T.C
FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KÖPEKLERDE KORTİKAL VE SPONGİYÖZ
OTOGREFTLERİN UYGULANMASI İLE OLUŞAN KALLUSUN
ÇEKME VE BASMA DAYANIMLARININ İNCELENMESİ
Emine SAAT
YÜKSEK LİSANS TEZİ
BİYOMÜHENDİSLİK ANABİLİM DALI
Tez Yöneticisi Doç.Dr. Ali Said DURMUŞ
T.C
FIRAT ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
KÖPEKLERDE KORTİKAL VE SPONGİYÖZ
OTOGREFTLERİN UYGULANMASI İLE OLUŞAN KALLUSUN
ÇEKME VE BASMA DAYANIMLARININ İNCELENMESİ
Emine SAAT
YÜKSEK LİSANS TEZİ
BİYOMÜHENDİSLİK ANABİLİM DALI
Bu tez, ……/……/…….. tarihinde aşağıda belirtilen jüri tarafından oybirliği /oyçokluğu ile başarılı / başarısız olarak değerlendirilmiştir.
Danışman: Doç. Dr. Ali Said DURMUŞ Üye: Prof. Dr. Emine ÜNSALDI
Üye: Doç. Dr. Hüseyin TURHAN
Bu tezin kabulü, Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu’nun .../.../... tarih ve ... sayılı kararıyla onaylanmıştır.
TEŞEKKÜR
Bu çalışmanın hazırlanmasından bitimine kadar her aşamada çalışmayı yönlendiren, özverili yardımlarını esirgemeyen, projeyi yöneten değerli hocam Sayın Doç.Dr. Ali Said DURMUŞ’a teşekkür ederim. Çalışmalarım sırasında katkılarını gördüğüm Fırat Üniversitesi Veteriner Fakültesi Cerrahi Anabilim Dalı Öğretim Üyesi Sayın Prof.Dr. Emine ÜNSALDI ve Biyomühendislik Anabilim Dalı Başkanı Sayın Prof.Dr. Nuri ORHAN’ a teşekkür ederim.
Mekanik test uygulamalarının gerçekleştirilmesinde yardımlarını esirgemeyen Fırat Üniversitesi Metal Eğitimi Bölümü Öğretim Üyelerinden Sayın Yrd.Doç.Dr. İlyas SOMUNKIRAN’ a, Sayın Araş.Gör.Dr. Bülent KURT’ a, Sayın Araş.Gör. Serkan ÖZEL’ e, Sayın Araş.Gör. Furkan SARSILMAZ’ a ayrı ayrı teşekkür ederim.
Bu zor çalışmamın her aşamasında maddi ve manevi desteğini esirgemeyen eşim Sayın Araş. Gör. Nevzat SAAT’a teşekkür ederim.
İÇİNDEKİLER
İÇİNDEKİLER………...……….I
ŞEKİLLER LİSTESİ……….………...……….…...IV
RESİMLER LİSTESİ ………...V TABLOLAR LİSTESİ ………...VI ÖZET ………VII ABSTRACT ………VIII 1. GİRİŞ...1 2. GENEL BİLGİLER………...3 2.1. Tarihçe………....3 2.2. Kemik Dokusu ………... 3 2.2.1. Kompakt Kemik………...4 2.2.2. Spongiyöz Kemik………...5 2.2.3. Kemik Zarları………...6 2.2.3.1. Periost (Periosteum) ………...6 2.2.3.2. Endost (Endosteum) ………...6
2.2.4. Kemik Dokusu Hücreleri………...7
2.2.4.1. Osteoprogenitor Hücreler………... 7
2.2.4.2. Osteoblast………... 7
2.2.4.3. Osteosit………...7
2.2.4.4. Osteoklast………... 7
2.3. Kemikleşme (Ossifikasyon) ………... 8
2.3.1. İntramembranöz (Desmal) Ossifikasyon………... .8
2.3.2. Kondral Ossifikasyon………... 9
2.3.2.1. Endokondral Ossifikasyon……….………...9
2.3.2.2. Perikondral Ossifikasyon…………..………... 10
2.4. Terminoloji………... 10
2.4.1. Greft………... 10
2.4.2. Greft uygulaması (transplantasyon) ………...10
2.4.3. Verici (Donör) ………...10
2.4.4. Alıcı (Recipient) ………...10
2.4.5. Creeping Substitution…….………...11
2.5.1. Alındıkları Canlıya Göre Kemik Greftleri………..11 2.5.1.1. Otogreft………...11 2.5.1.2. Allogreft (homogreft) ………...11 2.5.1.3. Ksenogreft………...12 2.5.1.4. İsogreft………...12 2.5.1.5. Syngenesiogreft………...12
2.5.2. Alındıkları Bölgeye Göre Sınıflandırma………...12
2.5.2.1. Kortikal (Kompakt) Kemik Grefti………...12
2.5.2.2. Spongiyöz (Kansellöz) Kemik Grefti………...13
2.5.2.3. Kortikokansellöz Kemik Grefti………...13
2.5.2.4. Osteokondral Kemik Grefti………...13
2.5.2.5. Kompozit Kemik Grefti………...13
2.5.3. Alınma Zamanına Göre Kemik Greftleri………...13
2.5.3.1. Taze Kemik Greftleri………...13
2.5.3.2. Konserve Kemik Greftleri………...14
2.5.4. Uygulama Yöntemine Göre Greftler…….………...14
2.5.4.1. On-lay Greft Uygulaması………...14
2.5.4.2. Çift On-lay Greft Uygulaması………...14
2.5.4.3. İn-lay Greft Uygulaması………... ..14
2.5.4.4. Kaydırma İn-lay Greft Uygulaması………...14
2.5.4.5. İntramedullar Greft Uygulaması………...15
2.6. Otogreft ve Allogreftlerin İyileşme Periyodu………..…...15
2.7. Kemik Greftlerinin Fonksiyonları……….…………...16
2.7.1. Osteogenezis………... ..17
2.7.2. Osteoindüksiyon………...17
2.7.3. Osteokondüksiyon………...17
2.8. Greft Alma Teknikleri…………..………...18
2.8.1. Spongiyöz Kemik Grefti Alma Yöntemleri………...18
2.8.1.1. Humerusun Tuberculum majusundan Spongiyöz Kemik Grefti Alınması………...18
2.8.1.2. Femurun Trochanter majorundan Spongiyöz Kemik Grefti Alınması..…………...19
2.8.1.3. Tibianın Proksimal Metafizinden Spongiyöz Kemik Grefti Alınması….…………19
2.8.1.4. Crista iliaca’ dan Spongiyöz Kemik Grefti Alınması...19
2.9. Kemik Greftlerinin İnkorporasyonu ve Biyolojisi………...19
2.9.1.2. Osteoindüksiyon ve Revaskülarizasyon…….………...21
2.9.1.3. Osteokondüksiyon……….…...22
2.9.1.4. Mekaniksel faz………..………...22
2.9.2. Otojen Kortikal Kemik Greftlerinin Birleşme Aşamaları…..………..22
2.10. Greftin Doku İle Etkileşimi………...23
2.11. Kemiğin Biyomekanik Özellikleri…….………...24
2.12. Kemik Gücünü Belirleyen Faktörler ………...28
2.13. Mekanik Testler ve Özellikleri………...29
2.13.1. Çekme Testi……….………...………...29 2.13.1.1. Elastik Modülü……….……...………..29 2.13.1.2. Akma Sınırı………...………...30 2.13.1.3. Çekme Dayanımı……….………...………...30 2.13.1.4. Kopma Uzaması…….………...………31 2.14.1.5. Kopma Büzülmesi……….………...………...31 2.13.2. Basma Deneyi………...………....32 2.13.3. Burma Deneyi……….……...………...33
2.13.4. Eğme ve Katlama Deneyi………...………..34
2.13.5. Yorulma Deneyi………...………34
3. MATERYAL VE METOT………...………35
4. BULGULAR………..…...………. ..44
4.1. Klinik Kontrol Bulguları………..…...……… ….44
4.1.1. Otojen Spongiyöz Kemik Grefti Uygulanan Olguların Klinik Kontrol Bulguları. 44 4.1.2. Otojen Kortikal Kemik Grefti Uygulanan Olguların Klinik Kontrol Bulguları... 45
4.2. Radyografik Kontrol Bulguları………...…………... 47
4.2.1. Otojen Spongiyöz Kemik Grefti Uygulanan Olgulardaki Radyografik Bulgular....47
4.2.2. Otojen Kortikal Kemik Grefti Uygulanan Olgulardaki Radyografik Bulgular...48
4.3. Mekanik Test Bulguları………...49
5. TARTIŞMA VE SONUÇ………... 52
KAYNAKLAR………..………... 58
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil 2.1. Kortikal ve spongiyöz kemiğin şematik görünümü ………….………....6
Şekil 2.2. Eğilme yüklenmesinde kemiğin standart yük-deformasyon eğrisi….……...26
Şekil 2.3. Gerilim-uzama grafiği……….………..27
Şekil 2.4. Çekme ve basma diyagramlarının şematik gösterilişi………...33
Şekil 4.1. Kortikal ve spongiyöz otogreftlerde basma dayanım değerlerinin olguyu izleme süresine (aylık) göre değişimi………….……….………....54
Şekil 4.2. Kortikal ve spongiyöz otogreftlerde çekme dayanım değerlerinin olguyu izleme süresine (aylık) göre değişimi…………..………....55
RESİMLER LİSTESİ
Resim 3.1. Radıus’un açığa çıkarılması içın uygulanan derı ensızyonu……….35
Resim 3.2. Radius’un açığa çıkarılmış görünümü………... 36
Resim 3.3. Radius diyafizinin gigli’nin tel testeresi ile kesilmesi... 36
Resim 3.4. radius’ta 0.7 cm uzunluğunda segmental defektin oluşturulmuş hali………… 37
Resim 3.5. 0.7 cm uzunluğunda otojen kortikal kemik greftinin elde edilmesi………….. .37
Resim 3.6. Humerusun tuberculum majus bölgesinden otojen spongiyöz kemik greftinin elde edilmesi ……… ..38
Resim 3.7. Otojen kortikal kemik greftinin kemik defektine uygulamış görünümü …… ..39
Resim 3.8. Otojen spongiyöz kemik greftinin kemik diyafizindeki defekte yerleştirilmesi ………...……… ..39
Resim 3.9. Otojen spongiyöz kemik greftinin kemik defektine uygulanmış görünümü….40 Resim 3.10. Operasyon yarasının basit ayrı dikişlerle kapatılmış görünümü…………...40
Resim 3.11. Instron 8503 çekme test makinesi………42
Resim 3.12. Kemik örneklerine basma testinin uygulanması……….…...42
Resim 3.13. Kemik örneklerine çekme testinin uygulanması………...43
Resim 4.1.Otojen spongiyöz kemik greftlerinin postoperatif (a) ve iki aylık (b) radyografileri……… .47
Resim 4.2.Otojen spongiyöz kemik greftlerinin dört aylık (a) ve altı aylık (b) radyografileri………....48
Resim 4.3.Otojen kortikal kemik greftlerinin postoperatif (a) ve iki aylık (b) radyografileri………..49
Resim 4.4.Otojen kortikal kemik greftlerinin iki aylık (a) ve dört aylık (b) radyografileri………..50
TABLOLAR LİSTESİ
Tablo 2.1. Otojen ve allojen kemik greftlerinin karşılaştırılması……….16
Tablo 2.2. Kemik iyileşme mekanizmaları………...18
tablo 2.3. İmplant- doku ara yüzey ilişkisini etkileyen faktörler………..24
tablo 4.1. Otojen spongiyöz ve kortikal kemik greftlerine ait klinik bulgular ………46
tablo 4.3.Otojen spongiyöz ve kortikal kemik greftlerine ait çekme ve basma test değerleri………..54
ÖZET
Yüksek Lisans Projesi
KÖPEKLERDE KORTİKAL VE SPONGİYÖZ OTOGREFTLERİN UYGULANMASI İLE OLUŞAN KALLUSUN ÇEKME VE BASMA
DAYANIMLARININ İNCELENMESİ
Emine SAAT T.C.
Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Mühendislik Fakültesi – Biyomühendislik Bölümü 2008 Sayfa: 65
Bu çalışma, ortopedik cerrahide büyük bir sorun olan kemik defektlerinin onarımında otojen kortikal ve spongiyöz kemik greftlerinin uygulanması sonucunda oluşacak kallusun biyomekaniksel yöntemlerle çekme ve basma dayanım değerlerinin saptanması amacıyla gerçekleştirildi.
Çalışmada değişik ırktan, 2-3 yaşlarında, ağırlıkları 25-30 kg arasında değişen 12 adet dişi köpek kullanıldı. Genel anestezi altında, köpeklerin herhangi bir radius’unda 0.7 cm uzunluğunda segmental bir defekt oluşturuldu. Oluşturulan defektler köpeklerin 6 tanesinde otojen kortikal kemik grefti ile, 6 tanesinde ise otojen spongiyöz kemik grefti ile dolduruldu. Bütün olgularda ilk iki hafta görülen topallık daha sonraki incelemelerde tamamen ortadan kalktı. Hayvanlar iki, 4 ve 6. ayın sonunda sakrifiye edilerek greft uygulanan radiusları çıkarıldı ve çekme, basma testleri uygulandı.
Uygulanan mekanik testlerin sonucunda otojen spongiyöz kemik greftinin çekme ve basma değerlerinin otojen kortikal kemik greftinde elde edilen değerlere göre daha yüksek olduğu saptandı.
Sonuç olarak, otojen spongiyöz kemik greftlerinin çekme ve basmaya karşı dayanımlarının otojen kortikal kemik greftlerine göre daha yüksek olduğu ve elde edilen bu bulgular sonucunda otojen spongiyöz kemik greftlerinin kullanımının otojen kortikal kemik greftleri kullanımına göre daha avantajlı olduğu kanısına varıldı.
ABSTRACT
THE INVESTIGATION OF THE PUSH AND PULL RESISTANCES OF CALLUS IN DOGS WHICH OCCURS WITH CORTICAL AND
CANCELLOUS AUTOGRAFTS Emine SAAT
The University of Fırat The Institute of Science
Faculty of Engineering - Department of Bioengineering
2008, Page: 65
This study was assessed to determine the push and pull resistance values of callus by biomechanical as a result of administration of autogenous cortical and spongious grafts for treating the bone defects, one of the biggest problems in orthopedics surgery.
In this study, 12 female dogs from various races, weights changing between 25-30 kg and ages changing between 2-3 have been used. Under general anesthesia, a segmental defect about 0,7 cm was formed in a randomize selected radius of dogs. The defects formed have been filled with autogenous spongious bone graft in 6 dogs and with autogenous cortical bone graft in 6 dogs. The lameness seen in whole cases for the first two weeks has totally dissapeared in the examinations afterwards. Euthanasia has been applied to animals at the end of the 2., 4. and 6. months and the radiuses which graft applied have been removed and the push and pull tests were performed.
At the end of the mechanical tests performed the results showed that the push and pull values of the autogenous spongious bone grafts were higher than the push and pull values of the autogenous cortical bone grafts.
As a conclusion, the push and pull resistance of the autogenous spongious bone grafts were determined higher than the push and pull resistance of the autogenous cortical bone grefts and as results show the autogenous spongious bone grafts are more advantageous than the autogenous cortical bone grafts.
1. GİRİŞ
Kemiklerde, özellikle de ekstremite kemiklerinde; düşme, vurma, çarpma, ezilme, sıkışma, trafik kazaları, ateşli silah yaralanmaları gibi çeşitli nedenler sonucunda çok parçalı ve maddi kayıplı kırıklar oluşabilmektedir. Bu tür kırıkların yeniden yapılandırılmasında kemik greftleri bir tedavi seçeneği olarak uygulanmaktadır. Kemik greftleri ayrıca artrodez oluşturmak için ve kemik defektlerinin onarımı ile pseudo-artroz gibi bazı hastalıkların sağaltımında kullanılmaktadır [4].
Kemik greftleri üzerinde yapılan çalışmalar otojen kemik greftlerinin ideal kemik grefti olduğunu göstermektedir. Ancak otojen kemik greftlerinin alındığı bölgede donör bölge morbiditesinin oluşması, büyük miktarda grefte ihtiyaç duyulduğu zaman yetersiz kalabilmesi gibi dezavantajları allogreftler üzerinde yapılan çalışmaların artmasına neden olmuştur. Allogreftlerin kullanımında ise rejeksiyon ve hastalık transferi gibi önemli komplikasyonlarla karşılaşılabilmektedir [10].
Otojen kemik grefti diğer kemik greftleriyle karşılaştırıldığı zaman iyileşmeyi hızlandırmada çok etkili bir materyaldir [44]. Otojen kemik greftleri, içerdikleri osteoblast, kemik iliği hücreleri ve kan hücreleri nedeniyle biyolojik olarak aktif greftlerdir ve yüksek osteojenik potansiyele sahiptirler [54].
Otojen kortikal kemik greftleri canlı osteoblastlar sağlama yönünden zayıftırlar. Daha fazla osteoblast elde etmek için kortikal greftler periostlarıyla beraber alınmış ancak sonradan çok az sayıda osteoblast elde edildiği görüldüğünden bu yöntemden vazgeçilmiştir. Kortikal kemik greftleri osteokondüktiftirler, dayanıklı ve sert bir yapı oluştururlar, kan damarlarının invazyonu, yeni oluşan kemik dokusunun şekillenebilmesi ve alıcı yatağından yeni kemik oluşumu için destek sağlarlar, ancak osteogenezisi artırıcı yetenekleri yoktur [51].
Spongiyöz kemik greftlerinin belirgin bir şekilde osteogenezisi artırma yetenekleri vardır. Bu yetenekleri, osteojeniteyi indükleme kapasitelerinin olması kadar, osteoblastlara dönüşebilen hücrelere sahip olmalarına bağlıdır. Spongiyöz kemik greftlerinin tek dezavantajı, mekanik dayanıklılığı sağlayamamalarıdır [51].
Kortikokansellöz kemik greftleri hem kortikal hem de spongiyöz kemiklerin özelliklerini taşımaktadır. Kortikokansellöz kemik grefti, daha az pöröz bir yapıya sahip olan kortikal kemik tabakasına da sahip olduğu için spongiyöz kemik grefti kadar
osteogenezisi artırıcı özelliği yoktur. Kortikokansellöz kemik greftlerinin avantajı, kortikal greftler gibi mekanik sağlamlık ve form kazandırması ile ve osteogeneziste artmayı sağlamasıdır. Kortikokansellöz kemik greftleri kosta ve iliumdan elde edilebilmektedir. Kostadan elde edilen kemik greftleri, iliumdan elde edilen kemik greftlerinden daha az spongiyöz kemik içermektedir [51].
Ortopedik cerrahide büyük bir sorun olan kemik defektlerinin onarımında, defektin doldurulmasında, otojen kortikal ve spongiyöz kemik greftlerinin uygulanması sonucunda oluşacak kallusun biyomekaniksel yöntemlerle çekme ve basma dayanım değerlerinin saptanması ile tedavinin başarısını direkt etkileyecek en uygun kemik grefti seçimine yardımcı olacağı düşünülen “Köpeklerde kortikal ve spongiyöz otogreft uygulanmasıyla oluşan kallusun çekme ve basma dayanımlarının ölçülmesi” konusunun yüksek lisans tez çalışması olarak gerçekleştirilmesi uygun görülmüştür.
