Guyton ve Hall Tıbbi Fizyoloji [13. baskı ed.] 9789752776623 [PDF]

Zitiervorschau

T E X T B O O K

OF

M

W

MEDICAL PHYSIOLOGY ONUNCU

EDİSYON

TIBBİ FİZYOLOJİ Arthur C. Guyton, M.D Missisipi Üniversitesi, Tıp Merkezi Fizyoloji ve Biyofizik Bölümü Emeretüs Profesörü, Jackson - Missisipi

John E. Hall, Ph.D. M issisipi Ün iversi tesi, Tıp Merkezi Fizyoloji ve Biyofizik Bölümü Profesörü ve Kürsü Başkanı, Jackson - Missisipi

t

TÜRKÇE ÇEVİRİ EDİTÖRÜ Prof. Dr. Hayrünnisa ÇAVUŞOĞLU İstanbul Üniversitesi, İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Emekli Öğretim Üyesi

EDİTÖR YARDIMCILARI Prof. Dr. Berrak ÇAĞLAYAN YEĞEN Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Prof. Dr. Zeynep AYDIN l.Ü. İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Doç. Dr. inci A LİC A N Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

’1

W.B. SAUNDERS COMPANY

ORİJİNAL: 10. EDİSYON

A Harcourt Health Sciences Company

TÜRKÇE 1. BASKI: KASIM 2001

The Curtis Center Independence Square West Philadelphia, Pennsylvania 19106

ISBN: 975 -4 2 0 - 129 - 3

YÜCE yayımları a.ş. & Nobel Tıp Kitabevleri Ltd. Şti. Ortak Yayımıdır.

Library of Congress Cataloglng-in-Publlcation Data Guyton, Arthur C. Textbook of medical physiology / Arthur C. Guyton, John E. Hall.— 10th ed.

© COPYRIGHT:

p.; cm.

Bu kitabın Türkiye'deki tüm yayım hakları NOBEL TIP KİTABEVLERİ LTD. ŞTİ.'ne aittir. Bu kitap, 5846 sayılı yasa uyarınca, kısmen ya da tamamem basılamaz, mikrofilme çekilemez, dolaylı dahi olsa kullanılamaz; teksir, fotokopi veya başka bir teknikle çoğaltılamaz; bilgisayarda; dizgi makinalarında işlenebilecek bir ortama aktarılamaz.

Includes bibliographical references and index. ISBN 0-7216-8677-X 1. Human physiology. 2. Physiology, Pathological. I. Hall, John E. (John Edward) II. Title. [DNLM: 1. Physiological Processes. QT 104 G992I2001] QP34.5.G9 2001

612— dc21

00-029716

Cover illustration is a detail from OPUS 1972 by Virgil Cantini, Ph.D., with permission of the artist and Mansfield Stale College. Mansfield. Pennsylvania.

TEXTBOO K OP MEDICAL PHYSIOLOGY

ISBN 0 - 7 2 1 6 - 8 6 7 7 - X International Edition ISBN 0-8089-2187-8

Copyright © 2000, 1996, 1991, 1986, 1981. 1976. 1971. 1966, 1961. 1956 by W .B. Saunders Company. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopy, recording, or any information storage and retrieval system, without permission in writing from the publisher. Printed in the United States of America. Last digit is the print number:

9

8

7

6

5

4

3

2

1

UYARI

Özgün Adi

: Medical Physiology

Çeviri Editörü

: Prof. Dr. Hayrünnisa

Editör Yardımcıları

; Prof. Dr. Berrak Yeğen

Fizyoloji, sürekli değişen bir alandır. Standart güvenlik önlemleri gözetilmelidir, ancak yeni araştırma ve klinik deneyimler bilgi dağarcığımızı genişletebilir, tedavi ve ilaç tedavisinde değişiklikler zorunlu veya uygun hale gelebilir. Okuyucuların verilecek her ilacın önerilen do­ zu, veriliş yolu ve süresi ile kontrendikasyonları konu­ sunda ilacın üreticisinden güncel ürün bilgilerini kont­ rol etmeleri tavsiye olunur. Hastasının deneyimi ve bilgi­ sine dayanarak, hasta için dozları ve en iyi tedaviyi belir­ lemede sorumluluk, tedaviyi yapan hekime aittir. Ne ya­ yımcı ne de editör, olabilecek hasardan ve/veya kişilere veya mülke zarardan sorumluluk kabul etmemektedir.

Çavuşoğlu Prof. Dr. Zeynep Aydın Doç. Dr. İnci Alican Düzenleme

: YÜCE a.ş.

Baskı

: Tavaslı Matbacılık

Cilt

: Savaş Ciltevi

(Kasım 2001)

YAYIMCI

X

Arthur C. Guyton, M.D.

Babama

Hayatına yön veren sarsılmaz prensipleri için Anneme

Çocuklarını eııtellektiiel uğraşlara yönlendirdiği için Eşime

Kendisini ailesine adadığı için Çocuklarıma

H ayatım da lıerşeyi anlam lı kıldıkları için A.C.G.

Hocalarıma

B an a Fizyolojinin heyacan ve zevkini gösterdikleri için Aileme

Sonsuz destek, sabır ve anlayışları ve sevgileri için J.E.H

YAZARLAR H A K K IN D A

Arthur Guyton yüce bir insandır. Tüm yönleriyle kalabalıkların içinde fark edilir. Harvard Tıp Fakül­ te sin d e beyin cerrahisi dalında eğitim alırken ge­ çirdiği çocuk felci hastalığı ile kendisini bir anda yardımsız yürüyemez halde bulundu. Bu problemi beyin cerrahisinden fizyoloji dalma geçerek çö ­ zümledi. Fizyolojideki yeni kariyerine başlamak üzere Jackson Mississipi'ye döndü. Çalışmaları ile fizyo­ lojide düşünme şekli yenilendi ve onun sayesinde Ole Miss fizyolojide entellektüel öğrenmenin başlı­ ca merkezi haline geldi. Tek eli ile yazı yazamadığı için başkasına yazdıra­ rak tüm fizyoloji dünyasını açıklayan ve analiz eden en mükemmel ve en çok satış yapan fizyoloji kitaplarını yazdı. Arthur, çok sayıda feed-back kontrol sinyalleri ge­ rektiren kan basıncı, kalp performansı, sodyıım-hacim homeostazı gibi tüm vücutta otokontrolü sağla­ yan mekanizmaları ortaya çıkaran ve açıklayan yeni bir integratif fizyoloji kavramını geliştirdi. Yeni hipo­ tezini denemek amacı ile yeni deneyler planlamak üazere tüm dolaşım sisteminin detaylı bir komputeıize modelini oluşturdu. Bu model hipertansiyona neden olan sodyum-hacim atılım bozukluğundan sorumlu böbrek fonksiyon bozukluğunun ana rolü­ nü son derece doğru bir biçimde öngörmüş ve açık­ lamıştır. Ayrıca bu model plazma renin anjiotensinin kan basıncı ve tuz atılımı arasındaki ilişkiyi ne şekilde değiştirdiğini de açıklamaktadn-. Arthur, mekanik ve fiziksel problemleri çözm ek­ ten zevk alır; ancak fizyolojik değişikliklerden so­ rumlu fiziksel olayları ileten biyokimyasal sinyalle­ rin önem ine de değer verir. Yeni yaklaşımları, sabit fikirli kişiler tarafından direnç görmüştür. Guyton ortalam a kan basıncı ve tüm vücudun otoregülasyonu gibi yeni kaıdiyovasküler kavramları cesur bir şekilde keşfetmiş, kullanmış ve açıklamıştır. Hatta interstisyel sıvı basınçlarının aksilla ve skrotumda negatif değerde olabileceğini de öne sürmüştür. Tüm bu fiziksel ve kimyasal biyolojik hırsları boş zamanı dahil tüm yaşamını kaplamıştır. Arthur eşi ve oğullarının yardımı ile Jackson’da güzel bir evin planını yapmış ve inşa etmiştir. Arthuı’u ilk defa bir fizyoloji toplantısında konu­ şurken tanıdım. Derhal kan akımını kontrol eden sinyallerle ilgili düşünce ve kavramlarımı düzenle­ me ihtiyacı duydum. Arthur’un bu fikirleriyle karşı­ laşmam benim için doğru bir zamanda gerçekleş­ mişti; çünkü biz araştırma grubu olarak kan basın­ cı yüksek olan bir kişide plazma renin düzeyinin norm al olmasının "norm al” olmadığını öne sür­ mekteydik.

Bu olay, feedback kontrol sistem in in anahtarı niteliğindedir. Buna göre, norm al bir insanda kan basıncı arttığında hızla böbreklerden renin salgılanm ası engellenerek plazm a renin düzeyi hem en hem en sıfıra yakın düzeylere azalm akta­ dır. Bu nedenle, hip ertansif bir in san d a yanlış gi­ den bir şey vardır. Normal insanlard an farklı ola­ rak, yüksek arteryel kan b asın cın a karşılık plaz­ ma ren in düzeyini en g ellem em ek te, b ö y lece kanda renin düzeyi "norm al” kalm aktadır. Ancak “norm al” renin salgılanm asını spesifik antirenin etkisine sahip bir ilaçla bloke ettiğinizde veya azalttığınızda hasta derhal n o rm o ten sif hale gel­ mektedir. Kan basıncı azaldığında ortaya çıkan olaylarla il­ gili bu fenom en ve bunun tam karşıtı olanlar araş­ tırma grubumuzun Guyton’un Jackson’daki grubu­ na yaptığımız yıllık 2-3 günlük ziyaretlerin başlıca konularını oluşturmuştur. Bu sayede integratif vü­ cut fizyolojisi ve fizyopatolojisi ile ilgili çalışmaları ile fizyolojiye yeni bir boyut kazandıran Arthur’un öğrencisi John Hail ile tanıştık. Bugün organ ve hücre fizyolojisini anlam ak için ve hücresel veya m oleküler biyolojik deneyleri planlam ak için tüm vücut fizyolojisinin önem li olduğu ne kadar vurgulansa azdır. İnsand a sağ­ lıkta ve hastalıklı durum da vücut sistem lerinin anlaşılabilm esi için, tüm vücut fizyolojisinin uy­ gunluğu da aynı şekilde önem lidir. Bu hastalıklar sıklıkla hastalığa neden olan veya hastalığın sü r­ m esine yol açan anorm al uzak h orm on al veya s i­ nirsel sinyaller içerirler. Zam anla tüm vücut fiz­ yolojisi moleküler, hücresel ve doku biyologları­ na herhangi bir sonuca ulaşm adan ön ce alan la­ rının dışında odaklanm aları gerektiğini öğren­ miştir. Vücut fizyolojisini anlam ak elbette ki kli­ nikte çalışan hekim ler için de tem el bir gereksi­ nimdir. Hastalarımı analiz ederken kullanacağım bu yak­ laşımın geleceği hiçbir zaman bu kadar parlak o l­ mamıştır. Bu yazının okuyucuların Guyton-Hall’un açısının ve felsefesinin her kelimesinden tad almalarını c e ­ saretlendireceğini ümit ediyorum. Okudukça b e ­ nim Arthur ve Hail ile karşılıklı görüşmelerimizde kazandığım avantajların aynısını kazanacağınızı unutmayınız. JohnLaragh, M.D. New York Presbyterian Hospital, Kardiovasküler Merkezi Direktörü-Weill Cornell Medical Center New York, New York

ÖNSÖZ

Tıbbi Fizyoloji Ders Kitabı’nın onuncu baskısına ulaşmış bulunuyoruz. Bu kitabın yayımı, yaklaşık 50 yıl önce yazılan ilk baskısının yapıldığı zaman öngör­ düğümüzden çok daha uzun sürdü. Yine de, her yıl bu proje daha heyecanlı hale gelmektedir, çünkü fiz­ yoloji konusunda artan bilgilerimiz vücudun birçok yeni gizemini ortaya çıkarmaktadır. En önemlisi, çok yakın bir geçmişte hücresel ve moleküler fizyoloji hakkında bilgi kazanmamızı sağ­ layan birçok yeni teknik geliştirilmiştir. Bu nedenle, fizyolojik prensiplerin açıklamasını kabaca bir seri birbirinden bağımsız, açıklanamayan biyolojik olay­ lar şeklinde yapmak yerine, giderek daha fazla m ole­ küler ve fiziksel bilim terminolojisi ile sunabilecek hale geldik. Bu değişikliklerden hepimiz memnunuz, fakat bu durum kitabın her bölümünün her alt bölü­ münde değişiklik yapma zorunluluğunu da berabe­ rinde getirmektedir. Bu düzeltmelerde yardımcı olmak üzere Dr. John I-Iall Tıbbi Fizyoloji Ders Kitabı’nın dokuzuncu bas­ kısında eş-yazar olarak bana katılmıştır. Onuncu baskıda kendisinin bizzat sorumlu olduğu bölümle­ rin sayısı iki katma çıkmıştır. İkimiz, Dr. Guyton ve Dr. Hail, 25 yıldan daha fazla bir süre birlikte çok yakın çalışmıştık, bu sayede tüm kitapta standart bir düzeni koruyarak özellikle öğren­ cilere faydalı olmak ve bu arada öğrencilerin ileriki meslek yaşamlarında bir temel oluşturmaya yetecek şekilde kitabı belli oranda detaylandırmak mümkün olmuştur. Tahmin edilebileceği gibi, Dr. Hail birçok ye­ ni bakış açıları ve yeni bilgiler getirerek bu hedeflere ulaşmada yoğun bir şekilde yardımcı olmuştur. İnsan fizyolojisini çalışmanın güzelliği, tüm vü­ cudun farklı organları ve hücrelerinin bireysel işlev­ lerini fonksiyonel bir bütünü, yani insan vücudunu, oluşturmak üzere birleştirmesindedir. Gerçekte, ya­ şam bu toplam fonksiyona bağlıdır, yoksa diğerlerin­ den bağımsız şekilde her bir vücut parçasının işlevi­ ne dayanmamaktadır. Bu bizim başka bir konuyu sorgulamamıza ne­ den olmaktadır: Farklı organ ve sistemler nasıl kont­ rol edilmektedirler ki, kendilerine düşen görevleri yapmayanlar olduğunda diğerleri aşırı işlev görme­ mektedir? Neyse ki, vücutlarımız çok yaygın geribil­ dirim kontrol ağları ile donandığı için gerekli denge­ ler kurulmaktadır, aksi takdirde yaşamamız müm­ kün olmayacaktı. Fizyologlar vücudun yüksek dü­ zeydeki bu iç kontrol mekanizmasına homeostaz adını vermektedirler. Hastalık durumlarında, işlevsel dengeler sıklıkla ciddi şekilde bozulmaktadır- yani, homeostaz çok zayıf hale düşmüştür. Ve, tek bir bo­ zukluk dahi olsa, belli sınıra ulaşınca tüm vücut artık yaşamı sürdüremez hale gelir. Bu nedenle, herhangi

bir tıbbi fizyoloji kitabının temel gayelerinden biri vücudun homeostaz mekanizmalarının etkinliğini ve güzelliğini vurgulamanın yanı sıra, hastalık duru­ munda gözlenen anormal işlevleri açıklamaktır. Bu kitabın bir başka amacı da olabildiğince hata­ sız olmaktır. Birçok fizyologdan, öğrencilerden, ve dünyanın her tarafındaki klinisyeıılerden öneri ve eleştiriler alınmış ve bu bilgiler, kavramların doğrulu­ ğu ve kitaptaki dengelerini kontrol etmek amacıyla kullamlmışnr. Buna rağmen, binlerce bilgi birimini bir arada dizerken hataların olabileceğinden yola çıkarak, bir daveti gündeme getirmeyi diliyoruz. Aslında, bir davetten çok, tüm okuyucularımızdan hataları veya yanlışları bize bildirmelerini rica ediyoruz. Gerçekte, geribildirimin insan vücudunun uygun şekilde işlev görmesi için ne kadar önemli olduğunu tüm akade­ misyenler gibi fizyologlar da iyi bilirler; ayrıca, geribil­ dirim bir fizyoloji kitabının giderek gelişmesi için de önemlidir. Şimdiye kadar yardımda bulunmuş birçok kişiye en içten teşekkürlerimizi sunuyoruz. Kitabın iki özelliği hakkında açıklama gereği var­ dır- birincisi, kaynakçalar, ve İkincisi, iki farklı punto büyüklüğü. Kaynak gösterilenler, özellikle fizyolojik prensipleri sunuşları ve kendi kaynakçalarının kali­ tesi nedeniyle seçilmişlerdir. Bunlara ulaşmanın yanısıra, bu kaynakların gösterdiği kaynaklara ulaş­ mak, öğrenciye fizyolojinin tüm alanını tamamen kapsama olanağı verecektir. Baskı iki boyda düzenlenmiştir. Küçük puntolu bilgi çeşitli türlerde olabilir: ilk olarak, bunlar taı tışma için hemen gerekli olan anatomi, kimya bilgileri veya diğer bilgiler olabilir, fakat öğlenciler bu bilgileri baş­ ka disiplinlerde daha detaylı olarak öğreneceklerdir; İkincisi, klinik tıbbın bazı alanları için özel öneme sa­ hip fizyoloji bilgisi olabilir; ve üçüncüsü, bazı fizyolo­ jik mekanizmaları daha derinlemesine öğrenmek iste­ yen öğrencilerin işine yarayacak bilgiler olabilir. Bunun aksine olarak, büyük puntoda yazılmış bilgiler öğrencilerin tüm tıbbi aktiviteleri ve çalışma­ larında gereksinim duyacakları temel fizyoloji bilgi­ sini oluşturmaktadır. Bir kez daha, bu kitabın hazırlanmasında emeği geçen çok sayıda kişiye şükranlarımızı ifade etmek istiyoruz. Özellikle Ivadelle Osberg Heidke, Gwen­ dolyn Harris ve Gerry McAlpin’e mükemmel sekre­ terlik hizmetleri için; Tomika Mita, Michael Schenk, Angela Gardner ve Myriam Kirkman’a çizimlerle ilgi­ li üstün çalışmaları ve yardımları için; ve W.B. Saun­ ders çalışanlarına editörlük ve yayımcılıkta sürege­ len mükemmel katkıları için minnet borçluyuz. ARTHUR C. GUYTON JOHN E. HALL

ÇEVİRİNİN

ÖNSÖZÜ ı

American Physiological Society’nin yayımladı­ ğı "Advances in Physiology Education” dergisinin editörlerinin Arthur C. Guyton’dan “kendisinin fiz­ yoloji eğitimine bakışını belirleyen ve kitap yaz­ maya yönlendiren" faktörleri anlatan bir yazı yaz­ m asını istemeleri üzerine, “Bir Yazarın Fizyoloji Ders Kitabı Yazma Felsefesi” başlıklı yazısında (1998; vol. 19 (1): S1-S5), Dr. Guyton kendi tıp eği­ timi sürecini, geçildiği şiddetli polyo nedeniyle cerrahi asistanlığını bırakıp tem el fizyolojiye dö­ nüşünü, ve VV.B. Saundeıs firması tarafından “ka­ zara” kitap yazma işine başlam asını anlatm akta­ dır. Bundan yaklaşık 50 yıl önce öğrenci ders n o t­ larından başlayarak yazdığı bölüm lerin tüm ülke­ lerdeki fizyologlar tarafından incelenm esi ve geliş­ tirilm esi sayesinde yazdığı ilk kitapla “tam görevi­ ni tamamladığını umarken aslında işinin yeni baş­ ladığını ve her yeni baskıyla devam ettiğini ve ya­ şam felsefesi halini aldığını” ifade etmektedir. Çe­ viri editörleri olarak bizler de, kitabın aslı gibi ol­ m asa bile, çevirinin devamlılığını sağlam anın so ­ rumluluğunu ve bu sorumluluğun nasıl yaşamın bir parçası halini aldığını yaşadık. Fizyoloji klasiklerinden biri olan Prof. Dr. A. C. Guyton’m Tıbbi Fizyoloji kitabı pek çok dile çevril­ miş ve Fakültelerinde okutulmuştur. Bizde ilk çevi­ risi B eşinci Edisyonundan 1977’de yapılm ıştır. İkincisi 1986’da Yedinci Edisyonun çevirisidir. Guy­ ton ve çalışm a arkadaşı Prof. Hail’ün imzasını taşı­ yan Tıbbi Fizyoloji’nin D okuzuncu Edisyonu 1996’da 24 Tıp Fakültemizden 55 öğretim üyesinin katkıları ile Türkçe’ye çevrilmiştir. Bu geniş katılım ve birebir çeviri prensibi bundan sonraki yayınlar için de benimsenmiştir. Esasen, yaşadığımız bilgi çağında, tıp bilim le­ rindeki başdöndürücii ilerlemeler çeviri için bir on yıl daha beklemeye fırsat vermiyordu. Böylece Yü­ ce Yayım ve Nobel Tıp Kitabevleri Tıbbi Fizyolo­ j i ’nin Onuncu Edisyonu’nu çeviriye hazırladı. Ekle­ nen veya çıkartılan cümle ve paragraflar titizlikle gözden geçirildi, Prof. Dr. H ayıünnisa ÇAVUŞOGLU, Prof. Dr. Berrak Ç. YEĞEN, Prof. Dr. Zey­ nep AYDIN ve Doç. Dr. İnci ALİCAN’ın özverili ça­ lışmaları ile çeviri tamamlandı. Kitap, fizyolojinin tüm konularını kapsıyor, kli­ nik bilgiye temel oluşturuyor ve öğrenciler tarafın­ dan kolay anlaşılıyor olması özellikleriyle geniş

ı

kitleleıce benimsenmektedir. Tıbbi Fizyoloji Ders Kitabı’nın dili de mükemmeldir. Aslında, 1980 Uluslararası Fizyolojik Bilim ler Kongresi (Buda­ peşte) kapsamında verdiği bir konferansta Guyton verbal iletişimdeki olağanüstü yeteneği ile dünya­ nın çeşitli ülkelerinden dinleyicileri hayran bırak­ mıştı. Ancak, Türkçe’mizin bilinen dil karmaşası içinde çevirinin bu m ükem m eliyete yaklaşması kuşkusuz beklenemezdi. Fakat yine de 1977’deıı beri Türkçe çeviriler incelenirse, yaşayan dilin ge­ lişimini gösteren bazı örnekler bizi um utlandırabilir düşüncesi ile avunuyoruz ve umuyoruz ki aynı “katılım cı” kurallarımızla gelecekte daha kusursuz bir dille ve yanlışları çok daha az olan çeviriler ya­ pılacaktır. Dr. A.C. Guyton, Dr. Hail ile hazırladıkları kita­ bın "vücudun nasıl çalıştığının anlaşılm ası için değerli bir tem el öğren m e a ra cı olu ştu rm a" am açlarına ulaştığını ifade etm ektedir. G ünü­ müzde tüm fizyoloji eğ itm en lerin in üzerinde durduğu geribildirim kontrol sistem lerinin yer­ leşm esi bu kitap ile gerçekleşm iştir. İn san vücu­ dunun işleyişini kavramak için, h er bir sistem in bireysel fonksiyonel sistem leri hakkında bilgi sa ­ hibi olmak ve bunların iletişim ini sağlayan kont­ rol sistem lerini kavramak gerekmektedir. Bu kita­ bın hazırlanm asında tıpkı insan vücudundaki sis­ tem ler gibi, Fakültelerim izin değerli öğretim üye­ lerinin kendi araştırm a ve in celem e alanlarına uygun olarak hazırladıkları bölü m lerinin katılı­ mıyla, bir bütün oluşturulmuştur. Çeviri ed itörle­ ri olarak bizim yaptığımız, bu sistem ler arası ko­ ordinasyonu sağlamak, yani dil birliğini oluştur­ maya çalışm ak olmuştur. Kurulan bu hom eostatik dengenin devamlılığını sağlam ak da tabii ki geribildirimler ile olacaktır. Dr. G uyton'ın tüm okuyuculardan talep ettiği gibi, çeviri editörleri olarak bizler de sonraki baskılara yön verecek dü­ zeltmelerinizi bekliyoruz. Tıbbi Fizyoloji’nin Onuncu Edisyonunun m ü­ kemmel bir şekilde çıkm asına özen gösteren YÜCE Yayımları A.Ş ve Nobel Tıp Kitabevleri Ltd. Şti.’ye, teşekkürlerimizi sunuyoruz.

Prof. Dr. Hayıünnisa ÇAVUŞOĞLU Prof. Dr. Berrak Ç. YEĞEN

TÜRKÇE’YE ÇEVİRENLER BÖLÜM

1/2

Prof. Dr. Zeynep AYDIN

3

Prof. Dr. Nimet Ünay GÜNDOĞAN

İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

4

Doç. Dr. Memet Hanifi EMRE İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı V, • ı» '.v /./ı.'j !• *i »•>. ini) lııc1 *

5

Prof. Dr. Safınaz YILDIZ (ALBAYRAK)

6/7/8

Doç Dr. İlgi ŞEMİN

9/10/11/12/13

Doç. Dr. Neslihan H. DİKMENOĞLU

14

Prof. Dr. Sadettin ÇALIŞKAN

İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Spor Hekimliği Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

Süleyman Demirel Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

15 ir 'ıyl l .iıftOuhıiO îİ!»•4iiVrıt» .•

Doç. Dr. Fehmi ÖZGÜNER ıili•I

Süleyman Demirel Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

16/17

Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

18/19

M armara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Eski Öğretim Üyesi

20 21

Prof. Dr. Hızır KURTEL

Doç. Dr. Uğur ÖZKUTLU

Doç. Dr. Hüseyin BEYDAĞI Gaziantep Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Zeynep AYDIN İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

22/23/24

Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

25/26/27

Akdeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

28/29

Osmangazi Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. SemaYAVUZER

Prof. Dr. Gülsen ÖNER

Doç. Dr. Kubilay UZUNER

30/31 32/33 34/35 36

Pıof. Dr. Neyhan ERGENE Selçuk Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Prof. Dr. Gülseli YILDIRIM Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Güher SARUHAN DİRESKENELİ İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

Prof. Dr. Kasım ÖZLÜK Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

37/38/39/40/41/42 Prof-Dr-Lü«füÇakar

İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

43 44

Prof. Dr. Abdulbaki TÜRKOĞLU Fırat Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Prof. Dr. Gıyasettin BAYDAŞ Fırat Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

45 46 47/48 49/50/51 52/53 54

Prof. Dr. Çiğdem ÖZESMÎ Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Doç. Dr. Asuman GÖLGELİ Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Lamia Pınar YANIÇOĞLU Dokuz Eylül Üniversitesi Fizik Tedavi ve Rehabilitasyon Yüksek Okulu Öğrt. Üyesi

Prof. Dr. Sacit KARAMÜRSEL İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

Prof. Dr. Tuncay ÖZGÖNEN Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Cafer MARANGOZ Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Doç. Dr. Niyazi TAŞÇI Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

55

Prof. Dr. Cafer MARANGOZ Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Doç. Dr. Mustafa AYYILDIZ Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

56

Prof. Dr. Cafer MARANGOZ Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Prof. Dr. Erdal AĞAR Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

57

Prof. Dr. Gürbüz ÇELEBİ Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Prof. Dr. Gönül Ö. PEKER Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Dr. Oğuz ALGAN

58

Prof. Dr. Nuran HARÎRÎ Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Emekli Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Lütfıye KANIT Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Dr. Özlem A. YILMAZ Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Görevlisi

59 60 61 62 63 CD

65 6 6

67 / 68/69

Prof. Dr. Tamer DEMÎRALP İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

Prof. Dr. Abdullah ARSLAN Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Doç. Dr. Ahmet AKGÜN Karadeniz Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Berrak YEĞEN Marmara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkam

Prof. Dr. Sena ERDAL Cumhuriyet Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

Doç. Dr. İnci ALİCAN M armara Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Yard. Doç. Dr. Osman GENÇ Pamukkale Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Mesut PEKCAN Giilhane Askeri Tıp Akademisi Genel Cerrahi Anabilim Dalı öğretim Üyesi

Prof. Dr. Kadir KAYMAK Trakya Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

70

Doç. Dr. Cihat GÜZEL

71/72

Doç. Dr. Abdurrahman ŞERMET

73

Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Doç. Dr. Cihat GÜZEL Dicle Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

74/75/76

Prof. Dr. SelmaYÖRÜKAN Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Doç. Dr. Dicle BALKANCI Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Yard. Doç. Dr. Semra FİNCÎ Hacettepe Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Üğreüm Görevlisi

77/78 79 80/81/82/83

Prof. Dr. Ayşe DOĞAN Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Sami AYDOĞAN Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı öğretim Üyesi

Prof. Dr. Günnur YİĞİT İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Öğretim Üyesi

Prof. Dr. Refik YİĞİT İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı Başkanı

84

Prof. Dr. Abidin KAYSERİLİOĞLU İstanbul Üniversitesi İstanbul Tıp Fakültesi Spor Hekimliği Anabilim Dalı Başkanı

İÇİNDEKİLER

ÜNİTE i Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji BÖLÜM 1 İnsan Vücudunun İşlevsel Organizasyonu ve "İç O rta m "ın Kontrolü 2 Vücudun Canlı Birimleri: Hücreler 2 Ekstraselüler Sıvı-lç Ortam 2 Ana İşlevsel Sistemlerin “Homeostatik” Mekanizmaları 3

Homeostasis 3 Ekstraselüler Sıvı Taşıma Sistemi-Dolaşım Sistemi 3 Ekstraselüler Sıvıdaki Maddelerin Kaynağı 3 M etabolizm a Artıklarının Uzaklaştırılması 4 Vücut İşlevlerinin Düzenlenmesi 4 Üreme 4 Vücudun Kontrol Sistemleri 4

Kontrol M ekanizmalarına Örnekler 5 Kontrol Sistemlerinin Karakteristikleri 6 Özet-Viicudun Otomatik İşleyişi

7

BÖLÜM 2 # Hücre ve İşlevi 9 Hücrenin Organizasyonu 9 Hücrenin Fiziksel Yapısı 10

Hücredeki M embranöz Yapılar 10 Sitoplaznıa ve Organelleri 12 Nııkleus 14 Çekirdek M embram 15 Çekirdekçik ve Ribozomlarm Oluşumu 15 Hayvan Hücresiyle Yaşamın Hücre Öncesi Biçimlerinin Karşılaştırılması 15 Hücrelerin İşlevsel Sistemleri 16

Hücre İçine M adde Alınması-Eııdositoz 16 Pinositikya da Fagositik Yabancı Maddelerin Hücrede Sindirilmesi-Lizozomların İşlevleri 17 Hücresel Yapıların Endoplazm ik Retikulum ve Golgi Apereyi Tarafından Sentezi ve Biçimlendirilmeleri 18 Besinlerden Enerji Elde Edilnıesi-Mitokondrinin İş­ levi 19 Hücrelerin Hareketi 21 BÖLÜM 3 Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının G en etik Kontrolü 24 Genler

24

Genetik Şifieleme (Kodlama) 25 DNA’daki Şifreleıımenin RNA Şifresine AktarılmasıKopyalama ( Transkripsiyon) İşlemi 25

RNA sentezi 26 DNA Zincirinin Kalıp Olarak Alınıp Aktive Edilmiş Niikleotidlerden RNA Molekülünün Biıaraya Getirilmesi-Transkripsiyon İşlemi 27 Haberci RNA-Kodoıılar 27 Taşıyıcı RNA-Anti Kodonlar 27 Ribozomal RNA 28 Ribozomlarda Protein Olüşıımu-Çeviri "Traııslasyon" İşlemi 29 Hücrede Diğer Maddelerin Sentezi 30 Hücrede Biyokimyasal Aktivite ve Genetik Fonksi­ yonların Kontrolü 30

Genetik Düzenleme 30 Hiicreiçi Fonksiyonun Enzim Düzenlenmesi île Kontrolü 32 DNA-Genetik Sistemi, Hücre Çoğalmasının da Kontrol Eder 32

Hücre Çoğalması DNA Eşlenmesi İle Başlar 33 Kromozomlar ve Eşlenmeleri 34 Mitoz 34 Hücre Büyümesi ve Çoğalmasının Kontrolü 35 Hücre Farklılaşması Kanser 36

35

ÜNİTE II M em bran Fizyolojisi, Sinir ve Kas • BÖLÜM 4 Hücre M ebranından İyon ve M oleküllerin Taşınması 40 Hücre Membranmın Lipid Bariyeri ve Taşıyıcı Prote­ inler 40 Difüzyon 40

Hücre Membranındatı Diflizyon 41 Protein Kanallardan Difüzyon ve Bu Kanalların "Kapılan" 42 Kolaylaştırılmış Diflizyon 43 Net difüzyon hızını etkileyen faktörler 44 Seçici Geçirgen M embraıılarda Osnıoz-Suyun Net Difiizyonu 45 AktifTransport

47

Primer A ktif Transport 47 Sekonder A ktif Transport Birlikte - Taşınma ve ZıtTaşuıma 49 Hücre Tabakalarından AktifTransport 49 11

12

İçindekiler

BÖLÜM 5 M em b ran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansi­ y elleri 52 Membran Potansiyellerinin Temel Fiziği 52

Difüzyonun Yarattığı Membran Potansiyelleri 52 Membran Potansiyelinin Ölçülmesi 53 Sinirlerde Membran Dinlenim (İstirahat) Potansiyeli 54

Normal M embran Dinlenim Potansiyelinin Kaynağı 54 Sinir Aksiyon Potansiyeli

55

Voltaj-Kapılı Sodyum ve Potasyum Kanalları 56 Aksiyon Potansiyelini Yaratan Olayların Özeti 58 Aksiyon Potansiyeli Sırasında Diğer İyonların Rolleri 59 Aksiyon Potansiyelinin Başlaması 59 Aksiyon Potansiyelinin Yayılması 59 Aksiyon Potansiyelinden Sonra Sodyum ve Potasyum îyon Gradyanının Yeniden Oluşması-Enerji Metabolizmasının Önemi 60 Bazı Aksiyon Potansiyellerinde Plato 61 Uyaı ılabilen Bazı Dokularda Ritmik Faaliyet Tekrarlayan Deşarjlar 61 Sinirde Sinyal iletiminin Özel Durumları 62 Eksitasyon-Aksiyon Potansiyeli Yaratma İşlemi 63

Bir Aksiyon Potansiyelinden Sonra Yeni Bir Uyarana Yanıtın Oluşmadığı Süre "Reflakter D ö­ nem" 64 Uyarılabilirliğin Baskılanm ası - “Stabilize Ediciler" ve Lokal Anestetikler 64

Sinir Terminallerinden Asetilkolin Sekresyonu 80 Asetilkolin Oluşumu ve Serbestlemesinin Moleküler Biyolojisi 82 Sinir-Kas Kavşağında İletimi Etkileyen İlaçlar 83 Miyasteniya Gıavis 83 Kas Aksiyon Potansiyeli

83

Aksiyon Potansiyelinin Transvers Tiibül Sistemi İle Kas Lifi İçine Yayılması 84 Uyarılma - Kasılma Bağlantısı 84

Transvers Tiibül-Sarkoplazmik Retikulıım Sistemi 84 Sarkoplazmik Retikulumdan Kalsiyum İyonlarının Serbestlemesi 85 BÖLÜM 8 Düz Kasın Uyarılması ve Kasılması

87

Düz Kasın Kasılması 87

Düz Kas Tipleri 87 Düz Kasta Kontraktil Süreç 87 Kasılmanın Kalsiyum İyonları İle Düzenlenmesi 89 Düz Kas Kasılmasının Sinirsel ve Hormonal Kontro­ lü 90

Düz Kasın Sinir-Kas Kavşağı 90 Düz Kasta Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Po­ tansiyelleri 91 Aksiyon Potansiyeli Olmadan Düz Kas Kasılması Lokal Doku Faktörleri ve Hormonların Etkisi 92 Kasılmaya Neden Olan Kalsiyum İyonlarının Kaynakları: DHücre membranı ve 2) Sarkoplaz­ mik retikulıım 93

Membran Potansiyellerinin ve Aksiyon Potansiyelle­ rinin Kaybı 64 ÜNİTE III BÖLÜM 6 İskelet Kasında Kasılma

Kalp

** BÖLÜM 9 Kalp Kası; Bir Pompa O larak Kalp

67

İskelet Kasının Fizyolojik Anatomisi 67

İskelet Kas Lifi

67

Kas Kasılmasının Genel Mekanizması 68 Kas Kasılmasının Moleküler Mekanizması

Kalp Kasının Fizyolojisi 70

Kasılabilir -Filamentlerin Moleküler Özellikleri 70 Aktin ve Miyozin Filamentinin Üstiiste Binme Derecesi - Kasılan Kasta Gelişen Gerim Üzerine Etkisi 72 Kasılma Hızının Yükle İlişkisi 73 Kas Kasılmasının Enerji Kaynağı

74

Kas Kasılması Sırasında Yapılan Îş74 Kas Kasılması İçin Enerji Kaynakları 74 Bütün Kas Kasılmasının Özellikleri

74

İskelet Kasının Kasılma Mekaniği 76 Fonksiyona Uymak İçin Kasın Yeniden Biçimlenme­ si 77 Rigor Mortis 78 BÖLÜM 7 jskelet Kasının Uyarılması: A . N örom usküler İleti ve B. Uyarılm a-Kasılm a Bağlantısı 80 Uyarıların Sinirden iskelet Kas Liflerine iletimi: Sinir-Kas (Nöromusküler) Kavşağı 80

96

96

Kalp Kasının Fizyolojik Anatomisi 96 Kalp Kasında Aksiyon Potansiyelleri 97 Kalp Döngüsü

99

Sistol ve Diyastol 99 Elektrokardiyografimi Kalp Döngüsü ile İlişkisi 100 Atriyumların Hazırlayıcı Pompa Olarak Görevi 100 Ventrikiillerin Pompa Olarak Görevi 100 Ventrikiillerin Sistol Sırasında Boşalması 100 Kapakların İşlevi 101 Aort Basıncı Eğrisi 101 Kalp Seslerinin Kalbin Pom palam a İşlevi ile İlişkisi 102

Kalbin Yaptığı İş 102 Kalp Kasılması İçin Gereken Kimyasal Enerji, Kal­ bin Oksijen Kullanımı 103 Kalbin Pompalama Işlavinin Düzenlenmesi 103

Kalbin Pom palam a İşlevinin Uıtrensek Diizenlenmesi-Frank-Starling Mekanizması 103 Potasyum ve Kalsiyum İyonlarının Kalp İşlevine Etkileri 106 Isının Kalp Üzerindeki Etkileri 106

İçindekiler

BÖLÜM 10 Kalbin Ritmik Uyarılması

107

Kalbin Özelleşmiş Uyarı ve ileti Sistemi 107

Sinüs Düğümü (Siııoatriyal Düğüm) 107 Düğilmlemrası Yollar ve Kalp Uyarısının Atriyıımlardan Geçişi 109 A-VDüğüm, Uyarının Atriyumlardan Ventriküllere İletilmesinin Gecikmesi 109 Ventriküler Purkinje Sisteminde Hızlı İleti 109 Kalp Uyarısının Ventrikiil Kasında İletilmesi 110 Kalp Uyarısının Kalbe Yayılmasının Özeti 110 Kalpte Uyarılma ve iletinin Denetlenmesi

111

Kalbin Uyarı Odağı (Pacemaker) Olarak Sinüs Dü­ ğümü 111 Ventrikiil Kasının Eşzamanlı Kasılmasında Purkin­ je Sisteminin Görevi 111 Kalp Ritminin ve Uyarı İletisinin Kalp Sinirleriyle Denetlenmesi: Sempatik ve Parasempatik Sinirler 112 BÖLÜM 11 N o rm al E lektrokardiyogram

Normal Elektrokardiyogramın Özellikleri

114

Depolarizasyoıı Dalgalarına Karşı Repolarizasyon Dalgaları 114 Atriyum ve Ventrikiil Kasılmalarının Elektrokardi­ yogram Dalgaları ile İlişkisi 115 Elektrokardiyogramda Voltaj ve Zaman Ayarı 115 Elektrokardiyogram Kaydetmenin Yöntemleri

Kalem li Kayıt Cihazı

Repolarizasyon Sırasında Elektrokardiyogram-T Dalgası 123 Atriyıımların Depolarizasyonıı-P Dalgası 124 Vektörkardiyogram 124 Ventrikül Qrs'inin Ortalama Elektriksel Ekseni ve Önemi 125

Standart Derivasyon Elektrokardiyogramlarından Elektriksel Eksenin Belirlenmesi 125 Eksen Sapmasına Neden Olan A normal Ventrikül Durumlar 125 Qrs Kompleksinde Anormal Voltajlara Neden Olan Durumlar 127

Standart Bipolar Ekstremite Derivasyonlarında Vol­ taj Artması 127 Elektrokardiyogramda Voltaj Azalması 127 Uzamış ve Karmaşık Biçimli QRS Kompleksleri 128

Kalp Hipertrofisine veya Dilatasyonuna Bağlı Uza­ mış QRS Kompleksleri 128 Purkinje Sistemindeki Bloklara Bağlı Uzamış QRS Kompleksleri 128 Karmaşık QRS Komplekslerine Neden Olan Du­ rumlar 128 Zedelenme Akımı

114

116

116

Akımların Kalp Döngüsü Sırasında Kalp Çevresinde­ ki Hareketleri 116

Kısmen Depolarize Olmuş Sinsisyal Bir Kalp Kası Kitlesinden Elektrik Potansiyellerin Kaydı 116 Göğüste Kalp Etrafındaki Elektrik Akımları 116 Elektrokaıdiyografik Deıivasyonlar 117

Üç Bipolar Ekstremite Derivasyonu 117 Göğüs Derivasyoııları (Prekoıdiyal Deı ivasyonlar) 118 Büyütülmüş (Augmented) Ekstremite Derivasyonları 119 BÖLÜM 12 Kalp Kası ve K oroner Kan Akımı A norm allik­ lerinin E le k tro k a rd iy o g ra fi Yorumu: V ektö ryel Analiz 120 Elektrokardiyogramın Vektöryel Çözümlemesinin İl­ keleri 120

Elektrik Potansiyellerini Göstermek İçin Vektörlerin Kullanılması 120 Vektörün Yönünün Derece Cinsinden Belirtilmesi 120

128

Zedelenme Akımının QRS Kompleksine Etkisi 128 J Noktası-Zedelennıe Akımının Analizi İçin Sıfır Başlangıç Potansiyeli 129 Zedelenme Akımının Nedeni Olarak Koroner Iskenıi 130 T Dalgası Anormallikleri

132

Depolarizasyoıı Dalgasının Yavaş İletilmesinin T Dalgasına Etkisi 132 Ventrikül Kasının Bazı Kısımlarında Depolarizasyonun Uzamasına Bağlı Anormal T Dalgaları 132 BÖLÜM 13 Kardiyak A ritm iler ve E lek tro k ard iyo g ra fik Yorum u134 Anormal Sinüs Ritimleri

134

Taşikardi 134 Bıadikardi 134 Sinüs Aritmisi 134 Uyarının İletiminde Meydana Gelen Bloklara Bağlı Anormal Ritimler 135

Siııoatriyal Blok 135 Atriyoventriküler Blok 135 Yarım (Kısıni) Intraveııtriküler Blok-Elektriksel De­ ğişkenlik (Alternans) 136 Erken (Prematüre) Vurular 136

Atriyum Kaynaklı Erken Vurular 137 A-V Düğüm veya A-V Demet Kaynaklı Erken Vurular 137 Ventrikül Kaynaklı Erken Vurular (VKEV) 137 Paroksismal Taşikardi

138

Atriyum Kaynaklı Paroksismal Taşikardi 138 Ventrikül Kaynaklı Paroksismal Taşikardi 138

Her Standart Bipolar Derivasyoııun ve Unipolar EkstremiteDerivasyonlarının Ekseni 120 Değişik Derivasyonlardan Kaydedilen Potansiyelle­ rin Vektöryel Analizi 121

Ventrikül Fibıilasyonu

Normal Elektrokardiyogramın Vektöryel Analizi 122

Atriyum Fibrilasyonu

Ventriküllerin Depolarizasyoıuı Sırasında Oluşan Vektörler-QRS Kompleksi 122

13

138

Yeııideıı-Giriş Olayı-Ventrikül Fibrilasyonunun Ne­ deni Olarak ''Çember Hareketleri” 139 Atriyum Flatteri 142 Kalp Durması

142

141

14

İçindekiler

ÜNİTE IV

BÖLÜM 17

Dolaşım

Kan Akımının Dokular Tarafından Lokal K o nt­ rolü ve Hum oral Düzenlem e 175

BÖLÜM 14 Dolaşım Sistemi; Basınç, Akım ve Direncin Tıbbi Fiziği 144 Dolaşımın Fiziksel Karakteristikleri 144 Dolaşım Fonksiyonunun Temel Teorisi 146 Basınç, Akım ve Direnç Arasındaki İlişkiler 146

Kan Akımı 147 Kan Basıncı 148 Kan Akım ına Direnç 149 Basıncın Dokıı Kan Akımı ve Damar Direnci Üzeri­ ne Etkileri 151 BÖLÜM 15 D am arların G erilebilm e Yeteneği, A rtery el ve Venöz Sistemlerin Fonksiyonları 152 Damarların Gerilebilme Yeteneği

152

Vasküler Kompliyans (veya Kapasitans) 152 Arteryel ve Venöz Dolaşımların Hacim - Basınç Eğrileri 152 Damarların Geciken Kompliyansı (Stıes-Gevşeme) 153 Arteryel Basınç Pulsasyonları (Nabızları)

153

Basınç Pulsasyonunun Periferik Arterlere Yayılması 154 Sistolik ve Diyastolik Basınçların Ölçülmesinde Klinik Yöntemler 155 Venler ve Fonksiyonları

156

Venöz Basınçlar-SağAtriyıım Basıncı (Santral Ve­ nöz Basınç) Ve Periferik Venöz Basınçlar 156 Venlerin Kan D epolam a İşlevi 160 BÖLÜM 16 M ikrodolaşım ve Lenfatik Sistem: Kapiller Sı­ vı Değişim i, İntertisyel Sıvı ve Lenf Akım ı 162 Mikrodolaşım ve Kapiller Sistemin Yapısı 162 Kapillerlerde Kan Akımı-Vazomosyon 163

Kapiller Sistemin Ortalama Fonksiyonu

163

Kan ve Interstisyel Sıvı Arasında Besinlerin ve Diğer Maddelerin Değişimi 164

Kapiller M embrandan Difiizyon

164

lnterstisyum ve Interstisyel Sıvı 165 Plazma ve Inteıstisyel Sıvı Proteinleri Plazma ve înteıstisyel Sıvı Hacimlerini Belirlemede Özellikle Önemlidir 166

Kapiller Basınç 166 Interstisyel Sıvı Basıncı 167 Plazma Kolloid Osmotik Basıncı 168 Interstisyel Sıvının Kolloid Osmotik Basıncı 169 Kapiller M embrandan Sıvı Hacmi Değişimi 169 Kapiller Değişimde Starling Dengesi 170 Lenfatik Sistem

170

Vücudun L en f Kanalları 170 L en f Yapımı 171 L en f Akım Hızı 172 Interstisyel Sıvı Protein Konsantrasyonu, Interstisyel Sıvı Hacmi ve Interstisyel Sıvı Basıncının Kontro­ lünde Lenfatik Sistemin Rolü 173

Dokunun Gereksinimine Göre Kan Akımının Lokal Kontrolü 175 Kan Akımının Kontrol Mekanizması 175

Lokal Kan Akımının Akut Kontrolü 176 Kan Akımının Uzun Süreli Kontrolü 179 Kollateral Dolaşımın Gelişimi-Uzun Süreli Lokal Kan Akımı Düzenleme Fenomeni 180 Dolaşımın Hümoral Regülasyonu

181

Vazokonstıiktör Ajanlar 181 Vazodilatatör Ajanlar 181 İyonların ve Diğer Kimyasal Faktörlerin Vasküler Kontroldeki Rolleri 182 BÖLÜM 18 Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi ve A rte ry e l Basıncın Hızlı Kontrolü 184 Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi

Otonom Sinir Sistemi

184

184

Arter Basıncının Hızlı Kontrolünde Sinir Sisteminin Rolü 187

Kas Egzersizi ve Diğer Stres Tiplerinde Arteryel B a­ sıncın Yükselmesi 188 Normal Arter Basıncının Korunmasında Refleks M ekanizmalar 188 Merkezi Sinir Sisteminin Iskenıik Yanıtı-Beyin Kan Akımındaki Azalmaya Yanıt Olarak Arter Basın­ cının Vazomotor Merkez Tarafından Kontrolü 191 Arter Basıncının Sinirsel Kontrolünde Önemi Bulu­ nan Özel Haller 192

Kalp Debisi ve Arter Basıncının Artmasında iskelet Kasları ve Sinirlerinin Rolü 192 Arter Basıncında Solunum Dalgaları 193 Arter Basıncında "Vazomotor”Dalgalar-Basınç Ref­ leks Kontrol Sistemlerinin Osilasyonu 193 BÖLÜM 19 A rte r Basıncının Uzun Süreli Düzenlenm esi ve Hipertansiyonda Böbreklerin Baskın Rolü: Basınç K ontrolünde Entegre Sistem 195 Arter Basıncının Kontrolünde Böbrek-Vücut Sıvısı Sistemi 195

Arter Basıncı Kontrolünün Temel M ekanizm aların­ dan Basınç Diüreziniıı Kantitatif Olarak İncelen­ mesi 195 Hipertansiyon (Yüksek Kan Basıncı): Çoğunlukla Aşırı Ekstraseliiler Sıvı Hacmine Bağlı Bir Olay 199 Renin-Anjiyotensin Sistemi: Basınç Kontrolü ve Hi­ pertansiyondaki Rolü 201 Renin-Anjiyotensin Sisteminin Bölümleri 201

Anjiyotensin İle İlgili Hipertansiyon Tipleri: ReninSalgılayan Tümör veya Anjiyotensin 11 İnfiizyonıına Bağlı Hipertansiyon 203 Hacim-Yükleme ve Vazokoııstriksiyon Kombinasyo­ nu ile Oluşan Diğer Hipertansiyon Tipleri 205 İnsanda Esansiyel Hipertansiyon 205

İçindekiler

Arter Basıncının Entegre ve Çok Aşamalı Olarak Dü­ zenlenmesinin Özeti 207 BÖLÜM 20 Kalp Debisi, Venöz Dönüş ve D üzenlenm ele­ ri 210 Kalp Debisinin Dinlenim ve Aktivite Sırasındaki Normal Değerleri 210 Kalp Debisinin Venöz Dönüşle Kontrolü-Kalbin Frank-Starling Mekanizmasının Rolü 210

Kalp Debisinin Düzenlenmesi Bütün Lokal Kan Akımı Düzenlenmelerinin Toplamıdır - Lokal Kan Akımının Çoğunu Vücut M etabolizması Dü­ zenler 211 Kalbin Ulaşabileceği Kardiyak Debi Sınırlıdır - Bu, Kalp Debisi Eğrisinde Plato Düzeyine Neden Olur 212

Kalp Debisinin Kontrolünde Sinir Sisteminin Rolü Nedir? 212 Patolojik Olarak Yüksek ve Düşük Kalp Debileri 213

Yüksek Kalp Debisi Hemen Hemen D aima Azalmış Total Periferik Direnç Nedeniyle Görülür 213 Düşük Kalp Debisi 214 Kalp Debisi Düzenlenmesinin Daha Kantitatif Ana­ lizi 214

Kantitatif Analizlerde Kullanılan Kalp Debisi Eğri­ leri 215 Venöz Dön üş Eğrileri 215 Eş zam anlı Kalp Debisi ve Venöz Dönüş Eğrilerinin Kullanılmasıyla Kalp Debisinin ve SağAtriyıım Basıncının Analizi 218 Kalp Debisini Ölçme Yöntemleri

220

Kalbin Elektromanyetik veya UltrasonikAkımölçerler ile Ölçülen Nabızlı Debisi 220 Kalp Debisinin Oksijen Fick Yöntemi ile Ölçülmesi 220

İndikatör Seyreltme Yöntemi 221 BÖLÜM 21 Egzersizde Kas Kan Akım ı ve K ardiyak Debi; K oroner Dolaşım ve İskemik Kalp Hastalığı 223 iskelet Kaslarında Kan Akımı ve Egzersiz Sırasında Düzenlenmesi 223

Kaslarda Kan Akımının Hızı 223 İskelet Kaslarında Kan Akımının Kontrolü 223 Egzersiz Sırasında Dolaşımın Yeniden Ayarlanması 224 Koroner Dolaşım

226

Koroner Kan Akımının Fizyolojik Anatomisi 226 Normal Koroner Kan Akımı 226 Koroner Kan Akımının Kontrolü 227 Kalp Kası Metabolizmasının Özel Nitelikleri 228 İskem ik Kalp Hastalığı 229 Akut Koroner Tıkanmayı İzleyen Ölüm Nedenleri 230 Akut Miyokard Infarktüsiinün İyileşme Aşamaları 231 Miyokard İnfarktiisünün İyileşmesinden Sonra Kalp Fonksiyonu 232

15

Koroner Hastalıkta Ağrı 232 Koroner Hastalığın Cerrahi Tedavisi 233 BÖLÜM 22 Kalp Yetersizliği

235

Kalp Yetersizliğinde Dolaşım Dinamikleri

235

Orta Derecede Kalp Yetersizliğinin Akut Etkileri 235 Yetersizliğin Kronik Evresi - Kalp Debisini Kompaııse Etmede Sıvı Tutulması 236 Akut Kalp Yetersizliği Sonrası Oluşan Değişiklikle­ rin Özeti - “Kompaııse Kalp Yetersizliği” 237 Ağır Kalp Yetersizliğinin Dinamiği - D ekom panse Kalp Yetersizliği 237 Tek Taraflı Sol Kalp Yetersizliği 239 Düşük - Debili Kalp Yetersizliği - Kardiyojenik Şok 239 Kalp Yetersizliği Olan Hastalarda Ödem 239 Kalp Yedeği (Kardiyak Rezerv) 241 Ek 241

Kalp Yetersizliğinin Analizi İçin K antitatif Grafik Metodu 241 BÖLÜM 23 Kalp Kapakları ve Kalp Sesleri; Valvü ler ve Konjenital Kalp D efektlerin in D inam iği 2 45 Kalp Sesleri

245

Normal Kalp Sesleri 245 Kapak Lezyon ları 24 7 Valvüler Kalp Hastalığında Anormal Dolaşım Dina­ miği 248

Aort Stenozıı ve Aort Yetersizliğinde Dolaşım Dina­ miği 248 Mitral Stenozıı ve Mitral Regürjitasyonıınun D ina­ miği 248 Kapak Lezyonıı Olan Hastalarda Egzersiz Sırasın­ daki Dolaşım Dinamiği 249 Konjenital Kalp Defektlerinde Anormal Dolaşım Di­ namiği 249

PatentDııktus Arteriyozus-Soldan Sağa Şant Fallot Tetralojisi - Sağdan - Sola Şant 251 Konjenital Anomalilerin Nedeni 251

249

Kalp Cerrahisi Sırasında Vücut Dışı (Ekstıakoıporal) Dolaşımın Kullanılması 251 Valvüler ve Konjenital Kalp Hastalıklarında Kalp Hipertrofisi 252 BÖLÜM 24 Dolaşım Şoku ve Tedavisinin Fizyolojisi 253 Şokun Fizyolojik Nedenleri

253

Kalp Debisi Azalmasına Bağlı Dolaşım Şoku 253 Kan Debisi Azalmaksızın Oluşan Dolaşım Şoku 253 Dolaşım Şokunda Artery'el Basınç Ne Olur? 253 Nedeni Ne Olursa Olsun Dolaşım Şokunun Son Ev­ resi Doku Harabiyetidir 253 Şokun Evreleri 254 Hipovolemi Nedeniyle Oluşan Şok-Hemorajik Şok 254

16

İçindekiler

Kaybedilen Kan Hacminin Kalp Debisi veArteryel Basınçla İlişkisi 254 İlerleyici Olmayan ve İlerleyici H em orajik Şok 255 Geri dönüşsüz (lrreversibl) Şok 258 Plazma Kaybına Bağlı Hipovolemik Şok 259 Travmaya Bağlı Hipovolemik Şok 259 Nöıojenik Şok - Vasküler Kapasitenin Artması Anafüaktik Şok ve Histamin Şoku 259 Septik Şok 260 Şokta Tedavinin Fizyolojisi 260

259

Yerine Koyma Tedavisi 260 Şokun Sem patom im etikİlaçlarla Tedavisi - Bazen Yararlı, Bazen Değildir. 261 Diğer Tedaviler 261 Dolaşım Durması

261

Dolaşım Durmasının Beyne Etkisi 261

Faktörleri 276 Vücudun "Potansiyel Boşluklarındaki” Sunlar

277

BÖLÜM 26 B öbreklerde İdrar Oluşumu: 1. G lom erü ler Filtrasyon, Böbrek Kan A kım ı ve K ontrolleri 279 Homeostaziste Böbreklerin İşlevi Böbreklerin Fizyolojik Anatomisi

279 280

Böbreklerin ve Üriner Yolların Genel Organizasyo­ nu 280 Böbreğin Kanlanması 281 Böbreğin Fonksiyonel Birimi Olan Nefroıı 281 Glomerüler Filtrasyon, Tiibüler Geri Emilim ve Tübüler Sekıesyon Sonucu İdrar Oluşumu 282

Değişik Maddelerin Filtrasyon, Geri Emilim ve Sekresyonıı 283 ÜNİTE V B ö brekler ve Vücut Sıvıları BÖLÜM 25 V ücut Sıvı Kompartmanları:Hücreiçi ve Hüeredışı Sıvılar; Hücrelerarası Sıvı ve Ö dem 2 64 Sıvı Alınması ve Atılması Sabit Koşullarda Dengede Olmalıdır 264

Alman Günlük Su Miktarı 264 Vücut Suyunun Günlük Kaybı 264 Vücut Sıvı Kompartmanları 265 Hücıeiçi (Intraseliiler) Sıvı Kompaı tmam 265 Hücredışı (Ekstraselüler) Sıvı Kompartmanı 266 Kan Hacmi 266 Hücredışı ve Hiicreiçi Sıvıların Bileşimleri 266

Hücrelerarası Sıvı ve Plaz/rianın İyonik Bileşimi Ay­ nıdır 266 Hiicreiçi Sıvısının Önemli Bileşenleri 267 Çeşitli Vücut Sıvı Kompartmanlarında Sıvı Hacimle­ rinin Ölçümü: lndikatör-Seyreltme Kuralı 268 Özel Vücut Sıvı Kompartmanlarının Hacimlerinin Belirlenmesi 268 Hiicreiçi ve Hücredışı Sıvılar Arasında Sıvı Değişimi ve Osmotik Dengenin Düzenlenmesi: 269 Osmoz ve Osmotik Basıncın Temel İlkeleri 269 Hücıeiçi ve Hücredışı Sıvılar Arasında Osmotik Dengenin Korunması 271 Anormal Durumlarda Hiicreiçi ve Hücredışı Sıvıla­ rın Osmolalitesi ve Hacimleri 272

Hücredışı Sıvısına Tuz Çözeltisi Verilmesinin Etkile­ ri 272 Beslenme Amacı İle Verilen Glikoz ve Diğer Solüs­ yonlar 273 Sıvı Hacminin Düzenlenmesinde Klinik Bozukluk­ lar: Hiponatremi ve Hipernatremi 273

Hiponatremi Nedenleri: Su Fazlalığı veya Sodyum Kaybı 274 Hipernatremi Nedenleri: Su Kaybı veya Sodyum Fazlalığı 274 Ödem: Dokularda Aşırı Sıvı Toplanması 274

Hiicreiçi Ödem 274 Hücredışı Ödem 274 Normal Koşullarda Ödemi Engelleyen Güvenlik

Glomerüler Filtrasyon-ldrar Oluşumunda İlk Basa­ mak 284

Glomerüler Filtratm Bileşimi 284 GFR, Böbrek Plazma Akımının Yaklaşık Yüzde 20’si Kadardır 284 Glomerüler Kapiller Meınbran 284 Glomerüler Filtrasyon Hızını Belirleyen Faktörler 286

Glomerüler Kapiller Sabitesi (Kf)'ııin Artması, GFR'yi Artırır 286 Boıvman Kapsülünde Hidrostatik Basıncın Artması GFR'yi Azaltır 287 Glomerüler Kapiller Kolloid Osmotik Basınç Artma­ sı GFR'yi azaltır 287 Glomerüler Kapiller Hidrostatik Basınç Artması GFR’yi Artırır 287 Böbrek Kan Akımı

288

Böbrek Kan Akımını Belirleyen Faktörler 288 Böbrek Korteksinin Kan Akınıı ile Karşılaştırıldığın­ da Böbrek Medüllasının Vaza Rektasıııda Kan Akınıı Çok Azdır 289 Böbrek Kan Akımının ve Glomerüler Filtrasyonun Fizyolojik Kontrolü 289 Sempatik Sinir Sistemi Aktivasyonu GFR’yi Azaltır 289

Böbrek Dolaşımının Hormonal ve Otokoid Kontro­ lü 289 Kan Akımının ve GFR’nin Otoıegülasyonu

290

Renal Itrahta Aşırı Değişmelerin Önlenmesinde GFR Otoregülasyonunun Önemi291 GFR Otoregülasyonıında Tübüloglonıeriiler Feedback'in Rolü 291 GFR’nin ve Böbrek Kan Akımının Miyojenik Otoıegülasyonu 293

Böbrek Kan Akımını ve GFR'yi Artıran Diğer Fak­ törler: Yüksek Protein Diyeti ve Kan Glikozunun Artması 293 BÖLÜM 27 Böbreklerde İdrar Oluşumu: II. G lom erüler Filtratın Tübüllerde İşlenmesi 2 9 5 Böbrek Tiibülleri Tarafından Geri Emilim ve Salgıla­ ma 295

İçindekiler

Tiibüler Geri Emilim Seçicidir ve Miktar Olarak Fazladır 295 Tiibüler Geri Emilim Pasif ve Aktif Mekanizmaları Kapsar 295

A ktif Taşıma 296 Osmoz ile Su Geri Emilimi Başlıca Sodyum Geri Emilimi ile Eşleşir 299 P asif Difiizyonla Kloriir, Üre ve Diğer Maddelerin Geri Emilimi 300 Nefronun Değişik Kısımlarından Geri Emilim ve Salgılama 300

Proksinıal Tübiilde Geri Emilim 300 Henle Kıvrımından Soliit ve Su Taşınması 302 Distal Tiibül 303 Distal Tübiilün Son Kısınılan ve Kortikal Toplayıcı Tiibül 303 Mediiller Toplayıcı Kanal 304 Farklı Solütlerin Farklı Tiibül Bölgelerindeki Yo­ ğunluklarının Özeti 304 Tiibüler Geri Emilimin Düzenlenmesi

305

Glomerülotiibüler Denge-Artan Tiibüler Yüke Yanıt Olarak Tübiillerin Geri Emilim Hızım Artırma Yeteneği 305 Peritiibüler Kapiller ve Böbrek Interstisyel Sıvısının Fiziksel Kuvvetleri 306 Arteryel Basıncın Çıkan İdrar Hacmine Etkisi: B a­ sınç- Natriiirez ve Basınç-Diiirez Mekanizmaları 308 Tiibüler Geri Emilimin H orm onal Kontrolü 308 Sempatik Sinir Sistemi Aktivasyonu Sodyum Geri Emilimini Artırır 309 Böbrek Fonksiyonlarını Ölçmek İçin Klirens Yön­ temlerinin Kullanılması 309

İnsiilin Kliretısi GFR H esaplanmasında Kullanıla­ bilir 310 PAH Klirensi, Böbrek Plazma Akımını Ölçmede Kul­ lanılabilir 311 Filtrasyon Fraksiyonu, GFR’nin Böbrek Plazma Akı­ m ına Bölünmesi ile Hesaplanabilir 311 Böbrek Klirensleriııden Tübiiler Geri Emilimin veya Sekresyonıın Hesaplanması 311 BÖLÜM 28 Ekstraselüler Sıvı Osm olaritesi ve Sodyum Konsantrasyonu Düzenlenmesi 313 Böbrek Fazla Suyu Dilüe İdrar Oluşturarak Atar 313

Aııtidiüretik hormon İdrar Konsantrasyonunu Kontrol Eder 313 Sulandırılmış İdrar Çıkarılmasının Renal Mekaniz­ m aları 313 Böbrekler Konsantre İdrar Oluşturarak Suyun Vü­ cutta Tutulmasını Sağlarlar 315

Zorunlu İdrar Hacmi 315 Konsantre İdrar Atılması İçin Gerekenler- Yüksek ADH Seviyeleri ve Hiperosmotik Renal Medıılla 315 Zıt Akım M ekanizması Hiperosmotik Renal Medulla lnterstisyıımu Oluşturur 315 Konsantre İdrar Çıkarılmasında Toplayıcı Kanallar ve Distal Tübiilün Rolü 317 Ürenin Renal Medıılla Interstisyumunıın Hiperos­

17

m otik Olmasına ve Konsantre İdrar Oluşumuna Katkısı 318 Vaza Rektadaki Ters Akım Değişimi Renal Medııllannı Hiperosnıolaritesini Korur 31 9 İdrarı Konsantre Etme Mekanizması ve Tübiillerin Farklı Segmentlerinde Osmolarite Değişiklikleri­ nin Özeti 320 Böbreklerde İdrarın Konsantrasyonunu ve Sulandı­ rılmasının Hesaplanması: "Serbest Su" ve Osmolar Klirensler 321 İdrarı Yoğunlaştırma Mekanizması Bozuklukları 322 Ekstraselüler Sıvı Osmolaritesi ve Sodyum Konsant­ rasyonunun Kontrolü 322

Plazma Sodyum Konsantrasyonundan Plazma Osmolaritesinin Tayini 322 Osmoreseptör-ADH Feedback Sistemi

323

Hipotalamusun Sııpraoptik ve Paraventrikiiler Çe­ kirdeklerinde ADH Sentezi ve Arka Hipofizden ADH Serbestlenmesi 323 ADH seıbestlenmesinin Azalmış Arteıyel Basınç ve/veya Azalmış Kan Hacmi Tarafından Kardiyovaskiiler Refleks Uyarımı 324 ADH Sekresyonunu Uyarmada Kardiyovaskiiler Refleksler ve Osnıolariteniıı K antitatif Önemi 324 ADH Salgılanmasında Diğer Uyaranlar 324 Ekstraselüler Sıvı Osmolaritesinin ve Sodyum Kon­ santrasyonunun Kontrolünde Susamanın Rolü 325

Merkezi Sinir Sistemi Susama Merkezleri 325 Susamanın Uyarılması 325 İçmenin Osmolar Uyarımı İçin Eşik Değer 326 Ekstraselüler Sıvı Osmolaritesi ve Sodyum Konsant­ rasyonunun Kontrolünde Osmoreseptör-ADH ve Susama M ekanizmalarının Entegre Edilmiş Ya­ nıtları 326 Ekstraselüler Sıvı Osmolaritesi ve Sodyum Yoğunlu­ ğunun Kontrolünde Anjiyotensin II ve AldosteronııtıRolü 327 Ekstraselüler Sıvı Sodyum Konsantrasyonu ve Hac­ minin Kontrolünde Tuz-lştahı 327 BÖLÜM 29 Ekstraselüler Sıvı Hacmi ve Kan Hacminin Kontrolünde Renal M ekanizm aların E n teg ­ rasyonu; Potasyum, Kalsiyum, Fosfat ve M agnezyum un Renal Düzenlenmesi 329 Sodyum ve Su Atımını Düzenleyen Kontrol Meka­ nizmaları 329

Sabit denge koşullarında sodyum atımıyla atımı hassas bir şekilde eşleştirilir 329 Sodyumun Atımı Glomeriiler Filtrasyon veya Tabii­ ler Sodyum Reabsorbsiyoıı Hızlarındaki Değişik­ likler Tarafından Kontrol Edilir 329 Vücut Sodyum ve Sıvı Dengesinin Korunmasında Basınç Natriürezinin ve Basınç Diüıezinin Öne­ mi 330

Basınç Natriiirezi ve Diiirezi Vücut Sıvı Hacimlerini ve Arter Basıncını Düzenlemede Bir Renal-Vilcııt Sıvı Feedback Sisteminin Anahtar Elemanlarıdır 330

18

İçindekiler

Kan Hacmi ve Ekstraselüler Sıvı Hacmi Düzenlen­ mesinin İnce Ayarı 331

Bikarbonat Tampon Sisteminin Kantitatif D inam i­ ği 348

Ekstraselüler Sıvının İntertisyel Alanlar ve Damar Sistemi Arasında Dağılımı 332 Sinirsel ve Hormonal Faktörler Renal-Vücut Sıvı Fe­ edback Kontrolünün Etkinliğini Artırır 332

Fosfat Tampon Sistemi ve Intraseliiler Tampon ve Böbrek Tübüler Sıvı Tamponu Olarak önem i 350 Proteinler Önemli Intıaselüler Tamponlardır 350

Reııal Atımın Sempatik Sinir Sistemi ile Kontrolü: Arteıyel Baroreseptör ve Düşiik-Basınç Gerim Re­ septör Refleksleri 332 Renal Atımın Kontrolünde Anjiyotensin H’nin Rolü 333 Renal Atımın Kontrolünde Aldosteronun Rolü 334 Renal Atımın Kontrolünde ADH’nın Rolü 334 Renal Atımın Kontrolünde Atriyal Natriiiretik Peptidin Rolü 335 Sodyum Alıntındaki Değişikliklere Entegre Edilmiş Yanıtlar 335 Kan Hacmi ve Ekstraselüler Sıvı Hcminde Büyük Ar­ tışlara Neden Olan Durumlar 335

Kalp Hastalıklarının Neden Olduğu Artmış Kan Hacmi ve Ekstraselüler Sıvı Hacmi 335 Yüksek Dolaşım Kapasitesinin Neden Olduğu Kan Hacmi Artışı 336 Normal Kan Hacmi Değerlerinde Olup Ekstraselüler Sıvı Hacminde Büyük Artışlara Neden Olan Du­ rumlar 336

Nefrotik Sendrom-ldrarla Plazma Proteinlerinin Kaybı ve Böbreklerin Sodyum Tutması 336 Karaciğer Sirozu-Karaciğerde Plazma Proteinleri Sentezinin Azalması ve Böbrekler Yoluyla Sod­ yum Tutulması 336 Potasyum Atımı ve Ekstraselüler Sıvıda Potasyum Konsantrasyonunun Düzenlenmesi 336

Potasyumun İç Dağılımının Düzenlenmesi 337 Renal Potasyum Atımına Genel Bir Bakış 338 Distal Tübüllerin İleri Bölümleri ve Kortikal Topla­ yıcı Kanallardaki Esas Hücrelerde Potasyum Sekresyoııu 339 Potasyum Sekresyonunu Düzenleyen Faktörlerin Özeti: Plazma Potasyum Konsantrasyonu, Aldos­ teron, Tiibüler Akım Hızı ve Hidrojen lyonıı 339 Renal Kalsiyum Atımı ve Ekstraselüler Kalsiyum iyon Konsantrasyonunun Kontrolü 342

Kalsiyum Atımının Böbrekler Tarafından Kontrolü 343 Renal Fosfat Atımının Düzenlenmesi 343 Renal Magnezyum Atımı ve Ekstraselüler Magnez­ yum İyon Konsantrasyonunun Kontrolü 344 BÖLÜM 30 Asit-Baz Dengesinin Düzenlenmesi

346

Hidrojen İyon Konsantrasyonu Hassas Olarak Dü­ zenlenmektedir 346 Asit ve Bazlaı -Tanımları ve Anlamları 346 Hidrojen iyon Konsantrasyonundaki Değişimlere Karşı Savunma: Tamponlar, Akciğerler ve Böb­ rekler 347 Vücut Sıvılarında Hidrojen İyonlarının Tamponlanması 347 Bikarbonat Tampon Sistemi 348

İzohidrik Kural: Ortak Bir Solüsyondaki Tüm Tam­ ponlar Aynı Hidrojen İyon Konsantrasyonu ile Dengededir 350 Asit-Baz Dengesinde Solunumsal Düzenleme

351

C02’in Akciğerler Yoluyla Uzaklaştırılması Metabolik C02 Oluşumunu Dengeler 351 Artan Alveoler Ventilasyon, Ekstraselüler Sıvı Hidro­ jen lyoıı Konsantrasyonunu Azaltır ve pH’vı Yük­ seltir 351 Artan Hidrojen lyoıı Konsantrasyonu Alveoler Ventilasyonu Uyarır 351 Asit-Baz Dengesinin Böbrekler Tarafından Kontrolü 352 Böbrek Tübiillerinden Hidrojen İyonlarının Salgı­ lanması ve Bikarbonat İyonlarının Geri Emilimi 353

Hidrojen İyonları Tübüllerin Başlangıç Bölüm le­ rinde Sekonder A ktif Transport ile Salgılanır 353 Filtre Edilen Bikarbonat İyonları Tiibüllerdeki Hid­ rojen İyonları ile Etkileşim Sonucu Geri Emilirler 354 Distal Tübüllerin Son Bölümleri ve Toplayıcı Ka­ nallardaki lnterkale Hücrelerde Hidrojen iyonla­ rının Primer A ktif Salgılanması 355 Fazla Hidrojen İyonlarının Tübüllerde Fosfat ve Amonyak Tamponları İle Birleşmesi-Yeni Bikar­ bonat İyonlarının Oluşumu İçin Bir Mekanizma 355

Fazla Hidrojeni idrara Taşıyan ve Yeni Bikarbonat Oluşturan Fosfat Tampon Sistemi 356 Amonyak Tampon Sistemi Tarafından Fazla Hidro­ jen İyonu Atılması ve Yeni B ikarbonat Oluşumu 356 Renal Asit-Baz Atımının Hesaplanması

357

Renal Tübüler Hidrojen İyon Salgılanmasının Dü­ zenlenmesi 357 Asidozun Renal Düzeltilmesi-Hidrojen İyon Atımı­ nın Artışı ve Ekstraselüler Sıvıya Bikarbonat İyo­ nu İlavesi 358 Asidoz Böbrek Tübüler Sıvısındaki HCOf IH + Ora­

nını Azaltır 358 Alkalozun Renal Düzeltilmesi-Hidrojen İyonlarının Tübüler Sekresyoııunun Azalışı ve Bikarbonat iyonlarının Atımının Artışı 359

Alkaloz Böbrek Tübüler Sıvısındaki HC03- /H+ Oranını Artırır 359 Asit-Baz Dengesi Bozukluklarının Klinik Nedenleri 359

Azalan Ventilasyon ve Artan PC02 Nedeniyle Olu­ şan Solunumsal Asidoz 359 Solunumsal Alkaloz Ventilasyonun Artması ve PC02’nın Azalması Sonucu Oluşur 359 MetabolikAsidoz Ekstraselüler Sıvı Bikarbonat Konsantrasyonunun Azalması Sonucu Oluşur 360 Metabolik Alkaloz Ekstraselüler Sıvı Bikarbonat

İçindekiler

Konsantrasyonunun Artması Sonucu Oluşur. 360 Asidoz veya Alkaloz Tedavisi 360 Asit-Baz Bozukluklarının Analizi ve Klinik Ölçümler 361

Karışık Asit-Baz Bozuklukları ve Tanı için Asit-Baz Nomogramının Kullanımı 361 Asit-Baz Bozukluklarının Tanısında Anyon Farkı­ nın Kullanılması 362 BÖLÜM 31 M iksiyon, D iü retikler ve Böbrek Hastalıkları 364 Miksiyon 364 İdrar Kesesinin Fizyolojik Anatomisi ve Sinirsel Bağ­ lantıları 364

İdrar Kesesinin Inervasyonıı

364

İdranın Üreterler İle Böbrekten İdrar Kesesine Akta­ rılması 364 İdrar Kesesinin Dolması ve Kese Duvarı Tonusu; Sistometrogram 365 Miksiyon Refleksi 366

Bey'in Tarafından Miksiyonuıı Kolaylaştırılması ve­ ya İıılıibisyonu 366 Miksiyon Anomalileri 366 Diüretikler ve Etki Mekanizmaları 367

Ozmotik Diüretikler Tiibüler Sıvıda Ozıııotik B a­ sıncı Artırarak Su Reabsorbsiyonuııu Azaltırlar 367 Kulp (Heııle Kulbu) Diiiretikleri Henle'nin Kalın Çı­ kan Kolunda A ktif Sodyuııı-Klorür-Potasyum Reabsorbsiyoııunu Azaltır 368 Tiazid Diüretikler Distal Tübüllerin Başlangıcında Sodyıım-Klorür Geri Emilimin i Inhibe Ederler 368 Karbonik Anlıidraz lıılıibitörleri Proksimal Tübiilleıde Sodyııın-Bikarbonat Geri Emilimini Bloke Ederler 368 Aldosteronuıı Yarışmacı (Koıııpetetif) lıılıibitörleri Koı tikal Toplayıcı Tübiilleıde Sodyum Geri Emilimiııi ve Potasyum Salgılanmasını Azaltır 368 Toplayıcı Tübiillerdeki Sodyum Kanallarım Bloke Eden Diüretikler Sodyum Geri Emilimini Azaltır 368 Böbrek Hastalıkları 369 Akut Böbrek Yetersizliği 369

Böbrekle Kan Akımı Azalması Sonucu Oluşan Pıerenal Akut Böbrek Yetersizliği 369 Böbrekteki Anomalilerin Neden Olduğu İııtrarenal Akııt Böbrek Yetersizliği 369 Alt Üriner Kanalın Anomalilerinin Neden Olduğu Post renal Akın Böbrek Yetersizliği 3 70 Akut Böbrek Yetersizliğinin Fizyolojik Etkileri 370 Kronik Böbrek Yetersizliği: Fonksiyonel Nefı onların Sayısında Geri Dönüşümsiiz Azalma 371

Soıı-Dönem Böbrek Hastalığına Yol Açan Kronik Böbrek Yetersizliğinin Kısır Döngüsü 371 Kronik Böbrek Yetersizliğinin Bir Nedeni Olarak Böbrek Damarlarının Hasarı 371 Kronik Böbrek Yetersizliğinin Bir Nedeni Olan Glomerüllerin Hasarı-Glomerülonefrit 372

19

Kronik Böbrek Yetersizliğinin Bir Nedeni Olarak Böbrek Interstisyum Hasan-Piyelonefrit 373 Nefrotik Sendrom-Artmış Glonıerüler Permeabiüte Sonucunda İdrarda Protein Atılması 373 Kronik Böbrek Yetersizliğinde Anormal Nefroıı Fonksiyonu 373 Böbrek Yetersizliğinin Vücut Sıvılarına Etkisi-Üremi 375 Hipertansiyon ve Böbrek Hastalıkları 376 Özgül Tübüler Bozukluklar 377 Böbrek Yetersizliğinin Yapay Böbrek İle Diyaliz Yapı­ larak Tedavisi 377

ÜNİTE VI Kan Hücreleri, Bağışıklık ve Kan Pıhtılaşması BÖLÜM 32 Alvuyarlar, Anem i ve Polisitemi

382

Alyuvarlar (Eritrositler) 382

Alyuvarların Üretimi 382 Hemoglobin Yapımı 386 Demir Metabolizması 387 Alyuvarların Yıkımı 389 Anemiler 389 Aneminin Dolaşım Sistemine Etkileri Polisitemi 390

390

Polisiteminiıı Dolaşım Sistemine Etkileri

390

BÖLÜM 33 Vücudun Enfeksiyonlara Direnci: I. Lokositler, Granülositler, M onosit-M akrofaj Sistemi ve İnflam asyon392 Lökositler (Akyuvarlar)

392

Lökositlerin Genel Özellikleri 392 Lökositlerin Oluşumu 392 Akyuvarların Yaşam Süresi 393 Nötıofillerin ve Makrofajların Savunma Özellikleri 393

Fagositoz

394

Monosit - Makrofaj Sistemi (Retiküloendotelyal Sis­ tem) 395 İnflamasyon, Nötrofıl ve Makrofajların Fonksiyonu 397

inflamasyon 397 İnflamasyon Sırasında Makrofaj veN ötrofil Yanıt­ ları 397 Eoziııofiller 399 Bazofiller 399 Lökopeni 399 Lösemiler 400

Löseminin Vücuttaki Etkileri

400

BÖLÜM 34 Vücudun Enfeksiyona Direnci: II. Bağışıklık ve Alerji 402 Doğal Bağışıklık (İmmtinite) Edinsel Bağışıklık 402

402

Edinsel Bağışıklığın Temel Tipleri

402

20

İçindekiler

Edinsel Bağışıklığın Her İki Türü de Antijenler Ta­ rafından Başlatılır 402 Lenfositler Edinsel Bağışıklığın Temelidir 403 T ve B Lenfositlerin Ön-îşlenmesi 403 T Lenfosit ve B Lenfosit Antikorlarının Antijenlerini Çok Özgül Olarak Tanıması-Lenfosit Klonlarının Rolü 404 Çok Sayıda Lenfosit Klonunun Kökeni 405 B Lenfosit Sisteminin Özgül Yaııları-Hümöral Bağı­ şıklık ve Antikorlar 405 T Lenfosit Sisteminin Özellikleri-AktifT Hücreleri ve "Hücresel Bağışıklık"408 T Hücre Tipleri ve Bunların Farklı İşlevleri 409 Edinsel Bağışıklık Sisteminin Kişinin Kendi Doku­ larına Toleransı-Timusta ve Kemik İliğindeki önişlem enin Rolü 410 Aşılama 411 Pasif Bağışıklık 411 Alerji ve Aşırı Duyarlık

411

A ktif T Hücrelerinin Yol Açtığı Alerji: Gecikmiş Alerji Reaksiyonu 411 IgE Antikorları Fazla Olan Alerjik Kişilerdeki Alerji­ ler 411 BÖLÜM 35 Kan G ruplan; Transfüzyon; Doku ve O rgan Transplantasyonu 4 13 Antijenite Kanda İmmiin Reaksiyonlara Yol Açar 413 0-A-B Kan Grupları 413

A ve B Antijenleri- Aglütinojenler 413 Agliitininler 413 Transfüzyon Reaksiyonlarında Aglütinasyon Süreci 414 Kan Grubu Tayini 414 Rh Kan Grubları 415

Rlı İmmiin Yanıtı 415 Kan Uyuşmazlığına Bağlı Transfüzyon Reaksiyon­ ları 416 Doku ve Organ Nakli (Transplantasyonu)

416

Nakledilen D okuda İmmiin Reaksiyonu Aşma Ça­ baları 417 BÖLÜM 36 Hem ostaz ve Kan Pıhtılaşması Hemostazdaki Olaylar

427

Femoral Veııöz Tromboz ve M asif Pıılmoner Emboli 427 Yaygın Damariçi Pıhtılaşma 427 Klinik Kullanımda Antikoagülanlar

428

Intravenöz Antikoagiilan Olarak Heparirı 428 Antikoagülaıı Olarak Kumarinler 428 Kanın Vücut Dışında Pıhtılaşmasının Önlenmesi 428 Kan Pıhtılaşma Tesüeıi

428

Kanam a Zamanı 428 Pıhtılaşma Zamanı 428 Protrombin Zamanı 429

ÜNİTE VII Solunum BÖLÜM 37 A kciğer Ventilasyonu Solunum Mekaniği

432

432

Akciğerleri Genişleten ve Daraltan Kaslar 432 Akciğerlerde Havanın İçe ve Dışa Hareketi-Buna Neden Olan Basınçlar 432 Akciğer Genişlemesi Üzeine Göğüs Kafesinin Etkisi 435 Solunum "Iş”i 435 Akciğer Hacim ve Kapasiteleri

436

Akciğer Hacim Değişikliklerinin Kaydedilmesi Spirometri 436 Akciğer Fonksiyonlarının İncelenmesinde Kullanı­ lan Kısaltma ve Semboller 437 Fonksiyonel Rezidüel Kapasite, Rezidiiel Hacim ve Total Akciğer Kapasitesi Tayinleri - Helyum Diliisyon Yöntemi 437 Soluk Hacmi ve Frekansın Çarpımından Solunum Dakika Hacminin Hesaplanması 438 Alveoler Ventilasyon 438

Solunum Yollarının Fonksiyonu

419

Pıhtılaşma Mekanizması

İnsanda Tromboembolik Durumlar

426

ö lü Boşluk ve Alveoler Ventilasyon Üzerine Etkisi 439 Alveoler Ventilasyon Hızı 439

4 19

D am ar Spazmı 419 Trombosit Tıkacı Oluşumu 419 Yırtılan D am arda Kan Pıhtılaşması 420 Fibröz Organizasyon ya da Pıhtının Erimesi

VII, Faktör IX ve Faktör X Azalması Hemofili 426 Tronıbositopeni 426

440

Trakea, Bronşlar ve Bronşiyoller 440 Burnun Solunumdaki Fonksiyonu441 Ses Çıkarma (Vokalizasyon) 442 421

421

Protrombinitı TrombineDönüşümü 421 Fibrinojeniıı Fibrine Dönüşümil-Pıhtı Oluşumu 421 Pıhtı Oluşumunun Kısır Döngüsü 422 Pıhtılaşmanın Başlam ası: Protrombin Aktivatörii Oluşumu 422 Normal D am ar Sisteminde Pıhtılaşmanın ön len ­ mesi, IntravaskiilerAntikoagülanlar 425 Kan Pıhtısının Erimesi-Plaznıin 425 İnsanda Aşırı Kanamaya Neden Olan Durumlar 426

KVitamini Eksikliğine Bağlı Protrombin, Faktör

BÖLÜM 38 Pulm oner Dolaşım; Pulm oner Ö dem ; Plevra Sıvısı 444 Pulmoner Dolaşım Sisteminin Fizyolojik Anatomisi 444 Pulmoner Sistemdeki Basınçlar 444 Akciğerlerin Kan Hacmi 445 Akciğerlerde Kan Akımı ve Dağılımı 445 Bölgesel Pulmoner Kan Akımına Akciğerlerdeki Hid­ rostatik Basınç Farklarının Etkisi 446

Pulmoner Kan Akımının l.,2. ve 3. Bölgeleri 446 Ağır Egzersizde Pulmoner Dolaşım Üzerine Kardi-

İçindekiler

y ak Debi Artışının Etkisi 447 Sol Kalp Yetersizliğinin Bir Sonucu Olarak Sol Atri­ yum Basıncı Yükseldiğinde Pulmoner Dolaşımın Fonksiyonu 447 Pulmoner Kapiller Dinamik

448

Akciğerlerdeki Sıvının Kapiller Değişimi ve Pulmo­ ner Interstisyel Sıvı Dinamiği 448 Pulmoner Ödem 449 Plevra Boşluğundaki Sıvılar

450

BÖLÜM 39 Gaz Değişiminin Fiziksel İlkeleri; Solunum M em b ran ların d a Oksijen ve Karbon D ioksit D ifüzyonu 4 52 Difüzyon ve Gaz Parsiyel Basınçlarının Fiziği

452

Gaz Difüzyonıınun Moleküller Temeli 452 Gaz Karışımındaki Gaz Basınçları-Gazlarııı "Parsi­ yel Basınçları” 452 Suda ve D okularda Çözünen Gazların Basınçları 452 Su Buharı Basıncı 453 Gazların Sıvılarda Difüzyoııu-Net Difiizyona Ne­ den Olan Basınç Farkı 453 Gazların D okularda Difüzyonu 454 Alveoler Havanın Bileşimi-Atmosfer Havası ile İliş­ kisi 454

Alveollerdeki Oksijen Konsantrasyonu ve Parsiyel Basıncı 454 Alveollerdeki Oksijenin Konsantrasyonu ve Parsiyel Basıncı 455 Alveollerde Karbon DioksidinKonsantrasyonu ve Parsiyel Basıncı 455 Ekspirasyon Havası 456 Solunum Membranında Gazların Difüzyonu

456

Solunum M embranında GazlarınDifüzyon Hızını Etkileyen Faktörler 457 Solunum Membranından Difüzyon Kapasitesi 458 Ventilasyon-Perfüzyon Oranının Alveoler Gaz Kon­ santrasyonu Üzerine Etkisi 460

P 02-PC02, VAJQ Çizelgesi 460 "Fizyolojik Şant”Kavramı (VAJQ Normalin Altında Olduğunda) 461 "Fizyolojik Ölü Boşluk”Kavramı (VAJQ Normalden Büyük Olduğunda) 461 Ventilasyon Perfüzyon Oranında Anormallikler 461 BÖLÜM 40 K anda ve Vücut Sıvılarında Oksijen ve Kar­ bon Dioksidin Taşınması 4 63 Akciğerlerde, Kanda ve Dokularda Oksijen ve kar­ bon Dioksit Basnçları 463

Oksijenin Pulmoner Kan Yoluyla Alınması 463 Oksijenin Arteryel Kanda Taşınması 464 Oksijenin Periferik Kapillerlerden Doku Sıvısına Difüzyonu 464 Oksijenin Periferik Doku Kapillerlerinden Doku Hücrelerine Difüzyonu 465 Karbon Dioksidin Periferik DokuHücrelerinden Do­ ku Kapillerlerine ve Pulmoner Kapillerlerden Alveollere Difüzyonu 465

Kanda Oksijenin Taşınması

21

466

Oksijenin Hemoglobinle Geridönüşiimlü Bağlan­ ması 466 Hemoglobinin Doku Oksijen P02'sine "Tampon”Et­ kisi 467 Oksijen-Henıoglobin DisosiyasyonEğrisini Kaydıran Faktörler ve Oksijen Taşınmasındaki Önemleri 468 Oksijenin Hücreler Tarafından M etabolik Kullanı­ mı 469 Çözünmüş Halde Oksijen Taşınması 469 Hemoglobinin Karbon Monoksitle Birleşmesi-Oksijenin Ayrılması 469 Karbon Dioksidin Kanda Taşınması

470

Karbon Dioksidin Kimyasal Taşınma Şekilleri 470 Karbon Dioksidin Bikarbonat İyonu şeklinde Taşınması 470 Karbon Dioksit Disosiyasyon Eğrisi 471 Hemoglobinin Oksijenle Bağlanm asında Karbon Dioksidin Serbestlenmesi-C02 Taşınmasını Artır­ m ada Haldane Etkisi 4 71 Karbon Dioksit Taşınması Süresince Kanda Asidite Değişimi 472 Solunum Bölümü

472

BÖLÜM 41 Solunum Regülasyonu Solunum Merkezi

474

474

Dorsal Solunum Grubu Nöronlarının İnspirasyotı ve Solunum Ritminin Düzenlenmesindeki Görev­ leri 474 Pnömotaksik Merkez İnspirasyotı Süresini Sınırlan­ dırır ve Solunum Frekansını Artırır 475 Hem Uıspirasyon Hem de Ekspirasyonda Görev Ya­ pan Ventral Solunum Grubu Nöronlar 475 AltPonsta Bir "Apnöstik Merkez”in Bulunma Olası­ lığı 475 Akciğerin Genişleme Sinyalleri İle înspirasyoııun Sı­ nırlandırılması- Hering-Breuer Genişleme Ref­ leksi 475 Solunum Merkezi Aktivitesiniıı Genel Kontrolü 476 Solunumum Kimyasal Kontrolü

476

Solunum Merkez Aktivitesiniıı Karbon Dioksit ve Hidrojen İyonları İle Direkt Kimyasal Kontrolü 476 Solunum Aktivitesinin Kontralünde Periferik Kimoreseptör Sistemi-Oksijenin Solunum Kontrolün­ deki Rolü 477

Alveoler Ventilasyon Üzerine, PC02, pH ve P 0 2’nın Birlikte Etkileri 479 Egzersizde Solunum Regülasyonu 479 Solunumu Etkileyen Diğer Faktörler 481

Periyodik Solunum

482

BÖLÜM 42 Solunum Yetersizliği- F izyopatoloji, Tanı, O k ­ sijen Tedavisi 4 84

Solunum Anomalilerini İncelem ede Kullanılan Yöntemler 484 Kan Gazları ve pH'nııı İncelenmesi 484 Maksimum Ekspirasyon Akımının Ölçülmesi 485 Zorlu Ekspirasyon Vital Kapasitesi ve Zorlu Ekspi­ rasyon Hacmi 486

22

İçindekiler

Özgül Pulmoner Anomalilerin Fizyolojik Özellikleri 486

Kronik Pulmoner Amfizenı Pnömoni 488 Atelektazi 488 Astım 489 Tüberküloz 489 Hipoksi vc Oksijen Tedavisi

486

Sinir Sisteminin Genel Organizasyonu

490

Çeşitli Tip Hipoksilerde Oksijen Tedavisi Hiperkapni

490

491

Siya naz 491 Dispne 491 Yapay Solunum

Sinir Sisteminin Organizasyonu; Sinapslarm Temel Fonksiyonları ve Transm iter M a d d e le r 512

492

512

Merkezi Sinir Sistemi Nöronu-Temel Fonksiyonel Birim 512 Sinir Sisteminin Duysal Bölümii-Duysal Reseptörler 512 M otorBölüm-Uygıılama (Efektör) Organları 512 Bilgilerin tşlenmesi-Sinir Sisteminin "bıtegratif" Fonksiyonu 513 Bilginin Depolanması-Bellek 514 Merkezi Sinir Sistemi Fonksiyonunun Başlıca Dü­ zeyleri 514

Medıılla Spiııalis Düzeyi 514 A11 Beyin ya da Subkortika l Düzey 514 Üst Beyin ya da Kor tikal Düzey 515

UNITE VIII Havacılık, Uzay, Sualtı Dalış Fizyolojisi BÖLÜM 43 Havacılık, Yüksek İrtifa ve Uzay Fizyolojisi 4 96 Düşük Oksijen Basıncının Vücuttaki Etkileri

496

Farklı Yüksekliklerde Alveoler P 02 496 Çeşitli Yüksekliklerde S a f Oksijen Solunumunun Al­ veoler P 02 Üzerine Etkisi 496 Hipoksiniıı Akut Etkileri 497 Düşük Oksijene Aklimatizasyon 497 Yüksek İrtifalarda Yaşayan Yerli Topluluklarda Do­ ğal Aklimatizasyon 498 Yüksek İrtifada İş Kapasitesi: Aklimatizasyoııun Et­ kisi 499 Kronik Dağ Hastalığı 499 Akut Dağ Hastalığı ve Yüksek İrtifada Pulmoner Ödem 499 Havacılık ve Uzay Fizyolojisinde Akselerasyon Kuv­ vetlerinin Vücuda Etkileri 500

Sen trifiigal Akselerasyon Kuvvetleri 500 Doğrusal Akselerasyon Kuvvetlerinin Vücuda Etki­ leri 501 Kapalı Uzay Aracında "Yapay İklim” 502 Uzayda Ağırlıksızlık 502 BÖLÜM 44 Sualtı Dalış Fizyolojisi ve D iğ er H iperbarik Koşullar 504 Gazların Yüksek Parsiyel Basınçlarının Vücuttaki Et­ kileri 504

Yüksek Basınçlarda Oksijen Toksisitesi 504 Yüksek Basınca Maruz Kalan Dalgıcın Dekompresyonıı 506 Scuba (Suciğeri) İle Dalış (Self-Contained Underwa­ ter Breathing Apparatus) 508 Denizaltılarda Özel Fizyolojik Problemler 508 Hiperbarik Oksijen Tedavisi 509

ÜNİTE IX Sinir Sistemi: A .G enel İlkeler ve Duysal Fiz­ yoloji BÖLÜM 45

Sinir Sisteminin Bir Elektronik Bilgisayarla Karşılaş­ tırılması 515 Merkezi Sinir Sistemi Sinapsları 515

Sinaps Tipleri-Kimyasal ve Elektriksel Sinapslar 515 Sinapslarm Fizyolojik Anatomisi 516 Sinaptik Transmiterler Olarak Fonksiyon Gören Kimyasal M addeler 519 Nöronal Eksitasyon Sırasında Gelişen Elektriksel Olaylar 521 Nörona1İnlıibisyonda Elektriksel Olaylar 522 Nöronların Eksitasyon unda Dendritleriıı Özel Fonksiyonları 524 Nöronun Eksitasyon Düzeyi ile Ateşleme Hızının İlişkisi 525 Sinaptik İletinin Bazı Özel Karakteristikleri 525 BÖLÜM 46 Duyu Reseptörleri; Bilginin İşlenm esinde N ö ­ ron D evreleri 528 Duyu Reseptörlerinin Tipleri ve Duyarlı Oldukları Duysal Uyaranlar 528

Reseptörlerin Farklı Duyarlıkları 528 Duysal Uyaranların Sinir împulslarına Çevrilmesi 529

Sinir Sonlam alarında Yerel Akımlar-Reseptör Po­ tansiyelleri 529 Reseptörlerin Adaptasyonu 531 Farklı Tiplerde Sinyalleri İleten Sinir Lifleri ve Sinir Liflerinin Fizyolojik Sınıflandırılması 532 Sinir Traktuslarında Farklı Şiddette Sinyallerin lletimi-Spasiyal ve Temporal Sumasyon 533 Nöron Havuzlarında Sinyallerin İletilmesi ve İşlenmesi 533

Sinyallerin Nöron Havuzlarındaki Duraklardan Geçişi 534 Bir Nöron Havuzunda Sinyalin Uzatılması - "Arddeşarj" 536 Nöronal Devrelerin Kararlılık ve Kararsızlığı 538

Sinir Sisteminin Fonksiyonlarının Kararlılığını Sağlayan İnhibitör M ekanizmalar 538 Sinir Sisteminde Kararlılık Sağlama Yönünden Si­ naps Yorgunluğu 538

İçindekiler

BÖLÜM 47 Som atik Duyular: I. Genel Organizasyon; D o­ kunma ve Durum Duyuları 540

Som atik Duyuların Sınıflandırılması

540 540

Vibrasyonun Algılanması 541 Gıdıklanma ve Kaşınma 542 Somatik Uyarıları Merkezi Sinir Sistemine İleten Duysal Yollar 542

542

Dorsal Kolon-Medyal Lemniskal Sistemde İleti 542

Dorsal Kolon-Medyal Lemniskal Sistemin Anatomi­ si 542 Som atik Duysal Korteks 544 Som atik Duysal Asosiyasyon Alanları 546 Dorsal Kolon-Medyal Lemniskal Sistemdeki Sinyal iletisinin Tüm Özellikleri ve Analizi 546 Duysal Uyaran Şiddetinin Yorumu 548 Uyaran Şiddetinin Değerlendirilmesi 548 Durum (Pozisyon) Duyuları 548 Kaba Dokunma Sinyallerinin Anterolateral Yolda İletilmesi 549

Anterolateral Yolun Anatomisi

549

Somatik Duysal Fonksiyonun Bazı Özel Durumları 550

Som atik Duyuda Talamusun Fonksiyonu 550 Duysal Duyarlığın Kortikal Kontrolü - “Kortikofiig al” Sinyaller 550 Duyuların Segnıeııter Alanları - Dermatomlar 551 BÖLÜM 48 Som atik Duyular: II. A ğrı, Başağrısı ve Ter­ mal Duyular 552 Ağrı Tipleri ve Nitelikleri-Hızlı Ağrı ve Yavaş Ağrı 552 Ağrı Reseptörleri ve Bunların Uyarılması 552

Ağrı Nedeni Olarak Doku Hasar Derecesi

553

Ağrı Sinyallerinin Merkezi Slinir Sistemine İkili İleti­ mi 553

Omurilik ve Beyin Sapında İkili Ağrı Iletimi-Neospinotalam ik Yol ve Paleospinotalam ik Yol 554 Beyin ve Medulla Spinaliste Ağrının Bastırılma (“Analjezi") Sistemi 555

Beynin Opiat Sistemi-Endorfin ve Enkefalinler 556 Ağrı iletiminin Dokunm a Duysal Sinyalleri ile lıılıibisyonu 557 Ağrının Elektriksel Stimulasyon İle Tedavisi 557 Yansıyan Ağrı 557 Viseral Ağrı 557

Gerçek Viseral Ağrının Nedenleri 557 İç Organ Hasarının Neden Olduğu Pariyetal Ağrı 558 Viseral Ağrının Lokalizasyonu - “Viseral" ve "Pariyetal" İleti Yolları 558 Ağrı ve Diğer Somatik Duyularla İlgili Bazı Klinik Anormallikler 559

Hiperaljezi 559 Talanıik Sendronı 559 Herpes Zoster (Zona) 559 TikDolore (Ağrılı Tik) 559

Brown-Seqııard Sendromu 560 Başağrısı

560

tntrakranyal Kaynaklı Başağrısı 560 Ekstrakıanyal Tip Başağrısı 561 Termal Duyular 561

Dokunma Duyularının Algılanması ve İletimi

Dorsal Koloıı-Medyal Lenıniskal Sistem Anterolateral Sistem 542

23

Termal Reseptörler ve Bunların Uyarılması 561 Termal Sinyallerin Sinir Sisteminde İletimi 562 ÜNİTE X Sinir Sistemi: B. Özel Duyular BÖLÜM 49 Göz: I. Görm e O p tiğ i Optiğin Fiziksel İlkeleri

566 566

Işığın Kırılması 566 Kırılma ilkelerinin Merceklere Uygulanması 566 Bir Merceğin Odak Uzaklığı 567 Dışbükey (Konveks) Mercekte Görüntü Oluşumu 568 Merceğin Kırma Gücünün Ölçümii-Diyoptri 569 Göz Optiği

569

Bir Fotoğraf Makiııası Olarak Göz 569 Akonıodasyon Mekanizması 570 Pupilla Çapı 571 Kırma Kusurları 571 Görme Keskinliği 573 Bir Nesnenin Gözden Uzaklığının Belirleıımesi-DerinlikAlgısı 574 Oftalmoskop 574 Gözün Sıvı Sistemi-Göziçi Sıvıları

575

Hunıör Aköziin Silyer Cisimler Tarafından Üretimi 575 Hıımör Aköziin Gözden Dışarı Akışı 576 Göziçi (lııtraoküler) Basıncı 576 BÖLÜM 50 Göz: II. Retinanın R eseptör O larak ve Sinir­ sel İşlevi 578 ı Retinanın Anatomisi ve Yapı Elemanlarının İşlevi 578 Görmenin Fotokimyası 579

Rodopsin-Retinal Görme Döngüsü ve Basillerin Uyarılması 580 Retina Duyarlığının Otomatik Diizenlenmesi-Aydınlığa ve Karanlığa Uyum 582 Renkli Görme

584

Renk Saptamanın Üç -renk Mekanizması 584 Renk Körlüğü 584 Retinanın Sinirsel İşlevi

586

Retinanın Sinirsel Devresi 586 Gangliyoıı Hücreleri 588 Gaııgliyon Hücrelerinin Uyarılması

588

BÖLÜM 51 Göz: III. Görmenin M erk ezi N örofizyolojisi 591 Görme Yollan

591

Dorsal Lateral Genikiilat Nükleusıın İşlevi 591 Görme Korteksinin Organizasyonu ve İşlevi

592

24

içindekiler

Prinıer Görme Korteksinin Tabakalı Yapısı 593 Görsel Bilginin Analizi için İki Ana Yol-(l) Hızlı “Duruş” ve “Hareket”Yolu; (2) Kusursuz Renk Yo-' lu 594 Görsel Resmin Analizi Sırasında Nöronal Uyarılma Pateınleri 594

Rengin Saptanması 595 Prinıer Görme Korteksinin Uzaklaştırılmasının Et­ kisi 595 Görme Alanları; Perimetıe 595 Göz Hareketleri ve kontrolü 596

Gözlerin Fiksasyon Hareketleri 596 İki Gözden Gelen Görsel Resimlerin Birleştirilmesi 598 Göz Uyumunun ve Pupilla Açıklığının Otonomik Kontrolü 599

Uyumun (Akomodasyon) Kontrolü (Gözlerin Odak­ lanması) 599 Pupilla Çapının Kontrolü 600 BÖLÜM 52 İşitm e Duyusu 602 Kulak Zarı ve Kemikçik Sistemi

602

Sesin Kulak Zarından Kokleaya İletimi 602 Sesin Kemikler Üzerinden İletimi 603 Koklea

603

Kokleanın İşlevsel Anatomisi 603 Ses Dalgalarının Kokleada İletimi - "İlerleyen Dal­ ga" 604 Corti Organının İşlevi 605 Ses Frekansının Saptanması - “Yer”İlkesi 607 Sesin Yüksekliğinin Saptanması 607 Merkezi İşitme Mekanizmaları

608

İşitme Yolları 608 İşitmede Beyin Korteksinin İşlevi 609 Sesin Geldiği Yönün Saptanması 610 Merkezi Sinir Sisteminden Alt İşitme Merkezlerine Giden Sentrifııgal Sinyaller 611 İşitme Anomalileri

611

Sağırlık Tipleri 611 BÖLÜM 53 Kimyasal Duyular-Tat ve Koku 613 Tat Duyusu

613

Temel (Birincil) Tat Duyuları 613 Tat Tomurcuğu ve İşlevi 614 Tat Sinyallerinin Merkezi Sinir Sistemine İletimi 615 Tat Tercihi ve Diyetin Denetimi 616 Koku Duyusu

616

Koku Zarı (Olfaktör Membrt m) 616 Koku Hücrelerinin Uyarılm ışı 617 Koku Sinyallerinin Merkezi Sinir Sistemine İletil­ mesi 618

ÜNİTE XI Sinir Sistemi: C. M o to r ve E n teg ratif N örofizyoloji BÖLÜM 54

Omuriliğin M o to r Fonksiyonları; Spinal Ref­ leksler 622

Motor Fonksiyonlar İçin Omuriliğin Organizasyonu 622 Kas Duysal Reseptörleri-Kas îğcikleıi ve Golgi Tendon Organlaıı-Kas Kontrolündeki Rolleri 624

Kas İğciğinin Reseptör Fonksiyonu 624 Kas Gerim Refleksi 625 İstemli Motor Ativitede Kas İğciğinin Rolü 626 Golgi Terıdon Refleksi 628 Kas İğcikleri ve Golgi Tendon Organlarının Motor Kontrolde Beynin Yüksek Seviyeleri İle Birlikte İş­ levi 628 Fleksör Refleks ve Geri Çekme Refleksleri 629 Çapraz Ekstensör Refleks 630 Resiprok înhibisyon ve Resiprok lnervasyon630 Postür ve Hareket (Lokomosyon) Refleksleri 630

Omuriliğin Postür ve Hareketle İlgili Refleksleri 630 Kaşınma Refleksi 631 Kas Spazmı Doğuran Omurilik Refleksleri Omurilikte Otonom Refleksler 632 Omurilik Kesilmesi ve Spinal Şok 632

632

BÖLÜM 55 M o to r Fonksiyonunun K orteks ve Beyin Sa­ pından Kontrolü 634 Motor Korteks ve Kortikospinal Yol 634

Prinıer Motor Korteks 634 Premotor Alan 634 Süplementer Motor Alan 635 İnsan Motor Korteksitıde Motor Kontrolün Bazı Özelleşmiş Alanları 635 Sinyallerin Motor Kortekstetı Kaslara Taşınması 636 Motor Kortekse Gelen Liflerin Yolları 637 Nükleııs Ruber Kortikal Sinyalleri Omuriliğe İleten Alternatif Bir Yol Olarak Görev Yapar 637 “Ekstrapiramidal"Sistem 638 Omuriliğin Prinıer Motor Korteks ve Niilkeus Ruber Tarafından Uyarılması 638 Motor Fonksiyonunun Kontrolünde Beyin Sapının Rolü 640

Yer Çekimine Karşı Vücudun Desteklenmesi- Retikiiler ve Vestibiiler Niikleuslarm Rolü 640 Vestibüler Duyular ve Dengenin Korunması 641

Vestibiiler Aparey 641 Statik Dengenin Korunmasında Utrikulus ve Sakkulusurı Fonksiyonu 643 Yarımdaire Kanallarıyla Baş Dönüşünün Algılan­ ması 644 Gözleri Stabilize Eden Vestibüler M ekanizma 645 Denge ile ilgili Diğer Faktörler 645 Bilinçdışı, Steıeotip Hareketlerin Kontrolünde Beyin Sapı Nükleuslarınm Fonksiyonları 646 BÖLÜM 5( Serehellum, Bazal Gangliyonlar ve G enel M o to r K ontrol 647 Serebellum ve Motor Fonksiyonları 647

Serebellumun Anatomik Fonksiyonel Alanları 647

İçindekiler

Serebellıımun Nöronal Devresi 648 Genel Motor Kontrolde Serebellıımun Fonksiyonu 652 Klinikte Serebellıım Bozuklukları 655 Bazal Gangliyonlar-Motor Fonksiyonları

656

Motor Aktivite Modellerinin Yerine Getirilmesinde Bazal Gangliyonların Fonksiyonu-Putamen Dev­ resi 657 Ardışık Motor Hareketlerinin Kognitif Kontrolünde Bazal Gangliyonların Rolü-Nukleııs Kaudatııs Devresi 657 Bazal Gangliyonların Hareketlerin Şiddetini Ölçme ve Zamanlamayı Değiştirme Görevi 658 Bazal Gangliyon Sisteminde Spesifik Nörotransmiterlerin Görevleri 659 Bazal Gangliyonların Harabiyeti Sonucu Oluşan Klinik Sendrom lar 659 Motor Kontrol Sisteminin Birçok Bölümünün En­ tegrasyonu 660

Omurilik Düzeyi 660 Arka Beyin Düzeyi 660 Motor Korteks Düzeyi 660 Bizi Hareket Geçiren Nedir?

Hipotalamusun Anahtar Konumu 681 Hipotalamus, Limbik Sistemin Temel Kontrol Mer­ kezi 682

Hipotalamusun Vejetatif ve Endokrin Kontrol İşlev­ leri 682 Hipotalamusun Davranışla İlgili İşlevleri ve İlgili Lim bik Yapılar 684 Limbik Sistemin "Ödül" ve "Ceza”İşlevi 684 Ödül ve Cezanın Davranıştaki Önemi 685 Limbik Sistemin Diğer Bölümlerinin Spesifik İşlev­ leri 686

Hipokampusun İşlevleri 686 Amigdaların İşlevleri 686 Lim bik Korteksin İşlevi 687 BÖLÜM 59 Beynin Etkinlik Durum ları-Uyku; Beyin Dalgaları; Epilepsi; Psikozlar 6 8 9 Uyku

661

BÖLÜM 57 Serebral K orteks; Beynin Entellektüel İşlev­ leri; Ö ğ ren m e ve Bellek 663 Serebral Korteksin Fizyolojik Anatomisi 663 Spesifik Koıtikal Alanların İşlevleri 663

Asosiyasyon Alanları 665 Sııperiyor Tenıporal Lobun Arka Bölümünün Yo­ rumsal lşlevi-”Wericke Alanı" (Genel Yorum Ala­ nı) 666 Baskın Olmayan Hemisferde Parietooksipitotemporal Korteksin İşlevleri 668 Prefrontal Asosiyasyon Alanının Yüksek Entellektü­ el İşlevleri 668 iletişimde Beynin İşlevi-Konuşmanın Girdileri ve Çıktıları 669 İki Serebral Hemisfer Arasında Düşünce, Bellek, Eğitim ve Diğer Bilgilerin Aktarılmasında Corpus Callosum ve Commissura Anterior’un işlevi 671 Düşünceler, Bilinç ve Bellek 671

Bellek-Siııaptik Fasilitasyon ve Sinaptik lııhibisyonun Rolleri 672 Kısa Süreli Bellek 673 Orta Uzun-Süreli Bellek 673 Uzun Süreli Bellek 674 Belleğin Pekiştirilmesi (Konsolidasyonıı) 675 BÖLÜM 58 Beynin Davranışsal ve M otivasyonel M ekanizm aları-Lim bik Sistem ve H ipotalam us 678 Beynin Aktivasyon ve Dürtü Sistemleri 678

Serebral Aktivasyonıın Beyin Sapından Gelen Sü­ rekli Uyarılarla Kontrolü 678 Beyin Aktivitesiniıı N örohorm oııal Kontrolü 679 Limbik Sistem 681 Limbik Sistemin Fonksiyonel Anatomisi;

25

689

Yavaş-Dalga Uykusu 689 REM Uykusu (Paradoksal Uykıı, Desenkronize Uy­ ku) 689 Uykunun Temel Kuramları 690 Uykunun Fizyolojik Etkileri 691 Beyin Dalgaları

691

Beyin Dalgalarının Beyindeki Kaynağı 692 Serebral Etkinliğin Farklı Derecelerinin EEG’nin Te­ mel Frekansı Üzerine Etkileri 692 Uyanıklık ve Uykunun Değişik Aşam alarında EEG Değişimleri 693 Epilepsi

693

Grand Mal Epilepsi 693 Petit Mal Epilepsi 694 Fokal Epilepsi 694 Psikotik Davranış ve Demans -Spesifik Nöıotransmiter Sistemlerin Rolleri 694

Depresyon ve M anik-DepıesifPsikozlar-Norepinefriıı ve Serotonitı Nörotransnıiter Sistemlerinin Aktivitelerinde Azalma 695 Şizofreni-Dopamin Sisteminin Bir Bölümünün Olası Aşırı Fonksiyonu 695 Alzheimer Hastalığı-Amiloid Plaklar ve Bellek Süre­ cinin Yitirilmesi 695 BÖLÜM 60 O to n om Sinir Sistemi ve Böbreküstü (Adrenal) Bezi M edullası 6 97 Otonom Sinir Sisteminin Genel Organizasyonu 697

Sempatik Sinir Sisteminin Fizyolojik Anatomisi 697 Parasempatik Sinir Sisteminin Fizyolojik Anatomisi 698 Sempatik ve Parasempatik Fonksiyonunun Temel Özellikleri 699

Kolinerjik ve Adreııerjik Lifler-Asetilkolin ya da Norepinefrin Salgılanması 699 Efektör Organlardaki Reseptörler 700 Sempatik ve Parasempatik Stimiilasyonun Eksitatör ve Inhibitör Etkileri 701 Sempatik ve Parasempatik Stimiilasyonun Spesifik Organlardaki Etkileri 701

26

İçindekiler

Adrenal Medullaıun Fonksiyonu 703 Uyarı Frekansının Sempatik ve Parasempatik Etki Dereceleriyle İlişkisi 704 Sem patik ve Parasem patik " To/ıus" 704 Deııervasyon Sonrası Sem patik ve Parasempatik Organların Deııervasyon Aşırı Duyarlığı 705 Otonom Refleksler 705 Organların Sempatik ve Parasempatik Sistemler Tarafından Bazı Durumlarda Sınırlı, Dier Bazı Durumlarda da Yaygın Stimülasyonu 705

Sempatik Sinir Sisteminin ’Alarm" veya "Stres”Yanı­ tı 706 Otonom Sinir Sisteminin Medulla Obloııgata, Pons ve Mezeıısefalon Tarafından Kontrolü 706 Otonom Sinir Sisteminin Farmakolojisi

BÖLÜM 61 Beyin Kan Akım ı, Serebrospinal Sıvı ve Beyin M etabolizm ası 7 0 9 Beyin Kan Akımı 709

Beyin Kan Akımının Normal Değeri 709 Beyin Kan Akımının Düzenlenmesi 709 Beyin Mikrosirkülasyonu 710 Beyin Kan Damarlarının Tıkanmasında Serebıal "inme" Oluşur711 711

Serebrospinal Sıvının Yastık Fonksiyonu 711 Serebrospinal Sıvının Oluşumu, Akımı veAbsorpsiyoıııı 711 Serebrospinal Sıvı Basıncı 713 Serebrospinal Sıvı Akışının Engellenmesi Hidrosefa­ liye Yol Açabil ir 713 Kaıı-Serebrospinal Sıvı ve Kan-Beyin Bariyerleri714 Beyin Ödemi 714 Beyin Metabolizması

714

ÜNİTE XII G astrointestinal Fizyoloji BÖLÜM 62 G astrointestinal Fonksiyonun Genel Kuralları-M o tilite , Sinirsel K ontrol ve Kan Dolaşımı 7 18 Gastrointestinal Motilitenin Genel Kuralları

Gastrointestinal Duvarın Özellikleri

718

718

Gastrointestinal Fonksiyonun Sinirsel KontıoliiEnteıik Sinir Sistemi 720

Myeııterik ve Subnıııkozal Pleksuslar Arasındaki Farklar 720 Enterik Nöronlar Tarafından Salgılanan Nörotransmiter Tipleri 721 Gastrointestinal Motilitenin Hormonal Kontrolü 722 Gastrointestinal Kanal Hareketlerinin Fonksiyonel Tipleri 723

723

Gastrointestinal Kan Akımı-’’Splanknik Dolaşım” 724

Gastrointestinal Kan Damarlarının Anatomisi 724 Barsak Ak ti vitesi ve M etabolik Faktörlerin Gastro­ intestinal Kan Akımına Etkisi 724 Gastrointestinal Kan Akımının Sinirsel Kontrolü 726 BÖLÜM 63 Besinlerin Sindirim Kanalında Taşınması ve Karıştırılması 728 Besin Alımı

707

Adreııeıjik Efektör Organlara Etkili llaçlar-Sempatom im etik İlaçlar 707 Koliııerjik Efektör Organlara Etkili İlaçlar 707 Sem patik ve Parasempatik Postgaııgliyoner Nöron­ ları Bloke veya Stimüle Eden İlaçlar 708

Serebrospinal Sıvı Sistemi

İlerletici Hareketler-Peristaltizm Karıştırıcı Hareketler 723

728

Mastikasyon (Çiğneme) Yutma (Deglııtasyon)

728 728

Midenin Motor Fonksiyonları

730

Midenin Depo Fonksiyonu 731 Midede Besinin Karıştırılması ve llerletilmesi-Mideniıı Temel Elektriksel Ritmi 731 Midenin Boşalması 731 Mide Boşalmasının Düzenlenmesi 732 İnce Barsak hareketleri

733

Karıştırıcı Kontraksiyonlar (Segmentasyon Kontraksiyon\çırı) 733 İlerletici Hareketler 734 lleoçekal Valviilün Fonksiyonu 734 Kolon Hareketleri

Defekasyon

735

736

Kalın Barsak Aktivitesini Etkileyen Diğer Otonomik Refleksler 737 BÖLÜM 64 Sindirim Kanalının Salgı Fonksiyonları

738

Sindirim Kanalı Salgılarının Genel Prensipleri 738

Bezlerin Anatomik Tipleri 738 Sindirim Kanalı Bezlerinin Uyarılmasında Ana Me­ kanizm alar 738 Glandiiler Hücrelerden Sekresyoııun Aııa M ekaniz­ ması 739 Mülküsün Kayganlaştırıcı ve Koruyucu Özellikleri ve Mülküsün Gastrointestinal K analdaki Önemi 740 Tükürük Sekresyonu 740 Özofagus Sekresyonu 742 Mide Sekresyonu 742

Mide Sekresyonlarının Özellikleri 742 Gastrik Sekresyonuıı Sinirsel ve H ormonal M eka­ nizmalarla Düzenlenmesi 744 AsitSekresyonunun Uyarılması 744 Pepsiııojen Sekresyonunun Düzenlenmesi 744 Mide Sekresyonunun Fazları 745 Gastrik Sekresyoııun Mide Sonrasındaki lııtestiııal Faktörlere Bağlı lnhibisyoıııı 745 Gastı in ve Diğer Gastrointestinal Hormonların Kimyasal İçeriği 746 Pankreas Sekresyonu

746

Paııkreatik Sindirim Enzimleri 746 Bikarbonat İyonlarının Salgılanması 747 Pankreas Sekresyoııun Düzenlenmesi 747 Karaciğer Tanafıııdan Safra Sekresyonu; Safra

içindekiler

Sisteminin Fonksiyonları

749

Safra Sekresyonunıın Fizyolojik Anatomisi 749 Yağ Sindirimi ve Em ilim iııde Safra Tuzlarının Fonksiyonları 750 Kolesterol Sekresyonıı; Safra Taşı Olıışıımıı 751 ince Barsak Sekresyonlaıı 752

Brunner Bezlerinden Miikiis Sekresyonıı 752 Lieberkiihn Kriptalarından Intestinal Sindirim Sı­ vılarının Sekresyonıı 752 İnce Barsak Sekı esyon un un Regiilasyon u 752 Kalın Barsak Sekresyonları

753

BÖLÜM 65 G astrointestinal Kanalda Sindirim ve Emilim 754 Çeşitli Besinlerin Sindirimi

754

Karbonhidratların Sindirimi Proteinlerin Sindirimi 755 Yağların Sindirimi 756

754

Gastrointestinal Emilimin (Absorpsiyomın) Temel Prensipleri 758

Absorpsiyomın Anatom ik Temeli 758 Absorpsiyomın Temel Mekanizmaları 759 İnce Barsakta Absorpsiyon

759

Peptik Ülser

762

764

765

İnce Barsak Bozuklukları

766

İnce Barsakta Besinlerin Anormal Sindiıimi-Pankreas Yetersizliği 766 İnce Barsak M ııkozosında Malabsorpsiyon-Sprıt 766 Kalın Barsak Bozuklukları

Glikozun Kolaylaştırılmış Difüzyonuııu Artırmada insüılinin Etkisi 774 Glikozun Fosforilasyonu 774 Glikojenin Karaciğer ve Kasta Depo Edilmesi

774

Glikojenez 774 Depolanan Glikojenin Yıkımı-Glikojenoliz 774 Glikolitik Yolla Glikoz Molekülünden Enerji Serbestlemesi 775

Glikoliz; Piriivik Asit Oluşumu 775 Piı üvik Asidin Asetilkoenzim A’y a Dönüşümü 775 Sitrik Asit Siklıısıı 775 Hidrojenin Oksidasyonuyla ATP Oluşumu (Oksidatif Fosforilasyon) 777 Glikozun Yıkımı Sırasında ATP Oluşumunun Özeti 778 Vücudun Enerji Gereksinmesinde D epolanan Gliko­ jenden Enerji Serbestlemesinin Kontrolü: Hücre­ de Glikoliz Hızının Kontrolünde ATP veADP Konsantrasyonlarının Etkisi 778 Enerjinin Anaerobik Yolla Serbestlemesi-'Aııaerobik Glikoliz" 778

Glikozun Glikojen veya Yağa Dönüşümü

BÖLÜM 66 G astrointestinal Bozuklukların Fizyolojisi 7 64 Yutma ve Özofagus Bozuklukları Midenin Bozuklukları 764

Karbonhidrat Metabolizmasında Glikozun Merkezi Rolü 772 Hücre Membıamndan Glikozun Taşınması 773

Pentoz Fosfat Yoluyla Glikozdan Enerji Serbestlemesi 779

Suyun Absorpsiyonıı 759 iyonların Absorpsiyonıı 759 Besin M addelerinin Absorpsiyonıı 761 Kalın Barsakta Absorpsiyon: Feçesin Oluşumu

27

767

Konstipasyoıı 767 Diyare 767 M edidla Spinalis Yaralanmalarında Dışkılama Paralizisi 767 Gastrointestinal Kanalın Genel Bozuklukları 768

Kusma 768 Bulantı 769 Gastrointestinal Tıkanm a 769 Gastrointestinal Kanalda Gaz; “Flatus" 769

ÜNİTE XII! M etab o lizm a ve Tem peratür Düzenlenmesi BÖLÜM 67 K arbo n h id rat M etabolizm ası ve Adenozin Trifosfat Oluşumu 772

Besinlerden Enerji Serbestlemesi ve ‘‘Serbest Enerji” Kavramı 772 M etabolizm ada Adenozin Trifosfatuı Rolü 772

780

Protein ve Yağlardan Karbonhidratların Oluşumu “Glikoncojenez”’ 780 Kan Glikozu 780 BÖLÜM 68 Lipid M etabolizm ası

781

Lipidlerm Vücut Sıvılarında Taşınması

781

Trigliseridleriıı ve Öteki Lipidlerin Gastrointestiııal Kanaldan Lenf Yolu ile Taşınması-Şilomikronlar 781 Yağ Asitlerinin Albüminle Birleşmiş Olarak Kanda Taşınması - "Serbest Yağ Asitleri” 782 Lipoproteiııler - Kolesterol ve Fosfolipidleriıı Taşın­ masında Özel Fonksiyonları 782 Yağ Birikimi

782

Yağ Dokusu 782 Karaciğer Lipidleri 783 Tıigliseridlerin Enerji İçin Kullanımı: Adenozin Tri­ fosfat Oluşumu 783

Karaciğerde Asetoasetik Asit Oluşumu ve Kanda Ta­ şınması 784 Karbonhidratlardan Trigliseridleriıı Sentezi 785 Proteinlerden Trigliseridleriıı Sentezi 786 Tıigliseridlerden Enerji Serbestlemesinin Düzenlenmesi 786

Şişmanlık

787

Fosfolipidler ve Kolesterol 787

Fosfolipidler 787 Kolesterol 788 Fosfolipidler ve Kolesterolün M embranlar Başta Ol­ m ak Üzere Hücrelerdeki Yapısal Fonksiyonları 788

Ateroskleıoz 789

Aterosklerozuıı Temel Nedenleri -Kolesterol ve Li-

28

İçindekiler

poproteinlerin Rolleri 789 Ateroskleroza Neden Olan Diğer Faktörler 789 Aterosklerozıın Önlenmesi 789 BÖLÜM 69 Protein M etabolizm ası 791 Temel Özellikler 791

Amino Asitler

791

Amino Asitlerin Taşınması ve Depolanması 791

Kandaki Amino Asitler 791 Amino Asitlerin Hücrelerde Protein Olarak Depo­ lanması 793 Plazma Proteinlerinin Fonksiyonel Rolleri

793

Esansiyel ve Esansiyel Olmayan Amino Asitler 794 Proteinlerin Enerji İçin Kullanılması 794 Proteinlerin Zorunlu Yıkılması 795 Protein Metabolizmasının Hormonal Düzenlenmesi 795 BÖLÜM 70 Bir O rgan O larak K araciğer Karaciğerin Fizyolojik Anatomisi HepatikVaskiiler Sistemin Görevi

Açlık 809 Vitaminler 809

A Vitamini 809 Tiyamin (B1 Vitamini) 810 Niyasiıı 810 Riboflavin (B2 Vitamini) 810 B12 Vitamini 811 Folik Asit (Pteroilglutamik Asit) 811 Piridoksin (B6 Vitamini) 811 PantotenikAsit 811 AskorbikAsit (C Vitamini) 812 D Vitamini 812 E Vitamini 812 KVitamini 812 Mineral Metabolizması 812 BÖLÜM 72 Enerjetikler ve M etab o lizm a Hızı

815

Metabolizmada ""Geçerli Bir Enerji"” Olarak AdenozinTrifosfatın Fonksiyonları 815 797 797 797

Karaciğere kan portal ven ve hepatik arter yoluyla ulaşır 797 Karaciğerin Kan Depo Fonksiyonu 798 Karaciğerdeki Çok Yüksek L en f Akımı 798 Karaciğerin M akıofaj Sistemi-Karaciğeriıı Kanı Te­ mizleme Fonksiyonu 798 Karaciğerin Metabolik Fonksiyonları

798

Karbonhidrat M etabolizması 798 Yağ M etabolizması 799 Protein M etabolizması 799 Karaciğerin Diğer M etabolik Fonksiyonları 799 Safra Bilirübin Düzeyi Ölçümünün - Klinik Tanı Aracı Olarak Kullanımı 800

lkter (Sarılık)- Ektraseliiler Sıvıda Bilirübin Fazlalı­ ğı 801

Enerji Deposu ve "ATP Tamponlanması" için Yar­ dımcı Bir Depo Olarak Fosfokreatin 816 Aerobik Enerjiye Karşı Anaerobik Enerji 816 Hücrelerde Enerji Kullanımının Özeti 817 Hücrede Enerji Serbestlenmesinin Denetimi Metabolizma Hızı 818

Tüım-VücııtMetabolizma Hızının Ölçülmesi

Günlük Aktiviteler için Gereken Toplam Enerji M ik­ tarı 819 Bazal M etabolizma Hızı- Vücudun Varlığını Sür­ dürmesi için Harcadığı Minimum Enerji Miktarı 819 Fiziksel Aktiviteler Sırasında Kullanılan Enerji 820 Besinlerin İşlenmesi Sırasında Kullanılan EnerjiBesinlerin Termojenik Etkisi 821 Titremeye Bağlı Olmayan Termojenez- Sempatik Stinıülasyonun Etkisi 821

Vücut Tem peratürü, Tem peratür Düzenlenmesi ve A teş 822

Sabit Koşullarda Enerji Alımı ve Enerji Tüketimi Denge içindedir 803 Dengeli Beslenme 803

Normal Vücut Temperatürleri 822 Vücut Isısı, Isı Kaybına Karşı Isı Üretiminin Dengelenmesi ile Kontrol Edilir 822

Besin Aliminin ve Enerji Depolanmasının Düzenlenmesi 804

Besin Alimini Düzenleyen Sinirsel Merkezler 805 Besin Alimini Kantitatif Olarak Düzenleyen Faktör­ ler 806 Obezite 807

Şişmanlığın Patolojik Nedeni Olarak Beslenme Regiilasyonu Bozukluğu 808 Şişmanlığın Tedavisi 808 Zayıflık 808

818

Enerji Metabolizması-Enerji Tüketimini Etkileyen Faktörler 819

BÖLÜM 71 D engeli Beslenme; Beslenm eninDüzenlenmesi; O b e zite ve Açlık; V itam in ler ve M in eraller 803

Besinlerdeki Enerji 803 Protein, Karbonhidrat ve Yağların Metabolik Kulla­ nımlarını Saptam ak İçin Kullanılan Yöntemler 804

817

BÖLÜM 73

İsı Üretimi 822 Isı Kaybı 822 Vücut Temperatürünün Düzenlenmesi Hipotalamusun Rolü 826

Vücut Temperatüriinü Artıran ya da Azaltan Sinir­ sel M ekanizmalar 827 Temperatür Kontrolünde'Ayar Noktası"Kavramı 829 Vücut Temperatürünün Davranışsal Kontrolü 830 Deride Lokal Tempera tür Refleksleri 830 Vücut Temperatür Düzenlenmesindeki Bozukluklar 830

Ateş 830 Vücudun Aşırı Soğukta Kalması 832

İçindekiler

860

ÜNİTE XIV Endokrinoloji ve Ürem e BÖLÜM 74 Endokrinolojiye Giriş

Tiroid Hormonlarının Fizyolojik İşlevleri

836

Vücut Fonksiyonlarının Kimyasal Haberciler İle Koordinasyonu 836 Hormonların Kimyasal Yapısı ve Sentezi 836 Hormonların Salgılanması, Transportu ve Kandan Temizlenmeleri 837

Hormon Sekresyonunun Feedback Kontrolü Hormonların Kanda Taşınmaları 840 Hormonların Kandan "Klirensleri" 840

839

Horomonların Etki Mekanizmaları 840

Hormon Reseptörleri ve Uyarılmaları 840 Reseptörün Aktivasyoııu Sonucu Intraseliiler Sinyal İletimi 841 Intraseliiler H ormonal Fonksiyonlara Aracılık Eden İkinci Haberci M ekanizmalar 841 Başlıca Hücrenin Genetik M ekanizmasına Etki Eden Hormonlar 843 Kandaki Hormon Konsantrasyonlarının ölçülmesi 844

Radyoimmiinoassay 844

861

Tiroid Hormonları Çok Sayıda Genin Transkripsi­ yonunu Artırırlar 861 Tiroid Hormonları Hücresel M etabolik Aktiviteyi Artırırlar 861 Tiroid Hormonunun Büyümeye Etkisi 861 Tiroid Hormonunun Spesifik Vücut M ekanizm ala­ rına Etkileri 862 Tiroid Hormon Salgısının Düzenlenmesi

864

TSH Sekresyonu Hipotalamusıın Tirotropin- Ser­ bestleştirici Hormonu Tarafından Düzenlenir 864 Ön Hipofizden TSH Sekresyonunun Azalmasında Tiroid Hormonunun Feedback Etkisi 865 Antitiroid Maddeler 865 Tiroid Hastalıkları

865

Hipertiroidizm 865 Hipotiroidiznı 867 BÖLÜM 77 Böbreküstü Bezi K orteks (A d ren o ko rtikal) H orm onları 869 Adrenokortikal Hormonların Sentezi ve Sekresyonu 869 Mineralokortikoidlerin Fonksiyonları-Aldosteron 872

BÖLÜM 75 H ip o fiz H orm onları ve Hipotalamus Tarafından K ontrolleri 846 Hipofiz Bezi ve Hipotalamus ile İlişkisi 846 Hipofiz Salgısının Hipotalamus Tarafından Kontrolü 847

H ipotalanıik- Hipofizer Portal Sistem 848 Büyüme Hormonunun Fizyolojik Fonksiyonları 849

Büyüme Hormonu Birçok Dokuda Büyümeyi Sağ­ lar 849 Büyüme Hormonu Birçok M etabolik Etkiye Sahiptir 849 Büyüme Hormonu Kıkırdak ve Kemik Büyümesini Uyarır 850 Büyüme Hormonu, Etkilerinin Çoğunu "Somatomedinler" (“Însiilin-Benzeri Büyüme Faktörleri) Adı Verilen Aracı M addeler Yoluyla Gerçekleştirir 851 Büyüme Hormonu Salgısının Düzenlenmesi 851 Büyüme Hormonu Salgısındaki Bozukluklar 853 Arka Hipofiz Bezi ve Hipotalamus İle İlişkisi 854

ADH ve Oksitosinin Kimyasal Yapıları ADH’nin Fizyolojik İşlevleri 855 Oksitosik Hormon 856

29

Glikokortikoidlerin Fonksiyonları

875

Kortizoliin Karbonhidrat M etabolizmasına Etkileri 875 Kortizoliin Protein M etabolizmasına Etkileri 875 Kortizoliin Yağ Metabolizmasına Etkileri 876 Kortizol Stres ve lııflamasyonda Önem Taşır 876 Kortizoliin Diğer Etkileri 878 Kortizoliin Etkisinin Hücresel M ekanizması 878 Kortizol Sekresyonunun Hipofiz Bezinden Salgıla­ nan Adrenokortikotropik Hormon Tarafından Düzenlenmesi 878 Adrenal Androjenler 880 Adrenokortikal Sekıesyon Bozuklukları 880

Hipoadrenalizm-Addison Hastalığı 880 Hiperadrenaliznı-Cııshing Sendronıu 881 Prinıer Aldosteronizm (Conn Sendronıu) 882 Adrenogenital sendrom 883

855

BÖLÜM 78 ■ 'h Insüiin, Glukagon ve D iabetes M ellitus 8 8 4

BÖLÜM 76 Tiroidin M e ta b o lik Horm onları 858 Tiroid Hormonlarının Sentezi ve Salgılanması

Aldosteronıın Böbrek ve Dolaşıma Etkileri 872 Aldosteron Ter Bezleri, Tükürük Bezleri ve Barsak Epitel Hücrelerinde Sodyum ve Potasyum Transportunu Uyarır 873 Aldosteron Etkisinin Hücresel M ekanizması 873 Aldosteron Sekresyonunun Düzenlenmesi 874

858

Tiroksin Yapımı İçin İyot Gereklidir 858 İyodür Pompası (İyodür Tutulması) 858 Tiroglobulin ve Tiroksin ile Triiyodotiroııin Oluşu­ munun Kimyası 859 Tiroksin ve Triiyodotironinin Tiroid Bezinden Ser­ bestleşmesi 859 Tiroksin ve Triiyodotironinin Dokulara Taşınması

İnsiilin ve Metabolik Etkileri 884

lnsülinin Karbonhidrat M etabolizması Üzerine Et­ kisi 886 lnsülinin Yağ Metabolizmasına Etkisi 887 lnsülinin Protein Metabolizması ve Büyüme Üzeri­ ne Etkisi 889 İnsiilin Sekresyonunun Kontrolü 890 İnsiilin Sekresyonıınıı Uyaran Diğer Faktörler 891

30

İçindekiler

Karbonhidrat ve Lipid Metabolizmaları Arasındaki "Geçişlerde"lnsiilinin (ve Diğer Hormonların) Rolü 891 Glukagon ve Fonksiyonları 891

Glikoz M etabolizması Üzerine Etkileri 892 Glukagon Sekresyonunun Düzenlenmesi 892 Somatostatin Glukagon ve İnsülin Sekresyonunu İnhibe Eder 893 Kan Glikozu Düzenlenmesinin Özeti 893 Diabetes Mellitus 894

Tip 1 Diabet- Pankreasın Beta Hücreleri Tarafından İnsüliniıı Yapılamaması 894 Tip II Diabet- lnsiilinin M etabolik Etkilerine Direnç 895 Tanı Fizyolojisi 896 Diabet Tedavisi 896 Insülinoma-Hiperinsiilinizm 897 BÖLÜM 79 Paratiroid H orm onu, Kalsitonin, Kalsiyum ve Fosfat M etabolizm ası, D Vitam ini, Kemik ve Dişler 8 99 Ekstraselüler Sıvı ve Plazmadaki Kalsiyum ve Fosfat Düzeylerinin Düzenlenmesi 899

Plazma ve Iııterstisyel Sıvıda Kalsiyum 899 Ekstraselüler Sıvılardaki İnorganik Fosfat 899 Vücut Sıvılarında Kalsiyum ve Fosfat Konsantrasyo­ nundaki Değişimlerin Kemik Dışındaki Fizyolo­ jik Etkileri 900 Kalsiyum ve Fosfatın Absorpsiyonıı ve Atılması 900 Kemik ve Ekstraselüler Kalsiyum ve Fosfatlarla İlişkisi 901

Kalsiyum ve Fosfatın Kemikte Çökmesi veAbsoıpsiyonıı-Ekstraselüler Sıvılarla Dengelenme 902 Kalsiyumun Kemik ile Ekstraselüler Sıvı Arasında Değişimi 902 Kemiğin Depolanması ve Absorpsiyonıı-Kemiğin Şekillenmesi 903 D Vitamini 904

D Vitaminin Etkileri 905 Paratiroid Hormonu 906

Paratiroid Hormonunun Ekstraselüler Sıvıdaki Kalsiyum ve Fosfat Konsantrasyonuna Etkisi 906 Paratiroid Salgılanmasının Kalsiyum İyon Kon­ santrasyonu ile Kontrolü 908 Kalsitonin 908 Kalsiyum İyon Konsantrasyonunun Kotrolüniin Özeti. 909 Paratiroid Bezi Fizyopatolojisi, D Vitamini ve Kemik Hastalıkları 910

Hipoparatiroidizm 910 Primer Hiperparatiroidizm 910 Sekonder Hiperparatiroidiznı 911 Raşitizm- D Vitamini Eksikliği 911 Osteoporoz-Kemik M atıiksinin Azalması

BÖLÜM 80 Erkekte Ü rem e ve Horm onal Fonksiyonlar (ve Pineal Bez) 916 Erkek Cinsel Organlarının Fizyolojik Anatomisi 916 Spermatogenez 916

Spermatogenez Evreleri 916 Semiııal Vesiküllerin Fonksiyonu 918 Prostat Bezinin Fonksiyonu 918 Semen 919 Anormal Spermatogenez ve Erkekte Fertilite Erkekte Cinsel Aktivite

920

921

Erkek Cinsel Aktivitesinde Nöroııal Uyanlar 921 Erkek Seksüel Aktivitesiniıı Evreleri 921 Testosteron ve Diğer Erkek Cinsel Hormonları 922

Erkek Seks Hormonlarının Sekıesyon, M etabolizma ve Kimyası 922 Testosteronun Fonksiyonları 923 Testosteron Etkisinin Temel întraselüler M ekaniz­ ması 925 Erkek Cinsel Fonksiyonlarının Hipotalamus ve Önlıipofiz Bezinden Salgılanan Hormonlarla Kont­ rolü 925 Erkek Cinsel Fonksiyon Bozuklukları 926

Prostat Bezi ve Bozuklukları 926 Erkekte Hipogoııadizm 927 Testis Tümörleri ve Erkekte Hipergoııadizm 927 Pineal Bez (Epifiz)-Bazı Hayvanlarda Mevsime Bağlı Fertiliteyi Kontrolü 927 BÖLÜM 81 G ebelik Öncesi Kadın Fizyolojisi ve Kadın H orm onları 929 Kadın Cinsel Organlarının Fizyolojik Anatomisi 929 Kadında Hormonal Sistem 929 Aylık Ovaryum Siklusu; Gonadotropik Hormonların Fonksiyonları 929

Gonadotropik Hormonlar ve Överler Üzerindeki Et­ kileri 930 Ovaıyıım Foliküllerinin Büyümesi-Ovaryum Siklusuııun "Folikiiler”Aşaması 930 Korpııs Luteıım-Ovaryum Siklusunun “Luteal" Fazı 932 Özet 933 Ovaryum Hormonlarının Fonksiyonları - Östradiyol ve Progesteron 933

Seks Hormonlarının Kimyası 933 Östrojeııleriıı Fonksiyonları - Primer ve Sekonder Kadın Seks Özellikleri Üzerine Etkileri. 934 Progesteronıuı Fonksiyonları 936 Aylık Endometriyal Siklııs ve Menstriiasyon 936 Kadında Aylık Ritmin Düzenlenmesi - Ovaryıım ve Hipotalamik - Hipofiz Hormonların Etkileşimleri 937

912

Dişlerin Fizyolojisi 912

Dişlerin Farklı Bölümlerinin Fonksiyonları 912 Dişlerin Çıkması 913 Dişlerde Mineral Değişimi 914 Diş Bozuklukları 914

Hipotalamus-Hipofız-Ovaıyıım Sisteminde Feed­ back Osilasyoıı 938 Piiberte ve Menarş 939 Menopoz 940 Överlerde Sekı esyon Bozuklukları 940 Kadında Cinsel Aktivite 941 Kadında Üretgenlik 941

İçindekiler

Doğum Sonrası Dolaşımın Yeniden Düzenlenmesi 960 Yenidoğanın Beslenmesi 962

BÖLÜM 82 G e b elik ve Laktasyon 9 4 4 f

Yenidoğana Özgü Fonksiyonel Problemler Ovumun Olgunlaşması ve Döllenmesi 944

Döllenmiş Ovumun Fallop Tüplerindeki Transportu 945 Blastositiıı Uterusa Înıplantasyonu 945 Embriyonun Erken Dönemdeki Beslenmesi 945 Plasentanın Fonksiyonu 946

Plasentanın Gelişimi ve Fizyolojik Anatomisi Gebelikte Hormonal Faktörler

946

948

İnsan Koryonik Gonadotropini, Korpus Luteumun Devamı ve Menstrüasyonun Önlenmesindeki Et­ kileri 948 Plasentadan Östrojerı Salgılanması 949 Plasentadan Progesteroıı Salgılanması 949 İnsan Koryonik Sonıatomam otropini 949 Gebelikteki Diğer Hormonal Faktörler 950 Anne Vücudunun Gebeliğe Yanıtı Doğum 952

950

Laktasyon 954

Memelerin Gelişimi 954 Laktasyonun Başlatılması Prolaktiniıı Fonksiyonu 955 Süt sekresyonıtnda Ejeksiyoıı Ya da "Akma”İşlemiOksitosinin Fonksiyonu 956 Sütün Bileşimi ve Annede Laktasyoııa Bağlı Meta­ bolik Akış 956

958

Fetüsün Büyümesi ve Fonksiyonel Gelişimi 958

Organ Sistemlerinin Gelişimi Solunumun Başlaması

960

Sıvı Dengesi, Asid-Baz Dengesi ve B öbrek Fonksiyonu

963 Karaciğerin Fonksiyonu 963 Enerji Sağlayan Besinlerin Absorpsiyonu, Sindirimi, Metabolizması ve Beslenme 963 Inımünite 964 Endokrin Problemler 964 Prematüre Bebeğin Özel Problemleri 965

Prematüre Bebekte Gelişme Yetersizliği 965 Prematüre Bebekte Kontrol Sistemlerinin Kararsız­ lığı 965 Prematüre Bebeğin Oksijen Tedavisinde Körlük Tehlikesi 965 Davranışların Gelişimi

958

Yenidoğanın Ekstrauterin Yaşama Uyumu

962

Solunum Sistemi 962 Dolaşım 962

Çocuğun Büyüme ve Gelişmesi 965

Doğuma Yakın Dönemlerde Uterus Eksitabilitesinde Artış 952 Doğumun Başlaması - Pozitif Feedback Teori 952 Doğum Sırasında Karın Kaslarının Kasılmaları 953 Doğum Mekaniği 953 Plasentanın Ayrılması ve Doğumu 954 Doğum Ağrıları 954 Doğumdan Sonra Uterusun Küçülmesi 954

BÖLÜM 83 Fetal ve N eonatal Fizyoloji

31

965

ÜNİTE XV Spor Fizyolojisi BÖLÜM 84 Spor Fizyolojisi

968 —\~~~

Kadın ve Erkek Atletler

968

Egzersizde Kaslar 968

Kaslarda Güç, Kuvvet ve Dayanıklılık 968 Egzersizde Kasın M etabolik Sistemleri 969 Kas Aktivitesi Sırasında Tüketilen Besin M addeleri 972 Atletik Antrenmanın Kaslara ve Kas Performansına Etkisi 972 Egzersizde Solunum 973 Egzersizde Kardiyovasküler Sistem 975 Egzersizde Vücut Isısı 976 Egzersizde Vücut Sıvıları ve Tuz 977 İlaçlar ve Atletler 977 Sağlıklı Vücut Yaşamı Uzatır 977

960 indeks 979

? ft

'>frı'»!ci i I í'i/io îJİfio't h iv( Jihi,-‘'>ijIjÍíj,)V I

tiliiJ r.>V iiilncioj

; i? i ; •1111f i •«111141 nv i ¡ r u ^ lilll'f lO r il jf n u / l * V .

