دانلود پایان نامه

یب استخوان، استخوان سازی و استخوان از لحاظ تکاملی را بیان کرده و در بخش بعدی به ادبیات پیشینه خواص تطابقی استخوان در برابر محرک مکانیکی و ادبیات پیشینه تاثیر تحریکات مکانیکی بر پوکی استخوان را مرور می کنیم.

2-1- اساس ارتعاشات مکانیکی
ارتعاش یک محرک مکانیکی است که توسط یک حرکت نوسانی شناخته می شود. بعبارتی ارتعاش یک حرکت نوسانی حول نقطه تعادل است. حرکت ارتعاشی را می‌توان به دو صورت تناوبی و غیر تناوبی توصیف نمود. در حالت تناوبی، بعد از زمان T ثانیه، حرکت تکرار می شود ولی در نوع غیرتناوبی حرکت در زمان مشخص T ثانیه تکرار نمیشود. تعداد دورهایی که در هر ثانیه اتفاق می افتد، فرکانس (ƒ) نامیده شده و بر حسب دور بر ثانیه یا هرتز بیان می شود. جابجایی هر ذره در حرکت تناوبی را همواره می توان بر حسب سینوس وکسینوس بیان کرد . اصطلاح هماهنگ وهارمونیک به عبارت هایی اطلاق می شود که شامل این توابع هستند، حرکت تناوبی را اغلب هماهنگ نیز میگویند.

حرکت ارتعاشی سه مشخصه‏های مهم دارد که عبارتند از: 1- دامنه، که معیاری از شدت ارتعاش است و می توان از طریق سه پارامتر جابجایی ، سرعت وشتاب بیان کرد 2- فرکانس، که معیاری از نرخ حرکت در واحد زمان است. پریود زمانی حرکت (T) بازه زمانی است که سیستم، سیکل ارتعاشی خود راتکرار می کند. فرکانس ارتعاشات در واقع عکس پریود زمانی است و واحد ان هرتز است (شکل 2-1). 3- فاز، که توالی حرکت را نسبت به یک مرجع مشخص می‏سنجد و واحد آن درجه است. پس در یک موج سینوسی، دامنه، شدت موج سینوسی را تعیین می کند و فرکانس نیز نشان دهنده تعداد دفعات تکرار موج سینوسی در واحد زمان است.

شکل2- 1- موج سینوسی که در حرکات ارتعاشی صورت می گیرد . (T) بازه زمانی است که سیستم، سیکل ارتعاشی خود راتکرار می کند. فرکانس ارتعاشات عکس پریود زمانی است.

مطابق شکل 2-2 دامنه هر موج سینوسی را به سه شکل می توان تعیین کرد:
1-مقدار 0-peak (صفر تا پیک)
2- مقدار Peak to Peak
3-مقدار RMS

شکل2- 2- تعیین شماتیک دامنه ارتعاشات.1-صفر تا پیک 2- پیک تا پیک 3 -مقدار RMS

دامنه و فرکانس از مشخصه‏های مهم حرکت ارتعاشی است. دامنه ارتعاشات را می توان از طریق سه پارامتر جابجایی ، سرعت وشتاب بیان کرد(27). با استفاده از معادله 1حرکت ارتعاشی، می توان جابجایی را بدست آورد.
d=D×sin?nt
معادله 1- معادله جابجایی در حرکات ارتعاشی.

که در آن d میزان جابجایی و D دامنه جابجایی صفر تا پیک است. بین جابجایی، سرعت و شتاب ارتباط وجود دارد. سرعت لحظه ای مشتق معادله جابجایی است بنابراین، برای بدست آوردن معادله سرعت لحظه ای متحرک در حرکت نوسانی ساده، کافی است از معادله حرکت مشتق بگیریم، شتاب لحظه ای نیز، مشتق معادله سرعت است.
فرمول 2، برای بیان حداکثر شتاب در یک موج سینوسی ارتعاشات استفاده میشود. در این فرمول، A بیانگر دامنه ارتعاش، یعنی نیمی از دامنه پیک تا پیک است. ? فرکانس زاویه ای است که مساوی 2 می باشد(27). در طول تمرینات ویبراسیون، حداکثر شتاب ( pea k ) در نوسان سینوسی عبارتست از :
? peak = ?2 × A
معادله 2- معادله حداکثر شتاب در ارتعاشات مکانیکی.

