Düz kasların kasılma kinetiğinin küçük ve büyük genlikli uzunluk uyarılarıyla incelenmesi /
Yazar: ÜLKÜ ÇÖMELEKOĞLU
Danışman: DOÇ.DR. NECLA ÖZTÜRK
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1994
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Kas-düz = Muscle-smooth ; Kaslar = Muscles

Özet:
Bu çalışmada aktif taenia coli düz kaslarının kasılma kinetiğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bunun için 400-500 gram ağırlığındaki dişi kobaylardan izole edilen 35 adet taenia coli preparatı kullanılmıştır. Deneyler 28 °C de 60mM KCI ile tonik olarak kasılan kaslara küçük genlikli sinüzoidal ve adım şeklinde uzunluk değişimleri ile, büyük genlikli gevşeme şeklindeki uzunluk değişimlerinin uygulanması suretiyle yapılmıştır. Sinüzoidal uzunluk değişimleri kullanılarak yürütülen çalışmalarda, 0.0007-1 Hz aralığında yirmi farklı frekansta ve 0.1 mm genliğinde (kasın boyunun % 0.5 i) sinüzoidal uzunluk değişimleri kullanılmış ve bu uzunluk uyarılarına karşı oluşan kuvvet yanıtları kaydedilmiştir. Kaydedilen kuvvet yanıtının zirveden-zirveye genliğinin (gr) uygulanan uzunluk değişiminin genliğine (mm) oranı alınarak gr/mm cinsinden ölçüm yapılan bütün frekanslara ait sertlik değerleri elde edilmiştir. Ayrıca kuvvet ile uzunluk arasındaki faz farkını bulmak için bu sinyallere Fast Fourier dönüşümü uygulanmış ve bu değerlerin kullanılmasıyla sertlik, faz ve mekanik işe ait Bode diyagramları elde edilmiştir. Adım uyarısı ile yapılan analizlerde ise, aktif kasa kasın boyunun % 0.5 i genliğinde ve 1550 saniye süreli germe uyarısı uygulanarak geçici kuvvet yanıtlan elde edilmiştir. Kaydedilen geçici kuvvet yanıtları ve uzunluk değişimleri Fast Fourier algoritması yardımıyla frekans alanındaki sinyallere dönüştürülmüştür. Frekans alanındaki bu sinyallerden yararlanılarak sertlik, faz ve işe ait değerler hesaplanmış ve Bode diyagramları elde edilmiştir. Adım şeklindeki germe uyarılarına ait geçici kuvvet yanıtlarının dört faz içerdiği gözlenmiştir. Önce uygulanan germe ile eş zamanlı olmak üzere kuvvette ani bir artış oluşmuştur. Bunu takiben kuvvet azalarak bir minimum değere düşmüştür. Bu ikinci fazdan sonra kuvvet tekrar artarak bir zirveye erişmiştir (gecikmiş kuvvet). Daha sonra da kuvvet değeri uyarı öncesi düzeyine inmiştir, öte yandan hem sinüzoidal uyarılarla hem de adım uyarısıyla bulunan sertlik ve faz karakteristiklerinin birbirlerine benzer özellikler taşıdığı gözlenmiştir. Ölçülen sertlik karakteristiklerinin belli bir frekansta bir minimum değere sahip olduğu ve bu minimum değerden sonra frekansa bağlı olarak sertliğin arttığı görülmüştür. Sertliğin minimum olduğu frekans bölgesinde faz açısı negatif değerler almıştır. Ayrıca sertliğin minimum ve fazın negatif olduğu frekans bölgesinde mekanik işkarakteristiklerinde pozitif bir zirve gözlenmiştir. İskelet ve kalp kasları üzerinde yapılan çalışmalarda, mekanik iş karakteristiklerindeki pozitif zirvenin çapraz köprülerin siklus frekansını yansıttığı kabul edilmektedir. Bu görüşlerin ışığı altında taenia coli düz kaslarına ait mekanik iş karakteristiklerinde 0.001-0.0013 Hz frekans aralığında gözlediğimiz pozitif zirvenin germe ile aktive olan çapraz köprülerin siklus hızına karşılık gelebileceği düşünülmüştür. Ayrıca her iki uzunluk değişiminin kullanılmasıyla elde edilen sonuçların birbirleriyle büyük ölçüde uyumlu olduğu görülmüştür. Büyük genlikli uzunluk uyarısının kullanıldığı analizlerde ise kasa, kasın boyunun %14-35 i aralığında ani gevşemeler uygulanmış ve uzunluk- toparlanma süresi diyagramları elde edilmiştir. Uygulanan uzunluk değişiminin genliği arttıkça toparlanma süresinin uzadığı gözlenmiştir. Ancak uzunluk-toparlanma süresi arasındaki ilişkinin bir tek doğru ile ifade edilemiyeceği, aksine aralarında iki fazlı bir ilişkinin olduğu görülmüştür. Doğrusal yaklaşım yöntemi kullanılarak bu eğrilerden kasılmanın erken evresinde ortaya çıkan V^ ile daha geç evresinde görülen V2 hız değerleri hesaplanmıştır. V1 in değeri 0.27±0.19 kas uzunluğu/s olarak bulunurken, V2 nin değeri 0.07±0.01 kas uzunluğu/s olarak hesaplanmıştır. Kısalma hızında uzunluk uyarısının genliğine bağlı olarak ortaya çıkan azalmanın nedeni ise tam olarak saptanamamıştır. Ancak bu düzeydeki büyük genlikli uyarılarla pasif doku elemanlarının kompres olmaları nedeniyle kısalmaya karşı direnç gösterdiği ve bu nedenle kısalma hızının azalmış olabileceği düşünülmüştür.

