ÇÖMELME SIRASINDA GÖRMENİN ALT EKSTREMİTE KASLARININ EMG AKTİVİTELERİ ÜZERİNE OLAN ETKİSİ*

Öz

Bu çalışmanın amacı görsel bilgi akışı engellendiğinde tek ve çift bacak üzerinde çömelme sırasında alt ekstremite kas aktivitelerindeki değişimi, ayrıca hangi kasların postürü sağlamada daha etkin olduğunu saptamaktı. Çalışmaya sağlıklı 10 erkek katılımcı alındı (ortalama yaş 22.0 ± 1.5 yıl). Deneklere önce çift bacak sonra dominant olan tek bacak üzerinde destek almaksızın gözler açık ve gözler kapalı durumlarda 45° diz fleksiyon açısına kadar çömelme yaptırıldı. Deneklerin çömelme sırasında dominant bacaklarının sekiz kas grubunda (vastus lateralis-VL, vastus medialis-VM, rectus femoris-RF, biceps femoris-BF, semitendinosus-ST, tibialis anterior-TA, gastrocnemius medialis-GM ve gastrocnemius lateralis-GL) elektromyografik (EMG) kas aktiviteleri yüzeyel elektrotlar aracılığıyla alındı. EMG verileri en yüksek zirve tork değerini yansıtan maksimal istemli kontraksiyon sırasında elde edilen değerler ile normalize edildi (nEMG). Çift bacak çömelme sırasında, gözler açık ve kapalı durumlar karşılaştırıldığında, kasların nEMG aktiviteleri arasında anlamlı farklılık saptanmadı (p>0.05). Tek bacak çömelme sırasında gözler açık durumdan kapalı duruma geçildiğinde TA ve GM kas aktivitelerinde istatistiksel olarak anlamlı (p<0.05) bir artış saptanırken, VM kasının nEMG aktivitesi ise belirgin (p<0.05) düzeyde azaldı. Tek bacak üzerinde yapılan çömelmede gözler kapalı konumdayken üst bacak kaslarından VM’de anlamlı (p<0.05) düşüş saptanırken, alt bacak kaslarında (TA, GM) anlamlı (p<0.05) artış gözlendi. Bu bulgular ışığında, tek bacak çömelme sırasında TA ve GM kaslarının postüral kontrolde diğer kaslardan daha önemli olduğu söylenebilir.

Giriş

Özellikle alt ekstremitelerde bulunan postüral kaslar yerçekiminin denge bozucu etkisine karşı direnerek postüral kontrolde önemli rol oynarlar (5). Postüral kontroldeki koordinasyonda santral ve periferik bilgiler karmaşık ilişki içindedir. Görmenin varlığı veya yokluğu bu ilişkiyi önemli ölçüde değiştirebilir (1). Sammarco ve Hockenbury (8) vibrasyon oluşturan bir platformda ayakta dik duruş sırasında kişilerin gözleri kapalı iken denge bozukluğuna ilk yanıt olarak tibialis anterior ve gastrocnemius kas EMG aktivitelerinde belirgin artış saptamışlardır. Bir başka çalışmada ise sünger yüzey üzerinde ayakta dik duruş sırasında kas EMG aktivitelerinin gözler kapalıyken belirgin olarak arttığı, alt ekstremite hareketlerindeki artışın (diz ve kalça) omuz ve baş hareketlerine oranla daha fazla olduğu gösterilmiştir (2).

Gerek günlük hayatta, gerekse sportif aktivitelerde sık kullanılan çömelme, desteksiz statik bir pozisyon olarak tüm vücut ağırlığının ayaklar tarafından desteklenmesinin gerektiği bir durma biçimidir. Rehabilitasyon egzersizleri ve denge çalışmalarında da oldukça önemli bir yere sahip fonksiyonel bir aktivitedir. Sriwarno ve ark. (12), gözler açıkken tam çömelme sırasında en yüksek kas aktivasyonunun tibialis anterior kasına ait olduğunu, tam çömelme pozisyonundan parmak ucunda çömelme pozisyonuna geçildiğinde ise anterior kasların (rectus femoris ve tibialis anterior) aktivitelerinin azaldığını göstermişlerdir.

