25 Ocak 2012 Çarşamba

AKSİYON POTANSİYELLERİ


AKSİYON POTANSİYELLERİ
    Uyarılma (excitation)
    Uyarılabilen bir hücre (veya doku), fiziksel, kimyasal veya elektriksel bir uyaran ile depolarize edilebilir. Bunun için uyaran şiddetinin hücreye yeteri kadar pozitif yüklü iyon geçişine yol açması gerekir. Hücre içine (+) yük girişiyle, membran potansiyeli ateşleme seviyesine kadar (-50; -60mV) değiştirilebilirse, Na+’un bütün voltaja bağlı kanalları açılacağından; Na+, hızla hücre içine akar ve bir aksiyon potansiyeli başlar. Eğer verilen uyarı, eşik altı değerde ise ve membran potansiyelini ateşleme seviyesine çıkaracak pozitif yükün hücreye girişini sağlayamadı ise, istirahat membran potansiyeli hafifçe pozitif yönde değişir, örneğin -70 iken, -68 olur, ancak depolarizasyon yönündeki bu küçük potansiyel değişiklik bir aksiyon potansiyeline yol açamaz. O bölgede lokal, iletilemeyen bir potansiyel değişikliği söz konusu olur. Buna da bulunduğu bölgeye göre: elektrotonik potansiyel, jeneratör potansiyeli, sinaptik potansiyel gibi adlar verilir. Katod ışınlı osiloskopta (CRO) bu potansiyel değişiklik, spike potansiyeli olan bir aksiyon potansiyeli gibi değil; giderek sönen exponansiyel bir eğri çizer. Bu eğrinin amplitütü, uyaran şiddeti ile orantılıdır. Eşik altı uyaran şiddeti ne kadar yükselirse, amplitüt de o kadar yükselir. Ancak uyaran şiddeti eşik uyarana ulaşınca artık bir aksiyon potansiyeli meydana gelir. Buna göre, aksiyon potansiyelinin uyarılma eşiği var, lokal potansiyelin uyarılma eşiği yoktur.

    Uyarılabilen bir hücre eşik ve eşiküstü bir uyarana tek tip bir aksiyon potansiyeli ile yanıt verir. Eşik altı uyaran ile bir aksiyon potansiyeli oluşmaz. Buna “Hep veya Hiç Yasası” denir. Eşik altı uyaranlarla  CRO’da yukarıda bahsedildiği gibi lokal, iletilemeyen küçük bir potansiyel değişikliği saptanır. Böylece fizyolojik koşullar sabit kaldığı takdirde bir sinir hücresinde başlayan bir aksiyon potansiyeli, büyüklüğünü değiştirmeden, akson terminaline kadar iletilir. Bir sinir hücresi, bir kas hücresi ve kalbin tümü hep veya hiç yasasına uyar. Ancak vücudumuzda aksonlar ve iskelet kası hücreleri tek tek değil; binlercesi bir araya gelerek sinir demetlerini (siyatik sinir gibi) ve kas kütlelerini (gastroknemius kası gibi) oluşturur. Böyle bir sinir veya kas preparatı elektriksel olarak uyarıldığında, önce düşük eşiğe sahip olan liflerde aksiyon potansiyeli (kas ise kontraksiyon), uyaran şiddeti arttırıldıkça eşiği yüksek olan diğer liflerde aksiyon potansiyeli (kas ise kontraksiyon) oluşur. Osiloskopda yazdırılan eğriler de çeşitli amplitütlerde ve çok sayıda spike potansiyeli (sivri potansiyel) olan eğriler şeklindedir. Buna ‘birleşik aksiyon potansiyelleri’ denir. Uyaran şiddeti arttıkça, uyarılan lif sayısı da artar. Bir sinir preparatında bütün liflerde aksiyon potansiyeli oluşturabilen uyarana; maksimum uyaran şiddeti denir.

