Biyomekanik Dersi B. Burak Özhan KAS BİYOMEKANİĞİ Biyomekanik Dersi B. Burak Özhan

BİYOMEKANİK NEDİR Biyomekanik Biyolojiye uygulanan mekanik Mekanik prensiplerin yaşam bilimlerine uygulanması Canlıların mekaniğini anlamayı amaç edinen bilim dalı Biyolojik sistemlerin fonksiyon ve yapılarının mekanik yöntemleri ile incelenmesidir. Biyomekanik, mühendislik mekaniğinin bir parçasıdır. Çünkü insan vücudunun bazı kısımları çeşitli makine parçalarına benzerlik göstermektedirler. Örneğin, uzun kemiklerde yapılan bazı gerilme analizleri, bunların uzun makine parçalarında olduğu gibi önemli eğilme momentlerine maruz kaldığını göstermiştir. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Tüm tanımlarda ortak iki kelime ‘mekanik’ ve ‘canlı’ kelimeleridir Tüm tanımlarda ortak iki kelime ‘mekanik’ ve ‘canlı’ kelimeleridir. Biyomekanik, özellikle bu yüzyılın ikinci yarısında çok ilginç bir bilim dalı haline gelmiştir. Klasik anlamda mekanik, yüzyıllardır araştırmacıların ilgi alanı olmuştur ve hala da olmaktadır. Ama bu klasik bilim dalının prensiplerinin canlılara uygulanması ilginç bulunmaktadır. Bunun nedeni insanların mekanik bilgilerini bir binaya, köprüye veya bir makineye uygulamaları yerine kendi vücutlarına ve kendi vücutlarını oluşturan yaşayan birimlere uyguluyor olmasıdır. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

KASLAR - Hareket sisteminin kuvvet kollarıdır. - Bağlantı noktalarına kuvvet tatbik eden tek yönde kasılabilen veya gevşeyerek uzayabilen güçlü yapılardır. Tipleri: Çizgili kaslar (liflerden oluşur) Düz kaslar (otonom sinir sistemi) Kalp kası (istisna) Kaslar iskelet sistemine TENDON adı verilen güçlü yapılarla bağlanır. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kas Çeşitleri Çizgili Kas: İsteğimizle çalışır. İskelete bağlı kasların yapısında  bulunur. Düz Kas: İsteğimiz dışında çalışır, iç organların yapısında bulunur. Kalp Kası: İsteğimiz dışında çalışır. Sadece kalpte bulunur. Çizgili kas görünümünde olmasına rağmen düz kas gibi çalışır. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kasların Çalışma Prensibi Çizgili Kaslar II-Kasılan kas:    C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Çizgili kası Mekanik Olarak incelerken Çizgili Kasta Mekanik Biyomekanik bizi en ilgilendiren kas cinsi olarak çizgili kasları görürüz. Çünkü çizgili kaslar istemli olarak çalışan, yorulan ve fazla enerji harcayan kas tipidir. Zorlandıklarında makine parçalarındaki kırılmalar gibi kas liflerinde de yırtılmalar gerçekleşebilmektedir. Çizgili kası Mekanik Olarak incelerken Motor birim Kas tonusu Kas sarsısı C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Motor birim özellikleri Bir tek motor nöron veya sinir lifi ile bunun innerve ettiği tüm kas lifleri birlikte motor birimi oluştururlar. Bir motor birimde ortalama 100-150 kas lifinin bulunduğu kabul edilir. Motor birim özellikleri Motor ünitedeki kas liflerinin sayısı hızlı tepki gösteren ve ince ayar gerektiren küçük kaslarda azdır (göz, el kasları gibi). İnce ayar gerektirmeyen kaslarda ise bir birimde yüzlerce kas lifi bulunur (sırt, bacak kasları gibi). C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Motor birimin Yapısı C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kas Tonusu Dinlenimdeki kasta raslantısal motor birim sinyalleri sonucu devamlı ve gerime direnç gösterebilen zayıf kasılma halidir. Spinal kordonun yönetimi altında kasın diriliği/tonusü sağlanır. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kas Sarsısı Bir kasa kısa süreli bir uyarının etki ettiğinde kas önce kasılır, sonra gevşer ve eski halini alır, bu olaya kas sarsısı (kasıl sarsılma) denir. Kas sarsısını ölçen alete miyograf denir. Bu aracın çizdiği grafiğe de miyogram denir. Bir kas sarsısı üç evrede tamamlanır. I.Gizli Faz: Uyarmanın alınması ile kasın kasılmaya başlaması sırasında geçen faz. II.Kasılma Fazı: Kasın giderek kalınlaşıp kısaldığı faz. III.Gevşeme Fazı: Kasın kasıl durumundan ilk halini alıncaya kadarki faz. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

