T.C.
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ
ORTOPEDİ VE TRAVMATOLOJİ ANABİLİM DALI
SIÇANLARDA KAFA TRAVMASI SONRASI BEYİN OMURİLİK SIVISININ KIRIK KAYNAMASI ÜZERİNE
ETKİSİ
Dr. Alaaddin Levent ÖZGÖZEN
UZMANLIK TEZİ
TEZ DANIŞMANI Prof. Dr. İsmet TAN
ADANA-2014
I
TEŞEKKÜR
Çukorova Üniversitesi Tıp Fakültesi Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalında eğitim sürecim boyunca benim yetişmemde büyük katkıda bulunan, bütün eğitim sürecim boyunca benden sabır ve hoşgörülerini esirgemeyen, bilgi tecrüblerini meslek hayatım boyunca taşıyacağım değerli hocalarım Prof. Dr. İsmet Tan, Doç. Dr.
Cenk Özkan, Yrd. Doç. Ömer Sunkar Biçer, Yrd. Doç. Mehmet Ali Deveci, Yrd. Doç.
Gazi Huri ve Uzm. Dr. Mustafa Tekin'e ve eğitimimin ikinci senesinde emekliye ayrılan Prof. Dr. Hüseyin Bayram ve Prof. Dr. Mustafa Herdem‟e sonsuz teşekkür ve şükranlarımı sunarım.
Beş yıllık çalışma sürecim boyunca birlikte zevkle zaman geçirdiğim uzman olan ve halen asistanlıkları devam eden doktor arkadaşlarıma; servis, poliklinik ve ameliyathane hemşirelerine, personellerine ve sekreterlerine teşekkürü borç bilirim.
Tezimle ilgili yardımlarından ötürü birlikte çalışırken zevkle zaman geçirdiğim Prof. Dr. Gülfiliz Gönlüşen ve Arş. Gör. Dr. Nazlı Cerit Soygun'a bu çalışmanın gerçekleşmesinde laboratuar imkânlarını ve yardımlarını esirgemeyen Yrd. Doç. Dr.
Kenan Dağlıoğlu'na, çalışmalarımda emek ve yardımlarından ötürü ÇÜTF-DETAUM personellerine teşekkürü borç bilirim.
Bütün eğitim hayatım boyunca beni destekleyen maddi ve manevi yardımlarını esirgemeyen annem babam abim ve kardeşlerime, tezim süresince bana destek olan eşim ve kayınvalideme ve varlığıyla bana manevi destek olan oğluma gönülden teşekkür ederim.
Dr. Alaaddin Levent ÖZGÖZEN Adana, 2014
II
İÇİNDEKİLER
TEŞEKKÜR ... I İÇİNDEKİLER ... II TABLOLAR LİSTESİ ... IV ŞEKİLLER LİSTESİ ... V KISALTMALAR LİSTESİ ... VI ÖZET ve ANAHTAR KELİMELER ... VIII ABSTRACT And KEY WORDS ... IX
1. GİRİŞ ... 1
2.GENEL BİLGİLER ... 2
2.1. Kemik Histolojisi ... 2
2.1.1. Tipleri ... 2
2.1.2. Hücresel Biyoloji ... 2
2.2. Kırık İyileşmesi ... 5
2.2.1. Kemik Tespiti Biyomekaniği ... 5
2.2.2. Revaskülarizasyon ... 6
2.2.3. Kırık İyileşmesinin Fazları ... 6
2.3. Kafa Travması ... 11
2.3.1. Kafa Travmasının Biyomekanik ve Nöropatolojik Sınıflaması ... 11
2.3.2. Kafa Travmasının Genel Patofizyolojisi ... 11
2.3.3. Kafa Travması Spesifik Patofizyolojisi ... 11
2.4. Kafa Travmasının Sistemik Etkileri ... 14
2.4.1. Kafa Travmasında Sıvı - Elektrolit Metabolizması Bozuklukları ... 15
2.4.2. Kafa Travmasında Hormonal Bozukluklar ... 15
2.4.3. Travmatik Beyin Hasarına Metabolik Cevaplar ... 15
2.4.4. Kafa Travmasında Kardiyopulmoner Fonksiyon Bozukluğu ... 16
3. GEREÇ VE YÖNTEM ... 18
3.1. Gereç ve Yöntem ... 18
3.2. Femur Kırığı ve Tespiti Ameliyat Tekniği... 19
3.3. Kafa Travmasının Uygulanması ... 22
3.4. Kafa Travması Sonrası BOS Alım Tekniği ... 25
III
3.5. Çalışma Grubu Kırık Hattına BOS Uygulaması ... 26
3.6. Çalışmanın Radyolojik Olarak Değerlendirilmesi ... 27
3.7. Çalışmanın Histolojik Olarak Değerlendirilmesi ... 28
3.8. Çalışmanın İstatistiksel Analizi ... 29
4. SONUÇLAR ... 30
4.1. Radyolojik Sonuçlar ... 30
4.2. Histolojik sonuçlar ... 38
5. TARTIŞMA ... 41
6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 46
KAYNAKÇA ... 47
ÖZGEÇMİŞ ... 53
IV
TABLOLAR LİSTESİ
Tabo No: Şayfa No:
Tablo 1. Kemik tipleri ... 3
Tablo 2. Osteoblastlar ve osteoklastlar üzerindeki bazı reseptörler ve reseptörlerin etkileri ... 4
Tablo 3. Kemiğin büyüme faktörleri ... 8
Tablo 4. Çalışma esnasında sıçanların gruplandırılması ve gruplara uygulanan işlemler ... 19
Tablo 5. Lane ve Sandhu’nun radyolojik skorlama sistemi ... 28
Tablo 6. Huo ve arkadaşlarının kırık iyileşmesinin değerlendirilmesinde histolojik skorlama sistemi ... 29
Tablo 7. Kontrol grubu sıçanların röntgen sonuçları ... 31
Tablo 8. Çalışma grubu sıçanların röntgen sonuçları ... 32
Tablo 9. Röntgen sonuçlarının kaynama dokusu enine göre karşılaştırılma sonuçları ... 33
Tablo 10. Röntgen sonuçlarının kaynama dokusu boylarına göre karşılaştırılması sonuçları ... 33
Tablo 11. İyi ve kötü tespit edilen kırıkların ve parçalı ve transvers kırıkların gruplar arası dağılımı ... 34
Tablo 12. Kırıkların kaynama değerlerine göre gruplar arası dağılımı ... 37
Tablo 13. Kontrol grubu histoloji sonuçları ... 38
Tablo 14 . Çalışma grubu histoloji sonuçları ... 38
Tablo 15. Grupların histolojik sonuçlarının istatistiksel değerlendirmesi ... 39
V
ŞEKİLLER LİSTESİ
Şekil No: Sayfa No:
Şekil 1. Osteon yapıların ve Haversiyan sistemin kemikte yerleşimi ... 3
Şekil 2. Örgümsü ve lameller kemik doku ... 4
Şekil 3. Sıçanlarda kırık iyileşmesi ile gelişen olayları gösteren zaman skalası. a) Kırık iyileşmesinin üç fazı b) interfragmanter hareket (İFH) kırık kallusu geliştikçe azalır. c) Kırıkla beraber kan akımı aniden azalır ve interfragmanter hareketin de azalması ile beraber kallus dokusu vaskülarize olmaya başlar ve remodelizasyon bittiğinde normal hale gelir. d) Kırıkla beraber ilk olarak granülasyon dokusu gelişir zamanla yerini kıkırdak dokuya bırakır, kan akımının ve oksijenin artması ile kıkırdak doku apoptozise uğrayıp yerini kemik dokuya bırakır. ... 5
Şekil 4. Travma sonrası kırık hattında oluşan inflamasyon ve kırık tamirinin sistemik şeması ... 8
Şekil 5. Koyun metatarsında primer kemik iyileşme modeli. a) kompresyon plağı ile rijid fiksasyon sonrası çekilen radyografi. b) x4 büyütme 24. Günde longitudinal histolojik kesit. c) Osteonlarla iyileşmeyi gösteren histolojik kesit ... 9
Şekil 6. Koyun tibiası osteotomi modelinde sekonder kemik iyileşmesi a) Eksternal fiksatör ile tespit sonrası gelişen kallus dokusnun radyografik görüntüsü b) Kemik köprüleşmenin hemen öncesi (post. Op. 9 hafta) tibianın longitudinal histolojik kesiti (x4 büyütme), periosteal ve endosteal dokuda kalsifiye olmaya başlamış kallus dokusu ve osteotomi hattında mor renkte fibrokartilaj doku izlenmekte c) ÜST, Kemik iyileşme bölgesinde ... longitudinal kesit (x20 büyütme) periosttaki intramembranöz kemikleşmeyi göstermekte (post op 4. gün) c) ALT, kırık hattındaki fibtokartilajenöz doku içinde enkondral kemikleşme görülmekte. ... 10
Şekil 7. Cerrahi saha uygun şekilde tıraş edildi... 20
Şekil 8. Diz anteriordan longitudinal insizyon yapıdı ... 20
Şekil 9. Diz eklemine lateral parapatellar olarak girilip patella mediale devrildi. ... 20
Şekil 10. Femoral noçtan enjektör iğnesi gönderildi. ... 21
Şekil 11. Femur lateralden yapılan ikinci bir insizyon ile femur cisme ulaşıldı ... 21
Şekil 12. Kemik makası yardımı ile kırık oluşturuldu. ... 21
Şekil 13. Operasyon sonrası sıçanın röntgen görünümü ... 22
