Testi kullanıldı (P < 0.001). Her bir grubun ikili karşılaştırılmalarında ise Mann-Whitney Testi kullanıldı (P<0,017).
Röntgen bulgularının değerlendirilmesinde ise Mc Nemar testi kullanıldı. (p≤0,05).
3.
BULGULAR
3.1. Osteokalsin seviyelerinin değerlendirilmesi
Serum Osteokalsin seviyelerinin ortalama değerleri Titreşim Grubunda 12,455 ± 2,93668 ng/ml, Manyetik Alan grubunda 17,5630 ± 2,04125 ng/ml ve kontrol grubunda 17,033 ± 1,73342 olarak belirlenmiştir (Tablo 1).
Bu değerelere göre Titreşim, Manyetik Alan ve Kontrol Grubu; Osteokalsin (Ortalama ± SD) değerleri açısından karşılaştırıldığında aralarındaki fark ileri derecede anlamlı bulunmuştur (p≤0,001).
Gruplar ayrıca ikili olarak karşılaştırıldı ve aralarındaki fark Bone Ferroni Düzeltmeli Mann Withney testi ile bulunan bir sabit (p≤0,017) ile gruplar arasındaki
ilişki kontrol edildi. Titreşim grubu ve manyetik grubu kendi aralarında karşılaştırıldıklarında ikisi arasındaki fark anlamlı bulunmamıştır (p>0,017). Titreşim grubu kontrol grubuyla karşılaştırıldığında fark önemli derecede anlamlı bulunmuştur (p≤0,017). Manyetik grup kontrol grubuyla karşılaştırıldığında aralarındaki fark ileri derecede anlamlı bulunmuştur (p≤0,017) (Grafik I).
Kontrol Grup Titreşim Grup Manyetik Grup Osteokalsin (ng/ml) 12,455 ± 2,93668 17,033 ± 1,73342 17,5630 ± 2,04125
Tablo 1 Osteokalsin Seviyeleri medyan ve standart sapma değerleri
Grafik 1 Osteokalsin Ortalama değerlerinin karşılaştırılması
3.2. Röntgen bulgularının değerlendirilmesi
Röntgen bulguları değerlendirilirken tek tek bütün grupların 7.-21. gün röntgen sonuçları kallus dokusunun varlığı ve yokluğu açısından karşılaştırıldı. Manyetik alan grubu (p≤0,05) ve titreşim grubunda (p≤0,05) kallus dokusundaki iyileşme istatistiksel olarak anlamlı görülmüştür. Kontrol grubu p>0,05 çıkarak
diğerlerine göre gözlemlenen radyolojik kallus dokusu oranı anlamlı bulunmamıştır (Tablo 2,4).
PEMA GRUBU 7.gün/21.gün Çapraz Cetvel PEMA 21.gün Total P Yok Var PEM A 7.gün Yok Sayı 1 6 7 0,03 1 Yüzde(%) 14,3 % 85,7% 100,0 % Var Sayı 0 3 3 Yüzde(%) ,0% 100,0% 100,0% Toplam Sayı 1 9 10 Yüzde(%) 10,0% 90,0% 100,0%
Tablo 2 PEMA grubu 7. ve 21. gün kallus dokusunun varlığı ve yokluğu açısından değerlendirilmesi
TİTREŞİM GRUBU 7.gün/21.gün Çapraz Cetvel Titreşim
21.gün
Total P
Yok Var
m 7.gün 5 Yüzde(%) 16,7 % 83,3% 100,0 % Var Sayı 0 4 4 Yüzde(%) ,0% 100,0% 100,0% Toplam Sayı 1 9 10 Yüzde(%) 10,0 % 90,0% 100,0 %
Tablo 3 Titreşim Grubu 7. ve 21. gün kallus dokusunun varlığı ve yokluğu açısından değerlendirilmesi
KONTROL GRUBU 7.gün/21.gün Çapraz Cetvel Kontrol 21.gün Total P Yok Var Kontro l 7.gün Yok Sayı 4 3 7 0,2 5 Yüzde(%) 57,1 % 42,9% 100,0 % Var Sayı 0 3 3 Yüzde(%) ,0% 100,0% 100,0% Toplam Sayı 4 6 10
Yüzde(%) 40,0% 60,0% 100,0%
Tablo 4 Kontrol Grubu 7. ve 21. gün kallus dokusunun varlığı ve yokluğu açısından değerlendirilmesi
Resim 10 Titreşim grubu 1. hafta X-Ray görüntüsü
Resim 11Titreşim grubu 3. hafta röntgen görüntüsü
Resim 13 Kontrol Grubu 3. hafta Röntgen görüntüsü
Resim 14 PEMA 1. hafta Röntgen görüntüsü
4.
