BİR TRİMETAZİDİNE TÜREVİ OLAN S-15176 NIN NÖROPROTEKTİF ETKİLERİNİN DENEYSEL SPİNAL KORD TRAVMASI MODELİNDE İNCELENMESİ.

T. C. Sağlık Bakanlığı Taksim Eğitim ve Araştırma Hastanesi Beyin ve Sinir Cerrahisi Kliniği BİR TRİMETAZİDİNE TÜREVİ OLAN S-15176 NIN NÖROPROTEKTİF ETKİLERİNİN DENEYSEL SPİNAL KORD TRAVMASI MODELİNDE İNCELENMESİ Uzmanlık Tezi Tez Danışmanı: Doç. Dr. A. Celal İPLİKÇİOĞLU Dr. Hakan ERDOĞAN İstanbul 2009

T. C. Sağlık Bakanlığı Taksim Eğitim ve Araştırma Hastanesi Beyin ve Sinir Cerrahisi Kliniği BİR TRİMETAZİDİNE TÜREVİ OLAN S-15176 NIN NÖROPROTEKTİF ETKİLERİNİN DENEYSEL SPİNAL KORD TRAVMASI MODELİNDE İNCELENMESİ Uzmanlık Tezi Tez Danışmanı: Doç. Dr. A. Celal İPLİKÇİOĞLU Dr. Hakan ERDOĞAN İstanbul 2009

Uzmanlık eğitimim süresince bilgi ve deneyimlerini esirgemeyen, değerli hocalarım Prof. Dr. Ahmet Çolak, Doç. Dr. A. Celal İplikçioğlu başta olmak üzere, Op. Dr. Osman Akdemir, Op. Dr. Osman Soy, Op. Dr. Alper Karaoğlan a saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Prof. Dr. Melek Öztürk, Uzm. Dr. Matem Tunçdemir ve Uzm. Dr. Vuslat Muslu ya tezimin hazırlanmasındaki yardımlarından dolayı teşekkür ederim. Uzmanlık eğitimim süresince bana ağabeylik yapan Op. Dr. Ekrem Kaya, Op. Dr. İsmail Berksoy, Op. Dr. Veysel Antar, Op. Dr. Miktat Kaya ya ve birçok güzel anıyı ve çalışmayı birlikle paylaştığımız asistan arkadaşlarım Dr. Aziz Yıldırım, Dr. Şahin Yüceli, Dr. Aytaç Akbaş, Dr. Binali Özkuşçu, Dr. Kaan Kılıç a tüm servis hemşire ve personeline; başta Hem. Havva Özdemir olmak üzere ameliyathane hemşire ve personeline teşekkürlerimi sunarım. Dr.Hakan Erdoğan -i-

İÇİNDEKİLER 1. Giriş ve Amaç 2. Genel Bilgiler 2. 1. Primer Yaralanma 2. 2. Sekonder Yaralanma 2. 2. 1. Sistemik Faktörler 2. 2. 2. Lokal Vasküler Etkiler 2. 2. 3. Serbest Radikal Oluşumu ve Lipid Peroksidasyonu 2. 2. 4. Elektrolit Bozuklukları 2. 2. 5. Hücre İçi Kalsiyum İyonu Artışı 2. 2. 6. Eksitatör Aminoasidlerin (EAA) Salınması 2. 2. 7. Posttravmatik İnflamatuar Reaksiyon 2. 2. 8. Enerji Metabolizmasının Bozulması 2. 3. Spinal Kord Yaralanmasının Patolojisi 2. 3. 1. Spinal Kord Yaralanmasının Akut Faz Patolojisi 2. 3. 2. Ara (Subakut) Dönem 2. 3. 3. Spinal Kord Yaralanmasının Kronik Faz Patolojisi 2. 4. Nörolojik İyileşmenin Teorik Esasları 2. 5. Apoptozis 2. 5. 1. Apoptozisin Mekanizmaları 2. 5. 2. Apoptozisin Genetik Kontrolü ve Antiapoptotik Proteinler -ii-

2. 5. 3. Proapoptotik Proteinler 2. 5. 4. Kaspazlar 2. 5. 5. Apoptotik Hücrede Gözlenen Morfolojik Değişiklikler 2. 5. 6. Apoptozis ve Nekroz Arasındaki Farklar 2. 5. 7. Fagositoz 2. 5. 8. Apoptozisin Travmatik Spinal Kord Yaralanmasındaki Rolü 2. 5. 9 Apoptozisin Saptanmasında Kullanılan Yöntemler 2. 6. Mitokondrinin Hücre Ölümündeki Rolü ve S-15176 3. Materyal ve Metod. 3. 1. Materyal 3. 1. 1. Deney Grupları 3. 1. 2. Spinal Kord Travmasının Oluşturulması 3. 1. 3. S-15176 Difumarate Salt Uygulanması 3. 2. Metod. 3. 2. 1. Anestezi 3. 2. 2. Cerrahi İşlem 3. 2. 3. Histopatolojik İnceleme 3. 2. 4. Açık Alan Lokomotor Değerlendirme 3. 2. 5. Hücre Sayımı ve İstatistiksel Analiz 4. Bulgular. 4. 1. Histopatolojik Bulgular 4. 2. Apoptotik Hücre Sayımı -iii-

4. 3. Sitokrom C İmmunhistokimyasal Boyaması 4. 4. BBB Skorları 5. Tartışma 6. Sonuç 7. Kaynaklar 8. Ekler -iv-

KISALTMALAR ADP : Adenozin di fosfat AIF..: Apoptozis ilerletici faktör AMPA : A-amino-3hydroxy-5-methyl-4isoxazole propionate ANT....: Adenin nükleotid translokaz Apaf 1. : Apoptotik proteaz aktive edici faktör AS : Apoptotik sinyal BBB...: Basso, Beattie, Bresnahan CASPASES..: Cysteine Aspartate Specific ProteASEs COX... : Siklooksijenaz DAB. : Di amino benzidine datp.. : Ko-faktör nükleotid trifosfat DMSO : Di metil sülfoksazol DNA.: Deoksiribonükleik asit EAA : Eksitatuar amino asid GABA..: Gama aminobutirik asit H+E.: Hemotoksilen Eosin İCAM...: İntrasellüler adhezyon molekülü ICE.: Interleukin-1B konverting enzim IL.: İnterlökin KV...: Kresylecht violet MCA. : Orta serebral arter MSS : Merkezi sinir sistemi NMDA.: N-methyl-D-aspartate NO...: Nitrik oksit SCI : Spinal kord yaralanması Tdt..: Terminal deoksinükleotidil transferaz TNF.....: Tümör nekrozis faktör TUNEL..: Terminal deoxynucleotidyl-transferase-mediated oxyuridine triphospate-biotin insitu nick-end labelling PAF.: Platelet aktive edici faktör -v-

PMNL. : Polimorf nüveli lökosit PSS : Periferik sinir sistemi PTP.: Permeability transition pore SREBP-1...: Sterol Regulatory Element Binding Protein TNF.: Tümör nekrozis faktör TNFR..: Tümör nekroz faktör reseptör TRH....: Tiroid serbestleştirici hormon -vi-

