وبلاگ

63
64
65
67
70
75
فصل 5: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 80
81
83
مراجع 84
پیوست‌ها 89

 

• تاریخچه

کشف این واقعیت که بسیاری از کشورها دارای منابع فراوان گاز طبیعی هستند و این که آلودگی CNG  در مقایسه با سوخت‌های مایع بسیار کمتر می‌باشد، باعث گسترش بیش از پیش خودروهای گازسوز گردید.  موتورهای بنزینی که گازسوز می شدند، توان کمتری نسبت به نمونه بنزینی داشتند، ولی با طراحی موتورهای اختصاصی CNG  این مشکل رفع شد.  امروزه به دلایل اقتصادی و زیست محیطی که در بالا بیان شد، صنعت خودروهای CNG سوز بسیار گسترش یافته است[1]. 
صنعت خودرو، خواهان تولید مخازن سبک‌تر بود تا اثر آن را به روی عملکرد وسایل نقلیه کم کند.  بدین ترتیب در اواخر دهه70 تولید و توسعه مخازن کم وزن آغاز گردید و تاکنون در بسیاری از کشورها این مخازن مورد استفاده قرار گرفته می‌شود.
 اولین مخازن کامپوزیتی در سال 1977 وارد بازار شدند.  این سیلندرها از یک لاینر[1] فلزی که با الیاف شیشه پیچیده شده بود و قبلاً کاربردهای فضایی داشت، ساخته شده بودند. در سال 1982 مخازن با لاینر آلومینیومی با پیچش محیطی الیاف شیشه در صنعت  CNGمورد استفاده قرار گرفت.
 این روند سبک‌سازی مخازن تا سال 1985 و با ارائه مخازن لاینر فولادی و الیاف شیشه ادامه داشت. گاز CNG برای استفاده در خودروها می بایست در فشار 200 بار یا 20 مگاپاسکال نگهداری شود که این امر اهمیت فراوان مخازن تحت فشار نگهدارنده گاز و همچنین استانداردهای موجود در این زمینه را نشان می‌دهد[2].
در اواخر دهه 80 طرح‌های کاملاً پیچیده شده با لاینرهای فلزی و پلاستیکی در سوئد، روسیه و فرانسه تولید شد. در آمریکا پس از توسعه استانداردها، تولید طرح‌های کامل رشته‌پیچی شده با لاینرهای نازك آلومینیومی و یا پلاستیکی با پوشش الیاف شیشه و یا الیاف کربن در سال 1992 آغاز شد[3].
به منظور کاهش هرچه بیشتر وزن مخازن CNG طرح‌های کامپوزیتی کاملاً پیچیده با لاینرهای  فلزی یا پلاستیکی ارائه گردید. در این طرح‌ها الیاف به طور کامل به دور مخزن پیچیده شده بودند. وظیفه اصلی تحمل بار ناشی از فشار بر عهده الیاف‌پیچیده شده بود. بدین­سان لاینرها

 دارای ضخامت کمی بودند. ساخت لاینر فلزی مخازن به شکل مستطیلی(جعبه ای)، عایق کاری آن را مشکل می کند و همچنین از استحکام کمتری به علت جوشکاری در درزها برخوردار می‌باشد. در مخازن استوانه‌ای در دو سر انتهایی، دو نیم کره عدسی شکل به روش‌های خاص شکل‌دهی ایجاد می‌گردند که نیاز به جوشکاری را از میان بر می‌دارد. البته بخش عمده‌ای از هزینه ساخت مخازن استوانه‌ای را هزینه همین قسمت‌های نیمکره‌ای تشکیل می‌دهد.

 

• معرفی انواع مخازن CNG

 به طورکلی مخازن  CNG به شکل استوانه‌های یک پارچه و بدون درز می‌باشند که ابتدا و انتهای آن‌ ها با قسمت‌های بیضوی شکل که دم[2] نام دارند، بسته می‌شود. طبق استاندارد ISO 11439  مخازن  CNGبه چهار دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از : [2]

 

1. مخازن کاملاً فلزی[3]

 

1. مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور قسمت استوانه‌ای[4]

 

1. مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور کل مخزن[5]

 

1. مخازن کاملاً کامپوزیتی با لاینر پلاستیکی[6]

 مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزی
این مخازن بدون درز و از جنس فولاد یا آلومینیوم می‌باشند. گرچه نوع آلیاژ مورداستفاده و همچنین تنش‌های طراحی این گونه مخازن در استاندارد مشخص نگردیده است ولیكن این گونه مخازن فولادی یا آلومینیومی باید آزمون‌های كارایی را بگذرانند. آزمون‌ها به دلیل اطمینان از چقرمگی و مقاومت در برابر تنش، خوردگی و ترك در جنس به كار رفته، صورت می‌گیرند. همچنین آزمون‌های سختی و فشار هیدرواستاتیک جهت اطمینان از استحكام مخزن نیز انجام می‌گیرند.
تولید این مخازن با بهره گرفتن از روش اسپینینگ[7] یا کشش عمیق[8]  می‌باشد.  وزن این مخازن نسبت به دیگر نمونه‌ها بیشتر می‌باشد. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ ها بین 2/1 تا 5/1 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3]. نمونه‌هایی از مخازن CNG نوع اول در شکل (1-1) نشان داده شده‌است.

 

• مخزن نوع اول [1]

این مخازن از فولاد كروم – مولیبدن یا فولاد كربن – منگنز ساخته می‌شوند و طبق استانداردهای موجود این مخازن باید در فرایندی بدون استفاده از جوش و به صورت بدون درز ساخته شوند. لذا این كپسول‌ها برای تحمل فشار كاری200 بار باید توان تحمل فشار تا 450 بار را داشته باشند. فشار تركیدن در حداقل باید450 بار باشد و به همین دلیل ضخامت بدنه این مخازن بالاست. در شكل (1-2) یک مخزن نوع اول نمایش داده شده‌است.

