WPROWADZENIE

Osteoporoza jest chorobą społeczną. Z raportu przygotowanego przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) wynika, że osteoporoza jest coraz większym problemem zdrowotnym, szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę proces starzenia się populacji. Szacuje się, że w 2010 r. na całym świecie odnotuje się 6,3 mln złamań osteoporotycznych, podczas gdy w 1990 r. było ich 1,7 mln.

Badania epidemiologiczne wskazują, że w Polsce dotkniętych osteoporozą jest ok. 6,2 mln osób. Zdiagnozowaną osteoporozę ma ok. 2,2 mln osób (1,3 mln – kobiet; 0,9 mln – mężczyzn). Rocznie stwierdza się ok. 14 tys. złamań związanych z tym schorzeniem.

Według badań, w USA 20-25 milionów ludzi dotkniętych jest osteoporozą. W tej populacji zdarza się ok. 1,5 mln złamań osteoporotycznych rocznie. 250 tys. z nich to złamania dotyczące szyjki kości udowej, które są najpoważniejsze z klinicznego punktu widzenia, a koszty ich leczenia są ogromne i wynoszą ok. 10-15 miliardów dolarów rocznie. Złamania tego typu bardzo często charakteryzuje powikłany przebieg, ze śmiertelnością sięgającą 40%. Skrócenie życia po złamaniu szyjki kości udowej jest wyliczone na ok. 9 lat. Ilość chorych, którzy powracają do pełnego zdrowia nie przekracza 25%, ponad 50% wymaga opieki, w tym 20% stałej pielęgnacji. Część osób po złamaniu szyjki kości udowej staje się więc na stałe zależna od pomocy osób trzecich i opieki lekarskiej.

Z przytoczonych danych wynika, iż osteoporoza jest istotnym problemem ekonomicznym i społecznym. Niezbędne zatem jest prowadzenie badań naukowych, celem znalezienia skutecznej metody terapii dla tego schorzenia.

Osteoporoza (łac. osteoporosis, dawna nazwa zrzeszotnienie kości) – stan chorobowy charakteryzujący się postępującym ubytkiem masy kostnej, osłabieniem struktury przestrzennej kości oraz zwiększoną podatnością na złamania. Osteoporoza występuje najczęściej u kobiet po menopauzie (osteoporoza pomenopauzalna). Kości w ciele człowieka zbudowane są z dwojakiego rodzaju tkanki kostnej: zbitej i gąbczastej. Głównymi funkcjami kości są ochrona wrażliwych narządów (mózg, serce) przed uszkodzeniami oraz funkcja podporowa. Kości stanowią szkielet dla całego ciała.

Gdy brakuje składników budulcowych kości, lub nie są przyswajane, kości nie spełniają swoich funkcji, stają się kruche, nieodporne na urazy, porowacieją, ulegają osteoporozie. Dzieje się tak ze względu na zmiany w gospodarce hormonalnej oraz brak aktywności fizycznej.

Przeprowadzone badania własne wykazały że trening wibracyjny w znaczny sposób poprawia gęstość kości przez co poprawia jej odporność na złamania. W wyniku zastosowania wibracji polepsza się odżywianie tkanki kostnej oraz stymulowane są komórki produkujące tkankę kostną powodując jej przyrost. Dodatkowo uwalniane są hormony, takie jak hormon wzrostu czy testosteron, które wpływają na poprawę utkania kostnego (7-10).

W drugiej połowie XIX wieku Mayer, Culman i Wolff wykazali, że na budowę wewnętrzną struktury kości wpływają panujące tam rozkłady naprężeń i odkształceń. Określa się to prawem Wolfa, które mówi: struktura trabekularna tkanki kostnej w warunkach równowagi dostosowuje się do kierunków naprężeń głównych. Zmiana obciążenia powoduje, iż obie osie elipsoidy, tj. kierunków naprężeń głównych oraz osi anizotropowych nie pokrywają się, co wywołuje dostosowanie się struktury kości do aktualnego stanu naprężenia. Teoria wewnętrznych przeobrażeń zakłada, że gęstość tkanki kostnej zmienia się wraz z naprężeniem. Wraz ze wzrostem obciążenia kości, poprzez wchłanianie i umocnienie wewnętrzne, rośnie jej gęstość. Teoria wewnętrznych przeobrażeń odnosi się natomiast do zmiany wymiarów kości, w wyniku wchłaniania i odkładania się materiału kostnego na zewnętrznej powierzchni kości. Szybkość tych zmian jest uwarunkowana zmianami odkształceń (1, 17).

