AC MANYETİK ALANLARIN DENEYSEL OLARAK OLUŞTURULAN DİYABETLİ SIÇANLARIN AORTA PREPARATLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Transkript

1 T.C. ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BİYOFİZİK ANABİLİM DALI AC MANYETİK ALANLARIN DENEYSEL OLARAK OLUŞTURULAN DİYABETLİ SIÇANLARIN AORTA PREPARATLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI IŞIL ÖCAL DOKTORA TEZİ DANIŞMANI Prof. Dr. İsmail GÜNAY ADANA-2005

2 T.C. ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ BİYOFİZİK ANABİLİM DALI AC MANYETİK ALANLARIN DENEYSEL OLARAK OLUŞTURULAN DİYABETLİ SIÇANLARIN AORTA PREPARATLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI IŞIL ÖCAL DOKTORA TEZİ DANIŞMANI Prof. Dr. İsmail GÜNAY Bu Tez, Çukurova Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri tarafından S.B.E D19 nolu proje olarak desteklenmiştir. Tez No:... ADANA-2005

3 TEŞEKKÜR Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı nda gerçekleştirilen bu çalışma Ç.Ü.Tıp Fakültesi Fizyoloji, Farmakoloji, Histoloji, Biyokimya ve Tıbbi Bilimler Deneysel Araştırma ve Uygulama Merkezi nin katkılarıyla tamamlanmıştır. Öncelikle doktora tez danışmanım ve doktora çalışmalarımın tamamlanmasında büyük emeği geçen, sabrını, bilgisini ve zamanını benden esirgemeyen Biyofizik Anabilim Dalı başkanı Sayın Hocam Prof. Dr. İsmail Günay a, elektrofizyolojik ölçümlerin alınmasında emeği geçen Biyofizik Anabilim Dalı Öğretim Üyesi Yrd. Doç. Dr. Mustafa Emre ve Araş.Gör. Servet Kavak a, tez deney çalışmalarımın başlarında yardımlarını gördüğüm Dr. Nilay Ergen ve deney çalışmalarım boyunca yardımlarını ve desteğini esirgemeyen zaman ayıran Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi Sayın Hocam Prof. Dr. Ayşe Doğan a, tezimin yönlendirilmesinde emeği geçen Fizyoloji Öğretim Üyesi Doç. Dr. Sanlı Sadi Kurdak a, teşekkür ederim. Deneylerimin tamamlanması için gerekli maddenin temininde Farmakoloji Anabilim dalı nın Öğretim Üyelerinden Sayın Hocam Prof. Dr. Fazilet Aksu ya, hayvan temininde İstanbul Üniversitesi Öğretim Üyelerinden Sayın Hocam Prof. Dr. Tuncay Altuğ a, Farmakoloji Anabilim dalı nın imkanlarını kullanmama izin veren Farmakoloji Anabilim Dalı Başkanı Sayın Hocam Prof. Dr. Ergin Şingirik e, tezimin tartışma bölümünün hazırlanmasına yardımcı olan Farmakoloji Öğretim Üyelerinden Doç. Dr. Cemil Göçmen ve Yrd. Doç. Dr. Ata Seçilmiş ve Farmakoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi merhum Prof. Dr. Atilla Dikmen ve her zaman yanımda olan tüm Farmakoloji Öğretim Üyeleri ve arkadaşlarıma en derin saygılarımla teşekkür ederim. Biyokimya Anabilim Dalı Öğretim Üyesi Doç. Dr. Abdullah Tuli ve Araş.Gör.Ebru Dündar a ve Histoloji Anabilim dalı Öğretim Üyesi Prof. Dr. Mehmet Kaya, Prof. Dr. Ufuk Mete ve Prof Dr. Sait Polat a da katkılarından dolayı teşekkürü bir borç bilirim. Tezimle ilgili verdikleri manevi destekleri için İstanbul Üniversitesi Öğretim Üyelerinden Prof. Dr. Tunaya Kalkan, Prof. Dr. Tuncay Altuğ a ve manevi desteklerini gördüğüm diğer tüm hocalarıma da çok teşekkür ederim. Ayrıca Biyofizik Anabilim Dalı sekreterimiz Perihan Yeşil e ve bölümümde yardımcı olan diğer arkadaşlarıma çok teşekkür ederim. Her zaman ve tez çalışmalarım süresince sabır, anlayış ve destek gösteren sevgili annem, babam ve kardeşime de sonsuz teşekkürlerimi sunarım. i

4 İÇİNDEKİLER Sayfa No TEŞEKKÜR.. i İÇİNDEKİLER.. ii ŞEKİLLER DİZİNİ vi ÇİZELGELER DİZİNİ.. xi SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ xiv ÖZET. xvi ABSTRACT xviii 1. GİRİŞ GENEL BİLGİ Elektromanyetik Alan ve Kaynakları Elektromanyetik Alan Elektromanyetik Alan Kaynakları Elektromanyetik Radyasyon Kaynakları Deneysel Olarak Oluşturulan Manyetik Alan Kaynakları Elektromanyetik Alanların Biyolojik Etkileri Diabetes Mellitus Diyabetin Sınıflandırılması Deneysel Diyabet Olgusu Deneysel Diyabet Modelleri Düz Kaslar Fazik ve Tonik Kasılma Düz Kaslarda Aktin ve Miyozinin Etkileşmesi Farmakomekanik Kenetlemede Rol Oynayan Kalsiyum Kaynakları Düz Kaslarda Yavaş Zar Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri Endotel Endotelin Morfolojik Yapısı Nitrik Oksit Nitrik Oksitin Sentezi ii

5 2.4.4.Nitrik Oksit ve Endotel Hücrelerinin Başlıca Önemli Fonksiyonları Nitrik Oksitle Oluşan Düz Kas Gevşeme Mekanizması Endotel Fonksiyon Bozukluğunda Rol Oynayan Mekanizmalar Reseptörler Alfa-Adrenerjik Reseptörler Beta Reseptörleri Reseptörlerin Bulundukları Yerler Ajanlar: Fenilefrin Asetilkolin Sodyum Nitroprüssit GEREÇ VE YÖNTEM Sıçanların Temin Edilmesi Deney Grupları Sitrat Tamponu ve Streptozotosin İnjeksiyonu Juguler Venden İnjeksiyon Kuyruk Veninden İnjeksiyon Sıçanların Kimliklendirilmesi Diyabet Testi Sıçanların Bakımı Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alan Oluşturma Sistemi Sitratlı ve Diyabetli Sıçanlara Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alan Uygulanması Sıçanların Vücut Ağırlıklarının Ölçülmesi Biyomekanik Ölçüm ve Kayıt Sistemi Bilgisayarlı Veri Toplama Sistemi Kuvvet-Yerdeğiştirme Çevireçleri Organ Banyoları Mikromanipülatör Sıcaklık Ayarlı Sirkülatör Gazlandırma Sıçanların Torasik Aorta Halkalarının Hazırlanması. 55 iii

6 3.12. Biyomekanik Kayıtlar Biyoelektrik Ölçüm ve Kayıt Sistemi Sıçanların Kan Plazma Glukoz ve Lipid Seviyeleri Sıçanların Torasik Aorta Halkalarının Histolojik kesitleri Kullanılan Çözelti ve Ajanlar Sonuçların Değerlendirilmesi ve İstatistiksel Analiz BULGULAR Sıçan Vücut Ağırlıklarının Ölçümleri Sıçanların Torasik Aorta Halkalarının Mekanik Ölçümleri Sıçanların Torasik Aorta Halkalarının Kasılma Kuvvetleri Cevapları Sıçanların Torasik Aorta Halkalarının % Gevşeme Cevapları Sodyum Nitroprüssit Cevapları Asetilkolin Cevapları Elektrofizyolojik Ölçümler Sıçanların Kan Plazma Glukoz Seviyeleri Sıçanların Kan Plazma Lipid Seviyeleri Sıçanların Torasik Aorta Halkalarının Histolojik Kesitleri S Grubu S-MA Grubu D Grubu D-MA Grubu TARTIŞMA Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alanın Sıçanların Vücut Ağırlıklarına Etkisi Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alanın Sıçanların Torasik Aorta Halkalarının Kasılma Kuvvetlerine Etkisi Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alanın Torasik Aorta Halkalarının % Gevşeme Cevaplarına Etkisi Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alanın Torasik Aorta Preparatının Dinlenim Zar Potansiyeline Etkisi Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alanın Sıçanların Kan Plazma Glukoz Seviyelerine Etkisi Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alanın SıçanlarınTotal Kolesterol ve iv

