The effects of irradiation on bone fracture healing: Can it promote mineralization at low doses?

Abstract

Kırığın geç kaynama ya da kaynamama sorunları hem bireye hem de topluma ciddi bir sorun oluşturmaktadır. Bu deneysel çalışma düşük doz radyasyonun kırık iyileşme ve mineralleşmesini arttırabilme hipotezini araştırmıştır.Kırk Sprague-Dawley genç erkek rat standart açık yöntemle transvers femur kırığı ve K-teli ile intramedüller çivileme uygulandıktan sonra RT (1 Gy radyoterapi) ve C (kontrol, sham radyoterapi) gruplarına ayrıldı. Kırık sonrası üçüncü ve altıncı hafta alt gruplarında (RT3, C3, ve RT6, C6) yüksek çözünürlüklü Kemik Mineral Yoğunluğu (Bone Mineral Density, BMD), kemik sintigrafisi ve mammografi cihazı ile radyolojik incelemeler sonrası histopatoloji için sakrifikasyon uygulandı.İstatistiksel olarak anlamlı sonuçlar, sadece altıncı haftada görüldü; ışınlanan ratlarda kontrole göre BMD indeksinde yükseklik (p=0.006) ve ışınlanmış kemiğin kırık olmayan bölgesinde BMD düşüklüğü (p=0.005) saptandı. Diğer parametrelerde anlamlı fark yoktu. Histopatolojik incelemelerde RT6 grubunda kontroller ile karşılaştırıldığunda lamellar kemik oluşumu organize değildi.Sonuçlar, düşük doz radyasyonun sadece ışınlanmış komşu kemik ile karşılaştırıldığında kırık bölgesinde mineralizasyon artışına neden olabildiğini göstermiştir. Bu durum klinik uygulamalara temel oluşturabilecek yönde değildir. Ancak heterotopik ossifikasyon profilaksisi gibi ilgili uygulamalar dikkate alınınca konunun moleküler açıdan ve 1-5 Gy aralığında incelenmesinde yarar görünmektedir.

Non-union, or delayed union of a bone fracture poses a major burden both to the individual and society. This experimental study investigated the hypothesis that low dose irradiation can enhance fracture healing and mineralization.Standardized transverse femur fractures were created and intramedullary fixed with an open technique to forty young adult, male Sprague-Dawley rats and randomized to RT (irradiation with 1 Gy) and C (controls, sham treatment) groups. At third and sixth week after fracture, high resolution Bone Mineral Density (BMD) analysis, bone scintigraphy and radiographic examination with a mammography device were performed to subgroups (RT3, C3, ve RT6, C6) and rats were sacrificed for histopathological examinations.Statistically significant differences were found at sixth week; as BMD index was found to be higher in RT group (p=0.006) and BMD value was found lower in the non-fractured regions of the irradiated femurs (p=0.005). No statistically significant differences were found between groups for other parameters. Lamellar bone formation was disorganized at group RT6 when compared with controls by histopathological examinations.The results showed increased mineralization at the fracture site only when compared with irradiated non-fractured bone region, which cannot be regarded as a basis for clinical practice. However, when applications like heterotopic ossification prophylaxis are considered, the issue remains to be solved by molecular techniques, specifically for doses between 1 and 5 Gy.