 

• مخزن نوع اول

 

• مخازن نوع دوم، مخزن کمرپیچ

این نوع مخازن دارای یک لایه‌داخلی از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز است و قسمت استوانه‌ای این لایه‌داخلی، توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ ها که آغشته به رزین است به صورت محیطی پیچیده شده‌است (شكل (1-3)) [2].  ساختار كامپوزیتی این مخازن، این امكان را به وجود می‌آورد كه بتوان از ضخامت قسمت فلزی كاست و درنتیجه مخزن سبك‌تری بدست آورد. این مخازن در جهت شعاعی به جز دو قسمت ابتدایی و انتهایی تقویت شده‌اند.
بنا به محاسبات مكانیكی دو انتهای مخزن به علت شكل كروی آن‌ ها تحمل تنش بیشتری را نسبت به قسمت استوانه‌ای مخازن دارند ولی در فرایند تولید در حال حاضر نمی‌توان ضخامت كمتری را در آن ایجاد كرد. به این ترتیب محاسبات طراحی بر اساس قسمت نازك‌تر مخازن انجام می‌شود. در مخازن نوع دوم از ضخامت كمتری برای ساخت مخزن استفاده‌شده و قسمت استوانه‌ای آن برای رسیدن به سطح تحمل تنش و فشار موردنظر با مواد كامپوزیت كه بسیار سبك‌تر از فولادند تقویت شده و به این ترتیب مخازن سبك‌تری تولید می‌شود. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ ها بین 7/0 تا 4/1 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3]. 
مبنای طراحی این نوع مخازن بر توانایی آستر فولادی یا آلومینیومی در تحمل فشار بالا می‌باشد. در این مورد این نوع مخازن  CNGاین نكته شایان توجه است كه فشار اضافی و دمای بالاتر باعث ازبین رفتن كیفیت پوشش كامپوزیت نخواهدشد. این نوع مخازن از الیاف‌پیچی پیوسته[9] ساخته می‌شوند كه برای ساخت آن‌ ها از آسترهای فولادی یا آلومینیومی استفاده می‌گردد و به آن‌ ها مخازن پیچش محیطی[10] گفته می‌شود. این مخازن از  سال 1980 میلادی ساخته می‌شوند و مبنای طراحی آن‌ ها توانایی آسترهای فولادی در تحمل بیشینة فشار پرشدن مخزن می‌باشد. این امر به طراحان اجازة استفاده از آسترهایی با تحمل تنش بیشتر از حد معمول را می‌دهد.

ابزاری که برای اتمیزه کردن مایع (یعنی تجزیه مایع به قطرات ریز) استفاده می­گردد، انژکتور نامیده می‌شود. انژکتور به بیانی ساده نوعی پاشنده است که جریان مایع را به اسپری تبدیل می‌کند. برای تعریفی جامع از انژکتور می‌توان گفت، انژکتور نوعی پمپ است که با بهره گرفتن از اثر ونتوری یک نازل همگرا–واگرا، انرژی فشاری سیال را به انرژی دینامیکی (سرعتی) تبدیل می‌کند. نام های دیگری مانند اتمایزر و اجکتور (تزریق کننده یا افشانک) نیز به آن تعلق گرفته است.
انژکتورها زمانی به‌کاربرده می‌شوند که نیاز به‌سرعت در پاشش سیال، مثلاً پاشش سوخت در محفظه احتراق، و یا نیاز به سطح تبادلی بیشتر با پیرامون باشد. به طور کلی هرگاه یک پاشش کنترل‌شده از سیال مد نظر باشد، از انژکتور استفاده خواهد شد.
برای اولین بار این وسیله توسط یک مهندس فرانسوی به نام  هنری گیفرد در سال 1858 میلادی اختراع شد. در شکل 1-1 یک نمونه از اتمایزر نشان داده شده است.
شکل 1-1-  شمایی از یک اتمایزر]1[
از اولین کاربردهای انژکتور می‌توان به لوکوموتیوهای بخار اشاره داشت که در آن‌ ها از انژکتور برای پمپ کردن آب تغذیه‌ بویلر لوکوموتیو استفاده می‌شد.
انژکتورها در موارد متعددی کاربرد دارند که شاید متداول‌ترین مورد استفاده آنها در محفظه‌های احتراق باشد. اعم از اینکه در مورد یک خودرو صحبت شود یا اینکه در مورد محفظه احتراق موشک. در این نوع از انژکتورها سوخت به گونه‌ای پاشیده و اتمیزه می‌شود که بهترین راندمان سوختن در محفظه حاصل شود.
همچنین در مواردی که نیاز به خنک کاری بیشتری باشد می‌توان از انژکتور استفاده کرد تا با بهره گرفتن از سطح بیشتر ذرات آب، انتقال حرارت بالاتری حاصل شود. نمونه این استفاده در نیروگاه‌ها یافت می‌شود.

 

افت فشار در انژکتور به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود، که  قاعده عملکرد انژکتورهای فشاری[1] با یک تخلیه ساده [2] یا تخلیه پیچشی[3] می‌باشد.
انژکتورهای فشاری در قیاس با دیگر انژکتورها به علت سادگی­شان بیش‌ترین استفاده را دارند، ولی برای بسیاری از مایعات لزج  مناسب نیستند و همچنین کیفیت عملکرد آن‌ ها با افزایش دبی جریان کاهش می­یابد.
تقسیم‌بندی بنیادی این گروه از انژکتورها در سه نوع است : جت[4]،  پیچشی[5]،  جت-پیچشی[6].