7 Trigliserit Seviyelerine Etkisi Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alanın Torasik Aorta Halkalarının Histolojik Kesitlerine Etkisi SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ. 112 v

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa No Şekil 2.1. Elektromanyetik alan kaynakları. 6 Şekil 2.2. Selenoid. 9 Şekil 2.3. Helmholtz halkalar... 9 Şekil 2.4. TG, trigliserit, SYA, serbest yağ asitleri, İnsülin seviyesi azaldığında 2. ve 3. yol, glukagon seviyesi arttığında 1.ve 4. yol devreye girer 15 Şekil 2.5. İnsülin eksikliğinde oluşan biyokimyasal reaksiyonlar 16 Şekil 2.6. Düz kasta çapraz köprünün etkinleşmesi ve kasılması sürecindeki olayların zamansal seyri. A) Kısa bir uyarılma evresine Ca 2+ un salınması, kısa bir fazik, sarsı benzeri kasılma, çapraz köprünün fosforlanması ve döngülenmesi izlemektedir.b) Uzun süreli uyarılma ile meydana getirilen sürekli bir tonik kasılmada Ca 2+ ve fosforlanma dereceleri tipik olarak bir başlangıç doruğundan sonra aşağıya düşmektedir. Kuvvet, tonik kasılmalar sırasında daha düşük bir Ca 2+ derişiminde sürdürülmekte ve daha az kasılma hızı ve ATP tüketimi ile gösteren daha yavaş bir çapraz köprü döngülenme hızı görülmektedir. 22 Şekil 2.7. Düz kasta sekiz çapraz köprü durumu görülmektedir. MLCK (dik sol ok) tarafından fosforlanma çapraz köprü bağlanması zorunludur. Fosforlanmış çapraz köprüler (içerdeki çizgiler) göreceli olarak hızla döngülenir. Bir döngü sırasında bir çapraz köprünün yapısal olarak etkin bir miyozin fosfataz tarafından (dik sağ ok) fosforsuzlaştırılması döngülenme hızını yavaşlatır ve kilitli hale neden olur. Kalsiyum, fosforlanma hızını belirleyerek çapraz köprü döngülenmesini düzenler. Burada dikkat edilecek nokta, hem düzenleme (dik oklar) hem döngülenme (eğri oklar) için ATP nin gerekmesidir 24 Şekil 2.8. Düz kasta miyoplazmik Ca 2+ kaynakları. Na +- Ca ++ değiş-tokuş pompası Ca ++ pompası, ATP, ATP hidrolizi gereksinen olaylar; PL C, fosfolipaz C; PIP 2, fosfatidilinositol bisfosfat; IP 3, inositol 1,4,5-trifosfat; Cal, kalmodülin; Ca ++ -Cal, kalsiyum-kalmodulin, Miyozin hafif zincir kinaz, MK-Cal.Ca ++, miyozin hafif zincir kinaz kalmudilin kalsiyum vi

9 Şekil 2.9. Farklı düz kas tiplerinde zar potansiyeli (E m ) ile kuvvet üretimi (F) arasındaki ilişkiler. Üst sol. Aksiyon potansiyelleri meydana gelebilir ve sarsı veya daha büyük yığışmış mekanik yanıtlara yol açabilir. Üst sağ. Aksiyon potansiyellerini tetikleyen yavaş dalgaların yaptığı ritmik etkinlik. Alt sol. Tonik kasılma etkinliği, aksiyon potansiyellerinin yokluğunda zar potansiyelinin sahip olduğu değer. Alt sağ. Farmakomekanik kenetlenme; zar potansiyeli üzerine kayda değer bir etkisi olmayan ilaçlar veya hormonların eklenmesi veya uzaklaştırılması ile elde edilen kuvvet değişiklikleri 28 Şekil Damarın histolojik kesiti.. 31 Şekil Endotel tabakası ve düz kas hücresi A; adrenalin, AA; araşidonik asit, ADP; adenozin difosfat, AVP, arginin-vazopressin, B 2, bradikin reseptörü, Br bradikinin, ET B, endotelin reseptörü, ET endotelin, H 2 histamin reseptörü, 5-HT serotonin reseptörü, M 2 muskarinik reseptör,na noradrenalin, P purinerjik reseptör, T trombin reseptörü, VP 1 vazopressin reseptörü Şekil Damar düz kas hücresi. 33 Şekil Endotel kaynaklı faktörler. 36 Şekil Endotel fonksiyonlarında rol oynayan mekanizmalar.. 38 Şekil Alfa reseptörleri. 39 Şekil Beta-reseptörleri. 41 Şekil Reseptör-G protein ilişkisi 42 Şekil Fenilefrin. 44 Şekil Asetilkolin 44 Şekil Sodyumnitroprüssit 45 Şekil 3.1. Deney grupları ve deneysel işlemlerin diyagramı.. 46 Şekil 3.2. Sıçanlara intraperitonal olarak anestezik madde karışımı injeksiyonu 47 Şekil 3.3. Anestezi etkisinde sıçanların boyunlarının tıraş edilmesi. 48 Şekil 3.4. Sıçanların juguler venlerinden ST veya STZ enjeksiyonu. 48 Şekil 3.5. Kuyruk veninden sitrat veya streptozotosin injeksiyonu 49 Şekil 3.6 a). Sıçanların kulak delme metoduyla kimliklendirilmesi b) Sıçanlarda kulak delme metodundaki çentiklerin numaralandırılması Şekil 3.7. Kafesteki sıçanlar sıçanlar.. 51 vii

10 Şekil 3.8. Manyetik alan kaynağı (üstte) ve modülasyonlu manyetik alanın biçim ve süreleri (altta).. 52 Şekil 3.9. Sıçanların ağırlıklarının ölçülmesi 53 Şekil Biyomekanik kayıt ve ölçüm sisteminin blok diyagramı 53 Şekil Deney düzeneği. 54 Şekil 3.12 a) organ banyosu ve kuvvet yerdeğiştirme çevireçleri.b) 4 adet kuvvet yerdeğiştirme çevireci manipulatörlere yerleştirildi. Mikrometrik vida ile kaslarda 2 gramlık ilk gerilme oluşturuldu.. 54 Şekil Lauda marka sirkülatör. 55 Şekil Ölçülen biyomekanik parametreler. 56 Şekil a) (sol taraf)harvard Mikroelektrot Puller. b) (sağ üst) Olympus SZ-11 Stereo Zoom Mikroskop 330 büyütmeli. c) (sağ alt) Mikroelektrot kayıt Sistemi 58 Şekil Mikroelektrot kayıt sisteminin blok diyagramı.. 59 Şekil 4.1. S, Sitratlı, S-MA, Sitratlı+Manyetik alan, D Diyabet, D-MA, Diyabet+Manyetik alan grubunda bulunan sıçanların haftada bir ağırlıklarının ortalama değerleri ve ilk haftaya göre bir ay sonunda ağırlıkların % değerleri.. 64 Şekil 4.2. S, sitratlı; S-MA; sitratlı+manyetik alan grubunu göstermektedir. S ve S- MA gruplarında bulunan sıçanların 10-7 M Fenilefrinle (FE) ile oluşan kasılma kuvvetleri ve 10-6 M Asetikolin (ACh) ve Sodyum Nitroprüssit (SNP) ile oluşan gevşeme cevapları 67 Şekil 4.3. D, diyabet, D-MA; diyabet+manyetik alan grubunu göstermektedir. D ve D-MA gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta halkalarında 10-7 M Fenilefrin (FE) ile oluşan kasılma kuvvetleri ve 10-6 M Asetilkolin (ACh) ve Sodyum Nitroprüssit (SNP) ile oluşan gevşeme cevapları 67 Şekil 4.4. S, Sitratlı, S-MA, Sitratlı+Manyetil alan, D, Diyabet, D-MA, Diyabet+Manyetik alan gruplarındaki sıçanların torasik aorta halkalarının 10-7 M Fenilefrinle (FE) oluşan kasılma kuvvetleri (ortalama ± SEM) 68 Şekil 4.5. S; sitratlı, S-MA; sitratlı+manyetik alan grubu göstermektedir. S ve S-MA gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta halkalarında 10-6 M Asetilkolin (ACh) ve Sodyum Nitroprüssit (SNP) ile oluşan gevşeme cevapları Şekil 4.6. D; diyabetli, D-MA; diyabet+manyetik alan grubunu göstermektedir. D ve D-MA gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta halkalarında 10-6 M viii

