T.C. SAĞLIK BAKANLIĞI BAKIRKÖY RUH VE SİNİR HASTALIKLARI EĞİTİM VE ARAŞTIRMA HASTANESİ 1 NÖROŞİRURJİ KLİNİĞİ Başhekim : Doç. Dr. Erhan KURT Klinik Şefi : Doç. Dr. M.Murat TAŞKIN DENEYSEL OMURİLİK YARALANMASI MODELİNDE HİPERBARİK OKSİJEN TEDAVİSİNİN METİLPREDNİZOLONUN VE HER İKİ TEDAVİNİN KOMBİNASYONUNUN ETKİLERİNİN BİYOKİMYASAL PARAMETRELERLE KARŞILAŞTIRILMASI Uzmanlık Tezi Dr.Tolga GEDİZ İstanbul 2009
İÇİNDEKİLER GİRİŞ VE AMAÇ.. 1 GENEL BİLGİLER 2 Birincil ve ikincil hasar mekanizmaları..2 Deneysel omurilik yaralanması..4 Omurilik yaralanmasının patofizyolojisi 5 Omurilik yaralanmasının patolojisi..23 Omuriliğin yenilenmesi 25 Omurilik yaralanmasında potansiyel olarak etkili olabilecek medikal tedaviler.26 HİPERBARİK OKSİJEN TEDAVİSİ 36 GEREÇ VE YÖNTEM 49 BULGULAR 54 TARTIŞMA.57 SONUÇ 61 ÖZET..62 SUMMARY 63 KAYNAKLAR...64
TEŞEKKÜR Bakırköy Ruh ve Sinir Hastalıkları Eğitim ve Araştırma Hastanesi 1. Nöroşirurji kliniğinde asistanlık eğitimime başladığım ilk günden bu zamana asistanı olarak çalışmaktan onur duyduğum, cerrahi eğitimimiz için her konuda bizleri teşvik eden klinik şefimiz Sayın Doç.Dr. M.Murat TAŞKIN a sonsuz saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Uzmanlık eğitimi boyunca bilgi ve tecrübelerini bizimle paylaşan kliniğimiz uzmanları Op.Dr. Kemal AVLAR, Op.Dr. Ahmet DİKİLİTAŞ, Op.Dr. Levent UYSAL, Op.Dr.Ali İhsan IŞIK, Op.Dr. Çağatay KEMERLİ, Op.Dr.Engin OZAR a saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Asistanlık eğitimim süresince verdikleri desteklerden dolayı 3 NRŞ Klinik Şefi Sayın Op.Dr. Halil TOPLAMAOĞLU na ve klinik uzmanlarına, 2 NRŞ kliniği uzmanlarına en derin saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Nöroloji rotasyonum boyunca klnik gözlem ve deneyimlerini bizimle paylaşan 1 Nöroloji Klinik Şefi Doç.Dr.Baki ARPACI ve klinik uzmanlarına teşekkürü borç bilirim. Asistanlığım süresince çalıştığım tüm asistan arkadaşlarıma, başta sorumlu hemşire Şenay APAN olmak üzere tüm hemşirelere, poliklinik, ameliyathane, anestezi ve yoğun bakım çalışanlarına minnet ve şükran duygularımı sunarım. Her zaman sevgi, sabır ve desteğini hissettiğim, eğitim boyunca her türlü fedakarlıkta bulunan karım Alev GEDİZ e ve tüm aileme teşekkür ederim. Dr.Tolga GEDİZ
GİRİŞ VE AMAÇ Günümüzde gelişen cerrahi tekniklere karşın omurilik yaralanmaları, ciddi bir sağlık sorunu olmaya devam etmekte olup, önemli oranda iş gücü kaybına neden olmakta, yaşam kalitesini düşürmekte ve tedavi maliyetlerini belirgin ölçüde artırmaktadır. Ülkemizdeki akut omurilik yaralanmalarının insidansı yılda 500-600 yeni vaka olarak bildirilmekte ve prevelansı her yıl 12.7/1 000 000 olduğu tahmin edilmektedir (1). Amerika Birleşik Devletleri ndeki insidansı ise yılda 12000 yeni vaka, prevalansı her yıl 30-50/1 000 000 olarak bildirilmektedir (2). Geçen son üç dekatta omurilik hasarından sonra nörolojik fonksiyonlarda iyileşme stratejilerine ilgi giderek artmıştır.yapılan deneysel çalışmalar, yaralanma sonrası oluşan omurilik hasarının, travmadan sonra daha da kötüleşebildiğini göstermiştir. Bu fenomenin açıklanması için çeşitli patofizyolojik mekanizmalar öne sürülerek birincil ve ikincil hasar kavramları ortaya konmuştur (3-7). Birincil hasar travma anında gerçekleşir, doku hasarı ve hücre ölümü sonucu meydana gelir. Ikincil hasar ise endojen hücre ölümü yollarının aktivasyonu ile sonuçlanan, birincil hasar ile başlatılmış hücre ölüm kaskadının bir sonucudur. Deneysel çalışmalar ve klinik gözlemler omurilik lezyonlarının büyük miktarda ikincil hasar mekanizmasıyla genişlediğini göstermektedir. Geçerli olan kanıtlar oksijen radikalleri oluşmasının ve hücre membranı lipid peroksidasyonunun ikincil hasar sürecinde önemli bir rol oynadığı yönündedir. Günümüzde travmaya bağlı omurilik yaralanmalarında özellikle ikincil hasarı önlemeye yönelik olarak çeşitli tedavi yöntemleri denenmektedir. Ancak bunlardan yüksek dozda metilprednizolon tedavisi hariç hiçbiri rutin tedavi yöntemleri arasına girememiştir (8,9,10). Akut omurilik yaralanmasında yüksek doz metilprednizolonun ikincil hasara bağlı gelişen lipid peroksidasyonunu, serbest radikal formasyonunu ve ödemi sınırlandırarak etki ettiği düşünülmektedir. Ancak bu tedavinin etkinliği hakkında halen tartışmalar bulunmaktadır. Young ve arkadaşları tarafından omurilik hasarına yönelik tüm tedavi yaklaşımlarının metilprednizolon agonist çalışmasıyla karşılaştırılması tavsiye edilmiştir (11). Literatürde yeni tedavi yöntemlerinin yüksek doz metilprednizolon tedavisiyle karşılaştırılması yapılmış ve kombine tedavileri denenmiş birçok çalışma mevcuttur (16-19). Kapalı bir basınç odası içerisinde tümüyle basınç altına alınan bir hastaya 1 atmosfer absolute (ATA) basınç değerinin üzerinde aralıklı olarak %100 oksijen solutulması şeklinde uygulanan medikal bir tedavi yöntemi olan Hiperbarik Oksijen Tedavisi (HBOT), akut travmatik iskemilerde başarıyla uygulanmaktadır. Literatürde yeralan birkaç çalışmada
HBOT un travmatik omurilik ve beyin hasarına etkileri gösterilmektedir (20-33). Her ne kadar HBOT un bazı endikasyonlarda yararları klinik olarak geniş tecrübelerle kanıtlanmış olsa da bazı endikasyonlar için biyokimyasal mekanizma henüz tam olarak net değildir. Laboratuvar araştırmalarındaki hayvan modellerinin kullanımı, uygulanmasının basit olması, kolay tatbik edilebilirliği, ucuzluğu ve neden-sonuç ilişkisi dolayısıyla insanlarla benzerlik göstermesi nedeniyle oldukça yaygındır. Sıçanlar, temininin kolay olması, yapılan cerrahi müdahalelere dirençli olmaları ve omurilik kan akımının insanınkiyle son derece benzerlik göstermesi nedeniyle deneysel omurilik yaralanmasında son yıllarda tercih edilen deney hayvanları olmuşlardır Deneysel hayvan modelleri içerisinde klip kompresyon metodu insanlarda omuriliğin akut kompresyon travmasını en iyi biçimde taklit edebilen model olarak seçilmiştir. Bu çalışmada sıçanlarda klip kompresyon metoduyla gerçekleştirilen deneysel omurilik yaralanması