مقاومت مکانیکی استخوان

مقاومت مکانیکی استخوان

مقاومت مکانیکی استخوان

  استخوان

فصل دوم: کلیات پژوهشی

مقدمه  …………..

2-1- اساس ارتعاشات مکانیکی..

2-2- ارتعاشات کل بدن.

2-3- نیروهای وارد بر استخوان.

2-4- مقاومت مکانیکی استخوان.

2-4-1- بازسازی استخوان.

2-4-2- سازوکار بروز پوکی استخوان.

2-4-3- پاسخ استخوان نسبت به بارگذاری..

2-4-4- مکانیسم انطباق مکانیکی  استخوان.

2-4-5- پاسخ عضله به بارگذاری..

2-4-6- تست مکانیکی استخوان.

2-5- ساختمان میکروسکوپی استخوان.

2-5-1- سلول های پوششی استخوان.

2-5-2-  ترکیب استخوان.

2-6- ساختمان ماکروسکوپی استخوان.

2-6-1- استخوان متراکم و اسفنجی..

2-6-2- استخوان از لحاظ تکاملی..

2-7- کلسیم………..

2-8- پیشینه تحقیق..

2-8 – جمع بندی. …

منابع

استخوان

مقدمه

در این فصل به مبانی نظری اساس ارتعاشات مکانیکی و ویبراسیون کل بدن، مقاومت مکانیکی استخوان، خواص مکانیکی استخوان، مکانیسم پاسخ بافت نسبت به بارگذاری، خواص تطابقی استخوان در برابر محرک می پردازیم. سپس در مورد ساختمان ماکروسکوپی و میکروسکوپی استخوان، ترکیب 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.

 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. حركت 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 حركت تناوبی را همواره می توان بر حسب سینوس وكسینوس بیان كرد . اصطلاح هماهنگ وهارمونیك به عبارت هایی اطلاق می شود كه شامل این توابع هستند، حركت تناوبی را اغلب هماهنگ نیز میگویند.

نیروهای وارد بر استخوان

نیروها میتوانند به صورت کششی[1]، فشاری[2]، برشی[3] و بارگذاری مرکب شامل: خمشی[4] یا پیچشی[5]  بر استخوان اعمال گردند(شکل2-10). رفتار استخوان در برابر هر یک از نیروهای فوق متفاوت خواهد بود: رفتار استرین[6]، 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 استرس[7] 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 نیروهایی 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.

[1] Tension force

[2] Compressive force

[3] Shear force

[4] Bending force

[5] Torsion force

[6] Strain

[7] Stress

مقاومت مکانیکی استخوان

 بازسازی استخوان

مطابق یافته های پزشکی، بافت استخوان بطور منظم دچار بازسازی[1] 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 تشكیل استخوانی كم شود پوکی استخوان رخ می دهد که مكانیسم اصلی در همه ی دلایل پوكی استخوان همین عدم تعادل بین جذب استخوانی وتشكیل آن است.

[1] Remodeling

ساختمان میکروسکوپی استخوان

ساختمان میکروسکوپی  استخوان سلول های استخوانی که شامل استئوکلاست، استئوبلاست، استئوسیت، سلول پوششی استخوان می باشد. استئوکلاست (ریشه یونانی Osteon  استخوان +klastos   تجزیه شده ) سلول های جذب کننده استخوان هستند که دوره زندگی انها بیش از 7 هفته و نیمه ی عمرشان حدود 10-6 روز است. استئوکلاست سلول هایی بزرگ با زوائد فراوان و متحرک هستند. قسمت متسع تنه سلول حاوی 50-5 هسته است.

در مناطقی از استخوان که عمل بازجذب صورت می گیرد این سلول ها درون فرورفتگی هایی که توسط عمل آنزیمی پدید آمده اند و لاکونا های حلزونی یا هو شیب[1] نامیده می شوند قرار دارند. استئوکلاست از ادغام سلول های مشتق شده از مغز استخوان پدید آمده اند در حالیکه منشا سایرسلول های استخوانی مزانشیم است.  استئوکلاست، کلاژناز و دیگر آنزیم ها را ترشح و پروتون را  به یک حفره ی زیر سلولی پمپ میکند و هضم موضعی کلاژن و حل شدن بلور های نمک کلسیم را سرعت می بخشد.

