Kas Uzunluğu–Gerilim İlişkisi

Açılış

Bileğin sabit bir tutamağa bağlıyken dirseğini bükmek için olabildiğince güçlü çektiğini düşün. Bu kuvvet bir ölçüm cihazıyla farklı dirsek açılarında ölçüldüğünde, dirsek neredeyse düzken ve tamamen bükülüyken düşük, dik açıya yakın bir konumda ise en yüksek çıkar. Kişi her açıda aynı çabayı gösterir. Değişen, dirseği büken kasların, musculus biceps brachii, musculus brachialis ve musculus brachioradialis'in, her açıda üretebildiği kuvvettir. Bir kasın kasılırken üretebildiği kuvvet, o andaki boyuna bağlıdır: kas ne çok kısa ne çok uzunken en güçlüdür. Bu ilişkinin temeli sarkomer düzeyindedir, ama sonuçları bütün kasta, eklem açılarında, bir kas uzun süre alçıda kaldığında ve bir cerrah bir tendonu aktarırken ortaya çıkar.

Bir kas neden belirli bir boydayken en güçlüdür? Bu ilişki bir eklemin hangi açıda en güçlü olduğunu nasıl belirler? Ve kısa bir konumda haftalarca alçıda kalan bir kas, alçı çıkarıldığında neden eski boyuna geri dönemez?

Bu derste ne olacak

Önce uzunluk–gerilim ilişkisinin sarkomer düzeyindeki temelini, ince ve kalın iplikçiklerin üst üste gelmesiyle açıklayacağız. Sonra kasın edilgen geriliminin bu eğriye nasıl eklendiğini göreceğiz. Ardından ilişkinin bütün kas ve eklem düzeyinde nasıl göründüğünü, moment koluyla birlikte ele alacağız. Son olarak kasın uzun süre kısa ya da uzun konumda tutulduğunda sarkomer sayısını nasıl değiştirdiğini ve bunun alçı tedavisi ile tendon aktarma ameliyatları için anlamını inceleyeceğiz.

Sıfır noktası

Mekanizma

Sarkomer düzeyinde: iplikçiklerin örtüşmesi

Ders 03-49'da sarkomerin ince ve kalın iplikçiklerden kurulduğunu ve kasılmanın bu iplikçiklerin birbiri üzerinde kaymasıyla olduğunu gördük. Kuvvet, kalın iplikçiklerin çıkıntılarının ince iplikçiklere tutunmasıyla üretilir. Gordon, Huxley ve Julian 1966'da kurbağa kas lifleri üzerinde yaptıkları ölçümlerde, kuvvetin iplikçiklerin ne kadar üst üste geldiğine bağlı olduğunu gösterdiler.

Sarkomer orta uzunluktayken kalın iplikçiklerin bütün çıkıntıları ince iplikçiklere ulaşır ve lif en büyük kuvveti üretir. Sarkomer bu uzunluğun ötesine gerildiğinde örtüşme azalır ve kuvvet düşer; iplikçikler artık hiç üst üste gelmeyecek kadar gerildiğinde lif hiç kuvvet üretemez. Sarkomer çok kısaldığında ise ince iplikçikler birbirinin üzerine taşar, kalın iplikçikler sarkomerin uçlarına dayanır ve kuvvet yine düşer. Sonuç, tepesi düz, iki yanı inen bir eğridir.

Edilgen gerilim eklenir

Kas kasılmadan gerildiğinde de bir gerilim oluşur. Ders 08-04'te gördüğümüz gibi bu edilgen gerilim, kasın bağ dokusu kılıflarından ve sarkomerlerdeki titin adlı dev proteinden gelir. Kas optimal uzunluğunun altındayken edilgen gerilim yok denecek kadar azdır; kas uzadıkça hızla artar.

Bir kas uzun boyda kasıldığında, ölçülen toplam gerilim etkin gerilim ile edilgen gerilimin toplamıdır. Etkin gerilim iplikçiklerin örtüşmesi azaldıkça düşerken edilgen gerilim yükselir. Bu yüzden çok gerilmiş bir kas, etkin olarak az kuvvet üretse bile, gerilmeye karşı güçlü bir direnç gösterir. Bu direnç kası aşırı gerilmeye karşı korur.

Bütün kasta ve eklemde

Bir kasın eklemde ürettiği döndürme etkisi yalnızca kuvvetine değil, Ders 08-01'de gördüğümüz moment koluna da bağlıdır. Dirsek bükülürken musculus biceps brachii'nin boyu kısalır ve kuvveti uzunluk–gerilim eğrisi boyunca değişir. Aynı sırada kasın çekme çizgisi ile önkol arasındaki açı değişir ve moment kolu da değişir. Dirseği büken kaslarda iki etkinin birleşimi, dirseğin yaklaşık dik açıya yakın bir konumda en güçlü olmasını sağlar.

