گرایش : بیومکانیک ورزشی

عنوان : مطالعه تاثیر ویبراسیون کل بدن با فرکانس و دامنه متفاوت بر مقاومت خمشی، تراکم یون کلسیم و هیستومورفومتری استخوان فمور و تیبیا در رت اوراکتومی

دانشگاه بوعلی سینا

دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی

گروه آموزشي بیومکانیک ورزشی

پایان نامه برای دریافت درجه دکتری در رشته تربیت بدنی گرایش بیومکانیک ورزشی

عنوان:

مطالعه تاثیر ویبراسیون کل بدن با فرکانس و دامنه متفاوت بر مقاومت خمشی، تراکم یون کلسیم و هیستومورفومتری استخوان فمور و تیبیا در رت اوراکتومی

استاد راهنما:

دکتر مهرداد عنبریان

اساتید مشاور:

دکتر گیتی ترکمان، دکتر حیدریان پور

پایان نامه

بخش هایی از متن پایان نامه :

(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

فهرست مطالب:

فصل اول: طرح پژوهش

1-1- مقدمه………………………………. 2

1-2- اظهار مسئله…………………………..3

1-3- ضرورت پژوهش……………………………… 7

1-4- اهداف پژوهش……………………………… 9

1-4-1- هدف کلی……………………………… 9

1-4-2- اهداف اختصاصی……………………………… 9

1-5 – فرضیات پژوهش……………………………… 10

1-6- قلمرو پژوهش……………………………… 10

1-7- محدودیت های پژوهش……………………………… 11

1-8- تعریف عملیاتی متغیر های پژوهش…………….. 11

1-8-1- متغیرمستقل……………………………… 11

1-8-2- متغیرهای وابسته…………………………….. 12

فصل دوم: کلیات پژوهشی

مقدمه  …………………………….14

2-1- اساس ارتعاشات مکانیکی……………………………… 14

2-2- ارتعاشات کل بدن…………………………….. 16

2-3- نیروهای وارد بر استخوان…………………………….. 18

2-4- مقاومت مکانیکی استخوان…………………………….. 21

2-4-1- بازسازی استخوان…………………………….. 21

2-4-2- سازوکار بروز پوکی استخوان…………………………….. 21

2-4-3- پاسخ استخوان نسبت به بارگذاری……………………………… 23

2-4-4- مکانیسم انطباق مکانیکی استخوان…………………………….. 25

2-4-5- پاسخ عضله به بارگذاری……………………………… 30

2-4-6- تست مکانیکی استخوان…………………………….. 31

2-5- ساختمان میکروسکوپی استخوان…………………………….. 34

2-5-1- سلول های پوششی استخوان…………………………….. 36

2-5-2- ترکیب استخوان……………………………..37

2-6- ساختمان ماکروسکوپی استخوان……………………………. 39

2-6-1- استخوان متراکم و اسفنجی……………………………… 39

2-6-2- استخوان از لحاظ تکاملی……………………………… 40

2-7- کلسیم……………………………………… 41

2-8- پیشینه پژوهش……………………………… 42

2-8 – جمع بندی ………………………………. 49

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

فصل سوم: تبیین پژوهش

مقدمه………………………………………… 52

3-1- تهیه و نگهداری رت………………………………. 52

3-1-1- نمونه مورد مطالعه…………………………….. 52

3-1-2 – قفس رت ها……………………………. 53

3-1-3 – خوراک رت ها …………………………….53

3-1-4 – سیستم روشنایی و تهویه…………………………….. 54

3-1-5- رطوبت و دمای محیط…………………………….54

3-2-1- بیهوشی رت………………………………. 54

3-2-2- اجرای جراحی……………………………… 55

3-3- تحریک مکانیکی……………………………… 56

3-3-1 – دستگاه تحریک مکانیکی استخوان…………………………….. 56

3-3-2- روش اجرا……………………………. 58

3-3-3- نمونه برداری……………………………… 61

3-4- ارزیابی استخوان…………………………….. 62

3-4-1- ارزیابی خمشی استخوان…………………………….. 62

3-4-2- ارزیابی تراکم یون کلسیم…………………………….. 65

3-4-3- ارزیابی هیستومورفومتری استخوان…………………………….. 67

3-5- روش تجزیه و تحلیل آماری داده ها …………………………….69

فصل چهارم: تجزيه و تحليل پژوهش

مقدمه………………………………….. 71

4-1- آمار توصیفی…………………………….. 72

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

4-2- آمار استنباطی…………………………….  73

