testosteronun kırık ýyýleþmesýne etkýsýnýn orþýektomýze ratlarda

testosteronun kırık ýyýleþmesýne etkýsýnýn orþýektomýze ratlarda

TESTOSTERONUN KIRIK ÝYÝLEÞMESÝNE
ETKÝSÝNÝN ORÞÝEKTOMÝZE RATLARDA
OLUÞTURULAN FEMUR KIRIK MODELÝNDE
MEKANÝK YÖNTEMLERLE ÝNCELENMESÝ
Nurettin HEYBELÝ*, Erol EROÐLU**, Remzi VAROL***, Ethem Faruk MUMCU ****
Bu çalýþmanýn amacý, kýrýk iyileþmesine testosteron düzeylerinin
etkilerini orþiektomize ratlarda oluþturulan standart femur kýrýklarýnýn
iyileþmesini mekanik yöntemlerle inceleyerek belirlemektir.
Otuzaltý adet erkek Wistar rat; orþiektomize (orx), oriþiektomi sonrasý
testosteron tedavisi (orx+T) ve orþiektomi uygulanmamýþ kontrol
gruplarýna (K) ayrýldýlar (n:12/grup). Orx ve orx+T gruplarýna
orþiektomi ve sonrasýnda tümüne standart yöntemle femur diafiz kýrýðý
oluþturularak, Kirschner teliyle osteosentez uygulandý. Orx+T grubuna
testosteron tedavisi verildi. Kýrýk oluþturulmasýndan dört ve sekiz hafta
sonra sakrifiye edilen sýçanlarýn femurlarýnda, Üç Noktadan Eðme testi
ile mekanik özellikler saptandý.
Orx+T grubunda mekanik özellikler, orx grubuna oranla hem dört hem
de sekizinci haftada anlamlý olarak (p<0.05) daha iyi bulundu. Orx+T
grubunun mekanik özelliklerinde, dördüncü haftada K grubu ile arasýnda
istatsitiksel anlamlý mekanik fark saptanmaz iken, sekizinci haftada
sakrifiye edilen ratlar kontrol grubundan mekanik olarak daha zayýftýlar
(p<0,004).
Androjen eksikliði durumunda testosteron replasmanýnýn ratlarda kýrýk
iyileþmesine olumlu etkileri belirlenmiþtir. Bununla birlikte, kontrol
grubuna göre kýrýk iyileþmesinin geç dönemlerinde yeterli etkinlik depo
testosteron tedavisi ile saðlanamamýþtýr.
Anahtar Kelimeler: Testosteron, rat, kýrýk iyileþmesi, mekanik
özellikler
The mechanical properties of orx+T group was significantly better than orx group
both in fourth and eight weeks (p<0.05). The mechanical properties of orx+T
group was not different from control group statsitically at fourth week, whereas at
eight week it was weaker than controls (p<0,004).
Testosteron replacement in androgen deficiency circumstances improved bone
healing in rats. However, the efficiency of depo testosteron therapy did not improve
bone healing to the levels of control group, especially at late phases.
Key Words: Testosterone, rat, bone healing, mechanical properties
Kýrýk iyileþmesi, bir çok faktörden etkilenen kompleks bir
süreçtir. Bunlar arasýnda deðiþmiþ fizyolojik koþullar önemli
bir yer tutar. Bu fizyolojik koþullarýn oluþmasýnda cinsiyet
hormonlarýn yeri bilinmektedir ve östrojen eksikliði ile
tedavisi güncelliðini korumakta ve hatta arttýrmaktadýr.
Androjenlerin eksikliðinin de kemik kaybýyla sonuçlandýðý
uzun süredir hem insan (8) hem de hayvan çalýþmalarýnda
(9) bilinmekle birlikte, mekanizma ve tedavi yöntemleri
yeterince dikkate alýnmamaktadýr. Kemiðin uzunlamasýna
büyümesinin olduðu adolesans öncesi dönemde iskelet
geliþiminde ve yetiþkinlik döneminde iskelet kütlesi ve
kemik yoðunluðunun korunmasýnda androjenler önemli rol
oynarlar (1).