modelinde hiperbarik oksijen ve yüksek doz metilprednizolon tedavilerinin ayrı ayrı ve kombine olarak etkinliklerinin malondialdehid (MDA) ve süperoksit dismutaz (SOD) parametreleriyle biyokimyasal olarak araştırılması planlanmıştır. GENEL BİLGİLER BİRİNCİL VE İKİNCİL HASAR MEKANİZMALARI Akut omurilik hasarına yol açan patolojik sürecin iki basamaklı olduğu varsayılmıştır (5). Omurilik travması başlangıçta mekanik olarak omurilik yapılarının bozulması ve buna bağlı olarak gelişen ikincil olayların toplu olarak komşu sağlam dokuları harap etmesiyle sonuçlanır. Birincil hasar tipik olarak başlangıçtaki mekanik hasara dayalı iken ikincil hasar ilerleyici hücre hasarıdır. Hem mekanik travmaya bağlı ilk doku harabiyeti hem de sonradan gelişen ikincil hasarın boyutu darbe anında omuriliğe dağılan enerji ile ilgidir. Künt travmaya bağlı omurilik hasarı fleksion, ekstansiyon, aksiyal yüklenme, rotasyon ve distraksiyonu içeren çeşitli zorlanmalar sonucunda, osteoligamentöz vertebranın bozulmasına bağlı olarak gelişir. Bu güçler omurilikte birincil mekanik hasara yol açarlar. Birincil mekanik hasar nöronal doku hasarına, aksonların kaybına, kanamaya neden olan arteriol ve venüllerin ruptürüne ve aksoplazmik transportun blokajına neden olur. Klinik olarak bunların en hafif formu omurilik kontüzyonudur. Kısa süreli geçici nörolojik defisitle seyreder. İçlerinden en ağır şekli ise tam ve kalıcı paralizidir. İlk durum lokal aksonal depolarizasyon ve geçici
disfonksiyonun sonucu iken tam ve kalıcı paralizi durumu epicenter hasarından başlayarak ikincil doku hasarının yayılımını takiben gelişen birincil aksonal ve nöral hasarlanma sonucunda oluşur. Bunların ara formu olan kısmi paralizide ise lezyon altında motor ve duyusal fonksiyonlar kısmen korunmuştur. İkincil hasar kavramı ilk defa 1911 yılında Allen tarafından ortaya atılmıştır. Allen köpeklerde deneysel omurilik yaralanması gerçekleştirdikten sonra myelotomi ve hematomyelin drenajı yapmış; sonrasında bu köpeklerin nörolojik fonksiyonlarında iyileşme olduğunu gözlemleyerek ikincil hasar kavramını ortaya atmıştır. Allen 1914 yılında hemorajik nekrotik arterlerin içinde omuriliği ek olarak hasarlandıracak zararlı bir ajan bulunduğu teorisini ileri sürmüştür. Bu hasarlandırıcı ajanı biyokimyasal faktör olarak tanımlamıştır. Bu, travma sonrası devam eden otodestrüksiyonun ilk deneysel kanıtı olmuştur. Omurilik künt travmalarının yaklaşık yarısında lezyon seviyesi altında klinik olarak hiçbir motor ve duyusal fonksiyonun bulunmadığı tam paralizi vardır. Ancak tam paralizili hastaların postmortem çalışmalarında mekanik hasardan kurtulan nöronal dokular gözlenmiştir. Bu gözlemler omuriliğin künt travmalarından sonra tam motor ve duyusal paralizisi olduğu varsayılan hastalarda bile, nadiren transseksiyon geliştiğini göstermektedir. Hayvan deneyleri sonucunda omuriliğin hasarlı bölgesini geçen aksonların %1.4 ila %12 sinin kurtulmasıyla birlikte nörolojik fonksiyonların anlamlı ölçüde sürdürüldüğü gösterilmiştir. Minimal motor fonksiyon gözlemlenen kısmi paralizili bir hastanın postmortem incelemesinde ise hasar bölgesinin altında normal akson sayısının yaklaşık olarak % 7 sinin sağlam kalmış olduğu tespit edilmiştir. Ancak insanlarda anlamlı distal nörolojik fonksiyonlar olması için omuriliğin ne kadarının sağlam kalması gerektiği günümüzde henüz net olarak bilinmemektedir. Birincil hasar beklenmedik nedenlere bağlı olduğu için genellikle engellemez ve şiddeti değiştirilemez. Bu nedenle birincil hasarın medikal ya da cerrahi tedavisi yoktur, ancak ikincil hasarı engellemek teorik olarak mümkündür. Akut omurilik yaralanması olan hastalara günümüzdeki medikal ve cerrahi müdahalelerin amacı ikincil hasarı en aza indirmek ve mekanik hasardan kurtulan nöronal yapıların korunmasıdır. Omurilik dokusunun korunmasına yönelik faydalı çok küçük girişimler bile nörolojik iyileşme ile ilgili fonksiyonları büyük ölçüde etkileyebilir. Bu hastalara süratle travma resüsitasyonu yapılması ve uygun nöroprotektif medikal müdahalelerin eklendiği yoğun bakım desteği verilmesi son derece önemlidir.
DENEYSEL OMURİLİK YARALANMASI İlk olarak omuriliğin künt travması ile başlayan patofizyolojik süreçle ilgili bildiğimiz bilginin aslında çok azının insan çalışmalarından kaynaklandığı belirtilmelidir. Bu bilgilerin çok önemli kısmı çok çeşitli hayvan türleri ve hasar paradigmalarının kullanıldığı deneysel olarak omurilik hasarı gerçekleştirilen hayvan modellerinden gelmektedir. Laboratuvar şartlarında ümit vaat etmesine rağmen insanlar üzerindeki denemelerde, etkinliğinin gösterilemediği nöroprotektif tedaviler yorumlandığında bu durumun hesaba katılması önemlidir. İnsanlarda akut travmatik omurilik hasarına yönelik rasyonel bir tedavi yaklaşımının geliştirilebilmesi için kantitatif bir travma uyarısına bağlı gelişen omuilik lezyonunun morfolojisi ve fonksiyonel iyileşmesi ile korelasyon gösterebilecek standardize edilmiş ve tekrarlanabilir bir hayvan modeline ihtiyaç vardır. Omuriliğe künt biçimde hasar verildiği modeller, akut patofizyolojik süreçleri incelemek için faydalı olmalarına rağmen bu modellerde lezyonun bulunduğu segmentin periferinde sağlam aksonlar kaldığı için aksonal yenilenmenin incelenmesi zordur. Omuriliğin tamamen veya kısmî olarak kesildiği modeller aksonal yenilenmenin incelenmesinde faydalıdırlar. Ancak bu modeller insanlarda karşılaşılan tipik yaralanmayı iyi şekilde temsil etmemektedirler. Bu nedenle akut patofizyolojik çalışmalar için pek uygun değildir. Künt omurilik yaralanması hasarın şiddetinin derecelendirilebilmesi için yaygın olarak yüksekten ağırlık düşürme ve klip veya balon kompresyon modelleri kullanılmıştır. 1978 yılında Tator ve Rivlin tarafından geliştirilen klip kompresyon modelinde omurilik çeşitli zaman aralıklarında anevrizma klipleri ile klempe edilmekte ve bu sayede değişik düzeylerde travma oluşturulabilmektedir (34). Bu modelde klip kapanma gücü ve kompresyon süresi değiştirilerek istenen şiddette hasar oluşturulabilmektedir. Bu modelin avantajı omuriliğin tamamının travmaya maruz bırakılarak, aynı zamanda iskemiye yol açmasıdır ki bu da insanlarda meydana gelen travma sonrası gelişen omurilik hasarına benzer bir model olmaktadır. Deney hayvanı olarak sıçanlar, deneysel zorlukları tolere edebilmeleri ve omurilik kan dolaşımlarının insanlara çok benzemesi yanında ekonomik ve kolay elde edilebilme avantajları da olduğu için omurilik yaralanması modelleri için uygun görünmektedirler. Khan ve Griebel 1983 yılında sıçanlarda deneysel omurilik hasarı oluşturan üç tekniği (ağırlık düşürme metodu, anevrizma klibi kompresyon metodu ve ekstradural balon kompresyon metodu) karşılaştırmışlardır (35). Bu araştırmacılar tekrarlanabilir lezyonların en iyi biçimde anevrizma