11 Asetilkolin (ACh) ve Sodyum Nitroprüssit (SNP) ile oluşan gevşeme cevapları 70 Şekil 4.7. S; sitratlı, S-MA; sitratlı+manyetik alan, D; diyabetli ve D-MA; diyabet+manyetik alan gruplarını göstermektedir. Dört grupta bulunan sıçanların torasik aorta halkalarında 10-6 M Sodyum Nitroprüssit (SNP) ile oluşan % gevşeme cevapları (ortalama ± SEM) 70 Şekil 4.8. S; sitratlı, S-MA; sitratlı+manyetik alan, D; diyabet, D-MA; diyabet+manyetik alan gruplarını göstermektedir. S, S-MA, D ve D-MA gruplarındaki sıçanların torasik aorta halkalarının 10-6 M Asetilkolin (ACh) ile oluşan % gevşeme cevapları (ortalama ± SEM) Şekil 4.9. S; sitratlı, S-MA; sitratlı+manyetik alan, D; diyabetli, D-MA; diyabet+manyetik alan grubunu göstermektedir. S - D ve S-MA D-MA gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta halkalarında 10-6 M Asetilkolin (ACh) ile oluşan gevşeme cevapları.. 72 Şekil S; sitratlı, D; diyabetli ve D-MA; diyabet+manyetik alan grubunda bulunan sıçanların 10-6 M Asetilkolin (ACh) ile oluşan % gevşeme cevapları Şekil Sitratlı (S), sitratlı+manyetik Alan (S-MA), diyabetli (D) ve diyabet+manyetik alan (D-MA) gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta preparatlarının dinlenim zar potansiyelleri Şekil Sitratlı (S), sitratlı+manyetik Alan (S-MA), diyabetli (D) ve diyabet+manyetik alan (D-MA) gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta preparatlarının 10-7 M Fenilefrin (FE) etkisinde zar potansiyelleri 76 Şekil Sitratlı (S), sitratlı+manyetik Alan (S-MA), diyabetli (D) ve diyabet+manyetik alan gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta preparatlarının 10-6 M Asetilkolin (ACh) etkisinde zar potansiyelleri Şekil Sitratlı (S), sitratlı+manyetik Alan (S-MA), diyabetli (D) ve diyabet+manyetik alan gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta preparatlarının 10-6 M Sodyum nitroprüssit (SNP) etkisinde zar potansiyelleri. 79 Şekil Sitratlı (S); Sitratlı+manyetik alan (S-MA); Diyabet (D) ve Diyabet+manyetik alan (D-MA) gruplarını göstermektedir. S, S-MA, ix

12 D ve D-MA gruplarındaki sıçanların kan plazma glukoz seviyeleri (ortalama±sem). 81 Şekil Sitratlı (S); Sitratlı+manyetik alan (S-MA), Diyabet (D) ve Diyabet+manyetik alan (D-MA) gruplarını göstermektedir. S, S-MA, D ve D-MA gruplarında bulunan sıçanların kan plazma lipid seviyeleri (ortalama ± SEM).. 82 Şekil S; Sitratlı grup. Bu grupta bulunan sıçanların torasik aorta halkalarının histolojik kesitleri; a) mp, mikropinositotik vesiküller, En, endotelyal hücre, se, subendotelyal tabaka,, TM, tunika media,b). dh, düz kas hücreleri, el, elastik laminalar (X6300) 85 Şekil S-MA; Sitratlı+ manyetik alan grubu. Bu grupta bulunan sıçanların torasik aorta halkalarının histolojik kesitleri. a) En, endotel, el, elastik laminalar, b). Fb, fibroblastlar el, elastik laminalar (X12400).. 86 Şekil D; Diyabet grubu. Bu grupta bulunan sıçanların torasik aorta halkalarının histolojik kesitleri. a) En, endotelyal hücreler, V vakuoler yapılar, b). el, elastik laminalar, dh, düz kas hücreleri (X10100). 87 Şekil D-MA; Diyabet+manyetik alan grubu. Bu grupta bulunan sıçanların torasik aorta halkalarının histolojik kesitleri. a) En, endotel, el, elastik laminalar, b) dh, düz kas hücreleri, el, elastik laminalar (X6300) 88 x

13 ÇİZELGELER DİZİNİ Sayfa No Çizelge 4.1. Sitratlı (S), Sitratlı+manyetik alan (S-MA), Diyabet (D) ve Diyabet+manyetik alan (D-MA) grubundaki sıçanların 1 ay boyunca haftada bir kez ölçülen ağırlıkların ortalama değerleri ve standart hataları Çizelge 4.2 Manyetik alan uygulanmış ve uygulanmamış Sitratlı (S) grupta bulunan sıçanların haftalık ağırlık kazanç sonuçlarını gösteren istatistik sonuçlar. 65 Çizelge 4.3. Manyetik alan uygulanmış ve uygulanmamış diyabetli sıçanların haftalık ağırlık kazanç sonuçlarını gösteren istatistik sonuçlar.. 65 Çizelge 4.4. Sitratlı (S), Sitratlı+manyetik alan (S-MA), Diyabet (D) ve Diyabet+manyetik alan (D-MA) gruplarındaki sıçanların torasik aorta Halkalarında 10-7 Fenilefrinle (FE) oluşan kasılma ve 10-6 M Asetilkolin (ACh) ve Sodyum Nitroprüssit (SNP) ile oluşan % gevşemelerin ortalama değerleri ve standart hataları.. 66 Çizelge.4.5. Dört farklı gruba ait sıçan torasik aorta halkalarında fenilefrinle (FE) Oluşan kasılma kuvvetlerine MAMA nın ve diyabetin etkilerini gösteren 2-yönlü ANOVA sonuçları (df = serbestlik derecesi, F= F istatistik değeri, p=anlamlılık düzeyi) 68 Çizelge 4.6. Dört farklı gruba ait sıçanların torasik aorta halkalarında 10-6 M Asetilkolin (ACh) ile oluşan %gevşeme cevaplarına manyetik alan ve diyabetin etkilerini gösteren 2-yönlü ANOVA sonuçları (df=serbestlik derecesi, F=F istatistik değeri, p=anlamlılık düzeyi)...72 Çizelge 4.7. Dört grupta bulunan sıçanların dinlenim, 10-7 M Fenilefrin (FE), 10-6 M Asetilkolin (ACh) ve 10-6 Sodyum Nitroprüssit (SNP) etkisinde zar potansiyellerinin ortalama değerleri ve standart hataları. 73 Çizelge 4.8. Dört farklı gruba ait sıçan torasik aorta preparatının dinlenim zar potansiyeli 2-yönlü ANOVA sonuçları (df = serbestlik derecesi, F = F istatistik değeri, p = anlamlılık düzeyi). 75 Çizelge 4.9. Dört farklı gruba ait sıçanların dinlenim zar potansiyeli xi