Şekil 14. Plastik borudan oluşan ağırlık düşürme düzeneği ve 450 gram ağırlığında içinde alçı dondurulmuş pet şişe. ... 23
Şekil 15. Sıçanları kafa travması öncesi yerleştirmek için hazırlanan köpük kalıp ... 24
Şekil 16. Sıçanların köpük kalıp içerisine yerleşimi ... 24
Şekil 17. Ağırlık sıçanın iki kulak ortasının yaklaşık 5 mm önüne düşecek şekilde ayarlandı. ... 25
Şekil 18. Sıçanların oksiput posteriorundan yapılan insizyon... 26
Şekil 19. Sıçanlardan BOS alınması ... 26
Şekil 20. Clarity Viewer ile kaynama dokusunun en ve boyunun değerlendirilmesi, tablo 9’a göre çalışma grubu 6 nolu denek ... 28
Şekil 21. Kaynama dokusu enlerinin grafik sonuçları ... 33
Şekil 22. Kaynama dokusu boylarının grafik sonuçları ... 34
Şekil 23. Kontrol grubu sıçanların operasyon sonrası 30. gün röntgen görüntüleri ... 35
Şekil 24. Kontrol grubu sıçanlardan, tablo 5’e göre 10 numaralı denek ... 35
Şekil 25. Çalışma grubu sıçanların operasyon sonrası 30. gün röntgen görüntüleri ... 36
Şekil 26. Çalışma grubu sıçanlardan büyük kaynama dokusu ile öne çıkan örneklerden biri, tablo 6’ya göre 4 numaralı denek ... 36
Şekil 27. Grupların radyografik olarak kaynamasının sonuçları ... 37
Şekil 28. Histolojik sonuçların gruplara göre dağılımı ... 39
Şekil 29. Çalışma grubu kallus dokusu histolojisi örneği, x10 büyütme.Hematoksilen eozin ile boyalı grade 7 kallus dokusu. Yaygın örgümsü kemik doku ve az miktarda kıkırdak dokusu (Siyah ok) izlenmekte. ... 40
Şekil 30. Kontrol grubu kallus dokusu histolojisi örneği, x10 büyütme grade 5 kallus dokusu. Ağırlıklı olarak kıkırdak dokusu (Siyah ok) ve örgümsü kemik dokusu (Yeşil ok) izlenmekte. ... 40
VI
KISALTMALAR LİSTESİ
1,25-(OH)2 vitamin D3 : Kolekalsiferol
ACTH : Adrenokortikotropik hormon
ADH : Antidiüretik hormon
ALP : Alkalen fosfataz
ATP : Adenozin trifosfat
BMP : Bone morfogenik protein
BOS : Beyin omurilik sıvısı1
Ca : Kalsiyum
cm : Santimetre
DNA : Deoksiribonükleik asit
FGF : Fibroblast büyüme faktörü
GH : Büyüme hormonu
GMP : Guanin monofosfat
gr : Gram
Hg : Civa basıncı
ICAM : İnterselüler adezyon molekülü
IL : İnterlökin
K : Potasyum
kV : Kilovatt
mA : Miliamper
mm : Milimetre
mRNA : Haberci ribonükleik asit
Na : Sodyum
O2 : Oksijen
pCO2 : Parsiyel karbondiyoksit basıncı PDGF : Trombosit kökenli büyüme faktörü
pH : Hidrojen gücü
PNL : Polimorf nüveli lökosit
PTH : Parathormon
PtO2 : Doku oksijen perfüzyonu
PVC : Polivinil klorür
VII
RANK : Nükleer faktör kappa B ligandı reseptör aktivatörü
sn : Saniye
SS : Standart sapma
SVO : Serebrovasküler olay
TGF-ß : Transforme edici büyüme faktörü beta
TNF : Tümör nekroz faktörü
TNP-470 : O-(chloroacetyl-carbamoyl) fumagillol
TSH : Tiroid uyarıcı hormon
VCAM : Vasküler hücre adezyon molekülü
VEGF : Vasküler endotelyal büyüme faktörü
VIII
ÖZET
Sıçanlarda Kafa Travması Sonrası Beyin Omurlik Sıvısının Kırık Kaynaması Üzerine Etkisi
Amaç: Kafa travmalı hastalarda hızlanmış kırık iyileşmesi literatürde bildirilmesine rağmen kırık kaynamasını hızlandıran mekanizma net olarak bilinmemektedir. Çalışmamızda hipotez olarak kafa travması sonrası beyin omurilik sıvısının kan dolaşımına karışarak kırık kaynamasını hızlandırdığını ileri sürdük. Bu hipotezi kanıtlamak üzere sıçan modeli üzerinde kafa travması sonrası beyin omurilik sıvısının kırık kaynaması üzerine etkilerini göstermeyi amaçladık.
Gereç ve Yöntem: 42 adet Wistar albino tipi sıçan üç gruba ayrıldı. Bunlardan birincisi kafa travması grubu, ikincisi çalışma grubu, üçüncüsü kontrol grubuydu. 12 sıçandan oluşan birinci gruba kafa travması uygulandı, işlem esnasında iki sıçan öldüğü için 10 sıçandan beyin omurilik sıvısı temin edilebildi. 15‟er sıçandan oluşan çalışma ve kontrol gruplarında femur kırığı oluşturuldu ve intramedüller tespit uygulandı. Çalışma grubundaki sıçanların kırık hattına, kafa travması grubundan elde edilen beyin omurilik sıvısı enjekte edildi. İşlem sonrası 5. günde çalışma grubundan bir sıçan öldüğü için çalışma grubu 14 sıçan üzerinden değerlendirildi. İşlem sonrası 30. günde çalışma ve kontrol grubundaki sıçanların femurları kalçadan dezartiküle edildi. Kırık hattında gelişen kallus dokusu radyolojik olarak enine, boyuna ve Lane ve Sandhu‟nun radyolojik kaynama skoruna göre ve histolojik olarak ise Huo ve arkadaşlarının skalasına göre değerlendirildi. İstatistiksel önem düzeyi 0,05 alındı.
Bulgular: Radyolojik ölçümlerimizde çalışma grubunda kallus dokusu boyları anlamlı düzeyde yüksek saptandı (p=0,0001). Çalışma grubunda kallus dokusu enleri daha yüksek olmasına rağmen istatistiksel olarak anlamlı değildi (p=0,158). Lane ve Sandhu'nun radyolojik kaynama skoruna göre gruplar arası anlamlı fark saptanmadı (p=0,700). Çalışma grubunun histolojik olarak kaynama skoru kontrol grubundan anlamlı düzeyde yüksek bulundu (p=0,014).
Sonuçlar: Kafa travması sonrası izlenen hızlanmış kırık kaynamasının altında yatan mekanizma bilinmemektedir. Sıçan modeli üzerinde, kafa travması sonrası temin edilen beyin omurilik sıvısı, radyolojik incelemelerimizde kallus dokusu boyunu arttırmakta ve histolojik incelemelerimizde kırık kaynamasını hızlandırmaktadır. Kafa travması sonrası beyin omurilik sıvısında artan bazı moleküller kallus dokusu üzerine etki ediyor olabilir. Kafa travması sonrası temin edilen beyin omurilik sıvısının hangi mekanizma ile kırık kaynamasına etki ettiğini anlamak için daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir.
Anahtar Sözcükler: Kafa travması, kırık kaynaması, beyin omurilik sıvısı
IX
ABSTRACT
The Effect of Cerebrospinal Fluid After Head Trauma, on Fracture Union on Rats Objectives: Accelerated fracture healing after head trauma is reported in the literature, although the mechanism of this event is not clear yet. In this study, our hypothesis was that cerebrospinal fluid mixes into the blood circulation after the traumatic brain injury and accelerates the fracture union. To prove this hypothesis we aimed to show the effect of cerebrospinal fluid, collected after head trauma on fracture union on rat model.
Material and Methods: 42 Wistar albino male rats were divided into three groups as control group, study group and head trauma group. Head trauma group consisted of 12 rats, for each rat we performed head trauma. Two of them died after the trauma so we collected cerebrospinal fluid of remaining 10 rats. Study group and control group consisted of 15 rats. For each group we performed femur fracture and intramedullar fixation and we injected the cerebrospinal fluid that is taken from head trauma group, to the interfragmanter area of the study group. Because of a rat‟s death on fifth day, the study group assessed on 14 rats. On 30‟th day of our study we disarticulated the operated femur from the acetabulum of both study and control groups.
