HORMONUNUN ETKÝSÝ SUMMARY

Transkript

1 ARTROPLASTÝ DENEYSEL ARAÞTIRMA ARTROSKOPÝK / EXPERIMENTAL CERRAHÝ RESEARCH / JOURNAL OF ARTHROPLASTY ARTHROSCOPIC Vol. 11, No. 2, SURGERY ( ), KIRIK ÝYÝLEÞMESÝ ÜZERÝNE KALSÝTONÝN HORMONUNUN ETKÝSÝ Ercan ÇETÝNUS*, Metin AKGÜMÜÞ**, Ýlhan CEVER*** Ö. Faruk ATAY****, Sevgi BAKARÝÞ***** ÖZET Amaç: Bu çalýþmanýn amacý, sistemik olarak verilen kalsitonin hormonunun (Salmon Calcitonin) kýrýk iyileþmesi üzerindeki etkisini sýçan modelinde ýþýk mikroskopu düzeyinde araþtýrmaktýr. Gereç ve Yöntem: 40 adet wistar albino eriþkin sýçan kontrol (K) ve Kalsitonin (C) olmak üzere rastgele olarak iki gruba ayrýldý. Sýçanlarýn tümüne ketamin anestezisi altýnda steril koþullarda cerrahi olarak tibia-fibula diafiz kýrýðý oluþturuldu. Kýrýklar enjektör iðnesinin metal kýsmý ile intramedüller olarak tespit edildi. Kalsitonin grubuna postoperatif 20 gün süreyle 10/MRC-Ü/kg/gün dozda cilt altý yolla salmon kalsitonin (Miacalsic Sandoz) verildi. Kontrol grubuna ise herhangi bir tedavi verilmedi. Post operatif 5, 12, 19, 26 ve 56. günlerde daha önce rastgele olarak dörderli gruplara ayrýlmýþ olan sýçanlar öldürülerek kýrýk tibialara histolojik deðerlendirme yapýldý. Bulgular: Histolojik incelemede her iki grupta kýrýk bölgesinde 5. günde hematom oluþumu, 12. gün sonunda fibröz kallus dokusu ve 19. günde immatür kemik haline dönüþmeye baþlayan kýkýrdak kallus dokusu gözlendi. Postoperatif 26. günde her iki grupta da, kýrýk bölgesinde belirgin osteoid doku oluþumu ve 56. Günde ise her iki grupta da makroskopik olarak normal bistüri ile kesilemeyen, dekalsifikasyon ihtiyacý gösteren nonlamellar kemik trabekülleri oluþumu gözlendi. Sonuç: Kýrýk iyileþmesi aþamalarý tümüyle göz önüne alýndýðýnda kontrol ve kalsitonin gruplarý arasýnda hiçbir aþamada histolojik yönden göze çarpan bir farklýlýk gözlenmedi. Anahtar Kelimeler: Kýrýk Ýyileþmesi, Kalsitonin, Kallus. SUMMARY EFFECTS OF THE CALCITONIN HORMONE ON FRACTURE HEALING Objective: The goal of this study is to investigate the role of systemic calcitonin (Salmon calcitonin) application on the healing of fractures in a rat model at the light microscopic level. Material and Method: 40 adult wistar albino rats were divided into two groups as control (K) and calcitonin (C) randomly. Surgical fractures to the diaphysis of tibia and fibula were applied to all rats under sterile conditions and ketamin anesthesia. Fractures were fixed by intramedullary application of the metal part of injector needle. Salmon calcitonin (Miacalcic Sandoz) was given to the calcitonin group subcutaneously at a dose of 10 MRC-U/kg/day for 20 days after the operation. No treatment was given to the control group. Rats, divided into quadruplicate groups in a randomized manner previously, were sacrificed in the 5 th, 12 th, 19 th, 26 th and 56 th days postoperatively and fractured tibiae were evaluated histologically. Results: In the histological evaluation of the site of fracture, hematoma formation in the 5 th day, fibrous callus tissue in the 12 th day, and cartilagineous callus tissue in the 19 th day were observed in both groups. Osteoid tissue formation was seen in the fracture site in both groups in the 26 th day after the operation. In the postoperative 56 th day, nonlamellar bony callus formation which cannot be cut by regular surgical blade macroscopically and requiring decalsification in both groups were observed. * * Yrd. Doç. Dr., Kahramanmaraþ Sütçü Ýmam Üniversitesi Týp Fakültesi Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalý. * ** Op. Dr., S.B. Adapazarý Devlet Hastanesi Ortopedi ve Travmatoloji Kliniði. * *** Doç. Dr., S.B. Haseki Hastanesi Ortopedi ve Travmatoloji Kliniði Þefi. ***** Uzm. Dr., S.B. Haseki Hastanesi Patoloji Kliniði Þef Muavini. ***** Uzm. Dr., Kahramanmaraþ Sütçü Ýmam Üniversitesi Týp Fakültesi Patoloji Anabilim Dalý.

