6 - Fizyoloji Kas Kontraksiyonun Mekanik özellikleri 01.2013 Nurcan Dursun 1 KAS KONTRAKS İ YONUNUN MEKAN İ K Ö ZELL İ KLER İ Hedefler: Tek lif kontrikasyonunun ç e ş itlerini ve • aralar ndaki farklar kavrama Tek kas lifinin mekanik cevab olan sars n n • ö zelliklerini kavrama Kas n mekanik cevab ile frekans, kas n uzunlu ğu, • motor ü nite rekr ü itman ( motot ü nite sumasyonu) aras ndaki ili ş kinin kavranmas01.2013 Nurcan Dursun 201.2013 Nurcan Dursun 3 Tek kas lifinin kontraksiyon mekanizmas Kas lan kas taraf ndan bir objeye uygulanan • g üç kas gerimidir. G üç = Kuvvet*mesafe/zaman • Objenin a ğ rl ğ y ü kt ü r • Kas gerimi ve y ü k z t g üç ler • Y ü k ü n hareket ettirilmesi i ç in kas gerimi, • y ü kten biraz fazla olmal01.2013 Nurcan Dursun 4 İ skelet kas nda AP Kalp kas AP ve kas lma e ğrisi İ skelet kas AP ve kas lma e ğrisi01.2013 Nurcan Dursun 5 İ skelet kas nda duysal resept ö rler Kas i ğci ği • Kas n boyu ve boyundaki de ği ş im h z hakk nda bilgi – verir, Gerim reflekslerini ba ş lat r – Golgi tendon organ (GTO) • Kas n gerimi ve gerimdeki de ği ş im h z hakk nda bilgi – verir A ş r gerim olu ş umu s ras nda kas hasar n engeller – Uyarmalar kasda refleks gev ş eme yapar . Serbest sinir u ç lar G ö revleri;MSS ’ i kas uzunlu ğu ve kas lma durumu • hakk nda bilgilendirme01.2013 Nurcan Dursun 6 Kas i ğci ği Normal kas lifleri=Ekstraf ü zal lif Kas i ğci ği= İ ntaf ü zal lif Kas n boyu uzat l rsa- y ü k ile- kas i ğci ğinin boyu uzar, duysal sinir uyar l r, Merkezi Sinir Sisitemi bilgilendirilir, alf motor n ö ron uyar l r, boyu uzayan kas kas l r, antagonisti ise gev ş er.01.2013 Nurcan Dursun 7 Golgi Tendon Organ01.2013 Nurcan Dursun 8 Kas Sars s Motor sinirden gelen tek bir AP ’ e kas n verdi ği • cevapt r Haz rlanma, kas lma ve gev ş eme fazlar n i ç erir • Latent peryot; stimulasyondan sonraki ilk birka ç • saniye. Bu s ü rede eksitasyon-kontraksiyon ba ğlant s ger ç ekle ş ir Kontraksiyon peryodu; ç apraz k ö pr ü ler aktiftir, ve • kas kar ş s ndaki g ü c ü yenebilecek kuvvette ise k sal r Gev ş eme peryodu; Ca, SR ’ a geri pompalan r ve • kas gerimi, ö nceki seviyesine geri d ö ner01.2013 Nurcan Dursun 901.2013 Nurcan Dursun 10 İ zotonik kas lma Kasdaki y ü k ü n sabit • kald ğ fakat kas boyunun k sald ğ ş artlarda olu ş an kas kontraksiyonuna İ ZOTON İ K kas lma denir (Konsantrik kontraksiyon) Ç apraz k ö pr ü ler, aktine • ba ğlan r ve sarkomer boyunu k salt rlar01.2013 Nurcan Dursun 11 İ zometrik kas lma K salma yada uzama olmadan kasda gerim • olu ş turan kontraksiyon izometrik kas lma denir Kasda geli ş en gerimden daha b ü y ü k y ü k hareket • ettirilmeye ç al ş ld ğ nda geli ş en kas kontraksiyonudur Ç apraz k ö pr ü aktine ba ğlan r ama aktini , kas lifi • ü zerindeki y ü k nedeniyle hareket ettiremez , ince flamentlere bir y ü k uygulad ğ i ç in İ ZOMETR İ K GER İ M olu ş ur.01.2013 Nurcan Dursun 12 Eksentrik kas lma; Kas lan kas n boyunun • uzamas d r. Elimiz sabit iken bir y ü k konursa ve biz • bunu ta ş yabiliyorsak izotonik, ta ş yam yorsak ve bu y ü