Araştırılan kaynaklarda sağlıklı bireylerde çömelme sırasında görmenin etkisinin araştırıldığı bir çalışmaya rastlanmadı. Postüral kontrolde görmenin bilinen etkisi (1) ışığında, tek ve çift bacak üzerinde çömelme sırasında görmenin engellenmesi ile kas aktivitelerinde değişim olacağı hipotezinden hareketle planlanan bu çalışmada, görsel bilgi akışı engellendiğinde hangi kasların postürü sağlamada daha etkin olduğunu tespit etmek amaçlandı.

Gereç ve Yöntemler

Denekler: Çalışmaya sağlıklı 10 erkek katılımcı alındı. Katılımcıların hiçbirinin bel, kalça, diz ya da ayak bileği ile ilgili yaralanmaları, bu eklemler ile ilgili hiçbir yakınmaları yoktu. Ayrıca deneklerin hiçbirisinde önceden geçirilmiş diz ameliyatı öyküsü; vestibüler, otoimmün veya nörolojik komponenti olan metabolik ya da damar hastalığı saptanmadı. Deneklerin ortalama yaşları 22.0 ± 1.5 yıl, boyları 168.0 ± 6.4 cm, vücut ağırlıkları 67.0 ± 7.2 kg idi. Tüm denekler testten 24 saat öncesinde ilaç ve alkol almamaları konusunda uyarıldı. Deneklere çalışma öncesinde ayrıntılı bilgi verilerek Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Tıbbi Araştırmalar Etik Kurulu tarafından onaylanmış ve gönüllü katılımlarını içeren “aydınlatılmış onam formu” imzalatıldı.

Deney protokolü: Her bir deneğin ölçümüne saat 11:00’de başlandı. Deneklerin dominant alt ekstremitelerindeki sekiz kas grubuna (vastus lateralis-VL, vastus medialis-VM, rectus femoris-RF, biceps femoris-BF, semitendinosus-ST, tibialis anterior-TA, gastrocnemius medialis-GM ve gastrocnemius lateralis-GL) yüzeysel elektrotlar bağlandı. Sonra denekler dik pozisyondan (diz 0°) diz fleksiyon açısı 45° olana kadar önce çift bacak sonra tek bacak (dominant taraf) üzerinde çömeldiler. Çömelme sırasında hiçbir yer veya kişiden destek almayan denekler çömelme işlemini gözler açık ve kapalı olmak üzere iki kez tekrarladı. Çömelme sırasındaki EMG kayıtları alındı. İki değerin ortalaması alındı.

EMG ölçümleri: Elektromiyografik aktivite, sekiz kanallı taşınabilir yüzeyel EMG aleti (ME3000P, Mega Electronics, Kuopio, Finland) kullanılarak bacak ekstansör (VM, VL, RF) ve fleksör kasları (BF, ST) ile ayak dorsifleksör (TA) ve plantarfleksör (GM, GL) kaslarında kaydedildi. EMG kayıtlarını elde etmek için bipolar gümüş/gümüşklorid kaplı yüzey elektrodları (1 cm gümüş-gümüklorid diskli Kendall-Arbo elektrodlar; Tyco Healthcare, Neustadt/Donau, Germany) kullanıldı. Elektrotlar yerleştirilmeden önce, deri traşlandı, isopropil alkolle temizlendi ve deri empedansını en aza indirmek için zımpara kağıdı ile ovuldu. Tüm elektrotlar arasındaki mesafe 20 mm olacak şekilde kas liflerinin yönüne mümkün olduğunca paralel bir çizgi boyunca kasların gövdesi üzerindeki deriye bağlandı.

VL kasındaki elektrotlar spina iliaca anterior superiordan patellanın lateral kenarına olan mesafenin %66’sına yerleştirildi. VM kasının elektrotları spina iliaca anterior superiordan diz eklemi iç boşluğu mesafesinin %20 uzağına yerleştirildi. RF için elektrotlar spina iliaca anterior superiordan patellanın üst kısmına olan mesafenin %50’sine yerleştirildi. BF kasının elektrot yerleşimi iskial tuberositas ve lateral femur kondili arasındaki çizginin ortasına, biceps femorisin uzun başı üzerinde gerçekleşti. ST kasının elektrotları iskial tuberositas ve medial femur kondili arasındaki çizginin ortasına yerleştirildi. TA kasının elektrotları tibianın üst ve orta 1/3’lük kesiminin birleştiği yere ve subkütanöz sınırının 1 cm lateraline; MG kasının elektrotları calcaneustan popliteal bölgeye kadar olan mesafenin üst %25’lik medial kısmına; LG kasının elektrotları ise calcaneustan popliteal bölgeye kadar olan mesafenin üst %25’lik lateral kısmına yerleştirildi.

