Çizgili Kasların Mekanik Özellikleri

Çizgili Kasın Mekanik Özellikleri

• Kas kasılmasının pek çok özelliği, tek bir kas sarsıntısıyla incelenebilir.
• Bir kasın siniri elektriksel olarak uyarıldığında, ani tek bir kasılma meydana gelir.

İzotonik ve İzometrik Kasılma

• Kas boyunda değişim olmadan gerçekleşen kasılmaya izometrik kasılma denir.
• Gerginliğin sabit kalıp kas boyunda değişim olduğunda ise izotonik kasılma denir.
• İzotonik sistemde kas, sabit bir yüke karşı kısalır ve bu kasılmanın özellikleri yüke bağlıdır.
• İzometrik sistemde ise kasın kasılma kuvvetinde değişim meydana gelir.
• İzometrik sistem, kas tiplerinin özelliklerini karşılaştırmada kullanılır.

İzometrik Kasılma (Statik)

• Vücutta farklı boyutlarda kaslar bulunur; örneğin orta kulaktaki stapedius kası birkaç milimetre iken, kuadriseps kası 0,5 milyon kat daha büyüktür.
• Kas lifi çapları 10 μm ile 80 μm arasında değişiklik gösterebilir.
• Kasılmada kullanılan enerji miktarı, kastan kasa büyük farklılıklar gösterir.

İzometrik Kasılma Süreleri

• Kasların kasılma süreleri, kas tipleri arasında farklılık gösterir.
• Oküler kasın izometrik kasılma süresi 1/40 saniyedir.
• Gastroknemius kasının izometrik kasılma süresi 1/15 saniyedir.
• Soleus kasının izometrik kasılma süresi 1/3 saniyedir.
• Göz hareketleri, fiksasyonun devamlılığı için hızlı olmalıdır.
• Bu kasılma süreleri, kasların fonksiyonlarına uygundur.

İzometrik Kasılma Çeşitleri

• Gastroknemius kası, koşma ve zıplama hareketlerinde orta derecede hızla kasılır.
• Soleus kası, vücudun yerçekimine karşı sürekli desteklenmesi için yavaşça kasılır.
• Doğal kasılmaların başlangıcını izometrik kasılma oluşturur.
• Statik kasılmalarda dışarıdan bir iş yapılmaz, ancak enerji harcanır (örneğin ayakta durmak).

İzotonik Kasılma (Dinamik)

• Kasılma sırasında kasılan kas boyunun kısalması ve gerginliğin aynı kalması durumuna izotonik kasılma denir.
• İzotonik kasılmada hareket gerçekleşir, çünkü kas boyu kısalır.

İzotonik Kasılma Türleri

• İzotonik kasılma ikiye ayrılır: konsantrik (eş merkezli) ve eksantrik (dış merkezli) kasılma.
• Konsantrik kasılmada kasın gerilimi artarken boyu kısalır.
• Konsantrik kasılma bir çok egzersizde görülür.
• Yük kas kuvvetinden daha azdır ve kas kısalır.
• Eklemlerde hareket bu kasılma ile meydana gelir.
• Yük, yerçekimine zıt yönde hareket ettirilir.
• Eksantrik kasılmada kasılma kuvveti yükten küçükse kas uzar.
• Eksantrik kasılma, kasın taşıdığı nesneyi alçaltırken gözlenir.
• Eksantrik kasılmanın amacı hareketin yerçekimine bağlı ani gerçekleşmesini engellemektir ve kaslar hareketin hızını azaltır.
• Örnekler arasında ayaktayken oturmaya kalkışmak, merdivenden inmek bulunur.

Eksantrik Kasılma Detayları

• Kasın uzaması, kas üzerindeki yükün etkisiyle gerçekleşir.
• Kas yaralanmaları ve ağrılar özellikle eksantrik egzersizlerle ilişkilendirilir.
• Eğer ağırlık yerçekimine doğru hareket ettirilirse:
  • Hareketi ağırlık meydana getirir.
  • Kasılma tipi eksantriktir.
  • Kas grupları eklem hareketine zıt yönde etkirler.

