İnsan bacağı zıplarken sertliğini ayarlıyor; şaşırtıcı kas davranışı spor eğitimi, rehabilitasyon ve robotikleri etkileyebilir.
Tokyo Üniversitesi araştırmacıları, bacaklarımızın hızlı hareketlere nasıl uyum sağladığını ortaya koydu. İnsanlar yüksek hızda zıpladığında, baldırdaki ana kas lifleri, kuvvete rağmen uzamak yerine kısalıyor; bu, araştırmacıların “negatif sertlik” adını verdiği bir süreç. Bu beklenmedik davranış, bacağın genel sertliğini artırarak daha hızlı hareketlere olanak tanıyor. Bulgular, spor eğitimini, rehabilitasyonu ve hatta protez bacaklar ile robotik dış iskeletlerin tasarımını geliştirebilir. Çalışma, 27 Mart 2025 tarihinde kamuoyuyla paylaşıldı.
Bacaklar Yay Gibi Çalışıyor
Zıpladığınızda, koştuğunuzda veya sıçradığınızda, bacaklarınız yay gibi davranır; her adımda enerjiyi emer ve geri verir. Peki, bu süreci mümkün kılan kaslar ve tendonlar nasıl çalışır? Yaşam Bilimleri Bölümü’nden Doçent Daisuke Takeshita ve doktora öğrencisi Kazuki Kuriyama, zıplama gibi sıçrama hareketlerinde kas ve tendonların iş birliğini araştırmak istedi; zıplama, koşma gibi yaygın aktiviteler için bir vekil görevi görüyor.
Takeshita, “Zıplama ve koşma gibi insan hareketleri genellikle bir yay-kütle modeli ile karakterize edilir; burada bacak, vücut kütlesini yerden sıçrarken destekleyen bir yay gibi davranır,” diyor ve ekliyor: “Çalışmamızda, özellikle zıplamayı kısıtlı koşullar altında inceledik; katılımcılardan dizlerini düz tutmalarını ve yer temas süresini en aza indirmelerini istedik. Bu kısıtlamalar, ayak bileği eklemi mekaniğinin rolünü izole etmemize ve plantarfleksör kas-tendon dinamikleri olarak bilinen şeye odaklanmamıza olanak tanıdı.”
Negatif Sertlik Keşfi
Takeshita ve Kuriyama, kas liflerinin zıplama sıklığına bağlı olarak farklı davrandığını keşfetti. Yavaş zıplamada kas lifleri neredeyse sabit bir uzunlukta kalırken, hızlı zıplamada kuvvet artsa bile aktif bir şekilde kısalıyor ve “negatif sertlik” sergiliyor. Bu tersine davranış, bacağın genel sertliğini artırarak daha hızlı hareketleri mümkün kılıyor.
Kuriyama, “Bulgularımız, çeşitli aktiviteler sırasında kas fonksiyonunu anlamak için yeni bir çerçeve sunuyor,” diyor ve ekliyor: “Kasları yalnızca kuvvet üreticileri olarak görmek yerine, tendonlarla dinamik etkileşim yoluyla bacağın mekanik özelliklerini aktif bir şekilde modüle ettiklerini gösterdik. Bu bakış açısı, spor bilimi, rehabilitasyon tıbbı ve biyomekanik mühendislikte yeni araştırma yolları açıyor.”
Zorlu Bir Araştırma Süreci
Bu araştırmayı gerçekleştirmek için ekip, genellikle bu tür bir amaç için bir arada kullanılmayan farklı algılama cihazlarını entegre etmek zorundaydı. Ultrason görüntüleme, hareket yakalama ve kuvvet plakası verileri’ni içeren senkronize bir ölçüm sistemi kurdular; tüm bu veriler, deri altındaki olayların doğru sırasını anlamak için iyi hizalanmış olacak şekilde senkronize edildi.
Takeshita, “Ultrason görüntüleme kısmı özellikle zordu. Görüntüler toplandıktan sonra Kuriyama, binlerce ultrason karesinden kas lifi verilerini manuel olarak dijitalleştirdi,” diyor ve ekliyor: “Bu süreç inanılmaz derecede zaman alıcı ve emek yoğundu; her zıplama döngüsü boyunca kas lifi uzunluğundaki ince değişiklikleri doğru bir şekilde takip etmek için titiz bir dikkat gerektiriyordu. Araştırma sürecinin her aşaması, benzersiz sorunlara dikkatlice tasarlanmış çözümler gerektirdi; bu da veri toplamadan yorumlamaya kadar tüm yolculuğu, hem teknik yenilik hem de kavramsal yaratıcılık talep eden önemli bir meydan okuma haline getirdi.”
Gerçek Dünyaya Taşınacak
Zıplama eylemi, araştırmacıların uygun gözlemsel deneyler tasarlamasına yardımcı oldu; çünkü bu aktivite doğal olarak mekansal olarak kısıtlıdır ve daha az değişkene sahiptir. Ancak fikirlerini bir gün laboratuvardan koşu pistine taşımayı planlıyorlar; bu, alt bacak kaslarının büyüsünü nasıl gerçekleştirdiğini ve sporcuları nasıl ileri ittiğini daha genel bir şekilde incelemelerine olanak tanıyacak. Bu tür bir çalışma, sporcuların ve antrenörlerin daha etkili eğitim için faydalandığı bilgi birikimine katkıda bulunabilir ve bu da rehabilitasyonla uğraşanlara yardımcı olabilir.
Gelecekteki bu yönelimler, laboratuvar görevlerinde gözlemlenen temel biyomekanik ilkeler ile insanların günlük yaşamda ve atletik aktivitelerde gerçekleştirdiği karmaşık, gerçek dünya hareketleri arasındaki boşluğu kapatmaya yardımcı olacak.
Bilimsel Referans
Kazuki Kuriyama, Daisuke Takeshita. Leg stiffness adjustment during hopping by dynamic interaction between the muscle and tendon of the medial gastrocnemius. Journal of Applied Physiology, 2025; 138 (4): 899 DOI: 10.1152/japplphysiol.00375.2024
İlk yorum yapan siz olun