BMM307-H02. Yrd.Doç.Dr. Ziynet PAMUK

Transkript

1 BMM307-H02 Yrd.Doç.Dr. Ziynet PAMUK 1

2 BİYOELEKTRİK NEDİR? Biyoelektrik, canlıların üretmiş olduğu elektriktir. Ancak bu derste anlatılacak olan insan vücudundan elektrotlar vasıtasıyla elde ettiğimiz elektrik kökenli biyolojik işaretlerdir. 2

3 BİYOLOJİK İŞARETLERİN OLUŞUMU GİRİŞ Vücudu oluşturan sistemler, çeşitli fonksiyonlarını gerçekleştirirken bazı işaretler üretirler. Elektrik kökenli veya elektrik kökenli olmayan bu işaretler çoğu kez alttaki karmaşık biyolojik yapıdan dışarıya kolay anlaşılabilir bilgileri taşımazlar. Vücut içindeki çeşitli olayları incelemek için bunların işlenmeleri ve yorumlanmaları gerekmektedir. Biyoelektrik işaretler, sinirsel iletim, beyin, kalp, çeşitli kas hareketleri ve benzeri vücut sistemleriyle ilgilidir. 3

4 4

5 BİYOLOJİK İŞARETLERİN OLUŞUMU Bir kısım hücrelerdeki elektrokimyasal olayların sonucu iyonik akımlar oluşur. Bu akımlardan, elektrotlar yardımıyla algılanıp, işaret işleme işlemlerinden geçirildikten sonra çeşitli hastalıklara tanı konmasında yararlanılmaktadır. 5

6 BİYOLOJİK İŞARETLERİN OLUŞUMU Vücutta elektriğin üretildiği fikri, ilk olarak 1786 yılında İtalyan Anatomi Profesörü Luigi Galvani tarafından ortaya atılmıştır. Galvani, yaptığı deneylerle bir kurbağa bacağındaki elektriksel aktiviteyi incelemeye çalışmıştır. Sonraki yüzyılda bu konuda bir çok çalışma yapılmış, fakat 1903 yılında Hollandalı Fizikçi William Einthoven ın telli galvanometreyi bulmasına kadar bu elektriksel aktivitenin pratik bir uygulaması yapılamamıştır. Elektronikteki gelişmeler ve Fizyolojik alandaki çalışmalar, biyolojik işaretlerin işlenmesi ve değerlendirilmesi alanında yeni ufuklar açmıştır. 6

7 Galvanometre Nedir? Bir elektrik devresinden, elektrik akımının geçip geçmediğini gösteren ve geçen akımın şiddetini ölçen yüksek hassasiyetli aygıta galvanometre denir. Devreden geçen elektrik akımı genellikle ampermetre olarak adlandırılan bir aygıtla ölçülür, fakat galvanometreler düşük güçteki elektrik akımlarına karşı daha duyarlı olduğundan, daha iyi ölçüm yapabilmektedir. Aslında tüm ampermetreler ve voltmetreler de birer galvanometredir. 7

8 HÜCRELERDEKİ ELEKTRİKSEL AKTİVASYON Hücre, canlıların bağımsız olarak yaşamını sürdürülebilen en küçük parçasıdır. Hücre, «nucleus» olarak isimlendirilen çekirdek, sitoplazma denilen hücre gövdesi ve sitoplazmayı çevreleyen bir hücre membranından (zarından) oluşur. Biyoelektrik olaylar hücre zarının (membran) bir işlevidir. Hücrelerde elektriksel işaretler, hücrenin uyarılabilme özelliği nedeniyle oluşur. Hücrenin uyarılabilme özelliği belli bir tip hücreden başka bir tip hücreye önemli ölçüde değişir. Sinir ve kas hücreleri en büyük uyarılabilme özelliğine sahiptirler. Bu tip hücrelerin membranların bir kısmı eşik seviyesi olarak isimlendirilen bir değerin üzerindeki bir işaret ile uyarılacak olurlarsa bu uyarma bütün hücreye yayılır. Uyarma şekli; elektriksel, kimyasal, optik, termal veya mekanik olabilir. 8

9 HÜCRELERDEKİ ELEKTRİKSEL AKTİVASYON Biyoelektrik potansiyeller uyarılabilen hücreler denilen bir kısım hücrelerdeki elektrokimyasal olaylar sonucu oluşur. Bu hücreler sinir, kas ve salgı bezlerinin bir kısmıdır. Hücreler dış dünyadan yarı iletken bir zar ile ayrılmışlardır. Zar kalınlığı 100 Â(Angstrom) dur. Hücrenin çevresi yüklü atomlar (iyonlar) ihtiva eden iletken vücut özsıvısı ile kaplıdır. Hücre zarı bazı iyonların geçişine izin verdiği halde bazılarının geçişini engeller. Vücut öz sıvısındaki en önemli iyonlar Na, K ve Cl iyonlarıdır. 9