THE EFFECTS OF TESTOSTERON HORMON ON
BONE HEALING INVASTIGATED BY FRACTURE Ýnsan hipogonadizminin kabul edilmiþ modelini oluþturmak
MODELS PERFORMED IN ORCHIECTOMISED
Orþiektomize (orx) rat örneðiyle mümkündür (10). Bu
RATS.
The aim of this study, is to determine the effects of testosteron levels on
bone healing with mechanical methods by investigating the standard
femur fractures performed in orchiectomised rats.
A total of 36 male Wistar rats were divided into three groups;
orchiectomized (orx), orchiectomy (orx+T) and testosterone therapy and
control group (n:12/group). Orx and orx+T groups were orchiectomized
and then standard femor osteotomy and osteosynthesis with Kirschner
wires were performed for all groups. Orx+T group was treated with
testosteron. Rats were sacrified four and eight weeks after fracture and
Three Point Bending tests was performed in order to detemine the
mechanical properties.
*
**
***
****
çalýþmanýn amacý, kýrýk iyileþmesine testosteron
düzeylerinin etkilerini orþiektomize ratlarda oluþturulan
standart femur kýrýklarýnýn iyileþmesini mekanik
yöntemlerle inceleyerek belirlemektir.
MATERYAL VE METOD
Çalýþma yöntemi ve denekler:
Çalýþmamýzda otuzaltý adet yetiþkin, erkek Wistar-Albino
rat kullanýldý. Ratlar aðýrlýklarýna göre her grupta 12 rat
olmak üzere üç gruba randomize edildiler; orþiektomize
Yrd. Doç. Dr., S. Demirel Üniversitesi, Týp Fakültesi, Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalý, Isparta.
Yrd. Doç. Dr., S. Demirel Üniversitesi, Týp Fakültesi, Genel Cerrahi Anabilim Dalý, Isparta.
Doç. Dr., S. Demirel Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlýk Fakültesi, Makine Müh. Bölümü, Isparta.
Prof. Dr., S. Demirel Üniversitesi, Týp Fakültesi, Ortopedi ve Travmatoloji Anabilim Dalý, Isparta.
HACETTEPE ORTOPEDÝ DERGÝSÝ 11 6 2 6 2001
71
(orx), oriþiektomi sonrasý testosteron tedavisi
uygulanmasý (orx+T) ve orþiektomi uygulanmamýþ
kontrol grubu (K). Orþiektomi uygulanan ratlardan
alýnan kan örneklerinde testosteron düzeyinin
saptanamamasýný takiben (15. gün) tüm gruplara
standart diafizer femur osteotomisi ve Kirschner
teliyle osteosentez uygulandý.
Tüm gruplar standart kemirgen yemi ile beslendiler.
Deneysel çalýþma S. Demirel Üniversitesi Týp
Fakültesi Deneysel Araþtýrma Laboratuarýnda lokal
komitenin izniyle gerçekleþtirildi.
Üniversitesi Makine Mühendisliði Bölümü MekanikMalzeme Laboratuvarý'nda, oda sýcaklýðýnda Üç
Noktadan Eðme (ÜNE) testi uygulandý. Deney için
Beam Apparatus SM 104 (TecQuipment,
Manchester, England) cihazý modifiye edilerek
kullanýldý. Kemiklerin ÜNE testi için boyutlarý kemik
uzunluðuna uygun, yük uygulanýmý esnasýnda
stabilizasyonu ve femurlarýn serbest olarak
uçlarýndan desteklemeyi saðlayabilen bir aparat
kullanýldý. Femurlar eðilme kuvveti ön-arka planda
gelecek þekilde mesnetlere serbest olarak
yerleþtirildiler. Mesnet aralýklarý femur uzunluklarýna
göre 13-15 mm arasýnda bir deðer olarak her bir
femur için ayrý ayrý belirlendi. Bu deðerler
kaydedilerek daha sonra hesaplamalarda kullanýldý.
