بررسی تاثیر تابش تقطیعی پرتو گاما در حضور تنظیف کننده رادیکال آزاد بر ریز ساختار و رفتار شکست بخش کورتیکال استخوان فمور انسان

مقدمه: استرلیزاسیون آلوگرافت های استخوانی از طریق سطوح بالای دز تابش گاما (?35 kgy)، به عنوان روش استاندارد برای ایجاد ایمنی در برابر انتقال بیماری از دهنده پیوند به گیرنده آن به کار برده می شود. اما، گزارش شده است که تابش یونیزان استرلیزاسیون منجر به افت پارامترهای بیومکانیکی آلوگرافت ها و شکست ثانویه این محصولات پس از پیوند در بدن بیمار می شود. اخیرا"، به منظور کاهش آسیب های ناشی از تابش، روش های تیمار نمونه های استخوانی با تنظیف کننده های رادیکال آزاد و نیز تقطیع دز تابشی بیم الکترونی مورد استفاده قرار گرفته است. به دلیل فقدان مطالعاتی که به بررسی تغییرات ریزساختار استخوان کورتیکال در اثر تابش استرلیزاسیون پرداخته اند، این مطالعه به بررسی تاثیر تابش تقطیعی پرتو گاما در حضور تنظیف کننده رادیکال آزاد ان-استیل-ال-سیستئین (nac) بر ریز ساختار و رفتار شکست بخش کورتیکال استخوان فمور انسان پرداخته است. مواد و روش ها: ابتدا با استفاده از آزمون ریزسختی، اثر پرتو گاما در دزهای استرلیزاسیون 35 و 70 کیلوگری، بر ریزساختار بخش کورتیکال استخوان فمور گاو مورد مطالعه قرار گرفت. سپس، چگونگی حفاظت پرتوی تنظیف کننده رادیکال آزاد nac در بهبود پارامتر سختی بررسی شد. برای استخراج رابطه بین غلظت nac و دز تابش استرلیزاسیون، از آزمون فشار بر روی نمونه های تابش دیده در دزهای 18، 36 و 70 کیلوگری در حضور 9 غلظت متفاوت از nac استفاده شد. سپس، با استفاده از آزمون کشش in situ ویژگی های کششی بخش کورتیکال استخوان فمور انسان، از 0 تا 36 کیلوگری بررسی شده و اثر تیمار با غلظت های مشخص nac درگروه های تابش دیده با دزهای 36-9 کیلوگری مطالعه شد. همچنین، اثربخشی استفاده از دزهای تقطیعی پرتو گاما با تعداد فراکشن های افزایشی و نیز حالت تیمار ترکیبی دو گانه (تقطیع و تیمار با nac)، برای تخفیف آسیب-های ناشی از تابش در نمونه های کششی بررسی شد. در نهایت، برای تایید نتایج حاصل از آزمون های بیومکانیکی، از فراکتوگرافی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) استفاده شد. به این صورت که تصاویر sem به صورت کیفی و کمی از لحاظ وضعیت (ریز) ترک نسبت به ریزساختار، چگالی سطحی (ریز) ترک، چگالی سطحی طول (ریز) ترک، طول میانگین (ریز) ترک و نیز نحوه شکست ریزساختار بررسی شدند. نتایج: نتایج حاصل از آزمون ریزسختی، افزایش معنی داری(p<0/05) را در مقدار سختی ریزساختار ترکیبی طولی، لاملای بینابینی و نیز استیون ها پس از تابش نشان داد. تیمار نمونه ها با غلظت های50 و 100 میلی مولار nac منجر به کاهش این پارامتر در نمونه های تابش دیده گردید. همچنین، نتایج حاصل از آزمون فشار نمونه های تابش دیده در دزهای مختلف و در حضور غلظت های مختلفnac ، یک رابطه وابسته به غلظت را در بهبود ویژگی های فشاری نشان داد که این وابستگی به نوبه خود به مقدار دز تابشی وابسته بود. علاوه بر این، تابش دهی نمونه ها با استفاده از رژیم تابش تقطیعی منجر به تخفیف معنی داری در افت پارامترهای کششی نمونه ها در آزمون کشش in situ شد. این اثر با افزایش تعداد فراکشن ها از 2 به 8 فراکشن، الگوی افزایشی را نشان داد. نتایج حاصل از بررسی های کیفی و کمی تصاویر میکروسکوپ الکترونی گروه های مورد مطالعه نشان داد که تابش یونیزان با تضعیف مکانیسم های چقرمگی ریزساختار نمونه های تابش دیده با دز یک باره باعث ایجاد ترک خوردگی های ثانویه می شود. با وجود این، در گروه های تیمار شده با nac، نمونه های تابش دیده با دز تقطیعی و تیمار ترکیبی، ریزساختار دارای رفتار شکست متفاوت بود. همچنین، (ریز)ترک های ثانویه در آن ها به طور قابل ملاحظه ای کاهش پیدا کرد. بحث و نتیجه گیری: نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که تیمار استخوان کورتیکال تابش دیده با ترکیب هر دو روش دارای بیشترین کارایی در بهبود پارامترهای بیومکانیکی نسبت به دو روش دیگر تیمار می باشد. این روش منجر به 21/18%، 26/88% و 17/168% افزایش، به ترتیب، در پارامترهای تنش و کرنش نهایی و انرژی پلاستیک نمونه های تابش دیده با دز یکباره 36 کیلوگری شد. از سوی دیگر، نمونه های تابش دیده تحت دز تقطیعی و نیز نمونه های تیمار شده با nac، به ترتیب (%8/38,%16/99)، (%33/1,%40/74) و (%58/91,%77/53) افزایش را در این پارامترها نشان دادند. یافته های این مطالعه در حفظ تمامیت بیومکانیکی آلوگرافت های استخوانی استرلیزه شده با تابش گاما در سطح میکرو و ماکروساختار استخوان فمور می تواند نقش موثری داشته باشد. از سوی دیگر، اگر چه مواد تنظیف کننده رادیکال آزاد برای حفاظت در برابر تابش مورد استفاده قرار می گیرند، این مواد ممکن است کیفیت استرلیزاسیون را از طریق حفاظت پرتوی پاتوژن ها کاهش دهند. بنابراین، تعیین و انتخاب مواد تنظیف کننده ای که ضمن نفوذ موثر در ساختار استخوان، در عین حال حفاظت از پاتوژن ها را به حداقل برسانند پیشنهاد می گردد.