10 10

11 HÜCRELERDEKİ ELEKTRİKSEL AKTİVASYON Vücut hücrelerinin içerisindeki sıvı intrasellüler sıvı, dışarıdaki ise ekstrasellüler sıvı adını alır. Bu sıvıların bileşimleri birbirinden çok farklıdır. Meq/L:Litre başına miliekuvalanse 11

12 MEMBRAN POTANSİYELİ OLUŞUMUNUN BASİT AÇIKLANMASI Vücudumuzdaki hücrelerin tümüne yakınının zarında membran potansiyeli oluşur. Hücre zarı; sinir hücresi ve kas hücreleri gibi uyarılabilme özelliğine sahiptir. Bu hücreler membranları boyunca darbe şeklinde değişen elektrokimyasal değişimleri iletilebilmektedir. Bez hücreleri gibi diğer bir takım hücreler ise membran potansiyelinin değişimi, uyarılabilir hücrelerde görülen şekilde olmamaktadır. Ancak bez hücrelerindeki bir çok fonksiyonların kontrolü bakımından membran potansiyeli değişimi çok önemlidir. 12

13 MEMBRAN POTANSİYELİ OLUŞUMUNUN BASİT AÇIKLANMASI Membran, ortasında lipidlerin yer aldığı  kalınlığında çift lipid tabakasından oluşan dinamik bir yapıdır. Çift lipid tabakasının kalınlığı kabaca 45 dur. Membran içinde bazı bölgelerde  kalınlığında protein bölgeleri bulunur. 13

14 MEMBRAN POTANSİYELİ OLUŞUMUNUN BASİT AÇIKLANMASI Membran hücrenin çevresini kaplayan bir duvar olarak hücrenin iç ve dış kısmını ayırır ve geçirgenlik (permeability) engeli olarak çalışır. Hücreye gireni, çıkanı kontrol eder. Böylece aktif ve pasif membran iletimini gerçekleştirir. Hücreye gelen tüm kimyasal (hormonal) ve elektriksel (sinirsel) bilgi membran üzerinden hücreye ulaşır. Hormonlar membrandaki reseptörlere etki ederek etkilerini hücreye ulaştırırlar. Bir çok ilaç etkilerini ancak membran ile temas ettikten sonra gösterir. 14

15 MEMBRAN POTANSİYELİ OLUŞUMUNUN BASİT AÇIKLANMASI Enzimlerinin çoğunun aktiviteleri membranda olmaktadır. Hücrenin davranış bozukluklarında, genellikle membranda bozulmalar olur. Örneğin kanserde tümör hücresi kontakt inhibitasyon kuralına uymaz. Bu kurala göre birbiriyle fiziksel olarak temas eden hücreler birbirleriyle haberleşebilmekte, hareketi, büyümeyi ve üremeyi durdurabilmektedirler. Kanserli hücrelerde bu işlem gerçekleşmediğinden üreme devam eder. 15

16 MEMBRAN POTANSİYELİ OLUŞUMUNUN BASİT AÇIKLANMASI Hücrenin elektriksel aktivitesi açısından bakıldığından hücrenin dışında ve içinde yer alan sıvı bileşimleri arasında temel fark, hücre dışında Na ve Cl iyonları sayısının hücre içine nazaran fazla, K iyonları sayısının ise az olmasıdır. Hücre membranından çeşitli maddelerin geçmesini sağlayan iki temel mekanizma vardır. Bunlar Difüzyon ve Aktif Transport olaylarıdır. A. Difüzyon (pasif geçiş-transport): Maddelerin yüksek konsantrasyondan alçak konsantrasyona doğru membranı geçme olayıdır. Bu olayda etkili olan sadece bahis konusu maddenin kinetik enerjisidir. 16

17 MEMBRAN POTANSİYELİ OLUŞUMUNUN BASİT AÇIKLANMASI B. Aktif taşıma (aktif transport): Maddelerin alçak konsantrasyondan yüksek konsantrasyona doğru membran geçmesi olayıdır. Bu olay olabilmesi için gerekli enerji kaynağı metabolik enerjidir. Maddeler, bir takım kimyasal reaksiyonlar yolu ile enerji tüketimi sayesinde belirli taşıyıcı maddeler tarafından membranı geçerler. Bazı maddelerin hücre içinde daha yüksek konsantrasyonda tutulması gereklidir. Buna örnek K iyonlarını verebiliriz. Bazı maddelerin (örneğin Na) ise hücre dışındaki konsantrasyonlarının daha fazla olması gereklidir. 17

18 18

19 19

20 Veri Madenciliği [ 6.hft ] 20

21 21

22 Şekil 2.6. Aksiyon potansiyeli 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 Veri Madenciliği [ 6.hft ] 27

28 28

29 29

30 30

31 31