122

Pulslu Elektromanyetik Alanın Kemik Mineral Yoğunluğu Üzerine Etkileri
Veysi Akpolat1, Mehmet Siraç Özerdem2, İsmail Yıldız3
1
Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi
Biyofizik Anabilim Dalı
21280 Diyarbakır
2
Dicle Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi
Elektronik Mühendisliği Bölümü
21280 Diyarbakır
3
Dicle Üniversitesi, Tıp Fakültesi
Biyoistatistik ve Tıbbi Bilişim Anabilim Dalı
21280 Diyarbakır
[email protected], [email protected], [email protected]
Özet
Bu çalışmada, oldukça düşük frekanslı (ELF) pulslu elektromanyetik alanın (PEMF) kemik
dokusu üzerine etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır.
Çalışmamızda 45 adet dişi Spraque Dawley sıçan kullanıldı. Sıçanlar rastgele on beşerli
(n=15) eşit 3 gruba (Birinci grup (overektomi yapılan +PEMF uygulanan grup) grup, ikinci
grup overektomi yapılıp herhangi bir uygulama yapılmayan grup (OVX grubu) ve kafes
kontrol grubu (üçüncü grup) bölündü.
Grup I’deki sıçanlara 1.5mT şiddetindeki ve 50Hz frekanslı PEMF 4 saat/gün olacak şekilde
45 gün uygulandı. Tüm grupların sol femur kemiği kemik mineral yoğunluğu (KMY)
değerleri ölçüldü. Grupların uygulama öncesi ve 45 günlük uygulama sonrası Sol femur
kemiği KMY değerleri, hem kendi aralarında hem de biri birleri ile karşılaştırıldığında;
gruplarda anlamlı değişiklik olduğu saptandı (p<0.05). Sonuçlarımız PEMF’nın, deneysel
osteoporoz modeli oluşturulmuş sıçan’larda KMY artışlarına kemik oluşumunu stimüle
ederek katkıda bulunabildiği şeklinde yorumlanabilir.
Anahtar Kelimeler: Kemik mineral yoğunluğu, Pulslu elektromanyetik alan, Sıçan
1. Giriş
Kemikte piezoelektrik ve biyoelektrik potansiyellerin keşfi ile birlikte (1) kemik dokusu
üzerine elektromanyetik alan etkileri, ilgi çeken bir araştırma konusu olmaya başlamıştır.
Yüzyılımızın başından itibaren günümüze kadar yapılan birçok araştırmada kas ve iskelet
sistemi hastalıklarında, manyetik alan terapisinin geleneksel tıbbi tedavi rejimlerine bir
alternatif metod olarak kullanılabilirliği (2) araştırılmış ve halen devam etmektedir. Kemik
kaybı ile karekterize, yaygın bir halk sağlığı sorunu olan ve medikal tedavi maliyeti oldukça
yüksek olan osteoporoz hastalığında, özellikle pulslu elektromanyetik alanın (PEMF)
etkilerinin daha belirgin olduğu yapılan çalışmalarla gösterilmiştir (3). Deneysel osteoporoz
oluşturulan hayvan modeli kullanarak, darbeli elektromanyetik alanların kullanımının
incelendiği araştırmalar, osteoporozu önleyebileceğini göstermektedir (4,5). Pulslu
elektromanyetik alanın kemik matriks yoğunluğu artırıcı ve kemik rejenerasyonu uyarıcı
etkilerinin olabileceğini gösteren çalışmalar ile birlikte etki mekanizması da araştırılmaya
başlanmış ve bu çalışmalarda, osteoclast apoptozisini hızlandırabileceği (6) osteopeniyi geri
döndürülebileceği (7,8) gösterilmiştir. Osteoporozu önleyici mekanizmada prostaglandin
E2’nin önemli rolü olduğu gösterilmiştir (9). Bu deneysel çalışmada osteoporoz modeli
oluşturulmuş farelerde, oldukça düşük frekanslı (ELF) PEMF’nın kemik mineral yoğunluğu
(KMY) üzerine etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır.
2. Gereç ve Yöntem
Çalışmada, lokal etik komite onayı alındıktan sonra Dicle Üniversitesi Deney hayvanları
Uygulama ve Araştırma Merkezinden (DÜSAM) temin edilen 250-300gr ağırlığında 45 adet
dişi erişkin Spraque Dawley türü sıçan kullanıldı. Sıçanlar deney süresince, normal pellet yem
ve çeşme suyu ile beslendi. 20-22°C sıcaklıkta barındırıldı. Sıçanlar rastgele on beşerli
(n=15) eşit 3 gruba; Birinci grup (overektomi yapılan +PEMF uygulanan grup), ikinci grup
overektomi yapılıp herhangi bir uygulama yapılmayan grup (OVX grubu) ve üçüncü grup
(kafes kontrol grubu) olarak bölündü. Grup I’deki sıçanlara 1.5mT şiddetindeki ve 50Hz
frekanslı PEMF 4 saat/gün olacak şekilde 45 gün uygulandı. Tüm grupların uygulama öncesi
ve sonrası sol femur kemiği KMY değerleri ölçüldü.