استئوبلاست (ریشه یونانی Osteon  استخوان +blastos  زاینده) سازنده ی استخوان و ترشح کننده ی ماتریکس غیرمعدنی آن (استئوئید) می باشند، که در کلسیفیکیشن (رسوب کلسیم) و تنظیم جریان کلسیم و فسفات به داخل و خارج سلول شرکت می نماید.  این سلول ها منحصرا در سطوح بافت استخوانی، همانند اپیتلیوم ساده، کنار هم قرار دارند.  استئوبلاست ها دارای شبکه آندوپلاسمی ناصاف و دستگاه گلژی هستند. این دو نشان دهنده فعالیتهای ترشحی‌اند. به همین دلیل حبابهای ترشحی بسیاری در این سلولها دیده می‌شود. وقتی فعالانه مشغول ساخت استخوان هستند دارای شکلی مکعبی تا استوانه ای و بازوفیلی هستند و با کاهش فعالیت سازندگی، پهن و اسیدوفیلی  می شوند. برخی استئوبلاست بتدریج توسط ماتریکس تازه ساخته شده احاطه و به استئوسیت تبدیل می شوند. طی این فرآیند فضایی به نام لاکونا پدید می آید.

[1] Howships Lacunae

استخوان

 .   

جهت مشاهده نمونه های دیگر از فصل دوم پایان نامه تربیت بدنی کلیک کنید.

