00341 Biyomedikal DR. ÖĞR. ÜYESİ BERAT Enstrümantasyon DOĞAN 1
Biyolojik işaretlerin oluşumu Aksiyon potansiyelinin oluşumu Elektriksel kökenli olan ve elektriksel kökenli olmayan biyolojik işaretler İçindekiler Biyolojik işaretlerin algılanması İşlemsel kuvvetlendiricili devreler Elektrodlar ve dönüştürücüler 2
Biyolojik işaretlerin oluşumu Biyolojik işaretler, insan vücudundaki sinir sistemi, beyin, kalp ve kas gibi çeşitli organların faaliyetleri sırasında oluşurlar. Biyolojik işaretlerin temelini, hücrelerdeki elektrokimyasal olayların sonucunda oluşan aksiyon potansiyeli oluşturur. Bu işaretlerden, elektrotlar yardımıyla algılanıp işaret işleme işlemlerinden geçirildikten sonra çeşitli hastalıklara tanı konmasında (teşhisinde) yararlanılmaktadır. Biyolojik işaretler, vücut içindeki karmaşık biyolojik yapıdan dışarıya kolay anlaşılabilir bilgi taşımazlar. Bunun için, elektrotlar veya dönüştürücüler yardımıyla algılanan bu işaretlerin işlenip yorumlanmaları gerekir. 3
Hücre fizyolojisi Hücre, canlıların bağımsız olarak yaşamını sürdürebilen en küçük parçasıdır. Hücre, çekirdek, sitoplazma denilen hücre gövdesi ve sitoplazmayı çevreleyen bir hücre zarından oluşur. Hücrelerde elektriksel işaretler, hücrenin uyarılabilme özelliği nedeniyle oluşur. Hücre zarı, 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. Yandaki şekilde bir insanda bulunan bazı hücrelerden örnekler görülmektedir. 4
Membran dinlenme potansiyeli Vücudumuzdaki hücrelerin tümüne yakınının zarında membran potansiyeli oluşur. Sinir ve kas hücreleri gibi hücreler ise uyarılabilme özelliğine sahiptir. Bu hücreler membranları boyunca darbe şeklinde değişen elektrokimyasal değişimleri iletebilmektedir. Vücut öz sıvısındaki en önemli iyonlar; Sodyum (Na+), Potasyum (K+) ve Klor (Cl ) iyonlarıdır. Hücrenin elektriksel aktivitesi açısından bakıldığında 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. Uyarılabilen hücrelerin membranları Potasyum ve Klor iyonlarının hücre içine geçmesine izin vermesine rağmen Sodyum iyonlarının geçişine engel olur. Hücre membranından çeşitli maddelerin geçmesini sağlayan iki temel mekanizma difüzyon ve aktif transport olaylarıdır. https://en.wikipedia.org/wiki/membrane_potential 5
Membran dinlenme potansiyeli Hücre uyarılmadığında sükunette olup membran dinlenme potansiyeli 70mV ile -90mV arasındadır. Hücrenin elektrik aktivitesinde Na+, K+, Cl iyonları etkilidir. İyonların hücre zarını pasif olarak geçişinde ortamlar arası iyon konsantrasyon farkları önemli olur. Bu şekildeki iyon geçişi, difüzyon (pasif transport) olarak ifade edilir. Hücre uyarıldığında hücre zarının Na+ iyonlarına olan geçirgenliği artar; hücre içine Na+ iyonları hücumu olur ve hücre içi potansiyeli +20mV değerine kadar yükselir; depolarizasyon. Gerilim değerinden etkilenen hücre zarının geçirgenliği tekrar sükunetteki durumuna döner. Bu durumda, aktif transport etkili olur. Enerji harcayarak çalışan Na-K aktif pompaları Na+ iyonlarını hücre dışına (K+ iyonlarını da hücre içine) pompalamak suretiyle sükunetteki konsantrasyon dengelerini kurmaya ve bu dengeleri korumaya çalışır; repolarizasyon. Repolarizasyonda, zar potansiyeli eski seviyesine gelir. Bu değişime, aksiyon potansiyeli adı verilir. https://courses.washington.edu/conj/membpot/membranepot.htm 6
Aksiyon potansiyeli Hücre uyarıldığında, zar potansiyeli (hücre dışı referans olmak üzere) pozitife doğru artar. Belli bir eşik gerilimini (-55mV) geçer geçmez, uyarı kesilse bile zar potansiyeli +20mV ile +40mV aralığında bir değere kadar yükselmeye devam eder. Eşik değerini geçemeyen zar potansiyelleri uyarı kesildiğinde denge değerine dönerler. Hücre, zar potansiyelini eşik değerinin üzerine çıkaran uyaranlar için uyarılmış olmakta; aksi durumda uyarılmamış kalmaktadır. Buna ya hep ya hiç yasası denir. Hücre uyarıldıktan sonra, tekrar uyarılabilmesi için bir süre gerekir. Buna, bekleme süresi denir. 7
Aksiyon potansiyelinin yayılması Bir hücre uyarılıp aksiyon potansiyeli ürettiğinde iyon akımı akmaya başlar. Bu olay komşu hücreleri de uyarabilir. Uzun aksonlu sinir hücrelerinde aksiyon potansiyeli aksonun uzunluğuna göre çok kısa bir kısmında meydana gelir ve her iki yöne yayılır. Tabii durumda bir sinir hücresi yalnız giriş ucuna yakın bir yerden uyarılır. Aksiyon potansiyeli hücre boyunca yayılırken bekleme sürelerinden dolayı önce uyarılmış bölge yeniden uyarılmaz. Böylece yayılma tek yönlü olmuş olur. 8
Aksiyon potansiyelinin yayılması Aksiyon dalgası şeklinde sinir aksonu boyunca yayılan bilginin diğer bir sinir hücresine (nörona) geçişi sinaps bölgelerinde olmaktadır. Sinapslarda bilgi geçişi, nöro-transmiterler (kimyasal aktarıcılar) aracılığıyla olmaktadır. Sinapslarda bilgi geçişi, sinapsın yapısı gereği, tek yönlü olmaktadır. Bu da, bilginin sinir hücrelerinde tek yönlü yayılma sebeplerinden biridir. 9
Aksiyon potansiyelinin yayılması Aksiyon potansiyeli, sinir hücresi boyunca darbe katarı şeklinde yayılır. Ya hep ya hiç prensibi gereği bu katardaki aksiyon potansiyellerinin genlikleri aynı kaldığından, bilgi, aksiyon potansiyeli darbelerinin sıklığıyla (frekansıyla) taşınmaktadır. 10
Biyolojik İşaretler Biyolojik işaretlerin sınıflandırılması Elektrik kökenli olanlar EKG : EMG : Elektrik kökenli olmayanlar Kan basıncı : Kalp sesleri : EEG : Vücut sıcaklığı : C İşaret : Bilgi taşıyan, zamana göre değişen veya değişmeyen büyüklüklerdir. Biyolojik İşaret : Canlı vücudundan elektrotlar veya dönüştürücüler aracılığıyla algılanan, elektrik kökenli olan veya olmayan işaretlerdir. 11
Elektriksel kökenli biyolojik işaretlerin özellikleri Biyolojik işaret kaynağı Elektrotlar Biyopotansiyel Biyolojik işaret kuvvetlendirici İzolasyon Elektrotlar aracılığıyla canlı vücudundan algılanırlar, yalıtım önemlidir. Genlikleri küçüktür; 100 µv - 1 mv Spektrumu alçak frekanslar bölgesindedir; 0.1 Hz - 2000 Hz Fark işareti şeklinde bulunurlar. Gürültülü işaretlerdir. Temel gürültü kaynakları: ortak mod şeklindeki 50 Hz lik şebeke gürültüleri, fark işaret şeklinde bulunan diğer biyolojik işaret kaynakları ve elektronik eleman gürültüleri. 12
Elektriksel kökenli biyolojik işaretler EKG : Elektro kardiyo gram : kardiyo kalp EMG : Elektro miyo gram : miyo kas EEG : Elektro ensefalo gram : ensefa beyin ENG : Elektro nöro gram : nöro sinir EGG : Elektro gastro gram : gaster mide-bağırsak ERG : Elektro retino gram : retino retina EOG : Elektro oculo gram : oculo göz UP ( EP ) : Uyarılmış Potansiyeller : beyinden GP ( LP ) : Geç Potansiyeller : kalpten EKG : EMG : EEG : 100 ~ 500 µv genlik, 0,1 ~ 150 Hz bant 100 µv ~ 1 mv genlik, 10 ~ 500 Hz bant 2 ~ 100 µv genlik, 0,5 ~ 50 Hz bant 13
Kan basıncı : 10 mmhg ~ 200 mmhg DC ~ 20 Hz Kalp sesleri : 5 ~ 200 Hz Vücut sıcaklığı : C 0 ~ 80 C Ortalama kan akış hızı : ± 500 ml/s DC ~ 20 Hz Elektriksel kökenli olmayan biyolojik işaretler Kan basıncı : basınç dönüştürücüsü, kalp ve dolaşım sisteminin Kan akış hızı : elektromagnetik, ultrasonik, dolaşım sisteminin Solunum hacmi : pletismograf, akciğerlerin Kalp sesleri : kalp mikrofonu, kalp kapakçığının Sıcaklık : sıcaklık dönüştürücüsü, vücudun veya organların Deri direnci : değişken direnç dönüştürücüsü, derinin ( GSR ) ph : phmetre, kanın PO 2 kimyasal dönüştürücüler, kanın ve havanın 14
Dolaşım sistemi ve Elektrokardiyogram (EKG) Kanın dolaşımı, bir pompa görevi gören kalbin sıkışması sonucu oluşan basınç yardımıyla sağlanır. Temiz kan kalbin sol karıncığı (sol ventrikül) yardımıyla tüm vücuda, çeşitli organ ve dokulara gerek duyulan oksijeni sağlamak üzere verilir. Vücuttaki kan dolaşım sistemi, hücrelere bir hücre çapından daha uzakta kalmayacak şekilde, kılcal damarlar yardımıyla bütün vücudu örmüştür. Sindirim sistemine uğrayan kan, buradaki besin maddelerini ve suyu bünyesine alır. Böbrek, bir filtre görevi yaparak kanı kirli ve atık maddelerden temizler. Oksijenini organlardaki doku ve hücrelere veren kan, oksijensiz kirli kan olarak sağ kulakçığa (sağ atrium) döner. Sağ kulakçığa dökülen kirli kan oradan sağ karıncığa (sağ ventrikül) geçer. Sağ karıncıktaki kan bünyesindeki CO2 yi verip O2 almak üzere pompalanarak pulmoner arter üzerinden akciğerlere geçer. Akciğerlerde temizlenen kan sol kulakçığa pulmoner ven yardımıyla döner ve oradan da yeniden vücuda pompalanmak üzere sol karıncığa geçer. 15
