Biomekaniikka I Tenttitärpit lyhyesti Panu Moilanen 2008

Transkriptio

1 1 Lihaskuds ja lihaksen supistuminen Aktiptentiaali saapuu mtriseen päätelevyyn Leviää sarklemmaa pitkin Leviää T-järjestelmään Sarkplasmaattisesta kalvststa vapautuu kalsiumineja Situtuvat trpniiniin Trpniini siirtää syrjään trpmysiinin, jka peittää aktiinin aktiivisia khtia Aktiini pääsee reagimaan mysiinin kanssa Mysiinin päät tarttuvat aktiiniin kemiallisella sidksella Pikittaissillan mudstuminen Kankeamisliike => filamentit liukuvat lmittain ja sarkmeeri lyhenee, lihas supistuu Sluluurank (cytskeletn) Jänne Rakenne, jnka tehtävänä n timia filamenttien hella vimantutssa Khdistaa filamentit tisiinsa Välittää mudstuneen viman sarkmeerista luurankn Kaksi ristikka Endmeerinen sluluurank Vastaa aktiini- ja mysiinifilamenttien asennn säilymisestä sarkmeerissa Titiiniä ja nebuliinia Titiini kiinnittää filamentit välilevyyn (Z) => keskinäinen sijainti säilyy Nebuliini säätelee aktiinifilamentin pituutta ja timii yhtenä kmpnenttina filamenttien välisessä vurvaikutuksessa Ekssarkmeerinen sluluurank Mudstaa yhteyksiä, jiden avulla sarkmeerissam mudstuva vima välittyy lihaksen sisäiseen yhdyskudkseen ja edelleen luurankn Kstuu myfibrillien välisistä välifiibereistä ja keskeiskiinnikkeistä (cstameerit), jtka kiinnittävät myfibrillit sarklemmaan ja lihasfiiberit endmysiumiin tai lihas-jänne-liitkseen. Justava, kllageenisyistä kstuva nauhamainen mudstuma Rinnakkaisia, lähekkäin pakattuja kllageenisyitä Enimmäkseen tyyppi I syitä, mutta myös tyyppejä III ja V Syitä pitävät yhdessä muut prteiinit, lähinnä prteglykaani, dekriini ja aggrekaani Yhdistää lihaksen luuhun Välittää vimaa lihaksesta luurankn Varasti elastista energiaa Jatkuu varsinkin pennaatirakenteisissa lihaksissa lihaksen sisälle apneursina Lämmittely ja jänteet Vähentää jäykkyyttä ja lisää kykyä kestää rasitusta vauriitumatta Kknaisuutena viskelastisuus vähäisempää kuin muilla bilgisilla kudksilla Jäykkyys auttaa vimanvälitystehtävässä Timintakyvyn muutkset Vähäinen käyttö, ikääntyminen ja steridien käyttö heikentävät vutta rajapyykki Aktiivinen rasitus lisää