2. GENEL BİLGİLER
2.1. Tarihçe
Kemik greft uygulamasının ilk olarak 1682 yılında Dutch tarafından köpek kafatasından alınan kemik fragmentlerinin bir Rus askerinin kafatasındaki defektlerin onarımında kullanılmasıyla gerçekleştirildiği bildirilmiştir [24,44].
İlk başarılı kemik implantı 1688 yılında gerçekleştirilmiştir. 1810 yılında Merrem tarafından kemik transplantasyonu gerçekleştirildiği rapor edilmiş [44].
İlk başarılı allogreft uygulaması ise 1820 yılında Dr. P. Walther ve Macewen tarafından yapılmıştır [20,44]. Fransa’da 1867 yılında While Ollier tarafından yapılan deneysel çalışmada kemik greftlerinin bilimsel prensipleri rapor edilmiştir. 1881 yılında bir çocuğun humerusunda osteomyelitis nedeniyle oluşan büyük bir defekte kama şeklindeki bir kemik allogrefti uygulamasının Macewen tarafından yapıldığı bildirilmiştir [44].
Rusya’da Penski 1893 yılında hayvanlardaki ilk allojenik eklem transplantasyonunu yapmıştır. İlk olarak Berlin’de 1900 yılında Axhausen tarafından köpek, rat ve tavşanlarda parietal bir defektin onarımında kemik ve periost grefti kullanılmıştır [1,44]. 1908’de Lexer diz ekleminde masif osteokondral allogreft kullanımını tanımlamıştır [54]. 1911 yılında Albee kemik greftlerinin internal splint yerine kullanımını başlatmıştır [44].
2.2. Kemik Dokusu
Olgun kemiklerin iki türü vardır. Bunlardan biri kompakt (compact) kemik, diğeri de süngerimsi (spongiyöz) kemik olarak isimlendirilir [68].
Kemik dokusunun, olgunlaşmamış kemikler ve olgunlaşmış kemikler olmak üzere iki türü vardır. Olgunlaşmış kemiklerde ara madde lamelli bir yapı gösterir. Lameller, yan yana gelmiş kemik hücreleri ile bu hücrelerin yerleştikleri lakunlar ve hücreler arası maddelerin oluşturduğu 2- 8µm kalınlığındaki sert tabakalardır [3].
Gelişimini tamamlamış hayvanlarda epifiz ile diyafiz, metafizde yerleşen epifizyal disk (linea epiphysialis) ile birbirinden ayrılmıştır ve epifizyal yüz hiyalin kıkırdakla kaplıdır [3].
Kemik dokusu, hücreler arası maddenin kalsifikasyonuyla özelleşmiş bir bağ ve destek dokusu türüdür. Kemikte sağlamlık ve mukavemet sağlayan organik ve inorganik olmak üzere iki temel yapı vardır. Kemiğin esas maddesini çok yoğun olan asit mukopolisakkaritler oluşturur. Homojen olan bu madde içerisinde bol miktarda kollagen iplik bulunur. Homojen madde içinde ve kollagen ipliklerin üzerlerinde kalsiyum tuzları oturmuş durumdadır. İnorganik yapı kalsiyum fosfat (%80), kalsiyum karbonat (%10), kalsiyum ve magnezyum florid (%5)’tir [3].
2.2.1. Kompakt Kemik
Kısa ve uzun kemiklerin diyafizleri kompakt kemikten yapılmıştır. Uzun bir kemik longitudinal olarak kesildiğinde dış yüzeye yakın olan kısmı kompakt ya da kortikal kemik adı verilen oldukça katı bir yapıdır [3,62].
Kompakt kemik dokusunda Havers ve Volkmann kanalları olmak üzere iki tür kanal bulunur [68].
Havers kanalları kompakt kemiğin uzun eksenine paralel düşecek şekilde ve aralıkta yerleşmişlerdir. Volkmann kanalları ise komşu Havers kanallarını birbirine bağlayan yan kollardır [68].
Kompakt kemik dokusu Havers kanalları ile etrafındaki 3-7 metre kalınlığındaki lamellerden, hücrelerden ve sert bir matriksten oluşmaktadır. Kompakt kemik dokusundaki lakünalardan kanalikül adını alan çok ince kanalcıklar çıkar. Seyirleri sırasında dallanabilen bu kanalcıklar, hem aynı sıra üzerindeki komşu lakunların kanalcıkları ile, hem de yanlardaki sıralarda bulunan lakunların kanalcıkları ile anastomozlaşırlar. Bu lakünaların içerisinde osteositler yerleşmiştir. Kompakt kemiklerde bu kanaliküller her bir lamelde çok sayıda olduğundan Havers sisteminin en içinden en dış lameline kadar temas kurarlar.. Kanaliküller dokuda ağ oluşturarak metabolizmanın oluşmasına yardımcı olurlar [33].
Kemik lamelleri üç ayrı şekilde yerleşmişlerdir. Birincisi Havers kanalları çevresinde iç içe geçmiş kemik dokusu lamelleridir ve Spesiyal Kemik Dokusu Lamelleri olarak adlandırılır. Havers kanalları ve spesiyal lameller birlikte Havers sistemlerini oluştururlar. Havers sistemi osteon olarak ta isimlendirilir. Osteonların arasını eski osteonların kalıntıları olan interstisyel kemik dokusu lamelleri doldurur [3]. Bir Havers kanalı yan dallarla kemik iliği ve periosteumla bağlantı kurar. Bu yan dallara Wolkmann
Bir Havers kanalı 20–100 µm çapında ve 1–2 adet damar içerir. Havers kanalında bulunan damarlar kapillar ve arteriol olabilir. Kemik dokusu sert bir matrikse sahip olduğundan difüzyon olayı gerçekleşemez. Kanal ve kanaliküllerle kemiğin dışından içine kadar bağlantı kurulur ve bu şekilde metabolizma için gerekli maddeler damar ve kanaliküllerle hücrelere kadar ulaşır [33].
Kompakt kemiğin iç ve dış yüzlerini iç içe daireler şeklinde çevreleyerek kuşatan üçüncü tür lamel ise sirkumferansiyel lamellerdir. Dış yüzdeki sirkumferansiyel lameller, iç yüzdeki sirkumferansiyel lamellerden sayıca daha fazladır [3,62].
Yassı kemiklerin kesitinde alt ve üst kısımlar kompakt kemik yapısı gösterir. Kompakt kemik mekanik etkilere karşı dayanıklıdır [3].
2.2.2. Spongiyöz Kemik
Spongiyöz kemikler, kısa ve uzun kemiklerin epifizer ve metafizer bölgelerinde, kompakt kemiğin iç yüzünde görülür. Yassı kemiklerin ise iki kompakt tabakası arasında yer alır. Spongiyöz kemik dokusu birbiriyle anastomozlaşan ince trabeküllerden oluşmuştur. Spongiyöz kemiklerdeki trabeküllerde kemik lamelleri paralel seyirlidir. Trabeküllerin aralarında, kemik iliği ile dolu, düzensiz şekilli boşluklar vardır. Bunların içinde damar bulunmaz, besin maddelerini aralarında bulunan kemik iliğindeki kan damarlarından alırlar, Havers sistemine sahip değildirler [3,29,61].
Histolojik incelemelerde spongiyöz kemik dokusunun enine kesitinde sirküler lameller görülmez. Fakat bol boşluklu veya trabeküllerden oluşan petek gibi bir dokusu vardır. Kemik dokusu lamelleri bölümler oluşturacak biçimde farklı yönlere uzanmış ve aralarında boşluklar şekillenmiştir. Lamellerin çevrelediği bu boşluklar içinde kemik iliği yer alır [2]. Özellikle uzun kemiklerin epifizinde bulunan spongiyöz doku basıncın veya kuvvetin geldiği yönde düzenlenmiştir. Bu yüzden yapı çok daha sağlam bir hale gelmektedir [33].
Şekil 2.1. Kortikal ve spongiyöz kemiğin şematik görünümü (Sindel’den). [71].
2.2.3. Kemik Zarları
2.2.3.1. Periost (Periosteum)
Kemiği dıştan saran zara periost adı verilir. Periost sık örgülü fibröz bağ dokusundan oluşmuştur. Periost içerisinde osteoblastlar ve fibroblastlar bulunur. Kemiğin beslenmesinde ve rejenerasyonunda önemli role sahiptir [3].
2.2.3.2. Endost (Endosteum)
Kemiği içten saran zara endosteum adı verilir. Kemik ve kemik iliği boşluğu arasındaki sınırı şekillendiren, iç sirkumferansiyal lamele bağlanmış sık örgülü fibröz bağ dokusudur. Kemik hücrelerini yapma yeteneğine sahiptir [3].
2.2.4. Kemik Dokusu Hücreleri
Kemik dokusunda osteoprogenitor hücre, osteoblast, osteosit ve osteoklast olmak üzere dört tip hücre bulunmaktadır [3,33.34].
2.2.4.1. Osteoprogenitor Hücreler
Osteoprogenitor hücreler kemiğin ana hücreleridir. Mezenşim dokudan köken alırlar. Asidofilik sitoplazmalı hücrelere sahiptir. Osteoprogenitor hücreler endostta, periostun iç katında ve Havers kanalları gibi bölgelerde bulunur. Osteoprogenitor hücreler mitozla olgun hücrelere farklılaşır [3,33.34].
Osteoprogenitor hücreler kemik büyümesinde, kemik zedelenmesinde ve kırık tamirinde aktif hale gelerek bölünür ve osteoblast hücrelerine dönüşür [3,33.34].
2.2.4.2. Osteoblast
Osteoblastlar kemik dokusunda matriksin yapımından sorumlu olan hücrelerdir. Kübik ya da alçak prizmatik boylu hücrelerden yapılmıştır. İri nükleusa sahip olup sitoplazmaları koyu bazofiliktir [33,34] . Daha çok kemikleşme bölgelerinde trabekülalar üzerinde diziler halinde bulunur. Kemiğin devamlı yenilenmesinde önemli role sahiptir [62,69].
