منابع و ماخذ مقاله بیومکانیک، انرژی شکست، سختی استخوان، مواد معدنی

دانلود پایان نامه ارشد

یع بهتر نیروهای مفصل، انتهای استخوانهای بلند پهن میشوند تا استرس (بار / سطح)کاهش یابد و استرس بوسیلة استخوان ترابیکولار زیر سطح مفصلی حمل میشود تا نیرو را در قشر استخوان بلند توزیع کند.

2-6-1. بیومکانیک پایه
پارامترهای بیومکانیکی وجود دارند که میتواند مشخصه یکپارچگی استخوان در نظر گرفته شوند. ارتباط کلیدی بین بار اعمال شده بر ساختار و جابجایی در پاسخ به منحنی بار- جابجایی وجود دارد.
2-6-1-1. سختی
شیب منطقه الاستیک از منحنی بار – جابجایی نشاندهندة سفتی بیرونی یا سختی استخوانبندی میشود(S). علاوه بر سختی، ویژگیهای بیومکانیکی دیگری میتوانند منتج شوند که شامل نیروی نهایی(Fu)(ultimate force)، انرژی شکست (work to failure)( سطح زیر منحنی بار- جابجایی، U)، و جابجایی نهایی (ultimate displacement)(du). هریک از این پارامترهای اندازه گیری شده ویژگیهای مختلفی از استخوان را نشان میدهند:
2-6-1-2. نیروی نهایی
نیروی نهایی نشان دهندة یکپارچگی (integrity) ساختار استخوان و سختی با معدنی بودن استخوان مرتبط است، انرژی شکست میزان انرژی مورد نیاز برای شکستن استخوان است و جابجایی نهایی رابطه معکوسی با شکنندگی استخوان دارد.

شکل2-2. منحنی نیرو- جابجایی برای بافت استخوان است. شیب ناحیه خطی منحنی سفتی بیرونی یا استحکام ساختار را نشان میدهد(S )؛ ارتفاع منحنی نیروی نهایی را مشخص میکند( FU)؛ سطح زیر منحنی انرژی شکست (U )؛ و جابجایی کل تا شکست جابجایی نهایی (du) است.

