Araştırma Yetkinlikleri

Hayvan Deneyleri: İskelet Kası Mekaniğinin In-Situ Değerlendirilmesi - tüm kompartımandaki kasların kuvvetlerinin eşzamanlı ölçümü ile.

Bir kas kompartımanındaki tüm kasların kuvvetleri eşzamanlı olarak ölçülmektedir. Sıçan anatomisinde, extensor digitorum longus (EDL) kası hem diz hem de ayak bileği eklemlerinden geçen (biartiküler) bir yapıdadır. Bu nedenle kasın hem proksimal hem de distal bir tendonu bulunur. Her iki uçtaki kuvvetleri eşzamanlı olarak ölçerek, kasın çevre dokularla olan bağlantılarının kuvvet üretimini etkileyebildiğini gösterebiliyoruz. Bu durum, proksimal ve distal kuvvetler arasında eşitsizliğe yol açmaktadır. Dolayısıyla, kasın diz ve ayak bileği eklem mekaniği üzerindeki etki kapasitesi kas kompartımanındaki tibialis anterior (TA) ve extensor hallucis longus (EHL) gibi diğer kasların fonksiyonlarına bağlı olarak değişkenlik gösterebilmektedir. Bu bakış açısı, hareket patolojilerinin ve uygulanan tedavi sonuçlarının anlaşılmasında oldukça yardımcıdır.

Sonlu Elemanlar Modellemesi: Kas Dokusu Mekaniğinin Hesaplamalı Değerlendirilmesi - bi-domain (fiber ve ekstrasellüler matris/ECM) yaklaşımı ile.

Tüm biyolojik dokular gibi kas dokusu da hücrelerden (kas fiberleri) ve ekstrasellüler matristen (ECM) oluşur. Kas biyomekaniğinde, kas fonksiyonunun ve adaptasyonunun temelini oluşturduğu için kas fiberleri-ECM mekanik etkileşimlerini anlamak en önemli konulardan biridir. Bu mekanik etkileşimi sayısal olarak analiz edebilmek için, bu iki alanı ve aralarındaki elastik bağlantıyı dikkate alan özgün bir sonlu elemanlar kas modeli geliştirdik. "Linked Fiber-Matrix Mesh Model" olarak adlandırılan bu modeli kullanarak oldukça kaliteli birçok makale yayınladık.

Kas uzatma cerrahisi (aponeurotomy), örneğin serebral palsi hastalarında en yaygın uygulanan cerrahi tekniklerden biridir. Bu işlemde, kas gövdesi (muscle belly) üzerindeki tendon kılıfı kesilir ve eklem ekstansiyona getirilerek kasın içinde kontrollü bir yırtılma yaratılır. Amaç, eklem hareket açıklığını (ROM) artırmak ve ilgili durumlarda kas kuvvetini azaltmaktır. Geliştirdiğimiz sonlu elemanlar kas modelini (Linked Fiber-Matrix Mech Model) kullanarak bu cerrahinin çeşitli yönlerini simüle ettik. Modellemedeki temel hedeflerimizden biri, bu müdahalenin etki mekanizmasını anlamaktı. Modelleme çalışmaları, kas lifi yönündeki gerilim (strain) dağılımlarını inceleyerek, kasın müdahale bölgesinin distalindeki kısmının önemli ölçüde kısaldığını göstermektedir. Bu durum, kasın kuvvet üretiminin azalmasına neden olur. Öte yandan, kasın müdahale bölgesinin proksimalinde kalan kısmı gerinim heterojenliği (renk varyasyonu ile gösterilen) sergilemektedir. Bu da eklem hareket açıklığının artmasını sağlamaktadır. Bu mekanizmanın temel unsuru, kas içindeki sarkomer uzunluklarının değişmesiyle ilişkilidir. Sarkomerler kas kuvvetini üretir ve hareketi belirler, dolayısıyla uzunlukları bu işlev için kilit roldedir. Bu nedenle, bu durumun değerlendirilmesi son derece önemlidir.

İnsan Kaslarında İntraoperatif Deneyler: Kas Kuvveti - Eklem Açısı İlişkisinin Değerlendirilmesi.