Yük iki destek üzerine yerleþtirilmiþ olan sýçan
femurlarýnýn orta kýsmýna, tekil ve simetrik olacak
tarzda uygulandý. Femurlara uygulanan eðme
yüklerine 1 Newton (N) ile baþlandý ve yükler homojen
arttýrýlarak femurlar kýrýlýncaya kadar devam edildi.
Ýleri hesaplamalarda kullanýlmak üzere femurlarýn
ortalama kortikal kalýnlýklarý, ön-arka ve iç-dýþ yan
çaplarý 1/50 mm hassasiyetindeki dijital kumpas
(Mitutoyo, Japan) ile ölçüldü. Kýrýlmanýn meydana
geldiði son yük, maksimum kýrýlma yükü olarak kabul
edilerek hesaplamalar yapýldý.
Biyomekanik Çalýþma:
Sakrifiye edilen ratlardan alýnan ve tüm yumuþak
dokulardan disseke edilerek ve bütünlüðü korunarak
alýnan femurlar biyomekanik inceleme uygulanana
o
kadar 20 derece santigrad'da ( C) saklandý. Deney
öncesi nemli ortamda oda sýcaklýðýna ulaþmasý
o
beklendi ve daha sonra 37 derecelik ( C) isotonik
serum fizyolojik solüsyonu içine alýndýlar. S. Demirel
Maksimum kýrýlma yükü kullanýlarak eðilme dayanýmý
(gerilmesi) (óe) deðerleri [1]eþitliði yardýmý ile
hesaplanmýþtýr.
[1]
s e= Me . c / I
Burada s e maksimum eðilme hasar gerilmesi, Me
maksimum eðilme momenti, c kemiðin enine
kesitinde merkezden en dýþ yüzeye olan eðme
yükünün uygulandýðý doðrultudaki uzaklýk ve I
Orx+T grubunda testosteron replasman tedavisi için
1 ml.'sinde 30 mg testosteron propionat, 60 mg
testosteron fenilpropionat, 60 mg testosteron
izokaproat, 100 mg testosteron dekanoat içeren
Sustanon 250 (Organon, Holllanda) enjeksiyonu 4
mg/kg dozundan hesaplanarak osteotomi sonrasý
beþinci günde yapýldý.
Kýrýk oluþturulmasýndan dört ve sekiz hafta sonra, her
gruptan altýþar rat sakrifiye edildi ve femur örnekleri
alýndý. Sekizinci haftada sakrifiye edilen ratlara
beþinci gün ve enjeksiyonun dördüncü haftasýnda
tekrar testosteron enjeksiyonu yapýldý.
Tablo 1
Orx
Orx+T
Kontrol
MKY4 (N)
19.0 ±4.0 (12-23)
23.2±4.5 (17-29)
38.7±3.9 (33-44)
ED4 (MPa)
17.2±8.3 (6.8-31.6)
30.5±9.9 (18.6-46.4)
45.2±13.4 (27.8-60.5)
MKY8 (N)
31.8±4.2 (27-38)
38.8±5.6 (31-46)
71.5±4.7 (63-77)
ED8 (MPa)
23.6±8.6 (10.7-36.2)
52.8±21.0 (22.1-72.8)
133.9±6.3 (126.8-142.1)
Kýsaltmalar: MKY4: Dördüncü haftada saptanan Maksimum Kýrýlma Yükü, ED4: Dördüncü haftada hesaplanan Eðilme
Dayanýmý, MKY8: Sekizinci haftada saptanan Maksimum Kýrýlma Yükü, ED8: Sekizinci haftada hesaplanan Eðilme
Dayanýmý, N: Newton, MPa: MegaPaskal
Tablo 2
Kontrol-Orx
Kontrol-Orx+T
Orx-Orx+T
MKY4 (N)
,004
,004
,126
ED4 (MPa))
,010
.055*
,037
MKY8 (N)
,004
,004
,037
ED8 (MPa)
,004
,004
,025
* Anlamlý Deðil
Kýsaltmalar: MKY4: Dördüncü haftada saptanan Maksimum Kýrýlma Yükü, ED4: Dördüncü haftada hesaplanan Eðilme
Dayanýmý, MKY8: Sekizinci haftada saptanan Maksimum Kýrýlma Yükü, ED8: Sekizinci haftada hesaplanan Eðilme
Dayanýmý, N: Newton, MPa: MegaPaskal
HACETTEPE ORTOPEDÝ DERGÝSÝ 11 6 2 6 2001
72
Ýstatistiksel Yöntem:
Ýki örnek ortalamalarýnýn arasýnda istatistiksel açýdan
anlamlý farklar olup olmadýðý Mann-Whitney U testi ile
analiz edilmiþ ve p deðerinin 0.05 den küçük olmasý
anlamlý istatistiksel farklýlýk olarak deðerlendirilmiþtir,
hesaplamalar için Kiþisel Bilgisayarda S.P.S.S.