14 ortalamaları arasındaki farkın anlamlılık düzeyleri 75 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçan torasik aorta preparatının 10-7 M Fenilefrin (FE) etkisinde hiperpolarize durumda dinlenim zar potansiyeli 2-yönlü ANOVA sonuçları (df = serbestlik derecesi, F = F istatistik değeri, p = anlamlılık düzeyi). 76 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçanların 10-7 M Fenilefrin (FE) etkisinde dinlenim zar potansiyeli ortalamaları arasındaki farkın anlamlılık düzeyleri 77 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçan torasik aorta preparatının 10-6 M Asetilkolin (ACh) etkisinde hiperpolarize durumda dinlenim zar potansiyeli 2-yönlü ANOVA sonuçları (df = serbestlik derecesi, F = F istatistik değeri, p = anlamlılık düzeyi) 78 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçanların 10-6 M Asetilkolin (ACh) etkisinde zar potansiyeli ortalamaları arasındaki farkın anlamlılık düzeyleri 79 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçanların 10-6 M Sodyum nitroprüssit (SNP) etkisinde torasik aorta preparatı hiperpolarize durumda dinlenim zar potansiyeli 2-yönlü ANOVA sonuçları (df = serbestlik derecesi, F = F istatistik değeri, p = anlamlılık düzeyi) 80 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçanların 10-6 M Sodyumnitroprüssit (SNP) etkisinde zar potansiyeli ortalamaları arasındaki farkın anlamlılık düzeyleri.. 80 Çizelge Sitratlı (S), Sitratlı+manyetik alan (S-MA), Diyabet (D) ve Diyabet+manyetik alan (D-MA) gruplarındaki sıçanların kan plazma glukoz seviyeleri ortalama değerleri ve standart hataları (Kan plazma glukoz ;G). 81 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçan kan plazma glukoz seviyelerine manyetik alan ve diyabetin etkilerini gösteren 2-yönlü ANOVA sonuçları(df = serbestlik derecesi, F = F istatistik değeri, p = anlamlılık düzeyi) 81 Çizelge S, Sitratlı, S-MA, Sitratlı+Manyetik Alan, D, Diyabet ve D-MA, Diyabet+Manyetik Alan grubundaki sıçanların kan plazma lipid seviyelerinin (total kolesterol, HDL-kolesterol, LDL-kolesterol, trigliserit) ortalama değerleri ve standart hataları. 82 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçanların kan plazma total kolesterol xii

15 seviyelerine manyetik alan ve diyabetin etkilerini gösteren 2-yönlü ANOVA sonuçları (df = serbestlik derecesi, F=F istatistik değeri, p = anlamlılık düzeyi) 83 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçanların kan plazma total kolestrol seviyelerinin ortalamaları arasındaki farkın anlamlılık düzeyleri. 83 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçan kan plazma trigliserit seviyelerine manyetik alan ve diyabetin etkilerini gösteren 2-yönlü ANOVA sonuçları (df=serbestlik derecesi, F=F istatistik değeri, p = anlamlılık düzeyi) 84 Çizelge Dört farklı gruba ait sıçanların kan plazma trigliserit seviyelerinin ortalamaları arasındaki farkın anlamlılık düzeyleri. 84 xiii

16 SİMGELER VE KISALTMALAR WHO Hz ELF RF MW T G DC AC UV HF EMR EMA AMA MAMA PEMA DM VLDL LDL HDL TG NO EDRF EDHF cgmp camp ACh L-Arg NOS NADP FAD FMN Dünya Sağlık Örgütü Hertz Düşük Frekanslı Manyetik Alan Radyo Frekansı Mikrodalga Tesla Gauss Sabit Manyetik Alan Alternatif Akım Ultraviyole Işınlar Yüksek Frekans Elektromanyetik Radyasyon Elektromanyetik Alan Alternatif Manyetik Alan Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alan Pulslu Elektro Manyetik Alan Diabetis Mellitus Çok Düşük Yoğunluklu Lipoproteinler Düşük Yoğunluklu Lipoproteinler Yüksek Yoğunluklu Lipoproteinler Trigliserit Nitrik Oksit Endotelyal Relaksan Faktör Endotelyal Hiperpolarizan Faktör Siklik Guanozin MonoFosfat Siklik Adenozin MonoFosfat Asetilkolin L-Arginin Nitrik Oksit Sentaz Nikotinamid Adenin Dinükleotid Fosfat Flavin Adenin Dinükleotid Flavin Mononükleotid xiv

17 AGE STZ TEA ATP BK Ca SK Ca enos nnos inos L-NMMA L-NAME ET ET-1 ET A ET B DAG IP 3 FE SNP S D S-MA D-MA G ST AC Glikozilasyonların Son Ürünleri Streptozotosin Tetraetilamonyum Adenozin Trifosfat Yüksek Kondüktanslı, kalsiyumla aktive edilen K + kanalı Düşük Kondüktanslı, kalsiyumla aktive edilen K + kanalı Endotelyal Kaynaklı Nitrik Oksit Sentaz Nöronal Kaynaklı Nitrik Oksit Sentaz İndüklenebilir Nitrik Oksit Sentaz N w Monometil-L-Arginin N w -Nitro-L-Arginin Metil Ester Endotelin Endotelin-1 Endotelin A Reseptörü Endotelin B Reseptörü Diaçil Gliserol İnositol Trifosfat Fenilefrin Sodyumnitroprüssit Sitratlı Grup Diyabetli Grup Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alan Uygulanan Grup Diyabet+Modulasyonlu Alternatif Manyetik Alan Grubu Kan Plazma Glukoz Sitrat Tamponu Alternatif Akım xv

18 ÖZET AC Manyetik Alanların Deneysel Olarak Oluşturulan Diyabetli Sıçanların Aorta Preparatlarının Mekanik Özellikleri Üzerine Etkilerinin Araştırılması Son yapılan araştırmalarda manyetik alana maruz bırakılan diyabetli ve sitratlı sıçanların glikojen seviyesinin artması ve glukoz seviyesinin azalmasının gözlenmesi şimdiki çalışmalara bir temel teşkil eder. Ayrıca özellikle streptozotosinle indüklenen diyabetli sıçanların endotele bağımlı gevşemelerinde bozulma gözlenirken, endotelden bağımsız gevşemelerde ise değişiklik olmadığı tespit edilmiştir. Bu çalışmada amacımız modulasyonlu alternatif (AC) manyetik alanın sitratlı ve diyabetli sıçanların torasik aorta halkalarının mekanik aktiviteleri üzerine etkisini araştırmaktır. Çalışmada ağırlıkları g arasında değişen 126 adet Wistar türü Albino erkek sıçan kullanıldı. Sıçanlar ilk olarak dört gruba ayrıldılar. Sitratlı grup (S, n=31), sitratlı+manyetik alan grubu (S-MA, n=31) diyabetli grup (D, n=32) ve diyabet+manyetik alan (D-MA, n=32) grubu olmak üzere dört gruba ayrıldı. Diyabet grubundaki (D), sıçanlara juguler venlerinden ve kuyruk veninden ph sı 4.5 olan 45 mg /ml sitrat tamponunda çözünmüş streptozotosin (STZ; 45mg /kg) injekte edildi. Sitratlı grup da diyabetli grupda olduğu gibi eşit hacimde sitrat tamponu injekte edildi. Daha sonra S-MA ve D-MA grubundaki sıçanlar 5mT şiddetinde, 50 Hz frekansında kuzey-güney doğrultusunda modülasyonlu AC manyetik alan etkisine günde 2 saat 45 dakika olmak üzere bir ay boyunca bırakıldı. Ayrıca her dört grupta bulunan sıçanların ağırlıkları bir ay boyunca haftada bir kez ölçüldü. Bir aylık deney periyodu sonunda sıçanlar dekapite edilmeden önce hafif eter anestezisi altında kanları alındı. Torasik aorta preparatları izole edildikten sonra bağ ve yağ dokuları temizlendi. Yaklaşık 3-4 mm uzunluğunda torasik aorta halkaları Krebs çözeltisi içeren ve sürekli %95 O 2 + %5 CO 2 gaz karışımı ile gazlandırılan 20 ml lik organ banyolarına asıldı (ph 7,4, 37 C). İzometrik kasılmalar ve gevşemeler 4 kanallı Transducer Data Aquisition System i ve Polwin 98 Windows Programı ile kayıt edildi. Ayrıca her bir gruptaki sıçanların dinlenim zar potansiyelleri mikroelektrot tekniğiyle ölçüldü. xvi

