Intraoperative measurement of human spastic gracilis muscle isometric forces as a function of knee angle

Abstract

Spastisite artan kas gücü ve fonksiyonel haraket kısıtlamaları ile sonuçlanan nöromüskuler bır hastalıktır. Spastisite hastalığının daha iyi anlaşılabilmesi, yeni tedavi yöntemlerinin bulunması ve kullanılan tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi için kapsamlı spastik kas uzunluk-kuvvet verisinin toplanması gerekmektedir. İnsan kasi uzunluk-kuvvet karakteristiğinin direkt ölçümü kasa ulaşılabilirliğin kısıtlı olmasından dolayı bir kaç araştırma ile sınırlı kalmıştır. Bu çalışmada geliştirdiğimiz yöntem sayesinde, insan spastik grasilis kasının izometrik uzunluk (diz açısı)-kuvvet karakteristiği intraoperatif olarak literaturde ilk kez ölçülmüştür. Bütün kuvvet ölçümleri Prof. Dr. Yener Temelli ve ekibinin Istanbul Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde uyguladıkları aponörotomi ameliyatları sırasında yapılmıştır. 7 deneğin (ortalama yaş:8±4.6) spastik grasilis kası izometrik kuvveti, hedef kas maksimal şekilde uyarıldıktan sonra tenson üstü kuvvet çevirici yardımıyla, 5 farklı diz açısında (120?, 90?, 60?, 30? ve 0?) ölçülmüştür. Sonuç olarak 7 denekte ölçülen ortalama maksimal Grasilis kası kuvveti 41.19±41.07 N, ortalama optimal diz açısı ise 30±31.6? olarak belirlenmiştir. Ölçülen kuvvetler ve diz açısı-kuvvet karakteristikleri denekler arasında yüksek varyasyon göstermiştir. Deneklerin antropometrik dataları ve maksimal Grasilis kası kuvvetleri arasında bir korrelasyon bulunmamıştır. Spastik Grasilis kası diz açısının 0? ve 120? olduğu durumlarda sıfır olmayan kuvvetler üretmiş ve fonksiyonel eklem aralığının en az bu açıları kapsayacak kadar geniş olduğunu göstermiştir. Spastik Grasilis kası diz açısı-kuvvet karakteristiğinin eklem aralığında görülen patolojik durumu yansıtmadığı gözlenmiş ve bu karakteristik bir önceki çalışmada ölçülen sağlıklı hastaların Grasilis kası karakteristiklerine benzer olarak belirlenmiştir. Kas geçmişinin kas kuvveti üzerinde etkisi çoğu denekte öenmli ölçüde gösterilmiştir.

Spasticity is a neuromuscular disease which is associated with increased muscle tone, stiffness and impaired motor control and consequently functional limitations. Improved understanding of spasticity requires the collection of substantial directly measured length-force characteristics of spastic muscles. Studies including direct measurement of human muscle force are very rare due to the limited access to the muscle. With the method developed in this study, isometric length (knee angle) force characteristics of human spastic Gracilis muscle are measured intraoperatively for the first time in literature. Experimental data is collected during the surgical operations performed by Prof. Dr. Yener Temelli and his group in Istanbul University School of Medicine. In 7 subjects (average age:8±4.6), isometric muscle forces are measured by buckle force transducers at five different knee angles (of 120?, 90?, 60?, 30? and 0?). Mean peak Gracilis muscle force and mean optimal knee angles are measured to be 41.19±41.07 N and 30±31.6? respectively. Knee angle force characteristics of 7 subjects showed inter-subject variability and peak Gracilis muscle forces were not correlated with the anthropometric data of subjects. Gracilis muscle exerted non-zero force in each condition indicating that functional joint range of motion is at least as wide as from full knee extension to 120? of knee flexion. A finding of major importance is that knee angle-force characteristics of spastic Gracilis muscle are found to be not representative of the pathological condştşon occuring at the joint and are comparable with the ones obtained from healthy subjects in a previous study of our research group. Morever, the length history of muscle was shown presently to affect muscle force in most of the subjects