 

• انواع انژکتورهای فشاری

  • انژکتورهای جت

نوع جت، ساده‌ترین مدل‌ها در طراحی است که خود به انواع simple atomizer ،group atomizer ،impinging jet atomizer ،blast atomizer   و fan atomizer تقسیم‌بندی می‌شود.
انژکتورهای جت به دو نوع تقسیم می‌شوند: انژکتورهای پیوسته[7](باز) و متناوب[8](بسته). انژکتورهای پیوسته ساده­ترین نوع همه انژکتورهاست. انژکتورهای متناوب نیز نوع بسیار ساده­ای در طراحی و تکنولوژی است.
یک استفاده مهم این نوع انژکتور در سرنگ‌های تزریق است. در این روش به‌جای استفاده از سوزن از یک انژکتور جت با فشار بالا استفاده می‌شود تا ماده تزریقی به شکل  یک جت باریک به داخل پوست نفوذ کند(شکل 1-2). به این وسیله تفنگ انژکتور جت[9] گفته می‌شود.
شکل 1-2 تفنگ انژکتور جت]2[
از استفاده‌های دیگر این انژکتور می‌توان به موتور دیزل و اسپری رنگ اشاره نمود.
انژکتورهای پیچشی
نام این انژکتور از چرخش مایع داخل آن نشئت می‌گیرد. این انژکتورها به چندین دسته تقسیم می‌شوند؛ که بطورکلی همه آن‌ ها یک ذره­سازی خوب را برای افت فشار متوسط و حتی کوچک تضمین می­ کنند. به این علت و نیز طراحی نسبتاً ساده آن‌ ها، انژکتورهای پیچشی وسیع‌ترین استفاده را در همه انواع انژکتور دارند. مثال‌های کاربردی آن‌ ها توربین گاز و تهویه‌های هوا می‌باشد.
انژکتورهای پیچشی رایج‌ترین مورد استفاده را دارند، زیرا در قیاس با سایر انژکتورها امتیازهایی اساسی دارند:     

 

• طراحی نسبتاً آسان

 

• اطمینان بالا

 

• کیفیت بالای پاشش

 

• توان مصرفی کم

در یک تقسیم‌بندی، این انژکتورها به انواع simplex atomizer ،duplex atomizer،spill- return atomizer ،variable geometry atomizer تقسیم ­بندی می‌شوند.
انژکتورهای نوع simplex رایج‌ترین نوع انژکتورهای پیچشی هستند که خود به دو نوع axial atomizers  و angular atomizers  تقسیم ­بندی می‌شوند. این تقسیم ­بندی ناشی از آن است که از یک منظر زاویه  بین راستای ورودی سیال و خروجی آن 90درجه است و از منظر دیگر جهت ورودی و خروجی در محور انژکتور به هم منتهی می‌شوند.
انژکتورهای نوع duplex انژکتورهای قابل‌کنترل با دو مرحله تغذیه هستند. ازآنجایی که در این نوع، رنج تغییرات جریان، 5 تا 10 برابر و در بعضی موارد تا 25 برابر است از آن­ها می‌توان در توربین گاز هواپیماها استفاده کرد.
نوع   spill-return در سال 1921ثبت شد و در ابتدا برای مشعل بویلرهای کشتی‌ها استفاده شد و بعدها نیز در کاربردهای بالاتری مثل توربین گاز هواپیماها مورد استفاده قرار گرفت. این نوع تقریباً مشابه simple atomizer است، با این تفاوت که از دو بخش تشکیل شده است؛ یک بخش مخصوص پاشش است و بخش دیگر دوباره از انژکتور به سیستم تغذیه بر می‌گردد.

علوم تجربی یکی از دانشها و معرفتهای بشری است که یافته های آن از روش تجربی به دست می آید و ملاک یا معیار درستی آنها، انطباق داشتن با مشاهدات تجربی است.

 

هدف از آموزش علوم تجربی، آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهی های لازم برای تبدیل شدن به یک شهروند مطلوب را کسب کنند. دانش آموزان با کسب آگاهی و مهارت لازم در زمینه های مختلف علوم، قادر خواهند بود تا در زندگی خود تصمیمات آگاهانه و منطقی بگیرند. فعالیتهای آزمایشگاهی یکی از ارکان اصلی آموزش علوم تجربی محسوب شده و موجبات رشد دانش علمی، مهارت ها و نگرشهای علمی دانش‌آموران را فراهم می‌سازند. انجام فعالیتهای آزمایشگاهی علاوه بر تثبیت یادگیری و افزایش میزان ماندگاری مفاهیم آموخته شده، سبب تقویت مهارت دست ورزی و کسب لازم می‌گردد که در زندگی روزانه مورد استفاده قرار گرفته و زمینه‌های نوآوری، خلاقیت و تفكر انتقادی را در فراگیران فراهم می‌سازد.

 

در برنامه درسی کشورهای موفق در آموزش علوم تجربی، استفاده از آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی، بخش جدایی ناپذیری از موضوع درسی است و تاکید زیاد بر تحقق اهداف مهارتی و نگرشی سبب شده است تا توجه خاصی به رشد مهارت‌های دست‌ورزی صورت پذیرد   ( بدریان، 1385) .اما برخی مشکلات در انجام آزمایش های حقیقی همچون عدم وجود امکانات لازم در آزمایشگاه، خطرناک بودن بخشی از فعالیت های آزمایشگاهی و موارد دیگر باعث شده اکثر دبیران در انجام آزمایش بصورت واقعی اهتمام لازم را نداشته باشند.