Kalbin anotomisi Kalp göğüs kafesi içerisinde ters çevrilmiş bir koni şeklindedir. Damarların girdiği üst kısmına taban, ventriküllerin bulunduğu uç kısmına ise apex denir. Kan pomplama işlemi, kalbin odacıkları etrafını çeviren kalp kaslarının kasılmasıyla olur. Bu kaslar, kalbi bir çelenk gibi ören koroner arterlerle beslenir. Sağ atrium dolduğunda, kasılarak kanın triküspid (üç parçalı) kapakçık yoluyla sağ ventriküle geçmesini sağlar. Sağ ventrikülün kasılmasıyla yarım ay şeklindeki pulmoner kapak açılır ve kan pulmoner artere pompalanır. Ventriküldeki basınç, atrium basıncının üzerine çıktığında triküspid kapak kapanır. Pulmoner arter iki artere ayrılıp akciğerlere ulaşır. Akciğerlerde ise gittikçe küçülen kollara bölünerek kesit alanları oldukça küçük olan arteriollara ayrılır. Akciğerlerdeki gaz değişimi alveol denilen hava keseciklerinde olur. Bu arteriollar, alveollerin etrafını ören kılcal damarları (kapilerleri) beslerler. Diğer taraftan, temizlenen kan, bu kılcal damarlar yoluyla çok ince venüllere ve oradan da gittikçe büyüyerek pulmoner vene ve sol kalbe ulaşır. Pulmoner venden sol atriuma giren kan, sol atrium kaslarının kasılmasıyla mitral kapakçık üzerinden sol ventriküle pompalanır. Sol ventrikül kasları kasıldığında oluşan basınç sonucu, mitral kapakçığı kapanır. Yine ventriküldeki basıncın artması sonucu aort kapakçığı açılır ve kan aorta basılır. Bu olayla senkron olarak pulmoner kapakçık da açılır ve sağ ventrikül içerisindeki kirli kan pulmoner atardamara basılır. http://www.unalacikel.com.tr/kalp-damar-cerrahi.asp?alt=1 16
Kalbin anatomisi Kalbin pompalama çevrimi, sistol ve diyastol olmak üzere iki kısma ayrılır. Sistol, kalp kaslarının, özellikle sol ventrikül kaslarının kasılarak kanın pulmoner arter ve aorta pompalanması zamanıdır. Diyastol ise kalp odacıklarının gevşeyerek kanla dolduğu zamandır. Kan, arter sistemine pompalandıktan sonra kalp, dinlenme durumuna geçer, çıkış kapakları kapanır, kısa bir süre sonra giriş kapakçıkları açılarak diyastol ve yeni bir kalp çevrimi başlar. Arterlerden ayrılarak çeşitli kollardan geçen kan, beyine, uzuvlara ve diğer organlara ulaşır. Arteryel sistemin son basamağında, damarların kesit alanları küçülür ve sayıları artarak en ince damarlara kadar devam ederler. Bu ince damarlar, hücrelere oksijenin geçtiği ve hücrelerin atık karbondioksitinin de kana geçtiği kılcal damarları beslerler. Bundan sonra büyük venlere ve onlar da superior ve inferior vena cavalara bağlanırlar. Kalbin kendisinin beslenmesi, aorttan ayrılan koroner arterler yoluyla olur. Bu arterler de kılcal damar sistemine benzer bir sisteme dönüşürler ve kardiyak venlerine bağlanırlar. Kalbi besleyen kan, kalbe koroner sinüs yoluyla döner. http://www.unalacikel.com.tr/kalp-damar-cerrahi.asp?alt=1 17
Kalbin anatomisi Kardiyovasküler sistemle ilgili bazı ortalama rakamlar şunlardır: Sağlıklı yetişkinlerde kalp vurum hızı 75 vuru/dakika olup bu rakam, çok değişebilir. Kalp vurum hızı, ayağa kalkıldığında artar, oturulduğunda ise düşer. Bir bebekte, normal şartlarda, kalp vurum hızı 140 vuru/dakikaya çıkabilir. Bunlardan başka, birçok psikolojik, fizyolojik ve çevresel etkenler, kalp vurum hızını etkiler. Kalp, dakikada ortalama 5 litre kan pompalar. Ağır egzersiz sırasında bu miktar çok artabilir. Herhangi bir anda, toplam kan hacminin %75 ile %80 i venlerde, yaklaşık %20 si arterlerde ve geri kalanı da kılcal damarlarda bulunur. Kan basıncının maksimum değerine, sistolik kan basıncı, en düşük değerine de diyastolik kan basıncı denir ve genellikle, sistolik basınç/diyastolik basınç şeklinde gösterilir. Ölçü birimi olarak mmhg kullanılır. Yetişkinlerde, normal şartlarda, koldaki atardamardan ölçülen sistolik basınç 95 ile 140 mmhg arasında değişir ve ortalama değeri 120 mmhg dir. Normal diyastolik basıncın ortalama değeri 80 mmhg olup, 60 ile 90 mmhg arasında değişir. http://www.unalacikel.com.tr/kalp-damar-cerrahi.asp?alt=1 18
Kalbin elektriksel iletim sistemi Kalbin elektriksel iletim sistemi, sinoatrial düğüm (sinoatrial node - SA), his demeti (bundle of his), atrioventriküler düğüm (atrioventricular node - AV), his demetinin dalları (bundle branches) ve purkinje fiberlerinden oluşur. SA düğümü, kalbin pacemaker ı (vuru düzenleyicisi) olarak çalışır. Pacamaker, hareketi başlatan, hareketin hızını belirleyen anlamına gelmektedir. SA düğümünde kendi kendine oluşan aksiyon potansiyeli, depolarizasyon dalgası halinde bütün kalbe yayılır. Kalp hücreleri arasındaki geçiş ise hücrelerarası alçak direnç bölgelerini oluşturan geçit bölgeleri üzerinden olur. SA düpümü sağ atriumun arka duvarında yer alan (3x10 mm boyutunda) özelleşmiş kalp hücrelerinden oluşmuştur. SA düğümünün oluşturduğu aksiyon potansiyelinin frekansı değişen koşulların gereksinimini karşılamak üzere Merkezi Sinir Sistemi tarafından kontrol edilmektedir. SA düğümünde oluşan aksiyon potansiyeli, atriumlar üzerindeki iletim yolları üzerinden hızlı bir şekilde yayılarak atriumların kasılmasını sağlar ve buradaki kan ventriküllere basılır. Atriumlarda aksiyon potansiyelinin hızı, 30 cm/s kadardır. SA ve AV düğümleri arasındaki özel iletim hatlarında ise hız 45 cm/s kadardır. SA düğümünde oluşan aksiyon potansiyeli 30-50 ms sonra AV düğümüne ulaşır. Bu süre, atriumların içlerindeki kanı tümüyle ventriküllere doldurmaları için yeterli değildir. Bu nedenle ventriküllerin kasılmasının bir süre sonra yapılması gereklidir. Bu işlem, bir geciktirme elemanı gibi çalışan AV düğümünde, aksiyon potansiyelinin 110 ms kadar geciktirilmesiyle sağlanır. Atriumlarla ventriküller arasındaki yağlı septum bölgesi elektriksel izolasyon sağlar ve kalbin bu iki bölgesi arasındaki iletim sadece iletim sistemi üzerinden yapılabilir. http://www.acilveilkyardim.com/acilbakim/dolasim/ekg.html 19
Kalbin elektriksel iletim sistemi Ventriküllerin uyarılması purkinje fiberleri ile olur. Bunlarda aksiyon potansiyelinin hızı 2-4 m/s kadardır. Purkinje fiberleri yardımıyla uyarılan miyorkardium kasılır ve burdaki kan arterlere basılır. Kalp kaslarının aynı anda kasılması sonucu genliği oldukça büyük bir elektriksel işaret oluşur. Elektrokardiyogram olarak isimlendirilen bu işaret vücut yüzeyinden algılanabilir. EKG eğrisi üzerinde değişik özellikler gösteren kısımlar, harflerle karakterize edilir. P dalgası olarak isimlendirilen kısım, atriumların kasılması sonucu oluşur. Genliği atrium kaslarının fonksiyonel aktivitesini belirtir. PQ aralığı his demeti iletim zamanını gösterir. QRST dalgası, ventriküler kompleks olarak isimlendirilir. QRS (QRS kompleksi), ventriküllerin depolarize olmasına karşı düşer. Ventrükül kaslarının fonksiyonel aktivitesini gösterir. His demeti ve kollarındaki iletim bozuklukları da QRS de değişikliklere neden olur. Ventriküllerin kasılması ile R dalgasının yukarı çıkışı aynı anda olur. ST aralığında, ventrikül kas hücreleri yavaş, T sürecinde ise hızlı repolarize olur. Dakikada kalp vurum hızı 75 olan sağlıklı bir kimsede P, PR, ve QRS süreleri sırasıyla 0.1, 0.13 ve 0.08 ms kadardır. https://www.acilci.net/st-segmenti/ 20
EKG Derivasyonları A) Elektrokardiyogram düzlemleri Kalbi, gövde (torso) içerisinde bir elektrik üreteci olarak düşünebiliriz. Bu üretecin tamamen gövde içinde gömülü olması sebebiyle üreteç çıkışının direkt ölçümü ancak bir ameliyatla mümkün olabilir. EKG de, bir hacimsel iletken olan gövdenin yüzeyindeki çeşitli noktalar arasında yapılan potansiyel farkı ölçümleri yardımıyla, kalbin durumu belirlenebilir. Böylece kardiyak vektörü istenen referans düzlemlerinin üzerlerindeki eksenler üzerine izdüşürülebilir. Yandaki şekilde, uygulamalarda referans düzlem olarak alınan Frontal, Transverse ve Sagittal düzlemler gösterilmiştir. http://athletics.wikia.com/wiki/planes_of_motion 21
EKG Derivasyonları B) Einthoven üçgeni Kalbin kardiyak vektörünü (net depolarizasyon vektörü) bulabilmek için Einthoven frontal düzlemde eşkenar bir üçgenin köşelerine yerleştirilen elektrotlardan faydalanmayı öne sürmüştür. Bu üçgene Einthoven üçgeni denir. Şekilde I, II ve III ile gösterilen vektörler sırasıyla sağ kol (RA) ile sol kol (LA) arasında, sağ kol (RA) ile sol bacak (LL) arasında ve sol kol (LA) ile sol bacak (LL) arasında alınan ölçümleri temsil etmektedir. Her üç durumda da referans elektrot sağ bacağa (RL) yerleştirilmektedir. Bu üç farklı derivasyonda yapılan ölçümler neticesinde elde edilen EKG işaretleri yorumlanarak kalbin kardiyak vektörünün doğrultusu bulunabilmektedir. 22