2.2.4.3. Osteosit
Kemiğin esas hücresi olup, olgun kemik hücresi adı da verilir. Bu hücreler lakunların içine yerleşmişlerdir. Gelişmelerini tamamladıklarından dolayı sentez yapamazlar. Bu nedenle granüllü endoplazmik retikulum ve golgilerinde azalma görülür. Sitoplazma bazofilisi daha azdır. Lakunların şekline uydukları için yassı şekillidir ve ince sitoplazmik uzantıları vardır [3].
Osteositlerin kalsiyumun kemiklerden kana verilmesinde ve kalsiyum konsantrasyonunu düzenlemede önemli metabolik görevleri de bulunmaktadır [33.34].
2.2.4.4. Osteoklast
Osteoklastlar kemikte yıkımı veya kemik rezorbsiyonunu gerçekleştiren hücrelerdir. 20–100 µm çapında çok büyük hücrelerdir ve 2’den 50’ye kadar değişen sayılarda
nükleusları bulunur. Fonksiyonlarından dolayı makrofaj türü hücre olarak ta kabul edilirler. Osteoklastların sitoplazmaları genellikle asidofil ve vakuollüdür [3].
Osteoklastlar, osteoblastlardan farklılaşır. Osteoklastlar, gelişmekte olan kemiklerde proliferasyon bölgelerinde bol miktarda bulunurlar [3].
Osteoklastlar hormonlara karşı çok duyarlıdır. Örneğin, paratiroid hormonu hücrede ribonükleik asit sentezini artırmada rol alırken, kalsitonin hormonu bunun tersi etki yapmaktadır [33,34].
Osteoklastlar içerdikleri kollagenaz ve diğer proteolitik enzimlerle kemiği rezorbe etmektedirler. Enzimlerle erittikleri kemik dokusunu uzantılarıyla hücre içine almaktadırlar. Osteoklastlar kemik maddesini yıkımlayarak spongiyöz kemiğin ve kemik iliği boşluğunun oluşmasını sağlarlar [3,69].
2.3. Kemikleşme (Ossifikasyon)
Organizmada kemik oluşumunun intramembranöz ve endokondral olmak üzere iki türü vardır [3].
2.3.1. İntramembranöz (Desmal) Ossifikasyon
İntramembranöz kemikleşme, çok fazla vaskülarize olmuş bir mezenşim dokuda mezenşim hücrelerinin yıkımı ile başlar. Hücreler arası boşlukta kollagen iplikler şekillenir ve şekilsiz hücreler arası madde (mukopolisakkarit) birikir. Osteoid adını alan bu yapının yüzeyi üzerine eozinofilik görünümlü hücreler dizilir. Daha sonra bu hücreler genişler ve osteoblast olarak tanımlanırlar [3,4].
Osteoblastlar mezenşim hücrelerinden farklılaşırlar. Salgı aktivitelerinin tamamlanması üzerine bu hücreler tümüyle hücreler arası madde içine (lakun) gömülürler ve osteosit olarak adlandırılırlar [3,4].
Hücreler arasında inorganik madde depolanması dokuya sertlik verir ve bu durumda doku kemik adını alır [3,4].
2.3.2. Kondral Ossifikasyon
Bu tür kemikleşme biraz daha farklıdır. Kemikleşme hyalin kıkırdak hücreleriyle oluşmaktadır. Bu nedenle intrakartilaginöz kemikleşmede denir. Organizmada uzun ve bazı kısa kemikler böyle gelişir. Endokondral ve perikondral ossifikasyon olmak üzere iki tipi vardır [3].
2.3.2.1. Endokondral Ossifikasyon
Bu tür kemikleşmede hyalin kıkırdaktan oluşan bir model ile kemik yer değiştirir [3].
Diyafiz perikondriyumundaki fibroblastlar osteoblastlara farklılaşır. Kemik depolanması ilk olarak doğrudan perikondriyumun bağ dokusunda, intramembranöz kemikleşmede olduğu gibi gelişir. Osteoblastlar sentezledikleri kemik tuzlarını diyafiz kıkırdağına komşu ilkel bağ dokusu iplikleri üzerinde depo ederler. Böylece kemik halka gelişmeye başlar ve bu durumda perikondriyum periosta dönüşür. Periost gelişirken, diyafiz kıkırdağının merkezinde kondrositler büyür. Hücrelerden ara maddeye geçen fosfataz enzimi, diffüzyonla perikondriyumdan gelen kalsiyum ve fosfat iyonlarından kalsiyumfosfat şekillenmesine aracılık eder. Kalsiyumfosfat ara maddenin kireçlenmesini sağlar. Kireçlenme sonucu beslenmeyen kondrositler ölür. Böylelikle iç kısmı anastomozlaşan boşluklar ve trabeküllerden oluşmuş bir yapıya dönüşür [3,69].
Mezenşim hücrelerinden osteojenik hücreler şekillenir. Bu hücreler kan damarlarıyla birlikte kıkırdak içine girerek boşluklara yayılırlar. Osteojenik hücreler osteoblastlara dönüşür ve kıkırdak trabekülleri üzerinde tek sıra halinde dizilerek kemik yapımına başlarlar [3,69].
Diyafizin orta yerinde, kıkırdak etrafında çepeçevre bir kemik manşet (halka) oluşur. Kemiğin dış yüzüne yeni lameller eklenerek çapı artar. Osteoklastlar kemik dokuyu eritir ve bir boşluk oluşturur ve boşluk kemik iliği ile dolar [3,69].
Endokondral kemikleşme epifiz sınırına ulaşınca, epifizin kıkırdaklarında kemikleşme alanları belirir. Diyafizin ve epifizin kemikleşme alanları arasında yalnızca bir halka kalır. Buna epifizyal disk denir. Kemiklerde boyuna büyüme bu epifizyal diskteki kıkırdak dokusunun artmasına bağlıdır. Epifizyal diskin büyümesinin durmasıyla kemiğin uzunlamasına büyümesi de sona erer. Epifizyal disk kemikleşir [3,69].
2.3.2.2. Perikondral Ossifikasyon
Kıkırdak yüzeyindeki mezenşim kaynaklı hücreler osetoblastlara dönüşerek bu
bölgede tabakalaşma yapar ve ara maddeyi salgılayarak osteosit haline dönüşür. Bu olaydan sonra kalsifikasyon oluşur [33,34].
Sonuçta diyafizin ortasında ve diyafizin uçlarına doğru gelişen ve kıkırdağı çevreleyen perikondral kemik dokusu ortaya çıkar. Perikondrium kemikleşme tamamlandıktan sonra periosteum adını alır [33,34].
2.4. Terminoloji
2.4.1. Greft
Yapısında canlı hücre bulunduran, yerleştirildiği bölgede gelişme ve canlı kalabilme yeteneğine sahip dokudur. Başka bir tanımla; donör yatağından tamamen ayrılmış ve canlılığını devam ettirmek için alıcı yataktan beslenmesi gerekli dokudur [62]. Greft canlı dokunun direkt transplantasyonu olarak ta tanımlanmaktadır [51]. İdeal bir kemik grefti, dokularla tamamen uyumlu ve biyolojik olarak inert olmalı, vücut içerisinde reaksiyona sebep olmamalı, hastanın dokusu tarafından kabul edilmeli ve birleşebilmeli, enfeksiyon oluşturmamalı [48], hastalık transfer etmemeli, kolay bulunmalı, güçlü olmalı ve kolayca şekillendirilebilmelidir [29]. Ayrıca kemik greftleri osteoindüktif ve osteokondüktif olmalı ve biyomekanik olarak stabil olmalıdır [52].
2.4.2. Greft uygulaması (transplantasyon)
Bir doku veya organın bulunduğu yerden alınarak değişik bir yere aktarılması işlemidir [17].
2.4.3. Verici (Donör)
Donör, transplantasyon için gereken doku veya organı veren bireye denir.. Donör bölgenin seçimi gereken dokunun kalınlığı ve miktarına göre belirlenir [29].
2.4.4. Alıcı (Recipient)
2.4.5. Creeping Substitution
Transplantasyon sonrasında, osteoklastlar, greft içerisinde tüneller açarlar. Oluşan tüneller kapillar damarlarla vaskülarize edilir ve yeni kemik lamelleriyle doldurulur. Bu süreç creeping substitution olarak tanımlanır [69]. Kemik transplantasyonu için iyileşme yöntemi ve dinamik bir rekonstrüksiyon olarak ta tanımlanabilir [44].
Optimum koşullar altında bile bu süreç çok yavaştır ve büyük hacimdeki implantların kullanıldığı durumlarda aylarca sürebilir [1,3,24].
2.5. Kemik Greftlerinin Sınıflandırılması
2.5.1. Alındıkları Canlıya Göre Kemik Greftleri
2.5.1.1. Otogreft
Bir bireyden alınan ve aynı bireyin başka bir bölgesine transfer edilen greftlere otogreft adı verilir [61].
Otogreftlerin daha kolay integrasyon sağlaması, rejeksiyon olmaması, fibröz kapsül oluşmaması, osteojenik hücreler bulundurması, immünolojik reaksiyona sebep olmaması gibi özellikleri otojen kemik greftlerini en avantajlı greft materyali olarak göstermektedir [25].
Otogreftin verici bölgede ikinci bir operasyona ihtiyaç duyulması, buna bağlı olarak operasyon ve anestezi süresinin uzaması, sınırlı miktarda greft elde edilebilir olması, operasyonun daha kompleks olması ve kan kaybı, rezorbsiyon, greft alınan yerde kozmetik deformasyon olması, yetersiz greft alınabilmesi, donör bölge komplikasyonları otogreftin dezavantajlarındandır [51,52]. Otojen kemik greftleri canlı hücre kapasitesine sahip olduğundan alıcı bölgede osteoblastları stimüle ederler. Ancak otojen kortikal kemik greftleri canlı osteoblast sağlama yönünden zayıftırlar [51].