 

از طرفی پیشرفت های جهانی در فناوری اطلاعات و ارتباطات باعث گسترش وسیع فرصت های یادگیری و دسترسی به منابع تحصیلی و آموزشی شده است. بکارگیری این فناوری های جدید موجب تسریع و تسهیل فراوان در تعلیم و تربیت شده است که آموزش و پرورش نیز از این تحولات مستثنی نبوده است (آلفاسی[1]، 2000 نقل از بختیاری و احمدی، 1386 نقل از رضوانی، 1393). در سال های اخیر آموزش مجازی به عنوان یکی از کاربردهای مهم فناوری های جدید در جهان مطرح گردیده است و پیشرفت های جامعه امروزی در گرو استفاده بهینه از فناوری های آموزشی است چرا که آموزش و یادگیری همیشه تحت تاثیر عوامل گوناگونی اتفاق می افتد که این عوامل به انجام هر چه بهتر یادگیری کمک می کند و آموزش مجازی هم از این قائده جدا نیست(مشتاقی، 1392 نقل از رضوانی، 1393). امروزه شبیه سازی و استفاده از آن، کاربردهای گوناگونی پیدا کرده که یکی از آن ها آزمایشگاه های مجازی هستند که با ایجاد محیطی جذاب و بی خطر می توانند باعث ارتقاء کیفیت آموزش و یادگیری شوند. هرچند لذت تجربه یک موقعیت و تجربه واقعی و همچنین تقویت مهارت دست ورزی را از یادگیرنده سلب می کند.

 

 

 

1-2 بیان مساله

 

هدف از آموزش علوم تجربی،  آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و

 یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهی های لازم برای یک شهروند مطلوب را کسب کنند.

 

در ابتدای قرن بیستم رویكرد اثبات گرایی و آموزش با اثبات و فهم مطالب به کمک آزمایش و تجربه تقریباَ با روند ایجاد و رشد تمام رشته ها ی علمی حكم فرما شد. در اوایل قرن گذشته دست اندر كاران آموزش به اهمیت به كار گیری و استفاده از وسایل كمك آموزشی پی بردند و متوجه شدند هر قدر موضوعات علوم پایه عینی و ملموس تر باشد میزان یادگیری بیشتر خواهد شد ( شویک[2]، 1992). بعد از جنگ جهانی اول که نارضایتی بسیاری در علم حاصل شد، معلمین علوم برای تدریس از وسایل آزمایشگاهی و كارگاهی استفاده كردند، این امر باعث شد دانش آموزان علاقه بیشتری از خود نشان دهند و ثمرات استفاده از آزمایشگاه ها در تدریس باعث شد دانش آموختگان با آمادگی بیشتر جذب بازار كار و مؤسسات و كارخانه ها شوند در نتیجه تحول چشم گیری در پیشرفتهای صنعتی در كشورهای غرب ایجاد شد(شویک، 1992). از آن به بعد بود که در برنامه درسی کشورهای موفق در آموزش علوم تجربی، استفاده از آزمایشگاه و انجام فعالیت‌های عملی واقعی، بخش جدایی ناپذیری از موضوع درسی شد و تاکید زیاد بر تحقق اهداف مهارتی و نگرشی سبب شده است تا توجه خاصی به رشد مهارت های دست‌ورزی صورت پذیرد ( بدریان، 1385). از طرفی پیشرفت فناوری بشر امروزی در سده های اخیر سرعت حیرت آوری گرفته و تعلیم و تربیت را به شدت تحت تأثیر قرار داده است. علاوه بر این آموزش و پرورش از این پیشرفت ها در بکارگیری وسایل و روش های جدید بهره جسته است و شکل گیری فناوری آموزشی، میدان جدیدی برای انجام بررسی های علمی پیرامون نحوه به کارگیری وسایل و روش های جدید در امر آموزش ایجاد نموده است و در این راستا آخرین یافته های فناوری در خدمت آموزش در آمده است. نمونه ای از کاربردهای فناوری آموزشی، استفاده از نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می باشد که در سال های اختر رواج و رونق زیادی پیدا کرده است.

 

شناخت گرایانی همچون آزوبل[3] (1963) و برونر[4] (1960) به استفاده از وسایل دیداری، شنیداری و نمایشی و آزمایشگاهی تاكید می كردند و معتقدند كه با بهره گرفتن از این وسایل میتوان به درجه بالایی از آگاهی و مهارت عملی دست یافت.

 

الكساندر[5] و سیلور[6] (1981) اظهار می دارند در یک برنامه درسی منظم كه بر مبنای آموزش های عملی استقرار یافته و تداوم یابد می تواند نقشه ای برای هدفهای كلی و جزیی در یک جامعه پیشرفته صنعتی و مترقی باشد. از طرفی این سوال مطرح است که اگر غالباً دانش آموز می تواند با دیدن مطالب را بهتر درک کند، چگونه در دهه های پیشین که امکان و ابزار انجام آزمایش ها حتی در حد جزئی هم وجود نداشت در بسیاری از دانش آموزان حس علاقه و کنجکاوی و پژوهشگری ایجاد شد. از سوی دیگر آیا تکیه بر ارائه اطلاعات صرف در قرنی که تکنولوژی از اهمیت خاصی برخوردار است، می تواند مانند سالهای گذشته نتیجه بخش باشد؟ در حال حاضر که مدارس مجهز به امکانات هوشمند هستند آیا جایگزین کردن نرم افزارهای آزمایشگاه مجازی می تواند جایگزین مناسبی برای آزمایشگاه های واقعی فعلی باشند؟

 

هودسون[7](1993) در تحقیقی به این نتیجه رسید که انجام آزمایش های علوم تجربی باعث افزایش میزان انگیزه، افزایش توانایی مهارت های عملی و یادگیری آگاهانه دانش آموزان می گردد. در تحقیق هارلن[8](1999) با موضوع تاثیر فعالیت های عملی بر یادگیری علوم نتیجه افزایش قابل توجه انگیزه و یادگیری بود. کومیس[9](2001 نقل از کرمی، 1388) در پژوهش خود نتیجه گرفت استفاده از محیط های شبیه سازی شده کامپیوتری برای انجام آزمایش یعنی همان آزمایش مجازی می تواند بر درک مفاهیم فیزیکی دانش آموزان تاثیر مثبت داشته باشد.