4-3- وزن بدن…………………………………….. 74

4-4- مقاومت خمشی……………………………… 76

4-4-1 – استرس………………………………. 76

4-4-2 – سفتی……………………………… 79

4-5-3- انرژی جذب شده……………………………. 84

4-5-4- جابجایی……………………………… 88

4-5-5- جمع بندی……………………………… 91

4-6- تراکم یون کلسیم…………………………….. 91

4-7- هیستومورفومتری استخوان متراکم و اسفنجی……………. 93

4-7-1 – جمع بندی……………………………… 96

فصل پنجم: استنباط و نتيجه‌گيري

مقدمه………………………….. 103

5-1- اختصار پژوهش ……………………………. 103

5-2- بحث…………………………… 104

5-3- نتیجه گیری………………………………… 116

5-4- پیشنهاد های پژوهش……………………………… 116

5-4-1- پیشنهاد کاربردی……………………………… 116

5-4-2- پیشنهاد پژوهشی……………………………… 116

منابع………………………………. 118

چکیده:

پوکی استخوان یک اختلال اسکلتی می باشد که درآن قدرت مکانیکی استخوان کاهش یافته و منجر به شکستگی استخوان می گردد، لذا در نظر داشتن روش هایی برای حفظ استحکام استخوان و مهار پوکی استخوان مهم تلقی می گردد. هدف از این پژوهش، تعیین تاثیر ویبراسیون کل بدن با فرکانس و دامنه ی متفاوت بر مقاومت مکانیکی، تراکم یون کلسیم و هیستومورفومتری استخوان ران و درشت نی در رت اوراکتومی بود. تعداد 41 سر رت اوراکتومی پس از گذشت سه ماه بطور تصادفی به 5 گروه تقسیم شدند: گروه فرکانس بالا، دامنه بالا (9 (n=، گروه فرکانس بالا، دامنه پایین(9 (n=،گروه فرکانس پایین، دامنه بالا(9 (n= ،گروه فرکانس بالا، دامنه بالا(9 (n= و گروه Sham (5(n= . 6 سر رت سالم بدون جراحی اوراکتومی نیز در گروه کنترل جای گرفتند. گروه های تمرینی 3 بار در هفته بمدت 8 هفته روی دستگاه ویبره با زمان پیشرونده قرار گرفتند. گروه Sham با همین پروتکل روی دستگاه خاموش قرار بودند. در پایان هفته هشتم، حیوانات توسط استنشاق دی اتیل اتر قربانی شدند و استخوان ران و درشت نی رت ها جدا گردید. استخوان ران و درشت نی راست برای انجام تست مقاومت خمشی سه نقطه به آزمایشگاه بیومکانیک منتقل گردید. از شاخص های استرس، سفتی، انرژی جذب شده و جابجایی استخوان بعنوان ملاک سنجش مقاومت مکانیکی استخوان بهره گیری گردید. تراکم یون کلسیم در استخوان درشت نی چپ بوسیله ی جذب اتمی شعله ای( اسپکتروفتومتری) مورد ارزیابی قرار گرفت. استخوان ران چپ برای مطالعه هیستومورفومتری، به روش متداول لام اماده و با هماتوکسلین و آئوزین رنگ آمیزی گردید. یافته ها نشان داد هشت هفته تمرینات ویبراسیون توانست تاثیر معنی داری بر مقاومت مکانیکی استخوان داشته باشد و پارامتر های بیومکانیکی استخوان در رت اوراکتومی را به سطح استخوان سالم برساند. در بین گروه های تمرینی، گروهHFLA افزایش بیشتری در مقاومت مکانیکی استخوان نسبت به گروه های دیگر تمرینی نشان داده می باشد و مقاومت مکانیکی استخوان در دو گروه تمرینی HFLA و LFHA که هر دو گروه از شدت تمرینی تقریبا یکسانی برخوردار بودند اما نتایج پارامترهای بیومکانیکی در گروه تمرینی HFLA بطور چشمگیری بهتر از گروه LFHA بود. رت ها بعد از اوراکتومی، استخوان درشت نی بهتر به تمرینات WBV جواب داده می باشد. تمرینات WBV روی تراکم یون کلسیم در تمامی گروه های تمرینی افزایش داشته و به سطح نرمال در گروه کنترل (سالم)رسیده و در گروه شم کمتر از بقیه گروه ها می باشد هر چند اختلاف معنی دار نیست. درهر دو استخوان متراکم و اسفنجی گروه فرکانس بالا، دامنه پایین (HFLA) بیشترین افزایش مساحت را نسبت به گروه های تمرینی دیگر داشت. بین شاخص های مقاومت مکانیکی استخوان و شاخص های هیستومورفومتری استخوان هماهنگی هست.