1. GİRİŞ VE AMAÇ Medülla spinalis yaralanmaları üzerine yapılan birçok araştırma olmasına rağmen, tam bir tedavi seçeneği halen bulunamamıştır (1, 2). Travmaya uğramış kişinin yaşam kalitesindeki bozulma, omurilik yaralanmasının toplum üzerindeki fiziksel, emosyonel, sosyoekonomik etkileri ile birlikte, çok ciddi problemler olarak karşımıza çıkmaktadır (3). Bu hastaların önemli bedensel işlevlerini yitirmelerinin yanı sıra, ömür boyu süren tedavi ve bakım masrafları, işgücü ve gelir kayıpları ile yaşadıkları sosyal ve psikolojik sorunlar hastaları, ailelerini ve ülke ekonomisini ciddi düzeyde etkileyen bir sağlık problemi ile karşı karşıya olduğumuzu göstermektedir(3, 4). Akut medulla spinalis yaralanmalarının insidansı yılda 7.500-10.000 aralığında bildirilmektedir. Bu sayı tüm dünyada total gelişmiş ülke populasyonu içinde yılda 32.000 lezyona yani her 16 dakikada bir lezyona tekabül eder (5). Ülkemizde insidans yılda 500-600 yeni vaka olarak bildirilmekte ve prevelansın her yıl 12.7/1 000 000 olduğu tahmin edilmektedir (6). Bu sayılar, ülkemizde her yıl 900-1.800 yeni olgunun ortaya çıktığını, toplam 54.000 kişinin omurilik yaralanması sonucu sakat olarak yaşamlarını sürdürdüğünü göstermektedir. %64-80 i erkek olan hastaların %61 i 16-30 yaşları arasındadır. Omurilik travmasına maruz kalan hastalar lezyon seviyesine bağlı olarak çeşitli derecelerde duysal ve motor defisitlere sahiptirler. Olguların yaklaşık yarısı nörolojik açıdan komplet hasara sahiptir ve bunların da % 54 ü kuadripleji, % 46 sı parapleji şeklindedir (7). Travmatik medulla spinalis yaralanmalarının en yaygın nedenleri sıklık sırasına göre; motorlu araç kazaları (yaklaşık % 50), düşmeler, ateşli silah yaralanmaları veya kesici-delici aletlerle oluşmuş penetran yaralanmalar ve spor kazalarıdır. Omuriliğe bölgesel olarak bakıldığında en sık servikal bölge ve dorsolomber bileşke bölgesindeki spinal kordun etkilendiği görülmektedir (8). Son 20 yıldır birçok araştırmacı nörolojik fonksiyonları düzeltmek amacıyla akut omurilik yaralanması patofizyoloji mekanizmaları üzerinde değişik metodlar bulmaya çalışmışlardır (9). Allen ın sekonder yaralanma kavramını ortaya atmasından ve sekonder yaralanmayı açıklayan birçok fizyopatolojik mekanizmayı tanımlamasından sonra deneysel ve klinik çalışmalarla da ortaya konulduğu gibi; spinal kord yaralanması sonrası gelişen nörolojik hasardan primer hasar ve sonrasında hücre ölümü kaskadlarının aktivasyonu ile oluşan sekonder hasar 1

sorumludur (10). Eş zamanlı mekanik doku tahribatından kaynaklanan primer yaralanma nekrotik hücre ölümü ile sonuçlanır. Sekonder yaralanma ise endojen hücre ölümü yollarının aktivasyonu ile gelişen, travmayla tetiklenmiş olaylar kaskadının bir sonucudur (11). Primer mekanik yaralanmanın tedavisinin, bugün için mümkün olmadığı düşünülmektedir. Bu sebeple, nöronal yaralanmada deneysel ve klinik araştırmaların büyük kısmı sekonder yaralanmayı önlemek ya da azaltmaya yöneliktir. Sekonder yaralanmada önemli rol oynayan ve nöronal hücre ölümünün bir formu olarak uzun süreden beri bilinen apoptozis; santral sinir sisteminin iskemi, nörodejeneratif durumlar, inflamatuar hastalıklar ve travmatik yaralanmalarla oluşan hasarlarını takiben gözlenmektedir (12). Apoptozis; mitokondri-sitokrom-c, hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanma ve endoplazmik retikulum aracılığıyla olmak üzere üç mekanizma ile gerçekleşmektedir (13, 14). Laboratuvar araştırmalarındaki hayvan modellerinin; uygulanmasının basit, kolay tatbik edilebilir, ucuz ve neden-sonuç ilişkisi dolayısıyla insanlarla benzerlik göstermesi nedeniyle kullanımı oldukça yaygındır (15). Difumarate tuzu olan S-15176, antioksidan ve anti-iskemik bir ajan olmanın yanında mitokondri membranını stabilize ederek, apoptozisi erken dönemde engellemektedir. Daha önce yapılan çalışmalarda S-15176 nın kalp ve karaciğer hasarında hücre ölümünü azalttığı bildirilmiştir (16). Bu çalışmanın amacı, travma oluşturulan rat medulla spinalisinde S-15176 nın nöroprotektif etkilerini araştırmaktır. Bu molekülün nöroprotektif etkileri, histopatolojik olarak ve fonksiyonel iyileşme ile gösterilmiştir. Histopatolojik iyileşme, H+E ve TUNEL yöntemleriyle; fonksiyonel iyileşme ise, BBB skorlama yöntemi ile değerlendirmiştir. (17). 2.GENEL BİLGİLER Spinal kord yaralanması ile ilgili ilk referansa M.Ö 3000-2500 yılları arasında İmhotep tarafınca yazıldığı düşünülen Edwin Smith in Surgical Papirus unda rastlanmaktadır. Bu kaynaklarda hastalar; tedavi edilebilecek olgular, tedavi edilmeye çaba gösterilmesi gereken olgular ve tedavi edilmesi umutsuz olgular olarak üç gruba ayrılmışlardır (18). Servikal omurilik travmaları tedavi edilemez bir 2

hastalık olarak tanımlanmış, yine bu yazılarda komplet yaralanması olan hastalar tedavi edilemeyecek grubu oluşturmuşlardır(18). Hipokrat M.Ö. 400 yıllarında paraplejiyi tarif etmiştir (1). Hipokratik merdiven ve düzlem olarak tanımlanan dislokasyon düzeltmelerinde kullanılan iki alet tasarlamıştır. Bu ilkel metodlar günümüzün spinal cerrahisinde kullanılan sofisitike tekniklerin öncüleridir (19). Sonraki yıllarda ise Aulus Cornelius tedavi amacıyla bir traksiyon cihazı geliştirmiştir (1). Yine eski Yunanda Celsus servikal bölge yaralanmalarının torakolomber bölge yaralanmalarına göre daha hızla kaybedildiğini belirtirken, Areatus spinal yaralanma ile paralizinin aynı tarafta ortaya çıktığını tespit etmiştir. Galen (M.S. 2.yy) maymun ve diğer hayvanların spinal kordlarını kestikten sonra ortaya çıkan nörolojik defisitleri inceleyerek, hemiplejiyi tanımlamıştır. farklı lezyonlara bağlı klinik tablolar hakkında veriler elde etmiş, bu bilgiler ışığında paralize adaleleri, duyusal kayıp alanlarını ve lezyon bölgesini inceleyerek yaralanma seviyesini tespit eder duruma gelmiştir (20). Egeli Paulus ( M.S 625-690) traksiyon ile omurilik hasarının önlenemeyeceğini düşünmüş ve ilk kez dekompresif laminektomi fikrini ortaya atmıştır. 19. yüzyıla kadar omurilik yaralanmalarında konservatif yaklaşım yaygın olarak tercih edilmesine karşın Paulus un dekompressif cerrahi fikrine dayanarak uygulanan cerrahi girişimlerde gelişimini devam ettirmiştir (4). Fransız cerrah Pare 16.yüzyılda spinal dislokasyonları redükte etmek için ahşaptan bir düzenek kurmuştur (21). Ayrıca bu amaçla insizyon yaparak vertebra ve sinirleri öne itmeyi önermiştir. Fabricius Hildanus 1646 da servikal fraktür dislokasyonlarda redüksiyon ve traksiyon amacı ile yumuşak dokular ve spinoz çıkıntılara bir çivi takarak klemp ile çekmeyi denemiştir. Bu manevranın başarısız olması durumunda fragmanların temizlenmesini önermiştir. Louis 1762 de lomber bölgeye giren ve paraplejiye yol açan metal bir fragmanı çıkarmış, komplikasyonsuz geçen operasyon sonrası tam iyileşme bildirmiştir (22). Tarih boyunca yapılan bu ilginç çalışmaların sonrasında, ilk fizyopatolojik çalışma 1890 yılında Schamus tarafından yapılmıştır (23). Schamus tahtalardan yaptığı bir düzeneği kullanarak tavşanların sırtına travma uygulamış; travmadan sonra spinal kord içinde dejenerasyon ve kavitasyonların oluştuğunu gözlemiştir (23, 24). Omurilik yaralanmalarıyla ilgili ilk deneysel çalışma 1890 ve 1897 yılları arasında Lundberg tarafından yapılmıştır (25). 1897 de Lundberg, Yeni Gine 3

