Abstract Original Article
Sarah Hojjati[1],[2], Farhad Daryanoosh[3], Salman Vojdani[4],[5], Farzad Nazem1
Background and Aim: Osteoporosis is a metabolic bone disease that can result from cytokines activity such as TNFɑ. The aim of this study was to evaluate the effect of pulsed electromagnet therapy on femoral strength and bone microstructure in ovariectomized rats.
Materials and Methods: In this experimental study, 30 rats were randomly divided into control, experimental1 (ovariectomized) and two experimental groups; namely ovariectomized and undergoing pulsed electromagnet groups. The control and experimental1 groups were kept under controlled conditions, while the two experimental groups were treated with pulsed electromagnet (2.4 mT) from 12 postoperative weeks for 30min, 3days a week, for 10 weeks. Then, the subjects were sacrificed and their femoral bones were removed to determine the strength and the bone microstructure parameters (the trabecular and cortical thicknesses and trabecular distances). In order to determine bone microstructures, the sections were prepared and stained with H&E. Then, Haworth method was used to measure. One-way ANOVA, repeated measurements, and Scheffe post- hoc tests were applied to analyze the obtained data. Statistical analyses were performed using SPSS software (version 16; Chicago, IL).
Results: Despite equal initial weight of the subjects (P=0.15), they significantly gained weight after12 and also 22 postoperative weeks (P<0.001). Cortical and trabecular thicknesses, and femoral strength respectively and significantly decreased in the experimental group 1 .X=220.80±5.90, P<0.001; X=90.34±5.73,P=0.001; X=5.15±1.07,P=0.002. In the experiment. group 2, decrease was .X=255.40±6.02,P<0.001; X=113.50±3.43, P=0.008; X=8.00±1.11,P=0.015; respectively, comparing with the control group (X=232.36±5.13, X=100.50±5.06, X=6.95±1.16). Cortical and trabecular thicknesses, and bone strength significantly increased in the experimental group 2, compared to the experimental group 1(P<0.001). There was also a significant decrease in the trabecular distance in the experimental group 2 (X=111.60±2.87) compared to the experimental 1 (X=127.40±4.74, P<0.001).
Conclusion: Pulsed electromagnet, can be effective on the osteoporosis improvement.
Key Words: Osteoporosis, Bone Density, Ovariectomy, Pulsed Electromagnet.
Journal of Birjand University of Medical Sciences. 2016; 23(2): 92-100.
Received: February 4, 2016 Accepted: July 11, 2016
سارا حجتی[6],[7]، فرهاد دریانوش[8]، سلمان وجدانی[9],[10]، فرزاد ناظم1
چکیده
زمینه و هدف: استئوپروز یک بیماری متابولیک استخوان است. برخی سودمندی میدان الکترومغناطیسی را بر استخوان گزارش کردهاند. هدف این مطالعه، ارزیابی اثر پالسالکترومغناطیس بر استحکام ران و ریزساختارهای استخوان در مدل تجربی پوکی استخوان بود.
روش تحقیق: در این مطالعه تجربی، 30 سر موشآزمایشگاهی در 3 گروه کنترل، OVX و OVX+PEM تقسیم شدند. گروه OVX+PEM از هفته 12 پس از عمل، بهمدّت 10 هفته (3روز در هفته) تحت درمان با پالسالکترومغناطیس (با شدّتmT4/2و فرکانس Hz5/7) بهمدّت 30دقیقه قرار گرفت. سپس استخوانهای رانآنها برای تعیین استحکام و ریزساختارهای بافت استخوان (ضخامت استخوانهای ترابکولار و کورتیکال و فواصل استخوانهای ترابکولار) برداشته شد. برای بررسی ریزساختارها، نمونهها با H&E رنگآمیزی و توسط روش هاورد اندازهگیری شدند. دادهها بهوسیله آزمونهای آماری آنالیز واریانس یکطرفه، تحلیل واریانس با اندازهگیریهای تکراری و تست تعقیبی شفه توسط نرمافزار SPSS (ویرایش 16)، تجزیه و تحلیل شدند.
یافتهها: با وجود وزن اولیه یکسان موشهای هر سه گروه (15/0P=)، وزن آزمودنیها پس از 12 و 22هفته از اواریکتومی افزایش معنیداری یافت (05/0>P). ضخامت استخوانهای کورتیکال، ترابکولار و استحکام استخوان ران در گروه OVX (بهترتیب: 90/5±80/220X=، 001/0>P؛ 73/5±34/90X=، 001/0=P؛ 07/1±15/5X=، 002/0=P) و OVX+PEM (بهترتیب: 02/6±40/255X=، 001/0>P؛ 43/3±50/113X=، 008/0=P؛ 11/1±00/8X=، 015/0=P) نسبت به گروه کنترل (13/5±36/232X=،06/5±50/100 X=،16/1±95/6X=) بهطور معنیداری کاهش یافت. ضخامت کورتیکال، ترابکولار و استحکام استخوان در گروه OVX+PEM نسبت به اوراکتومی بهطور معنیداری افزایش یافت (001/0>P) و کاهش معنیداری در فاصله بین ترابکولارها در گروه OVX+PEM (87/2±60/111X=) نسبت به OVX(74/4±40/127X=) وجود داشت (001/0>P).