فصل اول: طرح پژوهشی

1-1- مقدمه

پوکی استخوان یک مشکل جدی برای سلامت عموم جامعه می باشد که کیفیت زندگی افراد جامعه، بویژه زنان میانسال را تحت تأثیر قرارمی‌دهد. پوکی استخوان یک اختلال اسکلتی می باشد که درآن قدرت مکانیکی استخوان کاهش یافته و منجر به شکستگی استخوان می گردد. دلیل اهمیت این بیماری برای نظام سلامت کشور، شکستگی‌ها و به تبع آن تحمیل هزینه‌های مادی و معنوی حاصل از این عارضه می باشد. با در نظر داشتن اهمیت بیماری پوکی استخوان و تأثیر محوری پیشگیری از این بیماری، بدیهی می باشد توجه و حساسیت نسبت به این بیماری در تمامی سطوح ارائه خدمات بهداشتی درمانی کشور و همچنین عموم جامعه به خصوص زنان و دختران كشور امری بسیار ضروری و مهم می باشد.

مطالعات متعددی تأثیر فعالیت جسمانی در پیشگیری و درمان پوکی استخوان را نشان داده اند. اخیرا ویبراسیون کل بدن[1] (WBV) بعنوان یک مداخله ورزشی راهکاری نوید بخش در حیطه ورزش و بازتوانی، جهت افزایش قدرت و توان توجه زیادی را به خود اختصاص داده و بکار گرفته می گردد. نظاره شده می باشد ویبراسیون در بهبود استحکام استخوان در رت اوراکتومی و بشر موثر می باشد. علیرغم پژوهش های متعددی که بر فوائد ویبراسیون در حفظ تراکم استخوان درحیوانات گزارش شده می باشد، اما تمام تحقیقات این موضوع را تائید نمی کنند. همچنین این سوال که کدام پروتکل ارتعاشی شامل فرکانس و دامنه مشخص بر مقاومت استخوان تاثیر بهینه دارد، هنوز پاسخ واضحی نداشته می باشد. هدف از این پژوهش مطالعه تاثیر چهار نوع سیگنال مختلف ویبراسیون بر استحکام بافت استخوانی موش اوراکتومی می باشد تا اهمیت تغییرسیگنال ارتعاش بر رفتار مکانیکی استخوان که ناشی از پدیده استخوان سازی خواهد بود، مطالعه گردد.

2-1- اظهار مسأله

پوکی استخوان[1] یا استئوپورز طبق تعریف انجمن بهداشت جهانی[2] ( (WHO،« یک اختلال اسکلتی می باشد که در آن قدرت مکانیکی استخوان کاهش یافته و منجر به شکستگی استخوان می گردد». سازمان جهانی بهداشت پوكی استخوان را به صورت كاهش تراكم استخوان به 5/2 انحراف معیار كمتر از متوسط حداكثر تراكم استخوانی در افراد جوان جامعه تعریف كرده می باشد(1). مردان وزنان با ورود به سنین بزرگسالی، بطورطبیعی حدود نیم درصد از توده استخوانی خود را درسال از دست می دهند. خانمها با ورود به دوره یائسگی، دچار از دست دادن سریع توده استخوانی میشوند. این کاهش توده استخوانی تا ٥% در سال برای استخوانها ی اسفنجی و بین 3 %-2% در سال برای استخوا نهای متراکم می باشد. پس، باعث می گردد طی ٢٠ سال حدود ٢٠٪ تا ٣٠ ٪ افت تراکم استخوان داشته باشندکه با كاهش تراكم استخوانی به٣٠ تا ٤٠ درصد از حد طبیعی شکستگی استخوان ها بیشتر اتفاق می افتد(1-3). این شکستگی ها علاوه بر تحمیل بار اقتصادی برای فرد و جامعه، هزینه های اجتماعی حاصله مانند معلولیت یا مرگ را نیز بدنبال دارد(3).

برای مطالعه رشد استخوان درانسان، مطالعات اکثراً به رادیوگرافی یا ارزیابی ماركرهای استخوانی محدود می شوند در حالی كه بهره گیری از مدل حیوانی به مطالعه مستقیم خواص مکانیکی استخوان می پردازد. خواص مکانیکی استخوان مانند: استرس، سفتی استخوان و میزان انرژی جذب شده از پارامترهای اصلی اظهار کننده ساختار و عملکرد استخوان می باشد. پس با بهره گیری از مدل های حیوانی و انجام تستهای مستقیم بیومكانیكی انعكاس بهتری از خواص مكانیكی استخوان در مقایسه با اندازه گیریهای تراكم استخوانی به دست میآید(4).