2 2 Sensriset reseptrit, nivelreseptrit ja lihassukkula Sensriset reseptrit tarjavat järjestelmälle tieta sen masta ja ympäristön tilasta Vidaan lukitella sijainnin, timinnan tai rakenteen perusteella tai sen mukaan, aistivatk ne järjestelmän tilaa vai ulkisia muuttujia Järjestelmän tilaa aistivat reseptrit Lihassukkulat Mnimutkaisin sensrisista reseptreista Aistii lihaksen venytystä ja lihasjännitystä Osallistuu lihasliikkeiden säätelyyn Kstuu 2-10 sukkulan sisällä levasta lihassyystä ja hermsyistä Intrafusaalisyyt (huempia) ja ekstrafusaalisyyt (paksumpia) Alfamtneurni mudstaa liitksen ekstrafusaalisyihin Lihassukkulan sisällä efferenttihermtuksen hitavat gammamtneurnit Jkaisesta lihassukkulasta lähtee keskushermstn ainakin kaksi aistinhermn syytä Lihassukkulan avulla keskushermst vi määrittää nivelkmpleksin sijainnin ja asennn, minkä lisäksi venytys vi viestiä järjestelmälle systeemin ulkpulisista häiriöistä. Jänne-elimet Sijaitsevat lihas-jänne-liitksessa Humattavasti lihassukkulaa yksinkertaisempia Aistivat lihaksesta tulevaa infrmaatita kskien kehn asenta ja liikkeitä Reagivat lihasjännitykseen (= lihaksen tuttamaan vimaan) Säätelevät lihaksen supistumista, estävät liian vimakkaat ja npeat supistukset Sujaava vaikutus perustuu alfamtneurnien inhibitin Nivelreseptrit Nivelessä sijaitsevia mekanreseptreita Ruffinin päätteet, Pacinin kappaleet, Glgin päätteet ja vapaat hermpäätteet Aistivat lähinnä liikettä (ml. Kulmanpeus ja kiihtyvyys) Ulkista tilaa aistivat reseptrit Ihlla mekanreseptreita Merkelin kappaleet, Meissnerin keräset, Ruffinin päätteet ja Pacinin kappaleet Aistivat painetta, ja venytystä Aktiptentiaalin iniperusta Leptilassa vallitsee transmembraaninen ptentiaali, jka perustuu kalvn erttamien tiljen iniknsentraatiista jhtuvan kahden viman, sähköisen ja kemiallisen viman, tasapainn. Sisäpuli negatiivisesti varautunut Slu vi deplarisitua esimerkiksi hermvälittäjäaineen vaikutuksesta Välittäjäainetta situtuu slukalvn pinnan inikanaviin, jtka aukevat Slukalvn läpäisevyys muuttuu, ineja virtaa sluun, lepjännite rikkutuu Natriumkanavat aukeavat => natriuminit sluun, sisäpulen jännite psitiiviseksi Ptentiaalia leviää slukalvlla eteenpäin Kun jännite riittävän krkea, Na-kanavat sulkeutuvat (refraktaariaika) ja kaliumkanavat aukeavat => kalvjännite palautuu negatiiviseksi (replarisaati)

3 3 Aktiptentiaalin syntymekanismi Aktiptentiaalia edeltää aina synaptinen ptentiaali Aktiptentiaali edellyttää ärsytyskynnyksen ylittymistä Aksnikessa syntyy signaali, aktiptentiaali Kaikki-tai-ei-mitään periaate Aksnikekn tulevan signaalin kasvaessa kasvaa aktiptentiaalien mudtumistaajuus => taajuusmdulinti Ärsytys-supistus kytkentä Prsessit, jiden avulla mtneurnin käsky muunnetaan lihasfiibereiden tuttamaksi vimaksi Neljä perusvaihetta Aktiptentiaalin eteneminen sarklemmaa pitkin Aktiptentiaalin leviäminen sisäänpäin pikittaisessa tubulussysteemissä Kytkentään liittyvät inien siirtymät, jtka mahdllistavat pikittaissiltjen mudstumisen Pikittaissiltjen mudstuminen aktiini- ja mysiinifilamenttien välille Pikittaissiltjen timintasykli Kalsiumin aiheuttaman disinhibitin seurauksena tapahtuvaa aktiinin ja mysiinin vurvaikutusta kutsutaan pikittaissiltjen timintasykliksi Sykli vidaan jakaa neljään vaiheeseen Mudstunut aktiini-mysiini-pikittaissilta purkautuu npeasti ATP:n situtuessa mysiiniin Vapaa mysiini siirtyy khtaan, jssa se vi kiinnittyä aktiiniin ja samalla ATP hydrlysityy Vapaa mysiini ja hydrlyysitutteet kiinnittyvät uudelleen aktiiniin Pikittaissilta tuttaa vimaa ja aktiini hävittää reaktitutteet Askel neljä n se, jka rajittaa pikittaissiltjen mudstumisnpeutta. Tämän jälkeen sykli vi alkaa alusta. Vima-pituus riippuvuus Lihaksen supistusvima riippuu sarkmeerien pituudesta Kuinka paljn pikittaissiltja vidaan mudstaa Optimipituus, jka n yleensä suunnilleen sama kuin lihaksen leppituus Lihaksen venyminen Filamentit kauemmaksi tisistaan => vähemmän pikittaissiltja Lihaksen pituuden pieneneminen Aktiinifilamentit menevät päällekkäin => vähemmän pikittaissiltja

