50
Periferik Sinirlerde Elektrofizyolojik Çalışmalar Dr. Nizamettin DALKILIÇ (PhD) Meram Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı

Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Embed Size (px)

DESCRIPTION

 

Citation preview

Page 1: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Periferik Sinirlerde Elektrofizyolojik Çalışmalar

Dr. Nizamettin DALKILIÇ (PhD)Meram Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı

Page 2: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Sinirde ilk elektrofizyolojik çalışma Galvani’nin (1737-98) anatomi laboratuvarında (Bolonya/İtalya) kurbağa deneyleri sırasında tesadüfi olarak canlı elektriğini (animal electricity) keşfetmesi ile başlar

Periferik Sinirlerde Elektrofizyolojik Çalışmalar

2

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 3: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Uyarılabilen Dokularda Elektriksel Olaylar

3© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Periferik Sinirlerde Elektrofizyolojik Çalışmalar

Kasta kasılmayı tetikleyen bu elektriksel olay sinirde de bilginin iletilmesini sağlar.

Bu elektriksel değişimin gözlenmesi ve kaydedilmesi sayesinde birçok mekanizma ve patolojik durum aydınlatılmıştır.

Galvani’nin tesadüfi gözlemiyle başlayan süreç uyarılan dokuda meydana gelen elektriksel yanıtın kaynağını ve fizyolojik sebeplerini araştırmaya odaklanmıştır.

Çalışmalar, farklı geçirgenlik nedeniyle hücre zarının iki tarafı arasında iyonların farklı konsantrasyon değerlerinde bulunduğunu, bu farklılığın ise dinlenimde sabit kalan negatif bir potansiyel farkı yarattığını göstermiştir. Uyaran etkisi ile hücre zarının iyon geçirgenliği değişmekte, bu değişim mevcut potansiyelin de değişimini tetiklemektedir. Potansiyeldeki bu değişim belirli bir zamansal desenine sahiptir ve aksiyon potansiyeli olarak adlandırılır.

Page 4: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Elektriksel dipol alanında bir P noktanın potansiyeli

Elektriksel Bir Dipol Alanında Potansiyeller

2

cosr

kVp

+q

-q

---

+++ +

-----

+++

+

--- --

--

A

+ ++ +

+ ++

++ +

+

++ +

+++

P

t 1t2t3

t1 t2

t3 t

-

B

-- --

-- -+ ++ + + ++

+ ++ ++++ +

- --

- -----

P P P

xx x x

1 2 3

1

2 3

Nöron hücresinde dipol oluşumu

Akso

nda

depo

lariz

asyo

n da

lga

ceph

esin

in

yayı

lmas

ı sıra

sında

p n

okta

sında

olu

şaca

k po

tans

iyel

C

+ ++

+ + +

t

++ +

-

-- -- -

--

+++ ++

+ +--

--

PDepolarizasyondalgacephesi

Repolarizasyondalga

cephesi

+q

0

1

r

r r1

r2

P

-q

r

d/2

1

μ=q.d

4© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 5: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

5

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 6: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

İletim ile ilgili çalışmalar

6

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 7: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

İletimle İlgili Çalışmalar

İzole Sinir Çalışmaları (Kurbağa ve Sıçan Siyatik Siniri)

•Sıçandan veya kurbağadan usulüne uygun olarak çıkarılan siyatik sinirleri kullanılır.•İzole sinir fizyolojik koşulların sağlandığı izole organ banyosuna (nerve chamber) alınır. •Sinir bir (distal) ucundan elektriksel uyaranlarla uyarılıp sinirin diğer bölgelerinden kayıt yapılır.

•Kayıt işlemi 2 yöntemle yapılabilir

1- Ekstraselüler Yöntem veya2- “Suction” Yöntemi ile

7

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 8: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

1- Ekstraselüler Yöntem

Kurbağa siyatik sinirinden ekstraselüler yöntemle yapılan kaydın şematik gösterimi.

8© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 9: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

1- Ekstraselüler Yöntem

9© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Periferik bir sinirin farklı bölgelerinden BAP kaydı için elektrofizyolojik kayıt prosedürü

Page 10: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

• Bu kayıt yönteminde ekstraselüler kayıta göre yalnızca kayıt elektrodu farklılık göstermektedir.

• Kayıt elekrodu, uç kısmı sinirin çapına göre ısıtılarak inceltilmiş camdan yapılır.

• Sinirin distal ucu negatif basınç uygulamak suretiyle suction elektrot içine alınır.

• Böylece dış ortam direncinin artması sağlanmış olur.

• Dış ortam direncinin artırılması sayesinde kayıt bölgesi solüsyon içerisinde tutulabilmektedir. Bu ise sinirin bulunduğu dış ortamın fizyolojik duruma en yakın özelliklerde tutulabilmesini sağlamaktadır.

1- “Suction” Yöntemi

10

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

“Suction” kayıt prosedürü

Page 11: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

1- Suction Yöntem

Ri

IEm Ee Vo (output voltage)

VeVm

Ro

“Suction” yönteminde kaydedilecek potansiyel, sinir ile pipet arasında oluşan dirence (Ro) doğrudan bağımlıdır.

11

Vo= R0.(Vm-Ve)/Ri

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 12: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

5 mL/dakika hızında sürekli olarak fizyolojik sıcaklıktaki Krebs solüsyonu ile perfüzyonu sağlanan organ banyosu.

• Suction elektrodu kullanılarak kayıtlar alınırken sinirin yalnızca uyarımın gerçekleştirileceği bölgesi solüsyonun dışına alınmaktadır.

• Bununla birlikte distale farklı mesafelerden uyarı verilebilmesi amacıyla çoklu gümüş elektrot barındıran bir organ banyosu tasarlanmıştır.

• Günümüzde yapmakta olduğumuz deneylerde kullandığımız organ banyosu, dış bölümünde sıcak suyun dolaştığı bir ısı ceketi barındırmaktadır.

(uyaran şid:1.5 V, uzk:5.5 cm)

-1

-0,50

0,5

11,5

2

3 8süre (ms)

genl

ik (m

V)

uyaran şid:1.6 V, uzk:5.5 cm

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

3 8süre (ms)

genl

ik (m

V)

2- “Suction” Yöntemi - İzole Organ Banyosu

12

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 13: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

2- “Suction” Yöntemi - Enstrümantasyon

13

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 14: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

BİLEŞİK AKSİYON POTANSİYELİBİLEŞİK AKSİYON POTANSİYELİ

14

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 15: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler• VbapBileşik aksiyon potansiyelinin

iletilme süresi (L1) kullanılarak hesaplanan iletim hızı (m/s).

• VmdBileşik aksiyon potansiyelinin tepe noktasına kadar ölçülen latans (L2) kullanılarak hesaplanan iletim hızı (m/s).

• Genlik (MD)Bileşik aksiyon potansiyelinin ulaştığı maksimum değer (mV).

• AlanBileşik aksiyon potansiyelinin integrali (mV.ms)

• dV/dt makBileşik aksiyon potansiyelinin tepeye çıkış fazının türevinin maksimum değeri (mV/ms).

• dV/dt min Bileşik aksiyon potansiyelinin iniş fazının türevinin maksimum değeri (mV/ms).

• TP Maksimum depolarizasyon değerine ulaşması için geçen süre (ms).

• Lif İletim Hızı (veya Çap) Dağılımı

• Güç Spektrumu (Fourier Analizi)

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

2 4 6 8 10zaman (ms)

genl

ik (m

V)

x=1,5 cm denx=2 cm den

x=5 cm den

x=5,5 cm den

Farklı uzaklıklardan kaydedilmiş suction BAP

1 m

V

0.5 ms

MD

TP

L2

L1

Hızlıİletenlifler

Orta hızda ileten lifler

Maksimum Depolarizasyona ulaşılması için gerekli olan süre

Genlik

15© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 16: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler

16

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 17: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Sinir İletimi Hız Dağılımının Belirlenmesi:

Geriye-İleriye Doğru Problem• Bir sinir demeti farklı özelliklerde sinir hücrelerine

ait aksonlardan oluşur. • Bu farklı özellikler iletim hızının ve aksiyon

potansiyeli genliğinin farklı olmasına neden olmaktadır.

