T.C.
SELÇUK ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
DEEYSEL TİP I DİYABETİ SIÇA PERİFERİK SİİRLERİ
ÜZERİE ETKİSİİ UMERİK AALİZ YÖTEMLERİ İLE
İCELEMESİ
Seçkin TUCER
YÜKSEK LİSAS TEZİ
BİYOFİZİK ANABİLİM DALI
Danışman
Doç. Dr. Nizamettin DALKILIÇ
T.C.
SELÇUK ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
DEEYSEL TİP I DİYABETİ SIÇA PERİFERİK SİİRLERİ
ÜZERİE ETKİSİİ UMERİK AALİZ YÖTEMLERİ İLE
İCELEMESİ
Seçkin TUNCER
YÜKSEK LİSAS TEZİ
BİYOFİZİK ANABİLİM DALI
Danışman
Doç. Dr. Nizamettin DALKILIÇ
Bu proje Selçuk Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından 07202012 proje numarası ile desteklenmiştir.
ÖSÖZ
Yüksek lisans tezimin danışmanlığını üstlenen ve tezin her aşamasında bilgi ve yardımlarını esirgemeyen sayın Doç. Dr. Nizamettin Dalkılıç’a, çalışmalarım sırasında fikirleriyle ve yaptıklarıyla her aşamada yardımcı olan sayın Yard. Doç. Dr. Murat Ayaz’a teşekkür ederim.
Tez çalışmalarım süresince her türlü desteğini hissettiren Anabilim Dalı Başkanımız sayın Prof. Dr. İlhami Demirel’e teşekkür ederim.
Çalışmalarım boyunca manevi desteğini esirgemeyen annem Gülten Tuncer’e ve gösterdiği anlayıştan ötürü Gülcan Kayacan’a teşekkür ederim.
Seçkin Tuncer Temmuz 2008
İÇİDEKİLER
1. GİRİŞ 1
1.1. Sinir Sistemi 1
1.1.1. Periferal Sinir Sistemi 1
1.1.2. Sinir Sisteminde Bilginin İletilmesi 2
1.2. Sinir Hücresinin Yapısı 3
1.3. Hücre Zarı 4
1.4. İyon Kanalları 5
1.5. Membran Potansiyelinin Korunması ve Aksiyon Potansiyeli Oluşumu 7
1.6. Sinir İletimine Etkili Faktörler 11
1.7. Hücre Zarının Elektriksel Özellikleri 11
1.8. Bileşik Aksiyon Potansiyeli (BAP) 16
1.9. Bileşik Aksiyon Potansiyeli, Tek lif Aksiyon Potansiyeli İlişkisi 18
1.10. Bileşik Aksiyon Potansiyelinin Kaydedilmesi 21
1.10.1. Ekstraselüler Kayıt Yöntemi 21
1.10.2. “Suction” Yöntemi 22
1.11. Diyabet 23
1.11.1. Deneysel Diyabet 26
1.12. Diyabetik Nöropati 28
1.12.1. Deneysel Diyabetik Nöropati 29
1.13. Amaç 31
2. GEREÇ VE YÖNTEM 33
2.1. Deneysel diyabet modeli 33
2.2. Deneylerde kullanılan araçlar 34
2.2.1. Özel perfüze organ banyosu 34
2.2.2. Suction elektrodu 35
2.2.3. Stimülatör ve Stimulus İzolasyon Ünitesi 35
2.2.4. Amplifikatör 36
2.2.5. Veri Kayıt Elemanları 36
2.2.6. Sıcaklık kontrol elemanları 36
2.2.7. Kimyasallar ve çözeltiler 37
2.3. Deney düzeneği 37
2.4. Deneylerde Kullanılan Yöntem 40
2.4.1. Siyatik Sinir İzolasyonu 40
2.4.1. Elektrofizyolojik Kayıt Yöntemi 40
2.5. Bileşik Aksiyon Potansiyellerinden Sinir İletimi Hız Dağılımlarının
Belirlenmesi İçin Kullanılan Analiz Yöntemi 41
2.6. İstatistiksel Analizler 45
3. BULGULAR 47
3.1. Genel Bulgular 47
3.2. Sinirin Uyarılabilirliği İle İlgili Bulgular 48
3.3. Deney gruplarına ait bileşik aksiyon potansiyelleri (BAP) üzerinden
3.4. Deney gruplarına ait BAP türevlerinin uyaran uzaklığıyla değişimi
ile ilgili bulgular 59
3.5. Deney gruplarına ait sinir iletimi hız dağılımları (SİHD) ile ilgili bulgular 62
4. TARTIŞMA 70 5. SONUÇ VE ÖNERİLER 77 6. KAYNAKLAR 79 7. ÖZET 85 8. SUMMARY 86 9. ÖZGEÇMİŞ 87
SİMGELER VE KISALTMALAR
AP Aksiyon potansiyeli
ATP Adenozin trifosfat
BAP Bileşik aksiyon potansiyeli
cm Zarın birim uzunluk başına sığası (F/m)
d Lif çapı (µm)
IDDM İnsüline bağlı diyabetes mellitus
MD Bileşik aksiyon potansiyelinin tepe değeri (mV)
MSS Merkezi sinir sistemi
NAD Nikotinamid dinükleotid
NIDDM İnsüline bağlı olmayan diyabetes mellitus
SİHD Sinir iletimi hız dağılımı
STZ Streptozotosin
T Sıcaklık (oC)
TLAP Tek lif aksiyon potansiyeli
VBAP Latans kullanılarak hesaplanan sinir iletim hızı
VMD Stimulus artefaktından maksiumum depolarizasyona kadar süre
kullanılarak hesaplanan sinir iletim hızı
w Olasılık yoğunluk sabiti
λ Uzay sabiti (m)
1. GİRİŞ
1.1 Sinir Sistemi
Sinir sistemi “nöron” adı verilen hücrelerden oluşan oldukça özelleşmiş bir iletişim ağı olarak tanımlanmaktadır. Sinir sistemi, vücut içerisinde bilginin bir yerden başka bir yere iletilmesinde temel rolü üstlenmektedir. Bilgi iletilmesinin yanında sinir sistemi elemanları ile elde edilen bilginin işlenmesi ve karmaşık davranışların kontrol edilebilmesi için gerekli cevapların oluşturulması da yine sinir sistemi tarafından gerçekleştirilmektedir. Sinir sistemi temel olarak iki bölüme indirgenerek incelenmektedir; merkezi sinir sistemi (MSS) ve periferal sinir sistemi (PSS).
1.1.1. Periferal Sinir Sistemi
Periferal sinir sistemi merkezi sinir sistemi tarafından oluşturulan sinyalleri effektör organlara iletir veya periferal duyu sinirlerinden gelen sinyalleri merkezi sinir sistemine iletir.
Periferik sinirler fonksiyonel yönden somatik ve otonom sinirler olarak iki alt grupta incelenir. Somatik sinirler istemli kontrol edilebilen organlarla bilgi alışverişini sağlarken, otonom sinirler istemsiz çalışan doku veya organlarla sinyal alış verişini sağlar.
İletim yönü bakımından ise duyusal ve motor sinirler olarak iki tipi vardır. Duyusal sinirler, periferden topladıkları bilgiyi merkezi sinir sistemine iletirken, motor sinirler ise merkezi sinir sistemi tarafından oluşturulan yanıt sinyalleri effektör organlara iletirler (Lagasse ve ark 2007).
Periferal sinir sisteminin bir parçası olan siyatik sinir, L4 ve L6 spinal segmentlerinden ayrılır. Ardından iki dala ayrılan siyatik sinirin tibial kısmından ayrılan dallarından biri tibiale, diğeri ise sural sinire uzanır. Peroneal kısımdan ise yine iki dala ayrılır. Bunlardan biri peroneal sinire uzanırken diğeri deriye
oluşur. Bunun %6’sı miyelinli motor aksonlar, %23’ü miyelinli ve %48’i miyelinsiz olmak üzere %71 sensor aksonlar ve %23’ü ise miyelinsiz sempatik aksonlardır (Schmalbruch 1986).
1.1.2. Sinir Sisteminde Bilginin İletilmesi
Sinir sisteminde bilgi iletiminin temelini, hücrenin içi ile dışı arasındaki mevcut potansiyel farkının (membran potansiyeli) gecici olarak değişmesi ve bu değişikliğin hücre zarı boyunca yayılması oluşturur. Membran potansiyeldeki bu geçici değişim aksiyon potansiyeli (AP) olarak adlandırılır. Uyarılma sonucunda membran potansiyeli kritik bir değeri aşarsa, zar aksiyon potansiyeli tetiklenmek üzere depolarize olur.
Dış çevrenin algılanmasında reseptör sinir hücreleri rol oynar. Reseptör hücrelerinde oluşan reseptör potansiyeli aksiyon potansiyelinin oluşumunu tetikler, oluşan AP ler duyu sinirleri tarafından merkezi sinir sistemine ulaştırılır. Burada bu sinyaller işlenip yorumlanır ve ardından gerekli yanıtlar oluşturulur. Oluşturulan bu yanıtlar yine aksiyon potansiyeli dizileri şeklinde motor sinirler tarafından effektör organa iletilirler ve hedeflenen davranış gerçekleştirilir.
Uyarılabilir hücrelerin elektriksel özellikleri ilk olarak 1791-1797 yılları arasında bu konu ile ilgilenmiş olan Luigi Galvani tarafından disseke bir kurbağa üzerinde çalışırken şans eseri keşfedilmiştir (Piccolino 1997). Ardından Alessandro Volta, uyarılabilir dokular üzerinde yaptığı çalışmalarda doğru akım uygulamasıyla da fizyolojik yanıtlar alınabildiğini göstermiştir (Piccolino 2000). 19. yüzyılın başlarında sinir iletim hızı ölçülebilmeye başlanmış, sinir sisteminin sinir hücrelerinden oluştuğu 1906 yılında ilk olarak Camillo Golgi ve Santiago Ramón y Cajal tarafından gösterilmiş ve bu çalışma Fizyoloji alanında Nobel Ödülü’ne layık görülmüştür. 20. yüzyıl elektrofizyolojinin dönüm noktası olarak kabul edilmektedir. 1902’de Bernstein, sinir hücre zarının bazı iyonlara karşı geçirgenliğinde değişim meydana gelebileceği fikrini ortaya atmıştır (Bernstein 1902). Hodgkin ve Katz 1949 yılında bu hipotezi geliştirerek hücre membranının her bir iyona farklı geçirgenlik özelliği gösterdiğini belirtmişler ve aksiyon potansiyeli oluşumunda zarın sodyum
(Na+) iyonlarına geçirgenliğindeki artışın rol oynadığını göstermişlerdir (Hodgkin ve Katz 1949).