TARTIŞMA
Özellikle osteoporoz, kemik frajilitesi toplumdaki yaşlı bireylerce karşılaşılan en önemli mediko-sosyal problemlerden biridir. Bu gibi hastalıkların kökenine inildiğinde zayıf denge, düşmeler ve kemik gücünde azalma gibi problemler sonucu oluştuğu görülür. Tedavisinde medikal tedavilerin birçok kontrendikasyon riski barındırması ve her hastada kullanımının mümkün olmaması sebebiyle farmakolojik olmayan tedavilere alternatif olarak titreşim uygulamaları ve manyetik alan tedavisi araştırma ve geliştirmedeki yerini her zaman korumuştur.
Tüm vücut titreşim uygulamaları ile manyetik alan tedavisi gibi tedaviler iskelet kemikleri üzerinde kemik kitlesini arttırmak üzere ve mekanik gelişmeyi sağlamak için uzun zamandan beri kullanılagelen konvansiyonel tedavilerin başında gelmektedirler. Bu uygulamalar arasında özellikle titreşim uygulaması hareket yeteneği azalmış, iyileşmesi bozulmuş, kas gücü istenilen seviyelerin altında gerilemiş birçok hasta için kolay ulaşılabilir bir uygulama olması sebebiyle her zaman cazibesini korumuştur.
Ayrıca bu iki tedavi yönteminin ya çok az yahut hiçbir kontrendikasyon riski taşımıyor olması, bu konvansiyonel tedavilere yönelimi arttırmıştır. Biz de çalışmamızda bu iki tedavi yöntemini birlikte değerlendirmenin ve aynı şartlarda travmatize edilmiş sıçan gruplarının bu yolla tedavisinin karşılaştırılması için uğraştık. 30 sıçana kapalı kırık modeliyle birlikte tibialarında lineer bir fraktür meydana getirdik ve sıçanları üç gruba ayırdık. Sıçanlara post-op 5 gün boyunca herhangi bir işlem yapmadık. Bunu iki nedenle yapmadık. Birincisi yara iyileşmesinin tamamlanması, ikincisi sıçanların ayaklarını yere basabilecekleri uygun zamanı beklemek. Her grupta on adet sıçan belirledik ve birinci grubu kontrol grubu olarak belirledik. İkinci gruba DYYF niteliklerini taşıyan titreşim uyguladık. Üçüncü gruba ise PEMA uyguladık.
Rubin ve arkadaşları (18) yaptıkları çalışmada DYYF titreşimin yetişkin koyunlarda bir yıl boyunca günde 20 dakika olmak üzere tüm vücut uygulamasında bulundular. Titreşim parametreleri tezimizin başında belirttiğimiz gibi DYYF titreşim parametrelerine uygun olarak belirlenmişti (0.3 g, 30 Hz). Yapılan uygulama sonrası incelenen proksimal femurda trabeküler kemik yoğunluğunda artışın varlığını gösterdiler.
Xie ve arkadaşları (11) da, dişi BALB/cByJ farelerinde benzer bir frekans ve yoğunlukla (0.3 g, 45 Hz) günde 15 dakika olmak üzere tüm vücuda DYYF titreşimini uyguladılar. Bu uygulama sonrası tibial kemik rezorbsiyonunu inhibe ettiklerini gösterdiler.