Abstract:
The aim of this study is to investigate the kinetics of the contraction mechanisms in taenia coli smooth muscles. For this purpose, 35 taenia coli preparations were used isolated from female guinea pigs weighting 400-500 g. The experiments were carried out by applying small-amplitude sinusoidal and step length changes and large-amplitude releases to tonically contracting muscles, bath in 60 mM KCI at 28 °C. In the experiments carried out with the sinusoidal length perturbations, perturbations within the frequency range of 0.0007-1 Hz and with amplitudes of 0.5 % of muscle length were applied and the force responses were recorded. The stiffness value for each frequency (in g/mm) was obtained by calculating the ratio of the peak-to-peak amplitude of the force response (g) to the amplitudes of the length perturbation (mm). In order to find the phase difference between the force and length, Fast Fourier Transformation was applied to these signals and by means of these values in the frequency domain the Bode diagrams for stiffness, phase and mechanical work were obtained. On the other hand, in the analyses with the step perturbations, the transient force responses were obtained by applying stretches with an amplitude of 0.5 % of the muscle length and with a duration of 1550 sec to the active muscle. The recorded transient force responses and the length perturbations were transformed into frequency domain by using an FFT algorithm. From the signals in the frequency domain the values for the stiffness, phase and work were calculated and Bode diagrams were obtained. It was observed that the transient force responses to stretch comprised of four phases. First, there was a sudden increase in force which was coincident with the stretch. Following this, the force decreased to a minimum value. After this second phase the force once more rised to a peak (delayed tension phase). Then the force returned to its prestretch value. On the other hand, it was observed that the stiffness- and phase-frequency characteristics which were obtained both with sinusoidal and step length perturbations had similar features. The stiffness characteristics had a minimum at a certain frequency range and it increased with frequency after this minimum value. The phase angle had negative values in the frequency region where the stiffness was minimum. Besides, in this frequency region where the stiffness was minimum and the phase was negative, a positive peak was observed in the mechanical work characteristics. In the studies on skeletal or cardiac muscle, it is proposed that the frequency at which the mechanical work has positive peak reflects the cycling frequency of the crossbridges. In the light of this assumption we proposed that the frequency range at which the positive peak in the mechanical work characteristics was observed might correspond to the cycling frequency of the cross bridges activated by stretch. Besides, the results which were obtained with both types of perturbations were in good agreement. In the analyses with large amplitude length perturbations, sudden releases in the range of 14-35 % of the muscle length were applied to muscle and the length-tension recovery diagrams were obtained. It was observed that as the amplitude of the applied length perturbation was increased the recovery period increased, too. But, it was also observed that the length- tension recovery relation could not be represented by a single line; instead, there was a biphasic relation between the two. By using a linear regression method, the velocity V1 which was observed at the early phase of the contraction and the velocity V2 at the later phase were calculated from these curves. The values for V1 and V2 were calculated as 0.27±0.19 muscle length/sec and 0.07±0.01 muscle length/sec, respectively. The reason of the decrease in the shortening velocity with amplitude of the length perturbations was not understood completely. But it was thought that such large amplitude stimuli in this order of magnitude compressed the passive tissue elements so that they resisted the shortening and for this reason the shortening velocity decreased.