2-2- ارتعاشات کل بدن
دستگاه‏های (Whole Body Vibration; WBV) انرژی مکانیکی را از صفحه ارتعاش به یک تشدید کننده مانند بدن حیوان، انسان و یا بخش هایی از آن منتقل می شود ودر اکثر دستگاه های ارتعاش، این نوسانات شکل سینوسی دارند. دو نوع مختلف از انتقال انرژی توسط دستگاه به بدن فرد صورت میگیرد ارتعاشات ممکن است به صورت عمودی یا همزمان7 و جابجایی طرفی یا تیلت جانبی8 باشد. همانطور که در شکل 2-3 دیده می شود در نوع عمودی ارتعاش، انتقال انرژی به طور همزمان بردو پا وارد شده و در آن نوسان یکپارچ? کل صفحه به سمت بالا و پایین صورت می‏گیرد در حالی که در نوع جابجایی طرفی، جابه‏جایی عمودی به‏صورت متناوب، حول چپ و راست یک محور صورت میگیرد که بدلیل ایجاد حرکات چرخشی در اطراف مفصل لگن، باعث کاهش انتقال ارتعاشات به تنه می شود (18). نوع سوم دستگاه نیز طراحی شده که در آن حرکات به‏صورت تصادفی در جهات افقی و عمودی صورت می گیرد(30). این دستگاه‏ها از لحاظ چگونگی انتقال انرژی نیز به سه نوع تقسیم می‏شوند. بعضی از انواع دستگاه های WBV که نسبت به انواع دیگر بیشتر در دسترس هستند، بر پای? سیستم قابلیت فنری (mass spring) عمل می‏کنند مانند Power plate . برخی از طریق انتقال مکانیکی مستقیم عمل می‏کنند مانند دستگاه‏های Galileo و گروه سوم براساس انتقال الکترومغناطیس کار می‏کنند (27).

شکل 2 -3- شکل شماتیک انتقال انرژی توسط دستگاه های ویبراسیون. اقتباس از:(27)

2-3- نیروهای وارد بر استخوان
نیروها میتوانند به صورت کششی9، فشاری10، برشی11 و بارگذاری مرکب شامل: خمشی12 یا پیچشی13 بر استخوان اعمال گردند(شکل2-10). رفتار استخوان در برابر هر یک از نیروهای فوق متفاوت خواهد بود: رفتار استرین14، دو نیروی مساوی و مختلف الجهت، استخوان را از دو انتها تحت کشش قرار می دهند. اگر دو نیروی مساوی و مختلف الجهت به دو انتهای استخوان اعمال گردد باعث فشردگی آن می شود که استرس15 گویند. درنیروی برشی، نیروها موازی با سطح استخوان اعمال می گردد و در جهت زوایه ای تغییر شکل داخلی بوجود می آورد. نیروهای پیچشی باعث ایجاد نیروی برشی در سراسر استخوان شده که مقدار آن با دور شدن از محور چرخش افزایش می یابد. خمش در اثر نیروها
یی که باعث پیچش استخوان حول محور آناتومیکی شوند ایجاد می گردد. این امر سبب فشردگی استخوان در یک سطح و کشش یا کشیدگی آن در سطح مقابل می شود. از آنجاییکه سطح مقطع استخوان اکثرا مثلثی شکل است، مقادیر نیروی فشاری و کششی الزاماً یک اندازه نمی باشند.

مطلب مشابه :  پایان نامه ارشد دربارهسلامت روان، بهداشت روان، افراد مبتلا

شکل 2- 4- نیروهای وارد بر استخوان . A: فشاری. B:کششی. C: برشی. D: پیچشی E: خمشی. اقتباس از:(45)

رفتار آنیزوتروپیک16 استخوان از دیگر رفتارهای استخوان می باشد. آنیزوتروپی بمعنی توزیع اتفاقی داشتن است و عکس ایزوتروپیک می باشد. خاصیت مواد وقتی که نیرو در جهت های محتلف وارد می شود مقاومت مکانیکی مختلفی را نشان می دهند. وقتی ساختار آنیزوتروپی وجود داشته باشد آنیزوتروپی مکانیکی نیز وجود دارد. خواص مکانیکی استخوان متراکم و اسفنجی بستگی به جهت اعمال بار در تست مکانیکی دارد. ضریب الاستسیتی طولی بیشترین مقدار و ضریب الاستسیتی عرضی (90 درجه در جهت عرض) کمترین مقدار را دارد(شکل11). علت این پدیده جهت گیری طولی فیبرکلاژن و استئون ها می باشد. بنابراین نیروی برشی سریع تر از نیروی کششی یا فشاری استخوان را می شکند(46, 47) .