1 iiu \ ' ru \A K ‘ « \v n 'U ijirA ’ túi i \ nu‘ >uvv!

i

>

i

wu'ui\wn)iu An \\l,

‘ \ . V'.V ’)M í.u :

n o v ^ t-rír I

fn ijiru ili)¿ obvie i

•Muvi'iV ', \ -Av "

iv

, , *m?

\i\ \ Böbrekler

Elektrolitlerin' düzenlenmesi

Atılma (Ekskresyon)

Venöz

Arteryel ' uç y

ŞEKİL 1 - 1

Ekstraselüler Sıvı Taşıma SistemiDolaşırn Sistemi Ekstraselüler sıvı vücudun tüm bölgelerinde iki aşamada dolaşır, birinci aşamada kanın dolaşım sistem inde tekrar tekrar dolaşması gerekir, ikinci aşamada ise sıvı kan kapilleriyle hücreler arasında dolaşır. Şekil 1-1 kanın genel dolaşımını göster­ mektedir. dolaşım yollarındaki tüm kan, dinlenme durumundaki bir insanda tüm dolaşım döngüsünü bir dakikada tamamlar, bu süre aşırı aktif bir insan­ da dakikada altı kez olacak kadar kısalır. Kan, kapillerlerden geçerken, kanın plazma bölü­ müyle hücrelerarası boşluğu dolduran interselüler sıvı arasında sürekli bir alışveriş gerçekleşir. Bu süreç Şekil 1-2'de gösterilmiştir. Kapillerlerin kan plaz­ masındaki büyük protein molekülleri dışındaki bir çok moleküle geçirgen olduğuna dikkat edin. Böylece çok miktarda sıvı ve içinde erimiş haldeki madde­ ler kanla doku aralığı arasında oklarla gösterildiği gi­ bi diffüze olabilir, bu diffüzyon olayı, moleküllerin interstisyel sıvı ve plazma arasındaki kinetik hareket­ lerinden kaynaklanır. Yani, sıvı ve içinde çözünmüş moleküllerin interstisyel sıvı ve plazma arasındaki ki­ netik hareketlerinden kaynaklanır, yani, sıvı ve içinde çözünmüş moleküller sıvının içinde, doku aralıkları ve porlardan sürekli olaark her yönde hareket eder­ ler. Hücrelerin kapiller damara uzaklığı 50 mikrodandan daha fazla değildir, böylece bütün maddelerin kapillerden hücreye bir kaç saniye içinde diffüze ol­ ması sağlanır. Böylece vücudun her yerindeki ekstra­ selüler sıvının plazma ve interstisyel boşluktaki bölii-

Dolaşım sisteminin genel organizasyonu

mü sürekli olarak karışır, sonuçta tüm vücutta tam olarak homojen bir bileşimde tutulur.

Ekstraselüler Sıvıdaki Maddelerin Kaynağı Solunum Sistemi. Şekil 1-1’de kanın vücudun yanı sıra akciğerlerden de geçtiği görülüyor. Kan, alveollerden geçerken oksijen tutar, böylece hücrelerin

Arteriyol

ŞEKİL 1 - 2 Sıvıların kapiller duvardan ve interstisyel boşluklardan diffüzyonu

4

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

gereksindiği oksijen sağlanır. Alveol ile pulmoner kapiller damar arasındaki m em branın kalınlığı 0.42 mikrondur bu sayede oksijen, moleküler hareket­ ler bu m em bıandan kana, su ve iyonların doku kapillerinden diffüze oluşu gibi hızla diffüze olur.

Vücut İşlevlerinin Düzenlenmesi

G astrointestinal Sistem. Kalbin pom paladığı kanın büyük bölüm ü gastrointestinal sistem or­ ganlarının çeperlerinden de geçer. Burada k a r­ bonhidratlar, yağ asitlerini ve a m in oasitleri içeren çözünm üş besinler ekstıaselüler sıvıya absorbe edilir.

dış ortamın durumunu saptar. Örneğin deride bulu­ nan reseptörler derinin herhangi bir noktasına de­ ğen bir cismin yerini bilmemizi sağlar. Gözler çevre­ nin görsel imajını veren duysal organlardır. Kulaklar da duysal organlardır. Merkezi sinir sistemi beyin ve omurilikten oluşmuştur. Beyin bilgiyi saklar, düşün­ celeri üretir, istekleri yaratır ve duyulara yanıt olarak vücudun göstereceği tepkiyi belirler. Daha sonra uy­ gun sinyaller sinir sisteminin motor çıktı bölüm ün­ den iletilerek işin yapılması sağlanır. Sinir sisteminin büyük bir bölümü otonom sinir sistemi olarak isimlendilir. Bu sistem bilinçaltı dü­ zeyde çalışır ve kalbin pompalama aktivitesinin dü­ zeyi, gastrointestinal sistemin hareketleri ve glandüler sekresyon gibi bir çok iç organın işlevini denetler.

M e ta b o lik İşlev Ü stlenen K araciğ er ve D iğ er O rg a n lar. G astro in testin al sistem d en em ilen m addelerin hepsi hücreler tarafından em ilecek durum da olmayabilir. Karaciğer, bu m addelerin bir çoğunu kimyasal bileşim ini değiştiriıek daha iyi kullanılabilir hale getirir. Vücuttaki diğer do­ kular -yağ hücreleri, g astrointestin al mukoza, böbrekler ve endokrin bezler- ise em ilen b esin le­ rin modifiye edilm esine ya da gerekitği zam an kullanılm ak üzere depo ed ilm esin e yardım cı olurlar. İskelet Kas Sistemi. Bazen, iskelet kas sisteminin vücudun hom eostatik işlevleri içine nasıl yerleştiri­ leceği sorusu sorulur. Yanıt basit ve açıktır. Bu sis­ tem olmasaydı vücut beslenm esi için gerekli yiye­ ceklere ulaşabilmek için doğru zamanda doğru yerde olamazdı. İskelet kas sistem i ayrıca olumsuz çevre koşullarından korunabilmek için gerekli ha­ reketliliği de sağlar, bu sistem olmasaydı, vücut, bütün hom eostatik mekanizmalarıyla birlikte, tü­ müyle tahrip olabilirdi.

Metabolizma Artıklarının Uzaklaştırılması Karbon dioksidin A kciğerler Tarafından A tıl­ ması. Kan akciğerlerde oksijen tuttuğu sırada, kar­ bon dioksit kandan alveol havasına geçer, solunum hareketleriyle alveol havasının içeri ve dışarı taşın­ ması karbon dioksidin atmosfere verilmesini sağ­ lar. Karbon dioksit metabolizma sonucu en fazla miktarda oluşan son üründür. Böbrekler. Kan böbreklerden geçerken hücrelere gerekli olmayan karbon dioksit dışındaki maddele­ rin çoğu plazmadan uzaklaştırılır. Bu maddeler arasında üre ve ürik asit gibi hücre m etabolizm ası­ nın farklı son ürünleri ve beslenm e sırasında alı­ nan, ekstıaselüler sıvıda birikebilecek fazla su ve iyonlar da bulunur. Böbrekler bu işi yaparken önce çok miktarda palazmayı glom erülleıden tubuluslaıa süzerler, daha sonra vücud agerekli olan glikoz, aminoasitler, yeterli miktarda su ve iyonların bü­ yük bölümü geri emilir. Vücudun, gereksinim duy­ madığı maddelerin çoğu ve özellikle üre gibi m eta­ bolik artıklar çok az emilir, renal tubuluslaıdan id­ rara geçer.

Sinir Sistemi. Sinir sistemi üç temel bölümden oluş­ muştur: duysal girdi (input) bölümü, merkezi sinir

sistemi bölümü, (entegratif bölüm) ve m otor çıktı (output) bölümü. Duysal reseptörler vücudun ya da

Hormonal Sistemle Düzenlem e. Vücutta bulu­ nan sekiz ana endokrin bez, horm on adı verilen kimyasal maddeler sentezler. Hormonlar ekstıaselüler sıvı içinde tüm vücuda dağılır ve hücresel iş ­ levlerin düzenlenmesine yardımcı olurlar, örneğin tiroid horm unu bütün hücrelerde kimyasal reaksi­ yonların çoğunun hızını artırır. Tiroid hormunu bu yolla vücut aktivitesinin tem posunun oluşumuna yardım eder. İnsülin, glikoz m etabilizm asını kont­ rol eder; adrenokortikal hormonlar, sodyum ve p o ­ tasyum iyonlarını ve protein metabilizm asını kon t­ rol eder; paratiroid hormunu ise kemik kalsiyum ve fosfatını kontrol eder. Bu şekilde horm onlar sinir sistemini tamamlayan bir kontrol sistemi oluştu­ rur. Sinir sistemi tem el olarak vücuttaki kas ve sal­ gı aktivitesini denetlerken hormonal sistem temel olarak metabolik işlevleri denetler.

Üreme Üreme kimi zaman hom eostatik bir işlev olarak d e­ ğerlendirilmez. Oysa üreme türün, ölen bireyleri­ nin yerini alacak yeni bireylerin oluşumunu sağla­ yarak statik durumun korunmasını sağlar. Bu ifade biçimi hom eostazis teriminin kullanımı açısından biraz zorlama olarak düşünülebilir ama son ç ö ­ zümde bütün vücut yapıları yaşam ın otomatikliği­ ni ve sürekliliğini sağlama am acına dönüktür.

VÜCUDUN KONTROL SİSTEMLERİ Vücutta binlerce kontrol sistemi bulunur. Bunlar arasında en karmaşık olanı, biiütn hücre içi ve dışı işlevleri kontrol eden genetik kontrol sistemleridir. Bu konu 3. Bölümde anlatılmaktadır. Diğer kontrol sistemlerinden bir çoğu, organların değişik bölüm-

BÖLÜM 1 • İnsan Vücudunun işlevsel Organizasyonu ve "iç Ortamın" Kontrolü leıinin işlevlerini kontrol etmek üzere organların içinde iş görür. Bazı kontrol sistemleri ise organlar arası ilişkiyi kontrol etmek üzere tüm vücut düze­ yinde etkilidir. Örneğin solunum sistemi sinir siste­ miyle birlikte çalışarak ekstıaselüler sıvıdaki karbon dioksit konsantrasyonunu düzenler, karaciğer ve pankreas birlikte çalışarak ekstıaselüler sıvıdaki gli­ koz konsantrasyonunu düzenler. Böbrekler ekstraselüler sıvıdaki hidrojen, sodyum, potasyum, fosfat ve diğer iyonların konsantrasyonlarını düzenler.

Kontrol Mekanizmalarına Örnekler Ekstraselüler Sıvıda Oksijen ve Karbon Dioksit Konsantrasyonlarının Kontrolü: Oksijen hücre­ deki kimyasal reaksiyonlar için gereken en önemli maddelerden biri olduğu için, ekstraselüler sıvının oksijen konsantrasyonunu kesin ve sabit sınırlar içinde tutan özel bir kontrol mekanizması bulun­ maktadır. Bu mekanizma ilke olarak bütün kırmızı kan hücrelerinde bulunan hemoglobinin kimyasal niteliklerine bağlıdır. Kan, akciğerlerden geçerken hemoglobin oksijene bağlanır. Daha sonra kan do­ ku kapillerlerinden geçerken eğer bu bölgede zaten yüksek düzeyde oksijen varsa hemoglobin oksijene yüksek bir affinite gösterdiği için doku sıvısına geç­ mez. Eğer oksijen konsantrasyonu çok düşükse, ok­ sijen, gerekli konsantrasyonu sağlamak üzere h e­ moglobinden ayrılarak dokuya geçer. Bu sayede do­ kulardaki oksijen konsantrasyonunun düzenlenme­ si hemoglinin kimyasal karakteristiklerine bağlıdır. Bu düzenlemeye hem oglobinin oksijen-tam ponlayıcı işlevi denir. Ekstraselüler sıvıdaki karbon dioksit konsantras­ yonu biraz farklı bir yolla düzenlenir. Karbon diok­ sit, hücrelerdeki oksidatif reaksiyonların tem el son ürünüdür. Eğer hücrelerde oluşan karbon dioksidin tümü doku sıvılarında birikseydi, karbon dioksidin kitle etkisi kısa bir süre sonra hücrelerin ener­ ji veren reaksiyonlarının tümünü durdururdu. Kan karbon dioksit konsantrasyonunu artışı solunum m erkezini uyarır ve bireyin derin ve hızlı solunum yapm asına neden olur. Böylece karbon dioksidin solunumla atılması artar, karbon dioksidin kan ve ekstraselüler sıvıdan uzaklaştırılması sağlanır. Bu

olay, konsantrasyon normale dönünceye kadar de­ vam eder. A rteryel Basıncın Düzenlenmesi. Arteryel basın­ cın düzenlenmesine birkaç sistem katılır. Bunlar­ dan biri olan baroreseptör sistemi, bir kontrol siste­ minin basit ve mükemmel bir örneğidir. Boyunda­ ki karotis arterin çatallanma (bifukrasyon) bölge­ sinde ve aort arkının duvarlarında bulunan çok sa­ yıdaki sinir reseptörü, baroreseptör adını alır ve ar­ ter duvarının gerilmesiyle uyarılır. Arteryel basınç arttığı zaman baroreseptöıier beyin m edullasına bir dizi impuls gönderir. Bu bölgeye gelen uyarılar vazom otor merkezi inhibe eder, sem patik sinirler aracılığıyla kalbe ve kan dam arlarına giden uyarıların sayısı azalır. Bu impulsların azalması kalbin pompa aktivitesini azaltır ve kanın peı iferik damarlardan akışını kolaylaştırır. Bu iki etken bir­ likte arteryel kan basıncının norm ale dönm esini sağlar. Tersine arteryel basınçtaki bir azalma gerim re­ septörlerinin gevşemesine neden olur, bu vazom o­ tor merkezin normalden daha aktif olmasına izin verir, böylece kan basıncı normal değerine yükselir.

Ö n e m li e ks tra s e lü le r Sıvı B ile ş e n le rin in N o rm a l D e ğ e rle ri Tablo 1-1 de ekstraselüler sıvının en önem li bile­ şenleri ve fiziksel nitelikleri, norm al değerleri, nor­ mal sınırları, ölüme neden olmaksızın kısa bir süre dayanılabilecek sınırlarıyla birlikte sıralanmıştır. Her bir değer için normal sınırların dar bir aralıkta bulunduğuna dikkat ediniz. Bu sınırların dışındaki değerler genellikle bir hastalığın nedeni ya da so ­ nucudur. Daha önemlisi, bu değerlerin aşılması ölüm e n e ­ den olabilir. Örneğin vücut ısısının norm alden 11°F (7°C) yükselmesi hücreleri haraplayacak bir metabolizm a artışı kısır döngüsüne yol açabilir. Vücudun asit-baz dengesinin de dar sınırlar içinde tutulduğuna dikkat edin. Normal pH değeri olan 7.4'ün her iki yöne doğru yalnızca 0.5 kadar değiş­ mesi öldürücüdür. Bir başka önemli faktör potas­ yum iyonudur, çünkü konsantrasyonu norm alin

TABLO 1 - 1

Ekstraselüler Sıvının Bazı Önemli Bileşenleri ve Fiziksel Karakteristikleri. Normal Kontrol Sınrları ve Kısa Periyodlarda Öldürücü Olmayan Sınırların Yaklaşık Değerleri Norm al Değer Oksijen Karbondioksit Sodyum İyonu Potasyum İyonu Kalsiyum İyonu Klor İyonu Bikarbonat İyonu Glikoz Vücut tcm peratürii Asit-baz

40 40 142 4.2 1.2 108 28 85 98.4 (37.0) 7.4

5

Normal sınırlar 35-45 35-45 138-146 3.8-5.0 1.0-1.4 103-112 24-32 75-95 98-98.8 (37.0) 7.3-7.5

Öldürücü Olmayan Yaklaşık Sınırlar 10-1000 5-80 115-175 1.5-9.0 0.5-2.0 70-130 8-45 20-1500 65-110 (18.3-43.3) 6.9-8.0

Birim

m m Hg m m Hg m m ol/lt m m ol/ll m m ol/lt m m ol/lt m m ol/lt m g/dl °F (°C) p il

6

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

liçte birinin altına düştüğünde sinirlerin impuls taşım a yetenekleri kaybolduğu için kişi felç olabi­ lir. Tersine, potasyum konsantrasyonunun norm a­ lin iki ya da üç katma yükselmesi kalp kasının cid­ di biçim de deprese olm asına neden olur. Kalsiyum iyonunun konsantrasyonu normalin yarısına dü­ şerse tüm vücutta periferik sinirlerin kendiliğin­ den uyarı oluşturması nedeniyle tetaııik kas kontraksiyonları oluşur. Glikoz konsantrasyonu yarıya düşerse kişide sıklıkla şiddetli mental irritabilité ve hatta konvülziyonlar ortaya çıkabilir. Bu örneklerden yola çıkarak bir değerin neden son derece titizlikle sabit tutulduğunu, hatta vücu­ dun sağlıklı kalmasını sağlayan çok sayıda kontrol sistem inin varlık nedenini de anlayabiliriz. Bu kontrol sistem lerinden herhangi birinin yokluğu, ciddi bir hastalık ya da ölümle sonuçlanabilir.

Kontrol Sistemlerinin Karakteristikleri Yukarıda verilen hom eostatik kontrol mekanizma­ sı örnekleri vücuttaki yüzbinleıce kontrol siste­ minden yalnızca birkaçıdır. Bu kontrol mekaniz­ maları belli nitelikleri açısından birbirine benze­ mektedir. Bunlar aşağıda açıklanmaktadır.

mayan bir bireye çok miktarda kan transfüzyonu ile arteryel kan basıncının 100 m m Hg’den 175 mmHg’ye yükseldiğini varsayalım. Bu durumda fe­ edback kontrol sistemi -50 mmHg’lik bir düzeltme sağlamıştır (175-125=50) Basınçtaki 25 mmHg’lik artış "hata” olarak isimlendirilir ve kontrol sistem i­ nin değişikliği düzeltme açısından % 100 verimle çalışmadığını gösterir. Sistemin kazancı aşağıdaki formülle hesaplanır. düzeltme Kazanç = -------------hata Baroreseptör sistem i örneğinde, -50 mmHg’lik düzeltmeye karşı +25 mmHg’lik hata vardır, bu du­ rumda bu bireyin baroreseptör sistem inin kazancı -50 bölii +25=-2’dir. Bu, arteryel kan basıncını artı­ ran ya da azaltan bir faktörün, bu kontrol sistem i olmadan oluşturabileceği etkinin yalnızca üçte b i­ rini oluşturabildiğini göstermektedir. Bazı fizyolojik kontrol sistem lerinin sağladığı ka­ zançlar, baroreseptör sistem ininkinden daha fazla­ dır. Örneğin vücut ısısını kontrol eden sistem in ka­ zancı yaklaşık -3 3 'dür. Bu durumda, ısı kontrol sis­ teminin, baroreseptör basınç kontrol sistem inden çok daha etkili olduğu görülebilir.

K o n tro l S is te m le rin in Ç o ğ u N e g a tif F e e d b a c k N ite liğ in d e d ir

P o zitif F e e d b a c k : Bazen Kısır D ö n g ü y e ve Ö lü m e Yol A ç a b ilir

Vücutta kontrol sistem lerinin çoğu n egatif fe e d ­ back yoluyla çalışır. Bu çalışma yolu daha önce an­ latılan örnekleri anımsayarak tanımlanabilir. Kar­ bon dioksit konsantrasyonunun düzenlenmesin­ de, ekstıaseliiler sıvıda karbon dioksit konsantras­ yonunun artışı pulm oner ventilasyonun artmasına neden olur. Bu, akciğerlerden atılan karbon dioksit miktarını artırarak konsantrasyonun düşmesini sağlar. Bir başka deyişle konsantrasyonunun artışı, başlatan uyarıya zıt (negatif) yönde bir etki göste­ rerek konsantrasyonunun düşmesine neden olan bir mekanizmayı çalıştırmıştır. Tersine, karbon di­ oksit konsantrasyonu çok düşerse, bu konsantras­ yonu artıran bir m ekanizm anın işlem esine neden olur. Bu yanıt da başlatan uyarıya zıt yönde iş gör­ müştür. Arteryel basıncı düzenleyen mekanizm alarda basınç yükselmesi basıncı düşüren bir dizi reaksi­ yonu harekete geçirir, basıncın düşmesi ise basıncı artıran mekanizmaları devreye sokar. Her iki du­ rumda da yanıt, başlatan etkene zıt yöndedir. Sonuç olarak bazı faktörler eksik ya da fazla kal­ dığında bir kontrol sistem i n eg atif feedback'i devre­ ye sokar, bu, o faktörün değerini normal düzeye çe­ ken bir dizi reaksiyonu başlatır, böylece hom eosta­ sis korunmuş olur.

Vücutta çalışan bütün kontrol sistem lerin in n e ­ den pozitif değil de negatif feed back’le çalıştığı sorusu sorulabilir. Eğer pozitif feed back’in y ap ı­ sını dikkate alırsanız, bu yolun stabilité değil instabiliteye ve sıklıkla ölüm e yol açab ileceğin i gö­ rebilirsiniz. Şekil 1-3 de pozitif feedback’ten kaynaklanabile­ cek ölüme bir örnek görülüyor. Bu şekilde kalbin

5-

S *' y

4>D)^

ra ra

E

P E S 2 oo.

/ 1 İt kanama,''

İ l 3d) c cö ra o °-

/ Normale Dönüş

2

-

1

-

o

2 İt kanama

i --------------------- r 1

2

Saatler

Bir Kontrol Sisteminin Kazancı. Sabit koşullan korumakla görevli bir kontrol sistem inin etkinlik düzeyi negatif feedback’iıı kazancıyla belirlenir. Örneğin baroreseptör basınç kontrol sistemi çalış-

ŞEKİL 1 - 3 1 İt kanın alınmasından sonra negatif feedback yoluyla kalbin pom pa etkinliğinin normale dönüşü. 2 İt kan alındığında pozi­ tif feedback ölüme yol açar.

BÖLÜM 1 • İnsan Vücudunun İşlevsel Organizasyonu ve "İç Ortamın" Kontrolü pom palam a gücü gösterilmektedir, normalde kalp dakikada 5 litre kan pompalar. Eğer birden bire 2 İt kan kaybedilirse vücutta kalan kan miktarı kalbin etkin bir pom pa olarak çalışmasına yetmez. Sonuç­ ta arteryel kan basıncı düşer ve koroner damarla kalbe ulaşan kan miktarı azalır. Bu, kalp kasının za­ yıflam asına ve pompa etkinliğinin daha da azalm a­ sına neden olur. Koroner damarlara ulaşan kan da­ ha da azalır, kalp biraz daha güçten düşer. Bu süre tekrar tekrar kendini yineler, sonuç, ölümdür. Bu­ rada herbir feedback halkanın kalbin daha da za­ yıflam asına neden olduğuna dikkat edin. Burada başlatan uyarı, kendisinin güçlenmesine neden ol­ maktadır, bu pozitif feedbacktir. Pozitif feedback bir “kısır döngii" olarak tanım la­ nabilir, ancak fazla güçlü olmayan bir pozitif feed­ back döngü vücudun negatif feedback kontrol m e­ kanizmaları tarafından baskılanabilir. Örneğin yu­ karıda sözü edilen kişiden 2 İt yerine 1 İt kan alınır­ sa kalp debisini ve arteryel basıncı kontrol eden norm al negatif feedback mekanizmalar, pozitif feedback’e üstün gelecek ve hasta Şekil 1-3' de nok­ talı eğriyle gösterildiği gibi iyileşebilecektir. Pozitif Feedback Bazen Yararlı Olabilir. Bazı n a­ dir durumlarda vücut pozitif feed back! kendi ken­ di yararına kullanmayı öğrenir. Kanın pıhlıtaşması pozitif feedback'in işe yaraya­ cak biçim de kullanılmasına bir örnektir. Bir kan damarı yırtıldığı ve bir pıhtı oluşmaya başladığı za­ man, pıhlıtaşma faktörleri adı verilen bir dizi en­ zim, pıhtının kendi içinde aktive edilir. Bu enzim ­ lerden bazıları diğerleri üzerine etki ederek pıhtı­ nın hem en yakınındaki bölgede bulunan aktiflen­ memiş enzimleri aktifler ve pıhtının büyümesini sağlar. Bu süreç damardaki delik kapanıp kanama duruncaya kadar devam eder. Bazen bu m ekaniz­ ma kendiliğinden işlemeye başlar ve istenmeyen pıhtıların oluşumuna neden olur. Çoğu akut kalp krizi, koroner arter içinde yer alan bir aterosklerotik plak üzerinde oluşmaya başlayan pıhtının arter tam am en tıkanıncaya kadar büyümesi nedeniyle ortaya çıkar. Doğum, pozitif feedbacak'in rol oynadığı durum­ lar için bir başka örnektir. Uterus kasılmaları beb e­ ğin başını seıvikse doğru yeterince güçlü biçim de itmeye başladığında gerilen serviksten başlayan uyarılar uteıus gövdesindeki uterin kaslara iletile­ rek bu kasların daha güçlü kasılmasın sağlar. U te­ rus kontıaksiyonlarınm artması seı viksin daha faz­ la gerilmesine, seıviksin daha fazla gerilmesi ute­ rus kaslarının daha şiddetli kasılmasına neden olur. Bu süreç yeterince güçlendiği zaman doğum gerçekleşir. Son olarak, pozitif feedback’in bir başka önemli kullanım yeri sinir sinyallerinin oluşumudur. Bir si­ nir lifinin m em branının uyarılması, mem branda bulunan sodyum kanallarından hücre içine bir miktar sodyumun sızmasına neden olur. Lif içine giren sodyum mem branda bulunan sodyum kanal­ larından hücre içine bir miktar sodyumun büyük bir hızla girişine yol açar ve aksiyon potansiyeli

7

oluşur. Oluşan aksiyon potansiyeli, siniri, tüm lif boyunca uyarır, olay, uyarı sinir lifinin tüm sonlanmalarına ulaşıncaya kadar devam eder. Pozitif feedback’in bir negatif feedback sürecinin bir parçası olduğunu öğreneceğiz. Örneğin pıhtı­ laşma olayında pıhtılaşmadaki pozitif feedback sü­ reci, kan hacm inin korunmasını sağlayan bir nega­ tif feedback süreçtir aslında. Ve sinir sinyallerini oluşturan pozitif feedback süreç, sinirin, sinirsel kontrol sistemleri içindeki binlerce negatif feed ­ back mekanizmaya katılmasını sağlar.

K o n tro l S iste m le rin in Daha K arm aşık Bazı T ip le ri- A d a p tif K o n tro l S istem i Kitabın daha sonraki bölümlerinde sinir sistem ini incelerken bu sistemin birbiıiyle bağlantılı son de­ rece karmaşık kontrol m ekanizm aları olduğunu göreceğiz. Bunlardan bazıları, yukarıda anlatılan­ lara benzer basit feedback sistemleridir, ancak, b a­ zıları da daha karmaşıktır. Örneğin, vücudun bazı hareketleri çok hızlıdır ve hareketi kontrol etm ek için vücudun perifeıik bölüm ünden gelen sinyal­ leri beyne kadar bütün bir sinir lifi boyunca gitm e­ si ve verilen yanıtın yeniden perifere taşınması için yeterli zaman yoktur. Beyin bu durumda ileri-beslemeli kontrol (feed-forward control) adı verilen bir ilkeyle gerekli kasların kasılmasını sağlar. Hareket eden bölümden gelen duysal sinir sinyalleri, daha sonra beyne, yapılan hareketin yapılmak istenen hareket olup olmadığı konusunda bilgi verir. Eğer yapılan hareket, yapılmak istenen hareket değilse beyin, aynı hareketin gerektiği bir sonraki d enem e­ de kasa gönderilen ön beslem eli sinyalleri düzeltir. Buna adaptif kontrol denir. Adaptif kontrol gecik­ miş bir negatif feedback sayılabilir. Bu örnek vücuttaki kontrol sistem lerinin ne ka­ dar karmaşık olabileceğini göstermektedir. İnsanın yaşamı tam anlamıyla bu sistem lerin tüm üne bağ­ lıdır. Bu nedenle bu kitabın büyük bölümü bu ya­ şamsal mekanizmaların tartışılm asına ayrılmıştır.

ÖZET-VÜCUDUN OTOMATİK İŞLEYİŞİ Bu bölümün amacı önce, vücudun bir bütün ola­ rak organizasyonunu tanım lam ak ve ikinci olarak da vücudun farklı bölüm lerinin bir uyum içinde çalışmasını vurgulamaktır. Özetle vücut yaklaşık 100 trilyon hücrenin bir sosyal düzen içinde, bazıla­ rı organ adını alan farklı işlevsel yapılar halinde or­ ganize olmasından ibarettir. Her işlevsel yapı, iç or­ tam olarak isimlendirilen ekstraseliiler sıvıdaki homeostatik koşulların korunması için bir görev üst­ lenir. İç ortamdaki normal koşullar korunduğu sü­ rece vücuttaki hücreler yaşamaya ve işlev görmeye devam ederler. Böylece, her bir hücre, hom eostasisden yarar sağlar ve diğer yandan hom eostasisin korunmasına katkıda bulunur. Bu karşılıklı (resiprokal) ilişki bir ya da birden fazla fonksiyonel sis­

8

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

tem, üstlendiği işlevi yerine getiremez duruma ge­ linceye kadar, bedenin sürekli otomatik işleyişini sağlar. Bir hücre grubunun işleyişi bozulduğu za­

man, vücuttaki bütün hücreler etkilenir. İşlev b o ­ zukluğunun ağırlığı ölüme yol açarken, daha hafif işlev bozuklukları hastalıkla sonuçlanır.

REFERANSLAR Adolph E F : Physiological adaptations: hyper­ trophies and superfunctions. A m S ei 6 0 : 6 0 8 . 1972. Bernard C : Lectures on the Phenom ena o f L ife Com m on to A nim als and Plants. Spring­ field: C harles C Thom as, 1974. Brand M D : Regulation analysis o f energy me­ tabolism . J Exp B io l 2 0 0 :1 9 3 , 1997. Burattini R , B o rg d o rff P: C loscd -loop baroreflex control o f total peripheral resistance in the cat: identification o f gains by aid o f a m odel. C ard iovasc Res 1 8 :7 1 5 , 1984. C annon W B : T h e W isdom o f the Body. New Y o rk : W\V Norton & C o. 1932. Conn P M , G oodm an H M : H andbook o f Physi­ o logy: C ellu lar Endocrinology. Bethesda: A m erican Physiological S o ciety , 1 9 97. D anzler W H (cd ): Handbook o f Physiology, S e c . 13: C om paritive Physiology. Bethesda: A m erican Physiological S o ciety , 1997. Garland T Jr, C arter PA : Evolutionary physiol­ ogy. Annu R ev Physiol 5 6 :5 7 9 , 1994. G elehrter T D , C ollins F S : Principles o f M edi­ cal G enetics. Baltim ore: W illiam s & W il­ kins, 1995. G iich rest B A , B o h r V A : Aging processes, DN A dam age, and repair. FA SH B J 1 1 :322, 1997. Guyton A C : Arterial Pressure and H yperten­ sion. Philadelphia: W B Saunders C o, 1980.

Guyton A C , T a y lo r A E, G ranger H J: D ynam ­ ics and C ontrol o f the Body Fluids. Phila­ delphia: W B Saunders C o, 1975. Hasser E M , B ish op V S , Hay M : Interactions betw een vasopressin and baroreflex control o f the sym pathetic nervous system . C lin Exp Pharmacol Physiol 2 4 :1 0 2 , 1997. H offman J F , Jam ieson JD : Handbook o f Phys­ iology: Cell Physiology. Bethesda: A m eri­ can Physiological S o ciety , 1997. Hosking D J: Calcium hom eostasis in preg­ nancy. C lin Endocrinol 4 5 :1 , 1996. Kurokaw a K : How is plasm a calcium held constant? M ilieu intérieur o f calcium . K id­ ney Int 4 9 :1 7 6 0 , 1996. Lew in B : G enes V I. New Y o rk: Oxford U n i­ versity Press, 1997. M anslicld R T , Parker M M : C erebral autoregu­ lation during venovenous extracorporeal m em brane oxygenation. C rit Care Med 2 4 : 1945, 1996. M asoro E J (cd ): Handbook o f Physiology, S ec. 1 1: A ging. Bethesda: A m erican Physiologi­ cal S o ciety , 1995. M athew R J: Postural syncope and autoregula­ tion o f cerebral blood flow. B io l Psychiatry 4 0 :9 2 3 , 1996. M cK in ley M J, Pennington G L , Oldfield B J : A nterovcntral w all o f the third ventricle and

dorsal lamina term inalis: headquarters for control o f body fluid h om eostasis? Clin Exp Pharm acol Physiol 2 3 :2 7 1 , 1996. M ilhorn H T: T h e A pplication o f C ontrol T h e ­ ory to Physiological S ystem s. Philadelphia: W B Saunders C o, 1966. M oore K L , Persaud T V N , S h iota K : C olor A t­ las o f C lin ical Em bryology. Philadelphia: W B Saunders C o, 1994. Norsk P: Role o f arginine vasopressin in the regulation o f extracellu lar fluid volum e. M ed S c i Sports E x e rc 2 8 :S 3 6 , 1 9 96. N osaka S : M odifications o f arterial barorellexes: obligatory roles in cardiovascular regulation in stress and poststress recovery. Jpn J Physiol 4 6 :2 7 1 , 1996. O ’Leary D S: Heart rate control during exe rcise by baroreceptors and skeletal m uscle afferents. M edi S ci Sports E x erc 2 8 :2 1 0 , 1996. O rgel L E : T h e origin o f life on the earth. S c i Am 2 7 1 :7 6 , 1994. Rabinow itz L : A ldosterone and potassium h o ­ meostasis. K idney Int 4 9 :1 7 3 8 , 1996. Sadler T W : Langm an’s M edical Em bryology. Baltim ore: W illiam s & W ilkin s, 1995. Thom son R C : B io m aterials Regulating Cell Function and T issu e D evelopm ent. W arrendale, PA : M aterials R esearch S o ciety , 1998. T jia n R : M olecular m achines that control genes. S c i A m 2 7 2 :5 4 , 1995.

İnsanda bulunan 100 trilyon ya da daha fazla sayı­ daki hücre, kendilerini çevreleyen sıvı yeterli b e ­ sinleri içerdiği sürece yaşayabilir ve çoğu kez ço ­ ğalabilir. Vücuttaki organların ve diğer yapıların işlevlerini anlayabilm ek için önce hücrenin temel organizasyonunu ve hücre bölüm lerinin işlevleri­ ni anlam am ız gerekir.

HÜCRENİN ORGANİZASYONU Işık mikroskobunda görülen tipik bir hücre şekil 2 -1 ’de gösterilmiştir. Hücrenin iki temel bölümü mıkleus ve sitoplazmadır. Nukleus, sitoplazm adan bir mıkleus membmmylcı ayrılmıştır; sitoplazma, kendini çevreleyen sıvıdan hücre m enıbıanıyla ayrılır. Hücreyi oluşturan farklı m addeler topluca pro­ toplazm a adım alır. Protoplazm a tem el olarak beş m addeden oluşur: su, elektrolitler, proteinler, lipidler,karbonhidratlar. Su: H ücrenin tem el sıvı ortam ı sudur, bir çok h ü cren in % 70 -8 5 ’i sudan oluşm uştur (yağ h ü c­ releri hariç). Hücre içindeki bir çok kim yasal m adde suda çözünm üş durumdadır, diğer m ad­ deler p arçacıklar h alind e sü span se olm uştur. Kim yasal reaksiyonlar, erim iş kim yasallar ara­ sında ya da süspanse haldeki m em b ıa n ö z yapı ve partikiillerin yüzeyiyle su arasındaki sınırda gerçekleşir. İyonlar. Hücre içindeki en önem li iyonlar potas­ yum, magnezyum, fosfat, sülfat, bikarbonat ve az m iktarda sodyum, klor ve kalsiyumdur. Bu elekt­ rolitler intrasellüler ve ekstraselliiler sıvılar arasın­ daki ilişkilerin yer aldığı dördüncü bölüm de ay­ rıntılı olarak tartışılmıştır. İyonlar, hücresel reaksiyonlar için gerekli olan inorganik kim yasalları oluştururlar. Ayrıca bazı h ü c re s e l k on tro l m e k a n iz m a la rın ın işlem esi için de gereklidirler. Ö rneğin hücre m e m b ıa n ı ü zerinde etkili iyonlar sinir ve kas liflerinde e lek tıo k im y asal u yarıların iletisin i sağ lam ak için gereklidir.

Proteinler. Sudan so n ra h ü crelerd e en fazla m iktarda bulunan m adde proteindir, norm ald e hücre kütlesinin % 1 0 -2 0 ’siııi oluşturur. H ücre proteinleri yapısal proteinler ve genellikle enzim olarak işlev gören globu lar proteinler olarak iki­ ye ayrılır. Hücredeki bu tip yapısal proteinler, genellikle uzun, ince filam entler halinde bulunur, bunlar bir çok protein m olekülünün polim eridir. Bu tür intrasellüler filam entlerin en bilinen kullanımı, tüm kasların kontraktil mekanizm asıdır. Fila­ m entler ayrıca m ikrotübüller halinde silia, sinir aksonu, m itotik iğcikler gibi “hücre iskeleti" oıganellerini de oluştururlar. Fibriler p roteinler ekstıaselliiler olarak özellikle kollejen ve bağ dokusu­ nun elastin liflerinde, kan dam arları, tendon, li­ gament vb. içinde bulunur. Globiiler proteinler tam am en farklı tiptedir, ge­ nellikle tek protein m oleküllerinden oluşm uştur ya da daha büyük oranda, fibriler yapıdan çok globiiler yapıda bir araya gelmiş bir kaç protein m o ­ lekülünden oluşurlar. Bu protein ler genellikle hücrede enzim işlevi görür ve fibriler proteinlerin tersine hücre içi sıvıda erimiş durum dadır.Önem li bir bölüm ü de hücre içindeki m eın b ıan ö z yapı­ lara yapışık durumdadır. Bu enzim ler hücredeki diğer maddelerle doğrudan ilişki içindedir ve kim ­ yasal reaksiyonları katalizlerler. Örneğin, gilikozu bileşenlerine ayırarak, oksijenle birleştirip, kar­ bon dioksit ve suyun oluşum unu ve hücresel iş­ levler için gerekli enerjiyi sağlayan reaksiyonlar, bir dizi protein enzim tarafından katalizlenir. Lipidler. Lipidler, ortak özellikleri yağ çözücüler­ de erim ek olan, bir kaç ayrı tip maddeyi kapsar. Hücrelerin çoğundaki en önem li lipidler fosfolipidler ve kolesteroldür. Bu tip yağ toplam hücre kitlesinin % 2’sini oluşturur. Fosfolipid ve koleste­ rolün suda erim em esi, hücre m em branının ve hücre içi bölüm leri birbirinden ayıran m em bıanöz bariyerlerin oluşum unu sağlar. Fosfolipidler ve kolestrol dışında hücrelerde çok miktarda nötral yağlar da denen trigliseritler de bulunur. Yağ hücrelerinde hücre kitlesinin % 95’i trigliseritlerden oluşmuştur. Bu hücrelerdeki yağ, vücudun gereksinim duyduğu her durumda çözü-

10

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

Nükleoplazma Sitoplazma Çekirdek

Nükleolus

Hücre zarı

m olekülleri genellikle m em b ran ı boyuna kat eder,bu yapılar genellikle por olarak adlandırılır, böylece bazı özel m addelerin m em randan ser­ bestçe geçişine izin verir. M em bran proteinlerinin bir bölümü de enzim işlevi görür ve çeşitli kimya­ sal reaksiyonları hızlandırırlar. Bunlar, bu ve bir sonraki bölümde ayrıntılı biçim de tartışılacaktır.

H ücre M e m b ra n ı

Çekirdek zarı

ŞEKİL 2 - 1 Hücrenin ışık mikroskobunda görülen yapısı.

nerek enerji sağlayan besinlere dönüşen ana de­ polardır. K arbonhidratlar. K arbonhidratlar glikopıoteiıı m oleküllerinin bir parçası olmak dışında yapısal açıdan fazla işlevsel önem taşımazlar ama hücre beslenm esinde büyük rol oynarlar. İnsan hücrele­ rinin çoğunda karbonhidrat depoları fazla büyük değildir, genellikle toplam hücre kitlesinin % 1’ini oluşturur, bu oran kas hücrelerinde %3, karaciğer hücrelerinde % 6’dır. Çözünmüş glikoz şeklinde karbonhidrat ekstraselliiler sıvıda her zam an kul­ lanılabilir durumdadır. Az miktarda karbon hid­ rat, hücrede, suda çözünm eyen glikoz polim eri olan glikojen halinde depolanmıştır, glikojen, ge­ rekli olduğu durumlarda hızla hücrenin enerji ge­ reksinimini karşılar.

HÜCRENİN FİZİKSEL YAPISI Hücre yalnızca sıvı, enzim ve kimyasal m addeler­ den oluşmuş bir torba değildir, çoğu orgcınel adını alan yüksek bir organizasyon gösteren fiziksel ya­ pıları da kapsar. Her bir oıganelin fiziksel doğası hücre için kimyasal yapılar kadar önemlidir. Ör­ neğin oıganellerden biri olan m itokondriler olm a­ saydı hücrenin enerji desteğinin % 95’i birden bire kesilirdi. Hücrenin bazı ana organelleıi ya da ya­ pıları şekil 2 -2 ’de gösterilmiştir.

Hücredeki M em branöz Yapılar Hücrenin bütün organelleıi, tem el olarak lipid ve proteinlerden oluşan bir m em branla çevrelen­ miştir. Hücre membranı, çekirdek membranı, en-

d op lazm ik retikulum m em branı, nıitokondri membranı, lizozomlar ve G olgiapareyibunlar ara­ sında sayılabilir. M em bran yapısındaki lipidler suyun ve suda eriyebilir m addelerin bir hücre kom partm anından diğerine serbestçe gitm esini engeller çünkü su yağda çözünm ez. M em bıanda yer alan protein

Hücreyi saran m erm bıan, 7,5-10 nanom etre ka­ lınlığında, ince,kıvrılabilir ve elastik bir yapıdır. Tam amen lipid ve protinlerden oluşmuştur. Yakla­ şık bileşimi, %55 protein, %25 fosfolipid, %13 ko­ lesterol, %4 diğer lipidler ve %3 karbonhidrattan oluşmuştur. Hücre Membranının Lipid Bariyeri Suyun Sız­ masını Engeller. Şekil 2 -3 ’de hücre m em branı gösterilmektedir. Temel yapısı bir lipid çift taba­ kadır, yalnızca iki molekül kalınlığında bir film tüm lıticr yüzeyini kaplar. Bu tabakanın arasına büyük globiiler proteinler serpiştirilmiştir. Lipid çift tabaka tem el olarak fosfolipidlerden oluşmuştur. Her fosfolipid m olekülünün bir bölü­ mü suda çözünebilir, yani hidrofiliktir. Fosfolipidin fosfat bölüm ü hidrofılik, yağ asidi bölüm ü ise

hidrofobiktir. Fosfolipid moleküllerin hidrofobik bölüm leri su tarafından itilir ama bu bölüm ler birbirlerini ç e ­ kerler, bu yüzden doğal olarak zarın iç kısmında şekil 2 -3 ’de görüldüğü gibi yan yana sıralanm a eğilimindedir. Suya bakan yüzeyler hidrofilik fos­ fat bölümler tarafından kaplanmıştır. Çiftkatlı m em ıanın ortasındaki lipid tabaka, gli­ koz, üre, iyonlar gibi suda eriyen m addeler için ana bariyeri oluşturur, ancak oksijen, karbon dioksit ve alkol gibi yağda eriyen m addeler m em ranın bu bölüm lerinden kolayca geçebilirler. Lipid çiftkatlı önem li niteliklerinden biri, katı değil, sıvı oluşudur. Böylece m em ranın bölüm leri hücre yüzeyi boyunca yer değiştirebilir. Lipid çiftkat içinde çözünen ya da buraya tutunan p rotein­ ler ya da diğer m addeler hücre yüzeyinin tüm alanlarına diffüze olurlar. Membraııda bulunan kolestrol molekülleri lipid doğadadır çünkü kolestroluıı steroid çekirdeği yağ­ da erir. Bu moleküller lipid çift tabaka içinde erimiş durumdadır. Ana görevleri, çift tabakanın vücut sı­ vılarının suda erir maddelerine karşı geçirgenlik derecesini belirlemeye yardım etmektir. Kolesterol ayrıca mem branın akışkanlığını da belirler. Hücre M em bran Proteinleri. Şekil 2 -3 ’de lipid çift tabakada yüzen globuler kitleler görülm ekte­ dir. Bunlar, çoğu glikopotein yapıdaki zar protein ­ lerdir. Proteinler iki tiptir: iııtegral proteinler zarı boydan boya kat ederler, periferik proteinler ise m em ranın yalnızca bir yüzeyine tutunmuşlardır, zara penetıe değillerdir.

BÖLÜM 2 • Hücre ve işlevi

11

Sekretuar granül Golgi apareyi Mikrotübüller Hücre membranı Kromozomlar ve DNA Lizozom Mitokordri Nükleer membran Nukleolus

Glikojen

Ribozomlar

Mikrofilamentler Düz (agranüler) endoplazmik retikulum

ŞEKİL 2 ■ 2 Sitoplaznıa ve nukleusdaki organelleri gösteren, tipik bir hücrenin kesiti.

protein

Karbonhidrat

V -0*H :>S>

V .

nm Lipid çift tabaka

integral___/ protein V ,.

Periferik

j

Sitoplazma

ŞEKİL 2 - 3 I Iiicre membranının temel olarak fosfolipid çift tabakadan oluştuğunu ancak çok sayıda protein molekülünün bu tabaka içine yerleşmiş olduğunu gösteren şeması. Proteinlere mcmbranın dış yüzünde karbonhidrat uçlar bağlanırken, membranın iç yüzünde başka protein molekülleri bulunur. (Lodish Rothman'dan; Hücre membranının bileşenleri. Sci Am 240:48, 1979 © 1979 Scientific American İne Tüm haklan saklıdır.

12

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

Intégral proteinlerin çoğu su m oleküllerinin ve suda eriyen m addelerin, özellikle iyonların ekstrasellüler ve intrasellüler sıvı arasında diffüze ol­ m alarını sağlayan yapısal kanalları (por) oluştu­ rur. Bu protein kanallar selektif niteliktedir, bir kanaldan bazı m addeler diğerlerine oranla yeğle­ nerek diffüze olur. Intégral proteinlerin bir bölüm ü ise m em brandan geçem eyen m addelerin Lipid çift tabakadan geçişini sağlayan taşıyıcı proteinlerdir. Bazen bu taşıyıcılar maddeleri doğal diffüzyon yönlerinin tersine, “aktif transport” adı verilen bir yolla taşır­ lar. Bir bölüm ü de enzim olarak işlev yapar. Perifeıik proteinler ise hem en hem en ya da ta­ m am en m em branm iç yüzüne yerleşik durum da­ dırlar ve genelde bir intégral proteine tutunm uş­ lardır. Perifeı ik pıotinler hem en her zam an enzim olarak işlev görür ya da intraselüler işlevleri başka yollarla kontrol etm e görevi üstlenmişlerdir. M em bran Karbonhidratları - Hücre "Glikokaliksi". M em bran karbonhidratları hem en daima proteinler ya da lipidlerle kom bine olarak glikoproteinler ve glikolipidler halinde bulunur. Intégral proteinler çoğu glikopıoteindir. Bu moleküllerin “gliko” bölüm leri hem en daima hücre yüzeyinden dışa doğru asılarak çıkıntı yapar, karbonhidrat b i­ leşiklerinin proteoglikan adı verilen bir çoğu, kü­ çük bir protein çekirdekle biribirine tutunm uş ve hücrenin dış yüzeyine gevşek biçim de bağlamış karbonhidrat maddelerdir. Bu nedenle hücrelerin dış yüzeyi glikokaliks adı verilen gevşek bir kar­ bonhidrat örtüyle kaplıdır. H ücrenin dış yüzeyine tutunan karbonhidrat uçlarının birkaç önem li işlevi vardır: (1) Çoğu elektriksel olarak negatif yüklü oldukları için h ü c­ renin dış yüzeyinin negatif yüklü olm asına neden olurlar, diğer negatif yüklü maddeleri iterler. (2) Bazı hücrelerin glikokaliksi diğer hücrelerin glikokaliksine bağlanır böylece hücreler birbirine tu ­ tunmuş olur. (3) Karbonhidratların çoğu insülin gibi horm onların bağlanm ası için reseptör görevi yapar, bağlanm adan sonra bu kom binasyon tutunm uş(bağlantılı) internai proteinlerin aktive ol­ m asını sağlar, bu da bir dizi intrasellüler enzimin aktivasyonuna neden olur. (4) Bazıları 34. bölüm ­ de tartışıldığı gibi bağışıklık reaksiyonlarına girer.

E n d o p la z m ik R e tiku lu m Şekil 2 -2 ’de sitoplazm ada endoplazm ik retikıılunı adı verilen tubuler ve düz vezikiiler yapılardan oluşmuş bir ağ görülmektedir. Tubulus ve vezikıillerin tümü birbiriyle ilişki halindedir. Bu organelin duvarları tıpkı hücre m em ranı gibi çiftkat lipidden oluşm uştur ve çok miktarda protein iç e ­ rir. Bu organelin toplam yüzey alanı bazı h ücıelerde-önıeğin karaciğer hücrelerinde-hiicrenin dış yüzey alanının 30-40 katı kadar olabilir. Endoplazmik retikulum un küçük bir bölü m ü ­ nün ayrıntılı yapısı şekil 2-4'de gösterilmiştir. Tubul ve veziküllerin içi endoplazm ik matriks denen ve endoplazmik retikulum dışındaki sıvıdan farklı olan akışkan(sulu) bir sıvıyla doludur. Elektıonmikıoskopik fotoğraflar endoplazm ik retikulum içindeki boşluğun çift katlı çekirdek m em ranın arasındaki boşlukla bağlantılı olduğunu göster­ miştir. Hücrenin başka bölüm lerinde yapılan m adde­ ler endoplazm ik retikulum içine alınır ve daha sonra hücrenin diğer bölüm lerine iletilirler. Reti­ kulum yapısındaki çok geniş alan ve bu m em bran üzerinde bulunan çok sayıdaki enzim hücrenin m etabolik işlevlerini gerçekleştiren m akinenin önemli bir parçasını oluşturur. Ribozom lar ve G ranüler Endoplazm ik R etiku­ lum. Endoplazm ik retikulum un bir çok b ö lg esin ­ de dış yüzeyine tutunm uş ribozom denen çok sa ­ yıda küçük granüler partiküller bulunur. E n d op ­ lazmik retikulum un böyle gözüken bölüm lerine granüler en doplazm ik retikulum denir. R ib o ­ zom lar ribonükleik asit (RNA) ve protein karışı­ m ından oluşm uştur ve hücrede, bu bölüm de ve 3. bölüm de tartışılan protein sen tezin i geıçekleştiriler. A g ran ü ler Endoplazm ik R etikulum . E n d o p ­ lazm ik retikulum un ribozom içerm ey en b ö lg e­ sidir. Agranüler ya da düz en doplazm ik retiku­ lum adını alan bu bölge hücredeki lipid m ad ele-

Sitoplazm a ve Organelleri Sitoplazma, farklı büyüklükte ve dağınık durumda partiktil ve oıganelle doludur. Partiküllerin içinde dağıldığı sitoplazm anın berrak sıvı kısmına sitozol denir. Bu sıvıda çözünm üş proteinler, glikoz ve elektrolitler bulunur. Sitoplazmadaki partikiiller nötral yağ globülleri, glikojen granıılleri, ribozomlar, sekretuar veziküller, ve beş önem li organelden oluşmuştur. Bu organeller endoplazm ik retikıılunı, Golgi apereyi,

mitokondriler, lizozom lar ve peroksizomlardır.

Endoplazınik retukulumun yapısı (De Robertis, Seaz, De Robertis’dcn değiştirilerek Cell Biology 6th ed. Philadelphia, W.B. Saunders Company 1975)

BÖLÜM 2 • Hücre ve İşlevi

ŞEKİL 2 • 5 Tipik bir Golgi apereyiııin endoplazmik retikulum ve ııukleusla ilişkisi.

13

parçaya ayıran bir proteindir. Su m olekülünü ouşturan bir hidrojen, ikiye bölünen m addenin bir tarafından alınır. Örneğin proteinler hidrolize edilerek am inoasitelere, glikojen ise hidrolize edi­ lerek glikoza ve lipidler hidrolize edilerek yağ asit­ leri ve gliseıole dönüşür. Lizozomları çevreleyen m em bran, hidrolitik e n ­ zim lerin hücredeki diğer maddelerle tem asını e n ­ geller, böylece hücre içindeki yapıların sindiril­ m esini önler. Ancak bazı koşullar alında lizozom ların bazılarının m em branı açılır ve içindeki e n ­ zim ler serbest kalır. Bu enzim ler hücre içinde kar­ şılaştıkları organik molekülleri am inoasitler ve glikoz gibi küçük, diffüzyon hızı yüksek parçalara ayırırlar. Lizozomlar ın daha spesifik işlevlerinden bazıları bu bölüm de daha sonra tartışılacaktır.

P e ro ksizo m la r ri sen tezler ve birçok enzim atik süreci g erçek ­ leştirir.

G o lg i - A p e re y i Şekil 2 -5 ’de gösterilen Golgi Apereyi endoplaz­ m ik retikulum la yakından ilişkilidir. Agranüler endoplazm ik retikulum a çok benzer bir m em bran yapısına sahiptir. Çekirdeğin yakınında dört ya da daha fazla ince, düz vezikülün üst üste di­ zilm esiyle oluşm uş bir yapıdır. Bu aperey salgı yapan hücrelerde iyi gelişmiştir, bu tip hücıeled e salgılanan m addelerin hücre dışına verildiği k e­ narda yerleşm iştir. Golgi apereyiııin işlevi endoplazmik retikulumla bağlantılıdır. Şekil 2 -5 ’de gösterildiği gibi endop­ lazmik retikulumdan kopan endoplazmik retiku­ lum vezikiilleri ya da kısaca ER vezikiilleri veya transport vezikiilleri adını alan vezikiiller, hem en sonra Golgi apereyi ile birleşir. Bu yolla endoplaz­ mik retikulumun tuttuğu maddeler Golgi apereyine taşınm ış olur. Bu maddeler Golgi apereyiııde iş­ lenerek lizozomları, salgı veziküllerini ve bu bölü­ m ün daha sonraki kısımlarında tartışılacak olan diğer sitoplazm ik yapıları oluşturur.

L iz o z o m la r Şekil 2 -2 ’de gösterilen lizozomlar, Golgi apereyi tarafından oluşturulan veziküler organelleıdir, daha sonra tüm sitoplazm aya dağılırlar. Lizozom ­ lar hücre içi sindirim sistemini oluştururlar, h ü c­ renin özellikle l)haraplanm ış yapılarını, 2)hiicreye alm an besin paıtiküllerini ve 3)bakteıiler gibi isten m eyen m ad d eleri sindirirler. Lizozom lar hücreden hücreye farklılık gösterm ekle birlikte 2 50-7 5 0 n a n o m etıe çapındadır. Çiftkatlı lipid m em branla çevıeli, 5-8 n anom etıe çapında çok sayıda partikiil kapsayan yapılardır. Bu partikiiller 40 farklı tip hidrolaz (sindirici) enzimin protein agregatlarıdır. Ilidrolitik enzim, bir organik bileşi­ ği, bileşikten bir su molekülü çıkararak, en az iki

Peıoksizom lar lizozom lara fiziksel açıd an b e n ­ zerler am a iki önem li farkları vardır: birincisi, Golgi apereyi tarafından değil, kendilerini ço ğ al­ tarak (self-ıeplication) (ya da belki düz en d o p ­ lazm ik retikulum dan tom urcuklanarak) oluştuk­ ların a inanılm aktadır. İkincisi, h id ro lazlaıd an çok, oksidaz enzim leri içerirler. Bazı oksidazlar, farklı intraselliiler kimyasal m addeleri oksijenle birleştirerek hid rojen peroksit (H 2 O 2 ) üretm e yeteneğindedir. H idrojen peroksidin kendisi, yük­ sek bir oksitlem e kapasitesine sahiptir ve bir b a ş­ ka oksitleyici enzim olan ve peıoksizom lard a bol m iktarda bu lu nan katalazla b ağ lan tılı olarak kullanılır. Bu enzimler, hücre için zehirli o lab ile­ cek m addeleri oksitleyerek zararsız hale getirir­ ler. Örneğin bir bireyin içtiği alkolün yaklaşık ya­ rısı karaciğer hücresinin peroksizom larında bu yolla detoksifiye edilir.

Salgı V e zikü lle ri Bir çok hücrenin önem li işlevlerinden birisi de belli bazı maddeleri salgılamaktadır. Bu tür salgı m addelerinin hepsi endoplazm ik ıetikulum -G olgi cihazı sistem inde oluşturulur ve Golgi cihazından sitoplazmaya, sekretııvar vezikiiller ya. da sekretıtvar grcınüller adı verilen depo vezikülleri içinde gönderilirler. Şekil 2-6 pankreas asinar hücreleri içinde protein proenzim leri depolayan tipik sekıetuar vezikülleri gösterm ektedir (enzim ler henüz aktive edilm emiştir). Pıoenzim ler daha sonra dış hücre m em barınından pankreas kanalına salgıla­ nırlar ve duodenum a geçerler, burada aktive ola­ rak sindirim işlevlerini gerçekleştirirler.

M ito k o n d rile r Şekil 2-2 ve 2-7'de gösterilen mitokondriler hücre­ nin "enerji santrali” olarak bilinir. Mitokondriler ol­ madan hücre besinler ve oksijenden önemli miktar­ da enerji elde edemez ve sonuçta tüm hücresel iş­ levler durur.

14

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Flücre ve Genel Fizyoloji

leşm esi için enerji gereken her yerde enerjisini ve­ rir. ATP oluşum unun kimyasal ayrıntıları 67. B ö­ lümde anlatılmaktadır, hücrede ATP’nin bazı te ­ mel işlevlerinden bu bölümde söz edilecektir. M itokondriler kendilerini çoğaltabilirler, h ü cre­ de enerji gereksinimini arttığında bir m itokondı iden iki, üç ... m itokondri oluşabilir. M itokondriler nukleustaki gibi d eoksiribon ü kleik a sit (DNA) iç e ­ rirler. 3. Bölüm de DNA’nın çekirdeği oluşturan ve bölünmeyi kontrol eden tem el m adde olduğunu öğreneceğiz. M itokondri DNA’sı da aynı işi görür, m itokondrinin bölünm esini denetler. ŞEKİL 2 • 6 Pankreasın asiner hücrelerinde sekretuvargranüller.

Mitokondriler, tüm sitoplazma bölümlerinde bu­ lunurlar ama hücre içindeki sayıları hücrenin gerek­ sinim duyduğu enerji miktarına göre yüz ile birkaç bin arasında değişebilir. Ayrıca mitokondriler hücre­ de enerji metabolizm asının yoğun olduğu bölgeler­ de toplanırlar. Biçim ve boyutları da farklı olabilir, bazıları birkaç yüz nanom etre çapında ve globiiler biçimde olabilir, bazıları uzun olabilir (1 mikron eninde 7 mikron boyunda olabilirler), bazıları da dallanmış ve fılamentöz yapıda olablir. M itokondrinin yapısı şekil 2 -7 ’de gösterilmiştir. Lipid çiftkat-pıoteinden oluşmuş iki zarı vardır: bir dış ve bir iç m em bran. İç m em branın oluştur­ duğu kıvrımlara oksidatif enzim ler tutunur. Mitokondri içindeki boşluk, besinlerden enerji elde edilmesi için gerekli olan çözünm üş enzimleri içe­ ren bir m atriksle doludur. Bu enzimler iç m em bra­ na tutunm uş olan enzim lerle işbirliği halinde çalı­ şarak besinlerin oksidasyonunu, sonuçta su ve karbon dioksit oluşumunu ve bunlarla eş zamanlı olarak enerji serbestlem esini sağlarlar. Açığa çıkan enerji, cıdenozin trifosfat (ATP) adı verilen yüksek enerjili bir bileşiğin sentezlem esi için kullanılır. ATP daha sonra m itokondri dışına taşınır, tüm hücreye diffüze olarak hücresel işlevlerin gerçek-

Dış membran \

H ücre F ila m e n tle ri ve T ü b ü le r Y apılar Hücredeki fıbriler proteinler çoğunlukla filam ent ya da tubuller halinde organize olmuştur. Ribozonılar tarafından sentezlenen öncül (pıekürsör) proteinlerden sitoplazm ada oluşurlar. Öncül m o ­ leküller film ııentleri oluşturmak üzere polim eıize olurlar.Bir örnek olarak çok miktarda aktin filam entinin hücre zarının hem en altında toplanarak ek to plazm a denen, esnek bir destek bölge oluştur­ ması verilebilir, daha önce söylemiştik. Kas h ü cre­ lerinde de aktin ve miyozin filam entleri özel bir düzenlemeyle kontraJctil bir m akine oluştururlar. Bu kasılma sistem i tüm bedendeki kas kasılm ası­ nın temelidir ve Bölüm 6 da ayrıntılı biçim de tarüşılmaktadır. Polimerize tubulin m oleküllerinden oluşan özel bir tip filament, tüm hücrelerde çok sağlam bir tü­ büler yapı olan m ikrotübülleri oluşturur. Şekil 28 ’de bir sperm in flagellumundan ayrılmış mikrotübüller görülmektedir. Mikrotübüler için bir başka örnek, hücre sitoplazm asından silium laıın uca doğru dağıldığı tüm siliaların bağlı bulunduğu tubuler iskelet yapısı­ dır. Bu yapı şekil 2 -1 7 ’de gösterilmiştir. Ayrıca seııtriyollerve bölünen hücrelerdeki ıııitotik iğcikler de sağlam mikrotübi'ıllerden oluşmuştur. Bu örnekler, m ikrotübülleıin tem el görevinin hücrenin belli bölgelerinde sert fiziksel yapılar halinde hücre iskeleti (cytoskeletoıı) ni oluşturm ak olduğunu göstermektedir.

jç membran Matriks

^7

Kıvrımlar

Nukleus Çekirdek, hücrenin kontrol merkezidir. Çekirdek

genlerde çok miktarda DNA içerir. Genler, araların­

Oksidatif fosforilasyon enzimleri

__N Dış aralık

ŞEKİL 2 - 7 Bir mitokondrinin yapısı. (De Robertis, Saez, De Robertis’den değiştirilerek Cell Biology 6th ed. Philadelphia, W.B. Saunders Company 1975).

da yapısal hücre proteinlerinin ve sitoplazmik aktiviteyi kontrol eden sitoplazma enzimlerinin de b u ­ lunduğu hücre proteinlerinin niteliklerini (karakte­ ristiklerini) belirler ve çoğalmayı da kontrol ederler. Genler önce kendilerini eşleyerek birbirine özdeş iki grup gen oluşturur, bundan som a hücre mitoz adı verilen özel bir bölünme dönemi geçirerek her biri iki özdeş gen grubundan birini alır. Çekirdeğin bü ­ tün bu aküviteleri 3. Bölümde ayrıntılı olarak anla­ tılmaktadır. Çekildiğin mikroskop altlıdaki görüntüsü, akti-

BÖLÜM 2 • Hücre ve İşlevi

15

ŞEKİL 2 - 8 Bir spermin flagellumundan ayrılmış mikrotübüller. (Porter’dan: Ciba Foundation Symposium: Principles of Biomolecular Organization. Boston Little Brown & Company 1966).

viteleri kontrol etm e m ekanizm aları hakkında fazla ip ucu vermez. Şekil 2 -9 ’da bir inteıfaz (b ö ­ lünm e arasındaki devre) nukleusunun ışık m ik­ roskobundaki görüntüsü izlemektedir. Tüm nukleoplazm a boyunca koyu boyanm ış krom atin m ateryali görülmektedir. Mitoz sırasında krom a­ tin m ateryali hem en fark edilebilecek biçim de şe ­ killenerek 3. Bölüm de gösterilen ve ışık m ikros­ kobu altında kolayca görülebilen krom ozom ları oluştururlar.

Çekirdek Membranı Çekirdek menıbranı, çekirdek zarfı olarak da isim ­ lendirilir. Aslında iki tabakadan oluşmuştur. Dış m em bıan endoplazmik retikulumla devam eder ve iki çekirdek zarı arasındaki boşluk da endop­ lazm ik retikulum içindeki boşlukla Şekil 2 -9 ’da görüldüğü gibi bağlantılıdır. Çekirdek zarında binlerce nükleer por bulunur.

Endoplazmik retikulum

büyük protein molekül kom plekslerinin por çev­ resinde yapışmaları nedeniyle açıklık yalnızca 9 nanom etreye düşer. Bu dar aralık bile m oleküler ağırlığı 44000’e kadar olan orta boy m oleküllerin geçişine izin verir.

Çekirdekçik ve Ribozomların Oluşumu Çoğu hücrenin çekildiğinde koyu boyanan ve nukleolus (çekirdekçik) adı verilen bir yapı bulu­ nur. Nukleolusun kendisini çevreleyen bir m em bıan ı yoktur. Çok miktarda RNA ve ıibozom larda bulunan proteinleri içerir. Hücre aktif olarak pro­ tein sentezi yapm aya başladığında çekirdekçik belirgin biçim de büyür. Nukleolusun oluşum u (ve nukleus dışında sitoplazm ada ribozom ların ki de ) çekirdek içind e b aşlar.Ö n ce k ro m ozo m lard aki özgül g en ler RNA m n se n tez len m e sin i sa ğ la r.S e n te z le n e n RNA nın bir bölüm ü çekiıd ekçikd e d ep o lan ır­ ken büyük bir bölüm ü n iileer p o rlaıd an sitoplazm aya geçer, burada özgül protein lerle olgun ıib o zo m halinde b irleşeıek 3. B ölü m d e bütün ayrıntılarını göreceğim iz şekilde p rotein s e n te ­ zini gerçekleştirirler.

Nukleolus Porlar

ŞEKİL 2 - 9 Nukleusuıı yapısı.

Nukleoplazma Kromatin materyali (DNA) Sitoplazma Nükleer zarf iç ve dış membranlar

HAYVAN HÜCRESİYLE YAŞAM IN HÜCRE ÖNCESİ BİÇİMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI Çoğumuz hücrenin yaşam ın en alt basam ağı ol­ duğunu düşünürüz. Oysa hücre son derece kar­ maşık bir organizmadır ve günümüzdeki virüslere benzeyen ilk yaşam biçim lerinden gelişm esi için

16

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

yüzm ilyonlaıca yıl geçm esi gerekmiştir. Şekil 210’da küçük bir virüs(l), büyük bir viri\s(2), bir riketsiya(3), bir bakteri{4 ) ve çekirdekli bir lıiicrei5) gösterilmiştir, bu şekilde hücrenin en küçük virü­ sün çapından 1000, hacm inden 1 milyar kez b ü ­ yük olduğu görülmektedir. Hücrenin anatom ik ve işlevsel organizasyonu da virüsünkinden çok da­ ha karmaşıktır. Küçük bir virüse canlı niteliği veren şey bir pro­ tein kılıf içine yerleşm iş bir nükleik asittir. Bu nükleik asit m em eli hücresinde bulunan DNA ve RNA ile aynı yapı taşlarından oluşm uştur ve uy­ gun koşullar bulunduğunda kendini eşleyebilm e yeteneğindedir. Böylece bir virüs kendi nitelikle­ rini kuşaktan kuşağa taşıyabilir ve tıpkı bir insan ve bir hücre gibi canlı niteliğindedir. Yaşam gelişirken nükleik asit ve basit protein le­ rin yanısıra diğer kimyasal maddeler de organiz­ mayı biitünleyen bölüm ler haline gelm işler ve vi­ rüsün farklı bölüm lerinde özelleşmiş işlevler ge­ lişm eye başlam ıştır. Virüs çevresinde bir zar oluş­ muş, bu zarın içinde kalan bölüm de sıvı bir matıiks ortaya çıkmıştır. M atıiks içinde özel işlevleri yerine getiren özel kimyasal m addeler gelişmiştir. Kimyasal reaksiyonları katalizleyen, bu yolla o r­ ganizm anın aktivitesini belirleyen birçok protein enzim ortaya çıkmıştır. D aha sonraki aşamalarda kimyasal agregatlaıın toplandığı organeüer gelişerek kimyasalların tüm sitoplazm aya dağılmış durumda olm asına oranla işlevlerini daha etkin biçim de gerçekleştirm esini sağlamıştır. Son aşam ada çekirdekli hücrede daha da kar­ m aşık organeller gelişmiştir, bunların en karm aşı­ ğı çekirdektir. Çekirdek, bu hücre tipinin daha az gelişmiş tüm canlı tiplerinden farklılığını sağlar. Tüm hücresel işlevler için bir kontrol merkezi oluşturur ve yeni hücrelerin kuşaktan kuşağa tam bir kopyalamasını sağlar. Böylece yeni hücreler ana hücreyle aynı yapıları taşır.

0 (

15 nm-Küçük virüs ) 150 nm-Büyük virüs

350 nm

J Riketsiya

1 um

Bakteri

'i :;- . *

. *C

. >.Vv.. ...

**

v v f' H ücre

, VS*.— 5-10 um +

ŞEKİL 2 - 10 Hücre öncesi organizmaların boyutlarıyla insan vücudundaki ortalama bir hücrenin boyutlarının karşılaştrılması.

HÜCRELERİN İŞLEVSEL SİSTEMLERİ Bu bölüm ün kalan kısmında hücrenin canlı bir organizma olm asını sağlayan işlevsel sistem lerin­ den bir kaç örneği tartışacağız.

Hücre İçine Madde Alınması-Endositoz Bir hücrenin canlı k a lm a sı,büyüm esi ve çoğal­ ması için çevresindeki sıvıdan, besin ve bazı m ad­ deleri hücre içine alması gerekir. M addelerin ç o ­ ğu, m em branı diffiizyonve a k tif tıansportla geçer. Diffüzyon madde moleküllerinin ıastgele hare­ ketlerle m em bıandaki porlardan ya da yağda eri­ yen m addeler için, lipid m atıiksden hücre içine girmesidir. Aktif transport ise bir maddenin, mem branı boy­ dan boya geçen bir protein taşıyıcı tarafından taşın­ masıdır. Hücre işlevi için çok önemli oan aktif trans­ port, 4. Bölümde ayrıntılı biçimde anlatılmıştır. Hücre mem bıanındaki özelleşmiş bir yolla b ü ­ yük partiküllerin hücre içine alımasma eııdositoz denir. İki tür endositoz vardır: Piııositoz ve fagosi­ toz. Pinositoz, ekstıansellüler sıvı içeren çok küçük vezikülleıin hücre içine alımasıdır. Fagositoz bak­ teri, hücre ya da doku yıkımı sonucu oluşan parça­ lar gibi büyük partiküllerin hücre içine alımasıdır. Pinositoz. Pinositoz çoğu hücre m em bıanında sü­ rekli görülür ancak bazı hücrelerde çok hızlı olabilir. Örneğin m akrofajlaıda dakikada toplam hücre membranının %3’ü veziküller halinde hücre içine alınabilir, pinositik veziküller çok küçüktür, çapları genellikle 100-200 nanometre arasındadır, bu n e­ denle ancak elektron mikroskobunda görülebilirler. Pinositoz, çok büyük moleküllerin hücre içine girebilm esinin tek yoludur, örneğin proteinlerin çoğu bu yolla hücre içine alınır. Bu tür moleküllerin hücre zarıyla tem aslarının artması pinositik vezikül oluşum unu artırır. Piııositotik vezikiillerin oluşma hızı bu tür moleküller m em branın dış yüzüne değince artar. Şekil 2l l ’de üç molekül proteinin hücre m em branına değm esiyle başlayan p in ositozu n aşam aların ı göstermektedir. Bu m olekiiler genellikle absorbe edilecek protein e- reseptöre bağlanır, reseptörler hücre m em branının dış yüzeyinde kaplı (örtülü) çöküntü (ceplerde) yoğunlaşmış olarak bulunur­ lar. Bu ceplerin hücre içine bakan bölüm ünde clathrin adı verilen bir fibriler protein aktin ve nıiyozin gibi koııtraktil bir ağ oluşturur. Protein m o ­ lekülleri reseptörlerine bağlandığı zam an m em bıam n yüzey özellikleri, tüm cebin hücre içine doğ­ ru çökm esine neden olacak biçim de değişir. İçe çöken cebin çevresindeki proteinler, az miktarda ekstıaselüler sıvıyla birlikte reseptöre tutunan proteinlerin etrafının sarılm asını sağlar. H em en ardından, m em branın hücre içine alınan kısmı

BÖLÜM 2 • Hücre ve işlevi Reseptörler Kaplı çöküntü ı------J-------1 Proteinler

Q O

o \

Chlatrin

Gri' Ö f k O o°' /\oo\ \ /.O'' P-A 0,6-s ^îvAAktin kti ve

Çözünmüş chlatrin. 0

o

miyozin

ŞEKİL 2 - 11 Pinositoz mekanizması

hücre yüzeyinden koparak hücre sitoplazm asına pin ositik vezikiil olarak katılır. H ücre m em baıın ın bir pinositik vezikül haline gelebilm esi için gerekli değişikliğin nasıl sağlan­ dığı h enü z bir sır. Bu işlem hücre içinde enerji harcanm asın ı gerektirir. Enerji gereksinim i ATP tarafından karşılanır. Bu işlem ayrıca ekstraselliiler sıvıda kalsiyum iyonunun bulunm asını da ge­ rektirir. Kalsiyum m u htem elen cebin altında b u ­ lunan ve vezikülün hücre m em b ıan ın n d an kop­ m asını sağlayan proteinlerin kontraksiyonu için gereklidir. Fagositoz. Fagositoz, moleküller yerine büyük paı tiküllerin hücre içine alınm ası dışında pinositoza benzer biçim de gerçekleşir. Yalnızca belli hücreler fagositoz yapabilirler,bunların en ö n em ­ lileri doku makrofajları ve bazı akyuvarlardır. Fagositoz, bakteri, ölü bir hücre ya da doku ar­ tıkları gibi fagosite edilecek bir paıtiküliin üzerin­ deki büyük polisakkaıit ya da proteinlerin fagosit üzerindeki reseptörlerine bağlanm asıyla başlar. Bakterilerin üzeri zaten spesifik antikorlarla kaplı­ dır, bu antikorlar bakteriyi birlikte sürükleyerek fagosit üzerindeki reseptörlerine bağlanırlar. Anti­ korların bu aracılık işlevine opsonizasyon denir. Bu konu 33 ve 34. Bölüm lerinde tartışılmıştır.

Pinositik ya da Fagositik Yabancı Maddelerin Hücrede SindirilmesiLizozomların İşlevleri Bir pinositik ya da fagositik vezikülün hücre içinde ortaya çıkmasının hem en ardından bir ya da daha fazla lizozom, vezikiille birleşir ve içindeki asit hidrolazlar, Şekil 2-12 de gösterildiği gibi vezikül içine aktarılır. Böylece, hidrolazlaıın vezikül içindeki proteinleri, karbonhidratları ve diğer maddeleri hidrolizlediği bir sindirim vezikiilü oluşur. Sindir­ me işlemi sonucunda amino asitler, glikoz, fosfat­ lar gibi küçük moleküller oluşur ve bunlar plazm a­ ya diffüze olurlar. Sindirim vezikülünün içinde ka­ lan ve kalıntı cisim (residual body) adını alan m ad­ deler, sindirilmeyen bölümlerdir. Çoğu kez bu maddeler endositozun tam tersi olan ve eksositoz adı verilen bir işlemle hücre dışına atılırlar. Bu nedenle lizozomlara hücrenin sindirim or­ ganı adı verilebilir. Dokuların Küçülmesi ve Hücrelerin O tolizi. V ü­ cuttaki dokular bazen gerileyerek küçülürler. Ör­ neğin gebelikten sonra uterus, sütten kestikten sonra m em e bezleri küçülür, uzun zam an hare­ ketsiz kalan kaslar atrofıye olur. Bu küçülm eden büyük ölçüde lizozomlar sorumludur. Aktivitesi azalan bir dokuda lizozom al aktivitenin hangi mekanizm a ile arttığı bilinm em ektedir. Lizozomların bir başka işlevi, sıcak, soğuk, trav­ ma, kimyasal m addeler ya da başka bir nedenle zedelenen hürce ya da hücre bölüm lerinin orta­ dan kaldırılmasıdır. Hücrenin zedelenm esi lizozomların yırtılm asına neden olur. Serbestleyen hidrolazlar çevrelerindeki organik m addeleri sin ­ dirmeye başlar. Eğer hasar hafifse hücrenin yal­ nızca bir bölümü ortadan kalkar, bunu izleyerek hücre kendini onarır. Hasar ağırsa, tüm hücre, otoliz adı verilen bir işlem le tümüyle sindirilir. Bu şekilde hücre tam am en ortadan kalkar ve eski hücreye komşu, aynı tip hücrelerden birinin mitozla bölünm esi sonucu yeni bir hücre oluşur.

X -

O. 0 . °

o

< ac

Fagositoz şu aşamalarda gerçekleşir: 1. Hücre membramndaki reseptör, partikül yüzeyin­ deki ligandına bağlanır. 2. Bağlan noktasındaki meınbran saniyeden daha kısa bir sürede içe doğru çökerek partikülü tümüyle çevreler, giderek daha fazla sayıda reseptör liganda bağlanır, tüm bu olaylar fermuarın kapanmasına ben­ zer biçıııide hızla gerçekelşir ve membıan kapanarak fagositik vezikiilü oluşturur. 3. Sitoplazmadaki aktin ve diğer kontraktil fibriller fagositik vezikiilü çevreler ve üst bölümüne yakın kı­ sımda kasılarak vezikiilü hücre içine çekerler. 4. Kontraktil proteinler daha sonra tuttukları vezikülü, pinositik vezikülleıin oluşumuna benzer biçimde hücre, içinde serbest bırakılırlar.

17

* ö -

r /\ ®Lizozomlar

Pinositik yada fagositik vezikül Sindirim vezikülü

\ © -

Kalıntı cisim

Ekskresyon

ŞEKİL 2 -12 Pinositik vezikül içindeki maddelerin lizozim enzimleriyle sindirilmesi.

18

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Flücre ve Genel Fizyoloji

Lizozoııılar, fagosite edilen bakterilerin h ü cre­ ye zarar verm eden ön ce öldürülm elerini sağla­ yan bakteıisid enzim ler de içerir. Bu tür m adde­ ler arasında, bakteri hücre zarını eriten lizozim, bakterilerin ürem esi için gerekli olan dem ir ve diğer iyonları bağlayan lizoferritı ve hidrolazları aktifleyen ve bakterilerin bazı m etabolik sistem ­ lerini inaktive eden pH’sı 5 dolaylarında bir asit bulunur. Bazı genetik hastalıklarda lizozomlarda bulu­ nan lipid agregatlaıı ve glikojen grandilerini sin ­ dirm eye yarayan enzim ler bulumaz. Böyle bir du­ rumda çok miktarda glikojen ve yağ bir çok organ­ da özelikle de karaciğerde birikir ve eıken ölüme neden olur.

leri adı verilen küçük veziküllerin düz endoplaz­ mik retikulumdan sürekli olarak kopmasıyla e n ­ gellenir. Bu veziküllerin çoğu daha sonra hızla Golgi apeıeyine göç eder.

Hücresel Yapıların Endoplazmik Reti­ kulum ve Golgi Apereyi Tarafından Sentezi ve Biçimlendirilmeleri

G o lg i A p e re y in in S p e sifik işle vle ri

E n d o p la zm ik re tiku lum un spesifik işlevleri Endoplazik retikulum ve Golgi apereyinin, özellikle sekıetuar hücrelerde genişlemiş olduğu daha önce belirtilmişti. Bu oıganeller hücre membramyla ay­ nı yapıdaki lipid çift tabakadan oluşmuştur ve du­ varları hücre için gerekli bir çok maddenin sentezi­ ni katalizleyen protein enzimlerle yüklüdür. Sentez işlemi, çoğunlukla endoplazm ik retikulumda başlar ama ürünlerin çoğu, sitoplazm aya salınm adan önce işlendikleri Golgi apereyinde b i­ çim lendirilir. Önce, endoplazm ik retikulum ve Golgi apereyinin spesifik bölüm lerinde sentezlenen spesifik ürünlere bir bakalım. P ro te in ler Endoplazm ik Retikulum Tarafın­ dan Oluşturulur. G ıanü ler endoplazm ik retiku­ lum, retikulum m em bran m m dış yüzeyine çok sayıda ribozom un tutunm asıyla kaıakteıizedir. 3. Bölüm de göreceğim iz gibi, p roteinler ribozo m laıın içindeki yapılar tarafından sentezlenir. Ayrıca, ıibo zo m lar sentezledikleri proteinlerden çoğunu sitozole değil e n d o p la z m ik m atriks adı­ nı alan endoplazm ik tübtil ve veziküllerin için e aktarırlar. Lipidlerin E ndoplazm ik R etikulum , Ö zellikle D üz Endoplazm ik R etikulum Tarafından Sentezle n m es i. Endoplazm ik retikulum ayrıca lip id leıi, özellikle fosfolipid ve kolesterolü s e n ­ tezler. Bunlar hızla endoplazm ik retikulum un lipid çift tabakası için e katılır, böylece en d o p ­ lazm ik retikulum sürekli büyür. Bu işlem esas olarak endoplazm ik retikulum un düz b ö lü m ü n ­ de gerçekleşir. Endoplazmik retikulum boyutlarının bu büyü­ m e sonucu hücrenin lim itlerini aşması, trans poı t uezikiUleri ya da en d op lazm ik retikulum vezikiil-

Endoplazm ik R etikulum un D iğ e r İşlevleri. Özellikle düz endoplazm ik retikulum un diğer önem li işlevleri şunlardır: 1. E nerji ge re k sin im i için glik o jen k u lla n ıla c a ğ ı z a ­ m an , glik ojen yık ım ın ı d e n e tle y e n e n zim le ri sağ lar. 2. İlaçlar gib i h ü crey e z a ra r v e re b ile c e k m a d d e le ri zeh irsizleştiren çok sa y ıd a e n zim i içerir. Z eh irsizle ştiım e işi k o ag ü lasy o n , o k sid a sy o n , h id roliz, g lu k u ıo n ik asitle b irle ştirm e y a d a b a ş k a bir y o lla gerçek leştirilir.

Golgi Apereyenin Sentez İşlevleri. Golgi apere­ yi tem el olarak endoplazm ik ıetikulum da sentezlenmiş olan proteinleri işlem ekle görevli olmakla beraber endoplazmik retikulum da sentezlenem eyen bazı karbonhidratları sentezler. Ayrıca az m ik­ tarda protein içeren büyük polisakkaıit polim erleıi de burada sentezlenebilir; bunların en önem li­ leri hyalüronik asit ve kon droitin sülfattır. Bu maddelerin vücuttaki bir çok önem li işlevinden bazıları şunlardır: 1- Müküs ve diğer glandular sekresyoıılardaki pıoteoglikanlarn büyük bölü­ münü oluştururlar. 2- interstisyel alanda kollajen lifler ve hücreler arasını dolduran tem el m addenin en önem li bileşenleridir. 3- Kemik ve kıkırdakta organik matriksin tem el bileşenleridir. Endoplazmik Sekresyonların Golgi Apareyi Ta­ rafından İşlenmesi Veziküllerin Oluşumu. Şekil 2-13, endoplazmik retikulum ve Golgi apereyinin temel işlevlerini özetlemektedir. Endoplazmik reti­ kulumda düz endoplazmik retikulumun Golgi apeıeyine en yakın bölümüne doğru taşınırlar. Bu nok­

V ------- V------- ------- v------ ' — Granüler Endoplazmik Retikulum

Düz Endoplazmik Retikulum

Golgi apereyi

/'

ŞEKİL 2 • 13 Endoplazmik retikulum ve Golgi apereyinde proteinlerin, lipidlerin ve hücresel veziküllerin oluşumu.

19

BÖLÜM 2 • Hücre ve işlevi

tada düz endoplazmik retikulumdan küçük trans­ p ort vezikiileri sürekli kopar ve Golgi apereyiııin d a h a iç bölümlerine diffiize olur. Bu veziküllerin içinde, endoplazmik ıetikulumda sentezleııen pro­ teinler ve diğer iirenler bulunur. Transport vezikülleri sürekli olarak Golgi apeıeyiyle birleşirler ve içerdikleri m addeleri Golgi apereyinin veziküler boşluğuna boşaltırlar. Bura­ da sekresyon m atery alin e k arbonhid rat uçlar bağlanır. Golgi apereyinin en önem li işlevlerin­ den biri de endoplazm ik ıetiküler sekresyonlaıı konsantre paketler halinde yoğunlaştırm aktır. Sekresyonlar Golgi apereyinin dış tabakalarından içe doğru geçerken yoğunlaştırm a ve işlemi ger­ çekleştirilir, son aşam ada yoğunlaştırılmış sekıetuar m addeleri taşıyan büyüklü küçüklü veziküller sürekli olarak Golgi apereyinden koparak tüm hücreye diffiize olur. Tiim bu işlem lerin ne kadar sürede gerçekleşti­ ği hakkında bir fikir verelim: Bir glandüler hücre radyoaktif am inoasitler içeren ortam da bulundu­ rulduğunda yeni oluşan radyoaktif proteinler m o­ lekülleri 3-5 dakika arasında granüler endoplaz­ mik ıetikulum da saptanabilm ektedir. Bu protein­ ler 20 dakika içinde Golgi apereyinde görülmekte, 1 - 2 saat içinde ise hiicre yüzeyinden sekrete edil­ mektedir. i

-, i m ! )

L lfflU g jJİ Ö

İT / ,

m -•

m /,

,;U\

M . n r . '- o

G olgi A p ere yin d e Oluşan Vezikül TipleriS e kretu va r V ezikü ller ve Lizozom lar. Fazla sekresyon yapan bir h ü cred e Golgi apereyinde oluşan veziküllerin çoğu, hücre yüzeyinden sek ­ rete ed ilecek protein m ad d eleri taşıyan sekretua r vezikiillerdir. Bu veziküller hücre m em bran ına diffüze olur ve daha sonra onun la birleşeıek eksositoz d en en ve end ositozu n tam tersi olan bir işlem le taşıdıkları m ad d eleri dışarıya b o şa l­ tırlar. E ksositoz çoğu kez hücre için e kalsiyum girişiyle uyarılır, kalsiyum iyonları veziküler m e m b ra n la b ilin m e y e n bir yolla etkileşerek hücre m em bran ıyla kaynaşm asın a ned en olur, bunu vezikül içeriğ in in hücre dışına b o şaltılm a­ sıyla eksositoz izler. Diğer yandan bazı veziküller hücreiçi kullanım için üretilirler. Örneğin Golgi apereyinin özelleşmiş bir bölümü, daha önce tartıştığımız lizozamları üretir.

yinin m em branöz sistem leri, hücre dışına salgıla­ nacak olan sekıetuaı* maddeleri ve yeni hücresel yapıları oluşturabilm e kapasitesine sahip m etabolik organlardır.

Besinlerden Enerji Elde EdilmesiMitokondrinin İşlevi Hücrenin enerji elde ettiği maddeler, oksijen ve oksijenin reaksiyona girdiği besinlerd en-kaıboııhidratlar, yağlar ve proteinler-biri ya da bir kaçı­ dır. insan vücudundan özellikle tüm karbonhid­ ratlar hücrelere ulaşm adan önce sindirim sistem i ve karaciğerde glikoza dönüştürülür. Aynı b içim ­ de tüm proteinler aminoasitlere, tüm yağlar da y ağ asitlerine dönüştürülür. Şekil 2-14 oksijen tüm besin m addelerinin-am inoasit, glikoz ve yağ asit­ lerinin hücre içine girişini gösterm ektedir. B esin ­ ler hücre içinde reaksiyonun hızını kontrol eden ve açığa çıkan enerjinin uygun yöne akışını sağla­ yan enzim ler aracılığıyla oksijenle reaksiyona gi­ rer. Tüm bu sindirim ve m etabolik işlevlerin ay­ rıntıları 62 ile 72. bölüm ler arasında anlatılmıştır. Bu oksidatif reaksiyonların hem en hem en ta­ mamı m itokondri içinde gerçekleşir ve serb estle­ yen enerji çok yüksek enerjili bir bileşik olan adenozin trifosfatııı (ATP) sentezinde kullanılır. Daha sonra, besin m addelerinin kendisi değil, ATP h ü c­ redeki bütün intrasellüler m etabolik reaksiyonları için gereken enerjiyi sağlar.

A T P 'nin İşlevsel N ite lik le ri ATP’nin formülü şöyledir:

NH,

y \ HC \

\

/

N

\ ✓

T CH

Adeniti

N

O

O

O

II

/ ■c\ Y I I1

H İntrasellüler Veziküllerin Hücre M em branlarının yenilem esi için kullanımı. Golgi apereyinde oluş­ turulan veziküllerin çoğu ya hücre m em bıanı ya da m itokondri hatta endoplazm ik retikulum gibi intrasellüler yapıların m em branlaıı ile kaynaşır. Bu, m em branların genişlem esini ve haraplanan m em branın onarım ını sağlar. Örneğin pinositik ya da fagositik veziküller oluşurken m em bıandan önem li ölçüde madde kaybolur. Golgi apereyinin oluşturduğu veziküllerin m em brana bağlam ası sürekli olarak yenilenm eyi sağlar. Özetle, endoplazm ik retikulum ve Golgi apere-

/\ î c

\|

,c> c h 2— o — p — o ~ p — o ~ p — O\ l I I I H ,Ç H \ /i c II

0

0

- 0

[ I OH OH Riboz Adeııozin trifosfat ATP nitrojenli bir baz olan adeniti, bir pentoz şeker olan riboz ve üç fo s fa t kökü n den oluşan bir ııükleotiddir. Son iki fosfat radikali moleküle y ü k ­ sek enerjili fosfat bağlarıyla bağlıdır. Bu bağ for­ mülde - sem bolüyle gösterilmiştir. Bu bağların her biri, vücuttaki fiziksel koşullar altında bir mol

II

II

20

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

Sitrik asit siklusunda asetil-CoA kendisini oluş­ turan hidrojen atom larına ve karbondiokside ay­ 2 ADP 2 ATP rıştırılır. Karbon dioksit daha sonra mitokondriGlikoz • Pirüvik asit den sitoplazmaya, buradan da hücre dışına diffüYağ asitleri FA>_ , , ze olur,akciğerler yoluyla vücut dışına atılır. tik jI 3 6 ADP Aminoasitler-i— - A A - * 'Aseloasel,k Hidrojen atom ları ise çok reaktiftir ve m ito ­ asit ' y Asetil- |CoA //' kondri içine diffüze olan oksijenle birleşirler. Bu, çok büyük miktarda en erjin in serbestlem esine İ,, ADP —► 0 2 0 2 ► 0 2yol açar ve bu enerji m itokondride çok m iktarda ; .y ► ATP -co2- ~c o 2+ h 2o co 2 ADP’nin ATP’ye dönüşüm ü için kullanılır. Bu re­ ^ 1 . aksiyon dizisi karmaşıktır, m itokondrial matriks içine doğru çıkıntı yapm ış m itokondrial m em brah 2o ■H20 36 ATP S *' nöz rafların integral bölüm lerini oluşturan çok ■ffll Mitokondri / sayıda protein enzim in katılım ını gerektirir. İlk Çekirdek Hücre zarı \ adım, hidrojen atom undan bir elektronun alın a­ rak hidrojen iyonu oluşturulm asıdır. Son adım, hidrojen iyonlarının ATP sentetaz adı verilen gloŞEKİL 2 - 14 bular büyük bir proteinin yumru gibi çıkıntılarıy­ Hücrede adenozin trifosfat (ATP) oluşumu. ATP’nin çoğunun mitokondri içinde oluştuğu görülmektedir. la mitokondriyal m em bran rafları boyunca taşın ­ masıdır. Sonuçta hidrojen iyonlarının hareketi sı­ rasında açığa çıkan enerji ADP’nin ATP’ye dönü­ şümünü sağlar, bu sırada hidrojen iyonları da ok­ ATP başına 12000 kalorilik enerji içerir. Bu enerji sijenle birleşerek su oluşturur. Oluşan ATP m ito­ içeriği, diğer organik bileşiklerdeki kimyasal bağ­ kondri dışına taşınarak sitoplazm a ya da nukleoplazm a içinde enerji gerektiren hücre işlevlerin­ ların taşıdığı enerji m iktarından çok daha fazladır, bu nedenle yüksek enerjili bağ olarak isim lendiril­ de kullanılır. ATP oluşum unu sağlayan tüm bu sürece kem imiştir. Ayrıca yüksek-eneıjili fosfat bağları çok laosmotik m ekanizm ayla ATP oluşumu denir. Bu bildir, diğer hücresel reaksiyonları yürütmek için m ekanizm anın kimyasal ve fiziksel ayrıntıları 67. enerji gerektiğinde hem en parçalanabilir. ATP enerjisi serbestlediği zam an fosforik asit ra­ Bölümde anlatılmıştır. ATP’nin vücuttaki m etabod ikallerind en biri kopar ve adenozin difosfat lik işlevlerinin birçoğu ise 6 7 ’den 71. Bölüm e ka­ (ADP) oluşur, daha sonra hücresel besinlerden el­ dar anlatılmaktadır. de edilen enerji, ADP ve fosforik asidin yeniden birleşm esini sağlar. Bu döngü sürekli yinelenir. Bu ATP'nin Hücresel İşlevler İçin Kullanımı. ATP, yüzden ATP hücrenin enerji akçesi olarak isim len­ h ücrede üç işlev için k u lanılır: 1- m em bran transportıı, 2- tüm hücrede kim yasal bileşiklerin dirilebilir çünkü tekrar tekrar harcanıp kazanılabilir, bu döngü hücrelerin çoğunda en fazla birkaç sentezi 3- m ekan ik iş. ATP'nin bu kullanım alan ­ ları Şekil 2-15'de örneklenm iştir: 1- Hücre m em dakikada tamamlanır. ranından sodyum un taşınm ası için enerji kulla­ nılm ası 2- Ribozom lada protein sen tezin in yapıl­ ATP Oluşumundaki Kimyasal Olaylar - M itom ası, 3- Kas kasılm ası sırasında gereken en e rji­ kondrinin Rolü. Glikoz hücre içine girdiğinde sitoplazmadaki enzim lerin etkisiyle (glikoliz adını nin sağlanm ası. ATP, m em bıand an sodyum dışında potasyum, alan bir işlemle) piriiuik aside dönüştürülür. Bu dönüşüm sırasında açığa çıkan enerji az miktarda kalsiyum, magnezyum, fosfat, klor, urat, hidrojen iyonları ve daha başka iyon ve organik m addelerin ADP’nin ATP’ye dönüşm esine yol açar. Ancak bu taşınması için de kullanılı. M em bran transpoıtu m iktar hücrenin tüm enerji gereksinim inin % 5’inbazı hücrelerin işlevleri için çok önemlidir, ö rn e­ den azını karşılar. Özetle Hücrede oluşan ATP’nin büyük çoğunlu­ ğin renal tubuler hücrelerde oluşan ATP’nin % 80’i ğu yaklaşık % 95’i m itokondrilerde sentezlenir. yalnıza bu am açla harcanır. Hücreler proteinler dışında fosfolipidler, kolestKarbonhidratlardan oluşan pirüvik asit, yağlardan ıeıol, pürinler, pirim idinler ve birçok başka m ad ­ gelen yağ asitleri ve proteinlerden gelen aminoasitleıin tümü m itokondri m atıiksinde asetilCoA de sentezler. Sentezlenen herhangi bir bileşik enerji kullanılmasını gerektirir. Örneğin tek bir bileşiğine döniiştülür. Bu madde mitokondri matprotein, birbirine peptid bağlarıyla bağlam ış b in ­ riksinde bulunan bir dizi başka enzim tarafından -enerji elde etm ek am acıyla- parçalanır, bu parça­ lerce am inoasitten oluşabilir. Her bir peptid bağı­ lanm a işlemi sitrik asit siklim i ya da krebs siklüsii nın oluşturulması için dört yüksek enerjili bağın adını alan bir dizi kimyasal reaksiyonla gerçekle­ harcanm ası gerekir. Bu yüzden bir tek protein molekülünün oluşumu için binlerce ATP ya da şir. Bu kimyasal reaksiyonlar, ayrıntılı olarak 67. (guanozin trifosfat) m olekülünün harcanm ası geBölüm de anlatılmıştır.

BÖLÜM 2 • Hücre ve İşlevi

Membran transportu

Endoplazmik retikulum

Protoln sentezi

Kas kontraksiyonu

ŞEKİL 2 - 15 (İç büyük hücresel işlev için enerji sağlamak üzere adenozin trifosfatııı kullanımı: (1) membraıı transportu, (2) protein sen­ tezi, (3) kaskontraksiyonu.

ıekir. Bazı hücreler tüm hücrede oluşan ATP'nin % 75'iııi yeni kimyasal bileşiklerin, özellikle büyü­ m e fazındaki hücreler için doğrudur. ATP’nin son büyük kullanım yeri, özel h ü crele­ rin m ekanik iş yapm aları için gerekli enerji d es­ teğini sağlam aktır. Bölüm 6 ’da, bir kas lifinin her kasılm ası için çok büyük miktarda ATP'nin h ar­ can m asın ın gerektiğini göreceğiz. Diğer hücreler başka yollarla örneğin a m e b o id ya d a siliyer h a ­ reketle m ekanik iş yapabilirler, bu hareket tipleri bu bölüm de daha sonra anlatılacaktır. Bütün bu m ekanik iş tiplerinde en erji kaynağı olarak ATP kullanılır. Özetle, hücrede enerji gereken her durumda ATP kendi enerjisini hızla, hatta patlayıcı tarzda serbestleterek enerji gereksinimini karşılar. Hücre tarafından kullanılan ATP’nin yenilem esi için kar­ bonhidratlar, yağlar ve proteinler çok daha yavaş reaksiyonlarla parçalanarak açığa çıkan enerji kullanılır. ATP’nin % 95’i mitokondride oluşur, bu yüzden m itokondrier hücrelerin "enerji santrali" adını alabilir.

Hücrelerin Hareketi

nin çevresiyle bağlantılı olarak hareket etmesi demek­ tir. Bu isim, amiplerin de bu biçimde hareket etmeleri nedeniyle verilmiştir ve bu fenomenin incelenmesi için mükemmel bir örnek oluşturur. Ameboid hareket tipik olaıaık hücrenin bir ucundan bir psödopod'un uzamasıyla başlar. Psödopod hücre­ nin gövdesinden dışa doğru uzanarak yeni bir doku bölgesine tutunur, daha sonra hücrenin geri kalan bö­ lümü psödopotu izlemektedir. Şekil 2-16 da görüldüğü gibi hücrenin bu ucundaki membraıı sürekli olarak ile­ ri doğru hareket eder, sol uçtaki membran ise hücre hareket ettiği sürece bu hareketi izler. Ameboid Hareketin Mekanizması. Şekil 2-16 amebo­ id hareketin ana ilkelerini göstermektedir. Esas olarak, sürekli bir eksositoz psödopot oluşan tarafta sürekli olarak hücre membranmm artmasına yol açarken hücrenin orta bölümü ve diğer ucunda sürekli bir endositoz vardır. Hücrenin hareket edebilmesi için iki et­ ki daha gereklidir. İlk olarak, psödopodun çevre doku­ ya yapışması gerekir, böylece psödopod fikse olarak hücrenin geri kalanını ileriye doğru çekmek için bir dayanak noktası sağlar. Bu yapışma, eksositotik veziküllerin içyüzünde dizilmiş reseptör proteinler tarafın­ dan sağlanır. Bir vizikül psödopot membranıyla birleşince açılır ve içte kalan kısmı dışarı gelir, böylece re­ septörler dış yüzeyde yer alır ve çevre dokudaki ligandlarıyla bağlanırlar. Hücrenin öbür ucunda endositötik ativite, reseptör­ leri ligandlarından ayırarak endositotik veziküller içi­ ne toplar. Hücre içinde bu veziküller psödopot için ye­ ni bir membran oluşturmak üzere psödopod yönün­ deki bir akıntıyla bu yöne taşınırlar. Hücrenin hareketi için gerekli ikinci koşul hücre gövdesinin psödopot yönünde çekilebilmesini sağla­ yacak enerjinin bulunmasıdır. Son deneyler aşağıdaki açıklamaların bu sorunun yanıtı olabileceğini düşün­ dürmektedir. Bütün hücrelerin sitoplazmasında az ya da çok mik­ tarda aktin proteini bulunur. Aktinin çoğu tek molekül halindedir, bu nedenle herhangibir hareket gücü oluş­ turamaz. Ancak, bu moleküller filameııtöz bir ağ halin­ de polimerize olduklarında ve miyozin gibi aktin bağla­ yan bir proteine bağlandıklarında kasılabilirler. Bütün bu sürecin enerjisi yüksek enerjili bileşik ATP tarafından karşılanır. Hareket eden bir hücrede bir aktin filameti ağının yeniden oluştuğu psödopot içinde olup biten budur. Kontraksiyon, aktin ağının hücre zarı altında zaten bulunduğu hücre gövdesinin ektoplazmasında da geı-

Hücre hareketi

Endositoz

^

----------------------------:~ r~ ----- ?

p -

Vücutta hücrelerin en önemli hareketi, tüm vücut kit­ lesinin %50’sini oluşturan iskelet, düz kas ve kalp ka­ sındaki özelleşmiş kas hücrelerinin hareketidir. Bu hücrelerin özelleşmiş işlevleri 6-9. Bölümler arasında tartışılacaktır. Diğer hücrelerde iki tip hareket daha gö­ rülür: ameboid hareket vesilyer hareket.

^ ir i \

Psödopod , Eksositoz i*

Am eboid Hareket Ameboid hareket, beyaz kan hücrelerinin doku aralıklarından geçişi örneğinde olduğu gibi, bütün hücre-

21

- 16 I 'ŞEKİL iîii It 2M m Bir hücrenin ameboid hareketi.

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

22

çekleşir. P sö d o p o t için d ek i k a sılm a h ü cre gö vdesin i p s ö d o p o ta d o ğ ru çekerk en ek to p la zm a n ın kasılm ası h ü cre içeriğin in p s ö d o p o d a d o ğ ru itilm esin i sağlar.

Am eboid Hareket Gösteren Hücre Tipleri, lıısa n v ü c u d u n d a a m e b o id h are k e t g ö ste re n h ü c re le r ç o ­ ğ u n lu k la d o k u makrofajları y a d a mikrofajları o la rak k a n d an d o k u y a g e ç e n beyaz kan hücreleridir. D iğer h ü c re tip lerin in ç o ğ u d a b e lli k o şu lla r a ltın d a a m e b o ­ id h a re k e t y a p a b ilir . Ö rn e ğ in f ib ı o b la s t la r h a s a r ı o n a r m a y a y a r d ım e tm e k için y aralı b ö lg e y e g ö ç e d e r ­ ler. H atta n o rm a l o la ra k t a m a m e n y a p ışık o la n d e ri­ deki b az ı g e ım in a l h ü c re le r d e y aran ın o n arıım için k esi b ö lg e sin e d o ğ ru h a re k e t ed erler. O v u m u n fertiliz a s y o n u n d a n s o n r a e m b riy o ve fe tü sü n g e lişim in d e d e h ü c re le rin h arek eti b ü y ü k ö n e m ta şım a k ta d ır ç ü n ­ kü e m ıiy o n ik h ü c re le r ö zel y a p ıla rın ge lişim i s ır a s ın ­ d a k a y n a k la d ık ları b ö lg e d e n o ld u k ç a u z ak b ö lg e le r gö ç ederler. Ameboid Hareketin Kontrolü - Kemotaksis. A m e ­ b o id h arek eti b a ş la ta n en ö n e m li etk en , kemotaksis a.dı verilen b ir olaydır. Bu o lay d o k u d a b azı k im y a sa l m a d ­ delerin o rta y a ç ık m a sı s o n u c u olu şu r. K e m o tak sisin o r ta y a ç ık m a s ın a yol a ç a n m a d d e le r e kem otaktik maddeler ad ı verilir. H ü crelerin ç o ğ u k em o tak tik m a d ­ d e n in k a y n a ğ ın a d o ğ ru a m e b o id h arek et g ö ste rir -yani d ü şü k k o n sa n tr a sy o n b ö lg e sin d e n y ü ksek k o n sa n tr a s­ yon b ö lg e sin e d o ğ ru g ö ç ederler- b u n a pozitif kenıotaksis den ir. Bazı h ü c re le rse k ay n ak tan u zaklaşırlar, b u n a negatif kemotaksis denir. K e m o tak sis a m e b o id h are k e tin y ö n ü n ü n asıl b e lir­ ler'!’ Bu soı u n u n k esin y an ıtı b ilim iy o r a m a k em o taktik m a d d e y le en fazla k a rşıla şa n ta ra fta m e m b ıa n d a o lu ­ şa n değişik lik lerin p s ö d o p o d o lu şu m u n u etk iled iği bilim ekte.

Silyanın yapı ve işlevi. (Satirden değiştirilerek: Cilia. Sci Anı 204: 108, 1061 © 1961 Scientific American Inc. Tüm hakları sak­ lıdır).

Silya ve Silyar H areketler ’ilil •

|î » i

j| >

ftİMIÎ'JİÎÎI

.'.IflıVİİ^

İlil

!

I.Uİii

n iilli'I

İkinci ıi|> hii( ıe iıarek eti, h ü cre y ü zey in d ek i silyantn k am çı tip in d e h arek et e tm e sid ir. Bu tü r h arek et in san v ü c u d u n d a y a ln ız c a iki b ö lg e d e gö rü lü r: so lu n u m y o l­ ların ın iç y ü ze y in d e ve ü r e m e s iste m in d e u te ru s tü p le ­ rinin (F allop b o ru la rın ın ) iç y ü ze y in d e. B urun b o şlu ğ u ve alt so lu n u m y o lların d a sily a n ın k am çı h areketleri ın ü k ü s ta b a k a sın ın l c m / d k h ızla faı in kse d o ğ ru h a re ­ ket e tm e sin i sağ lar, b ö y le c e m ü k ü s ve m iik ü s tara fın ­ d an y a k a la n m ış olan p a rlik ü lle r sürek li o la rak tem iz le ­ nir. U teru s tü p le rin d e sily a sıvın ın u te ru s tü p le rin d e n ıa h im b o ş lu ğ u n a d o ğ ru y a v a ş ç a h arek etin i sağlar. Sıvı­ nın bu h arek eti ovtım u y u m u rtalık tan ıa lıim e taşır. Şekil 2 -1 7 ’d e g ö ste rild iğ i gib i silya, h ücre y ü zey in d e 2-4 m ik ro m e tre b o y u n d a sivri uçlu y u varlak bir kıl b i­ çim in d ed ir. Bir h ü c re d e b ird en fazla sily a b u lu n ab ilir ö rn e ğ in so lu n u m y olu e p ite l h ü c re le rin d e h er b ir h ü c ­ re ü z erin d e 200 sily a b u lu n u r. Sily a h ü cre m e m b ra n ıııd aıı o lu şa n b ir kılıfla k a p lıd ır ve 1J m ik ıo tü b ü lle d e s ­ tek len m iştir. Bu n ıik ro tü b iille rin iJ tan esi ikilidir ve siliu ım ın d ış ç e v re sin d e y e rleşm iştir, iki tek m ikrotü biil ise sily u ıııu n m e rk e z in d e yer alır. Bu y a p ı şe k ild e kesit iç in d e gö ste rilm iştir. H er silyu ııı h ü c re m em b ra ıım ın h em en a ltın d a ve sily u ıııu n bazal cismi ad ın ı ala n bir y ap ıy la bağlıdır. Bir spermin flagellıınıu d a sily ıım a benzer, y ap ısı ve kontraktil m e k a n iz m a s ı ayn ıd ır. A n cak flage llu m u n boyu d a lıa u z u n d u r ve k am çı h arek eti y erın e-sin u s o id a l’a b e n z e r d a lg a la rla h arek et eder.

Şekil 2-17'd e ç e rçe v e iç in d e sily a h arek eti g ö ste r il­ m iştir. silyu ııı h ü cre m e m b ra n ıy la b a ğ lı o ld u ğ u b ö lg e ­ den k ıv rıla ıa k sa n iy e d e 10-20 kez ileı i d o ğ ru hızlı ve an i bir h arek et y apır. S o n r a y u m u şa k , k a m ç ıy a b e n z e r bir h arek etle geriye h arek et eder. İleriye d o ğ ru hızlı h a r e ­ ket s ır a s ın d a h ü cre n in ç e v re sin d e k i sıvı sily a n ın h a re ­ keti y ö n ü n d e sü rek li itilir. G eriye d o ğ ru y a v a ş h arek et ise sıvıyı h are k e t e ttirm e z. S o n u ç ta sıvı sürek li o la rak hızlı v u ru ş y ö n ü n d e h are k e t eder. Silyalı h ü c re le rin y ü ­ zey in d e çok sa y ıd a sily a o ld u ğ u ve tü m sily a ayn ı y ö n ­ de h arek et ettiği için sıvın ın b ir y a n d a n d iğ e r y a n a e t ­ kin b iç im d e h are k e t e tm e sin i sağ lan ır.

Silyar Hareketin Mekanizması. S ily ar h arek etin b ü ­ tün ayrın tıları b ilin m e m e k le birlikte şu n la r ı b iliy oru z: Ö n ce, d o k u z çift tiibül ve iki tek tü b tilü n h e p si b irb ir i­ ne k o m p le k s p ro tein ç a p ra z b a ğ la rıy la b ağlıdır, b u ç a p ra z b a ğ la r a axoneme ad ı verilir. İkin cisi, silyan ın ü zerin i k a p la y a n m e m b ra n u z a k la ştır ılısa ve a k so n e m le birlikte d iğ e r e le m e n tle r d e h a r a p la n s a bile, s i l ­ y a uygun k o şu lla r a ltın d a y in e de h arek et ed eb ilir. Ü ç ü ııctisü , d iğ e r sily ar y ap ıların h a ra p la n n ıa s ın d a n s o n ra ak so ııe m in h a re k e t e d e b ilm e si iki k o şu la b a ğ lı­ dır: 1-ATP’ niıı varlığı 2- Ö zellikle u y g u n o r a n la r d a m a g n e z y u m ve k a lsiy u m k o n sa n tr a sy o n u n u sa ğ la y a n uy gu n iyonik k o şu lların varlığı. D ö rd ü n c ü sü , sily u ıııu n ö n e d o ğ ru h arek eti s ır a s ın d a sily ıım u n ön k e n a rın d a k i çift liib ü lle r yukarı ve d ış a d o ğ ru h are k e t e d e rk e n ark a k e n a rd a k ile r y e rle riııd e kalır. B e şin c isi, ATP a z a k liv ite -

BÖLÜM 2 • Hücre ve İşlevi

sine sahip dynein proteininden oluşan multipl protein kollar her çift tubulden bir sonraki çift tubule uzanarak bir bağlantı yapar. Bu temel bilgilerin ışığında, ATP az dynein kollarının değmesiyle ATP'den açığa çıkan enerjinin, bu kolların baş kısımlarının komşu tiibü boyunca ‘‘kulaç" atması­ na neden olduğu belirlemiştir. Eğer arka tübüller hare­ ketsiz kalırken, öndeki tübüller dışa doğru kulaç atar­

23

sa, bu silyanm eğilmesine neden olurlar. Silya kontraksiyonunun kontrol edilme yolu bili­ nmemektedir. Genetik olarak anormal hücrelerin ba­ zılarının silyalarında merkezdeki iki tek tübül bulun­ maz ve bu silyalar hareket edemez. Bu nedenle, bazı sinyallerin, belki elektrokimyasal bir sinyalin, dynein kolları aktiflemek için bu iki merkez tübül boyunca ile­ tildiği tahmin edilmektedir.

REFERANSLAR A nderson NVF: G en e therapy. S c i Am 2 7 3 :1 2 4 , 1995. B e n o s D J: Introduction to m edical physiology: cellu la r m embranes and transm em brane transport o f solutes and w ater. Am J Physiol 271 :S 2 , 1996. Bow en ID , Bow en S M , Jo n es AH : M itosis and A poptosis: M atters o f L ife and Death. Lon. don: C hapm an and Hall, 1998. Brandt PC , Vanam an T C : T h e plasm a m em ­ brane calciu m pump: not ju st another pretty ion translocase. G lycobiology 6 :6 6 5 , 1996. B retsch er M S : Getting m embrane flow and the cytoskeleton to cooperate in m oving cells. C e ll 8 7 :6 0 1 , 1996. C alakos N, S ch elle r RH : Synaptic vesicle b io ­ gen esis, docking, and fusion: a m olecular description. Physiol R ev 7 6 :1 . 1996. Caplan M J: M em brane polarity in epithelial c e lls: protein sorling and establishm ent o f polarized domains. Ain J Physiol 2 7 2 :F 4 2 5 , 1997. C onaw ay R C , Conaw ay JW : Transcription: M cch a n ism s and Regulation. New York: R av en Press, 1994. Conn P M . G oodm an H M : Handbook o f Phy si­ ology: C ellu lar Endocrinology. Bethesda: A m erican Physiological S o ciety, 1997. C ossarl P. B oq u cl P. N'ormark S , Rapuoli R: C ellu lar m icrobiology em erging. S c icn c c 2 7 1 :3 1 5 , 1996. D am janov L : C o lo r Atlas o f H istopathology. Baltim o re: W illiam s & W ilkins. 1995. D avis L G . et al: B a sic M ethods in M olecular B io lo g y . 2nd ed. Norwalk, C T : A ppleton & Lange, 1994. D ickson R B , Salom on D S : Hormones and Grow th Factors in Developm ent and N eo­ plasia. N ew Y ork: W ile y -L iss, 1998. D isalvo E A . Sim on SA : Perm eability and S ta ­ b ility o f Lipid Bilayers. B o c a Raton: C R C Press, 1994. Doren M V . Lehmann R : Cell migration: don’ t tread on me. Curr B io l 7 :R I4 S , 1997. Fam es P, B rooks R: T h e C ell C y cle: A Practi­ ca l A pproach. New Y o rk : Oxford U niver­ sity Press. 1994. Franzini-A rm strong C: Functional sign ilican cc o f m em brane architecture in skeletal and cardiac m uscle. Soc Gen Physiol S c r 5 1:3, 1996. G artner I.P . H iatt JL : C olo r A tlas o f H istol­ ogy. B altim ore: W illiam s & W ilkins, 1994. G corgatos S D , M aison C : Integration o f inter­ mediate filam ents into cellular organelles. Int R ev C ytol 1 6 4 :9 1 . 1996. G erm an R N . C astellino F, Han R, et al: Pro­ cessin g and piesentation o f endoeytically acquired protein antigens by M H C class II and cla ss 1 m olecules. Immunol Rev 151:5, 1996.

G oodman S R : M ed ical Cell B iology . Philadel­ phia: J B Lippincott C o, 1994. Guan J L , Chen H C: Signal transduction in cell-m atrix interactions. Int R ev Cytol 16S: 8 1 . 1996. H ancock IC : B acterial cell surface carbohy­ drates: structure and assem bly. B ioch em S o c Trans 2 5 :1 8 3 , 1997. H offm an IF : Handbook o f Physiology, S ec. 14: C ell Physiology. New York: Oxford U niversity Press. 1997. H offm an J F , Jam ieson JD : Handbook o f Phys­ iology: Cell Physiology. Bethesda: A m eri­ can Ph y siolog ical Society. 1997. H olowka D. Baird B: A ntigen-mediated IG E receptor aggregation and signaling: a w in­ dow on cell surface structure and dynam ics. Annu R ev B iophys B iom ol Struct 2 5 :7 9 , 1996. Inagam i T , Naruse M , H oover R: Endothelium as an endocrine organ. Annu Rev Phvsiol 5 7 :1 7 1 , 1995. Jeo n K W : A Survey o f C ell B iology . San D i­ ego: A cad em ic Press. 1997. K an eko T : C ell biology o f som atolactin. Int R ev C ytol 16 9 :1 , 1996. Kopito R R : E R quality control: the cytoplas­ m ic connection. Cell 8 8 :4 2 7 . 1997. Lan g F: Cell Volum e Regulation. New York: K arger, 1998. Laufenburger DA , Horwitz A F: Cell migration: a physically integrated m olecular process. C ell 8 4 :3 5 9 , 1996. Laurent T C : T h e C hem istry, B io lo g y , and M edical A pplications o f H yaluronate and Its D erivatives. London: Portland Press, 1998. Levitan IB , Kae/m arek L K : T h e Neuron. New Y ork: O xford U niversity Press, 1996. Lew in B : G enes V I. New Y ork: O xford U ni­ versity Press, 1997. Liu Y J, Grouard G , de Bou teiller 0 , Banchcreau J: Follicu lar dendritic cells and germ i­ nal centers. Int R ev Cytol 1 6 6 :1 3 9 , 1996. M arks A R : Intracellular calcium -release chan­ nels: regulators o f cell life and death. Am J Physiol 272 :1 1 5 9 7 , 1997. M cN eil PL. Steinhardt R A : L oss, restoration, and m aintenance o f plasm a m em brane in ­ tegrity. J C ell B iol 137:1, 1997. M cllm an I: Endocytosis and m olecular sorling. Annu R ev Cell Devel Biol 1 2 :5 7 5 , 1996. ' M ille r M , Park M K , H anover JA : N uclear pore com plex: structure, function, and regu­ lation. Physiol R ev 7 1 :9 0 9 , 1991. M itchinson T J . Cram er. LP : A ctin-based cell m otility and cell locom otion. Cell 8 4 :3 7 , 1996. M oore K L, Persaud T V N : T h e Developing Human: C lin ically Oriented Em bryology. Philadelphia: W B Saunders C o. 1993.

M ousa S A : C ell A dhesion M o lecu les and M a ­ trix Proteins. G eorgetow n, T X : Landes, 1998. M um by M C , W alter G : Protein serine/ threonine phosphatases: structure, regu la­ tion, and functions in c e ll growth. Physiol Rev 7 3 :6 7 3 , 1993. O liff A , G ibbs J B . M cC o rm ick F: New m o le c­ ular targets for can cer therapy. S c i Am 27 5 : 144. 1996. Ozaw a T : G en etic and functional changes in m itochondria associated with aging. Physiol Rev 7 7 :4 2 5 , 1 9 9 7 . Pagano M : Cell C ycle C ontrol. Berlin: Springer, 1998. Paul L C , Issekastz T B : A dhesion M olecu les in Health and D isease. N ew Y o rk : M arcel Dekker, 1998. Perrios M : N uclear Structure and Fu nction. San D iego: A cad em ic Press, 1998. Pillar T M , S eitz H J: Thyroid horm one and gene expression in the regulation o f m ito­ chondrial respiratory function. Eu r J E n d o­ crinol 1 3 6 :2 3 1 , 1997. Rakow ski R F , G adsby D C , De W eer P. V o lt­ age dependence o f the Na/K pump. J M em br B io l 1 5 5 :1 0 5 , 1997. Robinson M S , W atts C . Zerial M : M em brane dynam ics in endocytosis. C ell 8 4 :1 3 , 1996. Slavik J: Flu orescent Probes in C eüular and M olecular B io lo gy . B o c a Raton: C R C Press, 1 9 94. Sosinsky G E : M olecular organization o f gap ju n ction m em brane channels. J B ioenerg B iom em b r 2 8 :2 9 7 , 1996. Sperelakis N: C e ll Physiology S o u rce B ook. O rlando: A cad em ic Press, 1998. Staepoole P W : L a ctic acidosis and other m ito­ chondrial disorders. M etabolism 4 6 :3 0 6 , 1997. Stein G S . Stein J L , L ian J B , et al: Fu nctional interrelationships betw een nuclear structure and transcriptional con trol: contributions to regulation o f cell cy c le - and tissue-sp ecific gene expression. J Cell B io ch em 6 2 :1 9 8 , 1996. S lo ssel T P : T h e m achinery o f cell craw ling. S ci A m 2 7 1 :5 4 . 1 9 9 4 .’ Stroüboulis J. W o lffe A P: Functional com partm entalization o f the nucleus. J C ell S ci 1 0 9 :1 9 9 1 . 1 9 96. T h aler C D , H aim o L T : M icrotubules and tnicrolubule m otors: m echanism s o f regu la­ tion. Int Rev C ytol 1 6 4 :2 6 9 , 1 9 96. Theriot JA : A cceleratin g on a treadm ill: ADF/ cofilin prom otes rapid actin filam ent turn­ over in the dynam ic cytoskeleton [co m ­ m ent!. J C ell B io l 1 3 6 :1 1 6 5 , 1 9 97. W alker G M : Y east Physiology and B io te ch n o l­ ogy. New Y o rk: W iley & Son s, 1998. W hite S H : M em brane Protein Structure. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1994.

Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü

Görünüşte herkes vücuttaki bütün hücrelerin çe ­ kirdeklerinde bulunan genlerin anne ve babadan çocuklara kalıtımı kontrol ettiğini bilir ancak çoğu kişi aynı genlerin, bütün hücrelerin fonksiyonlarını her gün kontrol ettiğinin farkında değildir. Genler hücre içinde hangi enzimin, hangi kimyasal m ad­ denin ve hangi sentezin yapılacağını tayin ederek hücre fonksiyonunu kontrol etmektedir. Şekil 3 -1 ’de genetik kontrolün genel şeması iz­ lenmektedir. Deoksiribotıiikleik asit (DNA) adı ve­ rilen her gen, başka bir niikleik asid olan ribonükleik asit (RNA)’in yapımını otomatik olarak kontrol etmektedir. RNA da hücre içinde yayılarak özgül protein yapımını kontrol eder. Genlerin sayısı yak­ laşık olarak 100.000 civarında olduğundan teorik olarak çok sayıda farklı hücre proteinlerinin oluş­ ması olasıdır. Hücresel proteinlerin bazıları yapısal proteinler­ dir. Bunlar lipid ve karbonhidratlarla birleşeıek B ö ­ lüm 2 ’de tartışıldığı gibi, hücre içi organelleıin ya­ pısını oluşturmaktadır. Proteinlerin en büyük b ö ­ lümünü hücre içinde farklı kimyasal reaksiyonları katalize eden enzimler oluşturmaktadır. Örneğin enzimler, hücreye enerji sağlayan bütün oksidatif reaksiyonları hızlandırırken, lipidlerin, glikojen ve adenozin tıifosfat (ATP) gibi çeşitli kimyasal mad­ delerin sentezlerini de artırmaktadır.

tururken pürin ve primidin bu iki sarmal arasında yer alarak onları birbirlerine bağlamaktadır. N ükleotidler. DNA oluşumunun birinci basamağı, bir molekül fosforik asit, bir molekül deoksiriboz ve dört tem el bazdan birinin bir araya gelmesiyle bir nükleik asidin oluşmasıdır. Böylece dört temel bazın her birinin ayrı ayrı katılmaları ile dört farklı nükleotid oluşur: bunlar deoksiadeııilik, deoksitinıidilik, deoksigııanilikve deoksisitidilik asitlerdir. Şekil 3-4'de deoksiadeııilik asit yapısı izlenm ekte­ dir. Şekil 3 -5 ’de de DNA'yı oluşturan dört temel nükleotidin basit sem bolleri görülmektedir. Birbirlerine Gevşekçe Bağlanmış Olan İki D N A Sarmalarını Oluşturan N ükleotidlerin O rg an i­ zasyonu. Şekil 3 -6 ’da DNA çift sarmalını oluşturan çok sayıdaki nükleotidin birbirine bağlanma b içi­ mi gösterilmektedir. Yukarıda ve aşağıda yer almış olan iki sarmalın birbirine gevşek bir bağla bağlan­ dığı kesik çizgilerle belirtilmiştir. Fosforik asit ve deoksiriboz moleküllerinin birbirlerini izleyerek yer aldıkları ve böylece her bir DNA sarm alının is­ keletini oluşturduklarına dikkat ediniz. Pürin ve piıim idin bazları deoksiribozun kenarına bağlanm ış­ lardır. Ayrıca şekilde kesik çizgilerle gösterildiği gi­ bi pürin ve pirimidin tem el molekülleri arasında gevşek bağlar bulunmaktadır bu bağlar DNA sar­ malını birbirlerine göre bir arada tutmaktadır. An­ cak şu noktalara dikkat edilmesi gerekir:

GENLER Hücre çekirdeğinde çok sayıdaki gen uç uca birbir­ lerine eklenerek son derecede uzun, moleküler ağırlığı m ilyonlarla ölçülen DNA çift sarmalını oluşturur. Şekil 3-2 ’de böyle bir molekülün çok kısa bir parçası görülmektedir. Bundan sonraki bir kaç paragrafta açıklanacağı gibi bu molekül, bir kaç b a­ sit kimyasal bileşiğin düzenli bir şekilde birbirleri­ ne bağlanmasından oluşmaktadır. DNA'nın Temel Yapı Elemanları. Şekil 3 -3 ’de DNA’yı oluşturan temel kimyasal bileşikler görül­ mektedir. Bunlar (1) fosforik asit, (2) deoksiriboz adı verilen şeker ve (3) dört adet temel nitrojenli bazdan oluşur ki bunlar iki adet püı in (adetlin uegımnin) ile iki adet pirimidini (timin ve sitozin) içermektedir. Fosforik asit ve deoksiıibozun oluşturduğu çift sar­ mal heliks zinciri DNA molekülünün iskeletini oluş­ 24

1. Bir pürin bazı olan adeniti her zaman, pirim i­ din bazı olan timine bağlanmaktadır. 2. Bir pürin bazı olan gııanitı ise her zaman piri­ midin bazı olan sitoziııe bağlı bulunmaktadır. Böylece Şekil 3-6'da izleneceği gibi tamamlayıcı baz çiftlerin dizisi CG, CG, GC, TA, GC, AT ve AT düzenindedir. Şekilde kesik çizgilerle gösterildiği gibi bazlar çok zayıf hidrojen bağları ile birbirlerine bağ­ lıdır. Bu bağların zayıflığı nedeni ile bir çok kez ol­ duğu gibi hücre içindeki fonksiyonları sırasında çift sarmal zinciri kolaylıkla birbirinden ayrılabilir. Şekil 3-6'da izlenen DNA’ya özel olan fiziksel b içi­ min verilebilmesi için zincirin iki ucundan tutup bükülerek heliks şeklini alması sağlanmalıdır. Şekil 3 -2 ’de görüldüğü gibi DNA molekülündeki heliksin her tam dönüş yapan kıvrımında on nükleotid çifti yer almaktadır.

BÖLÜM 3 • Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü

Gen (DNA)

25

0 II

Fosforik asit

H— O— P— O— H

1 o

i

RNA yapımı Deoksiriboz

H

I

Hücre yapısı

1/°' ■c—O—H I

H— O— C— C

Protein yapımı

/

H

-C—H

i H/Y o

\

\

H

H

Hücre enzimleri -H

I Hücre işlevi

H— C

N

II

H

o

/

\

0=C

I

C— H

i

ŞEKİL 3 - 1

H

Hücre fonksiyonunu kontrol eden genlerin genel şeması

Timin

Adenin

H

c II

Genetik Şifrelem e (Kodlam a) DNA'nın önemi, hücre içindeki proteinlerin oluşu­ munu kontrol etme yeteneğinden ileri gelmektedir. Bu görevi genetik şifreleme (kodlama) ile yapmak­ tadır. Bir DNA molekülünün iki zinciri Şekil 3-7’de görüldüğü gibi birbirinden ayrılırsa, her bir zinci­ rin yanında bulunan ve biıbiıiyle eşleşen pürin ve piıim idin bazları açığa çıkar. Genetik kodu oluştu­ ran, bu eşleşen bazlardır. G enetik şifre ardarda dizilen üçlüler (triple t’ler)”den oluşur,ardışık üç baz bir kod kelimesini oluşturur. Bu ardışık üçlüler hücre içinde sentezlenecek olan protein molekülündeki amino asitlerin diziliş düzenini kontrol ederler. Şekil 3-6'ya dikkat edilirse DNA molekülünün üst zincirinin genetik şifreyi taşıdığı görülür. Örneğin üstteki zincirin ge­ netik kodunu soldan sağa doğru okursak genetik şifre GGC, AGA, CTT, düzeniııdedir. Üçlüler oklarla birbirlerinden ayrılmışlardır. Şekil 3-7 ve Şekil 38'de bu genetik şifrelemeyi inceleyerek kodlamayı takip edersek birbirlerini izleyen bu üç üçlünün, prolin, serin, glutamik asit gibi üç amino asidin bir protein molekülü içindeki yerleşiminden sorumlu olduğunu görürüz.

H

C— İ — H

H -C

II

- c^

^N—H /N =< I

0=C

^

C— H

c- NC /

\

Guanin

Sitozin

Pürinler

Plrim idinler

ŞEKİL 3 - 3 Deoksiriboniikleik asidin temel yapı taşları (DNA).

DNA’DAKİ ŞİFRELENMENİN RNA ŞİFRESİNE AKTARILMASIKOPYALAMA (Transkripsiyon) İŞLEMİ Hücre fonksiyonlarının pek çoğu sitoplazm ada gerçekleşirken, DNA’nın hem en hem en hepsinin hücre çekirdeğinde yer alması nedeniyle sitoplazmadaki kimyasal reaksiyonları çekirdekte bulunan genlerin kontrol etmesini sağlayan bir yol bulun­ ması gerekir.. Bu, başka bir niikleik asit olan ve ya­ pımı, çekirdekte bulunan DNA tarafından kontrol

H -C \ . ^ C\ H |

H |7 °

/C— H

C— H Deoksiriboz -C— H

I

H

ŞEKİL 3 - 2 Genin çift sarmallı heliks yapısı. Dıştaki sarmallar fosforik asit ve bir şeker olan deoksiriboz bileşimindendir. Bu heliksin iki sarmalını birbirine birleştiren içerde yer alan pürin ve pirimidin bazları olup, bunlar genin şifresini tayin eder.

ŞEKİL 3 - 4 DNA’yı oluşturan nlikleotidlerden biri olan deoksiadeııilik asit yapısı.

26

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

mektedir. DNA zincirlerinden bir tanesi bu şekilde RNA yapımı için kullanılırken, karşı taraftaki diğer zincir inaktif olarak kalmaktadır. Her bir krom o­ zomda yer alan her DNA zinciri öyle uzun bir m o­ lekül yapısına sahiptir ki ortalam a 4000 gene ait olan şifreyi (kodu) taşımaktadır.

_p. o—

- P DDeoksiadenilik asit

D eoksitim idilik asit

RNA'nın Temel Yapı Taşları. RNA'mn yapısını oluşturan yapı elemanları iki farklılığın dışında h e­ men hemen DNA’nın aynıdır. Bu farklılığın birinci­ si, RNA’nın yapısında bir şeker olan deoksiriboz yer almamakta, onun yerine bileşim i hafifçe farklı olan başka bir şeker, ı iboz bulunmaktadır, ikinci olarak timin yerine başka bir pirimidiıı olan ıırasil geç­ miştir.

P D— D eoksisitidiiik asit

P D D eoksiguanilik asit

ŞEKİL 3 - 5 DNA’yı oluşturan dört ııüklcotid bulunmaktadır. 11er bir niikleotid fosforik asit (P), dezoksiriboz (D) ve buna ilave olarak dört temel niikleotid: Adenin (A): timin (T); guaniıı (G): ve sitozin (S) içermektedir.

RNA N ü kleo tidlerinin Oluşum u. Daha önce DNA sentezinde tarif edilenin tıpatıp aynı şekilde gerçekleşerek RNA yapı elemanları önce nükleotidleıi oluşturur. Burada da dört farklı niikleotid RNA sentezi için kullanılır. Bu nükleotidler baz olarak adenin, guaniıı, sitozin ve ıırasil içerirler. Dikkat edilirse bir istisna dışında, yani timin yerine başka bir piıimidin olan u ıasil’in geçm esi dışında bütün bunlar DNA bazları ile aynıdır.

edilen ribonükleik asit (RNA) aracılığı ile başarılmaktadır.Bu yolla, şekil 3-7 de gösterildiği gibi kod, RNA ya aktarılır, bu işleme transkripsiyon adı veril­ mektedir. Daha sonra RNA çekirdek poriarından difüzyonla sitoplazmaya geçerek burada protein sentezini düzenler.

RNA sentezi

N ükleo tidlerin A ktivasyonu. RNA sentezinin ikinci aşaması nükleotidlerin RNA polimeraz tara­ fından aktivasyonudıır. Bu her bir niıkleotidde iki fosfat kökünün ilave edilmesi ile yani trifosfatlaıın oluşması ile gerçekleşmektedir. (Şekil 3 -7 ’de RNA oluşması sırasında sağ uçda iki RNA nükleotidi iz­ lenmektedir.) Son iki fosfat, nıikleotide hücredeki ATP’den sağlanan yüksek enerjili fosfat bağları ile bağlıdır. Bu aktivasyon işlemi sonucunda her bir ııükle-

RNA sentezi esnasında DNA molekülüne ait iki zin­ cir geçici olarak ayrılır. Daha sonra bu iki zincirden bir tanesi RNA molekülünün sentezi için şablon olarak kullanılır. DNA’daki üçlü yapılar (triplet'ler) RNA’daki tamamlayıcı üçlü yapıların oluşmasını sağlar, RNA daki tripletlere koclon adı verilir; bu kodonlar sitoplazmada sentezleııecek olan protein­ lerde yer alan amino asidlerin dizilişini kontrol et­

—d—a—d—a—d—a -d—a—d—a—d—a •d—a—d—a—d - a —dI

I

I

I

I

o

I

I

I

I

1

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

C

C

G

T

C

T

I

G

I

A

A

I

I

I

I

I

I

I

I

o I

I

I

I

o

- P - D —P - D - P - D

I

v

I

V

o I

0

i

I

I

•P— D— P — D— P— D —P— D—P— D—P— D—

ŞEKİL 3 • 6 DNA’nın çift sarmallı zincirinde deoksiriboz nükleotidinin yerleşim düzeni.

DNA zinciri

—a —d —a —d - a - d - a - d - a - d - a - d - a - d - a - d - a —d — I

0

I

9

I

O

I

V

C

C

G

U

I

I

I

İ

I

O

C l

I

V

I

O

U i

1

I

1

G l

P—R—P—R—P—R— P R—P - R - P —R— P - R RNA molekülü

J

/ RNA polimeraz

I

ŞEKİL 3 - 7 Riboz nükleotidlerinin bir DNA zinciri ile birleşerek bir molekül genetik şifreyi genden sitoplaz­ maya taşıyan ribonükleik asidi (RNA) oluşturma­ sı izlenmektedir. RNA polimeraz DNA zinciri b o­ yunca hareket ederek RNA molekülünü oluştur­ maktadır.

BÖLÜM 3 • Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü

c I

c I

P— R - P — R - P Prolln

u

c

I

I

■P— R - P — R - P Serin

G

A

A

I

I

I

P -R -P -R -P -R Glutamik asit

ŞEKİL 3 • 8 Riboniikleik asidin yapısı incelendiğinde üç kodoıı taşıdığı görülür. CCG, UCU, GAA bunlar sırası ile prolin, serin ve glutaıuikasit aminoasillenni kodlar.

otidde toplanan büyük miktardaki enerji RNA zin­ cirinin sonuna eklenecek yeni RNA nükleotidinin oluşturulması için gerekli kimyasal tepkimelerin başlatılması için kullanılır.

DNA Zincirinin Kalıp Olarak Alınıp Aktive Edilmiş Nükleotidlerden RNA Molekülünün Biraraya Getirilmesi-Transkripsiyon İşlemi RNA molekülünün birleşmesi, şekil 3 -7 ’de gösteril­ diği gibi RNA polim eıaz enziminin etkisi ile gerçek­ leşir. Bu büyük protein enziminin, RNA molekülü­ nü oluşturabilmesi için çok sayıda işlevsel niteliği­ nin bulunması gerekir. Bu nitelikler şunlardır: 1. DNA zincinin başlangıç geninin hemen önün­ deki nükleotid dizisine promoter adı verilir. RNA polimeıaz bu promoteri tanıyacak uygun tam am la­ yıcı yapıdadır, ona bağlanır. Bu RNA molekülünün oluşumunun başlaması için gerekli ilk adımdır. 2. RNA polimeraz promotere bağlandıktan sonra DNA sarmalının yaklaşık iki dönüşliik bölümünü düzleştirir ve iki zincirin birbirinden ayrılmasına neden olur. 3. Polimeraz daha sonra DNA zinciri boyunca ha­ reket eder ve hareketin her aşamasında geçici ola­ rak iki DNA zincirini gevşetip birbirinden ayırır. Polimeraz zincir boyunca hareket ederken oluşan RNA zincirinin sonuna yeni oluşmuş olan RNA ııükleotidlerini ilave eder. Bu işlem aşağıdaki aşa­ malarda gerçekleşir: 3a. İlk olarak DNA zincirindeki bazlar ile ııükleoplazmada bulunan RNA niikleotidlerinin bazları arasında hidrojen bağları oluşturur. 3b. Daha sonra RNA polimeraz bu RNA niikleotidlerinin her birinde bulunan üç fosfat kökünden ikisinde fosfat bağını kırar. Kırılan yüksek-eııerjili fosfat bağından büyük miktarda enerjinin serbestleşmesine neden olur. Serbestleşen bu enerji büyü­ yen RNA molekülünün ucunda yer alan ı iboz ile nükleotid üzerinde geri kalan fosfat arasında kova­ lan bağları oluşturur. 3c. DNA geninin sonuna geldiğinde RNA polim e­ raz zincir-soıılandıran dizi adı verilen yeni biı DNA nükleotid dizisiyle karşılaşır. Bu, polimerazın DNA zincirinden ayrılmasına neden olur polim e­ raz, Daha sonra RNA zincirlerini oluşturma': ü/ere tekrar tekrar kullanılabilir. 3d. Yeni RNA dizisi oluşurken DNA şablonu ile hidrojen bağları koparılır. Çünkü DNA'nm kenui tamamlayıcı DNA zinciri ile tekrar bağlat oluştuı-

27

maya büyük ölçüde afinitesi vardır. Böylece RNA zinciri DNA’dan uzaklaşmaya zorlanarak nükleoplazmaya serbestler. Dört tip DNA bazı ve dört tip RNA nükleotid bazı bu­ lunduğunu tekrar hatırlayalım. Bunlar daima birbirle­ ri ile özgül birleşikler oluşturacak şekilde bağlanırlar. Böylece DNA zincirinde bulunan şifre RNA molekülü­ ne (Icomplementer) tamamlayıcı şe kilde aktarılır. Riboz nükleotid bazları her zaman deoksiriboz bazla­ rı ile aşağıda izlendiği şekilde bileşimler oluşturur. DNA Bazı

RNA Bazı

g u an ın ..................................................................sitozin s ito z in .................................................................gıtanin a d en in ..................................................................üıasil tim in .....................................................................adenin Üç Farklı Tip RNA. Birbirinden farklı üç tip RNA vardır. Bunların her biri protein yapımında tam a­ men farklı ve bağımsız bir rol oynar. Bunlar 1. Haberci RNA (messenger RNA); protein yapı­ mını kontrol etm ek için sitoplazmaya genetik şifre­ yi (kodu) taşır. 2. Taşıyıcı RNA (transfer RNA); protein m olekülü­ nün yapımında kullanılmak üzere aktive edilmiş amino asitleri ribozomlara taşır. 3. Ribozomal RNA, yaklaşık 75 farklı protein ile ı ibozomları oluşturur. Ribozomlar protein moleküllerinin bir araya getirildiği fiziksel ve kimyasal yapılardır.

Haberci RNA-Kodonlar Haberci RNA molekülleri sitoplazmada uzun ve tek sarmal RNA zincirleri biçim inde ve süspansiyon halinde bulunur. Bu moleküller sayıları birkaç yüz­ den birkaç bine kadar değişen eşlenm em iş nükle­ otid zincirinden oluşmaktadır. Bunlar DNA genin­ deki şifre üçlüsüne tıpatıp benzeyen tam amlayıcı kodonları yani şifreyi taşırlar. Şekil 3-8 haberci RNA molekülünün küçük bir bölümünü göstermektedir. Bunun kodonları, CCG, UCU ve GAA’dır. Bu kodonlar, amino asitlerden prolin, serin ve glutamik asidi oluştururlar. Şekil 3 -7 ’de bu kodonlarm DNA m ole­ külünden kopya edilmesi izlenmektedir. Farklı Amino A sitler İçin RNA Kodonları. Tablo 3-1 protein molekülü içinde yer alan yirmi amino asidin RNA kodonlarını gösterm ektedir. Amino asidlerdeıı çoğunun birden fazla kodonla temsil edildiği görülmektedir. Aynı zamanda bir kodunun protein molekülünün üretiminin başlam ası için başla (start) uyarısını verirken, üç kodunun prote­ in molekülünün üretilmesini durdurup sonlandırmakta olduğuna dikkat edilmelidir. Tablo 3-1'de bu iki tip kodoıı "zinciri başlatan" CI, “zinciri sonlandııau" CT ile gösterilmiştir.