    Katod ışınlı osiloskop ile bir sinir preparatına ait aksiyon potansiyeli trasesi incelendiğinde, sinir uyarılmadan önce ekranda bir izoelektrik hat (düz çizgi) izlenir. Uyarı verildiği an ile, depolarizasyonun kaydedici elektrot altına ulaştığı an arasındaki sessiz döneme latent period denir. CRO ekranında elektriksel uyaranın verildiği anda görülen küçük  defleksiyon, dokuda meydana gelen sarsıntıya işaret eden bir stimulus artifaktıdır. Bu küçük defleksiyon ile depolarizasyonun başlaması arasındaki latent period süresi ölçülebilir. Latent period, sinirin uyarı iletme hızına ve uyarıcı elektrot ile kaydedici elektrot arsındaki mesafeye bağlıdır. Dolayısı ile Hız=yol/t  formülü ile sinir ileti hızı saptanabilir.
Bir aksiyon potansiyeli trasesi şematize edilirse, uyaranın verildiği andan itibaren, hücre içine giren + yüklü iyonlar dolayısıyla membranın polarize durumu bozulur ve depolarizasyon başlar. Membran potansiyeli, pozitif yönde, yaklaşık -50, -55mV’lara ulaştığında (iç ile dış arasındaki potansiyel fark azaldığında) bütün voltaja bağlı Na+ kanalları açılarak; büyük bir elektrokimyasal gradiente sahip olan Na+, gümbür gümbür hücreye girer ve hücre içini pozitifleştirir.    Na+, hücre içini +35 mV yapana kadar hücreye girer. Bazı hücrelerde potansiyel; +20 mV. gibi daha düşük değerlerde kalır. Bu süreç, aksiyon potansiyelinin spike noktasını oluşturur. Bu voltaj (+20; +35mV), K+’un voltaja bağımlı kapılarını açar ve K+’un hücreden çıkmaya başlaması ile repolarizasyon dönemi başlar. Esasen Na+’un voltaj bağımlı kapılarının açık kalma süresi; 0.1ms gibi çok kısadır. Gerek K+’un konsantrasyon gradienti ve hücre içinde birikmiş + yükler dolayısı ile dışarı itilmesi, gerekse Na+ kapılarının inaktivasyonu ve Na-K pompasının aktivasyonunu hızlandırması nedeni ile, hücre hızla + yük kaybetmeye başlar. Repolarizasyon, membran potansiyelinin ilk polarizasyon voltajına ininceye kadar devam eder, hatta biraz daha negatif değerlere iner yani hiperpolarize olur (-80, -90 mV). Hiperpolarizasyon döneminde bir hücrenin uyarılması zordur ve daha yüksek bir eşik uyaran gerekir. Hiperpolarizasyonun nedeni K+ kapılarının 10-15 ms gibi uzun süre açık kalmasıdır. Bu döneme after hiperpolarizasyon da denir.
Aksiyon potansiyelinin depolarizasyon ve repolarizasyonun ilk 1/3 lük dönemine absolute (kesin) refrakter period denir. Hücre bu dönemde hiçbir şekilde uyarılamaz (depolarizasyonda Na+ kapıları tam açık; repolarizasyonda Na+ kapıları inaktif). Repolarizasyonun ikinci 1/3 lük dönemini, relatif (kısmi) refrakter period oluşturur (Na+ kapılarının bir kısmı inaktifden, normal kapalı konuma geçmiş olup; bunlar tekrar açılabilir). Hücrenin bu dönemde uyarılması mümkün ama zordur. Repolarizasyon sürecinde relatif refrakter perioddan sonra, polarize duruma geçene kadar kısa bir hipopolarizasyon dönemi (membran potansiyelinin tekrar -50; -70 mV olduğu dönemler) ortaya çıkar. Hücreler, hipopolarizasyon döneminde daha kolay ve daha düşük eşik uyaran ile uyarılabilir. Ancak bir sinir hücresinde oluşan aksiyon potansiyelinin süresi (durasyonu); 0.5 ila 1 ms. kadar olup; CRO’da bütün bu fazların ayırt edilebilmesi mümkün değildir. Hipopolarizasyon dönemine süper normal faz veya after depolarizasyon diyen yazarlar vardır.
Elektrotonik Potansiyeller
İstirahatteki bir sinir preparatı, üzerine yerleştirilen bir elektrot tarafından uyarılır ve potansiyel değişiklik, başka bir elektrot ile kaydedilirse, katot (negatif yük veren elektrot) altındaki bölgede depolarizasyon yönünde bir potansiyel değişikliği tesbit edilir. Bunun nedeni, istirahatte sinir hücresinin içinin negatif; dışının pozitif yüklü olması ve katod ile uyarıldığında bu elektrottan yayılan negatif yüklerin dış yüzdeki pozitif yükleri nötrleştirmesi, dolayısı ile hücre dışı ile içi arasındaki potansiyel farkın azalmasıdır. Bu potansiyel değişiklik yaklaşık 15 mV’a ulaştığında (membran potansiyeli -70’den, -55mV’a değiştiğinde) bir aksiyon potansiyeli tetiklenebilir. Daha küçük voltaj değişikliklerinde ise küçük lokal bir jeneratör potansiyeli (elektrotonik potansiyel) oluşur. Katot tarafından oluşturulan bu potansiyel değişikliğine katelektrotonik potansiyel denir.
    Eğer sinir bir anod (pozitif yük veren bir elektrot) tarafından uyarılırsa bu sefer elektrot altındaki pozitif yükler sinirin dış yüzündeki pozitifliği arttıracağı için, hücre içi ile dışı arsındaki potansiyel fark artar ve hücre hiperpolarize olur, yani uyarılması zorlaşır. Anod tarafından oluşturulan bu potansiyel değişikliğe de anelektrotonik potansiyel denir.