2 180 ARTROPLASTÝ ARTROSKOPÝK CERRAHÝ / JOURNAL OF ARTHROPLASTY ARTHROSCOPIC SURGERY Conclusion : When all the steps of fracture healing were revealed, no significant difference was found in any of those steps among the calcitonin and control groups histologically. Key Words: Fracture Healing, Calcitonin, Callus. GÝRÝÞ Kalsitonin hormonunun en belirgin farmakolojik etkisi osteoklastlar üzerindeki direkt etkisiyle kemik rezorbsiyonunun inhibisyonudur. Bu etkisi sonucunda serumda fosfat ve kalsiyum düzeyini düþürür. Bazý araþtýrýcýlar kalsitoninin farmakolojik dozlarýnýn, organik kemik matriksinin mineralizasyonu üzerinde etkisinin olmadýðýný, hatta mineralizasyonda azalmaya yol açtýðýný bildirmiþler 1, bazýlarý ise mineralizasyon üzerinde stimülatör rol oynadýðýný belirtmiþlerdir 2-5. Ayrýca bað dokusu tamiri ve kollagen sentezi üzerinde bazý olumlu etkilerinin olabileceði iddia edilmiþtir 6,7. Bu çalýþmalar ýþýðýnda biz de kalsitonin hormonunun kýrýk iyileþmesinde rolü olup olmadýðýný araþtýrmayý amaçladýk. GEREÇ VE YÖNTEM Ýstanbul Üniversitesi Týp Fakültesi DETAM laboratuarýnda yapýlan bu çalýþmada, 40 adet ( gr) erkek wistar albino sýçan kullanýldý. Rastgele sayýlar tablosu kullanýlarak her sýçana bir numara verildi. Daha sonra en büyük numaralý 20 sýçan kalsitonin grubuna, kalanlar ise kontrol grubuna dahil edilerek 40 sýçan iki gruba ayrýldý. Sýçanlar deney boyunca hazýr yem ve su ile beslendi. 24 derece santigrad oda sýcaklýðýnda muhafaza edildi. Her iki grup kendi içinde rastgele olarak dörder hayvandan oluþan beþ gruba ayrýldý. Tüm hayvanlara ketamin (%20 mg/kg Ý.M.) anestezisi uygulandý. Hayvanlarýn sað arka bacak tüyleri traþlandý ve steril koþullarda sað bacaða anterior insizyon ile girilerek tibia ve fibula orta kýsmýna manuel olarak transvers osteotomi uygulandý. Kýrýk tibia redükte edilerek 12 numara enjektör iðnesinin metal kýsmý ile intramedüller tespit uygulandý. Katlar anatomik olarak kapatýldý. 20 hayvandan oluþan birinci gruba post operatif ilk günden itibaren yirmi gün süreyle cilt altý yolla 10 MRC-U (Medikal Araþtýrma Konsey Ünitesi)/kg./ gün dozda salmon kalsitonini (Miacalcic Sandoz, Basel, Switzerland) verildi. 20 deney hayvanýnýn oluþturduðu kontrol grubuna ise herhangi bir tedavi verilmedi. Postoperatif, 5., 12., 19. günlerde kontrol ve kalsitonin grubundan dörder hayvan, 26. günde kontrol grubunda 3 hayvan (kontrol grubundaki hayvanlardan bir tanesi 20. günde öldü), kalsitonin grubunda kalan 4 hayvan, 56. günde ise kontrol grubunda kalan 3 hayvan (kontrol grubunda 30. günde bir hayvan öldü) ve kalsitonin grubunda kalan 4 hayvan yüksek doz eter anestezisi uygulanarak öldürüldü. Opere edilmiþ arka sað alt ekstremite femur ortasýndan ampute edildi. Histopatolojik inceleme için %10 luk formaldehit solüsyonuna atýlarak fikse edildi. 