İzokinetik Kasılma

• Sabit hızda, hareket süresince maksimal tonusun devam ettirilmesiyle oluşan kasılmadır.
• Örneğin, serbest stil yüzmede kulaç atarken veya kürek çekerken kolun kasılması gibi.
• Konsantrik kasılmadan farklı olarak, izokinetik kasılmada hareket boyunca maksimal tonus devam eder.
• İzokinetik antrenmanlar, kas kuvvetini ve dayanıklılığını geliştiren en iyi yöntemdir.

Kontraksiyon Tiplerinin Özellikleri

• Konsantrik (İzotonik) Kasılma: Kas kontraksiyon gücü dirençten büyüktür. Kas momenti ve eklem hareket açısı aynı yöndedir ve pozitif iş yapılır.
• Eksantrik (İzotonik) Kasılma: Kas kontraksiyon gücü dirençten küçüktür. Kas momenti ve eklem hareket açısı zıt yöndedir ve negatif iş yapılır.
• İzokinetik Kasılma: Kas kontraksiyon gücü dirence eşittir ve hareket hızı sabittir. Kas momenti ve eklem hareket açısı aynı yöndedir ve pozitif iş yapılır.
• İzometrik Kasılma: Kas kontraksiyon gücü dirençten küçüktür ve kontraktil elementlerde kısalma olmaz. Mekanik iş yapılmaz, sadece fizyolojik iş yapılır.

Hızlı ve Yavaş Kas Lifleri

• Vücuttaki her kas, hızlı ve yavaş liflerin bir karışımından oluşur.
• Ayrıca bu iki uç arasında değişen ara lifler de bulunur.
• Hızlı reaksiyon veren kaslar, başlıca hızlı lifler ve az sayıda yavaş liflerden oluşur.
• Yavaş fakat uzun süre kasılan kaslar ise başlıca yavaş liflerden oluşur.

Yavaş Lifler (Tip I)

• Daha küçük liflerdir.
• Daha küçük sinir lifleri ile innerve olurlar.
• Daha fazla oksijen için daha gelişmiş kan damarlarına ve kapillerlere sahiptirler.
• Oksidatif metabolizmayı desteklemek için çok sayıda mitokondri içerirler.
• Fazla miktarda miyoglobin içerirler.
• Miyoglobin sebebiyle kırmızımsı görünürler ve kırmızı kas olarak adlandırılırlar.

Hızlı Lifler (Tip II)

• Güçlü kasılma gücü için daha büyük liflere sahiptirler.
• Hızlı Ca+2 serbestlemesi için yaygın bir sarkoplazmik retikulum (SR) ağına sahiptirler.
• Hızlı enerji üretimi için bol miktarda glikolitik enzim içerirler.
• Oksidatif metabolizma ikinci planda olduğu için daha az kan akımına sahiptirler.
• Daha az sayıda mitokondri içerirler.
• Kırmızı miyoglobin eksikliği sebebiyle beyaz kas olarak adlandırılırlar.

İskelet Kası Lif Tipleri

• Tip I (Kırmızı): ATPaz aktivitesi düşüktür, kasılma zamanı uzundur, oksidatif enerji metabolizması kullanır, yorgunluğa dayanıklılığı çok fazladır, motor ünitedeki lif sayısı fazladır, motor sinirleri küçüktür ve miyoglobin içeriği yüksektir.
• Tip IIa (Beyaz): ATPaz aktivitesi yüksektir, kasılma zamanı kısadır, oksidatif-glikolitik enerji metabolizması kullanır, yorgunluğa dayanıklılığı fazladır, motor ünitedeki lif sayısı fazladır, motor sinirleri büyüktür ve miyoglobin içeriği ortadır.
• Tip IIb (Beyaz): ATPaz aktivitesi yüksektir, kasılma zamanı kısadır, glikolitik enerji metabolizması kullanır, yorgunluğa dayanıklılığı ortadır, motor ünitedeki lif sayısı azdır, motor sinirleri büyüktür ve miyoglobin içeriği düşüktür.

Motor Ünite

• Medulla spinalis'ten çıkan her motor nöron, birçok kas lifini innerve eder.
• Bir motor sinir lifi tarafından innerve edilen kas liflerinin tamamına motor ünite denir.
• İnce kontrol gerektiren küçük kaslarda (örneğin laringeal kaslarda), her motor ünitede birkaç kas lifi (2-3 tane) bulunur.
• Soleus gibi ince kontrol gerektirmeyen büyük kaslarda, bir motor ünitede birkaç yüz kas lifi bulunabilir.
• Bir motor üniteye ortalama 80-100 kas lifi düşer.
• Her motor ünitedeki kas lifleri, kas içinde tamamen bir araya toplanmamıştır.
• İç içe geçen motor üniteler ayrı segmentler halinde değil birbirlerini destekleyecek şekilde kasılırlar.