The callus tissue of femur fracture was observed radiologically according to the width and length of callus tissue, defined by Lane and Sanhu‟s radiographical scale. The callus tissue was observed histologically according to the scale of Huo et al. 0,05 was considered as statistically significance level.
Results: In our radiological measurements, the study group‟s callus tissue length found to be significantly higher than the control group (p=0,0001). On the other hand, study group‟s callus tissue mean width was found as higher than the control group but there was no significant difference (p=0,158). There was no significant difference between the Lane and Sandhu‟s radiographical scale of each group (p=0,700). In our histological measurements, the study group‟s callus tissue grade found to be significantly higher than the control group (p=0,014).
Conclusion: The underlying mechanism of accelerated fracture union after head trauma is still unknown. On rat model, the cerebrospinal fluid collected after head trauma, accelerated the fracture union histologically and affected the length of callus tissue histologically. It is possible that after head trauma some agents may increase in the cerebrospinal fluid and affects the fracture union. More studies are needed to understand the mechanism of cerebrospinal fluid‟s effects on fracture union after head trauma.
Key Words: Head trauma, fracture union, cerebrospinal fluid.
1
1. GİRİŞ
Kırıklar tarih boyunca tıbbi problem olarak değerlendirilmiştir. Hippokrat‟ın tıbbi çalışmalarının çoğunda yaralanmaların ve özellikle kırıkların tedavisi tariflenmektedir. Kırığın biyolojisi ile ilgili bilgiler 20. yüzyılda artmıştır. Hastaların beklentileri örneği görülmemiş seviyelere ulaşmış, kırıkların medikal ve cerrahi tedavisine yönelik geniş, çok uluslu endüstriler gelişmiştir.1 Kırık sonrası gelişen morbidite artışı, iş gücü kaybı, yüksek tedavi maliyetleri nedeniyle kırık iyileşmesinin hızlandırılması ve kaynama oranının en üst düzeye çıkarılması için uygulanabilecek değişik tedavi yöntemleri araştırılmış birçok büyüme faktörü ortaya konmuş, bunlardan bazıları klinik kullanıma girmiştir.
Ortopedi kültüründe uzun zamandır travmatik beyin yaralanması ile hızlanmış kemik iyileşmesi ilişkilendirilmektedir. Birçok klinik deneyim ve laboratuvar çalışmasıyla, beyin travması sonrası kemik yapım hücrelerinin uyarılması ile hızlanmış kallus oluşumu arasındaki ilişki gösterilmiştir.2 Travmatik beyin yaralanması heterotopik ossifikasyon ile de ilişkilendirilmektedir. Travmatik beyin yaralanması sonrası gelişen heterotopik ossifikasyon ilk defa 1968 yılında kafa travması olan uzamış koma periyodundaki bir hastanın dirseğinde Roberts tarafından gösterilmiştir.3 Beyin travmalı hastalarda kırık iyileşmesinin hızlanması üzerine pek çok araştırma yapılıp birçok hipotez öne sürülse de halen altta yatan mekanizma tam olarak bilinmemektedir.
Bu mekanizmanın anlaşılması, kırık tedavisinde bize yeni ufuklar açabilir.
Biz, kafa travması sonrası BOS‟ta artan bazı moleküllerin, kafa travması ile bozulan kan beyin bariyerini aşarak kırık kaynaması üzerine etki edebileceğini düşündük. Bu hipoteze dayanarak kafa travması sonrası sonrası sıçanlardan aldığımız BOS‟u, sağlıklı sıçanların kırıklarına uygulayarak kırık kaynamasını hızlandırmayı ve daha büyük kallus dokusu elde etmeyi hedefledik.
2
2.GENEL BİLGİLER
2.1. Kemik Histolojisi 2.1.1. Tipleri
Erişkin vücudunda kortikal veya spongioz kemik bulunur ve hem kortikal hem spongioz kemik lameller yapıdadır (şekil 1). Patolojik kemik (osteojenik sarkom, fibröz displazi gibi) ve immatür kemik (embriyojenik iskelet, kırık kallusu) ise örgülü yapıdadır. Örgülü kemik lameller kemiğe göre daha fazla osteosit içerecek şekilde gelişmiştir ve rastgele düzenlenmiştir. Örgülü kemiğin yapım - yıkım döngüsü lameller kemiğe göre daha fazladır (şekil 2) (tablo 1).4
Kortikal kemik iskeletin % 80‟ini oluşturur. Sıkıca paketlenmiş osteonlardan ve bu birimler arasında arterioller, venüller ve sinirleri taşıyan haversiyan sistemlerinden oluşur. Kortikal kemik spongioz kemiğe göre daha düşük bir dönüşüm hızına, göreceli olarak daha yüksek bir Young modülüsüne, torsiyon ve bükülmelere daha yüksek bir dirence sahiptir.4
Spongioz kemik kortikal kemikle karşılaştırıldığında daha az yoğunluğa sahiptir.
Spongioz kemikte stres çizgilerine bağlı olarak daha fazla remodelizasyon meydana gelir, daha yüksek bir dönüşüm hızı vardır. Spongioz kemiğin Young modülüsü daha küçüktür, bu nedenle kortikal kemikten daha elastiktir.4
2.1.2. Hücresel Biyoloji
Osteoblastlar farklılaşmamış mezenşimal hücrelerden türer. Osteositlere göre daha fazla endoplazmik retikulum, golgi aparatı ve mitokondri içerir. Yüzeyinde bazı hormonlar ve prostoglandinler için özel reseptörler mevcuttur (tablo 2). İnterlökinler, trombosit kaynaklı büyüme faktörü ve insülin kaynaklı büyüme faktörü osteoblastların farklılaşmasını in vivo olarak etkiler. 1,25-(OH)2 vitamin D3 osteoblastlarda alkalen fosfataz, tip I kollajen ve osteokalsin üretimini artırır. PTH osteoblastlarda hem adenilat siklazı aktive eder hem de osteoblastlardan RANK ligandı salınımı sağlayarak osteoklastik aktiviteyi uyarır.4
Osteositler olgun iskeletteki hücrelerin % 90‟ını oluşturur. Osteositler matriks içinde sıkışmış eski osteoblastlardır ancak matriks üretiminde osteoblastlar kadar aktif değildir. Osteositlerin varlığı ekstraselüler kalsiyum ve fosfor konsantrasyonu için önemlidir. Kalsitonin osteositleri direkt uyarırken PTH osteositleri inhibe eder.4
3
Osteoklastlar kemiği rezorbe eder, hematopoetik hücrelerden köken alan çok çekirdekli, düzensiz şekilli dev hücrelerdir. Osteoklaslar tartarat dirençli asit fosfataz sentezler. Osteoklastlar karbonik anhidraz yoluyla hidrojen iyonları üretir. Bu hidrojen iyonları pH‟yı düşürür ve hidroksiapatit kristallerinin çözünürlüğünü artırır. Daha sonra osteoklastlar organik matriksi proteolitik sindirim ile ortadan kaldırır.4
Osteoprogenitör hücreler osteoblasta dönüşür. Osteoprogenitör hücreler haversiyan kanalların, endosteumun ve periosteumun yüzeyini kaplar.4
Tablo 1. Kemik tipleri4 Mikroskopik
görünüm Alt Tipleri Özellikleri Örnekleri
Lameller Kortikal -Yapı stres çizgileri boyunca yönelmiştir
-Güçlü
-Femur cismi
Spongioz -Kortikal kemikten daha
elastiktir -Distal femoral
metafiz
Örgülü İmmatür -Stres yönelimli değil -Embriyonik
iskelet Patolojik -Rastgele organizasyon
-Artmış turnover -Zayıf
-Esnek
-Osteojenik sarkom -Fibröz displazi
Şekil 1. Osteon yapıların ve Haversiyan sistemin kemikte yerleşimi4
4
Şekil 2. Örgümsü ve lameller kemik doku4
Tablo 2. Osteoblastlar ve osteoklastlar üzerindeki bazı reseptörler ve reseptörlerin etkileri4
Hücre Tipi Reseptör Etki
Osteoblast PTH Osteoklastik aktiviteyi stimüle etmek için sekonder haberci salınımı
Adenilat siklazın aktivasyınu
1,25-(OH)2 vitamin D3 Matriks, ALP sentezi, kemik spesifik protein sentezi Glukokortikoidler DNA sentezi, kollajen üretimi ve osteoblastik protein
sentezinin inhibisyonu
Prostoglandinler Adenilat siklazın aktivasyonu ve kemik rezorpsiyonun stimulasyonu
Östrojen Kemik üzerinde anabolik ve antikatabolik etkisi vardır.