klibi kompresyon metodu ve ekstradural balon kompresyon metodu ile elde edildiğini göstermişlerdir. Ağırlık düşürme tekniğiyle oluşturulan omurilik hasarının patogenezindeki major faktörün mekanik olduğuna oysa klip ve balon kompresyon tekniklerinde hem mekanik hem de vasküler faktörlerin etkili olduğuna inanılmaktadır. Ağırlık düşürme tekniği ile akut omurilik hasarı oluşturulduğu çalışmalarda post-travmatik iskemi gelişmediği için bu ön çalışmalar özellikle de vasküler teori olmak üzere ikincil hasar teorisini destekler nitelikte değildir. Klip kompresyon metodunun en önemli dezavantajı ise tam bir laminektomi gereksinimidir. Laminektomi yapılırken omuriliğin yerini minimum değiştirecek biçimde klibin ön kolunun ekstradural pasajı için pediküllerin de çıkarılması gerekmektedir. Deneysel modeller arasında ortak payda gri ve beyaz cevherin ikisinin birden harabiyetidir. Lezyon bölgesi; erkenden kanama, kan-omurilik bariyerinin bozulması, nöronal hücre kaybı ve monositlerin, makrofajların ve nötrofillerin infiltrasyonu ile karakterizedir. İlerleyici nekroz ve aktif fagositoz omuriliğin hücresel mimarisini değiştirmek üzere beraber hareket eden anahtar süreçlerdir. Hasardan birkaç saat sonra hasarlanmış omurilik tipik olarak belirgin aksonal dejenerasyon ve gri cevherin en azından bir kısmını ve bitişik beyaz cevherde yerleşen içi-sıvı dolu bir kavite sergiler (5). OMURİLİK HASARININ PATOFİZYOLOJİSİ DAMARSAL DEĞİŞİKLİKLER Her ne kadar iskemi sonucunda gelişen kesin mekanizmalar tamamen netleşmemişse de omurilik içindeki lokal damarsal değişiklikler sonucu gelişen iskeminin ikincil hasarın en önemli yönlerinden birisi olduğu düşünülmektedir. Bu damarsal değişiklikler, intraparankimal kanamaya yol açan damarların kesilmesi; ödem gelişmesiyle yakından ilişkilendirilmiş kanomurilik bariyerinin bozulması; omurilik kanlanmasının miktarını etkileyen vazoaktif moleküllerin salınımı ve otoregülasyonun kaybıdır (5). Bütün bu damarsal hadiseler hep birlikte omuriliğin değişen derecelerde iskemisine neden olurlar. İskemi sadece hücrelerin ölümüyle sonuçlanmaz. Bunun yanında omuriliğin daha da hasarlanmasına yol açan eksitotoksisiteyi içeren ikincil gelişen olayların kaskadını tetikler. Bu birincil olarak mikrovasküler bir hadisedir ve anterior spinal arter gibi daha büyük çaplı damarlar normal biçimde kalırlar (37). İnsanlar üzerinde yapılan postmortem çalışmalarda kanlanmanın beyaz cevherden ziyade gri cevherde esaslı şekilde kötüleştiği gösterilmiştir. Bu durum gri cevherin çoğunu sentrifugal olarak besleyen sulkal arteriyel damar ağının bozulmasıyla ve/veya
trombozuyla ilgili olabilir (36). Noble ve Wrathall sıçanlarda dereceli kontüzyona bağlı hasardan sonra santral kanamanın anatomik karakteristiklerini araştırmışlardır. Başlangıçtaki travmanın ağırlığı ile doğrudan orantılı olan kanamanın büyüklüğü hasar bölgesinde en fazladır. Rostral ve kaudal segmentlerde dorsal sütunun içine doğru uzanır. Santral kanama gri cevheri ve değişken oranlarda hasarın epicenterinde bitişik beyaz cevheri tutar. Hasara uzak bölgelerde kanama tipik olarak dorsal sütunun en santral kısmında bulunur (40). Verilen bu bilgiler ışığında iskemik hasarın miktarını sınırlamak için stratejiler geliştirmeye yönelik hatırı sayılır bir araştırma çabasının olması ise şaşırtıcı değildir. İskemik, nekrotik merkezi çevreleyen penumbral zon a özel ilgi gösterilmiştir. Bu bölgede zaman içerisinde ilerleyici hücre ölümü görülür. Bu nedenle penumbral bölgenin korunmasının fonksiyonel iyileşmeye önemli bir tesiri olabilir. Nöronların metabolik açıdan yüksek ihtiyaçları, gri cevheri iskemik hasara son derece duyarlı hale getirir. Normalde omurilikte mikrovasküler hemodinamiklerin sıkı kontrolünü sağlayan otoregülatuar mekanizmaların kaybıyla bu hassasiyet daha da şiddetlenebilir. Normalde otoregülasyonla sistolik kan basıncının yaklaşık olarak 50 ila 130 mmhg arasındaki dalgalanmaları sırasında lokal omurilik hemodinamiklerini oldukça sabit tutulabilir. Otoregülasyonun bozulması omuriliği sistemik arteriyel basınca karşı savunmasız kılar (37). Akut travma geçirmiş hastalarda eklenilen yaralanmalara ve/veya nörojenik şoka ikincil sistemik hipotansiyon ve sempatik tonüslerinin kaybına bağlı bradikardileri olabileceği için süratli travma resüsitasyon, sıkı takip ve sistolik kan basıncının korunması başlangıçtaki bakımın kritik yönleridir. Omurilik yaralanması sonrası mümkünse ortlama arteriyel basıncın 90 mmhg veya üstünde tutulması önerilmiştir (38). İronik biçimde iskeminin bu dönemini takiben omurilik bir reperfüzyon dönemine maruz kalır ki bu sırada sekonder hasarı gerçekten daha alevlendiren oksijenden türeyen serbest radikaller belirgin biçimde artar (39). Kanamayı çevreleyen dokulardaki kan akımının azalması değişik derecelerde iskemiyle sonuçlanır (40). İskemik hasar aşağıdaki olaylardan birinden veya hepsinden kaynaklanarak ortaya çıkabilir: 1. Kan-omurilik bariyerinin bozulmasına bağlı vazojenik ödem, 2. Bitişik dokuların doğrudan basısısıyla mekanik travma sonucu veya oksihemoglobin ile endotelini içeren eritrosit komponentlerine maruziyete bağlı olarak meydana gelen vazospazm.