Her iki çalışmanın sonuçları bize göstermektedir ki DYYF titreşim uygulaması kemik yoğunluğunda artış ve kemik rezorbsiyonunda azalmaya sebebiyet vermiştir. Biz de çalışmamızda titreşim parametreleri olarak Rubin ve arkadaşları ile Xie ve arkadaşları gibi DYYF titreşim uygulamalarına yakın titreşim parametrelerini uyguladık.
Fare gibi küçük dört bacaklılarda, TVT’nin bir eksikliği küçük bir alandaki vibrasyon uygulamasının kontrolünün çok zor olmasıdır. Çünkü hayvan hareket edebilir ve uygulama süresince postürünü değiştirebilir. Bu sorunu ortadan kaldırmak için Christiansen ve arkadaşları (3) yeni bir metod olarak kıstırılmış tibial titreşimi (CTV) geliştirdiler. Bu sayede yükleme yapılan farenin kemiklerine uygulanan titreşimi kontrollü olarak verilebileceğini iddia ettiler. CTV’de titreşim yüklemesinin verileceği fare alt bacağı sabitleştirilmiş düzenek içine alınmaktadır. Ayrıca titreşim yoğunluğu, frekans ve pik kemik gerimi gibi faktörlerin kontrollü bir şekilde ayarlanabileceği öne sürülmüştür. Ancak burada uygulama yaparken sıçanlara anestetik madde verilmiş bulunmakta ve uygulama tibiaya lokal olarak verilmekle birlikte aynı zamanda TVT’de olduğu gibi vertikal olarak verilmektedir. Aynı zamanda bu uygulama invivo kadar invitro şartların araştırılmasında da kullanılmış ve benzeri bir uygulamanın insanlarda da uygulanabilmesi çalışmanın doğası gereği engellenmiştir.
Titreşimin etkilerinin lokal uygulamalarına radial olarak etkisinin araştırılmasında Wang ve arkadaşları (1) katkıda bulunmuşlardır. Tavşanların tibialarına implant yerleştirerek günde 30 dakika olmak üzere (10, 20, 30 ve 40 Hz’te 15 μm) DYYF’nin değişik parametrelerinde hemen hemen CVT’dekine benzer şekilde anestezi altında ve sadece tibiadaki impanta titreşim uygulamışlardır. Bu titreşimlerin 20 Hz olanının en fazla olmak üzere kemik formasyonunu ve osteointegrasonunu uyardığını göstermişlerdir.
Yukarıdaki her iki çalışma da deney hayvanlarına uygulanabilirken insan uygulama şartlarından oldukça uzaktır. Buna neden olarak kıstırılmış bir tibia ve aneztezi ile implant üzerinden verilen titreşimin zorlukları gösterilebilir. Biz kendi çalışmamızda “bilezik metodu” olarak tanımladığımız bir uygulama şekliyle hem radial ve lokal bir titreşim vermeyi amaçladık hem de bunu yaparken hayvana herhangi bir anestetik madde vermeyip serbestçe dolaşmasına imkan sağladık. Bu uygulama sonuçlarına göre insana adapte edilebilecek bir cihazın yolunu açmaya çalıştık.
Çelik ve arkadaşlarının (39) yapmış olduğu bir çalışmada overiektomize sıçanlarda yapay olarak oluşturulan kemik erimesi vakalarında uzun süreli, çok düşük frekanslı pulslu manyetik alan uygulaması (ELF-EMA) 1.5 mT ve günde 4 saat olmak üzere denenmiştir. Sonuçlar biyokimyasal parametreler (osteokalsin, osteoprogeterin, N-Telopeptid bone alkalen fosfataz) ve DEXA açısından değerlendirilmiş ve ELF-EMA grubundaki sıçanların kontrol grubuna göre kemik mineral formasyonunda artış ve osteoporozda gerileme şeklinde sonuçlar alınmıştır.