Taşıyıcı RNA-Anti Kodonlar Protein sentezinde özel bir rol oyna van başka bir RNA çeşidine taşıyıcı RNA adı verilmektedir. Ona

28

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

lerinin oluşumu sırasında antikodoıı bazları h a­ berci RNA’nın kodon bazlarına gevşek hidrojen bağları ile tutunur. Böylece, h aberci RNA zinciri üzerinde belirli am ino asitler birbiri ardısııa sıra­ lanarak protein molekülündeki am ino asit dizisini oluştururlar.

TABLO 3 - 1

Başlangıç, sonlanma ve aminoasitlere ait olan R N A kodonları Amino asil

RNA

Kodonlar

Alanin Arginin Asparagin Aspartik asit Sistein Glutam ik asit Glutam in Glisin Histidin İzolösin Lösin Lizin Metiyonin Fenilalanin Prolin Serin Treonin Triptofan Tirozin Valin Başla (CI) Dur (CT)

GCU CGU AAU GAU UGU GAA CM GGU CAU MU CUU AM AUG UUU CCU UCU ACU UGG UAU GUU AGU UM

GCC CGC AAC GAC UGC GAG CAG GGC CAC AUC CUC MG

GCA CGA

GCG CGG

AGA

AGG

Ribozomal RNA GGA

GGG

AUA CUA

CUG

UUA UUG

UUC CCC UCC ACC

CCA UCA ACA

CCG UCG ACG

AGC

UAC GUC

GUA

GUG

UAG

UGA

AGU

Hücredeki üçüncü tipteki RNA, ribosom al RNA’dır; Ribozomun yaklaşık yüzde 60’ını oluşturur. Ribozomun geri kalan kısmı hem yapısal proteinleri, hem de protein molekülü yapımı için gerekli en ­ zimleri içeren 75 tip proteinden oluşmuştur. Ribozomlar, sitoplazma içinde üzerinde protein moleküllerinin sentez edildiği tem el fiziksel yapı­ lardır. Ancak daima diğer iki tip RNA ile birlikte ça­ lışır: taşıyıcı RNA, yapılan protein molekülüne ek­ lenmek üzere am inoasitleıi ribozoma taşırken, h a ­ berci RNA üretilen her bir özgül protein tipindeki doğru amino asit sıralaması için gerekli bilgiyi sağ­ lar. Böylece ribozomlar, içlerinde protein molekül­ lerinin oluştuğu adeta bir fabrika gibi çalışırlar.

CI: zincir b aşı CT: zincir sonu

bu adın verilmesinin nedeni; protein m olekülleri­ nin sentezi yapılırken taşıyıcı RNA molekülünün am inoasit moleküllerini protein m oleküllerine ta ­ şımasıdır. Her taşıyıcı RNA tipi özgül olarak p rote­ in yapısına girecek 20 am ino asitten biri ile birle­ şir. Taşıyıcı RNA kendisine ait olan özgül tipteki am ino asitleri protein m oleküllerinin oluştuğu ribozom lara ileten taşıyıcı görevi yapar. Ribozomlar içinde özgül tipteki transfer RNA’nın her biri h a­ berci RNA üzerinde bulunan özel kodonu tanır. Daha sonra tarif edileceği gibi uygun am ino asit, yeni oluşmakta olan protein molekülü zincirinde kendisine uyan uygun yere bırakılır. Yalnızca yaklaşık 80 niikleotidden oluşan trans­ fer RNA, haberci RNA’ ya oranla daha küçüktür. Şe­ kil 3 -9 ’da izlendiği gibi kıvrılmış nükleotid zinciri yonca yaprağı görünümündedir. Molekülün bir ucunda mutlaka bir adenilik asit bulunur; bu taşı­ nan amino asidin, adenilik asitteki riboz grubunun bir hidroksiline bağlanmasını sağlar. Özgül tipteki her bir transfer RNA’da bu bağlantıyı yine özgül tip­ teki bir enzim yapmaktadır; bu enzim aynı zam an­ da belirli tipteki transfer RNA'ya bağlanacak amino asit tipini de tayin etmektedir. Protein zincirini oluşturm ak için transfer RNA’nın fonksiyonu özgül am inoasidi bu zincire bağlam ak olduğundan, her transfer RNA tipi aynı zam anda haberci RNA’daki özgül kodon için özel­ leşmiştir. Transfer RNA’daki özgül şifreye aııtikodoıı adı verilir ve antikodonu oluşturan nükleotid baz üçlüsü spesifik kodonun tanınm asını sağlar. Antikodoıı transfer RNA m olekünün yaklaşık ola­ rak ortalarında bulunur (Şekil 3 -9 ’da yonca şekli­ nin alt tarafında gösterilmiştir). Protein m olekül­

Çekirdekçik İçinde Ribozomların Oluşumu. Ribo­ zomal RNA’ları oluşturan DNA genleri nukleusun beş kromozomal çiftine yerleşmiştir. Bu kromozomların her biri bu genlerin çok sayıda eş değer kopyalarım ta­ şımaktadır. Çünkü hücre fonksiyonu için büyük mik­ tarda ribozomal RNA’ya geresinim vardır. Ribozomal RNA oluştukça kromozomlara bitişik olarak uzanan özelleşmiş bir yapı olan çekirdekçik­ te biriktirilir. Çok miktarda protein sentezleyen hücrelerde olduğu gibi, fazla miktarda ribozomal RNA sentezlenmekteyse çekirdekçik büyür. Hücre içinde protein sentezi çok azaldığında ise çekirdek­ çik çok küçülerek adeta görünmez olur. “Ribozomal proteinlerin’’ birleşeıek, ilkel ribozom alt birimleri

oluşan protein

Alanine Sistein ı Histidin î Alanin< Fenilalanin(

Taşıyıcı RNA

' Başlama kodan \ i

/[a u g |g c c ,|u g u ,|c au GCC |uuu |u c c |c c c |a a a |c a g |g a c |uau I

Ribozom

Haberci RNA hareketi

Ribozom

ŞEKİL 3 - 9 Haberci RNA zinciri iki ribozom arasında hareket etmektedir. Sağ taraftaki ribozomda gösterildiği gibi her kodon geçişinde bir aminoasit büyüyen protein zincire eklenir. Taşıyıcı RNA molekülü protein yapımının her aşamasında 20 aminoasitten hangisinin zincire ekleneceğini belirler.

BÖLÜM 3 • Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü olan granüler yapılar haline getirildiği çekirdekçikte ıibozom al RNA özgül olarak işlenir. Bu alt üniteler daha sonra çekirdekçikten serbestleşip ayrılır ve nükleer çekirdek kılıfının geniş potlarından geçerek sitoplazm anın her tarafına taşınır. Alt birimlerin sitoplazm aya girm elerinden sonra bunlar olgun fonksiyonel ribozomlaı ı oluşturmak üzere bir araya gelirler. Çekirdek, olgun ribozomları taşımamakta, bu nedenle proteinler çekirdekte oluşmamaktadır.

Ribozomlarda Protein OluşumuÇeviri “Translasyon” İşlemi Bir haberci RNA molekülü, bir ıibozom la bağlantı kurduğu zaman, RNA molekülündeki özel bir RNA baz dizisi tarafından daha önce belirlenmiş bir uç­ tan başlayarak ribozom boyunca hareket eder. Da­ ha sonra Şekil 3-9 ’da izleneceği gibi haberci RNA ri­ bozom boyunca hareket ederken protein m olekü­ lünü oluşturur. Bu işleme çeviri (tmııslation) adı verilir. Böylece, teypteki bandın hareketi sırasında okunmasına benzer şekilde haberci RNA’daki şifre­ nin ribozom tarafından "okunması” sağlanır. Daha sonra ribozomun üzerinden ‘zinciri sonlandır’ veya ‘dur’ kodonu kayarak geçerken, protein molekülü­ nün yapımının sona erdiği işareti alınır ve protein molekülü sitoplazma içine serbestlenir. Poliribozomlar. Bir tek haberci RNA molekülü ay­ nı anda farklı ribozomlarda birkaç protein m ole­ küllünü oluşturabilir. Çünkü Şekil 3-9'da izlendiği gibi haberci RNA ilk ribozomu terk ederken birbiri­ ni izleyen ribozomlardan geçebilir. Her bir ribozomda protein moleküllerinin oluşumu farklı aşa­ malardadır. Bu nedenle sıklıkla görüldüğü gibi bir tek haberci RNA üzerine, aynı zamanda 3-10 ribo­ zom bağlanarak ribozom kümesi oluştururlar. Bu kümelere poliribozonûar adı verilir. Burada özellikle işaret edilmesi önemli olan, ha­ berci RNA’nm herhangi bir ribozomda protein m o­ lekülü oluşumuna sebep olabileceğidir. Belirli tip­ teki proteinlerin yapımı için özgül ribozomlar bu­ lunmamaktadır. Ribozomlar kimyasal reaksiyonla­ rın yer aldığı basit yapılardır. Çok Sayıda Ribozomun Endoplazmik Retikuluma Tutunması. Bölüm 2’de bir çok ribozomun endoplaz­ mik retikuluma tutunduğuna değinilmişti. Bunun ne­ deni, oluşan protein moleküllerinin başlangıç ucun­ da, endoplazmik retikulum üzerindeki özel reseptör­

Taşıyıcı

lerle hemen bağlanan aminoasit dizileri bulunması­ dır; bu, bu moleküllerin retikulum duvarına penetre olmalarına ve endoplazmik retikulum maüiksine gir­ melerine neden olur. Bu sırada ribozom tarafından protein molekülünün yapımı hala devam etmektedir. Ribozom, endoplazmik retikuluma doğru çekilip pro­ teinlerin oluştuğu ve matrikse girdiği retikulum böl­ gelerine granüler bir görünüm vermektedir. Şekil 3- 10’da haberci RNA ile ribozom arasında fonk­ siyonel işbüliği ve ribozomların endoplazmik retiku­ lum membramna tutunmaları görülmektedir. Aynı haberci RNA zincirine cevap olarak bir çok ribozomda çeviri işleminin aynı zamanda yapıldığına dikkat edin. Dikkat çekici bir diğer nokta da yeni oluşan polipeptid (protein) zincirlerinin endoplazmik retikulum membranından endoplazmik matrikse geçişleridir. Burada işaret edilmesi gereken bir başka önemli nokta da bez yapısındaki hücrelerde çok miktarda protein içeren sekresyon vezikülleri oluşması dı­ şında, ribozomlarda oluşan proteinlerin çoğunun doğrudan sitozole salınmasıdır. Bunlar hücrenin enzimleri ve yapısal proteinleridir. Protein Sentezinin Kimyasal Aşamaları. Protein molekülünün sentezinde görülen bazı kimyasal olay­ lar Şekil 3-11’de izlenmektedir. Bu şekilde AAı, AA2 ve AA2o ile işaret edilen birbirmden farklı üç amino asi­ din temsili tepkimeleri görülmektedir. Sırası ile (1) Her aminoasit, ATP’nin iki yüksek enerjili fosfat bağı­ nı vermesiyle oluşan adenozin moııofosfat ile kimya­ sal bir reaksiyonla birleşerek aktive olur.Oluşan bileşi­ ğe adenozin moııofosfat-aminoasit kompleksi adı veeıilir. (2) Aktive edilen aminoasit fazladan bir enerjiye sahiptir ve kendi özgiil transferRNA'sı ile birleşerek bir amino asit-t-RNA kompleksi yaparken aynı zamanda adenozin monofosfatı serbesdeştirir. (3) Amino asit kompleksi taşıyan transfer RNA, ribozom molekülün­ deki haberci RNA molekülü ile bağlanü kurar. Burada transfer RNA’mn anti kodonu haberci RNA’nın özgül kodonuna geçici olarak tutunarak protein molekülü­ nü oluşturmak için, amino asidi, dizide uygun olan yere yerleştirir. Daha sonra ribozomda bulunan pro­ teinlerden biri olan peptidil transferaz enziminin etki­ si ile birbirini izleyen aminoasitler arasında peptid bağları oluşur, protein zincirine yavaş fakat devamlı eklemelerle zincir uzar. Bu kimyasal olaylar iki yüksek enerjili fosfat bağının enerjisine ihtiyaç gösterir. So­ nuç olarak protein zincirine her bir amino asidin ek­ lenmesi için, total olarak dört yüksek enerjili bağın

Haberci

Ribozom

RNA

ŞEKİL 3 - 10 Protein molekülünün oluşumu esnasmda haberci RNA, taşıyıcı RNA ve endoplazmik retikulumun fonksiyonel ilişkisi ve ribozom ların fizik yapısı görülmektedir. Bloom VV, Fawcett DYV: Textbook of Histology. 10. Ed. Philadelphia: WB Saunders Co, 1975.)

29

zin cir

30

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

Amino asit

AAı +

AA2

AA2o

ATP

ATP

ATP A M P -A A 20

A M P -A A ,

A M P -A A z

+ tRNAi

+

+

,r n a 2

tRNA2o

,RNA2 —AA2

tRNA20—A.A20

RNA- amino acyl kompleksi tRNAı —AA! Haberci RNA

t

I

I Aktive edilmiş Amino asit

+

+

GCC UGU AAU

CAU CGU AUG GUU

GCC UGU AAU

CAU CGU AUG GUU

1 * t

İ l i l

tRNA, haberci RNA ve aminoasit arasında oluşan kompleks

i: JG TPJG TP| GTP |G TP|G TPJG TP JGTP Protein zincir

AAı—AA5 —AA3 — AAg—AA2 —AA13 —AA2q

ŞEKİL 3 - 11 Protein molekülünün oluşmasında görülen kimyasal olaylar.

kullanılması gerekmektedir. Bu nedenle hücrede enerji tüketen işlemlerin başında proteinin hücre içi sentezi gelmektedir.

maddeler aracılığı ile hücre içinde çok sayıda fonk­ siyon gerçekleşmektedir.

Peptid Bağları. Protein zincirinde yer alan ve bir­ birini izleyen amino asitler birbirlerine aşağıdaki tipik tepkimelerle bağlanırlar:

HÜCREDE BİYOKİMYASAL AKTİVİTE VE GENETİK FONKSİYONLARIN KONTROLÜ

NII2 O I II

H

R

I I

R— c — c — OH + H — N — c — C O O H --»

NH, O H R r ıı ı ı R— C— C— N— C— COOH + H20 Bu kimyasal tepkimelerde birinci amino asidin COOH bölümünden hidroksil kökü (OH ) ayrılır­ ken, diğer amino asidin NH2 bölümünden (H+) ay­ rılmaktadır. Bu ayrılanlar birleşeıek suyu oluştu­ rurken yanyana bulunan iki amino asidin üzerinde yer alan reaktif bölgeler birleşeıek bir tek molekül oluştururlar. Bu işleme p ep tid bağlan adı verilir. Bundan sonra eklenecek her bir amino asit için ye­ ni peptid bağları oluşur.

Buraya kadar yapılan tartışmalarda, hücrenin hem fiziksel hem de kimyasal fonksiyonlarının genler tarafından kontrol edildiği açıkça ortaya konul­ muştur. Bununla beraber genin kendi aktivitesinin bile kontrol edilmesi gerekmektedir. Aksi halde hücrenin bazı kısımları çok büyüyebilir veya kim ­ yasal reaksiyonların abartılı etkisi ile hücreyi ölüme götürebilir. Her hücrenin kendine özgü etki­ li bir iç geri bildirim (feedback) kontrol m ekaniz­ ması vardır. Böylece hücre içinde çeşitli fonksiyo­ nel işlemlerin birbirini düzenli bir şekilde izlemesi sağlanır. Her bir gen için veya her bir küçük gen grubu için (her birindeki gen sayısı 100.000’dir) en az bir tane feed back kontrol mekanizması vardır. Hücrede biyokimyasal aktiviteyi kontrol eden iki temel yöntem bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi genetik düzenleme, genlerin aküvitelerinin kendileri tarafından kontrol edilmesidir. Diğeri ise hücre için­ de oluşan enzimlerin aktivite derecelerini kontrol eden enzim düzenlem e mekanizmasıdır.

HÜCREDE DİĞER MADDELERİN SENTEZİ

Genetik Düzenlem e

Yukarıda anlatılan şekilde oluşan binlerce protein enzim, hücredeki bütün öteki kimyasal reaksiyon­ ları kontrol eder. Bu enzimler lipidlerin, glikojenin, pürinlerin, primidlerin ve öteki yüzlerce maddenin sentezini sağlamaktadır. Karbonhidrat, lipid ve protein m etabolizm aları ile bu sentez işlemleri ara­ sındaki ilişki Bölüm 6 7 ’den Bölüm 6 9 ’a kadar olan kısımda tartışılacaktır. Hücrede oluşan bütün bu

Hücrenin Operonu ve Biyokemyasal Sentezle­ rinin Kontrolü - Prom oter'in Görevi. Biyokimya­ sal ürünlerin hücre içi sentezlerinde bir dizi tepki­ meye ihtiyaç vardır. Bu tepkimelerin her biri özgül bir protein enzim ile katalize edilir. Sentez işlem i için gerekli olan bütün bu enzimlerin oluşması sık­ lıkla aynı kromozomal DNA zinciri üzerinde yer alan, birbiri ardısıra yerleşmiş olan gen dizisi tara-

BÖLÜM 3 • Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü

fından kontrol edilir. DNA zincirindeki bu alana operon adı verilirken tek tek enzimlerin yapım ın­ dan sorumlu genlere yapısal genler adı verilir. Şekil 3 -1 2 ’de operon içinde yer alan ayrı ayrı üç yapısal genin kendilerine ait olan üç enzimin yapımını kontrol etmeleri ve hücre içi özgül ürünlerin sentez edilmeleri izlenmektedir. Şimdi DNA zinciri üzerinde bulunan ve prom oter adı verilen segmente dikkat edelim. Bu, daha önce tartıştığımız gibi, RNA polimeraza özel bir affınite gösteren bir nükleotid dizisidir. RNA sentezini ger­ çekleştirmek için polimerazın DNA zinciri üzerinde zincir boyunca hareket etmesinden önce mutlaka promoter ile bağlanması gerekmektedir. Bu yüzden promoter, opeıonun aktive olmasında temel öğedir. Operonun Represör Proteinle Kontrolü - Repressör (Baskılayıcı) O peratör. Şekil 3-12'ye dik­ katle bakılırsa promoterin ortasında uzanan niikleotidlerden oluşan ilave bir bant görülür. Bu bölgeye represör operatör adı verilmektedir. Çünkü buraya bir ‘regülatör’ protein bağlanarak RNA polimerazın prom otere bağlanm asını önleyebilir ve böylece operon içindeki genlerden transkripsiyon bloke edilir. Bu yüzden regülatör proteine represör protein adı verilir. Heıbir regülatör represör proteinin genel olarak iki allosterik şekli bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi operatöre bağlanarak kopya çıkarma işle­ m ini engellerken diğeri bağlanmamaktadır. Bunlar­ dan bir tanesi düz bir protein molekülü iken aynı proteinin diğer tipinin ortasında açısal bir eğilme vardır. Bu faiklı şekilde olan proteinlerden ancak bir tanesi operatörü baskı altında tutabilir. Hücre metabolitleri gibi çeşitli non protein maddeler resep­ tör protein ile bağlanarak onun allosterik duru­ munu değiştirebilir. Bir madde onun konumunu değiştirip operatöre bağlanm asını sağlayarak transkripsiyonu engellerse bu maddeye repressör m adde veya inhibitör m ad d e adı verilir. Diğer taraf­ tan represör proteinin operatör ile olan bağlarını kı­ rarak onu değiştiren maddelere aktivatör m adde veya indiikleyici m adde adı verilir. Çünkü bu mad­ deler represör proteini uzaklaştırarak transkripsi­ yon işlem ini aktive ederler. Aktivatör operatör

Represör operatör

\

/ Promoter

Operon

Yapısal gen A

t

Enzim A Operatörün inhibisyonu

I I I

Yapısal gen B Enzim B

* Í

Subsratlar Negatif feedback

Yapısal gen C

I

Enzim C

I Sentezlenen Ürün

)

ŞEKİL 3 - 12 Hücre içindeki metabolik kimyasal maddeler gibi hücre içi nonprotein ürünlerin sentezini kontrol eden operon fonksiyo­ nu görülmektedir. Dikkat edilirse sentezlenen ürünler bir ne­ gatif fcedback mekanizması ile operonım fonksiyonunu inlıibe etmektedir. Bu olaydan otomatik olarak ürünün konsantrasyo­ nu kendisi tarafından kontrol edilmektedir.

31

Represör protein tar afından gen kopyalanmasının kontrol edilmesini açıklamak için bir örnek verelim: Esclıericlıia coli hücreleri için laktoz sakkaıidi genel­ likle ortamda bulunan bir besin maddesi değildir. Bu yüzden bakteri, laktozun metabolik kullanımı için gerekli enzimleri normal olarak sentezlemeyecektir. Bununla beraber ortamda kullanılmaya hazır laktoz bulunduğu zaman, represör proteinde bir al­ losterik yapı değişikliğine neden olur, bu da gerekli metabolik enzimleri kopyalayan operon promoteri üzerinden represör proteini uzaklaştırır. Daha son­ raki dakikalar içinde RNA polim eıaz promotere bağ­ lanarak laktozu parçalayacak uygun enzimleri oluş­ turmak üzere operon boyunca hareket eder. Hücre içinde laktozun kaybolmaya başlaması ile enzim sentezinin hızı geriye dönerek azalır ve ortamdaki laktoz miktarı için gerekli olan düzeyde tutulur. Bu­ rada açıkça görülen, hücrenin, kendi içinde düzen­ leyici bir sistemin mantığına sahip bulunmasıdır. "A ktivatör Protein" İle Operonun Kontrolü "A ktivatö r O p e ra tö r". Şekil 3-12'de aktivatör operatör denilen bir diğer operatör bulunmaktadır. Bu promotere komşu ancak onun önünde bulun­ maktadır. Düzenleyici protein bu operatöre bağlan­ dığı zaman RNA polimerazın prom otere çekilm esi­ ne yaıdım ederek operonu aktive eder. Bu yüzden bu tip düzenleyici regülatör proteine aktivatör p ro­ tein adı verilir. Operon represör operatörün kontrol mekanizmalarının tam zıttı ile aktivatör protein ta­ rafından aktive veya inlıibe edilebilir. Operonun N eg a tif Feedback Kontrolü. Son olarak Şekil 3-12’de görüldüğü gibi hücre içinde sentez edilen ürün miktarı kritik düzeye ulaştığın­ da bu maddenin sentezinden sorumlu olan operon negatif feedback mekanizması ile inhibe edilir. Bu inhibisyon iki şekilde gerçekleşir. Ya, son ürün re­ gülatör repressör proteinin repressör operatöre bağlamasına neden olur ya da regülatör aktivatör proteinin aktivatör operatör ile olan bağların kırıl­ m asına yol açar. Operon her iki durumda da inhibe olur, böylece sentezine gereksinim duyulan ürün miktarı yeterince çoğalıp bol bulunur duruma gel­ diğinde operon geçici bir süre için inaktif duruma geçer. Diğer taraftan, hücre içinde sentez edilen ürünün hücrede yıkılıp konsantrasyonunun düş­ mesi halinde operon tekrar aktif hale geçer. Bu şe­ kilde hücre içinde sentez edilen ürünün konsant­ rasyonu kontrol edilmiş olur. Kayıt İşleminin Operonla Kontrolünde D iğer Mekanizmalar. Son on yıl içinde operonun temel kontrol mekanizmalarındaki çeşitliliğini ortaya ko­ yan araştırmalar hız kazanmış, bu alandaki buluş­ lar çoğalmıştır. Ayrıntıya girmeden bunların bazıla­ rını sıralayalım: 1. Bir operon sıklıkla çekirdeğin genetik kom p­ leksinin başka bir bölgesinde bulunan bir regülatör gen ile kontrol edilir, bu regülatör gen regülatör protein oluşturur. Bu regülatör protein daha sonra ya aktivatör ya da repressör madde gibi hareket ederek operonu kontrol eder. 2 . Nadiren de olsa birçok farklı operon aynı zaman­ da ve aynı regülatör protein ile kontrol edilir. Bazı ör-

32

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

nekleıde aynı regülatör proteinin, bir operon için aktivatör bir başka operon içinse repressör fonksiyonla­ rı olduğu izlenir. Bu şekilde çok sayıda operon, eş za­ manlı olarak kontrol ediliyorsa, bülikte fonksiyon ya­ pan bütün bu opeıonlara regıılon adı verilir. 3. Bazı operonlar DNA zinciri üzerinde kayıt işle­ m ini başlangıç noktasında değil zincir boyunca çok uzak noktalara kadar kontrol ederler. Bazen bu kontrol DNA zincirinin kendisi üzerinde değil de sitoplazmaya salınmadan önce çekirdek içinde bu­ lunan RNA molekülleri üzerine olabilir veya nadi­ ren RNA'nın ribozomlar tarafından çevirisi yapılır­ ken sitoplazmada protein oluşması düzeyinde bu kontrol görülebilir. 4. Çeküdekli hücrelerde, çekirdekte bulunan DNA özgül yapısal bir birim olan kromozomların içinde pa­ ketlenmiş olarak bulunur. Her bir kromozom içinde bulunan DNA histon adı verilen küçük proteinlerin çevresine sarılmıştır. Bunlar da diğer proteinlerle sıkı­ ca bağlanarak kompakt bir kitle oluştururlar. DNA bu kompakt durumda kaldığı sürece, RNA yapım fonksi­ yonu durur. Bununla beraber, çeşidi kontrol mekaniz­ maları aracdığıyla, kromozomların seçilmiş yerlerin­ de kısa bir süre için yoğunlaşmanın ortadan kalküğı bölgelerde RNA kopyalanmasının meydana geldiği keşfedilmiştir. Bundan başka bazı özel ‘kopyalama faktörleri’ bübirinden ayrı olarak bulunan operonların her birindeki gerçek kopyalama hızını konüol ederler. Böylece ökaıyot hücre işlevlerini uygun bi­ çimde yerine getirmek için yüksek bir kontrole sahip­ tir. Buna ilave olarak, hücreye dışarıdan gelen uyarılar, örneğin bazı hormonlar özel kıomozomal sahayı ve özel bir transkripsiyon faktörünü aktive ederek hücre­ deki her kimyasal üretim fonksiyonunu kontrol eder. Her bir insan hücresinde bulunan ve sayıları 1 0 0 . 0 0 0 kadar olan farklı genlerin genetik aktiviteyi çok çeşitli yollardan kontrol edebilmeleri sürpriz değildir. Genetik kontrol sistemleri, hücre içi amiııo asitlerin, aıııino asit türevlerinin, ara ürünlerin ve karbonhidrat, lipid ve protein m etabolizm a ürünlerinin kontsantrasyonlarım kontrol etmesi bakımından önemlidir.

Hücreiçi Fonksiyonun Enzim Düzenlenmesi İle Kontrolü Hücre fonksiyonunun genetik düzenleme ile kontrol edilmesine ilave olarak bazı hücre aktiviteleıi hücre içinde bulunan inlıibitör veya aktivitörler tarafından kontrol edilir. Bu maddeler doğrudan hücıe içindeki özgül enzimlere etki ederler. Böylece enzim regülasyonu, hücrede biyokimyasal fonksiyonları kontrol eden ikinci bir mekanizmayı oluşturur. Enzim İnhibisyonu. Hücre içinde oluşan kimyasal maddelerden bazıları kendilerini sentezleyen özgül enzim sistemlerini inhibe eden direkt feedback et­ kiye sahiptir. Hemen herzaman, sentezleneıı ürün enzimatik reaksiyon dizisindeki ilk enzimi inhibe eder, çoğu kez bu enzime doğrudan bağlanarak allosteıik biçim değişikliğine neden olur ve inaktive eder. Birinci enzimin inaktivasyonunun önemi ko­ layca anlaşılabilir: Sonradan kullanılmayacak olan ara maddelerin birikmesi engellenmiş olur.

Bu enzim inhibisyon yöntem i negatif feedback kontrol mekanizmasının bir örneğidir. Bazı aıııino asitlerin, pürinlerin, pirinıidinlerin, vitaminler ve diğer maddelerin hücre içi konsantrasyonlarının kontrolünden sorumlu mekanizm a budur. Enzim Aktivasyonu. Kendilerine gereksinim duyuluncaya kadar enzimler normal olarak inaktiftiıler. Buna bir örnek olarak hücre içindeki ATP’nin tüketilerek azalması verilebilir. Bu durumda önem ­ li miktarda siklik adenozin mono fosfat (cAMP), ATP’nin yıkını ürünü olarak ortaya çıkar. cAMP’nin varlığı glikojeni ayıran (gylcogen splitting) fosforilaz enzimini aktive eder,fosforilaz gÛkoz molekülünü serbestleştirir. Glikoz molekülünün metabolize ed­ ilmesiyle elde edilen enerji ATP depolarını tam a­ men doldurur. Böylece, cAMR fosforilaz enzimi için bir enzim aktivatörü görevi yapmakta, hücre içi ATP konsantrasyonunu kontrole yardım etmektedir. İlginç bir diğer örnek de pürin ve pıim idinlerin yapım ında görülen hem enzim inhibisyonu ve hem de enzim aktivasyonudur. Hücrede DNA ve RNA’nın yapımı için bu maddelerin eşit miktarda bulunmaları gerekir. Pürinler, oluştuğu zaman, da­ ha fazla pürin yapımı için gerekli enzimi inhibe ederek pürin yapımını durdurur. Ancak pirimidin yapımını sağlayan enzimleri aktive ederler. Bunun aksine pirimidiııler kendi enzimlerini inhibe eder­ lerken pürin enzimlerini aktive ederler. İki m adde­ nin sentezlenm esi arasındaki karşılıklı ilişki, her zaman hücre içinde bu iki m addenin eşit miktarda bulunmasını sağlar. Ö ze t. Kısaca, hücreler birleşim lerinin uygun oran ve uygun miktarlarda bulunm asını iki ana yön ­ temle sağlar. Bunlar (1) genetik düzenleme m eka­ nizması ve (2 ) enzim düzenleme m ekanizm aları­ dır. Genler, tıpkı enzim sistem inde görüldüğü gibi ya aktive ya da inhibe edilirler. Çoğunlukla bu dü­ zenleyici sistem ler feedback kontrol sistem i göre­ vini yaparak sürekli olarak hücreyi denetlem ekte, biyokimyasal bileşim inin korunm asını sağlam ak­ ta, ihtiyaç olduğunda da gerekli düzeltmeleri yap­ maktadır. Fakat, bazen hücre için d e olm ayan maddeler (bu kitabın birçok yerinde tartışılmış olan özellikle bazı horm onlar) hücre içindeki kontrol sistem lerin birini veya daha fazlasını akti­ ve veya inhibe ederek hücre içi biyokimyasal te p ­ kimeleri kontrol ederler.

DNA-GENETİK SİSTEMİ, HÜCRE ÇOĞALMASINI DA KONTROL EDER Hücre çoğalması, DNA-genetiksistem enin tüm ya­ şam süreçlerinde oynadığı çok geniş kapsamlı rolü gösteren bir başka örnektir. Hücrenin büyüme özelliğini ve hücrelerin bölünüp bölünmeyeceğini, ayrıca bu bölünm enin ne zaman olacağını da gen­ ler ve genetik düzenleyici sistem ler tayin etm ekte­ dir. Böylece insanın tek hücreli döllenmiş yumurta halinden, tam olarak fonksiyonlarını kazanmış bir organizma haline gelinceye kadar gelişim inin her aşamasını bir çok önemli genetik sistem kontrol et-

BÖLÜM 3 • Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü

33

inektedir. Eğer yaşamı tanımlayan, yaşamın bir ana tem ası var ise bu DNA genetik sistemidir. Hücrenin Yaşam Siklusu. Hücrenin yaşam dön­ güsü bir çoğalmadan onu izleyen diğer bir çoğal­ maya kadar geçen süredir. Eğer memeli hücresi in-

lıibe edilm ez ve m üm kün olabileceği k ad ar hızla çoğalırsa bir yaşam dönemi 10 ile 30 saat sürer. Hücrenin yaşam döngüsü, mitoz adı verilen ve hücrenin iki yavru hücreye bölünmesiyle sonuçla­ nan, bir dizi belirgin fiziksel olayla sona erer. Daha sonra tarif edilecek olan mitoz olayı Şekil 3 -1 3 ’te iz­ lenmektedir. Mitozun gerçek süresi 30 dakika ka­ dardır bu nedenle hızla bölünen hücrelerde bile yaşam döneminin yüzde 95’ten fazlası inteıfaz adı verilen mitozlar arası döneme ayrılmıştır. Hücrenin hızla çoğaldığı özel koşulların dışında hem en hem en her zaman inlıibitör faktörlerin hücrenin yaşam döngüsünü yavaşlatabildiği veya durdurabildiği görülür. Bu yüzden insanda vücu­ dun farklı hücrelerinin gerçek yaşam siklusları da çok değişebilir,ileri derecede uyarılmış kemik iliği hücreleri için 1 0 saat olabilirken yine insan vücu­ duna ait sinir hücreleri için bu süre, bütün yaşam süresini içecek kadar uzun olabilir. ŞEKİL 3 • 13

Hücre Çoğalması DNA Eşlenmesi İle Başlar Hücre içinde bütün diğer önemli olaylarda olduğu gibi çoğalma işlemi de hücre çekirdeğinde başla­ maktadır. Çoğalmanın ilk basamağı krom ozom larda

bulunan DNA’nm eşlenmesidir (dıtplikasyonun).Mitoz ancak bu olaydan sonra ortaya çıkabilir. DNA’nm eşlenmesi mitozdan 5-10 saat önce baş­ layarak 4-8 saatte tamamlanır. DNA yalnızca bir kez eşlenir, böylece sonuç olarak tüm DNA’nm bir kopyası çıkarılmış olur. Her bir DNA kopyası mitoz sonucu oluşan iki yavru hücreden birinin DNA’sını oluşturur. DNA replikasyonundan (eşlenm esin­ den) sonra mitoz başlayıncaya kadar 1 - 2 saatlik bir dönem geçer. Ancak bu dönemde de mitotik süreci başlatan ön değişiklikler gerçekleşir. DNA'nın Eşlenmesinde Kimyasal ve Fiziksel Olaylar. DNA, RNA’nın DNA’dan transkripsiyonu­ na benzer biçimde replike olur. Ancak arada bazı önemli farklar vardır. 1. Her kromozomda yalnız bir değil, her iki DNA zinciri replike edilir. 2. Her iki DNA heliksine ait zincirin tümünde, RNA’nın genler tarafından kopyalanmasında oldu­ ğu gibi küçük parçalar halinde değil boydan boya eşleşm e görülür. 3. DNA'nın eşleşmesi için ana enzimler, RNA polimeraz ile kaışılaştırılabilen ve DNA polim eraz adı verilen bir kaç enzim kompleksidir. Bu, DNA kalıp zincirine bağlanır ve onun uzunluğu boyunca ha­ reket eder. Bir diğer enzim, DNA ligaz komşu nükleotidlerin birbirleri ile bağlanmalarını sağlar. Bu eklemeleri yapabilmek için yüksek enerjili fosfat bağlarını kullanır.

Hücrede çoğalma evreleri izlenmektedir. A,B ve C profaz; D prometafaz; B metafaz; F anafaz; G ve H telofaz evreleri olarak görülmektedir.

4. Heliksin her iki zincirinde, yüzlerce segm entte yeni DNA zincirinin oluşumu, tüm zincir eşleninceye kadar eş zamanlı olarak devam eder. Daha sonra DNA ligaz enzimi ile alt ünitelerin uçları bir­ birlerine bağlanır. 5. Yeni oluşan her DNA zinciri şablon olarak kulla­ nılan özgün DNA zincirine gevşek hidrojen bağları le tutunmuş olarak bulunur. Böylece birbirleriyle tam eşleşmiş olan ve halen birbirlerine sarılmış ola­ rak bulunan iki yeni DNA heliksi oluşmuş olur. 6 . Her kromozomdaki DNA helikslerinin uzunlu­ ğunun yaklaşık 6 santim etre olması ve her bir h e­ liksin milyonlarca kıvrımının bulunm ası nedeni ile yeni oluşan DNA helikslerinin birbirlerinden ayrıl­ malarını sağlayan, kıvrımlarını çözen özgül bir m e­ kanizmanın bulunması gerekir. Aksi halde yeni DNA zinciri ayrılamazdı. Bu, heliksin tam amı b o ­ yunca peryodik olarak her heliksi kesen, her segmente rotasyon yaptıran ve daha sonra heliksi iki­ ye ayıran enzimler tarafından gerçekleştirilir. Böy­ lece iki yeni heliks birbirlerinden ayrılmış olurlar. D N A Onarım ı, H ataların Düzeltilm esi ve M utasyon. DNA'nın kopyalanm ası ile mitozun baş­ laması arasındaki yaklaşık bir saatlik süre içinde DNA zincirlerine ait, çok aktif bir kopyaların dü­ zeltilmesi periyodu vardır. Yani nerede hatalı DNA nükleoditleri varsa şablon zincirindeki nükleotidlerle karşılaştırılır; özel enzim ler kusurlu alanları kesip yerlerine uygun tam am layıcı nükleotidleıi yerleştirirler. Bu işlem leri gerçekleştiren enzimler, ıeplikasyon işlem inde kullanılan DNA polim eraz

34

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

ve DNA ligaz enzimleri ile aynı enzimlerdir. Bu onarım işlem ine, DNA hatalarının düzeltilm esi iş­ lem i adı verilmektedir. Onarım ve düzeltmeler sayesinde kopyalama işlemi sırasında çok nadir olarak hata yapılır. Hata yapıldı­ ğında buna mutasyoıı adı verilir; bu durumda hücre­ de gerekli proteinin oluşması yerine hücrede anormal bir protein oluşur. Bu da sıklıkla hücre fonksiyonları­ nın bozulmasına ve hatta bazen hücrenin ölümüne yol açar. Buna rağmen insan genomunda 100.000 ve­ ya daha fazla genin olduğunu ve bir insan neslinden diğerine 30 yıllık bir dönem bulunduğu düşünüldü­ ğünde, ana-babadan, çocuğa genomun geçişinde 1 0 kadar veya daha fazla sayıda mutasyoıı beklenebilir. Ancak ek bir koruma yolu daha vardır, her insanın ge­ nomu, birbiriyle tümüyle aynı genlerden oluşmuş iki ayrı kromozom dizisinde bulunur. Böylece mutasyonlara rağmen, eş kromozomlardan birindeki işlevsel (sağlam) gen, hemen her zaman çocuğa aktarılabilir.

Kromozom lar ve Eşlenmeleri Çekirdekteki DNA helikslerinin her biri kromozom­ larda paketlenmiştir. İnsan hücresi 23 çift halinde düzenlenmiş 46 kromozom içerir. Her çiftte bulunan iki kromozomdaki genlerin çoğu tamamen veya he­ men hemen tümü ile birbirinin eşidir. Bu nedenle genellikle farklı genlerin de çiftler halinde bulundu­ ğu ifade edilir. Ancak bu nadiren gerçekleşmeyebilir. Kromozom yapısında DNA'nın yanısııa büyük miktarda protein de bulunmaktadır, bunlar çoğun­ lukla elektropozitif yüklü küçük moleküller olan histonlardatı oluşurlar. Histonlar çok sayıda iğ şek­ linde cisim ler halinde düzenlenmiştir. Her DNA heliksinin küçük bölümleri birbiri ardına gelen bu cisim lerin etrafına sırası ile sarılmıştır. Daha önce belirtildiği gibi lıiston cisimleri DNA aktivitesinin düzenlenmesinde önemli rol oynarlar. Çün­ kü DNA paketlenmiş şekilde kaldığı sürece RNA oluşu­ mu veya DNA eşlenmesi için bir kalıp olarak görev ya­ pamaz. Dahası, bazı düzenleyici proteinlerin DNA'nın lıiston paketlenmesini çözdüğü ve RNA oluşumu için küçük bölümleri açığa çıkarttığı gösterilmiştir. Histon olmayan bir kaç protein de kromozomla­ rın asıl bileşenleri arasında yer almaktadır. Bunlar hem kromozomların yapısal protein ve hem de ge­ netik düzenleyici mekanizmalarla beraber, aktivatör, inhibitör ve enzim olarak görev yapmaktadırlar. Kromozomların eşlenmesi DNA helikslerinin eş­ lenm esini izleyen birkaç dakika içinde büyük bir kusursuzlukla gerçekleşir. Yeni DNA zincirleri ge­ rektiği zaman yeni protein moleküllerini toplarlar. Yeni oluşmuş iki kromozom geçici olarak (mitoz zam anına kadar) sentrom er adı verilen kromozom­ ların ortasına yakın bir bölgeden birbirlerine bağlı kalırlar. Bu eşlenmiş ancak hala bağlı olan kromo­ zomlar krom atid olarak adlandırılır.

M itoz Hücrenin iki yeni hücreye bölünmesi işlemine m i­ toz denir. Her kromozomun iki kromatidi oluştur­

mak için eşlenmesini otom atik olarak içinde oluşan mitoz izler.

1

veya

2

saat

M ito tik Aparey: Sentriyollerin Görevi. Mitozun ilk aşamalarından biri, sitoplazm a içinde iııterfazın son dönemi boyunca, sentriyol adı verilen küçük yapıların içi ya da çevresinde gerçekleşir. Şekil 3 -1 3 ’de görüldüğü gibi iki sentriyol çifti çekirdeğin bir kutbunda birbirlerine yakın şekilde yer­ leşmişlerdir. (Bu sentriyoller DNA ve kromozomlar gibi genellikle DNA eşlenm esinden kısa süre önce inteıfaz sırasında eşlenirler). Her sentriyol bir si­ lindir şeklinde düzenlenmiş 9 paralel tübüler yapı­ dan oluşan, yaklaşık 0.4 mikrom etre uzunluğunda ve 0.15 mikrometre çapında silindirik bir cisimdir. Her çiftteki iki sentriyol birbirine dik açı oluştura­ cak şekilde yerleşmiştir. Her sentriyol çifti sentri­ yol çevresindeki maddelerle beraber sentrozom olarak isimlendirilir. Mitoz bölünmeden hem en önce iki sentriyol çif­ ti birbirinden uzaklaşmaya başlar. Bu, sentriyol çiftleri arasında uzanan ve onları iterek birbirinden uzaklaştıran protein yapısındaki m ikrotübülleıin polimeıizasyonu ile sağlanır. Aynı zamanda sentri­ yol çiftinden ışınsal olarak çıkan mikrotübüller b ü ­ yür ve hücrenin her iki ucunda yıldız şeklindeki asterleri oluşturur. Asteri oluşturan mikrotübülleıin bazıları çekirdeğe girer ve mitoz sırasında iki kro­ matid çiftinin ayrılmasında rol oynarlar. İki sentri­ yol çifti arasında uzanan mikrotübiil kompleksine iğ denir. İki çift sentriyol ve tüm mikrotübül küm e­ sine birlikte m itotik aperey denir. Profaz. Profaz olarak adlandırılan mitozun ilk aşa­ ması Şekil 3-13A, B ’ ve C’de izlenmektedir. İğ olu­ şurken, iııterfazda gevşekçe kıvrılmış zincirlerden meydana gelen çekirdekteki kromozomlar yoğun­ laşarak belirgin kromozomları oluştururlar. Prom etafaz. Bu aşam ada (Şekil 3-13 D) asteıin büyüyen mikrotiibüler iplikçikleri çekirdek kılıfını parçalayarak içine girer. Aynı zam anda asterden çı­ kan çok sayıda mikrotübül hala birbirlerine bağlı olan eşlenmiş kıomatidlere sentrom erlerinden tu­ tunur. Daha sonra tübüller her çiftin bir tanesini hücrenin bir kutbuna doğru çekerken diğeri de karşı yöne doğru hareket eder. M etafaz. Metafaz sırasında (Şekil 3-13 E), mitotik apereyin iki kutbu birbirinden uzaklaştırılır. Bunun nedeninin iki asterden çıkan m ikrotiibüler iplikçik­ lerin mitotik iği oluşturmak için iç içe geçtikleri yerde birbirlerini itm eleri olduğuna inanılm akta­ dır. “Motor moleküller" denen, büyük bir olasılıkla aktitı isimli kas proteininden oluşmuş olan kont­ raktil protein moleküllerinin iplikçikler arasında yer alarak, kasta olduğu gibi adımlama (stepping) mekanizması ile iplikçikleri birbiri boyunca ters yönde kaydırdığının kabul edilmesi için nedenler bulunmaktadır. Eş zamanlı olarak kromatidler ken­ dilerine tutunan mikrotübüller tarafından hücre­ nin merkezine çekilerek m itotik iğin ekvator düzle­ mini yapacak şekilde dizilirler.

BÖLÜM 3 • Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü

A nafaz. Bu aşamada (Şekil 3-13 F), her kromozo­ mun iki kromatidi sentrom erden çekilerek ayrılır. 46 kromatit çiftinin hepsi ayrılarak 46 yavru kro­ m ozom dan oluşan iki küme oluşturur. Bölünen hücre kutuplarının birbirinden ayrılması sırasında, kümelerden biri, bir ıııitotik asteıe doğru çekilirken diğeıide diğer asteıe doğru çekilir. Telofaz. Telofazda (Şekil 3-13 G ve H), iki yavru kro­ mozom kümesi tümü ile ayrılmıştır. Daha sonra mitotik aparey kaybolur, her kromozom kümesi etrafında yeni bir çekirdek zarı gelişir. Oluşan zar sitoplazmada var olan endoplazmik retikulum parçalarından mey­ dana gelmiştir. Bundan kısa süre sonra hücre iki çekir­ dek arasından daralır. Bu daralma aktin ve büyük ola­ sılıkla miyozin içeren mikroflamentlerin oluşturduğu bir kasılma halkası ile meydana gelir. Bu iki kontraktil kas proteini yeni gelişen hücrelerin birleşme nokta­ sında oluşur ve ikisini birbirinden ayırır.

35

Hücre Büyüklüğünün D üzenlenm esi. H ü cre­ nin büyüklüğünü tam am ı ile, çekirdek içindeki işlevsel DNA m iktarı tayin etm ektedir. Eğer DNA replikasyonu görülm üyor ise hücre belli bir b ü ­ yüklüğe kadar büyüyecek daha sonra bu boyu t­ larda kalacaktır. Diğer taraftan m itotik iğin olu ­ şum unu önleyerek m itozu engelleyen kim yasal bir m adde, kolşisin (co lch icin e ) k u llan m ak mümkündür. Buna rağm en DNA’nın replikasyon işlem i devam eder. Bu olayda çekirdeğin n o rm a ­ le göre büyük m iktarda DNA taşım ası ile orantılı olarak hücre genişlem iştir. Bu sonuçlara göre hücrenin genişlem e nedeninin, RNA ve hücre proteinin yapım ındaki artışa bağlı olduğunu ka­ bul etm ek gerekmektedir.

HÜCRE FARKLILAŞMASI Hücre Büyümesi ve Çoğalmasının Kontrolü Barsak epitelinde, derinin germinal tabakasında ve kanın oluşmasını sağlayan kemik iliği hücrelerinde olduğu gibi belli hücreler, büyüme ve üreme işlevi­ ni her zaman sürdürürler. Düz kas hücreleri gibi di­ ğer bazı hücreler ise uzun yıllar üreme göstermeye­ bilirler. Fetal hayat için özgün olan sürenin dışında çizgili kas ve nöron hücreleri gibi bir kaç hücre bü­ tün yaşam süresince çoğalma göstermezler. Belli dokularda bazı tip hücrelerin yetersizliği ha­ linde bunlar hızla çoğalarak uygun sayıya ulaşıp tekrar görev yapmaya hazır duruma gelirler. Örne­ ğin cerrahi olarak karaciğer kitlesinin sekizde yedi­ si çıkarılabilir. Geriye kalan sekizde bir karaciğer hücreleri bölünüp büyüyerek karaciğer kitlesinin hem en hem en normale dönmesini sağlarlar. Sinir ve kas hücreleri gibi yüksek derecede farklılaşma gösteren hücrelerin dışında aynı durum bütün glandüler hücrelerde, kemik iliği, deri altı dokusu, bağırsak epitel hücrelerinde görülür. Vücudumuzda bulunan farklı tipteki hücrelerin yaşam boyu uygun sayıda bulunmalarını sağlayan mekanizma ile ilgili olarak çok az bilgiye sahibiz. Bununla birlikte araştırmalar büyümeyi kontrol eden üç yol olduğunu göstermektedir. Birincisi, bü­ yüme sıklıkla vücudun diğer kısımlarından gelen büyüm e faktörleri ile kontrol edilmektedir. Bu m ad­ delerin bazıları kan yolu ile vücudu dolaşmakta, ba­ zıları ise komşu dokulardan gelmektedir. Örneğin pankreas gibi bazı bezlerin epitel hücreleri bezin al­ tında bulunan bağ dokusundan salınan büyüme faktörü olmazsa büyüyemezler. ikinci olarak, nor­ mal hücrelerin çoğu büyüme alanının dışına çıktık­ larında büyümeleri durmaktadır. Bu durum doku kültürlerinde büyüyen hücrelerde de görülmekte­ dir; kültürdeki hücre büyümesi hücrelerin sert bir cisimle temas etmesine kadar devam etmekte daha sonra büyüme durmaktadır. Üçüncü olarak, kültür ortamında üreyen hücrelerin kendilerine ait sekresyonların bu ortamda çok küçük miktarda bile olsa birikmelerine izin verilmesi halinde hücre büyüme­ sinin durduğu görülür. Bunu sağlayan olumsuz bir feedback mekanizması olabilir.

Hücrenin büyümesi ve bölünmesinin özgül bir n i­ teliği hücre farklılaşmasıdır. Bunun anlamı, em bri­ yoda farklı vücut yapılarının oluşması sırasında izle­ nen hücre poliferasyonunda olduğu gibi, hücrenin fiziksel ve fonksiyonel özelliklerinin değişmesidir. Özellikle ilginç bir deney, olayın açıklanmasına yardımcı olmaktadır. Kurbağa yumurta hücresinin çekirdeği çıkarıla­ rak yerine kurbağa barsak mukoza hücresine ait çekirdek cerrahi olarak yerleştirildiğinde sıklıkla normal bir kurbağanın oluşm asına neden olduğu izlenmiştir. Bu gösteriyor ki iyi farklılaşmış bir h ü c­ re olan barsak mukozası hücresi bile kurbağa vücu­ dunun gelişmesi için gerekli olan bütün genetik bilgileri taşımaktadır. Bu yüzden genlerin kaybolmayıp farklı genetik operonların seçici olarak baskılanması sonucunda farklılaşmanın oluştuğu açıkça ortaya çıkmaktadır. Gerçekten elektron mikrografları histon cisim leri­ nin etrafını saran bazı DNA heliks segmentleri o ka­ dar yoğunlaşır ki bunlar daha sonra RNA molekülle­ rini oluşturmak üzere ayrılıp çözülemezler. Bunun oluş şekli ile ilgili olan bir görüş de şudur: Hücre farklılaşmasının belli bir evresinde hücre genom u­ nun düzenleyici bir protein üreterek, seçilmiş bir grup geni bundan sonra sonsuza kadar baskı altın­ da tuttuğu öngörülmüştür. Bu yüzden baskılanmış olan genler bir daha asla fonksiyon yapamazlar. Mekanizma dikkate alınmaksızın, bütün genlerin aktif durumda olduğu düşünüldüğünde üretilebile­ cek protein tipinin 1 0 0 . 0 0 0 veya daha fazla olacağı hesap edilirken, olgun insan hücrelerinin çoğunda 8 .0 0 0 ’den 1 0 .0 0 0 ’e kadar değişen tipde protein üre­ tilmektedir. Em briyolojik deneylerde em briyoda bulunan belli hücrelerin komşu hücrelerin farklılaşm asını kontrol ettiği görülmüştür. Örneğin, prim ordiyal kord om ezoderm e em briyonun prin ıer org an iza­ törü adı verilmektedir. Çünkü gelişm ekte olan em briyonun geri kalan kısm ının etrafında gelişti­ ği bir odak oluşturmaktadır. Bu yapı segm ental gelişme gösteren som itleri içeren m ezod erm al e k ­

36

ÜNİTE I • Fizyolojiye Giriş: Hücre ve Genel Fizyoloji

sene farklılaşır. Çevresindeki dokuların indiiksiyonu tem elde bütün vücut organlarının oluşm a­ sını sağlar. Başka bir uyarılma olayı da göz keseciklerinin ge­ lişimi sırasında görülür. Göz kesecikleri gelişme sı­ rasında başa ait ektodermle temas ettikleri zaman onu lens plağı şeklinde kalınlaştırıp içe doğru katla­ yarak gözün lens tabakasının oluşmasına neden olur. Bu yüzden vücudun bir bölümünün diğer vü­ cut bölümünü etkilediği, onun da başka bölümleri etkileyerek embriyonun büyük bir bölümünün böy­ le uyarılmalar sonucu geliştiği düşünülmektedir. Böylece, hücre farklılaşması ile ilgili bilgilerimiz hala belirsizlik içindeyse de hücre farklılaşmasını kontrol eden birçok mekanizm anın var olduğunu bilmekteyiz.

KANSER Kanser hem en her zaman hücrenin büyümesi ve hücre mitozunu kontrol eden hücre genlerinin nuıtasyonu veya an orm al aktivasyonu sonucunda ortaya çıkmaktadır. Anormal genlere onkogenler adı verilir. Yaklaşık 100 farklı onkogen keşfedilmiş­ tir. Her hücrede, özgül onkogenlerin aktivasyonlarını baskılayarak önleyen antioııkogenler bulun­ maktadır. Antionkogenlerin kaybolması veya inaktive olması halinde onkogenlerin aktivitelerine izin verilmiş olur. Bunu da kanserin oluşması izler. Vücutta mutasyona uğrayan hücrelerin ancak çok küçük bir bölümü kansere yol açar. Bunun bir­ çok nedeni vardır. Birincisi, mutasyon gösteren hücrelerin yaşama kabiliyetleri normal hücrelere göre daha azdır. Bu yüzden basitçe ölürler. İkincisi, mutasyon gösteren hücrelerin pek ço ­ ğunda bile hala aşırı büyümeyi önleyen normal feedback kontrol mekanizması bulunmaktadır. Bu yüzden hayatta kalabilen mutant hücrelerin ancak çok azı, kanserli hücreye dönüşür. Üçüncüsü, sıklıkla kanser potansiyeli taşıyan bu hücreler, büyüyüp kanser oluşturmadan önce vücu­ dun bağışıklık sistemi tarafmdan yok edilirler, Bu olay şöyle açıklanmaktadır: Mutant hücrelerin çoğu, değişikliğe uğramış genleri nedeniyle kendi içlerinde anormal protein oluştururlar. Bu anormal proteinler vücudun bağışıklık sistemini uyararak antikor yapı­ mına veya kanserli hücreye karşı duyarlık kazanmış lenfositlerin oluşmasına neden olarak kanserli hüc­ renin yok edilmesini sağlar. Bu olayı destekleyen bir gerçek de, böbrek veya kalp nakli yapılan kişilerde olduğu gibi bağışıklık sistemi baskılanmış hastalarda aldıkları immünosupresif ilaçların etkisi ile kanserin gelişme olasılığının beş kat artmış bulunmasıdır. Dördüncü olarak, kanserin oluşabilmesi için genel olarak bir çok farklı onkogenin aynı zamanda aktive ol­ ması gerekir. Örneğin, böyle bir gen hücrede hızla üre­ meyi harekete geçirip uyarırken bununla eş zamanlı olarak ihüyaç duyulan kan damarlarını oluşturacak mutant gen olmadığından kanser oluşmayacaktır. Fakat, genlerin değişim sebebi, yani mutasyonun sebebi nedir? İnsanda her yıl trilyonlarca yeni hüc­

renin oluştuğu göz önünde tutularak bu soruyu de­ ğiştirip şöyle sormak daha doğru olacaktır: Niçin vücudumuzda milyonlar ya da milyarlarca mutasyonlu kanser hücresi gelişmiyor? Bunun cevabı, her hücrede mitozdan önce kromozom DNA zin­ cirlerinin eşlemesinin inanılm az bir kesinlikle ya­ pılması ve mitoz işlem inin yapılmasına izin veril­ meden önce anormal DNA zincirlerinin düzeltme işleminden geçirilerek uygun olmayan bölgelerin kesilmesi ve tam ir edilmesidir. Bütün bu kalıtımsal hücre önlemlerine karşın yeni oluşan hücrenin milyonda bir gibi çok az olasılıkla olsa da hala önemli m utant özellikler taşıması olasılığı vardır. Böylece, mutasyon olayının tümüyle şansa bağlı olarak görüldüğü, buna bağlı olarak da çok sayıda­ ki kanser vakasının tam am en şanssızlık sonucu oluştuğunu düşünebiliriz. Bununla beraber insanda mutasyon oluşma ola­ sılığı belli bazı kimyasal maddelerle, fizik ve biyolo­ jik faktörlerin etkisiyle birkaç misli artmaktadır. Bunlardan bazıları aşağıda sıralanmıştır. 1. Bilindiği gibi X- ışınları, gama ışınları, radyoak­ tif maddelerden yayılan partikül radyasyonları ve hatta ultraviyole ışınları gibi iyonize edici ışınlar kansere zemin hazırlamaktadır. Bu ışınların etkisi altında doku hücrelerinde oluşan iyonlar yüksek de­ rece ıeaktif olduklarından, DNA zincirlerini kopara­ rak birçok mutasyonun oluşmasına sebep olurlar. 2. Belli tipteki kim yasal m addelerin mutasyon ya­ ratmaya büyük bir eğilimleri vardır. Çeşitli anilin b o ­ ya türevlerinin kansere neden oldukları uzun süre önce keşfedilmiştir. Bu maddelerin üretildiği kimya fabrikalarında çalışan işçilerin korunmamaları duru­ munda, kansere yakalanmaya karşı özel bir yatkın­ lıkları vardır. Mutasyona neden olan kimyasal mad­ delere kanserojenler denir. Günümüz toplumunda, en büyük sayıda kansere neden olan kanserojenler sigara dumanında bulunmaktadır. Kanser ölümleri­ nin dörtte biri bu nedene bağlı olarak görülür. 3. Fiziksel olarak tahriş edici irritan maddeler de kansere neden olmaktadır. Bazı tip besin m addele­ ri ile sindirim sistem inin sürekli olarak aşınıp yıp­ ranması kanser nedenidir. Dokuda oluşan harabiyet hızlı bir mitotik çoğalm a ile tahrip olan hücre­ lerin yerine yeni hücreler oluşturur. Mitoz ne kadar hızlı olursa mutasyon oluşma şansı o kadar artar. 4. Bir çok ailede kansere yakalanmaya karşı güçlü bir kalıtsal eğilim vardır. Bu olay belki de birçok kan­ ser tipinde kanserin oluşmasından önce bir değil, iki veya daha çok mutasyona ihtiyaç göstermesi gerçe­ ğinden kayııaldanmaktadır. Kansere özellikle yatkın­ lığı olan bu ailelerin kalıtsal genomlarında bir veya daha fazla mutasyona uğramış gen bulunmaktadır. Bu yüzden böyle şahıslarda kanser büyümeye başla­ madan önce çok daha az sayıda ilave mutasyonların olması kanseri başlatmak için yeterli olmaktadır. 5. Laboratuar hayvanlarında lösemi dahil bazı kanser tiplerinin oluşmasına belli tipte virusların neden olduğu gösterilmiştir. Bu sonuçları, iki yoldan açıklamak mümkündür: Birincisi DNA virusları ör­ neğinde, virusa ait olan DNA zinciri direkt olarak kromozomlardan birine yerleşir. Mutasyona sebep olarak kanseri oluşturur. RNA virusları örneğinde bu virusların bazıları bünyelerinde ters traııskriptaz en­ zimi taşırlar. Bu enzim DNA’nın RNA’dan kopyalama

BÖLÜM 3 • Protein Sentezi, Hücre Fonksiyonu ve Hücre Çoğalmasının Genetik Kontrolü

yapmasına neden olur. Daha sonra kopyalanan gen hayvan hücre genomuna kendini yerleştirerek kan­ serin oluşmasına yol açar. Kanser Hücresinin Yayılmacı Özelliği. Normal hücre ile kanser hücresi arasındaki en büyük farklı­ lıkları şöyle sıralayabiliriz: (1) Kanser hücresi hüc­ renin norm al büyüme sınırına uymaz; bunun n e­ deni tahm inen norm al hücrelerin büyümesi için gerekli büyüme faktörlerine bu hücrelerin gereksi­ nim lerinin olmamasıdır. (2) Normal hücrelere göre kanser hücreleri birbirlerine çok daha az tutunur­ lar. Bu yüzden bu hücrelerin dokular arasında gez­ meye eğilimleri vardır. Kan dolaşımına girerek bü­ tün vücuda dağılırlar-, sayısız yeni kanser odakları oluştururlar. (3) Bazı kanserler aııjiyogeııik faktör­

37

leri üretirler. Bunlar kanser içinde büyüyen çok sa­ yıda damarların oluşm asınaiıeden olarak kanserin büyümesi için ihtiyaç duyulan besin maddelerini sağlarlar. Kanser Hücreleri Niçin Öldürür? Bu sorunun ce ­ vabı genel olarak basittir. Gıda maddeleri bakım ın­ dan kanserli dokularla normal dokular arasında bir rekabet vardır. Çünkü kanser hücreleri sınırsız ola­ rak çoğalmaya devam ederek, sayıları günden güne katlanarak artar. Kolayca anlaşılacağı gibi kanser hücreleri kısa bir süre sonra vücudun esas kısım la­ rından birinin veya bütün vücudun beslenm esinde esas olan bütün besin maddelerini tüketir. Bunun sonucunda ise normal dokular yavaş yavaş artan sürekli bir besinsizlik nedeniyle ölürler.

REFERANSLAR A taliotis P. M erco la M : D istribution :md (unc­ tions o f platelet-derived growth factors and th e ir receptors during em bryogenesis. Ini R e v C ytol 1 7 2 :9 5 , 1997. B ik falv i A , K lein S . Pintucci G , R ifkin D B : B io lo g ica l roles o f fibroblast growth faetor2. E n d ocr R ev IS :2 6 , 1997. Bow en ID , B o w en S M , Jo n es A H: M itosis and A poptosis: M atters o f L ife and Death. L o n ­ don: C hapm an and Hall, 199S. Bu ssolali O , U ggeri J, Belletti S , et al: The stim ulation o f Na. K , C l cotransport and o f system A for neutral am ino acid transport is a m echanism for cell volum e increase dur­ ing the c e ll cy cle . F A S E B J 1 0 :9 2 0 . 1996. C avenee W K , W hite R L : T h e genetic basis o f can cer. S c i A m 2 7 2 :7 2 , 1 9 95. C hien K R : G en es and physiology: m olecular physiology in gen etically engineered ani­ mals. J C lin Invest 9 8 :S I 9 , 1996. D andekar T , Sharm a K : Regulatory R N A . A ustin: Lan des B io sc ien c e , 1998. D antzler NVH: H andbook o f P hysiology, S ec. 13: C om parative Physiology. New Y ork: O xford U niversity Press, 1997. D elacourte A , B u ee L : Norm al and pathologi­ cal Tau proteins as factors for m icrotubule assem bly. Int R ev C ytol 1 7 1 :1 6 7 . 1997. Dragani T A , C anzian F, Pierotti M A : A poly­ gen ic m odel o f inherited predisposition to can cer. F A S E B J 1 0 :8 6 5 , 1996. Egg leston D S , P rescott C D , Pearson N D: T h e M any F a c e s o f RN A . San D iego: A cad em ic Press, 1998. Fam es P, B ro ok s R : T h e C ell C ycle: A Practi­ c a l A pproach. New Y o rk : O xford U niver­ sity Press, 1994. Fink A L . G o to Y : M olecu lar C haperones in the L ife C y c le o f Proteins. New Y o rk : M a r­ cel D ckkcr, 1998. Fink D J, D eL u ca N A , G oins \VF, G lorioso JD : G ene tran sfer to neurons using herpes sim ­ plex virus-based vectors. Ann R ev Neurosci 19 :2 6 5 , 1996. F o llc tle P J, O ’ Farrell PH: C onnectin g cell be­ havior to patterning: lessons from the cell cy cle . C e ll 8 8 :3 0 9 . 1997.

G hosh S , C ollins F S : T h e gen eticist’ s ap­ proach to com plex disease. Ann R ev M ed 4 7 :3 3 3 . 1996. Gould S J: T h e evolution o f life on the earth. S c i Am 2 7 1 :8 4 , 1994. Hall JG : G enom ic im printing: nature and c lin i­ cal relevance. Annu Rev Med 4 8 :3 5 , 1997. H esketh JE : Sorting o f m essenger RN A s in the cytoplasm ; m R N A localization and the cytoskeleton. Exp Cell Res 2 2 5 :2 1 9 , 1996. H offman F, Jam ieson JD : C ell Physiology. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1997. H offm an J F . Jam ieson JD : H andbook o f Phys­ iology: C ell Physiology. B cth esd a: A m eri­ can P h ysiological S o ciety , 1997. Hoit B D . W alsh R A : C ardiovascular P h y sio l­ ogy in the G en etically Engineered M ouse. N orw ell, M A : Kluw er A cad em ic Publishers, 1998. H ubscher U, Spadari S : DNA replication and chem otherapy. Physiol Rev 7 4 :2 5 9 , 1994. Latchm an D S : Landm arks in G ene Regulation. London: Portland Press, 1997. Levitan IB , K aczm arek L K : T h e Neuron: B e thesda: A m erican Physiological S o ciety, 1996. Lew in B : G enes V I. Beth esda: A m erican Physiological S o ciety . 1997. M ousa S A : C ell A dhesion M olecu les and M a ­ trix Proteins. G eorgetow n, T X : Landes, 1998. N ick o lo ff JA . H oekstra M F : DN A Damage and Repair. Totosva, N J: Humana Press, 1998. Nurse P: T h e Jo s e f Stein er lecture: C D K s and c e ll-c y c ie control on fission yeast: relevance to other eukaryotes and cancer. Int J C ancer 7 1 :7 0 7 , 1997. O egenia K . M itchison 'l'J: Rappaport rules: cleavage furrow induction in animal cells. Proc Nall A cad S ci U SA 9 4 :4 8 1 7 , 1997. Pagano M: Cell C y cle C ontrol. Berlin: Springer, 1998. Panic M R : Transcription o f R ibosom al RN A G enes by Eukaryotic RN A Polym erase 1. Austin: Landes B io scien ce , 1998.

Perrios M : N u clear Structure and Function. San D iego: A cad em ic Press, 1 9 98. R ajew sky K , Gu H, Kuhn R , et al: C onditional gene targeting. J C lin Invest 9 8 :S 5 1 , 1996. R ennie J, Rusting R : M aking headw ay against can cer. S c i Am 2 7 5 :5 6 , 1996. R o ja s C V : Ion channels and human genetic d iseases. New s Ph ysiol S c i 1 1 :3 6 , 1996. R o n n o v-Jessen L , Petersen O W , B isse il M J: C ellular changes involved in con version o f norm al to m alignant breast: im portance o f the strom al reaction. Physiol R e v 7 6 :6 9 , 1996. S adler T W : Lan gm an 's M ed ical E m bryology. Baltim o re: W illiam s & W ilk in s, 1995. S c h a ffe r C J, Nanney L B : C ell biology o f wound healing. Int R ev C ytol 1 6 9 :1 5 1 , 1996. Sch iaftin o S , Reggiani C : M o lecu lar diversity o f m yofibrillar proteins: gene regulation and functional sign ifican ce. Physiol R e v 7 6 :3 7 1 , 1996. S en C K , Packer L : A ntioxid ant and redox reg­ ulation o f eene transcription. F A S E B J 10: 7 0 9 , 1 9 9 6 .' S ilv er S , W alden W : M etal Ions in G ene R e g ­ ulation. New Y o rk : C hapm an and Hall, 1998. S im o ns R W , G reen berg-M an ago M : R N A Structure and Fu n ction. Plain v iew , N Y : Cold Spring H arbor Press, 1998. Sim pson L , Em eson R B : R N A editing. Annu Rev N eurosci 1 9 :27, 1996. Sperelakis N: C ell Physiology S o u rce B ook. Orlando, F L : A cad em ic Press, 1998. Supek F, Supekova L . N elson H, N elson N: Function o f m etal-ion hom eostasis in the cell division c y c le , m itochondrial protein processing, sensitivity to m ycob acterial in­ fection and brain function. J E x p B io l 2 0 0 : 3 2 1 , 1997. T hom son R C : Bio m aterials Regu lating C ell Function and T issu e D evelopm ent. W arrendale, PA: M aterials R esearch S o ciety , 1998. van Driel R , Otte A P : N u clear O rganization, Chrom atin Structure, and G en e Expression. O xford : O xford U niversity Press, 1997.

¡.

ı.ı ı.rıy ijy ii.l a jın h . ıv -ru J iı.lııııil .¡ '.h lm r i . >t

d 'i;' d i . ı l ı , İ t ; , ' l *1I u m u r 1 • ( I . ı ı ı l o ıio l

illi l

m 11. ı;ı/ n | i,y

ı(\

'J T 1'i 1 -'İl ).' iııilır i’ i l IfflIJniO IIiıy 'J'n iîil h K ’/VK-fl .1.1,

h;

!l;r;

ı ı ; b u ) . l i l ı b m l ;-!rn n !o I »i i î i « ı d ı v

. r.lo xu 11112 ı'rrl ı >iid ı .. in ' i U r ı ip .ııbıKv j ,idı-lrn 'jij. ;.{ n-Jİtniiy re.İr'Ur/, . İtim.)', ırır.v'ıt) ı;vı>ııtliijiC1'1 l i d H ti i v ı i r o f j ı l j'bı n > » ru ır! jyd iiiiİmj i' j h iiliid 17 11iı‘1i (id ıifibfli 1 ııııu ü il ,ıi t^ıiı LtiJ ntabbr.nı 1ü d ilüJfid nı>lo .küs

m ii! >1 lir/J iMıTu .A ( I I ■ i ' i l i ' l i i / ı ; l n , i k ’jly ı» ? njrşiW'ıl ufı !iı ıı ;l ;sj>lrr, h ;;ııı ıirıı, ıRi/'f fliti Ifiıf) ı>M ilil» »'i lir i i. 'jiM İYı"jd iıi 1 )İ!>ı jiiıl .Ihı 1110.(1 f('ilıHO;IİM İH’Jİ) ■j|j ı i i f ı l jı )i)d ıırl rij »Iiöİ>!j.1 f m iiv ü d if.-i jT.iji • 11 ,*:j f i l ■: t -ı | In rın o '/ı (i;l . 11 l>ı^ı>rrii;jrılc> rıifiı i •i 1nr 11

- F .lılll/ıjJ ^ ı.X ii f i u i ) l j >iı M U T K v ’ > "

Sü’ j u b iıM H n :11j •t•ılı n b ' i b n ü ı l 1 f v

jn> |

■‘A II-, 1 ıj •I İOİ r -//ıl ı i 1M

1

1 1 t.ıj.; )

»fl ’ili

1 ;

it

ı

l i Vfi'l I" J i ı Myrı l l • - I,- . .

vı>(.i|

1

ıfl

t

¡ I V / ı - ! iıi-f| I ,,«| /tii'.ı'jVİıı11 lil*i!,' '

I | lı/lıi I.:», ı-ıVî

I

’Ifl A 'JJHj ııl-J! >:rj i m i

O &H İUlııı ın ı iril ¡5; T_»ı. I n . " I

' I ' -İlli'

'•ıııı t

i1

'irıılilıa AvTil lı M ı

ıı m , lı ıuııl /

II-, ■ ı>11 l l M i 'i tl ■ ■

.1 V I . ^ t -II' ‘ ' İ l . I " .

im . I j- ji

I \ ı.ift

A , A ı
i *1, . İlli.:*»!*'

*

{. , ,.!| ıı,., ,1

| «jtıû» .-»Hat} »I İtil di

t

ÜNİTE

Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

4 H ü cre M e b ra n ın d a n İyon ve M o le k ü lle rin Taşınması

5 M e m b ra n P o ta n siye lle ri ve A k s iy o n P o ta n siye lle ri

6 İs k e le t Kasında Kasılm a

7 İs k e le t Kasının U yarılm ası: A . N ö ro m u s k ü le r İle ti ve B. U ya rılm a -K a sılm a B ağlantısı

8 D üz Kasın Uyarılm ası ve Kasılması

Hücre Mebranından İyon ve Moleküllerin Taşınması

Şekil 4-1 hücre içindeki intraseliiler sıvı ve hücre zarının dış tarafında bulunan ekstraseliıler sıvının yaklaşık olarak bileşim ini göstermektedir. Ekstıaselüler sıvının büyük miktarda sodyum fakat sade­ ce küçük miktarda potasyum içerdiğine dikkat ediniz. Bunun tam tersi de intraselüler sıvı için doğrudur. Aynı şekilde ekstraseliıler sıvının büyük miktarda kloriir iyonuna karşılık intraselüler sıvı çok küçük miktarda klorür içerir. Fakat intraselüı sıvıda fosfatlar ve proteinlerin konsantrasyonu ekstraselüler sıvıdan dikkat çekici şekilde daha yüksektir. Bu farklılık hücrenin yaşam ı için çok önemlidir. Bu bölüm ün am acı hücre m em branındaki taşım a m ekanizm alarından kaynaklanan bu farkı açıklamaktır.

HÜCRE MEMBRANININ LİPİD BARİYERİ VE TAŞIYICI PROTEİNLER Iliicre m em branının yapısı Bölüm 2 de tartışılmış ve Şekil 2 -3 ’de gösterilmişti. Temel olarak, hücre zarı bir çift lipid tabakası ve bunun içinde yüzen çok sayıda protein molekülünden oluşmuştur. Şe­ kil 4 -2 ’de gösterildiği gibi protein moleküllerinin bir çoğu lipid tabakası içine girmiştir. Çift katlı lipid tabakası ekstrasellüler ve intrasellüler sıvı ile karışmaz. Bundan dolayı çift katlı lipid ta­ bakası ekstrasellüler ve intrasellüler sıvı kompart­ ımanları arasında su molekülleri ve suda eriyen maddelerin çoğu için bir bariyer oluşturur. Bununla birlikte Şekil 4-2’nin sol tarafındaki oklarla gösteri­ len bir kaç madde doğrudan lipidin içinden geçerek bu çift katlı tabakadan ya hücreye girer ya da hücre­ yi terk eder. Bu daha sonra göreceğimiz gibi temel olarak lipidde çözünen maddeler için doğrudur. Diğer taraftan, protein molekülleri membrandan madde taşınması açısından tamamen farklı özel­ liklere sahiptir. Proteinlerin molekiiler yapısı çift katlı lipid tabakasının sürekliliğini bozar ve bu yüz­ den hücre mem branında alternatif bir yol oluştu­ rur. Penetıe olan (lipid tabakası arasına giren) pro­ teinlerin çoğu taşıyıcı proteinlerdir. Farklı protein­ lerin fonksiyonları, farklıdır. Bazıları molekül b o­ yunca uzanan sulu bir oluğa sahiptir ve belli iyon veya moleküllerin serbestçe hareketine izin verir. Bunlara k a n a l proteinleri denir. Diğerleri taşıyıcı 40

protein adını alır, taşınacak maddeye bağlanırlar, protein molekülünde bir şekil değişikliği olur, m o­ lekülün ortasındaki boşluktan geçen madde membranın diğer tarafına iletilir. Gerek kanal pro­ teinleri ve gerekse taşıyıcı proteinler m em brandan geçm esine izin verdikleri molekül ve iyonların tip veya tipleri için büyük ölçüde seçicidir. Difüzyon ve A ktif Transport. Hücre m em branından transport ister çift katlı lipid tabakadan di­ rekt, isterse proteinler üzerinden olsun, iki tem el olaydan biriyle gerçekleşir. Difüzyon (pasif trans­ port) ya da a k t if transport. Bu temel mekanizmaların bu bölümde daha son ­ ra göreceğimiz gibi, birçok çeşitlem esi olmakla bir­ likte, diffüzyon, madde moleküllerinin ya m em brandaki moleküller arası boşluktan, ya da taşıyıcı bir proteine bağlanarak ıastgele molekül hareket­ leriyle geçişi demektir. Difüzyonu sağlayan enerji, maddelerin normal kinetik hareketinin enerjisidir. Tersine, aktif transport, iyon veya diğer m addele­ rin taşıyıcı bir proteinle birleşerek m em branı geç­ mesidir Ancak bu işlem bir enerji gradyanıııa zıt yönde gerçekleşir. Örneğin düşük konsantrasyon ortamından yüksek konsantrasyon ortam ına doğru taşımada, harekete neden olan kinetik enerjinin yanısıra ek bir enerji kaynağına da gereksinim du­ yulur. Şimdi bu iki olayın tem el fiziğini ve fiziko­ kimyasını daha ayrıntılı olarak açıklayalım.

DİFÜZYON Vücut sıvılarında su ve suda çözünmüş maddeler de dahil olmak üzere bütün molekül ve iyonlar sürekli hareket halindedir. Her parçacık kendine özgü bir yol çizerek hareket eder. Bu parçacıkların hareketine fizikçiler “ısı” adını verir. Hareket ne kadar fazlaysa ısı o kadar artar. Hareket, mutlak sıfır ısısı hariç, h iç­ bir koşul altında kesilmez. Hareket eden A molekülü duran bir B molekülüne yaklaştığı zaman A molekü­ lünün interııükleer ve elektrostatik kuvvetleri, B m o­ lekülünü iterek B molekiine hareket enerjisinin bir kısmını transfer eder. Sonuçta B molekülü hareket için kinetik enerji kazanırken buna karşılık A m ole­ külü kinetik enerjisinin bir kısmını kaybeder ve A molekülünün hareket enerjisi azalır. Böylece Şekil 4-

BÖLÜM 4 • Hücre Membranından iyon ve Moleküllerin Taşınması

Na*

.......... .

10 mEq/L

142 mEq/L-

K+ ............

4 mEq/L

140 mEq/L

Ca++

-------

2.4 mEq/L--

0.0001 mEq/L

Mgt+

........

1.2 mEq/L -

58 mEq/L

cı- ..........

103 mEq/L

h c o 3-

28 mEq/L '

4 mEq/L 10 mEq/L

Fosfatlar

4 mEq/L "

75 mEq/L

S 0 4..............

1 mEq/L "

2 mEq/L

Glikoz

90 mg/d

0 - 20mg/dl

Aminoasitler

30 mg/dl

200 mg/dl?

-- 0.5 gm/dh

0 - 95 gm/dl

---■

41

Kolesterol Fosfolipidler Nötral yağ P 0 2 ..........

30 mmHg ?

35 mmHg PCO 2 ....................46 mmHg pH

50 mmHg ?

......................... 7 . 4 .........

7.0

P rote inler.............. 2 gm /d l--

16 gm/dl (40 mEq/L)

(5 mEq/L)

ŞEKİL 4 - 1 Ekstraseliıler ve intraselüler smların kimyasal bileşimi.

3 görüldüğü gibi eriyikdeki bir tek molekül diğer moleküller arasında önce bir yönde sonra diğer yön­ de daha sonra başka bir yönde sıçrar ve böylece sa­ niyede milyarlarca ıaslantısal sıçrama yapar. M ole­ küllerin bir sıvıdan ya da gazdan diğerine bu sürek­ li hareketine difüzyon denir. iyonlar bütün bir molekül gibi difüzyona uğrarlar hatta süspansiyon halinde kolloid partiküller de benzer şekilde difüzyon yaparlar fakat kolloid par­ tiküller büyüklüklerinden dolayı molekiiler m ad­ delere göre oldukça yavaş difüzyona uğrar.

Hücre Membranından Difüzyon Hücre m embranından difüzyon, basit difüzyon ve kolaylaştırılm ış difüzyon diye iki alt gruba ayrılır. Basit difüzyon, molekül veya iyonların, m em bran-

Taşıyıcı proteinler Kanal proteini

• Kî] M

Basit difüzyon Difüzyon

ŞEKİL 4 • 3 Bir saniyenin milyarda biri süresince bir sıvı molekülün difizyonıı.

Kolaylaştırılmış difüzyon Aktif transport

ŞEKİL 4 • 2 Hücre membranından transport yolları ve traıısportun temel mekanizmaları.

daki deliklerden veya m em brandaki m oleküller arası boşluklardan, taşıyıcı proteine bağlanmaksızın kinetik hareketlerle m em branı geçm esi anlam ı­ na gelir. Difüzyon hızı, mevcut madde miktarı, ki­ netik hareketin hızı ve m em bıand a iyon ve m ole­ küllerin hareket edebilecekleri aralıkların sayısı ta­ rafından belirlenir. Diğer taraftan, kolaylaştırılmış difüzyon, molekül ve iyonların taşıyıcı bir proteinle etkileşimini ge­ rektirir. Taşıyıcı protein, molekül ya da iyonların m embranı geçm elerine yardım eder, m uhtem elen onlara kimyasal olarak bağlanır ve m em brandan bu biçimde geçişlerini sağlar. Basit difüzyon hücre m em branında iki yol izle­ yerek gerçekleştir: 1 . Özellikle difüze olacak m ad­ de, lipidde eriyorsa çift katlı lipid tabakasının ara­ lıklarından, 2. Şekil 4 -2 ’nin sol tarafında görüldü­ ğü gibi bazı transport proteinlerinin su dolu ka­ nallarından. Lipidde Eriyen M ad d elerin Ç ift Katlı Lipid Ta­ bakasından Difüzyonu. Bir m addenin çift katlı lipid tabakadaki hareket h ızın ı belirley en en önem li faktörlerden birisi o m addenin lip id d eki eriyebilirliğidir. Örneğin oksijen, karbon dioksid, azot ve alkolün lipidde çözünürlüğü yüksektir. Böylece bütün bu m addeler çift katlı lipid tabaka­ da doğrudan çözülürler ve sudaki eriyiklerinde ol­ duğu gibi difüzyonu uğrarlar, bu m ad d elerin m em brandan difüzyon hızlan, onların lipidde eıiyebilirliği ile doğru orantılıdır. Özellikle büyük m iktarda oksijen bu yolla taşınabilir. Böylece, hücre m em branı hiç yokm uş gibi, oksijen h ücre­ nin içine iletilir. Su ve Diğer Lipidde Erimeyen Moleküllerin Pro­ tein Kanallarından Difüzyonu. Su membran lipidlerinde hemen hiç erimediği halde, membrandan, özellikle protein kanalları aracılığı ile rahatlıkla geçer. Su moleküllerinin hücre membranından geçiş hızları şaşırtıcıdır. Örneğin, alyuvar membranında her iki yönde saniyede difüze olan suyun toplam miktarı al­ yuvar hacminin yaklaşık 1 0 ü katıdır.

42

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

Lipidlerde erimeyen öteki moleküller eğer yeteri kadar küçük iseler su molekülleri gibi protein por kanallarından geçebilir. Molekül büyüklüğü arttık­ ça penetrasyonlaıı hızla azalır. Örneğin üre m ole­ küllerinin çapı su moleküllerine göre sadece % 2 0 daha büyüktür. Buna karşılık ürenin hücre ınem braııı porlarından geçişi suya göre yaklaşık 1 0 0 0 de­ fa daha azdır. Yine de, su geçişinin şaşırtıcı hızı ha­ tırlanırsa, bu geçiş miktarı bile hücre m em branından ürenin hızlı geçmesi için yeterlidir.

İç taraf

*

Protein Kanallardan Difüzyon ve Bu Kanalların “Kapıları” Protein kanallarının, protein moleküllerinin iç kıs­ m ında yer alan su yolları olduğuna inanılmaktadır. Gerçekten, bu proteinlerden bazılarının bilgisa­ yarla yapılmış üç boyutlu çizimleri ile ekstraselliiler uçtan intıasellüler uca uzanan tüp şeklindeki kanalların varlığı gösterilmiştir. Bundan dolayı m add eler basit difüzyon ile bu kanallardan m em branın bir tarafından diğerine difüze olabilir­ ler. Protein kanalları iki önemli özellikleri ile ayırdedilirler: 1. Genellikle belirli maddelere karşı se­ çici geçirgendirler. 2 . Kanalların çoğu kapılarla açılır veya kapanır. Farklı Protein Kanallarının Seçici Geçirgenliği. Çoğu protein kanalı bir veya daha fazla sayıdaki iyon veya molekülün tıansportu için yüksek düzeyde se­ çicidir. Bu, kanalın çapı, şekli ve iç yüzeyindeki elekt­ riksel yük gibi niteliklerin sonucudur. Örneğin prote­ in kanallarının en önemlilerinden birisi sodyum k a ­ nallarıdır. Boyutlarının 0.3 e 0.5 nanometre olduğu hesaplanmaktadır. Fakat daha önemlisi bu kanalla­ rın iç yüzeylernin Şekil 4-4’ün üst kısmında görüldü­ ğü gibi kuvvetli negatif yüklenmiş olmasıdır. Bu kuv­ vetli negaüf yüklerin, özellikle bu kanalların içine, küçük dehidıate sodyum iyonlarını, onları hidrate eden su iyonlarından ayırarak çektiği ileri sürülmek­ tedir. Sodyum iyonları bir kez kanal içine girdikten sonra bilinen difüzyon yasalarına göre her iki yöne de difüze olabilir. Böylece sodyum kanalları sodyum iyonlarının geçişi için seçicidir. Diğer taraftan, Şekil 4 -4 ’ün alt kısmında görüldü­ ğü gibi protein kanallarının diğer bir grubu potas­ yum tıansortu için seçicidir. Bu kanallar soydum kanallarına göre biraz daha küçüktür. Boyutlarının sadece 0.3 e 0.3 nanom etre olduğu hesaplanm ak­ tadır. Fakat bun lar negatif yük taşımazlar. Bundan dolayı, iyonları kanal içine çeken kuvvetleri o kadar büyük değildir. İyonlar su moleküllerinden uzaklaştırılamaz yani, hidrate formdadır. Bu nedenle pozitif yüklü iyonları su moleküllerinden ayırarak kanal içine çekebilecek güçte değildir. Sodyum iyonları, potasyum iyonlarına göre, potasyum iyonlarından daha fazla su molekülünü çeker, bu yüzden potasyum iyonlarının hidrate formu sod­ yum iyonlarının hidrate formuna göre dikkati çe ­ kecek kadar küçüktür. Bundan dolayı daha küçük

ŞEKİL 4 - 4 Sodyum ve potasyıım iyonlarının protein kanallarından taşın­ ması, “Kapıları" açıp kapayan protein moleküllerindeki konformasyonal değişiklikler de gösterilmiştir.

hidrate potasyum iyonları bu daha küçük kanallar­ dan kolayca geçer, oysa sodyum iyonları itilir. Böy­ lece spesifik bir iyon için seçici geçirgenlik tekrar sağlanmış olur. Protein Kanallarının Kapıları. Protein kanallarının kapıları, kanallarının geçirgenliğinin kontrolünü sağlar. Bu sodyum ve potasyum iyonları için Şekil 44 ’ün gerek alt ve gerekse üst kısmında gösterilmiştir. Bu kapıların taşıyıcı protein molekiinün kapıya ben­ zer uzantılarından oluştuğu sanılmaktadır. Kapılar, protein molekülünün şeklindeki yapısal bir değişik­ likle kanalın aralığını kapatabilir ya da açabilirler. Sodyum kanalları için bu kapı hücre mem branının dış yüzünde kapanıp açılırken, potasyum için iç yüzde açılıp kapanır. Kapıların açılıp kapanması iki tem el yolla kontrol edilir: 1. Voltaj kapısı. K apın ın m olek ü ler k o n u m u hücre m em b ran ın ın elektriksel p otan siy elin e bağlıdır. Ö rneğin Şekil 4 -4 ’ün ü st k ısm ın d a gö rü ld ü ğ ü gibi h ücre m e m b aı ınının içi tarafı n e ga tif yükünü kaybettiği z a m a n bu k a ­ pılar an iden açılır ve çok büyük m ik tard a so d y u m u n , sody u m kan alların dan g e ç m e sin e izin verir (B ö lü m 5 ’de açıklandığı gibi kan alların sito p la z m a uçların daki b a şk a bir kapı dizisi kanalları k a p a tın c a y a k ad ar). Bu, sin irler­ de sinyallerin d o ğ u şu n d an so ru m lu ak siyon p o tan siy e li­ nin tem el nedenidir. Şim di 4-4’ün alt k ısm ın a b ak alım , p o tasy u m kapıları biicre m em b ran ın iç tarafı p o zitif yüklendiği za m a n a ç ı­ lır. Fakat bu cevap so d y u m kap ıların a göre çok yavaştır. Bu kapıların (p o tasy u m kapıları) aç ılm ası aksiyon p o ­ tansiyelinin so n laıım a sın d an k ısm en soru m lu d u r. Bu olaylar Bölüm 5 ’de taştırılacaktır. 2. Kim yasal kapı. Bazı protein kanal kapıları, diğer bir m olekülün protein ile b ağ la n m asıy la açılır. Bu, protein m olek ülün de kapıyı a ç a n v eya k ap atan k o n u m sal bir de-

BÖLÜM 4 • Hücre Membranından iyon ve Moleküllerin Taşınması ğişiklige se b e p olur. B u n a kim yasal kapı ya d a ligand kapısı adı verilir. K im yasal kapıların en önem li örnek le­ rin den birisi asetilkolin kan alı üzerine asetikolin etk isi­ dir. Bu, asetik olin kan alın ın k apısın ı aç a r b öylece n egatif yüklü yaklaşık 0.65 n an o m etre ç a p ın d a bir kanal açılm ış olur, 0.65 n an o m e tre ç ap ın d an küçük tüm y ü ksü z m o le ­ küller ve p o ziitf iyonlar rahatlıkla k an ald an geçer. Bu k a ­ pı bir sinir h ü cresin d en bir d iğer sin ir h ü cresine (Bölüm 45) ve sinir h ücrelerin den kas h ücrelerin e (Bölüm 7) sin ­ yallerin iletilm esin d e çok büyük ö n em taşır.

Açık sodyum kanalı 3-

o

/ / i W

M

yı

HJL

3

I \

Kanal Kapılarının Açık-Durumu, Kapalı-Durumu. Şekil 4-5A voltaj kapılı kanalların özellikle il­ ginç bir niteliğini göstermektedir. Şekil, m embranda yaklaşık 25 milivotluk potansiyel gradyam oldu­ ğu zaman bir tek sodyum kanalından kaydedilen iki elektriksel akımı göstermektedir. Kanalın akımı ya hep ya da hiç kuralına göre ilettiğine dikkat edi­ niz. Bu demektir ki kanalın deliği birden açılır ve sonra birden kapanır her açık durum saniyenin bölümü ile birkaç milisaniye içinde olur. Bu durum protein moleküler kapıların açılıp kapanmaları sı­ rasında konum değişikliklerinin hızını gösterm ek­ tedir. Bir voltaj potansiyelinde kanal her zaman ve­ ya hem en hem en her zaman kapalı kalabilir veya bir diğer voltaj düzeyinde kanal her zaman veya çoğunlukla açık kalabilir. Şekilde gösterildiği gibi, ara voltajlarda kapılar aralıklı olarak açılmaya ve kapanmaya eğilimlidir ve bu durumda yine şekilde gösterildiği gibi minimum ve maksimum arasında­ ki bir değerde ortalama akım sağlar. Tek K an ald an İyon Akımını K ay d e tm e k için PatchK lam p M e to d u . Şekil 4-5A’d a gösterildiği gibi tek bir k a­ n ald an iyon akım ının kay d ed ilm esin in teknik olarak n a ­ sıl m ü m k ü n old u ğ u m e rak edilebilir. Bu, Şekil 4-5B g ö s­ terildiği gibi “P atch -K lam p” m e to d u k ullan ılarak başarılm ışdır. Çok b asitçe sa d e c e 1 veya 2 m ikrom etre ç ap ın d a bir m ik ro p ip e l h ücre m em b ran ın dış tarafın a yerleştiri­ lir. So n ra p ip e t içindeki h av a h afifçe em ilerek m em b ran pipetin içine çekilir. B öylece pipetin hücre m em b ran ın a d ok u n an b ö lü m lerin d e bir tıkacın olm ası sağlan ır. S o ­ n u ç akım ın kaydedildiği p ip etin u c u n d a çok küçük bir m e m b ra n "p atch ’’ (yam a) dır. A ltern atif olarak, Şekil 4-5 B s a ğ tarafın da gösterildiği gibi pipetin u cu n daki k ü çü k hücre m em b ran ı p arçası h ücreden koparılıp uzaklaştırılır. K op an bir p arçan ın y a­ p ışm ış oldu ğu p ip e t d a h a so n ra bir eriyiğin içine so k u ­ lur. Bu şekilde gerek pipetin içindeki ve gerekse criyikdeki iyon k o n san trasy o n u n u n isten diği gibi değiştirilm esi sağlan ır. Bu yolla ayrıca m em b ran ın iki tarafın da istenen voltaj farkı d a sağ lan ab ilir-b u , verilen bir voltajın “klamp e e d ilm e sin i" sağlar. Ç alışılan m e m b ran p arçasın ın için de bir tek kanal protein i b u lu n acak k ad ar kü çü k bir p a rç a elde etm ek olasıdır. Parklı iyonların k o n san trasy on ları ve voltaj d e ­ ğiştirilerek m e m b ran d ak i kapıların özellikleri k ad ar k a ­ nalların tran sp o rt özellikleri de sap tanab ilir.

43

4

6

Milisaniye

ŞEKİL 4 • 5 A, Tek bir voltaj kapılı sodyum kanalından yapılan elektrik akı­ mının kaydı, kanalın açılmasında hep-hiç yasasının geçerli ol­ duğunu gösteriyor. B, Tek bir protein kanalından "pateh elamp” yöntemiyle akım kaydını gösteriliyor. Solda, kayıt, canlı bir hüc­ re üzerindeki yamadan yapılmıştır. Sağda, kayıt, hücreden ko­ parılan bir membran yamasından yapılmıştır.

cı bir proteninin yardım olm aksızın gerçekleşe­ mez. Taşıyıcı, m addenin diğer tarafa difüzyonunu

Kolaylaştırılmış Difüzyon

kolaylaştırır.

Kolaylaştırılmış difüzyona aynı zamanda taşıyıcıaracılığı ile difüzyon da denir. Çünkü bir m adde­ nin bu şekilde taşınm ası genellikle spesifik taşıyı­

Kolaylaştırılmış difüzyon, açık bir kanaldan ger­ çekleşen basit difüzyondan şu açıdan ayrılır: Açık bir kanaldan difüzyon hızı, diffüze olan m addenin konsantrasyonu artıkça arttığı halde, kolaylaştıııl-

44

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

de vücutta glikoz kullanımının insülinle kontrolü­ nün temel mekanizması tartışılacaktır.

Net difüzyon hızını etkileyen faktörler Şimdiye kadar bir çok m addenin hücre m em bıanından her iki yöne de diffüze olabileceğini gör­ dük. Bu yüzden çoğu kez önem li olan, bir m adde­ nin istenen yöndeki net difüzyon hızıdır. Bu net lıız aşağıda sıralanan faktörler tarafından belirlenir.

ŞEKİL 4 - 6 Membrandan basit difizyon ve kolaylaştırılmış difüzyonda difiizyon hızı üzerine madde konsantrasyonunun etkisi. Şekil kolaylaştırılmış difüzyonun Vmax denilen m aksim um lııza ulaştığını göstermektedir.

mış difüzyonda difiizyon hızı, maddenin konsant­ rasyonu artarken Vmax olarak isim lendirilen bir maksimum değere ulaşır. Basit ve kolaylaştırılmış difiizyon arasındaki bu fark Şekil 4-6'da gösteril­ miştir. Şekil1 de görüldüğü gibi maddenin konsant­ rasyonu artarken basit difüzyon hızı, orantılı olarak bir artış gösterir ancak kolaylaştırılmış difüzyon hı­ zı Vmax ile bir sınırlanma gösterir. Kolaylaştırılmış difüzyon hızını sınırlayan n e­ dir? Bu sorunun olası yanıtı Şekil 4 -7 ’de şematize edilmiştir. Bu şekil, bir taşıyıcı proteinin, spesifik bir molekül parçasını bağlayarak m em brandan geçirm ek için yeterince büyük bir kanal içerdiğini gösterm ektedir. Şekilde ayrıca protein taşıyıcı üzerinde bağlayıcı reseptör de gösterilmektedir. Taşınacak molekül kanala girer ve bağlanır. Sonra saniyenin bölümleri içinde taşıyıcı proteinde şekil değşiikliği olur, böylece kanal m em bıan ın diğer tarafına doğru açılır. M addenin reseptöre bağlan­ m a kuvveti zayıf olduğu için, bağlanm ış m olekü­ lün term al harektleri onların ayrılmasına ve karşı taıafda serbestleşm elerine sebep olur. Bu m eka­ nizm a ile m oleküllerin taşınm a hızı asla taşıyıcı protein m olekülünün yaptığı ileri geri konum de­ ğişikliği hızından fazla olamaz. Burada unutulam am ası gereken nokta, bu m ekanizm anın taşı­ nan m addenin her iki yöne doğru m em brandan diffüzyonuna izin vermesidir. Glikoz ve am inoasitleriıı çoğu mem brandan ko­ laylaştırılmış difüzyonla geçer.Glikozu taşıyan taşı­ yıcı molekülün molekül ağırlığının 45 000 olduğu bilinmektedir. Bu taşıyıcı molekül başta galaktoz olamak üzere yapısal açıdan glikoza benzeyen di­ ğer monosakkaritleıi de taşıyabilir.İnsülin, gliko­ zun taşınm a hızını 10-20 kat artırabilir.Bölüm 78

Difüzyon Üzerine Konsantrasyon Farkının Et­ kisi.Şekil 4-8A’da hücre m em bıanın dış tarafından yüksek konsantrasyon ve iç tarafında düşük kon­ santrasyonda bir madde gösterilmektedir. İç tarafa difiize olacak maddenin oranı dış taıafdaki molekülerin konsantrasyonu ile orantılıdır. Çünkü, bu konsantrasyon saniyede kaç tane molekülün membranın dış tarafına çarptığını belirler. Diğer taraf­ tan dışa difüze olan m oleküleıin oranı m em branının iç tarafındaki konsantrasyonları ile orantılıdır. Bundan dolayı, hücre içine net difüzyon dış taıafdaki konsantrasyon eksi iç tarafdaki konsantrasyon ile orantılıdır veya: Net difüzyon

(C0 - Q)

burada C0 dış taraftaki konsantrasyonu, Q iç taraf­ daki konsantrasyonu temsil etmektedir. İyonların Difüzyonu Ü zerine Elektriksel Potansiyelin Etkisi - "Nernst Eşitliği". Eğeı Şekil 4-8B'de gösterildiği gbi bir m em bran üzerine bir elektriksel potansiyel uygulanırsa, iyonlar, hareket etmelerine neden olacak bir konsantrasyon farkı ol­ madığı halde, elektriksel yüklerinden dolayı, m em b­ randan geçerler. Bu durumda, Şekil 4-8B ’nm sol ta­ rafında negatif iyonların konsantrasyonları, membranın her iki yanında eşitken, m em branın sağ tarafı­ na pozitif yük, sol tarafına negatif yük uygulandığın-

Taşınan

ŞEKİL 4 - 7 Kolaylaştırılmış difüzyon için önerilen mekanizma.

BÖLÜM 4 • Hücre Membranından iyon ve M oleküllerin Taşınması

45

Basınç Farkının Etkisi. Zam anla m em b ıan ın iki tarafı arasında önem li derecede basın ç farkı geli­ şir. Örneğin, bu durum kapiller m em branda geliş­ tiği zaman kapillerin iç tarafında, dış tarafa göre yaklaşık 20 m m Hg daha büyük bir basın ç farkı or­ taya çıkar. Basınç, gerçekte verilen zamanda, birim yüzey alana çarpan farklı moleküllerin tüm kuvvetlerinin toplamıdır. Bundan dolayı, m em bıanın bir tarafın­ daki basınç, diğer tarafından daha yüksek olduğu zaman, bu m em bıanın bir tarafındaki kanallara çarpan tüm moleküllerin kuvvetlerinin toplam ının diğer tarafa göre daha yüksek olduğu anlam ına ge­ lir. Basınç, bu mem bramn bir tarafına diğer tarafı­ na göre saniyede daha çok sayıda molekülün çarp­ m asına sebep olur. Sonuçta basıncın yüksek oldu­ ğu tarafdan düşük olan tarafa moleküllerin net h a ­ reketine neden olan enerji miktarı artar. Bu etki Ş e­ kil 4-8C de gösterilmişdir. Burada hücre m em bıanının bir tarafında bir piston ile oluşturulan yüksek basınç gösteriliyor, böylece daha çok sayıda m ole­ kül m em bıana çarpar ve diğer tarafa net d ifüzyona sebep olur.

ŞEKİL 4 - 8 Hücre membranından net difizyon üzerine (A) Konsantrasyon farkının, (B) Elektriksel farkın ve (C) Basınç farkının etkisi.

U )tı«. n il i/ ı i liri ıl v >ı j 1 1 -t b li:1 ^

.ııJ)'iiı»y y n ı/m J

da membranda bir elektriksel gradyan yaratılır. Po­ zitif yükler negatif yükleri çeker, halbuki negatif yükler birbirini iterler. Bundan dolayı net difüzyon soldan sağa olur. Eğer bu süre içinde solüsyondaki pozitif yüklerin etkisini dikkate almazsak, bir süre sonra çok miktarda negatif iyon şekil 4-8B’nin sağ tarafında gösterilen koşulları yaratacak biçimde sa­ ğa doğru hareket edecektir. Bu iyon için elektriksel potansiyel farkının zıt yönünde bir konsantrasyon faikı gelişecektir. Bu aşamada, konsantrasyon farkı iyonu sol tarafa geçmeye zorlarken elektriksel fark sağ tarafa iter. Konsantrasyon farkı yeteri kadar yük­ sek olursa iki etki birbirini dengeler. Normal vücut ısısında (37°C) sodyum gibi tek değerlikli iyonlar için verilen konsantrsyon farkı ile dengenen elekt­ riksel fark, Nernst denklem i olarak bilinen aşağıdaki formülden hesaplanabilir. Cı EMF (milivolt) = ± 61 log — C2 EME m em bıanın 1. ve 2. tarafı arasındaki elektro­ m otor kuvvet (Voltaj), Cı birinci tarafdaki konsant­ rasyon ve C2 ikinci tarafdaki konsantrasyonu göste­ rir. Denklemde eşitliğin üst kısmında yer alan bi­ rinci taraf voltajının polaritesi negatif iyonlar için poziitf ve pozitif iyonlar için negatifdir. Bu ilişki si­ nir im pulslarının iletim inin anlaşılm asında çok önemlidir. Bununla ilgili daha fazla ayrıntı Bölüm 5'de tartışılmaktadır.

Seçici Geçirgen Membranlarda Osmoz-Suyun Net Difüzyonu Hücre membranından çok büyük miktarda difüze olan madde sudur. Hatırlanmalıdır ki yeteri kadar su alyuvar membranından her iki yönde düzenli olarak difüze olur. Öyle ki saniyede alyuvar membranından her iki yönde difüze olan su miktarı yaklaşık olarak

hücre hacminin 100 katm a eşittir. N ormal ol ara k her iki yönde difüze olan suyun miktarı öyle hassas ayarlanmıştır ki suyun net hareketi görülmez. Bun­ dan dolayı, hücrenin hacmi sabit kalır. Buna karşın belirli bazı koşullarda üpkı öteki maddeler için geliş­ tiği gibi, membramn iki tarafı arasında su için de bir konsantrasyon farkı gelişir. Bu koşullarda, m em b­ randa suyun net hareketinin yönüne bağlı olarak hücre şişer ya da büzülür. Suyun konsantrasyon fai­ kından doğan bu net hareketine osmoz denir. Osmoza örnek olarak Şekil 4 -9 ’da gösterilen ko­ şulları ele alalım, burada hücre m em b ıan ın bir ta­ rafında saf su, diğer tarafında sodyum kloriır eriyi­ ği bulunmaktadır. Su m olekülleri hücre m em bıaııından kolayca geçerler, oysa sodyum ve klorür iyonlarının geçişi çok zordur. Bundan dolayı sod­ yum klorür eriyiği gerçekte m em bıan d an g eçebi­ len su molekülleri ve m em brandan geçem eyen sodyum ve klor iyonlarının bir karışımıdır) ve m em bıan seçici geçirgendir (ya da sem iperm eabldır) yani m em bıan sodyum ve klor için değil fakat su için geçirgendir. Sodyum klorür iyonlarının bu ­ lunduğu taıafda bu iyonlar su m oleküllerinin yeri­ ni almış olduğu için bu tarafda su m oleküllerinin konsantrasyonu saf suya oranla azalm ış olacaktır. Bunun sonucunda da Şekil 4 -9 ’daki örnekte görül­ düğü gibi saf suyun olduğu sol tarafta, kanallara çarpan su moleküllerinin sayısı, su konsantrasyo­

46

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

NaCI

ŞEKİL 4 - 9 Hücre membranımn bir tarafına su, diğer tarafına sodyum klorür eriyiği konduğu zaman osmotik geçiş.

nunun azalm ış olduğu sağ tarafa göre daha fazla olacaktır. Böylece sol taraftan sağa net su hareketi meydana gelir yani saf sudan sodyum ve klorür eriyiğine doğru osm oz görülür.

Osmotik Basınç Eğer şekil 4 -9 ’daki sodyum klorür eriyiğine basınç uygulanırsa bu eriyiğe doğru suyun osmozu yavaşlatılabilir, durdurulabilir veya tersine döndürülebilir. Osmozu tam am en durdurmak için gerekli olan basınç miktarına sodyum klorür eriyiğinin osm otik basıncı adı verilir. Osmoza karşıt basınç farkının prensibi Şekil 410 gösterilmişdir. Burada biri su diğeri m em bıandan geçem eyen bir m addenin bulunduğu sulu eriyik içeren iki sıvı bir seçici m em branla iki kolon halinde ayrılmıştır. Suyun B kolonundan A ko­ lonuna osm ozu bu kolonda bir düzey yükselm esi­ ne neden olur. Bu, m em branın iki tarafı arasında gelişen basın ç farkı, osm otik etkiye karşı koyacak bir değere ulaşıncaya kadar devam eder. Bu nok­ tada m em barana etki eden basınç farkı, m em brandan geçem eyen parçacıkları içeren eriyiğin os­ m otik basıncıdır.

Her küçük ve büyük parçacığın kinetik enerjisi bir­ birine eşittir. Sonuç olarak bir eriyiğin osm otik b a ­ sıncını eriyikdeki parçacıkların sayısal konsantras­ yonu saptar (eğer parçacıklar ayrışmıyorsa bu molar konsantrasyona eşittir). Parçacıkların kitlesi önemli değildir. "Osm olalite" - Osmol. Bir eriyikte parçacıkların sayısal konsantrasyonlarını açıklamak için gram yerine osm ol birim i kullanılır. Bir osmol, dissosiye olmayan palçacıkların 1 mol gramıdır. Böylece 180 gram glikoz (bu glikozun moleküler ağırlığıdır) glikozun dissosiye olmaması nedeniyle 1 osmol glikoza eşittir. Diğer taraftan eri­ yikdeki bir madde iki iyona ayrışıyorsa m ol gramı iki osmole eşittir. Çünkü burada osmotik parçacık­ ların sayısı dissosiye olmayana göre iki kat artmışdır. Böylece sodyum kloıürün 1 mol gramı (58.5 gram) iki osmole eşittir. Eğer b ir kilogram su da bir osm ol m a d d e erim iş­ se eriyiğin osm olalitesi kilog ram d a bir osm oldıır. Her kilogramda 1/1000 osm ol erim iş bulunan bir eriyik kilogram da 1 m iliosm olaliteye sahiptir. Ekstrasellüler ve intıasellüler sıvıların norm al o s­ m olalitesi yaklaşık olarak kilogram da 300 m ilios-

moldur. O sm olalite İle O sm o tik Basıncın İlişkisi. Nor­ mal vücut ısısında, 37°C, litrede 1 osm ollük k on ­ santrasyon eriyikde 19,300 m m H g’lik bir osm otik b asın ç yaratır. Aynı şekilde litrede bir mili o sm o l­ lük konsantrasyon da 19. 3 m m H g bir osm otik b asın ca eşittir. Bu değer vücut sıvılarındaki 300 m iliosm olar konsantrasyonla çarpılırsa bu sıvı­ larda toplam osm otik b asın cın 5790 m m Hg’ya eşit olduğu hesaplanır. Oysa ölçülen değer o rta ­ lam a 5500 m m H g’dır. Bu farkın seb ebi, vücut sı-

O sm otik Basıncın Belirlenmesinde Osm otik Parçacıkların Sayısının (M o la r Konsantrasyon) Ö nem i. Bir eıiyikdeki parçacıklar tarafından yara­ tılan osm otik basınç, birim hacim sıvıdaki m ole­ kül veya iyonların kitlesel büyüklüğü ile değil, s a ­ yısı ile saptanır. Bu nedenle eıiyikdeki her bir par­ çacık kitlesel büyüklüğüne bakılmaksızın m em b­ rana aynı miktarda basınç uygular. Böylece kitlesi (m) daha büyük olan parçacıklar daha küçük bir hızla (v) hareket edecekler, küçük parçacıklar ise daha büyük bir hızla hareket edecekler ve ortala­ ma kinetik enerjileri (k) aşağıdaki denkleme göre belirlenir. mv 2 k = ____ 2

ŞEKİL 4 - 10 Semiperıneabl bir zarın iki tarafı arasında osmotik basıncın gösterilmesi.

BÖLÜM 4 • Hücre Membranından İyon ve M oleküllerin Taşınması

yılarındaki sodyum ve klor gibi çoğu iyonların diğerini çekm esidir. Sonuçta bu tür iyonlar kendi osm otik potansiyellerine uygun biçim de serbest hareket edem ezler ve osm otik potansiyellerini tam olarak gösterm ezler. Bu nedenle, vücut sıvı­ larının ortalam a gerçek osm otik basıncı yaklaşık olarak hesap lanan değerin 0.93 katıdır. "Osmolarite" Terimi. ''O sm o lalite”yi tesb it etm e k için eriyikdeki su y u n kilogram o la rak ö lçü lm e si gerekir ve b u tür bir ö lçü m gü ç o ld u ğ u n d an , b ir d iğer terim olan "o sm o la rite ” kullanılır. O sm o larite, o sm o la r k o n sa n t­ ra sy o n u n u n su y u n k ilogram ın daki o sm o l yerine eriy i­ ğin litresin deki osm ol olarak tan ım la m asıd ır. A slın d a k esin k o n u şm a k gerekirse, o sm o tik b a sın c ı belirleyen su y u n kilogram ın d ak i o sm o l (o sm o la lite )’d ü r an ca k v ü c u t sıvıları gibi seyreld k çö zeltilerde o sm o larite y le o sm o la lite arasın d ak i say ısa l fark y ü zd e b ird en azdır. O sm o laritey i ö lçm ek p ratik olarak o sm o la lite d e n çok d a h a k o lay o ld u ğ u için, h em en b ü tü n fizloyojik ç a lış ­ m a la rd a o sm o la rite kullanılır.

AKTİF TRANSPORT Bazen intrasellüler sıvıda gereksinim duyulan bir madde, intrasellüler sıvıda çok yüksek konsantras­ yonda olmasına karşın ekstrasellüler sıvıda çok dü­ şük konsantrasyonda bulunabilir. Öreğin, bu potas­ yum için doğrudur. Tersine, diğer bazı iyonların da ekstrasellüler sıvılarda bulunan yüksek konsantras­ yonlarına göre hücre içinde çok küçük konsantras­ yonlarda tutulması önemlidir. Bu özellikle sodyum için doğrudur. Bu ikisinden hiçbiri basit difiizyonla olmaz. Çünkü, basit difüzyon m em bıanın iki tara­ fındaki konsantrasyonu eşitler. G erçekten bazı enerji kaynakları potasyumun hücre içine “yokuş yukarı” hareketine ve aynı şekilde sodyum iyonları­ nın da hücrenin dışına doğru “yokuş yukarı” hare­ ketine neden olur. Bir hücre membranında molekül ve iyonların konsantrasyon gradyanına (ya da elekt­ riksel veya basınç gradyanına karşı) “yokuş yukarı” hareketine a k tif transport denir. Hücre membranlarından aktif transportla taşı­ nan maddeler arasında soydum, potasyum, kalsi­ yum, demir, hidrojen, kloriir, iyodür, ürat iyonları ve bazı şekerler ve aminoasitlerin çoğu yer alır. Prim er ve Sekonder A k tif Transport. Aktif transport, taşımada kullanılan enerjinin kaynağı­ na göre iki alt gruba ayrılır. Bunlar prim er ve sekon ­ der a k t if transport diye adlandırılır. Primer aktif tran sportta enerji doğrudan adenosin tıifosfat (ATP) veya diğer yüksek enerji fosfat bileşiklerinin yıkılmasından üretilir. Sekonder aktif transportta enerji, birinci planda primer aktif tranportla membranın iki tarafında iyonik konsantrasyon farkı şeklinde depolanmış kaynaklardan ikincil olarak üretilir. Her iki halde de taşıma, m em bıana pén ét­ ré olan taşıyıcı proteinlere bağlıdır. Bu kolaylaştı­ rılmış difüzyon için de doğrudur. Bununla beraber, aktif transportta taşıyıcı proteinlerin fonksiyonları, kolaylaştırılmış difüzyondaki proteinlerin fonksi­

47

yonlarından farklıdır. Çünkü akitf taşınm ayı sağla­ yan protein, taşınacak m addenin konsantrasyon gradyanınan zıt yönde hareket edebilm esi için ge­ reken enerjiyi oluşturabilir. Şimdi prim er ve se­ konder aktif transport için bir kaç örnek verelim ve bu tür taşıma işlevlerinin ilkelerini ayrıntılı olarak açıklayalım.

Primer Aktif Transport S o d y u m -P o ta s y u m P om pası Primer aktif transportla taşınan maddeler arasında soydum, potasyum, kalsiyum hidrojen, klorür ve az sayıda diğer iyonlar bulunur. Ne var ki bu m adde­ lerin hepsi, bütün hücrelerin m em branlarından aktif olarak taşınmayabilir. Ayııca, pompalardan bazıları, sarkoplazmik retikulum veya m itokondıinin iki m embarınından birinde olduğu gibi, hücre­ nin yüzey m em branlarınd an çok, intraselüler membarnlarda işlev görür. Bu pompaların tümü aynı temel mekanizma ile işler. En ayrıntılı biçim de çalışılm ış olan akitf trans­ port mekanizm ası olan sodyum -potasyum p o m ­ pası (Na+ - K+) sodyum iyonlarını hücre dışına ta ­ şırken, aynı anda potasyum iyonlarını da hücre dışından içine taşır. Bu pom pa vücuttaki bütün hücrelerde vardır. Pompa, hücre içinde negatif bir elektiriksel potansiyelim oluşm asının yanı sıra, sodyum ve potasyum konsantrasyon farklarının korunm asından da sorumludur. Bölüm 5 ’de, bu pom panın tüm sinir sistem i boyunca sinir sinyal­ lerini ileten sinirlerin işlevinin tem elini oluştur­ duğunu göreceğiz. Şekil 4-11, Na+ - K+ pom pasının tem el yapısal b i­ leşenlerini göstermektedir. Taşıyıcı protein, iki ayrı globüler protein kompleksinden oluşur: Molekiıler ağırlığı 1 0 0 . 0 0 0 olan alt ünitesi ve daha küçük 55,000 moleküler ağırlığı olan (3 alt ünitesi. Küçük proteinin işlevi bilinm em ekle birlikte protein kompleksini m em brana bağlama işlevi olabilir. Bü­ yük proteinin pompa fonksiyonu için önem li olan üç özelliği bilinmektedir:

Dış taraf 3Na+

ŞEKİL 4 - 11 Sodyum-potasyum pompası için önerilen mekanizma.

48

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas 1. H ücrenin içine doğru çıkıntı olu ştu ran tarafın da

sodyum iyonlarının bağlan m ası için üç reseptör bölgeye sah iptir. 2. Dış trafın da potasyum iyonları için iki reseptör b ö l­ geye sahiptir. 3. Proteinin iç tarafın da sody u m u n b ağ la n m a yerlerine yakın ya d a o n a k o m şu bir bölge ATP-az aktivitesi gösterir.

Şimdi pompanın çalışma düzenini gözümüzde canlandıralam : Taşıyıcı proteinin iç tarafına üç sodyum, dış tarafına iki potasyum bağlandığı za­ m an zaman proteinin ATP-az fonksiyonu aktifleşir, bu bir ATP molekülünü ADP’ye parçalarken bir yüksek enerjili fosfat bağından enerji serbestleşir. Bu enerjinin, taşıyıcı protein molekülünde bir kon­ umsal değişiklik yaratarak, sodyum iyonlarının dı­ şarıya, potasyum iyonlarının da içeriye girmesine neden olduğuna inanılmaktadır. Taşıyıcıdaki şekil değişikliğinin tam mekanizm ası bilinmemektedir. Hücre Hacminin Kontrolünde N a+-K+ Pompası­ nın Önem i. Na+-K+ pompasının en önemli fonksi­ yonlarından biri hücre hacm inin kontrolüdür. Bu pom panın fonksiyonu olmaksızın vücut hücreleri­ nin çoğu patlayıncaya kadar şişerler. Hacmin kont­ rol mekanizması şöyledir: Hücrenin iç tarafında hücreden çıkamayan çok sayıda protein ve başka organik bileşikler bulunur. Bunların çoğu negatif yüklü olduğu için etraflarına çok sayıda pozitif iyon toplanır. Bütün bu maddeler suyun ozmosla hüc­ renin içine girmesi yönünde etki yaparlar. Eğer bu kontrol edilmezse hücre patlayıncaya kadar şişer. Bunu önleyen norm al mekanizma Na+-K+ pom pa­ sıdır. Tekrar hatırlanm alıdaki bu düzenek içeriye pom palanan her iki potasyum iyonuna karşılık üç sodyumu dışarıya pompalar. Aynı zam anda m em bıan sodyum iyonlarına, potasyum iyonları­ na göre çok daha az geçirgen olduğundan dışarıya çıkarılan sodyum iyonlarının orada kalma eğilim­ leri büyüktür. Böylece hücreden sürekli olarak iyonların net kaybı suyu hücreden dışarıya çekecek zıt yönde bir osmotik eğilim yaratır. Bundan başka hücre şişmeye başladığı zaman otom atik olarak aktifleşen Na+-K+ pompası, su ile birlikte fazla iyonları hücre dışına taşır. Böylece, Na+-K+ pompası normal hücre hacm inin korun­ masında sürekli bir denetim görevi yapar.

Na+-K+ Pompasının Elektrojenik Yapısı. Gerçekte, Na+K+ p o m p asın ın iki potasy u m iyonunu içeriye iletirken üç sod y u m iyonun dışarıya çıkarm ası, pom pan ın her hareke­ tinde bir pozitif yükün hücre dışın a fazladan çıkarılm ası dem ektir. Açıktır ki bu hücre dışın da pozitiflik yaratırken, hücre içinde pozitif iyonların eksilm esine yolaçar. Bu n e­ denle, hücre m em branm ın iki yanında bir elektriksel p o ­ tansiyel yarattığı için N a+-K+ pom pasının elektrojenik o\d u ğ u söylenir. Bölüm 5 ’de tartışıldığı gibi, b aşka neden ler­ le birlikte N a+-K+ p o m p ası m em bran üzerinde d a h a da b üyük bir elektriksel potansiyel yaratır. Bu sinir ve kasda sinyallerinin iletimi için tem el bir gereksinimdir.

K a lsiyu m u n P rim e r A k tif T ra n sp o rtu Önemli bir diğer primer aktif transport mekaniz­ ması, kalsiyum pom pasıdır. Kalsiyum iyonları nor­

mal olarak vücuttaki tüm hücrelerde intrasellüler sıvıda gerçekten çok düşük konsantrasyonda, ekstıasellüler sıvının 1/10,000 oranında bulunur. Bu, esas olarak iki kalsiyum pompası ile gerçekleştirilir. Bunlardan biri hücre mem branıııdadır ve kalsiyu­ mu hücreden dışarıya pompalar. Diğeri, kalsiyum iyonlarını, kas hücresinin sarkoplazm ikıetikulum u veya tüm diğer hücrelerde m itokondıiler gibi bir veya birden fazla vesiküler organelin içine pom pa­ lar. Bu örneklerin her birinde taşıyıcı proteinler m em brana bir taraftan diğer tarafa penetre olur ve aynı zamanda bu taşıyıcı proteinler sodyum taşıyı­ cı protein gibi ATP’yi parçalam a yeteneği olan bir ATP-azdır. Bu proteinin farkı, sodyum yerine kalsi­ yum bağlayan spesifik bir bölgeye sahip oluşudur.

Hidrojen İyonlarının Primer A k tif Transportu Hidrojen iyonlarının primer aktif transporta taşın­ ması vücutta iki yerde önemlidir: 1. Midenin gastrik bezlerinde ve 2. Böbreklerde distal tubuluslaıın son bölümü ve kortikal toplama kanalları. Gasüik salgı bezlerinde iç kısımda bulunan paıyetal hücreler vü­ cutta. hidrojen iyonlarının taşınması için en kuvvetli primer aktif mekanizmaya sahiptir. Bu mide sindi­ rim sekresyonunda hidıoklorik asidin salgılanması­ nın temelini oluşturur. Paryetal hücrelerin sekıesyon yapan yüzünde hidrojen iyon konsantrasyonu bir milyon kat artırılabilir ve daha sonra klor iyonlarıyla kombine edilerek hidrokloıik asit şeklinde salgılanır. Renal tübüllerde distal tubuluslaıın son kısmında ve kortikal toplama kanallarındaki özel iııtercalated hücrelerde de primer aktif transport ile hidrojen iyonları taşınır. Bu durumda hidrojen iyonlarının büyük bir kısmı kanın hidrojen iyonu konsantras­ yonunu kontrol etmek amacı ile vücuttan atılmak üzere tubulusların içine sekrete edilir. Hidrojen iyonları konsantrasyon gradyanına karşı yaklaşık 900 kat kadar yoğun bir şekilde sekrete edilebilir.

P rim e r A k tif T ra n s p o rtu n E n e rje tiğ i Membrandan aktif olarak bir maddenin taşınması için gerekli olan enerji miktarı (Isı şeklinde enerji kaybının yanı sıra) taşıma süresince maddenin yo­ ğunlaştırılma derecesi ile belirlenir, eğer madde 1 0 0 kat yoğunlaştırılacaksa gerekli olan enerji 1 0 kat yo­ ğunlaştırılma için gerekli olan enerjinin 2 katı, 1 0 0 0 kat yoğunlaştırılacaksa gerekli olan enerji 1 0 kat yo­ ğunlaştırılma için gerekli olan enerjinin 3 katı ka­ dardır. Diğer bir deyimle, gerekli olan enerji, aşağı­ daki formülle açıklandığı gibi, maddenin yoğunlaş­ tırılma derecesinin logaritması ile orantılıdır. Cı

Enerji (Her osmol için kalori) = 1400 log — C2 Böylece bir osmol maddeyi 10 kat yoğunlaştırmak için gerekli olan enerji miktarı yaklaşık 1400 kalori veya 1 0 0 kat yoğunlaştırmak için gerekli olan enerji miktarı yaklaşık 2800 kaloridir. Görüldüğü gibi h ü c­ relerde maddeleri yoğunlaştırmak ya da konsant­ rasyon gradyanına karşı maddeleri uzaklaştırmak

BÖLÜM 4 • Hücre Membranından İyon ve Moleküllerin Taşınması

için tüketilen enerji miktarı çok fazladır. Böbrek tubulus çeperlerindeki hücreler ve bir çok salgı hücre­ sinde enerjinin % 90 kadarı bu amaç için tüketilir.

49

Na+ Gl

Sekonder Aktif Transport Birlikte Taşınma ve Zıt-Taşınma Sodyum iyonları primer aktif tıansportla hücrenin dışına taşındığı zaman genellikle sodyum için bü­ yük bir konsantrasyon gradyanı gelişiı-hücıe dışın­ daki çok yüksek konsantrasyona karşılık iç tarafta çok düşük konsantrasyon. Hücre dışındaki sodyum fazlalığı daima iç tarafa doğru difiizyona neden ol­ duğu için, bu gradyan bir enerji kaynağı olarak ka­ bul edilir. Uygun koşullar altında, sodyumun bu difüzyon enerjisi hücre m em branından sodyumla birlikte diğer maddeleri de çekebilir. Sekonder aktif taşım anın bir formu olan bu fenom ene k o -trans­ p ort (birlikte-taşınm a) denilir. Bu, sekonder aktif transport türlerinden biridir. Sodyumla birlikte diğer maddelerin taşınması için bir eşlik mekanizması gereklidir. Bu, hücre m em branında diğer bir taşıyıcının gerek sodyum ve gerekse onunla birlikte taşınan madde için bir bağlanma noktası olarak işlev görür. Taşıyıcı prote­ inde bir şekil değişikliğiyle sodyum ve gerekse sod­ yumla birlikte taşınan madde taşıyıcı proteine bağ­ lanır. Sodyum iyonunun enerji gradyanı her ikisi­ nin de, sodyum ve sodyumla birlikte taşman m ad­ denin hücre içine taşınmasını sağlar. Z ıt-taşım ada, (counter-transport) m em branın dış tarafında sodyum iyonlarının yüksek konsant­ rasyonda bulunması, onları hücrenin iç tarafına tekrar difüze olmaya yöneltir. Ancak, bu kez taşına­ cak olan maddeler hücrenin içindedir ve dışarıya taşınmalıdırlar. Bu nedenle sodyum iyonları hücre membranındaki taşıyıcı proteinin dış tarafına bağ­ lanırken buna karşılık tersine taşınan maddeler ta­ şıyıcı proteininin iç tarafındaki bağlanma yerlerine bağlanırlar. Bu karşılıklı bağlanma taşıyıcı protein­ de bir şekil değişikliğine sebep olur. Sodyum iyo­ nunun enerjisi sodyum iyonunun içeriye doğru di­ ğer maddenin de dışarıya doğru hareketini sağlar.

G lik o z ve A m in o a s itle rin S o d yu m la B irlik te Taşınması Glikoz ve aminoasitlerin çoğu hücrelerin içine bü­ yük konsantrasyon gradyanlarına karşı taşınır. Bu­ nun mekanizması Şekil 4-12’de gösterilen birlikte taşınm a mekanizmasıdır. Taşıyıcı proteinlerin, dış tarafta, biri sodyum, diğeri glikoz için olmak üzere iki bağlanma yerine sahip olduğuna dikkat ediniz. Ayııı zamanda sodyum iyonlarının konsantrasyo­ nu dışaı da çok yüksek, içerde çok düşüktür. Bu ta­ şınma için gerekli olan enerjiyi sağlar. Taşıyıcı pro­ teinin spesifik bir özelliği glikoz molekülü bağlanıncaya kadar sodyum iyonlarının içeriye hareketi­ ne izin veren konumsal değişikliğinin ortaya çık­ mamasıdır. Fakat ikisi bağlaııdığ zaman şekil deği­ şikliği otomatik olarak gerçekleşir, sodyum ve gli­

ŞEKİL 4 - 12 Glikozun sodyumla birlikte taşınması için önerilen mekanizma.

koz aynı zamanda hücrenin için taşınırlar. Bu, sodyıtm-glikoz birlikte taşınm a mekanizmasıdır. Aminoasitlerin sodyumla birlikte taşınması faiklı bir taşıyıcı protein dizisinin kullanılması dışmda gli­ kozun taşınması ile aynı şekilde olur. Beş ayrı anıinoasit transport proteini tanımlanmıştır. Bunların her biri özgün molekül karakteristikleri olan amiııoasit alt gruplarının taşınmasından sorumludur. En azından bazı hücrelerde klor iyonları, demir iyonları, iyot iyonları, ve ürat iyonlarını kapsayan birlikte taşınmalar mevcuttur.

K alsiyum ve H id ro je n İyo n la rın ın S o d yu m la Zıt Taşınması Özellikle önemli iki karşılıklı taşınm a m ekanizm a­ sı, sodyum-kalsiyum ve sodyıını-hidrojen zıt taşın­ m a mekanizmalarıdır. Kalsiyumun zıt-taşınm ası tüm veya hem en h e­ m en tüm hücrelerin m em branlarınd a görülür. Sodyum iyonlarının içeriye hareketi ve kalsiyum iyonlarının dışarıya hareketi ile her ikisi karşılıklı taşınma tarzında aynı transport proteine bağlanır­ lar. Bu bazı hücrelerdeki kalsiyum primer aktif transportuna bir ek sistem olarak çalışır. Sodyum-hidrojen karşılıklı taşınm ası birkaç do­ kuda görülür. Özellikle önem li bir örnek, böbrekle­ rin proksimal tubuluslarıdır. Burada sodyum iyon­ ları tübülün lüm eninden tubular hücrelerin içine hareket eder. Buna karşılık hidrojen iyonları zıt yönde liimene taşınır. Bu mekanizma, renal tubulusların daha distalinde hidrojenin primer aktif tıan sportla yoğunlaştırılm asında olduğu kadar kuvvetli değildir. Ancak yine de, ayrıntıları 30. Böliim’de tartışıldığı gibi, vücut sıvılarının hidrojen

iyonu kontrolünde an ah tar rol oynayacak k ad ar çok sayıda iyonun taşınm asını sağlayabilir.

Hücre Tabakalarından Aktif Transport Vücudun birçok yerinde maddelerin tek bir hücre membram yerine hücre tabakalarından taşınması gerekmektedir. Bu tip taşınm a barsak epitelinde, böbrek tubuluslarının epitelinde, tüm dış salgı bez­ lerinin epitelinde, safra kesesinin epitelinde, bey­ nin koroideus pleksus m em branında ve birçok di­ ğer m em branda görülür.

50

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

Hücre tabakasından bir maddenin taşınması için tem el mekanizma şöyledir: 1. Hücrenin bir tarafın­ d a k i hücıe m embranından a k t if transport ve 2 . Hücrenin zıt tarafındaki m em brandan basit veya kolaylaştırılm ış difiizyonla taşınma. Şekil 4-13 sodyum iyonlarının, bağırsak epiteli, safra kesesi ve böbrek tubuluslarından taşınma mekanizm asını göstermektedir. Bu şekilde, epitel hücrelerinin, luminal yüzeyde birbirlerine, hücre­ ler arası boşluğa sodyum difüzyonunu engelleyen sıkı bağlantılarla bağlı olduğu görülmektedir. Oysa hücrenin luminal yüzeyini oluşturan fırça kenarlar su ve sodyuma geçirgendir. Bu yüzden su ve sod­ yum kendiliğinden hücrenin içine difüze olur. Son­ ra hücrelerin bazal ve latéral membranlarında sod­ yum iyonları ekstıasellüler sıvıya aktif olarak taşı­ nır. Bu olay bu membranlara karşı yüksek sodyum iyon konsantrasyon gradyanı yaratır. Bu da suyun osm otik girişine sebep olur. Böylece sodyum iyon­ larının epitel hücrelerin basoteral tarafında aktif tıansportu yalnız sodyum iyonlarının değil suyun da taşınm asını sağlamaktadır. Hemen hem en tüm besin maddeleri, iyonlar ve diğer maddelerin tümü bağırsaktan kana bu meka-

Bazal membran

Fırça kenar

Aktif transport

^

Aktif transport Na+

Osmoz

Osmoz Aktif transport

Na+ ve H20

D) CO

Osmoz Dıfüzyon

ŞEKİL 4 - 13 Bir hücre tabakasından aktif transportun temel mekanizması.

nizmalaıia absoıbe edilmektedir. Bu maddelerin böbrek tubuluslarından glomerüler fıltrattan geri emilimi de aynı mekanizm a ile olmaktadır. Bu kitapta, bu bölümde tartışılan her bir taşıma tipi için birçok çeşitlemeleriyle birlikte, çok sayıda örnek vardır.

REFERANSLAR A ckerm an M J, Clapham D E : Ion chan n els— b a sic scien ce and clinical disease. N Engl 1 M ed 3 3 6 :1 5 7 5 , 1997. Arm strong D L . R o ssie S : Ion Channel R egu la­ tion. Orlando: A cadem ic Press, 1998. A shcroft F M : Ion C hannels and D isease. O r­ lando: A cad em ic Press, 1998. B an k s W A , K astin A J, Harrison L M , Zadina J E : Perinatal treatment o f rats with opiates affe cts the developm ent o f the blood-brain barrier transport system P T S -1 . N eurotoxic o l T eratol 1 8 :7 1 1 , 1996. Bastin aan se E M , Hold K M , V an der L aarse A: T h e e ffe ct o f m em brane ch olesterol content on ion transport processes in plasm a m em ­ branes. C ard iovasc Res 3 3 :2 7 2 , 1997. B e n o s D J: Introduction to m edical physiology: ce llu la r m em branes and transm em brane transport o f solutes and water. Am J Ph y­ siol 2 7 1 :S 2 , 1996. Brandt PC , Vanam an T C : T h e plasm a m em ­ brane calcium pump: not ju s t another pretty ion translocase. G lycobiology 6 :6 6 5 , 1996. B retsch er M S : G etting m embrane flow and the cytoskeleto n to cooperate in m oving cells. C e ll 8 7 :6 0 1 , 1996. B retsch er M S : M oving m em brane up to the front o f migrating cells. C ell 8 5 :4 6 5 , 1996. B y rn e JH , Sch u ltz S G : An Introduction to M em brane Transport and B io electricity . New Y o rk : Raven Press, 1994. Caplan M J: M em brane polarity in epithelial c e lls: protein sorting and establishm ent o f polarized dom ains. Am J Physiol 2 7 2 :F 4 2 5 , 19 97. C onley E C : Inward R cctificr and Intercellular Channels. Orlando: A cadem ic Press, 1999. C onley E C : Voltage-G ated C hannels, V o l. IV . O rlando: A cad em ic Press, 1998.

D e F e lice L J : Electrical Properties o f C ells: Patch C lam p for B iologists. New York: Ple­ num Press, 1997. Dunham P B , Blostein R : L antigens o f sheep red blood cell mem branes and modulation o f ion transport. Am J Physiol 2 7 2 .C 3 5 7 , 1997. Em erson C , Sw eeney H L: M ethods in M uscle B io lo g y . San D iego: A cadem ic Press, 1997. Franzini-A rm strong C : Functional significance o f m em brane architecture in skeletal and cardiac m uscle. S o c G en Physiol S e r 5 1 :3 , 1996. Garty H, Palm er L G : Epithelial sodium chan­ nels: function, structure, and regulation. Physiol R ev 7 7 :3 5 9 , 1997.

Jeo n K W : A Su rvey o f C e ll B io lo g y . San D i­ ego: A cad em ic Press, 1 9 97. K ao C Y , C arstcn M E : C ellu lar A sp ccts o f Sm ooth M u scle Fu n ction . C am bridge: C am ­ bridge U n iversity P ress, 1997. Kaplan M R , M ount D B , D elpire E : M olecu lar m echanism s o f N aC l cotransport. Annu R ev Physiol 5 8 :6 4 9 , 1996. K le in z cllcr A : W illiam H ew son’s studies o f red blood corpu scles and the evolving c o n ­ cept o f a cell m em brane. A m J Physiol 2 7 1 :C I , 1996. K ostyuk PG : C alcium Io n s in N erve Cell Function. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1992. Lang F : T h e M o lecu les o f Transport. Farm ing­

Henry R P : M ultiple roles o f carbonic anhydrase in cellular transport and metabolism .

ton, C T : S. K arger Publishers Inc, 1993. M atthews G G : C ellu lar Physiology o f Nerve

Annu R ev Physiol 5 8 :5 2 3 , 1996. H ilgeniann D\V: C ytoplasm ic A TP-dependent

and M uscle. M aldon, M A : B la ck w ell S c i­ ence, 1998.

regulation o f ion transporters and channels: m echanism s and m essengers. Annu Rev Physiol 5 9 :1 9 3 , 1997. H offm an J F , Jam ieson JD : C ell Physiology. New Y ork: O xford U niversity Press, 1997. H offm an J F , Jam ieson JD : Handbook o f Phys­ iology: Cell Physiology. Bethesda: A m eri­ can P h ysiological S ociety, 1997. Ja n L Y , Ja n Y N : C lon es potassium channels from eukaryotes and prokaryotes. Annu R ev Neurosci 2 0 :9 1 , 1997. Jan s D A : T h e M obile Receptor H ypothesis: T h e R o le o f M em brane R eceptor Lateral M ovem ent in Signal Transduction. New Y o rk : Chapman and Hall, 1997. Jap B K , W alian P J: Structure and functional m echanism o f porins. Physiol Rev 7 6 :1 0 7 3 , 1996.

M azzanti M : Ion perm eability o f the nuclear envelope. New s Physiol S c i 1 3 :44, 1998. M rksich M , W h itesides G M : U sing self-assem ­ bled m onolayers to understand the interac­ tions o f m an-m ade surfaces with proteins and ce lls. Annu R e v Biop h y s B iom ol Struct 2 5 :5 5 , 1996. M elandri B A , et al: Bioelectroch em istry IV : Nerve M uscle F u n ctio n — B io electro ch em is­ try, M ech anism s, B io en erg etics, and C o n ­ trol. New Y o rk : Plenum Publishing Corp, 1994. N ielsen O B , Overgaard K : Ion gradients and contractility in skeletal m uscle: the role o f active N a + , K + transport. A cta Physiol Scand 1 5 6 :2 4 7 , 1 9 96. P ierce G N , C laycom b W C : N ovel M ethods in M olecular and C ellu lar Bioch em istry o f

BÖLÜM 4 • Hücre Membranından İyon ve M oleküllerin Taşınması

M uscle. Dordrecht: K luw er A cad em ic P u b­ lishers, 1997. Porter C J, C harm an \VN: M odel system s for intestinal lym phatic transport studies. Pharm Biotech n ol 8 :8 5 . 1996. Post R L , K lodos I: Interpretation o f extraordinar)' kinetics o f N a ( + )- K (+ ) -A T P a s e by a phase change. A m J Physiol 2 7 1 :C 1 4 !5 , 1996. R akow ski R F , G adsby D C , De W eer P: V o lt­ age dependence o f the Na/K pump. J M cm br B iol 15 5 :1 0 5 , 1997. R obinson JD : M oving Q uestions: A H istory o f M em brane Transport and B ioen ergetics. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1997. Robinson M S , W atts C , Zerial M : M em brane dynam ics in en docytosis. C ell 8 4 :1 3 , 1996. Roden D M , G eorge A L Jr: T h e cardiac ion

channels: relevance to management o f ar­ rhythmias. Annu R ev Med 4 7 :1 3 5 , 1996. R o jas C V : Ion channels and human genetic diseases. News Physiol S c i 1 1 :3 6 , 1996. Shepherd G M : Neurobiology. New Y ork: O x ­ ford U niversity Press, 1994. Sieg el G : B asic N eurochem istry: M olecular, Cellular, and M edical A spects. 5th ed. New York: Raven Press, 1994. Sosinsky G E : M olecular organization o f gap ju n ctio n membrane channels. J Bioenerg Biom em br 2 8 :2 9 7 , 1996. Sperelakis N: C ell Physiology S ource B oo k. O rlando: A cadem ic Press, 1998. Strange K, Em m a F, Jack so n P S : C ellular and m olecular physiology o f volum e-sensitive anion channels. Am J Physiol 2 7 0 :C 7 I 1 , 1996.

51

Vandenberg J I, R e e s S A , W right A R , Pow ell T : Cell sw elling and ion transport pathways in cardiac m yocytes. C ard iovasc R es 3 2 :8 5 , 1996. W akabayashi S , Sh igckaw a M , Pouyssegur J : M olecu lar physiology o f vertebrate N a+/ H + exchangers. Physiol R ev 7 7 :5 1 , 1997. W ang W , H ebert S C , G ieb isch G: R enal K + channels: structure and function. Annu Rev Physiol 5 9 :4 1 3 , 1997. W axm an S G , et al: T h e A xon : Structure, Function, and Pathophysiology. New Y ork: Oxford U niversity Press, 1995. W ickm an K, Clapham D E : Ion channel regula­ tion by G proteins. P hysiol R ev 7 5 :8 6 5 , 1995. W in tz K W A : M olecu lar M ech anism s o f S ig ­ nalling and M em brane Transport. Berlin: Springer, 1997.

Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

Vücudun bütün hücrelerinde m em braııın iki tarafı arasında bir elektriksel potansiyel bulunur. Ayrıca sinir ve kas hücreleri gibi bazı hücreler "uyarılabiliı” yani m em branlarında elektıokimyasal impulslar yaratabilirler. Bu im pulslar m em bran boyunca sinyallerin iletilmesinde kullanılır. Bez hücreleri, m akrofajlar ve silyar hücreler gibi hücrelerde m em bran potansiyellerindeki başka tip değişiklik­ lerin bir çok hücre fonksiyonunun kontrolünde önem li rol oynaması olasıdır. Burada sinir ve kas hücrelerinde dinlenim ve faaliyet sırasında oluşan m em bran potansiyellerini tartışacağız.