Sinyaller elektrotlara yakın yerleşik, düşük geçiş filtreli (8-500 Hz, -3dB points), 12-bit analog-dijital dönüşümlü analog ayırıcı amplifikatörler ile büyütüldü ve bir mikrobilgisayarda (Mega Electronics, ME3000P sistem) depolandı. Bu birim analog EMG sinyalini 1000 Hz frekansında örnekledi. Kayıt sırasında veriler optik bir kablo ile kişisel bir bilgisayara aktarıldı ve ham EMG amplitüd değerleri (µV) ME3000P programı (MegaWin v2.2, Mega Electronics) ile otomatik olarak hesaplandı. Depolanmış ham EMG verisi bilgisayar programı tarafından saf ortalama karekök amplitüd değerleri (µV) olarak ifade edildi.

Verilerin normalizasyonu: EMG amplitüdü, en yüksek zirve tork değerini yansıtan maksimal istemli kontraksiyon (MİK) denemesine karşı normalize edildi (nEMG). MİK’ler izokinetik dinamometrede (Cybex Norm, USA) diz ekstansörleri (VM, VL ve RF) için 60°’de, diz fleksörleri (BF ve ST) için 30°’de, ayak dorsifleksörleri (TA) ve ayak plantar fleksörleri (GM, GL) için nötral pozisyonda 5 saniyelik izometrik kontraksiyonlar sırasında elde edildi.

Sekiz kas grubu için ortalama kas aktivitesi, 5 saniyelik MİK denemesinin orta 2 saniyelik dönemi sırasında elde edilen amplitüd değerlerinin yüzdesi (%MİK) olarak ayrı ayrı ifade edildi. EMG amplitüd değerlerinin bu yolla normalizasyonu kaslar, ekstremiteler ve hızlar arasında karşılaştırma yapılmasına olanak sağlamaktadır (11).

İstatistiksel analiz: İstatistiksel değerlendirmede SPSS istatistik programı (v16.0) kullanıldı. Çift ve tek bacak çömelme için gözler açık ve kapalı yapılan ölçümler arasındaki nEMG verilerinin karşılaştırılması eşleştirilmiş örnekler için kullanılan parametrik olmayan Wilcoxon testi ile yapıldı. İstatistiksel anlamlılık düzeyi olarak p<0.05 değeri kriter olarak alındı. Sonuçlar aritmetik ortalama ± standart sapma olarak verildi.

Bulgular

Çift bacak çömelme sırasında gözler açık ve kapalı durumlar karşılaştırıldığında kas nEMG aktiviteleri arasında anlamlı farklılık saptanmadı (Tablo 1). Tek bacak çömelme aktivitesi sırasında gözler açık durumdan gözler kapalı duruma geçildiğinde ise TA ve GM kas nEMG aktivitelerinde istatistiksel açıdan (p<0.05) anlamlı bir artış olurken, VM kasının nEMG aktivitesi belirgin olarak azaldı (Tablo 2).

Benzer işlevli kaslar birlikte değerlendirildiğinde, çift bacak çömelme sırasında gözler açık ve kapalı durumlar arasında kas gruplarının nEMG potansiyellerinde anlamlı farklılık bulunmadı (Tablo 3). Tek bacak çömelme sırasında ise, gözler açık durumdan kapalı duruma geçildiğinde ayak bileği dorsifleksör ve plantarfleksör kaslarının nEMG potansiyellerinde belirgin artış (p<0.05), olurken; diz ekstansörleri nEMG potansiyellerinde belirgin düşüş saptandı (p<0.05). Diz fleksörlerinin nEMG potansiyellerinde ise anlamlı bir değişiklik olmadı (Tablo 4).

Tartışma

Çalışmada tek bacak çömelme sırasında gözler açık durumdan gözler kapalı duruma geçildiğinde nEMG aktivitesinin alt bacak kaslarında (TA ve GM) arttığı, üst bacak ekstansör kaslarında ise belirgin olarak azaldığı (p<0.05) gözlemlendi. Bu bulguların ışığında çömelme sırasında görmenin engellenmesi ile kas aktivitelerinde değişim olacağı hipotezi tek bacak için doğrulanmış oldu.