Fredericks ve arkadaşları (41) operasyondan bir gün sonra external fiksasyon
yardımıyla stabilize ettikleri tavşan tibialarında çalışma yaptılar. Bu çalışmada üç farklı gruba ayrılan tavşanlardan birinci grup kontrol grubu diğer gruplar ise çok düşük yoğunluklu PEMA verilen ve uygulama süresine göre sınıflandırılan (30 gün/dk ve 60 gün/dk) gruplardan oluştu. Radyolojik olarak her hafta kontrol edilen tavşanlar 14, 21 ve 28. günlerde ötenazi ile tibiaları alınarak torsiyon testi ile histolojik analizlere alındılar. Torsiyon testinde postoperatif olarak sadece 21. gün sonraki vakalarda PEMF ile tedavi edilen osteotomili tavşanların tibiaları sham kontrol grubuna göre anlamlı bir şekilde güçlü çıktı.
PEMA uygulaması yapılan yukarıdaki her iki çalışmada yapılan ikili değerlendirmelerle titreşim grubuyla karşılaştırma yapıldığında en ideal şartları yakalamaya çalıştık. Birinci çalışmada PEMA parametrelerinin ideal şartlara yakın olduğunu düşünerek ikinci çalışmada da toplam uygulanan zamanı göz önüne aldık. Fredericks ve arkadaşlarının yapmış olduğu çalışmada post-op 5 gün boyunca deney hayvanlarının iyileşme ve opere bacağa ağırlık verme zamanının beklenmemesi göz önünde bulundurularak biz bu süreyi bekleme yoluna gittik.
5.
SONUÇ VE ÖNERİLER
Yaptığımız çalışmada röntgen sonuçları ile osteokalsin seviyeleri açısından baktığımızda hem PEMA’nın hem de DYYF titreşimin kemik kırıkları birbirine yakın düzeylerde olumlu etkisinin olabileceğini bulduk. İki grubun kontrol grubuna göre anlamlı bulunmamış olması bu iki konvansiyonel tedavinin hangisinin klinikte seçilip uygulanacağına ergonomi, kolay ulaşılabilirlik ve ekonomik olma koşulları açısından bakılması gerektiği sonucunu doğurabilir. Bu konularda birçok disiplinin ortak çalışmasıyla en uygun tedavi seçeneğinin klinik uygulamalar sonrasında ortaya çıkabileceğini düşünüyoruz.
Suspended Rats.Sun L, Int J Sports Med. 2014 Jun;35(7):615-24
3 . Christiansen BA, Bayly PV, Silva MJ. Constrained tibial vibration in mice: a method for studying the effects of vibrational loading of bone. J Biomech Eng 2008;130(4):044502.
4 . Barrett EK, Susan MB, Scott B, Brooks LH. Kalsiyum ve Fosfat Metabolizmasının Hormonal Kontrolü ve Kemik Fizyolojisi. Ergene N, Ganong’un Tibbi Fizyolojisi, 23. Basım, İstanbul, NOBEL tıp kitapevleri, 2011, 371-373
5 . Hall EJ, Paratrioid Hormonu, Kalsitonin, Kalsiyum ve Fosfat Metabolizması, D vitamini, Kemik ve Dişler. Aydoğan S, Tibbi Fizyoloji, 12. basım, İstanbul, Nobel Tıp Kitapevleri, 2013, 957-960 6 . Kurban S., Mehmetoğlu İ., Türk Biyokimya Dergisi (Turkish Journal of Biochemistry–Turk J
Biochem) 2007; 32 (4) ; 178–184.
7 . Magnusson P, Hager A, Larsson L. Serum ostecalsin and bone liver alkaline phosphatase isoforms in healthy children and adolescents. Pediatr Res.38(6):955-61,1995
8 . Haspolat K, Söker M. Kemiğe ait biyokimyasal değerler ve onkolji. Dicle Tıp Dergisi. 2002; c:29 S:3
9 . Papachroni K, Karatzas D, Papavassiliou A, Basdra E.and Papavassiliou G, Mechanotransduction in osteoblast regulation and bone disease: Trends In Molecular Medicine, 2009; 15/5:208-216. 10 . Wehrle E, Liedert A, Heilmann A, et al. The impact of low-magnitude high-frequency vibration on
fracture healing is profoundly influenced by the oestrogen status in mice. Disease Models & Mechanisms 2015; 8, 93-104
11 . Xie l, Jacobson M, Choi S, et al. Low-Level mechanical vibrations can influence bone resorption and bone formation in the growing skeleton, Bone. 2006;(39): 1059–1066.