Trening wibracyjny jest obecnie popularną formą treningu sportowego, fitness, rzadko rehabilitacji. Wibracje przenoszone są na całe ciało lub poszczególne jego części poprzez podest wibracyjny, który wprawiany jest mechanicznie w drgania pionowe. Trening polega na statycznym utrzymaniu danej pozycji wyjściowej lub wykonaniu określonego ćwiczenia angażującego odpowiednie mięśnie na podeście wibracyjnym, którego mechaniczne drgania przekazywane są na ciało ćwiczącego (2, 11, 15, 18, 22, 24, 25).

Bodziec zastosowany leczniczo w niewielkich, krótkotrwałych, powtarzalnych ekspozycjach stymuluje, wzmacnia układ kostno-mięśniowy, zwiększa poziom testosteronu oraz hormonu wzrostu w surowicy krwi, przeciwdziałając sarkopenii i osteoporozie. Cykliczna zmiana obciążeń powoduje zwiększenie przepływu cieczy w kanałach kości oraz zmianę naprężeń w kościach. Powoduje to, że przepływy te są bardziej intensywne, tworząc efektywniejszy mechanizm transportu między dostarczoną krwią a osteocytami. Kość jest materiałem ściśliwym, a pod obciążeniami ulega odkształceniom, kanaliki kostne zmieniają swoje wymiary przestrzenne, powodują tym samym efekt pom­powania w centralnym syste­mie przepływu. Po od­ciążeniu, świeże płyny odżywcze są za­sysane z kanalików Hawersa do na­czyń wło­sowatych. Cykliczne ob­ciążenia kości mogą po­wo­dować zwiększe­nie jej masy, wzrost grubo­ści, jak również przyspie­szać pro­cesy goje­nia (3, 4).

Siła i wytrzymałość kości w dużej mierze zależą od obciążeń zewnętrznych. Regularne ćwicze­nia fi­zyczne i zwiększona aktyw­ność ruchowa po okresie menopauzy zmniejszają ubytek tkanki kostnej (11).

Wiele przeprowadzonych badań wykazało, że mecha­niczne wibracje obciążają bezpośrednio kość, powodu­jąc zwiększenie gęstości i wytrzymałości tkanki kostnej. Kość musi się także adoptować do zwiększonej pod wpływem treningu wibracyjnego siły mięśni, mających swoje przycze­py na kościach. Ten rodzaj zmian pozwala na zasto­sowanie wibracji u lu­dzi cierpiących na osteopo­rozę (14, 25).

Początkowo jako materiał badawczy wykorzystywano zwierzęta. Flieger za­stosował 12-tygodniowy trening wibracyjny u szczurów, którym usunięto operacyjnie jajniki. Codziennie przez 30 minut poddawano je wibracjom o czę­stotliwości 50 Hz. Koń­cowe badanie gęstości mineralnej kości udowych i piszczelowych wykazało znacznie mniej­szy ubytek tkanki kostnej u szczurów poddanych wi­bracjom w porówna­niu do szczurów z grupy kontrolnej. W grupie tej odnotowano także większy przyrost kości na długość i zwięk­szony przekrój poprzeczny kości (12).

Rubin przeprowadził roczny trening wibracyjny u owiec. Stwierdził: zwiększenie całkowitej gęstości kości o 6,5%, wzrost obję­tości oraz kości o 32%, wzrost ilości kości nowotworzonej o 113%, gęstość kości beleczkowatej o 34%, ilość beleczek o 45%, powierzchnię zmineralizowaną przynasad o 144% (20).

Oxlund porównał wpływ różnych częstotliwości wibracji na pro­ces ko­ściotwo­rze­nia u zwierząt i dowiódł, że częstotliwość 45 Hz najefektywniej pobudza osteoblasty do po­działu i ha­muje resorpcję tkanki kostnej (wibracje aplikowano co­dziennie przez 90 dni po 30 minut) (16).

Wolf w badaniach do­świadczalnych wykorzy­stał drgania niskich częstotliwości do stymulowa­nia zrastania się kości u owiec. Celem badania była odpowiedź na pytanie czy zewnętrzne sto­sowanie wibracji o małej amplitudzie ma wpływ na proces zrastania się kości. U 12 owiec utworzono 3-mm pęknięcie w kości kończyny i unie­ru­chamiano za po­mocą sztywnej obręczy. Sześć owiec poddano ekspozy­cji drgań o częstotliwości 20 Hz i amplitudzie 2 mm przez osiem tygo­dni. Wpływ ekspozycji drgań na zrastanie się kości badano densytome­trycznie oraz przez badania wytrzymałościowe kości. Między grupą ekspono­waną a kontrolną nie stwierdzono znaczących różnic, wykazano jednak, że u 11% grupy eksponowanej zrosty były mocniejsze (27, 28).