Serbest radikaller iskemik veya hipoperfüze dokunun reperfüzyonundan sonra hızlıca oluşurlar. Serbest radikal üretilmesi ile sonuçlanan bir süreç fagositik hücrelerin aktivasyonu ve hemoglobin degradasyonu sırasında yüksek konsantrasyonlarda bulunan katalitik metal iyonlarının serbestleşmesidir. Santral sinir sistemi özellikle serbest radikal hasarına hassatır (41). Hücre membranları, serbest radikal hasarına duyarlı olan çoklu doymamış zincirli yağ asitleri açısından zengindirler. Bununla birlikte santral sinir sistemi antioksidan savunma mekanizmalarıyla bu olayı sınırlar. Beyin ve omurilik düşük düzeyde katalaz aktivitesi ve orta düzeylerde süperoksit dismutaz ve glutatyon peroksidaz aktivitesi sergiler. Deneysel olarak omuriliğin kontüzyonu önemli miktarda intraparankimal kanama oluşturur. Nöral ve glial dokuların bu kanamaya verdikleri cevap önemlidir. Hem oksigenaz (HO), hemin biliverdin, karbonmonoksit ve demire degradasyonunda yer alan hız kısıtlayıcı bir enzimdir (42). Bu arayol safra pigmentlerinin güçlü bir antioksidan olduğunun gösterilmesi açısından önemlidir. Safra pigmentlerinin serbest radikal hasarına bağlı hücre hasarına karşı hücresel savunmada önemli fonksiyonları vardır. Hem oksigenazın başlıca alt tipleri; mikroglial formu HO-1, yapısal formu HO-2 yakın zamanda santral sinir sistemindeki transkriptlerinin bildirildiği HO-3 dür. HO-1 çeşitli uyaranlarla indüklenebililir. Sağlam spinal kordta HO-1 in bazal ekspresyonu nöronlar tarafından kısıtlanmıştır. Kontüzyona bağlı hasardan sonra astrositler, mikroglia ve makrofajlarda HO-1 in indüklendiği gösterilmiştir (42). İndüksiyon paterni posttravmatik kanamanın açığa çıktığı bölgelere karşılık gelir. Bu nedenle kanama spinal kord hasarından sonra HO-1 in güçlü bir indükleyicisi olabilir. Burada sorulması gereken asıl soru ise HO-1 in glial indüksiyonunun travmaya maruz kalmış omurilik için koruyucu mu yoksa zararlı mı olduğudur. Her ne kadar oldukça tartışmalı olsa da HO-1 in santral sinir sistemi için koruyucu olduğu hakkındaki kanıtlar giderek artmaktadır. KAN-OMURİLİK BARİYERİNİN BOZULMASI Omurilik hasarından sonra kan-omurilik bariyerinin bozulması endotelyal glikokaliks boyunca anyonik yüklü alanın geçici bir kaybı ve plazma proteinlerinin gelişigüzel biçimde damar dışına çıkışıyla karakterizedir. Dolaşımdaki moleküllere karşı kan-omurilik bariyerinin bozulma süreci 4 ila 28 gün arasında değişir. Bariyer bozulması sadece hasarlı bölge ile sınırlı değildir ve tüm omurilik boyunca ilerler (43). Kan-omurilik bariyerinin hasardan sonra en
azından 28. güne kadar [14C]-aminoizobütirik asit gibi küçük moleküllere geçirgenliğinin sürdürdüğü gösterilmiştir. Kontüzyona bağlı omurilik hasarından sonra magnetik rezonans görüntülemesiyle bu kadar uzun bir süre bariyerin bozulduğu doğrulanmıştır. Bariyer geçirgenliğinin bozulması, omuriliğin inflamatuar hücrelerin toksik etkilerine maruz kalmasına neden olur. Ayrıca glutamat ve glisin gibi amino asit nörotransmitterleri ortamda yüksek konsantrasyonda bulundukları zaman hücrelere toksik olabilirler. İnfiltre lökositlerin nöral yapılara zararlı olduğu yönünde önemli deliller vardır. Ayrıca inflamatuar bir cevabın yokluğunda da bariyer bozukluğunun zararlı olabileceği kanıtlanmıştır. Kan beyin bariyerinin geçici bozukluğunun sürekli HSP32 ve HSP70 stres proteinlerinin (heat shock proteins) salınımına yol açtığını gösterilmiştir. HSP70 hücre hasarının ispatlanmış bir markırıdır. HSP32 stres proteininin oksidatif stresin bir göstergesi olduğu daha önce bildirilmiştir (44). ENDOTEL HASARI Travmatize omurilik, bariyerin ortadan kalkmasıyla ödem gelişiminde rolü olan sitokinler ve vazoaktif peptidleri de içeren geniş bir spektruma yayılmış maddelere maruz kalır (45). Bu bulgular birlikte ele alındığında omurilik hasarından sonraki ikincil patogenezde bariyerin ortadan kalkmasının önemi vurgulanmaktadır. Endotelin-1 (ET-1), 21 aminoasitli bir peptiddir ve aort endotel hücrelerinin süpernatanı içinde tanımlanmıştır (46). Endotelin-1 karakterize edildikten sonra ek olarak 3 izoformu tanımlanmıştır ki bunlar endotelin-2 (ET-2), endotelin-3 (ET-3) ve vazoaktif intestinal konstriktör polipeptiddir (VIC). Bu peptidler ayrı ayrı genler tarafından kodlanırlar. ET-1 in omurilik hasarından sonra kan-omurilik bariyeri bozulmasına karıştığı kanıtlanmıştır. Hasarlı omurilikte kan-omurilik bariyerinin bozulmasıyla birlikte bu peptidin ekspresyonu artmıştır. Sağlam omuriliğe ET-1 in intratekal verilmesi kan- omurilik bariyerinin bozulmasıyla sonuçlanır. ET-1 e bağlı vazokonstriksiyonun farmakolojik blokajı travmatik omurilik hasarından sonraki kan-omurilik bariyerinin bozulmasını zayıflatır (47). ET-1 e bağlı patoloji biyolojik olarak kısmen endotelin reseptörlerinin alt tipleriyle ilişkilidir. ETA, ETB1 ve ETB2 adı verilen en az üç tane endotelin reseptörü vardır ki, bunlar santral sinir sisteminde vasküler reaktiviteyi etkilerler. ETA reseptörleri vasküler düz kas hücresinde yerleşmişlerdir. Bunlar belirgin ve sürekli vazokonstriksiyona neden olur. ETB reseptörü ETB1 ve ETB2 olmak üzere iki alt tipe ayrılmıştır. ETB1 alt tipi vasküler endotel hücrelerinde yerleşmiştir ve vazodilatasyon meydana getirir. Oysa ETB2 reseptörü vasküler
düz kas hücrelerinde mevcuttur ve vazokonstriksiyon oluşturur. Bundan dolayı travmatize omurilikte ET-1 e bağlı vasküler değişiklikler (yani; bariyerin kalkması, vazokonstriksiyon) ya ETA ya da ETB2 reseptör alt tipleri vasıtasıyla yapılır. ETA reseptörü özellikle subaraknoid hemorajiye ikincil vazospazmla ve iskemik hasara eşlik eden uzayan vazokonstriksiyonla çok yakın bir ilişkisi vardır (47). SERBEST RADİKALLER Serbest radikaller eşleşmemiş elektronlara sahip moleküllerdir. Bu durum onları lipidlere, proteinlere ve DNA ya karşı yüksek düzeyde reaktif yapar. Moleküler oksijenin kendisi (O 2 ) böyle iki adet eşleşmemiş elektrona sahiptir. Oksijene bir elektronun eklenmesi süperoksidin, iki elektronun eklenmesi hidrojen peroksidin ve üç elektronun eklenmesi ise yüksek düzeyde reaktif hidroksil radikalinin meydana gelmesine neden olur. Bu üç serbest radikalin oluşmasını serbest veya proteine bağlı demir katalizleyebilir. Süperoksidin nitrik oksitle birlikte interaksiyonuyla yapılanan diğer bir yüksek düzeyde reaktif serbest radikal