24 saat formaldehit solüsyonunda bekleyen bacaklar %6 lýk hidroklorik asit solüsyonuna kondu. 4 gün bekletilerek dekalsifiye edildi. Su ile yýkandýktan sonra uygun takip ve kesim yapýldý. Hematoksilen Eozin yöntemi ile boyanarak histolojik olarak deðerlendirildi. BULGULAR Kontrol grubundaki hayvanlarýn iki tanesi 20. ve 30. günlerde öldü. Kalsitonin grubundaki hayvanlarda yaklaþýk 30 gramlýk kilo kaybý ve tüylerde dökülme saptandý. Kalsitonin grubunda postoperatif 26. günde öldürülen 4 hayvandan bir tanesinin tespit materyalini çýkarmýþ olduðu, 56.günde öldürülen kalan 4 hayvandan bir tanesinin de tespit materyalini çýkarmýþ olduðu görüldü. Bu hayvanlar deðerlendirme dýþý býrakýldý. Kýrýk kaynama evreleri 8-10 gözönüne alýnarak kontrol ve kalsitonin gruplarý arasýnda histopatolojik olarak farklýlýk olup olmadýðý deðerlendirildi. 5. gün sonunda her iki grupta kýrýk bölgesinde histopatolojik olarak taze kanama alanlarý gözlenirken gruplar arasýnda belirgin bir farklýlýk görülmedi (Resim 1). Postoperatif 12. gün sonunda Resim 1: Kontrol grubunun 5. Günü. Kýrýk bölgesinde çevre dokuda taze kanama alanlarý(**). Bu bulgular kalsitonin grubunun bulgularýyla benzerlik göstermektedir. (H.E.x10)

3 ARTROPLASTÝ ARTROSKOPÝK CERRAHÝ / JOURNAL OF ARTHROPLASTY ARTHROSCOPIC SURGERY 181 her iki grupta da kapiller damarlarý ve kronik enflamasyon hücrelerini de içeren bað dokusu hücreleri ve liflerinin oluþturduðu fibröz kallus hakimiyeti gözlendi (Resim 2). 19. gün sonunda her iki grupta da kýrýk bölgesini kondrositlerden oluþan kýkýrdak kallus dokusunun doldurduðu, yer yer immatür kemik haline dönüþmeye baþladýðý dikkat çekmekteydi ve gruplar arasýnda belirgin bir farklýlýk olmadýðý gözlendi (Resim 3). Kontrol ve deney grubundaki hayvanlarda 26. günde kýkýrdaðýn yerinde, etrafýnda aktif osteoblastlarýn olduðu osteoid doku görüldü ve her iki grup arasýnda belirgin bir farklýlýk gözlenmedi (Resim 4-5). 56. gün sonunda her iki grupta da bol miktarda, makroskopik olarak normal bistüri ile kesilemeyen, dekalsifikasyona ihtiyaç gösteren nonlamellar kemik trabekülleri görüldü. Kýrýk Resim 4: Kalsitonin grubunun 26. Günü. Osteoid (O) oluþumu belirgin olarak gözlenmekte. (H.E.x10) Resim 2: Kontrol grubunun 12. Günü. Kýrýk kemik lamelleri (*) arasýnda kronik enflamasyon hücreleri (**) ile birlikte kapiller damarlarý da içeren bað dokusu oluþumu (Fibröz kallus)( F ). Bu bulgular kalsitonin grubunun bulgularýyla yakýn benzerlik göstermektedir. (H.E.x10) Resim 3: Kontrol grubunun 19. Günü. Ýmmatür kemik (Ý K) haline dönüþmeye baþlayan kýkýrdak doku (C) ve fibröz kallus (F) bir arada görülmekte. (H.E.x10) Resim 5: Kontrol grubunun 26. Günü. Osteoid (O) oluþumu belirgin olarak gözlenmekte. (H.E.x10) iyileþmesi aþamalarý tümüyle gözönüne alýndýðýnda kontrol ve kalsitonin gruplarý arasýnda hiçbir aþamada histolojik yönden göze çarpýcý büyük bir farklýlýk gözlenmedi. TARTIÞMA