domuzunun kordundaki kontüzyonu takiben anterolateral beyaz cevher dejenerasyonunun geliştiğini bildirmiştir (23, 24). Deneysel spinal kord çalışmalarının standardizasyonu ve tekrar edilebilirliği ise 1911 yılında Allen tarafından gerçekleştirilmiştir (25). 2.1. PRİMER YARALANMA Primer yaralanma, medulla spinalise darbe olduğu anda oluşan mekanik hasarı ifade eder. Hasarın büyüklüğü nöral ve/veya bunlara ait vasküler yapıların gerilip yırtılmasına neden olan fleksiyon, ekstansiyon, dislokasyon veya rotasyon ile ilişkili distraksiyonel kuvvetlerin yanında birçok biyomekanik faktöre bağlıdır (10, 26). Diğer olası mekanik bası nedenleri arasında kemik fragmanlar, ligamanlar ve spinal kanal içindeki hematom sayılabilir (10). Hasar derecesi kuvvete maruz kalan düzeydeki spinal kanalın boyutlarına da dayanmaktadır. Geniş kanallar her hangi bir mekanik strese bir tampon sağlayabilsede, dar kanallarda böyle bir rezerv yoktur. Örneğin, Tator ve ark. (27) torakal fraktürlerde % 53 olan nörolojik hasar oranının, servikal fraktürlerde sadece % 39-47 olduğunu; torakal bölge lezyonlarında % 77,5 olan komplet hasar oranının ise, torakolomber bölge lezyonlarında % 64,7, servikal bölge lezyonlarında da % 60,4 olduğunu bildirmişlerdir. İnsanda, birçok mekanizmaya bağlı olarak spinal kord primer yaralanması gelişebilir (28); en sık karşılaşılan mekanizma çarpma ve persistan bası kombinasyonudur (28). Dokulara uygulanan mekanik kuvvet, doku bütünlüğünü bozar, aksonları haraplar, kan damarlarını yaralar, ödeme neden olur ve hücre membranını parçalar. Kanama başlangıç mekanik hasar sonrası erken dönemde ortaya çıkarken, kan akımının kesintiye uğraması daha geç meydana gelir. Bunun sonucunda ortaya çıkan hipoksi ve iskeminin neden olduğu lokal enfarkt özellikle yüksek metabolik gereksinimi dolayısıyla gri cevherin hasarlanmasına yol açar. Hasarlanan alandan geçen nöronlar fiziksel olarak kesintiye uğrar ve myelin kalınlıklarında azalma meydana gelir. Bu alandaki ödem ve makrofajlar, sinir iletisinin bozulmasında diğer etkenlerdir (29). Sonuç olarak gri cevherin geri dönüşsüz hasarının ilk saatler içinde 4

olduğu, beyaz cevherin ise 72 saat içerisinde geri dönüşsüz hasarlandığı düşünülmektedir (30). İnsanda spinal kord primer yaralanması oluşturan mekanizmalar (28): Mekanik kuvvet Çarpma + Persistan bası Yaralanmanın mekanizması Burst fraktürü Fraktür-dislokasyon Disk rüptürü Tek başına çarpma Hiperekstansiyon Distraksiyon Hiperfleksiyon Laserasyon, transseksiyon Burst fraktürü Laminar fraktür Fraktür-dislokasyon Silah yaralanmaları 2.2. SEKONDER YARALANMA Sekonder omurilik yaralanması; oluşan primer yaralanmanın başlattığı ve yaralanmadan sonraki saatler ve günler içerisinde gelişen bir dizi fizyopatolojik sürece bağlı olarak ortaya çıkan hasardır. Bu tip yaralanmada rol oynayan birçok fizyopatolojik mekanizma tanımlanmıştır (31). Bu mekanizmaların hepsinin altında yatan esas patolojik süreç, bozulmuş spinal kord perfüzyonu ve hücresel düzeyde enerji yetersizliğidir (10). Sekonder yaralanmada rol oynayan fizyopatolojik mekanizmalar (31). 1- Sistemik Etkiler (nörojenik şoka bağlı etkiler) - Nabız: Önce taşikardi, daha sonra da uzamış bradikardi olur. - Kan basıncı: Önce hipertansiyon, daha sonra da uzamış hipotansiyon olur. - Periferal vasküler direnç: Azalır. 5

- Kardiak output: Azalır. - Katekolamin düzeyi: Önce artar, daha sonra düşer. 2- Spinal kord mikrosirkülasyonunun lokal vasküler hasarı. - Kapiller ve venüllerin mekanik parçalanması. - Hemoraji: Özellikle gri cevherde. - Mikrosirkülasyonun kaybı: Mekanik etki, tromboz ve vazospazm sonucu spinal kord kan akımınm azalması - Otoregülasyonun kaybı 3- Biyokimyasal değişiklikler. - Eksitotoksisite: Özellikle glutamata bağlı. - Nörotransmitter birikimi: Noradrenalin, dopamin gibi. - Araşidonik asit serbestlemesi. - Serbest radikal üretimi. - Eikosanoidlerin üretimi. - Lipid peroksidasyonu. - Endojen opioidler. - Sitokinler. 4- Elektrolit bozuklukları. - İntrasellüler kalsiyum iyonu artışı. - Ekstrasellüler potasyum iyonu artışı. - İntrasellüler sodyum iyonu artışı. 5- Ödem. 6- Enerji metabolizmasının bozulması. Artmış glutamat seviyesi, eksitotoksisite, oksidatif hasar, iskemi, nitrik oksidin Ca +2 a bağlı üretimi, hücresel membranlara serbest radikal hasarı ve lipit peroksidasyonu sekonder yaralanma kaskadının içerikleridir (32). Sekonder hasar meydana gelmesine neden olan mekanizmalar sistemik ve lokal etkiler olmak üzere iki kısımda incelenmektedir (33). Birçok çalışma kordun belirgin bir iyileşme kapasitesine sahip olduğunu telkin etmektedir. Yara iyileşmesinin progresif doku nekrozunun önüne geçebilmesi için düzgün bir kan akımı sağlanması anahtar faktördür. İyi vaskülerize astrositik bir çevre omurilik yaralanma bölgelerinde aksonların yenilenmesine olanak sağlar (34). Şu durumda, yaralanma sonrasında nöronal ölüme sebep olan sekonder yaralanma mekanizmalarını anlamak gelişmiş terapilerin uygulanmasında en önemli faktör olarak görünmektedir(13, 35). 6

2.2.1. SİSTEMİK FAKTÖRLER Akut omurilik yaralanmasında rol oynayan sistemik faktörler nörojenik şok ve respiratuar yetmezliktir (33). Kardiyopulmoner sistemde ortaya çıkabilecek bir problem, spinal kord perfüzyonunu bozarak spinal kord yaralanmasının şiddetini artırır (26). Şiddetli yaralanmanın neden olduğu nörojenik şok, vazomotor inputun ciddi paralizisinin neden olduğu yetersiz doku perfüzyonu olarak tariflenebilir. Bu durumda dokulara gereksinim duyduğu kadar metabolit ve oksijen ulaşması engellenmiştir. Sempatik tonus azalması, periferik rezistans ve kardiak debi azalmasına bağlı gelişen ciddi hipotansiyon ve bradikardi tedavi edilmezse, perfüzyon basıncı sistemik kan basıncına doğrudan bağlı olduğu için omurilik hasarı şiddetlenir (33). Ancak intramedüller hiperemi ve hemorajiden kaçınmak için kan basıncı yalnızca normotansif seviyelerde tutulmalıdır (9). Yaralanmadan hemen sonra ortaya çıkan posttravmatik hipotansiyon, günlerce ve hatta aylarca sürebilir (26). Spinal kord travmalı hayvan modellerinde kan transfüzyonu ve dopamin ile normotansiyon sağlanmış, böylelikle medulla spinalis kan akımı arttırılabilmiştir (37). Ancak, lokal mikrosirkulasyon bozuk olduğu için spinal kord fonksiyonları iyileştirilememiştir (26, 37). 2.2.2. LOKAL VASKÜLER ETKİLER Sekonder yaralanmanın ortaya çıkmasındaki önemli etkenlerden biri posttravmatik iskemi dir. İskemi, dokulara yeterli glukoz ve oksijen sağlanamamasına, dolaylı olarak da enerji yetersizliği ve ATP depolarında azalmaya neden olur (38). Posttravmatik iskeminin sebepleri kesin olarak ortaya konmuş olmasa da, birçok teori iskemi sebebi olarak ileri sürülmüştür. Bu teoriler; laktik asidoza bağlı doku ph ının düşmesi, fibrin ve trombosit birikimine bağlı venöz staz ve konjesyon, kapiller endotelyal hasar, ödem, peteşiyal kanamalar, yaralanma sonucunda organizmanın bir yanıtı olarak vazoaktif ajanların ortamda bulunması şeklinde sayılabilir. Bunların sonucunda sistem anaerobik solunuma geçer. İskemi ve takip eden anaerobik solunum pek çok patolojik sürecin tetiklenmesine yol açar (9, 39). 7

