BİYOSİNYAL İLETİMİ 1

Uyarılabilen Doku???? Uyarılabilen dokular, bir uyarıyı karşı hücre zarının elektriksel özelliğini değiştirip, aksiyon potansiyeli oluşturarak iletebilme özelliği gösteren dokulardır. Örneğin; Sinir ve kas dokusu uyarılabilen dokulardır. 2

Uyarılabilen dokular, aksiyon potansiyelini oluşturup, bu potansiyel değişikliği ile ortaya çıkan elektriksel aktiviteyi zarları boyunca iletirler. Sinir hücrelerinde oluşan bu elektriksel aktivite ile yalnızca iletim işi yapılırken, kas hücrelerindeki elektriksel aktivite mekanik bir olay olan kasılmayı başlatır. 4

Peki hücrelerdeki elektriksel potansiyeller nasıl oluşur?? 5

+ + + + + - + + + + + - - - - - - + - K + + + + Na + + + + - + - + + + + + + Pr - + Cl - + + - - - - - - - + - - - + - -+ -+ + -+ - - - - - - - - + + + - Na + + - + + + - - - + - - + + + - + - - - + -- Cl + + -+ - + + - - - -- + + + - + + + + + + + + + + + + - - - - + - - - - + + - - - + + + + - - - - - + + + - - - - - - 6

Hücre zarlarında İstirahat (Dinlenim) potansiyeli Aksiyon potansiyeli olmak üzere iki tip potansiyelden söz edilmektedir. İstirahat potansiyeli: Hücreler herhangi bir iş yapmadıkları zaman, iyonların, hücre içi ve dışında farklı dağılımda yerleşmeleri ile oluşan bir potasiyel iken, Aksiyon potansiyeli: Hücreleri aktif oldukları sırada bazı iyonların hücre içine ve dışına hareketleri sonucunda zarda oluşan bir dizi potansiyel değişiklikleridir. 7

mv - 35 mv Eşik potansiyeli - 70 mv İstirahat potansiyeli msn 8

Peki o zaman vücuttaki iletişim nasıl ve ne yoluyla sağlanır?? 9

AKSİYON POTANSİYELİ Hücre zarının içerisinin dışa oranla daha (-) negatif olduğu durumdaki bir hücre, herhangi bir uyaran ile uyarıldığı zaman; zarın dinlenim potansiyeli milisaniyeler içerisinde değişerek (+) pozitif değere ulaşmaktadır. Zar potansiyelinde, içerisinin dışarıya oranla daha (+) değer kazandığı bu duruma DEPOLARİZASYON denir. 10

Bütün hücrelerde membran boyunca potansiyel farkı (iç tarafta negatif,dışta pozitif) bulunmaktadır. Sinir ve kas gibi uyarılabilen dokuların istirahatten, uyarılmış hale geçmesi aksiyon potansiyelleri ile gerçekleştirilir. Aksiyon potansiyeli, bir hücre zarının fiziksel, kimyasal veya elektriksel bir uyaran ile uyarılması, zarın iki tarafındaki iyon dağılımının değişmesi ve ortaya çıkan elektriksel potansiyelin akson boyunca iletilmesidir. Aksiyon potansiyeli olarak adlandırılan ve aksonun en uç noktasına kadar iletilen elektriksel ileti (sinir uyarısı), sinapslarda nörotransmitterler aracılığı ile kimyasal iletiye çevrilmektedir. Bu kimyasal ileti, diğer sinir hücresinde elektriksel iletiyi başlatmaktadır. Nörotransmitterler sinapslarda sentezlenerek veziküllerde depolanmaktadırlar. 11

Sinir sisteminde bilginin iletimi, elektriksel ileti kimyasal ileti şeklinde tekrarlanarak sürmektedir. Bu fonksiyon farklılığı membranda bulunan özelleşmiş iyon yada ligand bağımlı kanalları sağlamaktadır. Dolayısı ile aksiyon potansiyelinde iyonlar, büyük miktarlarda ve hızda hücre içine veya dışına akarlar ve büyük voltaj değişiklikleri oluştururlar. 12

İstirahat membran potansiyeli genel olarak; -10 ila -100 mv arasında değişir. Kalın sinir liflerinin membran potansiyeli, sinir sinyallerinin iletilmediği istirahat durumunda yaklaşık -70 milivolt (mv) dur. Salgı bezleri, eritrositler gibi uyarılamayan hücrelerde bu potansiyel fark, -10, -20 mv; iskelet kasında, -90 mv; kalbin uyarı doğuran hücrelerinde ve düz kaslarda, -50, -65 mv kadardır. Membranın 2 yüzü arasındaki potansiyel farkı az olan hücreler (örneğin sinir), potansiyel farkı çok olan hücrelere göre (örneğin iskelet kası) daha kolay uyarılır. 13