شکل 2-5- رفتار آنیزوتروپیک استخوان. اقتباس از: (47)

استخوان کورتیکال از نظر مکانیکی ناهمگن17 میباشد. یک سوم میانی تنه فمور بالاترین مقدار ضریب الاستیسیتی و حداکثر قدرت را دارد و یک سوم تحتانی کمترین مقدار را به خود اختصاص می دهد.
سختی و استحکام استخوان با سرعت اعمال نیرو تغییر می کند. رفتار چسبندگی- ارتجاعی18 پاسخ استخوان به مقدار نیرو و زمان اعمال نیرو است. وقتی نیرو سریعتر اعمال شود، استخوان نیروی بیشتری را قبل از نقطه تسلیم یا شکستگی تحمل می کند و بالعکس. بر همین اساس سه رفتار برگشت ناپذیری19، خزش 20 (تغییرفرم دائم با گذشت زمان در یک ماده که تحت تنش با نیروی ثابت قرار دارد) و آرامش استرس21 تعریف می شود.

2-4- مقاومت مکانیکی استخوان
2-4-1- بازسازی استخوان
مطابق یافته های پزشکی، بافت استخوان بطور منظم دچار بازسازی22 می گردد. روند کلی این فرایند با تحریک سلول های استئوکلاست آغاز میشود. در ابتدا یک محرک، سلول های استئوکلاست را تحریک به جذب بخشی از استخوان میکند انها به ماتریکس بافت استخوان چسبیده و مرزی موج دار بین استئوکلاست و ماتریکس شکل میدهد که با منطقه ی قرنطینه مانند بطورکامل ایزوله می شود، باین ترتیب محیط بسیار کوچک ایزوله ای شکل می گیرد. متعاقب این عمل، استئوکلاست این محیط ایزوله را اسیدی کرده و ماتریکس های ارگانیک و غیرارگانیک استخوان را در خود حل می کند، کمی پس از آن فرآیند انحلال متوقف شده، استئوبلاست در همان محل شکل می گیرد(48) (شکل 2-4). سلول های استئوبلاست از سلول های بنیادین مزانشیمال موجود در مغز استخوان، ضریع و بافت های نرم تولید می شوند. این سلول ها استئوئید ها را ذخیره و معدنی می کنند و باین ترتیب استخوان جدیدی تولید می شود(49). پس از اتمام این فرایند، فعالیت سلولی بحالت استراحت رفته و با وجود ثابت ماندن حجم، بافت استخوانی نوسازی شده است. اگر جذب استخوانی زیاد باشد یا تشکیل استخوانی کم شود پوکی استخوان رخ می دهد که مکانیسم اصلی در همه ی دلایل پوکی استخوان همین عدم تعادل بین جذب استخوانی وتشکیل آن است.

شکل2 -6- مراحل بازسازی استخوان. A: مرحله خاموش. B: مرحله تحلیل استخوان توسط سلولهای استئوکلاست ها C: مرحله شکل گیری استخوان توسط سلولهای استئوبلاست و D: مرحله خاموش بعد از بازسازی. اقتباس از:(50)

2-4-2- سازوکار بروز پوکی استخوان
استخوان در حالت طبیعی در حال ساخت و ساز مجدد است. یعنی در هر لحظه هم ساخته می‌شود و هم جذب می گردد. در سه دهه اول زندگی میزان تشکیل استخوان بیش از جذب استخوان است، بنابراین تراکم استخوان به تدریج بالا می‌رود تا اینکه در حدود 30 تا 35 سالگی استخوان های کورتیکال و در حدود 25 تا 30 سالگی استخوان‌های اسفنجی به حداکثر تراکم23 خود می‌رسند. پس از آن تا حدود 45 سالگی، جذب و تشکیل استخوان با هم برابرند، لذا تراکم استخوان ثابت می‌ماند و حدوداً بعد از 45 سالگی تراکم استخوان‌ها حدود 3/0 تا 5/0 درصد در سال کم می‌شود. این میزان برای آقایان ثابت باقی می‌ماند ولی در خانم‌ها در حدود سن یائسگی افزایش می‌یابد و ممکن است به حدود چند درصد در سال برسد. کاهش تراکم در استخوان‌های اسفنجی به خصوص در خانم‌ها زودتر و شدیدتر روی می‌دهد. در مجموع مردها در سن پیری حدود 20 تا 30 درصد و زن‌ها حدود 40 تا 50 درصد از تراکم استخوان خود را از دست می‌دهند(51).
کاهش استخوان در نواحی مختلف منجر به شکستگی در بعضی از نواحی بدن شامل مهره‌ها، گردن استخوان ران و مچ دست می شود. علت شکستگی این است که به تدریج که جذب استخوان بر تشکیل استخوان غالب می‌شود، تراکم استخوان کم می‌شود و نهایتاً به حدی می‌رسد که با ضربات خیلی خفیف نیز شکستگی ایجاد می‌شود. بنابراین، پوکی استخوان و عوارض آن در شرایط طبیعی می توانند از طریق دو سازوکار عمل کنند: 1- ممکن است تشکیل استخوان در سه دهه اول زندگی کم باشد و لذا حداکثر تراکم استخوانی کم باشد. در این حالت خیلی زودتر در اثر جذب استخوان به مرحله افزایش احتمال شکستگی خواهد رسید. 2- ممکن است حداکثر تراکم استخوانی طبیعی باشد ولی کاهش تراکم استخوان خیلی شدید باشد(52).