 

با توجه به اینکه طیف وسیعی از جمعیت ایران را دانش آموزان تشکیل می دهند و همچنین با توجه با اینکه مشکلات زیادی در آموزش و نحوه استفاده از راهبردهای متنوع آموزشی در این امر موجود دارد ضروری به نظر می رسد که پژوهش هایی در مورد تاثیر بکارگیری این راهبردها باید صورت گیرد (شریفی، 1390 نقل از رضوانی، 1393). به همین دلیل  پژوهش حاضر با هدف مقایسه اثربخشی محیط آزمایشگاه مجازی در مقابل آزمایشگاه واقعی گامی در رفع ابهامات در این زمینه و شیوه های موثر در آموزش آزمایشگاهی علوم تجربی بردارد.

1-2-بیان مسئله

 

عضلات چرخاننده بازو RC[1] شامل فوق­خاری، تحت­خاری، گرد گوچک و تحت­کتفی هستند که که این چهار عضله باهم، عضلات RC را تشکیل می­دهند.

 

عضله فوق­خاری و عضله دلتوئید، عضلات اصلی در آبداکشن مفصل شانه هستند. مطالعات نشان
می­دهد که عضلات RC، دو عملکرد اصلی در مفصل بازویی- دوری دارند که شامل ۱) نقش حرکتی استخوان بازو در مفصل شانه ۲) تثبیت مفصل گلنوهومرال

 

افزایش پارگی یا نقص RC، منجر به نیمه دررفتگی سر استخوان بازو و نقص عملکرد مفصل شانه
می­ شود. عضلات RC با همکاری هم مفصلی را که ذاتا ناپایدار است را احاطه کرده ­اند و مفصل گلنوهومرال را از طریق زوج نیرو هم در صفحه فرونتال و هم در صفحه عرضی پایدار می­ کنند( فانک 2005[2]).

 

بنابراین پارگی در هرکدام از عضلات RC مخصوصاً فوق­خاری باعث ناپایدار شدن شانه می­گردد و باعث می­ شود که شانه نتواند عملکرد مناسب خود را به عنوان متحرک­ترین مفصل بدن انجام دهد. عضله فوق­خاری در حرکت آبداکشن و در تولید نیروی کوپل در صفحه عرضی مفصل شانه موثر است. پس تشخیص به موقع آسیب در عضله فوق­خاری این امکان را می­دهد که با درمان این عضله، کارایی سریع تر مفصل شانه به دست آید. تست­های زیادی برای سنجش آسیب عضله فوق­خاری وجود دارد اما هیچ یک از این تست­ها به عنوان مناسب­ترین تست شناخته نشده است. هدف از تحقیق حاضر ارائه یک تست مناسب برای عضله فوق­خاری است. در این مطالعه به دلیل اینکه از لحاظ بیومکانیکی عضله
فوق­خاری در حالت اکستنشن آرنج بیشتر فعال است تمام تست­ها در این مطالعه وضعیت اکستنشن آرنج انجام می­ شود.

 

 

 

1-3- سابقه و ضرورت انجام پژوهش

 

عموما اختلالات شانه شایع است و اغلب به علت آسیب دیدگی تاندون RC و مخصوصاً تاندون عضله فوق­خاری است(ال مند[3] و همکاران۱۹۹۰،جی اسوند[4] و همکاران۱۹۹۸، نیر [5] و همکاران۱۹۸۳). اساس فرض، در سنجش شناخت آسیب فوق­خاری، این است که باید در درجه اول فوق­خاری فعال شود که با حداقل شدت فعالیت سایر عضلاتی شانه همراه باشد.

 

به منظور سنجش آسیب عضله فوق­خاری، برای نخستین بار توسط مونیز وجاب وضعیت ۹۰ درجه آبداکشن بازو و ۳۰ درجه هوریزنتال فلکشن در صفحه کتف که با چرخش داخلی بازو و به کار بردن مقاومت در مقابل آبداکشن پیشنهاد شد. آنها با این موقعیت آزمایشی ادعا کردند که فعالیت عضله فوق­خاری را می­توان از سایر عضلات تفکیک کرد و آنرا تست Empty can (EC) نامیدند( مونیز و جاب[6] ۱۹۸۲). با این حال برای حمایت از این نتیجه تنها سیگنال­های خام Emg را از عضلات RC، تنها در یک آزمودنی و بدون نرملایز سازی گزارش کردند.

 

از آنجا که در طول چرخش داخلی برجستگی بزرگ به زیر قوس آخرومی-ترقوه­ای برخورد می­ کند، 45 درجه چرخش خارجی را به جای چرخش داخلی در تست جاب به کار بردند وبه عنوان تست Full can (FC) نامیدند.آنها استدلال کردند که وضعیت FC درد کمتری را نسبت به EC برمی­انگیزد و بنابراین برای عملکرد فوق­خاری یک آزمایش قابل اطمینان­تری است.

