KAS B*YOMEKAN***

Biyomekanik Dersi
B. Burak Özhan
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
2
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
3
- Hareket sisteminin kuvvet kollarıdır.
- Bağlantı noktalarına kuvvet tatbik eden tek yönde
kasılabilen veya gevşeyerek uzayabilen güçlü yapılardır.
Tipleri:
1. Çizgili kaslar (liflerden oluşur)
2. Düz kaslar (otonom sinir sistemi)
3. Kalp kası (istisna)
Kaslar iskelet sistemine TENDON adı
verilen güçlü yapılarla bağlanır.
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
4
1. Çizgili Kas: İsteğimizle çalışır. İskelete bağlı kasların yapısında bulunur.
2. Düz Kas: İsteğimiz dışında çalışır, iç organların yapısında bulunur.
3. Kalp Kası: İsteğimiz dışında çalışır. Sadece kalpte bulunur. Çizgili kas
görünümünde olmasına rağmen düz kas gibi çalışır.
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
5
• Çizgili Kaslar
• II-Kasılan kas:
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
6
• 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
7
• 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
8
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
9
• 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
10
• 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
11
• Kasılan kasın bir nesne üzerine uyguladığı kuvvet GERİM
• Bir nesnenin kas üzerine uyguladığı kuvvet ise YÜK olarak
tanımlanır.
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
12
•
•
•
•
Uyaranın sıklığı (frekans)
Etkin motor birim sayısı
Kas uzunluğu (boy-gerim ilişkisi)
Kasılma hızı
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
13
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
14
• Kasılmada etkin olan motor birimlerin sayısı ve büyüklüğü
gerimde tayin edici öğelerdendir.
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
15
• Sarkomer boyunun gerime etkisi
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
16
Kasılma
Dinamik
Konsantrik
Eksentrik
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
Statik
İzometrik
17
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
18
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
19
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
20
1. Statik(posturel) yüklenme: Uzun süre kasılma
2. 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
21
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
22
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
23
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
24
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
25
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
26
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
27
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
28
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
29
Dinlediginiz Için Teşekkür Ederiz
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
30
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
31
• Melis DOLGUN
• Gökan YILMAZ
• Begüm ŞENGÜN
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
32
C.B.Ü Biyomekanik Dersi 2014
33