ALP üretimi için mRNA seviyesini artırır ve adenilat siklaz aktivasyonunu inhibe eder
Osteoklast Kalsitonin Osteoklastların fonksiyonunu inhibe eder
5 2.2. Kırık İyileşmesi
2.2.1. Kemik Tespiti Biyomekaniği
Kemik tespitinin amacı kırığın anatomik olarak uygun dizilimini ve yeterli stabiliteyi sağlamaktır.5 Tespit tekniği, fragmanlar arasındaki hareketi belirler.
Fragmanlar arasında hareket az olduğunda iyileşme intramembranöz kemikleşme ile yani mezenşimal hücrelerin direkt olarak kemik doku hücrelerine dönüşmesi ile olur.
Fragmanlar arasında hareket orta derecede olduğunda ise enkondral iyileşme gelişir yani önce kıkırdak doku oluşur ardından kemik doku gelişir. Kırık hattında aşırı hareket ise kemik iyileşmesini engeller.6-7
Şekil 3. Sıçanlarda kırık iyileşmesi ile gelişen olayları gösteren zaman skalası. a) Kırık iyileşmesinin üç fazı b) interfragmanter hareket (İFH) kırık kallusu geliştikçe azalır. c) Kırıkla beraber kan akımı aniden azalır ve interfragmanter hareketin de azalması ile beraber kallus dokusu vaskülarize olmaya başlar ve remodelizasyon bittiğinde normal hale gelir. d) Kırıkla beraber ilk olarak granülasyon dokusu gelişir zamanla yerini kıkırdak dokuya bırakır, kan akımının ve oksijenin artması ile kıkırdak doku apoptozise uğrayıp yerini kemik dokuya bırakır.5
6 2.2.2. Revaskülarizasyon
Kırık oluştuktan sonra ilk birkaç gün kırık bölgesine ve kırık çevresindeki yumuşak dokuya gelen kan akımı azalır.8 Kırık bölgesine gelen kan akımının azalmasının nedeni travmayla kırık çevresindeki damarların yırtılması ve travma sonrası hem periost çevresindeki hem de kırık bölgesi boyunca medulladaki damarların fizyolojik olarak daralmasıdır. İlk birkaç gün kan akımı azalmasına rağmen ilerleyen günlerde intraosseöz ve ekstraosseöz kan akımı artar.9 Sıçanlarda yapılan bir çalışmada kan akımının kırık sonrası 2 - 4 haftada zirve yaptığı ardından kademe kademe azaldığı izlenmiştir.10-11(şekil 3)
Sağlam kemikte kan akımı sentrifugaldir (içten dışa). Kırık iyileşmesi ve kallus oluşumu sonrası ise kanlanma daha ziyade çevre yumuşak dokudan olur ve sentripedal (dıştan içe) hale gelir.12-13
Revaskülarizasyonun gelişimi kırığa yapılan tespite bağımlıdır. Kırık iyileşmesinin erken evrelerinde fragmanlar arası hareket varlığı revaskülarizasyonu desteklerken kırık iyileşmesinin geç dönemlerinde fragmanlar arası hareketin az olması kan akımını artırır.14-15
Hayvan modellerinde yapılan çalışmalar göstermiştir ki orta derece yumuşak doku hasarı erken dönemde kan akımını yavaşlatmakla beraber kırık iyileşmesine etki etmemektedir.16 Bununla beraber sıçan modellerinde, kırık çevresinde kas yaralanması ve kırık hattındaki periostun devaskülerize edilmesinin kırık iyileşmesini bozduğu gösterilmiştir.17-18 Yapılan başka bir çalışmada vaskülarizasyonu engelleyen bileşiklerle (methionine aminopeptidase-2 inhibitor TNP-470) yapılan tedavilerde kırık iyileşmesi gözlenmemiştir.19 Bütün bu bilgiler ışığında uygun kırık iyileşmesi için düzgün bir revaskülarizasyona ihtiyaç olduğu söylenebilir.
2.2.3. Kırık İyileşmesinin Fazları
Kırık iyileşmesi birbiri içine girmiş üç fazdan oluşur. Kırık iyileşmesi inflamasyon ile başlayıp tamir ve remodelizasyon ile devam eden bir süreçtir (şekil 3).
Bu iyileşme süreçleri birçok hayvanda tarif edilmiş ancak en iyi sıçanlarda gösterilmiştir.5
2.2.3.1. İnflamatuar Faz
Kırıkla beraber kemik içinde ve çevre yumuşak dokudaki damarlar yırtılır, çevre yumuşak doku zedelenir böylece inflamatuar olaylar zinciri başlar. Yırtılan damarlardan
7
sızan kan kalkmış periost altında, kırık uçları arasında ve intramedüller kanalda birikir ve kırık hematomunu oluşturur. Kırık hematomu karakteristik olarak hipoksiktir ve düşük pH‟ya sahiptir. Kırık hematomu kan kaynaklı inflamatuar hücrelere, antiinflamatuar ve proinflamatuar sitokinlere ev sahipliği yapar (şekil 4).20
Kırık oluştuğunda travmanın derecesine göre osteosit beslenmesi bozulur ve kırık uçlarındaki kemik nekroze olur.21 Kırık normal bir inflamasyon karakteristiği gösterir. Trombositler, ölmüş ve zarar görmüş hücrelerden salınan mediatörler vazodilatasyona ve kırık bölgesinde akut ödem oluşmasına neden olur.22 Kırık hattına ilk gelen hücreler PNL‟lerdir.23 Bir günlük ömrü olan PNL birçok sitokin salgılar.
PNL‟nin kırık iyileşmesine negatif yönde etkisi olduğu düşünülür.24 PNL‟nin salgıladığı sitokinlerin etkisiyle makrofajlar kırık hematomuna ve kırılmamış kemikteki periost ve endosteum çevresine yerleşir. Periost ve endosteumdaki makrofajlar intramembranöz kemik iyileşmesinde temel rol üstlenirken25 kırık hematomuna gelen makrofajlar enkondral kemikleşmede kısmi bir rol üstlenir (şekil 4).26 Makrofajların kallus dokusuna göçünden bir süre sonra kırık hattına lenfositler göç etmeye başlar.27
IL-1, IL-6, TNF, RANK ligandı, TGF-ß süper ailesi üyeleri (BMP-2, BMP-4, BMP-6) gibi birçok proinflamatuar sitokin erken inflamatuar fazda salgılanır.28-29-30 Bunların dışında, bozulan dolaşım ve hipoksi etkisiyle angiopoetin-1 ve VEGF gibi anjiyogenik birçok faktör salınır.27 Yeni damar gelişimi için periosteal damarlardan birçok endotelyal hücre, kırık hematomunun içine doğru göç etmeye başlar.31 İnflamatuar yanıt yatıştığında fibroblastlar ortaya çıkar. Fibroblastlar oluşan kollajen dokularından sorumludur. Hematom, yerini bol miktarda kollajen doku, hücreler ve yeni oluşan kapiller damarlarla kaplı granülasyon dokusuna bırakır.22
Akut inflamatuar cevap ilk bir haftada oluşur ve en yüksek IL-1ß ve IL-6 seviyesine ilk 24 saat içinde ulaşılır.32-33
2.2.3.2. İyileşme Fazı
Kırığın iyileşme fazında iyileşmenin gelişme şekli, kırık bölgesinin mekanik durumuna ve anatomik yerleşimine bağlıdır. Kırık uçları arasındaki mekanik duruma göre primer veya sekonder kemik iyileşmesi meydana gelir. Kırığın anatomik lokalizasyonuna göre metafizyel ve epifizyel kırıklar trabeküler iyileşme (endosteal ağırlıklı) gösterir, diyafiz kırıkları ise kallus dokusu ile iyileşme (periosteal ağırlıklı) gösterir.5
8 Primer Kemik İyileşmesi
Primer kemik iyileşmesi iki durumda gerçekleşebilir. Ya kemik fragmanlar arasında çok düşük bir hareket vardır ya da kırık uçları arasında kompresyon mevcuttur (şekil 5).34-35 Primer kırık iyileşmesinde osteoklastlar kemiği rezorbe eder ve kırık hattına doğru tüneller açar. Bu tüneller kan damarlarının gelişmesine olanak tanır.
Hemen ardından osteoprogenitör hücreler kırık hattına doğru göç eder ve osteoblast yönünde farklılaşmaya başlar.34-36 Primer kemik iyileşmesinde, inflamatuar hücrelerin önemli bir rolü yoktur. Primer kemik iyileşmesinin sistemik inflamasyondan çok fazla etkilenmediği düşünülmektedir.24
Şekil 4. Travma sonrası kırık hattında oluşan inflamasyon ve kırık tamirinin şematik gösterimi
Tablo 3. Kemiğin büyüme faktörleri4
Büyüme Faktörü Etki Notlar
BMP Osteoindüktif etki gösterir,
kemik oluşumunu uyarır Hedef hücre farklılaşmamış mezenkimal hücrelerdir
TGF-ß
Mezenkimal hücreleri tip II kollojen ve proteoglikan üretimi için teşvik eder.