Kaslarda Sumasyon

• Sumasyon, tek tek oluşan sarsıntıların birleşerek kasılma şiddetini artırmasıdır.
• Sumasyon temelde iki yolla oluşur:
  • Eş zamanlı kasılan motor ünitelerin sayısını artırarak (multipl lif sumasyonu).
    • Küçük motor üniteler daha ince sinirler tarafından yönetildiği için daha kolay uyarılır.
  • Kasılma frekansını artırarak (frekans sumasyonu), bu durum tetanoza neden olabilir.
    • Düşük frekanstaki sinir sinyalleri bile düzgün kasılmalar oluşturabilir.

Multipl Lif Sumasyonu (Quantal Sumasyon)

• Zayıf bir sinyal önce küçük motor üniteleri uyarır.
• Sinyal gücü arttıkça daha büyük motor üniteler uyarılır.
• En büyük motor üniteler 50 kat daha fazla kasılma gücüne sahiptir.
• Boyut prensibi, kasılmaların basamaklar halinde oluşmasını ve kas kuvvetinin dereceli olarak artmasını sağlar.

Frekans (Wave) Sumasyonu ve Tetanizasyon

• Frekans sumasyonunda, frekans artarken her yeni kasılma bir öncekinin üzerine eklenir.
• Sonuç olarak ikinci kasılma kısmen birinciye eklenir ve toplam kasılma gücü frekans arttıkça artar.
• Frekans belli bir kritik değere ulaştığında kasılmalar birbiriyle kaynaşır ve devamlı bir kasılma oluşur.
• Bu duruma tetanizasyon denir.
• Aksiyon potansiyelleri (AP) arasında bile kasta yeterince Ca2+ bulunduğu için kasılma hali AP'ler arasında gevşemeye izin vermez.

Tam Tetanizasyon

• Tam tetanizasyonda kasılmalar arasında gevşeme görülmez.
• Kasılma gücü maksimuma ulaştıktan sonra frekansın daha fazla artırılması kasılma gücünü artırmaz.

Maksimal Kasılma Gücü

• Normal uzunluktaki bir kasın en yüksek tetanik kasılma gücü, kasın cm² başına 3-4 kg'dır.
• Kuadriseps kasının alanı 100 cm² olduğundan, patella tendonuna 300-400 kg gerim uygulanır.
• Kaslar, bazen tendonları kemikteki bağlantı noktalarından koparabilir.

Merdiven Etkisi (Treppe)

• Bir kas kasılmaya başladığında, başlangıçtaki kasılma gücü, 10-50 sarsı sonrasındaki gücün ancak yarısı kadardır.
• Kasılma gücü bir platoya kadar giderek artar, bu fenomene merdiven etkisi veya treppe denir.
• Bu etki, her aksiyon potansiyeli ile sarkoplazmik retikulumdan (SR) sitozole daha fazla Ca+2 salınması ve hemen geri alınamaması nedeniyle Ca+2 miktarının artmasından kaynaklanır.

İskelet Kası Tonusu

• Kaslar istirahatteyken bile belli bir miktar gerginliğe sahiptir, bu duruma kas tonusu denir.
• Kas tonusu, medulla spinalis'ten gelen düşük hızlı uyarılara bağlıdır.
• Kas tonusu, beyinden ön boynuz nöronlarına taşınan impulslarla ve kas iğciği uyarıları ile kontrol edilir.

Kas Yorgunluğu

• Kasın uzun süre ve kuvvetli kasılması kas yorgunluğuna neden olur.
• Kas yorgunluğu doğrudan kas glikojeninin tükenme hızı ile orantılıdır.
• Kas yorgunluğu, kas liflerinin kasılma ve metabolizma süreçlerinin aynı iş verimini sürdürememesinden kaynaklanır.
• Uzun süreli aktivite sonrası sinir-kas kavşağı iletimi azalır; bu durum kas kasılmasını zayıflatır.
• Kasta hipoksi (oksijen azlığı) 1-2 dakika içinde kas yorgunluğuna neden olur.
  • Latent dönem uzar.
  • Kontraksiyon dönemi uzar.
  • Gevşeme dönemi uzar.
  • Kasılma amplitüdü azalır.
  • Gevşeme artığı kalır.

