Eklem Açısının Kas Torkuna Etkisi

Açılış

Bir fizyoterapi laboratuvarında hasta, dizini düzeltmeye çalışırken bacağı bir kola bağlanmış bir cihaza oturur. Cihaz kolun hızını sabit tutar ve dizin her açısında kasın ürettiği torku ölçer. Ekrana çıkan eğri düz bir çizgi değildir: dizi düzelten musculus quadriceps femoris'in torku, diz yaklaşık altmış derece bükülüyken en yüksek değerine ulaşır, diz tamamen düzelirken ve çok bükülmüşken düşer. Bir eklemin her açısında üretilebilen en büyük torku gösteren bu eğriye güç eğrisi denir. Eğrinin biçimi iki ayrı etkenin, kasın o açıdaki boyunun ve moment kolunun, birleşiminden doğar. Aynı eğri, bir ağırlığı kaldırırken neden belirli bir noktada takıldığımızı ve bir diz ameliyatından sonra iyileşmenin nasıl izlendiğini de açıklar.

Bir eklemin torku neden her açıda farklıdır? Güç eğrisi eklemden ekleme neden farklı biçimler alır? Ve bir ağırlığı kaldırırken hareketin ortasında takılıp kalmanın anatomik açıklaması nedir?

Bu derste ne olacak

Önce eklem açısının kas torkunu hangi iki yoldan değiştirdiğini, uzunluk–gerilim ilişkisi ve moment kolu üzerinden ayırarak göreceğiz. Sonra bu iki etkenin birleşiminden doğan güç eğrisinin eklemlere göre üç farklı biçim alabildiğini ele alacağız. Ardından kasın ürettiği tork ile yükün oluşturduğu torkun karşılaştırılmasıyla bir hareketteki takılma noktasını açıklayacağız. Son olarak güç eğrisinin klinikte, özellikle diz ameliyatlarından sonra, nasıl ölçüldüğünü inceleyeceğiz.

Sıfır noktası

Mekanizma

İki ayrı etken

Ders 08-19'da bir kasın üretebildiği kuvvetin, sarkomerlerindeki iplikçiklerin ne kadar üst üste geldiğine, yani kasın boyuna bağlı olduğunu gördük. Eklem açısı değiştikçe kasın boyu değişir ve kasın kuvveti uzunluk–gerilim eğrisi boyunca yükselip düşer. Ders 08-25'te ise torkun, kuvvet ile moment kolunun çarpımı olduğunu ve moment kolunun da eklem açısıyla değiştiğini gördük.

Bu iki etken birbirinden bağımsızdır ve her eklemde farklı biçimde birleşir. Dizde musculus quadriceps femoris diz büküldükçe uzar ve kuvveti belirli bir noktaya kadar artar; aynı sırada diz kapağının tendonu eklemin dönme merkezinden uzaklaştırma etkisi de açıyla değişir ve moment kolu en büyük değerine dizin daha düz olduğu bir açıda ulaşır. İki etkenin çarpımı olan tork, ikisinin arasında bir açıda, dizin yaklaşık altmış derece bükülü olduğu yerde en yükseğe çıkar.

Güç eğrisinin üç biçimi

Kulig, Andrews ve Hay 1984'te farklı eklemlerde yapılan ölçümleri derleyerek güç eğrilerini üç biçime ayırdılar. Yükselen eğride tork hareket ilerledikçe artar ve kas hareketin sonuna doğru güçlenir. Alçalan eğride tork hareket ilerledikçe azalır; bazı çekme hareketlerinde görülür. Tepeli eğride ise tork hareketin ortasında en yüksektir; dirseği büken kaslar ve dizi düzelten kaslar bu biçimi gösterir.

Eğrinin biçimi, uzunluk–gerilim ilişkisi ile moment kolunun o eklemde nasıl birleştiğine bağlıdır. Bu yüzden bir eklemin güç eğrisini bilmek, o eklemi çalıştıran kasların nerede güçlü, nerede zayıf olduğunu gösterir. Bazı egzersiz makineleri, direnci bu eğriye uyacak biçimde değiştiren, yuvarlak olmayan makaralarla, kamlarla, yapılır; böylece kas, hareketin her açısında gücüne yakın bir yükle çalışır.