شکل2-3. منحنی نیرو- جابجایی برای شرایط استخوانی متفاوت. استخوان استئوپروتیک شکننده است بنابراین انرژی شکست آن کاهش مییابد. به عبارت دیگر، استخوان کودکان نرم و با جابجایی نهایی بزرگتری است، در نتیجه انرژی شکست افزایش می یابد.
2-6-1-3. انرژی شکست
سطح بیومکانیکی استخوان ممکن است بهوسیله یکی از این ویژگیها توضیح داده شود. به عنوان مثال، استخوان یک بیمار دارای پوکی استخوان تمایل سختی خواهند داشت اما خیلی شکننده نیز است، که سبب کاهش انرژی شکست شده و خطر شکستن افزایش مییابد. به عبارت دیگر، استخوان کودک متمایل به معدنی بودن کمتر و ضعیف است اما خیلی شکل پذیر است(جابجایی نهایی بزرگ)، که سبب افزایش انرژی شکست میشود. به خاطر این ویژگی شکستگی greenstick، که در آن استخوان تحت تغییر شکل گستردهای قرار میگیرد ولی به طور کامل نمی شکند،بعضی وقت ها در کودکان مشاهده می شود.
زمانی که نیرو به تنش و تغییر شکل به کرنش به وسیله فرمول های مهندسی تبدیل می شود،ارتباط بین تنش و کرنش در استخوان از منحنی به نام منحنی تنش – کرنش پیروی می کند.شیب منحنی تنش – کرنش در محدودۀ ناحیه الاستیک ضریب یانگ یا ضریب الاستیک نامیده می شود(E). ضریب الاستیک اندازۀ اصلی سختی ماده است.سطح زیر منحنی تنش – کرنش اندازه میزان انرژی مورد نیاز برای شکست ماده است.این ویژگی ماده انرژی جذب یا ضریب چقرمگی(سختی) یا فقط چقرمگی نامیده می شود.حداکثر تنش و کرنشی که استخوان می تواند تحمل کند نهایت قدرت و نهایت کرنش به ترتیب نامیده می شود. باید توجه داشت که قدرت، که بوسیلة منحنی تنش – کرنش تعریف شد، یک ویژگی اصلی(ذاتی) استخوان میباشد. یعنی، این مقادیر قدرت مستقل از اندازه و شکل استخوان میباشند. نیروی مورد نیاز برای شکستن استخوان متفاوت از قدرت ذاتی است، زیرا بار نهایی با توجه به اندازه استخوان تغییر میکند. تمایز این موضوع در ذهن مهم است زیرا قدرت ذاتی و بار نهایی میتواند در مطالعات دارویی یا ژنتیکی مسیرهای متفاوتی داشته باشد، بهویژه اگر دارو یا ژن اندازه استخوان را تحت تأثیر قرار دهد. اندازه های قدرتی که در واحدهای تنش وجود ندارند قدرت ذاتی مواد را نشان نمیدهند اما بهوسیلة عوامل بیرونی مانند شکل و اندازه نمونه تحت تأثیر قرار میگیرند.
2-6-1-4. نقطۀ تسلیم
منطقه کرنش الاستیکی و پلاستیکی منحنی تنش – کرنش بوسیلة نقطه تسلیم (yield point) جدا میشوند (شکل 2- 3). نقطه تسلیم انتقال تدریجی را نشان میدهد، در بالای آن نقطه، تنشها سبب آسیبهای پایداری به ساختار استخوان ایجاد میکنند. کرنشهای پس از تسلیم (کرنشهای آنسوی نقطه تسلیم) تغییر شکلهای پایداری را از ساختار استخوان نشان میدهند که بهوسیلة لغزش خطوط سیمانی (slip at cement lines)، شکستگیهای کوچک ترابیکیولار، رشد شکاف (crack growth) یا ترکیبی از آنها بوجود میآید. نقطه تسلیم گاهی اوقات که نمونه های استخوانی مورد آزمون قرار میگیرند به خوبی تعریف میشود. چندین روش برای تعیین نقطه تسلیم مطرح شدند. به عنوان مثال نقطه تسلیم به عنوان نقطهای تعریف میشود که منحنی تنش – کرنش شروع به غیر خطی شدن میکند. روش دیگر شامل روشهای افست میباشد که یک خط موازی با بخش خطی منحنی تنش – کرنش رسم میشود و بوسیلة 03/0 تا 02/0 درصد کرنش طراحی میشود(44).
2-7. انواع تستهای بیومکانیکی
به پنج گروه، تراکم، IndentationT، خمشی، برشی، تورش و تست خستگی تقسیم میشوند. در مطالعه حاضر از تست های خمشی استفاده شده است، لذا تئوری تست خمشی مورد بحث قرار میگیرد.در تست خمشی (یا flexion) کل استخوانها یا نمونههای استخوانی، استرس تراکمی بر یک سمت نمونه و تست تنشی به سمت دیگر نمونه وارد میشود. بنابراین مدول الاستیک محاسبه شده از تست خمشی ترکیببی از مدول الاستیک تراکمی و تنشی میباشد. خمش میتواند با استفاده از نیروهای سه نقطهای یا چهار نقطهای اعمال شود. گرچه خمش سه نقطهای بسیار سادهتر است، ولی عدم مزیتهایی در ایجاد استرس برشی در نزدیکی میانه استخوان دارد. در خمش چهار نقطهای، استرسهای برشی که باعث ایجاد نیروهای خمشی خالص در دو اتکای خارجی میشود، از بین میروند. اما این روش نیاز به این دارد که نیروهای مساوی به تمام نقاط نیرو وارد شود و این کار برای استخوانهایی که شکل مشخصی ندارند و هندسه سطحی غیر معمولی دارند مشکل است.