19 Çalışmada S-MA ve D-MA gruplarında bulunan sıçanların ağırlıkları S ve D grubundaki sıçanların ağırlıkları ile karşılaştırıldığında S-MA grubundaki sıçanları ağırlıkları değişmezken D-MA grubunda bulunan sıçanların kilo kayıp hızının azaldı. D-MA ve S-MA gruplarında bulunan sıçanların kan plazma glukoz, total kolesterol ve trigliserit seviyeleri azaldı. D-MA grubunda endotele bağımlı % gevşemeler D grubu ile karşılaştırıldığında D-MA grubunda endotele bağımlı % gevşemelerde anlamlı anlamlı derecede düzelme gözlendi. S-MA ve D-MA gruplarında bulunan sıçanların torasik aorta preparatlarının histolojik kesitleri S ve D grupları ile karşılaştırıldığında bir fark gözlenmedi. Modulasyonlu alternatif manyetik alan S ve D grubunun torasik aorta preparatının dinlenim zar potansiyelininin negatifliğini etkilemezken D gruptaki torasik aorta preparatının dinlenim zar potansiyelinin negatifliğini azalttı. Sonuç olarak modulasyonlu alternatif manyetik alan diyabetik sıçanlarda kilo kayıp hızı, kan parametreleri ve bozulan endotele bağımlı % gevşemeler üzerine olumlu etkisi olabilir. Anahtar Kelimeler: Manyetik alan, diyabetik sıçan, torasik aorta, endotele bağımlı ve bağımsız gevşeme. xvii

20 ABSTRACT The Effects of AC Magnetic Field on Mechanical Properties of Thoracic Aorta of Experimental Diabetic Rats Recent investigations revealing an increase in insulin release in diabetic rats, increase in glycogen, and decrease in glucose levels in rats exposed to magnetic fields, have provided the stimulus for the current studies. So in animals, particularly in streptozotocin-treated rats, there is experimental evidence for an impaired endothelium-dependent relaxation, while the endothelium-independent vasodilatation remains unaltered. In this study, our aim to examine the effect of modulated alternating (AC) magnetic field on mechanical parameters of isolated thoracic aorta rings in healthy and diabetic rats. One hundred and twenty six rats (n=126, Wistar albino spp) weighing between g were used in this study. The rats were first divided into four groups. The first group was made up of the citrated rats (C, n=31), the second group was comprised of rats described as citrated+magnetic field group (C-MF, n=31), third group contained experimental diabetic rats (D, n=32), and the fourth group was comprised of both experimental diabetic + magnetic field group (D-MF, n=32). We injected 45 mg/kg streptozotocin (STZ), dissolved in a 45mg/ml citrate buffer solution (ph 4.5) in to the jugular vein and tail vein of male Wistar rats to induce diabetes (D group) as previously described. Rats (C group) were injected as diabetic group with a similar volume of citrate buffer solution without STZ to induce citrated group. After Magnetic fields of 5 mt intensity and 50 Hz frequency oriented in the north-south direction was applied to the C-MF and D-MF groups for 2 hours and 45 minutes at each day during one month. The rats used in experiments weighed once a week during the onemonth period. After the one-month study period, blood was collected from the rats under ether anesthesia before rats were killed by decapitation. After the thoracic aorta preparation isolated, excess fats and/or connective tissues were removed. Approximately 3-4 mm-long aorta rings from each animal were prepared and mounted in 20-ml organ baths filled with Krebs solution and xviii

21 continuously oxygenated with 95 % O % CO 2 (ph 7.4, 37 o C). Isometric contractions and relaxations were recorded with the 4 Channell Transducer Data Acquisition System and Polwin 98 Windows Programmer. So, the resting membrane potentials of rats measured by using microelectrode techniques in each group (n=26) In the study, the rate of loosing weight for rats in D-MF was decelerated while weight augmentation rate in C-MF did not change according to D and C. groups. The blood plasma glucose, total cholesterol and triglyceride levels decreased in the groups of C-MF and D-MF. Endothelium-dependent percentage relaxations were significantly recovered in D-MF group compared with D group. Histological sections of thoracic aorta preparations of rats in C- MF and D-MF did not change according to D and C groups. The negative of the resting membrane potential of thoracic aorta preparations decreased in D group, while modulated alternative magnetic field had no effect in that of C and D groups. As a result of these findings, modulated alternative magnetic field may have a positive effect on the loosing weight rate, blood parameters and impaired endothelium-dependent relaxations in diabetic rats. Key Words: Magnetic field, diabetic rats, thoracic aorta, endotheliumdependent or independent relaxation. xix

22 1. GİRİŞ Tüm canlılar endüstrileşme ve teknolojinin gelişimine bağlı olarak elektrik enerjisinin yaygın olarak kullanımı sonucu elektromanyetik alanların etkisi altında kalmaktadır. Elektromanyetik alanların (EMA) canlı organizmalarda olumlu ve olumsuz etkilerinin görülmesi, Dünya Sağlık Örgütünün (WHO) çalışmalarını da hızlandırmıştır 1,2. Elektromanyetik alanların canlılar üzerindeki etkileri, frekanslarına, şiddetlerine, canlıların vücut ölçülerine, vücudun elektriksel özelliklerine, mesafelere ve en önemlisi de etki sürelerine göre değişmektedir 3. Epidemilojik çalışmalar çok düşük elektromanyetik alanlara uzun süre maruz kalma ve kanser riskinin artması arasında yakın bir ilişki olduğunu göstermiştir 4. Ülkemizde yapılan bazı araştırmalarda yüksek gerilim hatlarının yakınında yaşayan 55 yaşın altındaki bireylerde sinir sistemi, uterus, göğüs ve lenfoma tipi kanserlerde artış, morfolojik olarak kısırlaşma ve hamile kadınların düşük oranında artma ve çocuklarda lösemi tanısında artış görülmüştür 5. Elektromanyetik alanların etki-sonuç mekanizmasını açıklamak için hipotezler kurulmuştur. Bu hipotezler üzerinden manyetik alanların biyolojik sistemlere etkileri açıklanılmaya çalışılmıştır. Balcavage ve arkadaşları manyetik alanlarının oluşturduğu hall etkisini ve katyon kanallarını araştırmışlar. Katyon kanallarının (Na +, K +, Ca 2+ ) açık kalma süresini, bir iyonun geçmesi için gerekli süreyi ve Hz frekansında 100 µt şiddetinde manyetik alan biyolojik sistemlere uygulandığı zaman katyon kanallarının açık kalma süresini matematiksel olarak hesaplamışlar. Uygulanan manyetik alanların katyonlar ve katyon kanal proteinleri arasındaki elektrostatik kuvveti etkilediğini ve hücrenin değişen fizyolojik durumuna bağlı olarak kanal proteinlerinde konformasyonel değişikliğe sebep olduğunu savunmuşlardır 6. Koch ve arkadaşları da düşük frekanslı manyetik alanların hücre zarındaki iyonları ve kanallarını etkilediğini söylemişlerdir 7. Ca 2+ iyonu ıntrasellüler messenger olarak hücresel homeostasisde en önemli rolü oynar 7. Bu yüzden daha önce yapılan çalışmalarda zayıf elektromanyetik alanların kemik matriksi, bitki hücre duvarı ve stabilize zarlardaki Ca 2+ metabolizması üzerine etkileri araştırılmaya odaklanılmıştır