Takılma noktası

Bir yükü kaldırırken hareketin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini, kasın o açıda üretebildiği tork ile yükün o açıda oluşturduğu tork belirler. Yükün torku ise uzvun ya da yükün eklemden yatay uzaklığıyla değişir. Kasın güç eğrisi ile yükün tork eğrisi aynı açıda en yüksek değerlerine ulaşmaz.

İki eğrinin birbirine en çok yaklaştığı açıda kasın yükü yenmek için ayırabileceği fazla tork en küçüktür. Hareket bu noktada yavaşlar ve ağır bir yükte tamamen durabilir. Ağırlık kaldıranların takılma noktası dediği bu açı, çoğu zaman ne kasın en zayıf olduğu ne de yükün en ağır olduğu açıdır; ikisinin arasındaki farkın en küçük olduğu açıdır. Yükün ağırlığı değişmese bile beden ya da yük eklemden uzaklaştıkça yükün torku büyür ve takılma noktası hareketin daha erken bir açısına kayar. Ağırlık kaldıranların hareketin başında hız kazanmaya çalışması da bu yüzdendir: kazanılan hız, yükün zayıf bölgeyi eylemsizliğiyle geçmesine yardım eder.

Klinik bağ: diz ameliyatından sonra güç eğrisi

Ön çapraz bağ yırtılan ve bağı ameliyatla yeniden yapılan hastalarda musculus quadriceps femoris belirgin olarak zayıflar ve bu zayıflık aylarca sürebilir. İyileşme, izokinetik dinamometreyle ölçülen güç eğrileriyle izlenir. Ameliyat edilen bacağın eğrisi sağlam bacağınkiyle karşılaştırılır ve iki eğri arasındaki fark küçüldükçe hastanın spora dönüşü değerlendirilir.

Cihazın hareket hızını sabit tutması bu karşılaştırma için önemlidir. Ders 08-16'da gördüğümüz gibi bir kasın kuvveti kısalma hızına da bağlıdır; hız değişseydi, farklı açılarda ölçülen torkların farkı açının değil hızın etkisini de taşırdı. Hız sabit tutulduğunda ölçülen eğri yalnızca eklem açısına bağlı değişimi gösterir. Aynı ölçüm farklı hızlarda tekrarlanarak kasın hem yavaş hem hızlı hareketlerdeki gücü ayrı ayrı değerlendirilebilir.

Güç eğrisinin yalnızca en yüksek değeri değil, biçimi de bilgi verir. Zayıflık bazı hastalarda belirli açılarda yoğunlaşır; bu açılar, hangi konumlarda çalışmanın öncelikli olduğunu gösterir. Arka uyluk kaslarının güç eğrisi de aynı biçimde ölçülür ve iki kas grubunun torkları arasındaki denge, dizin yeniden yaralanma riskinin değerlendirilmesinde kullanılır.

Kendin dene

Toparlayalım

• Eklem açısı kas torkunu iki yoldan değiştirir: kasın boyu üzerinden kuvvetini, eklemin geometrisi üzerinden moment kolunu.
• İki etken bağımsızdır; tork ikisinin çarpımıdır ve en yüksek değerine ikisinin arasında bir açıda ulaşır.
• Musculus quadriceps femoris'in torku, diz yaklaşık altmış derece bükülüyken en yüksektir.
• Kulig, Andrews ve Hay güç eğrilerini yükselen, alçalan ve tepeli olarak üçe ayırdı.
• Takılma noktası, kasın torku ile yükün torku arasındaki farkın en küçük olduğu açıdır.
• İzokinetik dinamometre, eklemin her açısında üretilen torku sabit hızda ölçer.
• Ligamentum cruciatum anterius ameliyatından sonra güç eğrileri iki bacak arasında karşılaştırılarak iyileşme izlenir.

Bu derste bir kasın her açıda üretebildiği en büyük torku inceledik. Ama kas her zaman en büyük gücüyle çalışmaz: bir kalemi tutmak ile bir valizi kaldırmak aynı kasla, çok farklı kuvvetlerle yapılır. Bir sonraki derste sinir sisteminin bir kasın kuvvetini, kasın içindeki sinir–kas birimlerinden kaçını devreye soktuğuyla nasıl ayarladığını göreceğiz. Motor Ünite.