GERİM ve YÜK Kasılan kasın bir nesne üzerine uyguladığı kuvvet GERİM Bir nesnenin kas üzerine uyguladığı kuvvet ise YÜK olarak tanımlanır. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kas dokusunda gerimi (kasılma gücü, “tension”) etkileyen unsurlar Uyaranın sıklığı (frekans) Etkin motor birim sayısı Kas uzunluğu (boy-gerim ilişkisi) Kasılma hızı C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Uyaranın sıklığı (frekans) C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

2. Motor birim sayısı Kasılmada etkin olan motor birimlerin sayısı ve büyüklüğü gerimde tayin edici öğelerdendir. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

3. Boy-gerim ilişkisi Sarkomer boyunun gerime etkisi C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kasılmanın sınıflandırılması Dinamik Konsantrik Eksentrik Statik İzometrik C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kasların Zor Çalışması Kasın çalışmasını zorlayan iki neden: Ani ve çok kuvvetli kasılma, yük kaldırma Uzun süreli statik çalışma (liflerde yorgunluk, biyokimyasal maddelerde artış) C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

KASSAL YÜKLEME Statik(posturel) yüklenme: Uzun süre kasılma Dinamik yüklenme: Ritmik kasılma ve gevşeme Statik yüklenmeye uzun süre devam edilemez, dinamik yüklenmeye yorgunluk görülmeden bir süre devam edilebilir. Statik yüklenme örnekleri: Ağır nesleri itme ve çekme Uzun süre ayakta kalma Elde birşey tutma/taşıma Kolları paralel tutma. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

KASSAL YÜKLENME VE KALDIRAÇLAR Statik yüklenme dinamik yüklenmeye oranla daha fazla enerji harcanmasına ve daha uzun süreli dinlenme oranının doğmasına neden olur. Vücutta 3 çeşit kaldıraç vardır: 1. Destek noktası, güçle direnç arasında(kol) 2. Direnç, destek noktasıyla güç arasında (ayak) 3. Güç destek noktasıyla direnç arasında (dirsek) Kaldıraç Denklemi: Güç X Kol Gücü = Ağırlık (Direnç) X Kol Direnci C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

