Investigation of Moment Carrying Characteristics of Muscles in Elbow Flexion Movement

Abstract

Determining of muscle forces bring great insight into understandingcentral nervous system as well as analyzing loads acting on the bones and the joints.Due to difficulties on measurement of muscle forces without invasivetechniques, it is necessary to develop biomechanical models to predict the muscleforces. The elbow joint is frequently used in daily life. Therefore predictingthe muscle forces and the reaction forces that are related to elbow joints arevery important issues. In this study the muscle forces and the joint reactionforces have been predicted to carry the load for flexion movement during 120o.Three flexor muscles named biceps brachii, brachialis and brachioradialis havebeen considered to carry the load. The elbow joint has been modelled as onedegree of freedom system. Because the model has one degree of freedom and itincludes three muscles as actuator, the problem is an indeterminate type. Tosolve this problem, an optimization method has been used and the results havebeen presented.

Kas kuvvetlerinin belirlenmesi kemiklere veeklemlere etkiyen yükleri analiz etmenin yanı sıra sinir sisteminin anlaşılmasıaçısından da önemli bir bakış açısı kazandırır. Kas kuvvetlerini insan vücudunahasar vermeden, doğrudan ölçmek mümkün olmadığı için bu kuvvetleri elde etmedebiyomekanik modellere ihtiyaç duyulmaktadır. Dirsek günlük hayatta en sıkkullanılan eklemlerin başında geldiği için bununla ilgili kas kuvvetlerini vereaksiyon kuvvetlerini bulmak da biyomekanik çalışmalar için önem arzetmektedir. Bu çalışmada 120o lik bükülme (flexion) hareketi boyuncabelirli bir yükü taşımak için gerekli kas aktivasyonları ve kasların momenttaşıma paylaşımları belirlenmiştir. Bunun için bükme (flexor) kas grubunda olanbiceps brachii, brachialis ve brachioradialis kasları dikkate alınmıştır.Dirsek eklemi tek serbestlik dereceli olarak modellenmiştir. Böylece model tekserbestlik derecesine sahiptir ve üç adet tahrik elemanı mevcut olduğundanproblem belirsizdir. Bu problemi çözmek için optimizasyon metodukullanılmıştır. Optimizasyon hedef fonksiyonu olarak kasların aktivasyonderecelerinin kareleri dikkate alınmıştır. Sonuç olarak kasların momentipaylaşırken her andaki moment kollarının, aktivasyon derecelerinin ve maksimumkuvvet taşıma kapasitelerinin belirleyici olduğu görülmüştür.