EKG Derivasyonları C) Standart bipolar derivasyon Standart bipolar derivasyonda ölçümlerin kolay yapılabilmesi için elektrotlar Einthoven üçgeninin köşe noktalarına değil, bu noktalara yakın olan kol ve bacaklara yerleştirilmektedir. Dolayısıyla bu derivasyonda ölçümler sırasıyla; a. Sağ kol ve sol kol arasında b. Sağ kol ve sol bacak arasında c. Sol kol ve sol bacak arasında yapılmaktadır. Bu ölçümlere sırasıyla I, II ve III nolu Standart Bipolar Derivasyonlar adı verilir. Ertuğrul Yazgan, Mehmet Korürek, Tıp Elektroniği, İTÜ yayınları, 1996 23
EKG Derivasyonları D) Unipolar derivasyon Eğer elektrotlardan üçü eşit dirençler üzerinden birbirlerine bağlanır ve bu nokta ile üçüncü elektrot arasında ölçüm yapılırsa, bu derivasyon unipolar derivasyon olarak isimlendirilir. Bu derivasyonda ölçümler VR, VL ve VF olarak isimlendirilir. C noktası, Wilson noktası olarak isimlendirilen referans noktasıdır. VR, VL ve VF sırasıyla sağ kol, sol kol ve sol bacak ile Wilson noktası arasındaki ölçümleri ifade etmektedir. 24
EKG Derivasyonları D) Kuvvetlendirilmiş derivasyon (Augmented lead) Kuvvetlendirilmiş derivasyonda ölçümlerin nasıl yapıldığı ve hangi eksenler boyunca kardiyak vektörünün izdüşümünün elde edildiği yandaki şekilde gösterilmiştir. I, II ve III nolu derivasyonlarla birlikte alındığında frontal düzlem üzerinde aralarında 30 ar derece olan eksenler üzerinde izdüşümler elde edilebilmektedir. Bu moddaki derivasonlar avr, avl ve avf olarak isimlendirilmektedir. Unipolar derivasyonlardaki isimlendirmeye ek olarak küçük a harfi, güçlendirilmiş (augmented) kelimesinden kaynaklanmaktadır. Çünkü bu modda elde edilen işaretlerin genlikleri, unipolar moddaki genliğe kıyasla %50 fazladır. Örneğin bu derivasyonda avr = 1.5VR dir. 25
EKG Derivasyonları E) Göğüs derivasyonları Kardiyak vektörünün transverse düzlemdeki izdüşümü de kalbin durumu hakkında önemli bilgiler vermektedir. Bu düzlemde yapılan ölçümler göğüs derivasyonları olarak bilinmektedir. Göğüs derivasyonları V1, V2, V3, V4, V5 ve V6 olarak isimlendirilmektedir ve yandaki şekilden görüldüğü gibi göğüs kafesinin farklı noktalarından alınmaktadırlar. https://www.nottingham.ac.uk/nursing/practice/resources/cardiology/function/chest_leads.php 26
Merkezi Sinir Sistemi ve Elektroensefalogram (EEG) Sinir sistemi, (systema nervosum) sinir hücreleri ve bunlara destek olan nöroglia hücrelerinden oluşan en karmaşık sistemdir. Değişik duyu organlarından gelen binlerce bilgi, bu sistem sayesinde taşınır, işlenir ve bunlara uygun cevaplar oluşturulur. Sinir sistemi; merkezi sinir sistemi (central-santral) ve çevresel (periferik) sinir sistemi olarak iki bölümde incelenir. Bu bölümde sadece merkezi sinir sisteminin en önemli bileşeni olan beyin ve beyinden alınan EEG sinyalleri tanıtılacaktır. 27
Merkezi sinir sistemi Merkezi sinir sistemi (MSS) tüm beyin (encephalon) ve omurilikten (medulla spinalis) oluşmaktadır. MSS yapısında beyaz madde (substantia alba) ve gri madde (substantia grisea) şeklinde iki tabaka bulunur. Gri katmanda sinir hücrelerinin gövdeleri, beyaz katmanda ise uzantıları bulunur. Beyinde gri madde dışta, beyaz madde içtedir. Omurilikte ise gri madde içte, beyaz madde dıştadır. Tüm beyin; beyin sapı, beyin, ara beyin ve beyincikten oluşur. Tüm beyin genelde beyin olarak ifade edilir. Bir erişkinin beyni ortalama 1300-1400 gramdır. Kafatası boşluğunda yer alan beyin, 100 milyar nöron (sinir hücresi) ve trilyonlarca destek hücrelerinden (nöroglia) oluşur. 28
Beyin sapı Tüm beyin sapı anatomik olarak omuriliği beyne bağlayan bir köprü gibidir. Tüm beyin ile omurilik arasındaki bilgi taşıyan sinir liflerinin geçtiği bölgedir. Omurilik soğanı (soğanilik veya medulla oblangata), köprü ve orta beyin olmak üzere üç kısımdan oluşur. Beyin sapının en alt bölümünde bulunan soğanilik (medulla oblangata), medulla spinalisin (omurilik) devamı olup birinci boyun omuru atlasın ön kemeri hizasından başlar ve art kafa kemiğinde bulunan foramen magnum denilen delik düzeyinde devam eder. Yukarı kısmı ise pons ile birleşir. Omuriliğin üst kısmı ile pons arasında, beyinciğin altındadır. Dolaşım ve solunum merkezleri soğanilikte olduğu için bu bölgenin hasarı ölümle sonuçlanır. Ayrıca yutma, çiğneme, öksürme, hıçkırma, hapşırma, kan damarlarının büzülmesi ve kusma gibi refleksleri kontrol eden merkez buradadır. Motor sinirler burada çaprazlaşır. 29
Beyin sapı Köprü (pons); medulla oblangata (soğanilik) ile mesencephalonu (orta beyin) ve merkezi sinir sisteminin üst ve alt bölümlerini birbirine bağladığı için bu adı almıştır. Solunum kontrolüne katkıda bulunur. Afferent (getiren) ve efferent (götüren) sinir yolları buradan geçer. Pons ve ara beynin arasında yer alan mesencephalon (orta beyin), beyin sapının en kısa bölümüdür. Pupilla refleksi ile yürüme ve yer değiştirme merkezi buradadır. Dopamin salgılayan merkezleri taşır. Dopamin eksikliğinde Parkinson hastalığı, fazlalığında ise şizofreni görülür. Orta beyinde hem duyusal hem de motor fonksiyonları olan retiküler formasyon alanı bulunur. Burası iskelet kasının gerginliğini ayarlayan yüksek beyin bölgelerinden uyarılar alır. Ayrıca; uyanık kalmayı, bilincin açılmasını ve devamını sağlar. Kulak göz ve deriden gelen uyarılar, bu alanın etkili uyaranlarıdır. Örneğin zil sesi, kuvvetli bir ışık ya da çimdik atılması gibi. 30
Beyin (cerebrum) Beyin, tüm beynin en büyük ve en kompleks parçasıdır. Üzeri girintili çıkıntılıdır. Önden arkaya doğru uzunlamasına derin bir yarıkla sağ ve sol iki yarımküreye (hemisfer) ayrılır. Bu iki yarım kürenin arasındaki yarığa, fissura longitidunalis denir. Her iki hemisfer tabanda corpus callosum ile birbirine bağlanır. Cerebrumun sağ yarım küresi vücudun sol, sol yarım küresi de vücudun sağ tarafını yönetir. Örneğin; sağ el sol yarım küre, sol el sağ yarım küre tarafından kontrol edilir. Beynin gri maddeden oluşan en dış tabakasına, serebral korteks (beyin kabuğu) denir. Korteks kelimesi latince kabuk kelimesinden gelmektedir. Kalınlığı 2-6 mm arasındadır. İnsanlarda, serebral korteksin yüzeyi pek çok girinti ve çıkıntıyla kaplıdır. Korteksteki çıkıntılara gyrus, girintilere ise sulcus denir. Korteks en yüksek sinir işlevlerinin yapıldığı alandır. Kortekste motor merkez ve duyu merkezi bulunur. Beyin yarım kürelerinin her biri; frontal, parietal, temporal ve oksipital olmak üzere dört ana loba ayrılmıştır. Her lobun farklı işlevleri vardır. Bu loblar, adlarını komşu oldukları kafatası kemiklerinden alır. 31
Beyin (cerebrum) Frontal lob (alın lobu): Beynin en gelişmiş ve en büyük lobudur. Alın lobu üzerinde motor ve duyu merkezleri ile konuşma merkezi ( broca merkezi) bulunur. Parietal lob (yan kafa lobu): Bu lob üzerinde duyu merkezlerinin yanı sıra duyuların değerlendirildiği öğrenme, hafıza ve mantık gibi merkezler de bulunur. Temporal lob (şakak lobu): Bu lob üzerinde işitme duyusunun alınması ve düzenlenmesi ile ilgili temel işitme merkezleri bulunur. Koku ve tat merkezleri de temporal lobda yer alır. Oksipital lob (art kafa lobu): Görme ve görüntüleme merkezleri bu alanda yer alır. Bunun hasarında görme defektleri ortaya çıkar. 32
Ara beyin (Diencephalon) Orta beyin (mesencephalon) ile beyin yarım küreleri arasındadır. 3. karıncık ara beynin içine yerleşmiştir. Ara beyin; thalamus, hypothalamus, epithalamus ve supthalamustan meydana gelir. Thalamus, ara beynin en büyük ve en alt bölümüdür. Alınan duyular, burada değerlendirilip düzenlendikten sonra cerebruma yollanır. Hypothalamus, thalamusun altında yerleşiktir. Hipofiz bezi ince bir sapla hypothalamusa bağlıdır. Hipofiz bezinin çalışması hipotalamus tarafından kontrol edilir. Ayrıca hipofiz arka lobunun salgıları hipotalamus tarafından üretilir. Endokrin sistem modülünde de görüleceği gibi hipofiz bezinin salgıları diğer tüm bezleri, bir orkestra şefi gibi koordine ve kontrol etmektedir. Dolayısıyla hipotalamusun işlevlerinin neler olduğunu, hipofiz bezi ile olan ilişkisini göz önüne alarak değerlendirmekte fayda vardır. İç salgı bezlerinin yaptığı tüm görevler, dolayısıyla hipotalamusun kontrolünde gerçekleşmektedir. Hipotalamusun işlevleri aşağıda verilmiştir. Hipofiz bezi ve diğer iç salgı bezlerini kontrol eder. Susama, açlık ve tokluk merkezi buradadır. Sıvı elektrolit dengesini kontrol eder. Uyku ve uyanıklık hâlini ayarlar. Seksüel faaliyetleri yönetir. Ağrı, korku, heyecan, kızgınlık ve şiddet gibi hislerin kontrolünde rol alır. Vücut sıcaklığını ayarlama merkezi buradadır. 33
