ارتباط بین چگالی مواد معدنی استخوان و ریزعنصرهای سرم در واکنش به تمرین ایروبیک

زمینه: سبک زندگی و فعالیت بدنی، در پیشگیری و درمان پوکی استخوان  نقش اساسی ایفا می کند. مکانیسم بهترین متابولیسم  (سوخت و ساز) استخوان و بهبود اختلالات جسمی هنوز روشن نیست. مواد معدنی مانند کلسیم، منگنز، مس و روی، مواد ضروری برای بسیاری از فرایندهای بیولوژیکی(زیستی) حیاتی، به ویژه سلامت استخوان هستند. 

هدف: هدف اصلی این مطالعه، ارزیابیِ نقش موثر تمرین ایروبیک نظارت شده برای 1 ساعت/روز، 3روز/هفته برای 12 هفته در عملکرد ریزعنصرها برای سلامت استخوان از طریق اندازه گیری تراکم مواد معدنی استخوان (BMD)، پوکی استخوان (T-score یا سنجش تراکم استخوان)، نشانگرهای استخوانی و تمرکز ریزعنصر در افراد سالم 30 تا60 ساله با میانگین سنی 4.9± 41.2 است.

روش ها: مجموعا 100 فرد سالم (47 مرد و 53 زن در محدوده سنی 30 تا 60 سال) برای این مطالعه به کار گرفته شدند. بر اساس تجزیه و تحلیلِ اسکنِ برآوردِ جذبِ اشعه ی ایکسِ با انرژی دوگانه  (DEXA)، شرکت کنندگان به سه گروه تقسیم شدند: طبیعی (30 = n)، استئوپنی  (40 = n) و افراد مبتلا به پوکی استخوان (30 = n). پس از 12 هفته تمرین هوازی (ایروبیک) ملایم، آلکالین فسفاتازِ  (آنزیم موجود در بافت های بدن) مخصوصِ استخوان (BAP)، تراکم مواد معدنی استخوان (BMD)، سنجش تراکم استخوان (T-score) و ریزعنصرها مانند کلسیم، منگنز، مس و روی در ابتدا و پس از مداخله مورد ارزیابی قرار گرفت. 

يافته ها: بعد از 12 هفته تمرين ملایم، در تمام شرکت کنندگان بهبود معناداری در سطح BAP (آلکالین فسفاتازِ مخصوصِ استخوان)، T-score (سنجش تراکم استخوان) و BMD (تراکم مواد معدنی استخوان) مشاهده شد. پس از 12 هفته تمرین هوازی، شرکت کنندگانی با استئوپنی (اصطلاحی پزشکی برای کاهش تراکم استخوان) و پوکی استخوان، افزایش معناداری در سرم کلسیم و منگنز و همچنین کاهش سطح سرمی مس و روی نشان دادند. در گروه کنترل، بهبود در ریزعنصرهایِ سرمی و شاخص حجم (یا توده) بدنی به طور قابل توجهی با افزایش در سطوحِ BAP، BMD مفصل ران و BMD ستون فقرات مرتبط بود. این یافته ها، اثرات پیشگیرانه ی ورزش ملایم در افراد سالم در برابر افراد مبتلا به پوکی استخوان را تایید می کند. در هر دو جنسیت، تغییرات در ریزعنصرهای سرمی با بهبود BAP، BMD مفصل ران، BMD ستون فقرات و شاخص توده ی بدن  در همه ی گروه ها ارتباط معناداری (P 0.05) داشتند.

نتيجه گيري: تغييرات مشاهده شده در سطوح کلسیم، منگنز، مس و روی با افزايش تراكم توده استخواني در افراد كنترل و افراد مبتلا به پوكي استخوان در هر دو جنسیت، رابطه ی مثبتی داشت. این نتایج نشان می دهد که تمرین هوازیِ ملایم با تنظیم ریزعنصرهای بدن که از طریق یک مکانیسم رادیکالیِ anti-free، در بیوسنتز (تشکیل ترکیبات شیمیایی از طریق عمل آنزیم های سازواره های زنده) ساختارهای بافت زایشیِ  استخوان و همچنین مهار فرآیند جذب مجدد استخوان  دخالت دارند، می تواند از استخوان و غضروف محافظت کند.