k sarkomer boyutunu uzat yorsa= uzama kas lmas yada eksentrik kontraksiyon ad n al r G ü nl ü k aktiviteler s ras nda üç kas lma • ş eklide olu ş ur,01.2013 Nurcan Dursun 1301.2013 Nurcan Dursun 1401.2013 Nurcan Dursun 15 Y ü k ile gerim ili ş kisi Ç apraz k ö pr ü ler, kas eksitasyonunu takiben g üç • (gerim) geli ş tirmeye ba ş lar Y ü k artt k ç a y ü k kas n kald ramayaca ğ ş ekle • gelir. Kontraksiyon s ü resi uzar ama k salma h z ve • mesafesi “0” olur. Kontraksiyon tamamen izometrik hale ge ç er. • Daha fazla olan y ü kte ise kas lifi uzayacak, uzama • kontraksiyonu olacakt r.01.2013 Nurcan Dursun 16 İ zotonik kas lmada y ü k artt k ç a (Kas n lif tipini g ö z ö n ü ne almadan de ğerlendirme yap ldu ğ nda); Latent peryot uzar, Kas l kalma s ü resi azal r, Kas n k salmas azal r (gerim), Kas lma h z yava ş lar ( ç abuk yorulur, kas lma s ü resi k sal r, boy de ği ş imini de fazla yapamaz),01.2013 Nurcan Dursun 17 Kas liflerinin maksimal k salma h zlar n n kar ş l ş t rmas01.2013 Nurcan Dursun 1801.2013 Nurcan Dursun 19 Kas geriminin b ü y ü kl ü ğü n ü belirleyen fakt ö rler 1.Herbir lif taraf ndan meydana getirilen gerim A.Aksiyon potansiyel s kl ğ (frekans gerim ili ş kisi) B.Lif uzunlu ğu (sarkomer boyu)(uzunluk gerim ili ş kisi) C.Lif ç ap D. Yorgunluk 2. Aktif liflerin say s Motor ü nitedeki liflerin say s (by ü k yada k üçü k A. moror ü nite) Aktif motor ü nitelerin say s ( kas lmaya dahil B. olan b ü y ü k yada k üçü k motor ü niteler) 01.2013 Nurcan Dursun 20 Frekans gerim ili ş kisi-dalga sumasyon(1) İ skelet kas nda tek bir AP 100-200 ms s ü rerken, • sars 400 ms s ü rd ü ğü i ç in, kas kas l iken ikinci bir AP kasda olu ş ur. İ kinci AP ’ ne kas lifi artan bir kas lma ile cevap • verir. Kas lifi stimuluslar aras nda tam gev ş eme • olmayacak ş ekilde frekansla tekrar tekrar uyar l rsa tetanus geli ş ir. D üşü k frekansl stimulasyonda, uyar lar aras nda • kas lifi k smen gev ş edi ği i ç in tam olmayan tetanus geli ş ir.01.2013 Nurcan Dursun 21 Frekans-gerim ili ş kisi(2) Kas maksimum tetanik gerime ula ş t ktan • sonra, frekans daha da artsa gerim de ğ i ş mez. Farkl kas lifleri, farkl kontraksiyon • s ü resine sahip oldu ğu i ç in maksimal tetanik gerim yaratan stimulus frekans da liften life de ğ i ş ir. Uyar ş iddeti sabit, frekans artt k ç a kasda • neden tetanus geli ş ir?01.2013 Nurcan Dursun 22 Frekans-gerim ili ş kisi(3) 1.uyar verildi ğinde SR ’ da Ca sal nd , maksimum • seviyeye ula ş t Hemen arkas nda 2.uyar verilirse ortamdaki Ca • SR ’ a yeteri kadar geri al namaz, ortamda Ca hala y ü ksek seviyede, myozinler aktinden ayr lmaz, kas lma s ü resi uzar, Diyelim ki 1. uyar da 10 aktin myozin etkile ş imi • olu ş ursa 2. uyar ile 20 tane olu ş ur Gerim giderek artar •01.2013 Nurcan Dursun 2301.2013 Nurcan Dursun 2401.2013 Nurcan Dursun 25 Merdiven olay (treppe) Kas dinlenmi ş oldu ğ unda • E ş ik ü st ü de ğerde bir voltaj ile uyarma • Frekans, tetanizasyona yol a ç an uyar • s kl ğ n n alt nda bir de ğerde oldu ğunda Her kas lmay tam bir gev ş eme takip etmesine • ra ğmen; Kasda ö nce giderek artan gerim geli ş ir, birka ç • kas lmadan sonra ise tekd ü ze gerim geli ş ir (Treppe-merdiven basama ğ ) Nedeni; Kas n s nmas , enzimlerin bu • s cakl kta optimal verimle ç al ş mas01.2013 Nurcan Dursun 26 Uzunluk- gerim ili ş kisi(2) Kas lma ö ncesi lifin ba ş lang ç uzunlu ğu gerim miktar n • belirler En b ü y ü k gerimin olu ş tu ğu sarkomer uzunlu ğuna • optimal uzunluk (Io) (2 ? m ) denir. Kas sarkomer uzunlu ğu Io ’ n %60 (1,2 ? m) iken lif • uyar ld ğ nda gerim olu ş maz. Kas sarkomer uzunlu ğu Io ’ n %175 (3,5 ? m ) ’ inde • oldu ğunda yada daha da artt ğ nda kas lifi uyar ld ğ nda gerim olu ş maz. V ü cutta b ü t ü n iskelet kaslar gev ş edi ği zaman bir ç ok • lifin boyu optimal uzunluktad r (Io). Kalp kas nda sarkomer uzunlu ğu ç ok ö nemlidir •01.2013 Nurcan Dursun 27 Uzunluk gerim ili ş kisi(2) Gev ş ek kas lifinde, aktin ve miyozin flamentleri ü st ü ste • geldi ği i ç in sarkomerin boyu ç ok k salmaz, gerim az olur (b ö yle durum ne zaman geli ş ebilir?) - İ skelete ba ğl kas n istirahat boyu normalde hafif gerim alt nda (tonusu var) -Kemi ğe ba ğl oldu ğu yerden serbest kal rsa boyu k sal r, Io ’ n %175 inde kas lifinde ise aktin ile ç ok az miyozin • etkile ş ebilir, gerim olu ş maz. Flamentlerin etkile ş imi Io ’ da en fazlad r. •01.2013 Nurcan Dursun 2801.2013 Nurcan Dursun 29 Motor ü nite Medulla spinalisi (MS) terkeden her motor • n ö ron, bir ç ok kas lifini innerve eder. Bir motor sinir lifinin innerve etti ği kas • liflerinin t ü m ü ne motor ü nite denir. Kontrol ü n hassas yap lmas gereken ve h zl • reaksiyon veren k üçü k kaslarda her bir M Ü de birka ç kas lifi vard r.01.2013 Nurcan Dursun 3001.2013 Nurcan Dursun 3101.2013 Nurcan Dursun 32 Motor Ü nite (1) Kasa uygulanan y ü k az ise ö nce say ca az ve k üçü k • kas liflerini i ç eren motor ü niteler kas l r. Sinyalin g ü c ü artt kca, daha b ü y ü k motor ü niteler • kas l r Ama b ü y ü k motor ü niteler en k üçü klere k yasla 50 • kat daha fazla kontraktil g ü ce sahip Bir kas k üçü k M Ü ’ lerden olu ş tu ğunda kas taraf ndan • yarat lan gerim kasdaki ilave M Ü ’ lerin aktivasyonuyla ad m ad m art r labilir. M Ü ’ ler b ü y ü kse her bir M Ü aktive olduk ç a gerimde • b ü y ü k art ş lar olur.01.2013 Nurcan Dursun 33 Motor ü nite(2) Her bir kas lifinin olu ş turdu ğu gerim kas lifinin • ç ap ile de ilgilidir Ç ap artt kca olu ş an gerimde artar • H zl glikolitik liflerin ç ap b ü y ü kt ü r • Ayr ca h zl glikolitik lifler, b ü y ü k M Ü ’ leri • olu ş turur. Yava ş oksidatif lifler k üçü k M Ü ’ leri olu ş turur. • Dolay s yla h zl glikolitik lifler, yava ş oksidatif • liflerden daha fazla g üç olu ş turur.01.2013 Nurcan Dursun 34 Motor ü nite sumasyonu Kuvveli kas kontraksiyonuna ihtiya ç oldu ğunda, sinir • sistemi birden fazla motor ü niteyi uyar r motor ü nite sumasyonu –rekruitman G üç l ü bir kas kas lmas s ras nda ö nce k üçü k M Ü lerde • (yava ş oksidatif motor ü niteler) sumasyon olur, İ kinci olarak h zl oksidatif motor ü nitelerde sumasyon • olur, Son olarak h