Zira kalp ve bazı düz kas hücreleri herhangi bir uyarıya bile gereksinim duymadan otomatik olarak uyarı doğurabilmektedirler. Bu hücreler düşük istirahat membran potansiyeline sahip olmalarının nedeni, hücreye spontan olarak sızan Ca +2 veya Na + gibi iyonlardan dolayı kolayca ateşleme seviyesine (-55mV) ulaşmalarıdır. 14

Bilindiği gibi uyarılabilen hücrelerde membran dinlenim potansiyelinin oluşmasında başlıca sodyum, potasyum, klor ve hücre içinden dışarı çıkamayan protein anyonları rol oynar. İstirahatte intrasellüler ortamda K +, hücre dışına nazaran 35 kat fazla olup; konsantrasyon gradientine bağlı olarak sızma kanallarından hücre dışına sızma eğilimindedir. Bu durum hücreye pozitif yük kaybettirir. 15

Na + ise, hücre dışında içine nazaran 10 kat fazla olup; elektriksel gradiente de sahiptir. Ancak, etrafındaki hidrat kılıfından dolayı Na + un sızma kanallarından hücre içine girmesi K + a nazaran 100 kat daha zordur. Dolayısı ile Na + un hücrenin pozitif yük kazanmasına fazla bir katkısı olmaz. Yine intrasellüler ortamda bulunan ve konsantrasyon gradientine rağmen zardan geçemeyen protein, fosfat ve sülfat gibi anyonlar da hücrede negatif yüklerin birikmesine yol açar. 16

İstirahat membran potansiyeline katkıda bulunan bir diğer faktör, Na + - K + pompası olup; sızma kanalları ile içeri kaçmış her 3 Na + u dışarı atarken; dışarı kaçmış 2 K + u içeri alarak; yük dengesini bozar ve içerdeki negatif yüklerin birikmesine yol açar. Cl - ise hücre dışında daha yüksek konsantrasyonda olup, sızma kanallarından kolayca geçerek; gerekli durumlarda membran dinlenim potansiyelini negatifleştirir. 17

Na + kanallarının geçirgenliğinin artırılması sonucunda depolarizasyon, Na + kanallarının kapatılması ve K + kanallarının açılması ile repolarizasyon sağlanmaktadır. Dinlenme sırasında sinir hücre mebranının K + geçirgenliği, uyarı durumunda ise Na + geçirgenliği geçici olarak 600 kat artmaktadır. Uyarılan sinirde; Membran potansiyeli (-60mV), eşik potansiyel değerine (-45mV) azalmakta ve voltaja duyarlı Na + girişi ile membran potansiyeli pozitif (+30mV) olmakta ve aksiyon potansiyeli akson boyunca yayılmaya başlamaktadır. Na + hücreye alındığında aksonal mebrandaki komşu bölge depolarize olarak uyarılmakta ve Na + kanallarının açılmasını sağlamaktadır. 18

Akson gövdesinde, dinlenme halinde zar potansiyeli iç tarafta negatif, dış tarafta pozitiftir. Aksiyon potansiyeli hücre gövdesinde başladığında ilk önce açılan kanallar Na + kanallarıdır. Sinire bir ucundan uyarı uygulandığında uyartım etrafında zar potansiyeli, iç taraf pozitif, dış taraf negatif olacak şekilde değişir. Sodyum iyonları aniden hücre içine girmeye başlar ve milisaniyeler içinde yeni bir denge kurulur. Hücre zarının iki tarafı arasındaki potansiyel farkı bir anda 100 mv a kadar değişir. Zar potansiyeli, hücre içinde negatif (yaklaşık -70 mv) olduğu değerden pozitif (yaklaşık + 35 mv) olan bir değere değişir (Depolarizasyon). 19

Depolarize olan bölge, depolarize olmamış komşu bölgeleri etkiler ve komşu bölgelerin iç yüzeylerini nötrleştirmeye çalışır. Bu şekilde iç yüzeyde bir iç yüzey akımı başlar. Dış yüzeyde ise bir dış yüzey akımı oluşur. Bu durumda bu bölgede bir dipol meydana gelir. Bu dipol, komşu bölgelerin hücre içi potansiyellerini eşik değerinin üzerine taşıyacak güçte olduğundan komşu bölgeler de depolarize olmuş olur. Bu arada daha önce depolarize olmuş olan bölge eski haline döner yani repolarize olur. 20