Możliwość wykorzysta­nia drgań w profilaktyce osteoporozy badał Flieger. Ekspery­ment wykonał na zwierzę­tach, sa­micach po menopauzie. Grupy do­świadczalne poddano ekspozycji drgań o częstotliwości 50 Hz i przy­spiesze­niu 20 m/s2, przez 5 tygodni, po pół go­dziny dziennie. W stosunku do grupy kontrolnej u zwierząt eksponowa­nych zaobserwo­wano istotny wzrost wskaźnika BMD (p<0,05) (12, 13). Podobne wyniki ba­dań wpływu wibracji na szybkość zrastania ko­ści przedstawił Chen.

Eksperyment prowadzono na 76 królikach po złamaniu kości promieniowej. Króliki podzielono na 6 grup. Pięć grup eksponowano drganiami o częstotliwościach 12,5, 25, 50, 100 oraz 200 Hz. Analiza otrzymanych wyników wykazała, że szyb­kość gojenia dla grup eksponowanych nie zależy od częstotliwości, jest jednak ona staty­stycznie większa w porównaniu z grupą kontrolną. W badaniach wy­trzy­małościowych wykazano, że dla zwierząt eksponowa­nych siła ła­miąca jest od 20 do 30% większa, w porównaniu do grupy kon­trolnej. Ana­lizy wykazały, że wartość siły łamiącej zależy od często­tliwości i przyj­muje największą wartość dla 25 Hz, póź­niej kolejno dla 50, 12.5, 100 i 200 Hz (5, 6). Pozytywne wyniki przeprowadzonych eksperymentów na zwierzętach zachęciły do badania wpływu wibra­cji na tkankę kostną u człowieka. Verschueren poddał miesięcznemu tre­ningowi wibracyjnemu grupę 21 kobiet będą­cych w okresie postmenopauzalnym (przedział wiekowy grupy: 58-74 lata), które wykonywały 5 różnych ćwiczeń an­gażujących mięśnie kończyn dolnych. Wraz z upływem cza­su wzrastało obciążenie treningu wibra­cyjnego poprzez zwiększanie częstotliwości drgań (35-40 Hz), amplitudy ru­chu (1,7-2,5 mm), liczby ćwiczeń i serii oraz wydłużenie cza­su ćwiczeń do 30 minut. Wykazał przyrost gęsto­ści tkanki kostnej kości biodrowej o 0,93% po 6 miesiącach treningu wibracyj­nego (25).

Rubin do zbadania wpływu wi­bracji na postme­nopauzalny ubytek tkanki kostnej wykorzy­stał drgania o częstotliwości 30 Hz i przyspie­szeniu wy­noszącym 2 m/s2. Każda z 70 bada­nych kobiet (średnio 3-8 lat po okresie menopauzy) dwukrotnie w ciągu dnia (2x10 minut) przez 12 miesięcy poddawana była wibra­cjom całego ciała. Stwierdzono zmniejsze­nie ubytku tkanki kostnej o 1,5% (p = 0,09) w kręgosłupie oraz o 2,17%, w szyjce ko­ści udowej (p=0,06). Wykazano, że największą korzyść z zastosowania wibra­cji odniosły kobiety o wadze poniżej 65 kg, które uzyskały wzrost BMD o 3,35% (p=0,009) (19).

Ward badał 20 niepełnosprawnych dzieci (14 chłopców, 6 dziewczynek) w wieku 4-19 lat, zostali oni randomizowani do grupy poddanej wibracji (n = 10; 0,3 g; 90 Hz) i placebo (n=10) przez 10 minut dziennie, 5 dni w tygodniu przez 6 miesięcy. Stwierdzono wzrost vTBMD (volume­tric trabecular bone mineral density) w proksymalnym końcu piszczeli o 6,3% w gru­pie eksponowanej i spadek o 11,9% w grupie placebo. Autorzy uważają, że bodziec wibra­cyjny ma działanie anaboliczne na kość beleczkowatą, jako surogat braku aktywności mięśnio­wej u niepełnosprawnych ruchowo dzieci (26).

Zasadą działania metody DEXA jest pomiar przenikania przez ciało pacjenta dwóch wiązek pro­mieniowa­nia X o różnych energiach. Umożliwia to ocenę ilościową dwóch typów tkanek (w tym wypadku kości i tkanki miękkiej). Niższa energia wiązki 38 keV, jest idealna ponieważ wystę­puje w niej dobry kontrast między kością i tkankami miękkimi, bez nadmiernego osłabie­nia ograniczającego wiarygodność pomiaru ze względu na nakładanie się tkanek mięk­kich. Dostępność intensywnej, wąskiej wiązki radia­cyjnej ulepszyło skanowanie, zmniej­szyło czas przeprowadzania badania i prawidłowo kontrastowość, czytelność obrazu (image definition) oraz doprowadziło do poprawy precyzji interpretacji.