 

 کلی و همکارانش بیان کردند که در این وضعیت شدت فعالیت عضله فوق­خاری در تست  FC  وEC  مشابه است.( کلی و کدرمس[7] ۱۹۹۶).

 

گرچه کلی وکدرمس فعالیت ۸ عضله شانه را گزارش کردند اما آنها از گزارش سطح فعالیت نسبی بین عضله فوق­خاری و دیگر عضلات شانه قصور کردند.

 

تا حدی بر اساس نتایج EC و  FCبه صورت بالینی، برای تشخیص آسیب فوق­خاری از این دو تست  استفاده می­ شود. با این حال نتایج الکترومیوگرافی[8] جاب و کلی داده ­های کافی برای حمایت از تفکیک فعالیت عضله فوق­خاری در تست­های FC و EC ارائه نکرده ­اند.

 

در واقع شواهد الکترومیوگرافی نشان می­دهد که در تست­های FC و EC شدت فعالیت عضله دلتوئید بالا است(تونزند[9] و همکاران ۱۹۹۱،مولانگل[10] و همکاران۱۹۹۶، رینولد[11] و همکاران۲۰۰۷). علاوه بر عضله فوق­خاری (مولانگل و همکاران۱۹۹۶، رولندز و همکاران[12] ۱۹۹۵،بیچر[13] و همکاران۲۰۰۸)، تحت­کتفی (تونزند و همکاران ۱۹۹۱، بیچرو همکاران۲۰۰۸) و دندانه ای قدامی (مولانگل و همکاران۱۹۹۶ ، بیچرو همکاران۲۰۰۸) فعال هستند.

 

بعد از آن در این راستا برای تعیین اعتبار آزمون تست­های FC و EC یک مطالعه جامع از فعالیتEmg  عضلات شانه در طی تست­های FC و EC انجام شد.

 

که در این مطالعه نشان داده که در هر دو تست FC و EC عضله فوق­خاری با  MVC۹۰%  است و فعالیت این عضله به صورت انتخابی نیست چرا که ۸ عضله دیگر هم از جمله تحت­خاری، تحت­کتفی ، بخش میانی ذورنقه ، بخش تحتانی ذوزنقه، دندانه ای قدامی، دلتوئید میانی، قدامی و خلفی بیش از MVC ۷۰% فعال بودند (کریگ[14] و همکاران۲۰۰۸).

 

بنابراین بررسی الکترومایوگرافی، آزمایش­های FC  و EC نشان می­دهد علارغم اینکه  وضعیت­های  FC و EC می ­تواند برای تقویت هم زمان عضلات شانه مفید باشد این آزمایش­ها نمی ­تواند به طور انتخابی عضله فوق­خاری را فعال کند و نباید به عنوان یک تست قطعی آسیب فوق­خاری تفسیر شوند.

 

پس به منظور شناسایی آسیب عضله فوق­خاری، وضعیتی که بتواند فعالیت این عضله را از سایر عضلات جدا کند وجود ندارد و همچنان این مسئله باقی می­ماند که در چه وضعیتی می­توان فعالیت این عضله را از سایر عضلات جدا کرد. در این مطالعه به دنبال  وضعیتی هستیم که بتواند فعالیت عضله فوق­خاری را از سایر عضلات جدا کند.

1-1- ساختار و نمو لنز چشم.. 1

 

1-1-2- لنز جنینی.. 1

 

1-1-3- کپسول و اپیتلیوم لنز. 2

 

1-1-4- سلول های فیبری لنز چشم.. 3

 

1-1-5- مصرف انرژی و همئوستاز یونی لنز چشم.. 4

 

1-1-6- شفافیت لنز چشم.. 5

 

1-2- پروتئین های لنز چشم.. 6

 

1-2-1- آلفا-کریستالین.. 7

 

1-2-2- بتا-گاما کریستالین.. 10

 

1-2-3- بتا کریستالین.. 10

 

1-2-4- گاما کریستالین.. 10

 

1-3- برهمکنش کریستالین ها و تداخل بین آن ها 11

 

1-4- آب مروارید………..12

 

1-4-1- انواع آب مروارید وابسته به سن.. 13

 

1-4-1-1- آب مروارید هسته ای.. 13

 

1-4-1-2- آب مروارید پوسته ای.. 13

 

1-5- فرایند توده ای شدن پروتئین های لنز و نقش آن در تشکیل آب مروارید. 14

 

1-6- فیبر آمیلوئید و ارتباط آن در تشکیل آب مروارید. 16

 

1-7- انواع تغییرات شیمایی پروتئین های کریستالین و نقش آن ها در بیماری آب مروارید. 17

 

1-7-1- قندی شدن غیر آنزیمی پروتئین آلفا-کریستالین.. 17

 

1-7-2- اکسایش پروتئین آلفا-کریستالین.. 18

 

1-7-3- دآمیناسیون، کوتاه شدگی و قطعه قطعه شدن پروتئین آلفا-کریستالین.. 19

 

1-7-4- هموسیستئینه شدن پروتئین آلفا-کریستالین.. 20

 

1-8- آنتی اکسیدان ها و پاک کننده های رادیکال آزاد لنز. 20

 

1-9- جریان یونی لنز و نقش آن در همئوستاز یونی.. 22

 

1-9-1- سدیم و پتاسیم.. 23

 

1-9-2- کلر. 24

 

1-9-3- روی.. 24

 

1-9-4- آهن.. 24

 

1-9-5- منیزیم.. 25

 

1-9-6- کلسیم.. 25

 

1-9-7- مس…. 27

 

1-9-8- سلنیم، سرب و کادمیم.. 28

 

1-10- 1- بیوشیمی پراکسی نیتریت به عنوان مولکول اکسایشگر طبیعی.. 29

 