4 4 Shrt-range stiffness Eksentrisen lihassupistuksen aikana lihaksen jäykkyys alussa suuri, mutta vähenee supistuksen jatkuessa Jhtuu pikittaissiltjen timinnasta Kun lihasta venytetään, pikittaissillat venyvät => pikittaissillan tuttama vima kasvaa Vima kasvaa jatkuvasti hitaissa venytyksissä, npeissa ensin kasvaa ja alkaa sitten vähentyä Kun venytys n jatkunut riittävän pitkään, pikittaissillat irtavat ja kiinnittyvät uudelleen npeasti Mtristen yksiköiden tyypit Klme tyyppiä S Hitaasti supistuvia, hyvin väsymystä kestäviä Rekrytintikynnys alhaisempi, kstuvat pääasiassa I-tyypin lihassluista FR Npeasti supistuvia, hyvin väsymystä kestäviä Kstuvat pääasiassa IIa-tyypin lihassluista FF Npeasti supistuvia, npeasti väsyviä Muita suurempia => aktiptentiaalin jhtuminen npeampaa Kstuvat pääasiassa IIb-tyypin lihassluista Jattelu perustuu eläinkkeisiin; ei sellaisenaan svellettavissa ihmiseen Vidaan jatella niiden tuttaman tetaanisen viman ja supistuvuuden suhteen Supistusmisnpeuden käyttö jatteluperusteena ei mielekästä Useimmissa lihaksissa sekä hitaita että npeita mtrisia yksiköitä Mtristen yksiköiden rekrytinti erilaisilla lihasjännityksillä Mtriset yksiköt rekrytidaan aina samassa järjestyksessä (ja niistä luvutaan käänteisessä järjestyksessä) Rekrytitavien mtristen yksiköiden suhteellisen suuden suhde lihaksen tuttamaan suhteelliseen vimaan vaihtelee lihaksittain: esimerkiksi kaikki käden mtriset yksiköt tulevat rekrytiduiksi helpmmin kuin kaikki käsivarren mtriset yksiköt. Kkperiaate Mitä pienempi mtneurni n, sitä aiemmin sen hermttamat mtriset yksiköt rekrytidaan Synapsien sijainti mtneurnin smaan nähden, vapautuvan välittäjäaineen määrä synapseissa ja mtneurnin sähköiset minaisuudet. Resiprkkinen inhibiti Agnistin ja antagnistin supistumisen välinen krdinaati Tehkas ekstensrilihasten venytys n mahdllista vain, js vastaava antagnistinen fleksri n inhibitu interneurnin välityksellä.

5 5 Refleksin rli ihmisen liikkumisessa Jnkin ärsykkeen laukaisema, aina lähes samalla tavin tistuva ilmiö Perustuu refleksikaareen Afferentti aistinhermslu päätteineen Efferentti hermslu Hermtettava elin (effektri) Useimmissa tapauksissa merkittävässä rlissa myös välineurni (= plysynaptinen heijaste; js ei välineurnia = mnsynaptinen heijaste) Välineurni knvergi syötteitä Välineurniin saapuneen tiedn kknaisuus määrää vasteen Vähentää refleksien steretyyppisyyttä => justavampi reaginti stimuluksiin Mdifiivia mekanismeja Samanaikainen inhibiti paikallinen palautemekanismi Renshawn slu (välineurni) mdifii refleksiä Mytaattinen heijaste eli venytysrefleksi Lihaksen venytys aiheuttaa saman lihaksen supistumisen Presynaptinen inhibiti Afferenttia hermviestiä mukataan ennen kuin se saavuttaa mtneurnin Merkittävässä rlissa ihmisen liikkumisen säätelyssä Lihaksen mekaaninen malli Lihaksen mekaanisessa mallissa lihas kstuu kahdesta kmpnentista Aktiivinen supistuva kmpnentti (CE) Pikittaissillat Elastinen kmpnentti Passiivista sidekudsta (mm. jänteet ja sidekudskerrkset) Peräkkäiset elastiset kmpnentit (SE) Rinnakkaiset elastiset kmpnentit (PE) Kmpnenttien erttelu mekaanisesti helppa, mutta kmpnenttien välisten rajjen määrittely n vaikeaa: esim. pikittaissillilla n sekä supistuvan että elastisen kmpnentin minaisuuksia. Syttymistaajuus ja siihen vaikuttavat tekijät Lihaksen tuttama vima riippuu aktiivisten mtristen yksiköiden a) määrästä ja b) syttymistaajuudesta. Mtriset yksiköt eivät judu tuttamaan vimaa maksimitehllaan Syttymistaajuus kasvaa viman mukana: kun mtrinen yksikkö n aktivitunut, ja lihaksen vimantutt kasvaa, syttymistaajuus kasvaa yleensä mukana Mtristen yksiköiden ärsytyskynnys vaikuttaa niiden syttymistaajuuteen Khtuullisilla vimatasilla matalan ärsytyskynnyksen mtristen yksiköiden syttymistaajuudet näyttäisivät levan krkeampia kuin matalan ärsytyskynnyksen mtrisilla yksiköillä Alin syttymistaajuus yleensä nin 5-7 Hz, maksimisyttymistaajuus jpa 40 Hz, hieman lihaksesta riippuen