Kręgosłup w odcinku lędźwiowym jest dobrym miejscem dla wielu zastosowań ze względu na aktywną metabolicznie, budującą trzony kręgów kość beleczkową. Skanowanie metodą DEXA dokonuje pomiaru gęstości mineralnej kości (BMD), zdefiniowanej jako zawartość masy kostnej w kości zminera­lizowanej na jednostkę powierzchni (g/cm2). Skanując kręgo­słup w konwencjonalnej projekcji tylno-przedniej (PA) dokonuje się przedstawienia go wraz z kością korową i wyrostkami kolczystymi kręgów, tak jak i z kością beleczkową obecną w trzonie kręgu. Wśród dalszych wad skanowania w projekcji PA należy wymienić: podatność obrazu na wpływ zmian degeneracyjnych w kręgosłupie, skoliozy, złamań kompresyjnych kręgów i zwap­nień aorty. Wady te mogą powodować problemy w interpretacji badań DEXA w projek­cji tylno-przedniej u osób starszych.

Oprogramowanie skanowania, systemów DEXA, przewidziane jest do badań klinicznych bliż­szego odcinka kości udowej i kręgosłupa lędźwiowego. Zwykle dokonuje się pomiaru BMD w kości udowej w trzech regionach – szyjka kości udowej, krętarz większy i trójkąt Warda. Ostatni z nich jest miejscem najwcześniejszego zaniku masy kostnej w regionie bliższego odci­nka kości udowej u kobiet po menopauzie. Jest on także miejscem najbardziej interesują­cym dla badaczy gdyż dostarcza najlep­szego miernika przemian w kości beleczko­wej w bliższym odcinku kości udowej. W praktyce jednak wy­korzystanie regionu trójkąta Warda jest ograniczone przez niewielką precyzję pomiaru w tym miejscu, w związku z czym regio­nem zwykle badanym jest szyjka kości udowej. Dla większości badań klinicznych skanowa­nie kręgosłupa metodą DEXA w projekcji tylno-przedniej i bliższego odcinka kości udowej dostarcza dostatecznych informacji. Bliższy odcinek kości udowej może być wyjąt­kowo ważny dla pa­cjentów ze skoliozą i zmianami degeneracyjnymi w kręgosłupie.

Jedną z trudności interpretacji wyników densytometrii kości jest brak uzgodnionego sposobu przedstawiania pomiarów BMD. Aby wyniki pomiarów gęstości kostnej dla indywidualnego pacjenta były klinicznie użyteczne, muszą być odniesione do podobnych wartości otrzymanych w zdrowej referencyjnej populacji. Populacja referencyjna opisana jest zwykle w terminach średniej gę­stości mineralnej kości i wartości odchylenia standardowego (SD) w populacji odpowiedniej wiekiem, płcią i rasą. Wygodną metodą przedstawienia danych dla indywidualnego pacjenta jest wykorzystanie diagramów, w których populacja referencyjna pokazana jest w wartościach średnich ±2 SD. Na rycinie 1 przedstawiono wykres gęstości mineralnej kości w projekcji przednio-tylnej kręgosłupa lędźwio­wego u pacjentek w okresie okołomenopauzalnym z zaznaczonymi krzywymi zakresów normy. Środ­kowa krzywa przedstawia średnią gęstość mineralną kości u zdrowych pacjentek (Z = 0), podczas gdy górna i dolna krzywa przedstawiają granice ± 2 odchylenia standardowe (Z = ± 2). Pacjentki te mają wskazania do rozpoczęcia stosowania hormonalnej terapii zastępczej. Dostarczone dane referencyjne są dokładne i odpowiednie, 95% normalnych pacjentów będzie mieściło się w tych granicach. Zaletą wykresu przedstawionego na rycinie 1 jest fakt, że interpretując wynik indywidualnego pomiaru gę­stości mineralnej kości, natychmiast widoczne jest, czy odpowiada on zakresowi wartości referencyj­nych (17).

Informacje przedstawione wizualnie na rycinie 1 mogą być także wyrażone liczbowo przez użycie Z-score. Wskaźnik Z-score zdefiniowany jest przez równanie 1.

Wskaźnik ten przedstawia, jak wiele wartości odchyleń standardowych odróżnia osobę badaną od średniej wartości populacji referencyjnej, dobranej pod względem wieku, płci i rasy. Dla tych pacjen­tów, których wartości gęstości kostnej leżą na środkowej krzywej na rycinie 1, mają wartość Z-score równą zero, podczas gdy pacjenci o wartościach BMD na krzywych dolnej i górnej mają Z-score o wartości odpowiednio – 2 i + 2. Zaletą wskaźnika Z-score jest fakt, że chociaż używane są różne instru­menty z różnych firm, o różnych zakresach norm dla gęstości mineralnej kości spowodowanych różni­cami w technologii, algorytmami ostrości wykrywania i kalibracją, to wyniki wskaźnika Z-score powinny dostarczać identycznych wyników w porównaniu do przyjętej populacji referencyjnej.