Oluşan Aksiyon Potansiyelinin (İmpulsun) İletilmesi
Vücutta sinir impulsunun iletimi genellikle tek yönlüdür. Aslında bir akson orta kısmından uyarıldığında, impuls her iki yöne birden gider ancak, terminal uçta sinaptik ileti ile başka dokulara iletilmesi mümkün iken; hücre soması ve dendritlere ulaşan aksiyon potansiyelinin buradan başka hücreye geçmesi mümkün değildir ve impuls burada söner. Buna göre, akson terminaline doğru olan impuls iletimine ortodromik ileti; aksondan soma’ya doğru, ters yönde olan impuls iletimine antidromik ileti denir.
    Bir sinir hücresinde voltaj bağımlı Na+ kanalı sayısı, hücreye girecek Na+ miktarını belirleyeceği için; aksiyon potansiyelinin başlamasını ve ilerlemesini tayin eder.    Genel olarak örnek aldığımız nöron tipinde, mikrometre karede, dendrit ve soma’da: 50-75; akson tepeciğinde: 350-500; ranvier boğumlarında: 12000; myelin kılıfda: 25 den az; myelinsiz sinirlerde: 110 kadar Na+ kanalı bulunur. Buna göre başka sinirlerden gelen impulslar dendrit ve somaya aktarılıp; burada hücre içine Na+ girişi ile bir potansiyel değişiklik yapabilir. Ancak açılan Na+ kanalının az olması dolayısı ile membranda ilerleyen bir aksiyon potansiyeli gelişemez. Yani potansiyel değişiklik, membranı ateşleme seviyesine kadar getiremez. Ancak bu bölgede oluşan lokal potansiyel değişikliği, buraya hemen bitişik akson tepeciğindeki voltaja duyarlı Na+ kanallarının açılmasını ve hücreye büyük miktarda Na+ akışı ile, aksiyon potansiyelinin oradan başlamasını sağlar. (not: öğrenci burada hücre içine giren Na+’un difüzyon ile komşu bölgelere yayıldığını hatırlamalıdır).
    Akson tepeciğinden başlayan bir aksiyon potansiyeli (depolarizasyon dalgası veya impuls), 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 perioda girdiği için mümkün değildir. Bu şekilde akson tepeciğinden başlayan bir aksiyon potansiyeli, akson terminaline doğru ilerlemek durumundadır. Bazen akso-aksonal bir bağlantı ile bir nöronun başka bir nöronu, direkt aksondan uyarması da mümkündür. Ancak daha önce de bahsedildiği gibi aksiyon potansiyeli her iki yöne doğru ilerlemekle birlikte, somaya gelen impuls sönmeye mahkumdur.