Kemikte kýrýk iyileþmesi ve dolayýsýyla yeni kemik oluþumu oldukça karmaþýk bir sistemce kontrol edilmektedir. Sistemin bu denli detaylý organizasyonu dolaylý olarak birçok araþtýrmaya konu olmasýna raðmen, henüz bir fikir birliði saðlanamamýþtýr. Bu bir bakýma normaldir, çünkü iki kýrýk ve arasýnda yeni bir kemik köprü oluþmasýnýn, matriks oluþumu, mineralizasyon ve remodeling gibi evreleri birbirlerine karþý çalýþýyormuþ gibi görünen farklý hücrelerin ve farklý hormonlardan oluþan bir sistemin bütün halinde çalýþmasý sonucunda gerçekleþmektedir.

4 182 ARTROPLASTÝ ARTROSKOPÝK CERRAHÝ / JOURNAL OF ARTHROPLASTY ARTHROSCOPIC SURGERY Ekeland ve arkadaþlarý, farelerde femur diafiz kýrýðý oluþturduklarý bir çalýþmada kalsitonin seviyesinin kýrýk oluþtuktan yirmi dakika sonra arttýðýný ve üç hafta bu seviyede kaldýktan sonra azaldýðýný gözlediler 11. Meller ve arkadaþlarý köpeklerin uzun kemiklerinde kýrýk oluþturup, bu köpeklerin serumlarýnda paratroid hormon (PTH), kalsitonin, D vitamini metabolitleri, fosfat, kalsiyum, magnezyum ve alkalen fosfataz düzeylerini tayin ettiler. Genelde bu çalýþmalarýn ortak bulgusu kýrýkla birlikte serum kalsiyumunun azaldýðý, serum kalsitoninin arttýðý, aktif vitamin D3 ün erken kýrýk döneminde deðiþmeyip, kýrýðýn ileri evrelerinde arttýðý þeklindedir 12,13. Ömeroðlu ise saðlýklý tavþan modelinde, tek yüksek doz olarak uygulanan vitamin D3 ün kýrýk iyileþmesi üzerinde pozitif etkisinin olabileceðini vurguladý. 14. Farley kalsitoninin, hücre kültürlerinde deðiþik tipteki kemik hücrelerinin timidin kullanma kapasitesini ve alkalen fosfataz aktivitesini arttýrdýðýný gösterdi 4,5. Bu da osteoblastik hücre proliferasyonu artýþýnýn göstergesidir. Toccafoldi farelerde, kalsitoninin osteoblast ve kollagen doku sentezini arttýrdýðýný tespit etti 7. Farley bir baþka çalýþmada kalsitoninin kemik matriks sentezine etkisini araþtýrdý ve pozitif etki gösterdiðini vurguladý 3. Kalsitonin fizyolojik olarak parathormon etkisini antagonize ettiðinden, iskelet dokularýnda da kalsitoninin parathormon etkisine karþý koyabileceði hipotezi ortaya çýktý. Parathormon bilindiði üzere kemik rezorpsiyonunu arttýrýp, kemik oluþumunu azaltýr. Bu hipotez ister istemez kalsitoninin kemik rezorpsiyonunu azaltýp kemik geliþimini hýzlandýrabileceði fikrine yol açtý. Ýþte bu fikirlerin geçerliliðini belirlemek üzere bazý deneysel ve klinik çalýþmalar yapýlmýþtýr 13, Bu çalýþmalarýn bazýlarýnda insan denekler, bazýlarýnda ise deney hayvanlarý kullanýlmýþtýr. Bu çalýþmalar benzer protokollerle yapýlmamasýna raðmen, kalsitonin tedavisi gören gruplarda osteoblast sayýsýnda anlamlý bir artýþ, alkalen fosfataz aktivitesinde artýþ, kýrýk kallusunda belirgin bir mineralizasyon artýþý ile beraber matriks sentezinde geliþme saptanmýþtýr. Buna karþýn diðer araþtýrmacý gruplar ise kalsitoninin kýrýk iyileþmesinde