2.5.1.2. Allogreft (homogreft)
Allogreft aynı türden farklı genetik özellikler taşıyan bireyler arasında transfer edilen dokudur [12]. Yüzyılı aşkın süredir kemik allogreftleri iskelet sisteminin defektli
kısımlarının rekonstrükte edilmesinde ya da kemik oluşumunu hızlandırmada kullanılmaktadır [52].
Allogreftler derin dondurma, dondurup kurutma, koruyucu kimyasallarla dondurma olmak üzere üç yöntemle saklanmaktadır. Allogreftler hangi yöntemle saklanırsa saklansın kemik saklamadaki amaç, alıcı sahaya tam kaynaşma sağlanması, güvenli sterilite ve materyalin kolayca elde edilmesidir [79]. Allogreftlere vasküler penetrasyonun uzun zaman alması, yavaş kemik iyileşmesi, hızlı kemik rezopsiyonu ve geç greft-konakçı kemik bütünleşmesi allojen kemik grefti uygulamalarının dezavantajlarındandır [52].
Genel olarak kemik kaynamasının oluşmaması (nonunion) veya yetersiz kaynama oluşumu allojen kemik greft uygulamalarında daha sık oluşur. Osteokondüktif özellikleri fazla olmasına rağmen osteoindüktif özellikleri daha azdır. Enfeksiyon transferi riski fazladır [52].
2.5.1.3. Ksenogreft
Farklı türler arasında yapılan doku transferidir. Ksenogreftler arasında sığır kaynaklı hidroksiapatit (osteograf, BioOss), doğal deniz mercanından elde edilen 100 – 200 mikron gözenek büyüklüğüne sahip kalsiyum karbonat (Biocoral) sayılabilir [12,29].
2.5.1.4. İsogreft
Alıcı ile aynı genetik yapıya sahip kimseden alınan grefttir [12,61]. İkizler arasında yapılan doku alışverişidir [44].
2.5.1.5. Syngenesiogreft
Kan bağı olan bireyler arasında kullanılan greftlerdir [29].
2.5.2. Alındıkları Bölgeye Göre Sınıflandırma
2.5.2.1. Kortikal (Kompakt) Kemik Grefti
Kemiklerin kortikal kısımlarından elde edilen greftlerdir [2,19,30,73,74]. Kortikal otogreft ve allogreftlerin kosta ve tibianın diyafizinden elde edilebileceği bildirilmiştir [82].
Kortikal kemik greftleri kırık bölgesinin stabilizasyonunu sağlar ve yapı iskelesi gibi kullanılır. Büyük kemik defektlerinin rekonstrüksiyonunda, tam segmental kortikal kemik greftleri otogreft veya allogreft olarak veteriner ortopedide uygulama alanı bulmuştur [19,30,31,37, 82].
Daha önceden elde edilerek hazırlanan ve uygun koşullarda saklanan kortikal allogreftler gereksinim duyulduğu olgularda kullanılabilmektedir [31,37]. Kortikal allogreftler osteogenezis için canlı hücreler sağlamamakla birlikte osteoindüktif ve osteokondüktif özelliklere sahiptirler [3].
2.5.2.2. Spongiyöz (Kansellöz) Kemik Grefti
Uzun kemiklerin epifizer ve metafizer bölgelerinde, kompakt kemiğin iç yüzündeki, yassı kemiklerin ise iki kompakt tabakası arasındaki spongiyöz kemik dokusunun kürete edilmesi ile elde edilen kemik greftleridir [2,31,38,82].
2.5.2.3. Kortikokansellöz Kemik Grefti
Kortikal ve spongiyöz kemiklerin ikisini birlikte bulunduran greftlerdir [74].
2.5.2.4. Osteokondral Kemik Grefti
Hem kemik hem de eklem kıkırdağını birlikte içeren greflerdir [74].
2.5.2.5. Kompozit Kemik Grefti
Konserve allogreflere, taze spongiyöz kemik veya kemik iliği eklenmesiyle oluşan greftlerdir [74].
2.5.3. Alınma Zamanına Göre Kemik Greftleri
2.5.3.1. Taze kemik greftleri
Uzun kemiklerden birinin, özellikle tibia’nın diyafiz bölgesinden Skryker’in çift lamlı testeresi ile alınan kemik grefti, aynı bireyin diğer kemiğine ait fragmentlerin fiksasyonunda kullanılır [4].
2.5.3.2. Konserve kemik greftleri
Verici bireylerden alınıp çeşitli konservasyon yöntemlerinden biri ile saklanan ve daha sonra kullanılan kemik greftleridir [4].
Uygun bireylerden elde edilen, kortikal ve spongiyöz kemik parçaları, değişik yöntemlerden (Örneğin, Lyophilisatio-cryodessication veya Silico-dessication yöntemleri) biri kullanılarak saklanabilmektedir. Gereksinim duyulduğunda, homojen ya da heterojen özellikteki bu kemik parçaları, konserve edilmiş kemik greftleri olarak kullanılabilmektedir [4].
2.5.4. Uygulama Yöntemine Göre Greftler
2.5.4.1. On-lay Greft Uygulaması
Kortikal kemik greftleri, ekstremitedeki kemiklerin kırık olgularında, kırık fragmentlerin üzerinde köprü oluşturacak şekilde, kemiğin kortikal yüzeyine konularak serklaj veya vidalama ile tespit edilmektedir [4].
2.5.4.2. Çift On-lay Greft Uygulaması
On-lay greft uygulamasındaki yöntemin kırık hattı üzerine gelecek şekilde, kemik gövdesinin iki tarafından da uygulanmasıdır [4].
2.5.4.3. İn-lay Greft Uygulaması
Bu uygulama uzun kemiklerin diyafizer kırıklarında uygulanır. Önce her iki fragmentin korteksinde bir greft yatağı hazırlanır. Otojen taze greft veya homojen konserve greft, önceden açılan bu greft yatağına uyabilecek ölçülerde hazırlanarak, doğrudan doğruya bu korteks yatağına yerleştirilir [4].
2.5.4.4. Kaydırma İn-lay Greft Uygulaması
Kemiğin yaklaşık 2/3 genişliğinde olmak üzere, kemik üzerinde birbirine paralel iki kesit yapılarak çıkarılan greft bitişik segmentleri köprüleyecek şekilde önceden hazırlanan greft yatağına kaydırılır ve tespit edilir [4].
2.5.4.5. İntramedullar Greft Uygulaması
Bu uygulamada kortikal kemikten yapılmış, uygulanacağı kemiğin medullar kanalının çapına göre hazırlanmış kemik pinler, intramedullar olarak kırık fiksasyonunda kullanılır [4].
2.6. Otogreft ve Allogreftlerin İyileşme Periyodu
İyileşme periyodu ve zamanı otogreftler ile allogreftlerde benzerdir. Kemik greftinin implante edilen yerle tam bir entegrasyon ve inkorporasyonu vardır. Sonuçta implante edilen greftin yerinde sağlam, sağlıklı ve canlı bir bağ dokusu meydana getirilir. İmplante edilen greft bir yandan absorbe edilirken diğer taraftan yeni bir kollagen sentezi yapılır ve sonuçta yeni bağ dokusu oluşturulur [77].
Greft implante edildikten sonra ilk 24 saat içerisinde greft kenarlarına hızlı bir lökosit yığılması olur ve vasküler yapılar genişleyerek hızlı bir kan akımı sağlanır. Daha sonraki günlerde bu yığılma granülasyon dokusu haline gelir. İleri aşamada grefti çevreleyen bu doku tam bir nonspesifik granülasyon dokusu halini alır. Bu doku, absorbsiyonda rol oynayan makrofaj hücreleri fibroblast ve kan damarlarından zengin bir dokudur. Hücreler greftin kenarlarından merkezine doğru ilerleyerek bir taraftan absorbiyon işlemini yaparken, diğer taraftan yeni kollagen sentezi yapılır. Böylece greftin sağlıklı doku ile entegrasyonu ve inkorporasyonu sağlanır. Sonuçta greft içerisindeki kollagen sindirilirken yeni kollagen sentezi yapılır ve sağlıklı canlı bir bağ dokusu oluşturulur. Oluşan yeni kollagen’in lif yapısı greftin implante edildiği bölgeye uygun olarak şekillenir. Yani greftin bulunduğu bölgedeki kuvvetlerin geliş yönlerine göre kollagen lif yapısı şekillenir. Bu periyodun süresi bölgeye yerleştirilen greftin büyüklüğüne, yerleştirildiği bölgedeki kanlanmaya bağlı olarak değişir. Greft ne kadar küçükse bu süre o kadar kısalır. İyi kanlanan bölgelerde de iyileşme süresi kısalır. Burada dikkat edilmesi gerekli en önemli nokta greftin sağlam dokuyla entegre olması ve bu prosedür tamamlandığında greftin artık o bölge ile tam bir uyum içinde iyileşmiş olmasıdır. Otojen greft dışında hiç bir materyalde tam anlamıyla entegrasyon yoktur [77].
Otojen ve allojen kemik greftlerinin sahip olduğu özellikler Tablo 2.1’de gösterilmektedir.
Tablo 2.1. Otojen ve allojen kemik greftlerinin karşılaştırılması [77].
+++ : Daha iyi ++ : İyi + : Orta
2.7. Kemik Greftlerinin Fonksiyonları
Kemik greftleri, kemik oluşturan hücreler için bir kaynak, kemik depolanması ve oluşması için bir çatı oluşturur. Kemik greftleri kemik formasyonunu, greft bölgesinde kemik hücre formunun proliferasyonunu, doku çevresindeki osteoblastları, mezenşimal hücrelerin başkalaşımını stimüle eder [40].