نتیجهگیری: پالسالکترومغناطیس بهعنوان یک درمان غیرتهاجمی، میتواند اثرات سودمندی در بهبودی پوکی استخوان داشته باشد.
واژههای کلیدی: استئوپروز، تراکم استخوان، اواریکتومی، پالسالکترومغناطیس
مجله علمی دانشگاه علوم پزشکی بیرجند. 1395؛ 23 (2): 92-100.
دریافت:15/11/1394 پذیرش: 21/04/1395
مقدمه
استئوپروز یک بیماری متابولیک است که با کاهش پیشرونده در ضخامت استخوانهای کورتیکال، ترابکولار و نیز افزایش فواصل بین استخوانهای ترابکولار مشخص میشود و خطر شکستگی استخوان را در افراد مبتلا افزایش میدهد (1، 2). مکانیسمهای درگیر در روند استئوپروز متعدد هستند؛ اما به نظر میرسد که تحلیل استخوان، در نتیجه نقش هورمون استروژن در متابولیسم سلولی بهوقوع میپیوندد؛ بهطوری که با افزایش فعالیت برخی سایتوکینها از جمله فاکتور نکروزکننده تومور آلفا، تحلیل استخوان افزایش یافته و استئوپروز رخ میدهد (3).
درمانهای دارویی با هدف کاهش از دست رفتن توده استخوان در دسترس میباشند؛ اما در این روشها بیمار نیازمند استفاده منظم و مداوم از داروهاست؛ بهعلاوه درمانهای دارویی با عوارض جانبی و هزینههای بالای درمانی نیز همراه است. امروزه روشهای غیر دارویی بهدلیل اثرات جانبی کمتر، در مرکز توجه قرار گرفتهاند (4). در این رابطه برخی محققان پیشنهاد کردهاند که درمان با پالسالکترومغناطیس[11] (PEMT) میتواند از پوکی استخوان پیشگیری نماید.
پالسالکترومغناطیس روشی است که با استفاده از جریان الکتریکی و حرکت الکترونها، دو میدان الکتریکی و مغناطیسی را تولید میکند (5). نظریه مؤثّربودن پالسالکترومغناطیس از این یافته حاصل شد که جریانهای الکتریکی میتوانند با حرکت الکترونها و تغییر در پتانسیل الکتریکی سلولهای استخوانی، تشکیل استخوان را تسریع بخشند (5).
مطالعه Chang و همکاران (2004) نشان داد که این روش درمانی قادر است تا از فعالیت سلولهای استئوکلاست در موشهای اواریکتومیشده جلوگیری نماید (6). مطالعه Xiao و همکاران (2010) نیز نشان داد که 20 تا 60 دقیقه درمان بهصورت روزانه قادر است فاکتورهای بیومکانیکی را در استخوانهای استئوپروتیک حیوانات بهبود بخشد (7). Chang (2003) نیز در مطالعه خود به این نتیجه رسید که 30 روز درمان میتواند از کاهش تراکم استخوان ترابکولار در موشهای اواریکتومیشده جلوگیری نماید (8). مدارکی نیز وجود دارد که نشان میدهد، PEMT قادر نیست از استخوان در برابر فرآیند استئوپروز جلوگیری نماید. در این راستا نتایج چند مطالعه نشان داد که PEMT اثری بر ریزساختارها یا توده استخوان در استخوانهای استئوپروتیک حیوانات ندارد (9-11).
با توجه به اینکه نتایج گوناگون و متناقضی در رابطه با استفادهی درمانی از پالسالکترومغناطیس وجود دارد و از سوی دیگر روشهای غیر دارویی در اولویت قرار دارند، این مطالعه با هدف بررسی اثر پالسالکترومغناطیس بر استحکام و ریزساختارهای بافت استخوان ران در موشهای اواریکتومیشده انجام شد.
روش تحقیق
در این مطالعه تجربی که در سال 1394 در شیراز انجام شد، تعداد 30 سر موش آزمایشگاهی ماده از نژاد اسپراگ-داولی (با سن 10 هفته، وزن 38/4±66/212 گرم) مورد بررسی قرار گرفتند. موشها بهصورت تصادفی در 3 گروه دهتایی تقسیم شدند: گروه کنترل، گروه OVX (اواریکتومی شده) و گروه OVX+PEM(اواریکتومیشده تحت درمان با پالس الکترومغناطیس).