نمونه ای منابع و رفرنس ها

Refrence

1. Lash RW, Nicholson JM, Velez L, Van Harrison R, McCort J. Diagnosis and management of osteoporosis. Primary Care: Clinics in Office Practice. 2009;36(1):181-98.
2. Melton JL. Perspectives: how many women have osteoporosis now? Journal of Bone and Mineral Research. 1995;10(2):175-7.
3. Siris E, Adler R, Bilezikian J, Bolognese M, Dawson-Hughes B, Favus M, et al. The clinical diagnosis of osteoporosis: a position statement from the National Bone Health Alliance Working Group. Osteoporosis International. 2014
4. Huang T.H. LSC, Chang F.L., Hsieh S.S., Liu S.H., Yang R.S. Effects of different exercise modes on mineralization, structure, and Biomechanical properties of growing bone. J Appl Physiol Bone. 2003(95):300-7.
5. Comelekoglu U, Bagis S, Yalin S, Ogenler O, Yildiz A, Sahin NO, et al. Biomechanical evaluation in osteoporosis: ovariectomized rat model. Clinical rheumatology. 2007;26(3):380-4.
6. Bagi C, Wilkie D, Georgelos K, Williams D, Bertolini D. Morphological and structural characteristics of the proximal femur in human and rat. Bone. 1997;21(3):261-7.
7. Albright J, Skinner H. Bone: remodeling dynamics. The scientific basis of orthopaedics Appleton-Century-Crofts, New York. 1979:185-229.
8. Frost H. Skeletal structural adaptations to mechanical usage (SATMU): 1. Redefining Wolff’s law: the bone modeling problem. The Anatomical Record. 1990;226(4):403-13.
9. Wolff J, Maquet P, Furlong R. The law of bone remodelling: Springer-Verlag Berlin; 1986.
10. Warner S, Shea J, Miller S, Shaw J. Adaptations in cortical and trabecular bone in response to mechanical loading with and without weight bearing. Calcified tissue international. 2006;79(6):395-403.
11. Lehtonen‐Veromaa M, Möttönen T, Svedström E, Hakola P, Heinonen O, Viikari J. Physical activity and bone mineral acquisition in peripubertal girls. Scandinavian journal of medicine & science in sports. 2000;10(4):236-43.
12. Vuori I. Health benefits of physical activity with special reference to interaction with diet. Public health nutrition. 2001;4(2b):517-28.
13. Daley MJ, Spinks WL. Exercise, mobility and aging. Sports Medicine. 2000;29(1):1-12.
14. Carter ND, Kannus P, Khan K. Exercise in the prevention of falls in older people. Sports Medicine. 2001;31(6):427-38.
15. Heinonen A, Kannus P, Sievänen H, Oja P, Pasanen M, Rinne M, et al. Randomised controlled trial of effect of high-impact exercise on selected risk factors for osteoporotic fractures. The Lancet. 1996;348(9038):1343-7.
16. Cardinale M, Rittweger J. Vibration exercise makes your muscles and bones stronger: fact or fiction? British Menopause Society Journal. 2006;12(1):12-8.
17. Cardinale M, Bosco C. The use of vibration as an exercise intervention. Exercise and sport sciences reviews. 2003;31(1):3-7.
18. Cardinale M, Wakeling J. Whole body vibration exercise: are vibrations good for you? British journal of sports medicine. 2005;39(9):585-9.
19. Rubin C, Judex S, Qin Y-X. Low-level mechanical signals and their potential as a non-pharmacological intervention for osteoporosis. Age and ageing. 2006;35(suppl 2):ii32-ii6.
20. Cardinale M, Pope M. The effects of whole body vibration on humans: dangerous or advantageous? Acta Physiologica Hungarica. 2003;90(3):195-206.
21. Judex S, Zernicke R. Does the mechanical milieu associated with high-speed running lead to adaptive changes in diaphyseal growing bone? Bone. 2000;26(2):153-9.
22. Robling A, Duijvelaar K, Geevers J, Ohashi N, Turner C. Modulation of appositional and longitudinal bone growth in the rat ulna by applied static and dynamic force. Bone. 2001;29(2):105-13.
23. Fritton SP, J McLeod K, Rubin CT. Quantifying the strain history of bone: spatial uniformity and self-similarity of low-magnitude strains. Journal of biomechanics. 2000;33(3):317-25.
24. Judex S, Boyd S, Qin Y-X, Turner S, Ye K, Müller R, et al. Adaptations of trabecular bone to low magnitude vibrations result in more uniform stress and strain under load. Annals of biomedical engineering. 2003;31(1):12-20.
25. Tezval M, Biblis M, Sehmisch S, Schmelz U, Kolios L, Rack T, et al. Improvement of femoral bone quality after low-magnitude, high-frequency mechanical stimulation in the ovariectomized rat as an osteopenia model. Calcified tissue international. 2011;88(1):33-40.
26. Rubin C, Turner AS, Bain S, Mallinckrodt C, McLeod K. Anabolism: Low mechanical signals strengthen long bones. Nature. 2001;412(6847):603-4.
27. Rittweger J. Vibration as an exercise modality: how it may work, and what its potential might be. European journal of applied physiology. 2010;108(5):877-904.
28. Judex S, Lei X, Han D, Rubin C. Low-magnitude mechanical signals that stimulate bone formation in the ovariectomized rat are dependent on the applied frequency but not on the strain magnitude. Journal of biomechanics. 2007;40(6):1333-9.
29. Oxlund B, Ørtoft G, Andreassen TT, Oxlund H. Low-intensity, high-frequency vibration appears to prevent the decrease in strength of the femur and tibia associated with ovariectomy of adult rats. Bone. 2003;32(1):69-77.
30. Adams JB, Edwards D, Serviette D, Bedient AM, Huntsman E, Jacobs KA, et al. Optimal frequency, displacement, duration, and recovery patterns to maximize power output following acute whole-body vibration. The Journal of Strength & Conditioning Research. 2009;23(1):237-45.
31. Rittweger J. Phyysiological Targets of Artificial Gravity: Adaptive Processes in Bone. Artificial Gravity: Springer; 2007. p. 191-231.
32. Vahid Dastjerdi MMoH. International Workshop on the prevention, diagnosis and treatment of osteoporosis – Tehran University of Medical Sciences. Endocrinology and Metabolism Research Center, Tehran University of Medical Sciences Annual Meeting. 2010.
33. Friedman SM, Mendelson DA. Epidemiology of Fragility Fractures. Clinics in geriatric medicine. 2014.
34. Nanninga GL, Panneman MJ, van der Elst M, Hartholt KA. Increasing rates of pelvic fractures among older adults: The Netherlands, 1986–2011. Age and ageing. 2014:aft212.
35. Salkeld G, Cameron ID, Cumming R, Easter S, Seymour J, Kurrle S, et al. Quality of life related to fear of falling and hip fracture in older women: a time trade off studyCommentary: Older people’s perspectives on life after hip fractures. Bmj. 2000;320(7231):341-6.
36. prevention NOFCsgt, http://nof.org/hcp/resources/913. atoo, 2013 AO. 2013.
37. Korhonen N, Niemi S, Parkkari J, Sievänen H, Palvanen M, Kannus P. Continuous decline in incidence of hip fracture: nationwide statistics from Finland between 1970 and 2010. Osteoporosis International. 2013;24(5):1599-603.
38. Kannus P, Palvanen M, Niemi S, Sievänen H, Parkkari J. Rate of proximal humeral fractures in older Finnish women between 1970 and 2007. Bone. 2009;44(4):656-9.
39. خلدی،ناهید. اصول تغذیه رابینسون. انتشارات سالمی، چاپ هفتم. 1386:150.
40. Christiansen BaS, M.J. The effect of varying magnitudes of whole-body vibration on several skeletal sites in mice. 2006;34 (7),1149–1156.
41. Bouillon R KFR, Jiang Y,, editor. The American Society for Bone and Mineral R Annual Meeting; 2004; seattle: Bone Key.
42. Rubinacci A, Marenzana M, Cavani F, Colasante F, Villa I, Willnecker J, et al. Ovariectomy sensitizes rat cortical bone to whole-body vibration. Calcified tissue international. 2008;82(4):316-26.
43. ….

استخوان