Akut spinal kord travmasınının başlangıcında ve daha sonra bunu takip eden aşamalardaki çeşitli mekanizmaların meydana getirdiği etkilerle, omurilik üzerinde vasküler hasara bağlı ciddi değişikliler oluşmaktadır. Bu vasküler hasar hemorajik ve iskemik haraplanmayı beraberinde getirmektedir (33). Lokal etkiler hasarlı spinal kord segmentinde otoregülasyon kaybı, hem gri, hem beyaz cevherde özellikle hemorajik ve komşu bölgelerde mikrosirkülasyonda belirgin azalmadır. Mikrosirkülatuvar kayıp yaralanma bölgesinin proksimaline ve distaline yayılır. Birçok deneysel travmada mikrosirkülasyonda mekanik bir hasar meydana geldiği, perfüzyonun bozulduğu ve bunun da progresif omurilik iskemisine yol açarak ikincil hasara neden olduğu saptanmıştır (40). Travmadan sonra oluşan ilk fazda, postkapiller venüller veya sulkal arterlerin rüptürüne bağlı olarak spinal kordun içinde, peteşiyel hemorajiler ortaya çıkar. Bu arter veya venüller, ya travmanın direkt etkisine bağlı olarak oluşan mekanik kopma sonucu veya venöz staz ve distansiyona bağlı olarak oluşan intravasküler koagülasyon sonucu yırtılırlar (41). Hasar gören kapillerlerden açığa çıkan endotelin dahil olmak üzere, diğer mekanik, biyokimyasal ve nörojenik mekanizmalar da kord perfüzyonunun bozulmasında rol oynarlar (41). Sulkal arteriyollerin ve intrameduller kapillerlerin fokal daralması, parçalanması, anevrizmal dilatasyonu veya oklüzyonu gibi patolojilerin tümü, yapılmış olan deneysel çalışmalarla ortaya konulmuştur (42, 43). Spinal kord oto-regülasyonu bozuk olduğundan sistemik hemodinamik değişiklikler direkt olarak spinal kord kan akımına yansır. Bu nedenle sistemik hipotansiyon ve hipoksi, spinal kord yaralanmasına bağlı iskemiyi daha da şiddetlendirir (41). Şiddetli omurilik yaralanmasının, omurilik kan akımında majör bir düşüşe yol açtığı ve travmadan hemen sonra iskeminin başladığı bilinmektedir. İskeminin, tedavi edilmemesi halinde ilk 3 saat içinde kötüleştiği ve en az 24 saat devam ettiği gösterilmiştir (40). Tator ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada omurilik kan akımının otoregülasyonu travma ile belirgin şekilde etkilendiği gösterilmiştir. Ciddi travma sonrasında oluşan sistemik hipotansiyon omurilik kan akımını azaltmıştır (9, 21). Guha ve ark. (36) posttravmatik ortalama arteryel kan basıncın 160 mmhg'nın üzerine çıkarılmasının dahi, spinal kord kan akımının anlamlı ölçüde düzeltmediğini; aksine, komşu bölgelerde hiperemiye yol açtığını bildirmişlerdir. Sonuçta doku oksijenasyonu azalır ve omurilikte metabolik artıklar birikir. Hipoperfüzyonun ikincil sonucu olarak ödem oluşur. Birçok çalışmada omurilik kan 8

akımının travmanın ciddiyetine ve travma sonrası geçen süreye bağlı olarak değiştiği gösterilmiştir. Histolojik etkiler yaralanma bölgesinde erken hemorajik nekrozdan majör enfarkta kadar görülür. Bu posttravmatik vaskuler değişiklikler tedavi edilebilir. Sistemik normotansiyon volum ekspansiyonu veya vasopresörlerle korunarak, omurilik kan akımı da dopamin, steroid, nimodipin veya volum genişleticilerle arttırılabilir. Nimodipin ve volum genişleticilerin kombinasyonu posttravmatik omurilik kan akımını ve uyarılmış potansiyellerle ölçülen omurilik fonksiyonlarını arttırmaktadır. Sekonder hasarda önemli rol oynadığı düşünülen postttravmatik iskemi konsepti, geri dönüşlü ve tedavi edilebilir olması nedeniyle önem taşımaktadır(9). 2.2.3. SERBEST RADİKAL OLUŞUMU VE LİPİD PEROKSİDASYONU Travmadan sonra geri dönüşümsüz olarak hasarlanan hücreler, sağlam hücreler için toksik olan bazı kimyasal maddeler salarlar. Bunların bazıları serbest radikaller adı verilen kaçak oksijen molekülleridir. Bu serbest radikaller dış yörüngelerinde bir fazla elektron (çiftlenmemiş) bulunan reaktif moleküllerdir. Bu elektron başka biolojik moleküllere kolayca aktarılarak oksidasyonu sağlar ve hücresel yollarda oksijeni indirger (44). Normal koşullarda mitokondride oluşan serbest radikallerin antioksidan sistemlerle zararlı etkileri engellenir. Bu radikaller lipidlerle, proteinlerle ve nükleik asitlerle reaksiyona girerler ve daha çok serbest radikal açığa çıkaran lipid peroksitleri yaparlar (44). Normal hücrelerde doğal olarak oluşan antioksidan bileşikler bu zararlı etkileri kontrol eder, fakat patolojik durumlarda örneğin omurilik yaralanmasında aşırı serbest radikal üretimi bu antioksidan kapasiteyi aşar. Serbaest radikaller lipid peroksidasyonuna ve bunun sonucunda hücre membranlarının çözülmesine yol açar. Santral sinir sisteminde bulunan antioksidanlar; askorbat, glutatyon ve alfatokoferol serbest radikalleri nötralize ederler. Travma ise bu maddeleri azaltır (45). Travmaya uğramış sinir sisteminde travmadan birkaç dakika veya saatler sonra birçok sebepten dolayı süperoksit radikali oluşur. Bu mekanizmalar; araşidonik asit kaskadı, biojenik amin nörotransmitterlerin otoenzimatik otooksidasyonu, 9

mitokondrial ksantin oksidaz aktivasyonu ve ekstravaze oksihemoglobin oksidasyonudur. Hücrenin maruz kaldığı iskemi ve bunu takip eden reperfüzyon esnasındaki serbest oksijen radikali artışı karşısında endojen antioksidanlar, serbest oksijen radikali temizleyicileri ve peroksidazlar yetersiz kalmaktadır (44). Serbest radikaller hücreyi oluşturan tüm yapılarla reaksiyona girebilirler ancak bu etkileşime en hassas yapılar lipitlerdir. Yüksek oranda poliansatüre yağ asidleri içeren hücre membranının yıkılması, serbest radikallere bağlı nöronal hasar oluşumunun en önemli aşamasıdır (46). Serbest yağ asitlerinin, serbest radikallerle oksidasyonu lipid peroksidasyonu olarak adlandırılır. Hücre membranında meydana gelen lipid peroksidasyonu membran lipoproteinlerinin oksidasyonu ve yapısal bütünlüğün bozulmasına yol açarak, anormal iyon girişiyle birlikte hücre ölümüne neden olur. Bu olayın kontrol edilememesi halinde oluşan zincir reaksiyon ile hücresel ölümün yayılması ortaya çıkar (47). Ayrıca oluşan lipid peroksidasyonu ile birlikte mikrovasküler endotel hasarı oluşarak kan beyin bariyerinin bozulduğu deneysel çalışmalarda gösterilmiştir (44). 2.2.4. ELEKTROLİT BOZUKLUKLARI Hücresel fonksiyonların yerine getirilebilmesi için, hücrenin intrasellüler /ekstrasellüler Na + ve K + gradiyentlerini dengelemesi gerekir. İntrasellüler Na + konsantrasyonu ekstrasellüler alandan 12 kat daha düşükken, K + konsantrasyonu 50 kat daha yüksektir. Bu elektrokimyasal gradiyentin devamı, bariyer işlevi gören sağlam bir hücre membranı ve bu membrana bağlı bir enzim olan Na + /K + -ATP ase 'ın normal aktivitesini gerektirir (48). İskemi sonucu dokuda ortaya çıkan enerji yetersizliği ile, hücre membranlarından salınan serbest yağ asitleri (özellikle araşidonik asit) ve serbest radikallere bağlı lipid peroksidasyonu sonucu Na + /K + -ATP ase aktivitesi düşer (49). Na + /K + -ATP ase aktivitesinin spinal kord yaralanmasından 5 dakika sonra düştüğü ve bu düşüşün 1 hafta sonra bile devam ettiği, deneysel çalışmalarla gösterilmiştir (49). Bu enzimin aktivitesinin düşmesi veya durması, sodyumun hücre içine girmesine, potasyumun da hücre dışına çıkmasına yol açar. Hücre içine giren sodyum iyonu, klor iyonunu ve suyu da beraberinde içeri çeker; böylece akut hücre şişmesi olur. Daha ileri aşamalarda ise, değişen membran polarizasyonu, kalsiyum iyonunun 10