Vibrasyon oluşturan bir platformda ayakta dik pozisyonda gözler açık ve kapalıyken hareket değişimleri ve kaslardaki nEMG aktivitelerini inceleyen Sammarco ve Hockenbury (8) tarafından TA ve GC kas aktivitesindeki büyüklük ve değişikliklerin gözler kapalıyken daha fazla olduğu ortaya konmuştur. Bu çalışmada ise çift bacak çömelme sırasında gözler açık ve kapalı durumda kasların aktivitesinde anlamlı farklılıklar saptanmadı. İki çalışmanın sonuçları arasındaki farkların kullanılan değişik vücut pozisyonu (dikey-çömelme) ve zeminden (vibrasyon oluşturan zemin-düz ve sert zemin) kaynaklanması olasıdır.

Fransson ve ark. (2) görmenin sert ve sünger yüzey üzerinde iki ayak üzerinde dik pozisyonda yapılan lineer vücut hareketlerine (baş, omuz, kalça ve diz bölgelerine), TA ve GC kas EMG aktivitelerine ve hareketin torkuna etkilerini araştırmıştır. Sünger zeminde kas aktivitesi ve hareket torkunun arttığı, yanıtların gözler kapalıyken daha belirgin olduğu, alt ekstremite hareketlerindeki artışın omuz ve baştakilere oranla daha fazla olduğu gösterilmiş; özellikle gözler kapalıyken TA kası EMG aktivitesi yüksek bulunmuştur. GC kası EMG aktivitesi ise sert yüzeyle karşılaştırıldığında sünger yüzeyde artmasına karşın görmeden etkilenmemiştir. Bu çalışmada ise çift bacak çömelme sırasında TA ve GC kas aktiviteleri görmeden etkilenmezken, tek bacak çömelmede ise gözler kapalı duruma geçildiğinde EMG aktiviteleri anlamlı olarak arttı.

Çalışmada anatomik anlamda diz ekstansörleri olarak VM, VL ve RF; diz fleksörleri olarak BF, ST ve SM; ayak bileği plantar fleksörler olarak GM ve GL benzer işlevdeki kas grupları olarak belirlendi. Tek bacak çömelme sırasında hem gözler açık, hem de kapalı iken VM kas aktivitesinde anlamlı artış gözlenirken RF ve VL’de istatistiksel açıdan anlamlı değişiklik olmadı. Benzer çalışmalarda çok yönlü hareketler sırasında dengenin bozulmasına kasların kasılma yanıtları ve bu yanıtların uyumu araştırılmıştır (4,6). Ön-arka hareket esnasında, insan ve kedilerde postüral kasların yanıtları genelde anatomik sinerjist kaslar ile sınırlı olup gruplama yapmak mümkünken; çok yönlü hareketler sırasında böyle bir anatomik gruplama yapmamın mümkün olmadığı veya yeterli olmadığı ifade edilmiştir (3,6). Bu farklılıkların nedenini net olarak açıklamak mümkün olmamakla birlikte; değişik hareketlerde VM, VL ve RF kaslarının işlevlerinin farklı olabileceği söylenebilir. Bulgular, vücut hareketleri sırasında harekete katılan kasların uyumunun (sinerjilerinin) onların hareket için tanımlanan anatomik uyumlarından (sinerjik kasılmalarından) farklı olabileceği görüşünü destekler niteliktedir.

Çömelme, desteksiz statik bir pozisyon olarak vücut ağırlığının ayaklar tarafından desteklenmesinin gerektiği bir ayakta durma biçimidir. Bazı benzerliklerin yanı sıra ayakta durmaktan farklı olarak, çömelmede baş-zemin mesafesi azalır ve kalça, diz ve ayak bileği fleksiyonu gerekir. Çömelmede basınç merkezini destek alanda tutmak için kas gerginliği ile vücut dengesini sağlamak önemlidir. Parmak ucu pozisyonda topuk kaldırılır ve yük metatarsofalingeal eklem başına kaydırılır ve ayaklar arasındaki açı arttırılarak denge korunmaya çalışılır (10).

