KAS MİMARİSİ

Her kasın adeta parmak izlerimiz gibi kendine özel; pennasyon açısı, lif uzunluğu, fizyolojik enine kesit alanı gibi özellikleri vardır. İşte bu özellikler, kas kasılmasındaki parametre farklılıklarına neden olmaktadır. 

Kas mimarisinden bahsetmeden önce birkaç teorik bilgiyi hatırlayalım. 

Hepimizin bildiği üzere vücudumuzda istemli veya istemsiz olarak kastığımız kaslarımız vardır. Kalp kasımız ve düz kaslar istemsiz olarak kasılırken, iskelet kaslarımız istemli olarak kasılır. Ayrıca iskelet kaslarımız reflex denen özel mekanizma ile istemsiz olarak da kasılabilirler. Tüm bu işlevler sinir sistemimiz sayesinde kontrol edilir.



KAS TÜRLERİ VE FONKSİYONEL ÖZELLİKLERİ 

1.ÇİZGİLİ KASLAR 
Vücudumuzdaki kasların büyük bir kısmını oluşturan iskelet kasları; kemiklerimizin etrafını sarmalayan kaslardır. Çizgili kas hücrelerinden oluşur ve istemli kasılırlar. Vücudumuzun destek ve hareketinden sorumludurlar. Nispeten daha kısa sürede ve daha hızlı şekilde kasılırlar. İskelet kaslarımızın kasılma işlevi, somatik sinir sistemi sayesinde kontrol edilmektedir. 

2.DÜZ KASLAR 
İç organlarımızın neredeyse hepsi (kalp kası hariç) bu kas tipinden oluşmaktadır. Adından da anlaşıldığı üzere düz yapıda kas hücrelerinden oluşur ve istemsiz kasılırlar. Düz kas hücrelerinden oluşan organlarımızın kasılmaları, vücut sistemlerinin çalışmasından sorumludurlar. Düz kaslar daha yavaş ve uzun süre kasılabilirler. Düz kaslarımızın kasılma işlevi, otonom sinir sistemi sayesinde kontrol edilmektedir. 

3.KALP KASI 
Çizgili olduğu halde istemsiz kasıldığı için özel sınıflandırılan kalp kası da yapısal olarak iskelet kaslarına benzer fakat işlevsel olarak düz kaslara benzemektedir. Görevi hepimizin bildiği üzere kanı pompalamaktır. Ve bu kasın diğer çizgili kas türlerinin aksine, kasılmak için somatik sinir sistemine ihtiyacı yoktur. Kalp kası işlevi, otonom sinir sistemi aracılığıyla kontrol edilmektedir.





İSKELET KASI 

Bildiğiniz üzere vücudumuzda trapez, gluteus maximus, biceps brachii gibi birçok iskelet kası bulunmaktadır ve bu iskelet kaslarının her biri, küçük küçük kas fasiküllerinin birleşiminden oluşmaktadır. Her bir kas fasikülü ise içerisindeki küçük küçük miyofibrillerin birleşiminden oluşmaktadır ve bu miyofibriller de içerisinde kasılabilir en küçük birimimiz olan SARKOMER i barındırırlar.



SARKOMER 

Bir kasın kasılabilen en küçük birimidir. Aktin, miyozin ve titin proteinleri her bir sarkomerin yapısında bulunarak kasılmada rol alırlar ve kayan filamentler teorisine göre; aktin ve miyozin filamentleri, bir takım kimyasal olaylar sonucu, birbirleri üzerinde kayarak kasılma olayını gerçekleştirirler. 

Yukarıdaki görselde belirtilen H bandı, I bandı, A bandı gibi bölgeler aslında mikroskobik görüntüleme sırasında ışığın farklı derecelerde kırıldığı alanlardır. 

Işığı çok kıran, koyu, miyozin proteinlerinin bulunduğu bölgeye A bandı; ışığı az kıran, açık, aktin proteinlerinin bulunduğu bölgeye ise I bandı denir. A bandının ortasındaki açık renkli bölgeye ise H bandı denir. I bandının ortasında Z çizgileri bulunur. İki Z çizgisinin arasına ise sarkomer denir.



KASILMANIN KİMYASAL İŞLEYİŞİ 

1. MSS tarafından oluşturulan uyarı, motor nöronlar aracılığıyla kasa ulaşır. 

2. Uyarı motor uç plaklara aktarılır. 

3. Motor uç plaktan ASETİLKOLİN ve NÖRADRENALİN salgılanır. Bu hormonlar kas hücresinin zarında elektriksel yük değişimi oluştururlar. 