Osteoblastları kollojen sentezi için teşvik eder.
Kırık hematomu içinde saptanır, kırık kallusunda kıkırdak ve kemik oluşumunu regüle ettiğine inanılır
IGF-II
Tip I kollojen, hücresel proliferasyon, kıkırdak matriks sentezi ve kemik oluşumunu uyarır.
PDGF Kemotaktik etki gösterir,
inflamatuar hücreleri kırık
hattına çeker. Trombositlerden salınır.
9
Şekil 5. Koyun metatarsında primer kemik iyileşme modeli. a) kompresyon plağı ile rijit tespit sonrası çekilen radyografi. b) 4x büyütmede 24. günde longitudinal histolojik kesit. c) Osteonlarla iyileşmeyi gösteren histolojik kesit37
Sekonder Kemik İyileşmesi
Kırıkların alçı, intramedüller çivi, köprü plak veya eksternal fiksatör ile tedavisinde kırık fragmanlar arasında orta derecede bir hareket mevcuttur (şekil 6). Bu düşük derecedeki hareket yumuşak kallusun büyümesine neden olur.22
Kırık sonrası kırık hattına yakın ancak travma tarafından damarlanmanın etkilenmediği, sadece doku gerginliğinin olduğu periost dokuda intramembranöz kemikleşme başlar (şekil 4). Sıçanlarda kırık hattına yakın periosteal bölgedeki intramembranöz kemikleşmenin 3 ile 7 gün arası başladığı gösterilmiştir.38
Sıçanlarda yapılan çalışmalarda kırık sonrası 7 ile 10. günde oluşan kıkırdak dokunun büyümesinden kondrositler sorumludur. Kallus dokusu, kırık uçları arasındaki hareket nedeniyle büyür ve 14. günde en geniş hacme ulaşır.22-39-40
Kallus dokusunda kıkırdak doku oluşumunun nedeni yetersiz kanlanma olabilir.
Kırık hattındaki aşırı hareket yeni kapiller damarların oluşmasını engeller. Kapiller damarlar oluşmadığı için dokuda oksijensiz bir ortam gelişir. Düşük oksijenli ortamda osteoblastlar prolifere olamaz ancak kondroblastlar diferansiye ve prolifere olabilir.22-41 Sıçan kırıklarında 10 ile 14 gün arası kondrositler hipertrofiktir. Tıpkı büyüme plaklarındaki enkondral ossifikasyon gibi içerdiği kalsiyumu dışarı salar ve apoptozis
10
geçirir.36-42 Kırık uçları arasında kartilajenöz doku oluşması ile yavaş yavaş interfragmanter hareket azalır43 ve kapiller damarların gelişmesi için uygun ortam gelişmiş olur.43 Kırık uçları arasında hareket azaldıktan sonra kallus dokusunda kapiller damar artışı izlenir.44-45-46 Artık kapiller damarlar yoluyla kallus dokusuna monositler ve mezenkimal kök hücreler ulaşabilir. Monositler osteoklast benzeri hücrelere dönüşür ve mezenkimal hücreler de osteoblastlara dönüşür. Rezorbe edilen lakunalar yeni kemiklerle dolmaya başlar.36 Bu süreç örgümsü kemik oluşumu ile sonuçlanır. Kemik köprüleşmenin ardından kırık hattı boyunca yer alan doku üzerindeki gerim ve hareket iyice azalır. Kırık hattında hareketin iyice azalmasından sonra kalan bağ dokuda ve granülasyon dokusunda intramembranöz kemikleşme gelişir.47 (Şekil 6)
Şekil 6. Koyun tibiası osteotomi modelinde sekonder kemik iyileşmesi a) Eksternal fiksatör ile tespit sonrası gelişen kallus dokusnun radyografik görüntüsü b) Kemik köprüleşmenin hemen öncesi (post-op 9. hafta) tibianın longitudinal histolojik kesiti (x4 büyütme), periosteal ve endosteal dokuda kalsifiye olmaya başlamış kallus dokusu ve osteotomi hattında mor renkte fibrokartilaj doku izlenmekte c) ÜST, Kemik iyileşme bölgesinde longitudinal kesit (x20 büyütme) periosttaki intramembranöz kemikleşmeyi göstermekte (postop 4. gün) c) ALT, kırık hattındaki fibtokartilajenöz doku içinde enkondral kemikleşme görülmekte.5
2.2.3.3. Remodelizasyon Fazı
Kırık uçları arası yeni kemikle dolduktan sonra periosteal bölgedeki kallus dokusu osteoklastlar tarafından yenilmeye başlar. Kırık uçları arasındaki örgümsü
11
kemik yavaş yavaş lameller kemikle yer değiştirmeye başlar.28 Sıçanlarda remodelizasyon 5-8 hafta sürer.5
2.3. Kafa Travması
2.3.1. Kafa Travmasının Biyomekanik ve Nöropatolojik Sınıflaması
Kafa travmasının mekanizması temel olarak ikiye ayrılır. Bunlardan birincisi, kontakt yaralanma sonucu oluşan kontüzyon, laserasyon veya intrakranial hemorajidir.
İkincisi ise ivmelenme veya yavaşlamaya bağlı görülen yaygın aksonal dejenerasyon ya da beyin ödemidir.48-49 Travmanın beyindeki sonucu ise iki ayrı mekanizma ile kendini gösterir. Bunlardan birincisi, travma anında beyinde oluşan mekanik hasardır. İkincisi ise gecikmiş, mekanik olmayan hasardır. Gecikmiş hasar kaza anında başlar ve ardışık bir patolojik süreçle devam eder ancak klinik prezentasyonunu geç gösterir. Serebral iskemi ve intrakranial hipertansiyon gecikmiş mekanik olmayan hasar sonucu gelişir.
Klinik tedaviler daha ziyade gecikmiş hasara yönelik yapılır.50 2.3.2. Kafa Travmasının Genel Patofizyolojisi
Beyin dokusunda aerobik metabolizma hakimdir. 70 kg‟lık bir insanda vücut ağırlığının % 2‟sini oluşturan beyin, tüm O2 tüketiminde % 20‟lik paya sahiptir.Beyin dokusunda hipoksiye en duyarlı hücreler nöronlardır.51
Kafa travmasının ilk basamağında direkt doku hasarı gelişir. Doku hasarı ile beraber beyin dokusundaki kan akımı ve beyin dokusunun metabolizması bozulur. Kafa travması ile iskemi benzeri bir durum oluşur, oksijensiz solunum artar ve laktik asit birikmeye başlar. İskemi benzeri durum ile beraber hücre zarı geçirgenliği artar ve ödem gelişir. Anaerobik solunum yeterli enerji üretemediği için ATP bağımlı iyon pompaları çalışamaz hale gelir. Depolarize olmuş hücre zarı patolojik sürecin devamında önemli rol oynar. Hücre zarları depolarize olunca birçok eksitatör nörotransmitter (aspartat - glutamat gibi) salınır, voltaj bağımlı Na ve Ca kanalları aktive olur. Kanalların aktive olması sonucunda gelişen ardışık Na ve Ca akışı hücredeki birçok katabolik enzimi aktive eder. Bütün bu süreç nekroz ve apoptoz ile sonuçlanır.50
2.3.3. Kafa Travması Spesifik Patofizyolojisi 2.3.3.1. Hipoperfüzyon ve Hiperperfüzyon
Birçok çalışmada, kafa travmasının hemen ardından yaygın veya odaklar halinde serebral iskemi geliştiği gösterilmiştir.52 Beyin dokusunun sadece % 10‟unun kaybı dahi
12
ölüm veya bitkisel hayatla sonuçlanabildiği için serebral iskeminin nörolojik sonucu kötüdür.