Potencjalnym ograniczeniem użycia Z-score wyprowadzonego z danych referencyjnych zależ­nych od wieku, takich jak te przedstawione na rycinie 1, jest płynna zmienność krzywej średniej wartości BMD i odchylenia standardowego z wiekiem, stwarzającego brak tolerancji bez względu na to, czy pacjentka jest przed, bezpośrednio po menopauzie, czy też wiele lat po niej. W średnim wieku może to być bardziej znaczącym czynnikiem w interpretacji wyników pomiarów gęstości mineral­nej kości niż wiek chronologiczny. Jest to argument za tworzeniem oddzielnych wykresów dla kobiet przed i po menopauzie i za interpretacją wartości uzyskanych dla kobiet po menopauzie jako funkcji zależnej od lat upływających od menopauzy.

Wskaźnik T-score jest podobny do wskaźnika Z-score, z tym, że jako zakres wartości referen­cyjnych przyjęto wartość średniej i odchylenia standardowego w grupie wiekowej młodych dorosłych (20-35 lat), bez względu na wiek pacjenta, którego wyniki gęstości kostnej interpretuje się. T-score po­równuje dany obiekt z dostosowanym do płci i rasy oczekiwanym szczytem gęstości mineralnej kości, osiągniętym w życiu. Wskaźnik T-score jest definiowany przez wzór 2.

Interpretacja wyników densytometrii kości opartych na wartościach wskaźnika T-score, w których obiekt badany kwalifikowany jest do czterech kategorii (ryc. 2). Wartość gęstości mineralnej kości (BMD) jest nie mniejsza niż jedno odchylenie standardowe (SD) poniżej wartości średniej dla młodych dorosłych (T > –1,0). Wartość BMD leży na wykresie między 1 a 2,5 SD poniżej średniej wartości dla młodych doro­słych (–1,0 > T > –2,5), jasny obszar na rycinie 2. Wśród tych osób są takie, u których zastosowanie działań zapobiegających zanikowi kości powinno być najbardziej skuteczne.

Wartość BMD większa niż 2,5 SD poniżej wartości średniej dla młodych dorosłych (T < –2,5, ciemniejsza zacieniowana powierzchnia na rycinie. 2). Krzywe referencyjne gęstości mineralnej kręgosłupa w odcinku lędźwiowym dla zdrowych ko­biet przedstawione na rycinie 1 zostały powtórzone na wykresie z uwzględnieniem definicji oste­openii i osteoporozy wg WHO. Jaśniejszy obszar przedstawia kobiety z osteopenią (–1,0 > T > –2,5), a ciemniejszy kobiety z osteoporozą (T < –2,5) (17).

Definicje osteopenii i osteoporozy, zaproponowane przez WHO, są użyteczne dlatego, że niosą w sobie bezpośrednią zależność z progiem predyspozycji do powstawania złamań, który jest około 2 SD poniżej średniej wartości dla młodych dorosłych (T = –2). Dodatkowo wartość T-score jest uży­teczna, kiedy interpretujemy wyniki kobiet młodych i w wieku okołomenopauzalnym, gdyż wskazują one, jak wypada dana pacjentka w porównaniu z jej rówieśniczkami przed pojawieniem się wpływu czynników, takich jak wiek i menopauza. Niezbędna jest jednak ostrożność w interpretacji wartości T-score w populacjach ludzi w podeszłym wieku, gdyż nawet przy normalnej, spowodowanej wiekiem utracie masy kostnej, wartości średniej BMD mogą być niższe niż graniczne –2,5 SD poniżej zakresu wartości w grupie młodych dorosłych. Dla kobiet w wieku powyżej 75 lat prawdopodobnie bardziej właściwe jest wykorzystanie wskaźnika Z-score (17).

METODYKA

W badaniach uczestniczyło zakwalifikowanych do eksperymentu 24 studentów AGH, po wyrażeniu uświadomionej zgody oraz po wykluczeniu przeciwwskazań. Badanie zrealizowano wg kryteriów oceny wiarygodności badań z randomizacją wg Jadada. Charakterystykę próby przedstawiono w tabeli 1.

Celem badań była analiza możliwości stosowania drgań o częstotliwości 3,5 Hz i amplitudach 4,0, 4,5, 5,0 i 5,5 mm zmienianych w kolejnych tygodniach treningu o 0,5 mm – w rehabilitacji osteoporozy.

Uczestników eksperymentu poddano 20-minutowej ekspozycji drganiami przez 19 kolejnych dni roboczych, eksponowano drgania harmoniczne, ogólne. Badani stali na platformach wibracyjnych swobodnie, bez obuwia, każda osoba była trenowana o stałej porze dnia. Badania densytometryczne były wykonane dwukrotnie, przed i po zakończeniu eksperymentu. Autor posiada na przeprowadzone badania zgodę Komisji Bio­etyki Aka­demii Medycznej w Łodzi. Stosowany bodziec był bezpieczny (wg PN, EN i ISO). Badani byli objęci systemem ubez­piecze­niowym.