(Statistical Package for Social Sciences) programý
10.0 versiyonu kullanýlmýþtýr.
BULGULAR
Toplam 36 rat femuruna uygulanan ÜNE testinin veri
ve sonuçlarý Tablo 1'de verilmiþtir. Veriler Ortalama ±
SS ile minimum ve maksimum deðerler olarak
düzenlenmiþtir. Elde edilen verilerin gruplar arasýnda
dört ve sekizinci haftalardaki mekanik özelliklerinin
istatistiksel karþýlaþtýrmalarýnýn bulgularý ise Tablo
2'de verilmektedir. Gruplar arasýnda hem dört hem de
sekizinci haftalarda tüm hesaplamalarda anlamlý
farklýlýk -dördüncü haftada testosteron replasmaný
alan grubun kontrol grubuna yakýn mekanik özellikleri
saðlamasý dýþýnda- saptanmýþtýr. Dördüncü haftada
orx+T grubunda Eðilme dayanýmý ortalamasý
30.5±9.9 MPa iken kontrol grubunda ortalama
45.2±13.4 MPa olarak saptanmýþtýr, gruplar arasýnda
istatistiksel anlamlý farklýlýk olmayan tek sonuç budur
(p>0.05). Elde edilen verilerin her üç grupta dört ve
sekizinci haftalardaki verilerinin görsel ifadesi Þekil 1
ve Þekil 2'de verilmektedir.
Bu çalýþmada anabolik özellikleri nedeniyle kemik
kütlesini arttýrdýðý bilinen testosteronun yetiþkin
ratlarda uzun kemiklerde oluþturulan kýrýk modelinde
kýrýk kaynamasýna etkileri, kemiðin mekanik
özelliklerinin belirlenmesiyle dört ve sekizinci haftalar
olmak üzere iki ayrý dönemde incelenmiþtir.
Testosteronun kemik metabolizmasýna etkileri uzun
yýllardan beri deðiþik örneklerle bilinmektedir.
Örneðin; prostat kanserli hastalarda uygulanan
terapötik orþiektomi sonrasý ciddi osteoporoz
görüldüðü bildirilmiþtir (2,6). Orþiektominin kemikte
transforming growth factor b
(TGF
b ) düzeylerini
düþürdüðü ve bu düþüþün testosteron replasmaný ile
düzeldiði saptanmýþtýr. TGF-b 'nýn iskelet sisteminde
kemik yapýmýnýn uyarýlmasý, kemik rezorbsiyonunun
inhibisyonu etkileri vardýr. Gill ve ark. androjen
yetersizliði sonucunda görülen kemik kaybýnýn
patogenezinde TGF-b 'nýn konsantrasyonlarýndaki
azalmanýn olabileceðini öne sürmüþlerdir (4).
Testosteron yetersizliðinin ratlarda tibia kansellöz
kemik kaybýna neden olduðu ve kaybýn testosteron
replasmanýyla önlenebildiði
daha önceki
çalýþmalarda gösterilmiþtir (11). Androjen eksikliðinin
kemik kaybýna neden olmasý bilinmekle birlikte,
mekanizma kesinleþtirilememiþtir (5). Mekanizmanýn
osteoblastlar üzerinden olduðu Weinstein ve ark.
tarafýndan ileri sürülmüþtür (12).