مطلب مشابه :  منابع تحقیق دربارهاستان زنجان، سطح بلوغ

شکل 2- 7- مقایسه استخوان در حالت سالم(چپ) و پوکی استخوان (راست). اقتباس از :(53).

2-4-3
– پاسخ استخوان نسبت به بارگذاری
ساختار استخوان از بارمکانیکی وارده تاثیرپذیر است. استخوان سالم توانایی انطباق دائم با محیط تحت بار را دارد و بر همین مبنا امکان انطباق پذیری با محیط موجود را به سیستم اسکلتی میدهد. این توانائی عموما بدلیل خواص بازسازی استخوان است که بافت قدیمی استخوان را در محیط حداقل بارگذاری استخوان از بین برده وموجب شکل گیری مجدد آن در محیط حد اکثری بارگذاری مکانیکی میشود. استخوان دارای حسگرهایی است که می تواند نیرو های داخلی موجود در استخوان را حس کند و با تحریک سلول های استخوانی فرایند رشد، حفظ وضعیت و یا آغاز تحلیل استخوان را موجب می شود(54). در واقع سلول های استخوانی بعنوان سامانه ی حسگر و موثر با حس کردن محیط مکانیکی، موجب انطباق سیستم اسکلتی با محیط شده و تغییرات معنی داری در جرم ، هندسه و خواص مواد استخوان ایجاد می کند(8).
بر همین اساس و با توجه به قانون ولف و سایر مشاهدات فراست نتیجه گرفتند که: 1- مکانیزم بازخوردی در استخوان وجود دارد. 2- این مکانیزم نیروی موجود را در استخوان اندازه گیری می کند. 3- استخوان اثر نیرو را به شکل سیگنال خاصی بمنظور بازسازی انطباقی تبدیل می کند. 4- سیستم بازخورد از نوع منفی است. بدین معنی که این سیستم نیروهای وارده را برای جلوگیری از شکستگی کاهش میدهد. هرگونه افزایش فشار محوری و یا تغییر شکل خمشی منجر به شروع شکل گیری استخوان در سمت محدب استخوانی و جذب آن در سطح مقعر می شود. بنابراین استخوان های بلند مانند فمور و تیبیا در حین بارگذاری تحت تاثیر جزء خمشی قرار می گیرند.

تحقیقات اخیر مکانیسم های دخیل را روشن نموده و نشان داده علاوه بر استخوان، کلیه بافت های همبند به تغییرات بارگذاری پاسخ می دهند. براین اساس بارگذاری بافت، شکل سلولی، تظاهرات ژنی و عملکردهای ساخت و افزایش سلولی را تحت تاثیر قرار می دهد. پاسخ اولیه این بافت ها به بارگذاری از طریق مکانیسم تشخیص سلولی استرین های بافتی است و بدنبال آن تغییرات بافتی رخ می دهد(55-58).
سلو ل ها میتوانند استرین بافت را بطورمستقیم از طریق تغییر شکل سلول یا غیر مستقیم از راه تغییر ماتریکس تشخیص دهند. کشش یا فشردگی سلول های مزانشیم، جهت گیری سلول های اسکلتی را تغییر داده، باعث تغییر شکل سلول، ایجاد تظاهرات ژنی و تغییر ساخت مولکول های ماتریکس می گردد. تغییر شکل ماتریکس می تواند سازمان ماکرومولکولار، جریان مایع، جریان های استریمینگ، گرادیان های فشار یا میدان های مغناطیسی را تغییر دهد که عملکرد بافت راتحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین بافت می تواند بوسیله این تغییر سازمان ماکرو مولکول های ماتریکس، با ثبت و میانگین گیری از استرین های گذرا ، تغییر شکل بافت را از یک محرک موقت به محرک پیوسته و پایدار تبدیل کند. همچنین بارگذاری یک بافت می تواند جریان مواد غذائی و متابولیت ها را از طریق تاثیر بر جریان عروقی و انتشار از خلال ماتریکس تحت تاثیر قرار دهد.
2-4-4- مکانیسم انطباق مکانیکی استخوان
استخوان بافت کاملا سازگاری است که به عدم استفاده، بی تحرکی، فعالیت شدید و بار گذاری حساس است و می تواند خواص و شکل خود رادر پاسخ به نیاز مکانیکی تغییر دهد. این موضوع را ابتدا ولف مطرح نمود که شکل استخوان،

Leave a Reply