hücre içine girmesine ve eksitatör aminoasitlerin sinaptik veziküllerden salınmasına yol açar (10). Doku Na + artışının 60. dakikada anlamlı düzeye ulaştığı ve 7. günde pik yaptığı, ağırlık düşürme tekniğiyle spinal kord yaralanması oluşturulmuş ratlarda gösterilmiştir (48). Young ve ark. (50), ağırlık düşürme tekniğiyle spinal kord yaralanması oluşturulan kedilerin spinal kordundaki K + konsantrasyonunun, çarpmanın olduğu bölgede 1. saatte kontrolün % 51 ine ve 3. saatte de % 35'ine düştüğünü; buna karşılık çevre dokuda, ancak 3. saatte anlamlı bir artışın olduğunu tespit etmişlerdir. Young ve ark. (50) çarpma yerindeki hücrelerin % 80'inin parçalandığını ve açığa çıkan potasyum iyonunun komşu kord alanlarına, kana ve BOS'a geçtiğini; bu nedenle çarpma bölgesindeki potasyum iyon konsantrasyonunun artmadığını; tersine, azaldığını rapor etmişlerdir. Magnezyum iyon konsantrasyonunun azalması enzimatik aktiviteleri değiştirebilir; enerji üretimini ve protein sentezini azaltabilir. Ağırlık düşürme tekniği ile ratlarda oluşturulan spinal kord yaralanmasından sonra doku magnezyum konsantrasyonunun, 60. dakikada % 17 oranında, 24. saatte ise % 28 oranında azaldığı ve 7. günde normale döndüğü gösterilmiştir (48). 2.2.5. HÜCRE İÇİ KALSİYUM İYONU ARTIŞI Normal şartlarda Ca +2 un iyonik aktivitesi hücre içerisinde sıkı bir şekilde regüle edilir. Hücre içindeki sarkoplazmik ve endoplazmik retikulumlar, Ca +2 bağlamamakla birlikte bazı mekanizmalarla hücre içi Ca +2 salınımını kontrol altında tutarlar (51). Ayrıca mitokondriler intrasellüler Ca +2 deposu görevi görürler (52). Mitokondriler, Ca +2 un giriş ve çıkışına izin veren özel porlara sahip organeller olup oksidatif stres durumunda bu porlar açılır. Mitokondriler bu depo edici görevlerine karşın aşırı derecelerde artmış Ca +2 ları depolayamazlar, ancak iyonun depolandıkları yerlerden dışarıya doğru salınmalarını sağlarlar. Normalde intrasellüler Ca +2 'un ekstrasellüler mesafeye doğru gitmesini sağlayan transmembran pompaları bozulması ve Na + /Ca ++ yer değiştiricileri membran deliklerinin travma sonucu kapanması sebebi ile etkisiz hale gelirler. Bu sürecin sonucunda intrasellüler alanda aşırı derecede artan Ca +2, hücre içerisinde birçok koldan tahribata başlar. Mitokondirilere bağlanan Ca +2, elektron transportunun bozulmasına neden olup oksidasyonun tamamlanmasını engeller ve serbest radikal oluşumunda artışına 11

yol açar (51, 52, 53). Yine hücre içerisindeki proteazları aktive ederek hücredeki fonksiyonel protein ve yapıları yıkar. ATP ase, superoksid dismutaz ve diğer enzimleri yıkar (49). Ca +2 iyonları nöronlardaki bazı fosfolipazları aktive ederek membran fosfolipidlerinin yıkımına neden olarak araşidonik asid yapımını, prostoglandin ve lökotrienler gibi maddelerin ilk yapı taşlarını oluşturur (53, 54). Hücre içi Ca +2 iyonları tüm bu etkilerine ilaveten nükleazları da stimule ederek DNA yapımını bozar. Böylelikle programlanmış hücre ölümü diye adlandırılan apoptozise sebep olur. Ca +2 hücre içerisinde fosfotazları da aktive eder. 3 çeşit fosfatazdan biri olan tip 2B fosfataz kalsinorini içerir. Bunun aktivasyonu sonrası transkriptaz enzimi aktiflenerek nükleustaki immun yanıtı bozar ve interlökinlerin hem yapımı hem de salınımını arttırır. Yine transkriptaz enzimi prostoglandinlerin, lökotrienlerin ve nitrik oksidin sentezlenmesini sağlar. Deneysel çalışmalarda travma sonucunda hücre membran bütünlüğünün bozulduğu ve kalsiyum kanallarının depolarize olduğu görülmüştür. Böylelikle kalsiyum kanal aktivasyonu olur ve intrasellüler alana kalsiyum iyonları geçer (10, 33, 39). Kalsiyumun travma sonrası hücre içine girişi; a) Hasar görmüş hücre membranından b) Voltaja duyarlı Ca +2 kanallarından c) Glutamat ile aktive olan Ca +2 kanallarından olmaktadır (26). Hücre dışı Ca +2 aktivitesi, hücre içinden defalarca kat fazladır. Bu denge omurilik travmasında belirgin şekilde bozulur. Yapılan deneysel bir çalışmada omurilik travması sonrası ışık ve elektron mikroskopisi incelemesi sonucunda total kalsiyum seviyesi lezyon bölgesinde progresif olarak artarak 8. saatte pik yapmış ve yüksek kalmıştır (33). Hücre içi Ca +2 iyonunun artması ile gelişen olaylar 1- Fosfolipaz A 2 aktivasyonu, 2- Serbest yağ asitlerinin serbestlenmesi, 3- Toksik eikosanoidlerin sentezi, 4- Serbest radikallerin ortaya çıkması, 5- Kalsiyuma bağımlı ATP aktivasyonu sonucu enerji rezervlerinin tükenmesi, 6- Reseptör proteinlerin kovalent modifikasyonu, 7- Hücre iskeletinin mikrotubuler ve nörofilament komponentlerinin modifikasyonu, 12

8- Mitokondrial oksidatif fosforilasyonun bozulması, 9- Aksonal dejenerasyon, 10-Proteaz, fosfataz ve endonükleaz gibi litik enzimlerin aktivasyonu. Sitozolik kalsiyum iyon konsantrasyonundaki artışın sürmesi, birçok doku tipinde hücre ölümünün ortak nihai yoludur (10). Sekonder yaralanmayı önlemek amacıyla yapılan deneysel spinal kord çalışmalarında, kalsiyum kanal blokörleri de denenmiştir. Bu ajanların spinal kord kan akımını düzelttiğini ve iyileşmeyi olumlu yönde etkilediğini gösteren birçok çalışma vardır (40, 55, 56). 2.2.6. EKSİTATÖR AMİNOASİDLERİN (EAA) SALINMASI Strok, travma ve çeşitli nörodejeneratif hastalıklarda glutamat reseptörlerinin aşırı aktivasyonu, nöronal hücre harabiyeti ve ölümüne yol açar. Eksitotoksisite olarak bilinen bu olay, birçok nöronal hastalığın ortak final yoludur (57). Deneysel beyin travma modellerinde de, glutamat ve aspartat gibi eksitatör transmitterlerin hücre dışı konsantrasyonlarında artış görülmüştür. Bu amino asitler travmatik merkezi sinir sistemi yaralanmasının patogenezinden sorumludur (14, 58). Merkezi Sinir Sisteminde eksitotoksisite ve katyonik aracılı hücre yaralanmasında glutamat en sık görülen eksitatör transmitterdir. Glutamat hücre içine Ca +2 girişine izin vererek nöronları zedeler. Bunun sonucu olarak meydana gelen depolarizasyon ise voltaj bağımlı Ca +2 kanallarının açılmasına neden olur veya NMDA, AMPA ve kainat reseptörlerini aktifler. Glutamat artışı NMDA reseptörlerinin aşırı uyarımına neden olarak yüksek Ca +2 girişine bağlı olaylar zincirini başlatır ve buna bağlı olarak mitokondriyal işlev kaybı, nükleer şişme ve rüptür görülür (nekrotik hücre ölümü). Daha az hasarlı yaralanmalarda hücre içine Ca +2 girişi olmasına rağmen mitokondri fonksiyonu bozulmaz, hücreler apoptozis ile ölümü seçerler. Hücre içi yüksek Ca +2 seviyeleri fosfolipaz, proteaz ve endonükleaz gibi enzimlerin aktivasyonuna neden olur. SCI de glutamat aracılı eksitotoksisite özel bir mediatördür (58, 59). 13