İdeal bir kemik grefti alıcı bölgedeki birleşmeyi, optimum osteogenesisi, verici bölgedeki minimum yoğunluğu ve greftin yüzeyinde bulunan hücrelerin maksimum canlılığını sağlar. İdeal bir kemik grefti aynı zamanda biyouyumlu olmalıdır [40].
Kemik greftlerinin osteogenezis, osteoindüksiyon ve osteokondüksiyon olmak üzere üç ana fonksiyonu vardır [40].
Kemik grefti Dayanıklılık Yapısal Osteokondüksiyon Osteoindüksiyon Osteogenezis
Spongiyöz Otogreft Yok +++ +++ +++
Kortikal Otogreft +++ ++ ++ ++
Donmuş Spongiyöz
Allogreft Yok ++ + Yok
Dondurulup kurutulmuş
Spongiyöz Allogreft
Yok ++ + Yok
Donmuş Kortikal
Allogreft +++ + Yok Yok
Dondurulup
Kurutulmuş Kortikal Allogreft
2.7.1. Osteogenezis
Greftin yeni kemik yapım kabiliyetidir. Bu kabiliyet greft içinde canlılığını devam ettiren kemik hücrelerinin bulunmasına bağlıdır. Otojen kemik greftleri kemik oluşturma yeteneğine sahip canlı hücreler içerir. Bu canlı hücreler erken fazda greft - konak birleşiminde rol alırlar. Osteogenezis, taze kemik greftlerinde bulunan bir özelliktir [32,52].
Kemik greftlerinin osteogenezisi artırması iki yolla gerçekleşebilir. Bunlar; 1. Osteoblastları ya da osteoblastlara dönüşebilecek canlı hücreleri koruyarak. 2. Alıcı dokuyu osteoblastların sayısını artırıcı şekilde indükleyerek [52].
Kansellöz kemik daha fazla yüzey alanı içermesi nedeniyle, osteogenezise kortikal kemikten daha fazla katkıda bulunmaktadır [14].
2.7.2. Osteoindüksiyon
Osteoindüksiyon kemik oluşturma potansiyeli olan hücrelerin lokal toplanması ve osteojenik aktiviteyi stimüle etmesidir. Bir kemik greftinin osteogenezis kaynağı olarak fonksiyon görebilmesi osteoindüktif olması ile mümkündür [17].
Osteoindüksiyon greft tarafından üretilen bazı faktörler tarafından uyarılabilir. Bu faktör Kemik Morfojenik Proteini (BMP) olarak isimlendirilen kemik morfojenik proteini’dir [13]. BMP türe özgü olmayan ve hidrofobik bir glikoproteindir [40]. Kemik matriksinin bir parçası olduğu için BMP aktivitesi canlı hücreler içermez [66].
2.7.3. Osteokondüksiyon
Osteokondüksiyon; kapillar damarların ve osteojenik hücrelere farklılaşan mezenşimal hücrelerin greft içerisine yayılmasıdır [16,18,31,37]. Osteokondüksiyon, osteoindüksiyon nedeniyle veya implantın aktif katılımı olmadan oluşabilir [69].
Kemik oluşumu için gerekli olan hücresel elementlerin (mezenşimal hücreler, osteoblastlar, osteoklastlar) greftin içerisine doğru migrasyonunu (göçünü) sağlar. İmplante edilen greft kemiğin büyümesi için yapı iskelesi gibi hareket eder [44].
Tablo 2.2. Kemik iyileşme mekanizmaları [39].
2.8. Greft Alma Teknikleri
Kadavradan allogreft alımında kas iskelet sistemi dokuları için greftin 24 saat içinde, mümkünse ilk 12 saatte alınması faydalıdır. Dokular normalde aseptik koşullarda alınmalıdır. Greft alınacak bölge operasyon sahasına yakın olmalıdır [35,63].
2.8.1. Spongiyöz Kemik Grefti Alma Yöntemleri
Greft alınan bölgeler:
1. Humerus’un tuberculum majus’u 2. Femur’un trochanter major’u 3. Tibia’nın proksimal metafizi 4. Crista iliaca
5. Costalar [21].
2.8.1.1. Humerusun Tuberculum majusundan Spongiyöz Kemik Grefti Alınması
Tuberculum majus üzerinde, m. deltoideus’ un akromial kısmının kranial, m. infraspinatus ve m. teres’ in distal kısmında 2–3 cm’ lik kraniolateral deri ensizyonu yapılır. M. brachiocephalicus’ un posterior kenarı kraniale doğru çekilir. Periostal yüzey açığa çıkarılır. Kemik korteksi trepan veya dril yardımıyla delinir. Spongiyöz kemik küret aracılığıyla dışarıya alınır. Dokular rutin olarak kapatılır [3,38,73].
Tip Fizyolojik Prensip
Osteogenezis Canlı osteoblast ve preosteoblastların
transplantasyonu
Osteoindüksiyon Mezenşimal hücrelerin fenotopik
değişimle kemik hücresine dönüşmesi
Osteokondüksiyon
Defektin kenarlarından greftin içine doğru kemik oluşumu ve greftin tedrici olarak rezorpsiyonu
2.8.1.2. Femurun Trochanter majorundan Spongiyöz Kemik Grefti Alınması
Trochanter major üzerinde 2–3 cm’ lik deri ensizyonu yapıldıktan sonra subkutan dokular kesilir. M. biceps femoris’ in anterior kenarı posteriora doğru çekilir. Açığa çıkarılan kemik korteksi, pin veya trepan kullanılarak delinir. Spongiyöz kemik, küret yardımıyla dışarı alındıktan sonra dokular rutin şekilde kapatılır [16,38].
2.8.1.3. Tibianın Proksimal Metafizinden Spongiyöz Kemik Grefti Alınması
Tibianın medial yüzeyini örten deri, tuberositas tibia seviyesinden crista tibialisin distal sınırına kadar ensize edilir. Ensizyon distale doğru 1–2 cm uzatılır. Subkutan dokular ayrıldıktan sonra kemiğin üzerindeki periosta ensizyon yapılarak periost elevatör yardımıyla kaldırılır. Tibianın korteksi Steimann pin ile delinir. Bir kemik küreti bu delikten sokularak spongiyöz kemik grefti dışarıya alınır. Periost, subkutan doku ve deri rutin olarak kapatılır [38,49,56].
2.8.1.4. Crista iliaca’ dan Spongiyöz Kemik Grefti Alınması
Hayvan lateraline veya sternumu üzerine gelecek pozisyonda yatırılır. Deri ensizyonuna, crista iliaca üzerinde kranial olarak başlanır ve kalça eklemi yakınına kadar kaudal olarak devam ettirilir. Subkutan dokular, gluteal fasia ve yağ dokuları crista iliaca’ yı açığa çıkarmak için aynı hat üzerinde ensize edilir. Crista iliaca’ nın lateral kenarındaki m. gluteus medius’ un periostal orijinine ensizyon yapılarak kas serbestleştirilir. Periost ensize edilip elevatörle kaldırıldıktan sonra kemik korteksine pin veya dril ucuyla küçük bir pencere açılır. Spongiyöz kemik, küret yardımıyla dışarıya alınır. Operasyon yarası rutin şekilde kapatılır [16,38,73].
Spongiyöz greft elde etmek için korteksin delinmesinde büyük dril uçları ve Steinmann pinler kullanılabilir. Kemik greftlerinin kullanılıncaya kadar bekletilmesi sırasında yüzey hücrelerinin canlılığını kaybetmesini engellemek için önlemler alınmalıdır. Greft, direkt olarak kemik küretiyle uygulanacağı yere konulabilir veya uygulanıncaya kadar kanlı bir gazlı bez içinde 3 – 4 saat bekletilebilir [14].
2.9. Kemik Greftlerinin İnkorporasyonu ve Biyolojisi
İnkorporasyon, alıcı dokunun greft ile birleşmesi olarak tanımlanmaktadır. Greft yerinde birleşme bir kaç uygun faz içinde gerçekleşmektedir. Yangıyı başlatan büyüme
faktörleri ve sitokinlerin salınmasını başlatan degranülasyon ve trombositlerin toplanması birkaç dakika içinde gerçekleşir. Osteoklastlar ölü kemiği uzaklaştırırken makrofajlar ve dev hücreler yaradaki ölü proteinleri uzaklaştırır [38].
Kemik yıkımında; lizozomal enzimlerin serbest bırakılmasından sonra osteosit lakunlarının ölümü şeklinde gerçekleşir. İkinci gün ilk olarak merkeze doğru vaskülarizasyon başlar. Kansellöz kemikte vaskülarite günde 0,2 – 1,0 mm’lik bir oranda ilerler [38].
Üç gün içerisinde mezenşimal hücreler çoğalmaya başlar, kortikal kemik greftleri yeniden vaskülarize olur. Taze otojen kemik greftleri için 4 – 8 hafta gerekirken, dondurulmuş greftler veya allogreftler için 4 aydan daha fazla bir zaman gerekir [38].
Kemik greftlerinin başarısı, konakçıdaki alıcı bölgeye, konakçının büyüme faktörlerine, kemik greftinin hacmine, greftin canlılığına, kemik greftinin yapısal fonksiyonlarına, BMP içerik ve aktivitesine bağlıdır [38].
2.9.1. Otojen Spongiyöz Kemik Greftlerinin Birleşme Aşamaları
Otojen spongiyöz kemik greft uygulamaları ortopedide sıkça kullanılan bir uygulamadır. Otojen spongiyöz kemik greftleri, düşük derecede kontamine ortamlarda ve osteomyelitik kavitelerin kapatılmasında sıklıkla kullanılmaktadır. Yöntemin en büyük sakıncası kemik grefti elde edebilecek bölgelerin ve dolayısı ile greft miktarının sınırlı olmasıdır [40,73].