2.1 Pulslu Elektromanyetik Alan Uygulaması
Deney düzeneği olarak, 1.5 mT siddetinde, 50Hz lik kare dalga biçimindeki PEMF üreten
özel olarak tasarlanmış elektromanyetik alan uygulama sistemi kullanıldı. Pulslu manyetik
alan sistemi, sarım sayısı 125 olan dairesel yapıda, iç çapları 40cm olan ve aralarında 80cm
lik bir mesafe bulunan bir çift Helmholtz bobin ve bu bobinlere aynı miktarda (48V, 40A)
programlanabilir pulslu akım (PEMF; puls süresi 25µs ve pulse frekansı 50Hz) üreten güç
kaynağı kullanıldı (Şekil 1). Dışarıdan oluşabilecek manyetik alan etkileşimlerini önlemek
için bobinler düşey olarak bir Faraday kafesi (130x65x80) içine yerleştirildi (Şekil 2).
Şekil 1. Deney sistemine (Helmholtz Bobinlerine) PEMF üreten
güç kaynağı ve bağlantıları.
Şekil 2. Deney uygulama düzeneği; Faraday kafesi, Helmholtz Bobinleri ve
Fleksiglas Kutularda Fareler.
Sıçanların uygulama boyunca konuldukları flexiglas kafeslerin içindeki 15 farklı noktada
manyetik alan ölçümleri dijital teslametre (Digital Gauss/Teslameter 7030 USA) ile düzenli
olarak yapıldı ve ölçüm sonucunda ortalama1.5 mT olarak tespit edildi.
2.2 Kemik Mineral Yoğunluğu Ölçümü
Farelerin femur kemiklerinin KMY ölçümleri, çift enerjili X ışını absorbsiyometrisi (DXA)
(Hologic, Discovery QDR 4500A, WA, USA) aleti ile yapıldı (Şekil 3). Her çekimden önce
üretici firmanın çekim yönergelerine uygun standart ‘small step phantom’ ile kalibrasyonu
yapıldıktan sonra, uygulama öncesi ve uygulama sonrası olmak üzere iki kez ‘small animal’
modunda ölçüm yapıldı. Standardizasyonu sağlamak için analizler aynı kişi tarafından
değerlendirildi.
Şekil 3. Kemik yoğunluğu ölçüm cihazı
(Hologic Discovery DXA; Dual Energy X-ray Absorbtiometry)
2.3 İstatiksel Analiz
Araştırma verilerimizin istatistiksel değerlendirmesinde IBM SPSS 21.0 for windows
istatistik paket programı kullanıldı. Ölçümsel değişkenler için ortalama ± standart sapma
(mean±SD) kullanıldı. Kategorik değişkenler sayı ve yüzde (%) ile sunuldu.Verilerin Normal
dağılıma uygunluğu kontrol edildi. İkili karşılaştırmalarda bağımlı t testi kullanıldı. İkiden
çok seçenekli grupların karşılaştırılmasında tek yönlü varyans analizi testi kullanıldı. Çoklu
Karşılaştırmada Varyans Homojenlik testi uygulandı. Anlamlı bulunan sonuçların ikili
karşılaştırılmasında P>0.05 olan değişkenlere Çoklu karşılaştırma testlerinden Dunnett t testi
uygulandı. Hipotezler çift yönlü olup, p≤0.05 ise istatistiksel olarak anlamlı sonuç kabul
edildi.
3. Bulgular
PEMF, OVX ve KONTROL gruplarının oldukça düşük frekanslı PEMF uygulaması sonraki
değerlerinin karşılaştırılmasında gruplar arasında ileri derecede anlamlı farklılıklar görüldü
(Tablo 1). Yani PEMF overektomi uygulanan sıçanların birinci grubunda (PEMF uygulanan
grup) kemik doku kaybını önlediği şeklinde yorumlanabilir.
Tablo1: PEMF, OVX ve KONTROL gruplarının sonrası değerlerinin karşılaştırılması
Grup
mean ± SD
F
df
Sig. (2-tailed)
Result
PEMF
0.38±0.02
OVX
0.33±0.02
38.023
(2.42)
p=0.000
p<0.001***
KONTROL
0.36±0.02
p>0.05ns ise önemsiz, P<0.05* ise önemli, P<0.01** ise çok önemli, P<0.001*** ise ileri düzeyde önemli
PEMF, OVX ve KONTROL gruplarının üçlü karşılaştırılmasında hangi iki grubun etkili
olduğu analiz edildi. Analiz sonucunda PEMF ile OVX, PEMF, OVX ile KONTROL ve
OVX ile KONTROL gruplarının kendi aralarında ikili karşılaştırmalarında da anlamlı fark
olduğu görüldü (Tablo 2). Bu bulgulara göre kontrol grubu ile birinci grup arasındaki anlamlı
farklılığın, PEMF uygulamasının kemik kaybını önlemekle birlikte kemik yapımını da
uyardığı şeklinde yorumlanabilir.