4. Sarkoplazmik retikulumda bulunan Ca iyonları, aktin miyozin lifleri arasına salınır. 

5. Ca iyonlarının etkisiyle miyozin üzerinde bulunan ATPaz enzimi aktifleşir. 

6. ATP, ADP ye dönüşür ve enerji açığa çıkar. Oluşan bu enerji ile miyozin aktini sarkomerin ortasına doğru çeker, sarkomerin boyu kısalır ve kas kasılmış olur. 

7. Ca sarkoplazmik retikuluma geri döndüğünde ise kas gevşemeye başlar. 

İşte bu döngüsel olay, gün içerisinde, çok kısa sürelerde defalarca kez vücudumuzda gerçekleşmektedir.



MOTOR NÖRON- KAS LİFİ İLİŞKİSİ 

Vücudumuzda; kastaki duyusal bilgiyi alıp beyine ileten (Afferent) ve beyinde oluşturulan motor cevabı alıp ilgili kasa ileten (Efferent) reseptörlerimiz vardır. 

Kas liflerinin etrafını birtakım Afferent ve Efferent motor reseptörler sarar. Afferent reseptörler kastan aldıkları iletiyi Medulla spinalis’e iletirler ve ileti oradan da beyine iletilir. Beynin ilgili bölgesinde cevap oluşturulduktan sonra bu cevap Efferent nöronlar aracılığıyla ilgili kasa iletilerek kas hareketi gerçekleşmiş olur.



Bazı motor birimlerin fibrilleri, uyarıldıktan sonra, diğerlerine oranla daha çabuk yanıt verir. Bu özelliğe dayanarak fibriller Hızlı Kasılan (Fast Twitch) ve Yavaş Kasılan (Slow Twitch) fibriller olmak üzere ikiye ayrılır. 

FT fibrillerin çapı daha büyüktür ve FT fibriller 2 kat daha hızlı sürede en yüksek gerime ulaşıp gevşeyebilir. Yani daha hızlı kasılabilirler. Fakat enduransları azdır. Tip 2a ve Tip 2b lifleri FT dir. 

Örneğin Biceps Brachii kası FT fibrillerce yoğun bir kastır. 

ST fibriller ise daha dayanıklıdır. Yavaş ve uzun süreli kasılırlar. Tip 1 lifi ST dir. 

Örneğin Erektör Spina kası ST fibrillerce yoğun bir kastır. 

Bu fibrillerin miktarı ve oranı kişiden kişiye ve kastan kasa değişir. Birçok iskelet kası hem FT hem ST kaslarını içerir. Örneğin Soleus kası daha çok ST içerirken Gastroknemius kası FT içerir. 

Genetik olarak FT oranı yüksek bireyler kuvvet ve sürat gerektiren sporlara, ST oranı fazla olan bireyler ise dayanıklılık gerektiren sporlara daha yatkın olur. 

Kasları fizyolojik, kimyasal vb. birçok açıdan hatırladık. Hadi şimdi Kas Mimarisi üzerine konuşalım.



KAS MİMARİSİNİN ÖNEMİ 

İskelet kası mimarisi, bir kasın kuvvetini ve hareket yeteneğini belirleyen en önemli özelliklerden biridir. 

Her kas, mimari tasarımına göre belirli fonksiyonlara daha yatkındır. Kimi kaslar uzun süre kasılmaya yatkınken kimisi patlayıcı şekilde hızlı ama kısa süreli kasılmaya eğilimlidir. İşte bu eğilim, kasın mimari tasarımı ile açıklanmaktadır. 

Mimari, kasın işlevini belirleyen birincil belirleyicidir. 

Kas mimarisi, kas fonksiyonunun temel belirleyicisi olduğu için, bu yapı ve fonksiyon ilişkisini anlamak büyük öneme sahiptir. Sadece kuvvet üretimi ve hareketin fizyolojik temelini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda tendon transfer prosedürlerini içeren cerrahi için bilimsel bir gerekçe sağlamak, elektromiyografik ölçümler sırasında elektrot yerleşimine rehberlik etmek, normal hareketler sırasında kas yaralanmasının mekanik temelini açıklamak ve kas biyopsilerinden elde edilen histolojik örneklerin yorumlanmasına yardımcı olmak için de önemlidir.

