Kas nasıl kasılır?

Bir an

Çarşamba akşamı, üniversite stadının tribünleri. Berk'in oda arkadaşı Emre aylardır "bir gün ben de gelirim" diyordu; bu akşam ilk kez geldi, yeni aldığı akıllı saati bileğinde. Antrenör Okan ikisini en alt basamakta topluyor.

"İlk gün, Emre, zorlamak yok," diyor Okan. "Bugün yağ yakma bölgesinde kalacağız. Nabız yüzde altmış ile yetmiş arası. Tribünü yukarı yürüyeceksiniz, aşağı yürüyeceksiniz, kırk dakika. Koşmak yok, nefes nefese kalmak yok."

Emre'nin saati kırk dakika boyunca 140'ı geçmiyor. Basamakları inerken bacakları biraz titriyor, o kadar. Çıkışta memnun: "Bu mu spor?"

Ertesi gün akşama doğru Emre yemekhaneye inen merdivende tırabzana iki eliyle tutunup yan yan iniyor. Gece baldırına bir kramp giriyor, yatağın içinde doğrulup ayağını kendine çekiyor. "Laktik asit," diyor dişlerinin arasından. "Dün kaslarımda birikti, hâlâ çıkmadı. Bir de susuz kaldım herhalde, kramp ondan."

Berk düşünüyor: dün nabız hep düşüktü, kimse nefes nefese kalmadı. Üstelik ağrı dün değil bugün geldi. Asit bir gün bekleyip mi biriktiğini fark ettirir?

Soru

Bir kas lifi nasıl kasılır, enerjisini hangi sistemlerden alır, ve alışık olmadığımız bir egzersizden bir iki gün sonra gelen ağrının nedeni gerçekten laktik asit midir?

Nasıl işler

Kemik canlıdır dersinde kemiğin yüke göre kendini yeniden kurduğunu konuştuk. Kas da yüke cevap verir, ama önce kasılmak zorundadır.

Kas, boylu boyunca uzanan ince ve uzun hücrelerden, kas liflerinden oluşur. Her lifin içinde daha ince ipliksi yapılar, miyofibriller vardır. Miyofibrilin içi de tekrarlanan küçük birimlere bölünmüştür: sarkomerler. Mikroskopta kası çizgili gösteren desen, bu birimlerin sıra sıra dizilmesinden gelir. Sarkomerin içinde iki tür protein iplik yan yana durur: ince olanlar aktin, kalın olanlar miyozin.

Kasılmanın en çok kabul gören açıklaması kayan filaman modelidir (sliding filament model). Bu modelde iplikler kısalmaz; miyozinin uzantıları aktine tutunur, onu sarkomerin ortasına doğru çeker, bırakır, biraz ileriden yeniden tutunur. Her çekişte bir ATP harcanır. Vücudun enerjisi dersinde ATP'yi hücrenin harcadığı para olarak tanımlamıştık; kasta en büyük harcama kalemi bu döngüdür. Binlerce sarkomer aynı anda birkaç mikron kısalınca bütün kas birkaç santim kısalır ve kemiği çeker.

Döngüyü başlatan sinirdir. Nöron ve sinaps dersinde anlattığımız sinyal motor sinirden kas lifine geçer ve lifin zarı boyunca yayılır. Bu elektrik değişikliği lifin içindeki bir depodan kalsiyum salınmasına yol açar. Kalsiyum, aktinin üstündeki tutunma yerlerini açan anahtar gibi çalışır: kalsiyum yoksa miyozin aktine tutunamaz, kalsiyum geldiğinde döngü başlar, kalsiyum depoya geri pompalanınca kas gevşer. Gevşemenin de ATP istemesi bu yüzdendir.

Kollarının ya da bacaklarının kaslarında bu tipler karışık bulunur; hiçbir kas tek bir lif tipinden yapılmaz. Hafif bir yürüyüşte önce yavaş lifler çalışır, yük ya da hız arttıkça hızlı lifler de devreye girer. Tipler arasındaki oran kişiden kişiye çok farklıdır; dayanıklılık sporcularında tip I, sürat ve güç sporcularında tip II liflerin payı daha yüksektir.

Fosfokreatin çok hızlıdır ama depo küçüktür; birkaç saniyelik en yüksek çabayı karşılar. Glikolitik yol biraz daha yavaş tam hıza çıkar, daha büyük bir depoya dayanır. Oksidatif yol en yavaş hızlanandır ama kapasitesi neredeyse sınırsızdır; Emre'nin kırk dakikalık tribün yürüyüşünün yükünü büyük ölçüde o taşıdı.

Glikolitik yolun bir ürünü de laktattır. Uzun yıllar kas ağrısının suçlusu sayıldı. Bugün laktatın bir atık olmaktan çok bir ara ürün olduğu biliniyor: kas onu yeniden yakıt olarak kullanabilir, karaciğer de karaciğer dersinde anlattığımız glukoneogenez yoluyla ondan yeniden glikoz üretebilir. Emre'nin ağrısı ise yoğun bir çabadan değil, nabzı hiç yükselmeyen bir seanstan sonra ve bir gün gecikmeyle geldi.