Ara beyin (Diencephalon) Epithalamus, ara beynin arka ve üst bölümüdür. Burada, melatonin hormonu salgılayan epifiz bezi bulunur. Melatonin hormonu gece salgılanıp uyku getirir, bu nedenle uyku hormonu olarak da bilinir. Sabah ise uyanmaya katkıda bulunur. Subthalamus, ara beynin önünde thalamusun aşağısında orta beyin ile thalamus ve hypothalamusun arasındadır. Motor aktiviteyi (kas kasılmasını) kontrol eder. 34
Beyincik (Cerebellum) Beyincik, tüm beynin ikinci büyük parçasıdır. Beyin yarım kürelerinin arkasında, oksipital lobun altındadır. Kafa arka çukuruna yerleşmiştir. İki yarım küreden oluşmaktadır. Dış kısmı gri madde; iç kısmı ak madde içerir. Ak madde boz madde içinde dallanmalar yaparak hayat ağacı adını alır. Beyin kabuğu ile birlikte hareketleri kontrol eder. Özellikle koşma, klavye ile yazma, yazı yazma, piyano çalma, konuşma gibi hızlı kas aktivitelerini kontrol eder. Motor aktivitelerin sırasını belirler. İç kulaktaki denge merkezi ile birlikte vücudun dengesini sağlar. Beyinciğin işlevsel bozukluğunda denge bozukluğu görülür. 35
Omurilik (Medulla spinalis) Omurilik, MSS nin önemli bir parçasıdır. Beyin sapının alt bölümü olan; soğaniliğin alt ucundan başlayarak omurga içinde, aşağıda 1. lumbal ve 2. lumbal vertebralar hizasında sonlanır. Ağırlığı 25-30 gr kadar, uzunluğu ise 40-50 cm dir. Silindirik bir yapısı vardır. Medulla spinalis, enine kesilerek incelendiğinde; ortada canalis centralis, kanalın etrafında kelebek şeklinde gri bir yapının, dış tarafında ise beyaz yapının olduğu görülür. Yani omurilikte, beynin tersine gri tabaka içte, beyaz tabaka dıştadır. Omurilikte sağlı sollu ve bölgelere göre farklı sayıda toplam 31 çift sinir vardır. Omuriliğin işlevleri aşağıdaki gibi sıralanabilir. Beyin ve periferik sinir sistemi arasında bağlantı ve iletimi sağlar. Otonom sinirlere merkezlik yapar Refleks oluşturur. Çevreden alınan uyarıların beyne ulaştırılmadan isteğimiz dışında bu uyaranlara karşı gösterilen ani tepkilere refleks denir. Refleks hareketinin oluşması için en az bir reseptör, bir duyu siniri, bir merkez, bir motor sinir ve efektör organ gereklidir. Bu yapıların hepsine refleks arkı denir. 36
Beynin fonksiyonları Beyin kabuğunun bazı özgün fonksiyonları, kabuğun belli bölgelerinde (alanlarında) yerine getirilmektedir. Yandaki şekilde beyin kabuğunun fonksiyonel olarak gruplanmış alanları gösterilmektedir. http://psikolezyum.com/beyin-loblari-gorevleri-infografik/ 37
Elektroensefalogram (EEG) Beynin sinirsel faaliyetleri sonucu oluşan biyoelektrik işaretlere Elektroensefalogram (EEG) adı verilir. EEG nin çok karmaşık bir yapısı vardır ve yorumlanması zordur. Yüzeyden ölçülen EEG potansiyelleri, alttaki birçok noktadan ve serebral korteksin oldukça geniş bir bölümünden gelen potansiyellerin toplamından oluşur. https://www.abcsaglik.xyz/2018/01/eeg.html 38
EEG işaretlerinin kaydedilmesi EEG ölçümlerinde farklı tipte elektrotlar kullanılmakla beraber, en yaygın olanı scalp disk tipi elektrotlardır. Elektrotlar uygun bir jel yardımıyla deriye temas ettirilirler. Önce, elektrot temas direnci 10kOhm un altında olacak şekilde temas bölgeleri temizlenir. Elektrotların bağlanmasında uluslararası standartlar kullanılır. En çok kullanılanı 10-20 EEG elektrot sistemidir. Bu sistemde, baş dört standart noktayla işaretlenmiştir. Nasion, burun; inion, kafanın arka kısmı; sol ve sağ Preauricular, sağ ve sol kulak anlamına gelmektedir. Nasion ve Inion arası %10-20-20-20 ve 10 olacak şekilde bölünerek elektrotlar yerleştirilmiştir. Diğer elektrotlar bu elektrotlarla birlikte bir daire oluşturacak şekilde yerleştirilirler. Böylece 19 elektrot kafa üzerine yerleştirilmiş olur. Kulak memesine yerleştirilen 20. elektrot ise toprak elektrodu olarak kullanılır. Elektrotların pozisyonları yandaki şekilde mavi, kırmızı ve siyah renklerde verilmiştir. https://www.trans-cranial.com/local/manuals/10_20_pos_man_v1_0_pdf.pdf 39
EEG karakteristiği Kafa üzerinden algılanan EEG işaretlerinin genliği tepeden tepeye 1-100 μv ve frekans bandı ise 0.5-100 Hz dir. Ölçümler, beyin üzerinden doğrudan alındığında, genlik 10 kat kadar artar. EEG de oluşan farklı frekansların oluşum mekanizmaları henüz tam olarak anlaşılamamıştır. EEG, işaretleri şekilsel olarak değil, kapsadığı frekanslara göre değerlendirilmektedir. EEG işaretleri periyodik değildir; genlik ve fazları sürekli değişir. Bu nedenler, anlamlı bir veri elde edebilmek için, ölçümlerin oldukça uzun bir sürede yapılması gerekir. Yandaki şekilde EEG işaretleri, kapsadıkları frekans bandları ve bu bandlara verilen özel isimler ile birlikte verilmiştir. 40
EEG karakteristiği Alpha Dalgaları (α): 7.5-12.5 Hz aralığındaki beyin dalgalarıdır. Uyanık, normal ve sakin kimselerde görülür. Yoğun şekilde oksipital bölgede ortaya çıkar, genlikleri 50 μv kadardır. Uyku durumunda yok olurlar. Uyanık kişi dikkatini özel bir faaliyete yöneltirse α dalgaları yerine, daha yüksek frekanslı, fakat düşük genlikli EEG işaretleri (β dalgaları) meydana gelir. Aşağıda parlak ışıkta gözleri açma ve kapama durumunda alpha dalgalarındaki değişim gözlenmektedir. 41
EEG karakteristiği Beta Dalgaları (β): Frekansları 12.5 Hz in üzerindeki beyin dalgalarıdır. 30 Hz e ve nadir hallerde 50 Hz e kadar uzanırlar. Saçlı derinin parietal ve frontal bölgelerinde belirgin olarak kaydedilebilir. Beta-I (BI) ve beta-ii (BII) diye ikiye ayrılırlar. BII dalgalarının frekansları, BI inkinin iki katıdır ve α dalgalarında olduğu gibi zihinsel aktivitenin artması ile ortadan kalkarlar ve yerlerine düşük genlikli asenkron işaretler oluşur. BII dalgaları, merkezi sinir sisteminin kuvvetli aktivasyonunda veya gerginlik hallerinde ortaya çıkar. Theta Dalgaları (θ): 4-7.5 Hz arasındaki dalgalardır. Özellikle, çocuklarda parietal ve temporal bölgelerde ortaya çıkarlar. Yetişkinlerde de duygusal gerginlik, hayal kırıklığı gibi durumlarda ortaya çıkar. Genlikleri, tepeden tepeye 100 μv den küçüktür. 42
EEG karakteristiği Delta Dalgaları (δ): 0.5-3.5 Hz aralığındaki beyin dalgalarıdır. Süt çocuklarında ve ağır beyin hastalıklarında ortaya çıkarlar. Genlikleri, tepeden tepeye 100 μv den küçüktür. Gamma Dalgaları (γ): Bazı araştırmacılar tarafından kullanılmaktadır. Bazı araştırmacılar da bu dalgaların yerine, beta-ii dalgalarını kullanmaktadır. Genlikleri, Genlikleri, tepeden tepeye 2 μv den küçüktür. Kafanın merkezinde genlikleri daha büyüktür. Uykunun karakteristik belirtisini taşırlar. 43
Kaslar ve Elektromiyogram (EMG) Elektromiyogram (EMG), kasın kasılması sonucu ortaya çıkan biyopotansiyel işaretlerdir. Bunların kaynağı, vücutta meydana gelen çeşitli elektrokimyasal olaylardır. İstemli kas hareketleri, beyinde oluşan aksiyon potansiyellerinin sinirler yoluyla kasa iletilmesi sonucu ortaya çıkar. EMG işaretleri vücuttan özel elektrotlar yardımıyla algılanırlar. Bu işaretlerin kuvvetlendirilmesinde diferansiyel (fark) kuvvetlendiricileri kullanılır. İşaretin değerlendirilmesi zaman domeninde veya frekans domeninde yapılabilir. EMG, klinik uygulamaları da hastalık teşhislerinde, kol kesilmesi vb. olaylarda kesik yere takılan protezin hareket ettirilmesini sağlayacak kaynak işaret olarak kullanılır. İskelet kaslarının fonksiyonel olarak temel birim, motor ünitelerdir. Gevşek demetlerde motor ünitesinin bileşenleri demet boyunca uzanır. Çeşitli motor ünitelerinin lifleri içiçe durumda bulunmaktadır. Yüzey elektrotlarla yapılan ölçümlerde çok geniş bir alandaki elektriksel aktivite ile ilgili bilgi elde edilebilir. Özel olarak bir motor ünitesinin veya üniteler grubunun incelenmesinde, elektrotların bilgi topladıkları alttaki alan çok geniş olabilir. Ayrıca, yüzeydeki kasların faaliyeti alttan gelen bilgiyi maskelediğinden, yüzey elektrotlar sadece yüzeydeki kasların incelenmesinde kullanılabilir. Tek kutuplu (monopolar), çift kutuplu (bipolar) veya çok kutuplu (multipolar) şekillerde geliştirilmiş batırma (iğne) tipi elektrotlar, genellikle derinlerdeki kasların veya tek motor ünitesinin elektromiyogramının ölçümünde kullanılır. https://www.youtube.com/watch?v=d9k_ktlnoms 44