Voltaj ve zaman bağımlı olarak Na+ ve K+ iyonlarına hücre zarı geçirgenliğinin değişebileceğini ve aksiyon potansiyelinin oluşumunun bu değişime bağlı olduğunu ilk olarak Hodgkin ve Huxley 1952 yılında “voltage clamp” tekniğini kullanarak göstermişlerdir (Hodgkin ve Huxley 1952).
1.2. Sinir Hücresinin Yapısı
Sinir sistemini oluşturan sinir hücreleri, diğer dokuları oluşturan hücrelerden hem fonksiyonel hem de anatomik olarak oldukça önemli farklılıklara sahiptir. Nöronun anatomik yapısı ilk olarak 20. yüzyılın başında Ramón y Cajal tarafından çizilmiş, sinir hücrelerinin birbirine özel boşluklarla bağlı olabileceği ileri sürülmüştür (López-Muñoz ve ark 2006).
Sinir hücreleri polarize bir yapıya sahiptir. Hücrenin farklı bölgelerinde farklı hücresel fonksiyonlar gerçekleştirilir. Sinirin bu yapısal özelliği, elektriksel sinyallerin oluşumuna ve iletilmesine büyük katkı sağlamaktadır. Nöronlar temel olarak; hücre gövdesi (soma), terminaller (dendirtler) ve akson olmak üzere üç fonksiyonel birimden oluşur.
Hücre gövdesi, tüm hücrenin toplam hacminin onda biri kadar hacme sahip olmasına rağmen nükleusu ve RNA ile protein sentezi için gerekli olan organelleri içerir. Hücrenin geriye kalan kısmını ise akson ve dendritler oluşturur. Aksonların uzunluğu 1’mm den 1 m’ye kadar olabilir. Çoğu akson Schwann hücrelerinden oluşmuş miyelin kılıf ile sarılıdır. Aksonlar elektriksel impulsları somadan alıp sinir son uçlara kadar iletirler. Miyelin kılıfları belirli aralıklarla kesintiye uğrarlar ve bölgeler Ranvier nodları olarak adlandırılır. Bazı aksonlarda ise myelin kılıfı bulunmaz. Akson başlangıç segmenti (axon hillock) olarak adlandırılan bölge ile gövde ve akson fonksiyonel olarak birbirinden ayrılır. Dendritler ise diğer nöronlardan sinaptik aktarım için özelleşmiş yapılardır (Şekil 1.1) (Kandel 2000).
1.3. Hücre Zarı
Tüm diğer hücreler gibi sinir hücre zarı da yaklaşık 6-8 nm kalınlıkta ve çift tabakalı fosfolipidler ve proteinlerden oluşan mozaik yapısındadır (Singer ve Nicolson 1972). İyon kanallarını oluşturan integral proteinler bu lipid çift tabaka içerisine asimetrik olarak gömülü bulunurlar. (Şekil 1.2) Membranı oluşturan fosfolipidlerin kuyruk kısımları hidrofobik özellik taşımasına karşın, hücre içinde ve dışında yer alan baş bölgeleri hidrofilik özellik taşır.
1.4. İyon Kanalları
Hücre zarını oluşturan lipidler hidrofobiktir. Buna karşın hücre içinde ve dışında bulunan iyonlar ise hidrofiliktir. Su molekülü, net yükünün sıfır olmasına rağmen dipolar yapıda olması sebebiyle iyonlarla etkileşim kurmaya yatkındır. Katyonlar su molekülündeki oksijenle etkileşmek isterken, anyonlar ise hidrojen atomları ile etkileşime girmeye çalışır. Bunun doğal bir sonucu olarak su molekülleri iyonların etrafını sarar. Bu olay hidrasyon olarak adlandırılırken, bağlanan su molekülü sayısına hidrasyon sayısı denir. Bu durumdaki bir iyonun etkin yarıçapı artar ve hücre zarını oluşturan lipid çift tabakadan geçemez. Bu nedenle iyonların hücre içine girişi ve çıkışı sadece “iyon kanalları” denilen hücre zarı üzerinde bulunan özelleşmiş yapıdaki sulu gözeneklerden gerçekleşir. Bu gözenekler belirli aminoasit dizilimine sahip integral zar proteinleridir. Bu proteinler hücre zarına gömülü, zara sıkıca yapışmış ve mozaik biçiminde serpiştirilmiş olarak bulunurlar (Şekil 1.2).
Hodgkin - Huxley 1952 yılında, sodyum ve potasyum iyonlarının zardan geçişiyle ilgili matematiksel koşullar tanımlamışlardır. Zarın iyonik geçirgenliğindeki değişimlerin, yüklü parçacıkların zarın bir tarafından diğer tarafına hareketiyle ilişkili olabileceğini düşünmüşler, fakat bu yük hareketini tam olarak ölçememişlerdir. Hogdkin ve Richard Kaynes 1955’te sinir liflerinin potasyum geçirgenliği üzerine çalışmalar yapmışlar, radyoaktif işaretli potasyum iyonları kullanarak bu iyonların zarı özelleşmiş kanallar aracılığı ile geçtiğini göstermişlerdir. 1960’lı yıllarda ise bazı kimyasalların bu kanalların geçirgenliğini bloke ettiği görülmüş, bu sayede sodyum ve potasyum iyonlarına geçiren kanalların farklı kanallar olduğu keşfedilmiştir. Bunları takiben 1970’li yıllarda Bertil Hille iyon kanallarının farklı büyüklüklerdeki iyonlara olan geçirgenliklerini ölçmüş, her bir iyonun kendi büyüklüğüne uygun kanaldan geçebileceğini ortaya koymuştur.
Neher – Sakmann’ın 1976 yılında elektrofizyolojinin dönüm noktası kabul edilen “patch clamp” tekniğini keşfetmeleriyle birlikte iyon kanallarının özellikleri çok daha iyi anlaşılmaya başlamıştır. Bu teknikle, uç çapı µm’ler boyutunda inceltierek ve içi uygun çözelti ile doldurularak yapılmış bir cam mikroeletrot hücre
olarak uygun düzenekle istenilen değere kenetlenmekte, bu sırada zardan geçen akımlar gözlenebilmektedir. (Neher ve Sakmann 1992).
Geçmişten günümüze dek yapılan bu çalışmaların ışığında artık birçok farklı özellikte iyon kanalının bulunduğu bilinmektedir. Hücre zarında kapılı (aktif) yani belirli faktörlerin etkisinde açılan ya da kapanan kanallarla birlikte kapısız (pasif) yani sürekli olarak açık bulunan kanallar da bulunmaktadır. İyon kanalları genellikle iyon seçiciliklerine ve açılma özelliklerine göre sınıflandırılmaktadır. Voltaj bağımlı olarak açılan iyon kanalları hücre zarının içi ile dışı arasındaki potansiyel farkı değişimlerine göre açılıp kapanırken, ligand bağımlı iyon kanalları ise direkt olarak nörotransmitterler tarafından aktive olur. Bir diğer tip kapılı iyon kanalının ise açılma olasılığı mekanik etkilere bağlıdır. Kapılı iyon kanalları iki durumda bulunabilir; açık ve kapalı. Nöronların aksonlarında voltaj bağımlı olarak çalışan iki ana tip iyon kanalı bulunmaktadır; sodyum kanalları ve potasyum kanalları. Nöron terminallerinde voltaj bağımlı kalsiyum kanalları da bulunabilir.
Sodyum kanalları negatif yüklü aminoasit rezidüleri sayesinde Na+ iyonlarına özel seçici geçirgenliğe sahiptir. Açık konumdayken 0,3 x 0,5 nm genişliğe sahip kanaldan etrafı su molekülleri ile sarılı Na+ iyonları rahatlıkla geçebilmektedir (Pehlivan 1997). Etkin yarıçapı daha küçük olmasına rağmen K+ iyonları bu kanaldan geçemez. Kanalın voltaj bağımlı olarak açılması, S4 adı verilen bölgedeki pozitif yüklü aminoasitler sayesinde meydana gelmektedir. Membran potansiyelinde değişiklik meydana geldiğinde bu voltaj sensörüündeki aminoasitler ekstraselüler tarafa doğru kayarak iyonun geçebileceği genişlikte por meydana getirir. Bu kanallar, aksiyon potansiyelinin oluşturulmasında oldukça önemli role sahiptir. Aksiyon potansiyelinin yükseliş fazındaki depolarizasyon, Na+ kanallarının açılarak hücre içine Na+ iyonlarının girişi ile gerçekleşir.
Uyarılabilen hücrelere ait zarlarda farklı tiplerde potasyum kanalları bulunabilirken, aksonlarda yalnızca voltaj duyarlı çalışan potasyum kanalları bulunmaktadır. Yalnızca K+ iyonu için seçici geçirgen özelliğe sahip olan bu kanalların protein alt ünitelerinde, membran potansiyelindeki değişimle bağlantılı olarak bir konformasyonel değişiklik meydana gelmekte ve bu sayede kanal açık konuma geçmektedir (Lee 2005). Aksonlardaki K+ kanalları membran
potansiyelindeki değişime geç yanıt verdikleri için “gecikmiş doğrultucu” kanallar da denilmektedir. Açık konumdayken 0,3 x 0,3 nm genişliğe sahip kanaldan K+ iyonları rahatlıkla geçebilmektedir. Bu kanallar, depolarizasyonun ardından yavaş aktive olup açılarak aksoplazmadan dışarı K+ iyonu çıkışını sağlarlar ve aksiyon potansiyelinin repolarizasyon fazında rol oynarlar.