Emre'nin yaşadığına gecikmiş kas ağrısı (delayed onset muscle soreness, DOMS) denir. Onu tetikleyen şey yoğunluk değil, hareketin biçimidir. Kas yük altında uzarken çalıştığında, örneğin basamak inerken uyluğun ön yüzü gövdeyi frenlerken, buna eksantrik kasılma denir. Eksantrik iş sarkomerlerde küçük yapısal hasarlar bırakır; hasarı onaran süreç, yani yerel inflamasyon, ağrıyı bir iki gün geciktirerek getirir.

Kanıt

Gastin'in 2001 derlemesi sistemlerin sırayla devreye girdiği yönündeki eski şemaları yanıltıcı bulur. Robergs ve arkadaşlarının 2004 derlemesi ise laktat üretiminin kas asitleşmesini yavaşlattığını savunur; bu biyokimya tartışması sürüyor.

Hotfiel ve arkadaşlarının 2018 derlemesi bu ağrıyı eksantrik ya da alışılmadık egzersizin bıraktığı hafif yapısal hasar sayar, tepe noktasını 48 ile 72. saate koyar.

Yaygın yanılgılar

Sayılarla

Baker ve arkadaşlarının derlemesine göre yoğun egzersiz ATP talebini dinlenmeye göre bin kata kadar artırabilir. Otuz saniyelik bir sprintten sonra fosfokreatin dinlenme düzeyinin yüzde 19,5'ine iner; bir buçuk dakikalık dinlenmede yüzde 65'e, ardından gelen dört buçuk dakikada ancak yüzde 85,5'e döner. Gastin'e göre oksijenli ve oksijensiz yolların eşitlendiği süre yaklaşık 75 saniyedir.

Okan'ın "yüzde altmış ile yetmiş"ine Achten ve arkadaşlarının 18 bisikletçisinden bak: yağ yakımının en yüksek olduğu şiddet ortalama olarak en yüksek oksijen kapasitesinin yüzde 64'ü, en yüksek nabzın yüzde 74'üydü; yağ yakımının zirveye yakın kaldığı aralık oksijen kapasitesinin yüzde 55 ile 72'si arasına yayılıyordu ve kapasitenin yüzde 89'unun üstünde yağın payı ihmal edilebilir düzeye indi.

Lif tiplerinde Simoneau ve Bouchard'ın 418 biyopsisinde tip I oranı yüzde 15'ten yüzde 85'e kadar uzandı. 1995 tarihli derlemelerinde kişiler arası farkın yaklaşık yüzde 45'ini kalıtsal etkenlere, yaklaşık yüzde 40'ını çevreye ve kas etkinliğine bağladılar. Schwane'in yokuş aşağı koşusunda kandaki kas enzimi 24. saatte yüzde 351 arttı.

Herkes için aynı mı?

Hayır. Lif tipi oranı doğuştan gelen ve yaşamla şekillenen bir karışımdır: Simoneau ve Bouchard erkeklerde ortalama tip I oranını kadınlardan düşük, kadınlarda liflerin kesit alanını daha küçük buldu. Bu bir topluluk ortalamasıdır.

Bu dersteki ölçümlerin çoğu sağlıklı genç yetişkinlerde ya da antrenmanlı sporcularda yapıldı; bu sayıları yaşlılara, gebelere ya da uzun süreli bir hastalıkla yaşayanlara olduğu gibi taşımak doğru olmaz. Cheung ve arkadaşlarına göre gecikmiş kas ağrısı acemiden seçkin sporcuya kadar tanıdık bir deneyimdir, ama ağır kas yıkımı için eşik herkeste aynı değildir. Rawson ve arkadaşlarının derlemesi, egzersize bağlı kas yıkımını kolaylaştıran etkenler arasında aşırı sıcakları, elektrolit bozukluklarını, hormon hastalıklarını, genetik bozuklukları, enfeksiyonları ve bazı ilaçları sayıyor; aynı derleme kreatin takviyesinin bu tabloyu tetiklediğine dair bir kanıt bulmuyor.

İşini bilen bir antrenörün ya da fizyoterapistin ücreti de herkesin cebine uymuyor.

Ne zaman hekime?

Rawson ve arkadaşlarının derlemesine göre egzersizden sonra idrarın koyulaşması, kahverengi, kırmızı, çay ya da kola rengine dönmesi, kas yıkımından çıkan bir proteinin böbreklere yüklendiğini gösterir ve vakit kaybetmeden tedavi gerektiren temel işarettir. Aynı derleme, sıradan bir ağrıyla açıklanamayacak kadar şiddetli ağrıyı, kasta belirgin şişliği ve ağır güçsüzlüğü bu tablonun klasik işaretleri arasında sayar; şiş kasın gerginleşip kan akımını kısıtlaması ayrı bir acil durumdur. Bu işaretlerden biri varsa bekleyip ağrının geçmesini umma; acil servise git, ayağa kalkamayacak durumdaysan 112'den ambulans iste. Ağrı üçüncü günden sonra azalmak yerine artıyorsa ya da tek bir kasta keskin, ani bir ağrı başladıysa da bir hekime görün. Egzersizle ilgisi olmadan sık tekrarlayan, uykudan uyandıran kramplar da muayeneye değer.