peroksinitrittir (ONOO - ). Serbest radikaller hücre membranındaki yağ asitlerinin progresif oksidasyonuna neden olarak oksidasyon süreci geometrik biçimde daha çok serbest radikal oluşmasına yol açar. Oluşan bu serbest radikaller reaksiyonun hücre yüzeyi boyunca yayılmasına neden olabilir (48). Oksidatif stres yine mitokondriyal anahtar solunum zincir enzimlerini bozarak, DNA ve DNA yla ilgili proteinleri değiştirerek ve sodyum-potasyum ATP azı inhibe ederek müşterek biçimde metabolik yıkıma sonrasında da nekrotik veya apopitotik hücre ölümüne neden olabilir. Lipid peroksidasyonunun bilhassa omurilik yaralanmasının akut patofizyolojisinde hem hipoperfüzyonun ilk döneminde hem de belki de çok daha belirgin biçimde reperfüzyon döneminde aşırı derecede önemli olduğu düşünülmektedir (49). Oksidatif reaksiyonların malondialdehid gibi ürünlerinin omurilik yaralanmasının hayvan modellerinde künt travmadan sonra hızlıca arttığı gözlenmiştir (50). Oysa alfa-tokoferol, askorbat gibi antioksidanlar ise muhtemelen tükettikleri için bu ürünlerin azalmasına neden olurlar. Biyolojik sistemlerde elektron alıcı moleküllere serbest radikaller denir. Serbest radikallerden aktif oksijen türevlerine kısaca oksidanlar denir. Bu oksidanlar organizmada süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT) ve glutatyon peroksidaz (GSH-Px) gibi enzim sistemleri ile seruloplazmin, transferrin, indirgenmiş glutatyon (GSH), metiyonin, vitamin E ve vitamin C gibi antioksidanlar tarafından yıkılırlar. Enzimatik antioksidanlar:
Birincil : Süperoksit Dismutaz, Se bağımlı Glutatyon peroksidaz, Glutatyon S transferaz, Katalaz İlişkili olanlar: NADPH-Kinon oksidoredüktaz, Glutatyon S transferaz, Epoksit hidrolaz, UDP-Glukronil transferaz, Sulfonil transferaz, Glutatyon redüktaz, Glukoz 6 fosfat dehidrogenaz, 6 fosfoglukonat dehidrogenaz, İzositrat dehidrogenaz, GSSG ve konjuge taşıyıcılar Enzimatik olmayan antioksidanlar: Vit. E, Vit. C, Glutatyon, flavonoidler, haptoglobulin, likopen, metallotiyonein, bilurubin, ubikinon, deferoksamin, ebselen, B karoten, ürat, seruloplazmin, transferin, albümin, melatonin, sistein, ferritin, mannitol, oksipurinol, probukol Oksidanlar ve insan hastalıkları arasındaki ilişki, oksidanlar ve antioksidanlar arasındaki dengeye bağlıdır. Bu dengede oksidanlar lehine bir artış oksidatif strese neden olur. Patofizyolojik olaylarla sonuçlanan oksidatif hasar ortaya çıkar. Oksijen Türevi Serbest Radikaller (ROT) aeorobik organizmalarda bazı fizyolojik olaylar esnasında oluşur. Bunların fizyolojik şartlardaki başlıca kaynağı mitokondrial elektron transport zinciridir. Genellikle hücrede kullanılan oksijenin %95 i mitokondrilerde kademeli olarak dört elektron ilavesiyle suya indirgenir. Normal şartlar altında mitokondrial elektron - taşıma zinciri esnasında oksijenin %1-2 si O 2 radikaline dönüşür. Başlıca ROT süperoksit - radikali (O 2 ), hidroksil radikali (HO ), hidrojen peroksit (H 2 O 2 ), hipokloröz asit (HOCl), singlet oksijen (singlet O 2 ) dir. Serbest radikallerin hücresel hasar yaptığının en iyi tanımlandığı durumlar pulmoner oksijen toksisitesi, post-iskemik reperfüzyon hasarı, iltihabi durumlar, radyasyon hasarı, birçok kimyasal maddenin toksitesidir. Bunlara ilaveten Alzheimer, yaşlanma, göz hasarı ve diğer birçok patolojik durumlarda serbest radikallerin rol oynadığı gösterilmiştir. Bunlardan en çok çalışılmış olanları halojenli hidrokarbonlar, aromatik halojenli hidrokarbonlar, sigara dumanı, alkol, diquat, paraquat dioksinler, asetominofen, halotan, adriamisin, bleomisin, demir, nitrofurantoin, furasemid, asbest, ozon, menadion, ve dieldrendir. Serbest radikaller bazen de fizyolojik olarak koruyucu işlev görürler. Aktive olmuş fagositler serbest radikal oluştururlar. Stres durumlarında katekolamin düzeyi artar, katekolaminlerin oksidayonuyla serbest radikaller oluşur. Tiyoller, hidrokinonlar, flavinler, tetrahidroproteinler ve antibiotikler gibi küçük makromoleküllerin otooksidasyonuyla, ksantin oksidaz ve triptofan dioksijenaz enzimi aracılığıyla ya da peroksizomlar ile plazma
membranındaki lipooksijenazlar ve prostoglandin sentetazlar aracılığıyla çeşitli serbest radikaller üretilir. Peroksizomlar çok önemli hücre içi H 2 O 2 kaynağıdırlar. - Süperoksit Radikali (O 2 ), moleküler oksijene ekstra bir elektron bağlanmasıyla meydana - gelir. Milisaniyelik bir yarı ömrüyle zayıf bir oksidan güçlü bir redüktandır. O 2 oksijen toksisitesinde önemli bir faktördür ve Süperoksit Dismutaz (SOD) enzimi de buna karşı - organizmayı korur. O 2 zayıf bir oksidan olduğu için kendi başına önemli bir hücre hasarına yol açması muhtemel gözükmemektedir. Süperoksit radikali oluştuktan sonra tiyol gruplarıyla reaksiyon verebilir. Bu yolla ya GSH tüketilmesine yol açarak hücreyi ileri derecede oksidatif strese sokar ya da diğer hücresel proteinler üzerindeki tiyollerle reaksiyon vererek onları inaktive ederler. Kısa yarı ömrü olması nedeniyle sadece hemen yakınındaki tiyol gruplarıyla reaksiyon vereceği tahmin edilmektedir. Önemli bir oksidatif strese yol açabilen bir dizi reaksiyonu da başlatır. - Haber-Weiss Reaksiyonu, O 2 ve H 2 O 2 nin demir varlığında bileşerek HO oluşturması reaksiyonudur. Üretilen bu HO çok önemli hücresel hasara yol açar - O 2 + H 2 O 2 HO + - OH + O 2 E. Coli den elde edilen bir enzim olan ferrik uptake regulator (fur) protein geri dönüşümlü olarak demire bağlanır (organizmadaki demir hakkında bilgi verir). Fur geninde oluşan mutasyon devamlı demir alımına yol açarak demir yükünü oksidatif stresi ve DNA - hasarını arttırır. O 2 intrasellüler demir depolarından demiri serbest hale getirir. Ferritin +3 - değerlikli demir içerir ve O 2 bunu +2 değerlikli demire dönüştürerek serbest hale geçebilmektedir. Serbest hale geçen demir iyonu Haber Weiss reaksiyonu gibi demir bağımlı olan ve radikal üreten reaksiyonlarda kullanılabilir veya diğer önemli serbest radikal aracılıklı - hücre hasarlarında rol oynayabilir. Ayrıca O 2, Fe +3 ile reaksiyona girerek oksitleyici perferril - radikalini oluşturur. Ancak O 2, çok kısa yarı ömre sahip olduğu için çoğunlukla bu bahsedilen - reaksiyonlara uğrayamaz. O 2 derhal dismutasyon reaksiyonuyla H 2 O 2 ve oksijene dönüşür. Bu dismutasyon reaksiyonu spontan oluşabilir. SOD enzimiyle de 10.000 kat hızlandırılır. - 2O 2 + 2H + O 2 +H 2 O 2 Süperoksit anyonları hemen hemen tüm aerobik hücrelarda fizyolojik olarak üretilmektedir. Başlıca kaynağı mitokondrilerde ve endoplazmik retikulumda bulunan elektron transport zincirinin çeşitli komponentlerinden moleküler oksijene sızan elektronlardır. Ayrıca aktive edilen beyaz kan hücrelerinden, ksantin-ksantin oksidaz sisteminden, prostanoid yolağı boyunca ve katekolaminlerden süperoksit radikali oluşmaktadır. Aktive edilen fagosit