1.5. Membran Potansiyelinin Korunması ve Aksiyon Potansiyeli Oluşumu
Lipid çift tabaka yapısındaki hücre zarı yapısal bileşenlerinden dolayı yalıtkan bir özelliğe sahiptir. Bu özelliği sebebiyle hücre içini ve dışını hem elektriksel hem de kimyasal olarak farklı iki ayrı kompartımana ayırır. Nöron hücre zarlarının etrafı negatif ve pozitif yüklü iyonların oluşturduğu bir yük tabakası ile çevrilidir. Dinlenim durumunda hücre içi tarafında negatif iyonlar yoğunken, hücre dışı tarafında ise pozitif yüklü iyonlar daha fazladır. Bu yük dağılımı hücre zarının dinlenim durumunda iyon geçişlerine izin vermemesi sayesinde korunmaktadır. Kanallardan sızıntı şeklinde geçen iyonlar ise pompalar ile geri atılarak iç ve dış iyon konsantrasyonları sabit tutulmaktadır. Bu yük dağılımı sebebiyle hücrenin içi ile dışı arasında “membran potansiyeli” adı verilen bir potansiyel fark meydana gelmektedir. Membran potansiyeli tanım gereği;
Vm = Viç – Vdış
şeklinde ifade edilmektedir. Konvansiyonel olarak hücre dışı referans seçilerek yapılan ölçümlerde dinlenim zar potansiyeli nöronlar için -60 ile -70 mV civarındadır.
Hücre zarının içi ile dışı arasındaki potansiyel farkın ölçülebilmesi için kullanılan yöntemler 1940’lı yıllarda keşfedilmiştir. Ucu hücre içine en az zararla girebilecek kadar (<1 µm) inceltilmiş cam pipetlerin içerisi hücreiçi (intraselüler) sıvı ile izotonik konsantrasyondaki 3 M KCl çözeltisi ile doldurularak elde edilen mikroelektrotlar kullanılmaktadır. Mikroelektrot, pipet içerisine daldırılan klor (Cl) kaplı gümüş (Ag) bir tel aracılığı ile önce bir amplifikatöre ardından osiloskopa bağlanır. Biri referans diğeri aktif elektrot olarak seçilen elektrotlardan, aktif olan
yapıldığında -60 ile -70 mV civarında bir negatif potansiyel fark ölçülür. Bu potansiyel fark dinlenim zar potansiyelidir. Uygun bir uyaran ile bu dinlenim zar potansiyeli aksiyon potansiyeli tetiklenmek üzere pozitif yönde bozulur, aksiyon potansiyeli ile birlikte membran potansiyeli değeri +40 mV ile +60 mV değerlerine kadar ulaşabilir.
Hücre zarı içinde ve dışında dağılmış temel olarak dört tip iyon bulunur. Bunlardan Na+ ve Cl- hücre dışında yoğunken, K+ ve organik anyonlar (A- ) ise hücre içinde daha yüksek yoğunluktadır. Sinir hücrelerinde, hücre dışında; Na+ 145, K+, 4,1, Cl-, 118 µmol/cm3 yoğunluğa sahipken hücre içinde; Na+ 12, K+, 150, Cl-, 3,9 µmol/cm3 yoğunluğa sahiptir.
Dinlenim zar potansiyelinin değeri hücre içi ve dışındaki iyonların konsantrasyonlarınca belirlenir. Hücre zarı tarafından ayrılan hücre içi ve dışında tek bir iyonun dengede olabilmesi için mol başına Gibbs serbest enerjilerinin eşit olması gerekir,
Giiç = Gidış
Bir iyonun Gibbs serbest enerjisi, o iyonun iyon değerliğine (zi), elektriksel
mobilitesine (µi), difüzyon katsayısına (Di) ve mutlak sıcaklığa (T) bağlıdır. Bir iyon
için denge potansiyeli hücre içindeki ve dışındaki Gibbs serbest enerjilerinin eşit olduğu düşünülerek; iç i dis i i dis iç m C C F z RT V V E = − = ln
şeklinde hesaplanır. Bu denklem Nernst denge denklemi olarak da adlandırılır. Denklemde, F: Faraday sabitini, R: genel gaz sabitini, ci: iyonun konsantrasyonunu
ve T ise Kelvin cinsinden sıcaklığı göstermektedir (Pehlivan 1997).
Sinir hücreleri için Nernst denge denklemi kullanılarak her bir iyon için denge potansiyeli hesaplandığında ENa=+55 mV, EK=-75 mV, ECl=-90 mV olarak
bulunur. Bu değerlere bakıldığında dinlenim durumunda Cl- iyonları dengedeyken, diğer iyonların dengede olmadığı görülmektedir. Na+ iyonunun denge potansiyeli çok daha pozitif bir değere sahip olduğundan bu iyonlar elektrokimyasal gradyent etkisinde hücre içine girme eğilimindedir. Fakat dinlenim durumunda açık sodyum kanalı bulunma olasılığı çok düşük olduğundan hücre içine Na+ iyon girişi oldukça azdır (Guyton 2005). K+ iyonları için elektrokimyasal gradyent ise içten dışa doğrudur ve bu gradyent K+ iyonlarını içten dışa geçişe zorlar. Dinlenimde zarın K+ iyonuna geçirgenliği yüksek olduğundan dinlenim membran potansiyeli K+ denge potansiyeline daha yakındır. Hücre zarında pasif Cl- kanalları bulunduğundan bu iyon her iki tarafa da rahatça geçebilmektedir, bu nedenle Cl iyonları dengededir. Tüm bu iyon geçişlerine karşın dinlenim zar potansiyelinin dengede tutulması Na – K pompasının enerji (ATP) harcayarak bu iyonları hücre içine ve dışına pompalaması ile sağlanır.
Birden fazla iyona geçirgen bir zarda, zar potansiyeli her iyonun iç ve dış ortamlardaki konsantrasyonları ve zarın her bir iyona olan geçirgenlikleri (Pi)
tarafından belirlenir. Zar potansiyeli Goldman-Hodgkin-Katz eşitliğine göre,
dis -Cl iç Na iç K iç -Cl dis Na dis K dis iç m
]
[Cl
P
]
[Na
P
]
[K
P
]
[Cl
P
]
[Na
P
]
[K
P
ln
V
-V
E
+
+
+
+
=
+ + + +F
z
RT
işeklinde verilir. Zarın bir cins iyona geçirgenliği diğerleri yanında çok büyük ise, bu denklem Nernst denge denklemine indirgenir. Bu eşitliğe göre zar potansiyeli, konsantrasyonları yüksek ve zarın iyi geçirgen olduğu iyon veya iyonların denge potansiyeli yakınlarında bulunur (Pehlivan 1997)
Dinlenim durumundaki bir nörona uygun bir uyaran uygulandığında zar potansiyeli dinlenim durumundan daha pozitif değerlere kayar ve zar depolarize olur. Depolarizasyonla birlikte voltaj bağımlı olarak çalışan sodyum kanalları açılır ve hücre içerisine Na+ iyonu girişi olur. Hücre içine katyon girişi ile hücre daha fazla depolarize olur. Eğer bu depolarizasyon eşik adı verilen kritik bir değere ulaşırsa nöronun o bölgesinde aksiyon potansiyeli başlar. Aksiyon potansiyeli, hücre zarında kendi kendini doğuran pozitif geribeslemeli bir sürecin (Hodgkin çevrimi)
gelişmesinin bir sonucudur. Bu süreçte, hücre içerisine Na+ girişi hücrenin daha fazla depolarizasyonuna, hücre depolarizasyonu ise daha fazla Na kanalının açılmasına neden olur. Böylece bu pozitif geribeslemeli süreç zar potansiyeli hızlı bir şekilde Na denge potansiyeline (+55 mV) doğru yaklaştırır. Fakat bu sırada potasyum kanalların da aktive olmasıyla hücre dışına K+ iyonu akışı başladığından bu depolarizasyon +55 mV değerine ulaşamaz (Guyton 2005).
Şekil 1.3. Mürekkep balığı dev aksonundan elde edilen bir aksiyon potansiyeli ve eşzamanlı açılan sodyum ve potasyum kanal sayısı değişimi (Kandel 2000)
Depolarizasyon sürmesine rağmen Na+ kanalları inaktive olmaya başlaması ile açık Na kanal sayısı azalmasını sürdürürken bir yandan da gecikmiş voltaj bağımlı K+ kanalları açılarak hücre zarının yeniden repolarizasyon yönünde değişmesine neden olur. Bu repolarizasyon zar potansiyelini (Em) yeniden negatif
değerlere çeker. K kanallarının inaktivasyonu yine gecikmeli olduğundan zar potansiyeli dinlenim zar potansiyelinden daha da negatif değerlere kayar ve zar hiper polarize olur. Gecikmeli de olsa K kanalları da inaktive olur ve zar potansiyeli aktif Na – K pompalarının da yardımıyla zar yeniden dinlenim değerine döner (Şekil 1.3). (Kandel 2000). Bu şekilde oluşan aksiyon potansiyeli nöronların aksonları boyunca kendiliğinden yayılırlar.
1.6. Sinir İletimine Etkili Faktörler
Sinir lifinin herhangi bir noktasından verilen uyarana yanıt olarak oluşturulan aksiyon potansiyeli “ya hep ya hiç” özelliğinde bir otodalga olarak akson boyunca yayılır. Aksiyon potansiyelinin akson boyunca yayılma hızı birtakım yapısal ve çevresel özelliklere bağlıdır. Bu özelliklerden bazıları;
1. Kolay uyarılabilir özellikteki lifler aksiyon potansiyellerini daha hızlı iletirler. 2. Akson zarının üzerinde yer alan sodyum kanallarının zardaki yoğunluğunun
fazla olması birim zamanda açılan kanal sayısını da artıracağından iletim hızını artıracaktır.