Kendi hayatında

Antrenörün, telefonundaki program ya da salondaki bir tanıdık sana bir ağrının nedenini söylediğinde, ilk bakacağın şey zamanlamadır. Bir gün sonra başlayıp ikinci gün kötüleşen ağrı, egzersizin şiddetinden çok biçimine bakmanı ister. Cheung ve arkadaşlarının derlemesine göre eksantrik ya da yeni hareketleri bir iki hafta içinde kademeli eklemek ağrıyı ve antrenman aksamasını azaltır; ağır bir ağrıdan sonraki bir iki gün şiddeti ve süreyi düşürmek ya da daha az etkilenen bölgeleri çalışmak önerilir. Aynı derlemeye göre soğuk uygulama ve germe ağrıyı hafifletmiyor, hafif hareket ise geçici olarak azaltıyor.

Kapanış

1. Kas lifinin içindeki sarkomerlerde miyozin aktine tutunup onu çeker; döngüyü sinir uyarısının salıverdiği kalsiyum başlatır, her çekiş ve gevşeme ATP harcar.
2. Kas ATP'yi üç sistemle yeniler: birkaç saniyelik en yüksek çabada fosfokreatin, onlarca saniyede glikoliz, dakikalar içinde ve uzun işte oksijenli yol öne çıkar; üçü her zaman birlikte çalışır, değişen paydır. Lif tipleri arasındaki oran kişiden kişiye çok farklıdır ve antrenman en çok hızlı lif alt tipleri arasında geçişe yol açar.
3. Bir iki gün sonra gelen kas ağrısı laktik asitten değil, özellikle eksantrik ve alışılmadık işin bıraktığı yapısal hasardan gelir; kramplar tek başına susuzluk ya da tuz eksikliğiyle açıklanamıyor ve egzersizden sonra koyulaşan idrar acil bir işarettir.

Beş soru

1. Kayan filaman modeline göre sarkomer kısalırken aktin ve miyozin iplikleri ne yapar, kalsiyumun bu döngüdeki görevi nedir?
2. On saniyelik ve otuz saniyelik en yüksek çabalı sprintlerde enerji sistemlerinin payları nasıl değişiyor?
3. Simoneau ve Bouchard'ın biyopsilerinde tip I lif oranı hangi aralıkta değişti ve antrenmanın lif tipi üzerindeki etkisi hakkında ne biliniyor?
4. Schwane'in denemesinde hangi koşu ağrı yaptı ve bu sonuç laktik asit açıklamasıyla neden bağdaşmıyor?
5. Schwellnus'un triatloncularında kramp girenleri girmeyenlerden ne ayırdı, ne ayırmadı?

Yanıtlar

İplikler kısalmaz, birbirinin üstünden kayar: miyozin aktine tutunur, onu sarkomerin ortasına çeker, bırakır, yeniden tutunur. Sinir uyarısıyla salınan kalsiyum aktindeki tutunma yerlerini açar; depoya geri pompalanınca kas gevşer.

Baker ve arkadaşlarının tahminine göre on saniyede yaklaşık yüzde 53 fosfojen, 44 glikoliz, 3 oksijenli yol; otuz saniyede yüzde 23, 49 ve 28. Çaba uzadıkça oksijenli yolun payı büyür.

Tip I oranı yüzde 15 ile yüzde 85 arasında değişti. Antrenmanla tip IIA ve IIX lifler arasında geçiş iyi tanınıyor; tip I ile tip II arasındaki dönüşüm konusunda çalışmalar çelişkili.

Daha düşük şiddette yapılan yokuş aşağı koşu ağrı yaptı, daha yüksek şiddetteki düz koşu yapmadı. Laktat şiddetle birlikte artar; ağrıyı belirleyen şiddet olsaydı sonuç tersine çıkmalıydı. Bulgu, kasın uzarken çalıştığı eksantrik işin rolüne işaret eder.

İki grup arasında kan elektrolitlerinde ve vücut ağırlığı kaybında fark yoktu. Krampla bağımsız olarak ilişkili çıkan etkenler daha hızlı yarış temposu ve geçmişte kramp öyküsüydü.

Sonraki derse köprü

Üçüncü gün Emre merdiveni artık düz iniyor, ama her basamakta dizinin önünde bir sızı olduğunu söylüyor: "Bu kas mı, yoksa dizin kendisi mi?" Bu derste hareketi üreten makineyi konuştuk; kasın çektiği kemiklerin birbirine değdiği yerde başka bir doku çalışır. Sıradaki derste dizin içindeki eklem yüzeyini ve onu kaplayan kıkırdak dokusunun yükle ve hareketle nasıl bir ilişki kurduğunu ele alacağız.