Kafa travması sonucu beyin dokusundaki damarlar yapısal olarak hasarlandığı için beyin dokusuna yeterli kan akımı sağlanamaz. Kafa travması sonrası nitrik oksid ve kolinerjik nörotransmitterler yetersiz olarak salındığı için damarlarda vazodilatasyon gelişemez. Kafa travmasına bağlı vücudun otoregülasyonu bozulur. Bozulan otoregülasyon sonucu gelişen hipotansiyon nedeniyle beyin dokusuna ulaşan kan miktarı azalır. Kafa travmasına bağlı gelişen inflamatuar süreç ile dokuda artan prostoglandinler vazokonstrüksiyonu tetikler. Travma sonrası gelişenbütün bu olaylar neticesinde beyin dokusunda iskemi gelişir. 100 gr beyin dokusuna gelen oksijen miktarı 15 ml altına düşünce geri dönüşümsüz doku hasarı başlar.50
Hiperperfüzyon damarların paralize olması sonucu gelişir. Hiperperfüzyon sonuçları bakımından iskemi kadar önemlidir; çünkü intrakranial basıncın artmasıyla ve beyin ödemi ile sonuçlanabilir. Hiperperfüzyon kafa travmasının erken dönemlerinde veya iskemi sonrası dönemde görülebilir.53
2.3.3.2. Serebral Vazospazm
Hasta prognozunu etkileyen önemli faktörlerden biri de serebral vazospazmdır.54 Vazospazm kafa travması olan hastaların üçte birinden fazlasında görülür ve beyindeki ağır hasarın göstergesidir. Vazospazm, damarların düz kas hücrelerinde görülen kronik ve düzensiz depolarizasyon sonucu gelişir. Damarların düz kaslarında görülen bozulmuş depolarizasyonun nedenleri, hücredeki K kanal aktivitesinin bozulması, aşırı endotelin salınması, yetersiz nitrik oksit salınması, hücre içi siklik GMP‟nin tükenmesi ve serbest radikallerin oluşmasıdır.50
2.3.3.3. Serebral metabolik disfoksiyon
Metabolik fonksiyon bozukluğu, yaralanmanın ciddiyeti ile orantılıdır.54 Kafa travmasıyla gelişen ilk mekanik hasar sonucu beyin dokusu metabolizması bozulur, solunum yavaşlar. Solunumun yavaşlaması ve travmayla gelişen hücresel hasar sonucu mitokondriyal ATP üretimi bozulur ve mitokondri içi Ca birikir.55-56 İlginç bir şekilde metabolik bozukluğu düzeltmek için yeterli oksijen sağlanması tutarsız sonuçlar verebilir. Yeterli oksijen sağlansa bile beyin dokusundaki metabolik bozukluk düzelmeyebilir. Metabolik bozukluk düzeyi, serebral kan akımı düzeyi ile de tutarsızlık
13
gösterebilir. Serebral kan akımı yeterli olsa bile beyin dokusunda metabolik bozukluk devam edebilir.57,58
Kafa travması sonrası gelişebilecek bir başka metabolik olay ise aşırı glukoz tüketimidir.59 Glukoz, artmış transmembranöz iyon akışı ve ardışık nöroeksitasyonlar tarafından kullanılır. Metabolizması hızlanan beyin dokusuna yeterli kan akımı sağlanamadığı için bu dokularda sekonder iskemi gelişebilir.50
2.3.3.4. Serebral oksijenizasyon
Kafa travmasında, beyin dokusuna taşınan oksijen ile beyin dokusu tarafından tüketilen oksijen arasında dengesizlik mevcuttur. Bu dengesizliğin nedeni vasküler ve hemodinamik mekanizmaların bozulmasıdır. Beyin dokusu tarafından tüketilen oksijen, dokuya taşınan oksijenden daha fazla olduğu için beyin dokusunda hipoksi gelişir.
Beyin dokusu oksijenizasyonu için kritik sınır 10 - 15 mm Hg PtO2 „dir ve bu değerin altında doku nekrozu izlenir. Uzun süren hipoksi kötü prognoz göstergesidir.50
2.3.3.5. Ödem
Kafa travmasının hemen ardından beyin ödemi gelişir. Ödem sitotoksik veya vazojenik olarak gelişebilir. Vazojenik beyin ödeminin nedeni serebral damarlardaki endotelyal hücrelerin travma sonucu mekanik veya fonksiyonel olarak bozulmasıdır.
Serebral damarlardaki endotelyal hücreler kan beyin bariyerinin ana yapısını oluşturur, bu hücrelerin bozulması kontrolsüz iyon ve protein akışına ve ekstraselüler kompartmanda sıvı birikmesine neden olur.60 Sitotoksik beyin ödemi ise beyindeki nöronların, astrositlerin, mikrogliaların intrasellüler kompartmanında sıvı birikmesi ile oluşur. Sitotoksik beyin ödemi gelişmesine hücre içi ozmolarite artışı neden olur. Hücre içi ozmolarite artışına neden olan iki önemli mekanizma mevcuttur. Bu mekanizmalardan birincisinde ozmotik olarak aktif maddeler hücre tarafından reabsorbe edildiği için hücre içi ozmolarite artar. İkincisinde ise öncelikle hücre içi enerji kaynakları azalır ardından iyonik pompalar bozulur. İyonik pompalar bozulunca hücre zarının iyonlara karşı geçirgenliği arttığı için hücre içi ozmolarite artar.60 Hem vazojenik hem sitotoksik ödem artmış kafa içi basınç ve iskemik olaylarla birliktelik gösterir.61
2.3.3.6. İnflamasyon
Kafa travması sonrası gelişen birincil ve ikincil hasar, hücresel düzeyde mediatörlerin salınmasına neden olur. Sitokinler, prostoglandinler, serbest radikaller,
14
komplemanlar kafa travması ile salınan mediatörlere örnek olarak verilebilir. Kafa travması sürecinde kemokinler salınır ve adezyon molekülleri aktive olur. Kemokinlerin ve adezyon moleküllerinin etkisiyle glial hücreler ve immün hücreler travma bölgesine ilerler. Aktive olmuş PNL, adezyon molekülleri yardımıyla hem hasarlı beyin dokusuna hem de endotelyal hücre tabakasına yapışır.62 Hasarlı beyin dokusu makrofajlar ve T lenfositleri tarafından infiltre edilmeye başlar. ICAM-1 ve VCAM-1 gibi adezyon molekülleri, hasarlı beyin dokusuna inflamatuar hücrelerin infiltrasyonunu kolaylaştırır.
Gelişen inflamatuar yanıta cevap olarak saatler içerisinde bölgedeki nekroze ve hasarlanmış dokular, makrofajlar ve T lenfositler tarafından temizlenir. Haftalar içerisinde astrositler tarafından skar dokusu oluşturulur.63
IL-1ß, TNF ve IL-6 salınımı yaralanma sonrası saatler içerisinde artar. Doku hasarının ilerlemesi nörotoksik mediatörlerin salınımı ile direkt olarak ilişkilidir.
Bunların dışında vazokonstrüktör mediatörlerin (prostoglandinler, lökotrienler) salınımı, platelet ve lökositlerin mikro düzeyde damarları tıkaması, kan beyin bariyerinin bozulması ve ödem gelişmesi doku perfüzyonunu bozar ve beyinde ikincil gecikmiş hasarın oluşması ile sonuçlanır.50
2.3.3.7. Nekroz ve Apoptoz
Kafa travması sonrası nekroz veya apoptoz ile hücre ölümü gerçekleşir.
Hipoksik beyin dokusunda aşırı miktarda eksitatör nörotransmitter salınımı ve metabolizmanın çökmesi sonucu nekroz gelişir. Nekroz gelişimi sonrası otoimmün sistem hücre artıklarını ortadan kaldırır ve hasarlı bölge skar dokusu ile iyileşir.
Kafa travması sonrası bazı beyin dokusu hücrelerinde saatler içinde apoptoz gelişir. Apoptoz gelişen hücrelerde herhangi bir metabolik fonksiyon bozukluğu veya membran hasarı yoktur. Apoptoz doğasında enerji gerektiren bir işlemdir ve genelde pro-apoptotik ve anti-apoptotik enzimler arasındaki dengenin değişmesi ile gelişir.
Kaspazların (interlökin konverting enzimlerin spesifik proteaz enzimleri) ardışık aktivasyonu ve deaktivasyonu da apoptozu tetikleyebilmekedir. Kafa travması sonrası beyin hücrelerinde gelişen apoptozda kaspazların rol oynadığı düşünülmektedir.64-65
2.4. Kafa Travmasının Sistemik Etkileri
Kafa travması sonucu gelişen beyin hasarı, sistemik hemostazis ve organ fonksiyonlarında bozulmaya neden olabilir. Kafa travmasnı takip eden erken dönemde kardiyorespiratuar sistem, sıvı - elektrolit metabolizması ve hormonal metabolizma
15
bozuklukları gelişebilir, serebral otoregülasyon bozulabilir. Kafa travması sonucu gelişen beyin hasarıyla bozulan serebral otoregülasyon gecikmiş nöronal hasarlanma riskini arttırır.66
2.4.1. Kafa Travmasında Sıvı - Elektrolit Metabolizması Bozuklukları Kafa travmasında hipofiz veya hipotalamus lezyonları oluşabilir. Direkt travmanın etkisiyle veya ADH taşıyan aksonlarda hasarlanma nedeniyle diabetes insipitus gelişebilir. Diabetes insipitus ile poliüri, polidipsi, serum ozmolaritesinde artış ve idrar dansitesinde düşme izlenir.Su kaybı uygun şekilde karşılanmazsa hipernatremi izlenebilir. Kafa travması sonrası uygunsuz ADH salınımı ve uygunsuz ADH salınımı sonucu hiponatremi de gelişebilir.67
Kafa travmasında karşımıza çıkan diğer bir önemli fenomen de hipokalemidir.