3. Hücre sitoplazmasının direncinin az olması yani öz iletkenliğinin fazla olması iletim hızını artırır.
4. Miyelin kılıfının kalınlığı iletim hızını etkileyen faktörlerdendir. Miyelin kılıfın varlığı zar kapasitansını azaltır. Hücre zarının kapasitansı (Cm) ne
kadar küçük olursa iletim o kadar hızlı gerçekleşir.
5. Aksonun çapının büyük olması iletim hızını artırır. Miyelinli aksonlarda iletim hızı, yarıçap ile doğru orantılıyken, miyelinsizlerde yarıçapın karekökü ile doğru orantılıdır.
6. Sıcaklık arttıkça iletim hızı artmaktadır.
(Pehlivan 1997, Kandel 2000, Vaslescu ve Margineanu 1982).
1.7. Hücre Zarının Elektriksel Özellikleri
Sinir liflerinde hücre zarı boyunca elektriksel uyartıların pasif olarak yayılmasını en iyi açıklayan teori “kablo teorisi” olarak bilinen teoridir (Hodgkin ve Rushton 1946). Modelde pasif sözcüğü elektronikteki anlamı ile kullanılmıştır ve potansiyel değişimi ile devre elemanlarının değişmediği varsayılmaktadır. Kablo teorisine göre akson veya dendritler Şekil 1.4’deki gibi bir elektriksel devre ile temsil edilmektedir.
Şekil 1.4. Akson zarına karşılık gelen elektriksel eşdeğer devre şeması. rm , hücre
zarının birim uzunluk başına direnci (Ω/m) ; Cm , hücre zarının birim uzunluk başına
sığası (F/m); ri , aksoplazmanın birim uzunluk başına direnci (Ω/m); ro , hücrelerarası
ortamın birim uzunluk başına direnci (Ω/m) (Herz ve ark 2006).
Pasif zar modelinde aksonlar ve dendritler birer silindirik yapı olarak ele alınırlar. Bu silindirik yapıyı oluşturan hücre zarının her bir birim uzunluğu birbirine paralel bağlanmış bir kondansatör (Cm) ve bir direnç (rm) devresi segmentlerinin birleşimi ile
oluşturulur. Sinir lifinin pasif elektriksel özelliklerini aynı zamanda aksoplazma direnci ve hücrelerarası ortam direnci de belirler. Bu özellikler yapının pasif özellikleri olup, sinyal iletimi üzerinde oldukça büyük etkiye sahiptir.
Pasif zar elektriksel eşdeğer devresinin bir noktasından akım geçirilmek istenilirse, direnç bağlı bir kondansatörün dolup boşalması şeklinde bir kapasitif akım meydana gelir. Bu akım geçişi, devrenin iki ucu arasında bir potansiyel fark değişimine sebep olur. Başka bir deyişle, devreden akım geçişi sadece devrenin uçları arasında potansiyel fark değişimi gerçekleştiği sürece olur. Bu devrede herhangi bir an için geçen akım;
bağıntısı kullanılarak hesaplanabilir. Eğer bu devreye belirli bir süreliğine dikdörtgen biçimli bir akım pulsu uygulanırsa devrenin iki ucu arasındaki potansiyel farkın zamanla değişimi;
bağıntısına göre üssel olarak gerçekleşmektedir. Buradaki τ, “zaman sabiti” dir ve dolma sırasında potansiyelin dolması gereken maksimum değerin 1/e’sine (%63)
Im =
Vo
rm
ulaşması için, boşalırken ise maksimum değerin 1/e’sine (%37) sine düşmesi gereken süre olarak tanımlanır ve
bağıntısı ile verilir.
Zaman sabiti sinaptik potansiyellerin oluşmasında ve tamamlanmasında oldukça etkilidir. Zar zaman sabiti ne kadar büyük olursa sinaptik potansiyel o kadar büyük olur. Postsinaptik potansiyeller tek başlarına aksiyon potansiyellerini tetikleyemezken, tüm sinaptik potansiyeller toplanarak (temporal summasyon) bir aksiyon potansiyelinin oluşumunu tetikleyebilir. Zar zaman sabitinin büyük olması sinaptik potansiyelin süresini uzatacağı için temporal toplanmada o sinaptik potansiyelin de katkısının bulunma olasılığını artırır ve bu sayede aksiyon potansiyeli oluşumu daha kolay tetiklenmiş olur (Pehlivan 1997, Kalil 1989).
Şekil 1.4’deki sisteme herhangi bir noktasından akım enjekte edildiğinde, akım devresini herhangi bir yoldan tamamlamak zorundadır. Akım devresini tamamlarken direncin düşük olduğu yolu tercih edeceğinden, akımın uygulandığı noktaya yakın yerlerdeki akım yoğunluğu Im(x) yüksek olacak ve bu noktadan uzak
mesafelere gidildikçe ise azalacaktır. Dolayısıyla enjeksiyon noktasından uzaklaştıkça akım yoğunluğundaki azalmaya bağlı olarak [Vm(x)=Im(x).rm]
potansiyel değişikliği de uzaklığa bağlı olarak azalacaktır. Bu azalmanın üssel olduğu ve
denklemine uyduğu bilinmektedir. Burada V0, akımın enjekte edildiği noktadaki
potansiyel değişikliği, λ ise zarın “uzay sabiti” olarak adlandırılır. λ, zardaki potansiyel farkı değişiminin e’de birine (1/e=1/2,718=0,37) düştüğü mesafedir. Uzay sabiti zarın diğer özelliklerine de bağlı olarak,
bağıntısı ile ifade edilir. Uzay sabiti membran direnci (rm) ile doğru orantılı iken
aksoplazma (ri) ve hücre dışı sıvı direnci (rd) ile ters orantılıdır. Hücrelerarası sıvı
λ = rm ri + rd
τ = cm . rm
direnci aksoplazma direncine göre oldukça küçük olduğundan rd, ihmal edilebilir. Bu
durumda aksoplazma iletkenliği ne kadar fazla yani direnci ne kadar düşükse pasif yayılma etkinliğinin bir ölçütü olan λ da o kadar uzun olur. Uzay sabiti ne kadar büyük olursa potansiyel değişikliğide sönümlenmeden daha uzaklara yayılabilir. Uzay sabitinin büyük olması aksiyon potansiyelinin ilerleme hızını artırıcı yönde etki etmektedir. Aynı zamanda, uzay sabiti büyük olduğunda, uzaysal toplama (spatial summasyon) etkinliği artacağından, sinaptik potansiyelin aksiyon potansiyelini tetikleme olasılığı da artacaktır.
Potansiyel değişikliğinin pasif olarak iletilmesi “elektrotonik iletim” olarak da adlandırılır. Miyelinli liflerde ise bu iletim çok daha hızlı olmaktadır. Etrafı Schwann hücresi ile sarılmış miyelinli aksonların birim yüzeye düşen sığaları daha düşük olduğu için daha az yük depolarlar ve böylece daha çabuk depolarize olabilirler. Miyelin kılıfın kesintiye uğradığı Ranvier nodlarındaki akımlar, miyelinli bölümlerde zaman kaybetmeden bir sonraki noda atlayarak iletilirler. Bu şekilde gerçekleşen iletim “saltatorik iletim” olarak adlandırılır (Huxley ve Stämpfli 1949, Tasaki 1939).
Aksiyon potansiyelinin bir akson tarafından iletilme hızı, aksoplazma direnci (ri) ve zar sığası (cm) parametrelerine önemli derecede bağlıdır. Miyelinizasyon zar
kalınlığını artıracağından zar sığasının (cm) küçülmesine sebep olur. Başka bir
deyişle zarın birim alanında belirli bir miktarda potansiyel farkı değişimi oluşturmak için gerekli olan yük miktarını azaltır. Bu nedenle zaman sabiti (τ) küçüleceğinden miyelinizasyonla birlikte iletim hızı da artmaktadır (Şekil 1.5) (Gasser 1941).
Şekil 1.5. İletim hızının miyelinli ve miyelinsiz aksonlarda akson çapına bağlı olarak değişimi (Waxman ve Bennett 1972)
Bir aksonun kesit çapı da aksiyon potansiyeli iletim hızı üzerinde oldukça etkili bir parametredir. Aksonun depolayabileceği yük miktarı akson çapıyla birlikte artar. Fakat akson çapındaki artma aksoplazma direncinin (ri) azalmasına neden olur.
Bu da iletim hızını artırır (Şekil 1.5) (Gasser ve Grundfest 1939). Rushton’ın 1951 yılında yapmış olduğu çalışmaya göre miyelinli aksonlarda iletim hızı ile akson çapı arasındaki ilişki doğrusalken, miyelinsiz liflerde bu ilişki paraboliktir (Şekil 1.5). Yine Rushton, iletim hızının en yüksek değere ulaşabilmesi için lif çapı sabit kalmak koşulu ile miyelin kılıfı kalınlığının da belirli bir optimum değere sahip olması gerektiğini göstermiştir (Rushton 1951).
Bazı araştırıcılar, iletim hızı ile lif çapı arasındaki oransal ilişkiyi sınamak amacıyla yaptıkları denemeler sonucunda, küçük çaplı liflerin birim çap başına düşen iletim hızı oranının büyük çaplı liflerden daha az olduğunu göstermişlerdir (Boyd 1964, Coppin ve Jack 1972)
Sıcaklığın sinir iletim hızı üzerine etkisi oldukça önemlidir. 29-35 oC arasındaki her bir sıcaklık derecesi düşüşüne karşılık iletim hızındaki azalmanın 2,4 m/s olduğu gösterilmiştir (Henricksen 1956). Johnson ve Olsen tarafından 1960 yılında yapılan çalışmada ise her 1 oC sıcaklık düşüşüne karşılık iletim hızındaki
azalmanın %5 olduğu da bildirilmektedir (Johnson ve Olsen 1960). Son yıllarda yapılan çalışmalarda iletim hızının (V), akson çapı (r) ve sıcaklıkla (T) değişiminin
bağıntısına göre olduğu gösterilmiştir (Wijesinghe ve ark 1991).