• Bileşik aksiyon potansiyelinin doğası gereği kayıt alınan bölge uyarım bölgesinden uzaklaştıkça farklı iletim hız grupları birbirinden ayrılmaya başlar.

1,5 cm

4 cm

3,5 cm3 cm2,5 cm

2 cm

4,5 cm

0,5 ms

0,5

mV

0

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler

17

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 18: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

N

iiii tfw

1

)( BAP(t)=

f(t)=A.sin(t/o1).exp(-t/o2)f(t)=A.sin(t/o1).exp(-t/o2)

o1=0.325 ms, o2=0.40 msçap:3 m A=2.65

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-1 -0,6

-0,2

0,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3

f(t)=A.sin(t/o1).exp(-t/o2)

o1=0.14 ms, o2=0.20 msçap:6 m A=2.47

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-1 -0,6

-0,2

0,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3

f(t)=A.sin(t/o1).exp(-t/o2)

o1=0.08 ms, o2=0.10 msçap:11 m A=2.73

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-1 -0,6

-0,2

0,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3

f(t)=A.sin(t/o1).exp(-t/o2)

o1=0.07 ms, o2=0.09 msçap:17 m A=2.87

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

-1 -0,6

-0,2

0,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 2,6 3

Farklı çaplara sahip sinir lifleri için TLAP biçim fonksiyonları.

Tek lif aksiyon potansiyeli için biçim fonksiyonu

BAP Kaydından Elde Edilebilecek VerilerSinir İletimi Hız Dağılı: Geriye-İleriye Doğru Problem

18© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 19: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

d=3d=4d=5d=6d=7d=8d=9d=10d=11d=12d=13d=14d=15d=16d=17d=18d=19d=20d=21d=22d=23d=24d=25d=26d=27d=28d=29d=30

x=2 cm için

)/exp()/sin()( 21 oo ttAtf

27 farklı lif grubu için tek lif aksiyon potansiyelleri (TLAP).

BAP Kaydından Elde Edilebilecek VerilerSinir İletimi Hız Dağılı: Geriye-İleriye Doğru Problem

19

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Liflerin çaplarına karşılık gelen iletim hızları ise V = d(0,06.T+0,6) bağıntısı kullanılarak 3-30 μm çap aralığı için 1 μm’lik adımlarla hesaplanır.

Page 20: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

• BAP’ların her bir lif grubuna ait TLAP’lerin ağırlıklı katkılarının toplamından oluştuğu bilindiğinden, w,olasılık yoğunluk sabiti olmak üzere BAP= A . w şeklinde ifade edilir.

• Her bir lif çapı grubu için olasılık yoğunluk sabitleri (w) MatLab yazılımı kullanılarak hesaplanmıştır.

• Hesaplanan olasılık yoğunluk sabitleri bağıl lif sayısı bilgisini genlik bilgisi ile birlikte içerdiğinden genlik bilgisi çıkarılarak lif çapı gruplarının bağıl oranları elde edilir.

27

26

3

2

1

27

272

271

3

33

32

31

2

23

22

21

1

13

12

11

1

3

2

1

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.000

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

0.........0

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

00

0..........0

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

0

0...........0

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

)()(

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.)()()(

)(

WW

WWW

N

NN

N

NNN

N

NNN

N

NNN

tBAPtBAP

tBAPtBAPtBAP

tBAP

n

n

n

n

n

n

BAP Kaydından Elde Edilebilecek VerilerSinir İletimi Hız Dağılı: Geriye-İleriye Doğru Problem

20© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 21: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Deney4histolojik