Kaslar İskelet kasları lif (fiber) denilen ince uzun hücrelerden meydana gelmiştir. Uzunlukları 1-50 mm ve çapları 10-100 μm arasındadır. Dış yüzeyleri sarkolemma denilen bir kılıf ile örtülmüştür. Bu lifler bağlayıcı (kıkırdak) dokuya bağlıdır. Kasın kasılması, liflerin kısalım şişmesi ile olur. Kaslara besin, kan damarları ile, uyarı ise sinirlerle götürülür. Kasın kasılması anında bir seri kimyasal reaksiyon olur. Bu reaksiyonlar için gerekli aktomiyosin proteini, kandaki hemoglobine benzer biçimde oksijen depolayan myoglobin, enerji tasarrufu için gerekli fosfatlar ve yakıt olarak glycogen şeklinde kasta bulunur. Kaslar çizgili (striated), düz (smooth) ve kalp kasları olmak üzere üç tiptir. http://digikalla.info/skeletal-muscle-diagram/skeletal-muscle-diagram-skeletal-muscle-fiber-human-anatomy-organs/ 45
Çizgili kaslar İstemli hareketi sağlayan iskelet kaslarıdır. Mikroskop altında yapılan incelemelerde açık renkli ve koyu renkli bandlar gözlemlenmiştir. Koyu banda A, açık banda I bandı denir. A bandının ortasında açık H bandı ve I bandının ortasında koyu Z bandı vardır. Z bandları arasındaki bölge kasılma anında daralır. A bandı sabit kalır, H ve I bandları ise daralır. Kas proteini aktomiyosinin miyosin bileşeni A da bulunur. Aktin ise Z bandında başlayıp H bandında biter. http://webders.net/395/cizgili-kas-iskelet-kasi-ve-ozellikleri.html?fb_comment_id=1327648767326854_1531329873625408 46
Düz kaslar Bu kaslar, istemsiz hareket kasları olup sindirim sistemi, idrar yolları ve kan damarları etrafında bulunur. Lifleri kısadır. Otonom sinir sisteminin sempatik ve parasempatik kontrolleri altındadır. http://webders.net/395/cizgili-kas-iskelet-kasi-ve-ozellikleri.html?fb_comment_id=1327648767326854_1531329873625408 47
Kalp kasları Kalp kasları yapı olarak çizgili kaslara benzer. Ancak düz kaslar gibi istemsiz çalışırlar. Kalp kasları, kalın ve kısa liflerden meydana gelen çok yoğun bir ağ gibidir. Sinirsel uyarı olmadan kasılabilirler. Sinirsel uyarı, kasılma zamanını etkiler. http://www.kalp.xyz/kalp-kasi/ 48
Motor ünitesi Motor ünitesi, kas fonksiyonunun biyolojik ünitesidir. Bir motor ünitesi, merkezi sinir sisteminden gelip motor uç plakalarına dağılan bir motor sinirine sahiptir. Uç plakaların her biri bir kas lifine bağlanmıştır ve onların uyarılması ile bağlı bulundukları kas lifleri de uyarılır. Motor ünitelerinin sayısı vücudun farklı bölgelerindeki kaslar için değişiklik gösterir. Genellikle kas büyüdükçe motor ünitelerinin sayısı da artar. Motor ünitesinin büyüklüğü, yani aynı sinir lifi tarafından uyarılan kas liflerinin sayısı, çeşitli kaslar için birbirinden çok farklıdır. İnsanda bir motor ünitesinde 25 ile 2000 kas lifi bulunabilir. Aynı üniteyi oluşturan lifler bir araya toplanmış olmayıp, çeşitli ünitelerin lifleri girişim (iç içe girmiş) halindedirler. 49
Motor hareketi Motor sinirleri yapı itibariyle sinir hücrelerinden meydana gelir, böylece her bir motor siniri sadece polarize veya depolarize durumda bulunabilir ve motor uç plakalarına iki seviyeli (var yok) bir bilgi gönderir. Böylece her bir kas lifi de ya dinlenme durumunda (gevşek) veya uyarılmış (gergin) durumdadır. Herhangi bir kas birçok motor üniteden meydana geldiği için şayet ufak bir kas hareketi arzu ediliyorsa, sadece bir motor ünitesi faaliyete geçer. Kas hareketinin artması ile birçok motor ünitesi faaliyete geçer ve hepsi faal olduğu zaman, kas hareketi en üst düzeydedir. Böylece harekette bir miktar düzgünlük sağlanmış olur. İlave hareket düzgünlüğü de birim zamanda uyarılan kas liflerinin adedini modüle ederek sağlanır. Her bir motor ünitesi sadece bir kas kasılma seviyesi verebilse de birim zamandaki kasılma sayısı (yani motor uç plakalarınca birim zamanda yapılan depolarizasyon ve repolarizasyon sayısı), kas liflerinin gücünü artıracaktır. Böylece bir kasın hareketinin düzgünlüğü, hem uyarılan motor ünitelerinin sayısı ve hem de bu motor ünitelerinin uyarılma hızı ile kontrol edilir. 50
Kaslarda servo mekanizma Kas hareketini kontrol eden sinir sisteminin oldukça basitleştirilmiş blok şeması yanda gösterilmiştir. Sistem bir servomekanizma kontrol sistemidir. Bir duyu alıcısı, bir hız veya konum işareti üretir. Bu işaret duyu siniri ile beyne iletilir. Beyin hafızadaki bilgi ile gelen bilgiyi karşılaştırarak bir hata (kontrol) işareti üretir. Bu işaret motor siniri ile kasa gönderilerek kasın hareketi kontrol edilir. Bu servo sistemin çalışması basit bir örnekle açıklanabilir. Örneğin bir insan parmağını soğuk bir cisme değdirdiği zaman, parmaktaki duyu alıcıları sıcaklığı algılar ve beyne gönderir. Beyin bu işaretin soğuktan geldiğini anlar ve motor siniri ile kası harekete geçirmesi gerekmez. Şayet parmak sıcak bir cismin üzerine konmuşsa, beyin duyu sinirleri ile gelen bilgiden parmağın sıcak bir cisim üzerinde olduğunu anlar. Eğer cisim çok sıcak ise motor sinirleri ile kol kaslarına gerekli bilgiyi gönderip parmağın sıcak cismin üzerinden çekilmesini sağlar. Duyu alıcılarının sıcak cismi hissetmeleri ile parmağın kaldırılması arasında birkaç yüz ms lik bir zaman gecikmesi vardır. Bu gecikme daha ziyade şahsın o sıcak cisme gösterdiği ilgi ile de ilgilidir. Şimdi, parmağın çok sıcak bir cisim üzerine değdirildiğini düşünelim. Bir refleks cevap ile parmak, 150 ms civarında bir sürede cismin üzerinden kaldırılır. Refleks Cevap: Yandaki şekilde gösterilen acil kapısı, normal durumda işe karışmaz. Acil kapısı genellikle omurilikte bulunur. Duyu alıcılarından kuvvetli bir işaret algılandığında refleks cevap ortaya çıkar. Bu durumda acil kapısı beyin yolunu köprüleyerek kasın hızlı hareket etmesini sağlar. Bu refleks cevap sayesinde vücut tehlikelere karşı korunmuş olur. 51
Elektromiyogram (EMG) Bir duyu alıcısı uyarıldığında, duyu sinir lifi boyunca yürüyen bir depolarizasyon dalgasını (aksiyon potansiyelini) oluşturur. Bu darbe dizisi beyne ulaşır. Buna cevap olarak beyin de, motor uç plakalarının depolarizasyonuna sebep olan uyarıyı motor sinirleri boyunca propagasyon yapan aksiyon potansiyelleri şeklinde kasa gönderir. Motor uç plakalarının depolarizasyonu kas lifi içindeki hücreleri depolarize eder ve lifler kasılır. Kaslar ve sinirlerle uğraşırken mikroelektrotlarla hücre potansiyellerinin ölçümü pek nadir yapılır. Genel olarak bir motor ünitesi gibi az sayıdaki hücrelerin net potansiyel değişiminin ölçümü iğne elektrotlarla, birçok motor ünitelerinin oluşturduğu toplam potansiyellerin ölçümü ise yüzey elektrotları ile yapılır. Eğer bir mikroelektrot hücrenin içine batırılarak ölçme yapılırsa hücrenin tüm faaliyetinin 1ms den daha az oluğu görülür. Eğer, iğne elektrotlar hücrenin yakınına yerleştirilirse çevredeki hücrelerden gelen değişimleri de algılarlar. Aynı motor ünitesine bağlı kas lifleri, motor uç plakalarına gelen sinir dalları ile hemen hemen aynı zamanda uyarıldığı halde, hücrelerin depolarize durumda kalış sürelerindeki farklılıklar ve ayrıca kas liflerine gelen dalların uzunluk farklılıklarından dolayı (bazı kas liflerine uyarı diğerlerinden biraz daha önce ulaşmış olur) bir motor ünitesindeki değişim süreci 2 ile 5 ms arasındadır. Bu asenkron durum, kas hareketinin düzgünlüğüne katkıda bulunur. İğne veya yüzey elektrotlarla alınan, kasın hareketi esnasında oluşan elektriksel işaretlere elektromiyogram veya kısaca EMG denir. Tek bir motor ünitesinden elde edilen EMG işaretinin şekli hastalık etkisiyle oldukça değişir. Periferik (çevre) nöropatilerinde (sinirlerin bozulmasında), kasın kısmen sinirsel uyarıyı alamaması söz konusu olabilir. Sinirler kendilerini yenileyebilen dokular olup bu durumdan sonra regenerasyon (düzelme) mümkündür. Kendini yenileyen sinir liflerindeki iletim, sağlıklı sinir liflerinden daha yavaştır. Ayrıca çoğu periferik nöropatilerde nöronların uyarılabilirliği de değişebileceğinden sinirsel iletim hızında genel bir yavaşlama görülür. Bunun bir sonucu olarak, EMG şeklinde bir dağılma ve senkronluğun bozulması ortaya çıkar. Yandaki şekilde neuropathy ve myopathy e sahip hastaların EMEG si sağlıklı bir EMG kaydı ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. https://physionet.org/physiobank/database/emgdb/ 52
EMG işaretlerinin ölçülmesi Yandaki şekilde EMG işaretlerinin unipolar (Şekil A) ve bipolar (Şekil B) modda algılama yöntemi gösterilmiştir. Ortak moddaki işareti düşük tutmak mümkün olduğundan bipolar mod daha fazla kullanılmaktadır. https://deyra.wordpress.com/category/biomedical-engineering-_/kuliah/ 53