Kasların mimari tasarımı, kas liflerinin uzunluğu, pennasyon açısı ve fizyolojik kesit alanı gibi parametrelerden etkilenir. Bu mimari özellikler, kasların güç, hız ve hareket aralığı gibi fonksiyonlarını belirler. 

KAS MİMARİSİNİN PARAMETRELERİ 

1.KAS TİPİ 
2.LİF UZUNLUĞU (LU-FL) 
3.PENNASYON AÇISI 
4.SARKOMER UZUNLUĞU 
5.FİZYOLOJİK ENİNE KESİT ALANI (FEKA)

KAS TİPİ



İnsan vücudundaki kas tipleri genel olarak paralel ve pennat olmak üzere iki ana kategoriye ayrılır fakat vücudumuzda; paralel, fusiform, unipennat, bipennat, multipennat, sirküler, konvergent tiplerde kaslar bulunmaktadır.


Sartorius kası paralel tipte bir kastır. Bunun gibi paralel kasların lifleri hiç açılaşma yapmadan dümdüz uzanırlar. Kas lifleri, kuvvet açığa çıkan eksene paraleldir.


Biceps Brachii kası fusiform tipte bir kastır. Paralel kaslar kategorisine giren fusiform kaslar daha geniştir, merkezde silindirik şekillidir ve uçlarda incelir. Bu kas tipinde hareket çizgisi, genellikle tendon bağlantı noktaları arasında düz bir çizgide uzanır. Şekli nedeniyle, fusiform kasların ürettiği kuvvet küçük bir alanda yoğunlaşır.


Flexör Pollicis Longus kası unipennat tipte bir kastır. Pennat kasların hepsinde lifler, hareket ekseni ile aralarında açılaşma yapar. Unipennat tipte, tek yönlü bir şekilde açılaşma mevcuttur.


Rektus Femoris kası bipennat bir kastır. İki yönlü bir şekilde lif açılaşması mevcuttur.


Deltoid kası multipennat bir kastır. Multipennat kaslarda, aynı kasta iki yönden fazla yönlerde lif açılaşmaları mevcuttur.


Orbikülaris okuli kası sirküler bir kastır.


Pektoralis Majör kası Konvergent (yakınsak) bir diğer deyişle Triangular (üçgen şeklinde) kas kategorisine girer. Paralel kaslar kategorisine giren konvergent kaslardaki lifler tipik olarak bir tendonda birleşir ve diğer uçta geniş bir alana yelpaze şeklinde yayılır. 
Yakınsak kaslar, geniş yapıları nedeniyle diğer paralel liflere kıyasla bağlanma bölgesinde daha zayıf bir çekişe sahiptir. Bu kaslar, liflerin nasıl kasıldığına bağlı olarak çekme yönünü değiştirme yetenekleri nedeniyle çok yönlü olarak kabul edilir.

LİF UZUNLUĞU (FIBER LENGTH) 

Kas liflerinin uzunluğu da kasın fonksiyonunda etkilidir. Her kasın kendine has bir lif uzunluğu vardır. 

Kasın daha hızlı kontraksiyonunun yani daha fazla patlayıcılığının(maksimal ekskürsiyonunun) altında yatan özellik, kas fibrillerinin uzunluğudur. Fibril uzunluğu arttıkça, kasın kontraksiyon hızı artar. 

Hızlı şekilde diz flexionu gerektiren koşma gibi hareketlerde gereken hızı sağlayan hamstring kasından semitendinozus ise en uzun lif uzunluğu olan kaslardan biridir. 

Uzun lifli kaslar; hızlı/patlayıcı kontraksiyon yapar fakat düşük kuvvet/ enduransa sahiptir. Mobilite, çeviklik yetenekleri daha fazladır. 

-Tip2 kas lifi içerikleri daha yüksek, fazik ve genel kategoriye göre paralel kas gurubundaki kaslar bu lif tipindedir. 

Kısa lifli kaslar; yavaş kontraksiyon yapar fakat yüksek kuvvet/ enduransa sahiptir. Stabilite yetenekleri daha fazladır. 

-Tip1 kas lifi içerikleri daha yüksek, tonik ve genel kategoriye göre pennat kas gurubundaki kaslar bu lif tipindedir.


Biceps Brachii kası uzun lifler içerir. Gluteal kaslar ise kısa lifler içermektedir.


PENNASYON AÇISI 

Kasın merkez aponörozu ile lif yönleri arasındaki açıdır. Pennat Latince de kuş tüyü anlamına gelmektedir. Pennat kasların lif dizilimini gözümüzde kuş tüyü gibi canlandırabiliriz. 