23 4 Hz frekansında 2,5 mt şiddetinde manyetik alan yılan sinirinin bulunduğu fizyolojik çözeltiye 30 dakika uygulanıp sinir dokusu bu çözeltiyle perfüze edildiğinde manyetik alanın cgmp ye bağımlı Na + -K + değiş-tokuş aktivitesini arttırdığını ve intrasellüler Ca 2+ iyon konsantrasyonunu azalttığını gözlemişlerdir 19. Zamai ve arkadaşları ise elektromanyetik alanların Ca 2+ pompasının transportu ve katalitik aktivite arasında güçlü bağ olduğunu ve miyokard sarkoplazmik retikulumunda Ca 2+ pompasının fonksiyonel aktivitesinin arttırıp serbest radikallerin inhibisyonuna ve dolayısıyla manyetik alanın zarın fonsiyonel ve yapısal özelliklerinin değiştirdiğini savunmuşlardır 8. Elektromanyetik alanların hücre zarındaki kalsiyum akışını değiştirerek kas kasılmasını, hücre bölünmesini ve büyümesini etkileyip kansere sebep olabileceği de diğer hipotezler arasındadır 9. Ayrıca uygulanan manyetik alanlar biçim, frekans, şiddet ve süreye bağlı olarak biyolojik sistemlerde sinyal iletimini etkileyerek DNA biyosentezinde elektron transport/yük sistemini etkilediği ve hücrede hareketli yüklü parçaçıklarla etkileşime girerek parçacıkların hızlarını, akışını ve yönünü değiştirdiğine ait yayınlar da mevcuttur Ağırlıkları g arasında değişen hamsterlere intravenöz olarak 50 mg/kg stereptozotosin (STZ) injekte edilerek oluşturulan diyabetik hamsterlerin 4-6 hafta sonra vücut ağırlıklarının 137 ± 2g dan 116 ± 4g a düştüğü, kan plazma glukoz seviyesinin 104 ± 5 mg/dl den 322 ± 20 mg/dl ye yükseldiği görülmüştür 23. Ağırlıkları gram arasında değişen sıçanların kuyruk veninden 75 mg/kg STZ injekte edilerek oluşturulan diyabetik sıçanların 10 hafta sonra kan plazma glukoz seviyesinin 143,2 ± 6,0 mg/dl den 593,3 ± 42,0 mg/dl ye, total kolesterol seviyesinin 117,1 ± 3,7 mg/dl den 203,7 ± 11,8 mg/dl ye, trigliserit seviyesinin 138,0 ± 13,9 mg/dl den 377,3 ± 121,1 mg/dl ye yükseldiği belirlenmiştir 24. Yapılan diğer çalışmalarda da araştırmacılar bu sonuçlara benzer sonuçlar bulmuşlardır Diyabetik sıçanlar, 10 gün boyunca günde 1 saat 10-3 ve 10-2 T şiddetlerinde düzenli sabit alternatif manyetik alanın etkisine maruz bırakıldıkları 2

24 zaman, kan plazma glukoz seviyesinin belirgin derecede azaldığı ve insulin salınımını arttığı görülmüştür 32. Bellossi ve arkadaşları ağırlıkları g arasında değişen sıçanlara günde 24 saat olmak üzere 6 ay boyunca, 12, 50, 100, 300, 460 Hz frekanslarında, 6 mt şiddetinde PEMA uyguladıkları zaman; (a)- 6 mt şiddetinde 12 Hz frekansında ve 24 saat boyunca uygulanan PEMA nın en etkili manyetik alan parametreleri olduğunu, (b)- günde 24 saat olmak üzere 6 ay boyunca 12 Hz frekansında 6 mt şiddetindeki PEMA nın etkisine bırakılan sıçanların, kan plazma glukoz, kolesterol ve trigliserit seviyelerinin kontrol değerlerine göre düştüğünü bulmuşlardır 33. Yaptıkları diğer çalışmada da sağlıklı sıçanlar, toplam 0, 3, 4, 6, 8, 16, 24, 48, 72, 96 saat, 12 Hz frekansında, 6 mt şiddetindeki PEMA etkisine bıraktıklarında 12 Hz frekansında, 6 mt şiddetinde ve dakika süreyle uygulanan PEMA nın en etkili olduğunu; sıçanların karaciğerlerinin ağırlığının vücut kitle indeksine göre arttığını ve kan plazma glukoz, total kolesterol ve trigliserit seviyelerinin azaldığını gözlemişlerdir 34. Ovechkina ve arkadaşları 8 Hz frekansında ve 5 µt şiddetinde manyetik alanların hayvanların karaciğer yağ metabolizmasında, antioksidant sistemde ve lipid peroksidasyonunda istatistiksel olarak anlamlı değişikliklere sebep olduğunu bulmuşlardır 35. Iwasaka ve arkadaşları ise 14 T şiddetinde ve daha büyük şiddetteki manyetik alanların düz kas hücrelerinde hücrelerin yönelimini değiştirdiğini, hücre migrasyonu ve hücre bölünmesi sırasında dinamik olarak polimerizedepolimerize sitoskleton fiberlerinde diamanyetik tork kuvvetini etkilediğini savunmuşlardır 36. Günde 5 saat sıçanlar alternatif manyetik alanın etkisine bırakıldığında karaciğer mitokondrisinde kolesterol esterlerinin, trigliseritlerin ve serbest yağ asitlerinin konsantrasyonunun azaldığı bulunmuştur 37 Bondarenko patch-clamp tekniğiyle sıçan aorta preparatının dinlenim zar potansiyelini -44,1 ± 1,4 mv, Carter ve arkadaşları whole-cell patch-clamped tekniğiyle -52 ± 3 mv, Marchenko ve arkadaşları ise patch clamp tekniğiyle -47 ± 3,8 mv bulmuşlardır 38,40,41. Bondearenko ve arkadaşları da sıçan aorta preparatının dinlenim zar potansiyelini ile diyabetik sıçanların dinlenim zar 3

25 potansiyellerini karşılaştırmışlar. Sıçan aorta preaparatının dinlenim zar potansiyeli -41,2 ± 0,9 mv, diyabetik sıçan aorta preparatının dinlenim zar potansiyelini de -32,7 ± 0,8 mv ölçmüşlerdir. Aorta preparatını 2 µm asetilkolinle hiperpolarize ettiklerinde ise kontrol sıçanların aorta preparatlarının dinlenim zar potansiyelini -64,4 ± 0,9 mv, diyabetik sıçan aorta preparatının dinlenim zar potansiyelini de -57,6 ± 1,1 mv ölçmüşlerdir 39. Diyabetik sıçan aorta preparatının zar potansiyelinin negatifliğinin azalmasını kısmen asetilkolinin endotele bağımlı gevşemeyi önlemiş olabileceğine bağlamışlardır 39. Sistemik arterlerde morfolojik değişiklikler haftada görülmektedir haftalık diyabetli sıçanların aorta preparatları incelediklerinde aorta preparartının endotel yüzeyinde düzgün olmayan yapının oluştuğu ve endotel yüzeyinde bölüm bölüm kesikli bölgeler gözlenmiştir Pulslu elektromanyetik alan tedavisi son günlerde ülkemizde de yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Pulslu elektromanyetik alanların (PEMA) insan metabolizmasında kan akışını artırarak gerek oksijen gerekse iyon alışverişini kolaylaştırıp hücre homeostazisini düzenleyen bir sistem olması özelliği savunularak, birçok hastalıkta özellikle kronik hastalıklarda tedavi edici etkilerinden faydalanılmaktadır 51,54,58,59. Pulslu manyetik rezonans stimülasyon tedavisi (manyetoterapi) vücudun savunma sistemini güçlendiren, hücre yıkımını yavaşlatan, hücre yenilenmesini hızlandıran ve bu sayede vücudun kendi kendini iyileştirmesini sağlayan bir tedavi yöntemi olarak da kullanılmaktadır 58,59. Bu tedavi yöntemi, hücrelerin yaşam kaynağı olan besin ve oksijenin karşılanmasına, hücreler üzerinde toksik etkisi yapan karbondioksit ve metabolizma atıklarının temizlenmesine yardımcı olarak, hücrelerin dejenere olmalarını yavaşlatıp rejenere olmalarını hızlandırmaktadır. Pulslu manyetik rezonans stimülasyonunun, savunma sistemimizi güçlendirdiği ve vücuttaki enerjiyi dengeleyerek vücudun kendi kendisini onarması için uygun doğal bir ortam oluşturduğu da savunulmaktadır Elektromanyetik alanların canlı sistemler üzerindeki etkilerine ait yapılan bu çalışmalar, bizi pulslu elektromanyetik alanların tedavi edici özelliklerinin olup olmadığını belirlemek amacıyla araştırmaya yöneltmiştir. Güncel ve yaygın 4