EAA'ler, reseptörlere bağlanarak etkilerini gösterirler. Bu reseptörler 3 ana grupturlar. Bunlardan biri voltaja bağlı olarak çalışan N-methyl-D-Aspartate (NMDA) reseptörleri olup glutamik asid (glu) bağlanması sonrasında sodyum ve Ca +2 un hücre içine girişine, potasyumun ise hücre dışına çıkışına sebep olur. Bu grup reseptörler Mg +2 ile bloke edilirler (58, 60). Diğer EAA reseptörü ise (-amino-3- hydoxyl-5-methyl-4-isoxazole propionate) AMPA olup voltaja bağımsız olarak çalışırlar. Bunun aktivasyonu sonucunda sodyum hücre içine K + hücre dışına doğru çıkar (58, 60). Ancak yapılan son çalışmalar bazı AMPA reseptörlerininde Ca +2 geçirgen olabileceğini göstermiştir (50). Bir diğer EAA reseptör grubuda metabotropik EAA reseptörleri olarak adlandırılan grupdur. Bu reseptörler ise aktive olduğunda phospholipase C'yi aktif hale getirerek hücre içinde bağlı olarak bulunan Ca +2 un, serbest hale getirilmesini sağlarlar. Glutamat reseptörlerinin aşırı aktivasyonunun nöronal hasara yol açtığı Olney ve ark. tarafından tanımlanmış ve eksitotoksitite olarak isimlendirilmiştir (33, 61). Bu eksitotoksititenin epilepsi, norodejeneratif hastalıklar, travma, serebral iskemi gibi birçok nörolojik hastalıkta doku hasarını arttırdığı düşünülmektedir (61). EAA'lerin tetiklediği hücre ölümünün sebebi halen tam olarak açıklanamamakla birlikte uzamış postsinaptik eksitasyonu ile birlikte olan glutamat salınımının iki anayol üzerinden etkili olduğu kanısına varılmıştır. Bunlardan birincisi AMPA reseptörleri aracılığı ile hücre içi Na + 'un erken dönemde aşırı derecede birikerek akut nöronal şişmeye sebep olması, ikinci ve daha geç olarak ise Ca +2 'un hücre içine NMDA reseptörleri aracılığı ile girip nöronlarda metabolik bozukluklar kaskatına sebep olması şeklindedir (62). EAA'lerin deneysel medülla spinalis travmalarından sonra arttığı mikrodializ yöntemi kullanılarak ortaya konulmuştur (50, 62). Deneysel spinal kord yaralanmasında, hasardan sonra 15 dakika içinde eksitatör nörotransmitter düzeyinin toksik düzeye ulaştığı gösterilmiştir (63). Aşırı glutamat birikiminin nedeni; a) Hücre membranı polarizasyonuna bağlı olarak sinaptik veziküllerden glutamat salınımının uyarılması b) ATP yetmezliğine bağlı olarak, glutamat geri alım mekanizmalarının çalışmamasıdır (10). 14

Hücre dışı eksitatör amino asitler, spinal kord nöronlarına oldukça toksiktir. Spinal kord yaralanması sonrası lezyon kenarlarında yüksek seviyelerde glutamat bulunmuştur. NMDA antagonistlerinin verilmesi ile belirgin nörolojik düzelme ve ödemde belirgin azalma meydana gelir (64). Benzer olarak AMPA antagonistlerinin verilmesiyle, lezyon genişliği küçülür ve fonksiyonel düzelme ortaya çıkar (65). Spinal kord travmasından sonra gelişen ekstraselüler glutamat artışı, intraselüler kalsiyum konsantrasyonunun artmasına yol açarak, hücre ölümünde önemli bir rol oynar (10, 59, 61). 2.2.7. POSTTRAVMATİK İNFLAMATUAR REAKSİYON İmmunolojik aktivasyonun, santral sinir sistemi hasarından sonra ilerleyici doku hasarına ve/veya nöronal rejenerasyonun inhibisyonuna öncülük ettiği tahmin edilmektedir. İlerleyici doku hasarına sebep olan posttravmatik inflamatuar reaksiyon inflamatuar medyatörlerin yapımı, polimorfonükleer nötrofil infiltrasyonu (PMNL), pıhtı depolanması, endotel hücre hasarı ve aktivasyonu, vasküler permeabilitede artış ve ödem oluşumu ile birliktedir. Lezyone spinal kordun içindeki immun hücrelerin fonksiyonel önemi tartışmalıdır (66). Makrofaj ve mikroglialar bir yandan nöronal rejenarasyonun integral parçaları olarak düşünülürken, diğer bir grup ise bu hücrelerin TNF ve NO sentezini arttırarak oligodendrosit lizisi, nöronal ölüm ve demiyenilizasyonda rol oynadıkları düşüncesini savunmaktadır (33). Yaralanmayı takiben lezyonun içine aktive astrositler ve mikroglial hücreler göç ederler. T hücreleri makrofaj aktivasyonu için ve hücresel immün cevabı oluşturmak için şarttır. Makrofajlar ve nötrofiller doku harabiyeti ve lezyonun büyümesinde rol alırlar. Makrofaj ve mikroglia sitokinlerin salınımıyla (TNF, IL-1, IL- 6, IL-10) sekonder patolojik ve inflamatuar yanıtta rol alırlar (67). Travma sonrası bifazik lökosit cevabı mevcuttur. Başlangıçta nötrofil infiltrasyonu predominanttır. Bu esnada lökositlerden salınan litik enzimler nöroglia ve kan damarındaki hasarı arttırır (1). İkinci fazda ise, makrofaj imigrasyonu ile birlikte hasarlı dokunun fagositozu söz konusudur (1, 67). İsitilacı lökositler fagositoz ile hücresel debrisi ortadan kaldırır, ekstrasellüler matriksi gevşeten enzimler salgılarlar ve yaralı bölgede endotelyal, epitelyal ve konnektif doku hücrelerinin proliferasyonunu yönlendiren sitokinler salgılarlar. Nötrofiller, nötrofil proteazları 15

serbestleştirirler. Lökosit infiltrasyonunun her iki fazı da ayrılan aksonların demyelinizasyonunu şiddetlendirir. Bu; özellikle ilk 24 saat içinde başlayıp, takip eden birkaç gün içerisinde pik yapmaktadır. Bu süreç gri ve beyaz cevherdeki kavitasyonları belirgin hale getirmektedir (1). Daha sonra wallerian dejenerasyon ve skar oluşumu meydana gelmektedir. Sitokinler; yabancı antijenlere, lökosit ve diğer hücrelerin farklılaşması sonucu ortaya çıkan zararlı ajanlara karşı konağın cevabını düzenlerler. Sitokinler inflamatuar yanıtı ek sitokinlerin, kemokinlerin, nitrik oksidin reaktif oksijen ve nitrojen türevlerinin ekspresyonunu indükleyerek SSS enflamatuar cevabını hızlandırırlar. Enflamasyonun omurilik yaralanması sonrası hem nörokonstrüktif hem de nörodestriktif işlemlere yardımcı olduğuna inanılır. Erişkin SSS enflamatuar yanıtının diğer dokulara göre daha yavaş hızda işlediği bildirilmiştir (68). Sitokinler, hücre reseptörlerine etki ederek hücre proliferasyonu, farklılaşma ve aktivasyona neden olurlar. MSS de meydana gelen travma, kan beyin bariyerinin bozulmasına, nötrofillerin ve makrofajların invazyonuna nedendir. Diğer dokulara göre MSS nin inflamasyon yanıtı daha az olmasına karşın, TNFα hasarlanan kord çevresinde yüksek seviyelere ulaşır. İn vitro olarak TNFα nın üretimi mikroglialar, makrofajlar ve nötrofiller tarafından görülmüştür. TNFα endotelyal hücrelere nötrofil adhezyonundaki artışda rol oynar ve sitokin üretimine neden olur. Ratlarda spinal kord kompresyon yaralanmalarından 3 gün sonra nötrofil birikimi olduğu gösterilmiştir (14). Travma ve iskemi sonrasında prostoglandinler de kan akımında değişime ve hücre şişmesine neden olurlar (14). SCI dan sonra eikosanoid üretimindeki artış, indometazin ve glukokortikoidler gibi antiinflamatuar ajanlar kullanılarak azaltılır. Araşidonik asidin prostoglandin ve eikosanoidlere dönüşümü siklooksijenazlar ile engellenir. Bunlar COX1 ve COX2 dir. Siklooksijenaz inhibitörlerinin SCI sonrasında nöroprotektif etkilerinin olduğu bilinmektedir (14). Sitokinler hücreler arasında iki yönlü olarak ilişki kurarak inflamatuar olayın devamlılığını sağlar. Sitokinlerin bir kısmı antiinflamatuar iken bir diğer grubuda proinflamatuar özelliklere sahiptir. Medülla spinalis travmalarında IL-1, IL-2, IL-6 ve TNF seviyelerinin arttığı gösterilmiştir (69). 16