hücreleri, monositler, nötrofiller, eozinofiller ve makrofajlar gibi hücreler süperoksit radikali üretirler. Radikal üretimi fagositlerin girinti oluşturarak bakterileri tahrip etmesinde önemlidir. Nötrofillerce kullanılan diğer öldürücü mekanizma ise myeloperoksidaz sistemidir. Bu enzim klorürü güçlü bir antibakteriyel ajan olan hipokloröz asite (HOCl) oksitlemek için süperoksit radikalinin dismutasyonuyla üretilen H 2 O 2 yi kullanır. H 2 O 2 + Cl - HOCl + OH - Tiyol grupları HOCl ile kolayca okside edilir. Bu nedenle glutatyon (GSH), N-asetilsistein ve merkaptopropiyonil glisin gibi küçük moleküllü tiyol gruplarını, HOCl nin oksidatif hasarına karşı koruyucu olarak kullanır. Fonksiyonel veya kazara invivo oluşan süperoksit anyonu spontan olarak dismute olur: - 2O 2 + 2H + H 2 O 2 + O 2 İnsan trombositleri her trombosit başına 1 fg (fentogram) SOD içerir ki bu değer lökositlerde bulunanın beşte biridir. Trombositler süperoksit anyonu üretebilmelerine rağmen bunun trombosit aggregasyonuyla ilişkili olup olmadığı açık değildir. Yapılan ilk çalışmalar sonucunda süperoksit anyonu üretimininin trombosit agregasyonuyla bir ilişkisi gösterilememiştir. Örneğin kromoglikat O2 - üretimini engellemiş ancak trombosit agregasyonunu etkilememiştir. Gliseraldehid, indirgenmiş riboflavin, flavin adenin mononükleotid (FMN), flavin adenin dinükleotid (FAD), adrenalin, tetrahidropteridinler, sistein gibi tiyol bileşikleri oksijen - varlığında O 2 oluştururlar. Bu reaksiyonlardan önemli bir tanesi oksihemoglobin oluşumudur. Hemoglobin oksitlenmeden önce Fe +2 iyonu içerir. Fakat oksijene bağlandığı zaman bir ara yapı oluşur ve bir elektron, bir demir iyonu ile oksijen arasında yer değiştirir. Fe +2 O 2 Fe +3 - O 2 - Bu şekilde oksihemoglobin dekompozisyona uğrayabilir ve O 2 salabilir. Hem Fe +2 - O 2 O 2 + Hem Fe +3 Geride kalan Fe +3 lü yapı normal hemoglobin gibi oksijen bağlayamayan ve biyolojik olarak inaktif olan methemoglobin adını alır. Bu şekilde bir günde insan eritrositlerinde - bulunan hemoglobinin %3 ü oksidasyona uğrayıp O 2 meydana getirir ve bu hücreler devamlı - olarak bir O 2 etkisine maruz kalırlar. Hiçbir sentez faaliyeti olmaksızın ortalama 120 gün - ömrü olan insan eritrositleri kendilerini, O 2 ve H 2 O 2 ye karşı bakır- çinko SOD (Cu-Zn SOD),
katalaz, Glutatyon peroksidaz (GSH-Px) ve başta glukoz-6-fosfat dehidrojenaz (G6PD) başta olmak üzere pentoz fosfat yolağı enzimleri vasıtasıyla korurlar. - Süperoksit iyonları (O 2 ), triptofan amino asitinin ve melaninlerin UV ye maruziyeti sonucunda oluşurlar. Melaninler tirozin (aromatik aminoasit) oksidasyonu ve polimerizasyonuyla meydana gelirler. İnsan derisindeki kahverengi ve siyah melaninler (ömelanin) güneş ışığındaki UV ye karşı koruyucu rol oynarlar. Melanin polimeri birçok çiftlenmemiş elektron içerir. Bu yüzden melaninler büyük bir serbest radikal kaynağı olarak - - görülebilirler. Ömelaninler O 2 üretirler ancak çabucak temizlenirler. O 2 melanin kinolonlarını semikinolona indirger ve hidrokinonları da semikinonlara indirger. Böylece ömelaninler birer radikal temizleyicisidirler. Omurilik yaralanmalarında süperoksit radikali oluşumuna yol açan mekanizmalar; araşidonik asit kaskadı, nörotransmitterlerin otoenzimatik otooksidasyonu, mitokondrial ksantinoksidaz aktivasyonu, ekstravaze olan hemoglobinin oksidasyonu şeklinde özetlenebilir. Hidroksil Radikali (HO - ), biyolojik sistemlerde bilinan en güçlü radikaldir. O 2 ve H 2 O 2 in demir iyonu varlığında reaksiyona girmesi sonucu oluşur ki bu reaksiyon Haber- Weiss reaksiyonu olarak adlandırılır. Ayrıca canlı hücrelerin başlıca bileşeni su olduğu için bu hücrelerin X ışını veya gama ışınları gibi iyonize radyasyona maruz kalmaları sonucunda su moleküllerinden hidrojen radikali (H ) ve HO meydana gelir. H O H H + OH (X ışını veya gama ışını) H 2 O 2 nin Fe +2 ve Cu + ile reaksiyona girmesiyle HO oluşabilmektedir. H 2 O 2 toksisitesinin büyük çoğunluğunun, oluşan HO iyonuna bağlı olduğu düşünülmektedir. 1894 yılında Fenton tarafından gözlenen bu reaksiyon Fenton Reaksiyonu olarak bilinmektedir. Fe +2 + H 2 O 2 Ara kompleks Fe +3 + OH + OH - HO, hemen hemen tüm hücresel makromoleküllerle reaksiyon verebilir. Başlıca etkileri lipidler, proteinler, sitokromlar ve nükleik asitler (DNA ve RNA) üzerinedir. İskemik kalp hastalığı ve inme gibi hastalıkların patogenezinde önemli role sahiptir. HO DNA daki deoksiribozla reaksiyona girerek çok çeşitli ürünler oluştuğu ve bunların bazılarının da bakteriyel test sistemlerinde mutajen olduğu gösterilmiştir. Yine aromatik halkaya katılma özelliği gösterirler ki DNA ve RNA da pürin ve pirimidin bazlarına katılarak radikal oluştururlar. Örneğin; timine katılarak timin radikalini oluşturur ve bu radikalde oksijenle
reaksiyona girerek son derece aktif timin peroksil radikali oluşumu gibi bir dizi reaksiyona katılabilir. HO bu şekilde DNA nın bazları ve şekerine ciddi zararlar verir ve aynı zamanda DNA zincir kırılmasını indükler. Hasar çok kapsamlı olursa hücresel koruyucu sistemler tarafından tamir edilemeyebilir ve hücre ölür. Hücre yaşamına devam ederse bu sefer de mutasyonlar görülebilir. Hidroksil radikalinin reaktivitesi o kadar yüksektir ki, canlı hücrede meydana geldiği andan itibaren derhal yakınındaki her biyolojik molekülle reaksiyon verir. Örneğin karbonat -2 - iyonuyla (CO 3 ) reaksiyona girer ve güçlü bir oksidan ajan olan karbonat radikalinin (CO 3 ) oluşur. Hidroksil radikalinin en iyi tanımlanmış biyolojik hasarı lipid peroksidasyonunu stimüle etmesidir. Hidrojen Peroksit (H 2 O 2 ), süperoksit radikalinin spontan ya da SOD ile katalizlenen dismutasyon reaksiyonuyla veya moleküler oksijenden iki elektron alarak indirgenmesiyle meydana gelir. - 2O 2 + 2H + O 2 + H 2 O 2 Bu şekilde oluşan H 2 O 2 ortamdaki oksijen