KURBAĞA BALDIRININ İZOMETRİK KASILMASINDA APONEVROZ VE LİF YÖNELİMİNİN KUVVET VE SAYISAL KARARLIK ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ

Bu çalışmada, kurbağa gastrocnemius (plantaris longus olarak da bilinmektedir) kasının sayısal modelini oluşturarak sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile kasılma davranışı incelenmiştir. Bu amaçla sonlu elemanlar yöntemi ile çalışan bir fiziksel gerçeklik benzetim senaryosu oluşturulmuştur. Bu senaryo dahilinde, çapraz-bağ kinetik modelini dağıtık-moment yaklaşımını kullanarak çözen sonlu elemanlar yöntemi ile oluşturulmuş kas modeli, kas üzerinde ince bir zar şeklinde bulunan aponevroz örtüsünün açısal yerleşiminin, kasılma sonucunda oluşan toplam çekme kuvveti üzerindeki etkisini incelemek üzere kullanılmıştır. Bununla birlikte, kas modelinde lif yöneliminin etkisinin incelenmesi amacıyla yönelim eksenel (sabit eksen yönünde) ve fusiform (kas geometrisini takip eden) olarak iki tipte örneklenerek üretilen çekme kuvveti ve yakınsama üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, elde edilen veriler, gerçek bir kurbağa kasından laboratuvar ortamında elde edilmiş verilerle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, aponevroz örtüsünün şeklinin ve lif yöneliminin kas modeli üzerinde üretilen çekme kuvveti ve yakınsama özellikleri bakımından ayırt edici ve önemli etkileri olduğu deneyimlenmiş, kullanılan modelin 3 boyutlu kas modellemesine uygun olabileceği görülmüştür.

Effects of Aponeurosis and Fiber Alignment on The Force and Stability During Isometric Contraction of Frog Gastrocnemius

The aim of this study is to analyze the contractile behavior of frog gastrocnemius muscle (also known as plantaris longus) via a computational model based on the finite element method (FEM). Therefore, a physical reality simulation scenario which is based on the finite element method has been generated. The finite element model developed within the scenario uses the theory of distributed-moments in order to study the effect of the angular alignment of the aponeurosis sheet covering the muscle on the total contractile force. By the way, in order to investigate the effect of fiber alignment, fibers have been typified two distinct fiber architectures, as the uniaxial and fusiform ones and the effect of different architecture type on the developed force and convergence was studied. The physical reality simulation outputs have been compared with the real frog muscle force responses that has been obtained in the laboratory condition. Results indicate that both the choice of fiber architecture as well as the aponeurosis alignment and position have important consequences in terms of the computed muscle force as well was the numerical stability of the model and the muscle model used in this work is compatible to use for three-dimensional muscle modelling.

___

  • 1. Azizi, E., Brainerd, E. L., and Roberts, T. J. (2008). Variable gearing in pennate muscles. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(5), 1745–1750. doi:10.1073/pnas.0709212105
  • 2. Cooke, R., and Holmes, K. C. (1986). The Mechanism of Muscle Contractio. Critical Reviews in Biochemistry, 21(1), 53–118. doi:10.3109/10409238609113609
  • 3. Ebashi, S., Endo, M., and Ohtsuki, I. (1969). Control of muscle contraction. Quarterly Reviews of Biophysics, 2(4), 351–384. doi:10.1017/s0033583500001190
  • 4. Gans, C., and Bock, W. J. (1965). The functional significance of muscle architecture--a theoretical analysis. Ergebnisse der Anatomie und Entwicklungsgeschichte, 38, 115–142. PMID: 5319094
  • 5. Gielen, A. W. J, (2000). A Finite Element Approach for Skeletal Muscle using a Distributed Moment Model of Contraction. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 3(3), 231–244. doi:10.1080/10255840008915267
  • 6. Gordon, A. M., Huxley, A. F., and Julian, F. J. (1966). The variation in isometric tension with sarcomere length in vertebrate muscle fibres. The Journal of Physiology, 184(1), 170–192. doi:10.1113/jphysiol.1966.sp007909
  • 7. Holzapfel, G. (2000) Nonlinear Solid Mechanics: A Continuum Approach for Engineering, Wiley.
  • 8. Holzapfel, G. A., and Ogden, R. W. (2010). Constitutive modelling of arteries. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 466(2118), 1551–1597. doi:10.1098/rspa.2010.0058
  • 9. Huijing, P. A., and Ettema, G. J. (1988). Length-force characteristics of aponeurosis in passive muscle and during isometric and slow dynamic contractions of rat gastrocnemius muscle. Acta morphologica Neerlando-Scandinavica, 26(1), 51–62. PMID:3247879
  • 10. Huijing, P.A., Woittiez, R.D. (1984) The effect of architecture on skeletal muscle performance: a simple planimetric model. Netherlands Journal of Zoology 34(1), 21–32 ISBN: 0-7360-3966-X
  • 11. Huxley, A. F. (1974). Muscular contraction. The Journal of Physiology, 243(1), 1–43. doi:10.1113/jphysiol.1974.sp010740
  • 12. Ma, S., and Zahalak, G. I. (1991). A distribution-moment model of energetics in skeletal muscle. Journal of Biomechanics, 24(1), 21–35. doi:10.1016/0021-9290(91)90323-f
  • 13. Muramatsu, T., Muraoka, T., Takeshita, D., Kawakami, Y., Hirano, Y., and Fukunaga, T. (2001). Mechanical properties of tendon and aponeurosis of human gastrocnemius muscle in vivo. Journal of Applied Physiology, 90(5), 1671–1678. doi:10.1152/jappl.2001.90.5.1671
  • 14. Ogden, R. (2013) Non-Linear Elastic Deformations, Dover Civil and Mechanical Engineering, Dover Publications
  • 15. Okyar, F., Karadag, V., Akgun, M., and Ciblak, N. (2019). Leveraging artificial neural networks to mesh frog gastrocnemius muscle from digital photography. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering: Imaging and Visualization, 8(2), 143–151. doi:10.1080/21681163.2019.1627677
  • 16. Richards, C. T. (2011). Building a robotic link between muscle dynamics and hydrodynamics. Journal of Experimental Biology, 214(14), 2381–2389. doi:10.1242/jeb.056671
  • 17. Scott, S. H., and Winter, D. A. (1991). A comparison of three muscle pennation assumptions and their effect on isometric and isotonic force. Journal of Biomechanics, 24(2), 163–167. doi:10.1016/0021-9290(91)90361-p
  • 18. Serbest, K., and Eldoğan O. (2014). Structure and biomechanics of skeletal muscle. Academic Platform Journal of Engineering and Science, 2(3), 41–51. doi:10.5505/apjes.2014.70299
  • 19. Shan, X., Otsuka, S., Yakura, T., Naito, M., Nakano, T., and Kawakami, Y. (2019). Morphological and mechanical properties of the human triceps surae aponeuroses taken from elderly cadavers: Implications for muscle-tendon interactions. PLOS ONE, 14(2), doi:10.1371/journal.pone.0211485
  • 20. A.V. Hill, The heat of shortening and the dynamic constants of muscle. (1938). Proceedings of the Royal Society of London. Series B- Biological Sciences, 126(843), 136–195. doi:10.1098/rspb.1938.0050
  • 21. Tözeren, A. (1985). Continuum rheology of muscle contraction and its application to cardiac contractility. Biophysical Journal, 47(3), 303–309. doi:10.1016/s0006-3495(85)83920-5
  • 22. University of California, (2014). FEAP-Finite Element Analysis Program. Erişim Adresi: http://www.ce.berkeley/feap. (Erişim Tarihi:10.10.2019)
  • 23. Waugh Anne, and Grant Allison, (2014) The Nervous System. Ross and Wilson Anatomy and Physiology. Elsevier, s.144-177
  • 24. Zahalak, G. I., and Ma, S.-P. (1990). Muscle Activation and Contraction: Constitutive Relations Based Directly on Cross-Bridge Kinetics. Journal of Biomechanical Engineering, 112(1), 52–62. doi:10.1115/1.2891126
Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi-Cover
  • ISSN: 2148-4147
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2002
  • Yayıncı: BURSA ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ > MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