Miyelin kılıfın kesintiye uğradığı boğumların (nod) büyüklüğü, nodlar arasındaki mesafe, nodların kapasitif özelliği ve akson çapının miyelin kılıfı kalınlığına oranı olarak bilinen “g oranı” gibi parametreler de iletim hızını Şekil 1.6’daki gibi değiştirmektedir (Waxman 1980).
Şekil 1.6. Sinir iletim hızının nöronun yapısal bazı parametrelerine bağlı göreli değişimi (Moore ve ark 1978)
1.8. Bileşik Aksiyon Potansiyeli (BAP)
Belirgin bir effektör organı hedef alan sinirler, birçok sinir hücresine ait aksonların bir araya toplanarak oluşturduğu ve kılıfla sarılı bir demet yapısındadırlar. Bu demet yapılarının içeriği sinirin kontrol ettiği hedef organın fonksiyonel özelliğine göre farklılık göstermektedir. Bir sinirin içerisindeki lifler çapları ve miyelin kılıflarının kalınlıkları bakımından farklılıklar gösterebilirler (Gasser 1941, Gasser ve Grundfest 1939, Schmalbruch 1986, von Düring ve Fricke 2007) Bu
farklılıklar her bir lifin iletim hızının ve oluşturduğu aksiyon potansiyelinin genliğinin farklı olması anlamına gelir (Cornelius 2003)
Eğer sinir demetine yeteri şiddetde uyaran tatbik edilirse, demeti oluşturan tüm sinir liflerinin ortaklaşa aktiviteleri gözlenir. Gözlenen bu toplam aktivite her bir sinir lifine ait tek lif aksiyon potansiyellerinin (TLAP) toplamından oluşur ve bu potansiyel bileşik aksiyon potansiyeli (BAP) olarak adlandırılır. BAP eğrileri TLAP’nin sahip olduğu özelliklerden çok farklı özelliklere sahip olmasının yanında oldukça farklı bir şekle de sahiptir. Farklı eşik değerlerine sahip liflerin aktivitelerini içerdiğinden TLAP gibi hep ya hiç özelliği göstermez. Uyaran şiddeti arttıkça genliği artmaktadır. Eğer uyaran şiddeti, siniri oluşturan tüm sinir liflerini uyarabilecek kadar büyükse BAP’ın genliği sabit bir değere ulaşır. Bu durumda BAP sinyali tüm sinir liflerinin aktivitesini içermektedir. Bu şiddet değerinden itibaren uyaran büyüklüğü ne kadar artırılırsa arttırılsın BAP genliğinde bir değişiklik olmaz. BAP’ın mutlak refrakter dönemi, siniri içerisindeki en büyük çaplı, yani en büyük iletim hızına sahip lif grubunun mutlak refraktör dönemine eşit olmaktadır. (John ve ark 1999).
Kayıt uzaklığı artırıldıkça BAP genliğinde azalma ve süresinde artma gözlenirken, gittikçe birbirinden ayrılan hörgüçler (tepelere) de belirginleşmeye başlar. Bu hörgüçler farklı iletim hızlarına sahip lif gruplarının oluşturduğu tepeciklerdir. Hörgüçlerin birbirinden ne kadar oranda ayrıştığı (veya uzaklaştığı), lif gruplarının hızlarının ne kadar birbirinden farklı olduğu ile direkt olarak ilgilidir. Bununla birlikte kayıt mesafesinin uzaması ile genliğin azalmasına rağmen ideal koşullarda BAP eğrisi altında kalan alanın sabir kalması beklenir (Dalkilic ve Pehlivan 1994).
BAP içerisindeki hörgüçlerin genliği ise sinirin içerdiği lif gruplarının kompozisyonuna göre değişiklik gösterir. Bu kompozisyonu, lif grubunu oluşturan aksonların çapları ve sayıları belirler. Büyük çaplı lifler daha düşük bir uyarılma eşik değerine sahip ve TLAP genlikleri fazla iken, küçük çaplı liflerin uyarılma eşik değeri düşük ve daha küçük genlikli TLAP’lere sahiptirler. Bu durum, aynı sayıda akson içeren iki çap grubundan, düşük çaplı liflerin BAP genliğine katkılarının daha az olmasına sebep olur.
Bileşik aksiyon potansiyellerinin kaydedilmesi ilk olarak 1941 yılında Gasser tarafından gerçekleştirilmiştir. Erlanger tarafından 1964 yılında yapılan çalışma ile BAP sinyallerinin şeklinde kayıt mesafesine ve uyaran şiddetine bağlı değişimler görülmüş ve bu sinyallerin davranışları daha iyi anlaşılmaya başlanmıştır (Gasser 1941, Erlanger 1964). Bileşik aksiyon potansiyelinin tek lif aksiyon potansiyellerinin toplamı olduğunun anlaşılmasıyla birlikte BAP kayıtlarından farklı lif gruplarının dağılımlarını gösteren histogramlar oluşturulmaya ve TLAP’lerinin özellikleri hakkında bilgiler çıkarılmaya çalışılırken, farklı çaplardaki liflere ait TLAP’ler için modeller oluşturularak BAP kayıtlarından sinirlerin lif dağılım histogramlarına ulaşılmaya çalışılmıştır (Barker ve ark 1979a,b, Cummins ve ark 1979a,b,.; BeMent 1981, Olson ve BeMent 1981, Kovacs ve ark 1981, Leifer 1981, Sax ve ark 1981).
İzole periferik sinirlerden kaydedilen BAP’lar çeşitli yöntemler kullanılarak analiz edildiğinde, sinir liflerinin yapısal ve fonksiyonel özellikleri ile ilgili bilgiler çıkarılabilmektedir. Bu çıkarımlar, aynı zamanda klinik açıdan da oldukça önem taşımaktadır. Sinirde meydana gelen zedelenmeler, yaralanma sonucu meydana gelen sinir hasarları ya da çeşitli hastalıklar sonucu meydana gelen sinir dejenerasyonları ve seviyeleri bu sayede detaylı olarak tesbit edilebilirken, bu tip hasarlara ve hastalıklara karşı uygulanan tedavinin başarısı da rahatlıkla tespit edilebilmektedir (Oldfors ve Ullman 1980, Dorfman 1984, Eickhorn ve ark 1986, Shefner ve ark 1991, Schalow ve Zäch 1994).
1.9. Bileşik Aksiyon Potansiyeli, Tek lif Aksiyon Potansiyeli İlişkisi
Siniri oluşturan liflerin hız veya çap dağılımlarının elde edilebilmesi için yapılan model çalışmaları, ileri doğru (forward problem) ve geri doğru (backward problem) problem olmak üzere iki ana aşama ile gerçekleştirilir.
İleri doğru problemde siniri oluşturan farklı iletim hız lif gruplarına ait TLAP’lerinin herbiri için bir matematiksel fonksiyon tanımlanır. Her bir lif grubuna ait TLAP’lerin toplanması ile BAP oluşturulması amaçlanır (Şekil 1.7). (Wijesinghe ve ark 1991). Her bir TLAP oluşturulurken lifin çapı, kayıt noktasının uyarma noktasına olan uzaklığı ve hacim iletkenliğinden kaynaklanan farklılıklar da göz önünde bulundurulur.
Bileşik aksiyon potansiyelleri siniri oluşturan lif gruplarının TLAP’lerinin zamansal eksende belirli bir gecikmeye sahip olduğu düşünülerek toplanması ile oluşmaktadır (Cummins ve ark 1979a,b, Dorfman 1984, Stegeman ve De Weerd 1982, Hirose ve ark 1986, Gu ve ark 1996).
Şekil 1.7. Tek lif aksiyon potansiyeli modelleri kullanılarak BAP oluşturulması (Hirose ve ark 1986).
Bileşik aksiyon potansiyeli sinyalleri kullanılarak çeşitli analiz yöntemleriyle siniri oluşturan farklı iletim hızlarına sahip lif gruplarının oransal katkılarını hesaplayabilmek için bazı hipotetik varsayımlarda da bulunmak gerekmektedir (Hirose ve ark 1986). Bunlar;
1. Bir sinir kısa süreli supramaksimal bir puls uygulanarak uyarıldığında her bir aktif sinir lifi stimulasyon noktasından eşzamanlı uyarılmaktadır. Uyarım noktasında oluşan sanal katot etkisi (virtual cathode effect) göz ardı edilmektedir (Wiederholt 1970).
2. Her bir sinir lifine ait aksiyon potansiyelinin uyaran elektrottan kayıt elektroduna kadar iletilirken sahip olduğu hız değişmemektedir.
3. Siniri oluşturan her bir sinir lifi elektriksel olarak diğerlerinden bağımsız aktivite göstermektedir. Başka bir deyişle, eğer her bir sinir lifi ayrı ayrı
uyarılıp elde edilen TLAP’ler matematiksel olarak toplanırsa BAP elde edilir.
Yukarıdaki kabuller kullanılarak BAP sinyali (gl(t));
şeklinde ifade edilir. Buradaki di, i sınıfından bir iletim hız grubuna ait fonksiyonu;
N, BAP’a katkısı olan lif grubu sayısını; τi, i’inci gruba ait gecikme süresini (latans)
göstermektedir (Hirose ve ark 1986).
Siniri oluşturan liflerin nasıl bir dağılıma sahip olduğunun daha iyi anlaşılması için yapılan model çalışmalarının ikinci aşaması ise geriye doğru problem (backword problem) olarak adlandırılır. Bu aşamada ise, BAP kayıtları ileri doğru problemde yerine konularak sinirin lif dağılımı ile ilgili bilgi çıkarılmaktadır (Cummins ve ark 1979a, Cummins ve ark 1981, Gu ve ark 1996).