Serebral palsili çocukların ortopedik cerrahisi sırasında, spastik kasları uyararak kas kuvvetlerini eklem açısının bir fonksiyonu olarak ölçüyoruz. Bu yaklaşım, söz konusu hastaların kısıtlı eklem hareketliliğinin altında yatan nedenlerin eşsiz bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Geliştirdiğimiz bu yöntemde özel bir kuvvet dönüştürücü (transdüser) kullanılmaktadır: Transdüser, tendona hiçbir müdahalede bulunmadan doğrudan üzerine yerleştirilir. Bu sayede, test koşullarının in vivo duruma mümkün olduğunca yakın olması sağlanır. Dolayısıyla, klinik açıdan son derece yüksek geçerliliğe sahip veriler toplanabilir.

Manyetik Rezonans & Difüzyon Tensör Görüntüleme: İnsan Kas Deformasyonunun in vivo Değerlendirilmesi. (BU-BME Medical Imaging Lab ve BU-EEE Volumetric Analysis & Visualization Group VAVlab İşbirliği ile)

Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) analizleri, insan kaslarında ve in vivo koşullarda kas fiberleri boyunca meydana gelen gerinimin (strain) hesaplanmasına olanak tanımaktadır. Bu, geliştirdiğimiz önemli bir araştırma aracıdır. İlgili görsel, medial gastrocnemius kasındaki gerinim dağılımlarını göstermektedir (kırmızı renk uzamayı, mavi renk ise kısalmayı temsil eder). Üç boyutlu olarak yeniden yapılandırılan yapılar ise kan damarları ve sinirlerdir. Bu bağlantılar, gösterilen gerinim dağılımlarında rol oynamaktadır.

İnsan Hareket Analizi (İU-İstanbul Tıp Fakültesi ile işbirliği)

Bu alanda yürütülen analizler ve çalışmalara dair detaylı bilgiye MADE in NTSP araştırma laboratuvarı sayfasından ulaşabilirsiniz.

Mekanik Testler (Doku Laboratuvarı ile işbirliği)

Histoloji (Doku Laboratuvarı ile işbirliği)

Araştırma Hatları

Yukarıda listelenen Araştırma Yetkinlikleri, özellikle kas-iskelet sistemiyle ilgili biyomekanik sorunları hem hesaplamalı hem de deneysel olarak ele almak için kombinasyonlar halinde kullanılmaktadır. Araştırma, geliştirilen yeni bakış açılarına dayanarak yürütülmektedir.

Merkezi konu, miyofasyal kuvvet (myofascial force transmission) iletimidir; yani, kas kuvvetinin mekanik olarak (i) kas fiberleri ve kas fiberlerinin tüm uzunluğu boyunca hücre dışı matrisi (ekstrasellüler matris) birbirine bağlayan yapılar ve (ii) kas gövdesi boyunca kası çevreleyen kas ve kas dışı yapıları birbirine bağlayan yapılar aracılığıyla iletilmesidir. Bu tür kuvvet iletimi sebebiyle, araştırma gruplarımız, bireysel kas fiberlerinin ve bireysel kasların mekanik olarak bağımsız varlıklar olmadığını göstermiştir. Bu, belirli bir kasın kuvvet ve hareket üretme kapasitesinin ona özgü bir özellik olmadığı anlamına gelir. Bunun yerine, bu kapasite, kasın işlev gördüğü mekanik koşullara bağlı olarak değişkendir. Bu, normal kas fonksiyonu ve patolojik kas fonksiyonu için çok sayıda sonuç doğurmaktadır. Biyomekanik Laboratuvarı, bu sonuçları incelemek ve sağlıklı ve patolojik koşullarda kas performansı ve tedavi teknikleri için yeni anlayışlar önermekle ilgilenmektedir.

Güncel olarak özellikle ilgilendiğimiz konular şunlardır:

i) Spastisite - Eklem fonksiyon bozukluğuna neden olan etkilerin mekanizmasındaki anlayışı geliştirmeyi amaçlayarak.

ii) Remedial (İyileştirici) Cerrahi - Kas uzatma ameliyatı cerrahilerde hem etkilenen kas hem de diğer kaslar üzerindeki etkilerin mekanik mekanizmasını sistematik olarak anlamak amacıyla.

iii) Botulinum Toksin enjeksiyonları - Kas kuvveti azalmasının uzunluğa bağlılığını ölçmek ve mekanizmasını anlamak amacıyla.

iv) Kinezyo Bantlama gibi terapiler - Manyetik rezonans görüntüleme analizleri kullanarak etkilerin mekanizmasını objektif ve ayrıntılı olarak anlamayı amaçlayarak.