Myelinli Sinirlerde Saltatorik (Sıçrayıcı) İleti
Myelinli sinirlerde myelin kılıf, yapısındaki lipid molekülleri dolayısı ile iyonlara geçirimsizdir. Aksiyon potansiyelleri ranvier boğumlarında gerçekleşir. Buna göre akson tepeciği veya bir ranvier boğumunda oluşan bir depolarizasyon esnasında hücre içine giren Na+ iyonları, pompa ile dışarı atılmadan önce, aksoplazma içinde diffüzyon ile, depolarizasyon alanının her iki yönüne doğru yayılır. Hücre içinde miktarı artan Na+ iyonları, komşu ranvier bölgelerine ulaştığında, bu bölgede membran potansiyelini ateşleme seviyesine doğru değiştirirler (hücre içinde artan Na+, iç ile dış arasındaki potansiyel farkı azaltır ve membran potansiyeli -70’lerden, -55mV’a değişir). Bu noktada voltaja bağlı Na+ kapıları açılır ve Na+, hücre içine hücum eder ve diffüzyon ile komşu bölgelere dağılır, komşu ranvier boğumuna gelince, buranın membran potansiyelini ateşleme seviyesine getirir; voltaja duyarlı … Bu süreç, aksonun her iki tarafına doğru devam eder. Depolarizasyon esnasında bir ranvier boğumundan hücre içine giren Na+ miktarı, yayılarak, diğer ranvier boğumundaki zarı depolarize etmek için gerekli miktardan 7 kat kadar fazladır. Bu da impulsun ilerlemesi için önemli bir güvenlik faktörüdür. İmpuls, iki yönlü ilerlemekle birlikte, komşu bölgeye geçtikten sonra tekrar dönemez. Dolayısı ile bir kere yola çıktıktan sonra, aksonun iki ucuna kadar ilerlemek zorundadır (hep ya da hiç yasası).
    Myelinli sinirlerde saltatorik ileti, impuls ileti hızını, myelinsizlere nazaran 5-50 kat hızlandırır. İkinci bir kazanç ise, iyon geçişleri zar boyunca değil; sadece dar ranvier boğumlarında gerçekleştiğinden, aksiyon potansiyeli esnasında Na-K pompasının harcadığı enerji de daha azdır. Üçüncü kazanç ise, az miktarda iyon geçişi ile aksiyon potansiyelinin oluşabilmesidir.

Myelinsiz Sinirlerde İmpuls İletimi
     Mixed sinirler ortalama olarak myelinli aksonların iki katı kadar myelinsiz akson içerir. Bu tip aksonlarda ileti küçük dairesel adımcıklar halinde membran boyunca, akson tepeciğinden, terminal uca veya aksondan başlayan bir impuls dalgası ise, her iki yöne doğru ilerler. Yani uyaranın verildiği bölgede eşik değere ulaşıldı ise, hücre içine Na+ girer, depolarizasyon başlar, hücreden K+ çıkışı ve Na-K pompasının aktivasyonu ile repolarizasyon başlar. Ancak pompa Na+’ları dışarı atmadan önce komşu bölgeye yayılmış olan Na+ iyonları, depolarizasyonun iki tarafındaki alanlarda da membranı ateşleme seviyesine getirir.
   
Ebates Coupons and Cash Back