KALDIRAÇ SİSTEMLERİ C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

KAS HAREKETİ Mekanik hareket, iki ucu kemiklere bağlı olan ve birbirine göre izafi olarak hareket eden kasların büzülmesine sebep olur. Bu birleşme şekli, bir bağlantının (eklemin) mesnet olarak işlev gördüğü kaldıraç olarak bilinir, diğer kemik ise yük olarak etki eder ve kas mesnet ve yük arasındaki kuvveti sağlar. Bu düzenlemeye göre kas kuvvetinin yükten büyük olması gerekir, fakat kasın hareket mesafesi çok küçük kalır. Bu karakteristikler kas kabiliyetleri ile iyi uyuşur. Kaslar 7.105 N/m2 kadar bir gerilim üretir, fakat uzağa hareket edemez. Mesafe küçük olduğu için, eğer kuvvet ve yük arasındaki düzenleme farklı ise büzülen bir kasın kısalma hızı, olması gerektiğinden daha küçüktür. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Verim (η) = Üretilen harici iş / Tüketilen kimyasal enerji Verim üretilen harici iş ve tüketilen toplam kimyasal enerji ile ilgilidir. Oransal olarak; Verim (η) = Üretilen harici iş / Tüketilen kimyasal enerji Yukarıdaki gibi ifade edilebilir. Kasların verimleri, 0 ile %20-25 arasında değişir. Daha yüksek verim, vücut ağırlığını kaldırmayı gerektiren bacak hareketlerinde elde edilebilir. Kolların ve bacakların kullanıldığı marangozluk ve dökümhane işlerinde, ortalama mekanik verim yaklaşık %10’dur. Mükemmel kontrol gerektiren daha küçük hareketler için, küçük kaslar zıt şekilde çalışır, yani son hareket birbirine zıt çalışan iki veya daha fazla kas arasındaki fark sonucu üretilir. Bu durumda verim sıfıra yaklaşır. Kuvvetin üretildiği fakat hareketin olmadığı izometrik (ölçüleri eşit olan) kasların büzülmesinde verim sıfırdır. Büzülen kasların hızı sıfır olduğu zaman kaslar genellikle en yüksek kuvveti üretirler. C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kas büzülmesinde verim sıfır olur Kas büzülmesinde verim sıfır olur. Büzülen kasın hızı sıfır olduğu zaman kaslar genellikle en yüksek kuvveti üretirler. Kas büzülmesi hızı yaklaşık 8 m/s olduğu zaman, kas tarafından üretilen kuvvet ve güç sıfır olur Yukarıda belirtilen iki durum arasında güç üretildiğinde, güç ve verim maksimum değerlere erişir. Hızın bir fonksiyonu olarak bir kasın kuvvet ve güç üretimi aşağıdaki grafikte verilmiştir: C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

karşı koyduğu zaman, negatif bir iş üretir. Negatif işe örnek olarak, Kas kuvveti, kasın uzunluğuna bağlı olduğu ve büzülme hareketi sırasında değiştiği için, kas verimi daima değişir. Kas kendisini geren dış bir kuvvete karşı koyduğu zaman, negatif bir iş üretir. Negatif işe örnek olarak, merdiven inişi sırasında bacak kaslarının hareketi verilebilir. Vücut alçaldığı için, harici iş sıfırdan küçüktür. Yürüyerek aşağı doğru inişte kas verimi %120’dir. Aşağıya doğru yürürken kaslar tarafından üretilen ısı, tüketilen enerjinin %220’si kadardır. Negatif iş gören kasların enerji tüketimi, pozitif iş gören kasın 1/6’sı kadardır. Yokuş yukarı giden bir bacak kası ise aşağı doğru giden bir bacak kasının iki katı kadar ısı üretir. El manivelası kullanımı ve bisiklete binmede güç-verim ilişkisi aşağıdaki gibidir: C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Dinlediginiz Için Teşekkür Ederiz C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Kaynakça 1. Review of Medical Physiology, Ed. Ganong WF, 23rd Ed,2010. 2. Berne & Levy Physiology, Eds: Koeppen BN and Stanton BA; 6th Ed, 2010 3. Vander İnsan Fizyolojisi, Eds: Widmaier EP, Raff H ve Strang KT; Çev Ed: Demirgören S, 2005. 4. Textbook of Medical Physiology. Eds: Guyton AC., Hall JE, Elsevier Saunders, 11th Edition 2006. 5. Exercise Physiology. McArdle WD, Katch FI & Katch VL., 2001 6. Principles of Anatomy and Physiology.Eds:Tortora G.J & Grabowski, 9th Ed John Wiley & Sons Inc., 2000x 7. İskelet Kası Fizyolojisi Doç.Dr.Fadıl ÖZYENER C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

Hazırlayanlar Melis DOLGUN Gökan YILMAZ Begüm ŞENGÜN C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014

C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014