Sriwarno ve ark. (12), erkek katılımcılarda beş farklı kas grubunda (RF, TA, GC, SOL ve ekstansör digitorum brevis-EDB) tam çömelme, parmak ucu çömelme ve 15° eğimde parmak ucu çömelme sırasında EMG aktivitesini ölçtüler. Pozisyon tam çömelmeden parmak ucu çömelmeye kaydırıldığında anterior kasların (RF ve TA) gücü düşmüş, kalça ve metatarsofalingeal eklem açıları artmıştır. Ayrıca, kalça eklemi fleksiyonunda kalça açısı artışı ile RF kas aktivitesi diğer çalışmalarla uyumlu olarak düşük bulunmuştur (7,8,9). Bu çalışmada hem çift bacak hem de tek bacak çömelme sırasında RF kas aktivitesi, gözler açık ve gözler kapalı pozisyonlar kıyaslandığında anlamlı değişiklik göstermedi. Benzer hareketi yaptıran kaslar değerlendirildiğinde ise, diz ekstansörleri (VM, VL ve RF) aktivitesinin çift bacakla çömelme aktivitesine kıyasla tek bacakla çömelme sırasında hem gözler açık, hem gözler kapalı iken belirgin derecede arttığı gözlendi.

Ayak bileği dorsifleksiyonu tam çömelmede en yüksek TA aktivasyonuna neden olur. Parmak ucu çömelmede topuk yükseldikçe plantar fleksiyon kasları (GA ve SOL) TA aktivitesini azaltan karşı etki yaparlar. Çalışmada çift bacak çömelme aktivitesi sırasında TA kas aktivitesi gözler açık ve gözler kapalı pozisyonlar kıyaslandığında anlamlı değişiklik göstermedi. Ancak tek bacak çömelmede kas aktivitesi gözler kapalı duruma geçildiğinde anlamlı olarak arttı.

Sonuç olarak, elde edilen bulgular ışığında, tek bacak üzerinde gözler kapalı konumda yapılan çömelmede alt bacak kaslarının (TA ve GM) postüral kontrolde diğer kaslardan daha aktif olduğu söylenebilir. Buna paralel olarak postüral kontrolün hedeflendiği rehabilitasyon çalışmalarında bu kasların özel olarak çalıştırılmasına önem verilmesi önerilebilir. Bu konu daha ileri çalışmalarla açıklığa kavuşturulmalıdır.

Kaynaklar

1. De Nunzio AM, Nardone A, Schieppati M: Head stabilization on a continuously oscillating platform: the effect of a proprioceptive disturbance on the balancing strategy. Exp Brain Res 165: 261-72, 2005.
2. Fransson PA, Gomez S, Patel M, Johansson L: Changes in multi-segmented body movements and EMG activity while standing on firm and foam support surfaces. Eur J Appl Physiol 101: 81-9, 2007.
3. Henry SM, Fung J, Horak FB: EMG responses to multidirectional surface translations. Soc Neurosci Abstr 21: 683, 1995.
4. Lacquaniti F, Soechting JF: EMG responses to load perturbations of the upper limb: effect of dynamic coupling between shoulder and elbow motion. Exp Brain Res 61: 482-96, 1986.
5. Loram ID, Maganaris CN, Lakie M: Paradoxical muscle movement in human standing. J Physiol 556: 683-9, 2004.
6. Macpherson JM: Strategies that simplify the control of quadrupedal stance. II. Electromyographic activity. J Neurophysiol 60: 218-31, 1988.
7. Nishiwaki GA, Urabe Y, Tanaka K: EMG analysis of lower extremity muscles in three different squat exercises. J Jpn Phys Ther Assoc 9: 21-6, 2006.
8. Patel M, Gomez S, Lush D, Fransson PA: Adaptation and vision change the relationship between muscle activity of the lower limbs and body movement during human balance perturbations. Clin Neurophysiol 120: 601-9, 2009.
9. Sammarco GJ, Hockenbury RT: Biomechanics of the foot and ankle. In: Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System, 3rd ed. Nordin M, Frankel VH, Eds, Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins, 2001, pp 223-55.
10. Shimizu M, Andrew PD: Effect of heel height on the foot in unilateral standing. J Phys Ther Sci 11: 95-100, 1999.
11. Soderberg GL, Knutson LM: A guide for use and interpretation of kinesiologic electromyographic data. Phys Ther 80: 485-98, 2000.
12. Sriwarno AB, Shimomura Y, Iwanaga K, Katsuura T: The relation between the changes of postural achievement, lower limb muscle activities, and balance stability in three different deep-squatting postures. J Physiol Anthropol 27: 11-7, 2008.