Altı santimetrenin üzerindeki segmental defektleri kapatmak için, birden fazla bölgeden kemik almak gerekebilir. Spongiyöz kemiğin kortikalizasyonu ve yük taşıyacak hale gelmesi için uzun zamana ihtiyaç vardır [40,73].
Otojen spongiyöz kemik greftlerinin pahalı ekipman gerektirmemesi, maliyetinin az olması ve kolaylıkla elde edilebilmesi gibi avantajları vardır. Dezavantajı ise greftin biyomekanik yönden zayıf olmasıdır. Spongiyöz greftler defekt bölgesine yoğun olarak konulsa da mekanik destek sağlamazlar [40,73].
Spongiyöz otogreftler osteomyelitis, kemik kistleri, tümörler, kaynamayan kırıklar ve çok parçalı diyafizer kırıklar sonucu oluşan kemik defektlerini doldurmak için kullanılır. Spongiyöz otogreftler kontamine olan açık kırıkların tedavisinde önemlidir [40,73].
Otojen spongiyöz kemik greftleri yeni bir kemik oluşumu veya osteogenesisin kaynağıdır. Yeni bir kemik oluşumu vericinin hücrelerinden veya greftten elde edilebilir. Spongiyöz greftte yüzey hücreleri canlı kalabilir, uygun greft hücreleri tarafından yeni kemik şekillenir. Operasyondan sonraki ilk 4–8 hafta kallus oluşması bakımından önemli bir süreçtir [40,73].
Osteoindüktif özelliğiyle greft hücreleri yeni kemik oluşumunu sağlarlar. Osteoindüksiyonda şekillenen kemik hücreleri içinde mezenşimal tip hücreler ayırt edilir. Bu farklılık BMP tarafından belirlenir [40,73].
2.9.1.1. İnflamasyon
Spongiyöz bir otogreftin implatasyonundan sonraki ilk aşama inflamasyondur. Yangısal değişiklikler operasyon sırasında osteositlerin ve pek çok hücrelerin ölmesiyle başlar, operasyon sonrası birkaç saat içinde meydana gelirler. Operasyon yapılan bölgede mononükleer hücreler, plazma hücreleri, lenfositler görülür ve transplantasyon yatağına invaze olurlar [40,73].
İkinci haftaya kadar yapısal değişimler azalır. Alanda granülasyon dokusu gittikçe artarak baskınlaşır ve osteoklastik aktivite artar [40,73].
2.9.1.2. Osteoindüksiyon ve Revaskülarizasyon
Spongiyöz greftin revaskülarizasyonu implantasyondan 2 gün sonra meydana gelir. Greftin periferinden merkezine doğru osteoblastlar kolayca infiltre olabilirler. Spongiyöz greftin vasküler invazyonunda ilk olarak gerçekleşen olay osteojenik hücreler içinde farklı mezenşimal hücrelerin görülmesidir [40,73].
Greft birleşmesinin bu fazı boyunca, alıcının immun sistemi, vericinin antijenlerine karşı hassas hale gelir. Otogreftlere karşı immun bir cevap oluşmaz, fakat allogreftler humoral ve hücresel immun cevabı yeterli bir şekilde uyarabilirler. Spongiyöz otogreftin revaskülarizasyonu genel olarak operasyondan 2 hafta sonra tamamlanır [40,73].
2.9.1.3. Osteokondüksiyon
Spongiyöz otogreftin en uzun birleşme aşaması osteokondüksiyon safhasıdır. Osteoklastlar, greft içerisinde tüneller açarak greft merkezine doğru ilerlerler. Oluşan tüneller kapillar damarlarla vaskülarize edilir ve yeni kemik lamelleriyle doldurulur. Bu süreç, transplante edilen kemik ortadan tamamen kaldırılıncaya kadar devam eder [29,80]. Biyomekanik olarak greft alanı yeni kemiğin ilavesiyle daha da güçlenmiş olur. Bu süreç büyük hacimli geftlerde birkaç ay sürebilir [44].
2.9.1.4. Mekaniksel faz
Kemik greft birleşmesinin son aşaması olan mekaniksel faz, spongiyöz otogreftte nadir olarak meydana gelir. Çünkü bu aşamaya gelinceye kadar kemik tarafından yenilenme ve rezorpsiyon tamamlanır. Bu faz boyunca uygun olmayan, rezorbe edilmeyen greftler alıcı tarafından reddedilir [28,40,73].
Kırık fiksasyonunun sağlam olması greftlerin birleşmesinde etkili faktörlerdendir. Fiksasyon yerindeki dengenin bozulması halinde revaskülarizasyon gecikebilir [28,40,73].
2.9.2. Otojen Kortikal Kemik Greftlerinin Birleşme Aşamaları
Kırık fragmentlerinin cerrahi olarak çıkarılması sırasında kemiğin büyük bir parçası kaybolabilir. Büyük parçalı kemik defektlerinin onarımında, açık kırıklarla ilişkili yüksek non- union riski olan kırıklarda kortikal greft uygulaması tercih edilebilir [73,34].
Otojen kortikal kemik greftleri açık kırıklar, kommunitif kırıklar ve kemik doku kaybının olduğu kırıklarda kullanılmaktadır. Alıcı bölgede yeterli miktarda yumuşak doku bulunuyorsa verici bölgeden alınan greft hemen alıcı bölgeye uygulanabilir. Eğer yumuşak doku, alıcı bölgeye uygulanacak olan grefti sarıp revaskülarize edebilecek gibi değilse, greft yaranın gecikmiş primer kapanması sırasında uygulanmalıdır [5].
Kortikal greftler veya implantlar mekanik destek sağlarlar. Kortikal kemik greftleri kemiğin büyümesinde yapı iskelesi olarak görev yapar. Alıcı yatağında osteoprogeniter hücreler ve kapillar damarlar, perivasküler dokunun veya greftin içine penetre olur. Kortikal kemik, osteokondüksiyonun başlaması ile osteogenesisin kaynağı olarak görev yapmaktadır. Kortikal kemik greftleri, spongiyöz kemik greftlerine göre osteoblast ve osteosit bakımından
fakir ve yüzey alanı daha düşüktür. Kortikal kemik yüzeyleri vasküler gelişim ve yeniden yapılanmaya karşı bariyer oluştururlar [26,52].
Kortikal kemik greftinin implantasyonundan sonra bir takım yangısal değişiklikler meydana gelir. Kortikal greftin birleşme aşamaları spongiyöz greftin birleşme aşamalarından farklı değildir. Ancak otojen kortikal kemik greftinin revaskülarizasyonu otojen spongiyöz kemik greftinin revaskülarizasyonundan daha yavaştır. Bunun sebebi kortikal kemiğin yapısından kaynaklanmaktadır. Kortikal kemikte endosteal hücreler kısıtlı olarak bulunmaktadır. Birleşme osteoblastlardan ziyade osteoklastlar tarafından başlatılmaktadır. Vasküler penetrasyon Volkmann ve Havers kanallarına vasküler infiltrasyon ve periferal osteoklastik resorbsiyonunun sonuçlanmasıyla gerçekleşmektedir [58,73].
Kortikal kemiğin rezorbsiyonu, greftin büyüklüğüne bağlı olmak üzere transplantasyondan sonra 2 hafta içerisinde ya da aylar sonra gerçekleşir. Greft normal kemikten daha az direnç gösterir. Mekanik direncin azalması transplantasyondan sonra 6. haftada ölçülebilir. Kemikteki nekrotik dokunun önemli bir miktarı transplantasyondan sonra ortamda bulunabilir. Nekrotik dokunun bulunmasının sebebi ölü kemik matriksinin canlı kemik matriksi kadar güçlü olmasıdır [84].
2.10. Greftin Doku İle Etkileşimi
Tüm greftler, greftin yaşama şansını artırmak için, iyi kanlanan ve bakteri içeriği 105’ ten az olan bölgelere konmalıdır. Greftin alıcı yatakta yer değiştirmesini önlemek ve hematom oluşumunu engellemek için alıcı yatağa iyi bir şekilde tespit edilmelidir. Greft alıcı bölgeden ayrıldığı zaman diffüzyon ile beslenmesi, yeni damar oluşumu engellenir ve sonuçta greft alıcı bölgede yaşayamaz [10].
Greftin alıcı bölgede yaşamamasının sebepleri arasında greftin altında hematom veya seroma oluşması, greftin alıcı bölgeden ayrılmasına sebep olan kuvvetler, alıcı bölgenin kanlanmasının zayıf olması, enfeksiyon veya bakteri kolonizasyonu sayılabilmektedir [25].
Canlı dokuya yerleştirilen tüm implantlar, yerleştirildiği dokudan tepki alırlar. Bu tepki doku-implant ara yüzeyinde oluşur ve çeşitli faktörlere bağlı olur (Tablo 2.3). Bu faktörlere bağlı olarak kullanılan kemik greftine doku cevabı farklı olur [10].
Tablo 2.3. İmplant - doku ara yüzey ilişkisini etkileyen faktörler [10]. Doku tarafında İmplant tarafında
Dokunun tipi İmplant bileşimi
Dokunun sağlığı Faz sınırları
Doku içi kan sirkülasyonu Yüzey morfolojisi Ara yüzey hareketliliği Yüzey gözenekliliği Boyutlar arası uygunluk Boyutlar arası uygunluk
Mekanik yükleme Mekanik yükleme
2.11. Kemiğin Biyomekanik Özellikleri
Kemik iskelet sistemi iç organları koruyan, kaslara yapışma yeri sağlayan ve vücut hareketini destekleyen bir yapıdır. Kemiğin biyomekaniği de bu kompleks görevleri yapabilmek için özelleşmiştir. Kemik, kendini tamir edebilen, içyapısını, şeklini ve boyutunu değişen mekanik ihtiyaçlara göre ayarlayabilen bir dokudur (Wolff yasası). Kemiğin üzerine uzun süre devam eden aşırı yüklenme ya da az yüklenme kemik yoğunluğunu değiştirir. Kemik biyomekanik yönden demir ile karşılaştırıldığı zaman 3 kat hafif, 10 kat esnektir. Kemiğin kollagen içeriği çekme, mineral içeriği ise basmaya karşı dirençten sorumludur [42].