2-8. پیشینۀ تحقیق بر اساس تاریخ
در تحقیقی دیگر لین و همکاران (2013) به بررسی اثر اعمال بار مکانیکی بر ویژگیهای هندسی و مکانیکی استخوان ران موشهای صحرایی در حال رشد پرداختند.30 راس موش نژاد ویستار (هفت هفته ای) به صورت تصادفی در سه گروه قرار گرفتند(1- L30 یازده راس،2- L10 یازده راس و 3- CON 10راس). حیوانات در گروه های L30 و L10 5 به مدت 5 روز برنامه فرود آزاد را تجربه کردند بدین ترتیب که حیوانات از ارتفاع 40 ساتنی متری 10 و 30 مرتبه رها میشدند. نیروی عکس العمل فرود زمین (GRF) در روز اول و پنجم از تمرین اندازه گیری شد. لیبل فلورسانس در روزهای قبل و بعد از تمرین به همه آزمودنی ها دو بارتزریق شد. سه روز بعد از آخرین تزریق لیببل، حیوانات به صورت بی هوش کشته شدند. روشهای هیستوموفومتری، هندسه بافت و ویژگیهای بیومکانیکی به منظور بررسی پاسخ ران به مورد استفاده قرار گرفته شد. کاهش معنادار در اوج GRF اندام عقبی از روز اول تا 5 مشاهده شد. اختلاف معناداری بین گروهها در هیستومورفومتری دینامیک یافت نشد. ویژگیهای بیومکانیکی کاهش معناداری را در انرژی بیشینه و انرژی قبل از نقطه تسلیم در گروههای L10 و L30 نسبت به گروه کنترل مشاهده شد. به طورکلی، تمرین فرود آزاد سبب به خطر افتادن اندک بافت استخوانی می گردد که به صورت کاهش انرژی خمشی و سطح بیرونی استخوان ظاهر شد اما در ویژگیهای بیومکانیکی دیگر یا اندازه گیریهای بافتی (وزن و طول) موشهای صحرایی ماده چنین نبود(51)
باربوسا و همکاران (2012) در تحقیقی به بررسی اهمیت فعالیت آزاد روزانه در قفس و افزایش وزن طی بازیافت ساختار استخوان و ویژگیهای بیومکانیکی موشهای صحرایی در حال رشد بعد از حذف بار اندام عقبی پرداختند. موشهای صحرایی نژاد ویستار 8 هفتهای به طور تصادفی در گروه کنترل و معلق (در هر گروه 24 راس) قرار گرفتند. گروه تعلیق به مدت 4 هفته حذف بار اندام عقبی را تجربه کردند. همچنین این گروه بعد از آزاد شدن در قفس در هفتههای 12، 16 و 24 کشته شدند. پس از جداسازی استخوان ران، سطح، چگالی استخوان، مقاومت در برابر شکست و سختی استخوان مورد ارزیابی قرار گرفته شد. 4 هفته تعلیق سبب کاهش وزن بدن، چگالی مواد معدنی استخوان، مقاومت استخوان در برابر شکست و سختی استخوان شد. 8 هفته فعالیت آزاد در قفس سبب برگشت وزن بدن، چگالی مواد معدنی استخوان، مقاومت در برابر شکست و سختی استخوان در گروه تعلیق شد. باربوسا و همکاران گزارش دادند که همبستگی بالایی بین وزن بدن و ساختار و ویژگیهای مکانیکی استخوان وجود دارد(46).
در پژوهشی که احسان صادقیاندهکرد (1390) تحت عنوان مطالعه برهمکنش بافت استخوان و داربست کامپوزیتی هیدروکسی آپاتیت-ژلاتین در مدل حیوانی با رویکرد مکانوبیولوژیکی انجام داد، نشان داده شد که یک رژیم ارتعاشی کم دامنه- پربسامد بر روی استخوانهای ران موشهای صحرایی باعث افزایش شاخصهای مکانیکی استخوان که عبارت بودند از: سختی، نیروی تسلیم و انرژی شکست شد.