Celem badań była analiza możliwości stosowania drgań ogólnych niskiej częstotliwości w rehabilitacji osteoporozy.

Przesłanki, które skłoniły autora i zespół badawczy do podjęcia badań ukazano poniżej:

• Ruch pobudza wzrost mięśni a także wzmacnia czynność systemu odpornościowego. Z punktu widze­nia trybu życia cy­wilizowany człowiek cierpi na chroniczny niedobór ruchu. Po­wszechną cechą wszystkich chorób jest zabu­rzenie funkcji komórek (często obserwuje się uszkodze­nia ich struktury). Odpowiednio dobrane wibracje me­chaniczne (prawdo­podob­nie o często­tliwości biegu), mogą ten fizjologiczny deficyt wy­eliminować. Istota działania wibracji ogólnej na organizm polega na przywracaniu stanu równowagi za­burzonych procesów ener­getycznych, rege­neracji ogólnej organizmu. Prawdopodobnie mogą one być stosowane w rehabilitacji zła­mań kości, zabu­rze­niach gojenia się ran oraz niektó­rych zaburzeniach psychosomatycz­nych.

• Drgania mogą poprawiać przepływ krwi, ciśnienie par­cjalne tlenu, wy­sycenie hemoglobiny tlenem i wykorzy­stanie tlenu przez tkanki. Dzia­łania te mogą wynikać m.in. z: rozsze­rze­nia naczyń krwiono­śnych, po­prawy przepływu krwi (szcze­gólnie w zakresie mikrokrąże­nia), poprawy własności hydro­dy­namicznych krwi (w efekcie zmniej­szenie ryzyka za­krzepo­wego). Za pośrednictwem różnorodnych me­cha­nizmów sterujących może dochodzić do nasilenia syntezy bia­łek, ułatwienia wydalania produktów przemiany mate­rii oraz stymulacji układu od­pornościowego. Istnieją przesłanki, by przypuszczać, że oddziaływanie drgań ogólnych niskiej częstotliwości jest ekwiwalentem wysiłku fizycznego. Rytmiczny skurcz i rozkurcz mięśni szkieletowych wymuszony przez urządzenie aplikujące drgania wywołuje adaptację całego narządu ruchu i powoduje uruchomienie ko­rzystnych mechanizmów neurohumoralnych.

W badaniach postawiono następującą tezę badawczą: drgania ogólne niskiej częstotliwości są substytutem treningu fizycznego i mogą być stosowane w rehabilitacji osteoporozy. By zweryfikować postawioną hipotezę konieczna była odpowiedź na poniższe pytania – czy ekspozycja drgań powoduje i czy występuje:
Dla grupy pilotażowej gęstość mineralną kości (BMD) oznaczano metodą DEXA aparatem DPX–IQ LUNAR. Badanie wykonano na odcinku lędźwiowym kręgosłupa (L1 – L4) w projekcji AP. Po­nadto wykonano badanie kości udowej w zakresie bliższego jej końca w obszarach „neck”, „wards” oraz „troch”. Dokonano porównań do masy szczytowej (wskaźnik T-score) oraz masy wiekowej (wskaźnik Z-score).

W badaniach do analiz zaproponowano następujące zmienne zależne eksperymentu:

- BMD kręgosłupa (10 zmiennych) (g/cm2),
- BMC kręgosłupa (10 zmiennych) (g),
- YOUNG kręgosłupa (10 zmiennych)(%),
- BMD kości szyjki udowej (3 zmienne: NECK, WARDS oraz TROCH) (g/cm2),
- BMC kości szyjki udowej (3 zmienne: NECK, WARDS oraz TROCH)x(10 przypadków) (g),
- YOUNG kości szyjki udowej (3 zmienne: NECK, WARDS oraz TROCH) x (10 przypadków) (%).

Aparat DPX–IQ amerykańskiej firmy LUNAR posiada rozbudowany system detekcji oraz jed­no­przebiegowy skaner płasz­czyznowy, wyposażony jest w źródło promieniowania X o stałym potencjale lampy RTG 38/70 KeV ze stabilizacją ±0,05%, dwuenergetyczna wiązka promie­niowania 2x36 KeV jest skolimowana do promienia o średnicy 0,01 m. System charakteryzuje krótki czas pomiaru (do 5 minut), mała dawka pochłanianego promieniowania (maksymalnie do 10 mR). Dawki pochłaniane  przez pa­cjenta zależną od badania – od 0,5 do 3 mrem do 8 mrem dla kręgosłupa bocznego (dla porównania – zdjęcie RTG klatki piersiowej to dawka 80 mrem dla pacjenta), obszar pomiaru: 197cm x 61cm (dane na podstawie TIMKO Co.LTD Me­dical Diagnostics). Aparat posiada automa­tyczny system ciągłej kalibracji który zmniejsza błąd powtarzalności do 0,52 % , dokładność pomiaru gęstości mineralnej kości jest mniej­sza od 1%.