Paralel kaslarda pennasyon açısı 0° dir. Pennat kaslarda ise bir açılaşma mevcuttur. 

Pennat kaslarda konsantrik kasılma ile orantılı olarak pennasyon açısında artış görülür. Kasılma esnasında lif boyundaki kısalmayla beraber rotasyon da gözlenir. 

Bir kasın dinlenik haldeki pennasyon açısı 0-30° dir. 

Pennasyon açısı arttıkça, tendona geçen kuvvet miktarı azalır. Yani fibril kısalmasıyla orantılı bir kas kasılması gözlenmez. İşte pennat kasın enduransının yüksek oluşunun sebebi de budur. 

Deltoid gibi kaslarda kas lifleri, kas boyuna açı oluşturacak şekilde (pennat) uzanırlar. 

Paralel fibrilli kas kasıldığı zaman, kas fibrillerinin kısalmasıyla orantılı olarak kas boyunda kısalma görülür. 

Pennat fibrilli kas kasıldığında ise, kasın kısalmasıyla birlikte fibriller, kas-tendon bağlantı noktasında rotasyon yapar ve pennasyon açısı giderek artar.




SARKOMER UZUNLUĞU 

Sarkomerin kasılabilen en küçük birimimiz olduğundan yukarıda bahsetmiştik. Sarkomer uzunluğu da kasın fonksiyonunda etkili bir mimari parametredir. 

Optimal sarkomer uzunluğu 2,6 Mikrometredir. Bu değerin üstüne çıkılması veya altına inilmesi istenmez çünkü; 

Sarkomer uzunluğu yeterince uzun olmazsa aktin ve miyozin fibrilleri üst üste biner ve kayacak yer bulamazlar. Bu yüzden yeteri kadar kasılamazlar. (2,6 dan küçükse) 

Sarkomer uzunluğu aşırı uzun olursa aktin ve miyozin fibrilleri birbirinden çok uzaklaşır ve tutunacak yer bulamazlar. Bu yüzden yeteri kadar kasılamazlar. (2,6 dan büyükse) 

Yani bir kası kuvvetlendirmek istiyorsak en etkili pozisyonu; ne en kısa ne de en uzun olduğu pozisyon olan ‘midrange’ pozisyonudur. Bu pozisyonda sarkomer uzunluğu korunmuş olur.



FİZYOLOJİK ENİNE KESİT ALANI (FEKA) 

Kasın ürettiği kuvvet; kasın fizyolojik enine kesit alanına da (FEKA) bağlıdır. 

Buna örnek vermek gerekirse, uzun süre ayakta durma ve itme fazında görev alarak, yüksek kuvvet üretmesi gereken soleus kası alt ekstremitenin en yüksek FEKA’lı kasıdır. 

Pennasyon artışı ile FEKA artışı doğru orantılıdır. Pennasyon açısı arttıkça FEKA da artar ve kasın kuvveti de artar. Kasta atrofi dediğimiz şey aslında FEKA artışıdır.



KAYNAKÇA 

https://avesis.gazi.edu.tr/yayin/cd79a84...cument.pdf

Nigel Palastanga, Roger Soames-Anatomy and Human Movement Structure and Function

Lieber, R. L., & Fridén, J. (2001). Clinical significance of skeletal muscle architecture. Clinical orthopaedics and related research, (383), 140–151. https://doi.org/10.1097/00003086-200102000-00016

Lieber, R. L., & Ward, S. R. (2011). Skeletal muscle design to meet functional demands. Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences, 366(1570), 1466–1476. https://doi.org/10.1098/rstb.2010.0316

Frontera, W. R., & Ochala, J. (2015). Skeletal muscle: a brief review of structure and function. Calcified tissue international, 96(3), 183–195. https://doi.org/10.1007/s00223-014-9915-y

Eng, C. M., Smallwood, L. H., Rainiero, M. P., Lahey, M., Ward, S. R., & Lieber, R. L. (2008). Scaling of muscle architecture and fiber types in the rat hindlimb. The Journal of experimental biology, 211(Pt 14), 2336–2345. https://doi.org/10.1242/jeb.017640

Rupert, J. E., Rose, J. A., Organ, J. M., & Butcher, M. T. (2015). Forelimb muscle architecture and myosin isoform composition in the groundhog (Marmota monax). The Journal of experimental biology, 218(Pt 2), 194–205. https://doi.org/10.1242/jeb.107128