Motor nöronlarla kas liflerine eşik değer ve üzerinde bir uyarı geldiğinde motor plaktan sinaptik boşluğa asetilkolin salgılanır. Asetilkolin salgısı, kas lifi zarlarındaki sodyum kanallarını açar ve kas lifinin içine sodyum girişi gerçekleşir. Böylece kas lifi depolarize olur.
|Motor plak: Bir motor nöronun akson ucunun kas lifine bağlandığı yere motor plak denir. Tek bir motor sinirin uyardığı bütün kas tiplerine birden motor birim denir. Motor birimler “ya hep, ya hiç” kuralına göre kasılır.|
- Kas lifinde aksiyon potansiyeli başlar ve aksiyon potansiyeli lif boyunca devam eder. Depolarizasyon kas lifinin merkezine ulaştığında sarkoplazmik retikulumdaki kalsiyum iyonlarının aktin ve miyozin iplikleri arasına bırakılmasına neden olur. Kalsiyum, troponin molekülüne bağlanarak aktin üzerindeki tropomiyozin molekülünü etkiler (troponin-tropomiyozin kompleksi) ve aktinin miyozine bağlanma bölgeleri serbest hâle gelir.
- Miyozinin baş kısmındaki ATP az enzimi ortamdaki ATP’yi parçalayarak açığa çıkan enerjiyle miyozini aktine bağlar. Böylece aktin-miyozin kompleksi oluşur. Her bir kasılma sırasında bu döngü birçok kez ve hızlı bir şekilde gerçekleşerek kasın kasılması sağlanır. Kasın tek bir aksiyon potansiyeline bağlı olarak kasılması ve bunu izleyen gevşemesine kasılma periyodu (Grafik a-c periyodu)Kaslar, dinlenme hâlindeyken bir miktar kasılı (kas tonusu hâli) hâldedir. Bunu orta beyin kontrol eder. Bu, aynı zamanda latent (sessiz) evredir (Grafik x). Kasılma, kaslar kas tonusu durumunda iken başlar (Grafik a noktası). Kasılma sırasında grafikteki b noktasına kadar sarkomer boyu kısalır. İki Z çizgisi, miyozin ipliklerinin uçlarına dayanır.
- Kasılma sonlandırılırken bir saniyeden kısa süre içinde kalsiyum iyonları enerji harcanarak sarkoplazmik retikuluma geri döner. Aktin üzerindeki troponin-tropomiyozin kompleksi, ardından da aktin-miyozin kompleksi bozulur. Buna gevşeme dönemi denir (Grafik b-c periyodu). Böylece kas lifi yeniden uyarı almaya hazır hâle gelir.
|Ölümden birkaç saat sonra bütün vücut kasılı hâlde kalır. Buna ölüm katılığı denir. Bunun nedeni kasın gevşemesi için gereken enerjinin olmamasıdır. Tüm hücrelerin lizozomları (otoliz) parçalanıp enzimlerinin dokuya dağılmasıyla çözünme başlar. Çözünme yüksek sıcaklıkta daha hızlı gerçekleşir.|
Kas dokusunda gerimi (kasılma gücü) uyaranın sıklığı, etkin motor plak sayısı, kas uzunluğu (boy-gerim ilişkisi) ve kasılma hızı etkiler.
İskelet kaslarında uyaranın şiddeti arttıkça kasılma tepkisi artar. Merkezî sinir sistemi kas kasılması için bir uyarı gönderdiğinde önce küçük birimler uyarılır. Uyarının şiddeti ve kuvveti arttığında daha büyük birimler uyarılır. Büyük kas birimlerinin kasılma kuvveti büyük adımlar atmaya ya da koşmaya benzer.
Bir kâğıdı tutarken kasılan lif birim sayısı ile dolu bir bavulu kaldırırken kasılan lif birim sayısı birbirinden farklıdır. Küçük kas birimleri daha çabuk uyarılabilir. Bu uyarılmayı omurilik sağlar. Omurilik, eş zamanlı kasları yönettiği için kasılma başladığında kaslar birbirini takip eder ve düzgün bir kasılma meydana gelir.
Kas liflerine aralıksız ve aşırı uyarı verildiğinde kas maksimum seviyede ve hiç gevşemeden kasılır. Buna tetani veya fizyolojik tetanus denir. Bu durum yorgunluk oluşuncaya kadar devam eder. Kalp kasında hiçbir zaman tetanus oluşmaz.
Tetani olmayan ardışık uyaranların kaslarda güç oluşturmasına merdiven etkisi denir. Bu tip kasılmada Ca+2 iyonlarının hepsi sarkoplazmik retikuluma dönmez. Böylece her kasılmada daha fazla kas birimi kasılır. Bu durum sporcuların oyuna çıkmadan önce ısınma hareketleri yapmasına örnektir.
İskelet kasları, yük kaldırmadığı zamanlarda daha hızlı kasılır. Yük arttıkça kasılma hızı azalır. Kasılma kuvveti ile yük eşitlendiğinde kasılma hızı sıfır olur. Yükün oluşturduğu kuvvetin yönü ile kasın oluşturduğu kuvvet yönü birbirine zıttır. Uyarı ve aktivasyon olmasına rağmen kasılma oluşmaz.
Örneğin kaldıramayacağınız bir yükü kaldırmaya çalışırken elinizden istemeden de olsa yükü bırakırsınız. Bir yere asıldığınızda ise kolunuz bedeninizi kaldırmaya çalışırken bir süre sonra sizi bırakır, kas uyarılmıştır, aktivasyonu vardır ama artık kol, yükü kaldıramıyordur. Bu durumda tutunduğunuz yerden düşersiniz.