Vücudun Kaldıraç Sistemleri

• Kaslar, kemiklere bağlanarak çeşitli tipte kaldıraç sistemleri oluştururlar.
• Biseps kasının çapı yaklaşık 40 cm² ve maksimum kasılma gücü 135 kg'dır.
• Önkol üst kolla açı yaptığında, biseps tendonunun bağlantısı dirsek noktasının 5 cm önünde ve önkol kaldıracının uzunluğu 35 cm'dir.
• Bu durumda bisepsin eldeki kaldırma gücü 135 kg'ın yedide biri yani yaklaşık 20 kg kadardır.
• Kaldıraç sisteminin gücü aşağıdaki bilgilere bağlıdır:
  • Kasın yapışma noktaları
  • Tendonun dayanma noktasından uzaklığı
  • Kaldıraç kolunun uzunluğu
  • Kaldıracın pozisyonu

Kaldıraç Sistemleri ve Hareket

• Vücutta farklı tipte hareketler yapılır ve bazıları daha çok güç isterken bazıları daha fazla hareket genişliği gerektirir.
• Kas tipleri bu gereksinimlere göre çeşitlilik gösterir: bazıları uzun ve çok kısaltılabilirken diğerleri kısa ve geniş enine kesite sahiptir.
• Farklı kas tipleri, kaldıraç sistemleri ve hareketlerinin incelenmesine kineziyoloji adı verilir.

Agonist ve Antagonist Kasların Koaktivasyonu

• Tüm vücut hareketleri, eklemin zıt taraflarındaki agonist ve antagonist kasların eş zamanlı kasılması ile oluşur.
• Agonist ve antagonist kasların koaktivasyonu beyin ve medulla spinalisin kontrol merkezleri tarafından kontrol edilir.
• Bacak ve kol gibi vücut parçalarının pozisyonu antagonist kas setlerinin göreceli kasılma dereceleri ile belirlenir.
• Örneğin bir kol veya bacağın ortalama pozisyona yerleştirilebilmesi için agonist ve antagonist kasların eşit oranda uyarılması gerekir.
• Uzatılmış kas, kısalmış kastan daha güçlü kasılır.
• Eklemin bir tarafında uzatılmış kas diğer taraftaki kısalmış kastan daha güçlü kasılacaktır.
• Bir bacak veya kol orta hatta doğru hareket ettiğinde uzun olan kasın gücü azalırken kısa olanın gücü ikisi eşitlenene kadar artar.
• Sinir sistemi agonist ve antagonist kasların aktivasyon derecesini değiştirerek kol veya bacağın pozisyonlanmasını yönlendirir.

Kaslarda Şekilsel Değişiklikler

• Vücudun tüm kasları fonksiyonlarını yerine getirirken devamlı olarak yeniden biçimlenir.
• Kasların çapları, uzunlukları, güçleri, damarlanmaları ve hatta kas lifi tipleri bile değiştirilebilir.
• Yeniden biçimlenme işlemi birkaç hafta içinde gerçekleşir.
• Aktif kaslardaki kasılabilir proteinler ise 2 hafta gibi kısa bir sürede değiştirilebilir.

Kas Hipertrofisi ve Kas Atrofisi

• Kasın toplam kütlesinin büyümesine kas hipertrofisi, azalmasına ise kas atrofisi denir.
• Kas hipertrofileri, kas liflerindeki aktin ve miyozin filamentlerinin sayısındaki artıştan kaynaklanır ve kas liflerinin kalınlaşmasına (lif hipertrofisi) neden olur.
• Kasılma işlemi sırasında kasa yüklenilmesi büyük miktarda hipertrofi oluşturur.
• Maksimum hipertrofi için 6-10 hafta boyunca her gün birkaç tane güçlü kasılma yeterlidir.

Hipertrofi Tipleri

• Temelde iki tip hipertrofi bulunur:
  • Miyofibriler Hipertrofi: Kas geriliminde artış eşlik eder, halter sporcularında görülür.
  • Sarkoplazmik Hipertrofi: Kas geriliminde artış olmaz; vücut geliştiricilerde görülür.
• Hipertrofide kasın kasılabilir proteinlerinin sentez hızı artar.
• Aktin ve miyozin sayısı yaklaşık % 50 oranında artar
• Ek olarak miyofibriller, kas içerisinde bölünerek yeni miyofibriller oluşturur.

