Dondurarak kurutma ile saklanan greftlerin mekanik özellikleri üzerine radyasyonla sterilizasyonun etkileri

Abstract

ÖZET Çalışmamızda dondurularak kurutulan kemik greftlerinin radyasyonla sterilizasyonunda, farklı radyasyon dozlarının kemiğin mekanik özelliğine olan etkisini araştırdık. Deneyimizde en fazla yük taşıma yeteneği olan ve vücudun en kaim kemiği olarak femur seçildi. İnek femurlan alt ve üst diye iki kısma bölündü ve kemik işleme prosedürü uygulandı. Alt ve üst femur parçasından 50 x 10 x 4 mm boyutlarında dört parça kesildi. Bütün parçalar dondurularak kurutulduktan sonra paketlendi. Alt ve üst diye ayrılmış femurlann dört parçasından bir tanesi radyasyonla steril edilmeyerek kontrol grubu olarak değerlendirildi. Geri kalan üç parça sırasıyla 15 kGy, 35 kGy ve 50 kGy'de 60Co gamma kaynağı ile steril edildi. Mekanik test olarak üç noktalı eğme, vickers sertlik ve rockwell sertlik deneyleri yapıldı. Üç noktalı eğme testinde, kemiğe uygulanan kuvvette ve eğilme gerilmesinde, ışınlanmamış kemiğe göre 15 kGy'de ışınlanmış kemikte % 31.1, 35 kGy'de ışınlanmış kemikte % 56.2 ve 50 kGy'de ışınlanan kemikte % 77.4 oranında azalma tespit edilmiştir. Aynı şekilde maksimum sapması değerlerinde de ışınlanmamış kemiğe göre 15 kGy'de ışınlanmış kemiğin maksimum sapmasında % 30.5, 35 kGy'de % 54.9 ve 50 kGy'de %80.4 oranında azalma saptanmıştır. Vickers sertlik testi sonuçlarına göre; sertlik değerlerinde ışınlanmamış kontrol olarak kabul ettiğimiz kemiğe göre 15 kGy'de ışınlanan kemikte % 7.5, 35 kGy'de ışınlanan kemikte % 19.7 ve 50 kGy'de ışınlanan kemikte % 26.2 oranında azalma tespit edilmiştir. Rockwell sertlik testi uygulandığında 15 kGy'de ışınlanmış kemiğin ışınlanmamış kemiğe göre % 29.8 oranında daha kırılgan olduğu bulunmuştur. 35kGy ve 50 kGy'de ise uygulanan yük fazla geldiğinden ölçüm almamadan kemikler kırılmıştır. Hiç ışınlanmamış kemiğin mekanik özelliği fazladır. Düşük doz (15 kGy) ve standart doz (35 kGy) radyasyon uygulandığında değer biraz daha düşer. Fakat yüksek doz (50 kGy) uygulandığında mekanik özellik daha fazla azalır. Radyasyonun kemiğin mineral yapısına olan etkisini görmek için alt ve üst diye ayırdığımız femur parçalarından Ca ve Mg testleri çalışıldı. Uygulanan radyasyon dozu ile ilgili olmayan farklı Ca ve Mg değerleri elde edilmiştir. 67Bunun sebebi olarak kemiğin içinde kan damarlarının bulunması ve homojen bir yapıya sahip olmaması gösterilebilir. Sonuç olarak, radyasyonla sterilizasyon uygulaması kemikte mekanik özellik kaybına neden olmaktadır. Fakat bu yöntem kemiğin sterilizasyonu için en uygun yöntem olarak kabul edilmektedir. Bu bakımdan kemiklerin radyasyon ile sterilizasyonunda, kemiklere mekanik olarak fazla zarar vermeyecek uygun dozun saptanması gereklidir. Çalışmamızda sterilizasyon için yeterli olan ve doku bankalarında standart doz olarak kabul edilen 30 + 5 kGy radyasyon dozu, kemiğin mekanik özelliğini yüksek doza göre daha az etkilediği için uygun sterilizasyon dozu olarak kabul edildi. 68

SUMMARY In our study, we investigated the effects of various radiation doses on mechanical properties of bones for radiation sterilisation of freeze-dried bone grafts. In our experiment, femur was chosen because of its maximum load carrying capacity and the thickest bone of the body. Cow femora were divided into two parts as upper and lower femora and bone treatment procedure was applied to them. The upper and lower femoral parts were cut into four pieces in dimension of 50 x 10 x 4 mm. The pieces were freeze-dried and packed. One of four pieces of upper and lower femora was not sterilised by radiation and evaluated as a control group. Other three pieces were sterilised by a 60Co gamma source at 15 kGy, 35 kGy and 50 kGy respectively. Experiments of three point bending, Vickers hardness and Rockwell hardness were performed as mechanical tests. In three point bending test, the ultimate force and bending strength applied to bones decreased by 31.1 %, 56.2 % and 77.4 % respectively for 15 kGy, 35 kGy and 50 kGy irradiated specimens comparing to unirradiated ones. Similarly, the ultimate displacements were found to be 30.5 %, 54.9 % and 80.4 % respectively less for 15 kGy, 35 kGy and 50 kGy irradiated specimens than unirradiated ones. According to the results of Vickers hardness test, stiflhess values decreased by 7.5 %, 19.7 % and 26.2 % respectively for 15 kGy, 35 kGy and 50 kGy irradiated samples compare to unirradiated ones. When Rockwell hardness test was applied, 15 kGy irradiated bones were found to be 29.8 % more brittle than unirradiated ones. During the tests for 35 kGy and 50 kGy irradiated bones, specimens were broken by the load applied and no measurement could be made. Unirradiated bone has higher mechanical properties. When low dose (15 kGy) and standard dose (35 kGy) of radiation are applied, values decrease a little. But, at higher doses (50 kGy), values for mechanical properties decrease more. In order to see the effect of radiation on mineral structure of bone, Ca and Mg tests were performed on upper and lower femoral pieces. The result obtained showed that the values of Ca and Mg are not proportional with the radiation dose applied. This might be due to blood veins in bones and not having a homogenous structure. 69In conclusion, application of radiation sterilisation causes losses of mechanical properties in bones. However, this method is accepted as the most suitable one for the sterilisation of bones. Therefore, in radiation sterilisation of bone, it is necessary to determine a suitable dose which is not harmful for it. In our study, 30 ± 5 kGy radiation dose, which is sufficient for sterilisation and applied as standard dose in tissue banks, was accepted as a suitable sterilisation dose since mechanical properties of bone is effected less than higher doses. 70