MEMBRAN POTANSİYELLERİNİN TEMEL FİZİĞİ Difüzyonun Yarattığı Membran Potansiyelleri Şekil 5-lA ’da potasyum konsantrasyonu m embranın içinde çok yüsek, dışında ise çok düşüktür. Bu örnekte, membran potasyum iyonlarına çok geçir­ gendir, fakat diğer iyonlara geçirgen değildir. Hüc­ renin içinden dışına doğru büyük bir potasyum konsantrasyon gradyanı nedeniyle, potasyum iyonları hücrenin dışına doğru çok güçlü bir difüzyon eğilimi gösterirler. Bu durumda, potasyum iyonları pozitif yükleri dışarı taşıyarak m em branın dış yüzünü elektropozitif yaparken; potasyum ile birlikte dışarıya difüzyona uğramayan, geride ka­ lan negatif anyonlar, m em branın iç yüzünü elekt­ ronegatif yapar. M embranın dış yüzünün pozitif, iç yüzünün negatif olmasıyla ortaya çıkan bu yeni potansiyel farkı; pozitif yüklü potasyum iyonları­ nın, zıt yönde, dışarıdan içeriye doğru difüzyonunda etkili olur. Bir milisaniye içinde; bu potansiyel farkı (değişimi) yüksek potasyum iyon konsantras­ yon gradyanına rağmen, potasyum iyonlarının da­ ha fazla dışarıya difüzyonunu durduracak düzeye yükselir. Normal kalınlıkta memeli sinir lifinde difüzyonu durdurmak için gerekli potansiyel farkı,

m em braıı içyüzü ııegatiuitesiyle birlikte, yaklaşık 94 nıilivolttur. Şekil 5 - lB ’de, Şekil 5-lA ’daki gibi aynı etki görül­ mektedir, fakat burada sodyum konsantrasyonu

52

membranın dışında çok yüksek, içinde ise çok dü­ şüktür. Bu iyonlar da pozitif yüklüdür ve bu defa membran sodyum iyonlarına çok geçirgen olduğu halde bütün diğer iyonları geçirmez. Sodyum iyon­ larının içeriye difüzyonu, şimdi ters yönde, m em branın dışı negatif içi pozitif olacak şekilde bir mem bran potansiyeli yaratır. M em bran potansiye­ li, tekrar, miisaniyeler içinde sodyum iyonlarının içeriye net difüzyonunu durduracak düzeye yükse­ lir. Bu kez kalın memeli sinir lifi için potansiyel, yaklaşık + 61 nıilivolttur ve lifin içi pozitiftir Böylece, Şekil 5 -1 ’in her iki bölümünde gördüğü­ müz gibi; yarı geçirgen bir m em branın iki tarafın­ daki iyonların konsantrasyonları arasındaki fark, uygun koşullar altında, bir m em bran potansiyeli yaratır. Bu bölümde, daha sonra göreceğimiz gibi, sinir ve kaslarda impuls iletimi sırasında gözlenen m embran potansiyellerindeki hızlı değişikliklerin pek çoğu, hızla gelişen difüzyon potansiyellerinde­ ki değişikliklerin sonucudur. Difüzyon Potansiyeli ile Konsantrasyon Farkının İlişkisi-Nerst Denklemi. Membranın iki tarafı ara­ sındaki potansiyel farkı, bir iyonun membrandan bir yönde net difüzyonunu önleyecek düzeyde ise, bu potansiyele o iyon için “Nernst potansiyeli” de­ nir. Bu potansiyelin büyüklüğü, mem branın iki tara­ fındaki iyonların konsantrasyonlarıyla tayin edilir. Bu oran büyükse iyonların bir yöne difüzyon eğilim­ leri büyüktür- ve bu nedenle Nernst Potansiyeli de büyüktür. "Nernst Eşitliği” adı verilen aşağıdaki eşit­ lik, normal vücut temperatüıünde 98.6°F (37°C)da tek değerlikli bir iyonun Nernst Potansiyelini hesap­ lamak için kullanılır; EMF (milivolt) = ± 61 log

^ons~ Kons. dış

Bu formül kullanıldığı zaman genellikle m em branın dışındaki potansiyel sıfır olarak kabul edilir ve hesaplanan Nernst potansiyeli m em branın içinde­ ki potansiyeldir. Potansiyelin işareti, eğer negatif bir iyon inceleniyorsa pozitif (+), pozitif bir iyon in ­ celeniyorsa (-)tir. Böylece, potasyum iyonu gibi pozitif bir iyonun m embranın içindeki konsantrasyonu, dışındakinin 1 0 katı ise log 1 0 = 1 olur ve m em branın içinde Nernst potansiyeli -61 milivolt olarak bulunur.

BÖLÜM 5 • Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

Difüzyon Potansiyelleri Sinir lifi (Anyonlar)-

_(Anyonlar)ı

Kf

Sinir lifi

Na+

+ (-94 mV)

+ I+ -

(Anyonlar^

(Anyonlar)_

...... NtV

- •ı ıÎ -V - ] '* ' (+61 mV)

- +

ŞEKİL 5 - 1 A, Sadece potasyum iyonlarına geçirgen membranda; hücrenin içinden dışına doğrıı difüzyona uğrayan potasyum iyonlarının yarattığı; B, sadece sodyum iyonlarına geçirgen membranda sodyum iyonlarının yarattığı difizyon potansiyeli. Bu iki iyonun konsantrasyon gradyanları ters olduğu için; potasyum iyonları difüzyona uğradığında membran iç yüzü potansiyelinin nega­ tif, sodyum iyonları difüzyonunun ise pozitif olduğu görülüyor.

M e m b ra n Ç e şitli İyonlara G e ç irg e n O l­ d u ğ u Z a m an D ifü zyo n P o ta n siye lin in H e sa pla n m a sı M embran çeşitli iyonlara geçirgen olduğu zaman, difüzyon potansiyelinin gelişimi 3 faktöre bağlıdır: ( 1 ) her iyonun elektriksel yükünün çeşidi (2 ) m em branın her iyona geçirgenliği (P), (3) her bir iyonun m em branın iç (i) ve dış (o) yanındaki kon­ santrasyonları (C). Böylece, Goldman denklem i v e­ ya Golclman-Hodgkin-Katz denklemi diye isim len­ dirilen aşağıdaki formül ile; sodyum (Na+) ve po­ tasyum (K+) gibi tek değerli pozitif iyonlar ve klorür (C1-) gibi tek değerli negatif bir iyon bulunduğu du­ rumda m em branın içinde gelişen m embran po­ tansiyeli hesaplanabilir: EMF (milivolt) - + 61 •log CnV i PNa4+ C k 'i Pk ** C ci '»

CWu?Na+Qc*„Pk++^ci’i Pci‘

Şimdi bu denklemin anlamına ve önem ine bir ba­ kalım. İlk olarak; sodyum, potasyum ve klorür iyonları merkezi sinir sisteminde sinir hücrelerinde olduğu gibi sinir ve kas liflerinde membran potan­ siyeli gelişimine katkıda bulunan çok önemli iyon­ lardır. M embrandan karşılıklı geçen bu iyonların her birinin konsantrasyon gradyanı, m em bran po­ tansiyeli voltajının hesaplanm asına yardım eder. İkinci olarak, voltajın saptanmasında her bir iyo­ nun önemi, o iyona karşı membran geçirgenliği ile doğru orantılıdır. Böylece, eğer m em bran potas­ yum ve klorür iyonlarına geçirgen değilse; sadece sodyum konsantrasyon gradyanı mem bran potan­ siyelini belirler ve sonuçta gelişen potansiyel, sod­ yum için Nernst potansiyeline eşit olur. Aynı ilke m em branın sadce birine seçici geçirgen olması h a­ linde, diğer iyonlar için de geçerlidir. Ü çüncü olarak, pozitif bir iyonun m em branın

53

içinden dışına doğru konsantrasyon gradyanı, m em branın içinde elektronegatiflik yaratır. B u ­ nun nedeni, pozitif iyonların konsantrasyonu m em branın içinde dışına göre daha yüksek oldu­ ğunda, bu iyonların dışarıya doğru difüzyonu sı­ rasında pozitif yükleri dışarıya doğru taşırken, difüze olmayan negatif anyonları içeride bırakm ası­ dır. Negatif bir iyon gıadyam varsa, olay ters yön­ de gelişir. Yani, dışarıdan içeriye doğru bir gradyana sahip klorür, hücre için de negatiflik yaratır. Çünkü negatif yüklü klorür iyonları içeriye doğru diffıize olurken diffüze olam ayan pozitif yüklü iyonlar dışarıda kalır. Dördüncü olarak, daha sonra göreceğimiz gibi, sodyum ve potasyum kanallarının perm eabilitesi, sinir impulslarının iletisi sırasında hızla değişirken, klorür kanallarının perm eabilitesinde büyük bir değişme olmaz. Bu nedenle; sodyum potasyum permeablitesindeki değişiklikler, bu bölüm ün geri kalan büyük bir kısmının konusu olan, sinirlerde sinyal iletisinde önemli rol oynar. M em bran Potansiyelinin Ö lçülm esi M em bran potan siyeli ölçm e m e to d u teorikte b asittir fa ­ kat liflerin çoğu n u n küçük ç a p ta olm ası n ed en iy le p r a ­ tikte zordur. Şekil 5-2’dc çok kuvvetli bir elektrolit eriyiği (KC1) ile d o ld u ru lm u ş ince bir pipetin h ücre m e m b ran ın d an sinir lifine so k u ld u ğ u görülüy or. "İn d ife re n t elektrod” adı verilen b aşk a bir clektrod e k stıase llü le r s ı­ vıya yerleştirilm iş ve lifin içi ile dışı arasın d ak i p otan siy el farkı uygun bir voltm etre ile ölçü lm ü ştü r. 13u voltm etre oldukça geliştirilm iş elektronik bir aygıt olup, m ikıopipet ucun daki elektrik ak ım ın a direncin çok yüksek o l­ m a sın a karşın çok küçük voltajları ölçeb ilecek k a p a site ­ dedir. M ikropipetin çap ı genellikle bir m ik ro n d an d a h a küçük, direnci 1 m ilyar O hm k ad ar büyüktür. Sinir im pulsların ın iletisi sırasın d a m e m b ran potan siy elin d ek i hızlı değişiklikleri kay detm ek için, d a h a so n ra a ç ık la n a ­ cağı gibi, m ikroelektrod bir o silo sk o b a b ağlan ır. Şekil 5-3 alt b ö lü m ü n d e ; şeklin sol tara fın d an b a ş la ­ yarak sa ğ a doğru sin ir lifi m e m b ra n ı için d e veya o n a y a ­ kın bölgedek i her bir n o k tad an k ay d ed ilen elektriksel p o tan siy el görülm ektedir. Elektrod sin ir m e m b ra n ın ın d ışın d a old u ğ u sü re ce kaydedilen p o tan siy el sıfır olup, bu ekstraselliiler sıvının p o tan siy elin i gö sterm ek ted ir. D ah a so n ra, k ay dedici elektrod h ü cre m e m b ra n ın ın elektriksel d ip ol tabakasın ı geçerk en p o ta n siy e l ani o la ­ rak -90 m ilivolta düşer. Elektrod lifin m erk ezin i geçer-

Gümüşgümüş klorür elektrod

ŞEKİL 5 - 2 Sinir lifinde mikroelektrod kullanılarak membran potansiye­ linin ölçülmesi.

54

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi; Sinir ve Kas

Sinir lifi

0

-

cö

8-1

Bu pompa Şekil 5-4'de sol tarafta görüldüğü gibi devamlı olarak sodyumu lifin dışına, potasyumu li­ fin içine pompalar. Bir kere daha hatırlayalım ki; bu bir elektrojeııik pom padır, çünkü pozitif yükleri iç e ­ riden daha çok dışarıya pompalar (içeriye her iki K+ iyonu için dışarıya 3 Na+ iyonu) ve içeride pozi­ tif iyon eksikliği yaratır, böylece hücre m em bram nm içi negatif yüklenir. Sodyum-potasyum pompası; sodyum ve potas­ yum için, sinir m em bıanında istirahat durumda çok büyük bir konsantrasyon gıadyanı yaratır. Bu gıadyan aşağıdaki gibidir:

-90-

ŞEKİL 5 - 3 Bir sinir lifinin içinde ve etrafındaki ekstraseliiler sıvıda pozitif ve negatif yüklü iyonların dağılımı. Membranın iç yüzünde ne­ gatif yüklerin, dış yüzünde ise pozitif yüklerin dipoller oluştura­ cak şekilde sıralandığı dikkati çekmektedir. Alttaki resimde, si­ nir lifi membranmm iki tarafında oluşan ani potansiyel değişik­ likleri görülüyor.

N a+ (dış): N a + (iç):

142 m E q /lt 14 m E q /lt

K+ (dış): K+ (iç):

4 m E q /lt 140 m E q /lt

Bu iki ayrı iyonun içeriden dışarı dağılmış oranları söyledir: Na+jÇ/N a+oUtside = 0.1 K +iç / K +ou tsid e

ken p o ta n s iy e l s a b it se v iy e d e k alır fak at e lek tro d m e m b ra n ın k arşı tarafın ı geçerken p o tan siy el tekrar ani olarak sıfıra döner. M em branın içinde negatif bir potansiyel yaratılm ası için, m utlaka yeterli m iktarda pozitif iyonun dışarı taşınarak m em branın kendisinde elektriksel bir dipol tabakası oluş­ turm ası gerekir. Sinir lifinin içinde kalan iyonlar hem pozitif hem negatif olabilir. Sinir lifinin içinde -90 milivolt gibi nor­ mal bir potansiyel yaratm ak için m em brandan inanılm aya­ cak kadar az sayıda iyonun transfer olm ası yeterlidir- liflerin içindeki total pozitif yüklerin sadece yaklaşık 1/ 3.000.000 ile ı/ıoo.ooo.ooomın transferi gerekir. Aynı şekilde; lifin dışından içine hareket eden çok az sayıda pozitif iyon, -90 milivollluk potansiyeli, saniyenin 1/10.000’i gibi çok kısa bir sürede, +35 milivolta yükseltebilir. İyonların bu şekilde hızla kayması, ileride tartışılacağı gibi, sinir sinyallerini yaratır.

SİNİRLERDE MEMBRAN DINLENIM (İSTİRAHAT) POTANSİYELİ

Sinir M em branından Sodyum ve Potasyum Sız­ ması. Şekil 5-4'de sağda; hücre m em branında p o ­ tasyum ve sodyum iyonlarının sızabileceği bir ka­ nal proteini görülmektedir, bu kanal potasyıım sodyum “sızm a’’ kan alı adı verilir. Vurgulama p o ­ tasyum sızıntısı üzerindedir, çünkü normalde ka­ nallar potasyuma, sodyuma göre yaklaşık 1 0 0 kat daha fazla geçirgendir. Bu farklı geçirgenliğin, n or­ mal dinlenim m em bran potansiyelinin düzeyinin saptanmasındaki önem ini sonra göreceğiz.

Normal Membran Dinlenim Potansiyelinin Kaynağı Şekil 5-5'de normal mem bran dinlenim potansiye­ lini -90 milivolt olarak belirleyen önem li faktörler görülmektedir. Bunlar şöyle sıralanabilir.

Kalın sinir liflerinin m em bran potansiyeli, sinir sinyallerinin iletilm ediği istirahat durumunda, yaklaşık -90 milivolttur. Bu lifin içindeki potansiye­ lin, lifin dışında, ekstı asellüler sıvıdaki potansiyele göre 90 milivolt daha negatif olduğunu gösterir. Gelecek birkaç paragrafta, bu potansiyelin düzeyi­ ni saptayan bütün faktörleri açıklayacağız fakat bu­ nu yapm adan önce, sükun durumdaki sinir mem branından sodyum ve potasyumun taşınma özelliklerini tanım lam am ız gerekir. M em brandan Sodyum ve Potasyum İyonları­ nın A k tif Transportu - Sodyum - Potasyum Pompası. İlk olarak; Bölüm 4 ’deki tartışmadan h a­ tırlayalım ki; vücudun bütün hücre m em branlaıında güçlü bir sodyum-potasyum pompası bulunur.

—35.0

Membran dışı

Na+‘ K+ pompası

K+-Na+ "Sızma” kana||an

ŞEKİL 5 - 4 Na4-K+ pompasının fonksiyonel karakteristikleri ve sızma kanalları.

BÖLÜM 5 • Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

K+ 4 mEq/L

(-94 mV)

A Na+

K+

142 mEq/L

4 mEq/L. K+ 140 mEq/L

(-86 mV)

(-94 mV)

+ + IDifüzyon Na+ ---------------- Na4 Pompa 142 mEq/L + + +

14 mEq/L

Difüzyon

" T iPompa 4 mEq/L

(Anyonlar)

K+ 140 mEq/L

* I

(-90 mV)

_

(Anyonlar)

ŞEKİL 5 ■ 5 Üç ayrı koşulda, sinir liflerinde membran dinlenim potansiye­ linin gelişimi. A, sadece potasyumun difizyonu ile; B, sodyum ve potasyum her ikisinin difizyonu ile; C, her iki iyonun difüzyonu artı, bu iyonların Na+-K+pom pası ile pompalanması du­ rumunda.

Potasyum Difüzyon Potansiyelinin Katkısı. Şe­ kil 5-5A’ da; membranın sadece potasyum iyonları­ na geçirgen olduğu kabul edilerek; bu durum m em branın içiyle dışındaki potasyum arasında açık kanallar gösterilmiştir. İçerdeki ve dışardaki potasyum iyonlarının arasındaki yüksek oran 35/1, nedeniyle, Nernst potansiyeli, bu orana uygun ola­ rak, -94 milivolttur, çünkü 35’in logaritması 1.54 olur ve bu -61 milivoltla çarpılırsa, -94 milivolt bu­ lunur. Böylece, istirahat potansiyelini yaratan tek faktör potasyum iyonları olsaydı, lifin içindeki din­ lenim potansiyeli, şekilde görüldüğü gibi, -94 milivolta eşit olacaktı. Sinir Mem branından Sodyum Difüzyonunun Katkısı. Şekil 5-5B'de; K+-Na+ sızma kanallarından sodyum iyonunun küçük miktarda difüzyonuyla,

55

yani m embranın sodyum iyonlarına çok az geçir­ gen olmasıyla, ortaya çıkan durum görülmektedir. Membranın içi ile dışı arasındaki sodyum iyonları­ nın oranı 0 , 1 ’dir ve buna göre, m em branın içindeki Nernst potansiyeli + 61 milivoltdur. Fakat Şekil 55B ’de de görüldüğü gibi potasyum difüzyonu için Nernst potansiyeli -94 milivolttur. Acaba, bunlar birbiriyle nasıl etkileşir ve toplam potansiyel ne olacaktır? Bu, daha önce tanım lanan Goldman eşitliği kullanılarak cevaplanabilir. Sezgisel olarak; potasyuma çok geçirgen fakat sodyuma hafifçe ge­ çirgen bir m em bıanda potasyum difiizyonıınun membran potansiyeline, sodyum difüzyonuna gö­ re daha fazla katkısı olacağı düşünülebilir. Normal bir sinir lifinde m em branın potasyuma geçirgenli­ ği sodyuma göre 100 kat daha fazladır. Goldman eşitliğine bu değer yerleştirilirse; m em branın için ­ deki potansiyel, şeklin sağında görüleceği gibi po­ tasyum potansiyeline yakın bir değer olan - 8 6 m ili­ volttur. N A +-K + Pompasının Katksı. Şekil 5-5C ’ de Na+K+ pom pasının katkısı gösterilmiştir. Şekilde iki tane potasyum iyonu m em branın içine üç tane sodyum iyonu m em branın dışına devamlı p o m ­ palanmaktadır. M em branın için e pom palanan potasyuma göre, dışına daha fazla sodyum p o m ­ palanması, m em branın içinden devamlı olarak pozitif yüklerin kaybına neden olur. Bu durum difüzyonun tek başına yaratacağından daha büyük negativiteye yol açar (yaklaşık -4 milivolt). Böylece, Şekil 5-5C'de görüldüğü gibi, net m em bran p o ­ tansiyeli bütün bu faktörlerin eş zam anlı etkisiyle -90 milivolt bulunur. Özetle, yalnız potasyum ve sodyum difüzyonun yaratacağı difüzyon potansiyeli m em bran p o tan ­ siyelini yaklaşık - 8 6 milivolt yapacaktı ve bunun hem en hepsi potasyum difüzyonu tarafından bilerlenecekti. Elektrojenik Na+-K+ pom pasıyla ilave -4 mV katılır, böylece net m em bran dinlenim p o ­ tansiyeli -90 mV olur.

SİNİR AKSİYON POTANSİYELİ Sinir sinyalleri m em bran potansiyellerindeki hızlı değişimlerden oluşan aksiyon potatısiyelleri He ile­ tilir. Her aksiyon potansiyeli, norm al sükun negatif potansiyelden pozitif m em bran potansiyeline ani bir değişme ile başlar ve hem en hem en aynı hızla tekrar negatif potansiyele döner. Bir sinir sinyalinin iletisinde, aksiyon potansiyeli sinir lifi boyunca si­ nir ucuna gelinceye kadar yayılır, şekil 5 -6 ’nın üst bölümünde, aksiyon potansiyeli sırasında m em branda oluşan değişiklikler görülmektedir. Şekilde, pozitif yüklerin başlangıçta lifin içine aktığı ve so ­ nunda tekrar dışa geri döndüğü görülmektedir. Şeklin alt bölümünde; m em bran potansiyelinde saniyenin onbinde birleri gibi çok kısa sürede bir­ biri ardına oluşan değişimlerle aksiyon potansiye-

56

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi; Sinir ve Kas

mem branında bulunan diğer iki taşınm a kanalının özelliklerini tanımlamamız gerekir: voltaj kapalı sodyum ve potasyum kanalları.

+ + +

Gümüş-gümüş klorür elektrod

Voltaj-Kapılı Sodyum ve Potasyum Kanalları Aksiyon potansiyeli sırasında, sinir m em branın depolarizasyonu ve repolaıizasyonunda önem li rol oynayan voltaj kapılı sodyum kanallarıdır. Voltaj kapılı potasyum kan alları ise repolarizasyoııun hızla yükselmesinde önemli rol oynar. Bu iki voltaj

kapılı kan al Na+-K+ pom pası ve Na+-K+ sızm a k a ­ nallarına ek olarak görev yaparlar.

V o lta j-K a p ılı S o d yu m K an a lla rı-K a na lın A k tiv a s y o n u ve in a k tiv a s y o n u ı

I I I I I ~

0.1 0.2 03 0.4 05 0.6 0.7

Milisaniye

ŞEKİL 5 • 6 Şeklin üst bölümünde gösterilen metodla kaydedilen tipik bir aksiyon potansiyeli.

linin ortaya çıktığı ve geri dönüşün de hem en h e­ m en aynı hızla olduğu gösterilmiştir. Aksiyon potansiyelinin birbirini izleyen dönem ­ leri aşağıdaki gibidir: Sükun Dönemi. Bu dönem aksiyon potansiyeli oluşmadan önceki m em bran sükun potansiyelini belirtir. Bu dönemde büyük bir negatif (-90 milivolt) m em bran potansiyelinin bulunması nedeniy­ le m em bran "polarize" durumdadır. D epolarizasyon D önem i. Bu sırada m em bran aniden sodyuma karşı geçirgen hale gelerek, çok büyük miktarda pozitif yüklü sodyum iyonunun aksonun içine alınm asına yol açar. Normal -90 m V’Iuk "polarize” durum potansiyelin hızla pozi­ tif yönde yükselm esiyle kaybolur. Buna “dep olarizasyoıı” denir. Kalın sinir liflerinde, m em bran potansiyeli genellikle sıfır düzeyini “aşarak” pozi­ tif olur, fakat bazı küçük sinir lifleri ve merkezi si­ nir sistem inin nöronlarının çoğunda potansiyel ancak sıfır düzeyine yaklaşır ve pozitif duruma geçm ez. Repolarizasyon Dönemi. Membranın sodyuma geçirgenliği çok arttıktan sonra, saniyenin onbinde biri gibi kısa bir sürede sodyum kanalları kapanma­ ya başlar ve potasyum kanalları normaldeki haline göre daha da açılır. Potasyum iyonlarının dışa doğru hızlı difüzyonu normal negatif membran dinlenim potansiyelinin yeniden oluşmasını sağlar. Buna m embranın "repolarizasyonu" adı verilir. Depolarizasyon ve repolarizasyon olaylarına n e­ den olan faktörleri tam açıklam ak için; sinir

Şekil 5-7’nin üst bölümünde voltaj kapılı sodyum kanalları üç ayrı dönemde görülmektedir. Bu kanal biri kanalın dışına yakın aktivasyon kapısı diğeri kanalın içine yakın iııaktivasyon kapısı adı verilen iki kapıya sahiptir. Şeklin solunda, m em bran po­ tansiyeli -90 milivolt olduğu zaman normal dinle­ nim m embranında bu iki kapının durumu şem atik olarak görülmektedir. Bu durumda aktivasyon ka­ pısı kapalı olduğundan sodyum kanallarıyla lifin içine sodyum girişi önlenmiştir. Sodyum Kanallarının Aktivasyonu. M em bran potansiyeli istirahat durum una göre daha az n e­ gatif olursa, yani -90 m V’dan sıfıra doğru yiıkselir-

Kapının aktivasyonu

Inaktivas^ön (-90’dan + 35 mV kapalı) inaktivasyonu

.. . . . Membran «çı

Aktif-Açık Dinlenim (.9 0 'dan + 35 mV) (-90 mV)

Dinlenim (_90 mV)

Yavaş aktivasyon (-90’dan + 35 mV'a)

ŞEKİL 5 • 7 Voltaj-kapılı sodyum (üst) ve potasyum (alt) kanallarının karakte­ ristikleri, sodyum kanalının aktivasyoıı-inaktivasyonu ve potas­ yum kanallarının sadece membran potansiyelinin istirahat değe­ rinden pozitif değere değiştiği zaman aktive oldukları görülüyor.

BÖLÜM 5 • Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

57

se; genellikle -70 ve -50 mV arasında aktivasyon kapısında ani bir şekil değişikliği yaratarak kapıyı açık pozisyona getirir. A ktif durum adı verilen bu dönemde, sodyum iyonları bu kanaldan içeri aka­ rak, m em branın sodyuma geçirgenliğini 500-5000 kat artırır. Sodyum Kanallarının İnaktivasyonu. Şekil 57'ııin üst sağ bölümünde, sodyum kanalının üçün­ cü dönem i görülmektedir. Aktivasyon kapısını açan voltajın artması aynı şekilde inaktivasyon ka­ pısını kapatır, inaktivasyon kapısı, aktivasyon ka­ pısının açılmasından sonra saniyenin oııbinde b i­ ri kadar kısa sürede kapanır. Yani inaktivasyon ka­ pısını kapalı duruma getiren konformasyon deği­ şikliği yavaş bir olay olduğu halde; aktivasyon ka­ pısını açan konformasyon değişikliği hızlı bir olay­ dır. Bu nedenle, sodyum kanalı saniyenin oııbinde biri kadar süre açık kaldıktan sonra kapanır ve sodyum iyonları artık m em branm içine akamaz. Bu anda membran potansiyeli, m em bran istirahat dönem ine geri dönmeye başlayarak repolarizasyon gelişir. Sodyum kanal iııaktivasyonun önemli bir özelliği,

inaktivasyon kapısının m em bran potansiyeli baş­ langıç m em bran sükun potansiyeline veya ona ya­ kın bir değere döniinceye ka d a r tekrar açılm am ası­ dır. Bu nedenle, sodyum kanallarının sinir lifi repolarize olmadan tekrar açılması mümkün değildir.

V oltaj- Kapılı P ota syu m K analları ve A k tiv a s y o n la rı Şekil 5-7 ’nin alt bölümünde, voltaj kapılı potasyum kanallarının iki ayrı durumu görülmektedir: İstira­ hat durumunda ve aksiyon potansiyeli durumunda. İstirahat durumunda potasyum kanalının kapısı kapalıdır. Şeklin sol tarafında görüldüğü gibi potas­ yum iyonlarının dışarı çıkması engellenir. M em b­ ran potansiyeli -90 milivolttan sıfıra doğru yükseldi­ ğinde oluşan voltaj değişimi, kapının yavaşça açıl­ masını sağlayacak şekil değişikliği yaratır ve bu po­ tasyumun m em bıandan dışarı doğru difüzyonunu artırır. Potasyum kanallarının açılmasındaki yavaş­ lık nedeniyle bu açılma, sodyum kanallarının inak­ tivasyon nedeniyle kapanmaya başladığı döneme rastlar. Böylece sodyumun hücre içine girişi azalır­ ken aynı zamanda hücreden potasyum çıkışının artması repolarizasyonu hızlandırır ve potansiyel, saniyenin onbinde birlerinde tam amen membran dinlenim potansiyeline geri döner.

ŞEKİL 5 - 8 Spesifik kanallardan iyon akımını incelemede kullanılan "Voltaj Klampı’’ metodu.

rod sinir lifi için e yerleştirilir. B u n la rd a n biriyle, m e m b ­ ran p o tan siy elin in voltajı ölçülür. D iğeriyle sinil lifinin için e veya liften d ışa rıy a d o ğ ru elektrik ak ım ı verilir. Bu ap e re y şu şek ild e kullanılır; araştırıcı sin ir lifi için d e ne k a d a r voltaj y a ra ta c a ğ ın a k arar verir ve ale tin e le k tro ­ nik d ü ğ m e sin i iste d iğ i v o lta ja ayarlar. Ö n ce d e n o p e r a ­ tör tarafın d an s a p ta n a n d eğerd ek i v o ltajı sa b it tu tm ak için gerekli p o z itif ve n e g a tif elektrik ak ım ı o to m atik olarak ak ım elek tro d u ile verilir, ö r n e ğ in , m e m b ra n p o ­ tansiyeli voltaj k lam p ı ile -90 m iliv o lttan sıfıra doğru an id en artırıld ığın d a, voltaj kapılı so d y u m ve p o ta sy ım kan alları açılarak, so d y u m ve p o ta sy u m iyo n ları k a n a l­ lardan ak m ay a b aşlar, in trase llü ler v o ltajın iste n e n d ü ­ zeyde tu tu lm a sın d a iyon h arek etlerin in etk ilerini d e n k ­ leştirm ek için; voltaj k la m p ın akım e le k tro d u n d an inlıa se llü le r voltajı sıfır d ü ze y in d e tu ta c a k elektrik akım ı verilir. B unu sa ğ la m a k için; verilen ak ım ın , m e m b ra n k an alların d an ak an a k ım a tam eşit, fak at ters yüklü o l­ m ası gerekir. H er an n e k a d a r akım g e ç tiğ in i ö lçm ek için; akım elektrodu b ir o silo sk o p a b ağ la n a ra k , akım şekildeki gibi o silo sk o b u n ek ran ın d a gözlen ir. S o n u ç olarak; araştırıcı lifin içi ve d ışın d ak i iyo n ların k o n sa n t­ rasyo n ların ı d en gelerey ek, çalışm ay ı tekrarlar. Bu ö z e l­ likle, m ürekkep b alığ ın ın 1 m m ç a p ın d a d e v ak so n u gi-

'Ja* Kanalı

-^ ++ + + + + + + + + + + + +— o -o -e -o -e -e -e -e -e -e -a-e -e - o ^ ^

~”

O

ŞEKİL 5 - 11 Aksiyon potansiyelinin iletken bir lifte iki yönde yayılması.

tansiyeli yayılır. Bu m ekanizm a Şekil 5 -1 1 'de gös­ terilmiştir. Şekil 5-11 A’da norm al dinlenim du­ rumda bir sinir lifi görülmektedir. Şekil 5-11 B'de sinir lifinin orta bölgesi uyarılmıştır, yani bu böl­ gede sodyum a g eçirgenlik artm ıştır. Oklar, m em branın depolarize olmuş bölgeleri ile sükun halindeki bölgeleri arasında gelişen "yerel devre­ leri” göstermektedir. Pozitif elektrik yükleri depo­ larize m em brandan içeriye doğru akarak, akso­ nun içinde birkaç m ilim etre ilerler. Bu pozitif yük­ ler, kalın miyelinli lifler içinde 1-3 mm uzaklıkta, voltajı eşik değer üstüne yükselterek aksiyon po­ tansiyelini başlatır. Bu nedenle, şekil 5 -1 1°C ve D'de görüldüğü gibi, bu yeni bölgelerdeki sodyum kanalları derhal açılır ve aksiyon potansiyeli yayı­ lır. Bu yeni depolarize alanlar m em bran boyunca daha uzak bölgeler arasında yerel daireler oluştu­ rarak depolarizasyonun gittikçe daha da yayılma­ sına neden olur. Böylece depolaıizasyon m em b­ ran içi ve dışı boyunca yayılır. Depolarizasyonun kas ve sinir liflerinde yayılm asına sinir ve kas inıpıtlsıı adı verilir.

başlayınca; koşullar norm al ise depolarizasyon tüm mem branda yayılabilir; tersine koşullar uygun değilse yayılmaz. Buna hep-hiç yasası denir ve bu tüm uyarılabilen dokulara uygulanabilir. Bazen, aksiyon potansiyeli, membranda, m em branın bö l­ gelerini uyaracak yeterli voltajı yaratamayan bir noktaya gelir ve bu noktada depolarizasyon durur. Bu nedenle uyarının norm al yayılması için; aksi­ yon potansiyelinin uyarma eşik değerine oranı da­ ima l ’den büyük olmalıdır. Buna yayılma için gü ­ venlik faktörü denir.

AKSİYON POTANSİYELİNDEN SON­ RA SODYUM VE POTASYUM İYON GRADYANININ YENİDEN OLUŞMASIENERJİ METABOLİZMASININ ÖNEMİ Sinir lifi boyunca bir im puls iletisi m em branın içi ile dışı arasında sodyum -potasyum k on san tras­ yonları arasındaki farkı azaltır. Çünkü d epolari­ zasyon sırasında sodyum iyonları içeriye, ıepolaıizasyon sırasında potasyum iyonları dışarı difüzyona uğrarlar. Tek bir aksiyon potansiyeli için bu etki ölçülm eyecek kadar küçüktür. Bu n ed en ­ le, konsantrasyon farkı, aksiyon p otan siyelin i durduracak bir düzeye inm eden sinir lifleriyle 100.000-50 milyon arasında im puls iletilebilir. Böyle olsa bile, m em brandaki sod yu m -p otas­ yum konsantrasyon farklarının zam anla yeniden oluşturulm ası gerekir. Bunu oluşturan Na+-K+ pompasıdır. Bu pom pa daha önce tanım landığı gibi çalışır. Öyle ki aksiyon potansiyeli sırasında, hücrenin içine difüzyona uğrayan sodyum iyon­ ları ile hücrenin dışına difüzyona uğrayan p o tas­ yum iyonları, Na+-K +pom pası ile eski durum ları­ na dönerler. Bu pom panın çalışm ası için enerji gerektiğinden, sinir lifinin “yeniden yüklenm esi” aktif m etabolik bir işlevdir ve gerekli en erji h ü c­ renin enerji sistem i adenozin trifosfat (ATP) dan elde edilir. Şekil 5 -1 2 ’de; bir sinir lifinde, impuls frekansı arttığında oluşan enerji m iktarının da

Yayılmanın Yönü. Şekil 5 -1 1 ’de görüldüğü gibi uyarılan m em branda tek bir yönde yayılma yoktur. Aksiyon potansiyeli stimulustan (uyarıdan) uzakla­ şarak her iki yönde, hatta sinir lifinin bütün uzantı­ larına, mem bran bütünüyle depolarize oluncaya kadar yayılır.

Saniyede impuls

ŞEKİL 5 - 12 Hep-Hiç Yasası. Normal bir lif m em branının her­ hangi bir noktasında, bir kere aksiyon potansiyeli

Bir sinir lifinde dinlenme durumu ve gittikçe artan hızda uyarılma sırasında ısı üretimi.

BÖLÜM 5 • Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

61

kalsiyum sodyum kanallarının, yavaş fakat uzun süreli açılm ası b aşlıca aksiyon p otan siyelin in plato bölüm ünden sorumludur. Plato (düzlük)'dan kısmen sorumlu ikinci faktör ise, voltaj kapılı potasyum kanallarının çok yavaş aktive olması ve sıklıkla platonun sonuna kadar açılmamasıdır. Bu mem bran potansiyelinin dinle­ nin! değerine dönmesini geciktirir. Fakat daha son ­ ra, potasyum kanalları açılırken yavaş kanalların kapanmaya başlaması; platonun sonunda, aksiyon potansiyelinin hızla düşerek istirahat durumuna inmesini sağlar.

Saniye

ŞEKİL 5 - 13 Kalpte bir purkinge lifinden kaydedilen aksiyon potansiyelinde “plato”.

arttığı görülm ektedir. Sodyum -potasyum ATPaz pom pasının önem li bir özelliği de, hücre içinde sodyum iyonları arttı­ ğında güçlü biçim de uyarılm asıdır. G erçekte, pom panın aktivitesi sodyum konsantrasyonunun üçüncü kuvvetiyle orantılı olarak artar. Öyle ki, in tern a l sodyum k on santrasyon u lO’daıı 2 0 mEq/L’ye yükselirse pom panın aktivitesi iki kat değil yaklaşık sekiz kat artar. Bu nedenle, m em bıan d a sodyum -potasyum konsantrasyonları ara­ sındaki fark azalmaya başlayınca, sinir lifinin n a ­ sıl hızla yeniden yüklenm eye başladığını anla­ mak kolaydır.

BAZI AKSİYON POTANSİYELLERİNDE PLATO Bazı durumlarda, uyarılabilen m em bran depolaı izasyoııdan sonra hem en repolarize olmaz, bunun yerine potansiyel repolaıizasyon başlamadan önce birkaç milisaniye sivri potansiyele yakın bir düzlük (plato) çizer. Şekil 5 -1 3 ’de görüldüğü gibi böyle bir plato depolaıizasyon süresini uzatır. Kalp kasında görülen, saniyenin 2/10-3/10 kadar sürebilen pla­ toya sahip aksiyon potansiyelinin bu tipi, bu süre boyunca kalp kasının kontraksiyonuna neden olur. Platonu n oluşum unda birkaç faktör rol oynar. İlk olarak, önceden belirtildiği gibi, kalp kasında iki tip kanal depolarizasyon olayına katkıda b u ­ lunur. (1) Genellikle voltajla aktive olan sodyum kanalları, hızlı kanallar, (2 ) voltajla aktive olan yavaş açılan kalsiyum kanalları, yavaş k a n a lla r Bu kanallar, başlıca kalsiyum iyonlarıyla birlikte bir m iktar sodyum iyonunun da difüzyonunu sağlar. Hızlı kanalların açılm ası aksiyon p o tan si­ yelinin sivri bölüm ünü oluşturur; ancak yavaş

UYARILABİLEN BAZI DOKULARDA RİTMİK FAALİYET-TEKRARLAYAN DEŞARJLAR Kendiliğinden tekrarlayan deşarjlar veya "ritmik faaliy et ”normalde kalpte, düz kasların çoğunda ve merkezi sinir sistem inde pek çok nöronda görülür. Böyle ritm ik deşarjlar (1) kalp vurum ları, (2) barsakta peıistaltik dalgalar, (3) solunum un ritmik kontrolü gibi sinirsel olayları yaratırlar. Aynı zamanda diğer uyarılabilen dokuların h e­ men hepsi, uyarılma eşik değerleri düşükse, tekrar­ layan deşarjlar yaratabilirler. Örneğin, normalde yüksek düzeyde kararlılık gösteren kalın sinir ve is­ kelet kası lifleri; veratrine içeren eriyiğe konursa ya da kalsiyum iyon konsantrasyonu kıitik bir değere inerse; her iki koşulda da m em bıanm sodyuma ge­ çirgenliği arttığı için, tekrarlayan deşarjlar oluştu­ rurlar. Spontan Ritmik Faaliyet İçin Gerekli Tekrar Uya­ rılma Olayı. Ritmik faaliyetin oluşması için, m embranın doğal durumda bile, sodyum iyonlarına (veya yavaş kalsiyum kanallarından kalsiyum ve sodyum iyonlarına) yeterince geçirgen olması gerekir. Böylece membran otomatik olarak depolarize olur. Şekil 514’de membranın sadece -60, -70 milivoltluk bir "dinlenim" potansiyeline sahip olduğu görülüyor. Bu negatif voltaj sodyum ve kalsiyum kanallarını kapalı

Tekrarlayan aksiyon . Potasyum potansiyelleri [iletkenliği ı

0

^

1

Hiperpolarizasyon

ŞEKİL 5 - 14 Kalbin ritmik kontrol merkezinden kaydedilenlere benzer rit­ mik aksiyon potansiyelleri. Potasyum iletkenliği ve hiperpola­ rizasyon durumu ile ilişkisine dikkat ediniz.

62

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi; Sinir ve Kas

tutmaya yeterli değildir. Öyle ki; ( 1 ) bazı sodyum ve kalsiyum iyonları içeriye akar, (2 ) bu membran volta­ jının pozetifliğini ve böylece membran permeabilitesini daha da artırır, (3) daha fazla iyon içeri akar, (4) membran permeabilitesi aksiyon potansiyeli doğun­ caya kadar daha da artar. Daha sonra, aksiyon potan­ siyelinin sonunda membran ıepolarize olur. Fakat kısa bir süre som a, spontan uyarılma ile depolarizasyon tekrar başlayarak yeni bir aksiyon potansiyeli doğar. Bu dönemsel olay tekrar tekrar gelişmeye de­ vam ederek, uyarılabilen dokularda spontan ritmik kendi kendini yaratan eksitasyonlara neden olur. Acaba membran niçin ıepolarizasyondan hemen sonra depolarize olmuyor ve ondan sonraki aksiyon potansiyelinin başlaması yaklaşık bir saniye kadar ge­ cikiyor? Bu sorunun cevabı Şekil 5-14’de “potasyum iletkenliğini” ifade eden eğri incelenerek bulunabilir. Bu şekilde aksiyon potansiyelinin sonuna doğru kısa süre devam eden dönemde; membramn potasyuma geçirgenliğinin ileri derecede arttığı gözlenmektedir. Potasyum iyonlarının dışarıya çok fazla miktarda çıkı­ şı, beraberinde büyük miktarda pozitif yükleri dışarı taşır, böylece membramn içinde beklenenden daha fazla negatiflik yaratılır. Bu, aksiyon potansiyelinin yükselmesini izleyen kısa bir süre için devam eder ve membran potansiyeli potasyumun Nernst potansiye­ line çok yaîan bir değere ulaşır. Şekil 5-14'de görüldü­ ğü gibi bu döneme “hiperpolariznsyon" denir. Bu dö­ nem boyunca yeniden uyarılma olmaz, fakat aşırı po­ tasyum iletkenliği (hiperpolarizasyon durumu) yavaş yavaş kaybolur membran potansiyeli yeni bil' uyarı için eşik değere yükselir, yeni bir aksiyon potansiyeli doğar ve bu işlem tekrar tekrar devam eder.

S İN İR D E S İN Y A L İL E T İM İN İN Ö ZEL DURUM LARI

Miyeiinli ve Miyelinsiz Sinir Lifleri. Şekil 5-15’dc b ir­ çok kalın sinir liflerini içeren in ce bir sinirin en ine kesiti görülm ektedir. Dikkatli bakıldığın da, kalın liflerin a r a ­ sın d a pek çok in ce liflerin uzandığı görülür. Kalın lifler miyeiinli, ince lifler ise miyelinsizclir. Sinirler, o rtalam a olarak m iyeiinli liflerin yaklaşık iki katı k adar m iyelin siz lifler içerirler. Şekil 5-16’d a tipik m iyeiinli bir lif görülm ektedir. Lifin m erk ezin de akson bu lu n u r ve ak so n u n m e m b ra n ı a k si­ yon potan siyelin i ileten gerçek iletken m cm b ran ıdır. Ak­ son , viskozitesi yüksek intrasellüler b ir sıvı aksoplazma ile doludur. A ksonu çeviren miyelin kılıfı çok d e fa a k so ­ nun k en disin den d a h a kalındır ve m iyelin kılıfı, ak son u n u zun lu ğu b o y u n ca h er 1-3 m ilim etred e bir Ranvier bo­ ğumu ile kesilm iştir. Miyelin kılıfım, ak son u n etrafın da b u lu n an Sch w ann hücreleri aşağıd ak i gibi oluşturur: İlk olarak; Sch w an n hücre m em b ran ı ak so n u sarar. So n ra h ü cre ak so n u n e t­ rafın d a d efalarca çevrilerek, bir lipid m a d d e olan sfmgomiyelin içeren hücre m e m b ran ın m çok say ıd a katlarını oluşturur. Bu m a d d e çok iyi bir yalıtkandır, b u n ed en le m e m b ra n d an iyon akım ını yaklaşık 5000 kat düşürür. Yan y an a iki Sch w an n h ücresi arasın d a, ekstraselliiler s ı­ va ile ak son ara sın d a iyonların ak ab ileceği, izole e d ilm e ­ m iş, 2-3 mikrometre u zu n lu ğu n d a ala n lar kalır. Bu ala n a Ranvier boğumu denir. M iyeiinli Sİnir Liflerinde Bir Doğum dan Ö tekine "Sıçrayıcı" İleti. İy on lar m iyeiin li liflerd e kalın m iy e ­ lin k ılıfın dan h e m e n y e te rin ce g e ç e m e d ik le ri h ald e, R an vier b o ğ u m la rın d a n k o lay ca geçerler. B u n e d e n le,

ŞEKİL 5 - 15 Miyeiinli ve miyelinsiz lifleri içe­ ren bir küçük sinirin enine kesiti.

BÖLÜM 5 • Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri ak siy o n p o tan siy e li sa d ece b o ğ u m lard a o lu şa b ilir. Ş e ­ kil 5 -1 7 ’de g ö rü ld ü ğ ü gibi ak siy o n p o ta n siy e li b o ğ u m ­ d a n b o ğ u m a iletilir, b u n a sıçrayıcı ileti denir. E lektrik ak ım la rı çevredek i e k stra se llü le r sıv ıd a o ld u ğ u gibi, a k s o p la z m a d a b o ğ u m d a n b o ğ u m a geçerek , b irb iri a r ­ d ın a b o ğ u m la rı uyarır. B öy lece, lif b o y u n c a sin ir s i n ­ y a lle rin in s ıç r a m a s ı "s ıç r a y ıc ı’’ te rim in in k ay n ağın ı o lu ştu rm u ştu r. S ıç ra y ıc ı ileti iki n e d e n le d e ğ e rlid ir: İlk o larak , dep o la r iz a s y o n olay ın ın sin ir lifi e k se n i b o y u n c a , u zu n a r a la r la sıç ra m a s ı, m iy elin li sin irle rd e ileti h ızın ı 5 ile 50 kat g ib i o ra n la rd a , ç o k fazla artırır, ikin ci olarak , sıç ra y ıc ı ileti a k s o n d a e n e rjin in k o ru n m a sın ı sağ lar, ç ü n k ü s a d e c e b o ğ u m la rı d e p o la riz e e d e re k iyon k a y ­ b ın ı y ü z kat azaltır. Y oksa b ir se ri sin ir sin y a lle ri s o n ­ ra sı m e m b ra n ın iki tarafı a r a s ın d a s o d y u m p o ta s y u m k o n sa n tr a s y o n farkı y a r a tm a k için d a h a fazla e n e rji ge re k e c e k ti. K alın m iy elin li liflerde sıçray ıcı iletin in d iğe r bir ö zelliği şu d u r : M iyelin m e m b ra n ın y arattığ ı b u m ü ­ k e m m e l y alıtk an lık m e m b r a n k a p a site sin in 50 kat d ü ­ şü rü r, b ö y le c e ç o k kü çü k b ir iyon tran sfe riy le re p o lariz a sy o n olu şu r. A ksiyon p o ta n siy e lin in s o n u n d a ; s o d ­ y u m k an alları k ap an ırk en , p o ta sy u m k a n alları h en ü z tam an la m ıy la a ç ılm a d a n h ızla re p o la r iz a sy o n m e y ­ d a n a gelir. B u n e d e n le, m iyelin li liflerd e sin ir s in y a lle ­ rin in ile tisin i, vo ltaj kapılı so d y u m k a n alların ın iyon g e çirg e n liğ in d e k i değişik lik ler o lu ştu ru r, o y sa p o t a s ­ y u m k a n alların ın katkısı çok azdır.

Miyelin kılıfı

Aksoplazma

63

Ranvier düğümü

Miyelinli bir aksonda sıçrayıcı ileti.

S inir Liflerinde İletin in H ızı Sinir Liflerinde ileti hızı, çok kü çü k m iy elin siz liflerde 0.25 m /sn ile çok kalın m iyelinli liflerde 100 m /sn (1 sıı’de bir futbol sah asın ın u z u n lu ğ u kadar) ara sın d a değişir.

E K S İT A S Y O N -A K S İY O N P O T A N S İY E L İ Y A R A T M A İŞ L E M İ

Akson

hücre stoplazması Schwann hücre çekirdeği Ranvier düğümü

T em elde, yeterli sa y ıd a so d y u m iy o n u n u n m e m b ra n d an içeriye d ifü zy o n u n u sa ğ la y a n h erh an g i bir faktör, so d y u m k an alların ın o to m atik , geri d ö n ü şü m lü a ç ıl­ m asın ı sağlar. Bu m e m b ı a n d a k im y asal ve m e k a n ik bir etki veya m e m b ra n d a n e le k tr ik g e ç m e sin in s o n u c u o la ­ bilir. B un ların h e p si v ü c u tta sin ir ve k a sla r d a ak siy o n p o tan siy eli o lu ştu rm a k için farklı şe k ille rd e k u llan ılır: deride, m ekan ik b a sın ç d u y sal sin ir u çların ı uy arır; b e ­ y in d e k im y asal n ö ro tra n sm ite rle r n ö ro n d a n n ö ro n a sinyal iletim in i sağ lar; elektrik ak ım ları, kalp ve b a ğ ır­ sak kas h ü crelerin d e sin y al iletim in i yaratır. E k sita sy o n işlem in i a n la m a y a elektriksel u y arılm a p re n sip le rin i tartışarak b aşlay alım :

Negatif Yüklü Bir Metal Elektrot İle Sinir Lifinin Uyarılması. D en eysel çalışm alard a, genellikle, sinir ve Miyelinsiz aksonlar Schwann hücre çekirdeği Schwann hücre stoplazması

ŞEKİL 5 - 16 Schwann hücrelerinin sinir liflerini yalıtma görevi, A, bir Schwann hücre mebranmın, miyelinli lifin miyelin kılıfını oluşturmak için, aksonun etrafını sarması. (Leeson ve Leeson’d an değiştirilerek, Histology Philadelphia, W.B. Saunders Company, 1979.) B, Schwann hücre stoplazması ve mebranm çeşitli miyelinsiz sinir liflerinin etrafım kısmen sarması. (Hnine kesitte gösterilmiştir).

kası u y arm ak için; biri n e g a tif diğeri p o z itif yüklü iki k ü ­ çük elektrod ile sinir ve k as y üzey in e elektrik akım ı u y g u ­ lanır. Bunun so n u c u n d a m e m b ran ın n e g a tif elek trod la uyarıldığı görülür. Bunun neden i şöy le açıklan ab ilir: H atırlan acağı gibi, aksiyon potan siy eli voltaj kapılı so d y u m k an alların ın açılm asıy la h aşlar ve bu k an allar m e m b ran ın elektrik voltajının az alm a sı ile açılır. Bu d u ru m d a k ato d d ak i n e ­ gatif akım m em b ran ın h em en d ışın dak i voltajı azaltarak, m em b ran ın içindeki n e g a tif m e m b ra n d in len im p o ta n ­ siyeline yakın bir değere doğru düşürür. M e m b ıa n d ak i bu elektriksel voltajın az alm a sı, so d y u m k an alların ın açılm ası so n u c u aksiyon p o tan siy elin i başlatır. Aksine, m e m b ra n ın d ış y ü z ü n e p o z itif y üklerin v e rilm e si, m em b ran d ak i voltaj farkını az altm ak y erin e yükseltir. Bu “h ip erpolarizasyo n ” d u ru m u ak siyon p o tan siy eli d o ğ u r­ m aktan çok, lifin eksitab ilitesin i azaltır.

64

o >

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi; Sinir ve Kas

+60-1 +40+200-

Aksiyon potansiyelleri

-202 -40-60-80-100-

laşık 1/2500 saniyedir. B u rad an , böyle bir lifin san iy ed e, yaklaşık m ak sim u m 2500 sinyal taşıy ab ileceğ i kolayca h esaplan abilir. M utlak ıe frak te r p e riy o d so n ra sı o n u n d ö rtte biri v e y a y arısı k ad ar u z u n lu k ta rölatif ıefrakter periyod gelir. Bu sü re d e n o rm a ld e n d a h a kuvvetli u y a ra n lifi uyarabilir. Bu rö la tif refrak terliğin iki n e d e n i vard ır: (1) Bu sır a d a so d y u m k an alların ın b a z ısı h a la in a k tiv a s ­ y on d u ru m u n d a d ır, (2) P o ta sy u m k a n a lla rın ın g e n e l­ likle lam açık o lm a sı n e d e n iy le , p o z itif y ü k lü p o t a s ­ y u m iyon ların ın d ışa rı aşırı ak m ası lifin u y a rılm a sın ı g ü çleştirir.

Milisaniye

ŞEKİL 5 - 18 Uyarıların, uyarılabilen bir membrandaki aksiyon potansiyeli­ ne etkisi. Uyaranlar aksiyon potansiyeli oluşturmak için gereken eşik değerin altında olduğu zaman "akut eşikaltı potansiyellerin" geliştiği görülüyor.

U yarılabilirliğin B askılanm ası - "S ta b iliz e Ediciler” ve Lokal A n es te tikle r Sin irin u y arılab ilirliğin i artıra n fak tö rlerin tersin e, membran stabilize edici faktörler adı verilen m a d d e le r

membıanm eksitabilitesini azaltırlar. Örneğin, ekstıaselliiler sıvıda yüksek kalsiyum iyon konsantrasyonu, Uyarılma Eşiği ve "Akut Yerel Potansiyel". Çok zayıf elektriksel uyarılar lifi uy aram az. Fakat uyaranın voltajı gittikçe arttırılırsa, eksitasyo n u n doğ ab ileceğ i bir n o k ta­ ya gelinir. Şekil 5-18'de, gittikçe artan şid d etle gerim uy­ gu la n m asın ın etkileri görülm ektedir. A n ok tasın d a, çok zay ıf bir uy aran m e m b ra n p otan siy elin i -90’d an -85 m ilivolta d e ğiştirse de, aksiyon p otan siy eli gelişm esi için gerekli o to m atik ıe je n eratif değişiklik için yeterli d e ğil­ dir. B n o k tasın d a uyaran d a h a büyük olduğu halde, yine ak siyon potan siy eli o lu ştu rm ay a yetm ez. Fakat, h er iki zay ıf u y aran d a n so n ra m em b ran voltajı, bir m ilisaniye ve d a h a uzun süre, değişik du ru m u n u korur. Aksiyon p o ­ tan siy eli o lu ştu ra m ay an bu akut yerel potansiyellere akut eşikaltı potansiyeller denir. Şekil 5-18’de, C n o k tasın d a uyaran d a h a d a güçlüdür. Ş im d i akut yerel p o tan siy el aksiyon p otan siy eli o lu ştu ra­ cak eşik d eğer seviyesin e erişm iştir ve aksiyon p o ta n si­ yeli k ısa bir “laten t periy od ” so n rası oluşur. D n o k tasın ­ da, h em stim u lu s h em de akut yerel potan siy el d a h a d a g ü çlü d ü r ve aksiyon potan siyeli çok d a h a k ısa bir latent p eriy od so n ra sı oluşur. Bu şekil gösteriyor ki; uy aran çok zay ıf da o lsa d a im a m e m b ra n d a yerel bir p otan siy el değişikliği y aratm ak ta­ dır, fakat aksiyon p otan siy elin in b a şla m a sı için lokal p o ­ tansiyelin eşik düzeye y ü kselm esi gerekir.

Bir A ksiyon Potansiyelinden Sonra Yeni Bir U yarana Y a n ıtın O luşm adığı S ü re ((R efla kter Dönem ” U yarılabilen bir lifte m e m b ra n h en ü z bir aksiyon p o ta n ­ siyeli ile dep o larize iken, yeni bir aksiyon potan siyeli o lu şa m az . Bunun n eden i, aksiyon po tan siy eli b aşlad ık ­ tan kısa bir sü re so n ra so d y u m kanallarının (veya k alsi­ yum kan alları veya her ikisinin) inaktive o lm ası ve b u k a­ n allara b u n o k tad a uy gu lan an uyaranın şiddeti ne olu r­ s a o lsu n in ak tivasyon kapısın ın açılm am asıd ır. Onları tekrar aç ılm ası için m u tlak a m e m b ra n potan siyelin in, o ıjin a l d in len im m em b ran potan siy eli seviyesin e veya on a çok yakın bir değere d ö n m e si gerekir. D ah a so n ra san iy en in kü çü k bir b ö lü m ü n d e kanalların in ak tivasyon kapıları açılır ve yeni bir ak siyon potansiyeli b aşlayabilir. İkinci bir aksiyon potan siy elin in çok kuvvetli bir u y a­ ran la bile y aratılam ad ığı bu süreye mutlak ıefrakter periyod denir. Bu p eriy od kalın m iyeliııli sin ir liflerinde yak­

m em b ram n sod y u m iyon ların a geçirgenliğin i azaltarak, m em b ran eksitabilitesin i azaltır. Bu n ed en le, kalsiyum iyon ların a "stab ilizatör" denir.

Lokal Anastetikler. Çok önem li stab ilizatö rler a ra sın ­ da, klinikte lokal an estetik olarak ku llan ılan prokain, tetrakain gibi birçok m a d d e vardır. B unların ço ğu direkt olarak sody um kanallarının ak livasy on kapıların ın açıl­ m a sın ı çok zo rlaştıra ra k m e m b ra m n e k sita b ilite sin i azaltırlar. Aksiyon potansiyeli şiddeti ile eksitabilite eşiği arasındaki oran ("güvenlik fak tö rü ”) 1.0 in altın a inerse, u yarılm a öyle azalır ki, sin ir sinyalleri aııaste ziy e edilm iş sinirleri geçem ez.

M E M B R A N P O T A N S İY E L L E R İN İN VE A K S İY O N P O T A N S İY E L L E R İN İN K A Y D I

Katod Işınları Osiloskop. Bu b ö lü m ü n b a şın d a b elirtil­ diği gibi aksiyon potan siy eli sü re cin d e m e m b ra n p o ta n ­ siyeli çok hızlı değişir. G erçekten kaltn sinir liflerinde a k ­ siyon potan siyeli kom pleksi mooo san iy ed e n çok d a h a kı­ sa sürer. Bu bölüm dek i b azı şekillerde, bu p o tan siy el d e ­ ğişikliklerinin bir voltm etre ile kaydedild iği gö rü lm e k te ­ dir. A ncak aksiyon potan siyellerin i kay d ed en h erh an gi bir aletin bu kaydı çok hızlı y ap m ası gerektiği gözön iin de tutulm alıdır. Pratik olarak m e m b ra n p otan siy el d e ğ i­ şikliklerinin h ızın a uygun yanıt verebilen yaygın kullanıln ölçü aleti kato d ışınlı osilosk op d u r. Şekil 5-19'da, katod ışınlı o silo sk o b ıın u n tem el e le ­ m anları görülm ektedir. K atod ışınları tü bü b a şlıc a bir elektron tab an cası ve gönd erildiği bir floıesan yüzeyden ibarettir. Elektronların bu yüzeye çarptığı yerlerde floresan m ateryal parıldar. Elektron ışını yüzeyde h areket et­ tiği zam an , parıld ay an ışın d a hareket ederek ekran ü z e ­ rinde floresaıı bir çizgi çizer. K atod ışınları ttibiinde elektron ta b a n c a sı ve floresan yüzeyden b aşka, elektrikle yüklü iki p lak gru b u bulun ur. Bun lardan biri elektron ışının ın y an m a , d iğer gru p ise alt ve ü stü n e yerleştirilm iştir. Plaklardaki voltaj d e ğ işik ­ likleri uygun elektronik kontrol devreleriyle ; elektron ışınını sinirlerdeki kaydedici elek tro d lard an gelen e lek t­ rik sinyallerine cevap olarak, aşa ğ ı yukarı saptırır. Bu elektron ışını ekranı, sab it h ızd a, h o ıiz o n ta l olarak s ü ­ pürür. K atod ışınları tü b ü n d e, sin ir elektrodların d aki

BÖLÜM 5 • Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

Aksiyon

Yatay plaklar plaklar Elektron tabancası

Uyaran artefakti

süpürme devresi

Elektronik amplifikatör

65

Çift Fazlı Aksiyon Potansiyelinin Kaydı. B ütün bir s i­ nirden sinyal kaydı istendiği za m an elektrodları lifin içi­ ne yerleştirm ek uygun olm az. Genellikle k u llan ılan kayıt m eto d u iki elektrodu lifin d ışın a uygulam aktır. Elde e d i­ len kayıt aşağıd ak i n eden lerle iki fazlıdır: A ksiyon p o ta n ­ siyeli lifte yayılırken ilk elektroda erişip n e g a tif y ü k len d i­ ğinde; ikinci elektrod h ala etkilenm em iştir. Bu osilosk o pta n egatif y ö n d e bir kayıt a lın m asın a n e d e n olur. D a ­ h a son ra, aksiyon potan siy eli sinirde a şa ğ ı yukarı yayıl­ m a y a d ev am ed erk en , b irin ci e le k tro d u n a ltın d a k i m em b ran rep olarize old u ğu za m an , ikinci elektrod n e ­ gatiftir ve o silo sk o p ta p o zitif y önde kayıt alınır. B öylece Şekil 5-20’de gö rüldüğü gibi, o silo sk o p ta, p o tan siy el d e ­ ğişikliği ön ce bir yön e so n ra öteki yüne d oğ ru olur.

Elektriksel stimulator

ŞEKİL 5 - 19

+75-1

Aksiyon potansiyellerini kaydeden katod ışınları osiloskobu. +50+25-

voltaj değişiklikleri ek ran d a vertikal, z a m a n h orizo n tal o la rak kaydedilir. Sinir uyarıldığı za m an , kayıtta, sol b a ş ta ak siyon p o tan siy eli o lu şm a d a kü çü k bir “uyaran artefakti" olu şu r; d a h a so n ra, sa ğ d a , aksiyon p o tan siy e ­ li kaydedilir.

o

>

-

-25-

Tek Fazlı Aksiyon Potansiyeli Kaydı. B u b ö lü m d e çeşitli d iy ag ram la rd a “m o n o faz ik ak siyon p o tan siy e lle ­ ri gö sterilm iştir. B u n u k a y d e tm e k için şekil 5-2'de g ö ­ rü ld ü ğ ü gibi bir m ik ro p ip e t elektrot, lifin için e y e rle şti­ rilir. A ksiyon p o tan siy eli lifte yayılırken lifin içindeki p o ta n siy e l değişiklikleri şekil 5-6, 5-10 ve 5-13’deki gibi kaydedilir.

0

-50-

ŞEKİL 5 - 20 Çift fazlı aksiyon potansiyeli kaydı (milivolt olarak).

REFERANSLAR A m o n o f M J: Electrom yography in C lin ical Practice. N ew Y ork: Churchill Livingstone, 1998. A rm strong C M : Voltage-dependent ion chan­ n els and their gating. Physiol R ev 7 2 : (Su ppl): S 5 , 1992. A rm strong D L , R o ssie S: Ion Channel R egu la­ tion. Orlando: A cadem ic Press, 1998.

D e F e licc L J: E lectrical Properties o f C ells: Patch C lam p for Bio lo gists. New Y o rk: P le­ num Press, 1997. D o lly JO , Parcej DN: M olecular properties o f voltage-gated K + channels. Bioenerg Biornem br 2 8 :2 3 1 , 1996.

Hodgkin A L , H uxley A F: Quantitative d escrip­ tion o f m em brane current and its applica­ tion to conduction and excitation in nerve. J Physiol (L on d ) 1 1 7 :5 0 0 , 1952. H offm an J F , Jam ieso n JD : H andbook o f Phys­ iology: C ell Physiology. Bethesda: A m eri­ can Ph y siolog ical S o c iety , 1997. Ja lifc J : B a s ic C ardiac E lectroph ysiology for

A fn eric S D , Briion i JD : Neuronal N icolin ic R eceptors. New Y ork: W iley, 1999. A shcro ft F M : Ion Channels & D isease. O r­

D rescher U : M olecular B ases o f A xonal Growth and Pathfinding. Berlin: Springer, 1997. Em erson C , Sw eeney H E: M ethods in M uscle B iology . San D iego: A cadem ic Press, 1997.

ers, 1998. Jeo n K W : A Survey o f C ell B io lo g y . San D i­

lando: A cad em ic Press, 1998. A shley R H : Ion C hannels. New Y ork: Oxford U niversity Press, 1996. B reitw ieser G E : M echanism s o f K + channel regulation. J M em b r B io l 1 5 2:1, 1996. C atterall W A : C ellular and m olecular biology

Epstein M , Herzog W : Theoretical M odels o f Skeletal M uscle. New Y o rk : W iley, 1998. Fioram onti J , Bueno L: Intestinal migrating motor com plexes and blood flow: what is the link? Eur J Gastroenterol Hepatol 8 :7 6 5 , 1996.

ego, A cad em ic Press, 19 9 7 . K ao C Y , Carsten M E : C ellular A spects o f Sm ooth M uscle Function. Cam bridge: C am ­ bridge U niversity Press, 1997. Lagrutta A A , Bond C T . X ia X M , et al: Inward rectifier potassium channels: cloning, ex­

G reger R : T h e m embrane transporters regulat­ ing epithelial NaCl secretion. Ptlugers Arch

pression and struciure-function studies. Jpn Heart J 3 7 :6 5 1 , 1996. M asland RH : U nscram bling co lo r vision. S c i­ ence 2 7 1 :6 1 6 , 1996. M atthew s G G : C ellular Physiology o f Nerve and M u scle. M aldon, M A : B lackw ell S c i­ en ce, 1998. N ichols C G , Lopatin AN: Inward rectifier po­

o f voltage-gated sodium channels. Physiol R ev 7 2 :(S u p p l); S I 5, 1992. C ole K S : Electrodiffusion m odels for the m em brane o f squid giant axon. Physiol R ev 4 5 :3 4 0 , 19 6 5 . C onley E C : Inward R ectifier & Intercellular Channels. Orlando: A cadem ic Press, 1999. Craig A M , B an ker G : Neuronal polarity. Annu Rev N eurosci 1 7 :2 6 7 , 1994. D eal K K , England S K , Tam kun M M : M o lecu ­ lar physiology o f cardiac potassium chan­ nels. Physiol R ev 7 6 :4 9 , 1996.

4 3 2 :5 7 9 , 1996. G ieb isch G , W ang W : Potassium transport: from clearan cc to channels and pumps. Kidney Int 4 9 :1 6 2 4 , 1996. G odaux E: N europhysiological aspects o f v o l­ untary m ovem ents. A cia Neurol B c lg 9 6 : 193, 1996. Hodgkin A L : T h e Conduction o f the Nervous Im pulse. Springfield: C harles C Thom as, 1963.

the C lin ician . A rm onk, N Y : Futura Publish­

tassium channels. Annu R ev Physiol 59: 171, 1997. Pierce G N , C laycom b W C : N ovel Methods in M olecular and C ellular B ioch em istry o f

66

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi; Sinir ve Kas

M u scle. Dordrecht: K luw er A cad em ic Pu b­ lishers. 1997. Pongs 0 : M olecular biology o f voltage-depen­ dent potassium channels. Physiol R ev 7 2 : (S u p p l):S 6 9 , 1992. Pu sch M , Jcn tsch T J: M olecular physiology o f voltage-gated chloride channels. Physiol R e v 7 4 :8 1 3 , 1994. Preston D C , Shapiro B E : Electrom yography and N eurom uscular Disorders. Boston: Buttcrw orth-H einem ann, 1998.

Renaud JM , Gram olini A . Light P, C om tois A: M odulation o f m usclc contractility during fatigue and recover)' by A T P sensitive po­ tassium channel. A cta Physiol Scand 156: 2 0 3 , 1996. R evest P, L o n g stà ff A: M olecular N eurosci­ en ce. New Y ork: Springer, 1998. R o ja s C V : Ion channels and human genetic diseases. News Physiol S c i 11:36, 1996. Shepherd G : T h e Synaptic Organization o f the

Brain. New Y o rk: O xford U niversity Press, 1997. Stein P S G : N eurons, N etw orks, and M otor B e ­ havior. C am bridge, M A : M IT Press, 1997. W intz K W A : M olecu lar M cchanisins o f S ig ­ nalling and M em brane Transport. Berlin: Springer, 1997.

Vücudun yaklaşık % 40’ı iskelet kası, % 10’u düz kas ve kalp kasıdır. Bütün bu farklı kas tiplerinde aynı kasılma prensipleri geçerlidir, ancak bu bölümde başlıca iskelet kasının fonksiyonu ele alınacaktır; düz kasın özelleşmiş fonksiyonları 8 . bölümde, kalp kasınınki 9. bölümde tartışılacaktır.

m

İSKELET KASININ FİZYOLOJİK ANATOMİSİ İskelet Kas Lifi Şekil 6-1 iskelet kasının organizasyonunu göster­ mektedir. Bütün iskelet kasları, çapı 10-80 mikro­ metre arasında değişen çok sayıda liften oluşmuş­ tur. Yine Şekil 6-1 ’de gösterildiği ve aşağıdaki pa­ ragrafta tanımlandığı gibi, bu liflerin herbiıi daha küçük altbiıim lerden meydana gelir. Çoğu kasta lifler bütün kas boyunca uzanırlar; %2 'si dışında, her bir lif orta bölgesinde sonlanan tek bir sinir ucu tarafından iııeı ve edilir. S arko lem m a. Saıkolem m a kas lifinin hücre membranıdır. Sarkolemma, plazm a m em branı de­ nilen gerçek hücre mem branı ile birçok ince kollajen fibıil içeren bir polisakkarid tabakasından mey­ dana gelen dış kılıftan ibarettir. Kas lifinin ucunda, sarkolem m anın bu yüzey tabakası bir tendon lifiy­ le kaynaşır. Daha sonra tendon lifleri kas tendonunu oluşturmak üzere demetler halinde birleşir ve kemiğe yapışırlar. M iyo fib riller; aktin ve miyozin filam en tleıi. Her kas lifi birkaç yüz ile birkaç bin arasında nıiyofib r il içerir. Bunlar Şekil 6 - lC ’deki enine kesitte kü­ çük açık noktalar halinde gösterilmiştir. Her miyofibıilde (Şekil 6 - İD ve E) yan yana uzanan yaklaşık 1500 miyozin fila m en tiv e 3000 aklin filamentiv&rdır. Bunlar kas kasılmasından sorumlu olan büyük polimerize proteinlerdir. Bunlar şekil 6 -2 ’deki bo­ yuna elektron mikroskopik görüntüde ve şekil 6 l ’de şematik olarak £ 'deıı L ’ye kadar olan bölgede

gösterilmiştir. Diyagramdaki kalın filam entler m i­

yozin, ince filamentler aktin’du. Şekil 6-1E de gösterildiği gibi miyozin ve akün filamentleı inin kısmen içiçe girmesi nedeniyle miyo­ fibriller Şekil 6-2 de görüldüğü gibi birbirini izleyen koyu ve açık bantlar oluştururlar. Açık bantlar sade­ ce aktin filamentlerini içerir ve I bandı adını alır, Çünkü polaıize ışığa izotropiktirler. Koyu bantlar miyozin filamentleri ile, aralarına giren aktin filamentlerinin uçlarını içerir. Koyu bantlara A bandı denir, çünkü polaıize ışığa aııizotıopiktirleı ; Ayrıca miyozin fılamentlerinin yan taraflarından çıkan kü­ çük uzantılar Şekil 6-1 E va 6 - İL görülmektedir, bunlar çapraz köprülerdir. Çapraz köprüler filament boyunca tam orta bölümler dışında yüzeyden çıkıntlar yaparlar. Çapraz köprülerle aktin filam entle­ ri arasındaki etkileşme kasılmaya neden olur. Şekil 6 -lE'de ayrıca aktin fılamentlerinin ucunun Z disklerine tutunduğu görülmektedir. Aktin fila­ mentleri bu diskten her iki yöne doğru uzanarak miyozin filamentlerinin arasına girer. Aktin ve m i­ yozin filamentlerinden farklı filam entöz protein­ lerden oluşan Z diski, miyofibriller arasında çapraz uzanır ve kas lifi boyunca ilerleyerek bir miyofıbril diğerine bağlar. Dolayısıyla tek miyofıbrilde olduğu gibi, bütün kas lifi boyunca da açık ve koyu bantlar görülür. Bu bantlar iskelet ve kalp kasına çizgili gö­ rünüm verirler. İki Z çizgisi arasında kalan miyofıbril (veya tüm kas lifi) bölümüne sarkom er denir. Kas lifi istiıahatte normal, tam gergin durumda iken sarkomer b o­ yu yaklaşık 2 mikrometredir. Bu boyda aktin fila­ mentleri miyozin filamentlerinin üzerini örter ve karşılıklı olarak birbiri üzerine gelirler. Daha sonra göreceğimiz gibi, sarkomer en büyük kasılma gü­ cünü bu boyda oluşturabilir. Miyozin ve aktin moleküllerini bir arada tutan n e ­ dir? Flamentöz titin molekülleri. Miyozin ve aktin filamentleri arasındaki yan yana ilişkiyi sürdürmek zordur. Bunu, titin adı verilen çok sayıda filamentöz molekül sağlar. Her bir titin molekülünün molekül ağırlığı 3,000,000 dur, bu nedenle vücuttaki en bü ­ yük protein moleküllerinden biridir. Ayrıca fila67

68

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

İSKELET KASI

/ Bandı

Diski

Bandı Bandı

d

V/ _____ ____ G-Aktin molekülleri

°°°°o J Miyofilamentler F-Aktin filamenti

^^ S°o% % m S^ o°o7o K ŞEKİL 6 - 1 Miyozinfilamenti Miyozin molekülü 5 = *5 != = ~ = = = = 5 9 -M F

;

o|o.o o*o*o o o'o'otofo o’oto*o 0 *0 *0

as?) N Hafif meromiyozin

Ağır meromiyozin

Bütünden moleküler düzeye kadar iskelet kasının organi­ zasyonu. E G, H ve I belirtilen düzeylerde enine kesitlerdir. (Sylvia Colard Keene tarfından çizilmiştir. Fawcett: Boom ve Fawcett: A Textbook of Histo­ logy. Philadelphia, W.B. Saun­ ders Company, 1986’dan modifiye edilmiştir.)

mentöz olduğu için çok esnektir. Bu esnek titin m o­ lekülleri, sarkomerde aktin ve miyozinden oluşmuş kasılma makinesi için çerçeve sağlar. Ayrıca titin moleküllerinin sarkomerin kasılabilir bölümlerinin, özellikle de miyozinin oluşumunda kalıp rolü oynadığına inanm ak için nedenler de bulunmaktadır.

önemli bir rolü vardır ve 7. Bölümde tartışılan özel bir organizasyona sahiptir. Hızlı kasılan kas tiple­ rinde sarkoplazmik retikulumun özellikle yoğun olması bu yapının, daha sonra değinildiği gibi, hız­ lı kas kasılmasında önemli olduğunu gösterir.

Sarkoplazm a. Miyofibriller kas lifinde sarkoplaz­ m a denilen intraseliiler maddelerden oluşan bir matriks içinde asılıdır. Sarkoplazma sıvısı potas­ yum, magnezyum, fosfat ve protein yapıda enzim­ ler içerir. Miyofıbrillere paralel olarak çok sayıda m itokondri bulunması, kasılabilir miyofıbrillerin mitokondri tarafından üretilen adenozin trifosfata (ATP) gereksiniminin ne kadar büyük olduğunun göstergesidir.

KAS KASILMASININ GENEL MEKANİZMASI

Sarkoplazm ik Retikulum . Sarkoplazma içinde bulunan zengin endoplazmik retikuluma (Şekil 6 3) kas lifinde sarkoplazm ik retikıdum denir. Retikulumun kas kasılmasının kontrolünde oldukça

Kas kasılmasının başlangıç ve oluşum basamakları aşağıdaki sıra ile meydana gelir. 1. A ksiyon potan siy eli m o to r sin ir bo y u n c a k as lifin d e ­ ki so n la n m a sın a k a d a r yayılır. 2. Her sinir u c u n d a n n ö ro tran sm iter olarak a z m ik tar­ d a asetilkolin salgılanır. 3. Kas lifi m e m b ra m n d a lokal bir a la n d a etki gö steren asetilk olin , m e m b ra n d a k i asetilk olin k apılı k an alları açar. 4. A setilkolin kan allarının açılm ası, kas lifi m em b ran ın d an çok m ik tard a so d y u m iyon un un içeri girm esin i

BÖLÜM 6 • iskelet Kasında Kasılma

69

ŞEKİL 6 - 2 Akün ve miyozin filamentlerinin detaylı organizasyonunu gösteren kas miyofibrilleriniıı elektron mikrografı. (Fawcett The Cell. Philadelphia, W.B. Saunders Company, 1981'den.)

sağlar. B u olay kas lifinde aksiyon p o tan siy elin i başlatır. 5. A ksiyon potan siy eli sinir m e m b ra n ın d a oldu ğu gibi k a s lifi m e m b ra n ı b oy u n ca d a yayılır. 6. A k siyon p o ta n siy e li k as lifi m e m b ra n m ı d e p o la r i­ ze e d e r ve k a s lifi için e d o ğ ru yay ılarak , sa rk o p la z m ik re tik u lu m d a d e p o la n m ış olan k a lsiy u m iy o n ların ın b ü y ü k m ik ta rla rd a m iy o fib rile se r b e s tle m e s in e n e d e n olur.

7. K alsiyum iyonları, k a sılm a olayının e sası olan filam entlerin kaym asın ı sağ lay an , aktin ile m iy ozin filam entleri arasın d aki çekici güçleri başlatır. 8. Sonra, san iyen in bölüm leri için de k alsiy u m iyonları sark op lazm ik retikulum a geri p o m p alan ır. Yeni bir kas aksiyon potansiyeli gelinceye k ad ar b u ra d a dep olan ır: kalsiyum iyonlarının uzaklaşU rıltnası k asılm an ın so n a erm esin e n eden olur.

. "'¿m

I

. Sı ¿f

a

'm *

ŞEKİL 6 - 3 Miyofibrilleri çevreleyen sarkoplazmik retikulum ve miyofibrillere paralel uzanan longitudinal sistem görülmek­ tedir. Enine kesitte lif membramnm dı­ şına uzanan ve ekstraseliiler sıvı içeren T tübülleri de görülmekledir. (Fawcett DW: The Cell. Philadelphia, W.B. Saun­ ders Company, 1981'den.)

i

-,r }

1

< -.'v -/ •>

'

ı -i / ' y ■-

70

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

Şimdi kontraktii işlemin makinasını tanımlaya­ lım.

KAS KASILMASININ MOLEKULER M EKANİZM ASI Kasılmanın Kayma Mekanizması. Şekil 6-4 kas ka­ sılmasının temel mekanizmasını göstermektedir. Üstte sarkomerin gevşek durumu, altta kasılmış du­ rumu görülmektedir. Gevşek durumda, iki ardışık Z diskinden çıkan aktin fîlamentlerinin uçları, ancak birini üstüne binmeye başlarken, aynı zamanda miyozin fılamentlerine komşu olarak uzanmaktadırlar. Kasılı durumda ise aktin fılamentleri miyozin filamentleri arasında ortaya doğru çekilmiş, dolayısıyla büyük oranda iistüste binmiştir. Z diskleri de, aktin fılamentleri tarafından miyozin fîlamentlerinin uç­ larına kadar çekilmiştir. Şiddetli kasılma sırasında, aktin fılamentleri miyozin fılamentlerini uçlarım bükecek kadar kuvvetle çekebilir. Böylece kas kasıl­ ması kayan filam en t m ekanizm asıyla oluşur. Aktin filam entlerini miyozin filam entleıi ara­ sında içe doğru kaydıran acaba nedir? Bunu, m i­ yozin filam entlerinin çapraz köprüleri ile aktin filam enlerinin etkileşim i sonucunda oluşturulan m ekanik güçler yaratır. İstirahat koşullarında bu güçler inhibe edilm iştir, ancak bir aksiyon p o ­ tansiyelinin kas lifi m em branınd a yayılması sarkoplazm ik retikulum dan kalsiyumun hızla ser­ b estlem esin e neden olur. Bu kalsiyum iyonları m iyozinle aktin filam entleıi arasındaki güçleri aktive eder ve kasılm a başlar. Fakat, kasılma işle­ m inin gerçekleşebilm esi için enerji de gerekir. Bu en erji ATP’nin yüksek enerjili fosfat bağlarından elde edilir, bu sırada ATP, ADP’a dönüşür, gerekli enerjiyi serbestletir. İleıiki birkaç bölümde, kasılmanın bu moleküler işlem lerinin detayları hakkında bilinenler açıklan­ mıştır.

Kasılı

ŞEKİL 6 - 4 Miyozin filamentinin gevşek ve kasılı durumları, aktin fılamentinin (siyah) miyozin fılamentleri (kırmızı) arasındaki boşluklara kayması görülmektedir.

olmak üzere, dört hafif zincir de miyozin başının kı­ sımlarıdır. Bu hafif zincirler kas kasılması sırasında ba­ şın fonksiyonunu kontrol etmeye yardım eder. Miyozin filam en ti yaklaşık 200 miyozin m olekü­ lünden oluşmuştur. Bu filamentlerden birinin orta kısmı Şekil 6 -B ’de gösterilmiştir. Miyozin m olekü­ lünün kuyrukları demet halinde toplanarak filamentin gövdesini oluşturmaktadır; birçok baş ise gövdeden dışarı doğru sarkmıştır. Ayrıca, her m iyo­ zin molekülünün sarmal kısmı başla beraber yana doğru uzanır ve şekilde görüldüğü gibi, başı vücut­ tan uzatan bir kol oluşturur. Dışarı doğru uzanan kollar ve başlara birlikte çapraz-köprii denir. Her çapraz köprünün m enteşe denen, biri başın m iyo­ zin fılamentinden ayrıldığı, diğeri iki başın kolla birleştiği yer olmak üzere iki noktada bükülebilir olduğu düşünülmektedir. Bu m enteşeli kollar b aş­ ların, hem miyozin filam entinin gövdesinden dışa-

Kasılabilir Filamentlerin Moleküler Özellikleri M iyozin Filam enti. Miyozin filamenti herbirinin ağırlığı 480,000 kadar olan birçok miyozin molekü­ lünden oluşmuştur. Şekil 6-5/1 tek bir molekülü, B ise miyozin filamentini oluşturan moleküllerin or­ ganizasyonunu ve iki aktin fılamentinin uçlarıyla etkileşimini göstermektedir. ' Miyozin molekülü, herbirinin molekül ağırlığı 2 0 0 . 0 0 0 kadar olan iki ağır zincir ile molekül ağırlıkları 2 0 . 0 0 0 olan dört h a fif zincir olm ak üzere altı polipeptid zincirinden olmuştur. İki ağır zincir bir çift sarmal oluşturmak üzere birbiri eüafına spiral olarak sarılır. Miyozin molekülünün bu sarmalına kuyruk adı verilir. Bu zincirlerden herbirinin bir ucu kıvrılarak miyozin başı denen globuler polipeptid yapıyı meydana getirir. Dolayısıyla, çift sarmal miyozin molekülünün bir ucunda yan yana uzanan iki serbest baş vardır; sarma­ lın devam eden kısmına kuyruk denir. İkisi bir başa ait

' T

T

Çapraz köprüler

^

\

r

Menteşeler

Gövde

Miyozin filamenti

ŞEKİL 6 • 5 A, Miyozin molekülü. B, Miyozin filamentini oluşturan çok sayı­ da miyozin molekülü kombinasyonu. Ayrıca, çapraz köprüler ve çapraz köprü başları ile komyu aktin filamentlerinin arasındaki etkileşme de görülmektedir.

BÖLÜM 6 • İskelet Kasında Kasılma 11 doğru uzaklaşmasını, hem de gövdeye doğru yaklaştırılın asını sağlar. Bir sonraki bölümde tartı­ şıldığı gibi, m enteşeli başların gerçek kasılma ola­ yına katıldıklarına inanılır. Her miyozin filamentinin toplam uzunluğu aynı olup, hem en hemen tam olarak 1 . 6 mikrometredir. Miyozin filamentinin tam ortasında, yaklaşık 0.2 mikrometrik bir mesafede çapraz köprü başları yoktur, çünkü menteşeli kollar miyozin filam enti­ nin ortasından iki ucuna doğru uzanır. Ayrıca, miyozin filamenti kendi etrafında döner ve her çapraz köprü seti ve önceki setten 1 2 0 dere­ ce aksiyal olarak yer değiştirir. Bu durum çapraz köprülerin filamentiıı etrafında her yönde uzan­ masını sağlar.

Miyozin Başının ATPaz Aktivitesi. Miyozin başı­ nın kas kasılması için temel olan diğer bir özelliği ATPaz enzim i olarak fonksiyon görmesidir. İleride göreceğimiz gibi, bu özellik başın ATP’ı yıkmasını ve ATP’ın yüksek enerjili fosfat bağlarından elde edilen enerjiyi kasılma işlemini enerjilendirmek için kullanmasını sağlar. A ktin Filam enti. Aktin filamenti de üç protein b i­ leşeninden oluşmuş bir komplekstir: aktin, tropo-

nıiyozinve troponin. Aktin filamentinin belkemiği, Şekil 6 - 6 ’da iki açık renkli ip şeklinde gösterilen çift-sarm al F-aktin protein molekülüdür. İki iplik miyozin molekülündekine benzer şekilde sarmal yapar. Çift F-aktin sarmalındaki ipliklerin her biri, m o­ lekül ağırlığı 42,000 kadar olan polim eıize G-aktin m oleküllerinden oluşmuştur. Sarmalın her ipliği­ nin bir döngüsünde bu moleküllerden yaklaşık 13 tane vardır. Her G-aktin molekülüne bir ADP m o­ lekülü tutunmuştur. Bu ADP moleküllerinin, kas kasılması sırasında aktin filam entlerinin miyozin filam entleıinin çapraz köprüleriyle etkileştiği aktif bölgeler olduğu düşünülmektedir. Çift sarmalın iki F-aktin ipliği üzerindeki aktif bölgeler, aktin fila­ menti boyunca yaklaşık her 2.7 nanom etıede bir aktif bölge bulanacak şekilde zikzak biçim inde yerleşmiştir. Aktin filam enti yaklaşık 1 m ikrom etre uzunlu­ ğundadır. Aktin filam entlerinin tabanları Z disk­ lerinin içine kuvvetle yerleşirken, diğer uçlar her iki yönde komşu sarkom erlerdeki miyozin m o le­ külleri arasındaki boşluklara doğru uzanırlar, Ş e­ kil 6-4. Trompomiyozin Molekülleri. Aktin filam entleri tropom iyozin denen farklı bir proteini de içerir. Her tropomiyozin m olekülünün molekül ağırlığı 70,000 ve uzunluğu 40 nanometredir. Bu m olekül­ ler F-aktin iplikleri ile zayıf bir şekilde birleşm iş ve F-aktin sarm alının kenarları etrafına spiral olarak sarılmıştır. D inlenm e durumunda tropomiyozin m oleküllerinin aktin ipliklerinin aktif bölgelerini kapattığı, dolayısıyla aktin ile miyozin arasında kasılmaya neden olacak çekimi engellediği düşü­ nülür.

Aktif bölgeler

71

Troponin kompleksi

ŞEKİL 6 - 6 İki helikal F-aktin ipliğinden oluşan aktin filamenti ve aktin ip­ likleri arasındaki oluklara zayıfça yerleşmiş tropomiyozin m ole­ külleri. Her tropomiyozin molekülünün bir ucuna kasılmayı başlatan troponin kompleksi tutunmuştur.

Troponin ve Kas kasılmasındaki Rolü. Tropomiyo­ zin molekülünün bir ucuna tutunmuş troponin de­ nen bir başka protein daha vardır. Troponin gerçek­ te, lıerbiri kas kasılmasının kontrolünde özgül bir rol oynayan, zayıf bağlı üç protein altbiıim inden oluşmuş bir komplekstir. Altbiıimlerden biri (tro­ ponin I) aktin için, diğeri (troponin T) tropomiyozin için, üçüncü (troponin C) ise kalsiyum iyonları için kuvvetli affiniteye sahiptir. Bu kompleksin tropomiyoziııi aktine bağladığı düşünülür.Tröponiııin kalsi­ yum iyonlarına kuvvetli affinitesi, sonraki bölümde açıklandığı gibi kasılma işlemini başlatır.

Kasılmayı Sağlayan M iyozin, A ktin Fila­ m entleri ve Kalsiyum İyonları Etkileşim i Aktin Filamentlerinin Troponin-Tropomiyozin Kompleksi ile İnhibisyonu; Kalsiyum İyonlarıy­ la Aktivasyon. Tıoponin-tropom iyozin komplek­ si olmadığı zaman saf aktin filameti, miyofibrilde bol miktarda bulunun magnezyum iyonları ve ATP varlığında, miyozin moleküllerinin başlarına h e­ men kuvvetle bağlanır. Tıoponin-tropom iyozin kompleksi aktin filamentine eklenirse, bu bağlan­ ma oluşmaz. Dolayısıyla gevşek kasta norm al aktin filamentlerindeki aktif bölgelerin tıopoııin-tropomiyozin kompleksi tarafından inhibe edildiği veya kapatıldığı düşünülür. Ayrıca, bölgeler kasılma için miyozin filam entlerinin başlarına tutunamaz. Ka­ sılma olm adan ön ce tropoııin-tropom iyozin kompleksinin inhibitör etkisi engellenmelidir. Bu, kalsiyum iyonlarının rolünü gündeme getirir. Büyük miktarda kalsiyum iyonlarının varlığında, troponin-tropomiyozin’in aktif filamentlerine inhi­ bitör etkisi baskılanır. Bunun mekanizması bilinm e­ mekle birlikte şöyle düşünülür: Kalsiyum iyonları, her biri 4 kalsiyum iyonuna kuvvetle bağlanabilen troponin C molekülleri ile birleştiğinde, troponin kompleksi biçim değişikliğine uğrar ve tropomiyo­ zin molekülüne uygulandığı kuvvetle onu iki aktin ipliği arasındaki oluğa çeker. Aktinin aktif bölgeleri açığa çıkar ve kasılma gerçekleşebilir. Bu hipotetik bir mekanizma olsa da, tropom iyozin-troponiıı kompleksi ile aktin arasındaki norm al ilişkinin kalsi­ yum iyonları ile değiştiği ve bu durumun kasılmaya neden olduğu vurgulanmaktadır.

72

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

" A k tif" A ktin Fı'lamenti İle M iyozin Çapraz K ö p rü leri A rasındaki Etkileşm e-Kasılm anın "Boyunca Yürüm e" Teorisi. Aktin fılamenti kal­ siyum iyonları ile aktive olur olmaz, miyozin filam entinin çapraz köprü başları aktin filamentinin aktif bölgelerine çekilir ve bu bir yolla kasılmaya neden olur. Hala kısmen teorik olsa da, çapraz köp­ rülerle aktin arasındaki etkileşimin kasılmaya n e­ den olduğu bu işlemi destekleyen birçok kanıt var­ dır ve buna kasılmanın “boyunca yürüme” (veya dişli çark ) teorisi denir. Şekil 6-7 kasılma için varsayılan “boyunca yü­ rüm e” m ekanizm asını gösterm ektedir. Bu şekil iki çapraz köprü başının aktin filam entinin aktif bölgeleri ile birleşm esi ve ayrılm asını gösterm ek­ tedir. Başın bir aktif bölgeye tutunm asının, baş ile çapraz köprü kolu arasındaki intram oleküler güç­ lerde belirgin değişikliğe neden olduğu kabul edilmektedir. Kuvvetlerdeki bu yeni düzenlenm e, başın kola doğru eğilm esine ve aktin filam entlerin i beraberinde çekm esine neden olur. Başın eğil­ m esine güç vurumu ya da kürek hareketi denir. Eğilm eden hem en sonra, baş otom atik olarak ak­ tif bölgeden uzaklaşır ve norm al düşey doğrultu­ suna döner. Bu pozisyonda, daha ilerideki aktin filam entinde yeni bir aktif bölgeyle birleşir; yeni bir kürek hareketi yapm ak için yeniden eğilir ve aktin filam enti başka bir adım a geçer. Dolayısıy­ la, çapraz köprü başlarının ileri geri eğilerek aktin filam enti boyunca adım adım yürüm esi, aktin filam entlerinin uçlarını miyozin filam entinin orta­ sına doğru çeker. Çapraz köprülerin her birinin bağımsız olarak davrandığına, tutunma ve çekm esinin devamlı fa­ kat rastlantısal olduğuna inanılır. Dolayısıyla, her­ hangi bir zamanda aktin filamenti ile değide olan çapraz köprü sayısı ne kadar fazla ise, teorik olarak kasılma gücü de o kadar fazla olur. Kasılma İçin Enerji Kaynağı O larak ATP-M iyozin Başının H areketinde Kimyasal Olaylar. Kas kasıldığında bir iş yapılır ve enerji gerekir. Kasılma işlem i sırasında büyük miktarda ATP ADP’a yıkılır. Kas tarafından yapılan iş ne kadar büyükse, yıkılan ATP miktarı da o kadar fazladır, buna Fenn etkisi denir. Bu olaylar dizisinin şu şekilde oluştuğu dü­ şünülmektedir:

Kas kasılmasında "Boyunca yürüme" mekanizması.

1. Kasılma başlamadan önce, çapraz köprü başları ATP ile bağlanır. Miyozin başının ATPaz aktivitesi ile ATP hemen yıkılır, fakat yıkım ürünleri olan ADP ve Pi başa bağlı kalır. Bu durumda başın biçimi dikey olarak aktin fılamentine doğru uzanmakla birlikte henüz aktine bağlanmamıştır. 2. Troponin-tropomiyozin kompleksine kalsiyum iyonu bağlanınca, aktin filamenti üzerindeki aktif böl­ geler açılır ve miyozin başları Şekil 6-7’de görüldüğü gibi buralara bağlanır. 3. Çapraz köprü başının aktin filamentinin aktif böl­ gesine bağlanması, başın biçimse] değişikliğe uğraya­ rak çapraz köprünün koluna doğru eğilmesine neden olur. Bu, aktin fılamentini çekmek için giiç vurumu sağlar. Güç vurumu aktive eden enerji "kurulmuş yay’’ gibi daha önce ATP molekülünün yıkılması sırasında depolanmıştır. 4. Çapraz köprünün başı eğildiği zaman, bağlı hal­ de bulunan ADP ve Pi salınır ve buraya yeni bir ATP molekülü bağlanır. ATP molekülünün bağlanması ba­ şın aktinden ayrılmasına neden olur. 5. Baş aktinden ayrıldıktan sonra yeni bir ATP mole­ külü yıkılır. Açığa çıkan enerji başı dikey pozisyonun­ da yeni bir güç vurumu döngüsüne başlamak üzere hazır hale getirir. 6 . Daha sonra, yıkılmış ATP’den sağladığı depo enerjisi ile hazırlanmış baş, yeni bir aktif aktin fila­ menti bölgesi ile bağlandığı zaman yeniden güç vurumu yapar. Dolayısıyla, işlem aktin filamenti Z membranını mi­ yozin filamentinin uçlarına çekinceye kadar veya kas­ taki yük daha fazla çekimin mümkün olmayacağı du­ ruma gelene kadar tekrar tekrar gerçekleşir.

Aktin ve Miyozin Filamentinin Üstüste Binme Derecesi - Kasılan Kasta Gelişen Gerim Üzerine Etkisi Şekil 6 - 8 sarkom er boyu ve m iyozin-aktin fila­ m entinin üstüste binm e derecesinin, kasılan kas lifi tarafından oluşturulan aktif gerim e etkisini gösterm ektedir. Sağda m iyozin ve aktin filam entleıin in farklı sarkom er boylarındaki üstüste b in ­ me dereceleri görülm ektedir. D iyagram daki D noktasında aktin filam en ti ü stü ste binm ed en miyozin filam entinin uçlarına kadar çekilm iştir. Bu noktada aktif kas tarafından oluşturulan ge­ rim sıfırdır. Daha sonra sarkom er kısaldıkça ve aktin filam enti miyozin filam entiyle üstüste b in ­ dikçe, sarkom er boyu yaklaşık 2 . 2 m ikrom etreye düşene kadar gerim giderek artar. Bu noktada, aktin filam enti miyozin filam entinin bütün ça p ­ raz köprüleriyle üstüste binm iştir fakat henüz miyozin filam entinin ortasına ulaşm am ıştır. D a­ ha ileriki kısalm alarda, sarkom er boyu 2 . 0 m ikro­ m etre olana kadar (B noktası), tam gerim devam eder. Bu noktada iki aktin filam en tin in uçları b ir­ birinin ve miyozin filam en tlerin in üstüne b in ­ meye başlar. Sarkom er boyu 2.0 m ikrom etreden 1.65 m ikrom etreye doğru düştükçe, A n o ktasın ­ da, kasılma gücü düşer. Bu noktada sarkom eriıı iki Z diski miyozin filam entlerinin uçlarına daya-

BÖLÜM 6 • İskelet Kasında Kasılma

73

Normal kasılma aralığı 100-1

Kasılma sırasındaki gerim Kasılma arasındaki aerım art

Kasılmadan önceki gerim D

------ 1------------- 1------------- r

1 2 3 Sarkomer boyu (mikrometre)

♦ 2x

normal normal

normal Uzunluk

ŞEKİL 6 - 8 Boyu 2.0 - 2.2 mikrometre iken maksimum kasılma gücü göste­ ren bir sarkomer için boy-gerim diyagramı. Sag üstte, A noktasından D noktasına kadar değişik sarkomer uzunluklarında aktin ve miyozin filamentlerinin göreli pozisyonları görülmektedir. (Gordon Huxley ve Julian: The length-tension diagram of single vertebrate striated muscle fib­ res. J. Physiol., 171: 28P, 1964’den modifiye edilmiştir.)

ŞEKİL 6 - 9 Kas boyunun kasılma gücü ile ilişkisi.

düşer. Bu durum, şekilde ok boyunda kısalm a ile gösterilm iştir.

Kasılm a H ızının Y ü k le İlişkisi nır. D aha sonra, sarkom er boyunu kısaltan kasıl­ ma devam ettikçe, miyozin filam entlerinin u çla­ rı bükülür ve şekilde görüldüğü gibi kasılma gü­ cü belirgin olarak azalır. Bu diyagram aktin filamentleri ile miyozin fila­ mentlerinin çapraz köprüleri arasındaki üstüste binm e maksimum olduğunda, kasılmanın da m ak­ simum olduğunu göstermektedir. Bu da aktin filam entlerini çeken çapraz köprü sayısı ne kadar çok ise, kasılma gücünün de o kadar büyük olduğu dü­ şüncesini destekler. Sağlam Kasta Kas Boyunun Kasılma Gücüne Etkisi. Şekil 6-9 ’daki üst eğri Şekil 6 - 8 ’dekine ben ­ zemektedir, fakat tek kas lifi yerine sağlam, bütün bir kası göstermektedir. Bütün halindeki kasın için­ de çok miktarda bağ dokusu vardır; ayrıca kasın değişik kısımlarındaki sarkomerlerin birlikte kasıl­ maları gerekmez. Dolayısıyla, eğri, tek kas lifi için gösterilenden farklı boyutlara sahip olmakla birlik­ te biçimi aynıdır. Şekil 6 -9 ’da kas istirahat boyunda iken yani sarkom er boyu yaklaşık 2 m ikrom etre iken, m ak­ sim um kasılm a gücü ile kasılır. Eğer kasılm adan ön ce kas norm al boyunun üstüne uzatılırsa, ka­ sılm a olm adan önce bile kasta büyük miktarda istirah at gerim i oluşur, bu gerim bağ dokusu, saıkolem m a, kan dam arları, sinirler ve diğerleri­ nin elastik güçlerinden kaynaklanır. Kas norm al boyunun üstünde geıildiği zam an - sarkom er boyu 2 . 2 m ikrom etreden büyük olduğunda - a k ­ tif gerim denen kasılm a sırasındaki gerim artışı

Kas yüke kaışı olmadığı zaman oldukça hızlı kasılır, normal bir kas yaklaşık 0 . 1 saniyede tam kasılma duru­ muna geçer. Yük uygulandığında, Şekil 6-10’da görül­ düğü gibi, yük arttıkça kasılma hızı azalır. Yük kasın oluşturabileceği maksimum kuvvete çıktığı zaman ka­ sılma hızı sıfır olur ve kas lifi uyarılsa da hiç kasılma meydana gelmez. Yükle hızın azalmasının nedeni, kasılan kastaki yü­ kün kas kasılması sırasında gelişen kasıcı güce zıt yön­ de etki yapılmasıdır. Dolayısıyla kısalma hızını oluştu­ racak net kuvvet azalır.

30-

1

2

3

Yük-karşılayan kasılma (kg)

ŞEKİL 6 - 10 8 cm boyundaki bir iskelet kasında yükün kasılma hızı ile ilişkisi.

74

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

KAS KASILMASININ ENERJİ KAYNAĞI Kas Kasılması Sırasında Yapılan İş Kas bir yüke karşı kasıldığında iş yapar. Bu, enerjiniıı kastan, dış yüke transfer edildiği anlamına ge­ lir, örneğin bir cismi daha yükseğe kaldırmak veya harekete karşı direnci yenmek gibi. İş matematiksel olarak şu denklemle tanımlanır: W = LX D Denklemde W yapılan iş, L yük ve D yüke karşı hareket mesafesidir. İşi gerçekleştirmek için gerek­ li enerji, bir sonraki bölümde tanımlandığı gibi, ka­ sılm a sırasında kas hücrelerinde meydana gelen kimyasal reaksiyonlardan elde edilir.

Kas Kasılması İçin Enerji Kaynakları Kas kasılması ATP’daıı elde edilen enerjiye bağlı­ dır. Bu enerjinin çoğu çapraz köprülerin aktin filam entleriııi çektiği, boyunca yürüme m ekanizm a­ sını gerçekleştirm ek için gereklidir, fakat az mikta­ rı ( 1 ) kasılmadan sonra kalsiyumu saıkoplazm adan sarkoplazmik retikuluma pom palam ak ve (2 ) aksiyon potansiyelinin yayılması için uygun iyo­ nik ortam ı devam ettirm ek üzere kas lifi m em branıııda sodyum ve potasyum iyonlarını pom pala­ m ak için kullanılır. Kas lifinde mevcut olan yaklaşık 4 milimolarlık ATP konsantrasyonu, tam kasılmayı ancak 1-2 sa­ niye sürdürebilir. 2. Bölümde anlatıldığı gibi, ATP ADP’a yakıldıktan sonra, ADP saniyenin bölüm le­ ri içinde yeniden ATP oluşturm ak üzere refosfoı ile edilir. Bu ıefosforilasyon için birkaç enerji kay­ nağı vardır. ATP’ı yeniden oluşturm ak için kullanılan ilk enerji kaynağı ATP’a benzer bir yüksek enerjili fos­ fat bağı taşıyan fosfokreatinclir. Fosfokıeatiııin yük­ sek enerjili fosfat bağı, Bölüm 67 ve 72 de daha ayrıntılı tartışıldığı gibi, ATP’dakinden biraz daha yüksek miktarda serbest enerjiye sahiptir. Fosfokreatinin yıkılması ile açığa çıkan enerji, bir fosfat iyonunun ADP’a bağlanmasını ve yeni ATP oluştu­ rulmasını sağlar. Bununla birlikte, total fosfokreatin miktarı da ATP miktarının ancak 5 katı kadar­ dır. Dolayısıyla kasta depolanmış ATP ve fosfokreatiniıı toplam enerjisi, maksimal kas kasılmasını sadece 5-8 saniye sürdürebilir. ATP ve fosfokreatini yeniden oluşturmak için kullanılan ikinci önem li enerji kaynağı, kas hücre­ lerinde depolanm ış olan glikojendir. Glikojenin

piriıvik asit ve laktik aside hızlı yıkımı sonucunda açığa çıkan enerji ile ATP yeniden seııtezlenir. ATP daha sonra direkt olarak kas kasılm asını enerjilendirmek veya fosfokıeatin depolarını yeniden oluş­ turmak için kullanılır. Bu "glikoliz” m ekanizm ası iki açıdan önemlidir. Birincisi, glikolitik reaksi­ yonlar oksijen olm asa da m eydana gelir, dolayı­ sıyla oksijen sağlanamadığı zam an da kas kasıl­ ması kısa süre devam ettirilebilir. İkincisi, glikoli­ tik işlemle, hücresel besinlerin oksijenle reaksiyo­ na girm esinden yaklaşık ikibuçuk kat daha hızlı ATP oluşur. Ancak, kas hücresinde çok fazla gliko­ liz ürünü birikmesi nedeniyle, glikoliz tek başına maksimum kas kasılm asını ancak 1 dakika kadar sürdürebilir. Ü çüncü ve son en erji kaynağı o k s id a tif m eta ­ bolizm adır. Bu, oksijen in çeşitli hücresel besin maddeleri ile birleşerek ATP oluşturm ası d em ek­ tir. Kas tarafından uzun süreli kasılm ada kullanı­ lan enerjinin yüzde 9 5 ’inden fazlası bu kaynak­ tan elde edilir. Kullanılan besin m addeleri kaıbohidıatlar, yağlar ve proteindir. Birçok saat sü ­ ren uzun süreli m aksim al kas aktivitesiııde en e r­ jinin büyük kısmı yağlardan elde edilir. Ancak, 24 saat süren p eıiyod laıd a en erjin in en az yarısı yarısı glikojen tü ken m ed en ö n ce depolanm ış glikojenden gelir. Bu en eıjetik işlem lerin detaylı mekanizm aları 67-72. Bölümlerde tartışılmıştır. Ayrıca, enerji sa­ lan farklı m ekanizm aların değişik spor dallarında­ ki önem i 84. Bölümde spor fizyolojisinde anlatıl­ mıştır.

Kas Kasılmasının Verimliliği. Biı makina veya moto­ run verimliliği enerji girdisinin ısı yerine işe çevrilen yiizdesi olarak hesaplanır. En iyi koşullarda bile kasta gi­ riş enerjisinin yüzde 25’den azı işe çevrilebilir, gerisi ısı­ ya dönüşür. Bu düşük verimliliğin nedeni, besin mad­ delerindeki enerjinin yaklaşık yarısının ATP oluşumu sı­ rasında kaybedilmesidir. ATP'deki enerjinin Sadece % 40-45'i işe çevrilebilir. Kas ancak orta şiddette kasıldığı zaman maksimum verim elde edilebilir. Kas yavaşça veya herhangibir ha­ reket olmaksızın kasılırsa, iş yapılmamasına veya az ya­ pılmasına rağmen büyük miktarda ısı açığa çıkar ve ve­ rimliliği azaltır. Diğer taraftan kasılma çok hızlı ise, enerjinin büyük kısmı kastaki viskoz sürtünmeyi yen­ mek için kullanılır, bu da kasılmanın verimliliğini azal­ tır. Basitçe, maksimum verimlilik, kasılma hızı maksi­ mumun yaklaşık % 30’unda iken meydana gelir.

BÜTÜN KAS K A S IL M A S IN IN Ö ZELLİK LER İ Kas kasılmasının birçok özelliği tek bir kas saısısı ince­ lenerek anlaşılabilir. Bunun için bir kasın siniri elekt­ riksel olarak uyarılarak veya kasın kendisine kısa süreli

BÖLÜM 6 • İskelet Kasında Kasılma

75

süreleri kasların fonksiyonuna uygundur. Gözlerin bel­ li bir objede fiksasyonunu devam ettirmek için oküler hareketler çok hızlı olmalıdır. Gastroknemius kası koş­ ma ve zıplamada ekstıemite hareketlerinde yeterli hızı sağlamak için oıta derecede hızlı kasılmalıchr. Soleııs kası ise vücudun yerçekimine karşı devamlı desteklen­ mesi için yavaş kasılır.

Ağırlık İZOTONİK SİSTEM

Elektronik kaydediciye İZOMETRİK SİSTEM

ŞEKİL 6 - 11 İzotonik ve izometrik kayıt sistemleri.

elektriksel uyarı verilerek saniyenin bölümleri içinde sonlanan tek, ani bir kasılma oluşturulur.

İzo to n ik ve İzom etrik Kasılm a. Kasın kısalmadan kasılmasına izometrik, kastaki gerim sabit kalıp kısa­ larak kasılmasına izotonik kasılma denir. İki tip kas kasılmasını kaydeden sistemler Şekil 6-11’de göste­ rilmiştir. Şekil 6-11'in sağında görüldüğü gibi, izometrik sis­ temde kas bir kuvvet transdiıserine karşı boyunu kı­ saltmadan kasılır. Aynı şeklin solunda bir kefe ağırlık taşıyan kas olarak gösterilen izotonik sistemde ise, kas sabit bir yüke karşı kısalır; izotonik kasılmanın özellik­ leri kasın karşısında çalıştığı yüke olduğu kadar yükün eylemsizliğine de bağlıdır. İzometrik sistem ise kasın kasılma kuvvetindeki değişiklikleri tam manasıyla kaydeder. Dolayısıyla, izometrik sistem en çok değişik kas tiplerinin fonksiyonel özelliklerini karşılaştırırken kullanılır. Kas Kasılmasının Seri Elastik Elemanları. Kas lifleri bir yüke karşı kasıldığında, tendonlar, kas liflerinin tendona tutunduğu sarkolemmal uçlar ve hatta çapraz köp­ rülerin menteşeli kolları gibi kasılmayan kısımlar geri­ lirler. Bu elementlerin geıilebilmesi için kasın kasılabilir kısmı fazladan yüzde 3-5 kısalmalıdır. Kasılma sıra­ sında gerilen kas elementlerine kasın elastik seri bile­ şenleri denir.

Hızlı ve Yavaş Lifler. 04. Bölümde spor fizyolojisin­ de daha geniş tartışıldığı gibi, vücudun her kası hızlı ve yavaş liflerin bir karışımından oluşmuştur. Ayrıca bu iki uç arasında değişen lifler de vardır. Hızlı reak­ siyon veren kaslar başlıca hızlı lifler ve çok az sayıda yavaş liflerden oluşmuştur. Tersine, yavaş fakat uzun süre kasılarak yanıt veren kaslar başlıca yavaş lifler­ den oluşmuştur. Bu iki lif tipi arasındaki faiklar şun­ lardır; Hızlı lifler. (1) Daha büyük kasılma gücü için daha bü­ yük lifler. (2) Kasılmayı başlatmak üzere hızlı kalsiyum serbestlemesi için geniş bir sarkoplazmik retikulum. (3) Glikolitik işlemle hızlı enerji sağlamak için çok miktar­ da glikolitik enzimler. (4) Oksidatif metabolizma ikincil önemde olduğu için daha az kan akımı. (5) Yine oksida­ tif metabolizma ikincil olduğundan daha az sayıda mitokondıi. Yavaş lifler. (1) Daha küçük lifler. (2) Daha küçük si­ nir lifleri ile ineı vasyon. (3) Daha fazla oksijen sağla­ mak için daha gelişkin kan damarı sistemi ve kapillerler. (4) Yüksek düzeydeki oksidatif metabolizmayı desteklemek için çok sayıda mitokondri. (5) Lifler bol miktarda, eritrositlerdeki hemoglobine benzer şekil­ de demir içeren bir protein olan miyoglobin içerir. Miyoglobin oksijenle birleşir, onu ihtiyaç oluncaya kadar depolar ve mitokondriye oksijen taşınmasını büyük miktarda hızlandırır. Miyoglobin nedeniyle yavaş kas kırmızımsı görünür ve kırmızı kas adı veri­ lir. Hızlı kasta kırmızı miyoglobin yoktur ve beyaz kas adını alır. Bıı tanımlardan, hızlı liflerin sıçrama ve kısa mesafe şiddetli koşuda olduğu gibi hızlı ve güçlü kas kasılmala­ rına uyum sağladığı, yavaş kasların ise vücudun yerçe­ kimine karşı desteklenmesi ve maraton koşulan gibi

/•\ / \

Farklı Kaslardan Kaydedilen İzometrik Sarsıların Özellikleri Vücutta orta kulakta bulunan sadece birkaç milimetre uzunluk ve bir milimetre kadar çapındaki çok küçük stapedius kasından, onun yarım milyon katı büyüklük­ teki kuadriseps kasına kadar çok farklı boyutlarda iske­ let kası vardır. Ayrıca, lif çaplan 10 mikrometre kadar küçük, 80 mikrometre kadar büyük olabilir. Buna bağlı olarak, kas kasılmasının enerjetikleri kastan kasa bü­ yük değişiklikler gösterir. Kas kasılmasının özellikleri de kaslar arasında farklılık gösterir. Şekil 6-12 üç tip iskelet kasının izometrik kasılmala­ rım göstermektedir: izometrik kasılma süresi >/4o sani­ yeden az olan bir oküler kas; kasılma süresi yaklaşık W¡5 saniye olan gastroknemius kası; ve kasılma süresi 1 /3 saniye kadar olan soleııs kası, ilginçtir ki, bu kasılma

1

X

\ /

V

\

...........Depolarizasyon süresi --------- Okular Kas ---------Gastroknemius --------- Soleus

A

\ \ i / li t

40

~T~

80 Milisaniye

120

\

160

\

\ 200

ŞEKİL 6 - 1 2 Çeşitli memeli kas tiplerinin izometrik kasılma süreleri, aksiyon potansiyeli (depolarizasyon) ile kas kasılması arasındaki lateııt dönemde görülmektedir.

76

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

uzun süren atletik olaylardaki devamlı kas aktivitesi için uyum sağladığı anlaşılır.

İs ke le t Kasının K asılm a M ekan iğ i

M otor Ünite Spinal kanalı terkeden her motor nöron, sayısı kasın ti­ pine bağlı olmak üzere, birçok kas lifini inerve eder. Bir motor sinir lifi tarafından inerve edilen kas liflerinin tü­ müne motor ünite denir. Genelde, kontrolünün hassas yapılması gereken ve hızlı reaksiyon veren küçük kas­ larda, herbiıi motor ünitede birkaç kas lifi (bazı laringeal kaslarda iki veya üç) vardır. Diğer taraftan, soleus ka­ sı gibi çok ince kontrol gerektirmeyen büyük kaslarda, bir motor ünitede birkaçyüz kas lifi bulunabilir. Vücut­ taki bütün kaslar için ortalama bir sayı söylemek güçse de, motor üniteye yaklaşık 1 0 0 kas lifi düştüğü tahmin edilebilir. Her motor ünitedeki kas lifleri bir kasta birbirine bağlı değildir, onun yerine 3-15 liflik mikrodemetler halinde öbür motor ünitelerin üstüne binerler. Bu içiçe geçme motor ünitelerin tamamen ayrı segmentier ha­ linde hareket etmesi yerine birbirini destekleyecek şe­ kilde kasılmasını sağlar.

Değişik Güçte Kas Kasılmaları-Güç Sumasyonu Sumasyon, tek tek sarsılamı biıieşerek kasın kasılma şiddetini artırması demektir. Sumasyon iki yolla mey­ dana gelir: ( 1 ) eşzamanlı kasılan motor ünitelerin sayı­ sını artırarak (mııltipl lif sumasyonu), (2 ) kasılma fre­ kansını artırarak (frekans sumasyonu); bu tetaııizasyona neden olabilir. Multipl Lif Sumasyonu. Merkezi sinir sistemi kas ka­ sılması için zayıf bir sinyal gönderdiği zaman, önce sayıca az ve küçük kas liflerini içeren motor üniteler uyarılırlar. Sinyalin gücü arttıkça, giderek daha bü­ yük motor üniteler uyarılmaya başlar. En büyük mo­ tor üniteler en küçüklere kıyasla 50 kat fazla kontrak­ til güce sahiptir. Boyut prensibi denen bu özellik önemlidir, çünkü kasılmaların basamak halinde oluşması, büyük güç gerektiğinde kas kuvvetinin de­ receli olarak artmasını sağlar. Boyut prensibinin ne­ deni, daha küçük motor ünitelerin küçük motor sinir lifleri tarafından yönetilmesi ve spinal kanaldaki kü­ çük m otonöıonların uyaıılabilirliklerinin büyük olanlardan fazla olmasıdır, dolayısıyla doğal olarak ilk önce onlar uyarılır. Multipl lif sumasyonunun diğer bir önemli özelliği farklı motor ünitelerin asenkron olarak yönetilmesidir. Dolayısıyla, kasılma motor üniteler arasında birbiri ar­ dına değişir ve böylece düşük frekansta sinir sinyalle­ rinde bile düzgün kasılmalar olur. Frekans Sumasyonu ve Tetanizasyon. Şekil 6-13 fre­ kans sumasyonu ve tetanizasyonuıı prensiplerini gös­ termektedir. Solda düşük frekanslı stimulasyonda bir­ biri ardına oluşan tek sarsılar gösterilmiştir. Daha son­ ra frekans artarken her yeni kasılmanın bir öncekinin üstüne bindiği bir noktaya ulaşılır. Sonuçta ikinci kasıl­ ma kısmen birinciye eklenir, total kasılma gücü fre­ kansla birlikte giderek artar. Frekans belli bir kritik de­ ğere ulaştığında, ardıl kasılmalar o kadar hızlıdır ki,

Stimulasyon hızı (kez/saniye)

ŞEKİL 6 - 13 Frekans sıımasyonu ve tetanizasyon.

gerçekten biıbiı iyle kaynaşır ve şekilde görüldüğü gibi kasılma tamamen düzgün ve devamlı olur. Buna teta­ nizasyon denir. Kasılma gücü maksimumuna ulaştık­ tan sonra frekansın daha fazla artması kasılma gücünü artırmaz. Aksiyon potansiyelleri arasında bile kas sarkoplazmasında yeterince kalsiyum iyonu bulunduğu için, kasılma hali aksiyon potansiyelleri arasında da de­ vam eder.

Maksimum Kasılma Gücü. Normal uzunluktaki bir kasın maksimum tetaııik kasılma gücü, kasın santimet­ re karesine 3-4 kilogram, veya inç karesine 50 paund kadardır. Kuadriseps kası karın kasının 16 inçkaresi ka­ dar olabildiğine göre, patellar tendona 800 paund (362 kg) gerilim uygulayabilir. Dolayısıyla, kasların bazen nasıl tendolarını kemikteki bağlantılarından koparabi­ lecekleri anlaşılabilir.

Kasılm anın B aşlangıcında K as G ücündeki Değişiklikler-M erdiven Etkisi. Bir kas uzun bir istira­ hat döneminden sonra kasılmaya başladığı zaman, başlangıçtaki kasılma gücü 10-50 sarsı sonraki gücü­ nün ancak yarısı kadar olabilir. Bu demektir ki, kasılma gücü bir platoya kadar giderek artar, bu fenomene mer­ diven etkisi denir. Merdiven etkisinin bütün olası nedenleri henüz bi­ linmese de, başlıca her aksiyon potansiyeli ile sarkoplazmik retikulumdan sitozole daha fazla kalsiyum iyon­ larının salınması ve hemen geri alınamaması nedeniy­ le sitozoldeki kalsiyum iyonlarının artmasından kay­ naklandığı düşünülmektedir.

İskelet Kas Tonusu Kaslar istirahatte iken bile, genellikle belli bir miktar gerginlikleri vardır. Buna kas tonusu denir. Bazı pato­ lojik durumlar dışında, iskelet kas lifleri aksiyon po­ tansiyeli ile uyaıılmadığı zaman kasılmadığmdan, kas tonusu tamamen spinal kanaldan gelen düşük hızda sinir impulslarına bağlıdır. Bu, kısmen beyin­ den uygun ön boynuz motonöronlarına taşınan impulslarla, kısmen de kasın içinde yerleşik kas iğciklerinden kaynaklanan uyarılarla kontrol edilir. Bunlar 54. Bölüm'de kas iğciği ve spinal kanal fonksiyonu ilişkisinde tartışılmıştır.

BÖLÜM 6 • İskelet Kasında Kasılma

Kas Yorgunluğu Kasın uzun sûra ve kuvvetli kasılmasının kas yorgujg¿.tığij durumuna neden olduğu bilinmekteclır. Atletler­ de yapılan çalışmalar göstermiştir ki, kas yorgunluğu direkt olarak kas glikojeninin tükenme, hı^ı ile orantı­ lıdır. Dolayısıyla kas yorgunluğunun, kas liflerinin kontraktil ve metabolik işlemlerinin aynı iş verimini sürdürememesinden kaynaklanması olasıdır. Araştır­ malar uzun süreli motor aktiviteden sonra sinir-kas kavşağıdan sinir sinyallerinin iletiminin (bkz. 7. Bö­ lüm) azaldığını, bunun da kas kasılmasını zayıflattığı­ nı göstermiştir. Kasılan kastan geçen kaıı_akımınmJaesilrnesi de, özellikle oksijensizlik ve besin sağlanamaması nede­ niyle, birkaç dakika içinde tam kas yorgunluğuna ne­ den olur. Vücudun Kaldıraç Sistemleri KaslarJcamiğg-hağlandıklatı noktalara, gerilim u.ygulavarak iş görür ve buna bağlı olarak kemikler çeşitli tip­ te kaldıraç sistemleri oluşturur. Şekil 6-14 biseps kası tarafından önkolu kaldırmak üzere aktive edilen kaldı­ raç sistemini göstermektedir. Büyük biseps kasının 15 cm karelik alana sahip olduğunu düşünürsek, maksi­ mum kasılma gücü yaklaşık 136 kg olacaktır, önkol üstkolla doğru açıda iken, biseps tendonunun bağlantısı dirsekte dayanma noktasının yaklaşık 5 cm önündedir ve önkol kaldıracının toplam uzunluğu 35 cm kadardır. Dolayısıyla, bisepsin eldeki kaldırma gücü 136 kilogra­ mın ancak yedide biri veya 19.4 kg kadar olacaktır. Kol tamamen uzatıldığı zaman, bisepsin tutunma noktası dayanma noktasına 5 cm’den daha fazla yakınlaşır ve bu durumda öııkolun ileri doğru getirilebilme gücü 19.4 kg’dan çok daha az olur. Vücudun kaldıraç sistemlerinin analizi kısaca şunla­ ra bağlıdır; (1 ) kasın yapıştığı noktaların iyice bilinmesi (2 ) bunların kaldıracın kuvvet noktasından uzaklıkları (3) kaldıraç kolunun uzunluğu ve (4) kaldıracın pozis­ yonu. Vücutta çeşitli tipte hareketler yapılır, bunların bir kısmı büyük güç isterken bir kısmı için hareket ge­ nişliği önemlidir. Buna bağlı olarak kas tipleri de çeşit­ lidir; bazıları uzundur ve boylarını çok kısaltabilir, bazı­ ları ise kısa mesafede oldukça şiddetli kasılmalar sağ-

77

larlar. Çeşitli kas tiplerinin, kaldıraç sistemlerinin ve hareketlerinin incelenmesine kiııesiyoloji denir ve in­ san fizyoanotomisinin önemli bir konusudur. Bir Eklemin Karşı Tarafındaki A n ta g o n is t Kasların Kasılması ile Bir Vücut Parçasının "Pozisyonlandırılması" - A n ta g o n ist Kasların "K oa ktivasyo nu " Hemen hemen bütün vücut hareketleri eklemin zıt ta­ raflarındaki antagonist kasların eşzamanlı kasılmala­ rıyla oluşturulur. Buna antagonist kasların koaktivasyonıı denir ve beyin ile spinal kanalın motor kontrol merkezleri ile kontrol edilir. Bacak veya kol gibi vücut parçalarının pozisyonu an­ tagonist kas setlerinin göreli kasılma dereceleri ile be­ lirlenir. örneğin, bir kol veya bacağın ortalama bir po­ zisyona yerleştirilebilmesi için antagonist kaslar eşit olarak uyarılırlar. Uzatılmış kasın kısalmış kastan daha güçlü kasıldığını hatırlayalım. Şekil 6-9’da gösterildiği gibi, kas tam kas boyunda maksimum kasılma gücünü gösterir, normal boyunun yarısında hemen hiç kasılma gücü yoktur. Dolayısiyla daha uzun olan antagonist kas kısa olandan daha güçlü kasılır. Bir bacak veya kol orta hattına doğru hareket ettiği sırada, daha uzun olan ka­ sın gücü azalırken, kısa olanın gücü ikisi eşitlenene ka­ dar artar. Bu noktada, kol veya bacağın hareketi durur. Sinir sistemi antagonist kasların aktivasyon derecesini değiştirerek kol veya bacağın pozisyonlanmasını yön­ lendirir. 54. Bölüm’de motor sinir sisteminin bu pozisyoıılama işlemini yönetirken farklı kas yüklerini kompanse eden başka mekanizmalara da sahip olduğu görülmek­ tedir.

Fonksiyona Uymak İçin Kasın Yeniden Biçimlenmesi Vücudun bütün kasları fonksiyonlarını yerine getirir­ ken devamlı olarak yeniden biçimlenir. Çapları, boyla­ rı, güçleri, damarlanmaları ve hatta az da olsa kas lifi tipleri bile değiştirilir. Bu yeniden biçimlendirme işle­ mi genelde oldukça hızlıdır, birkaç hafta içinde olur. Araştırmalar normalde bile kas kontraktil proteinleri­ nin 2 hafta içinde tamamen değiştirilebildiğini göster­ miştir. Kas H ipertrofisi ve Kas A trofisi

ŞEKİL 6 ■ 14 Biseps kası ile aktive edilen kaldıraç sistemi.

Kasın total kitlesinin büyümesine kas hipertrofisi, azal­ masına ise kas atrofisi denir. Hemen hemen btitün kas hipertroflleıi kas liflerinde­ ki aktin ve miyozin filamentleıinin sayısındaki artıştan kaynaklanır, buna bağlı olarak kas lifi genişler ki buna lif hipertrofisi denir. Bu olay genellikle kasın maksimal veya maksimale yakın kasılmasına yanıt olarak meyda­ na gelir. Kasılma işlemi sırasında kasın eşzamanlı ola­ rak yüklenmesi de hipeıtrofi oluşturur. Maksimum lıipertrofi olabilmesi için 6 - 1 0 hafta her gün sadece bir­ kaç tane güçlü kasılma yeterlidir. Güçlü kasılmaların hangi yolla hipertıofıye neden ol­ duğu kesin olarak bilinmemektedir. Ancak, lıipertrofi gelişirken kasın kontraktil proteinlerinin sentez hızı­ nın, yıkılma hızlarından fazla olduğu bilinmektedir. Böylece miyofıbrillerde hem aklin hem miyozin fila-

78

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

mentlerinin sayısı giderek artar bu artış sıklıkla %50 kadar olabilir. Kas liflerinde miyofibriller bölünerek ye­ ni miyofibriller oluştururlar. Dolayısıyla, kas liflerinde lıipertrofiye neden olan başlıca etken miyofibril sayı­ sındaki bu büyük artıştır. Miyofibrillerin sayısındaki artışla birlikte enerji sağ­ layan enzim sistemleri de artar. Artış, özellikle kısa sü­ reli güçlü egzersiz sırasında hızlı enerji elde edilmesini sağlıyan glikoliz enzimleri için geçerlidir. Kas uzun süre kullanılmadığı zaman kontraktil pro­ teinlerin ve miyofillerin yıkılma hızı, yenilenme hızın­ dan daha fazladır. Dolayısıyla kas atrofisi meydana gelir.

Kas Boyunun Uyumu. Kaslar normal boylarının üze­ rindeki bir uzunluğa gerildikleıi zaman farklı bir hipertıofi tipi meydana gelir. Kasların teııdonlara birleş­ tiği yerlerde kas liflerinin uçlarına yeni sarkomeıler ek­ lenir. Bunun dakikalar içinde gerçekleşmesi, bu tip hipertrofinin ne denli hızlı olduğunu gösterir. Tersine, kas sürekli olarak normal boyunun altındaki bir uzunlukta tutulursa, kas liflerinin ucundaki sarkomerler aynı hızla kaybolur. Kaslar bu yollarla düzgün kas kasılması için uygun boyda tutulmak üzere devam­ lı olarak yeniden şekillendirilirler. Kas Liflerinin Hiperplazisi. Aşıı ı kas gücünün oluştu­ rulduğu nadir durumlarda, hipertrofiye ilave olarak ba­ zı noktalarda, kas liflerinin gerçek sayısının arttığı göz­ lenmiştir. Lif sayısının artışına lif hiperplazisi denir ve daha önce genişlemiş olan liflerin lineer olarak yarıl­ ması ile meydana gelir. Kas Denervasyonunun Etkileri Kas sinirini kaybettiği zaman normal kas boyutlarını devam ettirmesi için gerekli olan kontraktil sinyallerini alamaz ve hemen atrofi başlar. 2 ay kadar sonra, kas lif­ lerinde dejeneıatif değişiklikler de görülmeye başlar. Eğer kas yeniden sinirlenirse, genellikle yaklaşık 3 ayda

fonksiyonlar tamamen geri döner, fakat bu süreden sonra fonksiyonel yeterlilik giderek azalır, 1 - 2 yıldan sonra ise hiç dönmez. Denervasyon atıofısinin son basamağında, kas lifle­ rinin çoğu tahrip olur, fibröz doku ve yağ dokusuyla yer değiştirir. Geri kalan lifler bir hücre çekirdeğini çevrele­ yen uzun bir hücre zarından ibarettir, kontraktil özel­ likleri yoktur. Sinir yeniden büyüse bile, artık miyofib­ rillerin rejenere olma kapasitesi yoktur. Denervasyon atıofisi sırasında, kas fibıillerinin yeri­ ni alan fibröz dokunun kısalma eğilimi aylarca sürer, buna kontraktiır denir. Dolayısıyla, fizik tedavinin en önemli amaçlarından biri atrofiye uğrayan kasları giiçsiizleştiren ve şekilsizleştireıı kontraktür gelişimini en­ gellemektir. Bunun için her gün kaslar gerilir veya atro­ fi sırasında kasları gergin tutacak aletler kullanılır.

Poliomiyelitte Kas Kasılmasının Düzelm esi: Makronıotor Ünitelerin Gelişimi. Sıklıkla poliomiyelitte gö­ rüldüğü gibi, kasa gelen bazı sinir lifleri haraplandığı zaman, diğer sinir lifleri paıalize kas liflerini inerve et­ mek üzere birçok yeni akson verirler. Bu da makromotor üniteler denen, spinal kanaldaki her bir motor nö­ ronun içerdiği normal kas lifi sayasının beş katı kadar lif içeren büyük motor ünitelerin oluşmasına neden olur. Bu durum ince kas kontrolünü azaltsa da kasların yeni­ den güç kazanmasını sağlar. Rigor M ortis ölümden birkaç saat sonra bütün vücut kasları “rigor mortis" (ölüm katılığı) denen bir kontraktür durumuna girer; bunda aksiyon potansiyeli olmadığı halde kas ka­ sılır ve katılaşır. Bu katılık, gevşeme sırasında çapraz köprülerin aktin filamentlerinden ayrılması için gerek­ li olan ATP’nin tamamen kaybedilmesinden kaynakla­ nır. Kaslar kas proteinleri yıkılana kadar katılıkta kalır­ lar. Yıkım 15-20 saat sonra lizozomlardan serbestleyen enzimlerin neden olduğu otolizle gerçekleşir ve yüksek sıcaklıklarda işlem hızlanır.

REFERANSLAR A bernethy B : T h e Biophysical Foundations o f Human M ovem ents. C ham paign, IL : Hu­ man K in etics, 1997. A m o n o f M J: Flectrom yography in C lin ical

con iotor m ovem ents. E x er Sport S ci R ev 2 4 :1 0 9 , 1996. Herzog W : Force-sharing among synergistic

Practice. New Y o rk : C hurchill Livingstone,

m uscles: theoretical considerations and e x ­ perimental approaches. E xer Sport S ci Rev

1998.

2 4 :1 7 3 , 1996.

Epstein M , H erzog W : T h eoretical M odels o f S keletal M uscle. New Y ork: W iley, 1998. E s sig D A : C ontractile activity-induced m ito­

Herzog \V: M u scle function in m ovem ent and sports. Am J Sports M ed 2 4 : S 1 4 , 1996. H offm an J F , Jam ieson JD : Handbook o f Phys­

chondrial biogenesis in skeletal m uscle.

iology: C ell Physiology. Bethesda: A m eri­

E x cr Sport S ei Rev 2 4 :2 8 9 , 1996.

can Ph y siolog ical S o ciety , 1997.

Fitts R H : C ellu lar m echanism s o f m uscle fa­ tigue. P hysiol Rev 7 4 :4 9 , 1994. Fitts R H , W id rick J J : M uscle m echanics: adap­ tations with exercise-training. E x er Sport S ei R ev 2 4 :4 2 7 , 1996. Florini J R . Ew ton D Z, C o olican S A : Growth horm one and the insulin-like growth factor

H uxley A F, Gordon A M : Striation patterns in active and passive shortening o f m uscle. Nature (Lond) 1 9 3 :2 8 0 , 1962. H uxley H E: A personal view o f muscle and m otility m echanism s. Annu Rev Physiol 58: I, 1996. Irving M . Piazzesi G : M otions o f myosin

system in m yogenesis. Endoc R ev 1 7 :4 8 1 ,

heads that drive m uscle contraction. News

1996.

Physiol S ci 1 2 :2 4 9 , 1997.

Froberg K : E x ercise and Fitness. Odense: O dense U niversity Press. 1997. H eckm an C J, Sandercock T G : From m otor unit to w hole m uscle properties during lo-

K raem er \VJ, Fleck S J. Evans \VJ: Strength

M ackinnon L T : A dvances in E x e rcise P hysiol­ ogy. Cham paign, 1L: Human K inetics, 1999. Martin R B , Bu rr DG , S h arkey NA : Skeletal Tissue M echanics. New Y o rk : Springer, 1998. Matthews G G : C ellular Physiology o f Nerve and M uscle. M aldon, M A : B la ck w ell S c i­ ence, 1998. Maughan R J, G leeson M . G reen h aff PL: B io ­ chem istry o f E x e rcise and Training. Oxford: O xford U niversity Press, 1997. M aw S, Frank J , G reig G : A spinal circuitry sim ulator as a teaching tool fo r neurom us­ cular physiology. A m J Physiol 2 7 0 :S 5 0 , 1996. Mazzanti M : Ion perm eability o f the nuclear envelope. N ew s Physiol S c i 13 :44, 1998. N ielsen O B , Overgaard K : Ion gradients and contractility in skeletal m uscle: the role o f

and pow er training: physiological m echa­

active N a + , K + transport. A cta Physiol

nisms o f adaptation. E x er Sport S ci R ev 24:

Scand 1 5 6 :2 4 7 , 1996.

3 6 3 , 1996.

Pctte D, Staron R S : M am m alian skeletal mus-

BÖLÜM 6 • İskelet Kasında Kasılma cle fiber type transitions. Int Rev Cyto! 1 7 0 :1 4 3 , 1997. Pierce G N , C laycom b W C : N ovel M ethods in M olecular and C ellular Bioch em istry o f M uscle. Dordrecht: Kluw er A cad em ic Pub­ lishers, 1997. P ollack G H : T h e cross-bridge theory. Physiol R ev 6 3 :1 0 4 9 , 1983. Pusch M , Jentsch T J : M olecular physiology o f voltage-gated chloride channels. Physiol R ev 7 4 :8 1 3 , 1994. R ichter E A : S keletal M uscle M etabo lism in E x e rcise and D iabetes. New Y o rk : Plenum Press, 1998.

Robin son JD : M oving Questions: A H istory o f M em brane Transport and B ioen ergetics. New Y o rk: Oxford University Press, 1997. R ow ell L B . Shepherd JT : Handbook o f P hysi­ ology, S ec. 12: E x ercise: Regulation and

79

ogy. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1998. Szent-G yorgyi A G : Regulation o f contraction by calcium binding m yosins. Bio p hy s Chem 5 9 :3 5 7 , 1996. V an der K loot W , M olgö J : Quantal ace ty lch o ­

Integration o f M ultiple System s. New Y o rk :

lin e release at the vertebrate neurom uscular

Oxford U niversity Press, 1996.

ju n ction . Physiol Rev 7 4 :8 9 9 , 1994.

Sch n eid er M F : Control o f calcium release in functioning skeletal m uscle fibers. Annu Rev Physiol 5 6 :4 6 3 , 1994. Silverm an DC: Neuromuscular B lo ckad e. P h il­ adelphia: J B Lippincott, 1994. Sugi H: Current Methods in M uscle P h y siol­

W elch M D , M alavarapu A , R o senb latt J , M itchison T J : A ctin dynam ics in vivo. Curr Opin C ell B io l 9 :5 4 , 1997. W ells D G , Fallon JR : T h e state o f the union: neurom uscular ju n ctio n . Curr B io l 6 :1 0 7 3 , 1996.

İskelet Kasının Uyarılması: A. Nöromusküler İleti ve B. Uyarılma-Kasılma Bağlantısı

UYARILARIN SİNİRDEN İSKELET KAS LİFLERİNE İLETİMİ: SİNİR-KAS (NÖROMUSKÜLER) KAVŞAĞI İskelet kas lifleri omuriliğin ön boynuzunun büyük m otor nöronlarından başlayan büyük miyelinli si­ nir lifleri ile ineıve edilir. 6 . Bölümde işaret edildiği gibi her sinir lifi normalde birçok kez dallanır ve üç ile birkaç yüz iskelet kas lifini uyarır. Sinir ucu, kas lifiyle lifin ortasına yakın bir yerde, sitıir-kas kavşa­ ğı denen bir bağlantı yapar ve aksiyon potansiyeli kas lifinin uçlarına doğru iki yönde yayılır. Kas lifle­ rinin yaklaşık yüzde ikisi dışında, her lifde sadece bir kavşak vardır. Sinir-Kas Kavşağının Fizyolojik Anatom isi-M oto r Son Plak. Şekil 7 İA ve B büyük miyelinli sinir lifi ile iskelet kas lifi arasındaki sinir-kas kavşağını göstermektedir. Sinir lifi uç kısmında term inal d a l­ lara ayrılır ve kas lifinin içine doğru girer, fakat lifin plazma m em bram m n dışında kalırlar. Bu yapının tam am ına m otor son p la k denir. Bu yapı, kendisini etraftaki sıvılardan ayıran bir veya daha fazla Schwann hücresi ile çevrilmiştir. Şekil 7-1C bir tek-akson terminali ile kas lifi m em bram arasındaki kavşağın elektron mikrografik taslağını göstermektedir. M embranm invajinasyonuna sinaptik oluk veya sinaptik çukur denir ve terminalle lif membram arasındaki boşluğa sinap­ tik yarık denir. Bu alan 20-30 nanom etre genişliğindedir. Oluğun tabanında subnöral yarık denen kas m em bram m n yaptığı çok sayıda küçük kıvrım vardır, bunlar sinaptik tıansm iterin etkili olabilece­ ği yüzey alanını büyük oranda genişletir. Akson terminalinde bulunan çok sayıda mitokondri başlıca eksitatör bir tıansm iter olan asetilkolinin sentezi için gerekli enerjiyi sağlar. Asetilkolin kas lifini uyarır. Asetilkolin sinir term inalinin sitoplazm asında seııtezlenir fakat hızla birçok kü­ çük sin aptik vezikille absorbe edilir, bir son plak term inalinde normalde yaklaşık 300000 adet vezi80

kül vardır. Sinaptik aralıkta bulunan çok miktarda asetilkolin esteraz enzim i asetilkolini sinaptik veziküllerden salındıktan sonra yıkar.

Sinir Terminallerinden Asetilkolin Sekresyonu Bir sinir uyarısı sinir-kas kavşağına ulaştığında, yaklaşık 125 asetilkolin vezikülü term inalden si­ naptik aralığa boşaltılır. Bu m ekanizm anın bazı de­ tayları üstte nöral m em bran, kas m em bram ve alt­ ta subnöral kıvrımları ile sinaptik oluğun detaylı görüntüsünü resmeden Şekil 7 -2 ’de görülebilir. Nöral m em branm iç yüzeyinde Şekil 7 -2 ’deki enine kesitte gösterilen lineer dense barlar (koyu çubuklar) vardır. Her yoğun çubuğun iki tarafından membraııa penetre olmuş voltaj kapılı kalsiyum kanalları olduklarına inanılan proteinler bulunur. Aksiyon potansiyeli term inal boyunca yayıldığı za­ man bu kanallar açılır ve çok miktarda kalsiyumun terminal içine diffüze olmasını sağlar. Kalsiyum iyonlarının asetilkolin veziküllerini etkileyerek, o n ­ ları nöral m em branda yoğun çubuklara yakın böl­ gelere çektiği düşünülmektedir. Bazı veziküller membranla birleşir ve asetilkolin içeriklerini ekzositozla sinaptik aralığa boşaltırlar. Yukarda bahsedilen detayların bazıları spekütatif olsa da, veziküllerden asetilkolin serbestlem esine neden olan uyarının kalsiyum iyonlarının girişi ol­ duğu bilinmektedir. Ayrıca, veziküller yoğun barla­ ra komşu m em braııa doğru boşaltılırlar. Asetilkolinin Postsinaptik M em b ran d a İyon Kanallarını Açıcı Etkisi. Şekil 7 -2 ’de kas m em bıamnda çok sayıda asetilkolin reseptörü görülm ekte­ dir; bunlar gerçekte asetilkolin kapılı iyon k a n a lla ­ rıdır ve asetilkolin veziküllerinin sinaptik yarığa boşaltıldığı yoğun çubuk alanlarının hem en altın­ da uzanan subnöral kıvrımların ağızlarında yerleş­ mişlerdir. Her reseptör, toplam molekül ağırlığı 275,000 olan büyük bir protein kompleksidir. Kompleks, iki

BÖLÜM 7 • İskelet Kasının Uyarılması: A. Nöromusküler ileti ve B. Uyarılma-Kasılma Bağlantısı

81

Akson Miyelin kılıf Teloglial Miyofibriller

Kas çekirdekleri

B

ŞEKİL 7- 1 Sinaptik veziküller

Motor son plağın çeşitli görüntüleri. A, Son plak­ tan boyuna kesit. B, son plağın dış görünüşü. C, Bir akson terminali ile kas lifi membranı arasındaki bir­ leşme noktasının elektron mikrografik görüntüsü. A’da dikdörtgen içinde be­ lirtilen alanı göstermekle­ dir. (Fawcett'danR. Cauteaux; Bloomand Fawcett: A textbook of Histology. Phi­ ladelphia, W.B. Saunders Company, 1986’dan modifıye edildiği gibi.)

Subrönal

alfa ve birer beta, delta, g am a olmak üzere beş pro­ tein altbirimden oluşmuştur. Bunlar yanyana gele­ rek bir tübüler kanal oluştururlar. Kanal, iki alfa altbirim proteinine iki asetilkolin molekülü bağlanıncaya kadar kapalı kalır. Bağlanma, Şekil 7-3'de gös­ terildiği gibi, biçim sel bir değişikliğe neden olarak kanalın açılmasını sağlar; şeklin üst tarafındaki ka­ nal kapalı, alttaki kanal ise asetilkolin molekülleri­ nin bağlanması ile açılmıştır. Açık asetilkolin kanalının çapı yaklaşık 0,65 n a­ nom etre kadardır, ki bu bütün önemli pozitif iyonların-sodyum (Na+), potasyum (K+) ve kalsiyum (Ca++)- kanaldan kolaylıkla geçm esine izin verecek

^Vezikül xîy

Nöral membran ı

-

, Yoğun bar

ns

®

©

®

©

Sinaptik oluktaki akson terminali

/Kalsiyum kanalları

/

©

/

/

®© © /î/

lamına ve

kadar büyüktür. Diğer taraftan, kanalın ağzındaki güçlü negatif yükler nedeniyle klor iyonları gibi n e ­ gatif iyonlar geçmezler. Pratikte, asetilkolin kanallarından iki nedenle di­ ğer iyonlardan daha çok sodyum iyonları geçer. Bir, konsantrasyonu yeterince büyük olan sadece iki pozitif iyon vardır, ekstraselüler sıvıda sodyum iyonları ve intraselüler sıvıda podasyum iyonları. İki, kas m em branının iç yüzündeki -80 ila -90 milivoltluk negatif potansiyel, pozitif yüklü sodyum iyonlarını lifin iç tarafına çekerken, potasyum iyonları dışarı doğru çıkmaya meylettiklerinde on ­ ları engeller. Dolayısıyla Şekil 7 -3 ’ün alt panelinde gösterildiği gibi asetilkolin kanallarının açılm asının başlıca e t­ kisi çok sayıda sodyum iyonlarının çok sayıda pozi­ tif yükü taşıyarak lifin içine girmesidir. Bu, kas lifi membranında son p la k potansiyeli denen lokal bir potansiyel değişiklik oluşturur. Daha sonra, son plak potansiyeli kas m embranında aksiyon potan­ siyelini başlatır ve kas kasılmasına neden olur.