Bu durum, aksiyon potansiyeli darbesi aksonun sağ ucunda sonlanana kadar devam eder. Sol uca gelmiş olan darbe buradan aksonun sağ tarafına doğru geri dönemez. Çünkü aksonun sağ tarafında kalan bölge dinlenim (refrakter) halindedir ve bir süre uyarılamaz, uyarılsa da depolarize olamaz. Bu bölgenin tekrar depolarize olabilmesi için belli bir sürenin geçmesi gerekir. Bu şekilde belli bir darbe sıklığına yani frekansına kadar aksiyon potansiyeli darbeleri iletilmiş olur. Böylece sinir boyunca bilgi iletimi gerçekleşir. 21

Kas tekrar istirahat membran potansiyeline geri döndükten sonra yeni sinir impulsu iletmeye hazırdır. Sinirde potasyum iletisi daha da artarsa hiperpolarizasyon oluşur, Bir defa eşik potansiyele ulaşınca depolarizasyon hep ya da hiç yasasına uyar ve bir biri ardı sıra aksiyon potansiyelleri oluşturur. Miyelinli sinirlerde miyelinli bölgeler çok iyi yalıtkandırlar. Yalnızca belli aralıklarla miyelin tabakanın bulunmadığı ranvier düğümlerinde membran depolarize olabilmekte ve yük taşıyabilmektedir. Bu tür bir sinire bir darbe uygulanırsa, miyelinli bölgeler yük taşımadığından iki ranvier boğumu arasında yük etkileşimi olur. 22

Bu etkileşim sonucu aksiyon potansiyeli boğumdan boğuma sıçrayarak ilerlemiş olur. Bu yüzden miyelinli sinirlerde bilgi iletim hızı diğerlerine göre 100 kat daha fazladır ve 100 m/s değerini bulur. Miyelinli sinir hücreleri, bilgi iletim hızının önemli olduğu istemli hareket kontrolünde görev alırlar. 23

Hücre içinde K +, hücre dışında Na + yüksek konsantrasyondadır. Hücre zarında birçok iyon kanalı bulunur. 24

Aksiyon potansiyeli oluşumu sırasında zarın Na ve K a olan geçirgenliği aniden değişmektedir. Depolarizasyon döneminde zarın Na a karşı geçirgenliği artmakta ve Na iyonları hızla hücre içine girerek zar potansiyelini (+) değerlere ulaştırmaktadır. 30

Repolarizasyon döneminde ise zarın K iyonlarına olan geçirgenliği artarak, K iyonlarının hücre dışına çıkışı ile zar potansiyeli tekrar dinlenim potansiyeli değerine düşmektedir. Repolarizasyon dönemi ile zarın yanlızca elektriksel potansiyel değeri dinlenim durumuna erişmiştir, iyon dağılımı henüz terstir. Daha sonra aktif taşıma ile (Na/K ATP ase pompası) Na iyonları hücre dışına, K iyonları ise hücre içine alınarak hem zar potansiyeli hemde iyonik dağılım dinlenim durumuna geri dönmüş olur. 31

Hep yada hiç yasası Hücre membranını eşik değere kadar depolarize edemeyen uyaranlar Aksiyon Potansiyeli oluşturamaz Eşik ya da eşik üstü uyaranlar da daima aynı genlik ve şekle sahip Aksiyon Potansiyeli oluşturur 32

HÜCRE DIŞI ATP HÜCRE İÇİ 1- K +, hızlı sızar, Na + yavaş sızar. 2- Na-K-ATPaz pompası (3 Na + dışarı, 2 K + içeri) Hücre zarı polarizedir. İstirahat Membran Potansiyeli = -70 mv (istirahat membran potansiyelinin voltajı hücrelere göre farklılık gösterebilir) 39

Voltmetre (mv) 50 30 0-30 -50-70 HÜCRE DIŞI ATP HÜCRE İÇİ Bütün hücrelerde hücre zarının içi ve dışı arasında elektriksel potansiyel farkı vardır. 40

Hücrelerde İmpuls iletimi hücre zarı (membranı) ile ilgili bir olaydır. İmpuls, (kablodaki elektrik akımı gibi) membran boyunca iletilir. Hücre membranı, hücre içi sıvıyla hücre dışı sıvıyı birbirinden ayırır. Hücre içi ve hücre dışı sıvının iyonik yapısı birbirinden çok farklıdır. İyonların türü ve konsantrasyonundaki (yoğunluğundaki) farklılık nedeniyle, içerideki ve dışarıdaki elektriksel yük de farklıdır. 41