Kırık, biyomekanik yönden kemiğin yapısal yetersizliği olarak tanımlanır. Yetersizlik ise kemiğin yük taşıma kapasitesini aşması sonucu oluşur. Kemiğin yük taşıma kapasitesi, kemiğin boyutuna, kemik kütlesinin dağılımına, doku özelliklerine ve uygulanan yükün yönüne ve büyüklüğüne bağlıdır [42].
Kemiğe uygulanan yüklenmeler farklı yönlerde olabilir. Çekme, basma, makaslama, bükülme, dönme ve kombine yüklenmeler şeklinde ortaya çıkabilir [42].
Kemiğin biyomekaniği incelenirken strenght (mukavemet) ve rijitlik terimlerini bilmek gerekir. Bu iki özelliği anlamak için kemiğin yüklenme altında gösterdiği değişiklikleri incelemek gerekir. Bu özellikler yüklenme deformasyon süreci içinde değerlendirilir. Yük deformasyon grafiğinin karakteristiği, kemiğin hem şekline hem de doku özelliklerine bağlıdır [42].
Esneme noktasına kadar yük ve deformasyon arasında lineer bir ilişki (elastik bölge) vardır. Bu noktadan sonra yük-deformasyon eğrisinin eğimi azalır (plastik bölge). Elastik bölgede yük kaldırıldığında kemik eski şekline dönerken plastik bölgede kemikte meydana gelen mikro hasar kalıcı deformasyona neden olur. Kemik elastik dönem boyunca yapılan yüklenmenin 6 katını plastik dönemde karşılayabilir. Yükler artırılarak uygulanmaya devam edilir ve kemik yetersizlik noktasına ulaşırsa kırık ortaya çıkar. Yük - deformasyon eğrisinde, elastik bölgenin eğimi kemiğin sertliğini gösterir. Eğriden elde edilen dört temel mekanik özellik; güç, sertlik, enerji absorbe edebilme yeteneği ve deformasyondur [42]. Eğilme yüklenmesinde kemiğin standart yük-deformasyon eğrisi Şekil 2.2’de gösterilmiştir [78].
Kemik örneklerinde yapılan mekanik testlerde; uygulanan yükler altında kemiğin mekanik davranışının sonucu olarak yük- deformasyon grafiğine benzer gerilim -uzama grafiği elde edilir (Şekil 2.3) [15]. Gerilim, birim sahaya gelen güçtür. Yükün kemikte oluşturduğu iç kuvvetin yoğunluğu olup yükün uygulandığı alana oranı ile belirlenir. Başlıca iki tip gerilme vardır [42].
Şekil 2.3. Gerilim- uzama grafiği [15].
Normal gerilme, malzeme yüzeyine dik doğrultuda etki eden gerilmedir. Uygulanan yük kesite doğru ise basma, kesitten dışarıya doğru ise çekme gerilmesi olur. Şekil değiştirme kısalma ya da uzama miktarının materyalin orijinal uzunluğuna oranı ile belirlenir. Makaslama gerilmesi malzemeye yada malzemede kesit eksenine paralele yönde etki eden yüklerin oluşturduğu gerilmedir. Kayma ya da kesme gerilmesi de denir[42].
Gerilme - % uzama grafiğinde malzemenin davranışı ile elastik (Young’s) modülü tanımlanır ve elastik bölgede gerilme-uzama eğrisinin eğimi ile belirlenir. Elastiklik (Young’s) modülü kemik materyalinin direncini gösterir. Grafikte eğrinin altında kalan alan tokluk olarak adlandırılır ve kırık oluşuncaya kadar kemiğin absorbe edebileceği enerji miktarını gösterir [42,78].
İzotrop materyallerde mekanik özellikler materyalin her bölgesinde aynıdır. Ancak hem kortikal hem de spongiyöz kemik anizotropiktir ve kendilerine uygulanan yükleme yönüne göre farklı mekanik özellikler gösterirler. Kortikal ve spongiyöz kemiğin anizotropik
0 200 160 120 80 40 0,00 40,00 80,00 120,00 160,00 200,00 240,00 0,00 0,20 0,40 0,60 1,00 1,50 % Uzama G e ri li m ( M P a )
olmasının sebebi içlerindeki kollagen diziliminin farklı yönde olmasıdır. Anizotropinin derecesi kemiğin anatomik yerine ve yüklenmeye göre değişir [42,78].
Kemiğin uzun aksına paralel olarak gelen yüklenme ve kemiğin uzun aksına dik olarak gelen yüklenmeye karşı kemiğin gösterdiği mekanik özellik genellikle kemiğin mekanik sınırlarını çizer. Bu iki yön dışında kemiğe gelen yükler bu sınırlar içinde kalacak şekilde dirençle karşılaşır [42,78].
Kortikal ve spongiyöz olmak üzere iki komponentten oluşan kemiğin mekanik özellikleri incelenirken daha çok kortikal kemik ele alınmaktadır. Spongiyöz kemik daha az dikkate alınır. Çünkü spongiyöz kemiğe ait değerler kortikal kemiğe ait olanlara göre daha düşüktür. Örneğin kortikal kemiğin elastiklik modülü 17 GPa, spongiyöz kemiğin elastik modülü ise 75,5 MPa’dır. Kortikal ve spongiyöz kemiğe ait en yüksek değerler ise uzunlamasına yüklenmelerle elde edilir [42,78].
Kortikal kemik spongiyöz kemiğe göre daha serttir. Yani daha fazla gerilmeye karşı koyabilir, fakat deforme olabilme yeteneği daha azdır. Kortikal kemiğin kırılması için orijinal uzunluğunun %2’sinin aşılması yeterli iken, spongiyöz kemikte bu oran %7’dir. Kortikal kemiğin çekme ve basmaya karşı gösterdiği mekanik özellikler farklıdır. Çekmeye karşı düzgün bir davranış gösteririken basmaya karşı aynı homojenlikte bir davranış göstermez. Elastiklik modülüsleri elastik dönem süresince aynıdır. Fakat akma dayanımı yüksektir. Basma uygulandığında plastik bölgede oluşan deformasyon eğrisi doğrusal bir artış göstermez [15,42].
Kemik viskoelastik bir materyaldir. Bundan dolayı hızlı yüklenme karşısında daha fazla enerji depolar, daha sert ve güçlü duruma gelir. Kemiğin tamamı belli bir yüklenme altında, yüklenmenin etki ettiği bölgeye göre mekanik özellik gösterir. Etki noktasındaki kemiğin kesit geometrisi ve kemik dokusunun genel özellikleri bu noktada rol oynar [15,42].
2.12. Kemik Gücünü Belirleyen Faktörler
Bir kemiğin kırığa direnme yeteneği (kemiğin gücü) kemiğin miktarına (kütle), kemik kütlesinin uzaysal dağılımına ve kemiği oluşturan materyalin intrinsik özelliklerine bağlıdır. Kemiğin yeniden şekillenmesi ise kemik gücünü etkileyen özelliklerdeki değişikliklere aracılık eden biyolojik bir süreçtir [15].
Kemik gücünü belirleyen unsurların birincisi, kemik çevresindeki mekanik ve hormonal değişikliklere sürekli olarak adaptasyon gösterme, kendi kendini yenileme ve tamir yeteneğine sahip olmasıdır. Mekanik yüklenmelerdeki artışa boyutunu şeklini değiştirerek uyum gösterir. İkinci unsur ise kemik gücünü etkileyen faktörlerin hiyerarşik doğası ile ilgilidir. Bu nedenle sellüler, matriks, mikro ve makromimari düzeylerin tümü kemiğin mekanik özelliklerini etkileyebilir [78].
Kemiğe uygulanan yükler ve sonucunda oluşan deformasyon arasındaki ilişki tüm kemiğin yapısal davranışı veya yapısal özelliklerini karakterize eder. Bu nedenle yapısal davranış kemiğin boyutu ve şekli kadar kemik dokunun özelliklerinden de etkilenir. Yapısal davranışın tersine, kemik dokunun materyal davranışı veya materyal özellikleri kemiğin geometrisinden bağımsız olup, kortikal ve spongiyöz kemiğin intrinsik biyomekanik özelliklerini yansıtır. Bu nedenlerle biyomekanik mühendisliği kemik gücünü değerlendirirken hem yapısal hem de materyal davranışını dikkate alır [15].
Spongiyöz kemiğin materyal özelliklerini etkileyen pek çok faktör vardır. Ancak en önemli faktörler gerçek dansite ve spongiyöz ağın mikroyapısal düzenidir. Spongiyöz kemiğin dansitesi ile gücü arasında lineer olmayan bir ilişki mevcuttur. Dansitedeki küçük değişimler spongiyöz kemik gücünde büyük değişimlere neden olur [15,42].
Kortikal kemiğin biyomekanik özelliklerini belirleyen başlıca unsurlar porozite ve kemik matriksinin mineralizasyon yoğunluğudur. Kortikal kemiğin sertlik ve gücündeki değişimin %80’inden fazlası bu iki unsur ile açıklanabilir. Kortikal kemiğin mekanik davranışını etkileyen diğer özellikler; kemiğin histolojik yapısı, kollajen içeriği, kollajen çapraz bağlarının uzunluğu, sement çizgilerinin sayısı ve dağılımı ile mikrohasarın varlığıdır [15,42].
2.13. Mekanik Testler ve Özellikleri
Bir malzemenin uygulanan bir kuvvete karşı nasıl direnç gösterdiğini ölçmek için kullanılan çeşitli testler vardır. Bu testler [36,53]:
1. Çekme Deneyi 2. Basma Deneyi 3. Burma Deneyi
