Pulslu elektromanyetik alanın deneysel osteoporoz modeli oluşturulmuş sıçanlarda kemik doku üzerindeki etkilerinin biyomekanik, biyokimyasal, dansitometrik ve histomorfolojik özellikler yönünden incelenmesi

Abstract

Pulslu Elektromanyetik Alanın Deneysel Osteoporoz Modeli Oluşturulmuş Sıçanlarda Kemik Doku Üzerindeki Etkilerinin Biyomekanik, Biyokimyasal, Dansitometrik ve Histomorfolojik Özellikler Yönünden İncelenmesiKemikte piezoelektrik ve biyoelektrik potansiyellerin keşfi ile birlikte, eksternal elektromanyetik alanların (EMA) kemik hücrelerinin davranışlarını etkileyebileceği iddia edilmiştir. Bazı araştırmacılar, oldukça düşük frekanslı EMA'nin osteoklastik aktiviteyi baskılayarak veya bazı hormonal değişiklikler gerçekleştirerek, osteoblastik aktiviteyi arttırdığını ileri sürmektedir. Buna karşılık, bazı araştırıcılar bu sonuçları göstermekte başarısız olmuşlardır.Bu çalışmada, uzun dönem (26 hafta (182 gün) pulslu elektromanyetik alanın (PMA; 15 Hz, 1 mT, 2 saat/gün) sağlıklı ve deneysel osteoporoz modeli oluşturulmuş sıçanların kemik doku üzerindeki etkileri biyomekanik özellikler yönünden araştırıldı. Bu amaçla, 56 adet, 12-haftalık, Wistar-Albino dişi sıçanlar; kontrol (C), sham (SH), ovariektomi+siyatik-sinir-nörektomi (ONX), ONX+pulslu elektromanyetik alan (ONXP) ve PMA grupları olmak üzere rastgele ayrıldı. ONX yöntemi ile kemik kaybı oluşturuldu. Biyomekanik analizler üç nokta eğme testi ile femur kemiklerinde yapıldı. Kemik dokuya ait yapısal (maksimum kırılma kuvveti, maksimum deformasyon, sertlik ve enerji) parametreler ölçüldü. Materyal (maksimum eğme dayanımı, maksimum strain, esneklik katsayısı ve dayanıklılık) parametreler; yapısal parametrelerden hesaplandı. Kemiklerin geometrik özellikleri, kortikal kemik kalınlığı, kemik mineral yoğunluğu (BMD), serum osteokalsin ve ß-crosslaps düzeyleri ölçüldü.Biyomekanik, dansitometrik, histolojik ve biyokimyasal bulgular incelendiğinde; kemik kütlesindeki azalmayla birlikte kollajen degredasyonu sonucu ONX grubuna ait kemiklerde kırılganlığın arttığı, kemik gücü ve uygulanan yüke karşı kemiğin gösterdiği direncin azaldığı, ONXP grubuna ait kemiklerde PMA'nın kemik kütle kaybı ve kollajen degredasyonunu önleyerek kemiğin kalitesi ve dayanıklılığını arttırdığı; ayrıca, sağlıklı sıçanlara ait kemiklerde deterioratif bir etki göstermediği belirlenmiştir.Bu sonuçlara göre, PMA'nın sağlıklı sıçanlara ait kemik dokularında olumsuz bir etki göstermediği, ONX uygulanan sıçanlarda ise osteoporotik hasarı önlediği söylenebilir.Anahtar Sözcükler: Elektromanyetik Alan, Kemik Mineral Yoğunluğu, Kemik Biyomekaniği, Osteokalsin, ß-Crosslaps.

The Effects of Pulsed Electromagnetic Field on Biomechanical, Biochemical, Densitometric and Histomorphological Properties of Bone in Osteoporosis-induced RatsThe discovery of piezoelectricity and bioelectric potentials in bone raised the possibility that external applied electromagnetic fields (EMFs) could modify the behavior of bone cells. According to some authors, extremely low frequency EMF?s could stimulate osteoblastic activity by inhibition of osteoclasts or by some hormonal changes on bone. However, some studies failed to point out the same outcomes which reported by those authors.The aim of the present study was to investigate the effects of long term [26 weeks (182 days] pulsed electromagnetic fields (PMF; 15 Hz, 1 mT, 2h/day) on bone biomechanical properties of healthy and osteoporotic rats. For this purpose, fifty-six, 12-week-old, Wistar?Albino female rats were assigned randomly into control (C), sham (SH), ovariectomy+sciatic-nerve-neurectomy (ONX), ONX+pulsed-electromagnetic-field exposed (ONXP) and PMF-exposed rats. ONX was chosen in this study to create bone loss. Biomechanical measurements were performed on femurs with three point bending test. For the biomechanical evaluation, structural properties of the femurs were measured, such as maximum load, maximum deformation, stiffness and energy, while material properties were calculated, such as ultimate strength, ultimate strain, elastic modulus and toughness. Geometric features, cortical bone thickness, bone mineral density (BMD), serum osteocalcin and ß-crosslaps levels were also evaluated.The results that were obtained from biomechanics, densitometry, histologic, and biochemistry parameters indicate that the fragility of the bones in ONX rats was increased and also the bone strength and the resistance of bone against the applied load in rats was reduced by depending on the bone loss and collagen degradation. The results also demonstrate that the bone quality and strength in ONXP rats was increased by PMF exposure via the inhibition of the bone loss and collagen degradation. It can be also speculated that PMF exposure did not show any deteriorative effect on bone tissue in healthy rats.In conclusion, the results indicate that the bone quality is reduced by the ONX-induced bone loss in osteoporotic rats and ELF PMF application can inhibit the deteriorative effects of it. It can be also suggested that the PMF exposure can be used safely in the prevention of osteoporotic damage in bone, because of the results that were obtained from healthy rats.Keywords: Electromagnetic Fields, Rat, Bone Mineral Densitometry, Bone Biomechanics, Cortical Bone Thickness, Osteocalcin, ß-Crosslaps.