Bilateral kemik iliği ablasyonu uygulanan ratlarda kemiğin onarım süreci ve biyomekanik özellikleri

Abstract

Çalışmanın amacı, bilateral tibial ablasyon uygulanan ratlarda yeni kemik yapımı ve rezorpsiyonundan etkilenen biyokimyasal ve biyomekanik parametrelerinin araştırılmasıdır. Deneyde, ratlara, bilateral tibial ablasyon sonrası, steroid grubunda tek doz intramedüller (2 mg/kg) metilprednizolon, kalsitonin grubunda deney süresince günde tek doz ciltaltı salmon kalsitonin (16 IU/kg) ve kontrol grubunda 25 mlt intramedüller serum fizyolojik uygulandı. Ablasyon sonrası 1, 3, 7, 9, ve 15. gün alınan kan örneklerinde, kontrol ve kalsitonin gruplarında benzer şekilde serum kalsiyum, alkalen fosfataz (ALP) ve fosfat düzeyleri arttı. Bu artış, kalsiyum ve ALP'da ablasyon sonrası 7. gün maksimum seviyeye ulaşırken, fosfatta 3. ve 9. günlerde olmak üzere iki pik yaparak bifazik bir davranış gösterdi. Tek doz metilprednizolon uygulanan grupta osteoklastik rezorpsiyonun inhibisyonuna bağlı olarak serumda hiperkalsemi görülmedi. Bunun yanında steroid grubunda serum ALP ve fosfat düzeyleri de ablasyon sonrası başlangıç değerlerinden düşük kaldı. Kemik iliği ablasyonu sonrası kemik rezorpsiyonunun bir göstergesi olan idrar hidroksiprolin/kreatinin oranı kontrol grubunda 9. gün yaklaşık 5 katına çıktı. Sekiz-onuncu günlerdeki osteoklastik rezorpsiyona bağlı olduğu düşünülen bu etki, kalsitonin ve metilprednizolon verilen gruplarda görülmedi. İdrar kalsiyum atılımı kontrol grubunda 3-7. günlerde, steroid grubunda 7-9. günlerde pik yaptı. Bu artış, kontrol grubunda ekstra tibial kemik rezorpsiyonu sonucu açığa çıkan kalsiyuma, steroid grubunda da metilprednizolonun barsak ve böbreklerdeki ikincil etkisine bağlandı. Histolojik incelemede kontrol grubu beklenen kemik iyileşme evrelerini geçirirken, osteoklastik kemik rezorpsiyonunun kalsitonine bağlı olarak inhibe edilmiş olması nedeniyle bu grupta 9. günden sonra iyileşmede gecikme tespit edildi. Steroid grubu ise tüm örneklerde azalmış ve gecikmiş bir iyileşme yanıtı gösterdi. Kemik iliği ablasyonu sonrası kontrol grubundaki ratlarda, lokal ve sistemik kökenli sitokinlerce indüklenen rezorpsiyona bağlı olarak, ablasyon yapılan tibialarda ve ayrıca ekstratibial bir uzak organ olarak vertebrada tüm mekanik test değerlerlerinde azalma tespit ettik. Bu etkiyi en iyi yansıtan parametrenin elastisite modülü (E), en iyi yansıtan anatomik bölgenin tibialarm metafizleri olduğunu saptadık. Biyomekanik özelliklerdeki bu değişimleri kalsitoninin etkilemediğini, ancak tek doz uygulanan metilprednizolonun ekstratibial kemik rezorpsiyonunu inhibe etmesi sonucu kemiğin mekanik özelliklerini korunduğunu saptadık.

The aim of this study is to evaluate the biochemical and biomechanical parameters of rat bone that are affected by new bone formation and resorption caused by bilateral tibial marrow ablation surgery. The rats (n=16) were devided into three groups. After marrow ablation; in steroid group single dose intramedullary (2 mg/kg) methylprednisolone, in calcitonin group subcutaneous salmon calcitonin (16 IU/kg) and in control group 25 µIt intramedullary salin were applied. Blood samples taken on 1, 3, 7, 9, and 15th days after ablation showed increase in levels of serum calcium, alkaline phosphatase (ALP), and phosphate in calcitonin and control groups. This increase reached its peak at day 7 after ablation for calcium and ALP. On the other hand, increase in phophate levels showed a biphasic reaction peaked at 3th and 9th days after ablation. Hypercalcemia was not observed in steroid group due to the inhibition of osteoclastic bone resorption. In this group, serum ALP and phosphate levels were lower than their initial levels after marrow ablation. Urine hydroxyproline/creatinine ratio as an indicator of bone resorption was increased about 5 times at day 9 in control group. This affect and its time coincided with osteoclastic resorption seen on 8-10th days. This was not seen in rats received calcitonin and methylprednisolone. Urinary calcium excretion reached their peak levels at 3-7 days in control group, and 7-9 days in steroid group. This increase can be due to the extratibial bone resorption causing hypercalcemia in control group and due to the secondary effects of methylprednisolone on intestine and kidney in steroid group. In histological evaluation, the rats in the control group showed an expected healing period according to the histological grades whereas there was a delay in the calcitonin group after day 9 because of the inhibition of osteoclastic bone resorption. In the steroid group, rats showed a decreased and delayed healing response in all specimens. We observed decreased mechanical test results in ablated tibias and vertebrae in control group rats after marrow ablation due to resorption induced by local and systemic cytokines. The best parameter explaining this effect was elastic modulus and the best anatomic region was tibial metaphysis. We observed that calciton indoes not effect the changes in biomechanical characteristics; however, single-dose methylprednisolone preserves the mechanical characteristics of bone by inhibiting extratibial bone resorption.