دانشگاه بوعلی سینا

دانشکده تربیت بدنی و علوم ورزشی

گروه آموزشی بیومکانیک ورزشی

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

عنوان:

بررسی 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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

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

فهرست مطالب:

فصل اول: طرح پژوهش

1-1- مقدمه………………………………. 2

1-2- بیان مسئله…………………………..3

1-3- ضرورت تحقیق……………………………… 7

1-4- اهداف تحقیق……………………………… 9

1-4-1- هدف کلی……………………………… 9

1-4-2- اهداف اختصاصی……………………………… 9

1-5 – فرضیات تحقیق……………………………… 10

1-6- قلمرو تحقیق……………………………… 10

1-7- محدودیت های تحقیق……………………………… 11

1-8- تعریف عملیاتی متغیر های تحقیق…………….. 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 تحقیق……………………………… 42

2-8 – جمع بندی ………………………………. 49

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: تجزیه و تحلیل پژوهش

مقدمه………………………………….. 71

4-1- آمار توصیفی…………………………….. 72

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 نتیجه‌گیری

مقدمه………………………….. 103

5-1- خلاصه تحقیق ……………………………. 103

5-2- بحث…………………………… 104

5-3- نتیجه گیری………………………………… 116

5-4- پیشنهاد های تحقیق……………………………… 116

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

5-4-2- پیشنهاد پژوهشی……………………………… 116

منابع………………………………. 118

چکیده:

پوکی استخوان یک اختلال اسکلتی است که درآن قدرت مکانیکی استخوان کاهش یافته و منجر به شکستگی استخوان می شود، لذا توجه به روش هایی برای حفظ استحکام استخوان و مهار پوکی استخوان مهم تلقی می شود. هدف از این تحقیق، 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 شد. استخوان ران و درشت نی راست برای انجام تست مقاومت خمشی سه نقطه به آزمایشگاه بیومکانیک منتقل شد. از شاخص های استرس، سفتی، انرژی جذب شده و جابجایی استخوان بعنوان ملاک سنجش مقاومت مکانیکی استخوان استفاده شد. تراکم یون کلسیم در استخوان درشت نی چپ بوسیله ی جذب اتمی شعله ای( اسپکتروفتومتری) مورد ارزیابی قرار گرفت. استخوان ران چپ برای بررسی هیستومورفومتری، به روش متداول لام اماده و با هماتوکسلین و آئوزین رنگ آمیزی شد. 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 است و مقاومت مکانیکی استخوان در دو گروه تمرینی HFLA و LFHA که هر دو گروه از شدت تمرینی تقریبا یکسانی برخوردار بودند ولی 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 است. 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 وجود دارد.

فصل اول: طرح پژوهشی

1-1- مقدمه

پوکی استخوان یک مشکل جدی برای سلامت عموم جامعه است که کیفیت زندگی افراد جامعه، بویژه زنان میانسال را تحت تأثیر قرارمی‌دهد. پوکی استخوان یک اختلال اسکلتی است که درآن قدرت مکانیکی استخوان کاهش یافته و منجر به شکستگی استخوان می شود. 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 توجه به اهمیت بیماری پوکی استخوان و نقش محوری پیشگیری از این بیماری، بدیهی است توجه و حساسیت نسبت به این بیماری در تمامی سطوح ارائه خدمات بهداشتی درمانی کشور و همچنین عموم جامعه به خصوص زنان و دختران کشور امری بسیار ضروری و حائز اهمیت است.

مطالعات متعددی نقش 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 شود. مشاهده شده است ویبراسیون در بهبود استحکام استخوان در رت اوراکتومی و انسان موثر است. علیرغم تحقیق های متعددی که بر فوائد ویبراسیون در حفظ تراکم استخوان درحیوانات گزارش شده است، اما تمام تحقیقات این موضوع را تائید نمی کنند. همچنین این سوال که کدام پروتکل ارتعاشی شامل فرکانس و دامنه مشخص بر مقاومت استخوان اثر بخشی بهینه دارد، هنوز پاسخ واضحی نداشته است. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر چهار نوع سیگنال مختلف ویبراسیون بر استحکام بافت استخوانی موش اوراکتومی است تا اهمیت تغییرسیگنال ارتعاش بر رفتار مکانیکی استخوان که ناشی از پدیده استخوان سازی خواهد بود، بررسی شود.

2-1- بیان مسأله

پوکی استخوان[1] یا استئوپورز طبق تعریف انجمن بهداشت جهانی[2] ( (WHO،« یک اختلال اسکلتی است که در آن قدرت مکانیکی استخوان کاهش یافته و منجر به شکستگی استخوان می شود». سازمان جهانی بهداشت پوکی استخوان را به صورت کاهش تراکم استخوان به 5/2 انحراف معیار کمتر از متوسط حداکثر تراکم استخوانی در افراد جوان جامعه تعریف کرده است(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 ۵% در سال برای استخوانها ی اسفنجی و بین 3 %-2% در سال برای استخوا نهای متراکم است. بنابراین، باعث می گردد طی ٢٠ سال حدود ٢٠٪ تا ٣٠ ٪ افت تراکم استخوان داشته باشندکه با کاهش تراکم استخوانی به٣٠ تا ۴٠ 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 بررسی رشد استخوان درانسان، مطالعات عمدتاً به رادیوگرافی یا ارزیابی مارکرهای استخوانی محدود می شوند در حالی که استفاده از مدل حیوانی به بررسی مستقیم خواص مکانیکی استخوان می پردازد. خواص مکانیکی استخوان از جمله: استرس، سفتی استخوان و میزان انرژی جذب شده از پارامترهای اصلی بیان کننده ساختار و عملکرد استخوان می باشد. پس با استفاده از مدل های حیوانی و انجام تستهای مستقیم بیومکانیکی انعکاس بهتری از خواص مکانیکی استخوان در مقایسه با اندازه گیریهای تراکم استخوانی به دست میآید(4).