Eðilme Dayanýmý
160
140
120
100
4. Hafta
80
8. Hafta
60
40
20
0
Maksimum Kýrýlma Yükü
Orx
80
Orx+T
Kontrol
Þekil 2. Dört ve sekizinci haftalarda gruplarýn Eðilme
Dayanýmý deðerleri
70
60
Yük (N)
TARTIÞMA
Gerilim (MPa)
kemiðin enine kesitinin alan atalet (eylemsizlik)
momentidir. Alan atalet momenti deðerlerinin
hesabýnda [2] eþitliði kullanýlmýþtýr. Femurlarýn enine
kesitinin elips þeklinde olduðu kabul edilerek
hesaplamalar yapýlmýþtýr.
3
3
I= (p /64) [ab -(a-2t) (b-2t) ] [2]
Bu denklemde a kemiðin enine kesitinde iç-dýþ yan
eksen büyüklüðünü, b ön-arka eksen büyüklüðünü
simgelemektedir. t ortalama korteks kalýnlýðýný ifade
eder. a ve b deðerleri yük uygulanan kemiðin orta
kýsmýndan ölçülmüþtür.
50
4. Hafta
40
8. Hafta
30
20
10
0
Orx
Orx+T
Kontrol
Þekil 1. Dört ve sekizinci haftalarda gruplarýn Maksimum
Kýrýlma Yükü deðerleri
Testosteron tedavisinde önemli noktalardan birisi de
deðiþik preparatlarda anabolik-androjenik etki
oranlarýnýn farklý olmasýdýr. Frankle ve Borrelli'nin
anabolik-androjenik oranlarýnýn farklý preparatlarla
yaptýklarý kýrýk iyileþmesi araþtýrmasýnda 2., 4. ve 6.
haftalarda yapýlan biyomekanik çalýþmalarda
anabolik-androjenik oranlarý farklý gruplar arasýnda
istatistiksel olarak anlamlý bir fark saptanmadýðý gibi
ayný zamanda testosteron tedavisi almayan kontrol
grubunda da biyomekanik testlerde farklýlýk
saptanmadýðý bildirilmiþtir. Tek anlamlý fark, kýrýk
oluþumunun ilk haftalarýnda düþük androjenik
aktiviteli ajanlarýn kýrýk bölgesinde kalsiyum
HACETTEPE ORTOPEDÝ DERGÝSÝ 11 6 2 6 2001
73
yoðunluðunu yüksek androjenik aktiviteli ajanlara
göre daha az arttýrdýðý, bununla birlikte ilerleyen
haftalarda bu farkýn saptanmamasýdýr. Yine de
yazarlar kalsiyum yoðunluklarýndaki artýþý dikkate
alarak düþük androjenik aktiviteli
ajanlarýn,
virilizasyon yan etkilerinden korunarak klinik olarak
yararlý olabileceði sonucunu bildirmiþlerdir (3).
Prakasam ve ark. ise orþiektomize yaþlý ratlarda
testosteron ve büyüme hormonunun kortikal kemik ve
kemik mineral yoðunluðu üzerine etkilerini
araþtýrdýklarý çalýþmalarýnda, ileri yaþlardaki
hipogonadik erkeklerde her iki ilacýn da osteoporoz
tedavisinde yerinin olabileceði kanaatine varmýþlardýr
(7).
Bu çalýþmada, orþiektomi ve sonucu olarak androjen
eksikliði ratlarda oluþturulan femur kýrýðý modelinde,
kýrýk iyileþmesini önemli derecede olumsuz
etkilemiþtir. Testosteron replasmaný ile bu etkinin bir
miktar düzeltilebildiði görülmüþtür. Dördüncü haftada
yapýlan deneylerde, testosteron tedavisi almýþ
ratlarýn kontrol grubu ile arasýnda Eðilme Dayanýmý
ortalamalarý arasýnda anlamlý istatistiksel fark
saptanmamasýna raðmen, sekizinci haftada yapýlan
testlerde anlamlý farklýlýk vardýr. Bu sonuç, özellikle
kýrýk iyileþmesinin erken dönemlerinde testosteron
replasmanýnýn kemiðin mekanik gücünü
kazanmasýnda olumlu etkilerini kanýtlamaktadýr.