1-10-2- پراکسی نیتریته شدن پروتئین ها  و آثار آن بر بدن.. 34

 

1-10-3- پراکسی نیتریت و بیماری های چشمی.. 40

 

1-11- پراکسی نیتریت و کلسیم.. 42

 

1-12-مس، اسید آسکوربیک و آب مروارید. 44

 

: مروری بر پژوهش های پیشین

 

: مواد و روش ها

 

3-2-4-تهیه ی محلول استوک ANS ………………………………………………………………………….60

 

3-4-2- بیان زیر واحد هایαA  و αB-کریستالین انسانی در سلول های BL21 ……. 66

 

:  نتایج و بحث

 

بخش اول……………………………………………………………………………………………………………………82

 

4-1- مطالعه ی اثر پراکسی نیتریته شدن بر ساختار، ایجاد حالت الیگومری و توده ای شدن پروتئین های لنز چشم در حضور یون کلسیم…………………………………………………82

 

4-1-1-نقش پراکسی نیتریت و کلسیم در بیماری زایی عارضه ی آب مروارید……..83

 

4-1-2-مطالعه ی فرایند پراکسی نیتریته شدن پروتئین های محلول لنز……………..85

 

4-1-2-1-سنجش تغییر حرکت ژل الکتروفورز پروتئین های لنز تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت……………………………………………………………………………………………………..85

 

4-1-2-2-سنجش مقدار کربونیل پروتئین های لنز تغییریافته به وسیله ی پراکسی نیتریت………………………………………………………………………………………………………………………..87

 

4-1-2-3- مطالعه ی فلورسانس ANS پروتئین های لنز تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت…………………………………………………………………………………………………………..89

 

4-1-2-4-مطالعه ی فلورسانس دی تیروزین پروتئین های لنز تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت…………………………………………………………………………………………………………..89

 

 

 

4-1-2-5-مطالعه ی اسپکتروسکوپی مرئی-فرابنفش پروتئین های کریستالین تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت…………………………………………………………………………….90

 

4-1-3-مطالعه ی ناپایداری پروتئولیزی پروتئین های لنز  تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت…………………………………………………………………………………………………………..90

 

4-1-4-مطالعه ی توده ای شدن پروتئین های طبیعی و تغییر یافته ی لنز به وسیله ی پراکسی نیتریت در حضور یون کلسیم………………………………………………………………….92

 

4-1-5-ارزیابی الیگومری شدن پروتئین های لنز طبیعی و تغییریافته در حضور یون کلسیم به وسیله ی الکتروفورز ژلی……………………………………………………………………………94

 

4-1-6-مطالعه ی فلورسانس عارضی پروتئین های طبیعی و تغییر یافته لنز در حضور یون کلسیم………………………………………………………………………………………………………………….99

 

4-1-7-مطالعه ی تشکیل فیبر آمیلوئیدی کریستالین های طبیعی و تغییر یافته در حضور یون کلسیم……………………………………………………………………………………………………101

 

بخش دوم…………………………………………………………………………………………………………………104

 

4-2- مطالعه ی ساختار و فعالیت چاپرونیαA -کریستالین های انسانی طبیعی و پراکسی نیتریته شده و بررسی نقش محافظتی آن ها در برابر اکسایش اسید آسکوربیک به وسیله ی یون های مس………………………………………………………………………………………104

 

4-2-1- بیان زیر واحد هایαA  و αB-کریستالین انسانی در سلول های BL21………………………………………………………………………………………………………………………105

 

4-2-2-تخلیص پروتئین هایαA  و αB-کریستالین انسانی…………………………………106

 

4-2-3- مطالعه ی فرایند پراکسی نیتریته شدن پروتئینαA -کریستالین انسانی……………………………………………………………………………………………………………………….108

 

4-2-3-1- مطالعه ی الکتروفورز ژلی پروتئینαA -کریستالین تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت………………………………………………………………………………………………………..108

 

4-2-3-2-سنجش مقدار کربونیل پروتئین های αA و αB-کریستالین تغییریافته به وسیله ی پراکسی نیتریت………………………………………………………………………………………..109

 

4-2-3-3- مطالعه ی فلورسانس تریپتوفان و عارضی پروتئین αA-کریستالین تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت………………………………………………………………………….110

 

4-2-3-4-مطالعه ی فلورسانس دی تیروزین پروتئین αA-کریستالین تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت………………………………………………………………………………………..111

 

4-2-3-5-مطالعه ی اسپکتروسکوپی مرئی-فرابنفش پروتئین αA-کریستالین تغییر یافته به وسیله ی پراکسی نیتریت………………………………………………………………………….111

 

4-2-4- مطالعه ی اثر محافظتیαA -کریستالین انسانی طبیعی و تغییر یافته  بر اکسایش اسید آسکوربیک در حضور یون مس………………………………………………………..114

 

4-2-5-مطالعه ی فعالیت چاپرونی پروتئینαA -کریستالین طبیعی و تغییر یافته………………………………………………………………………………………………………………………….116

 

4-2-6- مطالعه ی فعالیت چاپرونی پروتئینαA -کریستالین طبیعی و تغییر یافته در حضور یون مس………………………………………………………………………………………………………..117

 

………………………………………………………………………………………………….119

 

……………………………………………………………………………………..121

 

ساختار و نمو لنز چشم

 

لنز[1] یک عضو کلیدی انکساری چشم است. لنز دارای شکل دوسوکوژ با خاصیت انکساری بالا و شفافیت کامل است که به کمک قرنیه تصاویر را بر روی شبکیه[2] متمرکز می کند. ساختار شفاف لنز که در پشت عنبیه قرار دارد به وسیله ی زنول ها[3] در زلالیه[4] معلق شده است. زنول ها به جسم مژگانی[5] که پیرامون لنز را احاطه کرده است متصل شده اند. ماهیچه های درون جسم مژگانی با تغییر کشش رباط ها، شکل لنز را تغییر می دهند. چشم با تغییر شکل لنز، می تواند بر روی اشیاء در فواصل گوناگون تمرکز کند که به این عمل تطابق[6] گفته می شود (Michael و Bron 2011، Loh و همکاران 2009). در بزرگسالان، لنز با ضخامت  5/3 تا 4 میلیمتر و با قطر 9 تا ۱۰ میلیمتر دیده می شود Forrester) و همکاران 1996).