Elektromiyogram (EMG) Bir mikroelektrot yardımıyla hücrenin içine girilmesi halinde ölçülen aksiyon potansiyelinin dalga şekli unipolardır. EMG işaretlerinin genliği, kas fiberinin çapına, deteksiyon noktasıyla kas fiberi arasındaki mesafeye ve elektrotların filtreleme özelliğine bağlıdır. Süresi ise kas fiberlerinin iletim hızıyla ters orantılıdır. Yandaki şekilde (Şekil a) bir motor ünitesinin aktive edilmesi durumunda elektrotlarda algılanan EMG işaretinin bileşenleri ve toplam olarak kendisi şematik olarak görülmektedir. Deri üzerine elektrotların yerleştirilmesi halinde ise o bölgede aktif olan kas fiberlerinin oluşturduğu işaretlerin toplamı elektrotlarca algılanacaktır. Elde edilen dalga şekline interference pattern adı verilir. Yandaki şekilde (Şekil b) bir çift yüzey elektrot yardımıyla elde edilen EMG işaretleri gösterilmiştir. Aktivitenin artmasıyla daha fazla motor ünitesi faaliyete katılmaktadır ve tek bir motor ünitesinin faaliyeti belirlenemez duruma gelmektedir. Bu ise interference pattern i ortaya çıkarmaktadır. a) b) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s105064110000050x 54
Gecikme süresi Kasa uyarının gelmesiyle kasın kasılmaya başlaması arasında gecikme süresi (latent period) olarak isimlendirilen bir süre geçer. Her kasılma fazını bir gevşeme fazı takip eder. Kasın uyarma sonucu kasılması olayına kas seğirmesi denir. Seğirme süresi kasın tipine göre değişir. Örneğin hızlı ve hassas hareketleri sağlayan kaslarda bu süre 7.5 ms kadar küçük bir değer inebildiği halde kaba ve kuvvetli hareketlerin yapılmasını sağlayan kaslarda 100 ms kadar olabilir. 55
Elektroretinogram (ERG) İşaretlerinin Ölçülmesi Retina parlak bir flaş ışığı ile uyarıldığında retina içindeki ışığa duyarlı hücreler ani olarak uyarılır ve retinanın dışında detekte edilebilir bir senkronize cevap oluşur. Retinanın iç yüzeyine veya kornea üzerine yerleştirilen bir elektrot ve vücudun herhangi bir yerine (örneğin alın, şakak veya kulak memesi) yerleştirilen referans elektrot yardımıyla algılanabilen bu işarete Elektroretinogram (ERG) denir. Elektrot olarak çok ince, içi tuzlu su dolu bir kontakt lensin iç yüzeyine tutturulmuş küçük ve düz bir Ag-AgCl (Gümüş-Gümüş Klorür) levha kullanılır. Referans elektrotu da Ag- AgCl den yapılmıştır. Elektroretinogram Şekil a da gösterilen bir düzen ile ölçülebilir. Şekil b de ise ölçüm düzeni daha açık bir şekilde gösterilmiştir. (a) (b) 56
Elektroretinogram (ERG) İşaretlerinin Ölçülmesi EKG de olduğu gibi ERG de de oldukça kompleks bir biyolojik yapıdan işaret alınmaktadır. Bu işaret, retinanın elektriksel aktivitesini gösterir. Yandaki şekilde 2 sn lik bir flaş ışığına karşılık elde edilen tipik bir ERG eğrisi görülmektedir. ERG işareti a, b, c, d olarak isimlendirilen dört farklı değişim gösterir. Bu tipik dalga şekli, insan dahil birçok omurgalıda benzer şekildedir. Araştırmalar, a dalgasının sadece fotoreseptif tabakadan ortaya çıktığını göstermektedir. b dalgası ise geniş ölçüde bipolar hücre bölgesinden elde edilir. c dalgası da fotoreseptörlerin arkasındaki pigment epitelyum tabakasından kaynaklanmaktadır. Parlak flaş ışığına cevabın ilk kısmı (Early receptor potential - ERP) fotopigment moleküllerinde değişiklik meydana getiren ilk ışınlarla ortaya çıkar. İkinci bileşen 1-5 msn sonra ortaya çıkan Late receptor potential LRP dir. LRP nin, fotoreseptörlerin sinaptik uçlarına yakın kısımlarında maksimum olduğu bulunmuştur. 57
Elektroretinogram (ERG) İşaretlerinin Ölçülmesi Normalde ERP ve LRP, a dalgasının üst kısmını meydana getirir. ERP ışık yoğunluğuna göre lineer, LRP ise yaklaşık logaritmik değişim gösterir. İnsan ERG sinde a ve b dalgalarını çubuk ve koniler meydana getirir. Konilerin oluşturduğu dalga daha hızlıdır. Işık uyarımının sonunda beliren d dalgasını, a ve b bileşenlerinin sönüm cevabı oluşturur. ERG kaydı, genellikle alt kesim frekansı 0.2-0.8 Hz olan kuvvetlendiricilerle yapılır. c dalgasının uzun süreli olması dolayısıyla, ERG nin bu üçüncü önemli bileşeninin kaydı için de kuvvetlendirme yapılır. ERG mikrovolt seviyesinde olduğundan 1000 kazançlı bir kuvvetlendirici gerekir. 58
Elektrookülogram (EOG) İşaretlerinin Ölçülmesi Göz hareketlerinin incelenmesi gözün çevresinde oluşan ve Elektrookülogram (EOG) olarak isimlendirilen elektriksel kökenli biyolojik işaretlerin ölçülmesiyle yapılabilir. Göz yuvarlağı bir dipol gibi davranır ve göz hareketleri, dipol değişiminin vektör momenti olarak izlenebilir. Ölçülen potansiyel, retinanın görsel adaptasyonu, göz yuvarlağının uzunluğu ve uyarılara cevap gibi birçok faktörle değişir. Buna ek olarak mutlak potansiyel farkında kişiden kişiye değişen farklılıklar mevcuttur. Bütün bunlara rağmen bu yöntem göz hareketini incelemek için faydalı olmaktadır. EOG nin ölçümünde orta şiddetteki bir ışığın söndürülmesinden sonra, sabit potansiyelin genliğinde bir azalma gözlenir. Kuvvetli bir ışık uygulanmasından sonra ise genlikte büyük bir yükselme, daha sonra da düşme görülür. 59
Elektrookülogram (EOG) İşaretlerinin Ölçülmesi EOG gözün sağ ve soluna, buruna ve şakağa yerleştirilen yüzey elektrotları ile ölçülür. İleri doğru bakarken dipol iki elektroda göre simetriktir ve EOG çıkışı sıfır olur. Bakışın yatay açısı ile EOG çıkışı arasında +30 ye yaklaşan lineer bir ilişki vardır. Elektrotlar düşey göz hareketlerini izlemek üzere gözün alt ve üstüne de yerleştirilebilir. Duyarlık 0.5-1.5 derece arasındadır. EOG, uyku ve rüya araştırmalarında bebek ve çocukların hareketlerinin izlenmesi ve okuma yeteneği ile göz yorgunluklarının belirlenmesinde sık kullanılan bir yöntemdir. Klinik uygulamalar için pratik EOG cihazları geliştirilmiştir. Bu cihazlarda, uyku sırasında göz hareketlerini gösterecek bir monitör de bulunmaktadır. 60
Kan Basıncının Ölçülmesi Kan basıncının ölçülmesiyle, kalbin fonksiyonel (işlevsel) durumu ve dolaşım sistemi hakkında önemli bilgiler elde edilir. Özellikle bu bilgiler kalp hastalıklarının belirlenmesinde yararlı olmaktadır. Kan basıncı ölçümlerinde sistolik basınç (kalbin kasılması) ve diyastolik basıncın (kalbin gevşemesi) değersel olarak belirlenmesi önemlidir. Kan basıncının sistolik ve diyastolik değerleri, yaşa, cinsiyete ve diğer bazı faktörlere bağlı olarak değişimler göstermesine rağmen yetişkin insanlar için; Sistolik basınç: 95-130 mmhg (ortalama 120mmHg) ve Diyastolik basınç: 60-90 mmhg (ortalama 75 mmhg) olarak alınabilir. Kan basıncı bu değerlerin oldukça üzerinde olan kimselere yüksek tansiyonlu (hypertansive), oldukça altında olan kimselere de düşük tansiyonlu (hypotansive) denir. Her iki durum da, bir hastalığın belirtisi olabileceği gibi, yapısal nedenlerle normal olarak da kabul edilebilir. Kan basıncının ortalama değeri de, hücrelere verilen besin maddesinin miktarını belirlediği için önemli bir büyüklüktür. Kan basıncının zamanın fonksiyonu olarak değişimi de bazı hastalıkların belirlenmesinde yararlı olacaktır. Kan basıncının belirlenmesinde, Direkt (girişimli-invasive) yöntemler İndirekt (girişimsiz - noninvasive) yöntemler kullanılmaktadır. 61
Direkt yöntemler Bir kateter yardııyla arter veya ven içerisinden basıncın ölçüleceği noktaya ulaşılır ve ölçüm yapılır. Direkt yöntemde basınç ölçümü iki şekilde yapılabilir. 1. Basınç dönüştürücüsü kateterin ucuna yerleştirilmiştir. Böylece basınç ölçülen noktada dönüşüm işlemi yapılır. Bu amaçla, çeşitli tipte minyatür dönüştürücüler kullanılabilir. 2. Ölçüm yapılan yerdeki basınç, kateterin içerisine konmuş saline (damar yoluyla verilmek üzere hazırlanmış tuzlu çözelti) yardımıyla vücudun dışına taşınır ve dönüşüm işlemi vücudun dışında bir basınç dönüştürücüsü yardımıyla yapılır. Kullanımdaki kolaylık, ucuzluk ve uzun süre kullanılabilmesinin mümkün olması bakımından, bir önceki yönteme göre bu yöntem daha üstündür. Rezonans problemi ve hasta için hayati tehlike oluşturabilecek hava kabarcığı oluşum riski ise bu yöntemin sakıncalarıdır. 62
İndirekt yöntemler İndirekt yöntemlerde, kan basıncının ölçülmesinde tıkayıcı (kapayıcı - occlusive) düzenler kullanılır. Çok yaygın olarak kullanılan tıkayıcı düzen, kaf (kolluk - cuff) adı verilen, içi hava ile doldurulabilen, lastik bir torbadır. Hastanın yaşına göre çeşitli boyutlarda yapılır. Bu grup altında incelenen beş yöntem vardır. Bu yöntemler ölçebildiği arter basınç büyüklükleriyle birlikte yandaki tabloda verilmiştir. 63
İndirekt yöntemler Dokunma (Palpatory) Yöntemi: Yandaki şekilde bu yöntem gösterilmiştir. Kolu saran kafın basıncı sistolik basıncın üzerine çıkarılır. Basıncın zamana bağlı olarak azalması sağlanır. Kafın aşağısında (bilek), parmakla arterden darbelerin hissedildiği basınç, sistolik basınç olarak belirlenir. 64