miktarı ile orantılı olarak artar. Bazı peroksizomal enzimler de serbest O2 ne ihtiyaç duymadan H 2 O 2 üretirler. Bunlar Glikolat oksidaz, D-aminooksit, ürat oksidaz, L-hidroksil asit oksidaz ve yağ asidi Açil-CoA oksidaz enzimleridir. Karaciğerde H 2 O 2 yi yıkan etkili mekanizmaların varlığı nedeniyle üretilen H 2 O 2 miktarı devamlı 10-7 10-9 mol /lt arasında tutulur, devamlı H 2 O 2 üretilir ve yıkılır. - H 2 O 2 oluştuktan sonra ya doğrudan oksidatif hasar yapar ya da O 2 ile daha reaktif serbest radikal oluşturarak hasara yol açabilir (HO ). H 2 O 2 zayıf oksidan bir ajandır ve kendisinin oluşturduğu hasar protein tiyolleri oksitleme ve DNA da zincir kırılmaları meydana getirme yeteneği nedeniyledir. Bu yolla glikolitik yolak enzimlerinden olan gliseraldehit-3- fosfat dehidrojenaz enzimini (GAPDH) inaktive eder ve yüksek dozda H 2 O 2 ye maruziyet glikolizin inhibisyonu nedeniyle ATP boşalmasına neden olur. H 2 O 2 bu etkisini doğrudan GAPDH etkileyerek ya da GAPDH enzimi kofaktörü olan nikotinamid adenin dinükleotid (NAD) seviyesini azaltarak veya hücrelerde ph değişikliği yaparak gösterir. ATP nin ikinci sentez yolağı olan mitokondriyal oksidatif fosforilasyon oksidanlardan özellikle de H 2 O 2 den etkilenmektedir. H 2 O 2 e maruziyetle saniyeler içinde DNA zincir kırılmaları olduğu gösterilmiştir. Ortamdan H 2 O 2 nin uzaklaştırılmasıyla büyük oranda DNA kırılmaları tamir edilmiştir. H 2 O 2 hücre membranını geçebildiği için DNA hasarı yapma riski fazladır ve
stoplazmada katalaz enziminin inhibisyonu hasarı arttırmıştır. Ortama katalaz ilavesi DNA hasarını tamamen önlemiştir fakat SOD ilavesi ile DNA hasarı önlenememiştir. Böylelikle de H 2 O 2 nin DNA kırılmalarına neden olan başlıca oksidan olduğu ortaya konulmaktadır. Hipokloröz Asit (HOCl) te radikal olmadığı halde ROT arasında yer almaktadır. HOCl, fagositik hücrelerin bakterileri öldürmesinde önemli bir rol oynar. Aktive edilen monositler, - nötrofiller, eozinofiller ve tüm makrofajlar O 2 üretirler. Fagositik hücrelerin bakterileri öldürmesinde radikal üretimi çok önemlidir. Özellikle nötrofiller içerdikleri miyeloperoksidaz - enzimi aracılığıyla O 2 dismutasyonuyla oluşan H 2 O 2 molekülünü klorür iyonuyla birleştirerek güçlü bir antibakteriyel ajan olan HOCl e dönüştürür: H 2 O 2 + Cl HOCl + OH HOCl, tiyol gruplarını, aminleri, aminoasitleri, tiyoeterleri, nükleotidleri ve hemoproteinleri kolaylıkla oksitler. Dolayısıyla hipokloröz asit (HOCl) toksisitesine karşı GSH, N-asetilsistein ve merkaptopropiyonil glisin gibi proteinler etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Singlet Oksijen (singlet O 2 ), oksijen molekülünün daha reaktif bir türüdür ve moleküler oksijenin enerji almasıyla meydana gelir. Laboratuar ortamında H 2 O 2 ve soğuk alkali çözeltisi üzerinden klor gazı geçirilmesiyle oluşan hipoklorit iyonu karışımından singlet O 2 üretilebilmektedir. Cl 2 + OH - Cl - + OCl - + H + OCl - + H 2 O 2 Cl - +H 2 O + O 2 Bu reaksiyon biyolojik olarak önemlidir. Zira fagositik hücrelerde miyeloperoksidaz aracılığıyla biyolojik ortamlarda HOCl üretilmektedir. Singlet O2 yine laboratuvar ortamında fotosensitizasyon reaksiyon ile üretilmektedir. Riboflavin türevleri olan FAD ve FMN, klorofil a ve b, bilüribin, retinal, porfirin gibi biyolojik moleküller üzerine belirli bir dalga boyunda ışık gönderildiği zaman singlet O2 meydana gelmektedir. Göz retinası sürekli ve yoğun şekilde ışığa maruz kalmaktadır. Retinada bulunan retinal pigmenti ışığa maruziyetle singlet O 2 üretebilir ve gözde harabiyete yol açabilir. Çünkü retinal pigmentinin bulunduğu kısımda yüksek oranda doymamış lipitler mevcuttur ve singlet O 2 bu lipidlere kolaylıkla atak yaparak hasar oluşturabilir. Nitrik Oksit (NO), basit bir radikal gaz olup su ve yağda kolayca çözülebilir ve hücre içinde serbestçe diffüze olur. Nitrik oksit; O 2 ile reaksiyona girerek nitrojen dioksit ve
peroksilnitrit gibi çok yüksek okside edici özellikleri olan moleküllere dönüşür. Bu oksidanlar NO dan daha toksiktir. NO düşük miktarlarda hem molekülüne bağlanır ancak ortamdaki NO miktarı tiyollerle ve hücrelerin protein, lipid ile nitröz iyon ve nitrolizasyonunu bozarak, oksidatif yaralanmaya yol açar. Peroksinitrat, süperoksit ile NO nun reaksiyonundan ortaya çıkan toksik bir serbest radikaldir ve patolojik durumlarda NO ototoksisitesine neden olur. LİPİD PEROKSİDASYONU Biyomembranlar ve hücre içi organeller (mitokondri ve endoplazmik retikulum) membran fosfolipidlerinin varlığı dolayısıyla oksidatif ataklara karşı özellikle hassastırlar. Hidroksil radikalinin membran fosfolipid komponentlerinden olan çoklu doymamış yağ asitleri üzerindeki etkisi, hücresel oksidatif hasarda başlıca etkin faktör olarak yorumlanmaktadır. Biyolojik membranların başlıca bileşenleri protein ve lipid olup, protein içeriği de membranın fonksiyonuna göre değişmektedir. Hayvansal hücre membranındaki lipidlerin çoğu fosfolipid yapısında olup bunlar içinde en sık bulunanı lesitin (fosfatidilkolin)dir. Bazı membranlar özellikle de plazma membranı, önemli miktarda sfingofosfolipid ve kolesterol içerir. Hayvan hücrelerinde membran lipidlerinin yağ asiti yan zincir 14-24 karbonlu dallanmamış karbon zincirlerini ihtiva eder. Membran lipidlerinin yan zincirini oluşturan başlıca yağ asitleri palmitik asit, stearik asit, oleik asit, linoleik asit, linolenik asit, araşidonik asit, gliserol, sfingozin ve inozitol dur. Hidroksil radikali bir yağ asitinin (LH) metilen kısmından bir hidrojen iyonu kopararak lipid radikali (L ) oluşturur. Bu safhaya lipid peroksidasyonunun başlama (initiation) safhası denir. Bu reaksiyon hem membran lipidleri hem de besinsel yağlar için geçerlidir. Bu nedenle besinleri korumak için iyonize radyasyon kullanılması sakıncalıdır. HO + LH H 2 O + L Oluşan Karbon radikalleri (R-CH) kendilerini stabilize etmek için yeniden moleküler düzenlemeye giderek konjuge dienleri oluştururlar. Konjuge dienler ise aerobik ortamda O 2 ile reaksiyona girerek peroksi radikalini (peroksil) oluştururlar (ROO veya RO 2 ). Peroksil radikalinin oluşması önemlidir. Çünkü komşu olan başka bir lipid molekülünden hidrojen atomu koparıp lipid hidroperoksit (lipid peroksit) oluştururken yeni bir lipid radikali oluşturur ki, bu safhaya ilerleme (propagation) denir.