Kafa travması sonucu hastada aşırı katekolamin deşarjı gelişir. Katekolaminler beta 2 adrenerjik reseptörler üzerinden Na - K pompalarını uyarır ve sonuç olarak kafa travmasını izleyen ilk saatlerde hipokalemi ortaya çıkabilir.68
2.4.2. Kafa Travmasında Hormonal Bozukluklar
Kafa travmalarında izlenen endokrin cevaplar oldukça değişkendir ve genellikle hipotalamo - hipofizer - adrenal aksın aktive olup sönmesi ile başlayan regülatuar, gonadal ve tiroid hormonların etkilerinin izlendiği bifazik bir yapı gösterir.69 Hipotalamohipofizer portal sistemde hasarlanma sonucu hipofizer iskemi gelişmesine bağlı olarak anterior hipofiz bezi fonksiyon bozukluğu ortaya çıkabilir. Hipotalamik releasing faktörlerin salınımı bozulduğu için hipotalamik yetmezlik gelişebilir ancak hipotalamik yetmezlik, hastalarda TSH ve ACTH yetmezlikleri ile maskelenebilir.69 ACTH, prolaktin ve GH‟nin hipersekresyonu travmatik beyin hasarında izlenen fizyolojik bir cevaptır. ACTH salınımı kortizol seviyesini yükseltir, ancak kafa travması sonrası negatif feed back mekanizması sağlam olsa bile ACTH inhibisyonu gelişmez.70
2.4.3. Travmatik Beyin Hasarına Metabolik Cevaplar
Kafa travması sonrası vücutta hipermetabolizma ve hiperkatabolizma dönemi gelişir. Bu dönemde enfeksiyona yatkınlık artabilir, malnütrisyon veya çoklu organ yetmezliği gelişebilir.71
Kafa travması sonrasında, hücresel immünitenin baskılanması, hiperglisemi, regülatör hormonların seviyelerinde artma, akciğer, kalp, karaciğer ve gastrointestinal
16
sistemde fonksiyon bozukluğu sonucu metabolik değişiklikler olur. Kafa travmasını takiben gelişen bu metabolik değişiklikler sonrası serum kortizolü, katekolaminler, enkefalinler (endojen morfinler) ve sitokinlerin kandaki seviyelerinde yükselme izlenir.
Travmatik beyin hasarı, adrenal medulla uyarılması ile birlikte seyreder. Adrenal medullanın uyarılması sonucu dolaşımdaki epinefrin ve norepinefrin düzeyleri artar.72 Hiperadrenerjik durum, artmış oksijen kullanımı, hipertansiyon, taşikardi, kardiyak output artışı ile karakterizedir. Katekolaminlerin kan düzeyinin artması, enerji kullanımının artmasına neden olur. Enerji kullanımının artmasıyla negatif nitrojen dengesi ve hiperglisemi gelişir.
Enkefalinler ve sitokinler kafa travması sonrasında serebral ventriküler sıvı ve serumda yükselmiş olarak bulunurlar. Sitokinler (IL-1, IL-6, TNF) kafa travması sonrasında gelişenhipermetabolizma ve hiperkatabolizmada mediatörolarak rol alır.73
Kafa travması sonrasında sıklıkla hiperglisemiizlenir, hipergliseminin travmanın yaygınlığıve sonuçları ile direkt ilişkisi yoktur. Yapılan çalışmalardatravma sonrasında serum glukoz düzeyininkatekolaminlerin düzeyi ile paralellik gösterdiği bulunmuştur.
Katekolaminler hem glukagon sekresyonunu hem de karaciğerde glikojen - glukoz döngüsünü uyarır. Katekolaminler ayrıca pankreastan insülin salınımı ve kaslardan glukoz geri alımını azaltır. Travmatik beyin hasarı sonrasında görülen hiperglisemi, oksidatif metabolizmanın yavaşladığı durumlarda zararlı olabilir, çünkü glukozun yükseltilmesi laktatın metabolize edilmesi ile olur. Deneysel iskemi modellerinde hiperglisemininbeyin hasarını artırdığı bilinmektedir.67
2.4.4. Kafa Travmasında Kardiyopulmoner Fonksiyon Bozukluğu
Katekolamin düzeyinin yükselmesi kalp ve akciğerde bazı cevaplara neden olur.
Hastalarda sitoliz ve subendokardiyal hemoraji kaynaklı miyokardiyal hasar ortaya çıkabilir. Nervus vagusun aracılık ettiği kolinerjik fonksiyon bozukluğu sonucu bradikardi ve hipotansiyon gelişebilir.70
Kafa travmasına ait sistemik etkiler arasında akciğer fonksiyon bozukluğu da mevcuttur. Akciğer fonksiyon bozukluğu kafa travması sonrası 24 - 48 saat içinde ortaya çıkar. Akciğer fonksiyon bozukluğu, trakeobronşial sisteme kan ve proteinden zengin bir sıvının sızması ile karakterizedir ve nörojenik akciğer ödemi olarak isimlendirilir. Nörojenik akciğer ödeminde yaygın infiltrasyon mevcuttur. Hızla gelişen hipoksemi nörojenik akciğer ödeminde en ciddi sonuçtur.67 Kafa travması sonrası
17
görülen geç akciğer fonksiyon bozukluğunda ise gaz alışverişi bozulmuştur. Gaz alışverişinin bozulması, akciğer içi şantların artması ve ventilasyon - perfüzyon oranının bozulması nedeniyle gelişir. Kafa travması sonrasında görülen akciğer fonksiyon bozukluğunun sebeplerinden birisi de akciğer mikrovasküler yatağında sempatik stimulasyon sonucu vasküler permeabilitenin artmasıdır.74
18
3. GEREÇ ve YÖNTEM
3.1. Gereç ve Yöntem
Çalışma öncesi, çalışma için gerekli izinler T.C. Çukurova Üniversitesi Hayvan Deneyleri Yerel Etik Kurulundan alındı. Çalışma, Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Deneysel Tıp Araştırma ve Uygulama Merkezinde (ÇÜTF- DETAUM) yapıldı.
Bu çalışmada 42 adet Wistar-Albino cinsi erkek sıçan kullanıldı. Çalışmaya dahil edilen sıçanların ortalama yaşı 8-10 hafta ve ortalama ağırlığı 190-270 gram arasındaydı. Denekler rastgele olarak 3 ayrı gruba ayırıldı (Tablo 2). Bu gruplardan birincisi kontrol grubuydu ve bu grup 15 sıçandan oluşuyordu. Gruplardan ikincisi çalışma grubuydu, bu grup 15 sıçandan oluşuyordu. Üçüncü grup ise kafa travması grubuydu ve bu grup da 12 sıçandan oluşuyordu. Her bir kafeste beş sıçan olacak şekilde sıçanlar ayarlandı. Çalışma süresince sıçanlara limitsiz olacak şekilde musluk suyu ve standart kemirgen yemi verildi. Hayvanlar 22 santigrad derece (°C) sıcaklıkta, 12 saat aydınlıkta ve 12 saat karanlıkta kalacak şekilde takip edildiler. Femur kırığı oluşturulan bütün sıçanlara peroperatif 50 mg/kg tek doz sefazolin sodyum (Sefazol®,Mustafa Nevzat İlaç Sanayi, İstanbul) uygulandı. Kafa travması grubunda uygulanan travma sonrası iki sıçan öldü. Bu yüzden BOS kaynağı olarak 10 adet sıçan kullanıldı. Çalışma grubunda bir adet sıçan post operatif 5. günde öldü bu nedenle çalışma grubu 14 sıçan üzerinden değerlendirildi. Sıçanlara intraperitoneal 10 mg/kg ketamin hidroklorür (Ketalar®, Eczacıbaşı İlaç Sanayi ve Ticaret A.S. İstanbul) ve 10 mg/kg ksilazin hidroklorür (Rompun®, Bayer Türk Kimya Sanayi, İstanbul) uygulanarak genel anestezi sağlandı.
19
Tablo 4. Çalışma esnasında sıçanların gruplandırılması ve gruplara uygulanan işlemler Gruplar Sıçan sayısı Gruba uygulanan işlem
Kontrol grubu 15 adet Sıçanlara açık femur kırığı yapıldı. Kırık, enjektör iğnesi (21G) ile tespit edildi.
Çalışma grubu 14 adet Sıçanlara açık femur kırığı yapıldı. Kırık, enjektör iğnesi (21G) ile tespit edildi ve kırık bölgesine beyin omurilik sıvısı
uygulması yapıldı.
Kafa travması grubu 10 adet Sıçanlara kafa travması uygulandı ve 24 saat sonra bu sıçanlardan beyin omurilik sıvısı alındı
3.2. Femur Kırığı ve Tespiti Ameliyat Tekniği
İşlemlerimizde tespit materyali olarak çocuk falanks75 ve distal falanks kırıklarında76 da tespit materyali olarak kullanılabilen ve daha önce benzer çalışmalarda da 77 kullanılan enjektör iğneleri tercih edildi. Kırık tespitinde hem uzunluk hem de çap olarak sıçan femurlarına uygun olarak tespit ettiğimiz 38 mm 21G iğneleri kullandı.