مشخص شده اوراکتومی رت یک مدل تجربی مناسب جهت مطالعه پوکی استخوان در دوره یائسگی می باشدکه چند ماه بعد از اوراکتومی، پوکی استخوان قابل نظاره می باشد(5).

شکستگی ناحیه پروگزیمال استخوان فمور در بشر یکی از رایج ترین نوع شکستگی در پوکی استخوان می باشد. ناحیه پروگزیمال استخوان رت نیز بسیار شبیه استخوان فمور بشر می باشد. بدلیل شباهت زیاد بین استخوان بشر و رت از آن برای ارزیابی مقاومت استخوان و تغییرات مورفولوژی بهره گیری می گردد(6).  

مطابق یافته های پزشکی، بافت استخوان بطور منظم دچار نوسازی می گردد. طریقه کلی این فرایند با جذب استخوانی توسط تحریک سلول های استئوکلاست آغاز میشود. استخوان سازی توسط سلو ل های استئوبلاست انجام می شود. اگر جذب استخوانی زیاد باشد یا تشكیل استخوانی كم گردد پوکی استخوان رخ می دهد که مكانیسم اصلی همه ی علت های پوكی استخوان همین عدم تعادل بین جذب استخوانی وتشكیل آن می باشد(7).

مانند عوامل محرک و ضد تحلیلی استخوان، حساسیت به محیط مکانیکی می باشد در واقع همان قانون ولف که شکل استخوان، ماهیت عملکردی آن را مشخص می نماید. ارتباط بین ساختار استخوان و نیرو های وارده بر آن از توانایی انطباق پذیری دائم استخوان سالم با محیط تحت بار می باشد و بر همین مبنا امکان انطباق پذیری با محیط موجود را به سیستم اسکلتی میدهد. این توانائی عموما بدلیل خواص نوسازی[3] و باز سازی[4] استخوان می باشد که بافت قدیمی استخوان را در محیط حداقل یا حداکثر بارگذاری استخوان از بین برده وموجب شکل گیری مجدد آن در محیط با بارگذاری مناسب می گردد. این انطباق پذیری سیستم اسکلتی با محیط تغییرات معنی داری در جرم، هندسه و خواص مواد استخوان ایجاد می کند(8, 9). از طرفی، هر نوع حركت و فعالیت بر روی زمین نیز به لحاظ مكانیكی، باعث اعمال بار[5] روی استخوان‌های متحمل وزن شده و ساختار آن‌ها را بهبود می‌بخشد. تشکیل و تحلیل استخوان به نیروی خارجی ناشی از نیروی گرانشی و نیروی داخلی تولید شده توسط فعالیت عضلانی حساس می باشد(10). اعمال بار بر روی استخوان بعنوان محرک‌های لازم برای دستیابی به اوج توده استخوانی و حفظ هموستاز آن شناخته شده می باشد(11) .

امروزه تمرینات و فعالیت های ورزشی طریقه مثبتی در سلامت عمومی افراد دارا می باشد. اثرات مثبت ورزش بر سسیتم گردش خون وعروق، زمان واکنش عضلات، تعادل و هماهنگی ارگان و افزایش کیفیت زندگی در سالخوردگان را بهمراه دارد(12-14). بافت استخوانی در سنین بزرگسالی به رژیم های تمرینی در جهت سنتز استخوانی پاسخ داده می باشد(15). اما ورزش در سنین بالا خطراتی مانند افتادن و شکستگی استخوان در افراد مبتلا به پوکی استخوان را به همراه دارد. لذا، این افراد قادربه انجام هرگونه تمرینی نیستند و جایگزینی روش هایی بجای تمرینات ورزشی برای حفظ سلامتی و جلوگیری از خطر افتادن در این رده سنی ایمن تر می باشد.

اخیرا ویبراسیون کل بدن (WBV) بعنوان یک مداخله ورزشی، راهکاری نوید بخش در حیطه ورزش و بازتوانی جهت افزایش قدرت و توان بکار گرفته شده می باشد(16, 17). نتایج اولیه به نظر میرسد حساسیت بالای استخوان به سیگنال های مکانیکی، ممکن می باشد مبنایی برای مداخلات غیر دارویی باشد که قادر به بازگرداندن یکپارچگی بافت استخوان پس از حوادث یا صدمات شغلی مانند پروازهای فضایی می باشد وب عنوان جایگزین کارامدی در پیشگیری و درمان سارکوپنیا در افراد توصیه شده می باشد(18-20). از طرفی، پاسخ استخوان سازی نسبت به محرک های مکانیکی غیر معمول بر روی استخوان بیشتر و موثرتراست(21). لذا بهره گیری از بارگذاری توسط ارتعاشات مکانیکی یا ویبراسیون کل بدن بعنوان یک مداخله ورزشی، با بافت بدن بومی تر و روشی ایمن برای جلوگیری از شکستگی و آسیب به دیگر بافت ها پیشنهاد می گردد و قابلیت اجرا برای افراد مسن و در معرض پوکی استخوان را نیز دارد.