WYNIKI

Analizy staty­styczne wykonano w środowisku STATISTICA wersja 7.1 firmy Stat­Soft, licencjonowa­nego dla Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. W analizach przyjęto poziom istot­ności p=0,05 (wartość standardowa przyjmowana w naukach biologicznych). Ro­dzaj roz­kładu ba­dano testami Kołmogorowa-Smirnowa z poprawką Lillieforsa oraz W-Sha­piro-Wilka (standardowe testy badania roz­kładu normalnego). Gdy analizowana zmienna posiadała rozkład normalny, w analizach wewnątrzgru­powych praw­dopodobieństwo te­stowe istotności różnic wy­znaczono testem t dla grup zależnych (bo porówny­wane są dwie grupy, skale pomiarowe zmien­nych są ilościowe oraz liczność próby< 30), w analizach między grupami stoso­wano test t dla dwóch grup niezależnych. W przypadku gdy analizo­wane zmienne nie posiadały rozkładu normalnego stosowano test Wicoxona, Browna-Forsythe’a lub Manna-Whitneya. Hi­po­teza zerowa, dla każdej zmien­nej, brzmiała na­stę­pująco: ekspozycja drgań ni­skiej częstotliwo­ści na orga­nizm człowieka nie powoduje zmian anali­zo­wanej zmiennej. Istotne statystycznie (wiersze wypełnione kolorem brązowym) lub ciekawe (zastanawiające) wyniki zostały przedstawione w tabeli 2.

WNIOSKI I DYSKUSJA

Na podstawie przeprowadzonych analiz można stwierdzić na­stępujące zmiany:

- istotny statystycznie wzrost poziomu:
- BMD L3 – L4 (g/cm2) z 1,334 ± 0,127 do 1,346 ± 0,132 u 70% próby,
- YOUNG L1 (%) z 105,90 ± 10,22 do 107,50 ± 10,49 u 58% próby,
- YOUNG L3 – L4 (%) z 108,41 ± 10,46 do 109,52 ± 10,82 u 65% próby,
- BMC L4 (g) z 23,63 ± 3,38 do 24,01 ± 3,49 u 70% próby,
- nieistotny statystycznie wzrost poziomu:
- BMD L1 [g/cm2] u 65% próby, odpowiednio,
- BMD L1 – L2 (g/cm2) – 60%,
- BMD L1 –– L3 (g/cm2] – 65%,
- BMD L1 – L4 (g/cm2) –65%,
- BMD L2 – L3 (g/cm2) – 60%,
- BMD L2 – L4 (g/cm2] – 60%,
- BMD L3 – L4 (g/cm2) – 60%,
- BMC L1 – L3 (g) – 60%,
- BMC L2 – L4 (g) – 60%,
- BMC L3 – L4 (g)– 70%.

Pod wpływem eksponowanego bodźca dochodzi do przebudowy mikroarchitektury beleczkowej kręgów, zwiększenia jej gęstości, co poprawia mechaniczną wytrzyma­łość kości. Wzrost gęstości mineralnej kości kręgów L1–L4 potwierdzają przeprowadzone badania hormonalne (parahormonu, kalcytoniny, hormonu wzrostu) oraz biochemiczne (wapnia, fos­foru, fosfatazy zasadowej), które będą przestawiane w kolejnej pracy.

Kościotworzenie jest procesem długotrwałym (ok. rok). Uzyskane zmiany nastąpiły już po 19 dniach (typowa ilość dni zabiegowych w sanatorium) 20-minutowego treningu wibracyjnego (typowy czas zabiegu). Łączny czas treningu to tylko 6 godzin 20 minut. Prawdopodobnie dłuższe treningi (ich ilość i czas) spowodowałyby „mocniejsze” wyniki.

Badania wykonano w ramach badań własnych nr 10.10.130.631 oraz statutowych nr 11.11.130.119.

..............................................................................................................................................................

PIŚMIENNICTWO:

1.   Belkin A., Efremov A., Poteriaeva E.: Effects of vibration oncontents of micronuclein polychromatophilic erythrocytes of the rat bone marrow PMID: 11530633 (PubMed – indexed for MEDLINE).

2.    Brumagne S. et al.: The Role of Paraspinal Muscle Spindles in Lumbrosacral Position Sense in Individuals With and Without Low Back Pain. Spine 2000, 25 (8): 989–994.

3.    Cardinale M., Pope M.H..: The effects of whole body vibration on humans: dangerous or advantageous? Acta Physiol Hung. 2003, 90(3):195–206.

4.    Cardinale M., Rittweger J.: Vibration exercise makes your muscles and bones stronger: fact or fiction? J. Br. Menopause Soc. 2006 Mar., 12(1):12–8.