zl glikotik motor ü nitelerde sumasyon olur. • Kas k ü tlesinin maksimum g ü c ü n ü n %40 ’ n yava ş oksidatif • motor ü niteler sa ğ lar, %40 ’ a ş an g üç olu ş umu i ç in glikolitik motor ü niteler • devreye girer01.2013 Nurcan Dursun 35 Kasda yorgunluk (1) Kas lifi tekrarl uyar ld ğ nda • kasda yorgunluk geli ş ir. Yorgunluk geli ş im h z , kas lifi • tipine, kontraktif aktivitenin ş iddetine ve s ü resine g ö re de ği ş ir. A ğ rl k kald rma gibi k sa • s ü reli y ü ksek ş iddetli egzersizde yorgunluk h zl geli ş ir, ama dinlenme uzun zaman al r. Sars e ğrisinin; Kas lma s ü resi uzar. Gev ş eme s ü resi uzar Latent peryot uzar Gerim azal r01.2013 Nurcan Dursun 36 Yorgunluk nedeni (3) Y ü ksek frekansda s ü rekli kas uyar ld ğ nda olu ş an • yorgunluk nedeni 1.Kasta ATP y k m sonucu artan fosfat iyonu 2.Oksijen azalmas 3.Kan ak m azalmas (ikisi H+ iyon konsantrasyonu art r r) 4.Glikojen ve fosfokreatin azalmas Yava ş geli ş en uzun s ü reli yorgunluk nedenleri • 1.Kas glikojenin t ü kenme h z 2.Sinir kas kav ş a ğ ndan sinir sinyallerinin iletiminin azalmas 3.Kastan ge ç en kan ak m n n azalmas01.2013 Nurcan Dursun 37 Yorgunluk nedeni (yo ğun egzersiz s ras nda) 1.Laktik asit birikimi, pH ’ da d üş me(7 ’ den 6.2ye) H iyon konsant art ş , lokal asidoz H ü cre d ş K iyon art ş T ü m bunlar elektrofizyolojik de ği ş imlere neden olur (AP ileti h z nda azalma, genli ğinde azalma, DHPR voltaj duyarl l ğ nda azalma, Riyanodin resept ö r duyarl l ğ nda azalma, Ca serbestlemesinde azalma, SERCA aktivitesinde azalma, aktin myozin etkile ş iminde azalma) dolay s ile yorgunluk geli ş ir 2. İ norganik fosfat art ş SR ’ dan Ca sal n m n azalt r • Troponinin Ca duyarl l ğ n azal r •01.2013 Nurcan Dursun 38 Sentral komut yorgunlu ğu Serebral korteksden motor n ö ronlara eksitat ö r • sinyallerin g ö nderilmemesi, Ki ş ideki s k nt l durum, kaslar yorulmasa da • egzersizi durdurma nedeni olabilir 01.2013 Nurcan Dursun 39 Kas geli ş imi(1) Kas lifi miyoplast isimli monon ü klear h ü crelerden • farkl la ş arak olu ş ur. Farkl la ş ma bebe ğin do ğumuna yak n zamanda tamamlan r • Do ğ um sonras kas innervasyonu ba ş lamadan ö nce kas • lifleri yava ş tiptedir, Membranlar nda Ach resept ö rleri yerle ş mi ş tir, • K üçü k motor n ö ron ile innerve edilenler yava ş oksidatif • lifleri olu ş turur, B ü y ü k motor n ö ron ile uyar lanlar h zl motor ü niteleri • olu ş turur, Ö YLEYSE Kas lif tipini belirleyen motor sinirin tipidir. •01.2013 Nurcan Dursun 40 Kas geli ş imi(2) İ skelet b ü y ü d ü k ç e kas h ü creleri uzar ( ilave • sarkomer eklenmesi) Ayn zamanda kas hipertrofisi geli ş ir • Kas n total kitlesinin b ü y ü mesine denir • B ü y ü me esnas nda yeni kas h ü cresi olu ş umu • s n rl Ancak dokuda mevcut satellit h ü cre farkl la ş mas • ile yeni kas h ü cresi olu ş ur (kas hasar nda)01.2013 Nurcan Dursun 41 Kas hipertrofisi Antrenmanla kaslarda %30-60 hipertrofi geli ş ir, • Kas lif say s artmaz, • Kaslar normal boylar n n ü zerindeki uzunlu ğa • gerildiklerinde kas n tendonlarla birle ş ti