3 BOYUTLU YAZICI İLE FARKLI RENKLERDE VE FARKLI DOLGU DESENLERİNDE ÜRETİLEN ÇEKME TEST NUMUNELERİNİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Ahmet KAYA, Şemsettin TEMİZ, Muhammed Safa KAMER, Dr. Hakan YAYKAŞLI

LASTİK TOZU KAYNAKLI KİRLİLİĞİN TOPRAK AZOT PROSESLERİNE ETKİSİ: ARITMA ÇAMURU İLE BİYOSTİMÜLASYON ÇALIŞMASI

Efsun DİNDAR

Türkiye’de Sıcaklık Değişimleri ve Trendlerin Belirlenmesi

Halil Nurullah ORUÇ, Tuğba ÇELEBİOĞLU, Mete TAYANÇ

FRP LİFİ İLE GÜÇLENDİRİLMİŞ SİLTLİ KUMUN KAYMA MUKAVEMETİNİN BÜYÜK ÖLÇEKLİ DİREKT KESME KUTUSU DENEYİ KULLANARAK BELİRLENMESİ

Pegah DADRAS, Saeid ZARDARI, Amir SHAHKAR

Harmonik Etki Altındaki Sönümlü Yapılar için Geleneksel Olmayan Ayarlı Kütle Sönümleyicinin Optimizasyonu

Onur ARAZ, VOLKAN KAHYA

SATIN ALMA FAALİYETLERİ İÇİN ANALİTİK HİYERARŞİ PROSESİ YÖNTEMİ İLE TEDARİKÇİ SEÇİMİ

VOLKAN SÖNMEZ, Gözde TANDOĞAN ÖNEY

KURBAĞA BALDIRININ İZOMETRİK KASILMASINDA APONEVROZ VE LİF YÖNELİMİNİN KUVVET VE SAYISAL KARARLIK ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ

Ali Fethi OKYAR, Şükrü Furkan TAŞDEMİR

ALÜMİNYUM DÖKÜM ALAŞIMLARINA DAİR SON YILLARDAKİ AKADEMİK VE ENDÜSTRİYEL GELİŞMELERE GENEL BAKIŞ VE DEĞERLENDİRME

Tuğçe YAĞCI, Ümit CÖCEN, Adem KORKMAZ, Osman ÇULHA

KİLLİ ZEMİNLERİN SAHAYA ÖZEL DOĞRUSAL OLMAYAN DAVRANIŞ ANALİZİNİN TBDY (2018) İLE KARŞILAŞTIRILMASI

Ersin GÜLER, Kamil B. AFACAN

PARABOLİK OLUK TİPİ GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİNİN ISIL ANALİZİ VE PARAMETRİK İNCELENMESİ

Nurullah ARSLANOĞLU, Abdulvahap YİĞİT