12 . Ward K, Alsop C, Caulton J, et al.. Low magnitude mechanical loading is osteogenic in children with disabling conditions. J Bone Miner Res 2004; 19:360–369
13 . Iwamoto J, Takeda T, Sato Y, et al. Effect of whole-body vibration exercise on lumbar bone mineral density, bone turnover, and chronic back pain in post-menopausal osteoporotic women treated with alendronate. Aging Clin Exp Res 2005;17:157–163.
14 . Stewart JM, Karman C, Montgomery LD, et al. Plantar vibration improves leg fluid flow in perimenopausal women. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2005;288:R623–R629.
15 . Verschueren SM, Roelants M, Delecluse C, et al. Effect of 6-month whole body vibration training on hip density, muscle strength, and postural control in postmenopausal women: a randomized controlled pilot study. J Bone Miner Res 2004;19:352–359.
16 . Torvinen S, Kannus P, Sievanen H, et al. Effect of 8-month vertical whole body vibration on bone, muscle performance, and body balance: a randomized controlled study. J Bone Miner Res
2003;18:876–884.
17 . Leung, K S, Shi, H F, Cheung W H, et al. Low-magnitude high-frequency vibration accelerates callus formation, mineralization, and fracture healing in rats. J. Orthop. Res. 2009;27:458-465. 18 . Rubin C, Turner AS, Bain S, Mallinckrodt C, McLeod K. Anabolism. Low mechanical signals
strengthen long bones. Nature 2001;412:603–604.
19 . Judex S, Lei X, Han D, et al.. Low-magnitude mechanical signals that stimulate bone formation in the ovariectomized rat are dependent on the applied frequency but not on the strain magnitude. J Biomech 2007;40:1333–1339
20 . Ryaby JT. Clinical effects of electromagnetic and electric fields on fracture healing. Clin Orthop Relat Res. 1998;(355 Suppl):S205-15.
21 . Law HT, Annan I, McCarthy ID, et al. The effect of induced electric currents on bone after experimental osteotomy in sheep. J Bone Joint Surg [Br] 1985;67:462-469.
22 . Fontanesi G, Traina GC, Giancecchi F, et al. Can delayed union in fractures be prevented? Results of electrical stimulation in fibular osteotomies in rats and in diaphyseal fractures of the tibia in humans. Ital J Orthop Traumatol Abstr 1986;12:1.
23 . Pienkowsi D, Pollack SR, Brighton CT, Griffith NJ. Low-power electromagnetic stimulation of osteotomized rabbit fibulae. J Bone Joint Surg [Am] 1994;76:489-501.
24 . Inoue N, Ohnishi I, Chen D, et al. Effect of pulsed electromagnetic fields (PEMF) on late-phase osteotomy gap healing in a canine tibial model.J Orthop Res. 2002;20/5:1106-1114.
27 . Adie S, Harris IA, Naylor JM, et al. Pulsed Electromagnetic Field Stimulation for Acute Tibial Shaft Fractures A Multicenter, Double-Blind, Randomized Trial: J Bone Joint Surg Am.
2011;93A/17: 1569-1576.
28 .Barnaba S, Papalia R, Ruzzini L, et al. Effect of Pulsed Electromagnetic Fields on Human Osteoblast Cultures. Physiother Res Int. 2013;18(2):109-114.
29 . Sharrard WJ, Sutcliffe ML, Robson MJ, Maceachern AG: The treatment of fibrous non-union of fractures by pulsing electromagnetic stimulation. J Bone Joint Surg Br 1982, 64:189–193.
30 . Gupta AK, Srivastava KP, Avasthi S: Pulsed electromagnetic stimulation in nonunion of tibial diaphyseal fractures. Indian J Orthop 2009; 43:156–160.