2.2.8. ENERJİ METABOLİZMASININ BOZULMASI Muhtemelen kan akımı azalmasına bağlı olarak, omurilik yaralanması sonrasında hem gri hem de beyaz cevherde glukoz kullanımı geçici olarak artar. Bunun omurilik kan akımının azalmasına bağlı olduğu düşünülmektedir. Dokuda hipoksi olması ATP seviyesinin azalmasına ve laktik asidozise yol açar. Kritik bir membran enzimi olan Na+ -K+ ATP ase enzimi travmadan 5 dakika sonra artar (21, 70). Doku hipoksisi ATP katabolizmasına yol açar. Beynin duysal bölgeleri ve omuriliğin dorsal arka boynuz dış tabakaları ATP ile eksite olmaktadır. Bu hipokampal nöronal ATP seviyelerinde dramatik postiskemik azalma ile benzerlik gösterir. İleri derecede oksijen eksikliğinde SSS anaerobik metabolizmaya sahiptir. Oksijen eksikliği mitokondrial fonksiyonları bozar ve enerji yetersizliğine yol açar. Serbest radikal kurtarıcılarının hipoksi sonrası sekonder hipoperfüzyonu önlediği düşünülmektedir (71). Hücre membran duvarı enzimleri aktivitelerini devam ettirebilmeleri için fosfolipidlere ihtiyaç duyarlar. Fosfolipidlere bağımlı hücre membran duvarı enzimi olan Na+-K+/Mg++ATP ase ın membran stabilizasyonunun korunmasında önemli rolü vardır. Bu enzim serbest radikallere ve lipid peroksidasyonuna hassas bir enzimdir (72). Na+ -K+/Mg++ATP ase sodyum ve potasyum tarafından uyarılır, aktivasyon için magnezyuma gerek duyar. Na+ ve K+ iyonlarının fosforilasyon ve defosfarilasyon şeklindeki döngüsel bir değişim ile hücre içi ve dışı arasında taşındığı bugün için kabul edilen görüştür. Magnezyum++ ise enzim substrat kompleksinin bir parçasıdır(72). Omurilik travmasında sonra intraperitoneal naloksan uygulanmasının Na+- K+/Mg++ATP ase ın inaktivasyonunu azaltarak, faydalı etkisinin bulunduğu bildirilmiştir(72). Yaşlanma önüne geçilemez biyolojik bir süreçtir. Fonksiyon ve strese karşı direnç kaybıyla seyreder. Oksidatif stres aerobik hücrelerde yaşa bağlı değişikliklerin en önemli sebeplerinden biri kabul edilen oksijen metabolizmasının önlenemez bir konsekansıdır. Yaşlı ve genç sıçalanlarla yapılan omurilik travma deneylerinde genç omurilik travmalı sıçanlarda 15 gün sonra mortalite %20 iken yaşlı sıçanlarda yaşlamanın etkisi omurilik travma kaynaklı hasarı artırmış, izlem sonunda %50 mortalite saptanmıştır. Yaşlanmanın omurilik yaralanma patofizyolojisi üzerinde 17

belirgin etkisi vardır. Yaşlı sıçanlarda down modülasyon aktivitesinin azalması kalıcı nötrofil infiltrasyonu ile sonuçlanır. Yaşlılarda antioksidatif savunma mekanizmasının etkinliği azalmıştır (73). 2.3. SPİNAL KORD YARALANMASININ PATOLOJİSİ Medulla spinalis yaralanmalarında açık (delici) yada kapalı yaralanmalar (künt travma) farklı değişiklikler oluşturmakla birlikte, her iki koşulda da ilk patoloji vasküler kaynaklıdır (74). Yüksek şiddetdeki delici yaralanmalar (bıçak ve şarapnel, mermi, bomba parçaları gibi silahlı yaralanmalar) medülla spinalisde ciddi hasar meydana getirir. Bu gibi travmalar, medülla spinalisde tam yada yarım kesi oluşturabilir, yada etki direkt omurilik üzerine gelmese bile travma ile oluşan titreşimin etkisi ile hasar oluşabilir (75). Şekil 2.1: Spinal kord yaralanmasında patolojik sürecin sunumu. 18

Kapalı yaralanmalarda ise, medülla spinalis üzerine geçici yada süre gelen basınç patolojik değişiklikleri meydana getirir. Medülla spinalis üzerine hafif şiddetteki künt yaralanmalarda erken dönemde klinikte pek bulgu olmayabilir. Patolojik değişikler subakut ilerleyecek daha sonra fonksiyon bozuklukları ortaya çıkacaktır. Akut spinal kord hasarında meydana gelen patolojik değişiklikler hakkındaki bilgiler az sayıdaki klinik çalışmalardan daha ziyade yapılan deneysel çalışmalara dayanmaktadır. Burada dikkati çeken özellik deneysel ve klinik çalışmalardaki patolojik değişikliklerin benzerlik göstermesidir. 2.3.1. SPİNAL KORD YARALANMASININ AKUT FAZ PATOLOJİSİ Omurilik travmasından sonra 15 dakika içinde gri cevherde peteşiyel kanamalar, beyaz cevherde ise ödem görülmüştür. Santral zonun, daha vasküler ve yumuşak olmasından dolayı daha fazla etkilendiği düşünülmektedir (43). Nöronlarda nekrozun ilk göstergelerinin birinci saatte başladığı, sitoplazmik eozinofili, hayalet hücreler, Nissl cisimciğinin kaybolması, küçülmüş nöronlar, hiperkromatizasyon, irregüler şekil nekrotik değişiklik göstergeleri olduğu belirtilmiştir. Yaralanma bölgesindeki kanama yaklaşık iki saat sürer ve çoğunluğu venöz kaynaklıdır (26, 43). İkinci saat içerisinde gri cevher kanamalarının arttığı, 8. saatten sonra beyaz cevhere yayılmaya başladığı tespit edilmiştir. Ön boynuz hücrelerinde arka boynuz hücrelerine göre daha erken nekroz görüldüğü, 4. saat içerisinde çok sayıda şişmiş akson silindirleri oluştuğu gösterilmiştir (76). Kan akımı değişiklikleri olarak ilk kan akımında duraklama 'staz' meydana gelir. Ödem ise kanın sıvısal komponentinin ekstravasküler alana çıkmasıdır. Ödem hafif olduğunda sadece damarlar çevresinde, ağır olduğunda tüm etkilenen segmentte yaygın olarak izlenir. Serebrumda olduğu gibi ödem, beyaz cevherde perivasküler, astroglial hücre sitoplazmalarında, gri cevherde nöronlar çevresinde belirgindir. Beyaz cevherde ise ödem ışık mikroskobunda nörofilde vakuoler şişme olarak izlenir. Travmayı takiben ilk 15 dakikada belirir ve 12-18 saatte maksimum seviyeye ulaşır, 3-5 gün sonunda şiddetini kaybeder. Ancak travma sonrası on beş gün boyunca özellikle beyaz cevherde belirgin kalabilir. Tablo ilk 12-24 saat içinde santral hemorajik nekroz halini almaya ve hemorajik zonlar birleşmeye başlar. Beyaz 19