İndirekt yöntemler Osilometrik Yöntem: Osilometrik yöntem yandaki şekilde gösterilmiştir. Sistolik basınç değerinin üzerine çıkarılan kaf basıncı azaltılırken, kaf basıncında osilasyonun başladığı değer sistolik basınç, osilasyonun maksimum olduğu değer ortalama basınç ve osilasyonun bittiği değer diyastolik basıncı verir. 65
İndirekt yöntemler Dinleme (Oskültasyon - Auscultatory) Yöntemi: Oskültasyon bir organda meydana gelen sesi dinleme demektir. Kaf yardımıyla, üzerinde basınç ölçümü yapılacak arter tıkanır. Basınç yavaşça azaltılırken, arter içerisindeki kesikli akan kanın oluşturduğu ses dinlenir. Sesin başladığı ve bittiği basınç değerleri sistolik ve diyastolik basınç değerleridir. Dinleme işlemi, kaftan sonra arter üzerinde bir steteskop yardımıyla gerçekleştirilir. Bu sesler, Rus doktoru Korotkoff un adına izafeten Korotkoff sesleri olarak isimlendirilmiştir. Algılanan ses genliğinin kaf basıncıyla değişimi yandaki şekilde gösterilmiştir. 66
İndirekt yöntemler Flush Yöntemi: Üzerinde basınç ölçümü yapılacak organ (kol, bacak) ucundan başlayarak bant ile sıkıca sarılır ve böylece o bölge kansız bırakılır. Organın üst kısmına kaf bağlanır ve basınç sistolik basıncın üzerine çıkarılır. Bant açılır ve kafın basıncı yavaşça azaltılır. Sistolik basınca ulaşınca, kansız bölgeye kesikli olarak kan gelmeye başlar. Bu durum kansız organın renk değiştirmesi ve hastanın o bölgede bir sıcaklık duymasıyla belirlenir. https://www.netterimages.com/measurement-of-blood-pressure-in-infants-flush-methodlabeled-hematology-frank-h-netter-30422.html 67
İndirekt yöntemler Ultrasonik Yöntem: Ultrasonik yöntemle kan basıncı, hem manuel hem de otomatik olarak ölçülebilir. Yandaki şekilde gösterilen manuel yöntemde piezoelektrik kristaller hasta kolu ile kaf arasına yerleştirilmiştir. Damar duvarlarının, kaf basıncının sistolik ve diyastolik basınca eşit olduğu anlarda, hareketli olması sonucu yansıyan ultrasonik dalganın frekansında, Doppler olayı nedeniyle kayma olur. Bu değişim, kan akışının başlaması anında 200-500 Hz, akışın kesilmesi anında ise 25-100 Hz kadardır. Bu frekans kaymasının tespit edildiği andaki basınç sistolik basınç ve frekans kaymasının bittiği andaki basınç ise diyastolik basınçtır. 68
İndirekt yöntemler Ultrasonik Yöntem (Otomatik): Yandaki şekilde ise otomatik ultrasonik kan basıncı ölçme düzeneği gösterilmiştir. Sistemin çalışması elektronik kontrol sisteminden, kaf basıncını sağlayan pompayı çalıştıran bir işaretin gelmesiyle başlar. Bu basınç önceden belirlenen seviyeye çıkar. İkinci kontrol işareti V1, basınç azaltma vanasını açar. Kaf basıncı sistolik basınca eşit olduğunda Doppler kayması oluşur. Bu işaret kontrol sistemi tarafından algılanınca, V2 sistolik vanasını kapatan bir işaret vanaya ulaşır. Kaf basıncı diyastolik basınca ulaştığında ise kontrol sistemi, V3 vanasını kapatır. Son üretilen kontrol işareti V4 valfının açılmasını sağlar ve kaf basıncı atmosfer basıncına düşer. Bu işlemler istenirse periyodik olarak tekrarlanabilir. Sistolik ve diyastolik manometreler üzerinde basınçlar okunur. 69
İndirekt yöntemler Ortalama kan basıncını ölçen otomatik bir sistem: Ameliyat sırasında anestezistler, hastanın dolaşım sisteminde bir anormallik olup olmadığını anlamak için sürekli olarak ortalama kan basıncını gözlemek zorundadır. Bu basıncın normalden düşük olması, anestezi seviyesinin yüksek olmasını veya bir kanamayı işaret etmektedir. Bu amaçla geliştirilen bir mikroişlemcili düzenin çalışması osilometrik yönteme dayanmaktadır. Üstteki şekilde görüldüğü gibi, kaf basıncında maksimum osilasyon, kaf basıncının ortalama kan basıncına eşit olduğu durumda oluşur. Alttaki şekilde gösterilen sistemde, kaf basıncının taban değeri ve osilasyonların genliği mikroişlemciyle örneklenir. Mikroişlemci aynı zamanda kaf basıncını kontrol eder, istenilen lojik kararları verir ve sonuçların görüntülenmesini sağlar. 70
Fonokardiyografi ve Oskültasyon Kalbin mekanik işlevi ve kanın kardiyovasküler sistemde hareketi esnasında, kalp sesleri meydana gelir. Kalp kapakçıklarının kapanmasıyla ilgili basit kalp seslerinin frekansı 20-200 Hz arasındadır. Kalp seslerinin yanında, gürültü şekildeki kalp seslerinin frekansı 1500 Hz e kadar çıkar. Bu gürültülerin bazı bileşenleri de 4-5 Hz e kadar iner. Fonokardiyogram (Phonocardiogram-PKG), kalbin mekanik fonksiyonlarını göstermesi açısından kardiyolojide önemli bir kullanım alanına sahiptir. Kalp sesleri yandaki tabloda topluca gösterilmiştir. Normal bir kalp steteskop ile dinlendiğinde, «Lup, dup, Lup, dup» şeklinde duyulan sesler işitilir. «Lup» sesi sistolün başında atrioventriküler kapakların, «dup» sesi ise sistolün sonunda semilüner kapakların kapanmasını ifade eder. «Lup» sesi birinci, «dup» sesi ise ikinci kalp sesi olarak isimlendirilir. Lup sesiyle kalp normal çevrimine sistol ile başlamıştır. 71
Kalp sesleri Bir kalp çevrimi esnasında dört kalp sesi meydana gelir. Birinci kalp sesi: Kulakçıkların depolarizasyonu sonunda, karıncıkların depolarizasyonu başında meydana gelir. Karıncıkların büzülmesiyle kanın karıncıklardaki ilk hareketi ve kulakçık-karıncık kapakçıklarının kapanmasıyla, kulakçıklardaki kanın hareketinin aniden kesilmesi, birinci kalp sesini meydana getirir. Frekans bandı 30-100 Hz, süresi ise 50-100 ms dir. İkinci kalp sesi: Aort ve akciğer atardamarı kapakçıklarının kapanması esnasında meydana gelir. Frekans bandı 100-200 Hz, süresi 25-50 ms dir. Üçüncü kalp sesi: Karıncıkların kanla dolması sonucu meydana gelir. Diyastolik sestir. Dördüncü kalp sesi: Kulakçıkların depolarizasyonu sonucunda meydana gelir. Diyastolik sestir. Gürültü şeklindeki kalp sesleri: Kanın kardiyovasküler sistemdeki hareketi esnasında meydana gelen, bazı bileşenleri duyulabilen seslerdir. Bu sesler kardiyovasküler sistemde kanın türbülanslı akışından meydana gelir. Türbülanslı akışın nedenleri ise; kanın hızının değişmesi, kardiyovasküler sistemdeki damarların çap değiştirmeleri, ani yön değiştirmeleri ve damarların spesifik dirençlerinin değişmesidir. 72
Fonokardiyograf (PKG) Kalbin mekanik aktivitesi sonucu oluşan mekanik titreşimler, kalbin çalışmasıyla ilgili önemli bilgiler barındırır. Bu titreşimler, bir kateter yardımıyla kalbin içerisinden veya yemek borusuna yerleştirilen bir araç yardımıyla vücut içerisinden çok fazla bozulmadan kaydedilebilir. Uygulamada ise genellikle bu mekanik titreşimlerin steteskop, PKG mikrofonu veya göğüs üzerine yerleştirilen ve mekanik darbelere duyarlı bir dönüştürücü yardımıyla incelenmesi yeterli olmaktadır. İnsan kulağının algılayabildiği bölgedeki mekanik titreşimler, kalp sesleri veya üfürüm olarak isimlendirilmektedir. Kulak tarafından algılanamayanlar ise kalbin apeks bölgesinden algılanabilir. Fonokardiyograf: Yandaki şekilde, bir mikrofon, ön kuvvetlendirici, filtreler ve kaydediciden oluşan bir PKG düzeni görülmektedir. Mikrofon göğüste uygun yere yerleştirilir. Kaydedici (rekorder), genlik zaman eğrilerini çizer. 73
Solunum sistemi ve Spirometre Solunum sistemi, organizmanın yaşamını sürdürmesi için dış ortam ile arasındaki gaz alışverişini (O2-CO2 alışverişini) sağlayan sistemdir. Organizma, yaşamı için gerekli olan enerjiyi, karbon taşıyan bileşiklerin (besinlerin) O2 ile yanması (oksidasyonu) sonucunda elde eder. Bu oksidasyon sonucunda açığa çıkan son ürünler CO2 ve H2O dur. Organizmanın iç ortam dengesini koruması demek olan homeostasis gereği açığa çıkan ve kullanılmayan ürünlerin, organizmadan atılması gerekir. İnsanda ve çoğu hayvanlarda solunum iki çeşittir: a) Dış solunum: Solunum sisteminin en önemli organı olan akciğerler yardımıyla ortamdan O2 nin alınıp ortama CO2 verilmesi ile olur. Burada gaz alışverişi akciğer kapiller kanı ile dış ortam (alveol havası) arasında olur. Solunumun %2 kadarı ise deri yardımıyla olur. b) İç solunum: Sistemik kapiller kanı ile doku hücreleri arasındaki gaz alışverişi ve hücre içindeki oksidasyon olaylarını kapsar. İç solunumda da dokular O2 girer ve CO2 çıkar. 74