Kas Hipertrofisinde Enzimler

• Hipertrofide enerji sağlayan enzim sistemleri gelişir.
• Özellikle kısa süreli egzersizlerde hızlı enerji eldesini sağlayan glikoliz enzimleri artar.
• Kas uzun süre kullanılmadığı zaman yıkılır ve kas atrofisi meydana gelir.

Kas Boyunun Uyumu

• Kaslar normal boylarının üzerinde bir uzunluğa gerildiklerinde farklı bir tipte hipertrofi meydana gelir.
• Kasların tendonlara birleştiği noktalarda, kas liflerinin ucuna yeni sarkomerler eklenir.
• Sürekli olarak kas boyunun altında bir uzunlukta tutulursa, kas liflerinin ucundaki sarkomerler hızla kaybolur.
• Kaslar bu şekilde düzgün kasılmalar için yeniden şekillenirler.

Kas Liflerinin Hiperplazisi

• Kas çok fazla güç üretmeye zorlandığında nadir durumlarda, hipertrofiye ek olarak kas lifinin gerçek sayısının arttığı da görülür.
• Bu duruma lif hiperplazisi adı verilir ve daha önceden genişlemiş olan liflerin doğrusal olarak yarılması ile meydana gelir.

Kaslarda Denervasyon Atrofisi

• Kas sinir bağlantısını kaybederse, normal kas boyutlarını korumak için gerekli uyarımı alamaz ve kas atrofisi başlar.
• Bundan iki ay sonra kas liflerinde dejeneratif değişiklikler görülmeye başlar.
• Sinir kaynağı kasa geri dönerse yaklaşık 3 ay içinde fonksiyonlar tamamen geri dönüştürülebilir.
• Ancak bu süreden sonra fonksiyonel olabilme özelliği azalır ve 1-2 yıl geçtikten sonra dönüş neredeyse imkansız hale gelir.
• Denervasyon atrofisinin son aşamasında kas liflerinin çoğu hasar görür, yerlerini fibröz ve yağ dokuları alır.
• Kalan lifler kasılma yeteneklerini kaybederler.

Denervasyon Atrofisi Komplikasyonları

• Denervasyon atrofisi fibröz dokuların kasılma eğilimine yol açar.
• Kontraktür denen bu durum aylarca sürebilir.
• Fizik tedavinin önemli amaçlarından biri atrofiye uğrayan kasları güçsüzleştiren ve deforme eden kontraktür gelişimini engellemektir.
• Kontraktürleri önlemek için kaslar her gün gerilir veya atrofi sırasında kaslar gergin tutulur.

Makromotor Ünitelerin Gelişimi

• Poliomiyelit gibi durumlarda bazı sinir lifleri hasar gördüğünde diğer sinir lifleri felç olmuş kas liflerini innerve etmek üzere yeni aksonlar oluşturur.
• Makromotor üniteler olarak adlandırılan bu yapılar, normal bir motor nöronun innerve ettiği kas lifi sayısının 5 katına kadar life sahip olabilir.
• Bu durum kasların ince motor kontrolünü azaltmasına rağmen kasların yeniden güç kazanmasını sağlar.

Rigor Mortis

• Ölümden birkaç saat sonra vücut kaslarında "rigor mortis" olarak bilinen bir tür kasılma (kontraktür) başlar.
• Aksiyon potansiyeli olmamasına rağmen kaslar kasılır ve sertleşir.
• Kontraktürler ölümden yaklaşık 3-4 saat sonra başlar, 12 saat sonra maksimum seviyeye ulaşır ve yaklaşık 36 saat sonra gevşeme tamamen sağlanır.
• Katılık, gevşemede gerekli olan ATP'nin kaybedilmesinden kaynaklanır; bu ATP, aktin ve miyozin arasındaki çapraz köprülerin ayrılması için gereklidir.
• Kaslardaki katılık kas proteinleri tamamen bozulana kadar devam eder.
• Yıkım, ölümden sonraki 15-25 saat içinde lizozomlardan salınan enzimlerin otolizi tetiklemesiyle gerçekleşir.
• Yüksek sıcaklıklar bu süreci hızlandırır.