cevherle gri cevheri ayırt etmek zorlaşır. 24 saat sonra posttravmatik enfarkt olarak adlandırılan iskemi süreci başlar (26, 43, 77). Kontüzyon ve laserasyon ile beraber subaraknoid hemoraji yaygındır. İlk 24 saat içinde travmanın olduğu bölgede travmanın şiddeti ile doğru orantılı olarak kaudale ve rostrale doğru uzanan spinal kord şişmesi ve yumuşaması olur (26, 43). Eğer travmanın etkisiyle hemorajik nekroz meydana gelmiş ise inflamasyon daha da şiddetli olacaktır. Hemorajik nekroz en sık santral gri cevherde ve ona komşu posterior traktüsde izlenir (75, 78). Bunge ve ark. (79) insandaki akut faz lezyonlarını 4 patolojik gruba ayırarak incelemişlerdir: 1- Kontüzyon/Kist: Vakaların % 23 ünde rastlanır. Orta şiddetli kontüzyonel travmalarda görülür. 2- Masif kompresyona bağlı kord laserasyonu: Vakaların % 32 sinde rastlanır. Nöral dokuların çoğunda şiddetli destrüksiyon ve piada yırtılma vardır. 3- Kord laserasyonu: Vakaların % 27 sinde görülür. Ateşli silah yaralanmalarında oluşur. Kord parankiminde yırtılma mevcuttur. 4- Solid kord hasarı: Vakaların % 18 inde karşılaşılır. Kordun santrali hariç tümünde hematomyeli veya kist vardır. Konnektif doku skarı, pianın yırtık olduğu 2. ve 3. gruplarda gözlenmiştir. Yazarların görüşüne göre, çoğu spinal kord travması vakasında skar gelişimi, aksonal düzelme ve rejenerasyonu önlemede minör role sahiptir (26, 79). Ultrastrüktürel değişiklik olarak aksonda mikrotübül ve nöroflamentlerde kesilme ve parçalanma izlenir. Akson membranında hasara bağlı olarak iyon kanallarında fonksiyonel bozukluk ve vasküler endotelyal hasar ortaya çıkar. Akut dönemde gelişen nöral şok bu patolojiler ile açıklanmaya çalışılmaktadır. Akson hafif şiddette hasarlandığında şişmiş, boğumlanmış ve kıvrımlanmış dejenerasyon gösterirken, daha ağır hasarda kesintili damlacıklar şeklinde görülür. Aksonun tamamen yırtıldığı veya koptuğu noktada "terminal tanecik" adı verilen terminal şişme görülür. Miyelin kılıf da hafif hasarda vakuoler dejenerasyon gösterirken, ağır hasarda miyelin ve aksonun birlikte parçalanmaları ile serbest yağ tanecileri belirir(76, 80). Nöron hücresi öldüğünde 1-4 saat içinde morfolojik şekil değiştirir. Nöron hücrelerinin nüve ve sitoplazmaları birlikte üçgen şeklinde büzülür. Nüvede kromatin yapısının kabalaşıp parçalanarak dağılması, sitoplazmada nissl cisimciklerinin kaybı 20

ve koyu eozinofîlik boyanma şeklindeki Kırmızı Nöron olarak adlandırılan değişikliğe uğrar. Ölen nöron hücreleri mevcut mikroglialar ve makrofajlar tarafından fagosite edilirler. Buna "nöronofaji" denir. Zarardan 10-12 saat sonra fagositoz ışık mikroskobu ile saptanabilir (81). Nöron hücrelerinde ayrıca Wallerian degenerasyon ya da santral kromatolizis meydana gelir. Sinir destek dokusunu oluşturan astrositlerde ise ilk 5-6 günü takiben reaktif çoğalma başlar. 2.3.2. ARA (SUBAKUT) DÖNEM Erken döneme ait değişiklikler yaralanmayı takip eden 5. günden sonra yavaş yavaş durulmaya başlar. Subakut dönem 5. gün ile 3 ay arasındaki dönemi kapsar (43). Bu fazdaki patolojik değişiklikler erken dönem ve geç dönem değişikliklerinden farklıdır. Ödem bu dönemde büyük oranda azalmıştır ve küçük boyuttaki kanamalar geri emilmiştir. Büyük alanları işgal eden kanamalar ise organizasyonla giderilmeye çalışılır. Bu nedenle mevcut damarlarda rekanalizasyon (granülasyon dokusu) izlenir (74). Damarların çoğunun lümeninde fibrin trombüsleri vardır. Erken dönemdeki polimorf nüveli lökosit infiltrasyonun yerini, bu dönemde lenfosit ve makrofaj infiltrasyonu almıştır. Ortamda çoğunluğu oluşturan hücreler ise lipit yüklü (ölen nöron ve parçalanan myelini fagosite etmiş) ya da kanamayı fagosite etmiş hemosiderin yüklü makrofajlardır. Yıkıma uğramış nöron, akson ve myelin kılıfa ait nekrotik kalıntılar, bu makrofajlar ve artmış olan mikroglial hücreler tarafından fagosite edilerek ortamdan uzaklaştırılmaya çalışılır. Nöron ve miyelin yağdan zengin olduğundan makrofajlar lipit yüklü görünür ve yağ boyaları ile pozitif boyanırlar. Ayrıca immunhistokimyasal olarak myelin yıkım ürünlerinin fagosite edildiği Myelin Basic Protein primer antikoru kullanılarak da gösterilebilir. Fagositik hücreler zararın olduğu alanda, özellikle damarlar çevresinde rozetler halinde gruplar oluşturur. Yaralanmanın olduğu alanda sayılamayacak kadar bol fagosit izlenirken perifere doğru sayıca azalırlar (82). Onarım dokusu hem glial hücrelerin hem de genç myofibroblastların çoğalmaya başlaması ile gelişir. Genç myofibroblastlar zamanla kollajen üreten olgun fibrositlere dönüşür ve ortamda nedbe dokusu meydana gelir. Ayrıca sinir 21

sisteminin onarımından sorumlu astrositik ağırlıklı glial hücre çoğalması ile birlikte gliozis de izlenir (74). Nekrotik dokuların rezorbsiyonu ile Luckenfelder denilen kistik alanlar oluştuğu, Wallerian dejenerasyon olduğu ve bunun sonucunda kromatolizis ve nekrofaji oluştuğu görülmüştür (83). Travmanın başında şişmiş olan spinal kord onarım sonuna doğru incelmiş ve atrofik görünüm almıştır. Deneysel çalışmalarda rejenerasyonun üç yıla kadar yavaş hızla devam ettiği gösterilmiştir (80). 2.3.3. SPİNAL KORD YARALANMASININ KRONİK FAZ PATOLOJİSİ Travmayı takip eden altı ay ve sonrasını kapsayan kronik dönemde de dejeneratif ve rejeneratif değişiklikler devam eder. Travma bölgesinde spinal kord üzerindeki duramater ve araknoidal membran kalınlaşmıştır (78). Eski kanamalar nedeniyle kahverengi-gri renk almıştır. Mikroskobik olarak fibrozisin geliştiği ve meningial hücrelerin prolifere olduğu görülür. Kronikleştiğinde distrofik kalsifikasyon ossifikasyon eşlik edebilir, zarlar üzerinde sert bir plak olarak görülebilir (74). Meningial zar sıklıkla altındaki medülla spinalis segmentine ve duraya yapışıklık (adhesiv araknoidit) göstermektedir. Daha nadir olarak da multilokule (birden fazla boşluklu) kistik boşluklar meydana gelebilir. Adhesiv araknoidit özellikle kauda equina hasarından sonra sık görülür (74, 81). Akut fazda hâkim olan PMNL ler kronik fazda yerlerini makrofajlara bırakırlar. Makrofajlar da oluşan debrisi fagosite eder. Travmanın olduğu yerde küçük ve büyük kaviteler gelişir. Bunlar birleşerek büyük ebatlara ulaşırlar ve santral kanalla ilişkili hale gelerek santral kavitasyonu oluştururlar. Daha sonra rostrale ve kaudale uzayarak posttravmatik siringomyeli sendromuna yol açarlar. Travmanın en ciddi hasar oluşturduğu bölgede tüm glial ve nöronal hücreler hasara uğramış olduğundan iyileşme yalnızca genç bağ dokusu hücreleriyle yani skar dokusu ile gerçekleşecektir. Travma hasarının daha hafif olduğu durumlarda ise skar dokusunun çevresinde astrositlerin artışına bağlı astrogliozis meydana gelir. Skar alanında artık anatomik yapılar seçilemez. Kronik fazda spinal kord, hem 22