6 6 OSA 2 EMG Analysis and interpretatin Useimmiten rekisteröidään usean mtrisen yksikön timintaa => interferenssi-emg Aktiptentiaaleilla negatiivisia ja psitiivisia vaiheita => ei hyvä analysinnin kannalta Signaalia käsitellään ennen analyysia Tasasuuntaus Negatiiviset arvt käännetään psitiivisiksi Integrinti Signaalista mudstetaan sen ylärajaa mukaileva käyrä Lpputuls krreli hyvin mitatun vimakäyrän kanssa Mittaustulkset eri mittauskerrilta eivät le keskenään vertailukelpisia Mittauslsuhteet vaihtelevat Elektrdien tallennuskyky ei riittävä Nrmalisinti Suhteessa MVC:hen tai sähköstimulaatilla saatuun vasteesen Analyysin lajit Aikakenttäanalyysi EMG:n kuvaajan tisena akselina aika Taajuuskenttäanalyysi Tutkitaan EMG:n taajuusspektriä Mtristen yksiköiden syttymistaajuus Mtristen yksiköiden synkrnisaati Aktiptentiaalien mut Magnitude f muscle frce Lihaksen tuttama vima vidaan mitata suraan vain jänteestä (= jännevima) Mittausmenetelmiä Slki Jänne irrtetaan ja pujtetaan mittaussljen läpi Vaatii kirurgin, eettisesti arveluttava ei enää yleisesti käytössä Optinen kuitu Viedään neulalla jänteen läpi Mitataan kuidun kknpuristumista Epäsura menetelmä Lihaksen pikkipinta-ala Pikkipinta-alan ja vimantutn välillä lineaarinen suhde Ongelmia Pikkipinta-ala vaihtelee lihaksen pituudella Viman tuttn ei kskaan sallistu vain yksi lihas Agnistin maksimaalisen supistuksen aikana myös antagnistilla n tapana supistua Kk lihasmassaa ei välttämättä vida aktivida

7 7 Tendn and ligament elasticity Jänteitä ja ligamentteja vidaan venyttää Venymisen syyt: nivelkulman muuts/lihaksen supistuminen, nivelpintjen liike Venyvyys mahdllistaa elastisen energian varastinnin Lihastyön alkuvaiheessa sa tutetusta vimasta (= energiasta) kuluu jänteen venyttämiseen Jänteestä tulee jäykempi Elastista energiaa vidaan hyödyntää psitiivisen työn aikana Elastisuus vi parantaa hyötysuhdetta humattavasti Jänteiden vima-pituus käyrä vidaan jakaa elastiseen ja plastiseen suuteen Elastisella alueella rakenne ei muutu ja jänne/lig. palautuu alkuperäiseen leppituuteen Plastisella alueella rakennemuutksia => leppituus pitenee ja käyrän mut muuttuu Kntrllitu plastinen venytys => liikkuvuus lisääntyy (esim. balettitanssijat) Stride length and rate Alkuvaiheessa juksuvauhdin kasvu jhtuu ennen kaikkea askelpituuden kasvusta Kvempaa justessa myös askelluksen tahti tihenee Askelpituuden kasvattaminen ensisijainen npeuden kasvattamiskein Taludellisempaa kuin askellustiheyden kasvattaminen Muscle wisdm Väsyneen lihaksen mtristen yksiköiden syttymistaajuudessa tapahtuu muuts Väsymystä aiheuttavat, krkeavimaiset lihassupistukset aiheuttavat syttymistaajuuden laskemisen Ts. hjausts n heikennettävä tnisen supistuksen estämiseksi Tapahtuu vapaiden hermpäätteiden aistimusten (esim. happamuus) perusteella Ilmiötä ei le havaittu vähävimaisissa supistuksissa tai lihaksissa, jissa suurin sa mtrisista yksiköistä n hitaita Muuts jhtuu lihaksesta itsestään, ei hermtuksesta Cactivatin Agnistin ja antagnistin samanaikainen aktivituminen Ei esiinny nrmaalitilanteessa Kaktivaati jäykistää lihas-jänne kmpleksia ja siihen liittyviä niveliä => herkkyys häiriöille vähenee Hyödyllistä esim. Suurta tarkkuutta vaativissa raajjen liikkeissä Suunnanvaihtja edellyttävissä tehtävissä: tnisen agnisti-antagnisti aktiivisuuden mdulinti taludellisempaa kuin vurtahtinen lihastyö Raskaita taakkja nstettaessa tai nstettaessa taakkja, jiden massa epäselvä => kaktivaati timii sujamekanismina