26 patolojik bir rahatsızlık olan diabetes mellitus birçok sistemi olumsuz etkilediği için çalışmamızda elektromanyetik alanın sağlıklı ve deneysel diyabetli sıçanların izole torasik aorta preparatlarının mekanik ve elektriksel özellikleri üzerine etkilerinin araştırılması amaçlandı. 5

27 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Elektromanyetik Alan ve Kaynakları Elektromanyetik Alan Günümüzde geniş bir spektrumu bulunan değişken elektrik, manyetik ve elektromanyetik alanlar, yüksek gerilim hatlarından radarlara, iletişim araçlarından TV ve radyo vericilerine, ofis ve evlerdeki elektrikli aletlerden trafo merkezlerine kadar pek çok elektrikli sistemden yayılmaktadır. Yapılan çok sayıdaki araştırma sonucunda canlı organizmaların noniyonizan elektromanyetik (EMA) alanlara maruz kalma sürelerine ve şiddetlerine sınırlamalar getirilmiştir 1,2,60,61,62. Doğal ve birçok yapay kaynak elektromanyetik enerjiyi dalgalar halinde yayar (Şekil 2.1). Bu dalgalar elektriksel ve manyetik titreşim alanlarından oluşur. Bu titreşimli alanlar, bitki, hayvan ve insan hücreleri gibi biyolojik sistemleri çeşitli şekillerde etkilemektedir. Bu etkileşimi daha iyi anlamak için elektromanyetik spektrumu meydana getiren dalganın fiziksel özelliklerini daha iyi bilmek gerekir. Elektromanyetik dalga, dalga biçimi ve boyu, frekansı ve şiddeti ile karakterize edilir. Bu üç parametre birbiri ile bağlantılıdır. Ayrıca her bir parametre tek başına da biyolojik sistemleri etkileyebilmektedir 63. Elektromanyetik alanlar frekanslarına göre sınıflandırılırlar Hz arasında değişen geniş frekans aralığına sahip elektromanyetik alanlar alternatif manyetik alanlar, Hz frekans aralığında değişen manyetik alanlar çok Şekil 2.1. Elektromanyetik alan kaynakları 63. 6

28 düşük frekanslı manyetik alanlar (ELF), Hz frekans aralığındaki dalgalara radyo dalgaları (RF), Hz frekans aralığındaki dalgalara mikro dalgalar (MW), Hz frekans aralığındaki dalgalara infrared, görünen ışık ve ultraviyole ışınlar, Hz frekansının üzerindeki dalgalar ise x- ışını ve gama ışınları olarak sınıflandırılırlar 63 Elektromanyetik dalgalar foton denilen küçük enerji paketlerinden oluşmaktadır. Fotondaki enerji frekans ile doğru orantılıdır: Frekans arttıkça fotondaki enerji miktarı da artmaktadır. Elektromanyetik dalganın biyolojik sistemlere olan etkisinin bir kısmını elektromanyetik alanın gücü ve bir kısmını da fotonun enerjisi belirler. Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar "Elektromanyetik Alanlar" ve yüksek frekanslı dalgalar ise "Elektromanyetik Radyasyon" olarak adlandırılmaktadır. Ayrıca elektromanyetik dalgalar frekans ve enerjilerine göre " İyonlaştıran Radyasyon" (Nükleer Radyasyon) veya "İyonlaştırmayan Radyasyon" (Elektromanyetik Radyasyon) olarak da adlandırılırlar. İyonlaştıran Radyasyon: İyonlaştıran radyasyon yüksek frekanslı, enerjisi oldukça yüksek olan ve iyonizasyon (yani pozitif veya negatif elektrik yüklü atom veya molekül parçacıklarının oluşturulması) meydana getiren radyasyondur (X-ışını-gama ışını). Bunlar atom bağlarını kopararak hücrelerdeki moleküllerin parçalanmasına neden olurlar. Atomlar arasındaki bağların kopması için bir minimum kuantum enerjisine ihtiyaç vardır. Bu kuantum enerjisi 12 ev- 35 ev olmalıdır. En yüksek RF frekansı 300 GHz'dir ve 10-3 m dalga boyundadır. Diğer yönden hesaplamalar yapıldığı taktirde, 300 GHz'in 0,00125 ev enerjiye karşılık geldiği ve iyonlaşmaya neden olmadığı görülür. Yani foton enerjisi düşüktür ve atom bağlarını koparamaz. Sadece H - bağlarını koparabilirler. Bu ışınlar ultraviyole ışınlar (UV), görünür ışık, kızıl ötesi ışınlar, yüksek frekanslı (HF) ve mikrodalga alanlar, ekstrem alçak frekans alanlar (ELF), statik, elektrik ve manyetik alanlardır. Yüksek şiddetteki elektromanyetik radyasyonlar biyolojik sistemlerde herhangi bir iyonizasyona neden olmamaktadır. Ama elektromanyetik radyasyonların örneğin sıcaklık 7

29 arttırarak, kimyasal reaksiyonları değiştirerek veya elektriksel akımı indükleyerek biyolojik etkiler oluşturduğu hakkında çalışmalar mevcuttur 61,62. İyonlaştırmayan Radyasyon: İyonlaştıran radyasyona karşı, iyonlaştırmayan radyasyonun biyolojik sistemlere olan etkisi belirsizdir. İyonlaştırmayan radyasyona GHz frekansında statik ve zamansal değişimli elektrik ve manyetik alanlarını söyleyebiliriz. Bu alana statik (0 Hz), ekstrem alçak frekans alanları (ELF, > Hz) ve yüksek frekans alanları (HF, 300 Hz GHz) girmektedir. İyonlaştırmayan radyasyonun biyolojik etki mekanizması iki tiptir: 1) Termal Olmayan Etki: Elektromanyetik alanın şiddeti yeterince küçükse ısı oluşmaz. 2) Termal Etki: Elektromanyetik alan herhangi bir cisimle etkileştiği zaman, artan moleküler hareket ve sürtünmeden dolayı sistemde ısı artışı ortaya çıkar ("termal etki") Elektromanyetik Alan Kaynakları Günlük hayatımızda evde kullandığımız aletlerden elektromanyetik dalgalar yayılmaktadır. Bunlara; Elektrik güç iletim hatlarını, elektrik güç dağıtım hatlarını, klimaları, mikserleri, saatleri, elektrikli battaniyeleri, tıraş makinelerini, floresan lambaları, saç kurutma makinelerini, ısıtma sistemlerini, mikrodalga fırınları gibi örnekler verebiliriz. İş yerlerinde ise; Elektrik güç transmisyon hatlarını, elektrik güç dağıtım hatlarını, ofis ekipmanlarını, hesap makinelerini, floresan ışıkları, lazer yazıcıları, fotokopi makinelerini, bilgisayar ekranlarını örnek verebiliriz Elektromanyetik Radyasyon Kaynakları: Elektromanyetik radyasyon yayan kaynaklara cep telefonlarını, telsiz telefonları, endüstriyel ekipmanları, radyo frekans dalgalarını, medikal sistemleri, lokal radyo komünikasyon sistemlerini, mikrodalga fırınlarını, mikrodalga telefon linklerini, radarları, bilgisayar terminallerini, telsizleri ve ağları gibi örnekler verebiliriz. 8