Bu konu ile ilgili günümüze dek yapılan çalışmalarda, BAP kayıtlarından çeşitli analiz yöntemleri kullanılarak sinir içindeki lif gruplarının oransal miktarlarına ve bu miktara bağlı katkıların çeşitli patolojik durumlarda nasıl şekillendiğini anlamaya odaklanılmıştır. TLAP’lerin tek başlarına kaydedilmesi günümüze dek mümkün olamamıştır (Schoonhoven ve Stegeman 1991). Bu sebeple BAP kayıtları kullanılarak farklı hız gruplarına ait liflerin aktivitelerine dair bilgi çıkarılması günümüzde hala önemini korumaktadır. Sinir iletim hız dağılımlarının belirlenmesi, sinir üzerinde dejenerasyona sebep olan birçok hastalığın erken tanısında oldukça önemli olması bakımından klinik açıdan da önemlidir (Schoonhoven ve ark 1988, Schoonhoven ve Stegeman 1991, Xiao ve ark 1995, Gu ve ark 1996). Bu yöntemle sinirdeki en düşük iletim hızına sahip lif gruplarının da hızları belirlenebildiğinden, periferal sinirlerde meydana gelen hem aksonal hem de demyelinizasyondan kaynaklanan patolojik durumlar hassasiyetle tespit edilebilmektedir (Shefner ve Dawson 1990)
Literatürde sinir iletimi hız dağılımlarının belirlenmesi amacıyla birçok alternatif yöntem önerilmektedir (Cummins ve ark 1979a, Leifer 1981, Milner ve ark 1981, Stegeman ve ark 1983, van Veen ve ark 1995).
gl(t) =
∑
di . (t - τi)i - l N
1.10. Bileşik Aksiyon Potansiyelinin Kaydedilmesi
Gelişen teknikler sayesinde günümüz teknolojisiyle tek hücreden hücre içi (intraselüler) kayıt alınabilmesi oldukça kolay ve kullanışlı hale gelebilmiş olsa dahi (Poulter ve ark 1993) hücre dışı (ekstraselüler) kayıtlar birçok hücrenin bir arada göstermiş olduğu aktiviteyi yansıttığından oldukça büyük öneme sahiptir.
İzole periferik sinir deneysel çalışmalarında BAP kayıtları iki temel yöntem kullanılarak yapılmaktadır. Bunlar ekstraselüler (Masson ve ark 1989, Rendell ve ark 1989, Mateu ve ark 1997) ve “suction” (Bostock ve Grafe 1985, Carley ve Raymond 1987, Masson ve ark 1989) kayıt yöntemleridir.
1.10.1. Ekstraselüler Kayıt Yöntemi
Bu yöntemde hacim iletken etkilerini en aza indirmek için izole sinir kullanılır. İzole sinir, sinir kutusu içerisine yerleştirilmiş uyarıcı ve kaydedici elektrotlar üzerine yatırılır. Sitimülatöre bağlı olan uyarıcı elektrotlar aracılığı ile sinir uyarılır, oluşan BAP sinyalleri istenilen mesafeden kayıt elektrotları aracılığı ile kaydedilir. Kayıt elektrotları elektrot potansiyelini ve gürültüyü en aza indirmek için genellikle Ag/AgCl elektrotlardan yapılır (Şekil 1.8).
Şekil 1.8. Ekstraselüler kayıt (monofazik) yönteminin şematik gösterimi (Dalkilic ve Pehlivan 2002)
Bazı ekstraselüler kayıt yöntemlerinde hacim iletkeni direncini artırmak (~10 MΩ) ve sinirin dış ortamdan etkilenmesini azaltmak için sükroz, sıvı vazelin vb. gibi yalıtkan akışkanlar kullanılır (Pooler ve Valenzeno 1983). İzole sinir bu akışkanın içerisine yatırılır ya da belirli bir bölgesinin bu akışkanın içinden geçmesi sağlanır (Gurney 2000)
1.10.2 “Suction” Yöntemi
Suction elektrodu ekstraselüler elektrotlarla uyarılan bir sinirde oluşturulan BAP yanıtların kaydedilmesi için kullanılabileceği gibi (Carley ve Raymond 1987, Masson ve ark 1989) sinirleri uyarmak (Bostock ve Grafe 1985) ya da kardiyak hücrelerden aksiyon potansiyeli kaydı almak için de kullanılabilmektedir (Cotoi ve Dragulescu 1975)
Bu yöntemde borosilikattan yapılmış kapiller tüplerin uçları bir miktoelektrot çekici kullanılarak çalışılacak sinirin kayıt alınacak ucunun çapına göre inceltilir. Bu şekilde elde edilen pipetlerin içi tuz çözeltisi ile (3 M KCl) doldurulur. Cl ile kaplanmış Ag tel (Ag/AgCl elektrot) mikropipetin içine daldırılarak suction elektrodu elde edilir.. Bu elektrot kayıt için kullanılmak isteniyorsa kayıt sistemine, uyarmak için kullanılmak isteniyorsa stimülatöre uygun iletkenlerle irtibatlandırılır (Şekil 1.9) (Togawa ve ark 1997)
Şekil 1.9. İçerisine sinir girdirilmiş ve kayıt sistemine bağlanmış bir “Suction” elektrotun şematik gösterimi.
Bu kayıt yönteminin getirmiş olduğu avantajlardan biri kayıt elektrodu ile referans elektrodu arasındaki direncin artırılmasıdır (~40-70 MΩ) (Bostock ve Grafe 1985). Böylece sinirin aktivitesi esnasında akım kaybı minimuma indirileceğinden gerçek değere yakın potansiyel gözlenmiş olur. Dolayısı ile hacim iletkenliğinden kaynaklanan bilgi kaybı da minimuma indirilmiş olur.
Bir diğer önemli avantajı ise kayıt bölgesindeki sıcaklığın sabit tutulabilmesidir. Bilindiği gibi sıcakkanlı canlılara ait dokuların, izole edildikten sonra dış ortamda fizyolojik şartlara en yakın haliyle tutulması, deneysel verilerin gerçeğe yakınlığını artırmaktadır. Bu nedenle deneysel çalışmalarda kullanılan sıcakkanlı hayvanlara ait dokuların canlının vücut sıcaklığında tutulması oldukça önemlidir. “Suction” elektrot kullanılarak yapılan çalışmalarda sinirin kayıt alınan bölgesi solüsyon içerisinde yer aldığından, bu solüsyonun sıcaklığı perfüzyon işlemi ile sabit tutulabilmektedir (Ayaz ve ark 2007).
1.11. Diyabet
Diyabet ya da şeker hastalığı olarak bilinen “diabetes mellitus”, adını yunanca diabetes=akıp giden (idrar) ve mellitus=tatlı, şeker (glukoz) kelimelerinin birleşiminden almış metabolik bir hastalıktır. Diyabette kan şekeri kontrol edilememekte ve hiperglisemi olarak adlandırılan kan şekeri artışı meydana gelmektedir. Diyabetli kişilerde diyabetin süresine bağlı olarak akut ve kronik birçok komplikasyon oluşmaktadır. Yaşam kalitesini düşüren ve mortaliteyi artıran tüm bu komplikasyonların temelinde hiperglisemi yatmaktadır. Kandaki şeker (glukoz) konsantrasyonu, insülin tarafından kontrol edilir. Normal koşullarda besinlerden elde edilen veya karaciğerdeki depolardan kana salınan glukoz, insülin hormonunun yardımıyla hücre içine alınır ve metabolik yollara katılarak enerjiye dönüştürülür. İnsülin, vücudumuzu oluşturan tüm hücrelerin enerji ihtiyaçlarını karşılamak için kullandıkları glukozun hücre içine alınmasında anahtar göreve sahip bir peptid hormondur. Kandaki glukoz konsantrasyonu, ya insülin hormonunun yeterince salgılanamaması ya da yeterince salgılanabilmesine karşın hücrelerin insüline direnç göstermesi ile glukozun hücre içine alınamaması sonucunda artmaktadır. Bu
olarak da adlandırılan insülin yokluğundan kaynaklanan diabetes mellitus (Insulin Dependent Diabetes Mellitus=IDDM) ve tip 2 diyabet olarak bilinen insüline dirençten kaynaklanan diabetes mellitus (Non-Insulin Dependent Diabetes Mellitus=NIDDM).
Diyabetin 1. tipinde kanda insülin bulunmadığından hücreler glukozu alıp kullanamaz ve kanda glukoz birikir. Diyabetli 10 hastadan 1’inde görülen bu tip diyabet genellikle genç yaşlarda ortaya çıkar ve kan şekerinin düzenlenmesi için mutlaka dışarıdan insülin alınmasını gerektirir. Peptid yapısında bir endokrin hormon olarak bilinen insülin hormonu, pankreas tarafından salgılanmaktadır.
Pankreas ekzokrin ve endokrin salgı yapan hücrelerden oluşmuş bir organdır. Memeli pankreasında insülin salgılayan β hücreleri, glukagon salgılayan α hücreleri, somatostatinleri salgılayan γ hücreleri ve pankratik polipeptid (PP) hücreleri olmak üzere 4 hücre tipi bulunmaktadır. Pankreasın diyabetteki rolü, ilk olarak 1889’da yapılan bir çalışmada köpeklerdeki pankreasın tamamen çıkarılması sonucu hiperglisemi oluşması ile anlaşılabilmiştir (von Mering ve Minkowski 1889). Ardından Gepts tarafından 1965 yılında yapılan çalışma ile daha önceden insülin eksikliğine bağlı diyabet teşhisi konulan hastaların pankreaslarında Langerhans adacıklarında spesifik β hücresi anormallikleri bulunduğunu gösterilmiştir (Gepts 1965). Kantitatif morfometrik yöntemler kullanılarak yapılan çalışmalarda, diyabetin tip 1’inin, pankreatik β hücrelerinin ölümüyle ilişkili olduğu anlaşılmıştır (Foulis ve Stewart 1984). Pankreatik β hücrelerinin tamamen kaybedilmesi, Langerhans adacıklarında α, γ, ve PP hücrelerinin artışına sebep olur. Tip 1 diyabet, β sitektomisi olarak da tanımlanabilmekte ve deneysel olarak alloksan veya streptozotosin gibi kimyasal ajanların hayvanlara uygulanması ile oluşturulabilmektedir. Diyabetin insüline bağlı bu tipinin oluşmasının başlıca sebebi β hücrelerindeki otoimmün hasardır. Bu otoimmun hasarı oluşturan faktörlerin tamamının anlaşılamamış olmasına karşın, lökosit antijenine sahip hastalarda daha çok rastlandığı bilinmektedir. Diğer sebepler arasında viruslar (Coxsackie B4 gibi) ve kimyasal toksinler yer alır (Notkins ve ark 1979). Daha az sıklıkla rastlanan bir diğer sebep ise adacık hücrelerinin miktarında meydana gelen azalmadır. Buna sebep olarak pankreatit, pankreas kanseri ve pankreotektomi gösterilebilir.