مطالعات انجام شده نشان داده اند برای تطابق استخوان سازی در جهت بازسازی استخوان، بارگذاری بایستی پویا و دینامیک باشد، نیروی استاتیک نمی تواند در انتقال مکانیکی تأثیر داشته باشد(22). به گونه طبیعی هر بارگذاری پویا دارای مولفه های دامنه و فرکانس می باشد. فرکانس به همراه دامنه تعیین کننده شتاب و میزان بار وارد بر سیستم اسکلتی- عضلانی می باشد. بافت استخوانی با تداوم فعالیت هایی با شتاب مشخصی انجام می شود. تحقیقات در مطالعه روزانه نشان دادند استرین های بزرگ (> 1000میکرو استرین) با فرکانس پایین(3-1 هرتز) بطور نسبی دفعات محدودی در طول روز رخ میدهد در حالیکه استرین های خیلی کوچک( < 10 میکرواسترین) با فرکانس بالا(50-10 هرتز) هزاران بار در روز اتفاق می افتد(23). علیرغم اینکه در مطالعات اخیر طیف وسیعی از فرکانس بهره گیری شده می باشد(19, 24, 25) اما به نظر می رسد در انتخاب فرکانس بایستی نکات زیر را نیزمورد توجه قرار داد: 1- بدن روزانه اکثراً در معرض شتاب های کم با فرکانس 50-10 هرتز قرار می گیرد و همین مقدار شتاب نیز باعث تحریک استخوان می گردد(26) پس انتخاب نوسان در محدوده عملکرد طبیعی سیستم عضلانی-اسکلتی بایستی مورد توجه باشد. 2- از سوی دیگر، فرکانس طبیعی عضلات بافت های بدن حدود 20 هرتز می باشد و در صورتی که فرکانس طبیعی بافت نزدیک به فرکانس دستگاه ویبراسیون باشد دامنه ویبراسیون بیشتر می گردد(پدیده تشدید) و باعث آسیب بافتی می گردد(27). لذا، بایستی فرکانس هایی بهره گیری گردد که با فرکانس طبیعی بافت ها متناسب نباشد تا بهترین تاثیر را داشته باشد.

با در نظر داشتن این که شتاب یکی از عوامل موثر بر ویبراسیون می باشد و خود تحت تاثیر دو مولفه فرکانس و دامنه می باشد. حال این سوال در ذهن مطرح می گردد که اگر در شتاب های مساوی اما با دامنه و فرکانس های مختلف آیا تغییری درروند استخوان سازی مقاومت مکانیکی استخوان به وجودمی آید؟ اگر چه بیشتر شواهد نشان می دهد ویبراسیون با فرکانس بالا و شدت پایین اثرات سودمندی براستحکام استخوان دارد(26, 28, 29). اما پیش روی، پروتکل های دیگری نیز در ایجاد انقباض عضلانی بیشتر و در نتیجه استحکام استخوان پیشنهاد داده می باشد (30) انقباض عضلانی بیشتر خود منجر به اعمال بار مکانیکی بیشتر می گردد که محرک استخوان سازی می باشد(16, 31). پس با در نظر داشتن محدودیت سیستم ها، در سیستمی که دامنه ثابت، فرکانس های متفاوت و فرکانس ثابت، دامنه های متفاوت و شتاب های متفاوت داشته باشدممکن می باشد اثرات متفاوتی در مقاومت مکانیکی و مورفولوژی استخوان به وجودآید. در این مطالعه به مطالعه تاثیر چهار نوع سیگنال مختلف ویبراسیون بر استحکام مکانیکی استخوان، تراکم یون کلسیم و هیستومورفومتری استخوان در رت اوراکتومی می پردازد تا بتوان با بهره گیری از نتایج حاصل از این پژوهش، راهبردهای لازم برای کسب استحکام بیشتر در استخوان و حفظ حداکثر توده استخوانی در دوره یائسگی و در نتیجه افزایش کیفیت زندگی زنان دردوره میانسالی و سالمندی را مشخص نمود.

[1] Osteoporosis

[2]World Health Organization

[3] Modeling

[4] Remodeling

[5] Load

[1] Whole Body Vibration

تعداد صفحه : 146