Solunum organları Memeli hayvanların ve insanın solunum organları; burun ve ağız, bronş, bronşçuk ve alveollerden (hava keseciklerinden) oluşan akciğerler, bunlara havayı götüren soluk borusu (trachea), göğüs boşluğu (thorax) ve plevra (pleura) boşluğu, göğüs ve karın bölgelerini ayıran diyafram ve akciğer hacmini değiştiren göğüs kasları (inspirasyon ve ekspirasyon kasları), kaburga kemikleri (costae) ve bu yapılarla ilgili getiren (afferent) ve götüren (efferent) sinirlerden ibarettir. a) Burun: Çok damarlı, sümüksü (mukoza) membranla örtülüdür. Tüylü epitel tabaka yardımıyla alınan hava ısıtılıp nemlendirilir (30 C ye çıkartılır). Havanın ısıtılıp nemlendirilmesine burundaki konhe adı verilen çıkıntılar da yardımcı olur. Gerek mukoza sıvısı gerekse konhe, 5 µm den daha büyük parçaların akciğere gitmelerini önler. b) Trake ve bronşlar: Trakenin kesiti (soluk borusu) 2.5 cm², uzunluğu 12 cm olup solunum sırasında hem çapı hem de uzunluğu az da olsa değişir. İç yüzeyi «cilia» adı verilen titrek tüylü epitel tabakası ile kaplıdır ve titrek tüyler sayesinde 5 µm den daha büyük partiküller yukarı doğru itilerek ağızdan dışarı atılır. Trake, sağ ve sol akciğerlere açılan iki bronşa ayrılır. Trake ve bronşlarda vücut tarafından kullanılmayan 150 ml lik ölü hacim vardır. Bronşların duvarında düz kaslar vardır. 75
Solunum organları c) Alveoller (hava kesecikleri): Alveollerin iç yüzeyi 60-100 m² arasındadır. Yetişkin bir insanda 300 milyon kadar alveol bulunur, iç çapları 0.2-0.7 mm arasında değişir. Alveolun dış duvarı tek katlı solunum epitelyumundan yapılmıştır. Alveollerdeki hava ile kılcal damarlardaki kan arasında oluşan gaz alış-verişinde gazlar, solunum epitelyomunu ve kapiller endotelyumunu (damar iç zarını) bir taraftan öbür tarafa difüzyon yoluyla geçerler. Alveollerin iç yüzeyi, yüzey gerilimini azaltarak ekspirasyonda (nefes verme) alveollerin büzülüp kapanmalarına engel olan protein, lipid ve karbonhidrat karışımı bir madde (sürfektan) ile kaplıdır. Bu nedenle, burada akciğerlerin inspirasyonda (nefes alma) fazla genişlemesini önleyici bir nonlineerlik de vardır. İnsiprasyonda akciğer iç yüzeyi genişleyince daha geniş yüzeye yayılmak zorunda kalan sürfektan maddesinin yüzey gerilimini düşürme etkisi azalır ve alveollerin daha fazla genişlemesi önlenmiş olur. d) Plevra (pleura göğüs zarı): Göğüs boşluğunun iç yüzü ile akciğer dış yüzünü örten seröz (ıslak) bir zardır. İçi (plevra boşluğu) sıvı ile doludur. Akciğerin göğüs boşluğuna tutunmasını ve kolayca hareket etmesini sağlar. Plevra boşluğu negatif bir basınca sahiptir. Göğüs kaslarına bağlı olan plevranın aktif hareketi ile akciğer pasif olarak şişer ya da söner (büzülür). Normal inspirasyonda açığa çıkan negatif basınç, vena kanın kalbe alınmasını kolaylaştırır. e) Diyafram (diaphragma): Solunumun esas kasıdır ve kubbe şeklindedir. Karın ve göğüs boşluklarını birbirinden ayırır. Phrenicus motor sinir ile uyarılır. 76
Solunum fonksiyon testleri Solunum fonksiyon testleri (SFT), akciğer fonksiyonlarındaki bozukluğu ve bozukluğun derecesini belirlemek, hastalık ve tedaviye yanıtı değerlendirmek ve cerrahi girişimlerde riski belirlemek için kullanılan objektif testlerdir. Solunum fonksiyon testleri test performansını etkileyecek akut hastalık, nedeni bilinmeyen hemoptizi, pnömotoraks, yakın zamanda geçirilmiş abdominal, torakal veya göz cerrahisi, miyokard enfarktüsü, anstabil anjina ve torasik anevrizma varlığında yapılmamalıdır. Testler, elle kullanılan veya elektronik aletlerle yapılan basit spirometreden, sadece özel laboratuvarlarda yapılabilen komplike testlere kadar değişebilir. Solunum fonksiyonlarının hangi yönünü ölçtüklerine göre kategorize edilmiştir. Hava yolu fonksiyonu (solunan havanın hacmi, akım hızı, rezistans, kompliyans), akciğer hacimleri (total akciğer kapasitesi, fonksiyonel rezidüel kapasite, alveolar ventilasyon), gaz difüzyon kapasitesi, kan gazı ölçümleri, kardiyopulmoner egzersiz testleri ve metabolik ölçümler, kullanılan testlerdir. Sonuçlar genellikle ırk, yaş, cinsiyet, boy ve kilo için beklenen değerlerle karşılaştırılarak yorumlanır. https://www.doktortakvimi.com/blog/solunum-fonksiyon-testi 77
Spirometre Kliniklerde en yaygın kullanılan cihaz spirometredir. Cihazların ucuz, taşınabilir, evlerde kullanılabilecek tiplerinin olması ve uygulama kolaylığı sağlamalarına karşın bu testin yapılması kooperasyon gerektirir. Kılavuzlarda 5 yaşından sonra spirometrik testlerin yapılabileceği belirtilse de, genel olarak pratikte ancak 7 yaşından büyük çocuklarda gerekli kooperasyon sağlanabilmektedir. Derin, tam bir inspirasyondan sonra zorlu bir ekspiratuar manevra esnasında, hava yolu ve akciğer hacimleri ölçülür. Ölçüm sırasında derin bir inspirasyon ile güçlü, hızlı ve üfleyemez duruma gelene kadar verilen derin bir ekspirasyon yapılmalıdır. Ekspirasyon süresi en az 6 saniye olmalı ve gerekirse 15 saniyeye kadar uzatılmalıdır. Öksürükle test kesilirse en az 20 dakika dinlendikten sonra test tekrarlanmalıdır. Bir defada 8 tekrardan fazlası önerilmez. Spirometrik test uygulanırken aşağıdaki basamaklar izlenmelidir. 1. Hastanın boyu, vücut ağırlığı ölçülür ve yaşıyla birlikte kaydedilir. 2. Hastanın burnuna mandal takılır. 3. Hasta ağzına uygun tek kullanımlık ağızlığı dudakları arasına alıp sıkıca tutar. 4. 4-5 defa normal tidal solunum yapar. 5. Olabildiğince derin ve kuvvetli bir nefes alır. 6. Hiç beklenmeden hızlı ve kuvvetli bir şekilde nefes verir. 7. Bu şekilde zorlayarak en az 6 saniye süreyle nefes vermeye devam eder. 8. Yeterli sürede nefes verdikten sonra tekrar derin nefes alması sağlanarak test sonlandırılır. 9. Doğru şekilde art arda yapılmış en az üç test içinden en yüksek değerlere sahip olan seçilir. 78
Akciğer fonksiyonları Akciğer fonksiyonları fizyolojik olarak dört hacimden oluşmaktadır. Ekspiratuar rezerv hacim (ERV), inspiratuar rezerv hacim (IRV), rezidüel hacim (RV) ve tidal hacim (VT). Dört hacmin toplamı total akciğer kapasitesini (TLC) verir. Basit spirometre ile zorlu vital kapasite (FVC), zorlu ekspiryumun 1. saniyesinde çıkarılan hava hacmi (FEV1), FEV1/FVC oranı, zorlu ekspirasyonun ortasındaki akım hızı (FEF25-75 veya MEFR), zirve ekspiratuar akım hızı (PEFR), vital kapasite (VC), inspiratuar hacim (IV) ve ekspiratuar rezerv hacim (ERV) mutlak değerleri ölçülür ve aynı yaş, boy, ırk ve cinsiyetteki sağlıklı birey verilerinden elde edilen referans değerlerleri ile karşılaştırılarak % değerleri belirlenir. Ancak spirometre ile rezidüel hacim ölçülemeyeceği için, total akciğer kapasitesi belirlenemez. Yandaki şekilde akciğer hacim ve kapasiteleri görülmektedir. http://solunum.org.tr/tusaddata/book/535/3011201611475-02_bolum_01_solunum.pdf 79
Akciğer fonksiyonları Vital kapasite (VC): Akciğerlerde tam inspirasyon ve maksimum ekspirasyon arasında değişen hava hacmidir. Derin bir inspiryumdan sonra hem yavaş hem de kuvvetli bir ekshalasyonun hacmini ölçmek mümkündür. Zorlu vital kapasite ve yavaş vital kapasite normalde birbirine eşittir. Ancak hava yolu obstrüksiyonu olan çocuklarda kuvvetli ekshalasyonla hava yolu daralması olur ve akciğerde fazla hava birikimi nedeniyle rezidüel hacim artar. Böylece FVC azalır. Bu nedenle hava yolu obstrüksiyonu olan çocuklarda yavaş vital kapasite, zorlu vital kapasiteden fazladır. VC pnömoni, pulmoner ödem, atelektazi, akciğerde yer kaplayan lezyonlar, nöromüsküler hastalıklar, göğüs duvarı deformiteleri, santral sinir sistemi depresyonu, akciğer dokusunun cerrahi çıkarılması gibi restriktif akciğer hastalıklarında azalır. Bazen obstrüktif hastalıklarda da RV, TLC den daha çok artacağı için azalabilir. Bu nedenle VC deki bu azalmanın obstrüktif mi yoksa restriktif bir rahatsızlığa mı bağlı olduğunu anlamak için akciğer hacimlerinin ölçülmesi gerekir. Vital kapasite ile akciğer hacimlerinin de (RV, TLC) azalması restriktif hastalığı destekler. 80
Akciğer fonksiyonları Zorlu vital kapasite (FVC): Derin inspiryumu takiben hızlı ve güçlü ekshalasyonla çıkan hava hacmidir. Sağlıklı kişiler normal olarak akciğer hacimlerinin %80 ini 6 saniye ya da daha kısa sürede ekshale edebilir. Ağır obstrüksiyonu olan kişilerde bu süre 20 saniyeye kadar uzayabilir. FVC, mukus tıkaçları, kistik fibrozis, bronşektazi, astım, göğüs duvarı deformiteleri ile nöromüsküler hastalıklar gibi obstrüktif ve restriktif hastalıklarda azalabilir. 81
Akciğer fonksiyonları Zorlu ekspiryumun 1. saniyesinde çıkarılan hava hacmi (FEV1): Zorlu vital kapasite manevrasının başlangıcından itibaren birinci saniyede çıkarılan hava hacmidir. Genel olarak büyük hava yollarındaki kısıtlama hakkında bilgi verir. FEV1/FVC oranının azalması obstrüksiyonu, FEV1 ise obstrüksiyonun şiddetini gösterir. Bronkospazm, astım, mukus sekresyonu gibi obstrüktif hastalıkların yanı sıra akciğer fibrozisi, nöromüsküler hastalıklar ve akciğerde yer kaplayan lezyon gibi restriktif durumlarda da azalır. http://oac.med.jhmi.edu/res_phys/encyclopedia/forcedexpiration/forcedexpiration.html 82