Beşinci metakarpal kırıklarının tedavisi için yeni bir yaklaşım geliştirilmesi

Üst ekstremite fonksiyonlarının yerine getirilmesinde kilit rol oynayan eller, gelişmiş fonksiyonlarını merkezi sinir sistemi ve kas sistemi ile koordineli olarak gerçekleştirir. Elin arkasında, avuç içi boyunca parmak tabanlarına kadar uzanan 5 adet metakarpal kemik bulunur. Metakarpal kemikler birden beşe kadar rakamlarla ifade edilir. Birinci metakarpal başparmak metakarpı olmak üzere serçe parmak metakarpı beşinci metakarpaldır. Metakarpal kemikler elin yapısını oluşturan en uzun kemiklerdir. Metakarp kırıkları tüm üst ekstremite kırıklarının %40'ını oluşturur. Bu kırıklar içerisinde en sık rastlanılanı ise %10'luk dilimle 5. metakarp boyun kırıklarıdır. Metakarp kemik kırıklarının sınıflandırılması uzun kemik kırıkları sınıflandırılmasına benzerlik gösterir. Metakarp kırıkları genellikle kapalı kırıklardır ve kapalı redüksiyonla tedavi edilebilmektedirler. Metakarp kemik kırıkları kırığın anatomik yerine göre baş, boyun, shaft ve taban kırıkları olarak sınıflandırılabilir. Metakarp kırıkları arasında en sık rastlanılan kırık türü boyun kırıklarıdır. Birinci metakarpal kemik eklem stabilitesinin daha az olması sebebiyle daha fazla hareket kabiliyetine sahiptir ve birinci metakarp kırıkların tedavisi genellikle açık redüksiyon gerektirir. Birinci ve beşinci metakarpal dışndaki metakarplar yanlarındaki metakarplarla eklem oluşturmalarından dolayı çift taraflı stabildir. Beşinci metakarpal kemikler, birinci metakarplar gibi elin kenar kısmında yer almasından ve dördüncü metakarp ile tek taraftan sabitlenmesinden dolayı kırılma ihtimali daha yüksek metakarplardır. Elin kapalı yumruk şeklinde sert bir yere çarpması sonucu kuvvet metakarp başından metakarp boynuna aktarılır ve kırılma genellikle boyunda veya shaftta (gövdede) gerçekleşir. Kırığın gerçekleşme şeklinden dolayı 4. ve 5. metakarp boyun kırıkları genellikle "Boksör kırığı" olarak adlandırılmaktadır. Metakarpal kemik kırıklarının gerçekleşmesinin ardından ağrı, şişlik, morarma, eli hareket ettirmede ve kullanmada zorlanma gibi şikayetlerle acile başvuran hastalarda doğru teşhisin konulabilmesi için klinik ve radyolojik muayenelerin yapılması gereklidir. Yapılan muayenelerin ardından tedavi süreci planlanmaktadır. Kırığın doğru şekilde kaynaması için kırık kemik parçalarının eski konumuna yakın şekilde hizalanması ve bu hizanın kaynama sürecince korunması gereklidir. Ayrıca seçilen tedavi yönteminin bölgedeki diğer yapılara zarar vermemesi gerekmektedir. Tedavinin amacı kabul edilebilir kemik dizilimi, kaynaşmış kemik yapısı ve el fonksiyonlarının optimal düzeyde geri kazanımıdır. Kemik kırıldıktan sonra kendini yenileyebilecek yeteneğe sahiptir. Kırık iyileşmesi iç içe geçmiş 3 evreden oluşur. Bu evreler; inflamasyon(yangı) evresi, onarım(reperasyon) evresi ve yeniden şekillenme (remodeling) evresidir. Evreler arasında en kısa süren inflamasyon evresi iken en uzun süren evre yeniden şekillenme evresidir. Kırık kemik parçaları arasındaki mesafe istenilen yakınlıktaysa ve gerekli biyolojik ve biyomekanik şartlar sağlanmışsa, kırık hattında öncelikle bir hematom oluşumu görülür. Bölgedeki hematomun olgunlaşmasıyla kolajen bir matriks ve xxiv damarlanma oluşur. Farklılaşma yeteneğine sahip mezenkimal kök hücreler bölgeye gelerek kondrositlere dönüşür ve kıkırdak yapıda bir onarım dokusu oluşturur. Süreç yeterli mekanik özelliklere sahip olmayan kıkırdak yapıdaki kallusun kemik dokuya dönüşmesi ile sonlanır. Kemik iyileşmesinin doğru şekilde gerçekleşebilmesi için tedavi süreci gözlemlenmelidir. Kırık, oluşum şekline ve anatomik yerine bağlı olarak kapalı veya açık şekilde redükte edilebilir. Malrotasyonun görülmediği, minimal düzeyde yer değiştirmenin saptandığı basit kırıklarda tercih edilen tedavi yöntemi alçı, atel ve splintlemedir. Kapalı redüksiyon ile kırık kemik parçaları olması gerektiği pozisyona alınır ve kırık kemiklerin kaynaşması için bu pozisyonda sabit kalması sağlanır. Hastanın yaşına, cinsiyetine ve diğer fizyolojik özelliklerine bağlı olmakla birlikte genel olarak 3-6 hafta sonunda kemik iyileşmesi görülmektedir. Bu süreç istenmeyen durumlarla karşılaşmamak için radyolojik muayenelerle takip edilmeli, gerekirse cerrahi olarak müdahale edilmelidir. Açık kırık söz konusuysa kırığın durumundan ve açık yaranın enfekte olma riskinden ötürü genellikle ameliyat