0

5

10

15

20

25

30

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

lif çapı (m)

% b

ağıl

sayı

Deney4ekstraselüler

-5

0

5

10

15

20

25

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

lif çapı (m)

% b

ağıl

sayı

Deney4suction

-5

0

5

10

15

20

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21

lif çapı (m)

% b

ağıl

sayı

50 m

mV

ms

His

tolo

jikE

kstra

selü

ler

Suc

tion

İzole sinir BAP

İzole sinir lif dağılımları

BAP Kaydından Elde Edilebilecek VerilerSinir İletimi Hız (Çap) Dağılı: Geriye-İleriye Doğru Problem

21

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

İzole sinir histolojik kesiti

Page 22: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

BAP Kaydından Elde Edilebilecek VerilerSinir İletimi Hız (Çap) Dağılı: Geriye-İleriye Doğru Problem

22

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 23: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

23© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 24: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

24© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 25: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Sinir İletimi Hız Dağılımının Belirlenmesi: Collision (Çarpışma) Yöntemi

S2S1ISI

p d

S1 S2

dp

Pre-amplificator

nerve

a

b

“Collision” tekniğinin şematik gösterimi. (a): Birinci uyaran (S1) distal, ikinci uyaran ise proximal bölgesine uygulanır . Eğer pulslar arası süre ISI (inter stimulus interval) yeterince uzun ise iki uyaran için oluşan BAP lar aynı biçim ve genlikte olur. (b): Uyaran ile cevap arasındaki zamansal ilişki. d: distal CAP, p: proksimal CAP (Harayama ve ark. 1991 den uyarlanmıştır)

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler

25© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 26: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

0,37-(ms)ISI3,2 (cm)uzaklik arasielektrot uyarici ikiCV

ii

Sinir İletimi Hız Dağılı: Collision (Çarpışma) Yöntemi

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler

26© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 27: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Katotelektrodu

Anotelektrodu

S1 S2

supramaksimalf=1 Hz, 0,2 ms

PreAMP

x

y1

Median sinir

y2

S2 S1ISI

t2 t1t

Sağ median sinirin proksimal ve distal bölgelerinin “collision” yöntemi ile uyarılması sırasında deneysel düzeneğin şematik gösterimi, x:iki uyaran arasındaki mesafe,, S1 ve S2 ise proksimal ve distal uyaranlardır. t1: proksimal latans, t2 : distal latans.

Sinir İletimi Hız Dağılı: Collision (Çarpışma) Yöntemi

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler

27© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 28: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

ISI: 6.6 ms

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 3 6 9 12 15

duration (ms)ampl

itude

( μV

)

distal CAPproximal CAP

a

c

ISI: 5.8 ms

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

0 3 6 9 12 15

duration (ms)ampl

itude

(μV

)

b

0

10

20

30

40

37.6 40.0 42.8 46.0 47.7 49.6 51.7 54.0 56.4 59.1 62.1 65.3 68.9

conduction velocity (m/s)

relative umber of

fibers (%)

a

28

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 29: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Peroneal sinirin uyarılması ile Abductor Pollicis Brevis kası gözlenmesini de içeren sistemin blok diagramı.

derin peroneal siniri

S2

Kayıt sistemi

Pre amplifikatör

Aktifelektrot

Referans elektrot

S1

Sinir İletimi Hız Dağılı: Collision (Çarpışma) Yöntemi

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler

29

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 30: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

10 20 30 40 500

distal CMAP

proximal CMAP

ms0

5

10

15

20

25

30

16,9 19,9 24,3 28,0 31,2 35,1 40,3 44,6 48,5

conduction velocity (m/s)

rela

tive

num

ber

of f

iber

s (%

)

Motor nerve conduction velocity distribution histograms for the deep peroneal nerve of a subjects

The distal and proximal CMAPs of a subject for 26 different ISI values. Initial and final ISI values are 20 ms and 7 ms respectively.

30© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 31: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

31© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 32: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Güç Spektrumu:Fast Fourier Analizi

BAP Kaydından Elde Edilebilecek Veriler

32

BAP sinyallerinin FFT spektrumunun bağıl güç bileşenleri. Spektrumlar Kontrol ve Lidocaine (Lido), Dexmedetomidine (Dex) ve Dex+Lido için çizdirilmiştir. Frekans 17 bant aralığına bölünmüştür ve her bir bar belirtilen frekans aralığı için % bağıl güç değerini göstermektedir.(Dalkiliç ve ark. Baskıda, 2013)

Fourier Teoremine göre tüm ritmik sinyaller temel frekans (f0) olan bir sinüzoidal sinyal yanında, bu temel frekansın armoniklerini de içeren güç bileşenlerinin toplamlarından oluşur.

Herbir frekans aralığı için güç bileşenleri Fast Forurier Analizi (FFT) ile elde edilir.

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 33: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

33

Uyarılma ile ilgili çalışmalar

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 34: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

Eşik Uyaran•Uyaran Şiddeti eşik bir akım (treshold stimulus) değerine ulaşmadıkça AP oluşmamaktadır.•Diğer yandan akımın uygulama süresi (Δt) kısaldıkça gerekli eşik uyaran akım şiddeti (Ieşik) de artmaktadır.•Dolayısıyla, bir aksonu uyarmak için minimum

ΔQ=Ieşik. Δt (Weiss yasası)

elektrik yükü gereklidir.

Reobaz

Kronaksi

Kronaksi uyarılabilirliğin (excitability) bir ölçüsüdür ve kronaksisi düşük olan liflerin uyarılabilirliği yüksektir.

Uyaran süresi

Uyaran genliği

34© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 35: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

2

3

4

5

6

7

8

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10Stimulus duration (ms)

Stim

ulus

stre

nght

(Vol

ts) .

Control0.25 mM0.5 mM1 mM2 mM4 mM

2

3

4

5

6

7

8

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Control0.25 mM0.5 mM1 mM2 mM4 mM

Tramadol’ün beş farklı konsantrasyonu ve kontrol için elde edilen Şiddet-Süre eğrileri.

Eşik Uyaran

35© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 36: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Eşik uyaran çalışmaları, iletim çalışmalarının daha pratik ve kliniğe uygulanabilir olması nedeniyle ve Hodgkin ile Huxley’in 1952’deki tek hücre düzeyindeki çalışmalarının popülaritesi sebebiyle 90’lı yılların sonuna kadar çöküş yaşamıştır.

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

Eşik Değer İzleme (Threshold Tracking)

Uyarılabilirlik konusundaki çalışmalar 1990’lı yıllarda Prof. Bostock’un eşik-değer belirleme çalışmalarıyla yeniden ivme kazanmış ve günümüzde yine kendisi tarafından otomatize sistemlerin geliştirilmesi ile klinik tanı yöntemlerine dahi, dahil edilebilecek noktaya ulaşabilmiştir.

Yöntem demet içerisindeki akson sayısına ve bunların iletim hızlarına duyarlı değildir; aksonun tüm uzunluğunu değil bir noktasını test eder; ve yöntem miyelin kılıfının bütünlüğünden ziyade aksonun zar özelliklerindeki değişimleri belirler.

Bu özellikleriyle sinir uyarılabilirliği konusundaki çalışmalarda günümüzde gelinen en son noktayı “eşik değer izleme (threshold tracking)” yöntemi oluşturmaktadır.

36© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Uyarılabilirlik çalışmalarında “eşik değerin belirlenmesi” aslında akson fonksiyonunun belirlenmesinde kullanılan klasik elektrofizyolojik testlerin tamamlayıcısı olarak düşünülebilir.

