Sıçan femuru kırık modelinde sefaleksinin kemik iyileşmesine olan etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of cephalexin on bone healing in the rat femur fracture model
Yazar: MUHAMMED USLU
Danışman: DOÇ. DR. SERDAR YÜKSEL
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / Bağcılar Eğitim ve Araştırma Hastanesi / Ortopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2021
Konu: Ortopedi ve Travmatoloji = Orthopedics and Traumatology
Dizin: Antibiyotikler = Antibiotics ; Antienfektif ajanlar = Anti infective agents ; Femoral kırıklar = Femoral fractures ; Femur = Femur ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Kırık iyileşmesi = Fracture healing ; Kırıklar-kemik = Fractures-bone ; Sefaleksin = Cephalexin ; Sıçanlar = Rats

Özet:
Amaç: Osteomiyelit gibi kemik enfeksiyonlarında ve ayaktan tedavi uygulanan seymour kırığı gibi açık kırıklarda oral antibiyoterapi uygulanabilmektedir. Oral antibiyoterapinin parenteral tedavi kadar etkin olduğunu gösteren çalışmalar da mevcuttur. Çalışmamızdaki amacımız; kemik ve yumuşak doku dağılımının iyi olduğu gösterilmiş olan ve kemik enfeksiyonlarının profilaksisinde ve tedavisinde sıkça kullanılan 1. Kuşak sefalosporinlerin oral bir formu olan sefaleksinin sıçan femuru kırık modelinde kırık kaynamasına olan etkilerini erken ve geç dönemde histomorfometrik, radyolojik, biyomekanik, immünhistokimyasal ve histopatolojik açıdan incelemektir.
Gereç ve Yöntem: Çalışmamızda 10 haftalık ve ortalama ağırlıkları 380±25gr olan 48 adet wistar cinsi erkek sıçan 2 haftalık kontrol(K2) ve sefaleksin(SEF2) ve 4 haftalık kontrol(K4) ve sefaleksin(SEF4) olmak üzere 4 gruba ayrıldı. Her hayvanın sağ femuruna mikro motor yardımıyla osteotomi yapılarak Kirschner teli ile tespit edildi ve standart kırık modeli oluşturuldu. Cerrahi sonrası K2 ve K4 gruplarına günde iki kez 1cc izotonik, SEF2 ve SEF4 gruplarına günde iki kez 1 cc izotonikte çözülmüş 60mg/kg dozdan sefaleksin oral gavaj ile verildi. K2 ve SEF2 grupları 14.günde, K4 ve SEF4 grupları 28.günde yüksek doz anestezik altında servikal dislokasyon yöntemiyle sakrifiye edilerek sağ femurları bütünlüğü korunarak ampute edildi. Tüm femurlara mikro bilgisayarlı tomografi(mikro bt) ile kallus/kemik hacmi ve kemik mineral yoğunluğu(BMD) ölçümleri yapıldı. K4 ve SEF4 gruplarından rastgele seçilen 6'şar adet örnek biyomekanik incelemeye gönderildi. Diğer tüm örneklere boyamalar yapılarak histopatolojik ve histomorfometrik incelemeler yapıldı. Aynı örneklerde immünhistokimyasal tekniklerle tümör nekrozis faktör-alfa(TNF-alfa), interlökin-6(IL-6), kemik morfojenik protein-4 ve 7(BMP-4, BMP-7), kolajen 1 ve 3(COL-1, COL-3), CD-34+ kök hücre düzeyleri incelendi.
Bulgular: Mikro bt sonuçlarına göre kallus hacmi sefaleksin grubunda 4.haftada 2.haftaya göre istatistiksel olarak anlamlı şekilde artmış olsa da kallus/kemik hacmi oranlarında ve BMD değerlerinde her iki dönemde sefaleksin ve kontrol grupları arasında anlamlı farka rastlanmamıştır. Biyomekanik incelemede sefaleksin grubunda
x
bükülme mukavemeti değerlerinde artış görülse de istatistiksel olarak anlamlı olmadığı görüldü. 2.haftadan 4.haftaya iyileşme skorlarının arttığı inflamasyon skorlarının ise azaldığı görüldü fakat istatistiksel olarak kontrol ve sefaleksin gruplarında anlamlı fark saptanmadı. Histomorfometri sonuçlarında da radyolojik bulguları destekler şekilde her iki dönemde her iki grup arasında anlamlı farklılık saptanmadı. İmmünhistokimyasal değerlendirmede CD34+ hücre popülasyonunda 2.haftada SEF2 grubunda K2 grubuna kıyasla anlamlı artış olduğu görüldü. COL-III düzeyinde ise kontrol grubunda anlamlı şekilde artış olurken sefaleksin grubunda bu artışın olmadığı görüldü.