 

 1-1-2- لنز جنینی

 

لنز چشم یک بافت بدون رگ پوشیده شده با کپسول کلاژنی محکم اما پر منفذ است که از یک لایه از سلول های اپیتلیال در سطح پیشین تشکیل شده است (Donaldson و همکاران 2010، Kuszak 1984). لنز تمام مواد غذایی و اکسیژن را از زلالیه به دست می آورد. در ناحیه ی استوایی لنز، سلول های اپیتلیال تمایز و طویل شدن را آغاز می کنند تا به سلول های فیبری تبدیل شوند. در طول این زمان سلول های اپیتلیال اندامک خود را از دست می دهند و سنتز مقدار زیادی از پروتئین های ساختاری کریستالین را آغاز می کنند (شکل 1-1). این فرایند در طول زندگی با سرعت آهسته تری  همراه  با راندن سلول های فیبری جدیدتر یا جوان تر به ناحیه ی مرکزی (هسته) ادامه پیدا می کند (Jaffe و Horwitz 1991، Lovicu و Robinson 2004). تکامل لنز با فرورفتگی پلاک لنز[7] به طرف فنجان بینایی[8] و تبدیل شدن به حفره ی لنز آغاز می شود. ضمن ادامه ی این فرورفتگی، حفره بسته می شود و وزیکول لنز[9] در انسان طی روز سی و سوم جنینی تشکیل می شود. پس از آن، تمایز سلول های اپیتلیال، پر شدن وزیکول را آغاز می کند تا همه ی حفره در انتهای هفته ی هفتم با سلول های فیبری گرفته شود. سلول های فیبری اولیه که مرکز لنز را اشغال کرده اند هسته جنینی را تشکیل می دهند (Lovicu و Robinson 2004، Kuszak 1984). تکامل لنز بدون از دست دادن همه ی اندامک های متفرق کننده ی نور از سلول های فیبری کامل نمی شود. این عمل در یک فرایند برنامه ریزی شده به وسیله ی پروتئاز ها انجام می شود (Bassnett 2009، Bassnett 2002). لنز بیضی شکل جنینی در آغاز دارای قطر 35/0 میلی متر است که به سرعت رشد خود را آغاز می کند تا به یک اندام بیضی شکل حدود 35 میلی گرم در هنگام تولد تبدیل شود. مطالعات بر روی لنز های انسان در سنین بین شش ماه تا نود و نه سال نشان می دهد که لنز در دو فاز شامل فاز مجانبی (Asymptotic) در طول دوره ی پیش از تولد و ابتدای کودکی و فاز خطی در باقی مانده ی زندگی شخص رشد می کند (Jaffe و Horwitz 1991، Augusteyn 2007). چون لنز از فیبرهایی که نشان دهنده ی سنین مختلف است تشکیل شده، بافت جذابی  برای مطالعه ی اثرات پیری بر عملکرد و ساختار پروتئین است ( Sharmaو Santhoshkumar 2009)

 

1-1-3- کپسول و اپیتلیوم لنز

 

کپسول لنز[10] یک غشای پایه الاستیک با ساختار لایه ای است که در قسمت جلو از سلول های اپیتلیال و در قسمت عقب از سلول های فیبری تشکیل شده است. ترکیبات کلاژن نوع IV[11]، لامینین[12]، انتاکتین[13]، هپارین سولفات پروتئوگلیکان[14] و فیبرونکتین[15] از از اجزای اصلی کپسول لنز هستند و به قالب بندی شکل لنز کمک می کنند (Jaffe و Horwitz 1991). کپسول لنز در هنگام تولد 4 میلی متر ضخامت دارد و در طول زندگی رشد می کند اما با افزایش سن ضخامت آن به 30 میلی متر در ناحیه ی سطحی کپسول پیشین می رسد. ویژگی های مکانیکی کپسول لنز با افزایش سن کاهش می یابد که می تواند به تغییرات رخ داده در کلاژن کپسول نسبت داده شود (Danysh و Duncan 2009). یک لایه از سلول های اپیتلیالی مکعبی قسمت جلویی لنز را می پوشاند که می تواند به دو ناحیه شامل اپیتلیوم مرکزی تقسیم نشده و اپیتلیوم تقسیم شده (زایشی) که در ناحیه ی قوسی تمایز می یابد تقسیم می شود. در طول عمر فرد سلول های اپیتلیال لنز ویژگی های مشخصی از تقسیم و تمایز به سلول های فیبری جدید دارند اما این فرایند با افزایش سن کاهش می یابد. اپیتلیوم لنز[16] قسمت بزرگی از انتقال، سوخت و ساز و سم زدایی است، چون سلول های فیبری لنز حجمی از مواد مغذی را از طریق سلول های اپیتلیال می گیرند (  Sharmaو Santhoshkumar 2009، Balaram 2000). سلول های اپیتلیال اولین خط دفاعی علیه ترکیبات اکسایشی فراهم می آورند (Andley 2008).