30 Ekstrem alçak frekans alanlarının (ELF, Hz) esas kaynakları enerji iletim hatlarıdır. Biyolojik sistemler üzerine primer etkisi, elektriksel yüklenme ve akımı indüklemesidir. ELF alanda bir yüklenme olması elektrik akımı geçmesinden bağımsız olarak meydana gelir. Günümüze kadar, kimyasal bağlara zarar vermeyen şiddetteki düşük frekanslı manyetik alanların, zararsız olduğuna inanılmakta idi. Fakat son yıllarda yapılan araştırmalarda, bir veya iki gün (24 ya da 48 saat) düşük frekanslı (60 Hz) manyetik alanın etkisine bırakılan sıçanların DNA larının yapıları incelendiğinde sıçanların DNA larında kırılmalar ve olağandışı yüksek sayıda ölü hücreler saptanmıştır. Manyetik alanın etkisine kalma süresi arttıkça, DNA hasarlarının arttığı da diğer gözlemler içindedir Deneysel Olarak Oluşturulan Manyetik Alan Kaynakları Deneysel olarak oluşturulan manyetik alan sistemlerine Helmholtz halkaları sistemini ve selenoid sistemlerini örnek olarak verebiliriz (Şekil ). Şekillerde manyetik alan kuvvet çizgileri görülmektedir. Sistemde oluşan manyetik alan şiddeti (B), B = µ n I formülüyle hesaplanır. µ; kµ o dan hesaplanır. µ o = 4π x 10-7 T/amp.m k; relatif geçirgenlik, n (sarım yoğunluğu) n = N L N: sarım sayısı, L: selenoidin uzunluğu (m), I ise akımdır (amper). SI birim sisteminde manyetik alan şiddetinin birimi µt/amp.m, n sarım sayısı/m, I akım amper cinsinden alındığında Tesla (T) dır. Şekil 2.2. Selenoid 63. Şekil 2.3. Helmholtz halkaları 63. 9

31 Elektromanyetik Alanların Biyolojik Etkileri Sıçanlar saat süreyle 45 Hz frekansında ve 0,1 mt şiddetinde alternatif manyetik alan etkisine bırakıldıkları zaman saat içerinde kan plazma glukoz ve trigliserit seviyesinin düştüğünü bulmuşlar mt şiddetinde alternatif manyetik alanın etkisine sıçanlar, günde 5 saat, 15 gün boyunca bırakıldıkları zaman serbest yağ asitlerinin, trigliserit seviyesinin ve karaciğer mitokondride kolesterol esterlerinin azaldığı ve fosfolipid komposizyon dengesinin bozulduğunu da belirlemişlerdir 37. Yapılan diğer çalışmalarda da aynı sonuçlar gözlenmiştir 33,34,65,66. Elektromanyetik alanların, hücre zarlarında hem Ca 2+ iyonlarının hareketini hem de genleri etkilediği de ileri sürülmüştür 67,68. Fakat bilindiği gibi, EMA ların etki mekanizması henüz açık değildir 67,68,92,93 50 Hz frekansında, 5 µt ve 100 µt şiddetlerinde iki farklı manyetik alanın etkisine 10 haftalık Sprague-Dawley sıçanları günde 8 saat ve 8 ay boyunca bırakıldığında pineal gland ve beynin farklı bölgelerinde noradrenalin, (NE), dopamin (DA); serotonin (5-HT) gibi nörotransmitterlerin ve µ-opioid reseptörlerinin konsantrasyonlarının arttığını gözlemişlerdir Hz frekansında Gauss şiddetinde horizontal manyetik alan sıçanlara uygulandığında zaman ise pineal camp seviyeleri, N-asetiltranferaz aktivitesi, hidroksiindol-ometiltranferaz aktivitesi ve pineal ve kan melatonin konsantrasyonlarının azaldığını da bulmuşlardır 70 Yine aynı frekansta günde 12 ve 18 saat 30 gün boyunca sinüsoidal formda 1, 10, 100 µt şiddetinde manyetik alan etkisine sıçanlar bırakıldığında manyetik alan hidroksiindol-o-metiltransferaz (HIOMT) enzimini etkilenmezken pineal N-asetilransferaz (NAT) ve serum melatonin konsantrasyonunun deprese ettiği ve günde 18 saat 30 gün boyunca manyetik alanın etkisinde kalan sıçanların pineal aktivitelerinin daha çok etkilendiğini bulmuşlardır Hz frekansında, 5 mt şiddetinde günde 8 saat ve 21 gün sağlıklı ve diyabetli sıçanlar sinüsoidal manyetik alanın etkisine bırakıldığında ise kan plazma glukoz değerleri 128 ± 16 mg/dl den 358 ± 24 mg/dl ye yükseldiğini ve diyabetli sıçanların kan-beyin bariyerinin makroskobik değerlendirmelere göre % 33 zarar gördüğünü gözlemişlerdir 72. Klinik ve deneysel çalışmalarda kullanılan manyetik rezonansın (1,5 T ve 0,5 T) ve daha 10

32 düşük şiddetlerdeki manyetik alanların da kan-beyin bariyerin geçirgenliğini arttırdığı bulunmuştur 72. İnsanlarda tedavi amaçlı kullanılan düşük frekanslı alternatif manyetik alanın etkisine bırakılan sıçanların pankreasının endokrin fonksiyonları ve histolojik kesitleri incelenmiştir 73. Çalışmada ağırlıkları ± 12.6 g arasında değişen 35 adet sıçana 10 Hz frekansında, mt şiddetinde dikdörtgen dalga formunda manyetik alan, 35 adet sıçana ise 40 Hz frekansında mt şiddetinde sinüsoidal dalga formunda manyetik alanın etkisine günde 30 dakika 1,3,6,9 ve 14 gün bırakmışlardır 73. Dikdörtgen biçimli 10 Hz frekansında, mt şiddetinde manyetik alan etkisine bırakılan sıçanlarda düzgün olmayan endoplazmik retikulumunun genişlemiş olduğunu, golgi cisimciğinin önemli derecede genişlediğini ve β hücrelerinin histolojik kesitlerinde değişiklikler gözlemişlerdir 73. Golgi cisimciğinin önemli derecede genişlemesi küçük veziküller halinde insülinin proinsülin olarak depolanması ile ilgili olabileceğini düşünmüşlerdir 91. Proinsülünin insüline transformasyonundan sonra veziküller sitoplazmaya taşınır ve karakteristik insülin granülleri oluşur. Granüllerin etrafında özel granül adı verilen veziküller manyetik alanın etkisinde kalan β hücrelerinde büyük miktarda insülinin birikmesinden kaynaklanmış olabileceğini söylemişlerdir 73. Ayrıca β hücrelerinde görülen, elektron içermeyen bu veziküllerin insülin granüllerinin salınımından sonra hormon salınımının yoğunlaştığına işaret edebileceğini savunmuşlardır 73,91. Sonuç olarak manyetik alan parametrelerine bağlı olarak (şiddet, süre, biçim) pankreatik adacıkların β hücrelerinde geri dönüşümlü olarak yapısal değişikliklere, insülinin salınımda ve sentezinde artışa sebep olduğu savunulmuştur. Ayrıca uzun süre elektromanyetik alanın etkisine bırakılan sıçanların kanlarında manyetik alan alfa amilaz ve lipaz aktivitesinde önemli değişikliklere sebep olmadan asiner hücrelerin mitokondrilerinde ve düzgün olmayan endoplazmik retikulumunda geri dönüşümlü olarak yapısal değişikliklere sebep olduğunu bulmuşlardır Hz frekansından ve 1 gauss şiddetinden daha düşük frekans ve şiddetindeki manyetik alanlar hücrelerde ve dokularda değişik biyolojik etkilere sebep olduğu da savunulmuştur 10,11. Manyetik alanların kemik iyileşmesi, sinir 11