Yeni oluşan karbon radikali oksijenle reaksiyona girerek başka bir peroksil radikalini oluşturur. Böylece oluşan lipid peroksidasyonu zincir şeklinde devam eder. Lipid hidroperoksite kısaca lipid peroksit te denilir. Ancak bunun içine siklik peroksitler de girmektedir. Çünkü peroksi radikalinin alternatif bir ürünü siklik peroksitlerdir. Sonuç olarak membran çoklu doymamış yağ asitleri zincirlerindeki bir H+ atomu uzaklaşması ile başlayan reaksiyon, lipid peroksitlerinin aldehit ve diğer karbonil bileşilere dönüşmesiyle sona ermektedir. Bu aldehit grubu bileşiklerden biri olan malondialdehidin ölçüm yöntemi, lipid peroksidasyonunun ölçümünde en sık kullanılan yöntemdir. Çoklu doymamış yağ asitleri, hücre membranı, endoplazmik retikulum ve mitokondri gibi hayati organeller için gereklidir. Bunların yapısal bozulmaları hücresel fonksiyonlar açısından çok önemli sonuçlar doğurabilir. Peroksidayon reaksiyonlarının serbest radikallerin başlıca etkisi olduğu düşünülmektedir. Membrana bağlı enzim destekleyicisi olan çoklu doymamış yağ asitleri, serbest radikaller tarafından oluşturulan peroksidatif hasara karşı son derece duyarlıdırlar. Membran lipidlerinin peroksidasyona uğraması sonucu membran sertleşir ve akışkanlığı azalır, membrandaki iyon pompaları (Ca +2 ) ve permeabilite değişir, lizozomal frajilite artar, mikrozomal enzimlerde değişiklikler meydana gelir. Sonuçta membrana bağlı enzimleri inaktive hale gelir, protein sentezi inhibe olur, DNA replikasyonu engellenir, mitokondrial solunum durur. Membranda yağ asidi yan zincirinin devamlı aldehit ve pentan gibi hidrokarbonlar üretmesi membran bütünlüğünün tamamen kaybolmasına yol açar. Lizozom membranlarının yırtılmasıyla hidrolitik enzimler hücrenin geri kalan kısmına boşalır ve hasarın daha da artmasına yol açar. Karaciğer ve eritrosit membranlarının peroksidasyonunun yüksek moleküler ağırlıklı protein agregatları oluşumuna yol açtığı bilinmektedir. Eritrosit membranının lipit peroksidasyonu, eritrositin şeklini değiştirebilme ve sıkışma yeteneklerinin kaybolmasına bağlı olarak kapillerlerden geçerken hemolizine yol açar. Lipid peroksidasyonunun yapısal hasara yol açmasının yanı sıra günümüzde yapısal hasarların da lipid peroksidasyonuna neden olduğu bilinmektedir. Hücre ve doku harabiyetinden sonra geçiş metal iyonları ortama bol miktarda salınır. Bununla beraber siklooksijenaz ve lipooksijenaz enzimlerinin aktivasyonu lipid peroksidasyonu hızlandırır. EKSİTOTOKSİSİTE VE ELEKTROLİT BOZUKLUKLARI Son 10 yılda yapılan deneysel çalışmalar eksitatör aminoasitlerin birçok santral sinir sistemi hastalığının patogenezinde rol oynadığını ortaya koymuştur. Serebral iskemi, kafa
travması, omurilik yaralanması, epilepsi, hareket bozuklukları ve bazı kronik dejeneratif hastalık modellerinde eksitatör aminoasit antagonistleri ile yapılan çalışmalar bu ilaçların tedavi edici etkilerini ortaya koymuştur (51,52). Santral sinir sisteminin en önemli eksitatör aminoasidi glutamattır (52). Glutamat, glutaminerjik sinir uçlarında mitokondriyal bir enzim olan glutaminaz enzim aracılığı ile glutaminden sentezlenir. Sentezlendikten sonra ATP gerektiren bir işlemle presinaptik veziküllere taşınır ve burada depolanır. Hücre membranının depolarizasyonu sonucu sinir uçlarındaki veziküllerden sinaptik aralığa kalsiyum iyonuna bağımlı bir süreçle glutamat salınımı gerçekleşir. Sinaptik aralığa salınan glutamat postsinaptik uçta bulunan spesifik reseptörleri aktive ederek etkilerinin ortaya çıkmasını sağlar. Normal koşullarda sinaptik aralığa salınan glutamat sodyum iyonuna bağımlı yüksek afiniteli glutamat geri alım taşıyıcılarıyla hızla ortamdan uzaklaştırılır. Bu taşıyıcılar nöron ve glial hücrelerin membranlarında bulunur. Glial hücre içine alınan glutamat glutamin sentetaz enzimi aracılığı ile dönüştükten sonra tekrar glutaminerjik sinir uçlarına gönderilir. Glutamat reseptörleri metabotropik ve iyonotropik reseptörler olarak ikiye ayrılır. Metabotropik reseptörler transmembran proteinlerine bağlıdırlar ve uyarıldıklarında GTP üretimine yol açarlar. GTP fosfoinozitolü hidrolize eder. Bu da inozitol-1,4,5-trifosfatı oluşturur. ITP-3 ise hücre depolarından Ca ++ serbestlenmesine yol açar. İyonotropik reseptörler ligand kapılı iyon kanallarıdır. Bu reseptörler kendilerini selektif olarak aktive eden bileşiklere göre 3 alt tipe ayrılır. Bunlar: (a) N-metil D-aspartat (NMDA) reseptörleri; (b)ampa (delta-amino-3-hidroksi 5-metil 4-izoksazol-propionik asit) ya da Quisqualat reseptörleri; (c) Kainat reseptörleridir. NMDA reseptörleri temel olarak hücre içine kalsiyum iyonu girişine aracılık ederler. NMDA reseptörü glutamat ve glisin için bağlanma yerine sahip kompleks yapıda bir reseptördür. Aktive olabilmeleri için hem glutamatın hem de glisinin reseptöre bağlanmış olması gerekir. Ayrıca poliaminler (spermin ve spermidin gibi) de bu reseptörlerin aktivasyonunu arttırırlar. Bu reseptör voltaja bağımlı olarak magnezyum iyonu tarafından bloke edilir. Dinlenme potansiyelindeki bir nöronda magnezyum iyonu NMDA reseptöründen kalsiyum iyonunun akışını bloke eder. Ancak depolarizasyonla beraber magnezyum iyonunun ortamdan uzaklaşması ile bu blokaj ortadan kalkar.
AMPA reseptörleri GLUR1-4 (Glu RA-D) adlandırılan 4 subünitin ikişerli kombinasyonundan oluşmuşturlar. AMPA reseptörleri esas olarak sodyum iyonu geçişine aracılık ederler (GluR2 subüniti içermeyenler kalsiyum iyonuna da son derece geçirgendirler). AMPA reseptörlerinin eksitoksisitedeki rollerini depolarizasyon oluşturarak, voltaj bağımlı kalsiyum kanallarını açarak, sodyum-kalsiyum pompasının işleyişini tersine çevirerek ve Glu- R2 subünitinin üretimini azaltarak gösterirler. Kainat reseptörlerinin ise GluR5-7, KA1-2 subüniteleri vardır. Deneysel omurilik yaralanmasında hasardan sonraki ilk 15 dk içindeki eksitatör nörotransmitterlerin toksik düzeye ulaştığı bildirilmiştir (51). Omurilik yaralanmasında aşırı glutamat birikiminin nedenleri; hücre membranının polarizasyonuna bağlı olarak sinaptik veziküllerden glutamat salınımın uyarılması ve ATP yetmezliğine bağlı olarak glutamat geri alım mekanizmalarının çalışmamasıdır. Omurilik yaralanmasından sonra gelişen eksitatör glutamat artışı intrasellüler kalsiyum iyonların artışına yol açarak hücre ölümünde rol oynar. Omurilik yaralanması ve iskemiyi takiben mikrodiyaliz yöntemi ile yapılan çalışmalar ekstrasellüler alandaki glutamat ve aspartat miktarında aşikar bir artış olduğunu göstermiştir. Farooque ve ark. bu artışın hasarın derecesi ile orantılı olduğunu belirtmişlerdir Sodyum dengesinin bozulması omurilik yaralanmasının patofizyolojisinde özellikle beyaz cevherin aksonal ve glial komponentlerinin hasarında önemlidir. Sodyumun hücre içine akışı voltaj kapılı sodyum kanallarının aktivasyonu ve hücre dışına kalsiyumu atarak sodyumla değiştiren sodyum-kalsiyum değiştiricisinin yanında NMDA, AMPA ve kainat reseptörlerinin (eksitotoksisitenin başka bir manifestasyonu) glutamatla aktivasyonunun sonucu olabilir. Normal koşullarda aksiyon potansiyelinin yayılımı voltaj kapılı sodyum kanallarının aktivasyonu aracılığıyla sodyumun hücre içine geçici akışına yol açar. Ancak masif depolarizasyon ve adenozin trifosfat (ATP) yetmezliğine bağlı sodyumun hücre dışı kompartmanlara geri dönememesi aksonların içinde sodyumun (dolayısıyla da suyun) toksik miktarda birikimine yol açar. Hücresel fonksiyonların yerine getirilmesi için hücrenin intrasellüler-ekstrasellüler Na-K gradiyentlerinin dengelenmesi gerekir. İntrasellüler Na konsantrasyonu ekstrasellülerden daha düşükken K konsantrasyonu 50 kat daha yüksektir. Bu elektrokimyasal gradiyentin devamı bariyer işlevi gören sağlam hücre memranı ve bu membrana bağlı enzim olan Na-K ATPase ın normal aktivitesini gerektirir.