anlamlý bir etkiye yol açmadýðýný bildirmiþlerdir 1, Tachdjian fare humerusunda oluþturduðu kýrýk sonrasý kalsitonin uygulamasýnýn kýrýk iyileþmesinde anlamlý bir etkisinin olmadýðýný bildirdi 20. Paavolainen ise farelerde tibia kýrýðý sonrasý verilen kalsitonin hormonunun, kalsitonin verilmeyen kontrol grubuna göre, kýrýk iyileþmesinde anlamlý bir farklýlýk oluþturmadýðýný gösterdi 21. Ekeland çalýþmalarýnda kalsitoninin kýrýk iyileþmesinde ve kollagen sentezinde negatif etkiye sahip olduðunu bildirdi 1,18,19. Schatzker tavþanlarda yaptýðý çalýþmalarda histolojik ve radyolojik olarak kýrýk kaynamasý üzerine kalsitonin hormonunun anlamlý bir etkisinin olmadýðýný bildirdi 22. Biz çalýþmamýzda kalsitonin tedavisi gören hayvan grubunda, kontrol grubundan farklý negatif veya pozitif herhangi bir bulgu tespit edemedik. Çalýþmamýzýn sonucu kalsitonin tedavisinin sýçanlarda kýrýk iyileþmesine anlamlý etkisinin olmadýðý þeklindedir. Bu sonuçlar itibariyle, çalýþmamýz daha önce bildirilen yayýnlarýn bazýlarýyla tam 11,16,21,22, bazýlarýyla ise kýsmen 1,18,19 uyumludur. Fakat çalýþmamýzda kýrýk kaynama evrelerinde yer alan sýçan sayýsýnýn az olmasý ve kontrol grubuna plasebo verilmemesi nedeniyle, çalýþmamýz gerçek anlamda kontrollü bir çalýþma olmamýþtýr. Bunun da sonuçlar üzerinde etkili olabileceði düþünülmüþtür. Bu sebeplerden dolayý, osteoporoz proflaksi ve tedavisinde yeri olan kalsitonin hormonunun, kýrýk kaynamasýný hýzlandýrýcý etkisinin olup olmadýðýný ortaya koymak için daha fazla sayýda hayvanýn yer aldýðý, plasebo kontrollü çalýþmalar yanýnda yüksek hayvan modeli çalýþmalarý ve klinik araþtýrmalar yapýlmasý gerektiði inancýndayýz. Çalýþmamýzda kalsitonin hormonu verilen sýçanlarda ortalama 30 gr. kilo kaybý saptadýk. Yapýlan bazý çalýþmalarda sistemik veya intraserebroventriküler enjeksiyonla kalsitonin verilen sýçanlar ve rhesus maymunlarýnda besin alýmý azalmýþ ve kilo kaybý gözlenmiþtir. Kalsitoninin sýçanlarda pik iþtah kesici etkisi, periferal yollarla veriliþten 4-8 saat sonra gözlenmiþtir. Bu etkinin gastrik sekresyonun inhibisyonuyla mý olduðu yoksa merkezi kökenli baðýmsýz bir etki mi olduðu bilinmemektedir 23,24. Kalsitonin hormonunun sistemik etkileri konusundaki bazý bilinmeyenlerin olmasý, bu konuda da araþtýrmalarýn yapýlmasýnýn gerekli olduðunu düþündürmektedir. KAYNAKLAR 1. Ekeland A, Myhre L, Underdal T. Effects of salmon calcitonin on mechanical properties of healing and intact bone and skin in rats. Acta Orthop Scand 1983; 54: Baron R, Saffar JL. A quantitative study of the effects of prolonged calcitonin treatment on alveoler bone remodelling in the golden hamster. Calcif Tissue Res 1977; 22(3):