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

شکستگی ناحیه پروگزیمال استخوان فمور در انسان یکی از رایج ترین نوع شکستگی در پوکی استخوان است. ناحیه پروگزیمال استخوان رت نیز بسیار شبیه استخوان فمور انسان است. بدلیل شباهت زیاد بین استخوان انسان و رت از آن برای ارزیابی مقاومت استخوان و تغییرات مورفولوژی استفاده می شود(6).  

مطابق یافته های پزشکی، بافت استخوان بطور منظم دچار نوسازی می گردد. روند کلی این فرایند با جذب استخوانی توسط تحریک سلول های استئوکلاست آغاز میشود. استخوان سازی توسط سلو ل های استئوبلاست صورت می گیرد. اگر جذب استخوانی زیاد باشد یا تشکیل استخوانی کم شود پوکی استخوان رخ می دهد که مکانیسم اصلی همه ی دلایل پوکی استخوان همین عدم تعادل بین جذب استخوانی وتشکیل آن است(7).

از جمله عوامل محرک و ضد تحلیلی استخوان، حساسیت به محیط مکانیکی است 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 است 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 است 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 شود. 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 حرکت و فعالیت بر روی زمین نیز به لحاظ مکانیکی، 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 است(10). اعمال بار بر روی استخوان بعنوان محرک‌های لازم برای دستیابی به اوج توده استخوانی و حفظ هموستاز آن شناخته شده است(11) .

امروزه تمرینات و فعالیت های ورزشی روند مثبتی در سلامت عمومی افراد دارا است. 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 است(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 است(16, 17). نتایج اولیه به نظر میرسد حساسیت بالای استخوان به سیگنال های مکانیکی، ممکن است مبنایی برای مداخلات غیر دارویی باشد که قادر به بازگرداندن یکپارچگی بافت استخوان پس از حوادث یا صدمات شغلی مانند پروازهای فضایی است وب عنوان جایگزین کارامدی در پیشگیری و درمان سارکوپنیا در افراد توصیه شده است(18-20). از طرفی، پاسخ استخوان سازی نسبت به محرک های مکانیکی غیر معمول بر روی استخوان بیشتر و موثرتراست(21). لذا استفاده 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 شود 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 باید پویا و دینامیک باشد، نیروی استاتیک نمی تواند در انتقال مکانیکی نقش داشته باشد(22). به طور طبیعی هر بارگذاری پویا دارای مولفه های دامنه و فرکانس است. 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 صورت می گیرد. تحقیقات در بررسی 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 استفاده شده است(19, 24, 25) اما به نظر می رسد در انتخاب فرکانس باید نکات زیر را نیزمورد توجه قرار داد: 1- بدن روزانه عمدتاً در معرض شتاب های کم با فرکانس 50-10 هرتز قرار می گیرد و همین مقدار شتاب نیز باعث تحریک استخوان می شود(26) پس انتخاب نوسان در محدوده عملکرد طبیعی سیستم عضلانی-اسکلتی باید 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 شود(پدیده تشدید) و باعث آسیب بافتی می گردد(27). لذا، باید فرکانس هایی استفاده شود که با فرکانس طبیعی بافت ها هماهنگ نباشد تا بهترین تاثیر را داشته باشد.

با توجه به این که شتاب یکی از عوامل موثر بر ویبراسیون است و خود تحت تاثیر دو مولفه فرکانس و دامنه می باشد. حال این سوال در ذهن مطرح می شود که اگر در شتاب های مساوی ولی با دامنه و فرکانس های مختلف آیا تغییری درروند استخوان سازی مقاومت مکانیکی استخوان بوجود می آید؟ اگر چه بیشتر شواهد نشان می دهد ویبراسیون با فرکانس بالا و شدت پایین اثرات سودمندی براستحکام استخوان دارد(26, 28, 29). اما در مقابل، پروتکل های دیگری نیز در ایجاد انقباض عضلانی بیشتر و در نتیجه استحکام استخوان پیشنهاد داده است (30) انقباض عضلانی بیشتر خود منجر به اعمال بار مکانیکی بیشتر می شود که محرک استخوان سازی است(16, 31). بنابراین با توجه به محدودیت سیستم ها، در سیستمی که دامنه ثابت، فرکانس های متفاوت و فرکانس ثابت، دامنه های متفاوت و شتاب های متفاوت داشته باشدممکن است اثرات متفاوتی در مقاومت مکانیکی و مورفولوژی استخوان بوجود آید. در این مطالعه به بررسی تاثیر چهار نوع سیگنال مختلف ویبراسیون بر استحکام مکانیکی استخوان، تراکم یون کلسیم و هیستومورفومتری استخوان در رت اوراکتومی می پردازد تا بتوان با استفاده 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 کرد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.