öasetilkolinesteraz

Serbestle­ me bölge­ leri

Asetilkolin reseptörleri

Kas membranı

Subnöral yarık

O ŞEKİL 7- 2 Sinir-kas kavşağının ııöral mcmbranı ve sineptik veziküllerden asetikoliniıı serbestlem esi. Asetikolinin salgı bölgeleri ile subnöral yanıkların ağızlarının yakınlığına dikkat ediniz.

Serbestlenen A setilkolinm A setilko lin esterazla Yıkılm ası. Asetilkolin sinaptik aralığa veril­ dikten sonra, aralıkta bulunduğu sürece asetilko­ lin reseptörlerini aktive etmeye devam eder. An­ cak, iki nedenle hem en uzaklaştırılır: (1) Asetilkolinin çoğu, presinaptik uç ile postsinaptik kas m em branı arasındaki sinaptik boşluğu dolduran ince süngerimsi bağ dokusu tabakası olan bazal laminaya tutunmuş bulunan asetilkolinesteraz e n ­ zimi ile yıkılır. (2) Küçük bir miktar ise sinaptik ala­ nın dışına difüze olur ve artık kas lifi m em branını etkileyemez.

82

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

potansiyelinin prensibini göstermektedir. Şekilde üç ayrı son plak potansiyeli görülmektedir. A ve C’deki son plak potansiyelleri aksiyon potansiyeli oluşturam ayacak kadar zayıftır, fakat şekilde kaydedildiği gibi zayıf lokal son plak potansiyelleri­ ni meydana getirirler. Tersine, B'deki son plak po­ tansiyeli sodyum kanallarının açılm asına neden olacak kadar güçlüdür dolayısyla giderek daha faz­ la sodyum iyonunun lifin içine girmesinin oluştur­ duğu self-rejeneratif (kendini yenileyen) etki aksi­ yon potansiyelini başlatır. A’da, kas lifinin asetilko­ lin reseptör bölgesinde asetilkolinle yarışarak onun kanallardaki etkisini bloke eden kiirarla zehirlen­ mesi nedeniyle son plak potansiyeli zayıftır. C’de son plak potansiyelinin zayıflığı, bir m akteıiyel toksin olan botilisnıus toksininin sinir uçlarından asetilkolin salınımını azaltmasına bağlıdır. Sinir-Kas Kavşağındaki İletim İçin G üvenlik Faktörü; Kavşak Yorgunluğu. Kural olarak, sinir kas kavşağına ulaşan her impuls kas lifini uyarmak için gereken son plak potansiyelinin yaklaşık üç ka­ tına neden olur. Dolayısıyla, normal sinir-kas kav­ şağının yüksek bir güvenlik faktörü olduğu söyle­ nir. Bununla birlikte, sinir lifinin dışardan birkaç dakika süreyle, saniyede 1 0 0 'den fazla hızda uyarıl­ ması, her uyarı ile serbestleyen asetilkolin vezikülünün sayısını öylesine azaltır ki uyarılar kas lifine geçemez. Buna sinir-kas kavşağının yorgunluğu denir ve merkez sinir sistemindeki sinaps yorgun­ luğunun benzeridir. Normal koşullarda sinir-kas kavşağında yorgunluk enderdir ve ancak kas aktivitesi çok bitkin düşürücü düzeylerde ise oluşur. ŞEKİL 7- 3 Asetikolin kanalı. A, Kapalı durumda. B, Asetikolin bağlandık­ tan ve biçimsel değişiklik kanalı açıldıktan sonra, çok miktarda sodyumun kas lifine girmesine ve kasılmayı uyarmasına izin ve­ rir. Negatif yüklü iyonların girişini engelleyen kanal ağzındaki negatif yüklere dikkat ediniz.

Asetilkolin Oluşumu ve Serbestlemesinin Moleküler Biyolojisi Sinir-kas kavşağı kolayca çalışılabilecek kadar büyük olduğu için, kimyasal iletinin çoğu detaylarının çalışıl-

Asetilkolinin sinaptik aralıkta kaldığı kısa süreancak birkaç milisaniye- hem en hem en bütün kas liflerini uyarmaya yeterlidir. Daha sonra asetilkoli­ nin hızla uzaklaştırılması kas lifinin, ilk aksiyon po­ tansiyelinden sonra, yeniden uyarılması engeller. Son Plak Potansiyeli ve İskelet Kas Lifinin Uyarılm ası. Asetilkolin kanalları açıldığı zaman kas lifine birden sodyum iyonlarının girmesi, lokal son p la k bölg esin d e m em branın iç yüzünde potan­ siyelin pozitif yönde 50-70 milivolt kadar artm ası­ na neden olur. 5. Bölüm den hatırlanacağı gibi, m em bran potansiyelinde 20 ila 30 milivolttan faz­ la ani artış normalde sodyum kanal aktivasyonunun pozitif feedback etkisini başlatm ak için yeter­ lidir, dolayısıyla asetilkolinin uyarısı ile yaratılan son p la k potansiyeli, (50-70 mV) normalde kas li­ finde aksiyon potansiyelini başlatm aya yetecek miktardan çok fazladır. Şekil 7-4 aksiyon potansiyelini başlatan son plak

ŞEKİL 7- 4 Son plak potansiyelleri. A, Kürarize bir kastan kaydedilen, aksi­ yon potansiyeli oluşturamayacak kadar zayıf son plak potansi­ yeli; B, kas aksiyon potansiyeli oluşturan normal son plak po­ tansiyeli; C, son plak asetikolin serbestleıım esini azaltan botilismus toksini ile oluşturulan zayıf son plak potan­ siyeli, bu da kas aksiyon potansiyeli meydana getiremeyecek kadar zayıftır.

BÖLÜM 7 • İskelet Kasının Uyarılması: A. Nöromusküler İleti ve B. Uyarılma-Kasılma Bağlantısı

dığı birkaç sinir sistemi sinapsından biridir. Sinir-kas kavşağında asetilkolinin yapımı ve serbestlemesi aşağı­ daki basamakları takip eder. 1. Yaklaşık 40 nanometre çapındaki küçük veziküller, spinal kanalda motor nöronların hücre gövdesinde Golgi apareyi tarafından yapılır. Bu veziküller aksoplazma akımı ile sinir liflerinin uçlarındaki sinir kas kavşa­ ğına kadar taşınır. Bir iskelet kası son plağının sinir ucunda 300,000 tane kadar küçük vezikiil toplanır. 2. Asetilkolin sinir lifleri terminalinde sitozolde sentezlenir, sonra veziküllerin membranından içine taşı­ nır. Burada, her vezikülde yaklaşık 10,000 asetilkolin molekülü olmak üzere oldukça konsantre biçimde de­ polanır. 3. istirahat koşullarında, bir vezikül nadiren sinir ucunun membranı ile birleşir ve asetilkolinini sinaptik oluğa boşaltır. Boşalan 10,000 asetilkolin molekülü "pa­ ketinin” etkisiyle, lokal bir kas lifi alanında yaklaşık 0,4 milivolt şiddetinde ve birkaç milisaniyede sonlanan minyatür son plak potansiyeli meydana gelir. 4. Sinir ucuna bir aksiyon potansiyeli ulaştığı za­ man, terminalde bulunan çok sayıda voltaj kapılı kal­ siyum kanalının açılması ile terminaldeki kalsiyum konsantrasyonu yaklaşık 100 kat artar. Bu da asetilko­ lin vezikülleıinin terminal membranıyla birleşme hı­ zını 10,000 kat artırır. Birleşen her vezikülün dış yüze­ yi yırtılır ve asetilkolin sinaptik yarığa ekzositozla atı­ lır. Her aksiyon potansiyeli ile genelde 125 kadar vezi­ kül açılır. Asetilkolin daha sonra asetilkolinesteraz ile asetat iyonu ve koline yıkılır, kolin yeniden asetilkolin oluşturulmasında kullanılmak üzere aktif olarak sinir ucuna geri alanır. Bu olaylar zinciri 5-10 milisaniye içinde oluşur. 5. Vezikül asetilkolinini saldıktan sonra, vezikülün membranı hücre membranının bir parçası haline gelir. Sinir uçlarında bulunan veziküllerin sayısı ancak birkaç bin sinir uyarısını taşımaya izin verecek kadardır. Dola­ yısıyla, sinir-kas iletiminin devam edebilmesi için, vezi­ küller 2. Bölümde anlatılan endositozla sinir membranmdan yeniden elde edilir. Aksiyon potanisyeli geçtik­ ten sonra birkaç saniye içinde, terminal sinir membranında orijinal vezikül alanlarında membranın altına tu­ tulan sitozoliin kasılabilir proteinleri, özellikle klatrin tarafından oluşturulan örtülü çukurlar belirir. Yaklaşık 2 0 saniye içinde proteinler kasılarak çukurların membıanın iç yüzüne doğru ayrılıp yeni vezikülleri oluştur­ masını sağlar. Sonraki birkaç saniye içinde asetilkolin bu veziküllerin içine taşınır ve yeni bir asetilkolin salgı döngüsü için hazır olur.

Şinir-Kas Kavşağında İletimi Etkileyen İlaçlar Asetilkolin-Benzeri Etki ile Kas Lifini Uyaran ilaçlar. Metakolin, karbakol ve nikotin gibi birçok bileşik kas li­ finde asetilkoline benzer etkiye sahiptir. Bu ilaçlarla asetilkolin arasındaki fark, kolinesteraz ile yıkılmamaları veya yavaş yıkılmaları, dolayısıyla bir kez kas lifine uyguladıklarında etkilerinin birçok dakikadan birkaç saate kadar sürmesidir. Bu ilaçlar asetilkolin reseptör­ lerinin bulunduğu motor son plakta lokal depolarizas-

83

yon alanları yaratarak iş görürler. Kas lifinin her repolarizasyonunda, depolaıize alanlar sızdırdıkları iyonlar nedeniyle yeni bir aksiyon potansiyeline, dolayısıyla spazm durumuna neden olur. Sinir-Kas Kavşağında İletiyi Bloke eden İlaçlar. Kiirariform ilaçlar olarak bilinen bir grup ilaç, uyarıların son plaktan kasa geçmesini engelleyebilir, örneğin Dtubokürarin kas lifi membranını, asetil kolinin etkisini asetil kolin reseptörü bölgesinde bloke ederek etkiler. Dolayısıyla son plakda serbestleyen asetilkolin, kas membranındaki asetilkolin kanallarının geçirgenliğini aksiyon potansiyelini başlatacak kadar artıramaz. Asetilkolinesterazı Aktive Ederek Sinir-Kas Kavşa­ ğını Uyaran İlaçlar, özellikle iyi bilinen üç ilaç; neostigmin, fizostigmin ve diizopropil florofosfat, asetilkolinesterazı inaktive ederler. Bu nedenle son plağa ser­ bestleyen asetil kolin hidrolize edilemez. Sonuçta ardı­ şık sinir uyarılarıyla sinaptik aralıkta giderek artan mik­ tarda asetil kolin birikir. Bu durum, kasa birkaç sinir uyarısı ulaşması durumunda bile kas spazm larına yol açar. Bu, larinks spazmına yol açarak kişiyi soluksuz bı­ rakabilir ve ölümüne yol açabilir. Neostigmin ve fizostigmin asetilkolinesterazla birleşeıek bu enzimi birkaç saat inaktive eder, daha sonra asetilkolinesterazdan ayrılır, enzim yeniden aktivasyon kazanır. Oysa güçlü bir "sinir” gazı olarak kullanılan di­ izopropil florofosfat, asetilkolinesterazı haftalar boyun­ ca inaktive eder ve bu yüzden öldürücü bir zehirdir.

Miyasteniya Gravis Her 20,000 kişiden birinde görülen miyasteniya gravis, sinir-kas kavşağında, sinyallerin sinir lifinden kasa iletilememesi nedeniyle paraliziye sebep olur. Miyaste­ niya gravisli kişilerin çoğunun kanında patolojik ola­ rak asetilkolin kapılı taşıyıcı proteinlere karşı otoantikorlar gösterilmiştir. Dolayısıyla, miyasteniya gravis, kişilerde asetilkolinle aktive edilen iyon kanallarına karşı antikorların geliştiği bir otoimmün hastalık ola­ rak bilinir. Sebep ne olursa olsun, kas liflerinde meydana gelen son plak potansiyelleri kas liflerini uyaramıyacak ka­ dar zayıftır. Hastalık yeterince şiddetli ise, hasta paraliziden, özellikle solunum kaslarının paralizisindeıı ölür. Miyasteniya gravis genellikle neostigmin veya di­ ğer antikolinesteraz ilaçlarla tedavi edilir. Bunlar si­ naptik yarıkta daha fazla asetilkolinin birikmesini sağ­ lar. Paralizili hastaların bazıları, ilaçtan sonraki daki­ kalar içinde hemen hemen normal fonksiyon görme­ ye başlayabilir.

KAS AKSİYON POTANSİYELİ 5. Bölüm’de tartışılan sinir lifinde aksiyon potansi­ yelinin başlaması ve iletimi ile ilgili hem en herşey, bazı farklılıklar dışında iskelet kas lifine de uyarla­ nabilir. Kas potansiyellerinin bazı kantitatif özellik­ leri şunlardır:

84

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

1. İstira h at m e m b ra n p o tan siy eli: iskelet liflerin de 80 ila -90 m ilivolt k a d a rd ır - b ü y ü k m iyelinli sin ir lifle­ rin dek i gibi. 2. A k siyon p o tan siy e lin in sü resi: iskelet k a sın d a 1-5 m ilisa n iy e d ir - büy ük m iyelinli sinirlerin y ak laşık b e ş katı kadar. 3. İleti hızı: 3-5 m /sn - iskelet k asın ı eksite e d en b ü ­ y ü k m iy elin li sin ir liflerindeki ileti h ızın ın y ak laşık * 113*İ-

Aksiyon Potansiyelinin Transvers Tübül Sistemi İle Kas Lifi İçine Yayılması İskelet kas lifleri o kadar büyüktür ki, membran b o ­ yunca yayılan aksiyon potansiyeli, lifin derin kı­ sımlarında hem en hiç akım oluşturamaz. Kasılma oluşturabilmesi için bu elektriksel akımların bütün miyofibrillerin yakınlarına kadar inmeleri gerekir. Bu durum, aksiyon potansiyellerinin kas lifi bo­ yunca bir yandan diğer yana uzanan transvers tiibiillerle (T tübülleri) taşınması sayesinde gerçekle­ şir. T tübülü aksiyon potansiyeli, kalsiyum iyonları­ nın saıkoplazmik retikulumdan miyofibrillerin he­

m en yanma serbestlem esine neden olur ve kalsi­ yum iyonları kasılmayı sağlar. Bütün bu olaylara ııyarılm a-kasılnıa bağlantısı denir.

UYARILMA ■ KASILMA BAĞLANTISI Transvers Tübül-Sarkoplazmik Retikulum Sistemi Şekil 7-5, T tübül-sarkoplazmik retikulum sistem i ile çevrili miyofibıilleri göstermektedir. T tübülleri çok küçüktür ve miyofibrillere transvers olarak iler­ ler. Hücre m em bıanından başlar ve kas lifinin bir tarafından diğer tarafına kadar olan mesafeyi kateder. Şekilde görülmemekle birlikte, bu tıibüller ara­ larında dallanır, dolayısıyla bütün m iyofibıiller arasında birleştirici T tübül ağlarım oluştururlar. Ayrıca, hücre ınem branında başladıkları yerde T tübülleri dışa da açıktır. Dolayısıyla, kas lifini çev­ releyen sıvı ile ilişkidedirler ve lüm enlerinde ekstraselüler sıvı bulunur. Diğer bir deyişle, T tübülleri

Sarkolemma

Retikulum triadi Transvers tübül

Z Çizgisi

Sarkoplazmik retikulum Abandı — Mitokondri

Transvers tübül

I bandı —

Terminal sistema

/X Sarkotübüller

Transvers (T) tiibül-sarkoplazmik retikulum sistemi. Büyük sisterıtalardn sonlanan longitudinal tiibiillere dikkat ediniz. Sisternalar daT tiibüllerine bitişiktir. Ayrıca,T tübülleri hücre mebramnın dışı ile ilgilidir. Bu çizim her sarkomerde Z çizgisi hizasına yerleşmiş bir T tübülü olan kurbağa kasından ya­ pılmıştır. Memeli kalp kasında da benzer bir düzen vardır, fakat m e­ meli iskelet kasında her sarkomer­ de A-I birleşim yerinde iki T lübülü bulunur. (Fawcett’dan: Bloom and Fawcett: A textbook of Histo­ logy. Philadelphia, W.B. vSaunders Company, 1986. Peachey: J. Cel Bi­ ol. 25: 209, 1965. Sylvia Colard Ke­ ene tarafından çizilmiştir.)

BÖLÜM 7 • İskelet Kasının Uyarılması: A. Nöromusküler İleti ve B. Uyarılma-Kasılma Bağlantısı

hücre membranının internal uzantılarıdır. Böylece, aksiyon potansiyeli kas lifi m em branı boyunca ya­ yıldığında, aynı zamanda T tübülii boyunca kas li­ finin derinliklerine de yayılır. T tübiillerini çevrele­ yen bu aksiyon potansiyeli akımları, kas kasılması­ nı sağlar. Şekil 7-5, kırmızı renkle sarkoplazm ik retikulıımu da göstermektedir. Sarkoplazmik retikulum iki büyük parçadan oluşmuştur ( 1 ) miyofıbıillere pa­ ralel uzanan uzun longitüdinal tiibüller, (2 ) bunla­ rın sonlandığı term inal sisterna denen T tübülleıiııe bitişik büyük bölmeler. Kas lifi longitudinal ke­ silerek elektron mikrogıafi alınırsa tübülün yanın­ daki komşu sisternalar görülebilir. Ortada bir sant­ ral tübül ile iki yanında büyük sisternalardaıı olu­ şan yapı bir triad (üçlü) görüntüsü verir. Bu yapı, Şekil 7-5’de ve 6-3’ün elektron mikrografında gös­ terilmiştir. Şekil 7 -5 ’te görüldüğü gibi, kurbağa gibi aşağı gurup hayvanların kasında, her sarkom erde Z diskleri düzeyinde yerleşik bir tek T tübül ağı var­ dır. Kalp kası da bu tip T tübül sistem ine sahiptir. M emeli iskelet kasında ise her saıkom er için, kas kasılm asında gerçek mekanik güçlerin oluşturul­ duğu miyozin filam entleıinin iki ucuna yakın yer­ leşm iş iki T tübül ağı vardır. Dolayısıyla, m em eli iskelet kası hızlı uyarılma için optimal bir organi­ zasyona sahiptir.

Sarkoplazmik Retikulumdan Kalsiyum İyonlarının Serbestlemesi Sarkoplazmik ıetikulumun özgün niteliklerinden birisi de veziküler tübüllerin içinde yüksek kon­ santrasyonda kalsiyum iyonları içerm esi ve komşu T tübülünde aksiyon potansiyeli meydana geldiği zaman bunları boşaltmasıdır. Şekil 7-6, T tübülündeki aksiyon potansiyeli­ nin, T tübülüne komşu sisternaların uçlarından akım a neden olduğu gösterm ektedir. Sinyal sisternaların m em branınd a ve sarkoplazm ik reti-

ŞEKİL 7- 6 Kasta uyarılma kasılma bağlantısı, aksiyon p o ­ tansiyeli ile sarkoplazmik retikulumdan kalsi­ yum iyonlarının serbestlemesi ve sonra kalsi­ yum pom pası ile geri alınması.

85

kulumun longitudinal tü b ü lleıin d e çok sayıda kalsiyum kanalının hızla açılm asına, neden olur. Kanalların açık kaldığı birkaç m ilisaniye sırasın ­ da, kas kasılm asından sorum lu olan kalsiyum iyonları m iyofibıilleri çevreleyen saıkoplazm aya verilir. Serbestleyen kalsiyum iyonları komşu miyofibıillere difüze olur, burada 6 . Bölümde anlatıldığı gi­ bi, troponin C’ye kuvvetle bağlanır ve kas kasılm a­ sını oluşturur. Kalsiyum İyonlarını S a rk o p lazm ik Sıvıdan G eri Alan Kalsiyum Pom paları. Kalsiyum iyon­ ları bir kez sarkoplazmik tübüllerden serbestleyip m iyofibıillere difüze olursa, konsantrasyonu miyofibriler sıvıda yüksek kaldığı sürece kas kasılm a­ sı devam edecektir. Ancak, sarkoplazm ik ıetikulumun duvarlarında yerleşmiş olan aktif kalsiyum pom paları, kalsiyum iyonlarını devam lı olarak m iyofibrillerden tekrar sarkoplazm ik tü b ü lleıe pompalar. Bu pompa, kalsiyum iyonlarını tübülle­ rin içinde yaklaşık 1 0 , 0 0 0 kat konsantre edebilir. Ayrıca, retikulumun içinde bulunan kalsekestıin adlı bir protein, iyon halindekinin 40 katı kadar kalsiyumu bağlayarak, kalsiyum depolanm asında 40 kat artış sağlayabilir. Kalsiyumun sarkoplazmik retikuluma yoğun transferi, m iyofibıiler sıvıdaki total kalsiyum iyonlarını azaltır ( 1 0 7 molardan daha aza). Böylece, aksiyon potansiyelinden h e­ m en sonraki dönem hariç, miyofibrillerde kalsi­ yum iyonları oldukça düşük düzeylerde tutulur. Kalsiyum İyonlarının Eksitatör Pulsasyonu. Normalde, miyofibıilleri çevreleyen sitozolde 10 7 m olar’dan düşük olan kalsiyum iyon konsantrasyo­ nu, kasılma oluşturamayacak kadar azdır. Dolayı­ sıyla, istirahat durumunda troponin-tropom iyozin kompleksi, aktin filam entlerindeki inhibisyonu sürdürerek kası gevşek tutar. Diğer taraftan T tiibül-sarkoplazm ik retikulum sistem inin tam uyarılm ası, kalsiyum iyon k on ­ santrasyonunun m iyofibıiler sıvıda 2 X 10 4 m o-

86

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

lara kadar yükselm esine neden olur. Bu düzey, m aksim um kas kasılm ası için gerekli olan düze­ yin (2 x l0 4 molar) yaklaşık 10 katıdır. Hem en sonra kalsiyum pom pası, kalsiyum iyonlarını ye­ niden azaltır. İskelet kas lifinde bu kalsiyum "p u lsasy o n u ” to tal olarak san iy en in yaklaşık 1 ! 2 0 'si kadar sürer, ancak bazı liflerde birkaç kat fazla, bazılarında az olabilir. Kalp kasında kalsi­

yum aıtış-azalışı kaıdiyak aksiyon potansiyelinin uzun sürm esi nedeniyle yaklaşık V 3 saniyede sonlanır.) Kalsiyum pulsasyonu sırasında kas kasılm ası meydana gelir. Eğer kasılma kesilmeden uzun süre devam ederse, 6 . Bölümde anlatıldığı gibi, tekrarla­ yan aksiyon potansiyelleri dizisi ile pulsasyonlar da seri halde meydana gelir.

REFERANSLAR See^also references for Chapters 5 and 6. A m o n o f M J: Electrom yography in C lin ical P ractice. New York: C hurchill Livingstone, 19 98. A rm strong D L , R o ssie S : Ion C hannel R egu la­ tion. Orlando: A cadem ic Press, 1998. /^shley R H : Ion C hannels. New Y o rk : Oxford U niversity Press, 1996. B row n R H Jr: D ystrophin-associated proteins and the m uscular dystrophies. Annu R ev M ed 4 8 :4 5 7 , 1997. C onley E C : V oltage-G ated C hannels, V o l. IV . Orlando: A cad em ic Press, 1998. Edm onds B , G ib b A J, Colquhoun D : M ech a­ nism s o f activation o f m uscle n icotinic a ce­ tylch olin e receptors and the tim e course o f endplate currents. Annu R ev Physiol 5 7 : 4 6 9 , 1995. Em erson C , Sw eeney H L: M ethods in M uscle B io lo g y . San D iego: A cadem ic Press, 1997. F isch b a ch G D , Rosen K M : A R IA : a neuro­ m uscular ju n ction neuregulin. Annu Rev N eurosci 2 0 :4 2 9 , 1997. Fozzard H A , H anck A : Structure and function o f voltage-dependent sodium channels, com parison o f brain II and cardiac iso ­ form s. Physiol R ev 7 6 :3 3 7 1996. Frob erg K : E x e rcise and Fitn ess. Odense: O d ense U niversity Press, 1997.

Harris-NVarrick R M , Hoy R : M otor C ontrol. W est W arw ick, R I: G rass Instrument D ivi­ sion o f A stro-M ed, Inc, 1998. Jon s JH , Lindstedt S L : Lim its to maximal perform ance. Annu R ev Physiol 5 5 :5 4 7 , 1993. K inishian H, Broadie K , C hiba A, B a te M : T h e drosophila neurom uscular junction : a model system fo r studying synaptic devel­ opm ent and function. Annu R ev Neurosci 1 9 :5 4 5 , 1996. M cD onald T F . Pelzer S , Trautwein W , Pelzer D J: Regulation and modulation o f calcium channels in cardiac, skeletal, and smooth m uscle cells. Physiol Rev 7 4 :3 6 5 , 1994. Paw son T : Protein M odules in Signal T ran s­ duction. B erlin : Springer, 1998. Preston D C , Shapiro B E : Electrom yography and N eurom uscular Disorders. Boston: Butterw orth-Heinem ann, 1998. Raym cnt I, Sm ith C , Yount R G : T h e active site o f m yosin. Annu Rev Physiol 5 8 :6 7 1 , 1996. R eilly T , A tkinson G , W aterhouse J : B io lo g i­ cal Rhythm s and E xercise. New Y o rk: O x ­ ford U niversity Press, 1996. R obinson JD : M oving Q uestions: A H istory o f M em brane Transport and Bioenergetics. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1997.

Row ell L B , Shepherd J T : H andbook o f Phy si­ ology, S e c . 12: E x e rc ise: Regulation and Integration o f M ultiple System s. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1996. S p ecto r S A , Sivakum ar S : T h e post-polio syn­ drome: current con cep ts and treatment. In­ fect Med 1 4 :4 6 2 , 1997. Sugi H: Current M ethods in M u scle P h y siol­ ogy. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1998. Thorsteinsson G: M anagem ent o f post-polio syndrom e. M ayo C lin Proc 7 2 :6 2 7 , 1997. Toh yam a M , Tak atsuji K : A tlas o f N euroac­ tive Substances and T h e ir R eceptors in the Rat. O xford: O xford U n iversity Press, 1998. V an der K loot W , M olgo J: Quantal acety lch o­ line release at the vertebrate neurom uscular ju n ctio n . P hysiol R ev 7 4 :8 9 9 , 1994. W arshaw D M : T h e in vitro m otility assay: a window into the m yosin m olecular motor. New s Physiol S ei 1 1 :1 , 1996. W asserm an K : Prin ciples o f E x e rcise T esting and Interpretation. Philad elp hia: Lippincott W illiam s and W ilk in s, 1999. W intz K W A : M olecu lar M ech an ism s o f S ig ­ nalling and M em brane Transport. B erlin : Springer, 1997. W ood S C , R o ach R C : S p orts and E x e rc ise M edicine. New Y o rk : M arcel D ekker, 1994.

Düz Kasın Uyarılması ve Kasılması

DÜZ KASIN KASILMASI . ve 7. Bölümlerin konusu iskelet kası idi. Şimdi, çapı 2 0 kat fazla ve boyu binlerce kat uzun olan is­ kelet kasının tersine, genellikle 2-5 mikrometre ça­ pında ve sadece 20-500 mikrometre boyunda, daha küçük liflerden oluşan düz kasa dönüyoruz. Kasıl­ m anın iskelet kasındaki birçok özelliği düz kasa da aynen uyarlanabilir. En önemlisi, düz kasta da iske­ let kasında olduğu gibi miyozin ve aktin filamentleri arasındaki çekici güçler kasılmaya yol açar. Fakat ilerde görüleceği gibi, düz kas liflerinin iç fiziksel düzenlenmesi tam am en farklıdır. 6

Düz Kas Tipleri Her organın düz kası, diğer organlardan; fiziksel boyutları, demet veya katlar halinde organizasyon, çeşitli uyaranlara verdiği yanıt, inervasyon özellik­ leri ve fonksiyon gibi birçok açıdan farklıdır. Şekil 8 - 1 ’de de görüldüğü gibi, düz kaslar genelde iki bü ­

yük gruba ayrüabilir: çok birim li düz kas ve i'miter (veya tek birim li) düz kas. Çok Birimli Düz Kas. Bu düz kas tipi, birbirinden ayrı düz kas liflerinden yapılmıştır. Her lif diğerin­ den bağımsız olarak iş görür ve iskelet kası lifinde­ ki gibi, genellikle tek sinir ucu ile ineı ve edilir. Ayrı­ ca, bu liflerin dış yüzleri, iskelet kası liflerindeki gi­ bi, lifleri birbirinden ayırmaya yardım eden ince kollajen ve glikopıotein fibrillerinden oluşan bir bazal m em bıan tabakası ile kaplanmıştır. Çok birimli düz kas liflerinin en önemli özelliği, her lifin diğerlerinden bağım sız kasılabilmesi ve tem el olarak sinir sinyalleri ile kontrol edilm eleri­ dir. Bu durum, büyük oranda sinir-dışı uyaranlar­ la kontrol edilen viseral düz kaslarla zıttır. Bir baş­ ka özellik de, nadiren spontan kasılmalar göster­ meleridir. Vücutta bulunan çok birimli düz kasların bazı ör­

i

l

nekleri; gözün silyer kasının düz kas lifleri, gözün irisi, bazı aşağı grup hayvanlardaki üçüncü göz ka­ pağı ve sempatik sinir sistem i ile uyarıldıklarında tüylerin dikleşmesine neden olan piloerektör kas­ lardır. Ü n iter Düz Kaslar. "Ü niter” terim i tek kas lifi de­ mek değildir. Onun yerine, tek bir birim gibi birlik­ te kasılan yüzlerce veya milyonlarca kas lifi kitlesi anlam ına gelir. Lifler genellikle dem et veya katlar halinde düzenlenm iştir ve hücre m em branları bir­ çok noktada birbirine bitişiktir, bu sayede bir kas lifinde oluşturulan güç yanındakine aktarılabilir. Ayrıca, hücre m em branlarını birleştiren birçok y a ­ rık bağlantı, iyonların bir hücreden yanındaki hücreye serbestçe geçm esini sağlar. Dolayısıyla aksiyon potansiyeli veya basit iyon akımı, bir liften yanındakine geçip kas liflerinin birlikte kasılm ası­ na neden olur. Bu düz kas tipi, lifler arasındaki bağlantılar nedeniyle sinsisyal düz kas olarak da bilinir. Ayrıca, vücutta barsak, safra kanalları, üreter, uterus ve kan damarları gibi birçok iç organın duvarında bu tip kas bulunduğu için, bunlara vise­ ral düz kas da denir.

Düz Kasta Kontraktil Süreç Düz Kas Kasılm asının K im yasal Tem eli Düz kas, iskelet kasındaki aktin ve miyozin filam entlerine benzer kimyasal özelliklere sahip olan aktin ve miyozin filamentlerini içerir. İskelet kasın­ daki, kasılmanın kontrolü için gerekli olan, tropo­ nin kompleksini içermez, dolayısıyla kasılmanın kontrol mekanizması farklıdır. Bu durum konunun ileriki bölümlerinde detaylı olarak tartışılmıştır. Kimyasal çalışmalar düz kastan elde edilen aktin ve miyozinin, iskelet kasındaki aktin ve miyozine benzer bir yolla birbiriyle etkileştiğini göstermiştir. Ayrıca, kontraktil süreç kalsiyum iyonları ile aktive

87

88

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

Adventisya

Medyal kas lifleri Endotel

Küçük arter

Çok birimli düz kas

mentinin üstüne biner. Bu kasılabilir ünite, iskelet kasının kasılabilir birim ine benzem ekle birlikte is­ kelet kasındaki yapısal düzenlilik yoktur; onun ye­ rine düz kasın yoğun cisim leri iskelet kasındaki Z diskleri ile aynı işi yapar. Bir başka faik daha vardır: Miyozin filametlerin çoğu “yan kutup" denen çapraz köprülere sahip­ tir,böylece bir yandaki köprüler kasıldığında o tara­ fa doğru bir kısalma sağlanırken diğer yandaki köprülerin kasılması diğer yana doğru kısalma sağlar.Bu mekanizma miyozinin aktini bir uçta bir ya­ na doğru çekerken başka bir bölümde başka bir ya­ na doğru çekmesini s ağlar. Bu düzenlem enin ö n e­ mi, iskelet kasında kasılmayla kasın boyu % 30 dan az oranda kısalırken düz kasta bu oranın % 80 e çıkmasını sağlamasıdır.

Üniter düz kas

ŞEKİL 8 • 1 Çok birimli (multi ünite) ve üniter düz kas.

edilir ve kasılmada gerekli olan enerjiyi sağlamak için adenozin trifosfat (ATP) adenozin difosfata (ADP) yıkılır. Diğer taraftan, düz kasla iskelet kasının fiziksel organizasyonunda olduğu kadar, uyarılma-kasılm a bağıntısı, kasılm a işlem inin kalsiyumla kont­ rolü, kasılm a süresi ve kasılm a işlem i için gerekli olan enerji miktarı arasında da büyük farklılıklar vardır.

Düz Kas Kasılmasının Fiziksel Temelleri Düz kasta iskelet kasındaki aktin ve miyozin filam entleıinin çizgili yerleşimi yoktur. Şimdiki özel elektron mikrografik teknikler Şekil 8 -2 ’de gösteri­ len fiziksel organizasyonu düşündürmektedir. Şe­ kilde, çok sayıda aktin filam en tlerin in yoğun cisim lere tutunduğu görülmektedir. Bu cisim lerin bazıları hücre m em branına tutunmuş, diğerleri hücre içinde dağılmış, yoğun cisim leri birbirine bağlayan yapısal proteinler ağı ile yerlerinde tu ­ tulm uştur. Şekil 8 -2 ’de kom şu hücrelerin, bazı m em bran yoğun cisim lerinin de inteıselüler pro­ tein köprüleri ile birleştiğine dikkat ediniz. Kasıl­ ma gücü başlıca bu bağlarla bir hücreden diğerine geçmektedir. Kas lifinde dağınık serpilmiş birçok aktif filam en­ te arasında az sayıda miyozin filamenti vardır. Bun­ ların çapı aktin filam entlerinin iki katından fazla­ dır. Elektron mikrografik kesitlerde bakıldığı za­ man, genellikle miyozin filam entlerinin 5-10 katı kadar aktin filamenti görülür. Şekil 8-2 ’nin sağında düz kas hücrelerindeki bir kontraktil ünitenin kabul edilen yapısı görülmekte­ dir. İki yoğun cisimden çok sayıda aktin filamenti Uzanmıştır; bu filamentler yoğun cisim lerin arasın­ da orta kısımda yerleşmiş olan tek bir miyozin fila-

Hücre membranı

ŞEKİL 8 - 2 Düz kasın fiziksel yapısı. Üst soldaki lif yoğun cisimden yayılan aktin filamentlerini göstermektedir. Alttaki lif sağdaki şekildeki gibi miyozin filamentleri ile aktin fılamentleri arasındaki ilşkiyi göstermektedir.

BÖLÜM 8 • Düz Kasın Uyarılması ve Kasılması

Düz Kas Kasılmaları ile İskelet Kası Kasılmasının Karşılaştırılması İskelet kaslarının hızlı kasılıp gevşemesine karşın, çoğu düz kas kasılması bazen saatler veya günler süren uzun süreli tonik kasılmadır. Dolayısıyla, düz kasın hem fiziksel hem kimyasal özelliklerinin iske­ let kası kasılmasından farklı olacağı açıktır. Bu fark­ lılıklar şunlardır. M iyo zin Ç ap raz K öprülerinin Yavaş D ö n g ü ­ sü. Düz kasta aktine tutunm a, sonra ondan ayrıl­ m a ve yeni bir döngü için tekrar bağlanma şeklin­ de olan çapraz köprü döngüsünün hızı, iskelet kasındakinin ! /ıo - '/aoo’ü kadardır. Kasılma gücünü belirleyen tem el faktör olan çapraz köprülerin ak­ tin filam entlerine bağlı kalma süresinin, düz kasta oldukça uzadığı düşünülür. Yavaş döngü için olası bir neden çapraz köprü başlarının iskelet kasındakinden çok daha az ATPaz aktivitesine sahip ol­ masıdır. Dolayısıyla başların hareketi için enerji sağlayan ATP yıkımı büyük miktarda azalır ve döngünün hızını da yavaşlatır. Düz Kas Kasılmasını D evam E ttirm ek İçin G e­ rekli Enerji. Düz kasta aynı kasılma gerimini de­ vam ettirm ek için gerekli olan enerji, iskelet kası­ nın sadece ‘ /io - '/aoo'üdür. Bunun nedeni çapraz köprü döngüsünün yavaş olması ve süresinden ba­ ğımsız olarak her döngü için sadece bir ATP m ole­ külüne ihtiyaç olunmasıdır. Düz kasın enerji kullanımındaki bu tutumluluk bütün vücudun enerji ekonom isinde oldukça önemlidir, çünkü barsaklar, mesane, safra kesesi ve diğer iç organlar gibi organlar hem en hem en belir­ siz tonik kas kasılmasını devamlı sürdürmelidir. Düz Kasta Kasılma ve Gevşem e Başlangıcının Yavaşlığı. Tipik bir düz kas dokusu uyarıldıktan 50-100 milisaniye kadar sonra kasılmaya başlar, yaklaşık ' / 2 saniye sonra tam kasılmaya ulaşır ve sonraki 1 - 2 saniyede kasılma gücü düşer, dolayısıy­ la total kasılma süresi 1-3 saniyedir. Bu, süre olarak iskelet kasının bir tek kasılmasının yaklaşık 30 katı­ dır. Düz kaslar çok çeşitlidir, dolayısıyla bazı tiple­ rin kasılması 0 , 2 saniye iken, bazılarınınki uzun olup 30 saniye kadardır. Düz kasta kasılmanın yavaş başlaması ve uzun sürmesi m uhtem elen çapraz köprülerin kurulması ve ayrılmasındaki yavaşlıktan kaynaklanır. Ayrıca, uyarılma-kasılma bağıntısı denen, kalsiyum iyon­ larına yanıt olarak kasılmanın başlaması iskelet kasındakinden çok yavaştır. Kas Kasılmasının Gücü. Düz kasta miyozin filam entlerinin az olması ve çapraz köprü döngüsü­ nün yavaş olmasına rağmen, düz kasın maksimum kasılma gücü iskelet kasınınkinden bile büyüktür -

89

iskelet kasındaki 3-4 kg/cm2’ye kıyasla düz kasta 46 kg/cm 2 kesit alan kadardır. Bu büyük çekim gü­ cünün, miyozin çapraz köprülerinin aktin fila­ m entlerine tutunma periyodunun uzun olm asın­ dan kaynaklandığı düşünülür. Düz Kasın Uzun Süre Dayanan Kasılmaları İçin "M a n d a l" Mekanizm ası. Düz kas bir kez tam ka­ sıldığında, kasın aktivasyon derecesi genellikle başlangıç seviyesinin çok altına düşürülebilir, an ­ cak kas yine de tam kasılma gücünü sürdürebilir. Ayrıca, kasılmayı sürdürmek için tüketilen enerji genellikle çok azdır, bazen eşdeğer iskelet kasının sürekli kasılması için gerekli olan enerjinin ^ o o ’ü kadardır. Buna “m andal” m ekanizm ası denir. Aynı etki iskelet kasında da ortaya çıkar ancak düz kasa oranla çok daha azdır. Mandal mekanizm asının önemi, düz kasta az miktarda enerji kullanarak saatlerce tonik kasılm a­ nın sürdürülebilmesini sağlamasıdır. Bunun için az miktarda sinirsel ya da lıorm onal uyarıya gereksi­ nim vardır. Düz Kasın Stres - G ev şe m esi. Düz kasın diğer bir önem li özelliği, özellikle boşluklu organlarda viseral tip düz kasların uzatılm a veya kısaltılm a­ larından sonraki saniyeler içinde h em en h em en orijinal kasılm a gücüne dönebilm eleridir. Ö rn e­ ğin, m esanedeki sıvı h acm in in aniden artm asına bağlı olarak m esane duvarı düz kasının gerilm e­ si, kesede aniden basın ç artışına n ed en olur. B u ­ nunla birlikte, sonraki 15 saniye - dakika sırasın ­ da m esane duvarında gerim devam etse de, b a ­ sınç hem en h em en önceki düzeyine döner, D aha sonra, h acim başka bir basam akta arttığında, tekrar aynı etki oluşur. H acim an id en düştüğü zam an basın ç başlangıçta çok düşer, ancak bir­ kaç saniye veya dakikada ilk düzeyine döner. Bu fen om en e stres-gevşem esi ve ters stres gevşem esi denir. Bu, boşluklu organın kas liflerinin, uzunlu­ ğundan bağım sız olarak lıım enind eki basın cı sa ­ bit düzeyde sürdürm esine izin verm esi n ed en iy­ le önem lidir. Stıes-gevşem e fenom eni m uhtem elen m andal fenom eni ile yakından ilişkilidir. Kas gerildiğinde mandal fenomeni önce boy değişikliğine direnir. Sonraki saniyeler veya dakikalar içinde miyozin başlarının döngüsü sırasında, başlar ayrılıp ileride­ ki aktin filamentlerine tutunur. Dolayısıyla, kasın boyu değişirken kastaki gerilim önceki değerine yakındır çünkü kontraktil gücü oluşturan miyozin çapraz köprülerinin sayısı daha önceki ile aynıdır.

Kasılmanın Kalsiyum İyonları İle Düzenlenmesi İskelet kasında olduğu gibi, çoğu düz kasta da ka­ sılm a in tıaselüler kalsiyum iyonlarındaki artış ile

90

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

başlar. Kalsiyum artışı düz kas lifinin sinirsel ya da horm onal yolla uyarılm ası, lifin gerilmesi veya lifin kim yasal çevresindeki değişikliklerden kay­ naklanabilir. Ancak düz kasta, iskelet kas kasılmasını sağlayan kalsiyum iyonlarının bağlandığı düzenleyici prote­ in olan troponin bulunmaz. Onun yerine düz kas kasılması aşağıda anlatıldığı gibi çok farklı bir m e­ kanizma ile uyarılır.

tulu kalmasına neden olur. Dolayısıyla, herhangi bir anda aktin filamentlerine tutulu baş sayısı çok­ tur. Aktine bağlı başların sayısı statik kasılma gücü­ nü belirlediği için, gerilim sürdürülür veya ‘'m an­ dallanır”; ancak kas tarafından az enerji kullanılır çünkü, bir başın ayrıldığı nadir durumlar dışında, ATP ADP’ye yıkılmaz.

Kalsiyum İyonlarının Kalmodulinle BirleşmesiM iyozin Kinaz Aktivasyonu ve M iyozin Başı­ nın Fosforilasyonu. Düz kas hücreleri, troponin yerine, çok miktarda kalmodulin denen bir düzen­ leyici protein içerirler. Bu protein dört kalsiyum iyonu ile reaksiyona girmesi açısından troponine benzese de, kasılmayı başlatm a biçim i yönünden farklıdır. Kalmodulin miyozin çapraz köprülerini aktive ederek kasılmayı başlatır. Aktivasyon ve son­ raki kasılma, aşağıdaki sırayla meydana gelir.

DÜZ KAS KASILMASININ SİNİRSEL VE HORMONAL KONTROLÜ

1. Kalsiyum iyonları kalmoduline bağlanır. 2. Kalmodulin-kalsiyum kombinasyonu, fosforile edi­ ci bir enzim olan miyozin kinazla birleşerek onu aktive eder. 3. Miyozin başının düzenleyici zincir denen hafif zin­ cirlerinden biri miyozin kinaza yanıt olarak fosforile olur. Bu zincir fosforile değilken, miyozin başm aktinle tutunma-ayrılma döngüsü oluşmaz. Fakat regülatör zin­ cir fosforile olduğunda, iskelet kasındaki gibi, baş aktin filamenti ile bağlanma ve sonraki bütün döngüsel işlem­ lerden geçme, dolayısıyla kas kasılmasını sağlama kapa­ sitesine sahiptir. Kasılmanın Durması - M iyozin Fosfatazın Ro­ lü. Kalsiyum iyon konsantrasyonu kritik bir değe­ rin altına düştüğünde, miyozin başının fosforilas­ yonu dışında daha önce sözedilen olaylar otomatik olarak tersine döner. Bu terse dönüş, düz kas hüc­ resi sıvısında bulunan miyozin fosfcıtaz adlı başka bir enzime ihtiyaç gösterir. Bu enzim düzenleyici hafif zincirden fosfatı ayırır. Daha sonra döngü du­ rur ve kasılma kesilir. Dolayısıyla, kasın gevşemesi için gerekli zaman, büyük ölçüde hücredeki aktif miyozin fosfataz miktarı ile belirlenir.

İskelet kası büyük oranda sinir sistem i ile aktive edilse de, düz kas sinir sinyalleri, horm onal uyarı, kasın gerilmesi ve bazı başka yollar gibi birçok sin ­ yal tarafından uyarılabilir. Farklılığın başlıca n ed e­ ni, düz kas m em branm ın kontraktil işlemi başlata­ bilecek birçok reseptör protein tipi içermesidir. İs­ kelet kasından diğer bir farkı da, bazı reseptör pro­ teinlerin düz kas kasılmasını inhibe etmesidir. D o­ layısıyla bu bölümde, önce düz kas kasılmasının si­ nirsel kontrolünü sonra hormonal ve diğer kontrol­ lerini tartışacağız.

Düz Kasın Sinir-Kas Kavşağı Düz Kas Sinir-Kas Kavşağının Fizyolojik A na­ tom isi. Düz kasta iskelet kası liflerinde bulunan ol­ dukça düzenli sinir-kas kavşağı yoktur. Onun yeri­ ne, düz kası inerve eden otonom sinir lifleri Şekil 8 3 ’de görüldüğü gibi, genellikle bir kas lifi tabakası­ nın üstünde diffüz olarak dallanır. Çoğu zaman bu lifler düz kas lifleri ile direkt temas etmezler, onun yerine yaygın kavşaklar (diffiise jım ctions) transmiter maddeleri birkaç nanom etreden birkaç mikro­ metreye varan uzaklıktan düz kası çevreleyen matrikse salgılarlar; daha sonra tıansmiter, hücreye diffüze olur. Ayrıca, birçok kas hücresi tabakasının ol­ duğu yerlerde, sinir lifleri genellikle sadece dış taba­ kayı inerve eder ve uyarı daha sonra bu dış tabaka­

Mandal Fenomenin Düzenlenmesi İçin Olası Bir Mekanizma Düz kasta mandal fenom eni önemli olduğundan ve birçok organda tonusun uzun süre devam etti­ rilmesine izin verdiğinden, onu açıklamak için bir­ çok girişim yapılmıştır. Öne sürülen birçok m eka­ nizma arasında en basit olanı şudur. Miyozin kinaz ve miyozin fosfataz enzimlerinin ikisi de güçlü olarak aktive edildiğinde, miyozin başlarının döngü frekansı ve kasılma hızı büyük olur. Enzimlerin aktivasyonu azalırken döngü fre­ kansı da düşer, fakat aynı zamanda enzim aktivitesinin düşüklüğü miyozin başlarının döngüsel süre­ cin daha uzun bir kısmında aktin filamentlerine tu­

ŞEKİL 8 - 3 Düz kasın inervasyonu.

91

BÖLÜM 8 • Düz Kasın Uyarılması ve Kasılması

dan iç katlara doğru aksiyon potansiyelinin iletimi veya transmiter maddenin difüzyonıı ile yayılır. Düz kas liflerini inerve eden aksonlar, iskelet kas liflerinin m otor son plak tipinin tipik dalla­ nan ayak sonlanm asına da sahip değildir. Onun yerine ince term inal aksonlar eksenleri boyunca dağılan birçok genişlem elerden (varikozite) salgı­ lanabilir. G enişlem elerde iskelet kası son plağın­ daki gibi transm iter m adde içeren veziküller var­ dır. Sad ece asetilkolin içeren iskelet kas kavşa­ ğındaki veziküllerin tersine, oton om sinir lifi sonlanm alarındaki veziküller bazı liflerde a setil­ kolin, bazılarında norepinefritı ve nadiren başka m addeler içerir. Özellikle çok birimli düz kaslarda olmak üzere bazı genişlemeler, aralarında ancak 20-30 nanom etrelik mesafe kalacak şekilde direkt olarak kas li­ fi m em branınm üstüne yayılır. Bu mesafe iskelet kas kavşağındaki sinaptik yarık genişliğiyle aynıdır. Bunlara tem as kavşakları denir ve iskelet kasının sinir-kas kavşağındaki gibi fonksiyon görür; Bu düz kas liflerinin latent periyodu, yaygın kavşakla uya­ rılan liflerinkinden kısadır. D üz Kas Sinir-Kas K avşağında E ksitatö r ve İn h ib itö r Transm iter M ad d eler. Düz Kası iner­ ve eden otonom ik sinirler tarafından salgılanan en önem li transm iter maddeler asetilkolin ve norepiııefrindir, fakat hiçbir zam an ikisi aynı sinir li­ finden salgılanmaz. Asetilkolin bazı organlarda düz kas lifleri için eksitatör, diğerlerinde ise inhibitördür. Bir kas lifini asetilkolin eksite ediyorsa, kural olarak norepinefrin inhibe eder. Tersine, asetilkolin lifi inhibe ediyorsa, norepinefrin genel­ likle uyarır. Fakat bu farklı yanıtların nedeni nedir? Bunun cevabı, düz kası hem asetilkolin hem de norepinefrinin, hücre m em bıanm d a bulunan kendi re­ sep tör p rotein lerin e bağlanarak inhibe veya eksi­ te etm esidir. Ayrıca, bazı reseptör proteinler eksitatörkeıı diğerleri itıhibitördür. Dolayısıyla, re­ sep törü n tipi asetilkolinin mi yoksa norepinefrinin m i etkili olacağını ve buna bağlı olarak düz kasın inhibe mi, eksite mi edileceğini belirler. Bu reseptörler 60. Bölüm ’de detaylı biçim de otonom sinir sistem inin fonksiyonları ile ilintili olarak tartışılm ıştır.

Ü niter Düz Kasta Aksiyon Potansiyelleri. Viseıal düz kas gibi üniter düz kasta da aksiyon po tan ­ siyeli iskelet kasındaki yolla oluşur. Bir sonraki kı­ sımda belirtildiği gibi, çok birimli düz kas liflerinin çoğunda ise meydana gelmez. Viseral düz kasın aksiyon potansiyelleri iki b i­ çimde meydana gelir: ( 1 ) sivri potansiyeller, (2 ) platolu aksiyon potansiyelleri. Sivri Potansiyeller. Çoğu ü n iter düz kas tipinde iskelet kasındaki gibi tipik sivri aksiyon p o ta n si­ yeller m eydana gelir. Bu tip aksiyon p otan siyeli­ nin süresi Şekil 8-4A’ da görüldüğü gibi 10-50 m i­ lisaniyedir. Bu tip aksiyon potansiyelleri elektrik uyarısı, horm onların düz kasa etkisi, sinir lifleri­ nin transm iter m addeleri, germ e veya kas lifinin spontan üretimi gibi birçok yol ile ortaya çık arı­ labilir. Platolu Aksiyon Potansiyelleri. Şekil 8-4C ’de pla­ tolu aksiyon potansiyeli görülmektedir. Bu aksiyon potansiyelinin başlangıcı tipik sivri potansiyeli ile aynıdır. Ancak, kas lifi m em branınm hızlı repolarizasyonu gözlenmez, repolarizasyon birkaç yüzden-bin milisaniyeye (1 sn) kadar gecikir. Plato; üıeter, bazen uterus ve bazı damar düz kasları gibi

—I

I

10

20

I

30

Saniye

Düz Kasta Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri 0.2

Düz Kasta M em bran Potansiyelleri. Düz kasta m em bran potansiyellerinin kaııtitatif değeri bir kas lifinden diğerine değişir ve aynı zamanda kasın o andaki durumuna bağlıdır. Normal istirahat halin­ de m em bran potansiyeli genellikle -50 - -60 milivolt kadar olup, iskelet kasından yaklaşık 30 milivolt daha az negatiftir.

Saniye

ŞEKİL 8 - 4 A, Bir dış uyaranla meydana getirilmiş tipik diiz kas aksiyon potansiyeli (sivri potansiyel). zUııtestinal duvarın düz kasında spontan olarak meydana gelen yavaş ritmik elektriksel dalgalar tarafından oluşturulan tekrarlanan sivri potansiyeller. C, Uterus düz kas lifinden kaydedilen platolu aksiyon potansiyeli.

92

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

düz kas lifi tiplerinde meydana gelen uzun süreli kasılmadan sorumlu olabilmesi açısından önem li­ dir. (9 ve 10. Bölümlerde değinildiği gibi, uzun ka­ sılma süresi olan kalp kası liflerinde de bu tip aksi­ yon potansiyeli görülür.) Düz Kas Aksiyon Potansiyellerinin Oluşmasında Kalsiyum Kanallarının Ö nem i. Düz kas hücre zarı, iskelet kasından çok daha fazla voltaj kapılı kalsi­ yum kanalına, fakat daha az voltaj kapılı sodyum kanalına sahiptir. Dolayısıyla, çoğu düz kasta aksi­ yon potansiyeli oluşumunda sodyumun katkısı az­ dır. Onun yerine, aksiyon potansiyelinden başlıca sorumlu olan, kalsiyum iyonlarının lifin içine akı­ mıdır. Bu, sinir lifleri ve iskelet kas liflerinde sod­ yum kanallarındaki gibi kendini yeniden oluşturan (self - rejeııeıatif) şekilde oluşur. Ancak, kalsiyum kanalları sodyum kanallarından çok daha yavaş açılır, fakat ondan daha uzun süre açık kalır. Düz kas liflerinin yavaş aksiyon potansiyellerinden bü­ yük ölçüde bu olay sorumludur. Aksiyon potansiyeli sırasında hücrelere kalsiyum girişinin diğer bir önemli özelliği de, daha önce tar­ tışıldığı gibi, hücre içine giren kalsiyumun direkt etkiyle düz kasta kasılmaya neden olmasıdır. D ola­ yısıyla kalsiyum bir defada iki iş görür. Ü n iter Düz Kasta Yavaş Dalga Potansiyelleri ve Spontan Aksiyon Potansiyeli Oluşumu. Ba­ zı düz kaslar kendi kendini uyarabilirler. Yani dışar­ dan bir uyarı olmadan düz kasın içinde aksiyon po­ tansiyelleri doğabilir. Bu, özellikle intestinal duvar düz kasındaki gibi, yavaş dalga ritmi ile ilişkilidir. Barsağm viseral düz kasındaki bu tipik yavaş dalga tipi Şekil 8 -4 £ ’de gösterilmiştir. Yavaş dalganın kendisi bir aksiyon potansiyeli değildir. Yani, kas li­ finin m em branı boyunca yayılan kendini yenileyen bir işlemi değildir. Kas kitlesini oluşturan düz kas liflerinin lokal bir özelliğidir. Yavaş dalga ritminin nedeni bilinmemektedir; ancak yavaş dalgaların, sodyum iyonlarının kas lifi m em branından dışarı doğru pompalanmasındaki artm a ve azalmaya bağlı olarak; sodyum hızlı pom ­ palandığında m em bran potansiyelinin daha nega­ tif hale gelmesi ve pompa daha az aktif olduğunda negatifliğinin azalmasından kaynaklandığı düşü­ nülmektedir. İyon kanallarının geçirgenliğinin rit­ mik olarak artıp azaldığı şeklinde bir düşünce de vardır. Yavaş dalgaların önemi, aksiyon potansiyellerini başlatabilmeleridir. Yavaş dalgaların kendisi kas kasılmasına neden olamaz, fakat yavaş dalganın potansiyeli yaklaşık -35 milivoltun üzerine (çoğu viseral düz kasta aksiyon potansiyeli oluşturabile­ cek yaklaşık eşik) çıktığı zaman aksiyon potansiye­ li doğar, kas kitlesinde yayılır ve kasılma meydana gelir. Şekil 8-4B her yavaş dalga tepesinde bir veya daha fazla aksiyon potansiyelinin meydana gelişini göstermektedir. Bu etki düz kas kitlesinde bir seri

ritmik kasılmalar oluşturabilir. Dolayısıyla, yavaş dalgalara pacemaker dalgalar denir. 62. Bölümde bu aktivite tipinin barsağın ritmik kasılmalarını kontrol ettiğini görüyoruz. Viseral Düz Kasın G erilm e İle U yarılm ası. Vi­ seral (üniter) düz kas yeterince gerildiğinde, ge­ nellikle spontan aksiyon potansiyelleri m eydana gelir. Bunlar: (1) norm al yavaş dalga potansiyelle­ rinin etkilerinin, (2 ) gerilmeye bağlı olarak m em b ­ ran potansiyelinin negatifliğinde m eydana gelen azalma ile birleşm esinden kaynaklanır. Gerilmeye karşı oluşan bu yanıt, sindirim kanalı duvarının aşırı gerilme durumunda otom atik olarak kasıl­ masını ve dolayısıyla gerime direnm esini sağlar. Örneğin, barsak fazla dolduğu zam an lokal o to ­ matik kasılma, barsağın içeriğini, çok dolu olan bölgeden u zaklaştıracak p eristaltik dalgaların meydana gelm esini sağlar.

Ç o k B irim li D üz Kasın A k s iy o n P o ta n s i­ y e lle ri O lm a d a n D e p o la riz a s y o n u Gözün iris kası veya piloerektör kas gibi çok b i­ rimli düz kas lifleri, norm alde başlıca sinir uyarı­ larına yanıt olarak kasılır. Sinir uçları bazı çok b i­ rimli düz kaslarda asetilkolin, bazılarında norepinefrin salgılar. Her iki durumda da, transm iter maddeler düz kas m em branında depolaıizasyona neden olur ve bu da kasılma m eydana getirir. G e­ nellikle aksiyon potansiyelleri m eydana gelmez. Bunun nedeni liflerin aksiyon potansiyeli oluştu­ ram ayacak kadar küçük olmalarıdır. ( viseral üni­ ter düz kasta aksiyon potansiyeli doğduğunda, kendi kendine yayılan aksiyon potansiyeli ortaya çıkm adan önce 30-40 düz kas lifi aynı anda d epo­ larize olmalıdır.) Ancak, çok birim li düz kas lifle­ rinde aksiyon potansiyeli olm adan bile, tran sm i­ ter madde tarafından oluşturulan kav şa k po ta n si­ yeli denen bir lokal potansiyel "elektıotonik” o la­ rak bütün lifte yayılır ve kas kasılm ası için gerekli olan da budur.

Aksiyon Potansiyeli Olmadan Düz Kas Kasılması - Lokal Doku Faktörleri ve Hormonların Etkisi M uhtemelen düz kas kasılmalarının en az yarısı, aksiyon potansiyelleri ile değil, düz kasın kasılabilir makinasına doğrudan etki eden uyarıcı faktör­ lerle başlatılır. Sinirsel olmayan ve aksiyon potansi­ yeli doğurmayan uyarıcı faktörlerden en sık görü­ lenler; ( 1 ) lokal doku faktörleri ve (2 ) çeşitli h or­ monlardır. Lokal Doku Faktörlerine Yanıt O larak Düz Kas Kasılması. 17. Bölüm’de aıteriyoller, m etarteriyoller ve prekapiller sfinkterlerin kasılm asının

BÖLÜM 8 • Düz Kasın Uyarılması ve Kasılması

kontrolünü tartıştık. Bu damarlardan küçük olan­ ların siniri yoktur veya azdır. Ancak düz kas olduk­ ça kontraktildir, çevreleyen interstisyel sıvıdaki lo­ kal değişikliklere hızla yanıt verir. Bu yolla, güçlü bir lokal feedback kontrol sistem i doku alanına bölgesel kan akımını düzenler. Bazı özgül kontrol faktörleri şunlardır: 1. D o k u d a lokal ok sijen eksikliği d ü z k a sta gevşem eye ve dolayısıyla v a zo d ilatasy o n a n ed en olur. 2. Aşırı karb on dioksit v azo d ilatasy o n a se b e p olur. 3. H idrojen iyon k o n san trasy o n u n u n artm a sı d a vazod ilatasy on u artırır.

Adenozin, laktik asit, potasyum iyonlarının art­ ması, kalsiyum iyon konsantrasyonunun azalması ve vücut ısısının azalması gibi faktörler de lokal va­ zodilatasyona neden olurlar. Horm onların Düz Kas Kasılmasına Etkisi. Vü­ cutta dolaşan horm onların çoğu düz kas kasılması­ nı bir dereceye kadar etkiler ve bazılarının etkileri belirgindir. Kasılmayı etkileyen en önemli kan kay­ naklı hormonlar norepiııefrin, epinefrin, asetilkolin, anjiotensin, vazopresiıı, oksitosin, serotonin ve

histamindir. Kas hücre m em branı o horm on için horm on kapüı uyarıcı reseptörler içeriyorsa, horm on düz kas­ ta kasılmaya neden olur. Tersine, eğer membranda inhibitor reseptörler varsa, horm on inhibisyona n e­ den olur. H orm onlar veya Lokal Doku F aktörleri İle Düz Kasın Uyarılm a M ekanizm ası. Düz kas m em branında bazı Hormon reseptörleri sodyum veya kalsiyum iyon kanallarını açarlar ve sinir uya­ rısındaki gibi m em branı depolarize ederler. Bazen aksiyon potansiyelleri oluşur veya meydana gel­ miş olan ritmik aksiyon potansiyelleri kuvvetlen­ dirilir. Çoğunlukla aksiyon potansiyeli olmadan depolarizasyon meydana gelir; bu depolarizasyon, kasılmayı meydana getiren kalsiyum iyon girişi ile birliktedir. Diğer membran reseptörlerinin uyarılması kasıl­ mayı inhibe eder. Örneğin inhibisyon sodyum ve kalsiyum kanallarını kapatıp pozitif iyonların giri­ şini engelleyerek veya potasyum kanallarını açıp pozitif potasyum iyonlarının dışarı çıkmasını sağ­ layarak oluşabilir. Her iki durumda da kas hücresi­ nin hücre içi negatifliği artar, bu duruma hiperpolarizasyoıı denir. Bazen horm onlarla, m em bran potansiyeli de­ ğişmeden de kasılma veya inhibisyon başlatılır. Bu durumlarda, horm on m em branda hiçbir ka­ nalı açm ayan, onun yerine kas lifinde saıkoplazmik ıetikulum da kalsiyum iyonlarının salm ımı gi­ bi bir internal değişikliğe neden olan reseptörü aktive eder; kalsiyum daha sonra kasılmayı indiikler. Hücre m em branında ad eııila t siklaz veya gıta ııtila t siklazı uyararak kasılmayı inhibe eden başka reseptör mekanizm aları da bilinmektedir;

93

bu enzim ler hücre içinde ikinci h aberciler denen siklik adenozin m on ofosfat (cAMP) veya siklik gııanozin m onofosfatı (cGMP) oluştururlar. cAMP veya cG M P'm indirekt olarak kasılm ayı inhibe eden bazı enzim lerin fosforilasyon derecesini d e­ ğiştirmek gibi etkileri vardır. Özellikle kalsiyum iyonlarını sarkoplazm adan sarkoplazm ik ıetikuluma pom palayan pom pa ve hücreden dışarı çı­ karan hücre m em bran pom pası aktive edilir; bu etkiler hücre içi kalsiyum konsantrasyonunu dü­ şürerek kasılmayı inhibe eder.

Kasılmaya Neden Olan Kalsiyum İyonlarının Kaynakları: 1)Hücre membranı ve 2) Sarkoplazmik retikulum Kasılma işlem i düz kasta da iskelet kasındaki gibi kalsiyum iyonları ile aktive olur, ancak düz kasta kalsiyum iyonlarının kaynağı oldukça farklıdır, is ­ kelet kas kasılm asında h em en hem en bütün kal­ siyum iyonlarının kaynağı olan sarkoplazm ik re ­ tikulum fazla gelişm em iştir.Bir çok düz kas tip in ­ de kasılmaya neden olan kalsiyum iyonlarının hem en hepsi aksiyon potansiyeli veya diğer uya­ rılarla ekstraselüler sıvıdan hücre için e girer.Ekstıaselüler sıvıda 1 0 ' 3 m olardan fazla olan kalsiyum iyon konsantrasyonu sarkoplazm adaki 1 0 ' 7 m olaıa kıyasla oldukça yüksektir ve daha önce işaret edildiği gibi, düz kas aksiyon potansiyeli başlıca kalsiyum iyonlarının hücre için e girm esinden kaynaklanır. İskelet kas liflerinin tersine düz kas lifleri çok kü­ çük olduğu için, kalsiyum iyonları düz kasın her ta­ rafına diffüze olabilir ve kasılma işlem ini meydana getirebilir. Diffüzyonun olabilmesi için gereken za­ man genellikle 200-300 milisaniyedir ve buna kasıl­ ma başlam adan önceki latent dönem denir, bu dö­ nem iskelet kasınınkinden yaklaşık 50 kat uzundur. Kalsiyum, horm onla aktive edilen kalsiyum k a ­ nalları ile de düz kas lifine girip kasılmaya neden olabilir. Genellikle bu kanalların açılm ası aksiyon potansiyeline neden olmaz, norm al m em bran po­ tansiyelini devam ettirecek kadar potasyum iyonu hücre dışına çıktığı için istirahat m em bran potan­ siyeli pek değişmez. Kasılma kalsiyum kanalları açık kaldığı sürece devam eder, çünkü kasılmaya neden olan m em bran potansiyeli değişikliği değil, kalsiyum iyonlarıdır. Sarkoplazm ik Retikulumun Rolü. Bazı düz kas­ lar orta derecede gelişmiş sarkoplazmik retikulum içerir. Şekil 8 -5 ’de hücre m em branına yakın uza­ nan ayrı sarkoplazmik tübüllerin olduğu bir örnek görülmektedir. M em branın çukurcuk denen küçük girintileri bu tübüllerin yüzeyine bitişiktir. Çukuıcukların iskelet kasındaki transvers tübül sistem i­ nin gelişmemiş bir eşdeğeri olduğu düşünülm ekte­ dir. Çukurcuklaıda bir aksiyon potansiyeli yayıldığı zaman, iskelet kasında transvers tübüllerin longi-

94

ÜNİTE II • Membran Fizyolojisi, Sinir ve Kas

Genelde, düz kas lifinde saıkoplazm ik ıetikulum ne kadar gelişkinse o kadar hızlı kasılır, çünkü hücre m em branından kalsiyum girişi, sarkoplazmik retikulumdan serbestlem esinden çok daha yavaştır. Ekstraselüler Kalsiyum iyon K onsantrasyonu­ nun Düz Kas Kasılmasına Etkisi. Ekstraselüler sıvının kalsiyum iyon konsantrasyonu iskelet kası­ nın kasılması gücüne hem en hiç etkimese de, bu çoğu düz kas için geçerli değildir. Ekstraselüler sıvı­ nın kalsiyum iyon konsantrasyonu düşük bir düze­ ye indiği zaman düz kas kasılması genellikle tam a­ men durur. Gerçekten de, düşük kalsiyumlu orta­ ma konulduktan birkaç dakika sonra, hatta düz kas liflerinin sarkoplazmik retikulumu kalsiyumunu kaybettiğinde bu durum gözlenir. Dolayısıyla, düz kas kasılmasının gücü büyük oranda ekstraselüler sıvının kalsiyum iyon konsantrasyonuna bağlıdır 9. Bölüm'de bunun kalp kası için de geçerli olduğunu göreceğiz.

Ş E K İL 8 * 5 Düz kas lifinde sarkoplazmik tübüller ve çukurcuk denen lıücre membranı girintileri ile ilişkisi.

tudinal saıkoplazm ik ıetikulum dan kalsiyumun serbestlem esine neden olm ası gibi, bunun da komşu saıkoplazmik tübüllerden kalsiyum iyonla­ rının serbestlem esini uyardığı düşünülmektedir.

Kalsiyum Pompası. Düz kasın gevşemesi için kal­ siyum iyonlarını aktin ve miyozin filaınentlerini çevreleyen intraselüler sıvıdan uzaklaştırmak gere­ kir. Bunu, kalsiyum iyonlarını düz kas lifinden ekstraselüler sıvıya veya sarkoplazmik retikuluma pompalayan kalsiyum pompaları yapar. Bu pom ­ palar iskelet kasındaki hızlı çalışan sarkoplazmik ıetikulum pompalarına göreli olarak yavaş çalışır. Dolayısıyla, düz kas kasılmasının süresi iskelet ka­ sındaki saniyenin onda veya yüzde biri gibi değil, saniyeler düzeyindedir.

REFERANSLAR

A shley R H : Ion C hannels. New Y ork: O xford U niversity Press, 1996. B e rk B C , C orson M A : A ngiotensin II signal transduction in vascular sm ooth m uscle: role o f tyrosine kinases. C irc R e s 8 0 :6 0 7 ,

Hirst G D S , Edw ards F R : Sym pathetic neuroef­ fector transm ission in arteries and arterioles. Physiol Rev 6 9 :5 4 6 , 1989. H ochachka PW : M uscles as M olecular and M etabo lic M achines. B o c a Raton: C R C Press, 1994. H offm an F, Jam ieson JD : C ell Physiology. New Y o rk : O xford U niversity Press, 1997. H orow itz A , M en ice C B , Laporte R , M organ

1997. C arl A j L e e H K , Sanders K M : Regulation o f ion channels in smooth m uscles by calcium .

K G : M echanism s o f smooth muscle con ­ traction. Physiol Rev 7 6 :9 6 7 , 1996. Kam m K E , Stull JT : Regulation o f smooth

A m J Physiol 2 7 1 :C 9 , 1996. C onley E C : V oltage-G ated C hannels, V o l. IV . O rlando: A cad em ic Press, 1998. E g len R M : M uscarin ic R eceptor Subtypes in Sm ooth M uscle. B o c a Raton: C R C Press,

m uscle contractile elem ents by second m es­ sengers. Annu Rev Physiol 5 1 :2 9 9 , 1989. K ao C Y , C arsten M E : C ellular A spects o f

S e e also references for Chapters 5 and 6. A rm strong D L , R o ssie S: Ion C hannel R e g u la ­ tion. O rlando: A cadem ic Press, 1 9 98.

1997. Em erson C , Sw eeney H L: M ethods in M uscle B io lo g y . San D iego: A cad em ic Press, 1997. Furchgott R F : T h e role o f endothelium in the responses o f vascular smooth m uscle to drugs. Annu R ev Pharm acol T o x ic o l 2 4 : 175, 1984. G ab ella G : Structural apparatus for force trans­ m ission in smooth m uscle. Physiol R ev 6 4 : 4 5 5 , 1984.

Sm ooth M uscle Function. Cam bridge: C am ­ bridge U niversity Press, 1997. K eynes R D : Nerve and M uscle, 2nd ed. New Y ork: C am bridge University Press, 1992. K oham a K , Sasaki Y : M olecular M echanism s o f Sm ooth M uscle Contraction. Austin: Landes C o. 1998. K o tlik o ff M I, Kamm K E: M olecular m echa­ nisms o f beta-adrenergic relaxation o f air­ way smooth m uscle. Annu Rev Physiol 5 8 :1 1 5 , 1996. Low cnstein \VR: Junctional intercellular co m ­

m unication: the c e ll-to -c e ll m em brane chan­ nel. Physiol R ev 6 1 :8 2 9 , 1981. M atthews G G : C ellular Physiology o f Nerve and M u scle. M aldon, M A : B la ck w ell S c icn ce, 1998. Paul R J: Sm ooth m uscle en ergetics. A nnu R ev Physiol 5 1 :3 3 1 , 1989. Pierce G N , C laycon ib W C : N ovel M ethods in M olecu lar and C ellu lar B io ch em istry o f M uscle. D ordrecht: K luw er A cad em ic Pub­ lishers, 1997. Pusch M , Jen tsch T J: M o lecu la r physiology o f voltage-gated chlorid e channels. Physiol R ev 7 4 :8 1 3 , 1994. Reith M E A : N eurotransm itter Transporters: Structure, Function, and Regulation. T o towa, N J: Humana Press, 1997. Seid el C L , Sch ild m eyer L A : V ascu lar smooth m uscle adaptation to increased load. Annu R ev Physiol 4 9 :4 8 9 , 1987. Sperelakis N: C e ll Physiology Sou rce B ook. O rlando: A cad em ic Press, 1998. Sugi H: Current M ethods in M u scle P hysiol­ ogy. N ew Y o rk : O xford U niversity Press, 1998. Zim m ern PE, Lin V K , M cC on n ell JD : S m ooth -m uscle physiology. U rol C lin North Am 2 3 :2 1 1 , 1996.

9 K alp Kası; B ir P o m p a O la ra k Kalp

10 K a lb in R itm ik U yarılm ası

11 N o rm a l E le k tro k a rd iy o g ra m

12 K alp Kası ve K o ro n e r Kan A kım ı A n o rm a llik le rin in E le k tro k a rd iy o g ra fik Y orum u; V e ktö rye l A n a liz

13 K a rdiyak A r itm ile r ve E le k tro k a rd iy o g ra fik Y orum u

Bu bölümde, kalp ve dolaşım sistem im tartışmaya başlıyoruz. Kalp, Şekil 9 -1 ’de gösterildiği gibi, ger­ çekte iki ayrı pompadan oluşur: Akciğerlere kan pompalayan sağ k alp ve çevre organlara kan pom ­ palayan sol kalp. Bunların her biri, bir atriyum ve bir ventrikillden oluşan iki bölmeli bir atım pom ­ pasıdır. Atriyum, ventıikül için zayıf bir hazırlayıcı pompa (ön-pompa) işlevi görür, başlıca görevi kam ventıikül içine yöneltmektir. Ventıikül ise, kanı ya pulmoner ya da periferik dolaşıma iten ana kuvve­ ti sağlar. Kalpteki özel bir mekanizma, kalbin ritmikliğini (ritmik uyarılar oluşturma yeteneği) sağlar. Aksi­ yon potansiyellerini tüm kalp kası boyunca ileterek ritmik kalp atımlarına neden olur. Bu ritmik denet­ leme sistem i Bölüm 10’da anlatılmıştır. Şimdi bu bölümde, kalp kasının özgül niteliklerinden başla­ yarak, kalbin bir pompa olarak nasıl çalıştığını an­ latacağız.

KALP KASININ FİZYOLOJİSİ Kalp başlıca üç tip kalp kasından meydana gelir. Bunlar, atriyum kası, ventrikiil kası, özelleşmiş uyarıcı ve iletici kas lifleridir. Kasılma süresinin daha uzun olm ası dışında, atriyum ve ventıikül kasları iskelet kasma oldukça benzer şekilde kası­ lırlar. Çok az m iktarda kasılabilir fibıil içeren özelleşm iş uyarı ve ileti lifleri ise, yalnızca belli belirsiz kasılırlar. Bunun yerine ı itm isite ve deği­ şik hızlarda ileti oluşturarak, kalbin ritm ik atışını kontrol eden bir uyarı sistem i sağlarlar.

Kalp Kasının Fizyolojik Anatomisi Kalp kasının tipik histolojik görünümü Şekil 9-2’de izlenmektedir. Bölünen, biraraya gelen ve tekrar ayrılan kalp kası liflerinin, kafes işine benzer şekil­ de düzenlendiği görülmektedir. Kalp kasının tipik bir iskelet kası gibi çizgili olduğu da bu görünüm­ den hem en anlaşılmaktadır. Dahası, kalp kasının tipik miyofibıilleri, iskelet kasındakilerin hemen hem en aynı olan aktiıı ve miyoziıı filam eutleri içe­ 96

rirler. Bu filamentler içiçe geçmiştir ve kasılma sıra­ sında iskelet kasında olduğu gibi birbirleri üzerin­ de kayarlar (Bkz. Bölüm 6 ). Göreceğimiz gibi kalp kası, başka bakımlardan iskelet kasından oldukça farklıdır. Bir Sinsisyum O la ra k Kalp Kası. Şekil 9-2'de kalp kası liflerini enine kestiği görülen koyu alan ­ lara iııterkale disk adı verilir. Bunlar gerçekte, kalp kası hücrelerini birbirinden ayıran hücre zarlarıdır. Kalp kası lifleri, birbirine seri bağlan ­ mış çok sayıda ayrı hücreden m eydana gelir. An­ cak interkale disklerin elektriksel direnci kalp ka­ sı lifin in dış zarın ın d iren cin in y aln ızca 1 /4 oo’üdüri Çünkü hücre zarlarının kaynaşarak oluşturduğu, "h a b e rle şen b a ğ la n tıla r” (oluklu bağlantı, gap ju n ction ) geçirgendir, iyonların ııisbeten serbest difüzyonuna izin verir. Dolayısıyla, işlevsel açıdan, iyonların kalp kası liflerinin uzun ekseni boyunca kolaylıkla hareket etm eleri sağla­ nır. Böylece aksiyon potansiyelleri çok küçük bir engelle karşılaşarak interkale diskleri geçer ve bir kalp kası hücresinden diğerine iletilirler. Kalp ka­ sı, bir sinsisyum oluşturacak şekilde biraraya gel­ miş pekçok kalp kası hücresinden m eydana gelir. Bu sinsisyumdaki kalp hücreleri birbirlerine öyle­ sine bağlanm ıştır ki, hücrelerden biri uyarılınca, aksiyon potansiyeli hücreden hücreye kafes işi­ nin tüm bağlantılarına yayılarak bütün hücrelere ulaşır. Kalp gerçekte iki sinsisyumdan meydana gelir. Bunlar, iki atriyumun duvarlarını oluşturan atıiyum sinsisyumıı ve iki ventrikülün duvarlarını oluşturan veııtrikül sinsisyumuclur Atriyumlarla ventriküller arasındaki kapak açıklıklarını çevrele­ yen fibröz doku, atriyumları ventrikiillerden ayırır. Normalde aksiyon potansiyelleri, atriyum sinsisyum undan ventıikül sinsisyumuna yalnızca özelleş­ miş bir ileti sistem i aracılığıyla çapları birkaç m ili­ metre olan ileti liflerinin oluşturduğu atriyoventrikiiler (A-VJ d em et ile) iletilebilir. A-V demet Bölüm 10’da ayrıntılarıyla tartışılmıştır. Kalbin kas kitlesi­ nin bu şekilde iki işlevsel sinsisyuma bölünmesi, atriyumların ventrikiillerden kısa bir süre önce ka­ sılmasına olanak verir. Bu da kalp pompasının et­ kinliği açısından önemlidir.

BÖLÜM 9 • Kalp Kası; Bir Pompa Olarak Kalp

BAŞ VE ÜST EKSTREMİTE

S

+20

-40-60-80-1 0 0 +200 -2 0

Aorta Pulmoner arter

Purkinje lifi

„-Düzlük

S

97

S

-Düzlük

0

vena kava

-20

Sağ atriyum

Pulmoner ven

-4 0 -6 0 -8 0

Sol atriyum

kapak

-100

Aort kapağı kapak

2

Mitral kapak

Sağ ventrikül

Sol ventrikül

İnferiyor vena kava

Ventrikül kası

Saniye

Ş E K İL 9 - 3 Bir Purkinje ve bir venlrikiil kas lifinden mikroelektrotlarla kaydedilen ritmik aksiyon potansiyelleri.

t

kalp kasındaki kasılmanın iskelet kasındakine kı­ yasla 15 kez daha uzun sürmesine neden olur.

GÖVDE VE BACAKLAR

Ş E K İL 9 - 1 Kalbin yapısı ve kalp boşluklarında kanın akışı.

Kalp Kasında Aksiyon Potansiyelleri Şekil 9 ,3 ’deki alt kayıtta gösterilen aksiyon potansi­ yeli ventrikül kasından kaydedilmiş olup, 105 milivolttur. Yüzbeş milivolt, zar potansiyelinin, norm al­ de oldukça negatif olan değerinin üzerine çıkarak düşük bir pozitif değer olan yaklaşık + 2 0 milivolt’a ulaşırken gösterdiği değişimin miktarıdır. Pozitif kısma aşm a potansiyeli (oveıshoot potential) adı verilir. Başlangıçtaki dikenden (spike) sonra zar, atriyum kasında yaklaşık 0 . 2 saniye, ventrikül kasında ise yaklaşık 0.3 saniye süreyle depolarize kalarak, Şekil 9 -3 ’de de görüldüğü gibi, bir düzlük (plato) oluşturur. Platonun sonunda ani repolarizasyon olur. Aksiyon potansiyelinde bu platonun varlığı,

Ş E K İL 9 - 2 K alp k a s ın ın b a ğ la n tılı "s in s is y a l" y ap ısı.

Uzun Aksiyon Potansiyeli ve Platonun N e d e ­ ni. Bu noktada şu soruları sorm am ız gerekir: Ne­ den kalp kasında aksiyon potansiyeli bu kadar uzun sürer ve neden iskelet kasında değil de kalp kasında bir plato vardır? Bu soruların tem el biyofiziksel cevapları Bölüm 5 ’de verilmiştir, fakat bunla­ rı, burada tekrar özetlemekte yarar vardır. Kalp ve iskelet kası zarlarının özellikleri arasın­ daki en az iki temel farklılık, kalp kasında aksiyon potansiyelinin uzun sürm esinden ve platonun oluşmasından sorumludur. Birincisi, iskelet kasında aksiyon potansiyeli n e­ redeyse tamamen, çok büyük miktarlarda sodyum iyonunun iskelet kası lifine girmesine izin veren çok sayıda hızlı sodyum kanalının aniden açılması ile meydana gelir. Bu kanallara “hızlı” kanallar adı verilmiştir, çünkü yalnızca birkaç 1 /1 0 . 0 0 0 saniye süresince açık kalır ve sonra aniden kapanırlar. Ka­ nallar kapandıktan sonra repolarizasyon başlar ve bir başka 1 /1 0 . 0 0 0 saniye veya daha uzun bir süre içerisinde aksiyon potansiyeli son bulur. Diğer yandan, kalp kasında, aksiyon potansiyeli iki tür kanalın açılması ile meydana gelir: ( 1 ) iskelet kasındakilerin aynısı olan hızlı sodyum kanalları, (2 ) başka bir grup kanal olan yavaş kalsiyum kanalları, ki bunlara kalsiyum-sodyum kanalları da denir. Bu ikinci gruptaki kanallar daha yavaş açıldıkları için hızlı sodyum kanallarından farklıdır. Fakat daha da önemlisi, birkaç 1 / 1 0 saniye süresince açık kalırlar. Bu süre içerisinde çok büyük miktarlarda kalsiyum ve sodyum iyonu, bu kanallardan geçerek kalp kası lifinin içine akarlar. Bu akış, uzun süreli bir depolaıizasyon sağlayarak aksiyon potansiyelindeki platoyu oluşturur. Dahası, aksiyon potansiyeli sırasında kasa giren kalsiyum iyonları, kas kasılması olayının uyarıl­ masına aracı olarak, önemli bir görev yaparlar. Bu bölümde daha som a tarüşıldığı gibi bu durum, kalp kası ve iskelet kası arasındaki bir başka farklılıktır. Hem aksiyon potansiyelinin uzamasına hem de

98

ÜNİTE III • Kalp

platonun oluşmasına neden olan, kalp kası ve iske­ let kası arasındaki ikinci temel işlevsel farklılık şu­ dur: aksiyon potansiyelinin başlamasından hem en sonra iskelet kasında gözlenmeyen bir olay meyda­ na gelir, kalp kası zarının potasyum geçirgenliği yaklaşık beşte birine kadar azalır. Potasyum geçir­ genliğindeki bu azalma, aşırı miktarda kalsiyumun yukarıda belirtilen kalsiyum kanallarından hücre içine akm asına bağlı olabilir. Nedeni ne olursa ol­ sun, aksiyon potansiyelinin platosu sırasında po­ tasyum geçirgenliğinin azalması, potasyum iyonla­ rının hücre dışına akışını önemli derecede azalta­ rak potansiyelin dinlenim düzeyine dönmesini ge­ ciktirir. Yavaş kalsiyum-sodyum kanalları 0.2-0.3 saniyenin sonunda kapanınca, kalsiyum ve sod­ yum iyonlarının hücre içine akışı durur, zarın po­ tasyum geçirgenliği hızla artar. Lif hızla potasyum kaybedince, zar potansiyeli dinlenim düzeyine geri döner, böylece aksiyon potansiyeli son bulur. Kalp Kasında İleti Hızı. Aksiyon potansiyelinin hem atriyum hem de ventrikül kaslarının liflerin­ deki ileti hızı, yaklaşık 0.3-0.5 m/sıı’dir. Bu hız, çok kalın sinir liflerindeki hızın yaklaşık 1 /250’si, iskelet kası liflerindeki lıızın yaklaşık 1 /1 0 ’udur. İleti hızı, özelleşmiş ileti sistem inin (Purkinje lifleri) çoğu bölümünde 4 m/sıı kadar büyük olabilir. Bu sistem Bölüm 10’da açıklandığı gibi uyarıcı sinyallerin kalpte hızla iletilmesini sağlar. Kalp Kasında Cevapsız Dönem (R efrakter Periyod). Kalp kası, bütün uyarılabilir dokular gibi aksiyon potansiyeli sırasında yeniden uyarılmaya cevap vermez. Dolayısıyla kalbin cevapsız dönemi, Şekil 9 -4 ’iin solunda da görüldüğü gibi, kalp kası­ nın daha önce uyarılmış bir bölgesinin normal bir kalp uyarısı ile yeniden uyarılmasının mümkün ol­ madığı zaman aralığıdır. Ventrikülün normal ce­ vapsız dönemi 0.25 ila 0.30 saniye olup, aksiyon potansiyelinin süresi kadardır. Buna ek olarak, yak­ laşık 0.05 saniye süren bir göreceli cevapsız dönem de vardır. Bu süre içerisinde kası uyarmak norm al­ den daha zordur, fakat yine de kas uyarılabilir. Böy­

ŞEKİL 9 - 4 Kalp kasılmasında cevapsız dönem (refrakter periyod) ve görece­ li cevapsız dönem (rölatif refrakter periyod), erken ve geç prema­ türe kasılmaların etkisi. Prematüre kasılmaların iskelet kasından farklı olarak dalga stımasyonu yaratmadığına dikkat ediniz.

le bir durum Şekil 9-4’de, ikinci örnekteki erken prematüre kasılma ile gösterilmiştir. Atriyum kasının cevapsız dönem i ventrikülünkinden çok daha kısadır (atrium laıda yaklaşık 0.15 saniyeye karşılık ventrikiillerde 0.25-0.30 sn)

Uyarılm a-Kasılm a Bağlantısı-Transvers Tüb ülle rin ve Kalsiyum İyonlarının G örevleri “Uyarılma-Kasılma Bağlantısı” terimi, aksiyon p o ­ tansiyelinin kas m iyofibrilleıinin kasılmasını sağla­ mak için kullandığı mekanizmayı ifade eder. Bu ko­ nu iskelet kası için Bölüm 7 ’de tartışılmıştır. Kalp kasında bu mekanizmada da farklılıklar olup, bun­ ların kalp kasının kasılma özellikleri üzerinde önemli etkileri vardır. İskelet kası için de geçerli olduğu gibi, bir aksiyon potansiyeli kalp kasının zarı üzerine ilerlerken ayaıı zamanda transveıs (T) tübiillerin zarları boyunca da ilerleyerek, kalp kası lifinin iç kısımlarına yayılır. T tübiillerindeki aksiyon potansiyelleri longitüdinel sarkoplazmik tübüllerin zarlarını etkileyerek, kalsi­ yum iyonlarının hızla sarkoplazmik ıetikulumdan kasın saıkoplazm asına serbestlem esine neden olurlar. Bu kalsiyum iyonları, salınmalarım izleyen birkaç 1 / 1 0 0 0 saniye içerisinde miyofıbriller içine yayılır; aktin ve miyozinin birbirleri üzerinde kay­ malarını sağlayan kimyasal tepkimeleri katalizleye­ rek kas kasılmasına neden olurlar. Buraya kadar uyarılm a-kasılm a bağlantısının mekanizması iskelet kasındaki ile aynıdır, fakat çok farklı ikinci bir etki daha vardır. Sarkoplazmik retikulumun sisternalarından sarkoplazmaya serbest­ leyen kalsiyum iyonlarına ek olarak, aksiyon potan­ siyeli sırasında T tübülleriııden de sarkoplazmaya büyük miktarda kalsiyum difüzyonu gerçekleşir. T tiibüllerinden gelen bu ek kalsiyum olmasaydı kalp kasının kasılma kuvveti kesinlikle ve önemli ölçüde azalırdı. Çünkü kalp kasının sarkoplazmik retikulumu, iskelet kasınınkine oranla daha az gelişmiştir ve tam bir kasılma sağlayacak kadar kalsiyum içer­ mez. Diğer yandan T tübüllerinin çapı kalp kasında iskelet kasındakiniıı 5 katı büyüklüktedir. Bu da, hacm in 25 kat büyük olduğu anlam ına gelir. Ayrıca, T tübüllerinin içinde büyük miktarda mukopolisakkarid bulunur; ‘bunlar elektronegatif yüklüdür ve bol miktarda kalsiyum iyonu bağlayarak çok daha fazla kalsiyum iyonunun depolanmasını sağlarlar. Bu kalsiyum iyonları, T tiibülünde aksiyon potansi­ yeli oluştuğu zaman kalp kası lifinin içine difiize ol­ maya hazır şekilde saklanır. Kalp kasının kasılma kuvveti, büyük ölçüde, hücredışı sıvılardaki kalsiyum iyonlarının yoğunluğu­ na bağlıdır. Bunun nedeni, kalp kasının inteıstisyumundaki hücre dışı sıvısının, doğrudan doğruya kalp kası liflerinin dışına açılan T tübüllerinin uçla­ rından süzülerek T tiibüllerine de girmesidir, sonuç olarak, T tübül sistem inin içerdiği kalsiyum iyonla­ rının miktarı -kalp kası kasılmasını başlatmaya ha­ zır kalsiyum iyonları- büyük ölçüde hücıedışı sıvı­ nın kalsiyum iyonu yoğunluğuna bağlıdır. (Tersine, iskelet kasının kasılma kuvveti, hiicredışı

BÖLÜM 9 • Kalp Kası; Bir Pompa Olarak Kalp

sıvıdaki kalsiyum yoğunluğundan hemen hemen hiç etkilenmez. Çünkü kasılmaya hemen tamamen iske­ let kası lifinin kendi içindeki sarkoplazmik retikulumdan serbestlenen kalsiyum iyonları neden olur.) Kalbin aksiyon potansiyelindeki platonun sonun­ da, kalsiyum iyonlarının kas lifinin içine akışı ani­ den son bulur ve sarkoplazmadaki kalsiyum iyonla­ rı hızla hem sarkoplazmik retikuluma hem de T tübüllerine geri pompalanır. Sonuç olarak yeni bir ak­ siyon potansiyeli oluşuncaya kadar- kasılma durur.

Kasılmanın Süresi. Kalp kası, aksiyon potansiyeli baş­ ladıktan birkaç milisaniye sonra kasılmaya başlar. Kasıl­ ma, aksiyon potansiyelinin son bulmasından birkaç mi­ lisaniye sonraya kadar devam eder. Dolayısıyla, kalp ka­ sında kasılmanın süresini aksiyon potansiyelinin süresi belirler. Bu süre, atriyum kasında yaklaşık 0.2 saniye ve ventrikül kasındaki yaklaşık 0.3 saniyedir. Kalp Hızının Kasılmanın Süresine Etkisi. Kalp hızı artın­ ca, kalbin kasılma ve gevşeme evrelerini kapsayan her bir tam döngüsünün süresi kısalır. Aksiyon potansiyeli­ nin süresi ve kasılma dönemi (sistol) de kısalır. Fakat bu kısalmanın oranı, gevşeme evresindeki (diyastol) kısal­ manın oranı kadar büyük değildir. Dakikada 72 atımlık normal bir kalp hızında, kasılma dönemi bütün bir dön­ günün yaklaşık %40’ıdır. Kalp hızı normalin 3 katı ise bu dönem, tüm döngünün yaklaşık %65’idir. Bu, çok hızlı attığı zaman kalbin, bazen bir sonraki kasılmadan önce kalp boşluklarının tamamen dolmasına olanak verecek kadar uzun bir süre gevşek kalmadığı anlamına gelir.

Fırlatma Eşhacimli kasılma 120 100

E E

KALP DÖNGÜSÜ Bir kalp atımının başlangıcından, bir sonraki kalp atı­ mının başlangıcına kadar- gerçekleşen kalp olaylarına kalp döngüsü (kardiyak siklus) adı verilir. Her bir dön­ gü, Bölüm 10’da da anlaüldığı gibi, sinüs düğümünde bir aksiyon potansiyelinin kendiliğinden oluşması ile başlar. Bu düğüm, sağ atriyumun superiyor lateıal du­ varında, superior vena kavanın ağzına yakın yerleş­ miştir. Aksiyon potansiyeli hızla her iki atriyuma ve oradan da A-V demet ile ventriküllere yayılır. Atriyumlardan ventriküllere geçişi sağlayan ileti sisteminin özel düzeni sayesinde kalp uyarısı, atriyumlardan venüiküllere 1 / 1 0 saniyeden daha uzun süren bk ge­ cikme ile geçer. Bu gecikme, atriyumların venüiküllerden önce kasılarak, kuvvetli venüikül kasılmasın­ dan önce kam ventriküllere pompalamasını sağlar. Bu şekilde, atriyumlar venüiküller için hazırlayıcı pom ­ palar olarak görev yaparlar. Ventrikiiller ise kanı da­ mar sisteminde iten ana güç kaynağını oluştururlar.

Sistol ve Diyastol Kalp döngüsü, kalbin kan ile dolduğu, diyastol adı ve­ rilen bir gevşeme döneminden ve bunu izleyen, sistol adı verilen bir kasılma döneminden meydana gelir. Kalp döngüsü sırasındaki çeşitli olaylar Şekil 95 ’de görülmektedir. Üst kısımdaki üç eğri, sırasıyla

-Eşhacimli gevşeme Hızlı içe akım Diyastaz Atriyum sistolü

Aort kapağı açılır

-

D) X

Aort basıncı

60 A-V kapak

0w 3 40 C0 20 0

_ 130

99

A-V kapa -

Atriyum basıncı Ventrikül basıncı

-

Ventrikül hacmi

90 -| 50 Elektrokardiyogram

Fonokardiyogram Diyastol

ŞEKİL 9 - 5 Sol ventrikülün işlevi ile ilgili olarak kalp döngüsünde ortaya çıkan olaylar. Şekilde sol atriyum basıncı, sol ventrikül basıncı, aort basıncı, ventrikül hacmi, elektrokardiyogram ve fono kardiyogramdaki değişiklikler görülmektedir.

100

ÜNİTE III • Kalp

aorta, sol ventrikül ve sol atıiyumdaki basınç deği­ şikliklerini göstermektedir. Dördüncü eğri ventrikül hacmindeki değişiklikleri, beşinci elektıokardiyogramı, altıncı ise kalbin -özellikle kalp kapaklarınınpompalarken çıkardığı seslerin kaydı olan fonokardiyogramı temsil etmektedir. Okuyucunun bu şekli ayrıntılı olarak incelemesi ve gösterilen bütün olay­ ların nedenlerini kavraması özellikle önemlidir.

Elektrokardiyogramın Kalp Döngüsü ile İlişkisi

c dalgası ventriküller k asılm ay a b a şla d ığ ı z a m a n b e li­ rir. Bu dalga kısm en ventrikül k a sılm a sın ın b a şla n g ıc ın ­ d a kü çü k bir m iktarda kanın atriy u m lara geri ak m asın a, fakat olasılıkla da b a şlıc a A-V kapakların , ven trikülleıdeki b asın cın artm ası neden iyle, geriye atriy u m lara doğru esn em esin e bağlıdır. v dalgası ventrikül kasılm asın ın so n u n a doğru belirir, ventrikül k asılm ası sıra sın d a A-V kap ak lar k apalı iken, kanın ven lerden atriy u m lara y av a şça a k m a sın a bağlıdır. Ventrikül k asılm ası son bulup, A-V k ap ak lar açılın ca b u kan h ızla ventriküllere ak ar ve v d a lg ası kaybolur.

Ventriküllerin Pompa Olarak Görevi Şekil 9 -5 ’deki elektrokardiyogram, Bölüm 11, 12 ve 13’de tartışılan P,Q,R,S ve T dalgalarını gösterm ek­ tedir. Bu dalgalar, kalpte oluşan ve vücut yüzeyin­ den elektrokardiyogıaf ile kaydedilen elektriksel voltajlardır. P dalgası, depolarizasyonun atriyumlara yayılm ası ile oluşur. Bunu izleyen atriyum ka­ sılması, P dalgasından hem en sonra, atriyum b a­ sıncı eğrisinde hafif bir yükselmeye neden olur. P dalgasının başlangıcından yaklaşık 0.16 saniye sonra, ventrikiillerin depolarizasyonuna bağlı ola­ rak QRS dalgaları belirir. Ventıiküllerin depolarizasyonu, şekilde de görüldüğü gibi, ventriküllerin kasılm asına ve ventrikül basıncının yükselmeye başlam asına neden olur. Dolayısıyla, QRS komp­ leksi ventrikül sistolünün başlangıcından çok kısa bir süre önce başlar. Elektrokardiyogramda son olarak ventrikiillerin T dalgası izlenir. Bu dalga, ventrikül kası liflerinin gevşemeye başladığı zamanı, yani ventriküllerin repolarizasyon evresini temsil eder. Dolayısıyla, T dalgası ventrikül kasılmasının son bulmasından kı­ sa bir süre önce meydana gelir.

Atriyumların Hazırlayıcı Pompa Olarak Görevi Kanın büyük venlerden atriyumlara akışı normalde süreklidir; kanın yaklaşık % 75’i atriyumlar kasılma­ dan önce atriyumların içinden geçip doğrudan ventriküllere akar. Bunu izleyen atriyum kasılması, genellikle ventriküllerin dolm asının geri kalan % 25'ind eıı sorumludur. Dolayısıyla, atriyumlar ventriküllerin pompa olarak etkinliğini %25 ora­ nında artıran hazırlayıcı pompalar olarak görev ya­ parlar. Ancak, bu ek %25 etkinlik olmasa bile kalp, çoğu koşulda, yeterli düzeyde çalışmaya devam edebilir. Çünkü kalp, normalde vücudun kan ge­ reksiniminden % 300-400 daha fazlasını pom pala­ ma kapasitesine sahiptir. Dolayısıyla, kişi egzersiz yapmadığı takdirde, atriyumlar görev yapmadığı zaman oluşan farkı fark etmek zordur. Egzersiz anında ise nefes darlığı başta olmak üzere, bazen kalp yetersizliğinin akut belirtileri gelişir. Atriyumlardaki Basınç Değişikliklerime ve v Dalga­ ları. Şekil 9-5’deki atriyum b asın cı eğrisin de üç an a b a ­ sın ç artışı dikkati çeker. B un lar a, c ve v atriyum basınç dalg aları olarak adlandırılır. a dalgasın a atriy um k a sılm ası n eden olur. Genellikle, atriy u m k asılm a sı sırasın d a sağ atriyum b asın cı 4-6 m m Hg, sol atriyum b asın cı ise yaklaşık 7-8 m m I Ig yükselir.

Ventriküllerin Dolması. Ventrikül sistolü sırasında A-V kapaklar kapalı olduğu için atriyumlaıda büyük miktarlarda kan birikir. Dolayısıyla, sistol sona erip ventrikül basınçları düşük diyastolik değerlerine ge­ ri iner inmez, orta derecede ai tmiş olan atriyum b a ­ sınçları, hemen A-V kapakları iterek açar ve Şekil 95’de ventrikül hacmi eğrisindeki yükselme ile göste­ rildiği gibi, kanın hızla ventriküllere akmasını sağlar. Buna ventriküllerin hızlı dolma dönemi adı verilir. Hızlı dolma dönemi yaklaşık olarak diyastolün ilk üçte birini kapsar. Diyastolün ikinci üçte birinde normalde ventriküllere yalnızca çok küçük bir m ik­ tarda kan akımı olur. Bu kan, venlerden atriyum la­ ra boşalmaya devam eden ve atriyumlardan da doğrudan ventriküllere geçen kandır. Diyastolün son üçte birinde atriyumlar kasılır ve kanın ventriküllere akışı için ek bir itici güç oluştu­ rurlar. Bu da, her bir kalp döngüsü sırasında ventri­ küllerin dolmasının yaklaşık % 25’inden sorumludur. Ventriküllerin Sistol Sırasında Boşalması Eş hacimli (izovolem ik, izom etrik) Kasılma D ö n e ­ mi. Şekil 9 -5 ’de de görüldüğü gibi ventrikül kasıl­ ması başladıktan hem en sonra, ventrikül basıncı aniden yükselir ve A-V kapakların kapanm asına neden olur. Bu andan itibaren ventriküllerin, aorta ve pulmoner arterdeki basınçlara rağmen sem ilu­ nar (aortik ve pulmoner) kapakları iterek açm aları­ na yetecek kadar basıncı oluşturmaları için 0 ,0 2 0,03 saniyeye dalia gerek vardır. Dolayısıyla, bu sü­ re içerisinde ventriküllerde kasılma olur, fakat hiç boşalma olmaz. Bu döneme, kasta gerimin arttığı­ nı fakat kas liflerinde kısalma meydana gelmediği­ ni ifade etmek için eşhacim li (izovolemik) veya eşuzunlukta (izometrik) kasılm a dönem i adı veri­ lir. (Bu tam anlamıyla doğru değildir, çünkü apeksten tabana kısalma ve çevresel uzama olur.) Fırlatma (Ejeksiyon) D önem i. Sol ventrikül basın­ cı 80 mm Hg’nin biraz üzerine ve sağ ventrikül ba­ sıncı 8 mm Hg’nin biraz üzerine) çıktığı zaman, ventrikül basınçları sem ilunar kapakları iterek açar. Kan, hem en ventriküllerden dışarı akmaya başlar; kanın yaklaşık % 7 0 ’i fırlatma dönem inin ilk üçte biri sırasında, geri kalan % 30’u ise sonraki üç­ te ikisi sırasında boşalır. Dolayısıyla ilk üçte birlik döneme lıızlı fırlatm a dönemi, son üçte ikilik dö­ neme de yavaş fırlatm a dönem i adı verilir.

BÖLÜM 9 • Kalp Kası; Bir Pompa Olarak Kalp

Eşhacim li (İz o m e trik ) G e vş em e D ö n e m i. Ventriküllerin, sistolün sonunda aniden gevşem e­ ye başlaması, ventrikül içi basınçların hızla düş­ m esine neden olur. Büyük arterlerde gerilme n e­ deni ile yükselmiş olan basınçların kanı hem en ventrikülleıe doğru geri itm esi ile aoıtik ve pulm oner kapaklar bir çarpm a sesi çıkararak kapa­ nırlar. Bunu izleyen 0.03-0.06 saniye süresince ventrikül hacm i değişmediği halde, ventrikül kası­ nın gevşemeye devam etm esi izovolem ikveya. izo­ m etrik gevşem e dönem ini oluşturur. Ventrikül içi basınçlar, bu dönem sırasında hızla diyastoldeki düşük değerlerine geri dönerler. Bunu izleyerek ventıikülün yeni bir pom palam a döngüsünü b aş­ latm ak üzere A-V kapaklar açılır.

101

MİTRAL KAPAK -------Yaprak ------- Korda tendina

Papiller kaslar

Yaprak AORT KAPAĞI

Diyastol-Sonu Hacmi, Sistol-Sonu Hacmi ve Vurum Hacmi. Diyastol sırasında dolan herbir ventrikülün hacm i normalde 1 1 0 - 1 2 0 mililitreye yükselir. Bu hacim diyastol-sonıı lıacm i olarak bili­ nir. Bunu izleyen sistol sırasında ventriküller boşa­ lınca, herbirinin hacm i yaklaşık 70 mililitre azalır. Buna atnn hacm i denilir. Herbir ventrikülde geride kalan hacim yaklaşık 40-50 mililitre olup, sistol-sonıı h acm i adını alır. Diyastol-sonu hacminin fırlatı­ lan oranına ejeksiyon fraksiyonu adı verilir - genel­ likle yaklaşık % 60’a eşittir. Sistol-sonu hacmi, kalp kuvvetli kasıldığı zaman 1 0 - 2 0 mililitre gibi küçük değerlere kadar düşebilir. Diğer yandan, diyastol sırasında ventriküllere çok büyük miktarlarda kan akımı olursa diyastol-sonu hacim ler normal bir kalpte 150-180 mililitreye ka­ dar artabilir. Hem diyastol sonu hacmini artırarak, hem de sistol-sonu hacm ini azaltarak vurum h ac­ mi bazen normalin iki katma çıkartılabilir.

Kapakların İşlevi A triyo v en trik ü ler Kapaklar. A-V k ap aklar (777kiispid ve m itral kap aklar) sistol sırasında kanın atriyumlardan ventriküllere geri akmasını engeller. Sem ilunar k a p a k la r ise (aort ve pulm oner kapak­ lar) diyastol sırasında kanın aorta ve pulmoner ar­ terlerden ventrikül içine geri akmasını engeller. Şe­ kil 9-6 ’da gösterilen tüm bu kapaklar, tam amen p a ­ s if olarak kapanır ve açılırlar. Yani geriye doğru bir basınç farkı kanı geriye doğru itince kapanır, ileriye doğru bir basınç farla kanı ileriye doğru itince açı­ lırlar. Anatomik nedenlerle, zar gibi ince olan A-V kapakların kapanması için geriye akıma hem en h e­ m en hiç gerek yoktur, daha ağır olan semilunar ka­ pakların kapanması ise birkaç milisaniye süren ol­ dukça kuvvetli bir geriye akımı gerektirir. Papiller kasların G örevi. Şekil 9-6 ’da, korda tendiııa ile A-V kapakların yapraklarına tutunan papiller kaslar da görülmektedir, papiller kaslar, ventrikül duvarı kasıldığı zaman kasılırlar, fakat beklenenin tersine, kapakların kapanm asına yardım etmezler. Bunun yerine, kapakların yapraklarını ventrikülle­ rin içine doğru çekip, ventrikül kasılması sırasında geriye, atriyuma doğru çok fazla esnemelerini en-

ŞEKİL 9 - 6 Mitral ve aort kapakları.

gelleıier. Bir korda tendina yırtılıısa veya papiller kasların biri felç olursa, kapaklar geriye doğru faz­ laca esnerler. Bazen öyle çok esnerler ki şiddetli ka­ çak meydana gelir. Bu da, şiddetli ve hatta ölümcül kalp yetersizliğine neden olur. A o rt ve Pulm oner Kapaklar. Aort ve pulm oner semilunar kapakların işlevi, A-V kapaklarınkinden oldukça farklıdır. Birincisi, sistol sonunda çok yük­ sek olan arter basınçları, sem ilunar kapakların bir çarpma sesi çıkararak aniden kapanmalarına n e ­ den olur, A-V kapaklar ise çok daha yavaş kapanır­ lar. İkincisi, açıklıkları daha küçük olduğu için ka­ nın aort ve pulmoner kapaklardan fırlatılma lıızı, çok daha geniş olan A-V kapaklardaki hızdan ol­ dukça büyüktür. Ayrıca, semilunar kapakların ke­ narları hızlı fırlatma ve hızlı kapanma nedeniyle AV kapaklara kıyasla çok daha fazla m ekanik aşın­ mayla karşı karşıyadır. Ve son olarak, sem ilunar ka­ paklarda A-V kapakları destekleyen korda tendinalar yoktur. Şekil 9 -6 ’da gösterilen anatom ik yapıla­ rından açıkça anlaşıldığı gibi aoı tik ve pulmoner kapaklar, aşırı fizik zorlanmalara dayanacak şekil­ de uyum sağlamışlardır.

Aort Basıncı Eğrisi Sol ventrikül kasıldığı zam an, v entrikül basıncı aort kapağı açılıncaya kadar hızla yükselir. Bundan so n ­ ra ise, Şekil 9 -5 ’de de görüldüğü gibi ventrikül için ­ deki basıncın yükselmesi yavaşlar. Çünkü kan h e­ men ventıiküllerden aortaya akar. Arterlere giren kan arter duvarlarının gerilm esi­ ne ve basıncın yükselmesine neden olur, sistol so ­ nunda sol ventrikül kan fırlatmayı durdurup, aort kapağı kapandığı zaman ise arterlerin esnek to p al­ lanma özelliği (elastic ıecoil) sayesinde, diyastol sı­ rasında bile arterlerde yüksek basınç korunur. Aort kapağı kapandığı zaman aort basıncı eğri­ sinde bir çentik meydana gelir. Bunun nedeni, ka­

102

ÜNİTE III • Kalp

pağın kapanmasından hem en önce kanın kısa bir süre için geriye doğru akması ve bunu izleyerek ge­ ri akımın aniden durmasıdır. Aortadaki basınç aort kapağı kapandıktan sonra diyastol boyunca yavaş yavaş düşer, çünkü gerilen esnek arterlerde birikmiş olan kan sürekli olarak çevre damarlar yolu ile venlere geri akar. Aort ba­ sıncı ventrikül yeniden kasılmadan önce, genellik­ le yaklaşık 80 mmHg’ya (diyastol basıncı) düşer, ki bu ventrikül kasılması sırasında aortada meydana gelen en yüksek basınç olan 120 mm Hg’nın (sistol basıncı) üçte ikisidir. Pulm oner arterdeki basınç eğrisi aortadakine benzer. Tek fark, Bölüm 14’de tartışıldığı gibi ba­ sınçların aortadakileıin sadece altıda biri kadar ol­ masıdır. K alp S esjerinin Kalbin P o m p alam a İşlevi ile İlişkisi Kalbi bir stetoskop ile dinlerken kapakların açıldığını duymayız, çünkü nisbeten yavaş gelişen bir olay olan açılma, ses çıkarmaz. Fakat kapaklar kapanınca gelişen ani basınç farklarının kapakların yapraklarında ve çevre­ deki sıvılarda neden olduğu titreşimler, göğüse tüm yön­ lerde yayılan sesler çıkarır. Ventrikül kasıldığı zaman, ilk olarak A-V kapaklarının kapanması ile oluşan bir ses duyarız. Frekansı (perdesi, pilch) düşük, süresi nisbeten uzun olan bu titreşim, bi­ rinci kalp sesi olarak bilinir. Sistol sonunda aort ve pul­ moner kapaklar kapanırken nisbeten hızlı bir çarpma sesi duyarız, çünkü bu kapaklar hızlı kapanır ve çevrede­ ki herşey sadece kısa bir süre titreşir. Bu ses ikinci kalp sesi olarak bilinir. Kalp seslerinin tam nedenleri Bölüm 23’de oskültasyon ile bağlantılı olarak, ayrıntısıyla tartışılmıştır.

Ventrikülün Pompalama işlevinin Grafik Analizi Şekil 9-7’de görülen grafik diyagram sol ventrikülün pompalama mekaniğini açıklamak için özellikle faydalı­ dır. Şeklin en önemli parçaları, “diyastol basıncı” ve “sis­ tol basıncı" olarak isimlendirilmiş iki kalın siyah eğridir. Bu eğriler hacim- basınç eğrileridir. Diyastol basıncı eğrisi, kalp giderek artan miktarlarda kan ile doldurulup, ventrikül kasılmadan hemen önce diyastol basıncı ki bu ventrikülün diyastol-sonu basıncıdır) ölçülerek elde edilir. Sistol basıncı eğrisi, ventrikülün her bir doluş hacmin­ de kasılması sırasında meydana gelen en yüksek sistol basıncı ölçülerek elde edilir. Ventrikül hacmi yaklaşık 150 mililitrenin üzerine çı­ kıncaya kadar, diyastol basıncı pek fazla yükselmez. Dolayısıyla bu hacme kadar, kan atriyumlardan ventri­ küllere kolaylıkla akabilir. 150 mililitrenin üzerinde, kısmen kalbin fibröz dokusunun daha fazla gerileme­ mesine, kısmen de kalbi saran perikaıdın son haddine kadar gerilmiş olmasına bağlı olarak, diyastol basıncı hızla artar. Ventrikül hacmi giderek artırılırsa, ventrikül kasılması sırasında ölçülen sistol basıncı da hızla artar ve ventrikül hacmi 150-170 mililitre iken en yüksek değerine erişir. Hacim daha da artarsa, sistol basıncı eğrisindeki düşü­ şün de gösterdiği gibi, bazı koşullar altında sistol basıncı düşer. Çünkü bu büyük hacimlerde kalp kasının aktin ve miyozin fılamentleri, kalp lifinin kasılma kuvvetinin op­ timum düzeyin altına düşmesine neden olacak kadar birbirlerinden uzaklaşırlar. Şekilde uyarılmamış normal bir sol ventrikül için en yüksek sistol basıncının 250 ile 300 mırıl Ig arasında ol­ duğuna özellikle dikkat ediniz. Bu durum kalbin kuvve­ tine göre geniş değişkenlik gösterir. Normal bir sağ ventrikül için maksimum sistolik basınç 60 ile 80 mmHg arasındadır.

K albin Y ap tığı İş Kalbin vurum işi, kalbin her bir kalp vurumu sırasında arterlere kan pompalarken işe dönüştürdüğü enerjinin miktarıdır. Dakika işi, bir dakikada işe dönüştürülen enerjinin toplam miktarı olup, vurum işi ile dakikadaki kalp atım hızının çarpımına eşittir. Kalbin yaptığı iş iki şekildedir. İlk olarak oldukça bü­ yük bir kısmı kanı düşük basınçlı venlerden yüksek ba­ sınçlı arterlere hareket ettirmek için kullanılır. Buna hacim-basmç işi veya dış iş adı verilir. İkinci olarak enerji­ nin küçük bir kısmı, kana aortik ve pulmoner kapaklar­ dan fırlatılma hızını kazandırmak için kullanılır. Yapılan işin bu kısmı, kan akımının kinetik enerjisidir. Sağ ventrikülün yaptığı dış iş, normalde sol ventriküliin yaptığı işin yaklaşık altıda biridir. Çünkü bu iki ventrikül farklı sistol basınçlarına karşı pompalama yapmak zorundadır. Dış iş sol ventrikülün her bir kalp vurumu sırasında kanın basıncını yükseltmek için yaptığı iş vurum hacmi­ nin fırlatma hızının karesi ile çarpımına eşittir. Genellikle, sol ventrikülün kan akımının kinetik ener­ jisini oluşturmak için yapması gereken iş, ventrikülün yaptığı toplam işin yalnızca yaklaşık yüzde biridir, dola­ yısıyla toplam vurum işi hesaplanırken ihmal edilir. Ka­ nın daralmış kapaktan büyük bir hızla aktığı aort darlığı gibi bazı bozukluk durumlarında, kanın kinetik enerjisi­ ni sağlamak için, kalbin yaptığı toplam işin %50’sinden daha fazlası gerekebilir.

300-ı

ŞEKİL 9 • 7 Sistol ve diyastol sırasında sol ventrikül hacm i ile intraventrikiiler basınç ilişkisi. Ayrıca, kalp siklusu sırasında intraventriküler hacim ve basınç değişmeleri, “hacim basınç diyagramı”da kırmızı kalın çizgilerle gösterilmiştir.

BÖLÜM 9 • Kalp Kası; Bir Pompa Olarak Kalp

Kalp Döngüsü Sırasındaki "Hacim-Basınç D iyagra­ mı", Kalbin Yaptığı iş. Şekil 9-7’deki kırmızı eğriler, sol ventrikül için, kalp d ö n g ü sü n ü n h acim -b asın ç d iy ag ra­ m ı adı verilen bir halkayı m e y d an a getirirler. Bu d iy ag­ ram dört evreye ayrılır. Evre I: Doluş Dönemi. B a sm ç -h a c im çizgisin in bu evresi, ven trikül h ac m i y ak laşık 45 m ililitre, d i­ y asto l b a sın c ı ise y ak laşık 0 m m H g iken başlar, k ırk b eş m ililitre bir ön ceki kalp atım ın d an so n ra ve n trik ü ld e k alan kan m iktarı olup, sistol-sonıt lıacmi ad ın ı alır. V enöz k an ın sol atriy u m d an ven trik ü le ak m asıy la ventrikül h acm i 70 m ililitre artarak , diyastol-sonıı hacmi adı verilen, n o rm a l­ d e y ak laşık 115 m ililitreye yükselir. D olayısıyla, h a c im - b a sın ç d iy ag ram ı b irin ci evre sır a sın d a "I” ile işa re tle n m iş çizgi b o y u n ca ilerlerken, h acim 115 m ililitreye, d iy asto l b a sın c ı ise y ak laşık 5 m m H g ’ya çıkar. Evre II: Eşhacimli Kasılma Dönemi. E şh acim li k asıl­ m a sıra sın d a ventrikülün h acm i d eğişm ez, çünkü b ü tü n kap ak lar kapalıdır. Fakat ventrikül içindeki b asın ç yükselerek ao rtad ak i b asın cın değerine, y a ­ ni y ak laşık 80 m m H g ’ya eşitlenir. Bu olayları "II” ile işare tle n m iş çizgi tem sil eder. Evre III: Fırlatma Dönemi. F ırlatm a sıra sın d a kalp d a h a fazla k asıldığı için sistol b asın cı d a h a da yükselir. Aynı z a m a n d a ventrikülün h acm i k ü çü ­ lür, çü n k ü ao rt k ap ağı açılır ve kan artık ventriküllerden ao rtay a akar. D olayısıyla, "IH ” ile işare tle n ­ m iş olan eğri, b u fırlatm a dön em i sırasın d a sistol b a sın c ın d a ve h acim d e m e y d an a gelen değişik lik ­ leri gösterir. Evre IV: Eşhacimli Gevşeme Dönemi. Fırlatm a d ö n e ­ m in in so n u n d a ao rt k ap ağı kap an ır ve ventrikül b asın c ı diy asto l b asın cı düzeyin e geri iner. “IV" ile işare tle n m iş çizgi, h içbir h acim değişikliği o lm a k ­ sızın ventrikül içi b a sın c ın d a m ey d an a gelen bu az alm a y ı gösterir, b öylece ventrikül kendi b a şla m a n o k tasın a geri döner, ventrikülde yaklaşık 45 m ili­ litre kan kalm ıştır ve atriy u m b asın cı genellikle 0 m m H g ’y a yakındır. Fiziğin tem el kurallarını iyi kavram ış olan okuyucular, b u lıa c im -b a sın ç çizgesin in sınırlarını belirlediği alanın (gölgeli alan ın s a ğ kısm ı, Dİ ile işaretli), bir kasılm a d ö n ­ g ü sü sıra sın d a ven trikülün yaptığı net dış işi tem sil etti­ ğini fark edeceklerdir. Kalp k asılm asın ı inceleyen d en ey ­ sel ç a lışm a la rd a b u çizelge kalbin yaptığı işi h esap lam ak için kullanılır. K alp b ü y ü k m ik tarlard a kan p o m p ala d ığ ı zam an , iş d i­ y agram ı d a h a gen iş olur, yani, ventrikül artık diyastol s ı­ ra sın d a d a h a fazla kan la do ld u ğu için sa ğ a doğru g e n iş­ ler, ventrikül d a h a b ü y ü k bir b asın ç la kasıldığı için d ah a y ü k seğe çıkar ve ventrikül kasıldığı za m a n d a h a küçük h acim lere in diği için -özellikle de eğer sem p atik sinir s is ­ tem i ven trikülü u y ararak aktivitesiııi artırm ış ise- g e n e l­ likle so la d o ğ ru genişler.

Ö n yü k (Preload) ve A rty ü k (Afterload) K avram ­ ları. K asın k a sılm a özellik lerin i d e ğe rlen d irirk e n , k a ­ s ılm a y a b a ş la d ığ ın d a k a s ü z erin d ek i gerim in d e r e c e s i­ n in y an i önyükiın ve k a sın k a sılm a kuvvetini h angi yüke k a rşı k u lla n d ığ ın ın y an i artyükiin b e lirle n m e si ö n e m lid ir. Genellikle, ven trikülün d o ld u ğu an daki d iyastol-son ıı b asın cı kalp k asılm a sı için önyük kabul edilir.

103

Ventrikül için artyiik ventrikülden çıkan arterdeki b a ­ sınçtır. bu, şekil 9-7’de h ac im -b a sın ç d iy agram ın ın Evre III eğrisin in ifade ettiği sistol b a sın c ın a eşittir (Aılyiık b azen b a sın ç yerine k a b ac a d o laşım d ak i diren ç olarak kabul edilir). ö n y ü k ve artyük kavram larının ö n e m i şu d u r: kalbin veya d olaşım ın pekçok işlev b o zu k lu ğ u n d a ventrikül d o lm a sı sırasın daki b asın ç (önyük), ventrikül k a sılm a sı­ nın karşısın d ak i arter b asın cı (artyük) veya h er ikisi b ir­ den n orm ald en büyük ö lçü de uzaklaşırlar.

Kalp Kasılm ası İçin G ereken Kim yasal Enerji, K albin O ksijen K ullanım ı Kalp kası, iskelet kası gibi, kasılm a işini y a p m a k için k im ­ y asal enerji kullanır. Bu enerji b a şlıc a y ağ asitlerinin , ve d a h a az m iktarlard a da laktat ve glikoz b a şta o lm ak ü z e ­ re diğer b esin lerin o k sid atif m e ta b o liz m a sın d a n elde edilir. D olayısıyla, kalbin oksijen tüketim hızı, kalb in iş yapark en açığ a çıkardığı kim yasal en erjin in m ü k e m m e l bir ölçütüdür. Bu enerjiyi aç ığ a çıkaran çeşitli kim yasal tepkim eler, B ölü m 67 ve 68'de tartışılm ıştır.

Kalp Kasılmasının Verimi. Kas k asılm a sı sırasın d a , kim yasal en erjin in çoğu ısıya, çok kü çü k b ir kısm ı ise y a ­ pılan işe dönüştürülü r. Yapılan işin, h a rc a n a n kim y asal enerjiye oran ın a, kalp kasılmasının verimi vey a sa d e c e kalbin verimi adı verilir. N orm al b ir kalbin en yüksek v e ­ rim i %20 ile 25 arasın dadır, kalp y etersizliğin d e % 5-10'a k adar düşebilir.

KALBİN POMPALAMA İŞLEVİNİN DÜZENLENMESİ Dinlenme halindeki bir kişide, kalp dakikada yal­ nızca 4-6 Litre kan pompalar. Ağır egzersiz sırasın­ da kalbin bu miktarın dört ila yedi katını pom pala­ ması gerekebilir. Bu bölümde kalbin kalp debisin­ deki bu tür aşırı artışlara uyum sağlayabilmek için kullandığı yollar tartışılacaktır. K albin pom paladığı h acm in d ü z en len m esi başlıca iki yolla olur (1) Kalbe akan kanın h a c­ m indeki değişikliklere cevap olarak kalbin p o m ­ palam a işlevinin iç-kaynaklı (intreıısek) d üzen­ lenm esi (2) Kalbin otonom sinir sistem i ile dü­ zenlenm esi.

Kalbin Pompalama İşlevinin İntrensek Düzenlenmesi-Frank’Starling Mekanizması Bölüm 20’de kalbin bir dakikada pompaladığı kanın miktarını, venleıden kalbe akan kanın miktarı olan ve­ nöz dönüşün belirlediği görülmektedir. Yani, vücuttaki her çevre doku, kendi kan akımım denetler ve tüm çevre dokulardan geçen bütün bölgesel kan akımları­ nın toplamı venler yoluyla sağ atriyuma geri döner. Y ». Telen bu kanı kendiliğinden sistemik arterlere onui' , böylece kan tekrar dolaşıma katılır.

104

ÜNİTE III • Kalp

Kalbin gelen kanın hacm inde meydana gelen de­ ğişikliklere karşı gösterdiği iç-kaynaklı uyum sağla­ ma yeteneğine, yaklaşık yüzyıl önce yaşamış olan iki büyük fizyologun; Frank ve Starling'in anısına, k albin Fraıık-Starlin g m ekan izm ası adı verilir. Frank-Starling mekanizması tem el olarak, kalp ka­ sı doluş sırasında ne kadar çok gerilirse, kasılmanın kuvvetinin ve aoıtaya pompalanan kanın miktarı­ nın da o kadar büyük olacağı anlamına gelir. Bu şu şekilde de ifade edilebilir: fizyolojik sınırlar içeri­

sinde kalp, venlerde norm alden fa z la m iktarda kan birikm esine izin verm eyecek şekilde, kendisine ge­ len kanın tam am ını pom palar. Frank-Starling M ekanizm asının Açıklanması N edir? Ventriküllere normalden daha fazla kan akımı olunca, kalp kası daha çok gerilir. Bu ise, kal­ bin daha büyük bir kuvvetle kasılmasına neden olur. Çünkü bu durumda aktin ve miyozin filam entleıi kuvvet oluşumu için neredeyse optimum derecede içiçe geçmiş duruma gelirler. Dolayısıyla ventrikül, pom palam a kuvveti arttığı için normalin üzerindeki kanı kendiliğinden arterlere pompalar. Optimum bir boya kadar gerilen bir kasın, daha büyük bir kuvvetle kasılabilme yeteneği sadece kalp kasının değil Bölüm 6 ’da açıklandığı gibi tüm çizgili kasların bir özelliğidir. Kalbin hacmi artırılınca, kalp kasının gerilmesi gibi önemli bir etkinin yanısıra, kalbin pompalama gücünü artıran başka bir etki daha meydana gelir. Sağ atriyum duvarının gerilmesinin kalp hızını doğrudan % 1 0 - 2 0 oranında artırması da bir daki­ kada pom palanan kanın miktarının artmasına yal ­ dım eder ancak bu etkinin katkısı Frank-Starling işleyişininkinden çok daha azdır. A rteryel Kan Basıncı Yükündeki Artış Belli bir Sınıra Kadar Kalp D ebisini Azaltm az Şekil 9-8 de aortadaki arteryel basınç artışının,or­ talama arteryel basınç yaklaşık 160 mmHg düzeyi­ ne yükselinceye kadar kalp debisini azaltmadığına dikkat edin. Bir başka deyişle, normal sistemik ar-

Sol v. atım işi (gram metre)

40 30 20 10

10

20

Sol atriyum orta basıncı (mm Hg)

Sağ atriyum orta basıncı (mm Hg)

ŞEKİL 9 - 9 Köpekte sol ve sağ ventrikül işlev eğrileri, ventrikül atım işinin sol ve sağ atriyum ortalama basınçlarının fonksiyonu olduğunu gösteriyor. (Eğriler Sarnoff’un bulgularına göre çizilmiştir. Physiol Rev. 35: 107, 1955).

teryel basınç altında (80 ile 140 mmHg arasında) normal olarak çalışan bir kalp işlevi sırasında kalp debisi hem en tam am en kan akımının dokulardan akış hızına bağlıdır, bunu da sonuçta kanın kalbe venöz dönüşü kontrol eder. Ventrikül işlev Eğrileri Ventrikülün kan pompalamadaki işlevsel yeteneği­ ni ifade etm enin en iyi yollarından biri Şekil 9-9 ve Şekil 9 -1 0 ’da gösterilen ventrikül işlev eğrileridir. Şekil 9 -9 ’da vıırıım işi eğrisi adı verilen bir çeşit ventrikül işlevi eğrisi görülmektedir. Atriyum b a ­ sıncı arttıkça, atım işinin de kalbin gücünün sınırı­ na ulaşıncaya kadar arttığına dikkat ediniz. Şekil 9 -1 0 ’da ventrikülün d ak ika işi eğrisi adı ve­ rilen başka bir çeşit ventrikül işlev eğrisi görülm ek­ tedir. Hayvanlardan uyarlanan değerlere dayanan bu iki eğri insan kalbinin her iki ventrikülünün iş­ levlerini temsil etmektedir. Atriyumlardan birinin basıncı artınca, buna karşılık gelen ventrikülün bir dakikada pompaladığı hacim de artar. Bu nedenle, ventrikül işlev eğrileri kalbin FrankStarling işleyişini ifade etm enin başka bir yoludur. Yani ventriküller daha yüksek atriyum basınçları ile

ÇL CÖ

Arter basıncı (mm Hg)

ŞEKİL 9 - 8 Arteryel basınçtaki 160 mmHg basınç düzeyine kadar büyük değişmeler karşısında bile kalp debisinin değişmezliği. Ancak arteryel kan basıncının normal değişim sınırlarının üstüne yük­ selmesiyle, basınç yükü karşısında kalp yetersizliği başlar.

ŞEKİL 9 - 10 Köpeklerdeki bulgulardan aktarılan değerlere göre insan kalbi­ nin sağ ve sol ventrikül diıüenim debilerinin yaklaşık eğrileri.

BÖLÜM 9 • Kalp Kası; Bir Pompa Olarak Kalp

105

K albin P arasem p atik (Vagus) S in irle rle U y a ­ rılm ası. Kuvvetli vagal uyarılar kalp atım larını birkaç saniye süreyle durdurabilir, fakat bundan sonra kalp genellikle "k açar” ve 2 0 -4 0 atım /daki­ ka hızında atm aya başlar. Ek olarak, kuvvetli v a­ gus uyarıları kalbin kasılm a kuvvetini % 20-30 oranında azaltabilir. Bu azalm a d aha büyük d e­ ğildir, çünkü vagus lifleri kalbin güçlü k asılm ası­ nın m eydana geldiği ventriküİlerden çok, başlıca atriyum lara yayılırlar. Bununla b erab er kalp h ı­ zındaki belirgin bir azalm a kalp kasılm asındaki hafif bir azalmayla bir araya gelince, özellikle de kalp büyük bir iş yükü altında çalışıyor ise, ventriküllerin pom palam a gücünü % 50 veya daha fazla azaltabilir.

Kalp sinirleri.(Kalbe giden vaguslar parasempatik sinirlerdir.)

dolunca, ventrikülün hacm i ve kalp kasılmasının kuvveti artar; bu da kalbin daha fazla miktarda ka­ nı arterlere pompalamasına neden olur.

K a lb in S e m p a tik ve P ara se m p a tik S in irle rle D e n e tle n m e s i

Sem patik ve Parasem patik U yarıların Kalp İş­ levi Eğrisine Etkileri. Şekil 9 -1 2 ’de dört kalp işlev eğrisi görülmektedir. Bunlar Şekil 9-10'daki ventrikül işlev eğrilerinin hem en hem en aynısıdır, fakat, bunlar tek bir ventrikülün değil de tüm kalbin işle­ vini temsil ederler; kalbin girişindeki sağ atriyum basıncı ile aoı taya atılan kalp debisi arasındaki iliş­ kiyi gösterirler. Şekil 9-12'deki eğriler belli bir sağ atriyum basın­ cında, artan sempatik uyarıların kalp debisini artır­ dığını, artan parasempatik uyarıların ise azalttığını gösterirler. Sinir uyarılarının debide neden olduğu

değişiklikler kalbin hızında ve kasılm a kuvvetinde Kalbin pompalama etkinliği, Şekil 9-11'de gösteril­ diği gibi kalbi besleyen çok sayıda sem patik ve p a ­ rasem patik (vagııs) sinirin yoğun denetimi altında­ dır. Sempatik uyarılar kalbin bir dakikada pom pa­ ladığı kanın miktarı olan kalp debisini çoğu zaman % 100'den daha fazla arttırabilir. Tersine, vagııs (pa­ rasempatik) uyarıları kalp debisini sıfıra veya h e­ m en hem en sıfıra düşürebilir. Kalbin Sem patik Sinirlerle Uyarılması. Kuvvet­ li sem patik uyarılar kalp hızını erişkin insanlarda 180-200 ve nadiren genç insanlarda 250 vuruya ka­ dar artırabilir. Ayrıca sempatik uyarılar kalp kasının kasılma kuvvetini de artırarak pompalanan kanın hacm ini ve fırlatma basıncını da artırır. Bu neden­ le sem patik uyanlar, daha önce tartışılan FrankStarling işleyişinin kalp debisinde neden olabilece­ ği artışa ek olarak debiyi çoğu zaman iki üç katı ka­ dar daha artırabilir. Diğer yandan sempatik sinir sistemi inhibe edile­ rek kalbin pompalama gücü orta derecede azaltıla­ bilir: Normal koşullarda, kalbi besleyen sempatik sinir lifleri, kalbin pompalama gücünü hiçbir sem ­ patik uyarı olmaksızın gerçekleşecek olanın yakla­ şık %30 üzerinde tutacak şekilde, kalbe yavaş bir hızda sürekli uyarılar taşırlar. Dolayısıyla sempatik sinir sistem inin işlevinin normalin altına düşürül­ m esi hem kalp hızını hem de ventrikülün kasılma kuvvetini azaltarak kalbin pom palam a gücünü norm alin %30 kadar altına düşürür.

meydana gelen değişikliklere bağlıdır, çünkü bu n ­ ların her ikisi de kalp debisini etkiler.

Sağ atriyum basncı (mm Hg)

ŞEKİL 9 - 12 Farklı derecelerde sempatik ve parasempatik uyarıların, kalp debisi eğrisi üzerine etkisi.

106

ÜNİTE III • Kalp

Potasyum ve Kalsiyum İyonlarının Kalp İşlevine Etkileri Bölüm 5'de zar potansiyelleri tartışılırken, potas­ yum iyonlarının zar potansiyelleri ve aksiyon po­ tansiyelleri üzerinde belirgin bir etkisi olduğu b e­ lirtilmiştir ve Bölüm 6 ’da kalsiyum iyonlarının kas kasılması olayının başlatılmasında özellikle önem ­ li bir rol oynadığına işaret edilmiştir. Dolayısıyla, bu iki iyonun hücredışı sıvılardaki yoğunluklarının kalbin pom palam a gücü üzerinde de önemli etki­ leri olması beklenir. Potasyum İyonlarının Etkisi. Hiicredışı sıvılardaki aşırı potasyum, kalbin fazlasıyla geniş ve gevşek ha­ le gelmesine ve kalp hızının yavaşlamasına neden olur. Büyük miktarlar, aynı zamanda, kalp uyarısının A-V demet yolu ile atriyumlardan ventriküllere iletil­ mesini de kesebilir. Potasyum yoğunluğunun yal­ nızca 8-12 mEq/lt’ye (normal değerin iki veya üç ka­ tı) yükselmesi kalbi öylesine zayıf düşürebilir ve rit­ mini bozabilir ki, ölüme bile neden olabilir. Bu etkiler, kısmen hücredışı sıvılardaki yüksek potasyum yoğunluğunun Bölüm 5 ’de açıklandığı gibi kalp kası liflerinin dinlenim zar potansiyelini azaltm asına bağlıdır. Zar potansiyeli azalınca aksi­ yon potansiyelinin şiddeti de (intensity) azalır, ki bu kalp kasılmasını giderek daha zayıf düşürür. Kalsiyum İyonlarının Etkisi. Kalsiyum iyonları­ nın artışı, potasyum iyonlarının tam tersi etkiler

yaparak, kalpte spastik kasılmaya yol açar. Bunun nedeni, kalsiyum iyonlarının bu bölümde daha ö n ­ ce açıklandığı gibi kas kasılması olayının uyarılma­ sında doğrudan etkili olmasıdır. Tam tersine, kalsi­ yum iyonlarının yetersiz olması, yüksek potasyu­ mun etkisine benzer şekilde kalbin gevşemesine neden olur. Normalde kan kalsiyum iyon düzeyi dar sınırlar içerisinde düzenlendiği için, norm alin dışındaki kalsiyum konsantrasyonlarının kalbe e t­ kileri, nadiren klinik önem kazanır.

Isının Kalp Üzerindeki Etkileri Yüksek ısı, örneğin kişinin ateşi yükseldiği zaman gözlenen ısı artışı, kalp hızının büyük oranda art­ masına neden olur, hatta bazen norm alin iki katına çıkarır. Düşük ısı kalp hızını büyük oranda azaltır, öyle ki bir insan 60-70°F (15,5 - 2 1 ,1°C) sınırları içe­ risinde lıipotermi nedeniyle ölüme yaklaştığı za­ man dakikada birkaç atıma kadar düşm esine n e ­ den olur. Bu etkiler olasılıkla, ısının kas zarının iyonlara geçirgenliğini artırarak, öz-uyarılma olayı­ nı hızlandırmasına bağlıdır. Isının orta derecede artması, kalbin kasılm a kuv­ vetini, çoğu zaman geçici olarak artırır, fakat ısının uzun süre yüksek kalması kalbin m etabolik sistem ­ lerini tüketerek güçsüzlüğe neden olur. Bu nedenle kalbin optimal işlev görmesi büyük ölçüde vücut ısısının Bölüm 73’de açıklanan ısı kontrol m ekaniz­ malarıyla uygun biçimde kontrolüne bağlıdır.

REFERANSLAR S e c also referen ces for C hapter 10. A bd cl-aleem S , Low e J E : C ardiac M etabo lism in H ealth and D isease. B o sto n : K luw er A c ­ adem ic Publishers, 1998. Hers D M , B assan i JW , B assan i R A : N a-Ca exch an g e and C a fluxes during contraction and relaxation in mam m alian ventricular m uscle. Ann N Y A cad S c i 7 7 9 : 4 3 0 . 1996. B rady A J: M echan ical properties o f isolated cardiac m yocytes. Physiol R ev 7 1 :4 1 3 , 1991. Brow n H, K ozlow ski R, D avey P: Physiology and Pharm acology o f the Heart. Oxford: B la ck w ell S c ien c e , 1997. C rozatier B : Stretch-induced m odifications o f m yocardial perform ance: from ventricular function to cellu la r and m olecular m echa­ nism s. C ard iovasc R es 3 2 :2 5 , 1996. Deal K K . England S K , Tam kun M M : M olecu ­ lar physiology o f cardiac potassium chan­ nels. Physiol R ev 7 6 :4 9 . 1996. D es iard in s T A : Cardiopulm onary Anatomy and Physiology. A lbany: D elm ar Publishers, 1998. Dhein S : C ard iac Gap Junction s. B a se l: Karger. 1998.

Driedzic W R , G esser H: Energy m etabolism and contractility in ectothcrm ic vertebrate hearts: hypoxia, acidosis, and low tem pera­ ture. Physiol R ev 7 4 :2 2 1 , 1994. G adsby DC: T he Na/K pump o f cardiac cells. Annu R ev B iophys B io en g 1 3 :3 7 3 , 1984. G uyton A C . Jo n es C E , C olem an T G : C ircu la­ tory Physiology: Cardiac Output and Its Regulation, 2nd ed. Philadelphia: \VB Saunders, 1973. Guyton A C : Determ ination o f cardiac output by equating venous return curves With ca r­ diac response curves. Physiol R ev 3 5 :1 2 3 , 1955. Johnson R G , K ronias EG : Cardiac Sarcop las­ mic Reticulum and Regulation o f C ontrac­ tility. New Y ork: New Y o rk A cadem y o f S cien ce s, 1998. L evitsky M G , Hall S M , M cD onough KH: C ar­ diopulmonary Physiology in A nesthesiol­ ogy. New York: M cG raw -H ill, 1997. Opie LH : The Heart: Physiology, from C ell to Circulation. Philadelphia: Lippincott-Raven, 1998. Page E, Shibata Y : Perm eable ju n ctio n s b e­ tween cardiac cells. Annu Rev Physiol 4 3 : 4 3 1 , 1981.

R ossant J : M ouse m utants and cardiac d evel­ opment: new m olecu lar insights into cardiogenesis. C irc R es 7 8 :3 4 9 , 1996. Sadoshim a J, Izum o S : T h e cellu lar and m o­ lecular response o f cardiac m yocytes to m e­ chanical stress. Annu R ev P hy siol 5 9 :5 5 1 , 1997. S a rn o ff S J : M yocardial contractility as de­ scribed by ventricular function curves. Phy­ siol R ev 3 5 :1 0 7 , 1955. Sow ers JR : Insulin and insulin-like growth fac­ tor in normal and pathological cardiovascu­ lar physiology. H ypertension 2 9 :6 9 1 , 1997. Starling EH : T h e L in acre L ecture on the Law' o f the Heart. London: Longm ans G reen & C o.. 1918. Swynghedauw B : Developm ental and fu n c­ tional adaptation o f contractile proteins in cardiac and skeletal m uscles. P hysiol R ev 6 6 :7 1 0 , 1986. T o bacm an L S : T h in filam ent-m ediated regu la­ tion o f cardiac contraction. Annu R e v Phy­ siol 5 8 :4 4 7 , 1996. W inegrad S : Calcium release from card iac sar­ coplasm ic reticulum . Annu R e v P hysiol 4 4 : 4 5 1 , 1982.

Kalp (1) kalp kasının ıitınik (düzenli aralıklarla tek­ rarlayan) kasılmasını sağlamak için ritmik uyarılar doğuran ve (2 ) bu uyarıları hızla bütün kalbe ileten, özelleşmiş bir elektrojenik sistemle donatılmıştır. Bu sistem düzgün olarak çalıştığı zaman atriyumlar, ventriküllerden yaklaşık 1 / 6 saniye önce kasılırlar. Bu da ventriküllerin kanı akciğerlere ve çevre dolaşı­ ma pompalamadan önce daha fazla dolmalarını sağlar. Sistemin bir başka önemli özelliği, ventrikül­ lerin tüm bölgelerinin hemen hemen aynı anda ka­ sılmasını sağlamasıdır ki bu da ventrikül boşlukla­ rında yeterli basıncın oluşması için gereklidir. Kalbin bu ritmik ve iletici sistemi, kalp hastalıkla­ rı ile, özellikle de yetersiz kan akımına bağlı kalp dokusu iskemisi ile kolaylıkla hasar görür. Hasarlar çoğu zaman kalp ritminin düzensizleşmesine veya kalp boşluklarının kasılma sıralamasının bozulm a­ sına neden olur ve kalbin bir pompa olarak etkinli­ ği çoğu zaman ciddi biçimde, ölüme bile neden olabilecek kadar etkilenir.