Fotoğraf: N. Dalkılıç – Chicheley Hall, 2011

Page 37: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Weiss YasasıQ=I.ΔtQ: eşik uyaran için gereken yük miktarı

Doğru eğimi: ReobazDoğrunun x eksenini kestiği nokta: şiddet-süre zaman sabiti (kronaksi:uyarılabilirliğin ölçütü)

I

Δt

Şiddet- Süre zaman sabiti (kronaksi)

Eşik Değer İzleme (Threshold Tracking)

Bu prosedürde, süre değişimine bağlı olarak yanıt gözlemlemek için gerekli olan akım değeri ölçülür. Doğrusal değişim gösteren (R2>0,99) bu verilere uygun bir doğru oturtma işlemi gerçekleştirilerek, bu doğrunun süre eksenini kestiği değer şiddet süre zaman sabiti (SDTC) olarak adlandırılır.

Uyaranın Yük miktarı (Q) Reobaz ile orantılıdır.

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

37© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 38: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Ulnar sinrin uyarılıp Abductor Digiti Minimi kası aksiyon potansiyelinden (CMAP) Eşik İzleme yöntemi ile oluşturulan Şiddet-Süre eğrileri. Eğriler Kontrol ve Bilateral Karpal Tunel Sendromlu (KTS), Kansere bağlı polinöropatili, pnp diyabetik, kübital tünel sendromlu, hipotride bağlı duyusal nöropatili hastalar için aynı eğri üzerinde karşılaştırmalı olarak çizdirilmiştir. Doğruların eğimi Reobaz değerlerini, düşey eksenini kestiği zaman ise SDTC (kronaksi) değerlerini vermektedir.

Şiddet- Süre zaman sabiti (kronaksi)

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

38

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 39: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Akım-Eşik azalması (current-treshold reduction) İlişkisi

Eşik Değer İzleme (Threshold Tracking)

200 ms%50

-%100

Test pulsu

Dışarı doğrultucu akım

İçeri doğrultucu akım

Akım-voltaj eğrisi oluşturulurken 200 ms süreli bir koşullandırıcı akımı takip eden 1 ms süreli bir test pulsu uygulanarak koşullandırıcı akım eşiğin (%40CMAPmax) %50’sinden başlanarak eşiğin -%100’ü olacak şiddete kadar %10’luk adımlarla değiştirilerek, test pulsunun hedef yanıt oluşturmak için gereken şiddetin eşiğe göre azalması ölçülür.

depolarizasyonhiperpolarizasyon

Doğrultucu (rectifier) kelimesi elektronikte diyotlar için kullanılır.

I

V

ΙI

VR

Ohmik I-V davranış

Rektifiye (dorultucu) davranış: uçları arasındaki potansiyelin bir yönünde, akım geçişine izin verip, diğer yönde izin vermeyen eleman.

diyot

Dışarı doğrultucu

İçeri doğrultucu

I

Aksonun rektifiye özelliğini gösterir.

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

39

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 40: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

-100

0

-500 0

Akım

şidd

eti

(% e

şik

değe

r)

Eşik değer azalması (%)

A

-100

0

-500 0

Akı

m ş

idde

ti (%

eşi

k de

ğer)

Eşik değer azalması (%)

B

Ulnar sinir için Akım-Eşik azalması eğrileri. Grafikler seçilen bazı denekler için ayrı ayrı eğriler (A) ve 12 deneğin ortalaması (B) için çizdirilen eğrileri gösterilmiştir.

Akım-Eşik azalması (current-treshold reduction) İlişkisi

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

40© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

Page 41: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Akım-Eşik azalması (current-treshold reduction)

Ulnar sinir için akım-eşik voltaj azalması karakteristiği. Eğriler kontrol (N=12) ve beş ayrı denek grubu için karşılaştırmalı olarak çizilmiştir.

Tüm neropatili denek grupları için hiperpoalrizasyonla birlikte içeri rektifiye kanalların açılma olasılıkları da artmaktadır.

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

41© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 42: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Eşik ElektrotonusTe

st p

uls

%40 max

Eşik Değer İzleme (Threshold Tracking)

Bu protokol ile, uzun süreli (100 ms) eşik altı depolarize ve hiperpolarize edici akım uygulanması sırasında uyarılabilirlikteki değişimler izlenmektedir.