Dizi düzelten musculus quadriceps femoris için de benzer bir sonuç vardır: kas dizin orta derecede bükülü olduğu açılarda en büyük döndürme etkisini üretir. Diz tamamen düzken kas kısalmış olduğu için zayıflar; diz çok büküldüğünde ise kas gerilir ve moment kolu değişir. Her eklemin kendine özgü bir güç–açı eğrisi vardır ve bu eğri, o eklemi hareket ettiren kasların uzunluk–gerilim ilişkileri ile moment kollarının birleşiminden doğar.

Klinik bağ: kas boyunu yeniden ayarlar

Kas lifleri, uzun süre tutuldukları boya uyum sağlar. Tabary ve arkadaşları 1972'de kedilerin baldır kasını, musculus soleus'u, alçıyla kısa bir konumda tuttuklarında kas liflerindeki seri sarkomer sayısının belirgin olarak azaldığını, uzun bir konumda tuttuklarında ise arttığını gösterdiler. Kas, sarkomer sayısını değiştirerek yeni boyunda yeniden optimal uzunluğa yaklaşır.

Bu uyum klinikte bir soruna dönüşebilir. Bir eklem kırık tedavisi için ya da uzun süre yatakta kalma nedeniyle haftalarca kısa bir konumda tutulduğunda, kas sarkomer kaybeder ve bağ dokusu da kısalır. Alçı çıkarıldığında kas eski boyuna kadar uzayamaz ve eklemin hareketi kısıtlanır; bu duruma kontraktür denir. Ayak bileğinin uzun süre aşağı doğru bükülü kalması, örneğin yatan hastalarda, baldırdaki musculus gastrocnemius ve musculus soleus'un kısalmasına ve kişinin ayağını yere tam basamamasına yol açabilir. Bu yüzden hareketsiz kalan hastalarda eklemler düzenli olarak hareket ettirilir ya da uygun konumda desteklenir.

Aynı ilke tendon aktarma ameliyatlarında da önemlidir. Cerrah bir kasın tendonunu yeni bir yere tutturduğunda, kasın ne kadar gerilerek tutturulacağına karar verir. Kas çok gergin tutturulursa sarkomerleri eğrinin uzun ve zayıf tarafına düşer; çok gevşek tutturulursa kısa tarafına düşer ve iki durumda da yeni hareket zayıf kalır. Bu yüzden bazı merkezlerde ameliyat sırasında sarkomer uzunluğu ölçülerek aktarılan kasın gerginliği ayarlanır.

Kendin dene

Toparlayalım

• Bir kasın etkin kuvveti, sarkomerlerdeki ince ve kalın iplikçiklerin ne kadar üst üste geldiğine bağlıdır.
• Gordon, Huxley ve Julian 1966'da kuvvetin orta sarkomer uzunluğunda en büyük olduğunu, çok kısa ve çok uzun boylarda düştüğünü gösterdi.
• Edilgen gerilim titinden ve bağ dokusundan gelir; kas uzadıkça hızla artar ve aşırı gerilmeyi sınırlar.
• Eklemdeki güç, kasın uzunluk–gerilim ilişkisi ile moment kolunun birleşimidir; dirseği büken kaslar dik açıya yakın konumda en güçlüdür.
• Musculus quadriceps femoris diz orta derecede bükülüyken en büyük döndürme etkisini üretir.
• Tabary ve arkadaşları kısa konumda tutulan kasın seri sarkomer kaybettiğini gösterdi; bu uyum kontraktüre yol açabilir.
• Tendon aktarma ameliyatlarında aktarılan kasın gerginliği, sarkomerlerini optimal uzunluğa yakın tutacak biçimde ayarlanır.

Bu derste bir kasın kuvvetinin hangi koşullarda arttığını ve azaldığını gördük. Bir kas hiç çalışamaz hâle geldiğinde ise, felç olduğunda, ortaya çıkan hareket kaybı kasın geçtiği eklemlerden ve bir harekette üstlendiği rolden okunabilir. Bir sonraki derste felçli bir kasın hangi hareketleri tamamen, hangilerini kısmen ortadan kaldıracağını, önceki derslerde kurduğumuz ilkelerle adım adım tahmin edeceğiz. Kas Felcinden Hareket Kaybını Tahmin Etmek.