KALBİN ÖZELLEŞMİŞ UYARI VE İLETİ SİSTEMİ Kalbin kasılmalarını düzenleyen özelleşmiş uyarı ve ileti sistemi Şekil 10-1'de görülmektedir. Şekilde normal ritmik uyarıları doğuran sinüs düğümü (ay­ nı zamanda sinoatriyal veya S- A düğüm olarak da adlandırılır); uyarıları sinüs düğümünden atriyoventriküler (A-V) düğüme ileten düğümler arası yollar, atriyumlardan gelen uyarıların ventrikülleıe geçişini geciktiren A-V düğüm ; uyarıları atriyumlar­ dan ventrikülleıe ileten A-V dem et; kalp uyarılarını ventriküllerin bütün bölgelerine ileten sol ve sağ Purkiııje lifi dem etleri görülmektedir.

Sinüs Düğümü (Sinoatriyal Düğüm) Sinüs düğümü, sinoatriyal düğüm de denir küçük, yassı, elips şeklinde, özelleşmiş bir kas şerididir; yaklaşık 3 mm genişliğinde, 15 mm uzunluğunda ve 1 1 mm kalınlığındadır; sağ atriyumun superiyor posterolateral duvarında, superiyor vena kavanın ağzının hem en altında ve hafifçe lateralinde yerleş­ miştir. Bu düğümün lifleri hem en hem en hiç kası-

labilir filament içermezler; çevrelerindeki, 10-15 mikrometre çapta olan atıiyum kası liflerinden farklı olarak, her birinin çapı 3-5 mikrometredir, si­ nüs lifleri doğrudan doğruya atıiyum liflerine bağ­ lanırlar. sinüs düğümünde başlayan bir aksiyon potansiyeli bu sayede derhal atriyumlara yayılır.

Sinüs L ifle rin in K e n d iliğ in d e n O lu ş a n E le ktrikse l R itm ik liğ i Pekçok kalp lifinin sahip olduğu öz-uyarılm a özel­ liği, kendiliğinden ritmik ateşlem elere ve kasılm a­ lara neden olabilen bir olaydır. Bu durum özellikle kalbin özelleşmiş ileti sistem inin lifleri için geçerlidir. Sistemin öz-uyarılmayı en belirgin şekilde orta­ ya koyan bölümü sinüs düğümünün lifleridir. Bu nedenle, bu bölümde daha sonra ayrıntılı olarak tartışılacağı gibi kalbin tam am ının atım hızını n o r­ malde sinüs düğümü denetler. Öncelikle bu kendi­ liğinden oluşan ritmikliği açıklayalım. Sinüs Düğümü Ritm ikiiğinin İşleyişi. Bir sinüs düğümü lifinden üç kalp atımı süresince kaydedi­ len aksiyon potansiyelleri, Şekil 10-2’de tek bir ventrikül kas lifi aksiyon potansiyeli ile karşılaştır­ malı olarak gösterilmiştir. Sinüs düğümü lifindeki potansiyelin ateşlem eler arasında, yalnızca -55 ila 60 milivolt negatifliği olduğuna, buna karşılık vent­ rikül kası lifinin potansiyelinin -85 ila -90 milivolt olduğuna dikkat ediniz. Bu değerin daha az negatif obuasının nedeni sinüs liflerinin hücre zarlarının doğal yapısının Sodyum iyonunu sızdırması ve gi­ ren pozitif yüklü sodyum iyonlarının hücre içi n e ­ gatifliğini büyük ölçüde nötralize etmesidir. Sinüs düğümü liflerinin ritmikliğini açıklamaya çalışmadan önce Bölüm 5 ve 9 ’daki tartışmalardan kalp kasında aksiyon potansiyelini oluşturan voltaj değişikliklerinin meydana gelm esinde üç tür zar iyon kanalının önemli görevleri olduğunu hatırla­ yınız. Bunlar (1) lıızlı sodyum kan alları (2) yavaş kalsiyum-sodyum kanalları ve (3) potasyum k a n a l­ larıdır. Ventrikül kasında pozitif sodyum iyonları­ nın lif içine doğru hızla akmalarına bağlı olarak gözlenen, hızlı, diken benzeri aksiyon potansiyeli başlangıcından, hızlı sodyum kanallarının birkaç 1 / 1 0 0 0 0 saniye süresince açık kalmaları sorum lu­ dur. Bunu izleyen aksiyon potansiyeli platosu, baş­ lıca yavaş kalsiyum-sodyum kanallarının daha ya107

108

ÜNİTE III • Kalp

ŞEKİL 10- 1 Kalbin sinüs düğümü ve Pıırkiııje sistemi. Ayrıca A-V düğüm, atriyumun düğümler arası yolları ve veııtiküllerin dalları da gösterilmiştir.

vaş açılmalarına ve yaklaşık 3/10 saniye açık kal­ m asına bağlıdır. Son olarak, potasyum kanallarının açılmaya başlaması ve büyük miktarlarda potas­ yum iyonunun lifin dışına doğru difüzyonu, zar potansiyelini dinlenme düzeyine geıi döndürür. Fakat sinüs düğümü liflerinde "dinlenim" potan­ siyelinin negatifliği çok daha az olduğu için -90 mV yerine yalnızca -55 milivolt- bu kanalların görevi farklıdır. Aslında bu negatiflik düzeyinde hızlı sod­ yum kanalları "işlevlerini yitirirler”, yani tıkanırlar. Çünkü zar potansiyeli yaklaşık -60 milivoltdan da­ ha az negatif bir değerde birkaç milisaniyeden da­ ha uzun süreyle kaldığı zaman, hücre zarının iç kıs­ mında bulunan ve hızlı sodyum kanallarını kapa­ tan inaktivasyon kapıları kapanır ve o konumda kalırlar. Dolayısıyla yalnızca yavaş kalsium-sodyum kanalları açılabilir (yani “aktive olabilir”) ve böylece aksiyon potansiyelini oluşturabilirler. So­ nuç olarak, aksiyon potansiyeli ventrikül kasındakine kıyasla daha yavaş gelişir ve geıi dönüş de ventrikül lifindeki gibi ani olmayıp yavaş bir potan­ siyel azalması şeklinde gerçekleşir. Sinüs D üğüm ü Liflerinin Öz-Uyarılması. Sinüs düğümü liflerinin dışındaki pozitif sodyum iyonla­ rı, hiicredışı sıvıdaki yüksek sodyum iyonu yoğun­ luğuna ve dinlenme halindeki liflerin içindeki n e­ gatif elektriksel yüke bağlı olarak, normalde bile içeri sızma eğilimindedir. Dahası, dinlenme halin­ deki düğüm lifleri, sodyum iyonlarının geçişine za­ ten açık olan belli sayıda kanal içerirler. Pozitif yük­ lü sodyum iyonlarının bu etkilere bağlı olarak içeri­ ye akması zar potansiyelinin yükselmesine neden olur. "Dinlenim” potansiyeli böylece Şekil 10-2'de görüldüğü gibi, iki kalp atımı arasında yavaş yavaş yükselir. Potansiyel yaklaşık -40 milivolt değerinde­ ki eşik voltaja ulaştığı zaman, kalsiyum-sodyum

kanalları aktive olur, hem kalsiyum hem de sod­ yum iyonları kanallardan hızla içeri girerek aksiyon potansiyelini oluştururlar. Dolayısıyla, sinüs düğü­ mü liflerinin doğasında var olan sodyum sızdırma özelliği, liflerde öz-uyarılmaya neden olur. Sodyum iyonu sızıntısı neden sinüs düğümü lif­ lerinin daima depolaıize kalmasına yol açmaz? Ce­ vap şudur: aksiyon potansiyeli sırasında meydana gelen iki olay bunu engeller. Birincisi, kalsiyumsodyum kanalları, açılm alarını izleyen yaklaşık 100-150 milisaniye içerisinde inaktive olur (yani, kapanırlar). İkincisi, hem en hem en aynı anda çok sayıda potasyum kanalı açılır, dolayısıyla, kalsiyum ve sodyum, iyonlarının kalsiyum- sodyum kanalla­ rından geçerek hücre içine akışları dururken, aynı zamanda büyük miktarlarda pozitif potasyum iyo­ nu da liften dışarı doğru diffüze olur ve böylece ak­ siyon potansiyeli son bulur. Dahası potasyum ka­ nalları birkaç 1 / 1 0 saniye daha açık kalarak çok b ü ­ yük miktarlarda pozitif potasyum yükünü hücre dı­ şına çıkarırlar. Bu da geçici olarak lif içinde kayda değer miktarda negatiflik fazlalığ ın a neden olur. Buna hiperpolarizasyoıı adı verilir. Bu hiperpolarizasyon, aksiyon potansiyelinin sonunda zar “dinlenim” potansiyelini başlangıçta yaklaşık -50 ila -60 milivolta kadar aşağıya çeker. Son olarak, bu yeni hiperpolaıizasyon durum u­ nun neden sürekli korunmadığını açıklam ak gere­ kir. Neden, aksiyon potansiyelinin sona erm esini izleyen birkaç 1 / 1 0 saniye esnasında, giderek da­ ha çok potasyum kanalının kapanm aya başlam a­ sıdır. İçeriye sızan sodyum iyonları bir kez daha potasyum iyonlarının dışa akışının üstesinden ge­ lerek ‘‘dinlenim ” potansiyelinin bir kez daha yuka­ rı doğru kaymasına neden olur. Sonuçta, p o tan si­ yel yaklaşık -40 milivoltta ateşlem e için gerekli olan eşik değere ulaşır. Bundan sonra bütün bu olaylar yeniden başlar: öz-uyarılma, aksiyon p o ­ tansiyelinin sonlanm ası, aksiyon potansiyelini iz­ leyen hiperpolaıizasyon, “dinlenim " potansiyeli­ nin yeniden eşik değere doğru kayması, yeni bir döngüyü başlatacak olan yeniden-uyarılm a. Bu

— Sinüs düğümü lili

0

ı----------------i---------------- r

1

2

Saniyeler

3

ŞEKİL 1 0- 2 Bir sinüs düğümü lifinin ritmik ateşlemeleri. Ayrıca sinüs düğü­ münün aksiyon potansiyeli, bir ventrikül kası lifîninki ile karşılaştırılmıştır.

BÖLÜM 10 • Kalbin Ritmik Uyarılması

olaylar bir insanın hayatı boyunca durmaksızın devam eder.

109

Düğümlerarası yollar /ç Bağlantı lifleri

A-V düğüm

Düğümlerarası Yollar ve Kalp Uyarısının Atriyumlardan Geçişi Sinüs düğümü liflerinin uçları, bunları çevreleyen atriyum kası lifleri ile kaynaşır. Sinüs düğümünde do­ ğan aksiyon potansiyelleri bu liflere doğru hareket ederler. Aksiyon potansiyelleri bu yolla atriyumun kas kitlesinin tümüne ve oradan da A-V düğüme ya­ yılırlar. Pek çok atriyum kasında ileti hızı yaklaşık 0.3 m/san.'dir. Atriyum kası liflerinin birkaç küçük deme­ tinde ileti biraz daha hızlıdır, yaklaşık 1 m/san. Bun­ lardan, ön (anteriyor) (itriyumlararası şerit adı verilen bir tanesi, atriyumların ön duvarlarından geçerek sol atriyuma ulaşır; Ayrıca aüiyumların duvarlarından kıvrılarak geçen ve A-V düğümde sonlanan diğer üç küçük demet de kalp uyarısını yine bu yüksek hızla iletirler. Sırasıyla, ön (anteriyor), orta (middle)ve arka (posteriyor) düğümlerarası yollar adı verilen bu üç küçük demet Şekil 10-1'de gösterilmiştir. Bu demet­ lerde iletinin daha hızlı olmasının nedeni, demetlerin atriyum kası ile karışmış olarak birkaç özelleşmiş ile­ ti lifi içermeleridir. Bu lifler ventriküllerin hızlı ileten Puıkinje liflerine benzerler. Purkinje lifleri ileride tar­ tışılacaktır.

A-V Düğüm, Uyarının Atriyumlardan Ventriküllere İletilmesinin Gecikmesi İleti sistemi, kalp uyarısının atriyumlardan ventri­ küllere doğru çok hızlı hareket edemeyeceği şekil­ de düzenlenmiştir, bu gecikme, atriyumlara ventriküller kasılm aya başlam adan önce içeriklerini ventriküllere boşaltmaları için zaman tanır. Kalp uyarısının atriyumlardan ventriküllere geçişini ge­ ciktiren oluşumlar başlıca A-V Düğüm ve onunla

bağlantılı ileti lifleridir. A-V Düğüm şekil 10-1'de gösterildiği gibi, tıiküspid kapağın hem en arkasında ve koroner sinüsün ağzının yanında, sağ atriyumun arka duvarında yerleşmiştir. Bu düğümün çeşitli bölümleri, diiğümlererası atriyum yollarının lifleri ve A-V demet ile yaptığı bağlantılar Şekil 10-3’de çizilirlerle göste­ rilmiştir. Kalp uyartısının sinüs düğümünde doğ­ ması ile A-V düğüm sistem inin çeşitli noktalarına ulaşması arasında geçen yaklaşık zaman aralıkları da şekil üzerinde bir saniyenin bölümleri ile ifade edilmiştir. Uyarının düğümlererası yolda hareket ederek, sinüs düğümünde doğduktan yaklaşık 0.03 saniye sonra A-V düğüme ulaştığına dikkat ediniz. Uyarı ventriküllere geçm ek için A-V demetin geçiş bölüm üne girmeden önce A-V düğümde 0.09 sani­ ye daha geciktirilir. A-V düğümün geçiş bölüm ün­ de 0.04 saniyelik son bir gecikme daha meydana gelir. Geçiş bölümü, atriyumları ventrikiillerden ayıran fibröz dokunun içinden geçen çok sayıda küçük demetcikten meydana gelir.

Atriyoventriküler fibröz doku

A-V demetin geçiş bölümü

A-V demetin distal bölümü

Sol dal Sağ dal

septumu

Ş E K İL 1 0 - 3 A-V düğümün düzeni. Rakamlar, uyarının sinüs düğümünde doğuşundan itibaren geçen zaman aralığım ifade etmektedir. Değerler, insan için tahminen belirlenmiştir.

Bu durumda A-V düğüm ve A-V demet sistem in­ deki gecikme yaklaşık 0.13 saniye olup, sinüs düğü­ mü ile A-V düğüm arasında meydana gelen 0.03 sa­ niyelik ilk gecikme ile birlikte uyarıcı sinyalin ventrikül kasına ulaşmasına kadar geçen süre toplam 0.16 saniyedir. Yavaş İletinin N edeni. Bağlantı liflerinde, düğüm liflerinde ve A-V demetin geçiş liflerinde iletinin son derece yavaş olması kısmen, bu liflerin boyut­ larının normal atriyum kası liflerinin boyutlarına oranla oldukça küçük olmasından kaynaklanır. An­ cak yavaş iletinin büyük bölümü m uhtem elen ileti yolunda bulunan ardışık kas hücreleri arasındaki gap ju n ction ların (yarık bağlantıların)sayısının azalmış olmasına bağlıdır. Bu nedenle uyarıcı iyon­ ların bir hücreden diğerine iletilm esine büyük bir direnç vardır. Böylece, bir sonraki hücrenin neden yavaş uyarıldığı kolayca anlaşılabilir.

Ventriküler Purkinje Sisteminde Hızlı İleti Purkinje lifleri, A-V demet içinde, A-V düğümden ventriküllere uzanırlar. A-V fibröz doku engelinin içinden geçen başlangıç kısmı dışında, Purkinje lif­ lerinin işlevsel özellikleri, A-V düğümdeki liflerin özelliklerinin tam am en tersidir. Bunlar çok büyük liflerdir, normal ventrikiil kası liflerinden bile daha büyüktürler, aksiyon potansiyelerini 1.5-4.0 m/san. hızla iletirler. Bu hız, normal kalp kasındaki hızın

110

ÜNİTE III • Kalp

yaklaşık 6 katı, bazı A-V bağlantı liflerindeki hızın ise 150 katıdır. Bu sayede kalp uyarısının neredeyse •derhal bütün ventrikiil sistem ine geçmesi m üm ­ kün olur. Purkinje liflerini oluşturan ardışık kalp hücreleri arasındaki inteıkale disklerde yer alan yarık bağ­ lantıların geçirgenliğinin yüksek düzeyde olm ası­ nın, purkinje liflerinin aksiyon potansiyelini hızlı iletmesine neden olduğuna inanılmaktadır. Böylece iyonlar bir hücreden diğerine kolaylıkla iletilir ve ileti hızı artar. Purkinje lifleri, aynı zamanda az sayıda miyofibıil de içerirler. Bu da uyarının iletimi sırasında bel­ li belirsiz kasıldıkları anlam ına gelir.

A -V D e m e tte Tek Yönlü İleti. A-V demetin ken­ dine has bir özelliği de anormal durumlar dışında, aksiyon potansiyellerinin demet yolu ile geriye, ventriküllerden atriyumlara doğru hareket edem e­ mesidir. Böylece kalp uyarılarının bu yolla ventri­ küllerden atriyumlara yeniden- girmesi (re-entry) engellenir. İleti sadece atriyumlardan ventrikiillere, ileriye doğru gerçekleşir. Dahası, sürekli bir fibıöz doku engeli, hatırlana­ cağı gibi A-V dem etin dışında kalan her yerde atıiyum kasını ventrikül kasından ayırır. Bir kısmı Ş e­ kil 10-3’de gösterilen bu doku, norm alde atriyumlarla ventriküller arasında kalp uyarısının geçişini engelleyen bir yalıtkan gibi davranır. Uyarı yalnız­ ca A-V dem et ile ve ileriye doğru iletilebilir. (Nadi­ ren fibröz- engelin içinden A-V dem etden farklı bir yerde anorm al bir kas köprüsü geçer. Böyle ko­ şullarda kalp uyarısı ventriküllerden atriyumlara yeniden-girebilir ve ciddi bir kalp aritm isine n e ­ den olabilir.)

Purkinje Liflerinin V e n trikü ller İçindeki Dağılımı-Sağ ve Sol Dallar. A-V dem etin distal bölü­ mü, atriyum ve ventrikül kasları arasındaki fibröz dokunun içinden geçtikten sonra, ventrikül septum unun içinde, Şekil 10-1 ve Şekil 10-3'de görül­ düğü gibi aşağıya kalbin apeksine doğru 5-15 m i­ limetre ilerler. Dem et burada, septum un her iki yanında endokaıdın altında seyreden sol ve sağ d allara ayı dır. Bu dallar, her iki ventrikül boşluğu­ nu çevrelem ek üzere, aşağıya ventrikül apeksine ve oradan da arkaya kalbin tabanına doğru, gide­ rek daha küçük dallara ayrılarak ilerler. En uçtaki Purkinje lifleri, kas kitlesinin içinde 1/3 derinliğe kadar ilerler ve en sonunda kalp kası lifleri ile de­ vamlılık kazanırlar. Kalp uyarısının ventrikül septumundaki demet dallarına girdiği andan Purkinje liflerinin uçlarına ulaştığı ana kadar geçen toplam süre yalnızca orta­ lama 0.03 saniyedir. Öyle ki, kalp uyarısı bir kez Pur­ kinje sistem ine girdi mi, neredeyse anında bütün ventriküler kas kitlesine yayılır.

Kalp Uyarısının Ventrikül Kasında İletilmesi Uyarı Purkinje liflerinin uçlarına ulaştıktan sonra, ventrikül kası kitlesi boyunca bizzat ventrikül kası lifleri tarafından iletilir. Burada ileti hızı yalnızca 0.3-0.5 m/san. olup, Purkinje liflerindekinin a ltı­

d a biridir. Kalp kası aralarında fibröz septum lar bulunan iki kat sarm al tabaka halinde kalbin çevresini s a ­ rar. Bu nedenle kalp uyarısı doğrudan dışarıya, kalbin yüzeyine doğru hareket etm ez. Bunun yeri­ ne sarm alların yönünde ve yüzeye doğru açı yapa­ rak ilerler. Dolayısıyla uyarının ventrikülün endokardiyal yüzeyinden epikardiyal yüzeyine yayıl­ ması ek olarak 0.03 saniye daha gerektirir. Bu süre, iletinin Purkinje sistem inin ventıiküllere ait kıs­ m ının tam am ına yayılması için gerekli olan süre­ ye hem en hem en eşittir. Böylece, kalp uyarısının ilk dem et dallarından son ventrikül kası liflerine kadar yayılması norm al bir kalpte yaklaşık 0.06 sa ­ niye sürer.

Kalp Uyarısının Kalbe Yayılmasının Özeti Kalp uyarısının insan kalbinin tam amına yayılma­ sı Şekil 10-4’te özetlenmiştir. Şekildeki rakamlar kalp uyarısının sinüs düğümünde doğuşundan kal­ bin değişik kısımlarına ulaşmasına dek geçen za­

Ş E K İL 1 0 - 4 Kalp uyarısının kalpte yayılması, uyarının kalbin çeşitli bölüm ­ lerinde belirme zamanı (saniyenin bölümleri ile ifade edilmiş­ tir) ile gösterilmiştir.

BÖLÜM 10 • Kalbin Ritmik Uyarılması

m an aralıklarını bir saniyenin bölümleri ile ifade eder. Uyarının atriyumlar boyunca orta hızda ya­ yıldığına, fakat ventrikül septumundaki A-V dem e­ te ulaşmadan önce A-V düğüm bölgesinde 0.1 sa­ niyeden daha fazla geciktirildiğine dikkat ediniz. Uyarı, dem ete girdikten sonra Purkinje liflerinde hızla ilerleyerek ventriküllerin endokardiyal yüze­ yinin tam am ına, bundan sonra da ventrikül kasın­ da yavaşça ilerleyerek epikardiyal yüzeye yayılır. Okuyucunun, kalp uyarısının kalpte izlediği yolu ve uyarının kalbin değişik kısımlarına ulaşması için gereken süreleri ayrıntılı olarak öğrenmesi son de­ rece önemlidir. Çünkü, bu sürecin eksiksiz ve sayı­ sal olarak bilinmesi Bölüm 11-13’de tartışılan elekt­ rokardiyografinin anlaşılması için gereklidir.

KALPTE UYARILMA VE İLETİNİN DENETLENMESİ Kalbin Uyarı Odağı (Pacemaker) Olarak Sinüs Düğümü Kalp uyarısının doğması ve kalbe yayılması ile ilgi­ li tartışm anın buraya kadar olan kısmında uyarının norm alde sinüs düğümünden doğduğu dikkate alınmıştır. Olağandışı koşullarda durum böyle de­ ğildir. Çünkü kalbin diğer bölümleri de sinüs düğü­ mü liflerine benzer şekilde ritmik kasılmalar sergi­ leyebilirler. Bu durum, özellikle A-V düğüm lifleri ve Purkinje lifleri için geçerlidir. Bir dış odak tarafından uyarılmadıkları zaman AV düğüm lifleri, kendi iç kaynaklı (intrinsik) ritim ­ leri ile dakikada 40-60 kez, Purkinje lifleri ise daki­ kada 15-40 kez ateşleme yaparlar. Bu hızlar, sinüs düğümünün normal hızı olan dakikada 70-80 kezden farklıdır. Dolayısıyla sormamız gereken soru şudur: Ne­ den kalbin ritm ini A-V düğüm veya Purkinje lifleri değil de sinüs düğümü denetler. Bunun cevabı şu gerçekte yatar; sinüs düğümünün ateşleme hızı AV düğüm veya Purkinje liflerine kıyasla oldukça yüksektir. Sinüs düğümünün her ateşleylişinde oluşan uyarılar hem A-V düğüme hem de Purkinje liflerine iletilir ve bunların uyarılabilir zarlarını ateşlerler, daha sonra bu dokularda ve sinüs düğü­ münde aksiyon potansiyeli hem en hem en aynı an ­ da son bulur ve dokular hiperpolarize olur. Fakat, hipeıpolaıizasyon sinüs düğümünde diğer ikisindekinden çok daha çabuk kaybolur ve düğüm yeni­ den ateşler. Öyle ki, A-V düğüm veya Purkinje lifle­ ri öz-uyarılmaları için gereken eşik değerine ulaşa­ madan önce sinüs düğümü yeni bir uyarı oluştu­ rur. Sinüs düğümünden gelen yeni uyarı, hem A-V düğümü hem de Purkinje liflerini yeniden ateşler. Bu olaylar sürekli tekrarlar. Öz-uyarılma yeteneği­ ne sahip olan diğer dokularda öz-uyarılma gerçek­ leşm eden önce sinüs düğümü bunları uyarır. Böylece, ritmik ateşleme hızı kalbin diğer böliimlerindekinden daha yüksek olan sinüs düğümü,

111

kalbin atımlarını denetler. Dolayısıyla sinüs düğü­ mü kalbin normal uyarı odağıdır ( p a cem ak er , hız belirleyicisi). Anorm al Uyarı O dakları (E kto p ik Pacem aker). Bazen kalbin farklı bir bölümü sinüs diiğümündekinden daha yüksek bir ateşleme hızı kazanır. Bu durum sıklıkla A-V düğüm veya Purkinje lifleri anormal şekilde çalıştıkları zaman m eydana gelir. Bu iki halde, kalbin uyarı odağı sinüs düğümünden A-V düğüme veya Purkinje liflerine kayar. Çok daha nadir durumlarda atriyum veya ventrikül kasları­ nın bir noktası aşırı derecede uyaıılabilirlik kazanır ve uyarı odağı haline gelir. Sinüs düğümü dışındaki uyarı odaklarına ektop ik uyarı odağı adı verilir. Ektopik bir uyarı odağı, kal­ bin çeşitli bölümlerinin olağandışı bir sıralamayla kasılmalarına neden olur ve kalp pom pasının çok zayıflamasına yol açabilir. Sinüs düğümünden gelen uyarıların kalbin diğer bölümlerine iletilmesinin kesintiye uğraması, uya­ rı odağının yer değiştirmesinin başka bir nedenidir. Yeni uyarı odağı çoğunlukla A-V düğümde veya AV demetin ventriküllere doğru ilerleyen geçiş bölü­ münde ortaya çıkar. A-V kesinti (A-V blok) meydan geldiği zam an -ya­ ni kalp uyarısı A-V düğüm ve dem et sistem i aracılı­ ğı ile atriyumlardan ventriküllere geçemediği za­ m an- atriyumlar sinüs düğümü ritm inin normal hızı ile atmaya devam ederler; diğer yandan ventri­ küllerin Purkinje sistem inde beliren yeni bir uyarı odağı ventrikül kasını dakikada 15 ile 40 atım ara­ sındaki yeni bir hızda uyarmaya başlar. Purkinje sistemi, ani bir kesintiden sonra 5-20 saniye g eç­ meden kendi ritmik uyartılarım oluşturmaya b aş­ lamaz. Çünkü Purkinje lifleri kesintiden önce hızlı sinüs uyartılarının etkisi altında baskılanm ış bir haldedir. Bu 5-20 saniye süresince ventriküller kan pompalayamaz: ilk 4-5 saniyeden sonra beyin kan akım ının yetersizliğine bağlı olarak kişi bayılır. Kalp atımının bu şekilde gecikmeli olarak yeniden başlam asına Stokes-Adams sendrom u adı verilir. Gecikme döneminin çok uzun olması ölümle so ­ nuçlanabilir.

Ventrikül Kasının Eşzamanlı Kasılma­ sında Purkinje Sisteminin Görevi Kalp uyarısının dar bir zaman aralığı içerisinde ventriküllerin hem en hem en bütün kısımlarına ulaştığı, ilk ventrikül kası lifini norm alde son ventri­ kül kası lifinden yalnızca 0.03-0.06 saniye önce uyardığı, Purkinje sistemi anlatılırken açıklanmıştı. Bu durum her iki ventriküldeki ventrikül kaslarının tüm bölümlerinin hemen hem en aynı anda kasıl­ maya başlamalarını ve yaklaşık 0.3 saniye boyunca kasılı kalmalarını sağlar. Ventrikül boşluklarının et­ kin pompalama yapabilmeleri için bu şekilde senkıonize kasılmaları gerekir. Kalp uyarısı ventrikül ka­ sı boyunca yavaş ilerleseydi, ventrikül kitlesinin ç o ­ ğu bölümleri geri kalanından önce kasılır ve bu du­

112

ÜNİTE III • Kalp

rumda tüm pompanın etkinliği önemli ölçüde aza­ lırdı. Gerçekten de bazı kalp yetersizliği türlerinde ki bunların birkaçı Bölüm 12 ve 13’de tartışılmıştır-, ileti yavaşlar ve ventriküllerin pompa olarak etkinli­ ği olasılıkla %20-30 oranında azalır.

Kalp Ritminin ve Uyarı İletisinin Kalp Sinirleriyle Denetlenmesi: Sempatik ve Parasempatik Sinirler Kalp, bir önceki bölümde, Şekil 9-1 1 ’de görüldüğü gibi hem sem patik hem de parasem patik sinirler­ ce beslenir. Parasem patik sinirler (vaguslar) başlı­ ca sinüs ve A-V düğümlerinde, daha az oranda her iki atriyumun kasında, çok daha az oranda da ventrikül kasında dağılım gösterir. Diğer yandan sem patik sinirler, kalbin bütün bölüm lerinde: ventrikül kasında, olduğu gibi yoğun bir dağılım gösterir. P arasem p atik U yarıların (Vagus) Kalp R itm i­ ni ve İletisini Yavaşlatm a ve H a tta Kesm e E t­ kisi - V entrikü llerin Kaçışı (Ventricular Escape). Kalbi besleyen parasem patik sinirlerin (va­ guslar) uyarılm ası vagus uçlarından asetilkolin horm onu nu n serbestlem esine neden olur. Bu horm onun kalp üzerinde iki tem el etkisi vardır, birincisi, sinüs düğümü ritminin hızını azaltır. İkincisi, A-V düğüm ile atıiyum kası arasında yer alan A-V kavşak liflerinin uyarılabilirliğini azalta­ rak kalp uyarısının ventriküllere geçişinde kesinti­ ye neden olur. Zayıf veya orta kuvvetteki vagus uyarıları kalbin pom palam a hızını çoğu zaman yarısına kadar yavaşlatır. Şiddetli vagus uyarıları ise sinüs düğümünün ritmik uyarılarını durdura­ bilir veya kalp uyarısının A-V kavşaktan geçişini kesintiye uğratabilir. Her iki durumda ritmik uya­ rılar artık ventriküllere ulaşmaz. Ventriküllerin atım ları genellikle 5-20 saniye için durur. Fakat daha sonra Purkinje liflerinin bir noktası, genellik­ le de A-V dem etin ventrikül septumundaki bölü­ m ünün içinde olm ak üzere, kendi ritm ini geliştirir ve ventriküllerin dakikada 15-40 atımlık bir hız ile kasılm alarına neden olur, bu olaya ventrikiiler k a ­ çış adı verilir. Vagus Etkilerinin işleyişi. Vagus sinirinin uçların­ dan serbestleyen asetilkolin, lif zarının potasyum geçirgenliğini önemli ölçüde artırır. Bu da potasyu­ mun hızla ileti liflerinden dışarıya doğru sızmasına yol açar. Sızıntı, liflerin içindeki negatifliği artırır. H iperpolarizasyon adı verilen bu etki, Bölüm 5 ’de açıklandığı gibi uyaıılabilir dokuyu daha zor uyarılabilir hale getirir. Hiperpolarizasyon durumu sinüs düğümünde, düğüm liflerinin "dinlenim ” zar potansiyelini nor­

mal düzeyinden belirgin ölçüde daha negatif olan bir düzeyde, -55 ila -60 milivoltluk norm al düzey­ den -65 ila -75 milivolta kadar azaltır. Dolayısıyla, dinlenim zar potansiyelinde sodyum sızıntısının neden olduğu kaymanın, uyarılma için gereken eşik potansiyele ulaşması daha uzun zam an alır. Bu da düğüm liflerinin ritmik hızını oldukça ya­ vaşlatır. Eğer vagus uyarıları yeterince kuvvetli iseler sinüs düğümünde ritmik öz-uyaıılm ayı dur­ durabilirler. Hiperpolarizasyon durumu A-V düğümde, aksi­ yon potansiyeli sırasında yalnızca küçük miktarlar­ da akım oluşturabilen çok küçük bağlantı liflerinin, düğüm liflerini uyarmasını güçleştirir. Dolayısıyla kalp uyarısının kavşak liflerinden geçerek düğüm liflerine iletilmesi sırasında güvenlik fak tö rü küçü­ lür. Orta derecede bir küçülme yalnızca uyarının iletilmesini geciktirir. Ancak büyük ölçüde bir azal­ m a iletiyi tam am en keser. Sem patik Uyarıların Kalp Ritm ine ve İletiye Etkisi. Sempatik uyarıların kalp üzerindeki etkile­ ri, esasen vagus uyarılarının neden olduğu etkilerin tersidir. Birincisi, sinüs düğümünün ateşlem e hızı­ nı artırırlar. İkincisi, kalbin bütün bölümlerinde ileti hızını ve uyarılabilirlik düzeyini artırırlar. Üçüncüsü, Bölüm 9’da tartışıldığı gibi hem atıiyum hem de ventrikül kasının kasılma kuvvetini büyük ölçüde artırırlar. Kısa cası, sempatik uyarılar kalbin bütün aktiviteleıini artırırlar, maksimum düzeydeki uyarılar, kalbin atım hızını yaklaşık üç misline, kasılma kuv­ vetini yaklaşık iki misline çıkarır. Sem p atik Etkinin işleyişi. Sem patik sinirlerin uyarılm ası, sem patik sinir uçlarından n orepin efrin horm onunun serbestlem esine neden olur. Bu horm onun kalp kası lifleri üzerindeki etkisinin işleyişi tam olarak bilinm em ekte, lif zarının so d ­ yum ve kalsiyum geçirgenliğini artırdığına in a ­ nılmaktadır. sinüs düğümünde sodyum geçir­ genliğinin artm ası, daha pozitif bir dinlenm e p o ­ tansiyeline neden olur ve zar potansiyelinin yu­ karıya, öz-uyarılm a için gerekli olan eşik değere doğru kayma hızını artırır. Her iki olay da öz-uyarılm anın başlam asını çabuklaştırarak kalp hızını artırır. A-V düğümde sodyum geçirgenliğinin artması, aksiyon potansiyelinin ileti lifinin bir sonraki bölü­ münü uyarmasını kolaylaştırarak, atriyumlardan ventriküllere iletilme süresini kısaltır. Sem patik uyarıların etkisi ile kalp kasının kasıl­ ma kuvvetinde meydana gelen artıştan kısm en kalsiyum iyonu geçirgenliğinin artm ası sorum lu­ dur. Çünkü, m iyofibrillerin kasılma işlem inin uya­ rılm asında kalsiyum iyonlarının önem li bir görevi vardır.

BÖLÜM 10 • Kalbin Ritmik Uyarılması

113

REFERANSLAR Armstrong C M : Voltage-dependent ion chan­ nels and their gating. Physiol R ev 7 2 : (Su p p I):S5, 1992. Barry D M , N erbonne JM : M yocardial potas­ sium channels: electrophysiological and m o­ lecular diversity. Annu R ev Physiol 5 8 :3 6 3 , 1996. Brown 11, K ozlow ski R , Davey P: Physiology and Pharm acology o f the Heart. Oxford: B lackw ell S cien tific, 1997. Catalano JT : G uide to E C G A nalysis. Philadel­ phia: J B Lippincott. 1993. Conley E C : V oltage-G ated C hannels, V ol. IV. Orlando: A cadem ic Press, 1998. De M ello \VC, Ja n sc M J: Heart C ell C om m u­ nication in H ealth and D isease. Boston: Kluw er A cad cm ic, 1998. Des Jardins T A : Cardiopulmonary Anatomy and Physiology. Albany: D clm ar Publishers, 1998. Hainsworth R : R eflexes from the heart. Phy­ siol Rev 7 1 :6 1 7 , 1991. Jalife J: B asic Cardiac Electrophysiology for the C linician. Armonk, N Y : Futura Publish­ ers. 1998.

Jow ett N I: Cardiovascular M onitoring. L o n ­ don: W hurr Publishers, 1997. K astor JA : A rrhythmias. Philadelphia: NVB Saunders C o, 1994. K elly R A , Balligand JL . Sm ith T\V: Nitric o x ­ ide and cardiac function. C irc R es 7 9 :3 6 3 , 1996. Levitsky M G , Hall S M , M cDonough KH: C ar­ diopulmonary Physiology in A nesthesiol­ ogy. New York: M cG raw -H ill, 1997. Loew enstein W R : Junctional intercellular com ­ m unication: the c ell-to -cell m embrane chan­ nel, Physiol Rev 6 1 :8 2 9 , 1981. Lombardi F , M alliani A. Pagani M , Cerutti S: Heart rate variability and its sympathovagal modulation. C ardiovasc R es 3 2 :2 0 8 , 1996. Nom a A: Ionic m echanism s o f the cardiac pacem aker potential. Jpn Heart H 3 7 :6 7 3 , 1996. O ’Leary D S : Heart rate control during exercise by baroreceptors and skeletal m uscle af­ férents. M ed Sei Sports Exerc 18:210. 1996.

O pie LH : T h e H eart: P h ysiology, from C ell to Circulation. Philadelphia: Lippincott-R aven, 1998. Parer J T : H andbook o f F e ta l Heart R ate M o n i­ toring. Philadelphia: W B Saunders Co, 1997. Parati G , D İR ieıızo M , M a n cia G : Neural car­ diovascular regulation and 24-h ou r blood pressure and heart rate variability. A nn N Y Acad S ei 7 8 3 :4 7 , 1996. Sch uessler R B , B oin ear JP , Brom berg B I: O ri­ gin o f the sinus impulse. J C ard iovasc E le c ­ trophysiol 7 :2 6 3 , 1996. Suraw icz B : Electrop hysiologic B a sis o f E C G and C ardiac A rrhythm ias. B altim ore: W il­ liam s & W ilkin s, 1995. W alker M JA , Pugsley M K : M ethods in C ar­ diac E lectro-ph ysiology. B o c a R aton: C R C Press, 1998. W inegrad S : Endothelial cell regulation o f contractility o f the heart. Annu R ev Physiol 5 9 :5 0 5 , 1997. Zipes DP, Ja life J : C ardiac Electrophysiology, 3rd ed. Philadelphia: W B Saunders C o, 1999.

Kalp uyarısı kalp boyunca ilerlerken kalbi çevreleyen do­ kulara elektrik akımları yayılır. Bu akımların küçük bir miktarı vücut yüzeyine kadar ilerler. Deri üzerine, kalbin karşılıklı iki yanına elektrodlar yerleştirilirse bu akımla­ rın doğurduğu elektrik potansiyeller kaydedilebilir. Bu kayıt elektrokardiyografi! olarak bilinir. Kalbin iki atımı sırasında kaydedilen normal bir elektrokaıdiyogıam Şe­ kil 1 1 - 1 ’de gösterilmiştir.

N O R M A L E L E K T R O K A R D İY O G R A M IN Ö ZELLİK LER İ Normal elektrokardiyogram (Şekil 11-1), bir P dalgası, bir QRS kompleksi ve bir T dalgasından oluşur. QRS kompleksi her zaman olmamakla beraber çoğu zaman üç ayrı dalgadan; Q dalgası, R dalgası ve S dalgasından oluşur. Atriyumlar kasılmadan önce depolarize olurken, mey­ dana gelen elektrik potansiyelleri P dalgasını oluşturur. Ventrikiiller kasılmadan önce depolarize olurlarken yani depolarizasyon dalgası ventrikiillere yayılırken meydana gelen potansiyeller, QRS kompleksini oluşturur. Dolayı­ sıyla hem P dalgası hem de QRS kompleksinin parçalan

depolarizasyon dalgalarıdır. Ventriküller depolarizasyon durumundan eski du­ rumlarına geri dönerlerken meydana gelen potansiyel­ ler, T dalgasını oluştururlar. Ventrikül kasında bu işlem, normalde depolarizasyondan 0.25-0.35 saniye sonra meydana gelir ve bu dalga repolarizasyon dalgası olarak bilinir. Bu nedenle elektrokardiyogram hem depolarizasyon hem de repolarizasyon dalgalarından meydana gelir. Depolarizasyonun ve ıepolarizasyonun ilkeleri Bölüm 5’de tartışılmıştır. Elektrokardiyografide depolarizasyon ve repolarizasyon dalgalarının birbirlerinden ayırt edil­ mesi öylesine önemlidir ki, daha geniş olarak açıklan­ maları gerekir. D ep o larizasyo n D algaların a Karşı R epolarizasyo n D algaları Biı kardiyak kas lifi Şekil 11-2'de depolarizasyon ve repolarizasyonun döı t evresinde gösterilmiştir. Depolarizas­ yon sırasında lif içindeki normal negatif potansiyel kay­ bolur ve zar potansiyeli tersine döner, yani içeride hafif­ çe pozitif, dışarıda hafifçe negatif hale gelir. Şekil ll-2A’da, içeride pozitif dışarıda negatif kırmızı yükler ile gösterilen depolarizasyon, soldan sağa, doğru hareket etmektedir; lifin ilk yarısı depolarize olmuştur, kalan yarısı ise hala polarize durumdadır. Dolayısıyla, lif

üzerindeki elektrotlardan soldaki, lifin dışına dokundu­ ğu yerde bir negatiflik alanı, sağdaki elektrot ise bir pozi­ tiflik alanı içerisindedir. Bu da voltmetrenin pozitif bir kayıt yapmasına neden olur. Kas lifinin sağında, elekt­ rotlar arasındaki potansiyelin, yüksek hızda kayıt yapan bir voltmetre ile yapılmış olan kaydı görülmektedir. De­ polarizasyon Şekil ll-2A’daki lifin orta noktasına ulaştığı zaman, bu potansiyel kaydının en büyük pozitif değere yükseldiğine dikkat ediniz. Şekil ll-2 B ’de depolarizasyon kas lifinin tamamına yayılmıştır. Sağdaki kayıt ise sıfır başlangıç çizgisine geri dönmüştür. Çünkü şimdi elektrotların her ikisi de eşit negatifiikteki alanlardadır. Tamamlanmış olan dal­ ga bir depolarizasyon dalgasıdır. Çünkü depolarizas­ yonun tüm kas lifi boyunca yayılmasına bağlı olarak oluşur. Kas lifinin repolaıizasyonunu gösteren Şekil ll-2 C ’de, pozitiflik lifin dışına geı i dönmüştür. Bu durum soldan sağa doğru lifin yarısına kadar ilerlemiştir. Bu anda sol­ daki elektrot bir pozitiflik, sağdaki elektrot ise bir nega­ tiflik alanı içindedir. Bu, Şekil ll-2A’daki polaritenin ter­ sidir. Bunun sonucunda, sağda görüldüğü gibi kayıt ne­ gatif hale gelir. Şekil ll-2D'de kas lifi tamamen repolarize olmuştur. Şimdi her iki elektrot da pozitiflik alanları içindedir, öy­ le ki aralarında herhangi bir potansiyel kayıt edilmez. Bu nedenle sağdaki kayıtta potansiyel bir kez daha sı­ fır düzeyine geri döner. Tamamlanmış olan negatif dal­ ga bir repolarizasyon dalgasıdır. Çünkü repolarizasyonun tüm kas lifi boyunca yayılmasına bağlı olarak mey­ dana gelir.

Ventrikül Kasının Tekevreli (Monofazik) Aksiyon Potansiyelinin Q RS Ve T Dalgalan ile İlişkisi. Ventri­ kül kasının Bölüm 10’da tartışılan tekevreli aksiyon po­ tansiyeli, normal olarak 0.25-0.35 saniye sürer. Şekil 113’ün üst bölümünde tek bir ventrikül kası lifinin içine yerleştirilmiş bir mikroeleklrot ile kaydedilen bir tekev­ reli aksiyon potansiyeli gösterilmiştir. Bu aksiyon potan­ siyelinin yukarı doğru çizdiği eğri depolarizasyoııa, po­ tansiyelin başlangıç çizgisine geri dönüşü ise repolarizasyona bağlı olarak meydana gelir. Şeklin alt bölümünde görülen ve aynı ventrikülden ya­ pılmış olan eşzamanlı elektrokardiyogram kaydına dik­ kat ediniz. Bu kayıttaki QRS dalgası tekevreli aksiyon po­ tansiyelinin başlangıcında, T dalgası ise sonunda belirir. Ayrıca ventrikül kası tamamı ile polarize veya depolarize

iken elektrokardiyogramda hiç bir potansiyel kaydedil­ mediğine de özellikle dikkat ediniz. Yalnızca kas kısmen polarize veya depolarize iken ventriküliin bir bölümün­ den diğerine ve dolayısıyla da vücut yüzeyine doğru akım meydana gelir ve bu akım elektrokardiyogıamı oluşturur. 114

BÖLÜM 11 • Normal Elektrokardiyogram

115

1 saniye + 2 —i

+

1

i ■■ ■

-

1

:

İÜ- :;-4; TîH'rn:

4 H—Htt i ;

Ht:: lllİ

;

.

;

£

ı\\^m

î

S 1: ’H r Ş i; -==İH

r—; t_ l

-2 —1

1

m İt •!!:

*; '•

Ali İLİ 111

İ

İH - r p

P-R aralığı = 0.16 saniye

Ş E K İL 11 - 1 Normal elektrokardiyogram.

Atriyum ve V entrikü l K asılm alarının Elektrokardiyo gram D algaları ile İlişkisi K as kasılm asın ın b aşlay ab ilm e si için depolarizasyo n u n , k asılm anın kim y asal olayların ı b aşlatm ak üzere kas b o ­ y u n ca y ay ılm ası gerekir. D olayısıyla P dalgası, atriyum

kasılmasının başlangıcında, QRS dalgası ise venlrikiil kasılmasının başlangıcında m e y d an a gelir. Ventriküller, rep olarizasy on b itük ten birkaç m ilisan iye son raya, T dalgasın ın so n u n a k a d a r kasılı kalırlar. Atriyum lar P dalgasın d an yaklaşık 0,15-0,20 saniye so n ­ ra repolarize olurlar. Bu olay elektrokardiyogram da tam QRS dalgasın ın kaydedildiği an d a m çy d an a gelir. D olayı­ sıyla atriyal T dalgası olarak bilinen atriyum repolarizasyonu dalgası, çoğunlukla, çok d ah a büyük olan QRS d a l­ gasın ın içinde kaybolur. Bu n eden le atriyum un T dalgası, elektrokardiyogram da nadiren izlenir. Ventriküllerin rep o larizasy o n d algası, n orm al elektrokardiyogram ın T dalgasıdır. Genellikle ventrikül kasının bazı lifleri, d e p o la riza sy o n dalgasın ın b aşlan g ıcın d an yaklaşık 0.20 san iy e so n ra rep olarize olm ay a başlarlar.

Repolarizasyon dalgası

++++++++++++++++++

0.30 saniye

Ş E K İL 1 1 - 2 Bir kalp kası lifinden depolarizasyon dalgasının (A veB) ve repo­ larizasyon dalgasının (C ve D) kaydedilmesi.

(Üstle) Bir ventrikül kası lifinden kaydedilmiş tekevreli aksiyon potansiyeli, normal kalp işlevi sırasındaki hızlı depolarizasyonu, bıınu izleyen ve plato evresi sırasında yavaş, sona doğru ise hızlı gelişen repolarizasyonu göstermektedir. (Altta) Eşzamanlı kaydedilen elektrokardiyogram.

Fakat liflerin ç o ğ u n d a 0.35 san iye so n ra y a k a d a r repolaıizasy o n b aşlam a z. D olayısıyla re p o larizasy o n olayı y ak ­ laşık 0.15 san iy e gibi uzun bir süreye yayılır. 13u n ed en le n orm al elektrokardiyogram ın T dalgası ç o ğu n lu k la u z a ­ m ış bir dalgadır. T dalgasın ın voltajı, QRS k o m p lek sin in voltajın d an çok d a h a küçüktür. Bu d a k ısm en T d a lg a sı­ nın uzun o lm a sın a bağlıdır.

Elektrokardiyogram da V o ltaj ve Z am an Ayarı B ütün e lek trok ard iy og ram kayıtları, ü z e rin d e uygun ayar çizgileri olan kayıt kağıd ın a yapılır. Ayar çizgileri ya kağıt üzerin d e ö n ced en vardır (kalem li kayıt cihazı ku lla­ nıldığı za m an olduğu gibi) ya d a kağıt üzerin e elcktrokardiyogram la aynı a n d a kayıt edilir (fotoğraflı elektrokardiyograflarda old u ğu gibi). Stan d art bir elektrok ardiy ogram da yatay ay ar çizgileri, Şekil 11-1'de gö rü ld ü ğü gibi yukarıya veya aşa ğ ıy a doğru on küçük b ö lü m bir m ilivolta karşılık gelecek şekilde ayarlanm ıştır. Yukarı yündeki voltajlar pozitif, a şa ğ ı yöndekiler ise negatiftir. E lek trokardiyogram d a dikey çizgiler za m a n ay ar çizgi­ leridir. Yatay d o ğ ru ltu d a h er inç (2.54 cm ) 1 san iy ed ir ve her inç koyu dikey çizgiler ile, genellikle b e ş b ö lü m e ay ­ rılm ıştır. Koyu dikey çizgiler arasın d ak i uzaklık, 0.20 s a ­ niyeyi tem sil eder. Bu aralıkların her biri de, in ce çizgiler ile b e şe r küçük aralığa ayrılm ıştır. Küçük aralıkların h eıbiri, 0.04 san iyeyi tem sil eder.

Elektrokardiyogram da Normal Voltajlar. N orm al elektrokardiyogram daki d algaların voltajları, elektrotla­ rın vücut yüzeyin e uy gulan ış yön tem in e ve kalb e ne k a­ dar yakın olduk ların a bağlıdır. Bir elektrot tam kalbin üzerine, ikinci bir elektrot ise v ü c u d u n b a şk a h erh an gi bir yerine yerleştirildiği z am an , QRS kom p lek sin in v o lta­ jı 3-4 m ilivolt k ad ar büyük olabilir. Kalp kası zarın d an do ğ ru d an kaydedilen 110 m ilivoltluk tekevreli aksiyon potan siyeli ile k arşılaştırıldığın d a bu voltaj bile k ü çü k ­ tür. E lektorkardiyograın her iki kol veya bir kol ve bir b a ­ cak üzerindeki elektrotlardan kaydedildiği za m a n QRS kom pleksin in voltajı, R d algasın ın tep e sin d e n S d a lg a sı­ nın alt u c u n a k ad ar genellikle yaklaşık 1 m ilivoltlur. P

116

ÜNİTE III « Kalp

dalgasının voltajı 0.1 ile 0.3 milivolt arasında, T dalgası­ nın voltajı ise 0.2 ile 0.3 milivolt arasındadır.

P-Q Veya P-R Aralığı. P dalgasının başlangıcı ile QHS dal­ gasının başlangıcı arasındaki süre, atriyumların kasılmaya başlaması ile ventriküllerin kasılmaya başlaması arasında­ ki zaman aralığıdır. Bu döneme P-Q aralığı denir. Normal P-Q aralığı yaklaşık 0.16 saniyedir. Bu aralığa bazen P-R aralığı da denilir, çünkü çoğu zaman Q dalgası oluşmaz. Q-T Aralığı. Ventrikül kasılması yaklaşık olarak Q dalga­ sının başlangıcından T dalgasının sonuna kadar sürer. Bu aralığa Q-T aralığı adı verilir ve genellikle yaklaşık 0.35 saniyedir.

Elektrokardiyogram dan Kalp Atım Hızının Belirlen­ mesi. Kalbin atım hızı elektrokardiyogramdan kolaylıkla belirlenebilir. Çünkü kalp hızı, iki ardışık atım arasında­ ki zaman aralığının matematiksel tersidir. Eğer iki atım arasında zaman ayar çizgileri ile belirlenen aralık 1 sani­ ye ise kalp hızı dakikada 60 atımdır. Ardışık iki QRS kompleksi arasındaki aralık normalde yaklaşık 0.83 sani­ yedir. Bu da dakikada 60/0.83 veya 72 atımlık kalp hızına karşılık gelir.

E L E K T R O K A R D İY O G R A M K A Y D E T M E N İN YÖ NTEM LERİ Kalp kasının kalbin her atımı sırasında oluşturduğu elektrik akımları, bazen kalbin karşılık gelen tarafındaki elektrik potansiyellerini ve polaritelerini 0 . 0 1 saniyeden daha kısa bir sürede değiştirirler. Dolayısıyla elektıokardiyogramı kaydedecek olan her cihazın potansiyeldeki bu değişikliklere hızla cevap verebilmesi gerekir. Bu amaçla genellikle iki tür kayıt cihazı kullanılır. K alem li Kayıt C ihazı Çoğu modern klinik elektrokardiyograf, bir kalem ile, ha­ reket eden bir kağıt üzerine doğrudan yazan kalem yazıcılı kayıt cihazı kullanır. Kalem bazen bir ucu bir mürek­ kep deposuna bağlı olan bir tüptür. Kalemin kayıt yapan ucu ise kalemi ileriye ve geriye doğru yüksek hızda hare­ ket ettirebilen güçlü bir elektromıknatıs sistemine bağlı­ dır. Kağıt ileri doğru hareket ederken kalem clcktrokardiyogramı kaydeder. Kalemin hareketi ise hasta üzerinde­ ki elektrokardiyograf elektrotlarına bağlanmış olan uy­ gun bir elektronik yükseltici aracılığı ile denetlenir. Diğer kalemli kayıt sistemleri yazıcı uçta mürekkep bu­ lunmasına gerek bırakmayan özel kağıtlar kullanırlar. Bu kağıtların bir türü ısıya maruz kaldığı zaman siyaha döner, yazıcı uç ise en uç kısmından geçen elektrik akımı ile çok ısı­ nır. Diğer bir kağıt türü, elektrik akımı yazıcı uçtan geçerek kağıt üzerinden, kağıdın arkasındaki bir elektroda doğru hareket ettiği zaman siyaha döner. Böylece yazıcı uç kağıt üzerinde dokunduğu her yerde siyah bir çizgi bırakır.

A K IM L A R IN K A LP D Ö N G Ü S Ü S IR A S IN D A KALP Ç E V R E S İN D E K İ H A REKETLER İ Kısmen Depolarize Olmuş Sinsisyal Bir Kalp Kası Kitlesinden Elektrik Potansiyellerin Kaydı Şekil 11-4’de merkez noktasından uyarılmış sinsisyal bir kalp kası kitlesi görülmektedir. Uyarılmadan önce

Ş E K İL 1 1 - 4 Merkezinde depolarize olmuş bir kalp kası kitlesinin yüzeyinde meydana gelen anlık potansiyeller.

tüm kalp hücrelerinin dışı pozitif içi negatiftir. Bölüm 5’de zar potansiyelleri tartışılırken ortaya konan ne­ denlerden dolayı kalp sinsisyumunun bir alanı depo­ larize olur olmaz, negatif yükler depolarize kas lifleri­ nin dışına sızarak kalbin hala normal polarize durum­ da olan yüzeyine oranla bu bölgeyi şekildeki negatif işaretlerle gösterildiği gibi elektronegatif hale getirirl­ er. Dolayısıyla şeklin sağında gösterildiği gibi negatif ucu depolarizasyon alanına, pozitif ucu ise hala pola­ rize olan alanlardan birine bağlanan bir voltmetre po­ zitif kayıt yapar. Elektrot yerleştirmenin ve voltmetre ölçümünün diğer iki olasılığı da Şekil 11-4'de gösterilmiştir. Okuyucunun

bunları dikkatle incelemesi vefarklı elektrot yerleşimleri­ ne karşılık gelen voltmetre ölçümlerinin nasıl oluştuğu­ nu açıklayabilmesi gerekir. Kalpte depolarizasyon tüm yönlere doğru yayıldığı için şekilde gösterilen potansiyel farkları yalnızca birkaç milisaniye sürer. Voltajın gerçek anlamda ölçülmesi ancak yüksek hızlı bir kayıt cihazı ile mümkün olur. G öğüste Kalp E trafınd aki E lek trik A kım ları Şekil 11-5’de ventrikül kasının göğüs içindeki yerleşimi görülmektedir. Çoğunluğu hava ile dolu olsa da akciğerler bile şaşırtıcı derecede iletkendirler. Kalbi çevreleyen diğer dokulardaki sıvılar ise elektriği çok daha kolay iletirler. Dolayısıyla kalp gerçekte iletken bir ortamda asılı dur­ maktadır. Ventriküllerin bir parçası geri kalanına göre elektronegatif hale geldiği zaman, elektrik akımları şekil­ den dikkati çekeceği üzere büyük dairesel yollar çizerek depolarize alandan polarize alana doğru hareket ederler. Bölüm 1 0 ’daki Puıkinje sistemi ile ilgili tartışmadan anımsanacağı gibi, kalp uyarısı Şekil 11-5’de renkli alan­ lar ve negatif işaretler ile gösterildiği gibi, ventriküllerin ilk olarak septumuna, bundan kısa bir süre sonra da ka­ lan kısmının endokardiyal yüzeyine ulaşır. Bu durum ventriküllerin içine elektronegatiflik, dış duvarlarına ise elektropozitiflik sağlar. Akımlar ventrikülleri çevreleyen sıvıların içerisinde, şekildeki eğri oklarla gösterildiği gibi elips şeklinde yollar çizerek hareker ederler. Eğer okuyu­ cu akımların tüm hareket çizgilerinin (elips şeklindeki çizgiler) cebirsel ortalamasını alırsa, ortalama akım ha­

reketinin, negatiflik kalbin tabanına pozitiflik ise kalbin apeksine gelecek şekilde oluştuğunu bulacaktır. Akım, depolarizasyon sürecinin geri kalan bölümünün çoğunda depolarizasyon, ventrikül kası içinde endokar-

BÖLÜM 11 • Normal Elektrokardiyogram

117

elektron egatif oldu ğu zam an elektrok ardiy ograf pozitif, yani elektrokardiyogram daki sıfır voltaj çizgisin in ü z e ­ rinde kayıt yapar. Bunun tersi sö zk o n u su o ld u ğ u zam an , elektrokardiyograf çizginin altın d a kayıt y apar.

II. Derivasyon. II. Kol-bacak derivasyonu kaydedilirken

elektrokardiyografin negatif ucu sağ kola, pozitif ucu ise sol bacağa bağlanır. Dolayısıyla sağ kol, sol b acağ a n azaran n e ­ gatif olduğu zam an elektrokardiyograf pozitif kayıt yapar.

III. Derivasyon. III. K ol-bacak deriv asy o n u k ay d ed ilir­

elektrokardiyografin negatif ucu sol kola, pozitif ucu ise sol bacağa bağlanır. Bu da, sol kol, sol b a c a ğ a n azaran

ken

n e g a tif oldu ğu za m an elektrokardiyografin p o z itif kayıt y aptığı an la m ın a gelir.

Einthoven Üçgeni. Şekil 11-6’d a kalb in etrafın a Eintho­

ven Üçgeni adı verilen bir ü çgen çizilm iştir. B u rad a, iki kolun ve sol b acağ ın kalbi çevreleyen b ir ü çgen in k ö şe le ­ rini olu ştu rd u ğu şekille ifade edilm ektedir. Ü çgen in ü st kısm ın daki iki kö şe iki kolun, alt k ö şe ise sol b a c a ğ ın k a l­ bin etrafındaki sıvılar ile elektriksel olarak b ağ lan tı y a p ­ tığı n ok talan tem sil eder. Akımın göğüste, kısmen depolarize olmuş ventriküllerin etrafındaki hareketi.

diyal yüzey den dışarı doğru yayılırken, aynı yönde h are ­ kete d evam eder. D ep olarizasy on ventrikiiller içinde iz­ lediği yolu n u ta m a m la m a d a n h em en önce, akım ın o rta ­ la m a h areket y ö n ü yaklaşık 1/100 san iye süreyle ters d ö ­ ner ve akım bu kez ap ek steıı tab an a doğru hareket eder. Ç ünkü kalb in d e p o la rize olan en so n bölü m ü ventrikül­ lerin kalbin ta b a n ın d a kalan dış duvarlarıdır. Bu n e d e n le akım , n orm al bir kalpte n egatiften poziti­ fe, d e p o la riza sy o n d ö n g ü sü n ü n en son kısm ı h ariç h e ­ m en h em en tam am ı sıra sın d a çoğu n lu kla ta b an d a n a p e k se doğru h areket eder. D olayısıyla Şekil 11-5’de g ö s ­ terildiği gibi v ü cu d u n yüzeyine bir voltm etre b ağ lan ırsa ta b a n a yakın olan elektrot n egatif, ap e k se yakın olan elektrot ise pozitif o lacak ve voltm etre elektrokardiyogıa m d a p o z itif bir kayıt yapacaktır.

Einthoven Kanunu. Einthoven kanunu, üç b ip o la r kolb ac ak elektrokardiyografi d e ıiv asy o n u n u n h erh an gi iki­ sinin h erh an gi bir an daki elektrik potan siy elleri bilindiği takdirde, iiçü n cü sü n ü n m atem atiksel o la rak d iğer ikisi­ nin b asit toplam ı ile bulun ab ileceğin i söyler. (Bu to p la ­ m a yapılırken farklı d eıivasyon larm p o z itif ve n e g a tif işaretlerin in de değerlend irm eye alın m ası gerektiğin e dikkat ediniz.) Örneğin Şekil 11-6’da görüldüğü gibi, belli bir an d a v ü ­

+ 0.5 mV

E LE K T R O K A R D İY O G R A F İ DERİVASYONLAR Üç B ip olar E kstrem ite Derivasyonu +0.3 mV Şekil 11-6 d a , sta n d a r t b ip o la r ek strem ite d erivasyo nları o la rak ad lan d ırıla n elek trok ard iy ogram ları k a y d e t­ m e k için h a sta n ın ekstrem iteleriy le elek trok ard iy og raf a ra sın d a k i elektriksel b a ğ la n tıla r gö rülm ek tedir. ''B i­ p o la r" terim i elek tro k ard iy o g ram ın vücut üzerin d ek i iki e le k tro tta n (bu d u r u m d a kol ve b acak lard an ) k a y ­ d e d ild iğ i a n la m ın a gelir. Bu n e d e n le bir “d e riv a sy o n ” v ü c u t ile b ağ la n tılı o la n tek b ir tel değil, fakat iki tel ve b u n ların ele k tro tların d an m e y d a n a gelen ve e le k tro ­ k a rd iy o g raf ile bir devre ta m a m la y a n b ir b ağ lan tıd ır. G e rç e k b ir elek trok ard iy og raf, hareket eden bir kağıt ü z e rin e y ü k se k h ızd a kayıt y ap a n b ir voltm etre o lm a k ­ la b e rab e r, şek ild ek i h er d e riv a sy o ııd a bir elektrik v o lt­ m e tre ile g ö ste rilm iştir.

I. Derivasyon. I. K ol-bacak derivasyonu kaydedilirken

elektrokardiyografin negatif ucu sağ kola, pozitif ucu ise sol kola bağlanır. D olayısıyla s a ğ kolun g ö ğü s kafesin e b ağ la n d ığ ı nokta, sol kolun b ağlan dığı noktaya n azaran

+0.7 mV

II. Derivasyon

+1.0 mV

Ş E K İL 11 -6 Elektrotların, standart elektrokardiyografi derivasyonlarını kay­ betmek için kurallara uygun olarak yerleştirilmesi. Einthoven üçgeni de göğüs üzerine çizilmiştir.

118

ÜNİTE III • Kalp

Ş E K İL 1 1 - 7

Göğüs derivasyonlarını kaydetmek için vücudun elektrokardiyografa bağlanması.

Üç standart, elektrokardiyografi derivasyonundan kaydedilen normal elektrokardiyogramlar.

Bu iki durumun -kalp miyopatileri ve kalp aritmileri elektrokardiyografık değerlendirmesi Bölüm 12 ve 13’de ayrı ayrı tartışılmıştır. cudun ortalama potansiyeline göre sağ kolun 0 , 2 milivolt negatif, sol kolun 0.3 milivolt pozitif, sol bacağın ise 1.0 milivolt pozitif olduğunu varsayalım. Şekildeki voltmetre­ lere bakarak, 1. derivasyonun 0.5 milivoltlukbir pozitif po­ tansiyel kaydettiği görülebilir. Çünkü bu, sağ koldaki -0.2 milivolt ile sol koldaki +0.3 milivolt arasındaki farktır. Benzer şekilde III. derivasyon 0.7 milivoltluk bir pozitif potansiyel ve II.derivasyon 1.2 milivoltluk bir pozitif po­ tansiyel kaydeder. Çünkü bunlar kendilerine ait kol-bacak çiftleri arasındaki anlık potansiyel farklarıdır. Şimdi, I. ve III. derivasyonlardaki voltajların toplamı­

nın II. derivasyondaki voltaja eşit olduğuna dikkat edi­ niz. Yani 0.5 ile 0.7’nin toplamı 1.2’ye eşittir. Einthoven kanunu adı verilen bu kural, elektrokardiyogram kayde­ dilirken, her bir an için matematiksel olarak doğrudur.

Üç Standart Bipolar Kol-Bacak Derivasyonundan Kaydedilen Normal Elektrokardiyogramlar. Derivas­ yon 1, II ve IH’ün elektrokardiyogram kayıtları Şekil 11- 7’de gösterilmiştir. Şekilde açıkça görüldüğü gibi bu üç derivas­ yonun lıerbirindeki elektrokardiyogramlar birbirine ben­ zer. Çünkü hepsi de pozitif P dalgalan ve pozitif T dalgala­ rı kaydeder; her eleklrokardiyogramda QRS kompleksinin büyük bir kısmı yine pozitiftir. Bu üç elektrokardiyogramın incelemesinde, herhangi bir anda 1. ve III. derivasyonlardaki potansiyellerin topla­ mının II. deıivasyondaki potansiyele eşil olduğu, bu ne­ denle de Einthoven kanununun geçerli olduğu, dikkatli ölçümler ile gösterilebilir. Bütün bipolar kol-bacak derivasyonlarının kayıtları birbirine benzer olduğu için, çeşitli kalp aritmilerini teş­ his etmek istediğimiz zaman hangi derivasyonu kaydet­ tiğimizin çok fazla önemi yoktur. Çünkü aritmilerin teş­ hisi, aslında kalp döngüsündeki çeşitli dalgalar arasında­ ki zaman ilişkilerine dayanır. Diğer yandan, ventrikül ve­ ya airiyum kasındaki veya ileli sistemindeki bir hasarı teşhis etmek islediğimiz zaman hangi derivasyonları kaydettiğimiz son derece önemlidir. Çünkü kalp kasın­ daki bozukluklar bazı derivasyonlardaki elektrokardiyogramların şeklini önemli ölçüde değiştirirken diğer derivasyonları hiç etkilemeyebilir.

Göğüs Derivasyonları (Prekordiyal Derivasyonlar) Sıklıkla kalbin üzerinde, göğüs kafesinin ön yüzeyine Şe­ kil 1 1 -8 ’de gösterilen altı ayrı kırmızı noktadan birine yer­ leştirilen bir elektrot ile elektrokardiyogramlar kaydedilir. Bu elektrot elektrokardiyografin pozitif ucuna bağlanır. Indifferent elektrot adı verilen negatif elektrot ise normal­ de elektrik dirençler aracılığı ile şekilde de gösterildiği gi­ bi, aynı anda sağ kol, sol kol ve sol bacağın her üçüne de bağlanır. Altı standart göğüs derivasyonu genellikle göğüs elektrodu şekilde gösterilen altı noktanın herbirine sıra ile yerleştirilerek göğüs kafesinin ön duvarından kaydedilir. Şekil 11-8’de gösterilen yöntem ile yapılan çeşitli kayıtlar Vı, V2, V 3 , V.}, V 5 veV6 derivasyonları olarak bilinirler. Normal bir kalbin bu altı standart göğüs derivasyonu ile kaydedilen elektrokaıdiyogramları, Şekil 11-9'da gös­ terilmiştir. Kalbin yüzeyi göğüs duvarına yakın olduğu için her göğüs derivasyonu aslında elektrodun hemen altındaki kalp kasının elektrik potansiyellerini kaydeder. Dolayısıyla ventriküllerin, özellikle de ön ventrikül duva­ rının nispeten küçük bozuklukları, göğüs derivasyonlarından kaydedilen elektrokardiyogramlarda sıklıkla be­ lirgin değişikliklere neden olurlar.

Allı standart göğüs derivasyonundan kaydedilen elektrokardi­ yogramlar

BÖLÜM 11 • Normal Elektrokardiyogram

119

vasyonlarda apekse daha yakındır. Bu da depolaıizasyonuıı büyük kısmında elektropozitifliğin yönüdür. Büyütülm üş (A ugm ented) E kstrem ite Derivasyonları

Ş E K İL 1 1 - 1 0 Üç büyütülmüş unipolar kol-bacak derivasyonundan kaydadileıı normal elektrokardiyogramlar.

Vı ve V2 derivasyonlarında normal bir kalbin QRS ka­ yıtları aslında negatiftir. Çünkü Şekil 11-8’de görüldüğü gibi, göğüs elektrodu bu derivasyonlarda kalbin apeksinden çok tabanına yakındır ki bu da ventrikiilün depolarizasyon sürecinin çoğunda elektronegatifliğin yönüdür. Diğer yandan V4 , V5 ve Vr, derivasyonlarındaki QRS kompleksleri pozitiftir. Çünkü göğüs elektrodu bu deri-

Sıklıkla kullanılan bir başka derivasyon sistemi, büyütülmüş ımipolar kol-bacak derivasyonlarıdır. Bu tür kayıtta, kol ve bacakların ikisi elektrik dirençler aracılığı ile elektrokardiyografin negatif ucuna, üçüncüsü ise pozitif ucuna bağlanır. Pozitif uç sağ kolda iken derivasyona aVR derivasyonu, sol kolda iken aVL derivasyonu, sol bacakta iken aVF derivasyonu adı verilir. Büyütülmüş unipolar kol-bacak derivasyonlarının normal kayıtları Şekil 11-10’da gösterilmiştir. aVR derivasyonlarmdan alman kayıdın ters dönmüş olması dışında büyütülmüş derivasyonların hepsi standart kol bacak derivasyonu kayıtlarına benzer.

REFERANSLAR

•

13.Bölümün kaynaklarına bakınız.

-

Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin Elektrokardiyografik Yorumu: Vektöryel Analiz

Uyarının kalp boyunca iletilmesi ile ilgili Bölüm 10’daki tar­ tışm adan açıkça an laşılacağı gibi, iletinin ilerleyişindeki herhangi bir değişiklik kalp etrafında olağandışı p otan si­ yellerin olu şm asın a ve b u n a bağlı olarak elektrokardiyogram daki dalgaların şekillerinin değişm esine neden olabilir. Bu nedenle, değişik elektrokardiyogram derivasyonlarındaki değişik dalgaların şekilleri çözüm lenerek, kalp kasının ciddi bozukluklarının h em en hem en hepsi tespit edilebilir.

E L E K T R O K A R D İY O G R A M IN V E K TÖ R Y E L Ç Ö Z Ü M L E M E S İN İN İLKELERİ E lek trik P o tansiyellerini G österm ek İçin V e ktö rle rin K ullanılm ası Kalp b ozuk luklarının elektrokardiyogram dalgaların ın şekillerini n asıl etkilediğini an layab ilm ek için, vektör k avram ın ı ve vektörel çözü m lem eyi kalbin içindeki ve e trafın daki elektrik potan siyellere uygulandığı şekli ile öğren m ek gerekir. K alp d ö n g ü sü n ü n belirli bir an ın d a kalpteki akım ın belirli bir y ön e d oğ ru hareket ettiği üzerinde, B ölüm 1 l ’d c birkaç kez durulm uştu r. Bir vektör, akım h arek etle­ rinin o lu ştu rd u ğ u elektrik potan siyelin in yön ün ü g ö ste ­ ren bir ok olup, okun ııcıı p o z itif yöndedir. Ayrıca ku ralla­ ra göre, oku n uzunluğu potansiyelin voltajına orantılı o larak çizilir.

Herhangi Bir Anda Kalpteki "Sonuç Vektörü".Ventrikül se p tu m u n u n ve h er iki ventriküliin lateral eııdokardiyal d u varların ın bir kısm ın ın d epolarizasyo n u , Şekil 12-1’de gölgeli alan ve n egatif işaretler ile gösterilm iştir. Elektrik akım ı, kalbin içindeki bu d epolarize olm u ş a la n ­ lar ile kalb in dışın daki d ep o larize o lm am ış alan lar a r a ­ sın d a, elip s şeklin deki oklar ile gösterildiği üzere hareket eder. Akım ayrıca, kalp boşlukların ın için de de d e p o la ri­ ze o lm u ş alan lard an p olarize alan lara doğru hareket eder. Küçük bir m iktar akım kalbin içerisin d e yukarıya d o ğ ıu h arek et e d e rse de, çok d ah a büyük m iktardaki akım ventriküllerin dışın da, aşa ğ ıy a ap ek se doğru h are ­ ket eder. D olayısıyla b u özel an d a oluşan potan siyelin an lık o rta la m a vektör adi verilen toplam vektörü, ventri­ küllerin m erk ezin den gcçecek şekilde kalbin tab an ın d a n ap e k sin e d o ğ ru çizilm iştir. D ah ası, bu akım ların m iktarı bü y ü k o ld u ğ u için, potan siy el de büyük, vektör ise nisbcteıı uzundur.

120

Vektö rü n Yönünün Derece C insinden B elir­ tilm esi Şekil 12-2’de g ö rü ld ü ğ ü gibi y a ta y o la ra k k işin in so l t a ­ ra fın a d o ğ ru y ö n e len b ir vektör için 0 d e re c e s i y ö n ü n ­ de u z an ıy o r denir. V ektörlerin d e re c e si b u sıfır b a ş l a n ­ gıç n o k ta sın d a n itib aren s a a t y ö n ü n d e ilerler. V ektör y u k a rıd an aşa ğ ıy a d o ğ ru u z a n ıy o r sa y ö n ü + 9 0 d e re c e ; kişin in so lu n d a n s a ğ ın a d o ğ ru u z a n ıy o r sa y ö n ü + 1 8 0 d e re c e ; y u karıya d o ğ ru u z a n ıy o rsa y ö n ü -90 v e y a + 2 7 0 d ereced ir. N o rm al b ir kalp te orta Q1İS v ektörü ad ı verilen ve d e p o la ıiz a s y o n d a lg a sı ven trik ü llere y ay ılırk en m e y ­ d a n a gelen kalp v e k tö rü n ü n o r ta la m a y ö n ü , y a k la şık +59 dereced ir. Bu vektör Şekil 12-2’n in m e rk e z in d e n g e ç e c e k şek ild e çizilm iş o lan , +59 d e re c e y ö n ü n d e k i A vek törü ile g ö ste rilm iştir. Bu d e m e k tir ki, k a lb in ap ek si, b u b ö lü m d e ile rid e tartışıla c ağ ı gib i, d e p o la riz a s yon d a lg a sın ın ç o ğ u n d a kalb in t a b a n ın a n a z a r a n p o ­ zitif kalır.

H er S tand art B ipolar Derivasyonuıı ve Unipolar Ekstrem ite D erivasyonlarınm Ekseni Ü ç s ta n d a r t b ip o la r ve ü ç u n ip o la r k o l-b a c a k d e riv a sy o n u B ö lü m 11'de an latılm ıştır. H er d e ıiv a sy o n , v ü ­ c u tta, k alb in karşılıklı iki y a n m a b a ğ la n m ış b ir çift e le k tro tta n ib are t olup, n e g a tif e le k tro tta n p o z itife d o ğ ru o la n y ön e o derivasyonuıı "e k se n i" den ilir. I. deriv a sy o n her iki kola y e rleştirilen iki e le k tro tta n k a y d e ­ dilir. E lektrotlar, p o z itif elek trot s o ld a o la c a k şe k ild e y atay d o ğ ru ltu d a yer ald ıkları için I. d eı iv a sy o n u n e k ­ se n i 0 d erecedir. II. derivasyon kaydedilirken elektrotlar s a ğ kol ve sol b a c a ğ a yerleştirilir. Sağ kol gövdeye s a ğ ü st k ö şede, sol b ac ak ise sol alt kö şed e bağlanır. D olay ısıy la b u derivasyon un yönü yaklaşık +60 derecedir. B en zer bir çözü m lem e y apılırsa III. deriv asy o n u ıı e k ­ sen in in yaklaşık +120 derecede, aV^ eksen in in yaklaşık +210 derece, aVp’nin eksenin in +90 d e re ce ve aV ı/nin e k ­ sen in in de -30 derece olduğu görülebilir. B ütün bu deı iv a sy o n la ıa ait eksenlerin yönleri Şekil 12-3’de altıgen re­ feran s sistem i adı verilen diy agram ile gö sterilm iştir. Elektrotların polaı iteleı i artı ve eksi işaretleri ile g ö ste ril­ miştir. Bu bölüm ün geri kalan kısm ını an lay a b ilm ek için okuyucunun bu eksen ve polariteleri, özellikle de /., II. ve

III. b ip olar ko l-b a ca k derivasyonlarınınkiııi öğrenm esi gerekir.

BÖLÜM 12 • Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin Elektrokardiyografik Yorumu:

121

Ş E K İL 12 - 4 I. derivasyon ekseni üzerinde B izdüşüm vektörünün belirlen­ mesi. A vektörü ventriküllerin anlık potansiyelini temsil etmek­ tedir.

Ş E K İL 12 - 1 Kısmen depolarize olmuş kalbin ortalama vektörü.

-9 0 ° +270°

Ş E K İL 12 - 2 Birkaç farklı kalpte potansiyellerin yönünü göstermek için çizi­ len vektörler.

+

Ş E K İL 12 - 3 Üç bipolar ve tiç unipolar derivasyonun eksenleri.

Değişik Derivasyotılardan K aydedilen Potansiyellerin Vektöryel A n alizi Kalbin etrafındaki potan siyelleri vektörlerle g ö ste rm e ­ nin kurallarını ve d erivasyo n larm eksen lerin i tartışm ış o ld u ğ u m u z a göre, artık bu bilgileri bir ara y a koyarak b e ­ lirli bir kalp vektörü için her d e riv a sy o n d a kayıt edilecek olan potan siyeli b ulabiliriz. Şekil 12-4’de kısm en d e p o larize o lm u ş bir kalp g ö rü l­ m ektedir; A vektörü kalpteki akım hareketinin anlık o rta yön ün ü ve p otan siy elin i tem sil eder. B u örn ek te p o ta n ­ siyelin yön ü + 55 derecedir; voltajı ise 2 m ilivolt olarak kabul edilecektir. 0 derece y ö n ü n d e 1. d e riv asy o n u n e k ­ sen i A vektörün ün tab an ın d a n g eçecek şekilde ç izilm iş­ tir. 1. d eriv asy o n d a A vektörün deki voltajın ne k ad arın ın kayıt edileceğin i belirlem ek için, A v ek törü n ü n u cu n d a n 1 derivasyon u n ek sen in e doğru ve 1. d eriv asy o n u n e k se ­ nine dik olacak şekilde b ir çizgi çizilir. B u n d an so n ra, e k ­ sen b oy u n ca izdüşüm vektörü (B) çizilir. Bu vektörün ucu 1. derivasyon u n eksen in in pozitif u cu n u işaret eder. Bu da 1. derivasyo n u n elektrok ardiy ogram ın daki anlık kaydın pozitif olacağı an la m ın a gelir. K aydedilen voltaj, B ’nin uzu n lu ğu A'nııı u z u n lu ğ u n a b ö lü n ü p 2 m ilivolt ile çarpıldığı zam an b u lu n an değere v eya y ak laşık 1 m ilivolta eşit olacaktır. Vektöıyel çözü m lem enin bir b aşk a örneği şekil 12-5’de

Ş E K İL 12 - 5 1. derivasyon ekseni üzerinde B izdüşüm vektörünün belirlen­ mesi. A vektörü ventriküllerin anlık potansiyelini temsil etmek­ ledir.

122

ÜNİTE III • Kalp

N O R M A L E L E K T R O K A R D İY O G R A M IN V E K TÖ R Y E L A N A L İZ İ V entriküllerin D epolarizasyonu Sırasın d a Oluşan V ektö rler-Q R S K om pleksi

Ş E K İL 12 - 6 I..II. ve III. derivasyonlaıdaki izdüşüm vektörlerinin belirlen­ mesi. A vektörü ventriküllerin anlık potansiyelini temsil etmek­ tedir.

görülmektedir. Bu örnekte A vektörü, başka bir kalpte ventrikül depolarizasyonunun belirli bir anındaki elekt­ riksel potansiyeli temsil eder. Kalbin sol tarafı sağ tarafına göre daha hızlı depolarize olmaktadır. Bu örnekte vektö­ rün yönü 1 0 0 derece, voltajı ise yine 2 milivolttur. 1. derivasyonda kaydedilen potansiyeli belirlemek için 1. derivasyonun eksenine dik bir çizgi çizer ve B izdüşüm vektö­ rünü buluruz. B Vektörü çok kısa ve bu kez negatif yönde­ dir. Bu da, bu anda 1. derivasyondaki kaydın negatif (clektrokardiyogramdaki sıfır çizgisinin altında), kaydedilen voltajın ise az olacağı yaklaşık -0.3 mV anlamına gelir. Bu şekil, kalbin vektörü bir derivasyonun eksenine neredeyse

dik oldıığıı zaman bu derivasyonıın elektrokardiyogıamında kaydedilen voltajın çok düşük olduğunu gösterir. Diğer yandan, kalbin vektörü bir derivasyon ile neredeyse aynı eksende olduğu zaman, vektörün bütün voltajı kay­ dedilecektir. Üç Standart Bipolar Kol-Bacak Derivasyonundaki Potansiyellerin V ektöryel Çözüm lem esi. Şekil 1 2 ’daki A vektörü kısmen depolarize olmuş bir ventrikülün anlık elektrikli potansiyelini gösterir. Bu anda üç standart bipolar kol-bacak derivasyonunun herbirinin elektrokardiyogramında kaydedilen potansiyel­ leri bulmak için, şekilde görüldüğü gibi, A vektörünün ucundan farklı derivasyonları temsil eden çizgilerin herbirine dik inen çizgiler(kesikli çizgiler) çizilir. B iz­ düşüm vektörü o anda I. derivasyonda kaydedilen po­ tansiyeli, C izdüşüm vektörü II. derivasyonda kaydedi­ len potansiyeli, D izdüşüm vektörü ise III. derivasyon­ da kaydedilen potansiyeli gösterir. Derivasyonların hepsinde elektrokardiyogram kaydı pozitiftir, yani sıfır çizgisinin üzerindedir. Çünkü bu derivasyonların ek­ senleri üzerindeki izdüşüm vektörleri, pozitif yönü işaret ederler. I. derivasyondaki potansiyel, kalbin A vektörü ile gösterilen esas potansiyelinin yarısıdır. II. derivasyondaki potansiyel hemen hemen kalptekine eşittir, III. derivasyondaki ise kalptekinin yaklaşık üçte biridir. Büyütülmüş kol-bacak derivasyonlarında kaydedilen po­ tansiyelleri belirlemek için de benzer bir çözümleme kulla­ nılabilir. Ancak bu kez, Şekil 12-6’da kullanılan standart bi­ polar kol-bacak derivasyonu eksenlerinin yerine büyütül­ müş derivasyonların eksenleri (Bkz. Şekil 12-3) kullanılır. 6

Kalp uyarısı atriyoventriküler demet yolu ile ventriküllleıe girdiği zaman ventriküllerin ilk depolarize olan kısmı septumun sol endokardiyal yüzeyidir. Bu depolarizasyon Şekil 12-7A’da ventriküllerin gölgeli kısmı ile göste­ rildiği gibi, septumun her iki endokardiyal yüzeyini de kaplamak üzere hızla yayılır. Şekil 12-7B ve C’de görüldü­ ğü gibi, depolarizasyon daha sonra iki ventrikülün endo­ kardiyal yüzeyleri boyunca yayılır. Son olarak da, Şekil 12-7C,D ve E’de görüldüğü gibi, ventrikül kası içinde iler­ leyerek kalbin dışına doğru yayılır. Ventrikül depolarizasyonunun Şekil 12-7'nin A’dan E’ye kadar olan bölümleri ile gösterilen her bir evresin­ deki anlık elektrik potansiyeli, her şekilde ventrikül üze­ rine çizilen bir vektör ile ifade edilmiştir. Üç standart elektrokardiyografi derivasyonunun her birinde kayde­ dilecek olan voltajları belirlemek için, bu vektörlerin herbiri bir önceki bölümde tarif edilen yöntem ile çö­ zümlenmiştir. Şeklin her basamağının sağ kısmında QRS kompleksinin meydana gelişi adım adım gösterilmiştir.

Bir derivasyondaki pozitif bir vektörün, elektrokardiyog­ ram kaydının sıfır çizgisinin üzerinde olmasına, negatif bir vektörün ise kaydın sıfır çizgisinin altında olmasına neden olacağını aklınızda tutunuz. Vektörlerin çözümlenmesi konusunda daha fazla iler­ lemeden önce Şekil 12-7'degösterilen normal ardışık vek­ törlerin çözümlenmesinin anlaşılması gerekir. Bu çö­ zümlemelerin herbiri, daha önce anlatılan yöntemle de­ taylı olarak incelenmelidir. Şekil 12-7A da ventrikül kası depolarize olmaya yeni başlamıştır. Depolarizasyoııun başlangıcından yaklaşık 0.01 saniye sonraki an görülmektedir. Bu anda vektör kı­ sadır. Çünkü ventriküllerin yalnızca küçük bir kısmı septum- depolarize olmuştur. Dolayısıyla ventrikül kası­ nın sağında, bütün derivasyonların kayıtlarında görül­ düğü gibi, elektrokardiyografik voltajların hepsi düşük­ tür. II. derivasyondaki voltaj I. ve III. derivasyonlardaki voltajlardan daha büyüktür. Çünkü kalbin vektörü II. derivasyonun ekseni ile esasen aynı yönde uzanır. Depolarizasyoııun başlangıcından yaklaşık 0.02 sani­ ye sonraki anı gösteren Şekil 12-7B’de, kalp vektörü uzundur. Çünkü artık ventriküllerin çoğu depolarize ol­ muştur. Dolayısıyla da bütün elektrokardiyografi derivasyonlarındaki voltajlar artmıştır. Şekil 12-7Cüe, depolarizasyoııun başlangıcından yak­ laşık 0.035 saniye sonra, kalp vektörü kısalmaya başla­ mıştır. Elektrokardiyografide kaydedilen voltajlar da da­ ha düşüktür. Çünkü şimdi kalp apeksiniıı dışı elektrone­ gatiftir ve kalbin diğer epikaıdiyal yüzeylerindeki pozitif­ liğin büyük bir kısmını nötralize eder. Ayrıca vektörün ekseni de göğsün sol tarafına doğru kaymaya başlamış­ tır. Çünkü sol ventrikül, sağa oranla biraz daha yavaş de­ polarize olur. Dolayısıyla da 1. derivasyondaki voltajın 111. derivasyondakine oranı artar. Şekil 12-7Dde, depolarizasyoııun başlangıcından yakla­ şık 0.05 saniye sonra, kalp vektörü sol ventrikülün tabanı­ na doğru işaret eder ve kısadır. Çünkü ventrikül kasının yalnızca çok küçük bir kısmı hala pozitif polaıitededir. Vektörün bu andaki yönüne bağlı olarak 11. ve III. derivasyonlarda kaydedilen voltajların her ikisi de negatif -yani çizginin altında-, 1. derivasyondaki voltaj ise hala pozitiftir. Şekil 12-7E’de, depolarizasyoııun başlangıcından yak­

BÖLÜM 12 • Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin E lektrokardiyografi Yorumu:

123

Ş E K İL 1 2 - 7 Ventriküllerin renkli alanları depolarize olmuştur (-); beyaz alanlar hala polarizedir (+). A, Veııtrikül depolarizasyonunun başlangıcından 0.01 saniye sonra ventrikül vektörleri ve QRS kompleksleri; B, depolarizasyonunun başlangıcından 0.02 saniye sonra; C, depolarizasyonunun başlangıcından 0.035 saniye sonra; D, depolarizasyonunun başlangıcından 0.05 saniye sonra; E, Ventrikül depolarizasyonu tamamlandıktan sonra, başlangıçtan 0.06 saniye sonra.

laşık 0.06 saniye sonra, ventrikülün kas kitlesinin tama­ mı depolarize olmuştur. Öyle ki, kalbin etrafında hiç akım hareketi yoktur ve hiç elektrik potansiyeli oluşmaz. Vektör sıfır olur ve bütün derivasyonlardaki voltajlar da sıfır olur. Böylece üç standart bipolar kol-bacak derivasyonundaki QRS kompleksleri tamamlanır. Bazen derivasyonlardan en az birindeki QKS komp­ leksinin başlangıcında, Şekil 12-7'de görülmeyen hafif bir çökme vardır. Q dalgası adı verilen bu çökme, septumun sol tarafının sağ tarafından önce depolarize olmaya başlamasına bağlıdır ki bu, olağan, tabandan-apekse doğru olan vektörün oluşmasından saniyenin bir bölümü kadar önce, soldan sağa doğıu zayıf bir vektör oluşturur. Şekil 12-7'de görülen başlıca pozitif sapma R dalgası, son negatif sapma ise S dalgasıdır.

R epo larizasyo n S ırasında E lektro kard iyo g ram -T D algası Ventrikül kasının depolarize olmasının ardından, elektrokardiyogramda gözlenebilecek düzeyde repolarizas­ yon başlamadan önce, yaklaşık 0.15 saniye geçer. Bun­

dan sonra ventrikül kası boyunca ilerleyen repolarizas­ yon, QRS kompleksinin başlangıcından yaklaşık 0.35 sa­ niye sonra tamamlanır. Repolarizasyon olayı elcktrokardiyogramdaT dalgasına neden olur. İlk olarak septum ve ventrikül kasının diğer endokardiyal alanları depolarize oldukları için, ilk olarak yine bu alanların repolarize olmaları mantıklı görünür. Fa­ kat gerçekte durum böyle değildir. Çünkü septumda ve diğer endokardiyal alanlarda kasılma süresi daha uzun­ dur ve dolayısıyla bu alanlar kalbin dış yüzeyinin çoğu­ na oranla daha yavaş repolarize olurlar. Ventrikül kası­

nın ilk olarak repolarize olan en biiyiik kısmı, ventrikül­ lerin bütün dış yüzeyi ve özellikle de kalbin apeksine ya­ kın olan kısmıdır. Diğer yandan endokardiyal alanlar, normalde en son repolarize olurlar. Kasılma sırasında yükselen ventrikül içi basıncın, endokardiyal alanlara koroner kan akımını oldukça azaltarak, endokardiyal alanlardaki repolarizasyon olayını yavaşlatmasının, repolarizasyondaki olağandışı sıralamaya neden olduğu­ na inanılmaktadır. Ventriküllerin dış, apikal yüzeyleri, iç, taban yüzeyle­ rinden önce repolarize oldukları için, repolarizasyon sıra­ sında kalp vektörünün pozitif ucu kalbin apeksine doğru­ dur. Bunun için ventriküllerin repolarizasyonu sırasında

124

ÜNİTE III • Kalp

kalp vektörünün baskın yönü tabandan apekse doğrudur. Bu ayın zamanda depolarizasyon sırasındaki vektörün de baskın yönüdür. Sonuç olarak, iiç normal bipolar kol-bacak derivasyonııııda T dalgası pozitiftir. Bu ayın zamanda normal QRS birleşiminin çoğunun da polaritesidir. Ventriküllerin re p o larizasy o n u n u n 5 evresi Şekil 128'de giderek artan b e y az alan lar ile -repolarizasyon alanları- gösterilm iştir. Vektör so n evrede k ay b o lu n caya k a­ dar, her evrede tab a n d a n a p e k se doğrudur. B aşlan gıçta vektör n isb e te n küçüktür, çün kü rep olarizasy on alanı küçüktür. D ah a so n ra rcp o larizasy o n u n derecesi arttığı için vektör giderek kuvvetlenir. Son olarak vektör yeni­ den zayıflar, çün kü geri kalan dep o larizasy o n alanları o k ad ar kü çü ktür ki akım hareketinin toplam m iktarı a z a l­ m ay a başlar. Bu değişiklikler vektörün, kalbin yaklaşık yarısı polarize ve diğer yarısı dep o larize iken en büyük o ld u ğu n u gösterir. R epolarizasy on sıra sın d a üç sta n d art b ip o lar kol-bacak derivasyo n u n u n elektrok ardiy ogram ın da m e y d an a gelen değişiklikler, re p o lariz asy o n u n ilerleyen evrelerini gö steren ventriküllerin h erbiriııin altın d a belirtilm iştir. Olayın tam am ın ın g e rçek le şm esi için gereken 0.15 s a n i­ yeden u z u n ca bir sü re içerisin d e elektrokardiyogram ın T d a lgası m e y d an a gelir.

Atriyum ların D ep olarizasyonu -P Dalgası Atriyum ların d e p o la riza sy o n u sin ü s d ü ğ ü m ü n d e b aşlar ve b ü tü n yön lerde atriy u m lara yayılır. D olayısıyla atriy u m larda elektron egatifliğin ilk n oktası, yaklaşık olarak, sin ü s d ü ğ ü m ü n ü n b u lu n d u ğ u su periy or ven a kava girişindedir. A triyıım lardaki elektriksel potansiyelin depolarizasy on u n b aşlan g ıcın d a k i yönü, Şekil 12-9’d a gö steril­ m iştir. N orm al atriyum d e p o larizasy o n u b oy u n ca vektör genellikle b u y ön de kalır. Bu n ed en le akım hareketin in atriyum ların d e p o la ri­ zasyo n u sırasın d ak i vektörü, ven tıiküllerdeki ile h em en h em en aynı yön dedir. Bu yön 1., II. ve III. sta n d art b ip o ­ lar kol-bacak d erivasyo n ların ın eksenlerinin yönü ile ay ­ nı olduğu için, d e p o larizasy o n sırasın d a atriyum lardan

Atriyumların depolarizasyonu ve P dalgasının meydana gelişi. Atriyumların vektörü ve üç standart derivasyondaki sonuç vek­ törleri de gösterilmiştir. Sağ tarafta atriyumun P ve T dalgalan vardır.

kaydedilen elektrokardiyogram lar genellikle bu derivasyonların her ü ç ü n d e de, Şekil 12-9’d a gö sterild iği gibi, pozitiftir. A triyum ların d e p o la riza sy o n u n u n kaydı P d a l­ gası olarak bilinir.

Atriyum ların Repolarizasyonu-Atriyum larm T Dalgası. D ep olarizasy on d algası, atriy u m kası b o y u n ca veııtriküllere oranla çok daha yavaş yayılır. D olayısıyla sin ü s dü ğ ü m ü etrafındaki kas, atriy um ların distal b ö lü ­ m ün dek i kastan u zun süre ön ce d e p o la rize olur. Bu n e ­ den le atriyum ların ilk olarak rep olarizc olan alan ı, yine ilk olarak dep olarize olan sin ü s d ü ğ ü m ü b ölgesidir. Bu du ru m ventriküllerdekinden tam am en farklıdır. R e p o la­ rizasy on b aşlad ığın d a, sin ü s d ü ğ ü m ü n ü n etrafın daki bölge atriyum ların geri k alan ın a oran la p o z itif h ale gelir. D olayısıyla atriyumların repolarizasyon vektörü, depola­ rizasyon vektörü ile zıt yöndedir. (Bu d u ru m u n yin e ventrikülİerde m ey d an a gelenin tersi o ld u ğ u n a dikkat e d i­ niz.) Şekil 12-9’un sa ğ ın d a gö sterildiği gibi, atriy um ların T dalgası atriyum ların P d algasın d an y ak laşık 0.15 s a n i­ ye so n ra m ey d an a gelir. Fakat b u T d algası, P d a lgasın ın tersin e sıfır b aşlan g ıç çizgisin in diğer tarafındad ır. Yani üç sta n d art b ip o lar ko l-b acak d e ıiv a sy o n u ııd a n orm al olarak p ozitif değil negatiftir. A triyum T d a lg a sı n o rm al e le k tro k a rd iy o g ra m d a , ventriküliin QRS ko m pleksi ile h em en h em en aynı a n d a belirir. D olayısıyla elek trok ard iy ogram d a b azı o lağan d ışı d u ru m lard a kay dedilse bile çoğu z a m a n d a h a büyük olan QRS kom pleksinin için de kaybolur.

V ektörkardiyogram I

jL

r

ı \ _____ ¿ v

Ş E K İL 12 • 8 Ventriküllerin repolarizasyonu sırasında T dalgasının meydana gelişi. Repolarizasyonun ilk evresinin veklöryel çözümlemesi de gösterilmiştir. T dalgasının başlangıcından sonuna kadar geçen toplanı süre yaklaşık 0.15 saniyedir.

Uyarı m iy okardiy u m a yayılırken kalpteki akım h arek eti­ nin vektörün ün h ızla değiştiği d a h a ö nceki tartışm a lard a belirtilm işti. Vektör iki b ak ım d an değişir: Birincisi, vek­ törün voltajının artıp a z a lm a sın a bağlı olarak, boyu uzar ve kısalır; İkincisi, kalbin elektrik potan siy elin in o rta la ­ m a y ön ün ün d e ğ işm e sin e bağlı olarak vektör de yön d e ­ ğiştirir. Şekil 12-10’d a gö rü ld ü ğ ü gibi, vektöıkardiyog­ ram, kardiyak siklusun farklı an ların d a vektörlerde m e y ­ d a n a gelen b u değişiklikleri gösterir. Şekil 12-10’daki vek törkardiy ogram da, 5 nok tası sıfır başlangıç noktasıdır. Bu n okta b ü tü n vektörlerin n egatif

BÖLÜM 12 • Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin Elektrokardiyografi Yorumu:

125

S tand art Derivasyon E lektro kardiyo g ram larindan Elektriksel Eksenin B elirlen m esi

Ş E K İL 12 - 10 QRS ve T vektörkardiyograınları.

ucudur. Kalp hareketsizken, vektörün pozitif ucu da sıfır noktasında kalır, çünkü hiçbir elektrik potansiyeli oluş­ mamıştır. Fakat, ventrikül depolaıizasyonunun başlan­ gıcında, kalple akım harekeli başlar başlamaz, vektörün pozitif ucu sıfır başlangıç noktasından uzaklaşır. Seplum depolaıize olduğu zaman, vektör, aşağıya kal­ bin apeksiııe doğru uzanır, nisbeten zayıftır ve 1 . vektö­ rün pozitif ucuyla gösterildiği üzere vektörkardiyogramın ilk kısmını meydana getirir. Kalbin daha geniş ke­ simleri depolarize oldukça, vektör giderek kuvvetlenir ve çoğu zaman bir yana doğru hafifçe kayar. Şekil 12-10’daki 2 . vektör, 1 . vektörden yaklaşık 0 . 0 2 saniye sonraki depolarizasyoıı durumunu temsil eder. Kalbin 0.02 saniye daha sonraki potansiyelini 3. vektör temsil eder. Dör­ düncü vektör ise bundan 0 . 0 1 saniye daha sonra meyda­ na gelir. Sonunda kalp tamamen depolarize olur ve vek­ tör 5 noktasında gösterildiği gibi, bir kez daha sıfır olur. Vektörlerin pozitif uçlarının meydana getirdiği elips biçimindeki şekle, QRS vektörkardiyogramı adı verilir. Kalbin altına ve üstüne yerleştirilen vücut yüzeyi elektrotları osiloskobıın dikey plakalarına, kalbin her iki yanına yerleştirilen yüzey elektrotları da yatay plakalara bağlandığı takdirde, vektörkardiyogram anında bir osiloskoba kaydedilebilir. Vektör değişince, osiloskoptaki ışıklı nokta değişen vektörün pozitif ucunun çizdiği yolu izleyerek osiloskop ekranına vektörkardiyogramı çizer.

Kalbin elektriksel ekseni, klinikte genellikle vektörkardi­ yogram ile değil, standari bipolar kol-bacak derivasyonlarıııın elektrokardiyogramları kullanılarak saptanır. Şekil 1 2 - 1 1 ’de bu amaçla kullanılan bir yöntem gösterilmiştir. Standart derivasyonlar kaydedildikten sonra, I ve Ill.derivasyonların net potansiyeli ve polaritesi belirlenir. Şekil­ deki I. derivasyonda kayıl pozitiftir. III. derivasyonda ise kayıt çoğunlukJa pozitif fakat, döngünün bir kısmında ne­ gatiftir. Kaydın herhangi bir bölümü negatif ise, o derivasyonun net potansiyelini belirlemek için 1. ve III. derivasyonların QRS komplekslerinin sağında oklar ile gösterildi­ ği gibi, bu negatif potansiyel, pozitif potansiyelden çıkarı­ lır. (Bazı kardiyologlar daha hassas olmak için, negatif dalganın alanını pozitif dalganın alanından çıkarırlar.) III. derivasyondaki QRS dalgasının negatif kısmını pozitif kıs­ mından çıkardıktan sonra, her net potansiyel kendi derivasyonunun ekseni üzerinde, potansiyelin tabanı eksen­ lerin kesişme noktasına gelecek şekilde, Şekil 12-11'de gösterildiği gibi işaretlenir. I. derivasyondaki net potansiyel pozitif ise, I. derivasyonu temsil eden çizgi boyunca pozitif yönde, bu potansiyel negatif ise negatif yönde işaretlenir. III. derivasyonda da net potansiyel, labanı kesişme noktasına gelecek şekilde yerleştirilir; pozitif ise 111. derivasyonu temsil eden çizgi bo­ yunca pozitif yönde, negatif ise negatif yönde işaretlenir. Ventrikulün ortalama elektriksel potansiyelinin gerçek vektörünü bulmak için, I. ve III. derivasyonlardaki iki net potansiyelin tepesinden dik çizgiler çizilir. Vektörel çö­ zümleme yoluyla, bu iki dik çizginin kesişme noktası ventrikiıllcrin gerçek orla QRS vektörünün tepesini, iki derivasyonun eksenlerinin kesişme noktası ise gerçek vektörün negatif ucunu temsil eder. Dolayısıyla ortala­ ma QRS vektörü bu iki nokta arasına çizilir. Vektörün bo­ yu ventriküllerin depolarizasyonu sırasında meydana gelen yaklaşık ortalama potansiyeli, vektörün yönü ise ortalama elektriksel ekseni temsil eder. Normal ventriküllcrin ortalama elektriksel ekseninin yönü, Şekil 1211 ’de belirtildiği gibi, + 59 derece pozitiftir. Eksen Sapm asına Neden O lan A n orm al V entrikül Durum lar

Ventrikül ortalama elektriksel ekseni yaklaşık 59 derece ise de, bu eksen normal bir kalple bile solda yaklaşık 2 0 dereceye, sağda yaklaşık 1 0 0 dereceye kadar kayabilir.

V E N T R İK Ü L Q R S ’IN IN O R TA LA M A ELE K TR İK S E L E K S EN İ VE Ö N E M İ

A

Ventrikül depolarizasyonunuıı Şekil 12-10’da görülen vektörkardiyogramı (QRS vektörkardiyogramı), normal bir kalbe aittir. Bu vektörkardiyogramda, ventriklillere ait vektörlerde baskın olan yönün normalde kalbin apeksine doğru olduğuna, yani ventriküllerin dcpolarizasyon siklusunun çoğu kısmında cleklrik potansiyelle­ rinin yönünün (negatiften pozitife) ventriküllerin taba­ nından apeksine doğru olduğuna dikkal ediniz. Potansi­ yelin depolarizasyon sırasındaki baskın yönüne ventri­

küllerin ortalama elektriksel ekseni veya ortalama QRS vektörü denir. Normal ventriküllerin ortalama elektriksel ekseni 59 derecedir. Kalbin belirli bazı patolojik durum­ larında, bu yön oldukça değişir, hatta bazen kalbin leıs kutbuna doğrudur.

Ş E K İL 12- 11 İki elektrokardiyografi derivasyonundan (I. ve III. derivasyon) kalbin ortalama elektriksel ekseninin bcMılenmesi.

126

ÜNİTE III • Kalp

Normal farkılılıklarm nedenleri başlıca, farklı kalplerde Purkinje sisteminin dağılımında veya bizzat kasın yapı­ sında gözlenen anatomik farklılıklardır. Aşağıda belirti­ len durumlar, bu normal sınırların dışında eksen sapma­ sına neden olabilirler.

Kalbin Duruşunun Değişmesi. Eğer kalbin kendisi sola açı yaparsa, kalbin ortalama elektriksel ekseni de sola doğ­ ru kayacaktır. Bu tür kaymalar (1) derin ekspirasyon sonunda; (2 ) kişi yattığı zaman (çünkü karıniçi organlar yu­ karıya diyafragmaya doğru bası yapacaktır); (3) sıklıkla tık­ naz ve şişman kişilerde (bunların diyafragmaları normalde daima yukarıya kalbe doğru bası yapar) meydana gelir. Benzer şekilde, kalbin sağa doğru açı yapması daventriküllerin ortalama elektriksel ekseninin sağa doğru kay­ masına neden olur. Bu durum (1) derin inspirasyon sıra­ sında; (2) kişi ayağa kalktığı zaman ve (3) kalpleri nor­ malde aşağı doğru asılı duran uzun boylu ve zayıf insan­ larda meydana gelir.

Ill

Bir Ventrikülün Hipertrofisi. Bir ventrikülde hipertrofi meydana gelirse, kalbin ekseni M nedenden dolayı hipertroflnin meydana geldiği ventrikiile doğru kayar. Birincisi, kalbin hipertrofi meydana gelen tarafında diğer tarafa kı­ yasla çok daha büyük miktarlarda kas bulunur. Bu da o ta­ rafta aşırı miktarda elektrik potansiyelinin oluşmasına ne­ den olur. İkincisi, depolarizasyon dalgasının lıipertrofiye uğramış ventrikiil boyunca hareketi daha uzun zaman alır. Sonuç olarak normal ventrikül, hipcrtrofiye uğramış ventriki'ılden çok daha önce depolarize -yani negatif- olur. Bu da kalbin normal tarafından hala pozitif yüklü olan lıipertrofiye uğramış ventriküle doğru güçlü bir vektöre neden olur. Böylece eksen hipertrofik ventriküle doğru sapar. Sol Ventrikül Hipertrofisine Bağlı sol Eksen Sapması­ nın Vektöryel Çözümlemesi. Şekil 1 2 - 1 2 ’de bir elektrokardiyogramın üç standart bipolar kol-bacak derivasyonu görülmektedir. Çözümleme yapıldığı zaman sol eksen sapması olduğu ve ortalama elektriksel eksenin -

III

III

E32BŒ BQ I Ilipertansif kalp hastalığında sol eksen sapması, (hipertrofik sol ventrikül) QHS kompleksinin hafifçe uzadığına da dikkat ediniz.

III

Ş E K İL 12 - 13 Pulmoner kapak darlığına bağlı sağ ventrikül hipertrofisiniıı yüksek voltajlı elektrokardiyogramı. Belirgin sağ esen sapm ası ve QRS kompleksinde hafif uzama da görülmektedir.

15 derece yönüne işaret ettiği saptanmıştır. Bu, sol ventrikülün kas kitlesinin artmasına bağlı tipik bir elektrokardiyogramdır. Bu örnekte eksen sapması hi­ pertansiyona (yüksek kan basıncı) bağlıdır. Sol ventri­ kül kanı yükselmiş sistemik arter basıncına karşı pom­ palayabilmek için hipertrofıye uğramıştır. Aort kapağı darlığına, aorta kapağı kaçağına veya sağ ventrikülün nisbcten normal büyüklükde kalıp sol ventrikülün bü­ yüdüğü birkaç konjenital kalp bozukluğuna bağlı ola­ rak sol ventrikül hipertrofisi meydana geldiği zaman da benzer bir sol eksen sapması olur. Sağ Ventrikül Hipertrofisine Bağlı Sağ Eksen Sapması­ nın Vektöryel Çözümlemesi. Şekil 12-13'deki elektrokardiyogramda, belirgin sağ eksen sapması görülmektedir. Elektriksel eksen yaklaşık 170 derece olup, ventriküllerin normal ortalama elektrik ekseni olan 59 derecenin 111 derece sağındadır. Bu şekilde gösterilen sağ eksen sap­ ması, sağ ventrikülün konjenital pulmoner kapak darlığı nedeni ile hipertrofıye uğramasına bağlıdır. Sağ eksen sapması, Fallot tetralojisi ve ventrikiillerarası septum defekti gibi sağ ventrikülün hipertrofıye uğramasına neden olan diğer konjenital kalp hastalıklarında da meydana gelebilir.

Dal Bloğu Eksen Sapmasına Neden Olur. Genellikle ventriküllerin iki lateral duvarı hemen aynı anda depola­ rize olur. Çünkü Purkinje sisteminin hem sol hem de sağ demet dallan kalp uyarısını bu iki ventrikül duvarının endokaıdiyal yüzeylerine hemen hemen aynı anda iletir. Sonuç olarak, iki ventrikülün oluşturduğu potansiyeller neredeyse birbirlerini nötralize ederler. Ana dallardan

BÖLÜM 12 • Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin E lektrokardiyografi Yorumu:

157

birinde kesinti meydana gelirse kalp uyarısı normal ventriküle diğerinden çok daha önce yayılır. Dolayısıyla iki ventrikülün depolarizasyonu ayaıı anda gerçekleşmez ve depolarizasyon potansiyelleri birbirlerini nötralize et­ mez. Sonuç olarak aşağıda anlatılacağı gibi eksen sap­ ması meydana gelir. Sol Dal Bloğunda Meydana Gelen Sol Eksen Sapması­ nın Vektöryel Çözümlemesi. Sol dalda kesinti meydana geldiğinde kalp depolarizasyonu sağ ventrikül boyunca sol ventriküle oranla iki üç misli daha hızlı yayılır. Buna bağlı olarak sağ ventrikül tamamen depolarize (negatif) olduktan sonra, sol ventrikülün çoğu kısmı uzun bir sü­ re polaıize (pozitif) kalır. Böylece depolarizasyon olayı­ nın çoğu kısmında sağ ventrikül elektronegatif olurken sol ventrikül elektropozitif kalır ve kuvvetli bir vektör sağ ventrikülden sol ventriküle doğru uzanır. Diğer bir de­ yişle, belirgin sol eksen sapması yaklaşık -50 derece var­ dır. Çünkü vektörün pozitif ucu sol ventriküle doğrudur. Sol dal kesintisine bağlı tipik sol eksen sapması Şekil 1214’tc gösterilmiştir. Purkinje sisteminde blok meydana geldiğinde uyarı­ nın iletilmesi yavaşladığı için, eksen sapmasına ek ola­ rak, Şekil 12- 14'teki QRS dalgalarının aşırı geniş olmasın­ dan etkilenen kalp bölgesinde depolarizasyonun çok yavaşlaması sorumludur. Bu durum bu bölümde ileride daha ayrıntılı olarak tartışılmıştır. QRS kompleksinin uzamış olması bu durumu hipertrofiye bağlı eksen sap­ masından ayırır. Sağ Dal Bloğunda Meydana Gelen Sağ Eksen Sap­ masının Vektöryel Çözümlemesi. Sağ dalda blok mey­ dana geldiğinde, sol ventrikül sağ ventriküle göre hızlı depolarize olur , bu nedenle kalbin sol yanı sağ yanından !/ı0 saniye daha önce elektronegatiflik kazanır. Sol ventrikül elektronegatif olurken sağ ventri-

Ş E K İL 12 -1 5 Sağ dal bloğuna bağlı sağ eksen sapması. Çok uzamış QRS kom­ pleksine de dikkat ediniz.

kül elektropozitif kalır. Dolayısıyla negatif ucu sol vent­ riküle pozitif ucu ise sağ ventriküle doğru olan kuvvetli bir velâör meydana gelir. Diğer bir deyişle, belirgin sağ eksen sapması olur. Şekil 12-15’te sağ dal bloğuna bağlı sağ eksen sapması gösterilmiş ve vektörü çözümlenmiştir. Yavaş ileti nede­ ni ile eksenin yaklaşık 105 derece olduğu QRS komplek­ sinin uzadığı görülmektedir.

O R S K O M P L E K S İN D E A N O R M A L VOLTAJLARA N ED EN OLA N D U R U M L A R S tand art B ipolar Ekstrem ite Derivasyonlarm da V o lta j A rtm ası

III

Üç standart bipolar kol-bacak derivasyonunda, R dalga­ sının tepesinden S dalgasının alt ucuna kadar ölçülen voltaj normalde 0.5 ile 2.0 milivolt arasında değişmekte olup, III. derivasyon çoğunlukla en düşük, II. derivasyon ise en yüksek voltajı kaydeder. Fakat bu ilişkiler normal bir kalpte bile daima doğru değildir. Genellikle, üç stan­ dart derivaşyona ait QRS komplekslerinin toplamı volta­ jı 4 milivolttan büyük ise hastanın yüksek voltajlı bir elektrokardiyogramı olduğu kabul edilir. QRS komplekslerinde voltajın yüksek olması, çoğu za­ man aşırı yüklenmenin kalbin herhangi bir bölümünde neden olduğu kas hipertrofisinin, kalbin kas kitlesini ar­ tırmasına bağlıdır.-örneğin, sağ ventrikül kam daralmış bir pulmoner kapaktan pompalamak zorunda kaldığın­ da, sol ventrikül ise kişinin kan basıncı yüksek olduğun­ da hipertrofiye uğrar. Kas miktarının artması, kalbin et­ rafında oluşan elektrik miktarının da artmasına neden olur. Sonuç olarak, Şekil 12-12 ve 12-13’de de görüldüğü gibi, elektrokardiyografi derivasyonlarmda kaydedilen elektrik potansiyeller normalden oldukça büyüktür.

E lektrokardiyogram da V o ltaj A za lm a s ı

Ş E K İL 12 • 14 Sol dal bloğuna bağlı sol eksen sapması. Büyük ölçüde uzamış QRS kompleksine de dikkat ediniz.

Kalp Miyopatilerine Bağlı Voltaj Azalm ası. QRS kompleksinin voltajının azalmasının en sık rastlanan ne­ denlerinden biri, bir dizi eski miyokard infarktüsünün kas kitlesini azaltmasıdır. Bu durum ayııı zamanda depolarizas­ yon dalgasının veniriküller boyunca yavaş hareket etmesine

128

ÜNİTE III • Kalp

mesidir. Bu tür uzamalar çoğu zaman vcntriküllerin bi­ rinde veya her ikisinde hipertrofi veya dilatasyon mey­ dana geldiğinde, uyarının daha uzun bir yol katetmek zorunda kalmasına bağlı olarak ortaya çıkar. Normal QRS kompleksi 0.06 ila 0.08 saniye sürer. Sol veya sağ ventrikül hipertrofisi veya dilatasyonuna ise QHS komp­ leksi 0.09 ile 0.12 saniyeye kadar uzayabilir. II Purkinje Sistem in deki B lo klara Bağlı U zam ış QRS K om pleksleri i

Ş E K İL 1 2 - 1 6 Ventrikiillerde eski miyokard infarktüsüııe bağlı bölgesel hasarın bulgusu düşük voltajlı elektrokardiyogramdır.

de neden olarak, kalbin çoğu bölümlerinin bir anda ve kitle halinde depolarize olmasını engeller. Sonuç olarak QRS kompleksinin az çok uzamasına ve voltajının da azalmasına neden olur. Bölgesel bloklara ve ventrikiillerde kas kitlesi kaybına neden olan çok sayıda küçük infarktüsden sonra sıklıkla rastlanan, tipik düşük voltajlı elektrokardiyogram ve uzamış QHS kompleksi Şekil 12-16da gösterilmiştir.

Kalp Çevresindeki Koşullara Bağlı Voltaj Azalması. Elektrokardiyografi derivasyonlaıında voltaj azalması­ nın en önemli nedenlerinden biri perikardda sıvı ninni­ sidir. ITticredışı sıvı elektrik akımlarını kolaylıkla ilettiği için, kalpten dışarı doğru hareket eden elektriğin büyük bir kısmı, kalbin bir bölümünden diğerine perikardiyal efiizyondan geçerek iletilir. Bunun için efüzyon, kalbin meydana getirdiği elektrik potansiyellerine "kısa devre" yaptırarak, vücudun dış yüzeylerine ulaşan clektrokardiyografik voltajları azaltır. Plevral efüzyon da daha küçük derecede olmakla beraber, kalbin etrafındaki elektriğe "kısa devre” yaptırarak vücut yüzeyindeki ve elektrokardiyogramlardaki voltajları azaltır. Pulmoner anıfîzenı perikardiyal efiizyondan farklı bir yolla elektrokardiyografik potansiyelleri azaltabilir. Pul­ moner amfizemde elektrik akımının akciğerler boyunca iletilmesi belirgin olarak baskılanır. Çünkü akciğerlerde aşırı miktarda hava vardır. Ayrıca göğüs kafesi genişle­ miştir ve akciğerler kalbi normalden daha fazla sarma eğilimindedir. Dolayısıyla akciğerler, elektrik voltajının kalpten vücut yüzeyine yayılmasını engelleyen bir yalıt­ kan gibi davranırlar. Bu da çeşitli derivasyonlardaki elektrokardiyografik voltajların azalmasına neden olur.

U Z A M IŞ V E K A R M A Ş IK B İÇ İM L İ Q R S KOM PLEKSLERİ Kalp H ipertrofisin e veya D ilatasyonuna B ağlı U zam ış Q R S K om pleksleri Depolarizasyon ventriküller boyunca yayılmaya devam ettikçe, yani ventrikülleıin bir kısmı depolarize olup bir kısmı hala polarize kaldıkça, QRS kompleksi de devam eder. Dolayısıyla uzamış QUS kompleksinin nedeni da­ ima, uyarının ventriküller boyunca iletisinin ıızıın siir-

Purkinje liflerinde kesinti meydana geldiğinde, kalp uya­ rısının Purkinje sistemi yerine ventrikül kasları aracılığı ile iletilmesi gerekir. Bu da uyarının ileti hızını yaklaşık olarak normalin üçte biri ila dörtte birine kadar yavaşla­ tır. Dolayısıyla eğer dallardan birinde tam blok meydana gelirse, QHS kompleksinin süresi genellikle 0.14 saniyeye kadar veya daha fazla uzar. Bir QRS kompleksi 0.09 saniyeden daha uzun sürerse, genellikle olağandışı bir uzama olduğu kabul edilir. 0 . 1 2 saniyeden daha uzun sürdüğünde ise, Şekil 12-14 ve 1215’deki dal bloğuna ait elektrokardiyogramlarda da gö­ rüldüğü gibi, uzamanın ventıiküllerin herhangi bir ye­ rinde ileti sisteminde meydana gelen patolojik bir bloğa bağlı olduğu kesin gibidir. Karm aşık QRS K o m p lekslerine N eden Olan Durum lar Karmaşık şekilli QRS birleşimleri çoğunlukla iki duruma bağlıdır. Birincisi, ventrikül sisteminin çeşitli alanların­ da kalp kasının hasar görmesinin ardından kasın yerini skar dokusunun almasıdır. İkincisi, uyarının Purkinje sisteminde iletilmesi sırasında bölgesel kesintiler mey­ dana gelmesidir. Bölgesel bloklar bazen ventıiküllerin pekçok noktasında meydene gelir. Kalp uyarısının ileti­ minin buna bağlı olarak düzensizleşmesi, voltajlarda ani kaymalara ve eksen sapmalarına neden olur. Bu da, Şekil 12-14’de de görüldüğü gibi, bazı elektrokardiyografi derivasyoıılarmda iki hatta üç tepe oluşturur.

Z E D E L E N M E A K IM I Pekçok farklı kalp bozukluğu, özellikle de kalp kasının ken­ disine hasar verenler, çoğu zaman kalbin bir bölümünün, kısmen veya tamamen, sürekli depolarize kalmasına neden olurlar. Bu durumda, patolojik olarak depolarize olmuş alanlar ile normal polarize alanlar arasında akım oluşur. Buna zedelenme akımı denilir. Kalbin zedelenmiş alanları­

nın depolarize oldukları için negatif okluklarına ve çevre sı­ vılara negatif yükler yaydıklarına, kalbin geri kalanının ise pozitif olduğuna özellikle dikkat ediniz, Zedelenme akımına neden olabilecek bazı bozukluklar şunlardır: (1) Mekanik travma zarları o derece geçirgen halde tutar ki, tam repolarizasyon gerçekleşemez. (2 ) En­ feksiyon olayları kas zarına zarar verir. (3) Kasta bölgesel iskemi alanları meydana getiren koroner tıkanma, kalpte zedelenme akımının, en sık rastlanan nedenidir, iskemi sı­ rasında koroner kan akımı kalp kasına normal işlevini de­ vam ettirmesine yetecek kadar besin maddesi taşımaz. Zedelenm e Akımının QRS Kompleksine Etkisi Şekil 12-17de, sol ventrikül tabanındaki gölgeli alanda, ye­ ni bir iııfarktiis (koroner kan akımı kaybı) meydana gel-

BÖLÜM 12 • Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin Elektrokardiyografik Yorumu:

129

J N o ktas ı-Z ed elen m e A kım ının A n a lizi İçin S ıfır Başlangıç Potansiyeli

Zedelenen

=/— = r —

\

Elektrokardiyogram kaydı için kullanılan elektrokardiyog­ rafi makinalarının, kalbin etrafında hiçbir akım hareketinin olmadığı anı belirleyebileceği düşünülebilir. Fakat vücutta, “deri potansiyelleri’ nden ve vücudun farklı bölümlerindeki iyon yoğunluklarının farklı oluşundan kaynaklanan akım­ lar gibi, pekçok başıboş akım vardır. Dolayasıyla her iki ko­ la veya bir kol ve bir bacağa elektrotlar bağlandığında, bu başıboş akımlar elektrokaıdiyogramda sıfır başlangıç sevi­ yesinin önceden belirlenmesini imkansız kılar. Bu neden­ lerle, sıfır potansiyel seviyesini belirlemek için şu yöntem kullanılmalıdır: Depolarizasyon dalgasının kalp boyunca

yayılmasını tamamladığı an, QRS birleşiminin bitişindeki nokta ile belirlenir. Tam bu noktada, hem hasarlanmış hem Zedelenme akımı

Zedelenme akımı

Ş E K İL 12 - 17 Zedelenme akımının elektrokardiyograma etkisi.

iniştir. Dolayısıyla T-P aralığı sırasında -yani normal ventrikül kası polarize iken- sol vcntriküliın tabanındaki infarktüslü alandan, ventriküJlerin geri kalan kısmına doğru olağandışı bir negatif akım hareketi olur. Bu "zedelenme akımının" vektörü, şekildeki birinci kalpte görüldüğü gibi, yaklaşık 125 derece yönünde olup, vektörün tabanı yani negatif ucu zedeli kasa doğrudur. Şeklin alt kısımlarında görüldüğü gibi, QRS kompleksi başlamadan önce, bu vek­

de normal bölümler dahil olmak üzere ventriküllerin bütün bölümleri depolarize olmuştur, öyle ki kalbin etrafında hiç­ bir akım hareketi yoktur. Bu noktada zedelenme akımı bile kaybolur. Dolayısıyla elektrokardiyogramın bu andaki po­ tansiyeli sıfır voltajdadır. Şekil 12-18'dc gösterilen bu nokta, elektrokardiyogramın '} noktası” olarak bilinir. Zedelenme akımının neden olduğu zedelenme, po­ tansiyelinin elektriksel eksenini çözümlemek için, elektrokardiyogıamda J noktasının seviyesinden geçen yatay bir çizgi çizilir. Bu yatay çizgi elektrokardiyogramın sıfır potansiyel seviyesidir. Zedelenme akımının neden oldu­ ğu bütün potansiyeller bu çizgiye göre ölçülmelidir.

Zedelenm e Potansiyelinin Ekseni Ç izilirken J Noktasından Faydalanılması. Şekil 1 2 - 1 0 ’deki elektıokardiyogramlar I. ve III. derivasyoıılardan kaydedilmiş olup, her ikisinde de zedelenme akımları görülmektedir.

tör I. derivasyonda sıfır potansiyel çizgisinin altında bir başlangıç kaydına neden olıır. Çünkü zedelenme akımının 1.

derivasyondaki izdüşüm vektörü, I. derivasyonun ekse­ ninin negatif ucuna doğru işaret eder. II. derivasyonda ka­ yıt çizginin üzerindedir çünkü izdüşüm vektörü II. deri­ vasyonun pozitif terminalini işaret etmektedir. III. derivas­ yonda akımın izdüşüm vektörü III. derivasyonun pozitif terminali ile aynı yöndedir, böylece kayıt pozitiftir. Dahası, zedelenme akımının vektörü neredeyse III. derivasyonun ekseni ile çakıştığı için III. derivasyondaki zedelenme akı­ mının voltajı diğer iki kayıttakinden çok daha büyüktür. Bundan sonra kalpte normal depolarizasyon olayı de­ vam eder, önce septum depolarize olur ve depolarizas­ yon aşağıya apekse ve geriye ventiküllerin tabanına doğ­ ru yayılır. Ventriküllerin tamamen depolarize olan en son kısmı sağ ventrikülün tabanıdır. Çünkü sol ventriküliin tabanında daha önçeden tam ve kalıcı depolarizas­ yon gerçekleşmiştir. Şekildeki gibi vektörel çözümleme yapılırsa, ventrikiiller boyunca ilerleyen depolarizasyon dalgasının meydana getirdiği elektrokardiyogram, Şekil 12-17’de görüldüğü gibi, grafik olarak çizilebilir. Depolarizasyon olayının sonunda, Şekil 12-17’de son­ dan bir önceki evrede görüldüğü gibi kalp tamamen de­ polarize olduğunda, bütün ventriki'ıl kası negatif durum­ dadır. Dolayısıyla elektıokardiyogramın bu anında, veııtrikül kası etrafında hiçbir akım hareketi olmaz. Çün­ kü şimdi hem zedelenmiş kalp kası hem de kasılabilen kas depolarize olmuşlardır. Bunu izleyen repolarizasyon sırasında, sol ventrikülün ze­ delenmiş tabanındaki kalıcı depolarizasyon alanı hariç kal­ bin tamamı repolarize olur. Bu nedenle repolarizasyon, Şe­ kil 12-17’de en sağda dikkati çekeceği üzere, her derivasyon­ da zedelenme akımının yeniden belirmesine neden olur.

'J" noktası

Ş E K İL 12 • 18 Elektrokardiyogramın sıfır başlangıç potansiyeli olarak J nok­ tası. Ayrıca zedelenme akımının eksenini çizme yöntemi de gösterilmiştir (altta).

130

ÜNİTE III • Kalp

Başka bir deyişle, bu elektrokardiyogranıların J noktala­ rı, T-P dilimi ile aynı çizgi üzerinde değildir. Her iki kayıt­ ta da J noktasından geçecek şekilde çizilmiş olan yatay bir çizgi sıfır voltaj seviyesini temsil eder. Zedelenme akımının voltajı, oklar ile gösterildiği gibi, her derivasyonda elektrokardiyogramda T-P diliminin (zedelenme akımı olduğunda, kalp atımları arasındaki bölgedir) se­ viyesi ile sıfır voltaj potansiyelinin seviyesi arasındaki farka eşittir. 1. derivasyonda zedelenme akımı nedeniyle kaydedilen voltaj, sıfır potansiyel seviyesinin üzerinde­ dir, dolayısıyla da pozitiftir. Diğer yandan III. derivas­ yonda T-P dilimi sıfır voltaj seviyesinin altındadır, dola­ yısıyla da zedelenme akımının voltajı negatiftir. Şekil 12-18’in alt kısmında, zedelenme akımının I. ve III. derivasyonlardaki voltajları, bu derivasyonların koor­ dinatları üzerinde işaretlenmiş ve bütün ventrikül kitlesi için zedelenme potansiyelinin sonuç vektörü, daha önce anlatılmış olan yöntemle belirlenmiştir. Bu örnekte ze­ delenme akımının vektörü, ventrikiillerin sağ tarafından sola ve hafifçe yukarı doğru uzanır; ekseni yaklaşık -30 derecedir. Zedelenme akımının vektörü doğrudan ventrikiiller üzerine yerleştirildiğinde, vektörün negatif ucu ventri-

F T rj!T:

■'¡İ

\tM m »r»r Î~ î

]

ij:j

lü ü jjij Ü I.İİÜ ifH'nfi

f r ıiff

iP İr TU i

ir r n fîjî ;

n; III

+1

küllerin kalıcı biçimde depolarize olmuş "zedeli"alanına doğru işaret eder. Şekil 12-18’deki örnekte zedeli alan sağ ventrikülüıı lateral duvarındadır.

(Bu analiz oldukça karmaşıktır. Ancak öğrenci burayı tümüyle kavraymcaya kadar tekrar tekrar çalışmalıdır. Elektrokardiyografide buradan daha önemli bir özellik yoktur.)

Ş E K İL 12- 19 Akut ön duvar infarktiisünde zedelenme akımı. V2 derivasyonundaki belirgin zedelenme akımına dikkat ediniz.

S-T Segm entinin Kaym ası. Elektrokardiyogramın QRS kompleksinin bitişi ile T dalgasının başlangıcı arasındaki bölümüne S-Tsegmenti adı verilir. J nokta­ sı bu segmentin başlangıcındadır. Dolayısıyla elektro­ kardiyografi derivasyonlarının birinde bir zedelenme akımı meydana geldiğinde, elektrokardiyogramın S-T ve T-P segmentlerinin kayıtta aynı voltaj düzeyinde ol­ madığı farkedilir. Gerçekte, sıfır ekseninden uzağa ka­ yan, S-T segmenti değil T-P segmentidir. Fakat çoğu kişi başlangıç düzeyi olarak, J noktasını değil elektıokaıdiyogramınT-P segmenti kabul etmeye şartlanmış­ tır. Dolayısıyla bir elektrokardiyogramda bir zedelen­ me akımı belirdiği zaman, S-T segmenti elektrokardiyogı amdaki normal seviyesinden uzaklaşmış gibi gö­ rünür ve buna S-T segment kayması adı verilir. Bir elektrokardiyogramda S-T segment kayması gördüğü­ müzde, elektrokardiyogramın zedelenme akımının özelliklerini taşıdığını hemen anlarız. Gerçekte, çoğu elektrokardiyogram okuyucusu, zedelenme akımın­ dan değil fakat basitçe S-T segment kaymasından söz eder, ki bu da aynı anlama gelir.

meydana gelir; Şekil 12-19 ve 12-20’de gösterildiği gibi, kalp atımlarının arasındaki T-P aralığı sırasında ventrikiillerin infarktüs alanından dışarı doğru kuvvetli bir ze­ delenme akımı olur. Dolayısıyla akut koroner trombozdan sonra kaydedilen elektrokaıdiyogramların en önem­ li teşhis bulgularından biri zedelenme akımıdır.

Z e d e le n m e A kım ının N edeni O larak K oroner İskem i Kalp kasına giden kan akımının yetersiz olması üç ne­ denle kasın metabolizmasını baskılar. Bunlar (1) oksijen eksikliği; (2 ) aşırı miktarlarda karbon dioksit birikimi ve (3) yeterli besinin olmayışıdır. Buna bağlı olarak, şiddet­ li miyokard iskemisi olan alanlarda zarlar repolarize ola­ maz. Çoğu zaman kalp kası ölmez, çünkü kan akımı zar­ ların repolaıizasyonu için yetersiz olsa bile kasın canlılı­ ğını sürdürmesi için yeterlidir. Bu durum sürdükçe, her kalp atımının diyastolik bölümü (T-P bölümü) sırasında zedelenme akımı devam eder. Koroner tıkanmadan sonra kalp kasında aşırı iskemi

Ş E K İL 12 • 20 M ut arka duvar apikal infarktiisünde zedelenme akımı.

BÖLÜM 12 • Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin Elektrokardiyografik Yorumu:

131

A ku t Ön (Anteriyor) Duvar İnfarktüsü. Şekil

1219’da, akut ön duvar kalp infarktüsü geçirmiş bir hasta­ dan kaydedilen, üç standart bipolar kol-bacak derivasyonuna ve bir göğüs derivasyonuna ait elektrokardiyogramlar görülmektedir. Bu elektrokardiyogramın en önemli teşhis bulgusu, göğüs derivasyonu V2 deki yoğun zedelenme akımıdır. Bu elektrokardiyogramın J nokta­ sından geçen bir sıfır potansiyel çizgisi çizilirse, T-P ara­ lığında kuvvetli bir negatif zedelenme potansiyeli bulu­ nur. Bu da kalbin ön kısmı üzerindeki göğüs elektrodunun kuvvetli bir negatif potansiyel alanı içerisinde oldu­ ğu anlamına gelir. Diğer bir deyişle, zedelenme potansi­ yelinin vektörünün negatif ucu göğüs duvarına karşıdır. Bu demektir ki, zedelenme akımı veııtriküllerin ön duva­ rından yayılmaktadır ve bu durumun teşhisi ön duvar infarktüsüdür. I. ve III. derivasyonlardaki zedelenme akımları çözüm­ lendiğinde, zedelenme akımının I. derivasyonda negatif bir potansiyele, III. derivasyonda ise pozitif bir potansiye­ le neden olduğu bulunur. Bu demektir ki, kalpteki zede­ lenme akımının sonuç vektörü yaklaşık +150 derece olup, vektörün negatif ucu sol ventriküle, pozitif ucu ise sağ ventriküle doğru işaret eder. Bunun için bu elektrokardiyogramdaki zedelenme akımı, kalbin ön duvarının yanısıra, başlıca sol ventriküldeıı geliyor gibi görünmektedir. Dolayısıyla bu ön duvar infarktüsüniin, olasılıkla sol ko­ roner arterin ön inen dalının trombozuna bağlı olarak meydana geldiğinden şüplıelenilmelidir.

Arka (Posteriyor) Duvar İnfarktüsü. Şekil 12-20’de ar­ ka duvar infarktüsü geçirmiş bir hastanın üç standart bi­ polar kol-bacak derivasyonu ve bir göğüs derivasyonu görülmekledir. Bu elektrokardiyogramın da başlıca teş­ his bulgusu göğüs derivasyonundadır. Bu derivasyonuıı 1 noktasından geçen bir sıfır potansiyel başlangıç çizgisi çizilirse, T-P aralığındaki zedelenme akımının potansi­ yelinin pozitif olduğu açıkça görülür. Bu demektir ki, vektörün pozitif ucu göğüs duvarında, negatif ucu (zedeli ucu) ise göğüs duvarından uzaktadır. Diğer bir deyişle, zedelenme akımı kalbin göğüs duvarının karşısındaki ar­ ka kısmından gelmektedir. Bu tür elektrokardiyogramın, arka duvar infarktüsüniin teşhisinin temelini oluştur­ masının nedeni de budur. Şekil 12-20’deki II. ve III. derivasyonlaıın zedelenme akımlan çözümlenirse, her ikisindeki zedelenme potan­ siyelinin de negatif olduğu açıkça görülür. Şekildeki gibi vektörel çözümleme yapılırsa, zedelenme potansiyelinin vektörünün yaklaşık - 95 derece olup, vektörün negatif ucunun aşağı, pozitif ucunun ise yukarı doğru işaret et­ tiği bulunur. Göğüs derivasyonu, infarktüsiin kalbin arka duvarında, II. ve III. derivasyonların zedelenme akımları ise infarktüsün kalbin apeks bölümünde olduğunu dü­ şündürüyorsa, bu infarktüsün sol ventrikülün arka du­ varında ve apekse yakın olduğundan şüphelenilmelidir.

Kalbin D iğer Bölümlerinin İnfarktüsü. Ön ve arka du­ var infarktüslerinin tartışmaları sırasında daha önce anla­ tılan işlemlerin aynısı uygulanarak, kalbin hangi bölümü­ nü etkilemiş olursa olsun, zedelenme akımı yayan her infarktüs alanının yerini belirlemek mümkündür. Bu tür vektörel çözümleme yapılırken, zedelenme potansiyelinin

Aynı gün

1 hafta

3 hafta

Ş E K İL 12 • 21 Orta derecedeki arka duvar infarktsiinden sonra, miyokard iyileşirken zedelenme akımının kaybolduğu gösterilmiştir (V3 derivasyonu).

görülmektedir. Zedelenme akımının akut infarktiisten he­ men sonra kuvvetli olduğu (T-P segmenti, J noktası ve S-T segmentine göre pozitif yönde yer değiştirmiştir), fakat yaklaşık 1 hafta sonra belirgin derecede azaldığı ve 3 haf­ ta sonra da kaybolduğu bu elektrokardiyogramda görüle­ bilir. Bundan sonraki 1 yıl içerisinde elektrokardiyogram pek fazla değişmez. Kollateral koroner kan akımı infark­ tüslü alanın çoğuna uygun miktarda besini yeniden sağla­ makta yeterli olursa, orta derecedeki bir akut kalp infarktüsünden sonra iyileşme genellikle bu şekilde olur. Diğer yandan, koroner infarktüslü bazı hastalarda in­ farktüslü alanda, yeterli miktarda koroner kan akımı as­ la yeniden başlamaz; kalp kasının bir kısmı ölür, kalbin bu alanında göreceli bir koroner yetersizlik belirsiz bir süre devam eder. Kas ölmez ve skar dokusuyla yer değiş­ tirmezse, göreceli iskemi devam ettiği sürece, özellikle de kalbi aşırı yükleyen egzersizler sırasında, sürekli ola­ rak zedelenme akımı yayar.

İyileşmiş Eski Miyokard İnfarktüsü. 1. ve III. derivasyonların anteriyor ve posteriyor infarktüslerin akut dö­ nemlerinden yaklaşık 1 yıl sonraki görünümleri, Şekil 12-22’de gösterilmiştir. Bunlar, bu tür iyileşmiş miyokard infaıktüsleriııde QRS komplekslerinin "ideal” denilebile­ cek şekilleridir. Anteriyor infarktiiste, sol ventrikülün ön duvarının kas kitlesinde meydana gelen kayıp nedeni ile, I. derivasyonun QRS kompleksinin başlangıcında genel­ likle bir Q dalgası belirir. Posteriyor infarktüste ise, vent­ rikülün arka apikal bölümündeki kas kaybına bağlı ola­ rak, III. derivasyonun QRS kompleksinin başlangıcında bir Q dalgası belirir. Pski anteriyor ve posteriyor kalp infarktüsü vakaları­ nın hepsinde gözlenen elbette ki bu şekiller değildir. Böl­

Anteriyor

ı '-Mü ffiSns

Posteriyor

vektörünün pozitif ucunun normal kalp kasma doğru, ne­ gatif ucunun ise kalbin zedelenme akımını yayan hasarlı kısınma doğru işaret ettiği hatırlanmalıdır. Akut Koroner Trombozun İyileşmesi. Şekil

1 2 -2 1 'deki V3 göğüs derivasyonu akut posteriyor infarktüslü bir has­ taya ait olup, bu derivasyonun elektrokardiyogramında infarktüsün meydana geldiği günde, meydana geldiği günden 1 hafta, 3 hafta ve 1 yıl sonra oluşan değişiklikler

Rski ön ve arka duvar infarktüslerinin elektrokardiyogramları. Ön duvar infarktüsiinde I. derivasyonda arka duvar iııfarktüsünde ise III. derivasyonda Q dalgası görülmektedir.

132

ÜNİTE III • Kalp

tilmesi çok gecikirse, T dalgası hemen hemen daima QRS kompleksi ile ters polaritede meydana gelir. Şekil 12-15’de ve Bölüm 13'deki birkaç şekilde ileti Purkinje sistemi aracılığı ile gerçekleşmez. Buna bağlı olarak ileti hızı oldukça düşüktür. Bu gecikmeli iletiye se­ bep olan durum sol dal bloğu veya sağ dal bloğu veya prematüre ventrikiil kasılması vb.olsa bile, her durumda T dalgası QRS kompleksi ile ters polaritededir. Ventriküllerin apeksindeki hafif iskemiye bağlı, ters dönmüş T dalgaları.

gesel kas kayıpları ve bölgesel ileti kesintileri QRS komp­ leksinde şu bozukluklara neden olabilirler: karmaşık bi­ çimler (örneğin, belirgin Q dalgası), voltaj azalması ve

Angina Pektoris'te Zedelenm e Akımı. "AnginaPektoris”, üst göğüs kafesinin pektoral bölgelerinde hissedilen kalp ağrısıdır. Bu ağrı çoğunlukla boyuna ve sol koldan aşağıya doğru yayılır. Ağrının nedeni kalbin göreceli iskemisidir. Genellikle hasta sakinken ağrı hissetmez; fakat kalbini aşırı çalıştırdığı an ağrı başlar. Şiddetli angina pektoris sırasında çoğunlukla bir zede­ lenme akımı meydana gelir. Çünkü göreceli koroner ye­ tersizlik artık, diyastol sırasında kalbin bazı bölgelerinde zarların yeterince repolarize olmalarını engelleyebilecek kadar artmıştır.

T D A LG A S I A N O R M A L L İK LE R İ T dalgasının normalde bütün standart bipolar ekstremite deıivasyonlarında pozitif olduğu ve bu durumun, apeksin ve ventriküllerin dış yüzeylerinin, endokardiyal yüzeylerinden önce repolarize olmasına bağlı olduğu bu bölümde daha önce belirtilmişti. Kalpte repolarizasyonun izlediği bu yön, depolarizasyonun izlediği yönün tersidir. (Standart derivasyonlaıda T dalgasının pozitif olmasının temel kuralları şimdiye kadar anlaşılmamış ise, okuyucunun önümüzdeki birkaç bölüme devam et­ meden önce, daha önccki detaylı tartışmayı iyice gözden geçirmesi gerekir.) Repolarizasyon olağan sıralama ile gerçekleşmezse, olağandışı T dalgaları meydana gelir. Çeşitli etkenler repolarizasyonun sıralamasını değiştirebilir. D ep o larizasyo n D algasının Yavaş İle tilm e sin in T D algasına Etkisi Şekil 12-14’e geri dönüp, QRS kompleksinin belirgin bi­ çimde uzamış olduğuna dikkat ediniz. Bu uzamanın nede­ ni, sol dal bloğuna bağlı olarak sol ventrikülde iletinin ge­ cikmesidir. Sol ventrikül, sağ ventrikül depolarize olduk­ tan yaklaşık 0,08 saniye sonra depolarize olur. Bu da sola doğru kuvvetli bir ortalama QRS vektörü oluşturur. Sağ ve sol ventritül kitlelerinin cevapsız dönemleri birbirlerinden çok farklı değildir. Dolayısıyla sağ ventrikül sol ventrikülden çok daha önce repolarize olmaya başlar. Bu da T dal­ gası sırasında sağ ventrikülde pozitifliğe ve sol ventrikülde ııegatifliğe neden olur. Diğer bir deyişle, T dalgasının orta­ lama ekseni sağa doğru sapar, ki bu aynı elektrokardiyogramdaki QRS kompleksinin orta elektriksel ekseninin ter­ sidir. Depolarizasyon uyarısının ventriküller boyunca ile-

V entrikül Kasının Bazı K ısım larında D epolarizasyonun U zam asına Bağlı A norm al T D algaları Ventriküllerin apeksinin depolarizasyon süresinde anor­ mal bir uzama meydana gelirse, yani aksiyon potansiye­ li uzarsa, ventriküllerin repolarizasyonu normalde oldu­ ğu gibi apekste başlamayacaktır. Bunun yerine, ventri­ küllerin tabanı apeksten daha önce repolarize olacak ve her zamankinin tersine, repolarizasyon vektörü apeks­ ten kalbin tabanına doğru işaret edecektir. Buna bağlı olarak, üç standart derivasyondaki T dalgaları da, her za­ manki gibi pozitif değil negatif olacaktır. Kalbin apikal kasının depolarizasyon süresinin uzaması gibi basit bir olay bile, T dalgasında belirgin değişikliklere, hatta Şekil 12-23’de görüldüğü gibi bütün polariteııin değişmesine neden olabilir. Kalp kasında depolarizasyon süresinin uzamasının, en sık sebebi hafif iskemidir. Iskemi kalbin yalnızca bir alanında meydana geldiğinde, bu alanın depolarizasyon süresi diğer bölümlerdekine kıyasla çok fazla uzar. So­ nuç olarak T dalgasında belirli değişiklikler meydana ge­ lebilir. tskemi, kronik ilerleyici koroner tıkanmaya, akut koroner tıkanmaya veya egzersiz sırasında meydana ge­ len göreceli koroner yetersizliğe bağlı olabilir. Hafif koroner yetersizliği tespit etmenin bir yolu, has­ taya egzersiz yaptırdıktan hemen sonra elektrokardiyogram kaydedip, T dalgasında değişiklik meydana gelip gelmediğine bakmaktır. T dalgasındaki değişikliklerin özgül olması gerekmez. Çünkü, herhangi bir derivasyonunT dalgasındaki herhangi bir değişiklik -örneğin, ters dönme veya ikievreli bir dalga-, çoğu zaman ventrikül kasının bir parçasının depolarizasyon süresinin kalbin geri kalan bölümüne kıyasla, olasılıkla da göreceli koro­ ner yetersizliğe bağlı olarak belirgin ölçüde uzadığının yeterli delilidir.