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

42© N. DALKILIÇ Meram Tıp

Biyofizik

100 msDepolarize edici puls

Hiperpolarize edici puls

A

Nodera ve Kaji 2006’ dan uyarlanmıştır

Page 43: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

-150

-50

50

0 100 200

Eşik

değ

er a

zalm

ası (

%)

Gecikme (ms)

A

-150

-50

50

0 100 200

Eşik

değ

er a

zalm

ası (

%)

Gecikme (ms)

B

Eşik Elektrotonus

Ulnar sinirde ±%20 ve ±%40 eşikleri için Elektrotonus eğrileri. Eğriler şeçilen bazı denekler için ayrı ayrı (A) ve tüm denek verilerinin ortalaması (N=12) için (B) çizdirilmiştir.

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

43© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 44: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Ulnar sinirde %20 ve %40 eşikleri için Elektrotonus eğrileri.

Eğriler ortalama Kontrol (N=12) ve nöropatili beş farklı hasta grubu için aynı eğri üzerinde ayrı ayrı karşılaştırmalı olarak çizdirilmiştir

Eşik Elektrotonus

44© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 45: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Toparlanma Döngüsü (RC: recovery cycle)

Sinir depolarize edildikten sonra, hücre yeniden dinlenime dönünceye kadar uyarılabilirlikteki değişim süreci toparlanma döngüsü (RC) olarak adlandırılır.

Eşik Değer İzleme (Threshold Tracking)

Supramaksimal şartlandırıcı

ISI: iki uyaran arası süre

%40 CMAP veya SNAP için gerekli test puls

İlk supramaksimal şartlandırıcı pulsun ardından gelen ikinci test pulsun gecikmesi 18 adımda 200 ms’den 2 ms’ye kadar azaltılarak, her bir test pulsunun %40 CMAP veya SNAP’nı oluşturulabilmesi için gerekli şiddetin eşiğe göre % değişimi ölçülür.

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

45

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Nodera ve Kaji 2006’ dan uyarlanmıştır

t0 t1 t2 t3

Page 46: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

-50

0

50

100

1 10 100 1000Eş

ik d

eğer

değ

işim

i (%

)

Uyaranlar arası gecikme (Interstimulus interval, ms)

A

-50

0

50

100

1 10 100 1000

Eşik

değ

er d

eğiş

imi (

%)

Uyaranlar arası gecikme (Interstimulus interval, ms)

B

Rasgele seçilen bazı deneklere ait toparlanma döngüsü eğrileri (A) ve tüm deneklere ait toparlanma döngüsü verilerinin ortalaması (B) gösterilmiştir (N=12).

Toparlanma Döngüsü (RC: recovery cycle)

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

46

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 47: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Ulnar siniri için toparlanma döngüsü (Recovery Cycle) eğrileri. Eğriler kontrol (N=12) ve beş ayrı deney grubu için karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

Toparlanma Döngüsü (RC: recovery cycle)

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

47

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 48: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

•Eşik izleme yönteminin tüm protokolleri hem in vivo hem de in vitro uygulamalarda kullanılabilmekte ve uyarılabilirlik parametreleri elde edilebilmektedir.

Eşik Değer İzleme: Sıçan Kuyruk ve Motor Siniri Çalışmaları

Uyarılma ile İlgili ÇalışmalarUyarılma ile İlgili Çalışmalar

48© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

George ve Bostock 2007’den.

Page 49: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

49

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik

Page 50: Aksonal modelleme olgu sunumlari ve calismalar Nizamettin Dalkilic

Teşekkürler

Biyofizik Çalışma Ekibi

Prof. Dr. Nizamettin Dalkılıç

Doç.Dr. Figen GÜNEY

Öğr. Gör. Seçkin Tuncer

Arş. Gör. İlksen Burat

Dr. Ali Açıkgöz

Dr. Tülay Tunçer Peker

50

© N. DALKILIÇ Meram Tıp Biyofizik