Uygun anestezi sonrası sıçanların sol uylukları traş edildi. Operasyon bölgesi povidon iyot ile boyandı. Sol diz anteriordan 5 mm‟lik longitudinal cilt insizyonu yapıldı. Cilt, cilt altı dokular geçildi. Patella lateralinden yapılan insizyonla ekleme ulaşıldı ve patella mediale devrildi. Femoral noçtan intramedüller kanala doğru bir adet yeşil 21G enjektör ucu gönderildi. İğne, femur proksimalindeki kemik korteks hissedilene kadar gönderildi. Ardından femur lateralinden yaklaşık 5 mm‟lik longitudinal ikinci bir insizyon yapıldı. Cilt ve cilt altı dokular geçildi, fasya açıldı.
Vastus lateralis kası içinden femura ulaşıldı. Kemik makası yardımıyla, iğne ucu intramedüller kanalın içindeyken, femur kırığı oluşturuldu. Bu şekilde kırık tespiti için ayrı bir zaman kaybı yaşanmadı. Ardından iğnenin arkası ince bir klemp yardımı ile kırıldı ve cilt sütüre edildi (şekil 7-8-9-10-11-12)
20
Şekil 7. Cerrahi saha uygun şekilde tıraş edildi
Şekil 8. Diz anteriordan longitudinal insizyon yapıdı
Şekil 9. Diz eklemine lateral parapatellar olarak girilip patella mediale devrildi
21
Şekil 10. Femoral noçtan enjektör iğnesi gönderildi
Şekil 11. Femur lateralden yapılan ikinci bir insizyon ile femur cisme ulaşıldı
Şekil 12. Kemik makası yardımı ile kırık oluşturuldu
22
Şekil 13. Operasyon sonrası sıçanın röntgen görünümü
3.3. Kafa Travmasının Uygulanması
Marmarou ve ark.‟nın78 daha önce tanımladığı belli bir yükseklikten, belli bir ağırlık düşürme prensibine dayanan, kafa travması modeline uygun olarak hazırlanan düzenek ile travma oluşturuldu. Sistemin orijinalinde kullanılan metal silindir yerine tarafımızca PVC plastik boru kullanıldı ve gene sistemin orijinalinde kullanılan 450 gr silindir metal ağırlık yerine tarafımızca 450 gr ağılığında içinde alçı dondurulmuş pet şişe kullanıldı (şekil 14). Pet şişenin boru içinde serbest hareketini önlemek amacıyla, aynı zamanda sürtünme de yaratmayacak şekilde şişenin alt ve üst kısmı bantlar yardımı ile genişletildi. Ardından şişenin devamlı aynı noktaya düştüğünü göstermek amacıyla şişenin alt ucu mürekkep ile boyandı ve altına yerleştirilen karton kağıt üzerinde daima aynı noktaya düştüğü tespit edildi.
23
Şekil 14. Plastik borudan oluşan ağırlık düşürme düzeneği ve 450 gram ağırlığında içinde alçı dondurulmuş pet şişe
Yapılan ilk denemelerde sıçanların boynunun kırılarak ölmesi üzerine sıçanları yerleştirmek için özel bir düzenek hazırlandı (şekil 15-16). 8 cm kalınlığında bir köpük, sıçan içine yerleşecek şekilde oyuldu. Sıçanın çenesinin geleceği bölge travma esnasında destek amaçlı olarak yüksek bırakıldı. Anestezi verildikten sonra bir metre yükseklikten ağırlık sıçanın iki kulağı arasındaki orta hattın yaklaşık 5 mm önüne düşecek şekilde ayarlandı (Şekil 17).
24
Şekil 15. Sıçanları kafa travması öncesi yerleştirmek için hazırlanan köpük kalıp
Şekil 16. Sıçanların köpük kalıp içerisine yerleşimi
25
Şekil 17. Ağırlık sıçanın iki kulak ortasının yaklaşık 5 mm önüne düşecek şekilde ayarlandı
3.4. Kafa Travması Sonrası BOS Alım Tekniği
Kafa travması sonrası sıçanlar tekrar kafeslerine yerleştirildi. Yemleme ve sulama işlemlerinde herhangi bir değişiklik yapılmadı. Travma sonrası 24. saatte Liu L.
ve arkadaşlarının79 gösterdiği tekniğe uygun olarak BOS alındı. Sıçanlara genel anestezi verildi ve oksiput posteriordan insizyon yapıldı. Cilt, cilt altı doku geçildi. Boyun kasları orta hattan diseke edilerek birinci servikal vertebra ile oksiput arasına ulaşıldı.
Sıçanın kafası yaklaşık 45 derece fleksiyona alındı ve sisterna magnadan enjektör yardımı ile BOS aspirasyonu yapıldı (şekil 18-19). Ancak bizim yaptığımız BOS aspirasyonu esnasında hemorajik mayi de aspire edildi. Yaptığımız işlemde her sıçandan yaklaşık 0,8 cc ile 12 cc arasında BOS aspirasyonu yapıldı.
26
Şekil 18. Sıçanların oksiput posteriorundan yapılan insizyon
Şekil 19. Sıçanlardan BOS alınması
3.5. Çalışma Grubu Kırık Hattına BOS Uygulaması
Kafa travması grubuna kafa travması yapıldıktan sonra 24. saatte, çalışma grubundaki sıçanlara kontrol grubuna uygulanan şekilde femur kırığı ve tespiti yapıldı.
Kas dokular ve cilt sütüre edildi. 15 adet sıçanın femur kırık işlemleri tamamlandıktan sonra halen anestezi etkisi devam ederken, kafa travması grubundan BOS alınma işlemi
27
başladı. Her sıçandan BOS aspirasyonu yapıldıktan hemen sonra BOS‟taki hemoraji nedeni ile koagülasyon gerçekleşmeden çalışma grubundaki sıçanın kırık hattına enjektör ile 0,4 cc enjeksiyon yapıldı. Enjeksiyon esnasında iğne ucu ile kırık hattı hissedildi ve enjeksiyon sonrası yaradan herhangi bir mayi taşmadığı izlendi. Daha önce benzer bir çalışma yapılmadığı için, verdiğimiz BOS sıvısındaki etken maddenin ne olduğu ve ne kadar miktarda bulunduğu bilinmediği için kırık hattına yapılan enjeksiyon miktarında belirli bir ölçüt izlenemedi.
3.6. Çalışmanın Radyolojik Olarak Değerlendirilmesi
Her iki gruptaki sıçanlar uygun yemleme ve bakım koşulları sağlandıktan sonra 30. gün dekapitasyon yöntemi ile öldürüldü. Sol kalçaları asetabulumdan dezartiküle edildi. Tüp mesafesi 40 cm, kullanılan enerji düzeyi 40 kV, 100 mA/0.03 sn olacak şekilde femur grafileri çekildi. Kaynama dokusunun eni ve kırık hattı boyunca gelişen periost reaksiyonunun boyu dijital ortamda Codonic Clarity Viewer programı üzerinde ölçüldü. İki grupta da kallus dokusunun eninin ve boyunun daha büyük olduğu korteks üzerinden ölçümler yapıldı (şekil 20). Ölçümler, grupları bilmeyen ikinci bir ortopedist tarafından yapıldı. Kırık hattında kaynamanın derecesini değerlendirmek için Lane ve Sandhu‟nun81 (tablo 3) radyolojik skorlama sistemi kullanıldı. Tespitimiz intramedüller kanalın dışında ise veya kırık hattını iki korteks mesafesinden az geçmiş ise kötü olarak değerlendirildi. Çalışmamızda kırık hattında fragman sayısı ikiden fazla ise parçalı kırık olarak değerlendirildi.
28
Şekil 20. Codonic Clarity Viewer ile kaynama dokusunun en ve boyunun değerlendirilmesi, tablo 9’a göre çalışma grubu 6 nolu denek
Tablo 5. Lane ve Sandhu’nun radyolojik skorlama sistemi
Skor Radyolojik Bulgu
0 İyileşme yok
1 Kallus formasyonu
2 Osseöz kaynama başlangıcı
3 Kırık hattının kaybolmaya başlaması
4 Tam osseöz kaynama
3.7. Çalışmanın Histolojik Olarak Değerlendirilmesi
Operasyon sonrası çalışma grubu ve kontrol grubu sıçanlar uygun yemleme ve bakım koşulları ile takip edildikten sonra 30. günde dekapitasyon yöntemi ile öldürüldü.
Sıçanların sol femurları asetabulumdan dezartiküle edildi. Sol femurlar, radyografiler çekildikten sonra histolojik olarak incelenmek üzere % 5‟lik decal solüsyonunda bir gün bekletilip ardından parafin bloklara gömüldü. Parafin bloklardan 8-10 mikronluk kesitler alındı. Örnekler hematoksilen eozin ile boyandı. İyileşmenin histolojik olarak