gereklidir. Kemiklerin hizalanması ve yeterli redüksiyonun sağlanması için operatif yöntemler gerektiren kırıklar genellikle çoklu, parçalı, malrotasyona sahip, kapalı olarak redükte edilemeyen veya yer değiştirmenin gözlendiği kırıklardır. Dahili fiksasyon adı verilen yöntemle kemiğe iyileşebileceği pozisyonda kalması için çeşitli yöntemlerle metal parçalar yerleştirilir. Bu yöntemler; Kirschner teli (K teli) ile tespit tekniği, intraosseöz tel, interfragmanter vida, plak ve vidalar, intramedüller tespit ve eksternal fiksatör olarak sınıflandırılabilir. Yapılan literatür çalışmalarında kallus üretiminin gerçekleştiği kırık iyileşmesinin erken onarım safhasında, mekanik ortamın hedeflenen şekilde ayarlanmasının ve kemiğe harici olarak belli aralıklarla uygulanan eksenel yüklemenin iyileşme tepkisini arttırdığı, kaynama sürecini hızlandırdığı ve iyileşme komplikasyonlarını azalttığı sonucuna varılan çalışmalar görülmüştür. Çalışma, açık redüksiyon gerektirmeyen beşinci metakarp kırıklarının tedavisi için 3 nokta fiksasyonunu temel alan bir splint tasarımını içermektedir. 3 nokta fiksasyonu metodu, iki parçayı katı bir şekilde birleştirmek için yapılan statik bir metotdur. Bu yöntemde, iki baskı noktası rotasyon ekseni üzerinden uygulanırken, üçüncü baskı bu iki noktaya uygulanan baskı kuvvetini dengeleyecek şekilde rotasyon ekseni altından zıt yönde uygulanmaktadır. Amaç iki parçayı kaymalara müsaade etmeden denge şartına sahip üç tane kuvvetle bir arada tutmaktır. Baskı uygulanacak noktalar ve uygulanacak baskı kuvveti doğru seçilmelidir. Literatürde insan dokularına zarar verecek basınç kuvvetinin 25 MPa ve üzerindeki kuvvetler olduğu tanımlanmaktadır. Bu doğrultuda, beşinci metakarpal kemik kırıklarını sabitleyecek ve kemik iyileşmesine katkıda bulunacak uygun büyüklükteki kuvvetlerin uygulanmasına imkân tanıyacak 3D bir splint tasarımı CAD modelleme metodu ile gerçekleştirildi. Gerekli büyüklükteki kuvveti uygulayabilmek için, istenilen boyutta ve sertlikte üretilebilmesi avantajlarından ötürü yay kullanımına karar verilmiştir. Vidalara entegre şekilde kullanılması yayların istenilen baskıyı uygulayacak şekilde sıkıştırılmasını ve planlanan noktada sabit kalmasını sağlayacaktır. Tasarlanan splint modelinde kırık bölgesine yaylar aracılığıyla kuvvet uygulanabilmesi için elin iç ve dış kısmında ele temas edecek şekilde kanallar oluşturulmuştur. Modellemesi tamamlanan splint, termoplastik esaslı ve biyouyumlu bir flament olan PLA ile FDM tipi bir 3D yazıcı kullanılarak üretilmiştir. Uygulanacak kuvvetlerin test edilebilmesi için CAD modelleme yöntemi ile kalibrasyon mekanizması (ölçüm sistemi) tasarlanmıştır. Kalibrasyonmekanizmasında, uygulanan kuvvetlerin kuvvet sensörü ile ölçülebilmesi için mevcut splint tasarımını destekleyecek bir yapı eklenmiştir. Kalibrayon mekanizmasının üretimi 3D yazıcı kullanılarak yapılmıştır. Kalibrasyon testi ise, vida ve yay ile oluşturulan baskı kuvvetinin hassas bir sensör yardımıyla tespit edilmesini sağlamaktadır. Bu sistemde Arduino kiti sayesinde LCD ekran üzerinde sensörden elde edilen kuvvet değerleri Newton cinsinden görüntülenmektedir. Vida ve yay aracılığıyla uygulanan kuvvetlerin kemikte meydana getireceği mekanik etkilerin incelenebilmesi için SOLIDWORKS paket programı ile 5 farklı metakarp kırık yapısı oluşturulmuştur. Oluşturulan bu modellerin sonlu elemanlar analizleri ANSYS yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Kırıklar açılı ve açısız olmak üzere iki farklı şekilde modellenmiş ve boyun ve shaft kırığı olmak üzere iki farklı kırık tipine göre tasarlanmıştır. Kuvvet uygulanırken açılı ve açısız kırık tiplerinde farklı mesafeler dikkate alınmıştır. Açısız shaft kırığında, açılı shaft kırığında ve boyun kırığında, 6 mm ve 9 mm olmak üzere iki farklı mesafeden kuvvet uygulanmıştır. 3 nokta fiksasyonu prensibine bağlı olarak uygulanan bu kuvvetleri dengeleyecek şekilde uygulanan tepki kuvvetlerinin büyüklüğü belirlenirken cilt dokusuna zarar vermeyecek şekilde 2-20 N aralığında seçilmiştir. Değişen kuvvet etkisiyle oluşan deformasyon ve Von Mises gerilme değerleri grafiksel olarak incelenmiştir. Kuvvete bağlı olarak değişen, maksimum deformasyon ve gerilme değerleri tablo ve grafikler yardımıyla karşılaştırılmıştır. Bu tablo ve grafikler incelendiğinde, kuvvetin artmasına bağlı olarak deformasyon ve gerilme değerlerinin de arttığı gözlemlenmiştir.