Glukoz, Langerhans adacıklarındaki β hücrelerini insülin salgılamaları yönünde uyarmaktadır. Fakat diyabetik hastaların bir kısmının kanındaki insülin seviyesinin normal olduğu tespit edilmiş, diyabetin sadece insüline bağlı olmadığı anlaşılmıştır (Rubin ve ark 1992). Bu tip hastalarda görülen diyabet, tip 2 diyabet olarak adlandırılmaktadır.
Diyabetin 2. tipinde ise kanda insülin bulunmasına, yani pankreastan yeterince insülin salgılanabilmesine rağmen, hücrelerde insülinin bağlanabileceği reseptörler olmadığından ya da bu reseptörlerdeki yapısal bozukluklardan ötürü insülin direnci gerçekleşir. Bu yüzden glukoz yine hücre içine alınamaz ve kanda birikir. Diyabetli 10 hastadan 9’unda insülin direnci görülür. Genellikle 45 yaşın üzerindeki yetişkinlerde görülen diyabetin bu tipi genetik orijinli olup kalıtımsal özellik gösterir.
Diyabetin 2. tipi görülen hastaların % 60-90’ının obez olduğu bilinmektedir (Ekoé ve ark 1992). Bu tip hastalarda hiperinsülinemiyle birlikte buna bağlı insülin direnci görülmektedir (Ekoé 1988). Diyabetin bu tipinin oluşum sebepleri moleküler düzeyde pek fazla anlaşılamamış olmasına rağmen bu konuda yapılmakta olan çalışmalar 3 ana sebep üzerinden yürütülmektedir; hücre yüzeyinde meydana gelen anormallikler sebebiyle oluşan insülin direnci (reseptör hasarı), insülin salgılanmasında azalma ve bu iki sebebin bir arada bulunması (Yki-Järvinen 1995). Diyabetin ikinci tipinin görüldüğü hastaların büyük çoğunluğunda insülin direnci görülmesine karşın sebebinin insülin sinyal iletimi yolağındaki bozukluk mu yoksa β hücrelerinden insülin sekresyonu bozukluğu mu olduğuna tam olarak karar verilememiştir (Taylor ve ark 1994, Kahn 1994)
Diyabet, aslında farklı etiyolojilere sahip birçok hastalığın bir arada meydana gelmesi ile sonuçlanan bir hastalıktır. Diyabette, karbonhidrat, protein ve yağ metabolizmalarında insülin yetersizliğine ya da insülin aktivitesinin azalmasına bağlı olarak bozulmalar meydana gelmektedir. Bu bozukluklar, halsizlik, poliüri (idrar çokluğu), polidipsi (aşırı susama) gibi akut rahatsızlıkların oluşmasına sebep olur. Diyabetin sebep olduğu ikincil komplikasyonlar ya da başka bir deyişle diyabetin geç dönem komplikasyonları bu hastalığa sahip insanların ciddi kronik sağlık sorunları
kardiyomiyopati gelirken, sıralamada ekstremite ampütasyonları ile bile sonuçlanabilen nöropati diyabetik kardiyomiyopatinin hemen arkasında yer almaktadır. Diyabetin geç dönem komplikasyonları arasında retinopati, nefropati gibi önemli rahatsızlıklar da yer almaktadır (Rubin ve ark 1992).
1.11.1. Deneysel Diyabet
Diyabet gibi kompleks bir rahatsızlığın meydana getirdiği fizyolojik ve patolojik değişikliklerin anlaşılabilmesi ve potansiyel tedavi mekanizmalarının geliştirilebilmesi amacıyla deneysel hayvan modelleri kullanılmaktadır. Diyabetin her bir tipine ait farklı hayvan modelleri geliştirilmiştir. Bu deneysel diyabetik hayvan modelleri sayesinde elektrofizyolojik, biyokimyasal ve anatomik değişimler rahatlıkla in vivo ya da in vitro olarak araştırılabilmektedir.
Tip 2 diyabetik hayvan modelleri, genetik olarak mutasyonlarla ya da genetik mühendisliği teknikleri ile de geliştirilebileceği gibi kimyasal olarak da oluşturulabilmektedir. Sıklıkla kullanılan yöntem streptozotosin (STZ) enjeksiyonudur. İnsanlardaki tip 2 diyabetin tüm fizyolojik ve patolojik özelliklerini yansıtan deneysel tip 2 diyabet oluşturma yöntemi 2 günlük neonatal sıçanlara tek seferlik 90 mg/kg dozunda i.v. STZ enjeksiyonudur (Bonnevie-Nielsen ve ark 1981). 6-15 haftalık sıçanlarda glukoz kullanım oranında bozulma ve β hücresi fonksiyonlarında ciddi azalma görülür. Tip 2 diyabet modeli cerrahi olarak da pankreasın bir kısmı çıkarılarak oluşturulabilir.
Genetik mühendisliği yöntemleriyle elde edilmiş Tip 1 diyabet hayvan modelleri genetik modifiye NOD fareleri ve BB sıçanlarıdır. Bu hayvan modellerinde diyabet kendiliğinden gelişir ve yaşamlarını sürdürebilmek için dışardan insülin alınmasına ihtiyaç duyarlar. Tip 1 diyabetin viral yolla da oluşturulabilmesi, insanlarda çevresel faktörler kaynaklı diyabet oluşumunun daha iyi anlaşılmasına imkan tanımıştır (Stefan 1978).
Kimyasal yolla tip 1 diyabet modeli oluşturulması en çok kullanılan yöntemdir. Deneysel yoldan diyabet oluşturmak için kullanılan kimyasallar 3 ana kategoride toplanabilir; 1- Spesifik olarak β hücre hasarı oluşturanlar, 2- İnsülin
üretiminin ve salgılanmasının geçici olarak inhibe edilmesine sebep olanlar, 3- İnsülinin hedef organlardaki etkinliğini azaltanlar. İlk kategorideki kimyasallar sıklıkla tercih edilmektedir. Çünkü bu ajanlar ile uzun süreli çalışmalarda kullanılmak üzere göreli olarak kalıcı diyabet oluşturulabilmektedir. Deney hayvanlarında kalıcı diyabet oluşturabildiği ilk rapor edilen bu kategorideki ajan siklik üre molekülü benzeri Alloxan’dır (Dunn1943). Aynı mekanizma ile diyabet oluşturan Streptozotocin (STZ) zamanla bazı özelliklerinden dolayı alloxan’ın yerini almıştır (Rakieten 1963). Bu özellikleri; 1- β hücrelerine karşı daha seçici olması (Junod 1969), 2- STZ verilerek diyabet oluşturulan hayvanlardaki mortalitenin daha düşük olması (Letal dozu uygulama dozunun 5 katından fazladır) (Hoftiezer ve Carpenter 1973), 3- STZ’nin vücuttaki yarılanma ömrünün uzun olması (15 dakika) (Agarwal 1980).
Esasında bir antibiyotik türevi olan STZ [2-deoksi-2-(3-metil-3-nitrozüre) 1-d-glukopiranoz], sitotoksik etkisini yüksek reaktif özellikteki nitrozüre yan zinciri sayesinde gerçekleştirir. Pankreatik β hücresi membran reseptörlerine bağlanarak yapısal hasar oluşturur (Johansson ve Tjalve 1978). Aynı zamanda intraselüler seviyede de hasar meydana getirir. Bunu 3 yolla yapar;
1- Metilasyon: Hücre içi CH3+ iyon miktarının artmasına neden olur. Bu iyonlar da
DNA’nın farklı bölgelerindeki bazları alkilleyerek kırıklar meydana getirir (Uchigata ve ark 1982). Bu durum DNA tamirinde görevli polisentetaz enzimlerinin çalışmasına sebep olur. Fakat bu enzim NAD+’a ihtiyaç duyar ve hücrede bulunan NAD+’lar buraya yoğunlaşır. NAD+ sentezi yaklaşık 20 dakika süreceğinden NAD+ bağımlı enerji metabolizması kesintiye uğrar ve bu sebeple hücre ölür (Wilson ve ark 1984).
2- Serbest radikal oluşumu: STZ’nin in vivo ve in vitro uygulanması ile pakreatik hücrelerde hidrojen peroksit (H2O2) oluştuğu görülmüştür (Gandy ve ark 1982,
Papaccio ve ark 1986). Bu durumun yarattığı oksidatif stresin hücreyi ölüme götürdüğü düşünülmektedir (Robbins ve ark 1980).
3- Nitrikoksit (NO) üretimi: STZ uygulanması sonucunda β hücrelerinde NO seviyesinin arttığı ve hücre ölümüne sebep olduğu gözlenmiş, bunun STZ’nin diyabetojenik etkilerinden biri olabileceği öne sürülmüştür (Kwon ve ark 1994).
1.12. Diyabetik öropati
Diyabet ve diyabete bağlı komlikasyonlar ciddi boyutlarda sağlık sorunlarına sebebiyet vermektedir. Diyabet, dünya nüfusunun %5’ini etkilemektedir (Cantagallo 1989). 1995 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde 16 milyon kişinin diyabetik olduğu belirlenmiştir. 1992 yılında ise diyabetik hastaların doğrudan veya dolaylı giderlerinin 92 milyon doları bulduğu bildirilmiştir (NIH Publication: 1995).