هوانگ و همکاران (2008) در تحقیق دیگری به بررسی تاثیر دو نوع تمرین استقامتی تداومی و تناوبی برکیفیت بیومکانیکی استخوان موشهای نر ویستار در حال رشد پرداختند.نتایج تحقیق نشان داد که هر دو نوع تمرین استقامتی سبب بهبود ویژگیهای بیومتریال استخوان ران شد. همچنین در این تحقیق نشان داده شد که هر دو نوع تمرین استقامتی تداومی و تناوبی تاثیری بر سختی و نیروی خمشی استخوان ران ندارند. همچنین درتحقیق هوانگ و همکاران نشان داده شد که انرژی شکست در اثر تمرین استقامتی افزایش مییابد(50).
میلر و همکاران(2007) تحقیقی با عنوان تمرین ایزوکنیتیک سختی استخوان اولنا و مواد معدنی استخوان را در زنان جوان افزایش میدهد، انجام دادند. به همین منظور 54 زن تمرین کرده با دست غیر برتر 3 بار در هفته به مدت 20 هفته، 32 تمرین درون گرا(CON) و 22 تمرین برونگرا (ECC) را انجام دادند. آزمودنیها قبل و بعد از تمرین مورد ارزیابی قرار گرفتند: اوج گشتاور CON و ECC عضلات خم کننده و باز کننده آرنج بوسیله دینامومتر ایزوکنیتیک، محتوای مواد معدنی و چگالی استخوان اولنا با استفاده از طیف سنجی انرژی دوگانه اشعه X (dual – energy X ray absorbtiometry) و EI اولنا با استفاده از روش MRTA اندازه گیری شد.تمرین ایزو کنیتیک اوج گشتاور CON (17%) و ECC(17%) را حتی زمانی که به منظور تغییرات دست تمرین نکرده کنترل میشدند افزایش داد.تمرین برونگرا اوج گشتاور CON و ECC را افزایش داد درحالیکه تمرین CON فقط اوج گشتاور CON را بهبود بخشید. تمرین ایزوکنیتیک EI استخوان اولنا را 28% افزایش داد که به لحاظ آماری بیشتر از دست تمرین نکرده بود. EI اولنا با تمرین CON 25% افزایش و با تمرین ECC 32% افزایش داشت. هر دو سبک تمرینی سبب افزایش EI در مقایسه با اندام تمرین نکرده شد. شرایط هر دو تمرین سبب افزایش BMD و BMC شد، با این وجود، تنها تمرین CON زمانی که برای تغییرات در اندام تمرین نکرده کنترل شدند ثمر بخش بودند. در نتیجه، تمرین ایزوکنیتیک قدرتی EI، BMC، BMD را در زنان جوان افزایش داد و هیچ تفاوت معناداری به لحاظ آماری بین سبکهای تمرینی CON و ECC وجود نداشت(47).
واردن و همکاران (2005) در تحقیقی با عنوان انطباق استخوان با یک برنامه بارگذاری مکانیکی به طور معناداری باعث افزایش مقاومت در برابر خستگی اسکلتی میشود، نشان دادند که بارگذاریهای مکانیکی باعث پایداری و تغییرات قابل پیشبینی در ویژگیهای ساختاری استخوان زند زیرین تحت بار میشوند، در این تحقیق یافتند که بهوسیلۀ یک برنامۀ تمرینی بارگذاری مکانیکی میتوان ساختار استخوان را از طریق راهکارهای پیشگیری کننده در برابر شکستگیها اصلاح کرد(45).از سوی دیگر هوانگ و همکاران (2003) طی تحقیقی به بررسی تاثیر تمرینات مختلف بر چگالی مواد معدنی، ساختار و ویژگیهای بیومکانیکی استخوانهای در حال رشد پرداختند. به همین منظور 29 رت ویستار (7 هفتهای) انتخاب و به صورت تصادفی در سه گروه تمرینی دویدن روی تردمیل(9راس)،

پایان نامه
Previous Entries منابع و ماخذ مقاله بافت استخوان، تعریف مفهومی، تمرین استقامتی، انرژی شکست Next Entries منبع پایان نامه ارشد درباره اضافه وزن، فیزیولوژی، درون داده، تولیدات علمی