31 . Assiotis A, Sachinis NP, Chalidis BE. Pulsed electromagnetic fields for the treatment of tibial delayed unions and nonunions. A prospective clinical study and review of the literatureJ Orthop Surg Res.2012;7/24.
32 .Hopper RA, VerHalen JP, Tepper O, et al. Osteoblasts stimulated with pulsed
electromagnetic fields increase HUVEC proliferation via a VEGF-A independent mechanism. Bioelectromagnetics. 2009 Apr;30(3):189-97.
33 .McKibbin B. The biology of fracture healing in long bones. JBJS 1978; 60B:150–162
34 . Bhandari M, Guyatt GH, Swiontkowski MF, Schemitsch EH. Treatment of open fractures of the shaft of the tibia. J Bone Joint Surg Br. 2001;83: 62-8.
35 .Harris I, Lyons M. Reoperation rate in diaphyseal tibia fractures. ANZ J Surg.2005;75: 1041-4 36 .Bagi CM, Wilkie D, Georgelos K, Williams D, Bertolini D. Morphological and structural
characteristics of the proximal femur in human and rat. Bone 1997; 21:261–267.
37 . Leung KS, Shi HF, Cheung WH, et al. Low-Magnitude High-Frequency Vibration Accelerates Callus Formation, Mineralization, and Fracture Healing in Rats. J Orthop Res. 2009;27/4, 458-465 38 .Bonnarens F, Einhorn TA. Production of a standard closed fracture in laboratory animal bone. J
Orthop Res 1984;2:97–101.
39 . Celik S, Mustafa S. Gur A, et al. The effects of long-term exposure to extremely low-frequency magnetic fields on bone formation in ovariectomized rats;. Bioelectromagnetics 2012;33/7: 543-549. 40 . Precision MicrodriversTM Pico Vibe™ 10mm Vibration Motor - 3mm Type Model: 310-003,
Product Data Sheet.
41 . Fredericks DC, Nepola JV, Baker JT. Effects of Pulsed Electromagnetic Fields on Bone Healing in a Rabbit Tibial Osteotomy Model, J Orthop Trauma,2000 Feb;14(2):93-100
Adı Soyadı : Ferhat ÇELİK Doğum tarihi : 20.02.1979
Doğum yeri : Diyarbakır/Merkez Medeni Hali : Evli
Uyruğu/No : TC 15727951108
Yaptığı iş ve ünvanı: Öğretim Görevlisi, Fizyoterapist
Adresi : Dicle Üniversitesi Sağlık Hizmetleri MYO, Fizyoterapi Bl. EĞİTİM
1996 – 2002 : İstanbul Üniversitesi FTR Y.O (LİSANS) ÇALIŞTIĞI KURUMLAR
2002-2004 : Berfin Özel Eğitim ve Reh. Mer
2004-2005 : Kasımpaşa Deniz Hast. FTR Kliniği (Askerlik) 2005-2006 : Florance Nightingale Hastanesi
2006-2007 : Berfin Özel Eğitim ve Reh Mer. 2008-2013 : Sultan Hastanesi
Temmuz 2013 : Dicle Ünv. Atatürk MYO Öğretim Görevliliği EĞİTİM ve SEMİNERLER
2008 - 2010 : Aktif Sağlıklı Yaşam Merkezinin Koordine ettiği Uluslar arası Eğitmen kadrosuna sahip Ortopedik Manuel Terapi Uzmanlığı Eğitimi sırasında girilen semirlerden bazıları:
31.10- 02.11. 2008 Fizyolojinin Temelleri. Eğitmen: Frans vd. Berg 14-16.2008 Nöral mobilizasyon, Eğitmen: Bernld Ullrich Schulze 08-10.2009 Radyoloji. Eğitmen: Ateş ŞENDİL
30.10-01.11.2010 Çene eklemi. Eğitmen: Frans vd. Berg 30.04-02.05 2010 Ağrı. Eğitmen: Max Zusman
