Effect of timing of alendronate treatment on spinal fusion in ovariectomized rats

Abstract

Yaşlı ve osteoporotik hastalar değişik omurga rahatsızları nedeniyle sıklıkla spinal artrodez cerrahisine maruz kalabilmektedirler. Osteoporoz nedeniyle antirezortif ilaç kullanan ya da kullanacak olan hastalarda, füzyon oluşumuyla ilgili sorunlar çıkabileceği eskiden beri ortaya atılmaktadır ve bununla ilgili hayvan çalışmaları yapılmaktadır. Cerrahi sonrası alendronate tedavisi uygulanan hayvanlarda füzyon oluşumuna ait farklı çalışmalar vardır. Ancak alendronate tedavisi uygulanan postmenapozal osteoporoz modeli oluşturulmuş hayvanlarda bu ilacın cerrahi öncesi kesilmesinin füzyon oranını ne şekilde etkilediğine dair yeterli yayın yoktur. Çalışmamızda, ovx ratlarda cerrahi öncesi alendronate tedavisinin kesilmesinin füzyon oluşumu üzerine etkileri incelenmiştir. Bu amaçla 50 adet Wistar cinsi rata Ovx yapılmış ve 9 hafta sonunda ratlar III gruba ayrılarak, I. ve II. gruba iliak kanattan alınan otogreft ile L4-L5 arası spinal füzyon uygulanmıştır. Füzyon ameliyatından hemen ratların dorsal bölgelerinden I. gruba plesebo amaçlı serum fizyolojik ve II. gruba alendronat enjeksiyon şeklinde verilmiştir. III. gruba ise Ovx' den 9 hafta sonra 6 hafta süreyle haftalık subkutan alendronat tedavisi verilmiş ve 1 haftalık beklemeyi takiben 7. hafta sonunda L4-L5 arası spinal füzyon uygulanmıştır. Bütün gruplar spinal füzyon sonrası 6. haftada sakrifiye edilerek füzyon dokuları elle manüplasyon, mekanik testler ve histolojik olarak değerlendirilmiştir. 6. hafta sonunda sakrifiye edilen bütün füzyon dokularının elle değerlendirmesinde füzyon oranları grup I (kontrol) de %50 (7/14), grup II de %17,6 (3/17) ve grup III' te ise %55,5 (%5/9) olarak bulunmuştur ancak bu istatistiksel olarak anlamlı değildir (p>0.05).Füzyon dokularının mekanik değerlendirmesinde sonuçlarının median değerleri ise; grup I'de 498±20.7, grup II'de 481±23,7 ve grup III'de 480.4±26,2 (MPa)'dır ve istatistiksel olarak arada anlamlı bir fark yoktur (p>0.05). Çalışmayı tamamlayan ratların tamamına sakrifiye edildikten sonra ön-arka planda çekilen direkt grafiler değerlendirildi. Oluşan füzyon kitlesi, L4-L5 arası mesafedeki optik dansite göz önüne alınarak iki kör gözlemci tarafından değerlendirildi. Füzyon oranları grup I'de %71 (10/14), grup II'de %41 (7/17) ve grup III'de %89 (8/9) olarak bulunmuş ve gruplar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark olmadığı görülmüştür.Histolojik değerlendirmede, Grup I'de uygulanan kemik fragmanları arasında çok az kıkırdak ve endkondral kemik oluşumu gözlendi. Grup III' te daha fazla olmak üzere grup II ve III'te hyalin kıkırdak içeren bölgeler daha yoğun izlendi ve bu da endkondral ossifikasyonda bir gecikme olarak yorumlandı. Bu durum alendronatın kemiğin yeniden şekillenme sürecini yavaşlattığının bir göstergesi olabilir.Sonuç olarak, alendronatın füzyon cerrahisi öncesi kesilmesinin füzyon dokusu üzerinde istatistiksel olarak anlamlı bir inhibisyon etkisi yoktur. Histolojik değerlendirmede ise alendronate alan gruplarda enkondral ossifikasyonda gecikme ve ortaya çıktığı gözlenmiştir. Anahtar sözcükler: Spinal füzyon, kemik greft dokusu, biyomekanik test, Ovx rat modeli, Alendronate.

Spinal arthrodesis surgery, which is the most common application of bone graft, is performed in the elderly. Even if effects of anti-resorptive drugs on bone graft healing is precisely unknown, these drugs can be started in osteoporotic patients pre and post-operatively to decrease bone fragility. We studied the effect of bisphosphonates (alendronate) on bone graft healing in an ovariectomized (overectomy) rat spinal arthrodesis model.The female Wistar rats (n=50) were ovariectomized according to the standart procedure. They were randomized into three groups after ovariectomy surgery at 9 weeks: group I; spinal arthrodesis + saline, Group II; spinal arthrodesis + alendronate 1 µgr /kg / week (postopratively), and group III; alendronate 1 µgr /kg / week (preoperatively) for 6 weeks+ spinal arthrodesis. The animals were sacrified at 6 weeks after fusion surgery and their vertebraes were evaluated by manual palpation, histomorphometry, x-ray and mechanical testing.Fusion rates by manual palpation were obtained 50%, 17% and 55% in group I, II and III respectively. There were also no statistically differences on mechanical test results. In conclusion, application time of the alendronate did not statistically affect the lumbar spinal fusion rates in this Ovx rat model study. All of the samples determined fused by manual palpation was evaluated by a non-destructive, three-point bending test using a biomechanical testing machine. The results of the three-point bending test in each of the experimental groups were no significantly greater than the corresponding values in all groups.Histologic evaluation; the cartilage matrix was gradually replaced by bone through endochondral ossification and integrated with the newly formed bone extending from the transverse processes at 6 weeks after surgery. Endochondral cartilage matrix was delayed in the Aln-treated animals.As a result; in the ovariectomized rats, alendronate has no statistically significant affect on spinal fusion outcome by manual palpation, biomechanical testing and radiological assesment. The histologic evaluation of Aln-treated animals was revealed delayed endochondral cartilage matrix compared to the control group. Application time of the alendronate did not statistically affect the lumbar spinal fusion rates in this Ovx rat model study.Key words: Spinal fusion, bone graft substitute, biomechanical tests, animal model, rat, Alendronate.