ği yerlerde kas liflerinin u ç lar na yeni sarkomerler eklenir. Kas s ü rekli normal boyunun alt nda uzunlukda tutulursa • kas lifi ucundaki sarkomerler kaybolur Yukar daki d ü zenleme, d ü zg ü n kas kas lmas i ç in kas • uygun boyda tutma mekanizmas - yada kas boyu uyumu olarak adland r l r.01.2013 Nurcan Dursun 42 Kas hipertrofisi Aktin, myozin flament say art ş geli ş ir • Myofibriller b ö l ü nerek yeni myofibriller olu ş ur (Lif • hipertrofisi) Enerji sa ğlayan enzim sistemlerinde art ş geli ş ir • (glikoz enzimler) Mitokondriyal enzim art ş geli ş ir, • Fosfojen metabolik sistem bile ş enlerinin art ş geli ş ir • Glikojen deposunda art ş geli ş ir • Trigliserit deposunda art ş geli ş ir •01.2013 Nurcan Dursun 4301.2013 Nurcan Dursun 44 Kas liflerinin hiperplazisi A ş r kas g ü c ü n ü n olu ş turdu ğu nadir durumlarda • liflerin lineer olarak yar lmas ile kas lifi say s art ş (lif hiperplazisi)01.2013 Nurcan Dursun 45 Kas denervasyon etkisi Kas sinir ile uyar lmazsa, kas liflerinde dejeneratif de ği ş im ba ş lar, • İ skelet kas nda Ach nikotinik resept ö r say s artar (up-reg ü lasyon) • Kas fasikulasyonu; dejenere sinir aksonundan sal nan Ach ile olu ş an • d ü zensiz kontraksiyonlard r, Denervasyondan birka ç g ü n sonra spontan, tekrarlayan kontraksiyonlar • (fibrilasyon) Bu olaylara “denervasyon hipersensitivitesi “denir • E ğer uyar hemen tekrar ba ş larsa 3 ay i ç inde fonksiyonlar d ü zelir, • Denervasyon atrofisi son basama ğ nda kas doku yerini fibr ö z doku, • ya ğ doku al r, Bunlar k salma e ğilimi g ö sterir, kas ş ekilsizle ş ir •01.2013 Nurcan Dursun 4601.2013 Nurcan Dursun 47 Kas kramplar İ skelet kas n n istemsiz tetanik kas lmas na verilen • isim 1. hipotez; Motor sinir yada kas dokuda anormal aksiyon potansiyelleri olu ş umu Neden; hem siniri hem de kas ç evreleyen • ekstrasell ü ler s v daki elektrolit dengesizli ği A ş r egzersiz yada uzun s ü reli dehidratasyon, • elektrolit dengesizli ği olu ş turur 2.hipotez; elektrolit dengesizli ği kasdaki duyusal resept ö rleri yada motor siniri uyar r, omirilik kaynakl refleks kas kas lmas01.2013 Nurcan Dursun 48 Kas kramplar D üşü k ekstrasell ü ler Ca seviyesi (normalde %40 • a ş a ğ ya inmesi), uyar labilir membranlarda ( kas, sinir gibi) sodyum kanallar n a ç lmas na neden olur, spontan aksiyon potansiyel olu ş umu geli ş ir ve buna ba ğl kas kramplar na neden olur (hipokalsemik tetani)01.2013 Nurcan Dursun 49 Musk ü ler distrofi Distrofin kasda b ü t ü nl ü ğü sa ğlayan aksesuar • protein (aktini kas membran na ba ğlar) Eksik yada hatal olmas musk ü ler distrofi • hastal ğ na neden olur Kas dokusu yerini ya ğ, ba ğ doku al r, kas atrofisi • geli ş ir X ’ e ba ğl resesif ge ç i ş li • Te ş hisi 2-6 ya ş aras • Hastalarda post ü r ve kas koordinasyon bozuklu ğu •01.2013 Nurcan Dursun 50 Musk ü ler distrofi Duchenne musk ü ler distrofi; distrofin • yok, kas membran stabilizasyonu yok, dejenerasyon geli ş imi Becker; distrofin eksikli ği, yava ş geli ş en • dejenerasyon01.2013 Nurcan Dursun 5101.2013 Nurcan Dursun 52