Hücre istirahat (dinlenim) halindeyken, yani uyarılmadığı zaman, ölçülen potansiyel farkına dinlenim potansiyeli denir. Hücre aktifken membran potansiyeli değişir. Bu esnada ölçülen potansiyel farkınaysa aksiyon potansiyeli denir. Aksiyon potansiyeli, bir sinir veya kastaki etkinlik esnasında meydana gelen elektriksel değişikliktir. Aksiyon potansiyelinin devam süresi, sinirlerde 1 milisaniye (saniyenin binde biri), kaslarda 4 milisaniye, kalp kasında ise 200 milisaniye (0,2 saniye) kadardır. 42

Absolute Refractory Period 45

Relative Refractory Period 46

Saltatorik ileti 50

Aksiyon potansiyelinin iyonik temeli 52

Voltaj bağımlı Na + kanalları hızla, K + kanalları yavaşça açılır 53

Na + kanalları kapanır 54

Aksonların yalıtımı Bir çok aksonda, aksiyon potansiyeli yayılması oldukça hızlı olmakla birlikte çok hızlı değildir. Diğerlerinde ise aksiyon potansiyeli sinir boyunca sıçrayarak ilerler. Bu ikinci durum, miyelin kılıfı olarak adlandırılan ve glial hücre zarlarını yayılmasıyla oluşan bir yağ tabakasının, yalıtıcı örtü şeklinde aksonların etrafını sarmalarıyla ortaya çıkar. 56

İMPULS İLETİMİ Vücutta sinir impulsunun iletimi genellikle tek yönlüdür. Bu sinir sisteminin düzgün ve fonksiyonel bir şekilde çalışmasını sağlar. Aslında bir akson orta kısmından uyarıldığında, impuls her iki yöne de gider. 57

Ancak, impulsu başka hücrelere iletecek sinaptik nörotransmitterler sadece akson terminalindeki sinaptik uçlarda bulunur; soma ve dentritlerde bulunmaz. Çünkü soma ve dentritler, uyarıyı alan; akson ise uyarıyı ileten bölgelerdir. Bu nedenle akson ucuna ulaşan aksiyon potansiyeli sinir, kas veya bez gibi başka hücrelere iletilebilirken; soma ve dentritlere giden aksiyon potansiyeli burda söner, iletilemez. Akson terminaline doğru olan impuls iletimine ortodromik ileti Aksondan somaya doğru, ters yönde olan impuls iletimine antidromik ileti denir. 58

Bir sinir hücresinde voltaja bağımlı Na + kanalı sayısı, hücreye girecek Na + miktarını belirleyeceği için; aksiyon potansiyelinin başlamasını ve ilerlemesini tayin eder. Miyelinli Nöronlarda iyon Kanallarının Dağılımı Na + kanalları Ranvier boğumları ve miyelinli nöronların başlangıç bölümünde çok yoğundur. Başlangıç bölümü ve duysal nöronlardaki ilk ranvier boğumu uyaranların ilk oluşturulduğu yerlerdir ve diğer ranvier boğumları da sıçrayıcı ileti sırasındada uyaranın sıçradığı yerlerdir. 59

Miyelinli memeli nöronlarında membranın mikrometre karesinde bulunan Na + kanallarının sayısı ; hücre gövdesinde 50-75, başlangıç bölümünde 350-500, miyelinin yüzeyinde 25'den az, Ranvier düğümlerinde 2000-12000 akson terminallerinde 20-75'dir. Miyelinsiz nöronlarda aksonlar boyunca Na kanalı sayısı yaklaşık 110'dur. Birçok miyelinli nöronda Na + kanalları repolarizasyonda yer alan K + kanallarıyla istila edilmiştir. 60

Buna göre başka sinirlerden gelen impulslar, dentrit ve soma ya aktarılıp; burada hücre içine Na + girişi ile bir potansiyel değişiklik yapabilir. Ancak açılan Na + kanalının az olması dolayısı ile membranda iletilebilen bir aksiyon potansiyeli gelişemez. Yani potansiyel değişiklik membranı ateşleme seviyesine getiremez. Ancak bu bölgede oluşan yerel potansiyel değişikliği, buraya hemen bitişik akson tepeciğindeki voltaja duyarlı Na + kanallarının açılmasını ve hücreye büyük miktarda Na + akışı ile aksiyon potansiyelinin başlamasını sağlar. 61

Akson tepeciğinden başlayan bir aksiyon potansiyeli, eğer sinir myelinli ise, bir sonraki ranvier boğumuna, Sinir myelinsiz ise hemen bitişik bölgeye yayılır. İmpulsun bu noktadan geri dönüşü ise, bir önceki bölge refrakter peryoda girdiği için mümkün değildir. Bu şekilde akson tepeciğinden başlayan bir aksiyon potansiyeli, akson terminaline doğru ilerlemek durumundadır. 62

KALP DOKUDA SİNYAL İLETİMİ??? 63

Eektrokardiyografi (EKG)