5.    Chen L.., Han Z., Yang X.: Experimental study of fracture healing promotion with mechanical vibration in rabbits PMID: 4564212 [PubMed – indexed for MEDLINE], 2003.

6.    Chen L., Han Z., Yang X.: The effects of frequency of mechanical vibration on experimental fracture healing PMID: 7842923 (PubMed – indexed for MEDLINE), 2004.

7.    Damijan Z. et al.: Changes of Selected Biochemical Parameters of Rats Under Low Frequency Vibration. Structures–Waves–Biomedical Engineering 2002, Vol. XI, s.212÷214.

8.    Damijan Z.: Changes of selected biochemical, physiological and densitometric parameters under low frequency vibration, Archives of Acoustics, 2005, 31,4, p. 273-282.

9.    Damijan Z.: Changes of Selected Densitometric Parameters Under Low Frequency Vibrations, Archives of Acoustics, 2005, No 4, Vol. 30, p. 37-40.

10.    Damijan Z.: Zmiany wybranych parametrów biochemicznych i fizjologicznych organizmu po ekspozycji drganiami niskoczęstotliwościowymi, Diagnostyka, 2005, Vol. 33, s. 29-34.

11.    Delecluse C., Roelants M., Verschueren S.: Strength Increase after Whole – Body Vibration Compared with Resistance Training. Medicine & Science in Sport & Exercise, 2003, 35 (6): 1033-1041.

12.    Flieger J. et al.: Mechanical Stimulation in the Form of Vibration Prevents Postmenopausal Bone Loss in Ovariectomized Rats. Calf Tissue Int 1998, 63: 510-514.

13.    Flieger J. et al.: Mechanical stimulation in the form of vibration prevents postmenopausal bone loss in ovariectomized rats. PMID: 9817946 (PubMed – indexed for MEDLINE), 2004.

14.    Haas C.T. Et al.: The effects of random whole –body – vibration on motor symptoms in Parkinson’s disease. NeuroRehabilitation. 2006, 21(1):29–36.

15.    Issurin VB, Tenenbaum G.: Acute and residual effects of vibratory stimulation on explosive strength in elite and amateur athletes. J Sports Sci. , 1999, 17: 177-182.

16.    Oxlund B.S., Ortoft G., Andreassen T.T.: 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.

17.    Pawlikowski M., Niedźwiedzki T.: Mineralogia kości. 2002, PAN, Kraków.

18.    Rittweger J. Et al.: Treatment of Chronic Lower Back Pain with Lumbar Extension and Whole – Body Vibration Exercise. Spine, 2002, 27 (17): 1892-1834.

19.    Rubin C., Recker R., Cullen D.: Prevention of postmenopausal bone loss by a low – magnitude, high –frequency mechanical sty-muli: a clinical trail assessing compliance, efficacy and safety.  J Bone Miner Res 2004, 19 (3): 343-351.

20.    Rubin C., Turner A.S., Bain S.: Anabolism. Low mechanical signals strengthen long bones. Nature 2001, 412 (6847): 603-604.

21.    Runge M., Rehfeld G., Resnicek E.: Balance training and exercise in geriatric patients. J. Musculoskeletal Interact, 2000, 1: 54-58.

22.    Runge M., Rehfeld G., Resnicek E.: Balance training and exercise in geriatric patients. J. Musculoskelet. Neuron Interact. 2000, 1: 61-65.

23.    Torvinen S. et al.: Effect of a vibration exposure on muscular performance and body balance. Randomized cross-over study. Clin. Physiol. & Func. Im. 2002, 22:145-152.

24.    Torvinen S. et al.: Effect of four-month vertical whole body vibration on performance and balance. Med Sci Sports Exerc, 2002, 34 (9): 1523-1528.

25.    Verschueren S. et al.: Effect of 6 – Month Whole Body Vibration Training on Hip Density, Muscle Strength and Postural Control. J. Bone Miner. Res., 2004,

26.    Ward K. et al..: Low magnitude mechanical loading is osteogenic in children with disabling conditions. J. Bone Miner. Res., 2004; 19: 360- 369.

27.    Wolf J.: Gesetz der Transformation der Knochen. Berlin. Yerlag von August Hirschwald, 1992.

28.    Wolf S. et al.: Effects of high – frequency, low – magnitude mechanical stimulus on bone healing. PMID: 11302314 (PubMed – indexed for MEDLINE), 2004.

..............................................................................................................................................................

Adres do korespondencji:

Zbigniew Damijan
Katedra Mechaniki i Wibroakustyki,
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robo­tyki,
Akademia Górniczo-Hutnicza,
al. Mickiewicza 30,
30–059 Kraków

Artykuł otrzymano: 10.05.2009
Zaakceptowano do druku: 05.06.2009