مقدمه

ریزعنصرها به عنوان یک کاتالیزور و یا به عنوان یک جز آنزیمی در سیستم های بیولوژیکی (زیستی)، وظایف فیزیولویکیِ زیادی انجام می دهند؛ آنها در بسیاری از نقش های فیزیولوژیکی از جمله فعالیت آنتی اکسیدانی و سلامت استخوان دخالت دارند و تعادل هموستاز (فیزیولوژی خون) ضروری برای عملکرد متابولیک مناسب را حفظ می کند. گزارش شده است که مواد معدنیِ اصلی استخوان یک هیدروکسی آپاتیت شفاف  (〖Ca〗_10 (〖PO〗_4 (OH)_2) است که بیشترین بافت زایشیِ غضروف استخوان همراه با 95٪ از کلاژن  (پروتئین تارسان که در استخوان و غضروف و بافت های پیوندی یافت می شود) را در بر می گیرد که به استخوان، استحکام کششی می دهد. نقش مهم ریزعنصرها در تشکیل استخوان به وضوح در ساخت مواد معدنی  و شکل گیری بافت زایشیِ مواد آلی پدیدار شد که متعاقبا چهارچوب استخوان را تشکیل می دهد. مطالعات اخیر بر اهمیت بسیاری از ریزعنصرها در متابولیسم(ساخت و ساز) استخوان دلالت دارد، اما مس، روی و منگنز در میان مهمترین موارد هستند. وظایف مهم مختلفی برای ریزعنصرها در سلامت استخوان گزارش شده است. هم ایستاییِ کلسیم برای بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی، از جمله متابولیسم استخوان، ضروری است. گزارش شده است که کلسیم سرمی به عنوان بیومارکر  ( یا نشانگر زیستی) به اندازه گیری متابولیسم استخوان کمک قابل ملاحظه ای می کند. 

Background: Life style and physical activity play a pivotal role in prevention and treatment of osteoporosis. The mechanism for better bone metabolism and improvement of physical disorders is not clear yet. Trace minerals such as Ca, Mn, Cu, and Zn are essential precursors for most vital biological process, especially those of bone health.

Objective: The main target of this study was evaluating the effective role of supervised aerobic exercise for 1 hour/day, 3 days/week for 12 weeks in the functions of trace elements in bone health through measuring bone mineral density (BMD), osteoporosis (T-score), bone markers, and trace element concentrations in healthy subjects aged 30–60 years with age average of 41.2±4.9.

Methods: A total of 100 healthy subjects (47 males, 53 females; age range 30–60 years) were recruited for this study. Based on dual-energy x-ray absorptiometry (DEXA) scan analysis, the participants were classified into three groups: normal (n=30), osteopenic (n=40), and osteoporotic (n=30). Following, 12 weeks of moderate aerobic exercise, bone-specific alkaline phosphatase (BAP), BMD, T-score, and trace elements such as Ca, Mn, Cu, and Zn were assessed at baseline and post-intervention.

Results: Significant improvement in serum BAP level, T-score, and BMD were observed in all participants following 12 weeks of moderate exercise. Participants with osteopenia and osteoporosis showed significant increase in serum Ca and Mn, along with decrease in serum Cu and Zn levels following 12 weeks of aerobic training. In control group, the improvements in serum trace elements and body mass index were significantly linked with the enhancement in the levels of BAP, BMD hip, and BMD spine. These results supported the preventive effects of moderate exercise in healthy subjects against osteoporosis. In both sexes, the changes in serum trace elements significantly correlated (P,0.05) with the improvement in BAP, BMD hip, BMD spine, and body mass index in all groups.

Conclusion: The observed changes in the levels of Ca, Mn, Cu, and Zn were shown to be positively correlated with improved bone mass density among control and osteoporosis subjects of both sexes. These results demonstrate that aerobic exercise of moderate intensity might protect bone and cartilage by regulation of body trace elements which are involved in the biosynthesis of bone matrix structures and inhibition of bone resorption process via a proposed anti-free radical mechanism.

Introduction

Trace elements perform many important physiologic functions as a catalyst or as an enzyme component within biological systems;1 they are involved in many physiologic roles including antioxidant activity and bone health, and maintain an essential hemostatic balance for proper metabolic functioning.2 It was reported that the main mineral of bone is a crystalline hydroxyapatite (Ca10(PO4 ) 6 (OH)2 ) which comprises most of the matrix of bone cartilage tissue, along with 95% of collagen which gives the bone its tensile strength.3 The significant role of trace elements in bone formation clearly appeared in the mineralization and formation of the organic matrix which subsequently forms bone scaffolds. Recent studies signify the importance of most trace elements in bone metabolism, but copper, zinc, and manganese are among the most important.4,5 Different important functions were reported for trace elements in bone health. Calcium homeostasis is essential for most of the biological processes, including bone metabolism.6 It was reported that serum calcium contributes significantly as biomarker to measure bone metabolism.

چکیده

مقدمه

مواد و روش ها

موضوعات

ارزیابی BMD

روش ورزش

ارزیابی آلکالین فسفاتاز استخوان سرم 

ارزیابی ریزعنصرهای سرم

تحلیل آماری

نتایج

بحث و بررسی

نتیجه گیری

Introduction

Materials and methods

Subjects

Assessment of BMD

Training procedure

Assessment of serum bone alkaline phosphatase

Assessment of serum trace elements

Statistical analysis

Results

Discussion

Conclusion