5 ARTROPLASTÝ ARTROSKOPÝK CERRAHÝ / JOURNAL OF ARTHROPLASTY ARTHROSCOPIC SURGERY Farley RJ, Tarbaux NM, Hall SL, Linkhart TA. The antibone resorptive agent calcitonin also acts in vitro to directly increase bone formation and bone cell proliferation. Endocrinology 1988; 123: Farley RJ, Hall SL, Tarbaux NM. Calcitonin increases mouse bone cell proliferation in a dose dependent manner, and increases mouse bone formation, alone and in combination with flouride. Calcif Tissue Int 1989; 45: Farley RJ, Wergedal JE, Hall SL, Herring S. Calcitonin has direct effects on H.Thymidine incorporation and alkaline phosphatease activity in human osteoblast-line cells. Calcif Tissue Int 1991; 48: Lupulescu A, Habowsky J. Effects of calcitonin on wound healing a morphological study in rabbits. J Surg Res 1978; 25: Toccafondi R, Brandi ML, Mavilia C, Zonefrati R. Biological effects of salmon calcitonin in osteoblast-like cells.excerpta Medica, Amsterdam, New York, Oxford 1985; Frost HM. The biology of fracture healing Part-1. Clin Orthop 1982; 248: Rosai J. Bone and Joints. In: Rosai J. Ed. Ackerman s Surgical Pathology. 8 th ed. Mosby Company, 1995: Sissons HA.: Bones, In: Symmers WSC. Ed. Systemic Pathology. 2 nd ed. Churchill Livingstone, 1979: Ekeland A, Gautvik MK, Myhre L. Increase in plasma calcitonin following femoral fracture in rats. Acta Orthop Scand 1981; 52: Meller Y, Kestenbaum R. Mineral and endocrine metabolism during fracture healing in dogs. Clin Orthop 1984; 187: Meller Y, Shainkin R, Kestenbaum R, Shany S, Zuilli I. Parathyroid hormone, calcitonin and vitamin D metabolites during normal fracture healing in humans. Clin Orthop 1984; 183: Ömeroðlu H, Ateþ Y, Akkuþ O, Korkusuz F, Biçimoðlu A, Akkaþ N.: Biomechanical analysis of the effects of single high-dose vitamin D3 on fracture healing in a healthy rabbit model. Arch Orthop Traum Su: (5): Lindgren JU, Narechania RG, McBeath AA. Effects of 1-25 dihidroxy vitamin D3 and calcitonin of fracture healing in adult rats. Clin Orthop 1981; 160: Luisetto G, Melanotte S, Caira S. Effect of salmon calcitonin on bone callus formation in man. Curr Ther Res 1988; 41: Melanotte PL, Caria S. Salmon calcitonin effect on proximal femur fracture repair in elderly patients. Curr Ther Res 1986; 39: Ekeland A, Gautvik MK, Underdal T. Calcitonin producing tumour. Acta Orthop Scand 1983; 54: Ekeland A, Underdal T. Effect of salmon calcitonin on synthesis and mineralization of collagen in rats. Acta Orthop Scand 1983; 54: Ewald F, Tachdjian MO. The effect of thyrocalcitonin on fractured humeri. Surg Gyn Obst 1967; 125(5): Paavolainen P, Taivainen T. Calcitonin and fracture healing. An experimental study on rats. J Orthop Res 1989; 7: Schatzker J, Chapman M. The effect of calcitonin on fracture healing. Clin Orthop 1979; 141: Doepfner WEH: Pharmacological effects of Calcitonin. Triangle 1983; 22 (2/3): Deftos LJ: Dýþ Kaynaklý (Eksojen) Kalsitonin. Azria M. Ed. Kalsitoninler (Fizyoloji ve Farmakoloji). Sandoz Ürünleri AÞ. Orhanlar Matbaasý Ýstanbul 1989: 100.