Diyabetli kişilerde bu hastalığa bağlı hasarı yaratan asıl neden uzun dönemde ortaya çıkan komplikasyonlardır. Diyabetik hastaların %60-70’inde sinir hasarı görülmektedir (NIH Publication 1995). Diyabete bağlı olarak gelişen sinir hasarlarının bir kısmı alt ekstemite amputasyonu ile sonuçlanabilmektedir (Greene ve ark 1999). Diyabete bağlı sinir dejenerasyonları genel olarak “diyabetik nöropati” olarak adlandırılmaktadır. Diyabetik nöropati hem somatik hem de otonomik sinirleri etkileyerek çeşitli semptomlar oluşturabilmektedir.
Diyabetik nöropati, mononöropati ve polinöropati olarak 2 sınıfa ayrılır. Mononöropati, tek bir sinirde meydana gelmektedir. Nöropatinin bu tipinde periferal ve kranial sinirler etkilenmektedir (Thomas 1992, Boulton 1993). Polinöropati ise sensör, motor ve otonomik sinir sistemini etkiler. Ellerde ve ayaklarda gittikçe artan his kaybı, aşırı duyu hassasiyeti, ağrı ve sıcaklık hissinde aşırı artma, denge kaybı, hareket koordinasyonunda zorluk ve titreme gibi semptomatik durumların oluşmasına sebep olur. Motor aktivite güçlüğü ve refleks kaybı da görülebilmektedir. Polinöropatinin uzun dönem etkileri ise ayakta iyileşmeyen yaralar ve nöropatik ağrılar olarak kendini göstermektedir. Azalan sinir iletim hızı ise başlıca elektrofizyolojik etkisidir (Greene ve ark 1999).
Bu konularda yüzyılımızda geniş kapsamlı araştırma çalışmaları yapılmış olsa da, diyabetik komplikasyonların oluşum sebepleri ve mekanizmaları tam olarak aydınlatılamamıştır. Diyabete bağlı kronik komplikasyonların oluşum sebeplerinin ve yarattığı değişimlerin daha iyi anlaşılabilmesi için yapılan araştırma çalışmalarında diyabetik havyan modellerine ihtiyaç duyulmaktadır.
1.12.1. Deneysel Diyabetik öropati
Diyabete bağlı gelişen ikincil komplikasyonların araştırılmasına yönelik çalışmalarda kullanılan hayvan modelleri çeşitlilik gösterse de diyabetik nöropati çalışmalarında yalnızca rodent hayvan modelleri kullanılmaktadır. Bu çalışmalarda, genellikle spontan olarak diyabetik BB/W sıçanlar ile STZ kullanılarak diyabet oluşturulmuş sıçanlar tercih edilmektedir. Bu modeller üzerinde yapılmış hem mikroskopik hem de moleküler düzeyde oldukça fazla çalışma mevcuttur. En iyi bilinen deneysel diyabetik nöropati modeli STZ kullanılarak diyabet oluşturulmuş STZ-diyabetik sıçanlardır. Bu modelde aynı insanlardaki diyabetik nöropatideki gibi atrofiye uğramış miyelinli sinir lifi lezyonları oluşturulabilmektedir (Yagihashi ve ark 1994, Jakobsen ve Lundbaek 1976, Jakobsen 1976). Tek sinir lifi preparatları üzerinde yapılan çalışmalarda bu modele ait periferal sinirlerde paranodal demiyelinizasyon, segmental demiyelinizasyon ve aksonal demiyelinizasyon gibi nodal anormalliklerin oluştuğu gözlenmiştir (Yagihashi ve ark 1990, Sima ve ark 1988, Yagihashi ve ark 1990). Eğer diyabet ergenlikten sonra oluşturulursa sinir liflerinde atrofi diyabetin oluşturulmasından 1 ay sonra meydana gelmektedir (Lowitt ve ark 1994). Lif çapında değişim aksonal atrofiden önce, diyabetin erken dönemlerinde ve genellikle periferal sinirlerin proksimal kısmında meydana gelmektedir (Yagihashi ve ark 1990, Medori ve ark 1985). Zamana bağlı olarak proksimal uçta da benzer değişimler meydana gelmektedir (Medori ve ark 1988). Zamanla meydana gelen bu bölgesel değişimler, diyabetik nöropatideki yapısal bozulmaların bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. Nöronlardaki yapısal bozulmaların sebebi olarak birkaç mekanizma önerilmektedir. Bunların çoğu metabolik yolaklardaki bozulmalar sonucu meydana gelmektedir. Örneğin önerilen mekanizmalardan biri olan polyol birikimi polyol yolağındaki diyabete bağlı bozulmadan ileri gelmektedir. Polyol yolağında hücre içine giren glukoz aldoz redüktaz enzimi aracılığı ile sorbitole ardından sorbitol dehidrojenaz enzimi ile fruktoza çevrilir (Şekil 1.10). Hiperglisemik durumda aldoz redüktaz enziminin glukoza afinitesi aşırı artar ve bu sebeple daha çok sorbitol oluşturulur. Bu artışı sorbitol dejidrojenaz enzimi karşılayamaz ve sorbitol miktarında artış meydana gelir. Sorbitol hücre dışına çıkamadığından hücre içinde osmotik stresi beraberinde getiren bir birikim oluşur. Aldoz redüktaz enziminin aktivitesini karşılamak için ihtiyaç
ihtiyaç duyulan NADPH miktarı azalacağından serbest oksijen radikallerinin miktarı artar ve diyabetik nöropati için önerilen bir diğer oluşum mekanizması olan oksidatif strese sebep olur (Field 1966, Gabbay ve ark 1966, Gould 1976, Greene ve ark 1992; Greene ve ark 1987).
Şekil 1.10. Polyol yolağı (Latha ve Pari 2004).
Yapılan çalışmalarda Na-K-ATPaz aktivitesinde azalma ve dolayısıyla intraaksonal Na+ birikimi görülmüştür. Bu durumun iletim hızında azalmaya sebep olduğu gösterilmiştir (Gould 1976, Mandersloot ve ark 1978.). Nöropati gelişmesindeki önemli faktörlerden biri de sinirleri besleyen damarlardaki kan akımının hiperglisemi kaynaklı vasküler direnç artışıyla birlikte azalmasıdır (Low ve ark 1989). Ayrıca nöropatik durumların çoğunda meydana gelen sinir büyüme faktörü (nerve growth factor) sentezindeki veya sinyalizasyonundaki azalma diyabetik nöropatide de görülmekte (Faradji ve Sotelo 1990, Hellweg ve Hartung 1990) ve aksonal taşımadaki yavaşlamayla bir bütünlük arzetmektedir. Çünkü, aksonal taşınımdaki bu bozukluk sinir büyüme faktörlerinin proksimal nöronlara aktarılmasını zorlaştırmaktadır (Jakobsen ve ark 1981, Mayer ve Tomlinson 1983)
Duyu sinirleri bu dejeneratif durumlara karşı motor sinirlere oranla daha fazla hassasiyet göstermektedir (Dyck ve ark 1986). Tüm fonksiyonel ve yapısal bozulmalar diyabete bağlı hiperglisemik durumun korunma süresi ile pozitif korelasyon göstermektedir. STZ-diyabetik sıçanlarda yapılan nöropati çalışmalarında tüm sinire ait iletim hızının STZ enjeksiyonunu takiben 8. günden itibaren değişim gösterdiği fakat bu değişimin sinir lifini oluşturan duyu ve motor sinirlerde farklı oranlarda meydana gelmiş olabileceği bileşik kas aksiyon potansiyeli (CMAP) ve “tail flick” testi kayıtları ile gösterilmiştir (Greene ve ark 1997, Arezzo ve Zotova 2002).
1.13. Amaç
Diyabetin geç dönem komplikasyonlarından birisi olan diyabetik nöropati, diyabetli hastaların %62’sinde görülmektedir (Page ve Chen 1997). Diyabetik hastalarda, streptozotosin (STZ) ile deneysel diyabet oluşturulmuş sıçanlarda ve transgenik (BB/W) diyabetik sıçanlarda yapılan çalışmalarda myelinli liflerin iletim hızlarında ve aksiyon potansiyeli genliklerinin tepe değerlerinde azalmaların olduğu gösterilmiştir. Komplikasyonun gerçek orijini tam olarak anlaşılamamış olmasına karşın birçok araştırıcı tarafından multifaktöriyel olduğu düşünülmektedir (Page ve Chen 1997). Bu patolojinin oluşumunun altında hiperglisemi ve insülin eksikliğine bağlı birçok biyokimyasal ve fizyolojik problemlerin yattığı bilinmektedir (Page ve Chen 1997, Greene ve ark 1999) Diyabetik nöropatili hastalarda 10 yıllık periyot süresince duyusal sinirlerdeki iletim hızının %9 azaldığı ve aksiyon potansiyeli genliğinin ise %50 azaldığı anlaşılmaktadır. Yüksek akut glukoz miyelinli sinirlerde iletim hızını da dereceli olarak azaltmaktadır (0,5-0,7 m/s/yıl) (Matsuka ve Spigelman 2004). Ayrıca diyabet, “hypereosinophlic syndrome” veya mitokondriyel hastalıklar gibi nedenlere bağlı aksonal nöropatilerde yavaş ileten liflerdeki iletim gecikmesi, hızlı ileten liflerdeki iletim gecikmesine göre daha önemli olmaktadır (Skefner ve ark 1991). Klinik uygulamalarda genellikle aksiyon potansiyelinin ana bileşeninin tepe değerine ulaşma süresi, latans ve yine ana bileşenin tepeden tepeye genliği ölçülmektedir (Oh ve ark 1994). Ancak, BAP’ın ana bileşeni sadece çapı 3 µm den büyük olan liflerin katkılarıyla şekillenmektedir.