Tablo2: PEMF, OVX ve KONTROL gruplarının ikili Karşılaştırması
Grupların ikili karşılaştırması
mean ± SD
Result
PEMF
0.38±0.02
p<0.05*
OVX
0.33±0.02
PEMF
0.38±0.02
p<0.05*
KONTROL
0.36±0.02
OVX
0.33±0.02
p<0.05*
KONTROL
0.36±0.02
p>0.05ns ise önemsiz, P<0.05* ise önemli, P<0.01** ise çok önemli, P<0.001*** ise ileri düzeyde önemli
Daha sonra grupların kendi içinde, önce ve sonraki değerlerinin karşılaştırılması yapıldı.
PEMF, OVX ve KONTROL gruplarının üçünde de öncesi ve sonrası değerleri arasında
anlamlı fark görüldü (Tablo3). Bu sonuçlar göstermektedir ki, PEMF östrojen eksikliğine
bağlı oluşan kemik mineral yoğunluk kaybını baskılayarak aynı zamanda kemik yapımını da
uyarmaktadır şeklinde yorumlanabilir.
Tablo3: PEMF, OVX ve KONTROL gruplarının önce ve sonra değerlerinin karşılaştırılması
Grupların önce ve sonralarının mean ± SD
t
df
p
Result
karşılaştırılması
PEMF önce
0.28±0.02
-21.154
14
p=0.000
p<0.001***
PEMF sonra
0.38±0.02
OVX önce
0.27±0.01
-20.979
14
p=0.000
p<0.001***
OVX sonra
0.33±0.02
KONTROL önce
0.34±0.02
-5.370
14
p=0.000
p<0.001***
KONTROL sonra
0.36±0.02
p>0.05ns ise önemsiz, P<0.05* ise önemli, P<0.01** ise çok önemli, P<0.001*** ise ileri düzeyde önemli
4. Tartışma
Overleri alınarak deneysel osteoporoz modeli oluşturduğumuz fareler üzerinde PEMF
uygulamasının kemik kitle kaybını önleyebildiği bu çalışmada gözlemlenmiştir. Biyolojik
sitemin temel yapı taşı olan hücrede birçok olay elektriksel alan ve güçler tarafından
belirlendiğinden, dışarıdan uygulanan elektromanyetik enerji etkileşimleri atom ve moleküller
arasında var olan dengeyi biyokimyasal işlevleri ve dolayısıyla hücrelerin ve dokuların
işleyişini etkileyebilmektedir. Non-invazif ve pratik bir yöntem olan oldukça düşük frekanslı
PEMF, dokularda zaman değişkenli akım oluşumuna neden olur ve kemik yapımını
(osteogenez) artırıcı potansiyele sahiptir. Asimetrik geniş bantlı vurular atermal olarak bazı
biyolojik süreçleri etkiler. Bu süreçlerden bazıları biyolojik sistemlerdeki patolojik evreleri
onarma yeteneğine sahip görünmektedir (10). Özellikle kemik doku üzerindeki etkileşimlerin
araştırılması neticesinde oldukça önemli bulgular gözlemlenmiştir. Zohou ve ark. overektomi
uygulayarak osteoporoz modeli oluşturdukları farelerde, PEMF uygulamasının RANKL ve
osteoproteogerin salınımını regüle ederek kemik kaybının önlenebileceğini göstermişlerdir
(11).
Kenner ve ark. 5Hz PEMF uygulaması ile osteoporozlularda kemik kaybını önlemeyi
başarmışlardır (12). Martin ve Gutman günde 8 saatlik uygulamanın 2 saatlik uygulamadan
daha etkili olduğunu saptayarak, EMF’nin osteoporoz üzerine olan etkisinin süreye bağlı
olduğunu saptamışlardır (13). Jing ve ark. çalışmalarında, PEMF uygulamasının gece ve
gündüz (sirkadiyen) ritmine göre farklı olabileceğini göstermişlerdir (14). Amerika ilaç
dairesinin (FDA) izni ile 1980 yılında PEMF, özellikle geç iyileşen kırıklarda iyileşmeyi
hızlandırmak için tedavide kullanılmaya başlanmıştır. Bassett (1989) bir çalışmasında
PEMF’in osteoporozu önlemede önemli bir rolü olduğunu göstermiştir (10). Xu et al. (2004),
benzer frekans ve sürelerde PEMF uygulamasının kemik kaybını önleyebileceğini
bulmuşlardır (15). Markov (2007) o güne kadar yapılan birçok araştırmanın derlemesinde;
farklı süre, frekans ve yoğunluklarda PEMF uygulamalarının sonuçlarının da farklı
olabileceğini göstermiştir (16).