Bununla birlikte testosteron replasmanýnýn sekizinci
haftada yapýlan deneylerde orþiektominin etkilerini
yeterli derecede iyileþtiremediði ve kontrol grubuna
göre anlamlý derecede (p<0.004) daha zayýf bir
kaynama görüldüðü saptanmýþtýr. Tüm bunlara
raðmen, hem dört hem de sekizinci haftada
testosteron replasmaný yapýlmýþ orþiektomili ratlarda
mekanik dayanýmlarýn, replasman almamýþ ratlara
göre daha iyi olduðu unutulmamalýdýr (Eðilme
Dayanýmý için p deðerleri sýrasýyla <0.037 ve <0.025).
SONUÇ
Androjen eksikliði durumunda testosteron
replasmanýn ratlarda kýrýk iyileþmesine olumlu etkileri
belirlenmiþtir. Bununla birlikte, kontrol grubuna göre
kýrýk iyileþmesinin geç dönemlerinde yeterli etkinlik
depo testosteron tedavisi ile saðlanamamýþtýr.
KAYNAKLAR
1. Behre HM, Kliesch S, Leifke E, Link TM,
Nieschlag E. Long-term effect of testosterone therapy
on bone mineral density in hypogonadal men. J Clin
Endocrinol Metab 1997; 82: 2386-90.
2. Daniell HW. Osteoporosis after orchiectomy for
prostate cancer. J Urol 1997; 157: 439-44.
HACETTEPE ORTOPEDÝ DERGÝSÝ 11 6 2 6 2001
74
3. Frankle M, Borrelli J. The effects of testosterone
propionate and methenolone enanthate on the
healing of humeral osrteotomies in the Wistar rat. J
Invest Surg 1990; 3: 93-113.
4. Gill RK, Turner RT, Wronski TJ, Bell NH.
Orchiectomy markedly reduces the concentration of
the three isoforms of transforming growth factor in rat
bone, and reduction is prevented by testosterone.
Endocrinology 1998; 139: 546-50.
5. Gunness M, Orwoll E. Early induction of
alterations in cancellous and cortical bone histology
after orchiectomy in mature rats. J Bone Miner Res
1995; 10: 1735-44.
6. McGrath SA, Diamond T. Osteoporosis as a
complication of orchiectomy in 2 elderly men with
prostatic cancer. J Urol 1995; 154: 535-36.
7. Prakasam G, Yeh JK, Chen MM, Castro-Magana
M, Liang CT, Aloia JF. Effects of growth hormone and
testosterone on cortical bone formation and bone
density in aged orchiectomized rats. Bone 1999; 24:
491-97.
8. Stepán JJ, Lachman M, Zverina J, Pacovsky V,
Baylink DJ. Castrated men exhibit bone loss: effect of
calcitonin treatment on biochemical indices of bone
remodelling. J Clin Endocrinol Metab 1989; 69: 5237.
9. Vanderschueren D, Van Herck E, Suiker AM,
Allewaert K, Visser WJ, Geusens P, Bouillon R. Bone
and mineral metabolism in the adult guinea pig: longterm effects of estrogen and androgen deficiency. J
Bone Miner Res 1992; 7: 1407-15.
10. Verhas M, Schoutens A, L'hermitie-Baleriaux M,
Dourov N, Verschaeren A, Mone M, Heilporn A. The
effect of orchiectomy on bone metabolism in aging
rats. Calcif Tissue Int 1986; 39: 74-7.
11. Wakley GK, Schutte HD Jr, Hannon KS, Turner
RT. Androgen treatment prevents loss of cancellous
bone in the orchiectomized rat. J Bone Miner Res
1991; 6: 325-30.
12. Weinstein RS, Jilka RL, Parfitt M, Manolagas SC.
The effects of androgen deficiency on murine bone
remodelling and bone mineral density are mediated
via cells of the osteoblastic lineage. Endocrinology
1997; 138: 4013-21.
YAZIÞMA ADRESÝ :
Nurettin Heybeli
Posta kutusu: 128, Isparta