Beyin ve omuriliğin motor kontrol merkezleri birbirine zıt çalışan (antagonist) kasları da yönetir. Bu kaslara en güzel örnek kol ve bacak kaslarıdır. Aşağıdaki görselde olduğu gibi eklemin bir tarafındaki uzun kas diğer tarafındaki kısa kastan daha kuvvetli kasılır.
Fizik dersinin içeriğinde olan vektörler, dinamik, denge ve moment konularındaki bilgilerinizi hatırlamanız, iskelet kaslarının kasılma kuvveti ve yük arasındaki ilişkiyi anlamanızı kolaylaştıracaktır.
|Zıt çalışan kaslar sayesinde iş ve hareket ortaya çıkar. Birbiriyle aynı yönlü çalışan kaslar sayesinde ise ayakta durma gerçekleşir|
Kas kasılarak bir yük kaldırdığında iş yapar. Burada işin tanımı yükün hareket mesafesiyle çarpımı anlamına gelir.
Kaslar bir yükü, belli bir mesafeye kadar taşımak için gerekli enerjiyi nereden karşılar? Bu soruyu, kasın kasılma mekanizmasına göre sormak gerekirse yanıt bulmamız gereken iki soru belirir: Birinci soru, aktin iplikleri, miyozin iplikleri üzerinde kaymak için gereken enerjiyi nereden karşılar? İkinci soru ise sarkoplazmaya dağılan kalsiyum iyonlarını geri toplayıp sarkoplazmik retikuluma sokmak için gereken enerji nereden gelir? İki soruyu birleştirip başka bir biçimde soracak olursak; kasın her uyarıyı alıp yeniden kasılacak hâle, aksiyon potansiyeline dönmesi için gereken enerjinin kaynağı nedir?
|Fizik dersinin içeriğinde olan iş ve enerji konularındaki bilgilerinizi hatırlamanız, iskelet kaslarının kasılma kuvveti ve yük arasındaki ilişkiyi anlamanızı kolaylaştıracaktır.|
Kas liflerinin sitoplazmasındaki ATP, tam kasılmayı ancak 1-2 saniye sürdürebilir. ATP, ADP’ye dönüştüğünde yeniden fosforile olmak zorundadır. Bunun için ilk kaynak yine burada bulunan kreatin fosfattır. Kreatin, kas hücrelerinde bir mol ATP’den daha fazla enerji depolayan moleküldür. Kreatin fosfatın, fosfatı ayrılarak fosfat, ADP’ye aktarılır ve ATP oluşumu sağlanır. Kasta kreatin fosfattaki enerji, kasın 5-8 saniye daha kasılmasını sağlayabilir.
|Kreatin: Kas kasılması için kas hücrelerinde kreatin fosfat olarak depo enerji kaynağını oluşturan, azotlu bir organik bileşiktir. Kas kasılması sırasında hücre içi ATP seviyesini sürdürmek için kreatin fosfat, ADP’ye yüksek enerjili fosfat grubunu verir. Kreatin böbrekte, karaciğerde ve pankreasta üretilir. Fazlası böbrekten atılır. Kandaki bu molekülün değeri böbreklerin iyi çalışıp çalışmadığı hususunda belirleyicidir.|
ATP ve kreatin fosfatın yeniden oluşmasını sağlayacak ikinci önemli enerji kaynağı kas hücrelerinde depolanan glikojendir. Glikojen hidrolizle glikoza parçalanır. Glikoz oksijenli solunum ya da glikolitik yolla ATP üretiminde kullanılır. Glikozlar (6 karbonlu) hızla pirüvik aside (3 karbonlu) ve laktik aside (3 karbonlu) dönüşür.
Buradan açığa çıkan enerji hemen ADP’ye aktarılarak kasılmanın devam etmesi sağlanır. Bir yandan da kreatine, fosfat aktarılarak kreatin fosfat depoları yeniden oluşturulur. Oksijenin yeterli olmadığı durumlarda glikoz, pirüvik aside oradan da laktik aside dönüşür. Laktik aside dönüşüm iki açıdan önemlidir:
a. Pirüvik asit oluşumu, oksijenin yetersiz olduğu zamanlarda da gerçekleştiğinden üretilen enerjiyle kasılma devam eder.
b. Oksijensiz solunum reaksiyonlarında, hücrede oksijenle üretilen enerjiden çok daha hızlı enerji üretilir. Böylece bu dönüşüm reaksiyonlarıyla yaklaşık bir dakika daha kasın kasılması desteklenebilir.
|Kas uzun süre kasılırsa depoladığı glikojen miktarı azalır. Azalmaya bağlı olarak tükenen enerji kaynağı, sinyalleri getiren nöronların sinaptik yorulmaları, kastan geçen kan akımının azalması, besin sağlanamaması ve özellikle oksijen oranının düşmesi kas yorgunluğuna neden olur.|
Üçüncü enerji kaynağımız ise besin monomerlerinin hücrede oksijenle parçalanmasıdır. Bu parçalanmada oluşan pürivik asit, yıkım reaksiyonlarına devam eder. Böylece daha fazla ATP sentezi sağlanır. Uzun süren kas kasılmalarında kullanılan enerjinin yaklaşık %95’inden fazlası bu enerji kaynağından karşılanır. Burada kullanılan enerji kaynağı besinler; karbonhidratlar, yağlar ve proteinlerdir.