آزمودنیها در شرایط استاندارد مطابق با ضوابط اخلاقی کار با حیوانات آزمایشگاهی نگهداری شدند. بدین منظور، موشها در قفسهای پلاستیکی (cm15×22×39) در گروههای 5تایی قرار گرفتند؛ در حالی که دسترسی آزادانه به آب و غذای استاندارد پلت داشتند. دمای اتاق 2±20 درجه سانتیگراد و میزان رطوبت 5±60 درصد بود. چرخه روشنایی–تاریکی نیز بهصورت 12 به 12 ساعت درنظر گرفته شد.
چند روز پس از آمادهسازی جانوران، موشهای گروههای OVX و OVX+PEM بهروش تزریق داخل عضلانی با مخلوط کتامین (7/8 میلیگرم بهازای هر 100گرم وزن بدن) و زایلازین (3/1 میلیگرم در هر 100 گرم وزن بدن) بیهوش شدند و تحت عمل دوطرفه برداشت تخمدان (اواریکتومی) قرار گرفتند. برای اواریکتومی، محل عمل با بتادین اسکراب ضدّ عفونی شد؛ سپس شکافی در ناحیه شکم به اندازه 3 سانتیمتر روی خط سفید وسط شکم[12] از کلیه به پایین ایجاد شد. بعد از ایجاد برش در لایههای عضلانی و پرده صفاق، تخمدانها مشاهده و با قیچی جراحی، جدا گردید. آنگاه شکاف مربوطه با الگوی بخیه ساده تکی با نخ ویکریل 3 صفر و پوست حیوان با نخ جراحی نایلن 2 صفر دوختهشد (12). برای جلوگیری از ایجاد عفونت، از محلول OTC در محل جراحی استفاده گردید. سپس حیوانات به مدت 12 هفته تحت شرایط کنترلشده (دسترسی آزادانه به آب و غذا و چرخه روشنایی-تاریکی 12 به 12ساعت) با هدف ایجاد استئوپروز قرار گرفتند (13).
پس از 12 هفته از انجام عمل، درمان با پالسالکترومغناطیس (DTL 5000 ، ساخت انگلستان) به مدت 10هفته (سه بار در هفته) بر گروه OVX+PEM اعمال شد. شیوه درمان بهصورتی بود که حیوانات در داخل میدان پالسالکترومغناطیس قرار گرفتند. شدّت و فرکانس پالسالکترومغناطیس در mT4/2و Hz5/7 تنظیم شد. مدت قرارگیری موشها در دستگاه 30دقیقه بود (6). حیوانات در تمام مراحل، وزنکشی شدند (با ترازوی دیجیتال، با دقت 01/0 گرم، مدل GE3002، ساخت سوئیس). در پایان، تمام حیوانات با استفاده از دوز بالای عوامل بیهوشکننده قربانی شدند؛ هر دو استخوان ران برداشته شد و برای بررسی استحکام و ریزساختارهای بافت استخوان (ضخامت استخوانهای ترابکولار و کورتیکال و فواصل بین استخوانهای ترابکولار)، از بافتهای نرم اطراف، پاک گردید.
برای اندازهگیری ریزساختارهای بافت استخوان ران، ران سمت راست با محلول فرمالین10% ثابت شد؛ سپس برای دکلسیفیهشدن در محلول اسید فورمیک 50% و سیترات سدیم 20% قرار گرفت. در مرحله بعد، از استخوانها بلوکهای پارافینی تهیه شد و توسط میکروتوم از آنها برشهای 4میکرونی تهیه گردید و تحت رنگآمیزی H&E قرار گرفت. سپس از روش Haworth برای اندازهگیری ریزساختارهای بافت استخوان استفاده شد (14). بدینمنظور ضخامت استخوانهای ترابکولار و کورتیکال و فواصل بین استخوانهای ترابکولار در فاصله 2 میلیمتری زیر صفحه رشد، در ده میدان میکروسکوپی با استفاده از میکروسکوپ المپوس (مدل CX22، ژاپن) و نرمافزار آنالیز تصویری المپوس (نسخه 1، 3، 9؛ توکیو، ژاپن) اندازهگیری شد (شکل 1). سپس میانگین آنها بهعنوان مقدار نهایی گزارش شد. تمام گروهها تنها توسط یک متخصص پاتولوژیست به صورت یک سو کور اندازهگیری گردید.
استخوانهای ران سمت چپ برای بررسی استحکام استخوان مورد آزمایش قرار گرفتند. حداکثر مقاومت استخوان با استفاده از دستگاه تستکننده مواد (H505ks,Hounsfield, England) مطابق با روش Peng و همکاران، اندازهگیری شد (15).