Dijitalin T Dalgasına Etkisi. Dijital, Bölüm 2 2 ’de tartı­ şıldığı gibi, göreceli koroner yetersizlikte kalp kasının ka­ sılma kuvvetini artırmak amacı ile kullanılabilen bir ilaç­ tır. Dijital aynı zamanda, ventrikül kasının hepsinde ve­ ya çoğunluğunda kalp kasının depolarizasyon süresini hemen hemen aynı oranda artırır. Fakat dijital aşırı doz­ da verildiğinde, kalbin bir bölümünün depolarizasyon süresi, diğer bölümlerine oranla çok daha fazla artabilir.

Ş E K İL 12 • 24 Dijital zehirlenmesine bağlı, bifajikT dalgası.

BÖLÜM 12 • Kalp Kası ve Koroner Kan Akımı Anormalliklerinin Elektrokardiyografik Yorumu:

Sonuç olarak elektrokardiyografi derivasyonlarınm bi­ rinde veya daha fazlasında, T dalgasının ters dönmesi veya ikievreliT dalgaları gibi özgül olmayan değişiklikler meydana gelebilir. Aşırı dijital kullanımına bağlı ikievreli bir T dalgası Şekil 12-24’te gösterilmiştir. Aynı zaman­ da küçük bir miktar zedelenme akımı da vardır. Bu du­ rum olasılıkla ventrikül kasının bir bölümünün sürekli depolarizasyoııuna bağlıdır. Dijital kullanımı sırasında T dalgasında meydana ge­ len değişiklikler, dijital zehirlenmesinin en erken bulgu­ larıdır. Hastaya bundan daha fazla dijital verilirse, kuv­ vetli zedelenme akımları gelişebilir. Ayrıca dijital kalp

133

uyarısının kalbin çeşitli bölümlerine iletilmesinde kesin­ tiye neden olarak çeşitli aritmileri başlatabilir. Klinikte, dijitalin etkilerinin hafif T dalgası bozuklukları evresin­ den öteye geçmesine izin verilmemesi tercih edilir. Dolayısıyla dijitalize hastaların olağan izlenmesinde elektrokardiyografi kullanılır.

REFERANSLAR Bölüm 13'ün kaynaklarına bakınız.

Kardiyak Aritm iler ve Elektrokardiyografik Yorumu

Kalbin hatalı çalıştığı tehlikeli durumların bazıları, kalp kası bozukluğuna değil kalbin ritminin bozulmasına bağlıdır. Örneğin, bazen atriyumların atımları ventrikülleıin atımları ile bağlantısını kaybeder; öyle ki atriyumlar artık ventrikülier için hazırlayıcı görevi yapmazlar. Bu bölümün amacı, sık rastlanan kalp aritmilerini, bunların kalp pompasına etkilerini ve elektrokardiyog­ rafi ile nasıl teşhis edildiklerini tartışmaktır. Kalp aritmi­ lerinin nedeni genellikle kalbin ritim ve ileti sisteminde meydana gelen aşağıdaki bozukluklardan bir tanesi veya birkaçının birleşimidir: 1. Uyarı odağının anormal ritmi. 2. Uyarı odağının sinüs düğümünden kalbin diğer bö­ lümlerine kayması 3. Uyarının kalp boyunca iletilmesinin çeşitli noktalar­ da kesintiye uğraması 4. Kalpte uyarı iletiminin anormal yollar izlemesi 5. Kalbin herhangi bir yerinde kendiliğinden anormal uyarıların doğması

B

...............................

A N O R M A L S IN U S R İTİM L E R İ

T aşikard i “Taşikardi" terimi kalp hızının artması anlamına gelir, genellikle dakikada 1 0 0 atımdan daha büyük hızları ta­ nımlar. Taşikardili bir hastadan kaydedilmiş bir elektıokardiyogram Şekil 13-1’de görülmektedir. Bu elektrokardiyogram kalp atımlarının hızı dışında normaldir. QRS komplekslerinin arasındaki zaman aralıklarından belir­ lenen hız dakikada yaklaşık 150, normal hız ise dakikada 72’dir. Taşikaıdinin genel nedenleri, vücut ısısının artışı, kal­

bin sempatik sinirlerce uyarılması ve kalbin zehirlenme durumlarıdır. Yaklaşık 105°F (40.5°C) vücut ısısına kadar, vücut ısı­ sında meydana gelen her bir derece Fahrenlıeit yüksel­ me, kalp hızında dakikada yaklaşık 1 0 atımlık bir artışa (her derece Celcius için 18 atım) neden olur. 105°F’ın üzerinde ise, ateşin kalp kasını giderek zayıflatmasına bağlı olarak kalp hızı azalabilir. Ateş taşikardiyc neden olur; çünkü yüksek ısı sinüs düğümünün metabolik hızı­ nı artırır, bu ise doğrudan düğümün uyarılabilirliğini ve ritminin hızını artırır. Bu kitabın pekçok yerinde tartışıldığı gibi, pekçok et­ ken sempatik sinir sisteminin kalbi uyarmasına neden olabilir. Örneğin, bir hasta kan kaybedip şok ya da yaıı-

134

şok durumuna girerse, refleks uyarılar kalbin hızını daki­ kada 150 ila 180 atıma kadar artırır. Miyokardiyumun basit zayıflıkları da, genellikle kalp hızını artırır. Çünkü zayıflayan kalbin arter ağına normal miktarda kan pompalamaması, sempatik reflekslere ne­ den olur; bu da kalp hızını artırır.

Bradikardi “Bradikardi” terimi kalp hızının yavaşlaması anlamına gelir, genellikle dakikada 60 atımdan daha düşük hızları tanımlar. Bradikardi, Şekil 13-2’deki elektrokardiyogramda gösterilmiştir.

Atletlerde Bradikardi. Bir atletin kalbi, normal bir in­ sanın kalbine kıyasla oldukça kuvvetlidir. Bu da atletin kalbinin her atımda daha büyük bir atım hacmini pom­ palamasını sağlar. Her atımla birlikte arter ağına pompa­ lanan aşırı miktardaki kanın dolaşımın feedback refleks­ lerini veya diğer etkileri harekete geçirmesi, dinlenme halindeki atlette bradikardiye neden olur.

Vagal Uyarılara Bağlı Bradikardi. Vagus sinirini uya­ ran her dolaşım refleksi, kalbin hızını oldukça azaltabilir. Çünkü parasempatik uyarılara neden olan asetilkolin kalp işlevi üzerinde inhibitör etki yapar. Bunun belki de en çarpıcı örneği, karotid sinüs sendromu olan hastalar­ da gözlenir. Bu hastalarda, karotis arterin karotis sinüs bölgesindeki arterosklerotik bir olay, arter duvarında yer alan basınç reseptörlerinde (baroreseptörler) aşırı du­ yarlılığa neden olur. Sonuçta, boyun üzerindeki hafif bir basınç, kuvvetli bir baroreseptör refleksine neden olarak kalpte yoğun vagus uyarılarına ve aşırı bradikardiye yol açar. Gerçekten de bu refleks bazen 5-10 saniye kalbi durduracak kadar kuvvetlidir.

Sinüs Aritm isi Kalp hızının normal ve derin solunum sırasındaki kaıdiyotakometre kaydı Şekil 13-3'de görülmektedir. Kardiyotakometre, ardışık dikenlerin yükseklikleri aracılığı ile elektrokardiyogramda iki QRS kompleksinin arasındaki süreyi kaydeden bir cihazdır. Şekildeki kayıtta, sakin so­ lunum döngüsünün çeşitli evreleri sırasında, kalp hızı­ nın yaklaşık %5 oranında artıp azaldığına dikkat ediniz. Şekil 13-3’ün sağında gösterildiği gibi, kalp hızı derin so­ lunum sırasında, her bir solunum döngüsü ile beraber, normalde bile % 30 oranında artar ve azalır. Sempatik ve parasempatik sinirlerin sinüs düğümüne

BÖLÜM 13 • Kardiyak Aritm iler ve Elektrokardiyografik Yorumu

135

Ş E K İL 13 • 3 Kardiyotakometre ile saptanmış sinüs aritmisi. Soldaki kayıt ki­ şi normal solunum yaparken, sağdaki ise derin solunum yapar ken alınmıştır.

Sinüs taşikardisi (I. derivasyon).

ulaşan sinyallerinin kuvvetini değiştiren her dolaşım ref­ leksi, sinüs aritmisine neden olabilir. Şekil 13-3’de göste­ rilen, solunuma bağlı sinüs aritmisi, başlıca medulladaki solunum merkezinin sinyallerinin, solunumun inspirasyon ve ekspirasyon evreleri sırasında, vazomotor merke­ ze doğru “taşmalarına” bağlıdır. Taşan sinyaller, sempatik sinirler ve vaguslar aracılığı ile kalbe iletilen uyarıların sa­ yısında ardışık artışlara ve azalmalara neden olur.

4. Kalbin vargııs sinirleri ile aşırı uyarılması da, nadir durumlarda uyarının A-V düğümden geçişini engeller. Bu tür vagal uyarılma, daha önce bradikaı di ile ilgili ola­ rak tartışıldığı gibi, nadiren karotis sinüs sendromlu kişi­ lerde baroreseptörlerin kuvvetle uyarılmasına bağlı ola­ rak meydana gelir. Yarım (Incom plete) A triyo ve n trikü le r Kalp Bloğu

U Y A R IN IN İL E T İM İN D E M E Y D A N A GELEN B LO K LA R A BAĞLI A N O R M A L R İT İM L E R Sino atriyal Blok Sinüs düğümünün uyarısı, nadiren atriyum kasına geçe­ meden kesintiye uğrar. Şekil 13-4’te P dalgalarının ani­ den son bulması ile gösterilen bu olay, atriyumların dur­ masına neden olur. Fakat ventriküller yeni bir ritim ge­ liştirirler. Bu ritmin uyarısı genellikle atriyoventriküler (A-V) düğümden kaynaklanır; öyle ki, ventriküllerin QRS T kompleksi yavaşlar, fakat başka hiçbir şekilde değiş­ mezler. A triyo ven triküler Blok Uyarıların normalde atriyumlardan ventriküllere tek ge­ çiş yolu, His demeti olarak da bilinen A-V demettir. Uya­ rının bu demetteki ileri hızını azaltabilen veya iletimde kesintiye neden olabilen çeşitli durumlar şunlardır: 1. A-V düğüm veya A-V demetlerinin iskemisi, çoğun­ lukla atriyumlardan ventriküllere geçişi geciktirir veya keser. Miyokard iskemisine neden olabilen koroner ye­ tersizlik, benzer şekilde A-V düğüm ve demette de iskemiye neden olabilir. 2 . Skar dokusunun veya kalbin kalsifiye bölümlerinin A-V demete bası yapması, atriyumlardan ventriküllere geçişi geciktirebilir veya kesebilir. 3. A-V düğümün veya A-V demetin enflamasyonu atriyumlarla ventriküller arasındaki iletimi zayıflatabilir. Fnflamasyon genellikle difteri ve ateşli romatizma gibi çeşitli miyokarditlere bağlıdır.

Uzamış P-R (veya P-Q) Aralığı-Birinci Derece Blok. Kalp normal hızı ile atarken, P dalgasının başlangıcı ile QHS kompleksinin başlangıcı arasında geçen normal sü­ re yaklaşık 0.16 saniyedir. P-R aralığı genellikle, kalp atımları hızlanınca kısalır, kalp atımları yavaşlayınca ise uzar. Normal hızı ile atan bir kalpte P-R aralığı yaklaşık 0.20 saniyenin üzerine çıkarsa, P-R aralığının uzadığı ve hastada birinci derece yarı kalp bloğu olduğu söylenir. Şekil 13-5’de P-R aralığı uzamış bir elektrokardiyogıam görülmektedir. Bu örnekte aralık yaklaşık 0.30 saniyedir. Bu nedenle birinci derece blok, gerçek bir ileti kesintisi olarak değil, atriyumlardan ventriküllere geçişin gecik­ mesi olarak tanımlanır. P-R aralığı nadiren 0.35 ila 0.45 saniyenin üzerine çı­ kar. Çünkü aralık bu kadar uzadığı zaman, A-V düğüm ve demetten geçiş o derece baskılanır ki, ileti tamamen du­ rur. Bazı kalp hastalıklarının -örneğin, ateşli romatizmaşiddetini belirlemenin bir yolu, P-R aralığını ölçmektir.

İkinci Derece Blok. A-V kavşaktan geçiş P-R aralığı 0.25 ila 0.45 saniye olacak kadar yavaşlarsa, A-V düğüme ula­ şan aksiyon potansiyelleri bazen A-V düğümü geçecek kadar kuvvetli olur, bazen de olmaz. Bu durumda atriyumlar ventrikiıllerden daha yüksek bir hızla atarlar ve ventriküllerde "kayıp atımlar” olduğu söylenir. Buna ikinci derece kalp bloğu adı verilir. Şekil 13-6’da P-R aralıkları 0.30 saniyedir, iletinin atri­ yumlardan ventriküllere geçmemesine bağlı bir kayıp atım da görülmektedir. Bazen ventriküllerin her iki atımından biri kaybolur; kalpte “2 : 1 ritmi” gelişir ve ventriküllerin her bir atımına karşılık atriyumlar iki kez atar. Bazen 3:2 veya 3:1 gibi ri­ timler de gelişir.

S-A blok

:'

...... 4

■ : .B îl

Ş E K İL 1 3 - 4 Ş E K İL 13 • 2 S in ü s b ra d ik a rd is i (III. d e riv a sy o n ).

Sinoatriyal düğüm kesintisi ve A-V düğüm kaynaklı ritim (III. derivasyon).

136

ÜNİTE III • Kalp

Ş E K İL 1 3 - 5 Birinci derece bloğa bağlı, uzamış P-R aralığı (II. derivasyon)

Tam A-V Blok (Üçüncü Derece Blok). A-V düğüm ve AV demette iletinin zayıflamasına neden olan dunun şid­ detlenirse, uyarının atriyumlardan ventıiküllere geçişi ta­ mamen kesilir. Bu durumda, Şekil 13-7’de görüldüğü gibi, P dalgaları QRS T kompleksleri ile ilişkilerini tamamen kaybederler. Bu elektrokardiyogramda atriyumlann atım hızının dakikada yaklaşık 1 0 0 , ventriklillerin atım hızının ise dakikada 40’tan az olduğuna dikkat ediniz. Dahası P dalgalarının ritmi ile QRS-T komplekslerinin ritmi ara­ sında hiçbir ilişki yoktur; çünkü ventriküller atriyumlann denetiminden "kaçmışlardır" ve sıklıkla A-V düğüm ya da A-V demetler tarafından oluşturulan ritmik uyarıların kontrolünde, kendi doğal hızları ile atmaktadırlar. Stokes-Adams Sendromu - Ventriküler Kaçış. A-V kesinti meydana gelen bazı hastalarda tam kesinti belirir ve kay­ bolur. Yani uyarılar bir süre için atriyumlardan veııtriküllere iletilir ve sonra aniden iletim durur. Tam kesintinin sü­ resi birkaç saniye, birkaç dakika veya birkaç saat olabilir veya iletinin geri dönmesi için haftalar veya daha uzun za­ man geçmesi gerekebilir. Bu durum özellikle ileti siste­ minde sınır düzeyde iskemi olan kalplerde meydana gelir. A-V iletideki ilk kesintiden hemen sonra, aşın hız bas­ kısı adı verilen olaya bağlı olarak, 5 ila 30 saniye için ventrikül kasılmaları durur. Yani ventriküller kendi doğal hız ve ritimlerinden daha büyük bir hızla atriyumlar ta­ rafından güdüldükleri için, uyarılabilirlikleri baskılanmıştır. Sonunda, Purkinje sisteminin kesintinin ilerisin­ deki bir bölümü, genellikle de A-V düğümün distal bölü­ münde, düğümün içerisindeki kesinti noktasının ileri­ sinde bir bölge veya A-V demette bir bölüm dakikada 15 ila 40 atımlık bir hızla ritmik ateşlemeler oluşturmaya başlar ve ventıiküllerin uyarı odağı görevini üstlenir. Bu­ na ventrikiilerkaçış denilir. Beyin kan akımı olmaksızın 4 ila 5 saniyeden daha fazla işlevini sürdüıemediği için, hastaların çoğu tam kesinti meydana geldikten birkaç saniye sonra bayılır. Çünkü kalp ventriküller “kaçıncaya" kadar, 5 ila 30 saniye süreyle hiç kan pompalamaz. Fakat kaçıştan sonra yavaşça atan ventriküller, genellikle kişiyi hızla ayıltmaya ve idame et­ tirmeye yetecek kadar kanı pompalarlar. Bu aralıklı bayıl­ ma nöbetleri Stokes-Adams Sendromu olarak bilinir. Ventıiküllerin tam bloğu izleyen durgunluğu, nadiren hastanın sağlığı için zararlı hale gelecek veya ölüme bile neden olacak kadar uzun sürer. Bu nedenle bu hastala­ rın çoğuna yapay bir uyarı odağı takılır. Yapay uyarı oda­ ğı, pil ile çalışan ve cilt altına yerleştirilen küçük bir

Ş E K İL 13 • 7 Tam A-V bloğu (II. derivasyon)

elektrik stimülatör olup, elektrotları çoğunlukla sağ ventı iküle bağlanır. Uyarı odağı ventrikülleri denetim al­ tına alan sürekli ve ritmik uyarılar sağlar. Piller yaklaşık her 5 yılda bir yenilenir. Yarım (Kısm i) İn traven trikü ler B lo kElektriksel D eğ iş ke n lik (A ltern an s) A-V kesintiye neden olabilen etkenlerin çoğu, aynı za­ manda ventriküllcrin Purkinje sisteminin periferik kı­ sımlarında da uyarının iletilmesinde bloğa neden olabi­ lir. Bazen yarım ventriküliçi kesinti meydana gelir; öyle ki uyarı bazı kalp döngüleri sırasında kalbin bir bölümü­ ne iletilemez, bazı döngülerde ise iletilir. Yarım kesinti meydana gelen döngülerde QRS kompleksi oldukça anormal olabilir. Elektriksel değişkenlik olarak bilinen ve ventriküliçi kısmi kesintiye bağlı olarak her iki kalp atı­ mından birinde meydana gelen durum Şekil 13-8'de gö­ rülmektedir. Bu elektrokardiyogramda ayrıca taşikardi de görülmektedir. Burada taşikardi olasılıkla kesintinin sebebidir. Çünkü kalp hızı yüksek olduğu zaman Purkin­ je sisteminin bölümlerinin, cevapsız dönemden ardışık her kalp atımına cevap verecek kadar çabuk çıkması im­ kansız olabilir. Ayrıca iskemi, miyokardit ve dijital zehir­ lenmesi gibi kalbi zayıflatan çoğu durum da yarım vent­ riküliçi bloğa ve buna bağlı olarak da elektriksel değiş­ kenliğe neden olabilir.

ERKEN (P R E M A T Ü R E ) V U R U L A R Erken vuru, kalbin, normal kasılmanın beklendiği andan önce kasılmasıdır. Bu duruma aynı zamanda ekstrasis­ tol, prematüre vuru veya ektopik vuru da denilir.

Erken Vurunun Nedenleri. Çoğu erken kasılma, kalpte, kalp ritmi sırasında beklenmedik anlarda olağandışı uya­ rılar doğuran ektopik odakların varlığına bağlıdır. Ekto­ pik odak oluşumunun olası nedenleri arasında şunlar sa­ yılabilir: (1 ) bölgesel iskemi alanları; (2 ) kalbin çeşitli noktalarındaki küçük kalsifiye plakların komşu kalp kası­ na bası yaparak bazı lifleri harekele geçirmesi; (3) A-V düğüm, Purkinje sistemi veya miyokardiyumun, ilaçlar, nikotin veya kafeinin toksik iritasyonu ile harekete geçi­ rilmesi. Kalp kateterizasyonu sırasında mekanik etkilere

Kayıp vuru f t -r ir if H : ;

;

İr ff*İ: s

i

r :: T i : ’ ?I ^

î* :■

İ K İ l ’U i l i L i İ İ . J l

! ı; •

~î \

İH \

İP İ

p |

p

l

a li f

¥

I

:

pi -V T

’

_

y

:İ

: i'

Ş E K İL 13 • 6 İkinci derece, yarım A-V blok (V3 derivasyoııu).

'

1

:

. •

İ

Ş E K İL 13 - 8 Kısmi venUiküliçi blok "elektriksel değişkenlik" (111. derivasyon)

BÖLÜM 13 • Kardiyak Aritm iler ve E lektrokardiyografi Yorumu

137

Erken vuru

Erken vuru

Ş E K İL 1 3 - 9 Airiyum kaynaklı erken kasılma (I. derivasyon). A-V diiğüm kaynaklı erken kasılma (III. derivasyon).

bağlı erken kasılmalara da sıklıkla rastlanır. Kateter sağ ventriküle girip endokardiyuma bası yaptığında sıklıkla çok sayıda erken kasılma meydana gelir. Atriyum K aynaklı Erken Vurular Şekil 13-9’da atriyum kaynaklı bir erken kasılma görül­ mektedir. Bu atımın P dalgası kalp döngüsünde çok er­ ken meydana gelir; P-R aralığı ise atımın ektopik kayna­ ğının A-V düğümün yakınında olduğuna gösterecek şe­ kilde kısadır. Ayrıca erken kasılma ile bir sonraki kasılma arasındaki süre de hafifçe uzamıştır. Tamamlayıcı du­ raklama (compensatory pause) adı verilen bu durumun nedenlerinden biri, erken kasılmanın alriyumda sinüs düğümünden uzakta bir yerden kaynaklanması ve uyarı­ nın sinüs düğümünü ateşlemeden önce önemli miktar­ da atriyum kasından geçmek zorunda kalmasıdır. Sonuç olarak, erken döngüde (prematüre siki us) sinüs düğümü geç ateşler ve bu durum sinüs düğümünün bir sonraki ateşlemesinin de geç meydana gelmesine neden olur. Atriyum kaynaklı erken kasılmalar, sağlıklı insanlarda sıklıkla, kalpleri kesinlikle sağlıklı durumda olan atletler­ de de bazen meydana gelir. Aşırı sigara içilmesi gibi et­ kenlere bağlı hafif zehirlenme durumları, uykusuzluk, aşırı miktarda kahve içilmesi, alkolizm ve çeşitli ilaçların kullanımı da bu tür kasılmalara neden olabilir. Eksik Nabız. Kalp beklenenden önce kasıldığında, veııtiküller normal miktarda kanla dolmuş olmaya­ cakları için, kasılma sırasında atım hacmi azalacak ve­ ya hemen hemen sıfır olacaktır. Dolayısıyla bir erken kasılmadan sonra perifere doğru ilerleyen nabız dal­ gası, radyal arterden hissedilemeyecek kadar zayıf olabilir. Bu nedenle kalbin kasılmalarının sayısına kı­ yasla, radyalde hissedilen nabzın sayısında eksiklik meydana gelir.

ma görülmektedir. VKEV’leıin elektrokardiyogramdaki özel etkileri şunlardır: 1. QRS kompleksi genellikle belirgin olarak uzar. Se­ bep, uyarının Purkinje sistemi aracılığı ile değil de, başlı­ ca yavaş ileten ventrikül kası aracılığı ile iletilmesidir. 2. Aşağıdaki nedenlerle QRS birleşiminin voltajı yük­ sektir: Normal uyarı kalpten geçerken her iki ventrikülden de hemen hemen aynı anda geçer. Sonuç olarak normal bir kalpte kalbin her iki yanının depolarizasyon dalgalan birbirlerini kısmen nötralize ederler. Bir VKEV meydana geldiğinde ise, uyarı yalnızca bir yönde hareket ettiği için, bu tür bir nötralizasyon etkisi olmaz; kalbin bir yanının tamamı diğerinden önce depolarize olur. Bu da Şekil 13-11 de görüldüğü gibi yoğun elektrik potansi­ yelleri oluşturur. 3. Hemen hemen bütün VKEV'leri izleyen T dalgaları­ nın potansiyellerinin polaritesi QRS kompleksininkinin tersidir. Kalp kası boyunca uyarının yavaş iletilmesi, ilk depolarize olan alanın yine ilk olarak repolarize olması­ na neden olur.

* ,j\

j\

4 * ^ 1

|

_

j J

[

:

• | i.:’ : jM •i i ' ■1 "T 1 1 î i. : ; l ; :1 j : : j j ! j ."T ' . ^ " İ -i " ; ^ İ I i : •; i- : : -i ; *. j \:.i i- Lu , : . Vl.: ! •: • . .: : : * : ) I :

f

M K -

t

r

i

l\

A -V Düğüm veya A -V D em et Kaynaklı Erken Vurular Şekil 13-10’da A-V düğüm veya A-V demet kaynaklı bir erken kasılma görülmektedir. Erken kasılmaya ait kayıt­ ta P dalgası yoktur P dalgası, erken kasılmanın QRS-T kompleksinin üzerine eklenmiştir. Çünkü kalp uyarısı ventriküllerde ileri doğru hareket ederken, aynı zaman­ da atriyumlarda da geriye doğru hareket eder. P dalgası QRS-T kompleksinin şeklini bozar, fakat kendisi komp­ leksten ayırdedilemez. Genelde A-V düğüm kaynaklı erken kasılmaların önemi ve nedenleri atriyum kaynaklı erken kasılmalar ile aynıdır. V e ııtrik ü l K aynaklı Erken Vurular (VKEV) Şekil 13-11’deki elektıokardiyogramda normal kasılma­ lar ile ardışık bir dizi ventrikül kaynaklı prematüre kasıl­

Ş E K İL 13- 11 Büyük olağandışı QRS-T kompleksleri ile kendini gösteren ven­ trikül kaynaklı erken vurular (VKEV’ler) (II. ve III. derivasyonlar). Erken kasılmaların ekseni, bölüm 12’de anlatılan vektörel çözümlemenin kurallarına uygun olarak işaretlenmiştir. Vektör, VKEV’lerin kaynağının ventrikiillerin tabanına yakın olduğunu göstermektedir.

138

ÜNİTE III • Kalp

Bazı VKEV’ler n ed en leri açısın d an görece olarak iyi huyludur, sigara, kahve, uykusuzluk, çeşitli h afif zeh ir­ len m e du ru m ları ve h atta d u y gu sal h uzursuzluklar gibi etkenlere bağlıdırlar. D iğer y an d a n çoğu VKEV, kalbin en fark tü sü veya iskem ili alan ların ın sın ırların da m e y d a­ n a gelen b a şıb o ş u y an la ra ve tekrar-giren sinyallere b a ğ ­ lıdır. D olayısıyla bu tür VKEV’lerin varlığı hafife alın m a­ m alıdır. İstatistik ler kay d ad e ğ er say ıd a VKEV’leri olan ki­ şilerin , o la sılık la V KEV ’le ıd e n b irin in b a şla ttığ ı ani ölü m cü l ventrikül fib ıila sy o n u n a girm e risklerinin n or­ m ald en çok d a h a fazla o ld u ğ u n u ortaya çıkarm ıştır. Bu risk, b u b ö lü m d e d a h a so n ra açıklan dığı gibi, VKEV özel­ likle fibrilasyon o lu şu m u n a h a s s a s d ön em de, tam T d a l­ gasın ın b itişin d e, venlrikü ller cevap sız d ö n em d en çıkar­ ken m e y d an a geldiği takd irde büyüktür.

Ventrikül Kaynaklı Ektopik Erken Kasılma Odağının Vektörel Çözümlemesi. B ölü m 12’de vektörel ç ö zü m ­ lem en in kuralları anlatılm ıştır. Şekil 13-11'deki elektrokardiy ogram a b u kuralları uygulayarak VKEV’in odağı olan noktaya şu şekilde b ulab iliriz: Erken kasılm aların II. ve III. deıiv asy o n lard ak i p otan siy ellerin in h er ikisinin de kuvvetle p o zitif o ld u ğ u n a dikkat ediniz. II. ve III. derivasy oııların ek se n le rin e b u p o tan siy elleri işaretleyip, kalbin o rta la m a QRS vektörü için vektörel çözü m lem e y ap arsak , b u erken k asılm an ın vektörün ün n egatif u c u ­ n un (odak) kalbin ta b a n ın d a olduğun u, p ozitif ucunun ise ap e k se doğru old u ğ u n u buluru z. Bu n edenle, kalbin b u erken k a sılm a s ır a sın d a dep o larize olan ilk kısm ı ventriküllerin tab an ın a yakındır. D olayısıyla da b u rası ektopik o d ağın yeridir.

P A R O K S İS M A L T A Ş İK A R D İ Atriyum lar, P u ıkin je siste m i ve ventriküller dahil olm ak üzere, kalbin h erh an gi bir yerindeki bir bozukluk, kalple h er y ön e doğru yayılan hızlı, ritm ik uyarıların a te şle n ­ m e sin e n ed en olabilir. B u du ru m u n en sık n edeninin, bir b ö lge d e özden-tekrar- u y arılm alara (self-re-excitation) yol açan y en iden -giriş yolları o ld u ğ u n a in an ılm ak ta­ dır. Ritm i hızlı old u ğu için, b u yeni o dak kalbin uyarı o d ağı h alin e gelir. "P aro k sism al" terim i an id e n b aşlay an ve birkaç s a n i­ ye, birkaç dakika, birkaç s a a t veya d a h a uzun süren n ö ­ b etler h alin de, kalp hızın ın artm asın ı ifade eder. N ö b e t­ ler b aşlad ık ları gibi an id e n so n bulur ve uyarı odağı an ın d a sin ü s d ü ğ ü m ü n e geri döner. P aro ksism al taşikardi, çoğu za m an bir vagu s refleksi b aşlatılarak durduru labilir. Bu a m a ç la ku llanılan ilginç bir vagu s refleksi, gözlere ağrıya n eden olacak kadar b a ­ sın ç uy gulan dığı za m a n m e y d an a gelir. Karotid sin ü sle ­ re b a stırm a k d a b azen taşikardiyi durdurab ilecek kadar kuvvetli bir vagu s refleksi başlatab ilir. Çeşitli ilaçlar da kullanılabilir. Sıklıkla k u llan ılan q u in idiııe ve lidocain e’in h er ikisi de, ak siyon p otasiy eli oluşurken kalp kası zarının so d y u m geçirgen liğin d e m e y d an a gelen norm al artışı baskılay arak , n ö b e te n ed en olan bölgen in ritmik ateşlem elerin i keser.

Atriyum kaynaklı paroksism al taşikandi. Başlangıç kaydın ortasındadır (I. derivasyoıı).

önceki atım a ait n orm al T dalgasının üzerine eklendiği görülebilir. Bu durum p aro k sism al taşik aıd in in odağının atriy u m da old u ğu n u gösterir. Fakat P d algası n orm al o l­ m a d ığın a göre o dak sin ü s d ü ğ ü m ü n e yakın değildir.

A-V Düğüm Kaynaklı Paroksismal Taşikardi. Paroksim al taşikardi çoğu za m an A-V d ü ğ ü m kaynaklı o la ğ a n d ı­ şı bir ritim e bağlıdır. Bu du ru m genellikle n orm al QRS-T k o m pleksin e n ed en olur, fakat P d a lg ası yoktur veya g iz ­ lidir. Birlikte supraven triküler taşikardi ad ın ı alan, atriyum veya A-V d ü ğü m kaynaklı p aro k sim al taşikardiler, g e n e l­ likle gen ç ve sağlıklı kişilerde m e y d an a gelir ve b u kişiler­ de taşikardi eğilim i ergenlikten so n ra kaybolur. S u p ra ­ ventriküler taşikardi kişiyi genellikle çok korkutur ve n ö ­ bet sıra sın d a gü çsü z lü ğe n eden olabilir, fakat n öb etler n adiren kalıcı h asara n ed en olur.

V en trikü l Kaynaklı Paro ksism al Taşikardi Şekil 13-13’de tipik, kısa bir ventrikül kaymaklı taşikardi n öb eti görülm ektedir. Ventrikül kaynaklı p a ro k sism a l taşikardin in elektrokardiyogram ı, a rala rın d a h içb ir n o r­ m al atım olm aksızın birbirini izleyen bir dizi ventrikül kaynaklı erkenvuru gö rü n ü m ü n d ed ir. Ventrikül kaynaklı p a ro k sism a l taşikardin in genellikle ciddi bir du ru m o lm asın ın iki n eden i vardır. Birincisi, veııtriküllerde kayda d eğer bir iskem ik h a sa r olm ad ık ça genellikle bu tür taşikardi m e y d an a gelm ez. İkincisi, ventrikül kaynaklı taşikardi sıklıkla ö lü m cü l bir du ru m olan ventrikül fib rilasyon u n a neden olur; çün kü bir s o n ­ raki b ö lü m d e tartışılacağı gibi, ventrikül kasın ı h ızla ard a rd a uyarır. B azen dijital zeh irlen m esi de ventrikül kaynaklı taşikardilere n ed en olan h a s s a s o d ak lar oluşturur. D iğer y an d an kalp kasın ın c e v ap sız d ö n em in i u z ata n ve u y a ­ rılm a eşiğini yükselten quinidin e, ventrikül kaynaklı taşikardiye n eden olan h a s s a s n ok taları en gellem ek için kullanılabilir.

VE N TR İK Ü L F İB R İL A S Y O N U Bütün kalp aritm ilerinin en ciddisi, a n ın d a tedavi e d il­ m ediği takdirde h em en d a im a ölü m e n ed en olan v e n tri­ kül fibrilasyonudur.

Atriyum Kaynaklı Paroksism al Taşikardi Şekil 13-12’deki elek tro k aıd iy o g ram ın o rta sın d a kalp atım hızının an iden artarak dak ik ad a yaklaşık 95 atım dan yaklaşık 150 atım a çıktığı görülm ektedir. Elektrokardiyogram dikkatle in celen diğinde, hızlı kalp atım ı nöbeti sırasın d a, her QKS-T k o m pleksin den ön ce ters bir P d al­ gasın ın m ey d an a geldiği ve b u P dalgasın ın kısm en bir

Ventrikül kaynaklı paroksismal taşikardi (III. derivasyon)

BÖLÜM 13 • Kardiyak Aritm iler ve E lektrokardiyografi Yorumu

Ventrikül fıbrilasyonu, ventrikiil kası kitlesi içinde teh­ likeli bir şekilde dolaşan kalp uyarılarının, ventrikül kası­ nın önce bir bölümünü, daha sonra bir başka bölümünü ve daha sonra bir başkasını uyararak sonunda kendi kendilerini geri beslemeleri ve aynı ventrikül kasını tek­ rar tekrar durmadan yeniden uyarmalarına bağlıdır. Bu gerçekleştiği zaman ventrikül kasının pek çok küçük bö­ lümü aynı anda kasılacak, eş miktarda pek çok bölümü de gevşeyecektir. Bu nedenle ventrikül kası asla kalbin normal pompalama döngüsünün gerektirdiği gibi toplu halde ve uyumlu olarak kasılmayacaktır. Dolayısıyla çok sayıda uyarı sinyalinin ventriküller boyunca hareket et­ mesine rağmen ventrikül boşlukları ne genişler ne de küçülür, fakat hiç kan pompalamadan veya önemsiz miktarlarda kan pompalayarak kısmen kasılı belirsiz bir evrede kalırlar. Dolayısıyla fibrilasyon başladıktan sonra beyin kan akımının durmasına bağlı olarak, 4-5 saniye içinde bilinç kaybı olur, birkaç dakika içinde de vücudun tüm dokularında geri dönüşümü olmayan ölüm başlar. Pek çok etken ventrikül fibrilasyonunu başlatabilir; bir saniye önce normal bir kalp atımı gerçekleşmişken bir saniye sonra ventriküller fibrile olurlar. Fibrilasyonu başlatabilecek en önemli nedenler ( 1 ) kalbin ani elektrik şokuna maruz kalması ve (2 ) kalp kasının ya da özelleş­ miş ileti sisteminin veya her ikisinin iskemisidir.

Y e n id en -G iriş O layı-V entrikül Fibrilasyonunun N ed en i O larak “Ç em ber H a re k e tle ri” Normal bir kalp uyarısı ventriküllcrin tamamına yayıl­ dıktan sonra gidecek bir yeri kalmaz, çünkü bu anda bü­ tün ventrikül kası cevapsız dönemdedir ve uyarıyı artık iletemez. Dolayısıyla bu uyarı söner ve kalp sinüs düğü­ münden doğacak yeni bir aksiyon potansiyelini bekle­ meye başlar. Bazı durumlarda olaylar bu normal sıralama ile ger­ çekleşmez. Bu nedenle yeııiden-girişe neden olup, vent­ rikül fıbrilasyonunun çember hareketlerini başlatabilen durumları daha detaylı olarak inceleyelim. Şekil 13-14’te halka biçiminde kesilmiş birkaç küçük kalp kası şeridi görülmektedir. Böyle bir şerit saat 12 noktasında uyarının tek yönde hareket edeceği şekilde

139

uyarılırsa, uyarı, saat 1 2 noktasına geri dönımceye kadar çember etrafında ilerleyecektir. İlk uyarılan kas lifleri ha­ la cevapsız dönemde iseler, cevapsız kas ikinci bir uyarı­ yı iletmeyeceği için uyarı sönecektir. Bu uyarının çember etrafında harekete devam etmesine, yani uyarının daha önce uyarılmış kasa yeniden-girmesine neden olabile­ cek üç değişik durum vardır. Birincisi, eğer çemberin etrafındaki yol uzunsa, uyarı saat 1 2 noktasına geri dönünceye kadar, ilk uyarılan kas cevapsız dönemden çıkacak ve uyarı halka etrafında tek­ rar tekrar dönmeye devam edecektir. İkincisi, yolun uzunluğu sabit kalıp, iletinin hızı yete­ rince yavaşlarsa, uyan saat 1 2 noktasına geri dönünceye kadar uzun zaman geçecektir. Bu sırada, ilk uyarılan kas cevapsız dönemden çıkabilecek ve uyaı ı çember etrafın­ da tekrar tekrar dönmeye devam edebilecektir. Üçtincüsü, kasın cevapsız dönemi büyük ölçüde kısa­ labilir. Uyarı bu durumda da halka etrafında tekrar tek­ rar dönebilecektir. Bu olayların hepsi, insan kalbinin değişik patolojik durumlarında meydana gelir. Bu durumlar şunlardır: (1) Yolun uzaması tipik olarak dilate kalplerde meyda­ na gelir. (2) İleti hızının azalması çoğu zaman Purkinje sisteminde blok meydana gelmesine, kas iskemisine, yüksek kan potasyum düzeylerine veya pekçok diğer etkene bağlıdır. (3) Cevapsız dönemin kısalması ço­ ğunlukla epinefrin gibi çeşitli ilaçlara bağlı olarak veya tekrarlayan elektrik uyarılardan sonra meydana gelir. Yeniden giriş, pekçok kalp rahatsızlığında anormal ka­ sılma biçimlerine veya sinüs düğümünün hız belirleyi­ ci etkisini engelleyen anormal kalp ritimlerine neden olabilir. Fibrilasyonun Zincirlem e Tepkim e Mekanizması Ventrikül fibrilasyonunda, kalp kasında aynı anda farklı yönlere doğru yayılan pekçok ayrı ve küçük kasılma dal­ gası görürüz. Fibrilasyonun yeniden-giren uyarıları, Şe­ kil 13-14’te görüldüğü gibi bir halka etrafında hareket eden bir tek uyartıdan ibaret değildir; zincir tepkimesi görünümünde bir dizi dalga haline gelmişlerdir. Fibrilasyondaki bu olayı açıklamanın en iyi yollarından biri, 60 devirli alternatif elektrik akımının neden olduğu elektrik şokunun fibrilasyonu nasıl başlattığını anlatmaktır.

60 Devirli Alternatif Akıma Bağlı Fibrilasyon. Şekil Normal yol

Tamamen cevapsız Tamamen cevapsız

Göreceli olarak cevapsız

Uzun yol

Ş E K İL 13 - 14 Kısa yolda uyarının söndüğünü, uzun yolda ise sürekli iletil­ diğini gösteren çember hareketi.

13-15’teki kalp A’nın ventrikiillerinin merkezi bir noktası­ na, uyarıcı bir elektrot aracılığı ile 60 devirli bir elektrik uyarısı uygulanmıştır. Elektrik uyarının birinci deviri bir depolarizasyon dalgasının bütün yönlerde yayılmasına neden olarak, elektrot altındaki kasın tamamını cevapsız döneme sokar. Yaklaşık 0.25 saniye sonra, bu kasın bir kısmı cevapsız dönemden çıkmaya başlar. Kasın bazı bö­ lümleri, diğer bölümlerden önce cevapsız dönemden çı­ kar. Olayların bu durumu kalp A üzerinde, uyarılabilir kalp kasını temsil eden daha açık renk alanlar ve hala ce­ vapsız olan kası temsil eden koyu renk alanlar ile gösteril­ miştir. Elektrottan gelen yeni uyarılar, şimdi uyarıların her yönde değil fakat kalp boyunca yalnızca belirli yön­ lerde hareket etmesine neden olabilirler. Kalp A’daki bazı uyarılar, kısa bir mesafe ilerledikten sonra kalbin cevap­ sız alanlarına ulaşır ve kesintiye uğrarlar. Diğer uyarılar ise, cevapsız alanların arasından geçerek, kasın uyarılabilir bölgelerinde harekete devam ederler. Bu anda, hepsi aynı anda meydana gelen ve fibrilasyon durumu ile so­ nuçlanan birkaç olay hızla, peşpeşe ortaya çıkar. Birincisi, uyarıların bazı yönlerde kesintiye uğrarken di­ ğer yönlerde başarıyla iletilmesi, yeniden-giren sinyallerin

140

ÜNİTE III • Kalp

Uyarı noktası

çekte, bu h a ssa s d ö n e m d e u y gu lan acak bir tek elektrik şoku bile çoğu zam an , kalbin cev ap sız alan ları etrafın da tek y ön de yayılan tu h af biçim li uyarıların m e y d an a g e l­ m e sin e ve dolayısıyla d a fibrilasyon un b a şla m a sın a n e ­ den olabilir.

Ventrikül Fibrilasyonunda E lektrokardiyogram

Sönen uyarılar

Ş E K İL 13 • 15 A, Cevapsız kas alanlarının bulunduğu bir kalpte fibrilasyonun başlaması; B. Fbrilasyon yaratan uyarıların fıbrilasyoııdaki ventrikülde sürekli iletilmesi.

m ey d an a gelm esi için gereken koşullardan birini sağlar. Yani, bazı depolarizasyon dalgalarının kalp etrafında yal­ nız bir yönde iletilmesine n ed en olur. İkincisi, kalbin h ızla uyarılm ası, kalp k a sın d a her ikisi de ç e m b e r h areketini h azırlayan iki değişikliğe n eden olur: (1) K alp te ileti hızının yavaşlaması uyarılara kalp e trafın d a h arek et etm eleri için d a h a u zun süre sağlar. (2) K asın ce v ap sız d ön em i kısalır. Bu da uyarının d a h a ön ce u y arılm ış kalp k asın a n o rm ald e n çok d a h a k ısa bir süre iç erisin d e y en id en -girm esin i sağlar. Ü ç ü n c ü sü fib rilasy o n u n en ön em li özelliklerin d en biri, k alp A’d a g ö ste rild iği gibi, uyarıların bölünmesidir. Bir d e p o la riz a sy o n d a lg ası kalbin c e v ap sız b ir ala n ın a u laştığ ı z a m a n , b u alan ın her iki y an ın d a n d o la n ara k ilerler. B ö y lece bir tek u y arıd an iki uyarı m e y d an a gelir. D iğer bir c e v a p sız a la n a ulaştık ları z a m a n b u n ların h eı biri de b ö lü n e re k iki yeni uyarı; d a h a o luştururlar. Bu şek ild e, aynı a n d a p e k ço k y ön d e h areket ed en p e k ço k k ü çü k d e p o la riz a sy o n d a lg ası m e y d a n a gelen e k ad ar zincirleme bir tepkime ile, kalp te sürekli o larak p e k ço k yeni d a lg a oluşur. D ah ası b u düzensiz uyarı hareketinin

uyanların bir çember çizerek hareket etmesine neden ol­ ması ileti yolunu oldukça uzatır, ki bu da fibrilasyonu devam ettiren durumlardan biridir. K alp te aynı z a m a n ­ d a sürekli o la rak d ü z e n siz yerleşim li ce v a p sız ala n lar da olu şu r. K ısır bir dö n g ü n ü n b aşlad ığın ı kolaylıkla görebiliriz: D a h a fazla uyarı m e y d an a gelir, b u n lar d a h a fazla c e v a p ­ sız k as alan ların a, cev ap sız alan lar ise uyarıların d ah a çok b ö lü n m e sin e n ed en olurlar. D olayısıyla, kalp kasının h erh an gi bir alan ı c e v ap sız d ö n e m d e n çıkar çıkm az, bu a la n a y e n id eıı-giıecek bir uyarı çoktan hazırdır. Şekil 13-15’teki kalp B, fibrilasyon un so n evresini g ö s ­ term ektedir. B u rad a h er yünde hareket eden pekçok uyarı görülebilir. Bunların bazıları b ölün erek uyarı sa y ı­ sını arttırır, b azıları d a cevap sız alan lard a söner.

Ventrikül fib rilasyon un u n elektrok ardiy ogram ı Şekil 1316’d a gö rü ld ü ğ ü gibi k arm aşık tır ve h içb ir türden d ü ­ zenli bir ritm i yoktur. Ventrikül fib rila sy o n u n u n erken evrelerinde n isb e ten d ah a b ü y ü k kas kitleleri aynı a n d a kasılır ve elektrok ardiy ogram da kab a, d ü z e n siz d a lg a la ­ ra n ed en olurlar. Yalnızca birkaç san iy e so n ra ventrikiillerin k a b a k asılm aları k aybolu r ve elektrok ardiy ogram d ü şü k voltajlı ve so n d erece d ü z e n siz d a lg ala r çizm ey e başlar. Ventrikül fib rilasyon u n u n tek rarlay an b ir elektrokardiyografik şekli yoktur. Yalnızca, elektrik p o ta n s i­ yellerde sürekli olarak ani değişiklikler m e y d a n a gelir. Ç ünkü kalptek i ak ım lar ö n ce bir y ö n d e , d a h a so n ra ise bir b a şk a y ön de h arek et eder, belli bir d ö n g ü y ü n adiren tekrarlarlar. E lektrokardiyogram daki d algaların voltajı, ventrikül fib rilasyon u ilk b aşlad ığı za m a n yaklaşık 0.5 m ilivolttur, fakat o k ad ar hızlı zayıflar ki, 20 ila 30 san iy e so n ra g e n e l­ likle sa d c c e 0.2 ile 0.3 nıilivolt olur. Ventrikül fib rilasyon u b aşlad ık tan 10 dakika veya d a h a uzun b ir sü re so n ra, 0.1 nıilivolt gibi çok dü şü k voltajlar veya d a h a azı k ay d e d ile ­ bilir. D ah a ön ce de belirtildiği üzere, k a lb e a n ın d a elekt­ ro şo k verilm esi gibi etkili bir tedavi ile du rd u ru lm ad ığı takdirde ventrikül fibrilasyon u ölü m cü ldü r. E lektroşok bir son raki b ö lü m d e anlatılm ıştır.

Ventriküllerin Elektroşok İle D efibrilasyonu Z ay ıf bir altern an ak ım ven trik ü lleri d a im a fib r ila sy o ­ n a so k s a da, v e n tıik ü lle rd e n k ısa b ir sü re için ge çirile n kuvvetli bir elektrik akım ı, ven trik ü l k a sın ın ta m a m ın ı aynı a n d a c e v a p sız d ö n e m e so k a ra k fib r ila s y o n u d u r ­ d u rab ilir. Bu a m a ç la k alb in iki y a n ın a y e rle ştirile n ele k tro tlard an y oğu n bir ak ım geçirilir. Akım ven trikül liflerin in ç o ğ u n a u la şa ra k v e n trik ü lle rin b ü tü n b ö ­ lü m lerin i aynı a n d a u y arır vc c e v a p sız h ale getirir. B ü ­ tün u y arılar d u ru r ve k alp 3 ila 5 sa n iy e s e s s iz kalır, b u n d a n so n ra gen ellikle s in ü s d ü ğ ü m ü n d e n gelen u y arılarla y e n id e n a tm a y a b aşlar. F a k a t v en trik ü lleri fib rila sy o n a so k m u ş olan y e n id e n - g iıiş o d a ğ ı ç o ğ u z a ­ m a n varlığın ı sü rd ü rü r. Bu d a fib r ila sy o n u d e rh al y e ­ n id e n b aşlatab ilir. Elektrotlar kalbin iki y an m a d o ğ ru d an y erleştirildiğin ­ de, 0.1 san iy e süreyle uygulan an 110 voltluk 60 devirli a l­ tern atif akım ile veya birkaç 1/1000 san iy e süreyle u y gu ­ lan an 1000 voltluk doğru akım ile genellikle fib rilasyon durdurulabilir. Elektrotlar Şekil 13-17’de gö rü ld ü ğü gibi gö ğü s duvarın a yerleştirildiği za m an , büy ük bir elektrik k a p a sitö r birkaç bin volta k ad ar yüklen dikten so n ra kapasitö riin elektrotlardan ve k alpten b irk aç 1/1000 san iy e

Ventrikül Fibrilasyonunun Oluşması İçin Hassas Dö­ nem. Kalp d ö n g ü sü sırasın d a kalp k asın d a aynı an d a h em c e v ap sız d ö n e m d e olan hem de o lm ayan alanların b u lu n ab ild iği za m an , tam kalbin bir önceki kalp d ö n g ü ­ sü n d e n çık m ak ta o ld u ğ u an dır - yani kalp kasılmasının tam sonudur. D olayısıyla dön gü n ü n bu a n m a ventriklilleı in fib rilasyon a hassas oldukları dönem adı verilir. G er­

Ş E K İL 13- 16 V en trik ü l fib rila sy o n u (II. d e riv a sy o n ).

BÖLÜM 13 • Kardiyak Aritm iler ve E lektrokardiyografi Yorumu

141

Birkaç milisaniye için birkaç bin volt

Atriyum flatteri

Atriyum fibrilasyonu

Ş E K İL 13 - 18 Atriyum fibrilasyonu ve atriyum Halterinde uyarıların yollan.

Ş E K İL 13- 17 Ventrikül fibrilasyonunun durdurulması için göğiise elektrik akımı uygulanması.

içerisinde geçecek şekilde boşalması sağlanır. Laboratuvarımızda anestezi altındaki bir köpeğin kalbi göğüs du­ varı üzerinden 130 kez defıbrile edilmiş ve köpek mü­ kemmelen normal durumda kalmıştır. Defibrilasyona Yardım Am acıyla Kalbin Elle Pompalanması (K ardiyopulm oner Resusitasyon) Kalp, fibrilasyon başladıktan sonra 1 dakika içinde defibrile edilmediği takdirde, sadece defibrilasyon ile yeniden canlanamayacak kadar zayıf düşer, çünkü koroner kan akımı ile beslenemez. Fakat kalbi önce el ile pompalayıp (aralıklı sıkıştırma) daha sonra defıbrile ederek hayata döndürmek mümkündür. Bu şekilde aortaya küçük mik­ tarlarda kan gönderilerek koroner kan akımı başlatılabi­ lir. Çoğunlukla birkaç dakika sonra elektrik defibrilasyon mümkün olur. Gerçekten de bazı fibıile olmuş kalpler, başarıyla defıbrile edilmeden önce, 90 dakika kadar uzun bir süre elle pompalanmışlır. Göğüs kafesini açmaksızın kalbi pompalamanın bir yöntemi yapay solunum ile birlikte göğüs duvarına aralık­ lı olarak ve kuvvetli hamlelerle basınç uygulamaktır. Buna kardiyopulmoner resusitasyon veya basitçe CPR denilir. Beyine 5 ila 8 dakikadan daha uzun süre kan akımı olma­ ması, genellikle kalıcı zihinsel bozukluklara ve halta beynin haraplanmasma neden olur. Kalp hayata döndürülse bile, kişi beyin hasarının etkilerine bağlı olarak ölebilir veya yaşasa bile kalıcı zihinsel bozukluk meydana gelebilir.

A T R İY U M F İB R İL A S Y O N U A-V demet bağlantısı dışında, atriyumun kas kitlesi ile ventrikülün kas kitlesinin birbirlerinden yalıtkan bir fibröz doku ile ayrıldıklarını hatırlayınız. Dolayısıyla venlrikül fibrilasyonu çoğu zaman atriyum fibrilasyonu ol­ maksızın gerçekleşir. Benzer şekilde, atriyum fibrilasyo­ nu da çoğu zaman ventrikül fibrilasyonu olmaksızın ger­ çekleşir. Bu durum Şekil 13-18'in sağında gösterilmiştir. Olayın ventrikül kitlesi yerine sadece atriyum kası kitle­ sinde meydana gelmesi dışında, atriyum fibrilasyonunun işleyişi ventrikül fibrilasyonununki ile aynıdır. Atriyum fib­ rilasyonunun sık rastlanan bir nedeni atriyumun genişle­ mesidir. Genişleme, atriyumlarm venlriküllere yeterince

boşalmasını engelleyen kalp kapağı hasarlarına veya atriyumlarda aşırı miktarda kan birikmesine neden olan vent­ rikül yetmezliğine bağlıdır. Atriyum duvarlarının dilate ol­ ması ileti yolunun uzamasına ve yavaş iletiye neden olur. Bunların her ikisi de atriyum fibrilasyonunu hazırlar.

Atriyumlarm Atriyum Fibrilasyonu Sırasındaki Pom­ palama Özellikleri. Ventrikiillerin ventrikül fibrilasyo­ nu sırasında kan pompalamamaları ile aynı nedenler­ den dolayı atriyuıular da atriyum fibrilasyonu sırasında kan pompalamazlar. Dolayısıyla atriyumlar ventriküller için hazırlayıcı pompalar olarak işe yaramaz hale gelir­ ler. Bu durumda bile kan pasif olarak atriyumlaıdan ge­ çip ventrikülleıe akar ve ventrikül pompasının etkinliği yalnızca yüzde 20 ila 30 oranında azalır. Dolayısıyla, ventrikül fibrilasyonunun ölümcül olmasına karşın, atri­ yum fibrilasyonu olan bir kişi kalbin pompalama etkinli­ ğinin genelde azalmış olmasına rağmen aylarca ve hatta yıllarca yaşayabilir. Atriyum Fibrilasyonunda Elektrokardiyogram. Atriyum fibrilasyonımdaki elektrokardiyogram Şekil 13-19’da gö­ rülmektedir. Atriyum fibrilasyonu sırasında pekçok kü­ çük depolarizasyon dalgası bütün yönlerde atriyumlara yayılır. Dalgalar zayıf olduğu ve belirli bir anda pekçoğu zıt polaritede olduğu için genellikle birbirlerini neredey­ se tamamen nötralize ederler. Dolayısıyla elektrokardiyogramda ya hiç P dalgası görülemez, ya da ince, yüksek frekanslı, çok düşük voltajlı dalgalar içeren bir kayıt yapı­ lır. Diğer yandan venlriktillerde herhangi bir patoloji ol­ madığı takdirde QRS-T komplekleri normaldir, fakat aşa­ ğıda belirtilen nedenlerle zamanlamaları düzensizdir.

Atriyum Fibrilasyonu Sırasında Ventriküler Ritmik Düzensizliği. Atriyumlar fibrilasyonda iken, uyarılar at­ riyum kasından A-V düğüme hızlı fakat aynı zamanda düzensiz olarak ulaşırlar. A-V düğüm bir uyarıdan sonra 0.35 saniye geçmeden ikinci bir uyarıyı geçirmeyeceği için, iki ventrikül kasılması arasında en azından 0.35 sa­ niye olmalıdır. Buna ek olarak, düzensiz fîbrilatuar uya­ rılardan birinin A-V düğüme ulaşması için de 0 ila 0.6 sa­ niye arasında değişen bir süreye gerek vardır. Bu neden -

A triyum fib rila sy o n u (I. d e riv a sy o n )

142

ÜNİTE III • Kalp

le ardışık iki ventrikül kasılması arasındaki süre cn az yaklaşık 0.35 saniye ile en fazla yaklaşık 0.95 saniye ara­ sında değişir. Bu da oldukça düzensiz kalp atımlarına neden olur. Gerçekte bu düzensizlik Şekil 13-19'daki elektıokardiyogramda değişken aralıklardaki kalp atım­ larıyla gösterildiği gibi, durumun teşhisinde kullanılan klinik bulgulardan biridir. Ayrıca atriyumlardaki fibıilatuar uyarıların hızı yüksek olduğu için, ventrikiillerin hı­ zı da yüksek olup genellikle dakikada 125 ile 150 atım arasındadır. Atriyum Fibrilasyonunun Elektroşokla Tedavisi. Ventrikül fibrilasyonu elektroşok yolu ile normal ritme geri döndürülebileceği gibi, atriyum fibrilasyonu da elektroşokla döndürülebilir. Yöntem ventrikiilün dön­ dürülmesi ile tamamen aynı olup -bir tek kuvvetli elektrik şokunun atriyumlardan geçirilmesi- kalbin tamamı birkaç saniye için cevapsız döneme sokulur. Eğer kalp bunun için yeterli ise genellikle normal bir ritim başlar.

Atriyum flatteri 2:1 ve 3:1 riUni (1. derivasyon).

Atriyum flatterinin tipik eleklrokardiyogramı Şekil 1320’de görülmektedir. Kas kitleleri yarı uyumlu kasıldıkla­ rı için P dalgaları kuvvetlidir. Fakat kayıtta yalnızca atriyumların her iki veya üç atımından sonra bir P dalgasını bir QRS-T kompleksi izlediğine ve 2:1 ve 3:1 ritminin oluştuğuna dikkat ediniz.

KALP D U R M A S I A triyum F latteri Atriyum flatteri, çember hareketinin atriyumlarda neden olduğu diğer bir durumdur. Atriyum fibıilasyonundan farkı, elektrik sinyalin bir tek büyük dalga halinde ve da­ ima tek yönde atriyumun kas kitlesi etrafında tekrar tek­ rar hareket etmesidir. Şekil 13-18’in solunda gösterildiği gibi bu dalga genellikle, superiyor ve inferiyor vena kavalarm açıklıkları etrafında yukarı, aşağı ve tekrar yukarı doğru hareket eder. Atriyum flattleri atriyumların genellikle dakikada 200 ile 350 atım arasındaki yüksek bir hızla kasılmalarına ne­ den olur. Fakat atriyumların bir tarafı kasılırken diğer ta­ rafı gevşediği için atriyumların pompaladığı kanın mik­ tarı düşüktür. Dahası, sinyaller A-V düğüme hepsinin ge­ çemeyeceği kadar hızlı ulaşırlar. Çünkü A-V düğümün ve A-V demetin cevapsız dönemi atriyum sinyallerinin yal­ nızca bir kısmını geçirecek kadar uzundur. Dolayısıyla ventrikiillerin lıerbir atımına karşılık atriyumlarda iki ve­ ya üç atım gerçekleşir.

Kalbin ritim ve ileti sisteminin son ciddi bozukluğu kal­ bin durmasıdır. Bu, kalbin bütün ritmik uyarılarının son bulmasına, yani kendiliğinden oluşan hiçbir ritmin kal­ mamasına bağlıdır. Kalp durması, özellikle derin anestezi sırasında hasta­ ların yetersiz solunum nedeniyle ciddi hipoksiye girme­ lerine bağlı olarak meydana gelir. Hipoksi kas liflerinin ve ileti liflerinin, zarlarının iki yanındaki normal elektro­ lit yoğunluk farklarını korumalarını engeller. Bu da lifle­ rin uyarılabilirliğiııi, kendiliğinden oluşan ıitmikliği yok edecek kadar etkileyebilir. Çoğu kalp durması durumunda normal bir kalp ritmi­ nin yeniden sağlanması için kardiyopulmoner resusitasyon oldukça başarılıdır. Bazı hastalarda ağır bir ıniyokard hastalığı kalıcı veya yarı kalıcı kalp durmasına ne­ den olarak, ani ölüme yol açabilir. Çoğu vakada implante edilmiş elektronik bir uyarı odağından sağlanan rit­ mik elektrik uyarılar hastaları yıllarca hayatta tutmak için başarıyla kullanılmıştır.

REFERANSLAR A sh cro ft F M : Ion Channels & D isease. O r­ lando: A cad em ic Press, 1998. Cliou T C : Electrocardiography in C linical P ractice. Philadelphia: W B Saunders Co, 1991. C ollin s L J : T h e ro le o f hormone replacement therapy in the primary’ and secondary pre­ vention o f coronary artery' disease. E d u ca­ tional H ighlights newsletter. A m erican C o l­ lege o f C ardiology 1 3:1, 1998. C ox J L , Sundt T M III: T h e surgical m anage­ m ent o f atrial fibrillation. Annu R ev Med 4 8 :5 1 1 , 1997. Falk R H , Podrid P J: Atrial Fibrillation: M ech a­ nism s and M anagem ent. New Y ork: Raven Press, 1992. Feinstem N, M cC artney P: Fetal Heart M on i­ toring. Dubuque, IA : Kendall/Hunt Publish­ ers, 1997. Fu ster V : Syndrom es o f A therosclerosis. A rm onk, N Y : Futura Publishing Co, 1996. G annedahl PE, Edner M , Ljungqvist OH: Com puterized vectorcardiography for im ­ proved perioperative cardiac monitoring in

vascular surgery. J Am Coll Surg 1 82:530, 1996. G illis A M : T h e current status o f the implanta­ b le cardioverter defibrillator. Annu Rev M ed 4 7 :8 5 , 1996. G uyton A C , C row ell JW : A stereovectorcardiograph. J Lab C lin Med 4 0 :7 2 6 , 1952. Ja life J: B a s ic Cardiac Electrophysiology for the C lin ician . A rm onk, N Y : Futura Publish­ ers, 1998. Josephson M E : C linical Cardiac Electrophysi­ ology. Baltim ore: W illiam s & W ilkins, 1993. K astor, JA : Arrhythm ias. Philadelphia: W B Saunders C o, 1994. K eating M T : T h e long Q T syndrome: a review o f recent m olecular genetic and physiologic d iscoveries. M edicine 7 5 :1 , 1996. L iberthson R R : Sudden death from cardiac causes in children and young adults. N Engl J M ed 3 3 4 :1 0 3 9 , 1996. Lynch C III: C ardiac Electrophysiology: Peri­ operative Considerations. Philadelphia: JB Lippincott, 1994.

M cC u lley M E , Bennett R L : S T segm ent m oni­ toring in the pediatric IC U : detecting m yo­ cardial isch em ia in children. C rit C are Nurse 1 7 :8 1 , 1997. M ulcahy D: Continuous electrocardiographic m onitoring. B r J Hosp M ed 5 7 :3 6 , 1997. O bcid A l: Echocard iography in C lin ical Prac­ tice. Philadelphia: J B Lippincott, 1992. Pallotta B S , W agon er P K : V oltage-dependent potassium channels sin ce Hodgkin and Huxley. P hysiol R ev 7 2 :(S u p p l):S 4 9 , 1 9 9 2 .' Suraw icz B : Electro p h ysiologic B a sis o f EC G and C ard iac A rrhythm ias. Baltim ore: W il­ liam s & W ilk in s, 1995. van W ijngaard en W J, Ja m es D K , Sym onds E M : T h e fetal electrocardiogram . Baillieres C lin Obstet G yn aecol 1 0 :2 7 3 , 1996. W agner G S : M arriott’s Practical E lectrocard i­ ography. Baltim ore: W illia m s & W ilkins, 1994. W alker M JA , Pugsley M K : M ethods in C ar­ diac Electro -p h ysiology. B o c a Raton: CRC Press, 1998.

ÜNİTE

Dolaşım 14 D o la şım S iste m i; Basınç, A kım ve D ire n cin T ıb b i Fizik P re nsiple ri

15 D a m a rla rın G e rile b ilm e Y e te n e ğ i ve A rte ry e l ve V enöz S iste m le rin F o n ksiyo n la rı

16 M ik ro d o la ş ım ve L e n fa tik sistem ; K a p ille r Sıvı D e ğ iş im i, İn te rstisye l Sıvı ve Lenfa A kım ı

17 Kan A kım ın ın D o k u la r T arafından Lokal K o n tro lü ve H o rm o n a l D ü z e n le m e

18 D o la şım ın Sinirsel D ü z e n le n m e si ve A rte ry e l Basıncın Hızlı K o n tro lü

19 A rte ry e l Basıncın U zun-S üreli D ü ze n le n m e si ve H ip e rta n s iy o n d a B ö b re k le rin Baskın ro lü ; Basınç K o n tro lü n d e B ü tü n le ş tiric i S istem

20 K alp D e b is i, V enöz D ö n ü ş ve D ü ze n le n m e si

21 E gze rsizde Kas Kan A kım ı ve K ardiyak D e b i; K o ro n e r D o la şım ve İskem ik K alp H astalığı

22 K alp Y e te rsizliğ i

23 K alp se sleri; V a lv ü le r ve K o n je n ita l K alp D e fe k tle rin İn D in a m iğ i

24 D o la şım Şoku ve T e d a visin in Fizyolojisi

Dolaşım Sistemi; Basınç, Akım ve Direncin Tıbbi Fiziği

Dolaşım sistem inin görevi, besinleri dokulara taşı­ mak, artık maddeleri dokulardan uzaklaştırmak, hormonları vücudun bir bölümünden diğerine ta­ şımak ve genel olarak tüm hücrelerin optimal işlev görebilmesi ve yaşayabilmesi için tüm doku sıvıla­ rında uygun çevreyi korumak, böylece dokuların gereksinimini karşılamaktır. Bazen, kan akımının dokuların ihtiyacına göre nasıl kontrol edildiğini ve dolaşımdaki kanı damar­ larda ilerletmek için gerekli kalp debisi ve arteryel basıncı sağlamak üzere kalp ve dolaşım sisteminin nasıl kontrol edildiğini anlamak zordur. Kan h ac­ mini kontrol eden m ekanizm alar nelerdir, dolaşım sistem inin diğer fonksiyonları ile ilişkisi nedir? Bunlar, aşağıdaki dolaşım sistemi konularında ce­ vap vermeyi amaçladığımız sorulardan bazılarıdır.

DOLAŞIMIN FİZİKSEL KARAKTERİSTİKLERİ Dolaşım sistemi, Şekil 14-1’de gösterildiği gibi, sis­ tem ik dolaşım ve pıılm oner dolaşım olmak üzere iki bölüm de incelenir. Sistemik dolaşım akciğerler dışındaki bütün vücut dokularının kan ihtiyacını karşıladığı için, bilyük dolaşım ya da periferik d o la ­ şım diye de bilinir. Vücuttaki her dokunun damar sistemi birtakım farklı özellikler göstermekle birlikte, damarların fonksiyonları ile ilgili bazı genel prensipler siste­ min bütün bölümlerine uygulanabilir. Bu bölümün amacı bu genel prensipleri tartışmaktır. Dolaşım Sisteminin Fonksiyonel Bölümleri. Do­ laşım sistemi fonksiyonlarının ayrıntılarını tartış­ madan önce her bir bölüm ün rolünün anlaşılması önemlidir. Arterlerin fonksiyonu, kanı dokulara yüksek b a ­ sınç altında taşımaktır. Bu nedenle arterler, güçlü bir damar çeperine sahiptirler ve kan arterlerde hızlı akar. Arteriyoller, arteriyel sistem in son küçük dalları­ dır ve içinden kanın kapillerlere gönderildiği kont­ rol ka p a k la n olarak görev yaparlar. Arteriyoller, aı teriyolü tam amen kapayabilen ya da birkaç kat ge­ nişlem esine izin veren güçlü kas tabakası ile sarıl­ mıştır. Böylece dokuların ihtiyacına cevap olarak 144

kapillerlere geçen kan akımını büyük ölçüde değiş­ tirebilirler. Kapillerlerin görevi sıvı, besin maddeleri, elekt­ rolitler, hormonlar ve diğer maddelerin kan ile interstisyel sıvı arasında değişimini sağlamaktır. Bu göreve uygun olarak, kapiller çeperi çok incedir ve çok sayıdaki kapiller p orlar su ve küçük moleküllü maddelere geçirgendir. Venüller, kapillerleıden gelen kanı toplarlar. Biıleşerek daha büyük venleıi oluştururlar. Veııler dokulardan kalbe dönen kan için taşıma kanalları olarak görev yaparlar, fakat bir başka önemli fonksiyonları da büyük bir kan deposu ola­ rak hizmet görmektir. Venöz sistemdeki basınç çok düşük olduğu için, ven çeperleri incedir. Yine de kas içerirler, kaslar venlerin daralm asına ya da gev­ şem esine izin verir, böylece vücudun gereksinimi­ ne göre az ya da çok miktarda kan depolayan, kont­ rol edilebilir bir depo olarak çalışırlar. Dolaşım Sisteminin Değişik Bölümlerinde Kan Hacimleri. Dolaşımdaki kanın en büyük bölümü, sistemik venlerde bulunur. Şekil 14-1 vücuttaki tüm kanın % 84‘ünün sistemik dolaşımda, %16'sının ise Akciğer ve kalpte bulunduğunu gösteriyor. Sistemik dolaşımında bulunan % 84’ün % 64’ii venlerde, % 13’ü arterlerde, % 7 ’si sistemik arteriyol ve kapillerlerde bulunur. Tüm kanın yüzde yedisi kalbde, yüz­ de dokuzu pulmoner damarlarda bulunur. En şaşırtıcı olanı, sistem ik dolaşım kapillerlerinde çok az miktarda kan bulunm asıdır. Yine de sistem ik dolaşım ın en önem li fonksiyonu, m ad ­ delerin kan ile dokular arasında iki yönde difüzyonu, burada gerçekleşm ektedir. Çok önem li olan bu fonksiyon, ayrıntılı olarak Bölüm 16’da tartışılacaktır. Enine Kesit Alanları ve Kan Akımının Hızı.Aynı tipteki sistem ik damarların yanyana konulduğu düşünülürse, bunların yaklaşık enine kesit alanlar şöyle olacaktır: Damar Aorta Küçük arterler Arteriyoller Kapillerler Venüller Küçük veııler Vena kavalar

cm2 2.5 20 40 2500 250 80 8

BÖLÜM 14 • Dolaşım Sistemi; Basınç, Akım ve Direncin Tıbbi Fiziği

Aorta Vena kava superiyor Kalp - %7

Vena kava inferiyor

Arterler - %13

Venter, venüller, venöz sinüs - %64

Ş E K İL 14 • 1 D olaşım sisteminin değişik bölümlerindeki kan hacminin (toplam hacmin yüzdesi olarak dağılımı.

Venlerin kesit alanının arterlerinkinden daha bü­ yük olduğu özellikle dikkati çekmektedir. Kendi çaplarındaki arterlerin ortalama yaklaşık dört katı kadar olduğu görülmektedir. Bu, arteryel sistem e göre venöz sistem de ne kadar büyük bir kan depo­ su bulunduğunu açıklar. Dolaşım sistem inin her segmentinden her daki­

145

kada aynı miktarda kan aktığına göre, kan akım h ı­ zı, enine kesit alanı üe ters orantılıdır. Böylece, dinlenim esnasında hız, aoı tada 33 cm/sn, fakat kapillerde bunun 1/1000 kadarı, ya da yaklaşık 0.3 mm/saniyedir. Bununla beraber, kapillerlerin uzunlukları sadece 0.3 -1 mm kadar olduğundan, kan kapillerleıde sadece 1 ile 3 saniye kadar kalır. Kapiller çeperi boyunca gerçekleşen bütün difüzyonun bu olağanüstü kısa zaman parçasında ta ­ mamlanması, şaşırtıcı bir gerçektir. Dolaşım Sisteminin Çeşitli Bölümlerinde Ba­ sınçlar. Kalp, kanı sürekli olarak aoı taya pom pala­ dığı için, aoıtadaki basınç yaklaşık ortalam a 1 0 0 mmHg gibi yüksek bir değerdedir. Diğer yandan, kalbin pompalama etkinliği pulsatil olduğundan, Şekil 14-2’de görüldüğü gibi, aıteryel basınç, 120 mmHg’lik sistolikve 80 mmHg’lik diyastolik basınç arasında değişir. Kan sistem ik d olaşım da ilerledik­ çe basınç giderek düşer ve kalbin sağ atriyumuna boşaldığı vena kavaların sonuna ulaşıldığında yak­ laşık 0 mml-Ig olur. Sistemik kapillerlerdeki basınç, arteıiyoler uçta 35 mmHg’lik yüksek bir basınçtan, venöz uçtaki 10 mmHg’lik düşük bir basınca kadar değişir, fakat da­ mar yatağının büyük bir bölümündeki ortalama fonksiyonel basınç, yaklaşık 17 mmHg’dır. Bu basınç, kapiller porlarmdan çok küçük miktarda plazma sız­ masına neden olacak kadar düşük olduğu halde, b e­ sinler kolaylıkla doku hücrelerine difiize olabilirler. Şekil 14-2’nin sağında, pulm oner dolaşım ın fark­ lı bölümlerindeki basınçlar ayrı ayrı gösterilmiştir. Pulmoner arterlerde basınç, aortada olduğu gibi, pulsasyonludur, fakat basınç düzeyi, oldukça dü­ şüktür. Sistolik basınç yaklaşık 25 mmHg, diyastolik basınç yaklaşık 8 mmHg, ortalama pulm oner arte­ ryel basınç ise sadece 16 mmHg’dır. Pulm oner ka­ piller basınç ortalama 7 mmHg’dir. Yine de, bir da­ kikada akciğerlerden geçen kan akımı sistem ik do­

Ş E K İL 14 - 2 Yatay durumda uzanan bir bireyde dolaşım sisteminin çeşitli bölümlerinde kan basınçları.

146

ÜNİTE IV • Dolaşım

laşım dan geçen miktar ile aynıdır. Pulmoner kapilleıdeki kanın, pulmoner alveollerdeki oksijen ve diğer gazlarla karşılaşacağı ve kanın kalbe dönm e­ den önce ulaşması gereken mesafe kısa olduğu için, pulmoner sistemdeki düşük basınç, akciğerle­ rin ihtiyacına uygundur.

saatler ve günler içinde böbrekler, hem basıncı kontrol eden hormonları salgılamak, hem de kan hacm ini düzenlemekle basınç kontrolünde önemli bir ek rol oynarlar. Özet olarak, lokal dokuların gereksinimleri, dola­ şım sistemi tarafından karşılanmaktadır. Bu bölü­ mün kalan kısmında kan akımı düzenlenm esinin temel ayrıntıları ile, kardiyak debi ve arteryel b a ­ sıncın kontrolünü tartışmaya başlayacağız.

DOLAŞIM FONKSİYONUNUN TEMEL TEORİSİ Dolaşımın fonksiyonunun ayrıntıları karmaşık ol­ makla birlikte, sistem in bütün işlevlerinin tem elin­ de üç ana ilke bulunur: 1. Vücuttaki Bütün Dokuların Kan Akımı, Da­ ima Doku İhtiyaçlarına Göre Hassas Biçimde Kontrol Edilir. Dokular aktif ise, istiıahattekinden daha fazla bazen istirahat düzeyinin 20-30 katı kan akım ına ihtiyaçları vardır. Fakat kalp, normal ola­ rak kalp debisini 4-7 kattan fazla aıttıramaz. Böylece, belirli bir dokunun, kan akımı artışına ihtiyacı olduğunda, vücudun bütün dokularında kan akı­ mını arttırmak mümkün değildir. Bunun yerine, her dokunun mikro damarları sürekli olarak doku­ nun gereksinimlerini, oksijen ve besinlerin yeterli olup olmadığını ve karbon dioksit ve diğer artık maddelerin birikip birikmediğini kontrol ederler. Bunlar, lokal kan akımını doku aktivitesi için gerek­ li düzeyde tutarlar. Ayrıca dolaşımın sinirsel kont­ rolü de doku kan akımı kontrolüne birtakım ek özellikler kazandırır. 2. Kardiyak Debi Başlıca, Lokal Doku Akımları­ nın Tümü Tarafından Kontrol Edilir. Kan bir doku­ dan geçtikten sonra venler yolu ile hemen kalbe dö­ ner. Kalp, kendisine gelen bu ai tmiş kan akımına ce ­ vap olarak, hemen hem en tamamını geldiği yerdeki arterlere geri pompalar. Bu anlamda, kalp dokuların ihtiyacına cevap veren bir otomat olarak çalışır. Bu­ nunla beraber kalp, bu görevinde tam yeterli değil­ dir. Böylece sıklıkla, gerekli miktarda kanın pompa­ lamasını sağlamak için özel sinir sinyalleri şeklinde yardıma gereksinim duyar. 3. A rte ry e l Basınç, Genellikle Lokal Akım Kontrolü ya da Kalp Debisi Kontrolü M ekaniz­ malarından Bağımsız Olarak Düzenlenir. Dola­ şım sistemi, arteryel basıncı düzenleyen yaygın bir sistem le donatılmıştır. Örneğin: Eğer herhangi bir zamanda basınç, 100 mmHg’lik normal ortalama seviyenin altına düşerse, sinirsel refleksler, basıncı önceki norm al değerine yükseltmek için saniyeler içinde, bir seri dolaşım değişikliğine neden olur. Arterlerde daha fazla kan birikimi için, kalbin pom ­ palama gücü sinirsel sinyallerle arttırılır, kalbe da­ ha fazla kan sağlamak için büyük veııöz yedekler kontrakte olur ve tüm vücuttaki arteıyollerin çoğu, arter ağında daha fazla kan birikmesi için genel konstı iksiyon gösterir. Sonra, daha uzun dönemde,

BASINÇ, AKIM VE DİRENÇ ARASINDAKİ İLİŞKİLER Bir kan damarındaki akım, iki faktör tarafından b e ­ lirlenir: ( 1 ) damaı ın iki ucu arasındaki basınç fark ı (basınç gıadyam da denir) ki bu, kanı damarda iten kuvvettir, (2 ) damar direnci denilen, damar boyun­ ca kan akımına karşı oluşan direnç. Şekil 14-3 dola­ şım sistem inin herhangi bir yerindeki bir kan da­ marı üzerinde bu ilişkileri gösteriyor. P1 damarın başlangıcındaki basıncı gösteriyor. Diğer uçtaki basınç, P2dir. Akıma karşı direnç (R) damarın bütün iç yüzeyi boyunca oluşan sürtünme sonucu ortaya çıkar. Damar içindeki akım, OJuıı yasası olarak adlandırılan aşağıdaki formül ile h e­ saplanabilir: AP

Q= —

( 1)

R

Burada Q kan akımı, AP damarın iki ucu arasında­ ki basınç farkı (Pı-P2), R dirençtir. Bu formül kan akımının basınç farkı ile doğru, fakat direnç ile ters orantılı olduğunu gösterir. Kan akımını damardaki mutlak basıncın değil, damarın iki ucu arasındaki basınç farkın ın belirle­ diğine dikkat çekmek isteriz. Örneğin, segmentin iki ucunda da basınç 100 mmHg ise, 100 mmHg b a­ sınca rağmen iki uç arasında basınç farkı bulunm a­ dığından akım olmayacaktır. Ohm yasası öğrencilerin dolaşım hemodinamiğini anlaması için gerekli olan en önemli ilişkileri ifa­ de eder. Bu formülün çok büyük önemi nedeni ile okuyucunun, formülün diğer cebirsel şekillerini de hatırdan çıkarmaması gerekir: AP = Q x R

(2)

AP R=•

(3)

Basınç farkı

Pı

(L

'«\\ t

>P2

/

Direnç Ş E K İL 14 - 3 Basınç, direnç ve kan akımı arasındaki ilişkiler.

Kan Akımı

BÖLÜM 14 * Dolaşım Sistemi; Basınç, Akım ve Direncin Tıbbi Fiziği

147

Ş E K İL 14 - 4 Elektromanyetik tipte bir akım saati. A, Elektromanyetik alandaki bir telde elekt­ romotor gücün gelişmesi. R, Kuvvetli bir manyetik alan içine yerleştirilen dam ar­ dan kan akışı sırasında damara uygula­ nan elektrodlardan elektromotor gücün kaydedilmesi. C, Damara sürekli uygula­ nabilen m odern bir elektromanyetik akım saati.

Kan Akımı Kan akımı deyimi basitçe, dolaşımın belirli bir nok­ tasından belirli bir zaman içinde geçen kan miktarı anlam ına gelir. Genellikle kan akımı d a kika d a m ili­ litre ya da litre ile belirtilirse de, saniyede mililitre ya da başka bir akım birimi ile de ifade edilebilir. İstirahat halindeki erişkin bir insanda tüm dola­ şımdaki kan akımı yaklaşık dakikada 5000 mİ ka­ dardır. Bu, birim zamanda kalp tarafından pom pa­ lanan kan miktarını belirttiği için, kalp debisi adını alır. Kan Akımını Ö lçm e Yöntem leri Akımı ölçmek için, birçok mekanik ve mekanoelektrik araçlar seri olarak bir kan damarına sokulabilir ya da ba­ zı örneklerde, damarın dışına uygulanabilir. Bunlara flo\vmetre’ler (akım ölçerler) denilir.

Elektrom anyetik Akım Ölçer. Damarı açmadan kan akımını ölçebilen aletlerin en önemlilerinden biri, elekt­ romanyetik akım saati olup, çalışma prensibi Şekil 144’te gösterilmiştir. Şekil 14-4A manyetik alanda çapraz şekilde hızla hareket eden bir telde elektromotor kuvve­ tin oluşumunu göstermektedir. Bu, elektrik jeneratörün­ de elektrik üretiminin çok iyi bilinen bir ilkesidir. Şekil 14-B’de aynı ilkenin manyetik alanda hareket eden kan­ da elektromotor kuvvetin üretimine uygulanışı görül­ mektedir. Burada bir kan daman kuvvetli bir mıknatısın kutuplan arasına yerleştirilir ve elektrodlar damarın iki tarafına, manyetik alan çizgilerine dik olarak konur. Kan damardan aktığı zaman, iki elektrod arasında akım hızı ile orantılı olarak gelişen elektriksel voltaj uygun bir elektrik akım saati ya da elektronik araç ile ölçülebilir. Şekil 14-4C’de büyük damarlarda kan akımını ölçmede kullanılan gerçek bir alet görülmektedir. Bu alet içinde,

hem güçlü mıknatıs hem de elektrodlar bulunmaktadır. Elektromanyetik akım saatinin özel bir üstünlüğü, akımda 0 . 0 1 saniyeden daha kısa bir zaman içinde geli­ şen değişimleri kaydedebilmesi, böylece sabit akım gibi, akımdaki pulsatil değişimleri doğru kaydetmeye elveriş­ li olmasıdır.

Ultrasonik Doppler >ıkım Ölçer. Elektromanyetik akım saati ile aynı avante jların çoğuna sahip olan ve da­ mara dışarıdan uygulan? bilen diğer bir akım ölçer Şekil 14-5’te gösterilen ultrascnik Doppler akım ölçeridir. Bu saatin duvarına küçük bir piezoelektrik kristal monte edilmiştir. Bu kristal uygun bir elektronik aygıta bağlan­ dığı zaman, akıntı yönünde, kanın aktığı sürece saniyede birkaç milyon frekanslı bir ses oluşturur. Ses dalgalarının bir kısmı akan kan içindeki alyuvarlardan yansıyarak kristale geri döner. Bu yansıyan dalgalar, kristalin yay­ dıklarından, eritrositler kristalden uzaklaşmakta olduk­ ları için daha düşük frekanslıdır. Buna Doppler etkisi de­ nir (Aynı etki düdük çalarak geçen bir tren sesinden de farkedilir. Tren yaklaşırken duyulan düdük sesi, tren uzaklaşırken ani olarak kalınlaşır). Şekil 14-5 daki akım ölçerde çok yüksek frekanslı ses dalgaları belirli aralarla kesilerek, yansıyan dalgalar, kris­ talden elektronik bir alet yardımı ile büyütülerek alınır. Cihazın diğer bir bölümü yayılan ve yansıyan dalgalar

Kristal

Yayılan dalga

Ş E K İL 14 - 5 Ultrasonik Doppler akımmetresi.

Yansıyan dalga

148

ÜNİTE IV • Dolaşım

arasındaki frekans farkını tayin eder. Böylece kan akını hızı tayin edilir. Elektromanyetik akım saati gibi Doppler akım saati de sabit akımdaki kadar iyi bir şekilde, hızlı pulsatil değişik­ likleri de ölçmeye elverişlidir.

100 mmHg basınç

O 0 basınç

D am arlarda Kanın Lam iner Akımı Kanın uzun, düz bir damardan sabit bir hızla akışı düz­ gün bir akıştır. Bu akımda kan tabakaları çeperden aynı uzaklıkta akmaya devam eder. Aynı şekilde kanın orta bö­ lümü de damarın merkezindeki yerini korur. Bu çeşit akı­ ma laminer ya da düzgün akım denir. Bunun tcısi olan giıdaplı akımda, aşağıda belirtileceği gibi, kan damarda her doğrultuda akarak damar içinde sürekli karışır.

Laminer Akım Esnasında Parabolik Hız Profili. Lami­ ner akım meydana geldiği zaman, damarın merkezinde­ ki akım hızı kenarlardan çok fazladır. Bu, Şekil 14-6’da gösterilen deney ile kanıtlanabilir. A borusunun sol tara­ fına renkli bir sıvı, sağ tarafına da berrak bir sıvı konmuş­ tur ve damarda akım yoktur. Sıvılar akıtıldığı zaman 1 sa­ niye sonra B borusunda görüldüğü gibi, iki sıvı arasında parabolik bir sınır çizgisi belirir. Damarın çeperine yakın sıvı kısmı hemen hiç hareket etmediği halde çeperden uzaklaştıkça daha fazla olmak üzere, ortada en çok iler­ leyen bir akım görülmektedir. Bu etki, kan akım hızının parabolik profili olarak adlandırılır. Parabolik profilin nedeni aşağıdaki gibidir. Damara değen tabakadaki sıvı molekülleri çeperle arasındaki adhezyon kuvveti nedeni ile zor hareket ederler. Diğer mo­ lekül tabakaları bunların üzerinden kayar. Üçüncü İkin­ cinin, dördüncü iiçüncünün üzerinden böyle kayar. Bundan dolayı damarın ortasındaki sıvı hızlı hareket eder, çünkü orta bölümle çeper arasında birçok kayan molekül tabakası vardır. Halbuki, çepere yakın sıvının bu avantajı yoktur.

Hareket eden isli kağıt Antikoagulan eriyiği

Yüzgeç

Civalı manometre

Civalı manometre ile arteryel basınç kaydı. Bu nıetod, fizyoloji tarihi boyunca kan basıncını kaydetmek için yukarıda göste­ rilen biçimde uygulanmıştır.

Bazen de basınç, santim etre su ile ölçülür (cm H2 0 ). 10 cm su basıncı, su sütununu 10 cm’ye çıka­ ran basınç demektir. Bir milimetre civa 1.36 cm su­ ya eşdeğerdir. Çünkü civanın özgül ağırlığı suyun 13.6 katı ve 1 cm, 1 m m ’nin 10 katıdır.

Kan Basıncı Ölçümünde Y üksek D uyarlıklı Y ö n ­ temler. Civalı manometredeki civanın eylemsizliği bü­ Kan Basıncı Standart Basınç Birimleri. Kan basıncı hem en daima milimetre civa (mmHg) ile belirtilir. Çünkü eskiden beri kan basıncının ölçümü için standart olarak (Şekil 14-7’de gösterilen) civalı m anom etre­ ler kullanılmıştır. Gerçekten, kan basıncı kanın da­ mar çeperinin herhangi bir birim alanına uygula­ dığı basınç demektir. Bir damarda basıncın 50 m m llg olduğu söylendiği zaman, bu, kanın uygu­ ladığı kuvvetlerin bir civa sütununu 50 mm'lik dü­ zeye çıkarabileceği anlamına gelir. Eğer basınç 100 mmHg ise civa sütunu 100 mm'ye çıkacaktır.

A B

Ş E K İL 14 • 6 Damarın merkezinde daha hızlı akan parabolik kan akımını gösteren deney. A: Akım başlamadan önce sıvılar, B: Akım başladıktan 1 saniye sonra aynı sıvılar.

yük olduğundan hızla inip çıkamaz. Bu nedenle, sabit basınç düzeyini kaydetmek için mükemmel bir araç ol­ duğu halde, saniyede birden fazla hızla gelişen siklik basınç değişikliklerine cevap veremez. Basınçtaki hızlı değişimleri kayıt etmek gerektiğinde başka tipteki kay­ dediciler gerekmiştir. Şekil 14-8’de üç elektronik basınç tıansdüserinin temel prensipleri gösterilmiştir. Bunlar basıncı elektrik sinyallerine çevirerek, yüksek hızdaki elektrikli kaydedicilere iletirler. Transdüserlerin hepsin­ de sıvı kamarasının bir duvarını oluşturan çok ince ve çok esnek bir metal membran bulunur. Bu sıvı kamara­ sı, bir iğne ya da kateterle içindeki basınç ölçülecek da­ mara bağlanır. Basınç yükseldiği zaman membran ha­ fifçe dışarıya yükselir ve basınç düştüğü zaman dinle­ nin! durumuna döner. Şekil 14-OA’da membıanın üzerinde bir inç'in binde birleri kadar yükseklikte basit bir metal plak yerleştiril­ miştir. Membran yukarı yükseldiği zaman membran, plağa yaklaşır, membranla plak arasındaki kapasitans artar ve uygun bir elektronik sistemle bu değişildik kay­ dedilebilir. Şekil 14-8B’de membıanın üzerine küçük bir demir parçası yerleştirilmiştir. Membran hareketi ile bir bobine doğru hareket edebilen demirin, bobinde yalattığı indüktans değişimi elektronik olarak kaydedilir. Son olarak, Şekil 14-8C’de çok ince esnek bir tel membrana bağlanmıştır. Bu tel çok geıildiği zaman di­ renci yükselir. Daha az geıildiği zaman direnci azalır. Bu değişiklikler bir elektronik sistem yardımı ile kaydedile­ bilir.

BÖLÜM 14 • Dolaşım Sistemi; Basınç, Akım ve Direncin Tıbbi Fiziği

149

lenim durumundaki bir kişide 1 0 0 ml/sn’ye yakın­ dır ve sistem ik arterler ile sistem ik venler arasın­ daki basınç farkı da, yaklaşık 100 m m H g’dır. Böylece, sistem ik dolaşım içindeki total periferik d i­ renç yuvarlak rakamla, 100/100 ya da 1 PRU’dur. Vücuttaki tüm kan damarlarının kuvvetle daral­ dığı bazı koşullarda, toplam periferik direnç 4 PRU'ya kadar yükselebildiği gibi, damarlar çok ge­ nişlediği zaman da 0 . 2 PRU’ya kadar düşebilir. Pulmoner sistemde, ortalama aıteıiy el basınç yaklaşık 16 mmHg ve ortalama sol atriyum b asın cı­ da 2 mmHg olduğuna göre, net basınç farkı 14 mmHg’dır. Böylece, yuvarlak hesap, kalp debisi normal 1 0 0 ml/sn iken toplam pulm oner vesküler direnç 0.14 PRU olarak hesaplanır (sistemik dolaşı­ mın yaklaşık yedide biri). Damarda Kanın "İletkenliği" ve Dirençle İlişki­ si. iletkenlik, bir damardaki belirli bir basınç farkı­ na karşılık oluşan kan akımının ölçüsüdür. Bu ge­ nellikle, ml/sn/mmHg b asınçla, bazen litre/sn/mmHg ya da diğer kan akımı ve basıncı b i­ rimleri ile belirtilebilir. Aşağıdaki eşitlikten kolayca anlaşılabileceği gibi, iletkenlik direncin tersidir.

Ş E K İL 14 ■ 8 Hızlı değişen kan basınçlarını kayıt için kullanılan üç elektronik transdüser tipinin ilkeleri (Metin içinde açıklanmıştır.)

Yüksek duyarlı kayıt sistemlerinin bazıları ile saniyede 500 kadar basınç değişikliğini kaydedilebilir. Yaygın ola­ rak kullanılan kaydediciler, Şekil 14-8’deki ıekorder kağı­ dı üzerinde gösterilen biçimde saniyede 2 0 - 1 0 0 siklus gi­ bi hızlı oluşan basınç değişimlerini kaydedebilecek ka­ pasitededir.

1

İletkenlik = ---------Direnç

(5)

Bir Damarın Çapındaki Çok Küçük D eğişiklik­ ler Onun İletkenliğini Önem li Biçimde Değiş­ tirir. Bir damarda çapının hafifçe değişm esi, kan akımı düz ise, kanın iletilm esini çok büyük oran­ da değiştirir. Bu etki Şekil 14-9A’daki deneyde b e ­ lirgin şekilde görülmektedir. Üç ayrı damarın iki uçları arasındaki basınç farkı aynı, 100 mmHg ol­ duğu halde, çapları göreceli olarak 1,2 ve 4'tiir. Bu damarların çap lan ancak dört kat arttığı halde,

Kan Akımına Direnç Direnç Birimleri. Damarlardaki kan akımını güç­ leştiren direnci doğrudan ölçm e olanağı yoktur. Bunun yerine, direnç, kan akımı ve damardaki ba­ sınç faikının ölçülm esinden hesaplanabilir. Eğer dam arın iki noktası arasındaki basınç farkı 1 mmHg ve akım 1 ml/sn ise direncin 1 periferik di­ renç birimi olduğu söylenir. Çoğunlukla PRU (p eripheral resistance unit) olarak kısaltılır. CGS Birimleri İle Direncin Anlatımı. Bazen direnç, CGS (santimetre, gram, saniye) diye adlandırılan temel fizik­ sel birim ile belirtilir. Bu birim, dyn saniye/santimetreS’dir. Bu birimlerle direnç, aşağıdaki formül ile hesap­ lanabilir: dynXsn \ ----------- I

(

cm 5

/

1333Xmm Hg = --------------------

(4)

ml/sn

Toplam P eriferik Direnç ve Toplam Pulmoner Direnç. D olaşım sistem indeki kanın akış hızı dm-

A

T e

100

n

1 ml/dak.

j

16 ml/dak.

r

256 ml/dak.

d - 2

Basınç = -

c

mmHg

d =4

B

© Küçük damar

Geniş damar

ŞE K İL 1 4 - 9 çeperinden uzaklaştıkça, akım hızlanmaktadır.

150

ÜNİTE IV • Dolaşım

(kan akımı sırası ile, 1,16, 256 ml/dk olur) kan akı­ mı 256 kat artmıştır. Böylece, dam arın iletkenliği aşağıdaki formüle uygun olarak çapuı dördüncü kuvveti ile orantılı çoğalmıştır. İletkenlik çap '1

100

90 80

(6)

70 Poiseuille Yasası. Çapın büyümesi ile iletkenlikte görü­ len bu büyük artışın nedeni Şekil 14-9B ile açıklanabilir. Şekilde bir küçük, bir büyük damarın enine kesitleri gö­ rülmektedir. Damarların içindeki konsantrik halkalar, her halkadaki hızın daha önccki bölümde tanışılan lamiııar akım nedeni ile diğerlerinden farklı oluşunu göster­ mektedir. öyle ki, damar çeperine değen halkadaki kan, damar endoteli ile arasındaki adlıezyon nedeni ile zorla akmaktadır. İkinci halkadaki kan onun üstünden kay­ makta ve bu yüzden daha büyük hızla akmaktadır. Üçüncü, dördüncü, beşinci ve altıncı halkalarda kan ay­ nı şekilde giderek artan hızla akmaktadır. Böylece, da­ mara en yakın kan en yavaş, oysa ortadaki ise en büyük hızla akmaktadır. Küçük damarlarda hemen bütün kan kitlesi çepere ya­ kın olduğundan çok yavaş akar. Kanın oldukça hızlı akan merkez akımı bulunmamaktadır. Akan kanın bütün konsantrik halkalarındaki hızların entegrasyonundan ve hızların halkaların alanları ile çar­ pımından Poiseuille yasası olarak bilinen aşağıdaki for­ mül elde edilebilir: rcAPr1

(7)

Q = 8

60 50 40 30 20 10

Normal

Anemi

Polisitemi

Ş E K İL 14- 10 Normal kişilerde, anemi ve polisitemili hastalarda hematokrit değerleri.

Kan H e m a to k rit ve V is k o z ite s in in D a ­ m a r D ire n ci ve Kan A kım ı Ü ze rin e Etkisi

rcl

Burada Q kanın akış hızı, AP damarın iki ucu arasındaki basınç farkı, r damarın yarıçapı, 1 damarın uzunluğu ve n kanın vizkozitesidir. Denklemde özellikle kan akış hızının damar yarı çapı­ nın dördüncü kuvveti ile doğru orantılı olması damarda kan akış hızını saptayan en önemli faktörün kan damarı­ nın çapı (yarıçapın iki katı) olduğunu bir kez daha kanı­ tlamaktadır. A rte riy o le r Direncin Saptanm asında Dam ar Çapının "Dördüncü K u vv et Yasasının" Ö n e ­ mi. Sistem ik dolaşım da, direncin yaklaşık üçte ikisi, küçük arteriyolleıdedir. A rteriyollerin iç çapları 4 m ikrom etreyle 25 m ikrom etre arasında değişir. Bununla beraber güçlü dam ar duvarı ya­ pıları iç çaplarının 4 katm a kadar olan değişiklik­ lere izin verir. 4. kuvvet yasasından daha önce da­ m ar çapları ile kan akımı arasındaki ilişkide söz edildi. D am ar çapında 4 katlık bir artış görülür­ ken, kan akım ında teorik olarak 256 kat bir artış olmaktadır. Bu nedenle, bu 4. kuvvet yasası, do­ kulara kan akım ını tam am en durdurmak ya da dokulara daha fazla kan verm ek için, bölgesel do­ ku sinyalleri ya da sinirsel uyarılara dam ar çap ın ­ daki kiiçük değişiklikler ile cevap verilm esine olanak tanır. Gerçekten, m aksim um arteriyoler konstriksiyoıı ve m aksim um arterivoler dilatasyon sınırları arasında, küçük doku alanlar .1 iç’il­ de, kan akım ında yüz kattan fazla değişiklik kay­ dedilmiştir.

Poiseuille yasasındaki önemli faktörlerden biri, ka­ nın viskozitesidir. Tüm diğer faktörler değişmemek kaydı ile, viskozite ne kadar büyürse, damarda akım o kadar azalır. N orm al kan viskozitesi suyun

viskozitesinin y aklaşık 3 katıdır. Fakat kanı bu kadar viskoz yapan nedir? Viskozi­ teyi temel olarak kanda asılı şekilde duran çok mik­ tarda eritrosit oluşturur. Eritrositlerin lıeıbiri da­ mar duvarına ve diğer hücrelere karşı büyük bir sürtünme meydana getirir. Hem atokrit. Kandaki hücrelerin yüzde oranına lıem atokrit denir. Bu yüzden eğer bir kişide hem atok­ rit 40 ise, kan volümünün yüzde kırkı hücre, geri ka­ lanı plazmadır. Erkeklerde hematokrit ortalama 42, kadınlarda 38 kadardır. Bu değerler kişilerde anemi olup olmamasına, vücut faaliyetine, kişinin yaşadı­ ğı yüksekliğe göre çok geniş sınırlar arasında deği­ şir. Bu etkiler 32. Bölüm’de alyuvarlar ve onların ok­ sijen taşıma fonksiyonu ile ilişkisinde tartışıldı. Hematokrit Şekil 14-10’da gösterildiği gibi, taksi­ matlı bir tüpte kan santrifüje edilerek tayin edilir. Taksimattan hücrelerin yüzdesi doğrudan okunabilir. H em atokritin Kan Viskozitesine Etkisi. Hema­ tokrit artarken kanın viskozitesi de Şekil 14-11’de gösterildiği gibi aşırı biçim de artar. Normal hematokrittetüm kanın viskozitesinin yaklaşık 3 olduğu­ nu kabul edersek bu tüm kanın aynı tüpte akışını sağlamak için suya göre 3 kat fazla bir kuvvet gerek­ tiği anlamına gelir. Polisitemide olduğu gibi, hema-

BÖLÜM 14 • Dolaşım Sistemi; Basınç, Akım ve Direncin Tıbbi Fiziği

151

tokrit 60 7 0 ’e yükseldiği zaman, kan viskozitesi suyunkinin 1 0 katı kadar olabilir ve kan damarların­ daki akışı, büyük ölçüde geciktirilir. Kan viskozitesini etkileyen başka bir faktör de plazmadaki proteinlerin konsantrasyonu ve tiple­ ridir. Fakat bu etkiler, hematokritin etkisinden çok daha az olduğu için, hemodinamik incelem eler yö­ nünden önem taşımaz. Kan plazmasının viskozite­ si suyunkinin yaklaşık 1.5 katıdır.

Basıncın Doku Kan Akımı ve Damar Direnci Üzerine Etkileri Buraya kadaıki tartışmalardan, arteryel basınçtaki bir artışın vücudun çeşitli dokularındaki kan akı­ mını aynı oranda artıracağı ümit edilir. Ancak kan akımı üzerine basıncın etkisi, Şekil 14-12’de görül­ düğü gibi, beklenenden daha büyüktür. Bunun n e­ deni arteryel basıncın yalnız kanı damarlarda iler-

Ş E K İL 14- 12 Arteryel basıncın damarlarda sempatik uyarı ya da baskılama aracılığıyla damar çapının değiştirilmesi sırasında kan akımı üzerine etkisi.

letmekle kalmayıp, aynı zamanda damarları geniş­ leterek direnci de azaltmasıdır. Böylece artan b a ­ sınç kan akımını iki ayrı yoldan çoğaltır ve dokula­ rın çoğunda 100 mmHg arteryel basınçtaki kan akı­ mı 50 mmllg'daki kan akımından genellikle 4 ile 6 kez fazla olur. Şekil 14-12’de aynı zamanda peıiferik kan da­ marlarında artan ya da azalan sem patik uyarı tara­ fından oluşan kan akımındaki büyük değişiklikler görülmektedir. Bu nedenle şekilde gösterildiği gibi sem patik stimülasyonun inhibisyonu damarları çok genişleterek kan akımını iki kat ya da daha faz­ la artırabilir. Tersine çok kuvvetli sem patik stimülasyon damarları o kadar daraltabilir ki kan akımı bazen yüksek arteryel basınca rağmen sıfıra kadar inebilir.

Ş E K İL 1 4- 11 Hematokritin viskoziteye etkisi.

Bölüm 15’iıı kaynaklarına bakınız.

Damarların Gerilebilme Yeteneği, Arteryel ve Venöz Sistemlerin Fonksiyonları

DAMARLARIN GERİLEBİLME YETENEĞİ Bütün damarların gerilebilir olması vasküler siste­ min önem li bir karakteristiğidir. Bölüm 14’de bu özelliğin örneklerini görmekteyiz; arteriyolde b a­ sınç arttığında, bu basınç artışı arteriyollerin dilatasyonuna ve dirençlerinin azalmasına yol açar. Sonuçta genellikle kan akımında beklenenin en az iki katı bir artışın gelişmesi, yalnız basınçtaki yük­ selmeye bağlı değil, aynı zamanda azalan dirence de bağlıdır. D am arların gerilebilm e yeteneğinin dolaşım fonksiyonlarında başka önemli rolleri de vardır. Örneğin; arterlerin esnek yapısı, kalbin kanı pulsá­ til olarak pom palam asına uyum sağlam alarına olanak tanır. Bu özellik kanın, dokuların çok küçük damarları içinde hem en hem en tam am en düzgün ve sürekli akımını sağlar. Bütün damarlar içerisinde en fazla gerilebilme yeteneği olan damarlar venlerdir. Oldukça hafif bir basınç artışı bile venlerde 0.5-1 litre fazladan kan depolanm asına sebep olur. Bundan dolayı venler, dolaşımda başka bir yerde herhangi bir zamanda gerektiğinde kullanılmak üzere büyük miktarlarda­ ki kanın depolamasını sağlar. Damarların G erilebilm e Yetenekleri İle İlgili Birimler. Damarların gerilebilme yeteneği, basınç­ taki herbir mm Hg artışa karşılık gelen hacim artış oranıyla aşağıdaki formüle göre ifade edilir: Hacim artışı Vasküler gerilehilirlik =------------------------------------ (1) Basınç artışı x orjinal hacim Şöyle ki, 1 mm Hg kadar bir basınç yükselmesi ön­ ceden 1 0 mİ kan içeren bir damarda 1 ml’lik bir ha­ cim artışına sebep oluyorsa, bu durumda vasküler gerilebilirlik 1 mm Hg için 0,1 veya her 1 mm Hg ar­ tış için % 1 0 değerinde olacaktır. A rte r ve Verilerin Geri lebi Ii rlikleri Arasındaki Farklar: Anatomik olarak arterlerin duvarları venlerinkinden çok daha kalındır. Bu yüzden venler arterlerden 8 kat daha fazla gerilebilir. Yani belli

bir basınç artışı, aynı boyutlardaki bir vende, bir arterdekine oranla 8 kat fazla kan birikmesine n e ­ den olur. Pulmoner dolaşımda, venler sistem ik dolaşımdakilere benzer. Ancak pulmoner arterler, siste­ mik arterlerin altıda biri kadar bir basınç altında­ dır, bu nedenle gerilebilirlikleıi, sistem ik dolaşım ­ daki gibi, venlerin sekizde biri değil, venlerin yarı­ sı kadardır.

Vasküler Kompliyans (veya Kapasitans) Hemodinamik araştırmalarda tek tek damarların gerilebilme yeteneklerini bilmekten daha önemlisi, dolaşımın belirli bir bölgesinde her bir m m Hg ba­ sınç artışına karşılık depo edilebilen kan m iktarını bilmektir. Bu değere söz konusu vasküler yatağın kom pliyansı veya kapasitansı denir.

Vasküler kompliyans =

Hacim artışı ---------------Basınç artışı

(2)

Kompliyans ve gerilebilirlik birbirinden biraz fark­ lıdır. Çok gerilebilen küçük hacimdeki bir damarın kompliyansı, çok geniş fakat az gerilebilen bir da­ mardan daha fazla olabilir. Çünkü kompliyans ge­

rilebilirlik ile hacm in çarpım ına eşittir. Bir venin, bir artere göre kompliyansı 24 kat faz­ ladır. Çünkü venin hacm i yaklaşık 3 kat fazla oldu­ ğu gibi gerilebilme yeteneği de yaklaşık 8 kat fazla­ dır (8x3=24). Arteryel ve V en ö z D o laşım ların Hacim • Basınç Eğrileri Bir damardaki veya dolaşımın herhangi bir bölge­ sindeki basınç ile hacim arasındaki ilişkiyi belirle­ mede kullanışlı bir yöntem de h acim -basm ç eğrile­ rinin (basınç-hacinı eğrisi de denir) çizilmesidir. Şekil 15-1’de normal sistemik arteryel ve venöz sis­ temlerin hacim -basm ç eğrileri iki düz çizgi ile gös­ terilmiştir. Erişkin bir kişide, büyük arterler, küçük arterler ve arteriyolleıden oluşan sistem de 750 ini kan bulunurken, ortalam a arteryel basın ç 1 0 0 152

BÖLÜM 15 • Damarların Gerilebilme Yeteneği, Arteryel ve Venöz Sistemlerin Fonksiyonları

153

m m H g’dir; kan miktarı 500 ml’ye düştüğü zaman basınç sıfıra düşmektedir. Diğer taraftan, normalde 2500-3000 mİ kan bu­ lunduran venöz sistemde, venöz basıncı sadece bir­ kaç mm Hg değiştirebilmek için mevcut hacimde çok büyük değişiklikler gerekir. Bu, sağlıklı bir bireye 500ml kadar fazla miktarda kanın birkaç dakika içinde, dolaşım işlevlerinde büyük bir değişikliğe neden olmadan transfüze edilebilmesini açıklar. Sem patik Stimülasyon Veya Sempatik İnhibisyonun A rteryel Ve Venöz Sistemlerde Hacim Basınç İlişkileri Üzerine Etkileri. Şekil 15-1’de sem patik stimülasyon ve sempatik inhibisyonun hacim -basınç eğrileri üzerine olan etkileri de göste­ rilmiştir. Sempatik uyarının, damar çeperinde düz kas tonüsünü artırarak her hacimde arter veya venleıde basıncın yükselmesine neden olduğu bilin­ mektedir. Sempatik inhibisyon ise eşdeğer hacim ­ lerde basıncı düşürmektedir. Dolaşımın herhangi bir bölgesinde, damar boyutlarında sempatik sis­ tem aracılığıyla değişiklik yaparak damarların kont­ rolü, kanın diğer bölgelere aktarılması yönünden oldukça önemlidir. Örneğin, tüm sistemik dolaşım­ da vasküler tonüsteki bir artış, kalbe dönen kan hacm inde sıklıkla büyük bir artışa neden olur. Bu, organizmanın, kalbin pompalama gücünü yükselt­ mekte kullandığı başlıca yöntemdir. Vasküler kapasitenin sem patik kontrolü, kanama sırasında da özellikle büyük önem taşır. Damarlar­ da özellikle venleıde sempatik tonüsün artması, damar çaplarını küçülterek, total kan hacm inin % 25’i kaybedilse bile dolaşımın norm al olarak de­ vam ını sağlar.

D am arların Geciken Kom pliyansı (S tres-G evşeıne) "Geciken kompliyans” terimi hacim artışına maruz kalan bir damarın başlangıçta büyük miktarda basınç artışı gös­ termesi, fakat dakikalardan saatlere kadar varabilen bir

I I'

140-

—“ Sempatik uyarı — .- - Sempatik inhibisyon ...... Arteryel sistem — Venö2 sistem

120-

100

I |ı

80

Normal hacim

4 Dakika

Ş E K İL 1 5 - 2 Bir venöz segmente enjekte edilen ve birkaç dakika sonra geri alman az miktardaki kanın damar içi basıncına etkisi. Geciken kompliyans ilkelerini göstermektedir.

sürenin geçmesiyle, damar duvarının tekrar normal bir basıncın oluşumunu sağlayacak bir şekilde gecikmiş bir gevşeme göstermesi anlamına gelmektedir. Şekil 15-2de bu etki gösterilmektedir. Şekilde, basınç iki ucu kapatılan küçük bir ven parçasında kaydedilmiştir. Basıncı 5 mm ITg’dan 12 mm Hg’ya çıkarabilecek fazladan bir miktar kan, hızla enjekte edilir. Enjeksiyondan sonra hiç kan alınmadığı halde, basıncın hemen düşmeye başladığı ve bir kaç dakika sonra yaklaşık 9 mm Hg değerine ulaştığı görülür. Bir diğer deyişle enjekte edilen kan derhal elastik bir gerilmeye yol açmış fakat sonrasında venin düz kas lif­ leri uzamaya başlamış, gerim buna bağlı olarak düşmüş­ tür. Bütün düz kaslar için karakteristik olan bu etkiye Bö­ lüm 8 de izah edildiği gibi stres-gevşeme adı verilir. Şekil 15-2’de gösterilen deneyde geciken kompliyans oluştuktan sonra fazladan verilen kan hızla alınır, bunu izleyerek basınç oldukça düşük bir değere iner. Daha sonra düz kaslar başlangıçtaki gerim değerlerine döner­ ler ve bir kaç dakika sonra, vasküler basıncın 5 mm Hg değerine döndüğü gözlenir. Geciken kompliyans, oldukça fazla kan transfüzyonunun gerekli olduğu durumlarda, dolaşımın bu fazladan dolaşıma giren kan miktarına uyumunu sağlayan en de­ ğerli mekanizmadır. Aynı zamanda, zıt yöndeki geciken bir kompliyans ciddi hemoraji sonrası dakikalar veya sa­ atler içerisinde, azalan kan hacmine karşı dolaşımı oto­ matik olarak düzenleyen yollardan birisidir.

ARTERYEL BASINÇ PULSASYONLARI (NABIZLARI)

60

m

4020

Normal l^cim' 500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Hacim (mİ)

Ş E K İL 15- 1 Sempatik uyan vc inhibisyonun etkilerini gösteren, sistemik arteryel ve venöz sistemlere ait hacim-basınç eğrileri

Kalbin her bir vurumuyla yeni bir kan dalgası arter­ leri doldurur. Eğer arterlerin gerilebilme yeteneği olmasaydı kan dokularda yalnızca sistol boyunca akar, diyastolde hiç kan akımı görülmezdi. Arterle­ rin gerilebilme yetenekleri ile kan akımına karşı di­ rençlerinin oluşturduğu kombinasyon, kanın kapillerlere ulaşıncaya kadar neredeyse hiçbir pulsasyon kalmayacak şekilde, pulsasyonları azaltır. Bu yüz­ den, dokuların kan akımı pulsatil değil süreklidir.

154

ÜNİTE IV • Dolaşım Eksponansiyel

doğru akan kanın azalmasına bağlı olarak nabız basıncı büyük oranda azalır. Patent duktus arteriyozusta, sol ventı ikül tarafın­ dan aoıtaya pompalanan kanın yarısı veya daha fazlası açık olan duktustan hızla pulm oner artere geçiş göstermekte ve böylece bir sonraki vurum­ dan önce diyastolik basınç önemli ölçüde azalmak­ tadır. Aort regürjitasyonıında, aort kapağı bulunm a­ maktadır. Bundan dolayı her vurumdan sonra da­ ha önce aoı taya pompalanmış olan kan derhal tek­ rar sol ventriküle geri döner. Bunun bir sonucu ola­ rak, kalp vurumları arasında aort basıncı sıfıra dü­ şebilir. Kapanan bir aort kapağı olmadığından, n a­ bız eğrisinde hiçbir çentik oluşumu da gözlenmez.

Ş E K İL 1 5 - 3 Çıkan aortadan kaydedilen normal basınç pulsasyon eğrisi (Opdyke: Fed. Proc. 11:734,1952)

Şekil 15-3’te aorta kökünde kaydedilen basınç pulsasyonlarının tipik bir kaydı gösterilmektedir. Normal genç erişkinde her pulsasyonun tepe nok­ tasındaki basınç sistolik basınç olup yaklaşık 1 2 0 mm Hg ve en düşük noktasındaki basınç diyastolik basınç olup yaklaşık 80 mm Hg kadardır. Bu iki b a­ sınç arasındaki fark yaklaşık 40 mm Hg olup nabız basıncı adını alır. Nabız basıncını iki önemli faktör etkiler: (1) Kal­ bin vurum h acm i ve (2 ) arter sistem inin total kom pliyansı (total gerilebilm e yeteneği) Üçüncü, daha az önemli bir faktör de sistol esnasında kalbin fırlatma karakteristiğidir. Genel olarak; kalbin vurum hacmi artıkça heıbir vurumda arter sistem ine atılan kan miktarı da ar­ tar, böylece sistol ve diyastol sırasında basınç yük­ selmesi ve düşmesi daha büyük olur, nabız basıncı yükselir. Diğer yandan arteı yel sistemin kompliyansı azal­ dıkça, arterler içine pompalanan belli hacimdeki kanın oluşturacağı basınç artacaktır. Örneğin: Şekil 15-4’deki üst ortadaki basınç eğrisiyle gösterildiği gibi, arterlerin arteriyoskleroz ile sertleşm esinden ve buna bağlı olarak kompliyans gösteremeyişlerinden dolayı bazen yaşlılıkta nabız basıncı nor­ malin iki katına kadar yükselir. Sonuç olarak; nabız basıncı, vurum hacminin, arter sisteminin kom pliyansm a oranından yaklaşık olarak belirlenebilir. Dolaşımda bu iki faktörden herhangi birini değiştiren bir durum nabız basıncı­ nı da etkileyecektir.

Basınç Pulsasyonunun Periferik Arterlere Yayılması Kalp sistolde kanı aortaya fırlattığında, aoıtadaki hareketsiz kanın ani hareketi önlem esi nedeniyle, önce sadece aortam n pıoksimali genişlem e göste­ rir. Aorta merkezinde yükselen basınç bu hareket­ sizliği yenerek gerilen kısmın önündeki basınç dal­ gasının Şekil 15-5'te görüldüğü gibi aorta boyunca daha ileriye yayılmasını sağlar. Bu olaya basınç pulsasyonunun arterlerde yayılm ası adı verilir. Normal aortta basınç pulsasyonunun yayılma h ı­ zı 3-5 m/sn, büyük arterlerde 7-10 m/sn ve küçük arterlerde 15-35 m/sn kadardır. Genellikle herhan­ gi bir vaskiiler segmentte kompliyans arttıkça ya­ yılma hızı azalır. Bu durum, aortada iletinin yavaş olmasını ve kompliyansı daha az olan küçük distal arterlerde ileti hızının daha fazla olmasını açıklar. Aortada basınç pulsasyon hızı kan akım h ızın ­ dan 15 kat hatta daha fazladır, çünkü basın ç pulsasyonu çok küçük hacim de ileri doğru hareket

Normal

Arteriyoskleroz

Aort stenozu

160-

120 -

80-

Normal

A n o rm a l Basınç Pulsasyon E ğrile ri Dolaşımdaki bazı koşullar nabız basıncı değişiklik­ lerine ek olarak anormal pulsasyon dalgalarına da neden olur. Bunlar arasında özellikle Şekil 15-4’te de gösterildiği gibi, aort stenozu, patent duktus arteriyozus ve aort regürjitasyonu dikkat çekicidir. Aort stenozıında, daralan aort kapağından dışarı

40-

0-

Patent duktus arteriyozus Aort regürjitasyonu

Ş E K İL 15 • 4 Arteriyoskleroz, aort stenozu, patent duktus arteriyozus ve aort regürjitasyonıında nabız basıncı eğrileri.

BÖLÜM 15 • Damarların Gerilebilme Yeteneği, Arteryel ve Venöz Sistemlerin Fonksiyonları

155

yoğunluğunun giderek azaldığını gösteren en altta­ ki üç eğriye dikkat ediniz. Gerçekte, ancak aort pulsasyonlaıı oldukça geniş olduğunda veya arteriyol­ ler çok fazla dilatasyona uğradığında kapillerlerde pulsasyonlar gözlenebilir. Pulsasyonun peıifeıd e giderek azalması olayına basınç pulsasyonunun sönm esi adı verilir. Bunun iki sebebi vardır: ( 1 ) kanın damarlarda hareketine karşı direnç ve (2) damarların kompliyansı. Damar direnci pulsasyonun sönm esine neden olur, çü n ­ kü direnç arttıkça pulsasyonun ilerlem esi güçleşir. Koınpliyans pulsasyonu söndürür çünkü kompliyans arttıkça basınç dalgasının önündeki kan m ik­ tarı da artar, kjın m iktarının artışı basıncın artm a­ sına da neden olur. Sonuç olarak, sönm enin dere­

cesi direnç ile kom pliyansın çarpım ı ile doğru orantılıdır.

ŞEKİL 15 - 5 Nabız basıncının aorta boyunca ilerleme aşamaları.

Sistolik ve Diyastolik Basınçların Ölçülmesinde Klinik Yöntemler eden kanın neden olduğu basit bir basın ç dalga­ sından ibarettir. Küçük A rterler, A rteriyoller ve Kapillerde Ba­ sınç Pulsasyonunun Sönmesi. Periferik damar­ larda, basınç pulsasyon eğrisindeki tipik değişiklik­ ler Şekil 15-6’da gösterilmektedir. Küçük arterlerde, arteriyollerde ve özellikle kapillerleıde pulsasyon

Hastalarda gerektiğinde bazı özel in celem elerd e kullanılm akla beraber, daha önceki bölüm de ta ­ rif edildiği gibi rutin olarak bir artere iğne uygu­ layarak çeşitli basın ç ölçen aletler ile kan b a sın ­ cının ölçülm esi im kansızdır. Onun yerine, klinisyenler genellikle oskültasyon yön tem in i k ullana­ rak ind irektyol ile sistolik ve diyastolik b a sın çla ­ rı ölçerler. Oskültasyon Y ö n tem i, Şekil 15-7’de sistolik ve diyastolik basıncı tayin etmek için kullanılan os­ kültasyon yöntem i gösterilmektedir. Antekübital arter üzerine bir steteskop yerleştirilir, üst kola sa­ rılan m anşet şişirilir. Arter kan ile dolu kalacak şe ­ kilde, çok küçük bir basınç ile m anşet kolu sıkıştır­ dığı sürece, kan damar içinde pulsatil olarak ak­ m akla birlikte steteskopta hiçbir ses işitilm ez.

Sesler

J ____ ı____I____ ı____I____ ı___ i____ı____1_

120

100

80

L 150

O) 7 100

£

: - 50

E

Zaman (sn)

ŞEKİL 1 5 - 6 Daha küçük damarlara doğru ilerleyen nabız dalgasındaki değişikliklere ait nabız basıncı eğrileri.

ŞEKİL 1 5 - 7 Sistolik ve diyastolik arteryel basınçların oskültasyon metodu ile ölçülmesi.

156

ÜNİTE IV • Dolaşım

M anşetteki basınç arteryel basınç siklüsünün bir dönem inde arteri kapatacak kadar fazla olduğun­ da her pulsasyonda bir ses işitilir. Bu seslere Korot­ k o ff sesleri denir. Koıotkoff seslerinin esas nedeni hala tam olarak bilinmemekle beraber, kanın kısmen kapatılmış olan damardan fırlatılmasıyla oluştuğuna inanıl­ maktadır. Fırlatma m anşetin ilerisindeki açık da­ marda türbülansa neden olur, bu da steteskopta duyulan vibrasyonları oluşturur. Oskültasyon yöntemiyle kan basıncı ölçülürken, önce manşetteki basınç arteryel sistolik basıncın üzerine çıkarılır. Bu basınç arteryel sistolik basıncın üstünde olduğu sürece, bıakiyal arter kollabe du­ rumda kalır ve basınç siklüsii boyunca kan arterin alt kısmına akamaz. Bu nedenle arterin alt bölümünde Koıotkoff sesleri de duyulamaz. Daha sonra m anşe­ tin basıncı yavaş yavaş azaltılır. Manşetteki basınç sistolik basıncın altına iner inmez kan sistolik basın­ cın tepe noktasında manşetin altındaki damardan geçer ve antekübital arterde kalp vurumu ile eş za­ manlı olarak h a fif vurum tarzında sesler işitilmeye başlanır. Bu seslerin işitilmeye başlandığı an m an­ şetle bağlantılı olan manometrenin gösterdiği basınç düzeyi yaklaşık olarak sistolik basınca eşittir. Manşetteki basınç daha da indirilirse, Korotkoff seslerinin kalitesi değişir, hafif vurumlar yerine daha ritmik ve sert sesler duyulur. Daha sonra manşetteki basınç diyastolik basınca eşit olduğunda, artık di­ yastol sırasında arter sıkışmamaktadır, yani seslerin oluşumuna neden olan temel faktör (kanın sıkıştırıl­ mış arterden fırlatılması) artık mevcut değildir. Bu nedenle, sesler aniden örtülü ve boğuk bir nitelik kazanır, o zaman genellikle manşetteki basınç 5-10 m m daha indirilince tamamen kaybolur. Korotkoff seslerinin boğuk nitelik aldığı manometre basıncı yaklaşık olarak diyastolik basınca eşittir. Sistolik ve diyastolik basıncın oskültasyon yönte­ mi ile belirlenmesi tam am en hatasız değildir, ge­ nellikle arterlerden direkt olarak yapılan ölçümler­ den % 1 0 kadar farklı değerler alınabilmektedir. Oskültasyon M etodu İle Ölçülen Norm al A rter Basınçları. Şekil 15-8 değişik yaşlardaki yaklaşık normal sistolik ve diyastolik basınçları göstermek­ tedir. Yaşlanmanın kan basıncı kontrol mekaniz­ maları üzerindeki etkisi sonucunda, yaşlanmayla birlikte kan basıncında giderek bir artış meydana gelmektedir. Arteryel kan basıncının uzun süreli düzenlenmesinden temel olarak böbreklerin so­ rumlu olduğunu Bölüm 19’da göreceğiz. Özellikle 50 yaşın üzerinde, yaşlanmayla görülen belirli de­ ğişikliklerin gerçekte böbrekler tarafından oluştu­ rulduğu iyi bilinmektedir. 60 yaşın üzerinde tek başuıa sistolik basınçta görü­ len yükselme son dönem arteroskleroz sonucu arter­ lerin sertleşmesine bağlıdır. Bu durum sistolik basınç­ ta bir fırlamaya ve daha önce de açıklandığı gibi nabız basıncında çok ciddi bir yükselmeye sebep olur. Ortalama A rter Basıncı. Ortalama arter basıncı belirli bir zaman periyodu içinde ölçülen bütün ba-

ŞEKİL 1 5 - 8 Sistolik diyastolik ve ortalam a arteryel basınçların yaşla değişimi Gölgeli alanlar yaklaşık normal sınırları göstermekte­ dir.

sınçlarııı ortalamasıdır. Bu basınç, sistolik ve diyas­ tolik basınçların ortalaması ile eşit değildir, çünkü; kardiyak sikliisün büyük bölümünde basınç diyas­ tolik basınca daha yakındır. Bu yüzden ortalama ar­ ter basıncı diyastolik basıncın yaklaşık % 60’ı ve sis­ tolik basıncın ise % 40’ı olarak tayin edilir. Şekil 158 ’de bütün yaşlarda, özellikle daha ileri yaşlarda, or­ talama basıncın sistolik basınca göre daha çok di­ yastolik basınca yakın olduğuna dikkat ediniz.

VENLER VE FONKSİYONLARI Uzun yıllar venlerin sadece kanın kalbe dönüş yol­ ları olduğu düşünülmüş, fakat dolaşımın sürdüıülebilmesini sağlayan birçok işlevi olduğu giderek açıkça anlaşılmıştır. Kasılma ve genişleme yetenek­ leriyle fazla miktarda kanı depo edip, dolaşımın herhangi bir yerinde gerektiği zaman hazır durum­ da tutmaları özellikle önemlidir. Peıifeıik venler venöz pompa denen mekanizm a ile kanı ileriye doğru iterek, kalp debisinin düzenlenm esine de yardımcı olurlar. Bu önemli fonksiyon Bölüm 20'de ayrıntılı olarak tartışılacaktır.

Venöz Basınçlar-Sağ Atriyum Basıncı (Santral Venöz Basınç) Ve Periferik Venöz Basınçlar Venlerin çeşitli fonksiyonlarını anlamak için önce venlerdeki basınç ve bu basıncın nasıl düzenlendiği hakkında bir şeyler bilmek gerekir. Bütün sistemik venlerdeıı gelen kan sağ atriyuma akar; böylece sağ atriyunıdaki basınca sıklıkla sant­ ral venöz basınç denir.

Sağ atriyum basıncı, kalbin kanı sağ atriyum ve sağ ventrikiilden akciğerlere p om p a la m a yeteneği ve kanın periferik velilerden geriye, ka lbe dön m e eğilimi arasındaki denge ile düzenlenir. Eğer kalp

BÖLÜM 15 • Damarların Gerilebilme Yeteneği, Arteryel ve Venöz Sistemlerin Fonksiyonları

güçlü bir şekilde pompalarsa sağ atriyum basıncı azalır. Öte yandan kalbin zayıflığı sağ atriyum basın­ cını artırır. Benzer biçimde, venlerden sağ atıiyuma kanın hızlı akmasına neden olan herhangi bir etken de sağ atriyum basıncını yükseltir. Venöz dönüşü (ve aynı zamanda sağ atriyum basıncını) artıran bazı fak­ törler şunlardır: ( 1 ) kan hacminin artması, (2 ) bütün vücutta büyük damarların tonusunun arünasıyle periferik venöz basıncın yükselmesi, (3) peıifeıik diren­ ci düşürerek, arterlerden venlere kanın hızlı akışını sağlayan arteıiyollerin dilatasyonu. Sağ atriyum basıncını düzenleyen faktörler aynı şekilde kalp debisinin regülasyonuna da katılırlar. Kalp tarafından pom palanan kan miktarı hem kal­ bin pom palam a yeteneğine hem de peıiferik da­ marlardan kalbe dönen kana bağımlıdır. Bu neden­ le sağ atriyum basıncının düzenlenmesini, kalp de­ bisinin regülasyonu ile ilişkili olarak Bölüm 20’de daha geniş tartışacağız. N orm al sağ atriyum basıncı, vücudu çevrele­ yen atm osfer basın cın a hem en hem en eşit olup yaklaşık “O” m m H g’dır. Bununla beraber, ağır kalp yetersizliği, aşırı m iktarda kanın kalbe gel­ m esine ve kalp tarafından periferik dam arlara gönderilm esine neden olan, m asif kan transfüzyonu gibi anorm al koşullarda 20-30 m m H g’ya kadar yükselebilir. Sağ atriyum basıncının alt sınırı genellikle -3 ile -5 mmHg kadardır. Bu basınç, peıikard ve kalbi sa­ ran intraplevral boşlukların basıncıdır. Sağ atri­ yum basıncının bu çok düşük değerlere inmesi, kalbin olağanüstü güçlü pompalaması ya da ağır bir kanam adan sonra veya periferden kalbe kan akımının çok azaldığı durumlarda görülür.

V en ö z D ire n ç ve P e rife rik V enöz Basınç Büyük venler genişledikleri zaman hem en hemen dirençleri yoktur. Bununla beraber Şekil 15-9’da gösterildiği gibi, büyük venler göğüs boşluğuna gi­ rişlerinde, birçok noktada etraftaki dokular tara­

157

fından sıkıştırılır; böylece kan akımı engellenir. Örneğin kollardan gelen venler dik açılar nedeniy­ le birinci kaburga üzerinde sıkışırlar. İkincisi, b o ­ yun venlerindeki basıncın çoğu kez, boynun dışın­ daki atm osfer basıncından daha düşük düzeye in ­ mesi venlerin kollabe olmalarına yol açar. Son ola­ rak, karın içinde seyreden venler çok defa farklı or­ ganlar ve intra-abdom inal basınç tarafından sıkış­ tırılır ve böylece oval ya da yarık durumda kısmen kollabe hale gelirler. Bu nedenlerle büyük venler

genellikle kan akım ın a önem li ölçüde direnç göste­ rirler. Böylece periferik venlerdeki basınç sağ atri­ yum basıncından 4-6 mml-Ig daha yüksek değerde bulunur. Yüksek Sağ A triyu m Basıncının P eriferik V e ­ nöz Basınç Üzerine Etkisi. Sağ atriyum basıncı norm al 0 mmHg değerinin üzerine çıkarsa kan büyük venlerden geri itilmeye başlar ve bu venleri açar. Periferik venlerdeki basınç, bu venlerde bü ­ yük venalar arasındaki tüm kollaps noktaları açı­ lıncaya kadar yükselmez. Bu genellikle sağ atri­ yum basıncı yaklaşık +4 ile 6 mm Hg’ye yükselince ortaya çıkar. Eğer sağ atriyum basıncı daha fazla yükselirse, basınçtaki bu ek artış periferik venöz basınca da yansır. Kalbin, sağ atriyum basıncının 4-6 mmHg değerine yükselmesi için çok zayıf düş­ müş olması gerekir, bu nedenle kalp yetm ezliği­ nin ilk dönem inde periferik venöz basın ç yüksek değildir. Abdominal Basıncın, Bacakların Venöz Basıncı­ na Etkisi. Normal periton boşluğundaki basınç or­ talama 6 mmHg kadardır. Fakat gebelik, periton boşluğunda sıvı toplanması ya da büyük tüm örler­ de bu basınç 15-30 mmHg’ya kadar yükselebilir. Bu durumda, bacak venleıindeki basınç, abdom inal basınçtan daha yüksek olmalıdır ki, abdom inal venler açılsın ve kan bacaklardan kalbe doğru aka­ bilsin. Bu nedenle, intraabdom inal b asın ç 20 mmHg ise femoral venlerde de basınç en az 20 mmHg olur.

H id ro s ta tik Basıncın Venöz Basınca Etkisi

Boyunda atmosfer basıncıyla kollaps Kaburga kollapsı Koltukaltı kollapsı intratorasik basınç =-4 mm Abdominal basınç kollapsı

ŞEKİL 1 5 - 9 Toraksa giren venleri kollabe olmaya zorlayan faktörler.

Herhangi bir su kitlesinde, suyun yüzeyindeki b a ­ sınç atmosfer basıncına eşittir, fakat yüzeyden aşa­ ğıya doğru her 13.6 mm mesafede basınç 1 mmHg yükselir. Suyun ağırlığından kaynaklanan bu basın­ ca gravitasyonel basınç ya da hidrostatik basınç adı verilir. Hidrostatik basınç, Şekil 15-10’da gösterildiği gi­ bi, damarların içinde bulunan kanın ağırlığı n ed e­ niyle insanın vasküler sisteminde de ortaya çıkar. Şahıs ayakta dururken, sağ atriyumdaki basınç yaklaşık 0 mmHg düzeyinde kalır. Çünkü kalp bu noktada toplanan kanı arterlere pompalar. Halbuki hiç hareket etm eden ayakta duran bir kişide ayak venleıindeki basınç, basitçe kalple ayaklar arasın­ daki mesafede bulunan kanın ağırlığı nedeniyle, yaklaşık 90 mmHg kadardır. Vücudun öteki bölge-

158

ÜNİTE IV • Dolaşım

Ancak, kafatası içindeki venler sıkıştırılamayan bir boşlukta bulunduklarından kollabe olmazlar. Bunun sonucu olarak dural sinüslerde n egatif b a ­ sınç vardır; ayakta durma sırasında kafanın üst nok­ tası ile tabanı arasındaki hidrostatik "emm e’’den dolayı sagittal sinüsteki venöz basınç yaklaşık - 1 0 mm Hg’dır. Bu nedenle cerrahi girişim sırasında sa­ gittal sinüs açılırsa, hava derhal bu ven içine emilir; ve hatta aşağıya doğru gidip kalpte hava embolisi yapabilir. Bu durumda kalp kapakları istenilen şe­ kilde fonksiyon yapamaz, hatta ölüm olabilir. Hidrostatik Faktörün A rte r ve Ö teki Basınçlar Üzerine Etkisi. Hidrostatik basınç venleri olduğu kadar arter ve kapilleıierdeki periferik basınçları da etkiler. Örneğin ayakta duran bir şahısta kalp düze­ yinde arteryel basınç 100 mm Hg iken ayaklarında­ ki arter basıncı 190 mm Hg kadardır. Böylece, her­ hangi bir zamanda arter basıncı 100 mm Hg denil­ diğinde bu genel olarak kalbin hidrostatik düzeyin­ deki basınç anlamını taşır.

Ven K apakları ve V enöz P o m p a n ın V enöz basınç Ü zerine E tkile ri

ŞEKİL 15- 10

Velilerdeki kapaklar düşünülmezse, ayakta hareket­ siz duran bir erişkinde hidrostatik basınç nedeniyle ayaklardaki venöz basınç daima +90 mmHg kadar olacakür. Bununla beraber bacaklar hareket ettirilin­ ce kasların kasılması, kaslarda ya da onlara bitişik yapılardaki venleri sıkıştırır ve içlerindeki kanı iter. Ayrıca, Şekil 15-11'de gösterildiği gibi, verilerdeki ka­ paklar o şekilde yerleşmişlerdir ki, kanın akış yönü ancak kalbe doğru olabilir. Bunun sonucu, şahıs

Ayakta duran bir kişide hidrostatik basıncın vücuttaki venöz basınçlara etkisi.

lerindeki basınç da bu düzeyle orantılı olarak 0 ila 90 mm arasında değişir. Kol yenlerinde, üst kaburga düzeyinde, subklavia veninin bu kaburga üzerinden geçerken sıkışması ne­ deniyle basınç genellikle + 6 mmHg kadardır. Hidros­ tatik basınç, kol boyunca aşağıya doğru, birinci kabur­ ga düzeyinin alandaki mesafe ile belirlenir. Eğer el ile kaburga düzeyi arasındaki hidrostatik faik 29 mmHg ise, bu basınç venin kaburgayı geçmesi sırasında sıkış­ masından kaynaklanan 6 mmHg basınca eklenir ve böylece el verilerindeki total basınç 35 mmHg olur. Vertikal durumda boyun venleri saçlı deriden iti­ baren boynun dışındaki atmosfer basıncının etkisiy­ le hem en tamamen kollabe durumdadır. Bu kollaps durumu, venleıin uzunluğunca basıncın sıfır olarak kalmasına yol açar. Bunun nedeni, basıncı bu düze­ yin üzerine çıkarma eğiliminin venleri açması sonu­ cu kan akımının hızlanması ve basıncın tekrar sıfıra gelmesidir. Basıncın bu kollaps düzeyinden daha aşağıya inmesi de venleıin daha fazla kollabe olma­ larına ve böylece dirençlerinin artması ve basıncın tekrar geriye sıfır değerine dönmesine neden oluf.

Derin ven

Birleştirici ven

Yüzeysel ven

Kapak

ŞEKİL 15 -11 Bacaktaki ven kapakları

BÖLÜM 15 • Damarların Gerilebilme Yeteneği, Arteryel ve Venöz Sistemlerin Fonksiyonları

ayaklarını hareket ettirdiği ya da kaslarını gerdiği za­ man belirli bir miktarda kan kalbe doğru gönderile­ rek, ilgili vücut venlerinde basınç azaltılır. Bu pompa sistemi “venöz pompa" ya da "kas pompası" olarak bilinir. Bu pompa, olağan durumlarda, yürüyen bir erişkinin ayaklarındaki ven basıncını 25 mmHg’dan daha diişük bir düzeyde tutmaya yeterlidir. Eğer tam hareketsiz olarak ayakta durulursa, ven pom pası çalışmadığı için bacakların aşağı kısm ın­ da ven basıncı, 30 saniye içinde, tam 90 mmHg’lık hidrostatik basınca yükselir. Bu durumlarda, kapilleıdeki basınç da yükseldiğinden dolaşım siste­ m inden doku aralıklarına sıvı sızar. Sonuçta, ayak­ lar şişer ve kan hacmi azalır. Askerlerin hazırol du­ rumunda olduğu gibi, ayakta tam hareketsiz durul­ duğunda ilk 15 dakika içinde, dolaşım sisteminden kan hacm inin % 1 0 - 2 0 kadarı kaybedilir. Ven Kapaklarının Yetersizliği ve Variköz Venler. Ven sistemindeki kapaklar sıklıkla yetersiz duruma gelebilir, hatta bazen harap olabilir. Bu durum, özellikle gebelikte ve zam anının çoğunluğunu ayakta geçirenlerde, venleıin uzun bir süre aşırı ba­ sınç altında genişlemesi sonucu ortaya çıkar. Venlerin genişlemesi enine kesit alanlarını artırır, fakat kapakların büyüklüğü artmaz. Bu nedenle büyük venlerde kapaklar venaları tam olarak kapatmaz ve kanın geriye akışını bloke edemez. Bu durum orta­ ya çıktığında bacak velilerindeki basınç daha da ar­ tarak ven pompasını etkisiz duruma getirir; bu, venleıi daha da genişleterek, sonunda kapakların fonksiyonunu tam amen ortadan kaldırır. Böylece şahısta, bütün bacakta, özellikle bacağın aşağı kıs­ m ında deri altında genişlemiş, balon gibi çıkıntılar­ la karakterize “varisli venler” gelişir. Ven pom pası­ nın yetersiz olması nedeniyle, venöz ve kapiller ba­ sınç çok yükselir ve bu şahısların bir kaç dakikadan fazla ayakta durmaları halinde, sıvının kapillerlerden dokuya sızmasıyla bacaklarında sürekli ödem ­ ler oluşur. Ödem, besleyici materyalin kapilleıden kas ve deri hücrelerine yeterli difüzyonunu engelle­ diğinden kaslar ağrılı ve zayıf duruma gelir; deride sıklıkla gangrenli ülserler gelişir. Kuşkusuz bu du­

rumda en iyi tedavi, bacakların en az kalp düzeyin­ de bir pozisyona yükseltilmesidir. Fakat bacaklara uygulanan sıkı bandajlar da ödem ve sonuçların­ dan korunmada önemli ölçüde yardımcı olur.

Ven Basıncının Klinik Tahmini. Ven basıncı çoğu zaman basitçe, periferik venleriıı, özellikle boyun yenlerinin, dol­ gunlukları gözlenerek tahmin edilir. Örneğin, normal kişi­ lerde oturur durumda boyun venleri hiçbir zaman dolgun değildir. Bununla beraber sağ atriyum basıncı 10 mm Hg'ya kadar yükseldiği zaman, oturur durumda bile boy­ nun alt bölümündeki venler belirginleşmeye başlar; sağ atriyum basıncı +15 mmHg olduğu zaman genellikle bo­ yamdaki verilerin tümü dolgun duruma gelir. Ven Basıncı ve Sağ Atriyum Basıncının Doğrudan Öl­ çülmesi. Venöz basınç, bir basınç kaydediciye bağlı en­ jektör iğnesini doğrudan venin içine uygulamak sure­ tiyle kolayca ölçülebilir. Sağ atriyum basıncının duyarlı bir şekilde ölçülmesi ise, ancak bir kateterin sağ atriyuma kadar sevkedilmesi yöntemiyle gerçekleştirilir. Bu kateter uygun bir basınç ölçen apareye bağlanır. Bu şekilde santral venöz katcteıle basıncın ölçülmesi, kalbin pompalama yeteneğini de­ ğerlendirmek için hastaneye yatırılan bazı kalp hastala­ rında hemen hemen rutin olarak uygulanmaktadır. Ven ve Ö teki Dolaşım Basınçlarının Ö lçülm esinde Basıncın Referans Düzeyi Şimdiye kadar yaptığımız tartışmalarda, sağ atriyum ba­ sıncının 0 mm Hg ve arter basıncının 100 mm Hg oldu­ ğundan söz edildi, fakat dolaşım sistemindeki bu basınç için referans düzeyi olarak kabul edilen bir hidrostatik basınç düzeyi belirtilmedi. Dolaşım sisteminde, hidros­ tatik basıncın vücut durumuna bağlı olarak 1-2 mm Hg değiştiği yalnız bir nokta vardır. Bu, Şekil 15-12 gösteril­ diği gibi, triküspid kapağın düzeyidir. Bu nedenle bu bö­ lümde tartışılan bütün basınç ölçümleri, basınç ölçül­ mesinde referans düzeyi kabul edilen triküspid kapağının düzeyine göre değerlendirilmektedir. Triküspid kapakta hidrostatik etkilerin bulunmaması, bu noktadaki hidrostatik basınç değişmelerini kalbin otomatik olarak engellemesine bağlıdır. Bu engelleme şöyle gerçekleşir: Eğer triküspid kapakta basınç hafifçe normalin üzeri­ ne çıkarsa, sağ ventrikül normalden daha fazla dolar. Bu,

Sağ ventrikül

ŞEKİL 15 -12 Triküspid kapakta basınç ölçümü için referans noktasının yeri.