Dr. Yücesoy'un European College of Sports Sciences Amsterdam 2014 Conference'da verdiği davetli konuşmasının kaydını izleyerek, kas kuvveti iletim mekanizmalarına ilişkin son bulgular ve kavramlar ile bunların çeşitli sonuçlarını inceleyebilirsiniz:

https://www.youtube.com/watch?v=aOFbwzlTThk&index=3&list=PL5_3zE0LicHpB9e76aX9qQuMa-mTn_In2

Haberler

XXI Congress of the International Society of Electrophysiology and Kinesiology (ISEK 2016 (http://www.isek.org/?page_id=230) 5-8 Temmuz 2016 tarihlerinde Chicago, Illinois, ABD'de düzenlenecektir.

Dr. Yücesoy, ISEK 2016'da "Spastic muscle and its treatment using botulinum toxin: new wievpoints with major implications" başlıklı bir sempozyum düzenlemektedir. Sempozyumun konuşmacıları arasında Rick Lieber, Adam Shortland, Sabrina Lee, Filiz Ateş, Rafael Fortuna ve Can A. Yücesoy yer almaktadır.

Sempozyum motivasyonu: Spastik serebral palsinin (CP) etkilerini ve botulinum toksini (BTX) ile spastisite yönetiminin etkinliğini değerlendirirken sıklıkla hastaların global hareketleri incelenmektedir. Bu objektif bir değerlendirme sunsa da, bulgular sonuçsuz veya sıklıkla tutarsız olabilir. Bu, hareket bozukluğunun tedavisinde yetersiz kontrol anlamına gelir. Bu durum kısmen serebral palsili hastaların heterojen koşullarından kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, önemli bir sorun, eklem hareketindeki engelin spesifik nedenlerinin yeterince anlaşılmamasıdır; bu nedenler, incelenen genel vücut hareketinin sonuçları tarafından gizlenebilir. Spastik kas hala hareketin motorudur. Bu nedenle, bireysel spastik kasın özelliklerinin nicelleştirilmesi ve eklem mekaniğini etkileme potansiyelinin ölçülmesi büyük önem taşımaktadır. Öte yandan, BTX'in kas mekaniği ve yapısı üzerindeki etkilerinin mekanizmasının iyi anlaşılması çok önemlidir, ancak bu konuda eksiklikler mevcuttur. Bu tedavi, pasif direnci azaltmayı, eklem hareket aralığını artırmayı ve daha dengeli bir kas kuvveti oluşturmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, tedavi edilen kasın sertliğinin, pasif kuvvetinin, aktif kuvvet üretiminin uzunluk aralığının ve aktif kuvvet azaltma mekanizmasının özel olarak test edilmesi esastır. Bu sempozyum bu konuları ele alacaktır. Sempozyumun temel amaçları şunlardır: (1) Önemli veriler göstererek anlayışımızdaki belirtilen boşluklara ışık tutmak, (2) konuşmacılar arasında farklı görüşleri ele almak için bir platform sağlamak ve (3) kasla ilgili spesifik bulguları birleştirmek.

Bu sempozyumda konuşmacılar, yukarıda açıklanan motiflere dayanarak spastik kas ve BTX ile tedavisi üzerine doğrudan araştırma sorularıyla ilgilenmiş ve önemli bulgular ortaya koyarak, büyük sonuçlar doğuracak yeni bakış açılarına yol açmışlardır. Araştırmaları, klinik değerlendirmelere ek olarak, spastik kasların kuvvetlerini doğrudan eklem açısının bir fonksiyonu olarak ölçmek için serebral palsili hastalarda intraoperatif deneyler, yapısal kas dokusu adaptasyonlarını ve değişen sertliği belirlemek için ultrason teknikleri, BTX'in kas fonksiyonu ve yapısı üzerindeki etkilerini özel olarak ölçmek için hayvan deneyleri ve BTX'in kas mekaniği üzerindeki etkilerinin mekanizmasını karakterize etmek için matematiksel modelleme dahil olmak üzere çeşitli metodolojileri içermektedir.

İletişim