8 8 Raajjen lihasten väsymystä vidaan jissakin tapauksissa kmpensida kaktivaatilla Stiffness f passive muscle Passiivinen, käyttämätön lihas jäykistyy Tikstrpian erikistapaus Geeli muuttuu nestemäisemmäksi, kun sitä häiritään ja jäykistyy (= visksiteetti lisääntyy) kun häiriö lppuu Lihaksen tapauksessa tikstrpian aiheuttanee pysyvien siteiden mudstuminen aktiini- ja mysiinifilamenttien välille Jäykkyys sitä suurempaa, mitä kauemmin lihas saa lla rauhassa Venytysten välisen ajan pidentyminen lisää lihaksen jäykkyyttä Merkittävät tekijä esim. immbilisaatissa Ilman kuntutusta raajan lihakset vivat jäykistyä spastisiksi Muscle sreness and damage DOMS, h Lihasten arkuus Fysilgisia muutksia Plasman entsyymien (mm. kreatiinikinaasi) määrän lisääntyminen Myglbiinien määrän lisääntyminen plasmassa Lihasten prteiinien hajttamistutteiden lisääntyminen plasmassa Lihasfiibereissä rikkumia Lihasten timintakyvyn aleneminen Lihasheikkus Vimantutn väheneminen Jäykkyys ja liikeratjen kaventuminen Jhtuu lihaksen mekaanisesta vauriitumisesta, mutta syntymekanismia ja syitä ei vielä tunneta tarkasti Muscle fatigue : mtr unit behaviur Syttymistaajuus vähenee MVC:n aikana, ei havaittu submaksimaalisessa työssä Submaksimaalisessa työssä EMG vimistuu = uusia mtrisia yksiköitä rekrytidaan Hitaat mtriset yksiköt kestävät ismetristä työtä npeita paremmin. Ne myös pystyvät ylläpitämään krkeampia vimatasja knsentrisen työn aikana Väsytys vaikuttaa mtristen yksiköiden aktiivisuuteen myös väsytyksen jälkeen: submaksimaalisen taviteviman tuttamiseen saatetaan käyttää ennen ja jälkeen väsytyksen eri mtrisia yksiköitä. Plymetrinen harjittelu Hyödyntää SSC:tä. Pymetrinen supistus = npea eksentrinen liike, kuletus ja räjähtävä knsentrinen liike Lihas pystyy suurempaan psitiiviseen työhön sen jälkeen, kun se n ensin supistunut eksentrisesti (elastisen energian varastiminen) Vaikutuksia lihas-jänne-kmpleksiin ja hermtukseen Tavitteena nimenmaan tehn (ei viman) kasvattaminen; lihassupistusten npeus ja vima

9 9 Neurmusculat adaptatin t reduced use Immbilisaati Vima ja EMG vähenevät Atrfia Hitaiden slujen määrä vähenee, npeiden lisääntyy Syttymiskynnys kasvaa ja syttymistiheys alenee Kurman pist Pikkipinta-ala pienenee merkittävästi, js kurmattmuus jatkuu riittävän pitkään Prteiinisynteesin heikentyminen Vaikuttaa suraan tutetun viman määrään EMG:ssä ei merkittäviä muutksia, ei myöskään lihasslujakaumassa Keskushermstleesit Välitön halvaus Muuttuu muutamassa viikssa spastisuudeksi Ei enää tahdnalaisia lihassupistuksia Supistus vidaan aikaansaada ulkisella ärsykkeellä Halvaantuneilla havaittu myös ei-tahdnalaista lihasaktiivisuutta Lihakset surkastuvat ja lihasslukstumus muuttuu samalla tavin kuin immbilisaatissa