Sonuç: Çalışmamızdaki hipotezimiz 1. kuşak oral sefalosporin olan sefaleksinin kırık iyileşme sürecinde olumsuz bir etkisinin olmayacağı yönündeydi. Oluşturduğumuz kırık iyileşme modelinde sefaleksinin radyolojik, histopatolojik, histomorfometrik ve biyomekanik olarak bazı olumlu etkileri olsa da istatistiksel olarak anlamlı pozitif veya negatif etkisinin olmadığı sonucuna vardık. İmmünhistokimyasal olarak ise CD34+ hücre kitlesini kırığın erken döneminde anlamlı şekilde artırırken kırığın geç döneminde COL-III düzeyinin artışını engelleyerek istatistiksel olarak anlamlı bir pozitif etkisinin olduğunu gösterdik. İnsanlarda da çalışmamızdakine benzer sonuçlar alınırsa; sağlık sistemine ciddi yük oluşturarak hastalarda ciddi morbiditeye sebep olan ortopedik enfeksiyonların tedavisinde ve ayaktan tedavi edilebilecek kırık olgularında sefaleksinin güvenle kullanılabilecek bir alternatif olduğunu ve antibiyotik kombinasyonlarında değerlendirilmesi gerektiğini düşünmekteyiz. Çalışmamızın ileride yapılabilecek antibiyotik kombinasyonu etkinlik araştırmaları için cesaret vermesini umuyoruz.

Abstract:
Aim: Oral antibiotherapy can be used in bone infections such as osteomyelitis and open fractures such as outpatient simple seymour fractures. There is an increasing number of studies showing that oral antibiotherapy is as effective as parenteral therapy. Our aim in our work; To investigate early and late histomorphometric, radiological, biomechanical, immunhistochemical and histopathological aspects of cephalexin, an oral form of first generation cephalosporins, which have been shown to have good bone and soft tissue distribution and are frequently used in the prophylaxis and treatment of bone infections in the rat femur fracture model.
Material and Methods: In our study, 48 male wistar rats were divided into 4 groups as 2-week control (K2) and cephalexin (SEF2) and 4-week control (K4) and cephalexin (SEF4). The right femur of each animal was osteotomy performed with the help of a micro-motor, fixed with a Kirschner wire, and a standard fracture model was created. While 1cc isotonic was given to the K2 and K4 groups twice a day after surgery, cephalexin at a dose of 60mg / kg dissolved in 1 cc isotonic twice a day was administered by oral gavage to the SEF2 and SEF4 groups. The K2 and SEF2 groups were sacrificed on the 14th day and the K4 and SEF4 groups on the 28th day, and their right femurs were amputated by preserving their integrity. Callus / bone volume and bone mineral density (BMD) measurements were performed on all femurs by microcomputered tomography (micro BT). 6 randomly selected samples from the K4 and SEF4 groups were sent for biomechanical analysis. Histopathological and histomorphometric examinations were performed by staining on all other specimens. In the same samples, using immunohistochemical techniques, tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha), interleukin-6 (IL-6), bone morphogenic protein-4 and 7 (BMP-4, BMP-7), collagen 1 and 3 (COL-1, COL-3), CD-34 + stem cell levels were examined.
Results: According to the micro BT results, although the callus volume in the cephalexin group increased in the 4th week compared to the 2nd week, there was no significant difference between the cephalexin and control groups in the callus / bone volume ratios and BMD values in both periods. Biomechanical analysis showed an increase in bending strength values in the cephalexin group, but it was not found to be
xii
statistically significant. It was observed that the healing scores increased from the 2nd week to the 4th week and the inflammation scores decreased, but there was no statistically significant difference in the control and cephalexin groups. In histomorphometry results, supporting the radiological findings, there was no significant difference between the two groups in both periods. In the immunohistochemical evaluation, a significant increase was observed in the CD34 + cell population at week 2 in the SEF2 group compared to the K2 group. While there was a significant increase in the level of COL-III in the control group, this increase was not observed in the cephalexin group.
Conclusion: Our hypothesis in our study was that cephalexin, a 1st generation oral cephalosporin, would not have a negative effect on the fracture healing process. Although cephalexin has some positive effects in terms of radiological, histopathological, histomorphometric and biomechanics in the fracture healing model we created, we concluded that it did not have a statistically significant positive or negative effect. Immunohistochemically, we demonstrated a statistically significant positive effect by significantly increasing the CD34 + cell mass in the early period of the fracture and preventing the increase in COL-III level in the late period of the fracture. If similar results are obtained in humans as in our study, we think that cephalexin is an alternative that can be used safely in the treatment of orthopedic infections that cause serious morbidity in the health system for a long time and in outpatient fractures and should be evaluated in antibiotic combinations. We hope our study will encourage future antibiotic combination efficacy research.