Günümüze kadar yapılmış çok sayıda çalışma, elektromanyetik enerji uygulamalarının
biyolojik sistemdeki dokuların özelliğine bağlı değişik düzeylerdeki etkilenmeleri ve
sonuçları olduğunu göstermiştir.
Sonuç olarak yapmış olduğumuz bu deneysel çalışmada, PEMF uygulamasının kemik kaybını
önleyebileceği gösterilmiştir. Ancak PEMF uygulamasının etkili olabileceğini mekanizmaları
ile açıklayan birçok çalışma olmasına rağmen, enerji düzeyleri ve etkileşimlerini standardize
edecek tam bir fikir birliği sağlanamamıştır. Bu ve gelecekte yapılacak benzer çalışmaların
fikir birliğinin sağlanması için literatüre katkı sunabilecek çalışmalar olduğunu
düşünmekteyiz.
5. Kaynaklar
1.Fukada E. Yasuda L. On the piezoelectric effect of bone. J Physiol Soc Japan.1957;12: 1158-1162.
2.Vallbona C. Richards T. Evolution of magnetic therapy from alternative to traditional medicine.Phys Med
Rehabil Clin N Am. 1999 Aug;10(3):729-54.
3.Rubin CT. McLeod KJ. Lanyon LE. Prevention of osteoporosis by pulsed electromagnetic fields. J Bone Joint
Surg Am. 1989 Mar;71(3):411-7.
4.Zati A. Gnudi S. Mongiorgi R. Giardino R. Fini M. Valdrè G. Galliani I. Montagnani AM. Effects of pulsed
magnetic fields in the therapy of osteoporosis induced by ovariectomy in the rat. Boll Soc Ital Biol Sper. 1993
Jul-Aug;69(7-8):469-75.
5.Sert C. Mustafa D. Düz MZ. Akşen F. Kaya A. The preventive effect on bone loss of 50-Hz. 1-mT
electromagnetic field in ovariectomized rats. J Bone Miner Metab. 2002;20(6):345-9.
6.Chang K. Chang WH. Tsai MT. Shih C. 2006 Pulsed Electromagnetic Fields Accelerate Apoptotic Rate in
Osteoclats. Connective Tissue Research; 47: 222-228.
7.Rubin CT. Donahue HJ. Rubin JE. McLeod KJ.1993. Optimatization of electric field parameters for the control
of bone remodeling: Exploitation of an indigenous mechanism for the prevention of osteopenia. J Bone Miner
Res; 8:S573-S581.
8.Rubin CT. McLeod KJ. Inhibition of osteopenia by biophysical intervention. In: Marcus R. Feldman D. Kelsey
J (Editors). Osteoporosis. San Fransisco: Academic Pres; 1996.
9.Chang K. Chang WH. Pulsed electromagnetic fields prevent osteoporosis in an ovariectomized female rat
model: a prostaglandin E2-associated process. Bioelectromagnetics. 2003 Apr;24(3):189-98.
10.Bassett CA. Fundamental and practical aspects of therapeutic uses of pulsed electromagnetic ﬁelds
(PEMFs). Crit Rev Biomed Eng. 1989;17:451-9.
11.Zhou J. Chen S. Guo H. Xia L. Liu H. Qin Y. He C. Pulsed electromagnetic field stimulates osteoprotegerin
and reduces RANKL expression in ovariectomized rats. Rheumatol Int. 2013 May;33(5):1135-41.
12.Kenner GH. Gabrielson EW. Lovel JE. Marshall AE.1975 Electrical modification of disuse osteoporosis.
Calcif Tissue Res 23: 111–117
13.Martin RB. Gutman W. 1978 The effect of electric fields on osteoporosis of disuse. Calcif Tissue Res 25: 23–
37
14.Jing D. Shen G. Huang J. Xie K. Cai J. Xu Q. Wu X. Luo E. Circadian rhythm affects the preventive role of
pulsed electromagnetic fields on ovariectomy-induced osteoporosis in rats. Bone. 2010 Feb;46(2):487-95.
15.Xu QL. Lu LH. Luo EP. Shen GH. Liu DH. Hua QZ. Wu XM. Li LR. 2004. Effects of low intensity PEMFs
on bone mineral density and histomorphometry in SD rats. J Fourth Mil Med Univ 25:2004–2006.
16.Markov M. 2007. Pulsed electromagnetic ﬁeld therapy history. state of the art and future. The
Environmentalist 27:465–475.

Download Report