159

Normal referans noktası

160

ÜNİTE IV • Dolaşım

kalbin kanı daha fazla pompalamasına neden olarak, ge­ nellikle triküspid kapaktaki basıncı normal ortalama de­ ğerine doğru düşürür, öte yandan, bu noktada basınç düşerse sağ ventrikül yeterli şekilde dolmaz, pompala­ ması azalır ve triküspid basıncı tekrar normale dönünceye kadar venöz sistemde göllenir. Diğer bir deyimle, tri­ küspid kapakta kalp bir feedback basınç regülatörü gibi çalışır. Bir insan sırt üstü yattığı zaman, triküspid noktası göğüs kalınlığının tanı olarak % 60 kadar ön kısmında yer alır. Bu yüzden, bu nokta sıfır basınç referans düze­

yidir.

Pulpa Kapillerler Venöz sinüsler Ven Arter

Verilerin Kan Depolama İşlevi Bölüm 14’de işaret edildiği gibi dolaşım sistem in­ deki bütün kanın yüzde 60’tan fazlası genellikle sisteıııik venlerde bulunur. Bu nedenle sıklıkla, sistemik venleıin dolaşımın kan d ep olan gibi görev yaptığı söylenir. Vücuttan kan kaybı olduğu ve arter basıncı düş­ meye başladığı zaman, Bölüm 18’de tartışıldığı gi­ bi, kaıotis sinüsleri ve dolaşımın öteki basınca du­ yar bölgelerinden basınç refleksleri doğar; bunlar venleıe sem patik sinyaller göndererek kasılmaları­ nı sağlar ve kan kaybının neden olduğu eksiklik gi­ derilmiş olur. Gerçekten de, total kan hacm inin yüzde 2 0 kadarının kaybından sonra bile, ven siste­ minin bu değişken deposu nedeniyle dolaşım sis­ temi hem en hem en normal şekilde fonksiyonunu sürdürür. Ö zel Kan D ep o la rı. D olaşım sistem inin bazı bölgeleri o kadar geniştir ki, özel olarak buralara "kan d e p o la n ” adı verilir. Bunlar şöyle sıralana­ b ilird i) bazen dolaşım a 1 0 0 mİ kan verecek ka­ dar kasılabilen d a la k , (2 ) dolaşım a bir kaç yüz m ililitre kan verebilen karaciğ er sinüsleri (3) 300 ıııl kadar kan verebilen büyük a bd o ıııin a l venler, (4) yine birkaç yüz m ililitre kan sağlayan deri a l­ tın d a k i venöz pleksiisler. Kalp ve akciğerler sistemik ven depo sistem inin parçaları değildir ama, kan deposu olarak düşünülmelidir. Örneğin kalp sem patik stim ülasyoıı sırasında hacm ini küçül­ terek 50-100 mİ kanı dolaşım a verir, pulm oner basın ç çok düştüğü zam an akciğerler de 1 0 0 - 2 0 0 mİ ile dolaşım a katkıda bulunur. Bir Alyuvar D eposu Olarak Dalak. Şekil 15-13’de görüldüğü gibi, dalakta kanın depolandığı iki alan bulunur; venöz sinüsler ve pulpa. Küçük damarlar doğrudan venöz sinüslere açılır ve bu sinüsler de aynı venöz sistem in herhangi bir bölümünde ol­ duğu gibi genişleyerek büyük miktarda kanı depo­ larlar. Dalak pulpasında kapillerler o kadar geçirgen­ dir ki; bütün kan, kırınızı pulpayı oluşturmak üze­ re kapiller duvardan tıabekül ağına geçiş gösterir.

Dalağın fonksiyonel yapıları (Bloom ve Fawset’ten modifiye edilmiştir. ATextbook of Histology 10 th ed Philadelphia, VVB Saunders Company 1975.

Alyuvarlar tıabeküller tarafından yakalanırken, plazma venöz sinüslere ve oradan da tekrar genel dolaşıma geri döner. Sem patik sinir sistem i uyarı­ lıp dalakta veya dalak dam arlarında kontıaksiyona neden olduğunda, dalağın büyük miktarlarda ekstra alyuvar ihtiva eden özel bir deposu olan kır­ mızı pulpa bu ekstra alyuvarları genel dolaşım a gönderir. Aşağı sınıf hayvanlarda depolanan bu ekstra alyuvar hücreleri insanlara oranla oldukça fazla olmakla beraber insanda 50 m l’ye varabilen miktarlarda dolaşım a salınabilen konsantre alyu­ var hücreleri kan hem atokrit değerini % l - 2 ora­ nında yükseltebilir. Dalak pulpasının akyuvarların birikerek toplan­ dığı diğer bölgesine beyaz pu lpa denir. Burada üre­ tilen lenfoid hücreler lenf düğümlerindeki lenfoid hücrelerin benzeridir. Bu hücreler Bölüm 3 4 ’de a n ­ latılan im mun sistem in bir paıçasıdırlar. Dalağın Kanı Temizleme Fonksiyonu-Yaşlı Hücrele­ rin Uzaklaştırılması. Kan sinüslere girmeden önce, da­ lak pulpasmdan geçerken sıkışmaktadır. Bu nedenle, frajil eritrositlerin bu travmaya dayanamıyacakları beklenir. Böylece vücutta yıpranan birçok eritrositle­ rin ölümü dalakta olmaktadır. Hücreler parçalandık­ tan sonra hemoglobin açığa çıkar ve hücre stroması dalağın retiküloeııdotelyal hücreleri tarafından sindi­ rilir. Dalağın Retiküloendotelyal Hücreleri. Dalağın pulpası birçok büyük, fagositik retiküloendotelyal hücreler içe­ rir, venöz sinüslerin çeperinde de benzer hücreler bu­ lunmaktadır. Bu hücreler karaciğerin venöz sinüslerin­ de olduğu gibi, bir temizleme sistemi oluştururlar. Kan enfeksiyon ajanlarıyla istila edildiği zaman, dalağın reti­ küloendotelyal hücreleri, artık maddeleri, bakteri, para­ zit vb. etkenleri hızla uzaklaştırırlar. Keza birçok enfek­ siyon durumunda dalak, aynen lenf düğümleri gibi ge­ nişleyerek, temizleme fonksiyonunu daha etkin bir şe­ kilde sürdürür.

BÖLÜM 15 • Damarların Gerilebilme Yeteneği, Arteryel ve Venöz Sistemlerin Fonksiyonları

161

REFERANSLAR B u ck cy JC Jr. G affney FA , Lane I.D . et al: Central venous pressure in space. J Appl Physiol 8 1 :1 9 , 1996. Chang J B , Prasad K , Olsen E A : T extb oo k o f A ngiology. New Y o rk: Springer, 1998. D avies PF, Barbee K A , V olin M V , et al: S p a ­ tial relationships in early signaling events o f flow-mediated endothelial m echanotransduction. Annu Rev Physiol 5 9 :5 2 7 . 1997. G oldberg ID, Rosen E M : Regulation o f A ngiogenesis. Basel: Birkhauser, 1997. Gunga HC, R o ck er L, Behn C , et al: Shift w orking in the Chilean Andes ( > 3 , 6 0 0 m) and its influence on erythropoietin and the low-pressure system. J Appl Physiol 8 1 : 84 6 , 1996. Guyton A C : Peripheral circulation. Annu R ev Physiol 2 1 :2 3 9 , 1959. Guyton A C : Arterial Pressure and H yperten­ sion. Philadelphia: \VB Saunders C o, 1980. Guyton AC, Greganti FP: A physiologic refer­ ence point for measuring circulation pres­ sures in the dog— particularly venous pres­ sure. Am J Physiol 1 8 5 :1 3 7 , 1956. Guyton AC, Jo n es C E : Central venous pres­ sure: physiological significance and clin ical im plications. Am Heart J 8 6 :4 3 1 , 1973. Guyton A C , Jo n es C E , C olem an T G : C ircu la ­ tory Physiology: Cardiac Output and Its

Regulation. Philadelphia: W B Saunders C o, 1973. Guyton AC, Jo nes C E, C olem an T G : Evidence for tissue oxygen demand as the m ajor fa c­ tor causing autoregulation. C irc R es 1 4 :60, 1964. Guyton J R : M echanical control o f smooth m uscle growth. In: Seidel C L , W eisbrodt N W : Hypertrophic Response in Sm ooth M uscle. B o c a Raton: C R C Press, 1987, p 121. H alliday A: An Introduction to V ascular B io l­ ogy: From Physiology to Pathophysiology. Cam bridge: Cam bridge U niversity Press, 1998. H um m ler E , R o ssier B C : Physiological and pathophysiological role o f the epithelial s o ­ dium channel in the control o f blood pres­ sure. Kidney B lo od Press R es 1 9 :1 6 0 , 1996. Jaco bsen TN : Sym pathtic reflex regulation o f the peripheral circultion in humans. Danish Med Bull 4 3 :1 2 6 , 1996. Krupski NVC: Review o f V ascular Surgery. Philadelphia: W B Saunders C o, 1994. M ancia G , Om boni S: Ambulatory blood pres­ sure, blood pressure variability and antihy­ pertensive treatment. C lin E xp Hyperten 18: 4 4 9 , 1996.

M ohrm an D E , H eller L J: C ard iovascu lar Phys­ iology. New Y ork: M cG raw -H ill, 1997. M onos E , B e rcz i V , Nadasy G : L o ca l control o f veins: b iom ech an ical, m etab o lic, and hu­ moral aspects. Physiol R ev 7 5 :6 1 1 , 1995. N iles J L : Antineutrophil cytoplasm ic antibod­ ies in the classification o f vasculitis. Annu Rev Med 4 7 :3 0 3 , 1996. Notarius C F , M agder S : C entral venous pres­ sure during exercise: role o f m uscle pump. Can J Physiol Pharm acol 7 4 :6 4 7 . 1996. Pohl U, deW it C : Interaction o f nitric oxide with m yogenic and adrenergic vasoconstric­ tor processes in the control o f m icrocirculatory blood flow. Pflugers A rch 4 3 2 :R 1 0 7 , 1996. f Rothe C F : M ean circulatory' filling pressure: its m eaning and m easurem ent. J Appl Physiol 7 4 :4 9 9 , 1993. Schw inn D A : New A dvances in V ascu lar B io l­ ogy and M o lecu lar C ardiovascular M edi­ cine. Baltim ore: W illiam s & W ilkin s, 1998. Strandness D E , van B red a A : V ascular D is­ eases: S u rgical and Interventional Therapy. New Y ork: Churchill Livin gston e, 1994. Tow nsend R R , Ford V : A m bulatory blood pressure m onitoring: com in g o f age in nephrology. J Am S o c Nephrol 7 :2 2 7 9 , 1996.

Mikrodolaşım ve Lenfatik Sistem: Kapiller Sıvı Değişimi, Intertisyel Sıvı ve Lenf Akımı

Mikrosiıkülasyon, dolaşımın en önemli fonksiyonu olan besin m addelerinin d oku lara taşınm ası ve hücresel atıkların uzaklaştırılm ası işlevini görür. Küçük arteıiyoller her bir doku alanına giden kan akımını kontrol ederken, dokulardaki lokal faktör­ ler arteriyollerin çapını kontrol eder. Bu nedenle genellikle her dokunun, kendi ihtiyaçlarına göre kan akımını belirlediği kabul edilmektedir. Bu ko­ nu detayları ile 17. Bölümde tartışılmıştır. Kapillerler geçirgenliği fazla, tek sıra endotel hüc­ relerinden oluşmuş, çok ince yapılardır. Burada, dokular ve kan arasında besin m addelerinin ve hücresel atıkların değişimi görülür. Yüzey alanı 500-700 metre kare (yaklaşık bir futbol sahasının sekizde biri kadar) olan yaklaşık 1 0 milyar kapiller vücudun tümünde bu fonksiyonu yerine getirmek­ tedir. Gerçekte herhangi bir fonksiyonel hücrenin kapillerden 20-30 mikrometreden daha uzak olm a­ sı enderdir. Bu bölümün amacı, maddelerin kan ve intertisyel sıvı arasında değişimini ve özellikle kan ve inteıtisyel sıvı arasında kapiller duvardan transfer olan sıvı hacm ini etkileyen faktörleri tartışmaktır.

Mikrodolaşım ve Kapiller Sistemin Yapısı Her organın ınikrosirktilasyonu bu organın özel gereksi­ nimlerini karşılamak üzere organize olmuştur. Genelde organa giren her besleyici arter altı ile sekiz kez dallan­ ma gösterdikten sonra arteriyol olarak adlandırılacak ka­ dar küçülür ve genellikle iç çapı 2 0 mikrometreden daha küçük hale gelir, daha sonra arteriyoller iki ile beş kez dallanıp kanı kapillerlere ulaştırdıkları uç noktalarda 5-9 mikrometre çapına inerler. Şekil 16-1, mezenterik kapiller yatakta kanın kapiller­ lere arteriyol ile girip veniil ile terkedişiııi göstermekle­ dir. Arteriyolden gelen kan bazı fizyologlar tarafından terminal arteryol de denilen nıetarteriyollere geçmekte­ dir. Metarteriyoller arteriyoller ile kapillerler arası bir ya­ pıya sahiptir. Metarteryolü terk eden kanın bir kısmı bü­ yük ve öncelikli kanallar denen kapillerlere, bir kısmı ise küçük olduğu için gerçek kapiller olarak adlandırılan ka­ pillerlere girer. Kan, kapilleıieri geçtikten sonra venüle girer ve genel dolaşıma katılır. Arteriyoller gelişmiş kas yapısı içerdikleri için çapları­ nı büyük oranda değiştirebilirler. Metarteriyoller (termi­ 162

nal arteriyoller) ise süreklilik gösteren bir kas tabakası ile çevrili değildirler, ancak şekil 16-1’de büyük siyah lekeler olarak gösterilen ara noktalarda, düz kas lifleri tarafın­ dan çevrilmişlerdir. Gerçek kapillerlerin metarteriyollerden çıktığı nokta­ larda kapillerin genellikle düz kas lifleri tarafından çev­ relendiği görülür. Bu yapıya prekapiller sfmkter'ler adı verilmektedir. Sfinkter, kapillerlerin girişini kapayıp açabilir. Veniiller, arteriyollerdeıı çok daha büyük damarlardır ve kas tabakaları da arteriyollere göre daha incedir. An­ cak burada hatırlanması gereken nokta venüllerin için­ deki basıncın arteriyollere göre daha az olduğudur. Böylece veniiller zayıf kas yapılarına karşın önemli miktarda kasılma gösterebilirler. Kapiller yataktaki tipik düzenlenme vücudun bütün kısımlarında görülmeyebilir. Ancak benzer yapılanmala­ rın amacı aynıdır. En önemlisi metarteıiyollerin (eğer bulunuyorsa prekapiller sfınkterlerin) bulundukları do­ ku ile çok yakın bir ilişkide olmalarıdır. Bu sayede doku­ lardaki lokal değişiklikler (besin maddelerinin konsant­ rasyonu, metabolik son ürünler, hidrojen iyonları, vb) metarteriyoller üzerinde direkt etki göstererek dokudaki kan akımını her dakika kontrol edebilir. Kapiller Duvarın Yapısı. Şekil 16-2, özellikle kas ve bağ dokusu olmak üzere vücudun birçok orga­ nında bulunan tipik bir kapiller duvarın ultramikıoskopik yapısını göstermektedir. Görüldüğü gibi damar duvarı dışardan bir bazal m em bran ile çev­ relenmiş tek sıra endotel hücrelerinden oluşm ak­ tadır. Duvarın total kalınlığı 0.5 mikrometredir. 4-9 mikrometre olan kapiller çapı ancak kırmızı kan hücrelerinin veya diğer kan hücrelerinin sürtü­ nerek geçebilmesi için yeterlidir. Kapiller M em brandaki "Porlar". Şekil 16-2’ye bakıldığında kapillerin iç kısmı ile dışını birbirine bağlayan iki küçük geçit görülecektir. Bunlardan bir tanesi, komşu endotel hücreleri arasında bulu­ nan ve oldukça dar olan hücreler arası yarıktır. Bu yarıklardan her biri endotel hücrelerini bir arada tutan kısa protein uzantıları tarafından periyodik olarak kesilmekte ancak her bir uzantı kısa bir m e­ safeden sonra kırılmaktadır. Böylece kırılan uzantı­ ların arasından sıvı geçişi gerçekleşebilir. Yarıkporlar normalde açıldığı yaklaşık olarak 6-7 n an o ­ metre (60-70 angstrom) olan, oldukça uniform bir

BÖLÜM 16 • Kapiller Sıvı Değişimi, interstısyel Sıvı ve Lenf Akımı

IGJ

Bazı Organ Kapillerlerinde Görülen Özel Por Tiple­ ri. Organların kapillerlerinde bulunan por sistemi orga­ nın spesifik gereksinmelerini karşılamak üzere farklılık­ lar gösterebilmektedir. Bunlardan bazıları:

ŞEKİL 16- 1 Mezenterik kapiller yatağın yapısı. (Zweifach: Factors Regulating Blood Pressure. New «York, Josiah Macy, Jr., Foundation, 1950).

yapı gösterirler. Bu açıklık bir protein molekülü olan albuminin çapından biraz daha küçüktür. Endotel hücreleri arasındaki yarıklar sadece hüc­ re kenarlarında bulunduğu için kapillerlerin total yüzey alanının 1 /1 0 0 0 ’ninden daha fazlasını oluş­ turmaz. Ancak su moleküllerinin, suda eriyen bir çok diğer iyonların ve maddelerin termal hareketi çok hızlı olduğu için, bu maddeler "yarık porlar” vasıtasıyla kapillerlerin içi ve dışı arasından kolay­ lıkla diffüze olabilirler. Endotel hücrelerindeki diğer/bir oluşum da çok sayıda bulunan küçük plazm alem m al veziküllerdir. Bunlar hücrenin bir yüzünde oluşan ve az miktar­ larda plazma veya ekstraselüler sıvıyı içine alabilen küçük paketçikleıdir. Daha sonra endotel hücresi boyunca yavaşça hareket ederler. Aynı zamanda ba­ zı vezikülleıin Şekil 16-2’de gösterildiği gibi membran boyunca dizilip veziküler bir kanal oluşturduk­ ları da düşünülmektedir. Ancak laboratuar hayvan­ larında yapılan dikkatli çalışmalar plazmalemmal vezikülleıin kapiller duvardan madde transportunda küçük bir rol oynadığını düşündürmektedir.

Endotel hücre

1. Beyinde endotel hücreleri arasındaki sıkı bağlantı­ lar (tight junetions) sadece küçük moleküllerin beyin dokusuna geçişine izin verir. 2. Karaciğerde tamamen tersi bir durum söz konusu­ dur. Kapiller endotel hücreleri arasındaki yarıklar geniş bir açıklık gösterdiği için plazmada erimiş halde bulu­ nan bütün maddeler (plazma proteinleri de dahil olmak üzere) kandan rahatlıkla karaciğer intertisyel aralığına geçebilir. Barsak kapillerlerdeki porlar ise kas ve karaciğer do­ kusu arasında bir yer almaktadır. 3. Böbreğin glomeriiler yumağında bulunan çok sayı­ da küçük oval pencereler; endotel hücresini ortadan penetre ederek büyük miktarda maddenin endotel hücre­ leri arasındaki yarıklardan geçmeden glomerülerden filt­ re olmasını sağlar.

KAPİLLERLERDE KAN AKIM IVAZOM OSYON Kan, kapillerlerden genellikle sürekli bir şekilde ak­ maz. Bunun yerine her saniye veya daldkada bir, aralıklı olarak akar veya akım durur. Bu aralıklı ola­ ya m etarteriyolleıin ve prekapiller sfinkterlerin (bazen çok düşük arteriyollerin de) aralıklı kasıl­ ması anlam ına gelen vazomosyon adı verilir. Vazom osyonun Regülasyonu. Bugüne kadar yapılan çalışm aların sonuçları m etarteriyollerin ve prekapiller sfinkterlerin açılıp kapanm a dere­ cesini belirleyen en önem li faktörün, dokudaki oksijen konsantrasyonu olduğunu gösterm iştir. Oksijen kullanım ı fazlalaştığında kan akım ına izin veren aralıklı periyodlar daha sık görülür, ve her bir periyodun süresi uzar. Bu olay dokuya daha fazla miktarda oksijen (aynı zam anda besin m ad ­ deleri) taşınm asını sağlar. Kan akımını belirleyen bu etki ve bunun gibi diğer faktörler bölüm 17’de tartışılmıştır.

/

Kapiller Sistemin Ortalama Fonksiyonu V'

Veziküler kanal Plazmalemmal veziküler

'

'

v'/ /

\

/.\ \ : P : .

Bazal membran

İntersellüler yarık

ŞEKİL 1 6 - 2 Kapiller duvarın yapısı. Komşu endotel hücreleri arasındaki intersellüler yarıklara dikkat ediniz; birçok suda eriyebilen maddenin kapiller membrandan bu yarık aracılığı ile diffüze olduğuna inanılmaktadır.

Kapiller sistem deki kan akımının aralıklı olm asına karşın, fonksiyonun tam amı düşünüldüğünde do­ kularda çok sayıda kapiller olduğu için ortalam a bir fonksiyondan bahsedilebilir. Bu nedenle, ka­ piller yataktaki ortaklın a kan akını hızı, orta lam a ka p iller basıncı, ve m addelerin kapillerlerdeki kandan çevre intertisyel sıvıya ortalam a geçiş h ı­ zından söz edilir. Bu bölüm ün kalan kısm ında bu ortalam a değerler dikkate alınacaktır. Ancak o rta­ lam a değerlerin gerçekte milyarlarca bağım sız kapillerin fonksiyonu olduğu, herbirinin dokularda­ ki lokal değişikliklere bağlı olarak çalıştığı unutul­ mamalıdır.

164

ÜNİTE IV • Dolaşım

KAN VE İNTERSTİSYEL SIVI ARASIN­ DA BESİNLERİN VE DİĞER MADDELERİN DEĞİŞİMİ Kapiller Membrandan Difüzyon Maddelerin plazma ile interstisyel sıvı arasındaki geçişini sağlayan en önemli yol difüzyoııdur. Şekil 16-3, kanın kapiller boyunca geçişi sırasında çok sayıda su m olekülünün ve erimiş partikülün kapil­ ler duvar boyunca ileri-geri difüze olduğunu ve bu sırada interstisyel sıvı ile plazmanın sürekli bir şe­ kilde karıştığını göstermektedir. Difüzyon su m ole­ küllerinin ve erimiş m addelerin termal hareketin­ den meydana gelmektedir. Faiklı partiküller önce bir yönde hareket etm ekte daha sonra farklı yöne hareket etmeye başlayarak rastlantrsal bir şekilde her yönde ilerlemektedir. Yağda Eriyebilen M ad d eler D irekt Olarak Ka­ piller Endotel Hücre M em branından Difüze Olabilir. Eğer bir madde yağda eriyebilir özellikte ise porlardan geçm ek zorunda kalmadan direkt olarak kapiller hücre m em branından geçebilir. Bu tür maddeler arasında özellikle oksijen ve karbon dioksid sayılabilir. Bu maddeler kapiller membra11111 bütün alanlarından geçebildiği için kapiller mem brandan transport hızları sodyum iyonları ve glikoz gibi yağda erimeyen birçok maddeye göre çok daha fazladır. Suda Eriyen M addeler Sadece Kapiller Membrandaki Hücreler Arası Porlardan Diffüze Olabi­ lir. Dokunun ihtiyacı olan birçok madde suda eriye­ bilir özellik gösterdiği için endotel hücrelerinin Iipid özellikteki membranlarmdan geçemez. Bu tür mad­ deler arasında su moleküllerinin kendisi, sodyum

Arteryel uç

Kan kapilleri

Venöz uç

iyonları, klor iyonları, ve glikoz sayılabilir. Endotel hücreleri arasındaki yarıkların kapiller yüzey alanı­ nın 1 /1 0 0 0 ’inden daha fazla yer tutmamasına kar­ şın, yarıklardaki moleküllerin termal hareketi çok fazla olduğu için bu çok küçük alan bile su ve suda eriyebilir maddelerin önemli oranda yarık-porlardan diffüze olabilmesine olanak verir. Su molekülle­ rinin kapiller membrandan diffüzyonunun, kop il­

lerden lineer bir şekilde akan plazm anın akış hızın­ dan 80 kat fazla olm ası bu m addelerin diffiizyon h ı­ zı hakkında fik ir verebilir. Bu olay, plazmanın tüm kapiller boyunca ilerlemeden önce plazmanın su kısmının intertisyel sıvının suyu ile 80 kez değiştiği­ ni göstermektedir.

Porlardan Geçişte Moleküler Büyüklüğün Etkisi. Kapillerlerdeki hücreler arası yaıık-porlarm geniş­ liği 6-7 nanometredir. Bu genişlik, kapiller porlar­ dan geçen en küçük molekül olan su m olekülün­ den 20 kat daha büyüktür. Diğer taraftan, plazma proteinlerinin çapı porlarııı genişliğinden biraz da­ ha büyüktür. Sodyum iyonları, klor iyonları, glikoz, ve üre gibi diğer moleküllerin çapı bu iki örneğin ortasında yer almaktadır. Bu nedenle değişik m ad­ delerin kapiller por p erm eabiliteleıi m oleküler çaplarına göre değişmektedir. Tablo 16-1, genelde kapiller m em brandan geçiş yapan maddelerin kastaki ıölatif kapiller por peımeabilitelerini göstermektedir. Tabloda glikoz m o­ lekülünün perıııeabilitesi su molekülüne göre 0 . 6 kat olarak görülürken, albumin molekülünün permeabilitesi çok az, suya geçirgenliğin 1 0 0 0 de l ’i kadar gözükmektedir. Bu konuda dikkat edilmesi gereken nokta, deği­ şik doku kapilleılerinin perm eabilite karakteris­ tiklerinin de çok farklı olabileceğidir. Örneğin ka­ raciğer kapiller sinüzoidlerinin perm eabilitesi çok fazla olduğundan plazm a proteinleri bile, su ve diğer maddeler gibi kapiller duvarı kolaylıkla ge­ çebilmektedir. Ayrıca böbrek glom erular kapilleıleıinin suya geçirgenliği, kas kapilleıieıi ile karşı­ laştırıldığında 500 kat daha fazla olm akla beraber glomerular ve kas kapillerlerinin proteine geçir­ genliği yaklaşık aynıdır. Bazı dokuların perm eabilitesinin diğerlerinden neden daha fazla olduğu

TABLO 16- 1 Farklı Büyüklükteki M oleküllerin Kas K ap ille r Porlarındaki Göreceli Perm eabiliteleıi M adde

Ş E K İL 1 6 - 3 Sıvı moleküllerinin ve erimiş maddelerin kapiller ve interstisyel sıvı arasındaki difüzyonu.

Su NaCl Üre Glikoz Sukroz Inülin M iyoglobin H em aglobin Albumin

M oleküler Ağırlık 18 58.5 60 180 342 5,000 17,600 68,000 69,000

Perm eabilite 1.00 0.96 0.8 0.6 0.4 0.2 0.03 0.01 0.001

Pappenheimer, Physiol. Rev., 33:387, 1953’den modifiye edil­ miştir.

BÖLÜM 16 • Kapiller Sıvı Değişimi, interstisyel Sıvı ve Lenf Akımı

165

bu bölüm ün ilerleyen kısımlarında daha net bir şekilde anlaşılacaktır. Buna örnek olarak karaci­ ğerde, kan ve karaciğer parankimal hücreleri ara­ sında büyük miktarda görülen madde alışverişi veya böbreğin idrar oluşumu için bol sıvı filtıasyonuna ihtiyacı gösterilebilir. Konstrasyon Farkının Kapiller Mem bran Bo­ yunca Görülen N e t Difüzyona Etkisi. Bir m ad­ denin herhangi bîr m em bran boyunca net difüzyon hızı m em branın iki tarafındaki konsantrasyon fa r k la r ı ile doğru orantılıdır. Bu olay, kapiller m em branın iki tarafındaki konsantrasyon farkı ne kadar büyükse m em branın bir tarafına doğru net madde hareketinin de o kadar büyük olacağını gös­ terir. Normalde kandaki oksijen konsantrasyonu interstisyel sıvıdan daha büyüktür. Bu nedenle bü­ yük miktarda oksijen kandan interstisyel sıvıya ge­ çebilir. Bu olayın tersi de görülür. Yani, karbon dioksidin dokularda kana göre daha yüksek konsant­ rasyonda olm ası karbon dioksidin dokulardan uzaklaştırılarak kana geçmesini sağlar. Dokuların beslenm esi için önemli olan birçok maddenin kapiller m em bran boyunca diffüzyoıı hızı çok fazla olduğu için küçük bir konsantrasyon farkı bile plazma ve intertisyel sıvı arasında nor­ malden fazla madde geçişi için yeterli olur. Örne­ ğin kapillerlerin hem en dışındaki intertisyel sıvının oksijen konsantrasyonu muhtem elen kan plazma­ sındaki konsantrasyonundan % 1 oranında azdır. Ancak % 1’lik fark bile doku metabolizması için ge­ rekli olan bütün oksijenin kandan intertisyel aralı­ ğa geçm esi için yeteılidir.

İNTERSTİSYUM VE İNTERSTİSYEL SIVI Vücudun yaklaşık altıda birini interstisyıım ola­ rak adlandırılan hücreler arası boşluk oluştur­ maktadır. Bu boşluklardaki sıvıya interstisyel sıvı adı verilir. İnterstisyumun yapısı Şekil 16-4’te gösterilmiştir. İnterstisyıım iki temel tip katı (solid) yapı içerm ek­ tedir. 1 - kollagen lif demetleri ve 2 - proteoglikaıı filamentler. Kollagen lif demetleri interstisyıım için­ de uzun mesafeler boyunca uzanır. Bunlar oldukça sağlam ve bu nedenle dokuların sıkılığını yani geıim -direncinin büyük bir kısmım sağlayan yapılar­ dır. Diğer taraftan proteoglikan filamentler yüzde 9 8 ’i hyalüıonik asid, yüzde 2 ’si proteinden oluşan, çok ince kıvrık moleküllerdir. Bu moleküller o ka­ dar incedir ki ışıkmikroskopu ile görülemezler hat­ ta elektron mikroskopu ile bile gösterilmeleri zor­ dur. Bunlar çok ince retiküler filamenterleıden olu­ şan ve "fırça-kıir olarak adlandırılan bir yapı oluş­ tururlar. İnterstisyel "Jel". İnteıstisyumdaki sıvı, filtıasyon veya diffüzyon yolu ile kapilleılerden gelmek­ tedir. Proteinler kapiller duvarlardan kolaylıkla dı-

S erb est sıvı vezikülleri Proteoglikan filamentler

Intersüsyumım yapısı. Proteoglikan filamentler kollagen lif demetlerinin arasını doldurmaktadır. Serbest sıvı vezikülleri ve küçük miktarda serbest sıvı birikintileri görülmektedir.

şarı çıkamadığı için interstisyel sıvının içeriği, pro­ teinleri çok daha az miktarda içerm esi dışında plazma ile aynıdır. İnterstisyel sıvı proteoglikan filam entleıin arasındaki çok küçük boşluklar içinde hapis olmuş durumdadır. Proteoglikan filam entler ve onların içinde hapis olmuş sıvı, je l özelliği gös­ terdiği için doku jeli olarak adlandırılmaktadır. Proteoglikan filamentlerin fazla sayıda olması nedeniyle sıvının doku jeli içinden akm ası zordur. Bunun yerme, büyük sayıdaki moleküllerin bera­ berce hareket etmesinden çok moleküllerin kinetik hareketliliği nedeniyle bîr yerden diğer yere doğru diffiize olması söz konusudur. Jeldeki diffüzyon hızı serbest sıvıdaki diffüzyonun yaklaşık yüzde 95-99’u oranındadır. Kapillerler ile hücreler arasındaki kısa mesafede görülen bu diffüzyon sadece su m oleküllerinin değil elektrolit­ ler, hücresel atıklar, oksijen, karbon dioksid gibi çe ­ şitli maddelerin de interstisyumdan hızlı bir şekil­ de geçişini sağlar. İnterstisyum daki "S e rb es t" Sıvı. Her n e kadar norm ald e interstisyum daki sıv ın ın ta m a m ın a yakını doku jeli içinde hapis olm uş durum da ise de proteoglikan filam entlerden bağım sız, bu n e ­ denle de serbest olarak akabilen kü çiik sıvı vezikiilleri ve sıvı dereciklerin e rastlanabilir. D olaşı­ ma bir boya enjekte edildiğinde bu boyanın interstisyum boyunca ilerliyerek h ü crelerin yüzleri ve kollagen lifler boyunca uzanan küçük sıvı b iri­ kintilerine ulaştığı görülür. N orm al dokulardaki serbest sıvı m iktarı azdır ve genellikle yüzde l ’i geçm ez. Ancak dokuda ödem gelişirse bu serbest

sıvı derecikleri ve veziküıller a n o rm a l bir şek ild e genişleyerek, sıvının yarısı veya yarıdan fazlası p roteoglik an fila m en tlerd en b a ğ ım sız olarak akan sıvı haline gelebilir.

166

ÜNİTE IV • Dolaşım

m

PLAZMA VE İNTERSTİSYEL SIVI PROTEİNLERİ PLAZMA VE İNTERS­ TİSYEL SIVI HACİMLERİNİ BELİR­ LEMEDE ÖZELLİKLE ÖNEMLİDİR Kapilleıier içindeki basınç, sıvı ve içinde çözünen maddelerin kapiller porlardaıı geçerek inteıstisyel aralığa geçm esini sağlar. Bu olaya zıt olarak, plaz­ m a proteinleri tarafından meydana getirilen ozrnotik basınç (kolloid osmotik basınç olaıakda adlan­ dırılır) sıvıların inteıstisyel alanlardan kana osmoz yolu ile geçişini sağlar. Bu osmotik basınç, önemli miktarda sıvı volümünün kandan interstisyel alana kaybını engeller. Aynı şekilde önemli olan bir diğer sistem de interstisyel alanlara sızan küçük m iktar­ lardaki proteinlerin dolaşıma geri döndürtilmesini sağlayan lenfatik sistemdir. Bu bölümün kalan kı­ sımlarında bu etkilerin plazma ve interstisyel sıvı volümlerini nasıl kontrol ettiği tartışılacaktır. Kapiller Membrandan Sıvı Geçişini Belirleyen Dört Ana Etken. Şekil 16-5 sıvının kandan interstis­ yel sıvıya doğru mu yoksa ters yönde mi akacağını be­ lirleyen dört ana gücü göstermektedir. Bu güçlere ilk defa bu dört ana etkenin önemini gösteren bilim ada­ mı olduğu için “Starling güçleri” adı verilir.

B arsak

Arteryel basınç Venöz basınç

100 50 0 Arteryel basınç - Venöz basınç

Ş E K İL 16 - 6 Kapiller basıncın ölçümünde izogravimetrik metod.

Bu güçler: 1. K apiller basınç (Fk), sıvıya kapiller m e m b ran d an d ışarıy a do ğ ru iten güç. 2. interstisyel sun basıncı (Pis), pozitif olduğu zam an sıvıyı in terstisy u m d an kapiller m em b ran ın içine iten, n e ­ g atif olduğu za m a n ise ters yön de hareketlendiren güç. 3. Plazm a kolloid osm otik basıncı (np), kapiller m e m b ­ ran dan içeriye doğru sıvı osm o zu n a neden olan güç. 4. İnterstisyel sıvı kolloid osm otik basıncı (FTis), şu a ­ nın kapiller m e m b ra n d an dışarı o sm ozu n u sağlayan güç.

Şimdi bu güçlerin her birini daha ayrıntılı tartışa­ biliriz.

Kapiller Basınç Kapiller basıncı ölçm ek için iki deneysel yöntem kullanılmıştır. Bunlar: (1) kapillerlerin direkt olarak

Kapiller basın ç (Pk)

Plazma kolloid \ osmotik basıncı \ (np)

J___ l - j 1

İnterstisyel sıvı basıncı (Pis)

. i

İnterstisyel sıvı kolloid osmotik

(Ilii)

Ş E K İL 1 6 - 5 Membrandaki porlardan sıvının kapiller membrandan dışarı veya içeri itilmesine etkili olan sıvı basıncı ve kolloid osmotik basınç güçleri.

m ikropipetle kam ile edilerek, ortalam a kapiller b a ­ sıncın yaklaşık olarak 25 mmHg olarak ölçüldüğü ve (2 ) kapiller basıncının fonksiyonel olarak indirekt ölçülüp yaklaşık 17 ııımHg olarak saptandığı yöntemlerdir. Kapiller Basıncın Mikropipet Yöntemi ile Ölçü­ mü. Kapiller basıncı kanülasyon yöntemi ile ölçmek için mikıoskopik bir cam pipet doğrudan kapillerin içine sokulur ve basınç uygun bir mikıomanometre sistemi ile kaydedilir. Bu yöntem kullanılarak hayvan dokularında ve insan tırnak dibindeki büyük kapilleıierde ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler ile kapil­ lerlerin arteriyel uçlarında 30-40 mmHg, venöz uçla­ rında 10-15 mmHg, orta kısımlarında ise yaklaşık 25 mml-Ig değerleri elde edilmiştir. Kapiller Basıncın İzogravim etrik M e to d İle İndirekt "Fonksiyonel" Ölçümü. Şekil 16-6, ka piller basıncın indirekt olarak, izogravim etrik yön ­ tem ile ölçümünü göstermektedir. Şekil, gravimetrik bir teraziye yerleştirilen ince barsak segm entini göstermektedir. Baısağın kan ile tıansfüzyonu sağ­ lanmıştır. Aı teryel basınç azaltıldığında buna bağlı olarak kapiller basınçta da azalma meydana gel­ mekte bu olay, plazma proteinlerinin osm otik b a ­ sıncı nedeniyle barsak duvarından sıvı absorpsiyonuna izin verip barsak ağırlığını azaltmaktadır. So ­ nuçta terazinin ibresinde ani bir değişme görül­ mektedir. Barsak ağırlığında meydana gelen bu azalmayı engellemek için aı teryel basıııçtf. azalma ile meydana gelen değişikliği kom panse edecek oranda venöz basınç artırılmaktadır. Diğer bir de­

BÖLÜM 16 • Kapiller Sıvı Değişimi, İnterstisyel Sıvı ve Lenf A ! ırnı

137

yişle arteıyel basınç azaltılıp venöz basınç artırılır­ ken kapiller basınç sabit kalmaktadır (organ ağırlı­ ğında değişim olmadığı için). Şeklin aşağı bölümünde barsak ağırlığındaki de­ ğişimleri tam am en etkisiz hale getiren arteıyel ve venöz basınç değişiklikleri gösterilmiştir. Arteryel ve venöz çizgiler birbirini 17 mmHg değerinde kes­ mektedir. Bu nedenle kapiller basıncın 17 mmHg düzeyinde olması gerekir. Aksi takdirde kapiller du­ var boyunca sıvı fıltrasyonu veya absorpsiyonu gö­ rülecektir. Sonuç olarak, “fonksiyonel” kapiller ba­ sınç değeri ortalama 17 mmHg’dır.

Mikropipet Kullanılarak İnterstisyel Sıvı Basıncının Ölçülmesi. Kapiller b asın cı ölçm ek için ku llanılan mikro-

Fonksiyonel Kapiller Basıncın Mikropipet Yönte­ mi ile Ölçülen Değerden Daha Az Olmasının N e­ deni. Yukarıda anlaülan iki modelin aynı kapiller ba­ sınç değerlerini vermediği açıktır. İzogravimetrik yön­ tem, sıvının kapillerleıden dışarı veya içeri girmesini sağlayan tüm güçlerin dengesini göstermektedir. Bu güçler arasındaki denge normal durumu gösterdiği için ortalama fonksiyonel kapiller basınç izogravinıetrik yöntem ile ölçülen basınca yakın olmalıdır. Bu nedenle gerçek fonksiyonel kapiller basıncın yaklaşık 17 mmHg olduğuna inanılmaktadır. Kanülasyon yönteminin neden daha yüksek değer­ leri verdiğini açıklamak kolaydır. En önemli neden, bu tür ölçümlerin kanın, açık olan arteryel uçtan ka­ piller içine aktif olarak akabildiği kapillerlerde yapıl­ masıdır. Ancak daha önceki tartışmadan da hatırla­ nacağı gibi normal vazomosyon siklusunun büyük bir bölümünde metarteriyoller ve prekapiller sfinkterler kapalıdır. Bu durumda kapalı olan bölgenin ile­ risindeki basıncın kapillerin venöz ucundaki basmca eşit olması gerekir (yaklaşık 10 mmHg). Yani kapiller içi ortalama basınç değerleri belirli bir zaman dilimi içinde düşünüldüğünde, fonksiyonel ortalama kapil­ ler basıncın, kapillerleıin arteryel ucundan ziyade ve­ nöz ucundaki basmca yakın olması beklenir. Fonksiyonel kapiller basıncın kanülasyonla ölçü­ len değerlerden daha düşük olmasının iki farklı n e­ deni daha vardır. Bunlardan birincisi, venöz kapillerlerin arteryel kapillerlere göre çok daha fazla sa­ yıda olmasıdır. İkincisi, venöz kapillerlerlerin peım eabilitesinin arteryel kapillerlere göre birkaç kat daha fazla olmasıdır. Bu ilave iki neden fonksiyonel kapiller basıncın neden daha düşük değerlerde ol­ duğunun anlaşılmasını kolaylaştırmaktadır.

İçi Boş Delikli Kapsüller Kullanılarak Serbest İnter­ stisyel Sıvı Basıncının Ölçümü. Şekil 16-7’de gö sterilen

pipetin benzeri, interstisyel sıvı basın cın ın ölçü m ü n d e de kullanılabilir. M ikropipetin ucu yaklaşık 1 m ikrom etre ç a ­ p ın da olm akla b erab er bu çap interstisyum daki proteoglikan filam entlerin arasın d aki b oşlu k lard an en az 20 kat daha büyüktür. Bu neden le ölçülen b asın ç m uh tem elen serb est sıvı topluluklarının basıncıdır. M ikropipet yön tem i ku llan ılm ası ile eld e edilen ilk ö l­ çü m ler -1 ile +2 m m H g a ra sm d a d e ğ işm iş an c a k g e n e l­ likle pozitif değerler bu lu n m u ştu r. Bu ö lçü m y ön tem i ile den eyim kazan ıldık ça o rta la m a değerlerin -2 m m H g d ü ­ zeyinde olduğu, gevşek d o ku lard a ise atm o sfe rik b a s ın ç ­ tan b iraz d ah a az değerler b u lu n d u ğ u o rta y a çıkm ıştır.

intertisyel sıvı b asın cın ın iııdirekt y ö n tem le ölçüm işle ­ mi şu şekilde açıklanabilir. Ü zerin de yaklaşık yüz k ad ar delik içeren içi b o ş p lastik bir k a p sü l dok u için e im p la n ­ te edilir ve cerrahi y aran ın iyileşm esi için yaklaşık 1 ay beklenir. Bu süren in so n u n d a doku içeriye d o ğ ru b ü y ü ­ yerek kap sü lü n iç yüzünü sarar. Ayrıca içerideki b o şlu k ­ la biriken sıvı interstisyel sıvı ile kavite iç in d e se rb e stç e gidip gelebilecek şekilde deliklerden geçebilir. Bu n e ­ denle kavitenin içindeki se rb e st sıvının b asın c ı in te rstis­ yel sıvı b asın cın a eşit olm alıdır. D eriden ve k ap sü l ü z e ­ rindeki deliklerden b irin d en geçerek k a p sü l için e so k u ­ lan bir iğne ve uygun b ir m a n o m e tre ku llan ılarak b asın ç ölçülür. Bu yön tem ku llan ılarak çap ı 2 cm olan k a p sü lle r ile y apılan ölçü m ler n orm al gevşek derialtı d o k u lard a 6m m H g gibi bir değerin b u lu n m asın ı sağ lam ıştır. A ncak d ah a küçük kapsü ller ile y apılan ö lçü m ler m ik rop ip et yön tem i ile y apılan ölçü m lere b en zer şek ild e -2 m m H g değerin e yakın değerlerin b u lu n m asın a yol açm ıştır.

Pamuk Fitillerin Dokuya Yerleştirilmesi ile Serbest İnterstisyel Sıvı Basıncının Ölçümü. Bir diğer yön tem ise bir teflon tübiin hazırlanıp (içine iki ucun dan dışarıya çıka­ cak şekilde yaklaşık sekiz pam u k lifin yerleştirilm esinden sonra) doku içine im plante edilm esi ile uygulanm aktadır. Pam uk lifleri fitil gibi dışarı uzandıkları için çevredeki doku sıvıları ile rahatça ilişkiye geçip interstisyel sıvı basıncını teflon tübün içine iletmektedir. M anom etrik ölçüm ler ile bu basıncın ölçülm esi kolaydır. Bu teknik kullanılarak gev­ şek derialtı dokuda yapılan ölçüm ler de -1, -3 m m H g gibi negatif değerler elde edilmiştir.

Deri

İmplante edilen kapsül

Kan damarları

İnterstisyel Sıvı Basıncı Kapiller basınç ölçüm yöntemlerinde olduğu gibi in­ terstisyel sıvı basıncının da ölçülmesinde değişik yön­ temler kullanılmaktadır. Bu ölçüm sonuçları arasmda az da olsa farklılıklar görülse de genelde atmosferik basınçtan birkaç milimetre civa düşük değerler bulun­ maktadır. Buna negatif interstisyel sıvı basıncı denir. En sık kullanılan yöntemler arasında (1) mikropipet kullanılarak dokuların direkt kanüiasyonu, (2 ) delikli kapsüllerin dokuya implante edilmesi yöntemi ile ba­ sıncın ölçümü, ve (3) doku içine yerleştirilmiş pamuk fitiller aracılığı ile basıncm ölçülmesini sayabiliriz.

dolduran sıvı İnterstisyel sıvı basıncının ölçümünde perfore kapsül metodu.

168

ÜNİTE IV • Dolaşım

Sıkıca Sarılmış Dokulardaki İnterstisyel Sıvı Basıncı Beynin içine yerleştiği kafatası, böbrekleri saran fibıöz kapsül, kasların çevresindeki fibıöz kılıf, gözdeki sklera örneklerinde olduğu gibi vücuttaki bazı dokular sıkı bir kılıf ile kaplanmıştır. Bu organ­ ların çoğunda ölçüm yöntemi ne olursa olsun in ­ terstisyel sıvı basıncı genellikle pozitif olarak bu­ lunmaktadır. Ancak bu interstisyel sıvı basınçları çoğu kez çevrelerindeki dokuların basınçlarından daha az olarak bulunmaktadır. Örneğin bir hay­ vanda beyni saran serebrospinal sıvı basıncı yakla­ şık +10 mmHg değerinde iken beyin interstisyel sı­ vı basıncı +4 ile + 6 mmHg arasında değişmektedir. Böbreklerde, böbrekleri çevreleyen kapsüller ba­ sınç ortalama +13 mmHg düzeyinde iken bulunan interstisyel sıvı basınçları +6 mmHg civarındadır. Eğer deri üzerindeki basıncın atmosferik basınca eşit olduğu yani “sıfır basınç" olduğu düşünülürse genel bir kural olarak, normal interstisyel basıncın dokunun çevresindeki basınca göre birkaç m ili­ m etre civa daha negatif olduğu söylenebilir.

Gevşek Derialtı Dokusundaki Gerçek interstisyel Sıvı Basıncı Subatmosferik mi? İnterstisyel sıvı basın cın ın bir çok d ok u d a n egatif o lm a ­ sı kavram ı, in teıstisy el sıvı b asın cın ın her za m an p o zitif o lm a sı h alin de açık lan m ası gü ç olan klinik gözlem ler n eden iy le g ü n d em e gelm iştir. Bu gözlem lerden bazıları şöylcdir: 1. Eğer bir deri gref'i vücud un içbükey bir yüzeyine yerleştirilecek o lu rsa (örn eğin gözün çık arılm asın d an so n ra göz çukurun a) deri yerleştirilen yere y ap ışm ad an ü n ce g re f’in altın a sıvı birikm esi görülür. Ikın a ilave o la ­ rak deri k ısalm a gö sterir ve konkav d u ru m d an u z ak la ş­ m a y a çalışır. Ancak, derin in altın da gelişen n e gatif güç içeriye doğru sıvı a b so ıb siy o n u ııa n eden olurken deriyi tekrar konkav h ale getirir. 2. Skrotum , aksiller b oşluk, gö zkapağın ın alt kısm ı gi­ bi gevşek derialtı dokuya büyük m iktarlard a sıvı enjekte e tm ek için 1 m m H g p ozitif b asın çtan d a h a azı ycterlidir. Bu ala n lara enjeksiyon y ap ıld ığ ın d a n o rm ald e in terstis­ yel b o şlu k ta b u lu n an sıvı m iktarından 100 kal d a h a faz­ la m ik tard a sıvı girebildiği h alde p o z itif b asın ç artışı yak­ laşık 2 m m lIg düzeyini aşm am ak tad ır. Bu gözlem lerin ö n em i, sağ lam interstisyel lifler içerm eyen dokuların s ı­ vı b irikim in i cn gelleyem iyeceğin i gö sterm esidir. Bu n e ­ den le, böyle bir sıvı birikim ini engelleyen b aşk a m e k a­ n izm alar bulunm alıdır. 3. İnterstisyel sıvılar ile d in am ik bir d en ge h alin d e b u ­ lu n an bir çok doğal vücut b o şlu ğu n d ak i se rb e st sıvının b asın cı n e g a tif olarak ölçülm üştür. B un lardan bazıları:

Intraplevıal b oşluk: -8 m m H g E klem sinovyal b oşluğu: -4 ile -6 m m H g E pidural boşluk: -4 ile -6 m m H g. 4. İn teıstisyel sıvı b asın cın ın ö lçü m ü n d e kullanılan im p lan tc k a p sü l yöntem i bu b a sın ç ta m e y d a n a gelen değişiklikleri belirlem ek için kullanılabilir. Tahm in e d ile ­ b ileceği gibi bu değişiklikleri (1) aı teryel b asın cın a r tm a ­ sı veya az alm a sı, (2) çevre doku b oşlu k ların a sıvı e n jek si­ yonu veya (3) k o n san tre kolloid osm otik bir m ad d en in

dok ulardan sıvı a b so rb e etm esi için k a n a en jek te e d il­ m esi gibi durum lar da ortaya çıkabilir. Bu d in am ik d e ğ i­ şiklikler kapsül b asın cı gerçek in terstisy el b asın ç ile d e n ­ gelen m eden ölçülem ez.

Ö zet-Gevşek Derialtı Dokudaki O rtalam a N e ­ g atif İnterstisyel Sıvı Basıncı. Yukarıda değinilen farklı yöntemler birbirine yakın değerler vermekle beraber birçok fizyolog arasındaki genel düşünce, gevşek subkutanöz dokudaki gerçek interstisyel sı­ vı basıncının atmosferik basınçtan biraz daha az olduğudur. Ortalama basınç olarak kabul edilen değer yaklaşık -3 mmHg’dır.

N e g a tif Basıncın Tem el N e d e n i L e n fa tik S istem in P o m p a la m a Y e te n e ğ id ir Lenfatik sistem bu bölüm ün daha sonraki kısım la­ rında tartışılacak olmakla beraber bu sistem in in ­ terstisyel sıvı basıncının belirlenm esindeki temel rolünü anlamak zorundayız. Lenfatik sistem ; fazla sıvıyı, protein moleküllerini, yıkım ürünlerini ve doku aralığındaki diğer maddeleri ortadan kaldı­ rarak “temizleyici" bir sistem olarak işlev görm ek­ tedir. Sıvı term inal lenfatik kapillerlere girdiğinde dokuda meydana gelen herhangi bir hareket lenfin lenfatik sistem boyunca ilerlem esini ve sonunda dolaşıma katılmasını sağlar. Eğer dokularda ser­ best sıvı birikimi olursa bu şekilde doku hareketle­ ri ile meydana gelen ilerlem e biriken sıvının uzak­ laştırılmasını sağlar. Yapılan araştırmalar, kapilleılerden sızan sıvı miktarı az olduğunda (birçok do­ kuda olduğu gibi lenfatik kapillerlerin ve doku h a­ reketlerinin aralıklı olarak negatif basınç oluştura­ cak şekilde pom palam a yapıp gevşek dokularda görülen ortalama negatif basıncı (atm osferik ba­ sınçtan biraz daha az) oluşturabileceğini göster­ miştir. Bahsedilen lenfatik pom palam a sistem inin detaylarından bu bölümün ilerleyen kısımlarında bahsedilecektir.

Plazma Kolloid Osmotik Basıncı Plazmadaki Proteinler Kolloid O sm otik Basın­ ca N eden Olur. Bölüm 4'deki temel tartışm ada sa ­ dece yarı geçirgen bir zarın porlarından geçem e­ yen molekül veya iyonların osm otik basınç oluştu­ rabileceğinden bahsedilmişti. Proteinler kapiller membranın porlarını rahatlıkla geçem eyen erimiş maddeler oldukları için, kapiller m em brandaki os­ motik basınçtan sorumlu olan maddelerdir. Bu os­ motik basıncı, hücre zarında görülen osm otik b a­ sınçtan ayırmak için kolloid osm otik basınç veya on kotik basınç olarak adlandırırız. Kolloid terimi protein solüsyonlarının gerçek moleküler solüs­ yonlar olmasına karşın kolloid solüsyonlara benze­ tilmesinden kaynaklanmaktadır. (Hücre zarında görülen osmotik basıncın kolloid osm otik b asın ç­ tan ayrılabilmesi için total osm otik basınç deyimi kullanılır. Bunun nedeni vücut sıvılarındaki bütün erimiş maddelerin hücre zarında osm otik basınç

BÖLÜM 16 • Kapiller Sıvı Değişimi, Interstisyel Sıvı ve Lenf Akımı

oluşturabilmesidir. Kapiller membrandaki porların büyük olması nedeniyle bu olay kapiller membran için geçerli değildir). Plazma Kolloid Osmotik Bazmcmın Norma! De­ ğerleri. Normal bir insanın plazmasındaki kolloid osmotik basınç değeri yaklaşık 28 mmHg düzeyinde­ dir. Bunun 19 mmHg’sı erimiş haldeki proteinlerden, 9 mmHg ise proteinlerin Donnan etkisi ile tutmuş ol­ duğu katyonlardan kaynaklanmaktadır.

Farklı Plazma Proteinlerinin Kolloid Osmotik Basın­ ca Etkisi. P lazm a protein leri, o rta la m a m olekül ağırlığı 69.000 olan alb u m in , 140,000 olan globulin ve 400,000 olan fıb rin ojen protein lerin in bir karışım ıdır. Yani bir gram globulin deki m olekül sayısı, 1 gram alb um in in m olekül say ısın ın yaklaşık yarısı kadardır. Öte y an dan 1 gram fibı in ojen , 1 gram alb u m in in m olekül sayısının a l­ tıda birini içerir. B ölüm 4 ’de b ah sed ile n osm otik b asın ç k o n u su n d a d a tartışıldığı gibi osm otik b asın ç erim iş h al­ deki m oleküllerin büyüklüğü tarafın dan değil m olekü lle­ rin sayısı tarafın dan b elirlenm ekledir. Moleküller, kütle­ leri değil sayıları b ak ım ın d an değerlen dirildiğinde, a ş a ­ ğıdaki tab lo n orm al p la z m a d a farklı tiplerdeki p rotein le­ rin rö latif kütlesel k o n san trasy o n ları ile b u n a bağlı o la ­ rak to p lam p lazm a kolloid o sm o tik b asın c a yaptıkları katkıyı gö sterm ek tedir.

________ __ A lb um in G lob ulin ler Fibrinojeıı T oplam

g/dl

____ _

4.5 2.5 0.3

Up (mmHg) 21.8 6.0 0.2

7.3

28.0

Yani, p lazm a toplam kolloid osm otik basıncının yaklaşık yüzde 80’i album in fraksiyonundan, yüzde 20’si globulinlerden kaynaklanırken fibrinojenin katkısı önem sizdir. Ka­ piller dinam ik açısın dan özellikle önem li olan albümindir.

Interstisyel Sıvının Kolloid Osmotik Basıncı Her ne kadar ortalama kapiller bir porun büyüklü­ ğü plazma proteinlerinin büyüklüğünden daha kü­ çük ise de, bu bütün porlar için geçerli değildir. Bu nedenle küçük miktarda da olsa, proteinler porlardan interstisyel aralığa geçerler. Gerçekte, interstisyel sıvının tümündeki (ortala­ m a 1 2 litre) toplam protein miktarı plazmanın için­ deki toplam miktardan daha büyüktür. Bunun n e­ deni interstisyel sıvı hacminin plazmaya göre 4 kat daha fazla olmasıdır. Bu durumda interstisyel sıvı­ daki ortalam a protein konsantrasyonu genellikle plazmadakinin yüzde 4 0 ’ı veya 3 g/dİ kadardır. Bu miktardaki proteinin meydana getirdiği ortalama kolloid osmotik basınç değeri interstisyel sıvıda, yaklaşık olarak 8 mmHg’ dır.

teıstisyel sıvı arasındaki normal sıvı değişimini n a ­ sıl devam ettirdiğini görebiliriz. Kapillerlerin arteıyel uçlarındaki ortalama basınç venöz uca göre yaklaşık 15-25 mmHg daha büyüktür. Bu fark nedeni ile sıvı kapillerlerin arteryel uçlarından “filtre” olurken venöz uçlardan kapiller içine geri emil­ mektedir. Gerçekte küçük bir miktar sıvı kapillerlerin arteıyel uçlardan venöz uçlarına doğru doku içinde “akmaktadır”. Bu akımın dinamiği şöyledir. K ap illerin A rte ry e l Ucundan F iltra sy o n a N eden Olan Güçlerin Analizi. Kapiller m em b ıanın aı teriyel ucunda etkili olarak kapiller m em branda harekete neden olan ortalam a güçler aşağı­ da belirtilmiştir. mmHg Sıvıyı dışarıya doğru iten güçler Kapiller basın ç N egatif interstisyel serbest sıvı basıncı İnterstisyel sıvı kolloid osm otik basıncı

30 3 8

DIŞARIYA İTEN GÜÇLERİN TOPLAM?

41

Sıvıyı içeriye dogrıı ilen güçler Plazm a kolloid osm otik basıncı İÇERİYE İTEN GÜÇLERİN TOPLAMI

Kapiller m em braııda görülen sıvı hareketini etkileyen çeşitli faktörler bilindiğine göre bunları bir arada düşünerek norm al kapillerlerin plazma ile in-

28 28

Güçlerin toplamı Dışarı İçeri NET DIŞARIYA İTEN GÜÇ (ARTERYEL UÇTA)

41 28 13

Kapillerin arteryel ucundaki güçlerin toplam ı 13 mmHg’lık net bir filtrasyon basıncı ile sıvıyı damar dışına doğru hareket ettirmektedir. 13 mmHg'llk bu filtrasyon basıncı akan kan plaz­ masının yaklaşık yüzde 0.5’inin kapillerlerin arter­ yel ucundan çıkarak interstisyel aralığa filtre olm a­ sına neden olur. Kapillerin Venöz Ucundan Görülen Reabsorpsiyonun Analizi. Kapillerlerin venöz ucundaki b a ­ sıncın düşük olması güç dengesinin aşağıda göste­ rildiği gibi absorpsiyon tarafına doğru kaymasına neden olur. mmHg Sıvıyı içeriye doğru ilen güçler Plazm a kolloid osm otik basıncı İÇERİ İTEN GÜÇLERİN TOPLAMI

28 28

Sıvıyı dışarıya doğru iten güçler Kapiller basın ç (venöz uçla) N egatif interstisyel serbest sıvı basıncı İnterstisyel sıvı kolloid osm otik basıncı

10 3 8

DIŞARI İTEN GÜÇLERİN TOPLAMI

21

Güçlerin toplamı İçeri Dışarı

Kapiller Membrandan Sıvı Hacmi Değişimi

169

NET İÇERİYE ÇEKEN GÜÇ

28 21 7

Yani sıvının içeriye doğru hareketi için sonuçta si­ vıyı kapiller içine iten güç (28 mmHg) interstisyel geri emilim gücünden (21 mmHg) daha büyüktür.

170

ÜNİTE IV • Dolaşım

7 mmHg’lık fark kapillerlerin venöz uçlarındaki reabsorpsiyon basınadır. Bahsedilen reabsoıpsiyon basıncı filtrasyon basıncına göıe oldukça düşüktür. Ancak venöz kapillerlerin arteryel kapillerlere göre sayıca daha fazla ve daha geçirgen olduğu hatırlan­ malıdır. Bu nedenle sıvının içeriye hareketini sağla­ mak için daha az basınca ihtiyaç vardır. Reabsorpsiyon basıncı kapillerlerin arteıyel uçla­ rından filtre olan sıvının yaklaşık onda dokuzunun venöz uçlardan geri emilimi sağlar, geriye kalan sıvı lenfatik damarlar içine akar.

Kapiller Değişimde Starling Dengesi E.H. Starling'in yüzyıl önce belirtiği gibi normal ko­ şullar altında, bazı kapillerlerden dışarı filtre edilen sıvı miktarı ile diğer kapillerlerden reabsorbe edi­ len miktar arasında eşite yakın bir denge vardır. Az miktarda da olsa eşitsizliğe neden olan sıvı ise len­ fatikler yolu ile geri döner. Aşağıdaki tablo Starling dengesinin temelini gös­ termektedir. Bu tabloda kapillerlerin arteryel ve ve­ nöz uçları arasındaki basınçlar ortalama bir değer olan fonksiyonel kapiller basınç olarak kabul edil­ miştir. Bu değer 17.3 m m Hg olarak hesaplanmıştır. mmHg Sıvıyı dışarıya doğru iten ortalam a güçler O rtalam a kapiller b asın ç N egatif interstisyel se rb est sıvı basıncı İnterstisyel sıvı koiloid osm otik basıncı

17.3 3.0 8.0

DIŞARIYA İTEN GÜÇLERİN TOPLAMI

28.3

Sıvıyı içeriye doğru iten ortalam a güçler Pİazm a koiloid osm otik b asın cı İÇERİYE İTON GÜÇLERİN TOPLAMI

28.0 28.0

Güçlerin toplam ı Dışarı İçeri NET DIŞARIYA İTEN GÜÇ

28.3 28.0 0.3

Toplam kapiller dolaşım için toplam dışarı iten güçler ile (28.3 mmHg) toplam içeri iten güçler (28.0 mmHg) arasında yakın bir denge bulmuş ol­ duk. Güçler arasında görülen küçük miktardaki eşitsizlik (0.3 mmHg) interstisyel alana reabsorbe edilen miktara göre filtrasyon ile daha fazla sıvı gir­ mesine neden olur. Filtrasyondaki bu fazlalığa net filtrasyon adı verilir ve sıvının lenfatikler yoluyla dolaşıma geri dönmesini sağlar. Bütün vücuttaki normal filtrasyon hızı sadece 2 ml/dak.’dır. Filtrasyon S ab iti. Ö nceki örnekte kapiller m em branda 0.3 mmHg düzeyinde görülen güçler arasındaki net dengesizlik bütün vücutta dakika­ da 2 mİ net sıvı filtrasyonuna neden olmaktadır. Bu değer her bir m ilim etre civa dengesizlik için düşünülürse net filtrasyonun dakikada, bir m ili­ metre civa basınç farkı için 6.67 mililitre olduğu hesaplanabilir. Bu değer filtrasyon sabiti olarak adlandırılmaktadır.

Filtrasyon sabiti vücudun değişik kısımları için da­ kikada, her bir milimetre civa için, 1 0 0 gram doku başına filtrasyon hızı olarak da ifade edilebilir. Bu durumda filtrasyon sabitinin ortalama bir dokuda yaklaşık olarak 0.01 ıııl/dak/mmHg/lOO g doku ol­ duğu görülür. Dokular arasında kapiller sistemlerde­ ki büyük farklılıklar nedeni ile filtrasyon sabiü faiklı dokularda yüz kata kadar değişiklikler gösterebilir. Beyin ve kas dokusunda bu değerler çok küçük iken derialtı dokuda ortalama bir değerde, barsakta fazla, porlarm sayıca fazla ve geniş olduğu karaciğer ve böbrek glomerüllerinde ise çok yüksektir. Bu neden­ le proteinlerin kapiller membrandan peım eabiliteleri de çok fazla değişiklik göstermektedir. Kas dokusu interstisyumundaki protein konsantrasyonu yakla­ şık 1.5 g/dl iken derialtı dokuda 2 g/dl, ince barsakta 4 g/dl, karaciğerde ise 6 g/dl düzeyindedir.

G ü ç le rd e k i A n o rm a l D e n g e s iz lik le rin K a p ille r M e m b ra n Ü ze rin e Etkisi Eğer ortalam a kapiller basınç 17 m m H g'nın üzeri­ ne çıkarsa sıvıların doku içine filtrasyonuna neden olan net güç de artar. Ortalama kapiller basınçta 20 mmHg’lık bir artış net filtrasyon basıncının 0.3 mmHg değerinden 20.3 mmHg’ya yükselmesine neden olur. Bu durumda normalde interstisyel ara­ lığa filtre olan net sıvının miktarında da 6 8 katlık bir artış görülür. Fazla miktarda sıvının birikimini engellemek için lenfatik sistem deki norm al sıvı akışının 6 8 kat artması gerekecektir. Bu değer ge­ nelde lenfatik sistem in taşıyabileceği miktardan 2 3 kat daha fazladır. Sonuçta sıvı interstisyel alanda birikmeye başlayıp ödem gelişir. Tersine, eğer kapiller basınç çok düşük bir değe­ re inerse net filtrasyon yerine sıvının kapiller içine net reabsoıpsiyonu görülür ve interstisyel sıvı h ac­ minde azalma pahasına kan volümünde artma meydana gelir. Kapiller m em branda görülen dengesizlikler ve bunların değişik ödem tiplerindeki rolleri Bölüm 25’te tartışılmıştır.

LENFATİK SİSTEM Lenfatik sistem sıvının interstisyel alandan kana ak­ masını sağlayan alternatif bir yol oluşturmaktadır. En önemlisi ise lenfatiklerin proteinler ve büyük partiküller gibi, kapiller kana doğrudan absoıpsiyonu mümkün olmayan maddeleri doku aralıkların­ dan uzaklaştırabilmesidir. Proteinlerin interstisyel alanlardan uzaklaştırılması yaşamsal bir olaydır ve aksadığında yaklaşık 24 saat içinde ölüm görülür. Vücudun Lenf K analları V ücuttaki h em en h em en b ü tü n d o k u lar fazla m iktardaki sıvıyı interstisyel ala n d an uzak laştırab ilecek le n f s is t e ­ m ine sahiptir. İstisn alar a ra sın d a derin in yüzeysel k ısım ­ ları, san tral sinir sistem i, periferik sin irlerin iç kısım ları,

BÖLÜM 16 • Kapiller Sıvı Değişimi, Interstisyel Sıvı ve Lenf Akımı k asların e n d o m isy u m tab ak ası ve kem ikler sayılabilir. Bu d o k u lar bile p relen fatikler olarak ad lan dırılan ve intertisyel sıvının ak ab ildiği küçük intertisyel kan allar içer­ m ektedir. Bu sıvı so n u ç o larak lenfatik d a m arla ra veya b ey in d e o ld u ğ u gibi se re b ro sp in a l sıvıya k arışarak direkt olarak k a n a geri döner. V ü cu d u n a şa ğ ı k ısım ların dan gelen lenf, torasik k a n a l ile ak arak şekil 16-8’d a gösterildiği gibi sol internal jugular ven ile su b k lavian venin birleşim n o k tasın d a ven öz siste m e b oşalır. B a şın so l kısm ı, so l kol ve g ö ğ ü s b ö lge sin in çeşitli kı­ sım la rın d a n g e le n le n f de venlere k a rışm ad a n ö n ce to ­ ra sik k a n a la girer. B oyun ve b a ş ın s a ğ k ısm ın d an , sa ğ kol ve to ıak s b ö ­ lü m le rin d e n to p la n a n le n f ise sağ le n f k an alın a karışır ve d a h a so n ra s a ğ su b k la v ia n ven ile in tern al ju g u le r v en in b irle şim n o k ta sın d a ven ö z siste m e boşalır.

Terminal Lenfatik Kapiller ve Perm eabiliteleri.

Arteryel kapillerlerden filtre olan sıvının büyük bir kısmı hücreler arasından akarak kapillerlerin venöz uçlarından geri emilirler. Ancak bu sıvının yaklaşık olarak onda biri venöz kapillerlerden reabsorbe ol­ mak yerine lenfatik kapillerlere girerek kana geri döner. Normalde bu lenfin toplam miktarı günde sadece 2-3 litredir. Lenfatikler ile kana geıi dönen sıvı miktarının az olm asına karşın proteinler gibi moleküller ağırlığı büyük maddelerin kana geri dönmesi için başka

bir yolu olmayan geri emilimini sağlaması açısın ­ dan lenfatiklerin önemi büyüktür. Bu maddeler önemli bir engel ile karşılaşmadan kolayca lenfatik kapillerlere girerler. Bunun nedeni Şekil 16-9'de gösterilen lenfatik kapillerlerin özel yapısıdır. Bu şekilde kapiller endotel hücrelerinin çevredeki bağ dokusuna bağlayıcı filanıentleri ile tutunduğunu gösterilmektedir. Genellikle komşu endotel h ücre­ lerinin birleşim yerlerinde bir endotel hücresinin kenarı serbest bir şekilde hareket eden içeriye d ö­ nük bir kapak oluşturacak şekilde komşu hücrenin kenarı ile üst üste gelmektedir. Böylelikle kapillerin içine doğru açılan küçük bir valf sistem i oluşm ak­ tadır. İntertisyel sıvı, içindeki paıtiküllerle birlikte valfı itip açabilir ve direkt olarak lenfatik kapillerin içine akabilir. Ancak bu sıvı bir kez içeri girdikten sonra lenfatik kapilleri kolaylıkla terk edemez. Bu­ nun nedeni geri akımın valfı kapamasıdır. Lenfa­ tikler terminal lenfatik kapillerin uç kısımlarından başlayıp kan dolaşımına katıldıkları noktalardaki büyük damarlara kadar valflar içerir.

Lenf Yapımı Lenf, in terstisy el sıvıdan o lu şarak len fa tik ler içinde akar. Bu nedenle len f içerik olarak kaynak-

Sentinel Subklavyan ven Sağ lenf kanalı Torasik kanal Aksiller

Sistema şili jdominal düğümler

Kasık düğüm leri

Periferik lenfatikler

Ş E K İL 1 6 - 8 Lenfatik sistem.

171

172

ÜNİTE IV • Dolaşım

(atmosferik basınç) biraz üzerine doğru yükseldik­ çe akımın 20 kat veya daha fazla arttığı görülür. Bu nedenle interstisyel sıvı basıncını artıran herhangi bir faktör normalde lenf akımını da artırır. Bu fak­ törler arasında: Kapiller basın cın yükselm esi P lazm a kolloid osm otik basın cın ın d ü şm e si İnterstisyel sıvı proteininin artm ası Kapiller perm eabilitenin artm ası sayılabilir.

Ş E K İL 16 - 9 Lenfatik kapillerlerin biiyük molekül ağırlıklı maddelerin lenfe geçişine olanak veren özel yapısı.

landığı dokudaki interstisyel sıvı ile aynı b ileşim ­ dedir. Birçok dokudaki interstisyel sıvı protein konsant­ rasyonu 2 g/dl değerinde iken bu dokulardan akan lenfteki protein konsantrasyonu da bu değere ya­ kındır. Diğer taraftan karaciğerde meydana gelen lenfin protein konsantrasyonu 6 g/dl, baısaklardan akan lenfin protein konsantrasyonu ise 3-4 g/dl düzeyine kadar çıkar. Vücuttaki bütün lenfin yakla­ şık üçte ikisi karaciğer ve barsaklar tarafından oluş­ turulduğu için vücudun bütün alanlarından gelen lenfin karışımı olan torasik lenfteki protein kon­ santrasyonu 3-5 g/dl arasında değişmektedir. Lenfatik sistem aynı zamanda gastrointestinal sistem den besin m addelerinin absorpsiyonunu sağlayan ana yollardan birini oluşturmaktadır. Bö­ lüm 65’te tartışıldığı gibi özellikle yağların absorpsiyonunda büyük önem taşır. Gerçekten de yağlı besin alınm asından sonra torasik lenf kanalı yüzde 1 - 2 oranında yağ içerebilir. Ayrıca, bakteri gibi büyük partikülleı* lenfatik ka­ pillerlerin endotel hücreleri arasından ilerleyerek lenf içine girebilirler. Lenf düğümlerinden geçtikçe bu paıtiküller Bölüm 33 ’te anlatıldığı gibi parçala­ narak etkisizleştirilirler.

Bu faktörlerin hepsi kapiller m em branda sıvı de­ ğişiminin interstisyum lehine olm asına yol açarak interstisyel sıvı hacmini, interstisyel sıvı basıncını ve lenf akımını aynı anda artırır. Ancak şekil 16-10’da da görüldüğü gibi interstis­ yel sıvı basıncı atmosferik basınçtan (OmmHg) 1 veya 2 milimetre civa daha yüksek olduğunda lenf akımındaki artış durur. Bunun m uhtem el nedeni, doku basıncındaki artmanın sadece lenfatik kapillerlere giren sıvı miktarını artırmakla kalmayıp ay­ nı zamanda büyük lenfatiklerin dış yüzlerine de basınç yaparak lenf akımını azaltmasıdır. Yüksek basınç değerlerinde bahsedilen bu İki faktör birbi­ rini tam am en dengelemektedir. Böylece lenf akımı “maksimum lenf akım hızı" denen bir hıza ulaşır. Bu, şekil 16-10’ da üstteki plato ile gösterilmiştir. Lenfatik Pompa Lenf Akımını A rtırır. Bütün le n ­ fatik kanallarda valiler vardır. Tipik olanları şekil 1 6 -1 1 ’de lenfatik kapillerlerin için e boşaldığı toplayıcı lenfatikler de gösterilmiştir. İnsanda ve hayvanda hareket halindeki lenfatik­ lerin görüntülenmesi, toplayıcı lenfatiklerin veya daha büyük lenf damarların duvarındaki düz kasın sıvı ile gerilmesi sonucunda otom atik olarak kasıl­ dığını göstermiştir. Ayrıca valiler arasındaki her bir

Lenf Akım Hızı Dinlenm e halindeki bir insanda torasik kanaldan saaatte 1 0 0 mililitre, diğer kanallardan da 2 0 m ili­ litre olmak üzere toplam saatte 1 2 0 mİ ve günde 2 3 litre lenf akımı vardır. İnterstisyel Sıvı Basıncının Lenf Akımı Üzerine Etkisi. Şekil 16-1 l ’de köpek bacağında, değişik dü­ zeylerdeki interstisyel sıvı basıncının lenf akımı üzerindeki etkisi gösterilmiştir. Görüldüğü gibi in ­ terstisyel sıvı basıncı - 6 mmHg’dan daha negatif ol­ duğunda lenf akimı yavaştır. Basınç 0 m m llg ’mıı

Ş E K İL 16 - 10 Bir köpeğin bacağında lenf akımı ile interstisyel sıvı basıncı arasındaki ilişki. İnterstisyel basıncın atmosferik basıncın (0 mnıHg) biraz üzerine çıkması halinde lenf akımının maksimum düzeye (Pr) eriştiğine dikkat ediniz. (Dr. Ilarry Gibson ve Dr. Aubrey Taylorun izniyle).

BÖLÜM 16 • Kapiller Sıvı Değişimi, interstisyel Sıvı ve Lenf Akımı

173

Porlar

Valiler

Lenfatik kapillerler

Ş E K İL 16- 11

Toplayıcı lenfatikler

Lenfatik kapillerlerin, toplayıcı kapiilerlerin ve lenfatik valilerin yapısı.

lenfatik segm ent kendi başına fonksiyon gören otomatik bir pompa gibi çalışabilir. Bu olay, segm entin dolduğu zaman kasılması ve sıvıyı valfden geçirerek bir sonraki lenfatik segm ente pom pala­ ması anlam ına gelmektedir. Yeni segmentin dol­ ması ve bir kaç saniye sonra bu segmentin de kasıl­ ması ile olay, sıvı tam anlamıyla boşaltılıncaya ka­ dar bütün lenfatik damarlar boyunca devam eder. Toıasik lenf kanalı gibi çok büyük bir lenf dam arın­ da lenfatik pompa 50-100 mmHg’ya kadar çıkabi­ len basınçlara neden olabilir. L en fatik lerin D ıştan, A ralıklı S ık ıştırılm a sın a Bağlı Pom palam a. Lenf damarlarının intrensek kasılmaları ile meydana gelen pom palamaya ek olarak aralıklı bir şekilde lenf damarını sıkıştıran herhangi bir eksteı nal faktör pompalam aya neden olabilir. Önem sırasına göre bu faktörler aşağıda belirtilmiştir. Çevredeki vücut kaslarının kasılması Vücudun çeşitli kısımlarının hareketi Arteryel pulsasyonlar Dokular üzerine vücut dışı objeler tarafından bası yapılması.

Lenfatik pompa egzersiz sırasında çok aktif bir rol oynayarak lenf akımını 10-30 kez artırabilmektedir. Diğer taraftan dinlenme durumunda lenf akımı hem en hem en sıfıra iner. Lenfatik K apiller Pompa. Bazı fizyologlar büyük lenf damarlarındaki lenfatik pompaya ek olarak term inal lenfatik kapillerlerin de özel bir şekilde lenfi pompalayabildiğine inanmaktadır. Daha ö n ­ ce açıklandığı gibi lenfatik kapillerlerin duvarları bağlayıcı-filam entler ile çevre dokunun hücreleri­ ne siloca tutunmaktadır. Fazla miktardaki sıvı do­ kuya girip dokunun şişm esine yol açtığında bağlayıcı-filam entler lenfatik kapillerlerin açılm asına neden olarak endotel hücreleri arasındaki birleş­ m e yerlerinden sıvının lenfatik kapiller içine ak­ m asına neden olmaktadır. Doku sıkıştığında ise kapiller içindeki basınç artmakta ve endotel h ü c­ relerinin birbiri üzerine gelen serbest uçlarının bir valf gibi kapanm asına neden olmaktadır. Bu n e ­

denle basınç, lenfi, hücresel bileşkelere doğru it­ mek yerine toplayıcı lenfatiklere doğru yönlendir­ mektedir. Lenfatik kapillerlerin endotel hücreleri kasılabilen aktomiyosin filamentleri içermektedir. Bazı hayvan dokularında yapılan çalışmalar (örneğin yarasa ka­ nadı) bu fılamentlerin birçok küçük kan ve lenfatik damarda görüldüğü gibi ritmik kasılmalara yol açtı­ ğını göstermiştir. Bu nedenle büyük müsküler lenfa­ tiklerde görülen kasılmalara ek olarak lenfatik pom ­ panın en azından bir kısmı lenfatik kapiller endotel hücre kasılmalarından meydana gelebilir. Lenf Akımını Belirleyen Faktörlerin Ö ze ti. Yu­ karıda anlatılanların ışığı altında lenf akımını belir­ leyen iki temel faktör olduğu görülebilir. 1 - inters­ tisyel sıvı basıncı. 2 - lenfatik pom panın aktivitesi. Kabaca denilebilir ki, len f akını Iıızı interstisyel sıvı

basıncı ve lenfatik pom panın aktivitesi tarafından belirlenmektedir.

İnterstisyel Sıvı Protein Konsantrasyonu, İnterstisyel Sıvı Hacmi ve İnterstisyel Sıvı Basıncının Kontrolünde Lenfatik Sistemin Rolü Lenfatik sistemin doku aralıklarındaki fazla sıvıyı ve proteini dolaşıma geri döndüren bir taşım a sistemi olduğu açıktır. Bu nedenle lenfatik sistem (1) inters­ tisyel sıvıdaki protein konsantrasyonunun, (2 ) in ­ terstisyel sıvı hacminin (3) interstisyel sıvı basıncı­ nın kontrolünde temel bir rol oynamaktadır. Şimdi bu faktörler arasındaki etkileşimi açıklayalım. Öncelikle küçük miktarlarda proteinin kan kapillerlerinden sürekli bir şekilde interstisyel aralığa sızdığını hatırlayalım. Ancak çok küçük miktarda interstisyel protein kan kapillerlerinin venöz uçla­ rından dolaşıma geri dönebilir. Bu nedenle prote­ inler interstisyel sıvıda birikme eğilimi gösterirler ve daha sonra da interstisyel sıvı kolloid osmotik basıncını artırırlar. İkinci olarak, interstisyel sıvıda artan kolloid os­ motik basınç kapiller membrandaki güçler denge­ sini interstisyuma sıvı filtrasyonu lehine değiştirir.

174

ÜNİTE IV • Dolaşım

Üçüncü olarak interstisyel sıvı basıncındaki artış daha önce açıklandığı gibi lenf akım hızını büyük ölçüde artırır. Bu, interstisyel alanda biriken fazla miktardaki sıvının ve proteinin uzaklaştırılmasını sağlar. İnterstisyel sıvı protein konsantrasyonunun b e­ lirli bir düzeye ulaşması interstisyel sıvı volümün­ de ve interstisyel sıvı basıncında buna uyan bir yükselmeye neden olur ve lenfatik sistem ile dola­ şım a geri dönen protein ve sıvı miktarının artarak kan kapillerlerinden sızan miktar ile dengede kal­ m asını sağlar. Bu nedenle bu faktörlerin tümü b e­ lirli bir değerde denge durumuna ulaşır. Denge du­ rumu kan kapillerlerinden sıvı ve protein sızma oranı değişmedikçe sabit kalır.

Vücut Dokularını Bir Arada Tutma Anlamında N egatif İnterstisyel Sıvı Basıncının Önemi. Geleneksel olarak vücuttaki farklı dokuların tam a­ men bağ dokusu lifleri tarafından bir arada tutuldu­ ğu düşünülür. Ancak vücuttaki birçok dokuda bağ dokusu lifleri bulunmamaktadır. Bu özellikle doku­ ların birbiri üzerinde yerleşip kayabildiği durumlar­ da görülür (örneğin derinin, elin arka kısmı üzerinde veya yüzde rahatça kayabilmesi gibi). Ancak bu alan­ larda bile dokular bir arada tutulur ve kısmi bir va­ kum etkisi yaratan negatif interstisyel sıvı basıncının bu olayda rolü vardır. Bu dokular negatif basınçlarını kaybettikleri zaman bu alanlara sıvı birikimi görülür ve Bölüm 25’de tartışılacağı gibi ödem gelişir.

REFERANSLAR A ukland K , R eed R K : Interstitial-lym phatic m echanism s in the control o f extracellular fluid volum e. Physiol R ev 7 3 :1 , 1993. B ic k n e ll R J , L ew is C E . Ferrara N: Tumour A ngiogenesis. O xford: O xford University Press, 1997. Born G V R , Schw artz C J: V ascular Endothe­ lium . Stuttgart: Shattaucr, 1997. B ra ce R A , G uyton A C : Interaction o f transcap illary Starling forces in the isolated dog forelim b . Am J Physiol 2 3 3 :H 1 3 6 , 1977. Catravas JD , C allow A D , Ryan U S : V ascular Endothelium . New Y o rk : Plenum Press, 1998. Chang J B , Prasad K , O lsen E A : T ex tb oo k o f A n giology. New Y ork: Springer, 1998. Coleridge S m ith PD : M icrocircu lation in V e ­ nous D isease. A ustin: Landes B io scien ce , 1998. D eja n a E : Endothelial adherens ju n ctio ns: im ­ plication s in the control o f vascular perm e­ ability and angiogenesis. J C lin Invest 9 8 : 19 4 9 , 1996. D e B o e r A G , Sutano W : Drug Transport A cross the B lo o d -B ra in Barrier. Australia: Harwood A cad em ic, 1997. Foldi M : T h e brain and the lym phatic system (II). Lym phology 2 9 :1 0 , 1996. FrancoObregon A, M ontoro R , U rena J, LopezB arn cs J : M odulation o f voltage-gated C a2~ channels by 0 2 tension: sign ifican ce for ar­ terial oxygen chcm oreception. Adv Exp M ed B io l 4 1 0 :9 7 , 1996. G oldberg ID , Rosen E M : R egulation o f A ngio ­ gen esis. B a s e l: Birkhauser, 1997. G uyton A C : Concept o f negative interstitial pressure based on pressures in implanted perforated capsules. C irc R es 1 2 :3 9 9 , 1963. G uyton A C : Interstitial fluid pressure: II. Pressure-volum e curves o f interstitial space. C irc R e s 1 6 :4 5 2 . 1965. Guyton A C , G ranger H J, T ay lor A E: Intersti­ tial fluid pressure. Ph ysiol Rev 5 1 :5 2 7 , 1971. Guyton A C , Prather J , S ch eel K , M cG eh ee J: Interstitial fluid pressure: IV . Its e ffe ct on fluid m ovem ent through the capillary w all. C irc R e s 1 9 :1 0 2 2 , 1966. Guyton A C , S ch eel K, M urphree D: Interstitial fluid pressure: III. Its e ffe ct on resistance to

tissue fluid m obility. C irc R es 1 9 :4 1 2 , 1966. Guyton AC, T ay lor A E , G ranger H J: C ircu la­ tory Physiology II. D ynam ics and Control o f the Body Fluids. Philadelphia: W B Saun­ ders C o, 1975. H aller H: Endothelial function: general con sid ­ erations. Drugs 53(Supp) 1 ):I, 1997. H alliday A : An Introduction to V ascular B io l­ ogy: From Physiology to Pathophysiology. Cam bridge: Cam bridge U niversity Press, 1998. Halperin M L , G oldstein M B : Fluid, E lectro ­ lyte, and A cid -B a se Physiology: A Problem B ased Approach. Philadelphia: W B Saun­ ders C o, 1994. Heliums JD : Sim ulation o f intraluminal gas transport processes in the m icrocirculation. Ann Biom ed Eng 2 4 :1 , 1996. Hepple R T : A new m easurement o f tissue ca p ­ illarity: the capillary-to-fibre perim eter e x ­ change index. Can J Appl Physiol 2 2 :1 1 , 1997. Highsmith R F : Endothelin: M olecular Biology, Physiology, and Pathology. Totow a, NJ: Humana Press, 1998. Landis E M : C apillary pressure and capillary perm eability. Physiol Rev 1 4 :4 0 4 , 1934. Landis E M , Pappcnheim er J R : Exch an ge o f substances through the capillary w alls. In: H am ilton W F (ed): Handbook o f Physiol­ ogy. S e c . 2, V ol. 2 . Baltim ore: W illiam s & W ilkins, 1 9 63, p 96 1 . Lan gille B L : A rterial rem odeling: relation to hem odynam ics. Can J Physiol 7 4 :8 3 4 , 1996. Levy M M : Pulm onary capillary pressure: clin i­ cal im plications. C rit C are C lin 1 2:819, 1996. L ey K : M olecular m echanism s o f leukocytc recruitm ent in the inflammatory process. Cardiovasc R es 3 2 :7 3 3 , 1996. M aeda N: Erythrocyte rheology in m icrocirculation. Jpn J Physiol 4 6 :1 , 1996. M aragoudakis M E : A ngiogenesis. New York: Plenum Press, 1998. M aruyam a Y , Hori M , Jan ick i JD : C ardiovas­ cular Rem odeling and Functional Interac­ tion. T o k y o : Springer, 1997. M ichel C C : Starling: the formulation o f his

hypothesis o f m icrov ascular fluid exchange and its significance a fter 1 0 0 years. E xp Physiol 8 2 :1 , 1997. Mohrman D E . H eller L J : C ard iovascu lar Phys­ iology. New York: M cG raw -H ill, 1997. N icoll PA , T ay lor A E: Lym ph form ation and flow. Annu R ev Physiol 3 9 :7 3 , 1977. N ilius B , V iana F , Droogm ans G : Ion channels in vascular endothelium . Annu R e v Physiol 5 9 :1 4 5 , 1997. Pries A R , S eco m b T W , G aehtgens P: Biop hy s­ ical aspects o f blood flow in the m icrov as­ culature. C ardiovasc R e s 3 2 :6 5 4 , 1996. Rippe B , Haraldsson B : Transport o f m acrom olecules across m icrovascular w alls: the tw o-pore theory. Physiol R ev 7 4 :1 6 3 , 1994. Ruoslahti E , Engvall E : Integrins and vascular extracellular m atrix assem bly. J Clin Invest 9 9 :1 1 4 9 , 1997. Schiffrin E L : T h e endothelium o f resistance arteries: physiology and role in hyperten­ sion. Prostaglandins Leukot E ssent Fatty A cid s, 5 4 :1 7 , 1996. Schm id-Schonbein G W : T h e lym phatic trans­ port m echanism s. B io e n g S c i N ew s 17 :5 1 , 1993. Schw artz S M , R eidy M A , d e B lo is D : Factors important in arterial narrow ing. J H ypertens I 4 :S 7 I , 1996. Schw inn D A : N ew A dvances in V ascu lar B io l­ ogy and M olecular C ard iovascu lar M ed i­ cine. Baltim ore: W illia m s & W ilk in s, 1998. Skalak T C , Price R J: T h e role o f m echanical stresses in m icrov ascular rem odeling. M i­ crocirculation 3 :1 4 3 , 1996. T ay lor A E , G ranger D N : Exch an ge o f m acrom olecules across the m icrocirculation. In: Renkin EM , M ich el C C (cd s): H andbook o f Physiology. S e c . 2 , V o l. IV . Bethesda: A m erican P h y siolog ical S o ciety , 1984, p 467. Vanhoutte PM : V asod ilation : V ascular Sm ooth M uscle, Peptides, A uton om ic N erves, and Endothelium . New Y o rk : R aven Press, 1988. W ood M B , G ilbert A : M icro v ascu lar B o n e R e ­ construction. S t. L ou is: M osby, 1997. Zeidel M L : Low perm eabilities o f apical m em ­ branes o f barrier ep ith elia: what m akes w a­ tertight m em branes w atertight? Am J Phys­ iol 2 7 L F 2 4 3 , 1996.

Kan Akımının Dokular Tarafından Lokal Kontrolü ve Humoral Düzenleme

DOKUNUN GEREKSİNİMİNE GÖRE KAN AKIM ININ LOKAL KONTROLÜ Dolaşımın en temel kurallarından birisi her doku­ nun kendi kan akımını m etabolik gereksinimlerine göre yine kendisinin belirlemesidir. Dokuların kan akım ına neden ihtiyacı vardır? Bu soruya cevap olarak aşağıdaki faktörleri sırala­ yabiliriz. 1. O ksijenin d ok u lara taşın m ası 2. Glikoz, am in o asitler, y ağ asitleri gibi b e sin m a d d e ­ lerinin do k u lara taşın m a sı 3. K arbon d iok sidin d ok u lard an uzaklaştırılm ası 4. H idrojen iyonların ın dok u lardan uzaklaştırılm ası 5. D okulardaki diğer iyonların ko n san trasy on ların ın d e n g e le n m e si 6. Ç eşitli h orm o nların ve sp esifik m oleküllerin farklı d ok u lara taşın m a sı

Ayrıca belirli organlar kan akımına özel gereksi­ nim gösterirler. Örneğin derideki kan akımı vücut­ tan ısı kaybı miktarını belirleyerek vücut ısısının kontrolünü sağlar. Yeterli miktarda plazmanın bö b ­ reklere gidişi sayesinde vücuttaki atık maddelerin böbreklerden atılması sağlanır. Daha sonra da görüleceği gibi bu faktörlerin bir­ çoğu lokal kan akımının kontrolünde çok önemli roller oynar. D eğişik O rgan Ve D okuların Kan Akım ındaki Farklılıklar. Genelde bir organın m etabolizm ası ne kadar fazlaysa kan akımı da o kadar fazla olur. Örneğin Tablo 17-1’de çeşitli salgı bezlerindeki kan akım ının oldukça fazla olduğu görülm ekte­ dir; tiıoid veya adrenal bezlerin 1 gramı başına düşen kan akımı miktarı birkaç yüz mililitre civa­ rında, dakikada toplam 1350 mİ kan alan karaci­ ğerdeki kan akımı değeri ise 95 ml/dak/lOOg ola­ rak bilinm ektedir. Böbreklerdeki kan akımı değerinin çok fazla ol­ duğu tablodan anlaşılmaktadır (360ml/min/100g). Bunun nedeni böbreklerin vücuttaki atıkları tem iz­ leyebilmek için fazla miktarda kana ihtiyacı olm a­ sıdır. Diğer taraftan iskelet kaslarının total vücut ağırlığının yüzde 3 0 -4 0 ’ım oluşturm alarına rağ­ m en irıa k tif halindeki kan akımı değerlerinin total 750 ml/dak. olm ası şaşırtıcıdır. D inlenm e

halindeki kasların m etabolik aktivitesi çok az ol­ duğu için buna bağlı olarak kan akım ı da düşük­ tür (sadece 4 ml/dak/100 g). Ancak ağır egzersiz sırasında kasın m etabolik aktivitesi 60 kat veya daha fazla arttığı için, kan akım ı da yaklaşık 2 0 kat artarak 1 0 0 gram kas başına 80 ml/dak değe­ rine kadar çıkabilir. Kan Akımı Kontrolünün Lokal Dokular Tarafın­ dan Yapılmasının Önem i. Basit bir soru sorulabi­ lir: Tüm dokulara, dokunun aktivitesinin az ya da çok olmasına bakmadan, dokunun gereksinimleri­ ni her zaman karşılayacak kadar çok kan akımı n e ­ den sağlanmıyor? Bu sorunun yanıtı da aynı dere­ cede basittir: Bunu sağlayabilmek için gereken kan miktarı, kalbin pompalayabileceği düzeyin çok üs­ tündedir. Yapılan deneysel çalışmalar her organa giden kan akımının ne eksik ne fazla, o organın m inimal ihtiyaçlarını karşılayacak oranda düzenlendiğini göstermiştir. Örneğin, en önemli ihtiyacı oksijen olan dokulara giden kan akımı bu ihtiyacın biraz daha fazlasını karşılayacak düzeyde (bundan daha fazla değil) tutulmaktadır. Lokal kan akımının bu şekilde kontrol edilmesi dokuların beslenm e b o ­ zukluğu ile karşılaşmasını engellerken kalbin iş yü­ kü de minimumda tutulmuş olur.

H

KAN AKIM ININ KONTROL MEKANİZMASI Lokal kan akımı iki kısımda incelenebilir. 1- akut kontrol ve 2 - uzun süreli kontrol. Akut kontrol arteriyoller, metarteriyoller ve pıekapiller sfinkterlerin lokal konstrüksiyonlarmdaki hızlı değişikliklerle gerçekleşüı ilirve lokal doku için gerek­ li kan akımını sağlamak üzere dakikalar veya saniye­ ler içinde görülür. Uzun süreli kontrol ise, günler, haftalar hatta ay­ lar içerisinde akımda meydana gelen yavaş değişik­ likler anlamına gelir. Genel olarak, uzun sürede meydana gelen değişiklikler dokuların ihtiyacı olan kan akımının kontrolünde daha iyi sonuçlar verir. Bu değişiklikler dokuya kanı getiren damarların sa ­ yısında veya fiziksel boyutlarında artm a veya azal­ ma şeklinde kendini gösterir. 175

176

ÜNİTE IV • Dolaşım

TABLO 17- 1 Bazal Koşullarda Farklı Doku ve Organlardaki Kan Akımı

Beyin Kalp Bronşlar Böbrekler Karaciğer Poıtal Arteryel Kas (inaktif) Kemik Deri (soğuk hava) Tiroid bezi Adrenal bezler D iğer d okular Toplam

Yüzde

ın l/dak

14 4 2 22 27 (21) (6) 15 5 6 1 0.5 3.5

700 200 100 1100 1350 (1050) (300) 750 250 300 50 25 175

100.0

5000

ın l/dak /100g 50 70 25 360 95

4 3 3 160 300 1.3

Ş E K İL 17 - 2 İzole köpek bacağında arteryel oksijen satürasyonunun kan akımına etkisi.

-

Dr. L.A. Sapirstein’in verileri baz alınmıştır.

Lokal Kan Akımının Akut Kontrolü Doku Metabolizm asının Lokal Kan Akımı Ü ze­ rindeki Etkisi. Şekil 17-1'de, kasta, lokal doku içe­ risinde artan metabolizma hızının kan akımı üze­ rindeki etkisi gösterilmektedir. Görüldüğü gibi m e­ tabolizmada norm alin sekiz katı bir atış meydana gelirse kan akımı akut bir şekilde dört kat artmak­ tadır. Başlangıçta kan akımındaki artış, m etaboliz­ madaki artıştan daha azdır. M etabolizm a kandaki besin maddelerinin çoğunu tüketebilecek oranda artarsa, metabolizm anın daha da fazla artması için gerekli besin maddelerini sağlayacak olan kan akı­ mının da beraber artması gereklidir. Oksijen M iktarı Değiştiğinde Lokal Kan Akımı­ nın Akut Regülasyonu. Dokunun beslenmesi için gerekli olan en önemli maddelerden bir tanesi oksi­ jendir. (1) Yüksek irtifada, (2) pnömoni de, (3) kar­ bon monoksid zehirlenmesinde (hemoglobinin ok­

sijen taşıma kapasitesini engeller) (4) siyanür zehir­ lenmesinde (zehir dokuların oksijen kullanmasını engeller) olduğu gibi dokulardaki oksijen miktarı düştüğü anda dokuya giden kan akımında belirgin bir artma meydana gelir. Şekil 17-2’de, arteryel oksi­ jen satürasyonunun normalin yüzde 25'ine düşme­ si halinde izole bacak prepaıatına giden kan akımınm yaklaşık üç kat arttığı görülmektedir. Bu olay, kan akımının kanda azalan oksijen miktarını karşı­ lamak için hemen hemen yeterli olabilecek oranda artarak otomatik bir şekilde dokulara sabit bir oksi­ jen sunumu sağladığını göstermektedir. Dokunun siyanür ile zehirlenmesi halinde lokal kan akımı ye­ di katlık bir artış gösterebilmektedir. Bu olay, oksijen yetersizliğinin doku kan akımını artıran en önemli etmenlerden biri olduğunu gösterir. Doku metabolizma hızı veya oksijen ihtiyacı değiş­ tiğinde lokal kan akımında meydana gelen değişiklik­ leri açıklayan iki temel teori öne sürülmüştür. Bunlar 1 - vazodilatatör teori, 2 - oksijen ihtiyaç teorisidir. Akut Lokal Kan Akımı Regülasyonunda Vazodila­ tatör Teori -Adenozinin Özel Rolü. Bu teoriye gö­ re, metabolizma lıızı ne kadar fazla ise veya oksijen (veya diğer besin maddeleri) düzeyi ne kadar az ise vazodilatatör m addenin oluşumu da o kadar fazla olacaktır. Daha sonra vazodilatatör maddenin prekapiller sfinkteılere, m etarteriyollere ve arteriyollere diffüze olarak dilatasyona neden olduğuna in a­ nılır. Öne sürülen vazodilatatör maddeler arasında

adenozin, karbon dioksid, laktik asit, adeııozin fo s ­ fa t bileşikleri, histanıin, potasyum iyonları ve h id ­ rojen iyonları sayılabilir.

Ş E K İL 17 - 1 Artan metabolizma hızının doku kan akımına etkisi.

Vazodilatatör teorilerin bir çoğunda, vazodilatatör maddelerin doku oksijenasyonu azaldığında ortaya çıktığı düşünülür. Örneğin deneysel çalışmalar oksi­ jen düzeyinin azaldığı hallerde dokulardan laktik asit ve adenozin açığa çıktığını göstermiştir. Bu maddeler güçlü vazodilatasyona neden olabilir ve lokal kan akımının regülasyonunda rol oynayabilir. Bazı fizyologlar, adenozinin lokal kan akımının regülasyonunda rol oynayan en önem li lokal vazo­ dilatatör olduğunu ileri sürmektedir. Örneğin, ko­ roner kan akımı yetersiz olduğunda küçük m iktar­

BÖLÜM 17 • Kan Akımının Dokular Tarafından Lokal Kontrolü ve Humoral Düzenleme

larda adenozinin açığa çıktığına ve kalpte lokal vazodilatasyona neden olaıak kan akımını normale doğıu düzelttiğine inanılmaktadır. Ayrıca, kalp norm alin üstünde aktif hale geldiğinde ve m etabo­ lizması arttığında fazlalaşan oksijen iitilizasyonu nedeniyle ( 1 ) kalp kası oksijen konsantrasyonunda düşme meydana gelmektedir ve (2 ) buna bağlı adenozin trifosfatın harcanması ve (3) adenozin oluşu­ munda artm a görülmektedir. Meydana gelen bu adenozinin hücre dışına sızarak koroner vazodilatasyona ve aktif kalbin ihtiyacını karşılayacak kan akımı artışına neden olduğuna inanılmaktadır. Bu alandaki araştırma kanıtları daha az olmakla beraber, bazı fizyologlar aynı adenozin m ekaniz­ m asının iskelet kasında ve daha birçok dokuda da önem li bir ı ol oynadığına inanmaktadır. Lokal kan akımının regülasyonunda ileri sürülen vazodilatatör teorilerin aksayan noktası, doku ok­ sijeni azaldığında veya m etabolik ihtiyaç arttığında meydana gelen kan akımı artışlarının tek bir vazo­ dilatatör maddeye bağlı olduğunu kanıtlamanın güç olmasıdır. Diğer taraftan kan akımındaki artış­ lar farklı vazodilatatörlerin kombine etkisi sonu­ cunda meydana gelebilir. Kan Akımının Lokal Kontrolünde Oksijen İhtiyaç Teorisi. Vasküler teori birçok fizyolog tarafından kabul edilmekle beraber birkaç nedenden dolayı bazı fizyologlar başka bir teori üzerinde de dur­ muşlardır. Bu teoriye oksijen ihtiyaç teorisi veya daha doğru olarak beslenm e m addeleri ihtiyaç te­ orisi denmektedir (çünkü oksijen dışında diğer beslenm e maddeleri de olaya katılabilir). Oksijen (diğer beslenm e faktörleri de dahil olmak üzere) vasküler kasın kasılabilmesi için gereklidir. Bu n e­ denle oksijen veya diğer beslenm e faktörlerinin ye­ tersizliği söz konusu olduğunda kan damarlarının doğal olarak dilate olacağını düşünmek mantıklı­ dır. Ayrıca artan metabolizma sonucu oksijenin ütilizasyonunda meydana gelen artma teorik ola­ rak lokal kan damarlarında oksijen miktarını azal­ tacak bunun sonucunda lokal vazodilatasyon m ey­ dana gelecektir. Şekil 17-3’de oksijen ihtiyaç teorisinin çalışma şekli gösterilmiştir. Şekilde doku-ünitesi olarak ad­ landırılabilecek yapı; metarteriyol, tek bir kapiller damar ve çevre dokusundan oluşmaktadır. Kapillerin başlangıç noktasında prekapiller sfnıkter, metarteriyolün etrafında da diğer düz kas lifleri bu­ lunmaktadır. Yarasa kanadı gibi ince bir dokunun ışık mikroskobu altında çalışılması sırasında pre­ kapiller sfinkterlerin tam olarak kapalı veya tam a­ m en açık oldukları ve metarteriyollerde meydana gelen kasılmaların değişik derecelerde olduğu gö­ rülebilir. Herhangi bir zamanda açık halde bulu­ nan prekapiller sfinkterlerin sayısı dokunun bes­ lenm e ihtiyacına göre değişmektedir. Ayrıca preka­ piller sfinkterler ve metarteriyoller siklik olarak da­ kikada birkaç kez açılıp kapanmakta, açık oldukla­ rı süre dokuların metabolik ihtiyacına göre değişik­ lik göstermektedir. Belirli bir sırayla açılıp kapan­ ma olayına vazomosyon adı verilir.

177

Ş E K İL 17 - 3 Akut lokal fecdback kan akımı kontrolünü açıklayan bir doku,birim alanının görünümü.

Dokudaki oksijen konsantrasyonunun kan akı­ mını nasıl düzenlediğini şöyle açıklayabiliriz. Düz kas dokusu oksijen (veya oksijenin yanında diğer beslenm e faktörlerine) ihtiyacı olan bir yapı oldu­ ğundan, oksijen konsantrasyonu arttıkça kasılı ola­ rak kalabilmesi veya sfinkterlerin kasılma gücü ar­ tacaktır. Bu nedenle dokudaki oksijen miktarı b e­ lirli bir düzeyi aştığında prekapiller sfinkterler ve metarteriyoller m uhtem elen kapanacak ve doku fazla oksijeni kullanıncaya kadar da kapalı kalacak­ tır. Oksijen konsantrasyonu yeterince düştüğünde ise sfinkterler tekrar açılacak ve bu döngü devam edecektir. Sonuç olaıak elimizdeki bulgular dokuların metabolik ihtiyaçlarına göre kan akımının düzenlen­ mesi olayını vazodilatatör veya oksijen ihtiyaç te­ orileri ile açıklayabilmektedir. Belki de her iki m e­ kanizma beraber çalışmaktadır. Lokal Kan Akımının K ontrolünde Oksijenin Yanısıra D iğ er Beslenme Faktörlerin in Olası Rolü. Özel durumlarda, perfüze olan doku kanın ­ daki glikoz m iktarının birkaç dakikadan fazla sü ­ reyle düşük olm asının dokuda lokal vazodilatasyona yol açtığı gösterilmiştir. Ayrıca aynı etki amino asitler veya yağ asitleri gibi diğer besin m ad ­ delerinin eksikliğinde de ortaya çıkabilir. Ancak bu konu üzerinde henüz yeterince çalışılm am ış­ tır. Vazodilatasyon vitam in eksikliği ile görülen bir hastalık olan beriberide de görülm ektedir (bu hastalıkta tiamin, niasiıı ve riboflaviıı gibi B vita­ m inlerinde eksiklik süz konusudur). B eriberi h as­ talığında periferik damarlardaki kan akım ı iki üç kat artm ış olabilir. Bu vitam inler ATP sentezinde kullanılan oksidatif fosforilasyon m ekanizm aları­ nın işleyişinde gerekli olduğu için eksikliklerinde düz kas tonusunda azalm a ve buna bağlı vazodi­ latasyon görülebilir.

178

ÜNİTE IV • Dolaşım

Kan Akımının Metabolik Kontrolüne Özel Örnekler Lokal kan akım ının kontrolü ile ilgili şimdiye kadar açıklanan mekanizm alar “metabolik mekanizm a­ lar" olarak adlandırılabilir çünkü hepsi dokuların m etabolik gereksinm elerine cevap vermektedir, Lokal kan akımının metabolik kontrolünde iki özel durum daha vardır. Bunlar; reaktif hiperenıi ve a k ­ tif hiperem i olarak adlandırılabilir. R eaktif H iperem i. Bir dokunun kan akımı birkaç saniye veya dakika süreyle kesildikten sonra tekrar kanlandırılırsa dokuya giden kan akımı normale göre döı t-yedi kat artar; eğer kansız bırakılan süre birkaç saniye ise kan akımında meydana gelen ar­ tış da bir kaç saniye süreyle olur. Ancak kan akımı bir saat veya daha fazla süreyle engellenirse bunu takip eden tekrar kanlanma döneminde kan akı­ mında görülen artış da bir saat kadar sürebilir. Bu olaya rea k tif hiperem i adı verilmektedir. Reaktif hi­ peremi lokal kan akımının metabolik kontrolünün bîr başka boyutu olarak karşımıza çıkar. Bunun n e­ deni kan akımı engellendiğinde vazodilatasyona neden olan bütün faktörlerin harekete geçmesidir. Kısa süreli vasküler tıkanmayı takip eden reaktif hi­ peremi dönem inde kan akımında görülen artış tı­ kanm a sırasında m eydana gelen oksijen azlığını geri ödemeye yetecek kadardır. Bu mekanizma do­ kuya giden oksijen ve diğer besin maddeleri ile lo­ kal kan akımı regülasyonu arasındaki ilişkiyi net bir şekilde göstermektedir. A k tif H iperem i. Egzersiz halindeki kas, hipersekresyon periyodundaki gastrointestinal bezler veya ani m ental aktivite gösteren beyin örneğinde oldu­ ğu gibi eğer bir doku aktif hale gelirse bu dokuya gi­ den kan miktarı da artar. Lokal kan akımı kontro­ lündeki temel mekanizmalar hatırlanırsa buradaki a k t if hiperem i kolaylıkla açıklanabilir. Lokal m eta­ bolizma hızındaki artış hücrelerin doku sıvıların­ daki besin maddelerini harcayarak büyük m iktar­ larda vazodilatatör maddelerin birikmesine yol açacaktır. Sonuç olarak lokal kan damarlarında gevşeme ve kan akımında artma olacaktır. Bu şekil­ de, aktif doku yeni fonksiyon düzeyine göre besin maddelerini daha fazla alır. Daha önce belirtildiği gibi, yoğun egzersiz sıra­ sında iskelet kasında meydana gelen aktif hipere­ mi, lokal kan akımını 2 0 kat arttırabilir.

A rte ry e l Basıncın N o rm a le G öre D eğişm esi H a lin d e Kan A kım ının "O to re g ü la s y o n u "" M e ta b o lik " ve " M iy o je n ik " M ekanizm alar Arteryel basınçta meydana gelen ani bir artış vücu­ dun herhangi bir dokusuna giden kan akımını da arürır. Bir dakikadan daha kısa bir sürede, birçok dokudaki kan akımı normal düzeyine geri döner. Kan akımının normale dönüşüne “kan akımının otoregülasyonu” adı verilir. Otoregülasyon görül­ dükten sonra birçok dokudaki kan akımı Şekil 17-

Arteryel basınç (mm Hg)

Ş E K İL 17 - 4 Kasta, artan arteryel kan basıncının kan akımı üzerindeki etkisi. Düz eğri, arteryel basıncın birkaç dakika süreyle artırılması halindeki etkiyi göstermektedir. Çizgili eğri, arteryel basıncın çok yavaş bir şekilde haftalar içinde artırılması durumundaki etkiyi göstermektedir.

4 ’te “akut" olarak gösterilen kısımdaki arteryel b a ­ sınç değerlerine uygunluk gösterecektir. Arteryel basıncın yaklaşık 70 mmHg ile 175 m mHg değerle­ ri arasında olması halinde arteryel basınç yüzde 150 artsa bile kan akımının sadece yüzde otuzluk bir artış göstermesi dikkat çekicidir. Yaklaşık yüz yıl önce otoregülasyonu açıklayacak iki mekanizm a ileri sürülmüştür. 1 - m etabolik te­ ori, 2 - miyojenik teori. M etabolik teori kan akımı kontrolü ile ilgili ö n ce­ ki tartışma düşünüldüğünde kolaylıkla anlaşıla­ caktır. Arteryel basınç arttığında fazla miktardaki akım dokulara fazla miktarda oksijen ve besin m addelerinin gitmesine neden olacak ve bu m ad­ deler de kan damarlarının kasılmasını sağlayarak artmış basınca rağmen akımı norm al düzeylerine geri döndürecektir. Miyojenik teori ise otoregülasyonun doku m eta­ bolizması ile ilgisi olmayan başka bir bileşeni oluş­ turur. Bu teori küçük kan damarlar ının gerilmesi h a­ linde damar duvarındaki düz kasın kasılması ilkesi­ ne dayanmaktadır. Bu nedenle artan kan basıncının damarı germesi durumunda vasküler kontraksiyon ile kan akımının normale yakın düzeylere geri dön­ düğü düşünülür. Sonuç olarak düşük basınç düzey­ lerinde damar duvarındaki gerilme de az olur ve düz kasın gevşemesine bağlı akım artar. Miyojenik otoregülasyonun bütün vücut için ge­ çerli ve güçlü bir mekanizma olduğunu düşünmek şu nedenle zordur. Basınçta meydana gelen artma kan damarlarının gerilmesine yol açar ve bu da vazokonstriksiyona neden olur. Artan konstriksiyon periferik direnci arttıracak ve kan basıncının daha da yükselmesine neden olacaktır. Basınçta meyda­ na gelen sekonder artış daha fazla gerilmeye neden olup vazokonstriksiyon ve kan basıncının daha da fazla yükselmesine neden olacaktır. Yani kısır bir döngü oluşacak ve bu döngü sonucu bedenin

BÖLÜM 17 • Kan Akımının Dokular Tarafından Lokal Kontrolü ve Humoral Düzenleme

bütün bölgelerinde kan akımı azalarak ölüm e neden olabilecektir.

Bazı Ö ze! D o k u la rd a Kan A kım ının Ö zel K o n tro lü Lokal kan akımının kontrolünde önemli olan genel mekanizmalar vücuttaki tüm dokularda geçerli ol­ m akla birlikte bazı özel alanlarda farklı m ekaniz­ m alar işlev görmektedir. Lokal kan akım ının m etabolik kontrolünün iki özel örneği ıea k tif hiperem i ve aktif hiperemidir. 1. Böbreklerde kan akım ının kontrolü tubuloglom erula rg eri beslem e adı verilen bir m ek an izm a ile olm aktadır. T u bu lo glom erü ler feed back m ekan izm ad a, distal tiibüliin b aşlan g ıcın d a, tübül içindeki sıvının b ileşim i, m akula d e n sa ad ı verilen ve tübiilün, ju kstaglo m erü ler ap arey h iz asın d a afferent arteriyolle k o m şu olduğu b ö lg e d e yer alan tiibüler epitelyal yapı tarafından saptanır. G lom erullerde, fazla m iktarda sıvı kan dan tübüler siste m içine filtre old u ğ u n d a m akula d e n sad a oluşan uygun cevap lar say e sin d e afferent ve efferent arteriyollerde k asılm a m ey ­ d a n a gelir. Bu şekilde b öb rek kan akım ı ve glom erular filtrasyon oranı n orm al düzeyine doğru geri döner. Bu m ek an izm an ın detayları B ölüm 2 6 ’da tartışılm ıştır. 2. Beyinde kan akım ının doku o k sije n asy o n u n a göre ay a rlan m asın ın yanı sıra karbon diok sid ve h id rojen iyon k o n san trasy on ları d a ön em li bir rol oyn am aktadır. B un ların h erh an gi birin de m e y d an a gelen artış sereb ral d a m arla rı gen işleterek biriken karb on dioksid ve h id ro ­ je n iyonlarının o rtam d an u zaklaştırılm asın ı sağlar. Bu, beyn in ek sitatö r fonksiyonlarının karbon diok sid ve h id ­ ro jen iyon kon san trasy on ların ın kesin kon trolün e bağlı o lm a sı neden iy le önem lidir. Serebral kan akım ı kontrol m e k an izm aları B ölü m 61’de tartışılm ıştır.

M ik ro v a s k ü le r Kan A kım ı A rttığ ın d a B üyü k A rte rle rin D ila te O lm a M e k a n iz m a s ı-E n d o te l Kaynaklı G e v ş e tic i F a ktö r (N itrik O ksid ) Doku kan akımını kontrol eden lokal m ekanizm a­ lar sadece dokunun yakınındaki küçük mikrodamarları genişletebilir. Bunun nedeni vazodilatatör maddelerin ve oksijen azlığının sadece çevre da­ marlara ulaşabilmesi, orta ve büyük damarlara et­ kili olamamasıdır. Dolaşımın mikrovasküler yata­ ğında kan akımı arttığında sekonder olarak, farklı bir mekanizm a ile büyük arterlerde de dilatasyon oluşur. Bu mekanizma şöyle açıklanabilir. Aı teriyoller ve küçük arterlerdeki endotel hücreleri arteryel duvarın kasılma derecesini etkileyebilen çe­ şitli maddeleri sentez edip salabilirler. Bu vazodilata­ tör maddelerden en önemlisi endotel-kaynaklı gevşe­ tici fa k tö r zû\ verilen bir moleküldür. Bu faktör büyük olasılıkla kan yarı ömrü sadece 6 saniye olan nitrik oksid molekülüdür. Arterler içinden hızla akan kanın damar duvarına yapüğı sürtünme endotel hücreleri üzerinde sürtiinme-stresi (shear-sües) adı verilen olaya neden olur. Meydana gelen sües endotel hücre­ lerine akım yönünde bası uygulayarak nitrik oksid serbestlemesini önemli miktarda artırır. Niüik oksid arteryel duvarı gevşeterek dilatasyona neden olur.

179

Bu olay, mikrovasküler kan akımı arttığı zaman bü­ yük damarların çapında sekonder bir artışa neden ol­ duğu için önemli bir mekanizmadır. Böyle bir etkinin olmadığı düşünülürse, lokal kan akımı kontrol meka­ nizmalarının etkinliğinin azaldığı veya tamamen or­ tadan kalktığı görülecektir. Çünkü kan akımına karşı oluşan rezistansın büyük bir bölümü arterler ve arteriyoller tarafından meydana getirilmektedir.

Kan Akımının Uzun Süreli Kontrolü Buraya kadar tartışılan lokal kan akımı konüol m e­ kanizmalarının çoğu lokal doku koşulları değiştikten birkaç saniye veya dakika içinde etkili olmaktadır. An­ cak akut mekanizmaların tam anlamıyla etkili olması halinde bile kan akımı kontrolü açısından dokunun gerçek gereksinmelerini karşılama yolunda dörtde üç­ lük bir mesafe alınmış olmaktadır. Örneğin, arteryel basınç aniden 100 mmHg değerinden 150 mmHg de­ ğerine yükseldiğinde kan akımı da aniden yüzde 1 0 0 oranında artar. Bunu izleyen 30 sn ile 2 dk içinde kan akımı düşerek orijinal kontrol değerinin ancak yüzde 15 fazlası olacak düzeye iner. Bu olay akut üp lokal ıegiilasyonun hızını göstermektedir. Aynı zamanda kan akımında meydana gelen yüzde 15’lik arüş nedeniyle de tam bir regülasyon olamadığını gösteril'. Akut regülasyona ilave olaıak, saatler, günler ve aylar içerisinde uzun süreli lokal kan akımı kontrol meka­ nizmaları gelişmektedir. Uzun süreli konüol, akut m e­ kanizmalara göre çok daha tam bir regülasyon sağlar. Örneğin yukarıdaki örnekteki arteryel basınç değeri sürekli bir şekilde 150 mmHg değerinde kalırsa birkaç hafta içinde dokulara giden kan akımının tamamen normal düzeyine doğru geri döndüğü görülecektir. Şe­ kil 17-4’deki çizgili eğriye bakıldığında lokal kan akımı kontrolünde uzun süreli regülasyonun etkinlik derece­ si belirgin bir şekil görülmektedir. Buradan, uzun süre­ li regülasyonun ortaya çıkması için gerekli zaman geç­ tiği takdirde arteryel basıncın 50 ile 250 mmHg değer­ leri arasında uzun süreli değişmesinin, lokal kan akımı üzerinde çok az etkili olduğu anlaşılmaktadır. Kan akımının uzun süreli düzenlenmesi özellikle bir dokunun metabolik ihtiyaçları değiştiği zaman önem kazanır. Bir dokunun aktivitesi kronik olarak artarsa ihtiyaç duyduğu oksijen ve besin maddesi miktarı da artar. Bu durumda eğer dolaşım siste­ minde bir patoloji yoksa ya da yanıt veremeyecek kadar yaşlı değilse-kan damarları bir kaç hafta içinde dokunun gereksinimini karşılayacak biçimde artar.

Uzun Süreli Regülasyonun Mekanizmaları-Doku Damarlanmasındaki Değişikler Uzun süreli kan akımı regiilasyonunun mekanizması doku damarlanmasındaki artıştır. Örneğin eğer doku metabolizması uzun süreli artarsa damarlanmada artma, azalırsa damarlanmada da azalma görülür. Sonuç olarak dokunun ihtiyaçlarına göre, damaılanmasında yeniden yapılanma meydana gelir. Yeni­ den yapılanma çok genç olan hayvanlarda hızla gö-

180

ÜNİTE IV • Dolaşım

riilür (günler içerisinde). Nedbe (skar) dokusu veya kanseıöz dokuda olduğu gibi yeni büyüyen doku içinde de bu olay hızlıdır. Uzun süreli regülasyonun yerleşmesi için gerekli olan zaman yeni doğanda bir­ kaç gün iken yaşlı bir insanda aylar hatta yıllar süre­ bilir. Ayrıca sonuçta gelişen cevap genç dokularda yaşlı olanlara güre çok daha fazladır. Bu nedenle ye­ ni doğandaki dam arlanma dokunun kan akımı için olan ihtiyaçlarını tamamen karşıüyabilirken, yaşlı dokularda damarlanma sıklıkla doku kan akımı ihti­ yacının arkasında kalır. Uzun Süreli Regülasyonda Oksijenin Rolü. Oksi­ jen sadece kan akımının akut kontrolünde değil uzun sineli kontrolünde de önemli bir rol oynamaktadır. Bu etkinin bir türü, atmosferik oksijenin az olduğu yüksek irtifada yaşayan hayvanların dokularında gö­ rülen artmış damarlanma şeklinde ortaya çıkar. Ayrı­ ca fetal hayatta düşük oksijene maruz bırakılan ta­ vuklardaki vasküler ileünin normale göre iki kat fazla olduğu görülmüştür. Bu etki tedavi amacıyla oksijen çadırına konan prematüre bebeklerde de dramatik bir şekilde ortaya çıkmıştır. Fazla oksijen gözün reti­ na tabakasında yeni damar oluşumunun büyük ölçü­ de durmasına hatta mevcut kapillerlerin dejeneras­ yonuna neden olmuştur. Bebekler oksijenli ortam­ dan alındıklarında gelişen oksijen azlığını kompanse eünek için yeni damar oluşumunda anormal bir arüş görülmektedir. Dam arlanmada meydana gelen anor­ mal artış gözün vitıöz humor kısmına da ulaşıp kö­ rlüğe kadar gidebilecek fonksiyon kaybına neden olabilmektedir (Bu olay retrolental fibroplazi olarak adlandırılır).

Yeni D a m a rla rın O lu ş m a s ı-"V a s k ü le r E n d o te ly a l B ü yü m e F a k tö rle ri" Hem en hem en hepsi peptid yapısında olan bir dü­ zineden fazla anjiojenik faktör bilinmektedir. Bun­ lar arasında tanımlanan üç tanesi unskiiler eudote-

liyal büyüm e faktörü (VEGF), fibroblast büyüm e faktörü , atıjiojenin olarak bilinmektedir. Bu m ole­ küller tümör dokusundan veya kanlanması yetersiz olan dokulardan izole edilmişlerdir. Olasılıkla, vasküler büyüme faktörlerinin ("anjiojenik” faktör­ ler de denir) oluşumuna yol açan doku oksijeni ya da diğer besin maddeleri veya her ikisinin yetersiz olmasıdır. Anjiojenik faktörlerin hepsi yeni damar oluşumu­ na aynı mekanizma ile neden olmaktadır. Yeni olu­ şan damarlar diğer küçük damarlardan filizlenmek­ tedir. İlk basamak, filizlenme noktasında endotel hücre bazal membranmda görülen erimedir. Bu ola­ yı, yeni endotel hücrelerinin hızla çoğalıp damar du­ varından bir kordon şeklinde yayılarak anjiojenik faktöre doğru hızla ilerlemesi takip eder. Her bir kor­ dondaki endotel hücreleri bölünmeye devam eder ve sonuçta tüp şeklini almaya başlar. Sonuçta, mey­ dana gelen tüp diğer bir tüp ile birleşir ve meydana gelen yeni kapiller yataktan kan akmaya başlar. Eğer akım yeterince fazlaysa düz kas hücreleri damar du­ varını istila etmeye başlar ve meydana gelen yeni da­ marlardan bazıları küçük arteriyoller veya venüller

ya da hatta daha büyük damarlar haline gelmeye başlar. Anjiojenez, lokal dokudaki metabolik faktör­ ler sayesinde yeni damarların oluşum mekanizması­ nı açıklamaktadır. Steroid hormonlar gibi bazı maddeler, kan da­ marları üzerine tam am en zıt bir etki yaparak hatta bazen damar hücrelerinin ayrışmasına ve dam arla­ rın ortadan kalkmasına neden olurlar. Böylece, ge­ reksinim olduğunda kan damarları artabilir ya da diğer zamanlarda ortadan kalkabilir. Damarlanma Ortalam a Kan Akım ı İhtiyacına Göre Değil, Maksimum Gereksinim e Göre Be­ lirlenir: Uzun süreli damarlanm adaki önemli bir özellik, dam aılanm am n ortalama kan akımı gerek­ siniminden çok m aksim um gereksinim tarafından belirlenmesidir. Örneğin ağır egzersiz sırasında kan akımı gereksinimi, dinlenm e durumunun 6 - 8 katı kadar artar. Akımdaki bu büyük artış, hergün en fazla bir kaç dakika dışında gerekli olmayabilir. Ancak bu kısa süreli gereksinim, kaslara gereken 6 8 kat artışı sağlayacak damarları oluşturmaya yete­ cek VEGF nin salimini için yeterlidir. Bu kapasite gelişmemiş olsaydı, bireyin ağır egzersiz yaptığı her durumda kaslar gerekli besin desteğini alamadığı için kasılma gücü azalacaktı. Ancak fazladan damar yapısı geliştikten sonra bu damarlar normalde kapalı durumda kalır, oksijen eksikliği, sinirsel vazodilatatör uyarılar ya da fazladan akımı sağlayacak diğer lokal uyarılar olmadıkça açılmaz.

Kollateral Dolaşımın Gelişimi-Uzun Süreli Lokal Kan Akımı Düzenleme Fenomeni Bir arter veya ven bloke edildiğinde bloke olan yerin çevresinde yeni vasküler kanallar oluşmaya başlar ve etkilenen dokuya kısmen de olsa kanın tekrar gitm e­ sini sağlar. Bu olaydaki ilk basamak blokajın altında ve üstünde kalan alanlar arasında bağlantıyı sağlayan çevre vasküler yatakta genişleme meydana gelmesi­ dir. Bu dilatasyon ilk bir iki dakika içerisinde görülür ve küçük damarlar çevresindeki düz kasın metabolik nedenlerle gevşemesinden kaynaklanır. Kollateral damarların başlangıçta görülen genişlemesini takip eden dönemde kan akımı, dokunun ihtiyaçları için gerekli olan akımın genellikle dörtte bilinden daha azdır. Daha sonraki ilk saatlerde damarlarda daha fazla açılma meydana gelebilir ve 1 gün içinde doku ihtiyaçlarının yarısı, bunu takip eden birkaç gün için­ de de tamamı karşılanabilir. Kollateral damar büyü­ mesi olaydan aylar sonra bile devam eder ve çoğu za­ man tek ve büyük bir damar oluşturmak yerine bir­ çok küçük kollateral damar oluşumu şeklinde kendi­ ni gösteril'. Dinlenme halinde kan akımı genellikle normal iken doku aktivitesi arttığında yeni oluşan ka­ nallar maksimum kan akımı sağlamakta ender olarak yeterlidir. Sonuç olarak kollateral damarların gelişimi akut ve uzun süreli lokal kan akımı kontrol m ekanizm a­ larının genel ilkelerini izler. Akut kontrol hızlı bir

BÖLÜM 17 • Kan Akımının Dokular Tarafından Lokal Kontrolü ve Hurnoral Düzenleme

m etabolik dilatasyona neden olurken, olay haftalar ve aylar içerisinde damarların büyümesi ve yeni damarlar oluşması ile devam eder. Kollateıal kan damarlarının oluşumuna en önem ­ li örnek koroner damarlardan birinin trombüs so­ nucunda tıkanmasından sonra görülmektedir. Alt­ mış yaşına gelen hemen hemen bütün insanların en az bir küçük koroner damarı tıkanmıştır. Yine birçok insan bu olayın farkında değildir çünkü kollateıal damarlar hızla gelişerek miyokaıd hasarı oluşmasını engellemektedir. Ciddi bir kalp krizi durumunda ise meydana gelen trombüs kollateıal gelişimine ola­ nak vermeyecek şekilde hızla oluşmaktadır.

DOLAŞIMIN HÜMORAL REGÜLASYONU Dolaşımın humoral regülasyonu, vücut sıvılarına salgılanan veya absoıbe edilen hormonlar ve iyon­ lar tarafından meydana getirilen ıegülasyon anla­ mına gelmektedir. Bu maddelerden bazıları özel salgı bezleri tarafından yapılıp kana verilerek bü­ tün vücuda yayılmaktadır. Diğerleri ise lokal doku alanlarında oluşarak sadece lokal dolaşımı etkile­ mektedir. Humoral faktörlerden dolaşım fonksi­ yonlarına en çok etkili olanları şunlardır;

Vazokonstriktör Ajanlar Norepinefrin ve Epinefrin. Özellikle norepinefrin güçlü bir vazokonstriktör hormondur. Epinefriııin vazokonstriktör etkisi daha azdır çünkü bazı durumlarda zayıf bir vazodilatatör etki gösterebilir (kalp aktivitesi arttığında koroner arterlerde dilatasyon). Egzersiz veya stres sırasında sempatik sinir siste­ minin vücudun birçok veya tüm bölümlerinde uya­ rılması durumunda dokulardaki sempatik sinir uçla­ rından norepinefrin serbestleyerek arteriyollerin, venleıin, ve kalbin uyarıldığı görülür. Adrenal medulladaki sempatik sinirlerin uyarılması buradan da kana norepinefrin ve epinefrin salgılanmasına yol açmaktadır. Bu hormonlar vücudun bütün kısımları­ na ulaşarak direkt sempatik stimülasyonun meyda­ na getirdiği uyarıcı etkinin hemen hemen benzeri bir etki ile çift taraflı bir kontrol sistemi oluştururlar. Anjiotensin. Anjiotensin bilinen vazokonstriktör maddelerin en güçlü olanlarından biridir. Bir gra­ mın m ilyonda biri insanda aıteıy el basıncı 50 rnnıHg veya daha üst bir düzeye yükseltebilir. Anjiotensin etkisini küçük arteriyolleri güçlü bir şe­ kilde kasarak gösterir. Eğer bu olay izole bir doku ala­ nında görülürse bu alana giden kan akımı ciddi bir şe­ kilde azalmış olur. Anjiotensiııin asıl önemi vücuttaki bütün arteriyolleıe aynı anda etkili olarak total peıiferik rezistansı artırıp kan basıncım yükseltmesi nede­ niyle ortaya çıkar. Bu nedenle anjiotensin çeşitli renal ve adrenokorükal stimüle edici etkileri ile birlikte aı teıiyel basıncın regülasyonunda önemli bir rol oynar. Bu konu Bölüm 19da detaylı bir şekilde tartışılmıştır.

181

Vazopressin. Vazopressin antidiiıretik horm on olrak da adlandırılmakta ve vazokonstriktör olarak anjiotensinden bile güçlü olduğu kabul edilm ekte­ dir (belki de vücuttaki en güçlü kasıcı ajan). Hipotalamusta oluşan vazopressin (Bölüm 7 5 ’e bakınız) sinir aksonu boyunca taşınarak kana karıştığı yer olan arka hipofiz bezine ulaşmaktadır. Vazopressinin dolaşım fonksiyonu üzerine önemli etkileri olan bir horm on olduğu açıktır. An­ cak çok küçük miktarlarda salgılandığı için bir çok fizyolog, vazopressinin vasküler kontrol üzerinde küçük bir rol oynadığını kabul etmektedir. Diğer ta­ raftan, yapılan deneysel çalışmalar ciddi kanam a halinde dolaşımdaki vazopressin konsantrasyonu­ nun kan basıncını 60 m m Hgyükselterek birçok do­ kuda normal seviyeye getirebilecek kadar yüksek olduğunu göstermektedir. Ayrıca, Bölüm 28’de tartışıldığı gibi vazopressinin renal tübülleıden su reabsorpsiyonunun kontro­ lünde çok önemli bir işlevi vardır. Bu horm on vücut sıvı hacm inin konüoliine yardım eder, antidiüıetik hormon adını almasının nedeni budıır. Endotelin-Hasarlanmış Kan Damarlarında Güçlü Bir Vazokonstriktör. Anjiotensin ve vazopressinin, vazokonstriktör etkileri ile yarışabilecek bir diğer madde de büyük bir peptid olan ( 2 1 amino asit) endotelindn. Endotelin sadece nanogıam düzeylerin­ de bile güçlü bir vazokonstriktör etki oluşturabilir ve endotel hücreleri ile hemen hem en bütün kan hüc­ relerinde bulunmaktadır. Endotelin serbestlem esi­ nin doğal stimülatörü dokularda meydana gelen ezilme veya travmalize edici kimyasal bir maddenin enjeksiyonu ile oluşan endotel hücre hasarıdır. Kan damarında meydana gelen ciddi bir hasarı izleyerek lokal olarak serbestleyen endotelin vazokonstriksiyona neden olarak çapı 5 milimetreye kadar olan ar­ terlerde yırtılma veya ezilme sonucu meydana gelen aşırı kanamayı engelleyebilir.

Vazodilatatör Ajanlar Bradikinin. Kininler olarak adlandırılan çeşitli maddeler kanda ve bazı organ sıvılarında oluşarak güçlü vazodilatasyona neden olabilirler. Küçük polipeptidler olan kininler pıoteolitik en ­ zimler ile plazma ve doku sıvılarında bulunan alfa2-globıılinleıden ayrılırlar. Proteolitik enzim ler­ den özellikle önemli olanı kan ve doku sıvılarında inaktif formda bulunan kallikreindu. Kallikrein, kanın doku inflamasyonu ve benzer kimyasal-fiziksel etkenler sonucund a kan ve dokularda ki yumuşama ile aktive olur. Aktive olan kallikrein, alfa2 -globulinler üzerinde etkili olarak kallidiıı adı verilen kininin serbestlem esine neden olur. Daha sonra kallidin doku enzimleri tarafından bıadikiııine çevrilir. Bradikinin oluştuktan sonra karboksipepdidaz veya Bölüm 19’da tartışılan ve anjioten­ sin oluşumunda önemli rol oynayan kaıboksip ep tidaz ya da dönüştürücü (converting) enzim tara­ fından inaktive edildiği için sadece birkaç dakika süreyle etkili olabilir. Aktive olmuş kallikrein enzi­

182

ÜNİTE IV • Dolaşım

mi vücut sıvılarında bulunan kallikrenin inhibitörü tarafından inaktive edilir. Bradikinin güçlü bir vazodilatasyona ye kapiller perm eabilited e artışa neden olur. Örneğin 1 mikrogram bradikininin bir insanın brakiyal arterine enjekte edilmesi halinde koldaki kan akımı 6 kat artmaktadır. Ayrıca daha az miktarlar lokal olarak doku içine enjekte edilirse kapiller porların çapın­ da artmaya neden olarak ödem gelişmesine yol açar. İnflamasyona uğramış dokularda kininlerin kan akımının ve kapiller permeabilitenin regülasyonunda rol oynadığına dair bulgular vardır. Ayrıca bradi­ kininin deri ve gastrointestinal sistem kan akımının regülasyonunda rol oynadığına da inanılmaktadır. Histam în. Histamin hasara ve inflamasyona uğra­ yan veya allerjik reaksiyona maruz kalan hem en hem en bütün dokulardan serbestleyebilir. Histanıinin büyük bir kısmı hasarlı dokudaki m ast hüc­ relerinden veya kandaki bazofillerden kaynaklan­ maktadır. Histamin arteriyoİlerde güçlü bir vazodilatasyona yol açar ve bradikinin gibi kapiller porların genişleme­ sine, plazma proteinlerinin ve sıvının doku içine sız­ masına neden olur. Bir çok patolojik durumda hista­ min tarafından meydana getirilen arteriyoler vazodilatasyon ve aitmiş kapiller por çapı nedeniyle fazla miktarda sıvı doku içine geçer ve ödem gelişir. Histaminin lokal vazodilatatör ve ödem oluşturucu etkisi özellikle allerjik reaksiyonlarda önemlidir ve Bölüm 34’de tartışılmıştır.

İyonların ve Diğer Kimyasal Faktörlerin Vasküler Kontroldeki Rolleri Birçok farklı iyon ve kimyasal faktör kan damarlarında gevşeme veya kasılmaya yol açabilir. Bunların bir çoğu­ nun dolaşımın genel regülasyonunda küçük bir rolü ol­ makla beraber özel etkileri aşağıda anlatıldığı gibidir. Kalsiyum iyon konsantrasyonunda artma vazokonstriksiyona neden olur. Bu etki Bölüm 8 'de tartı­ şıldığı gibi kalsiyumun düz kas üzerindeki genel stimülatör özelliğinden kaynaklanmaktadır. Potasyum iyon konsantrasyonunda artma vazodi­ latasyona neden olur. Bu etki potasyum iyonlarının düz kas kontraksiyonunu inhibe etmesine bağlıdır. Magnezyum iyon konsantrasyonunda artma mag­ nezyum iyonlarının genel olarak düz kası inhibe etme­ leri nedeniyle güçlü bir vazodilatasyona neden olur. Anyonlar arasında sadece asetat ve sitratın kan damarları üzerinde anlamlı etkisi vardır. Her ikisi de orta derecede vazodilatasyona neden olur. Hidrojen iyon konsantrasyonunun artması (pH'da azalma) arteriyollerde vazodilatasyona neden olur.

Hidrojen iyon konsantrasyonunda h a fif derecede azalma meydana gelmesi arteriyoler daralmaya ne­ den olurken belirgin bir azalma dilatasyona yol açar. Karbon dioksid konsantrasyonunda artma birçok dokuda orta derecede, beyinde ise belirgin vazodi­ latasyona neden olur. Karbon dioksidin beyindeki vazomotor merkeze etkili olması ise çok güçlü indiıek bir etki meydana getirerek sempatik vazokonstıiktör sistem aracılığı ile tüm vücutta belirgin vazokonstriksiyona neden olur.

REFERANSLAR A alkjaer C , Poslon L: E ffects o f pH on vascu­ lar tension: which are the important m echa­ nism s? J Vase Res 3 3 :3 4 7 . 1996. Banchero N: Cardiovascular responses to ch ron ic hypoxia. Annu Rev Physiol 4 9 :4 6 5 , 1987. Bangsbo J : O xygen deficit: a measure o f the anaerobic energy production during intense exercise? Can J Appl Physiol 2 1 :3 5 0 . 1996. B e ck L Jr . D ’Amore PA: V ascu lar develop­ ment: cellular and m olecular regulation. F A S E B J 11:365, 1997. B ickn ell R J, Lew is C E , Ferrara N: Tum our A ngiogenesis. Oxford: Oxford University Press, 1997. B isc h o ff J : C ell adhesion and angiogenesis. J Clin Invest 9 9 :3 7 3 , 1997. Born G V R , Schw artz C J: V ascular Endothe­ lium. Stuttgart: Shattauer, 1997. Chang J B . Prasad K,- Olsen EA : T extbook o f A ngiology. New Y ork: Springer, 1998. C oleridge Sm ith PD: M icrocirculation in V e­ nous D isease. Austin: Landes B ioscien ce, 1998. Cow ley A W , Guyton AC: Quantification o f in­ termediate steps in the renin-angiotensinvasoconstrictor feedback loop in the dog. C irc Res 3 0 :5 5 7 , 1972. Crnac J, Schm idt M C , T heissen P, S cch tem U: A ssessm ent o f myocardial perfusion by magnetic resonance imaging, ile r z 2 2 :1 6 , 1997.

Ferrara N. D avis-Sm yth T: T he biology o f vascular endothelial growth factor. Endocr Rev 18:4, 1997. G iannattasio C, Failla M, Mangoni A A, el al: Evaluation o f arterial com pliance in hu­ mans. Clin Exp Hypertens 1 8 :3 4 7 , 1996. Goldberg ID. Rosen E M : Regulation o f Angi­ ogenesis. Basel: Birkhauser, 1997. G ranger H J. Guyton AC: Autoregulation o f the total system ic circulation following destruc­ tion o f the central nervous system in the dog. C irc Res 2 5 :3 7 9 , 1969. G riendling K K , Alexander R\V: Endothelial control o f the cardiovascular system: recent advances. F A S E B 1 10:283, 1996. Guyton A C : Integrative hemodynamics. In: Sodem an NVA Jr. Sodeman TM (eds): Path­ ologic Physiology: Mechanism s o f Disease. 6th cd. Philadelphia: \YB Saunders Co. 1979, p. 169. Guyton AC, Colem an T G , G ranger H J: C ircu­ lation: overall regulation. Annu Rev Physiol 3 4 :1 3 ,1 9 7 2 . Guyton A C , Jon es C E . Coleman T G : Cardiac Output and Its Regulation. Philadelphia: \VB Saunders C o. 1973. Highsmith R F: Endothclin: M olecular Biology, Physiology, and Pathology. Totow a, NJ: Humana Press, 1998. Huang L E , Ho V , Arany Z, et at: Erythropoie­ tin gene regulation depends on heme-depen­

dent oxygen sensing and assem bly o f inter­ acting transcription factors. K idney Int 51: 5 4 8 , 1997. Hudlicka O, Brown M , Egginton S : A ngiogcncsis in skeletal and cardiac m uscle. Phy­ siol R ev 7 2 :3 6 9 . 1992. L eisch ik R , R ose J, Caspari G . et al: Contrast echocardiolography for assessm ent o f m yo­ cardial perfusion. H erz 2 2 :4 0 . 1997. Levy A P, Levy N S, Iliopoulas O, et al: R egu­ lation o f vascular endothelial growth factor by hypoxia and its modulation by the von Hippel-Lindau tum or suppressor gene. K id­ ney Int 5 1 :5 7 5 , 1997. Mnruyama Y , Hori M , Jan ick i JD : Cardiovas­ cular Rem odeling and Functional Interac­ tion. T ok yo: Springer, 1997. M cV eigh G E: Arterial com pliance in hyperten­ sion and diabetes m ellilus. Am J Nephrol 1 6 :2 1 7 , 1996. M uller JM . Davis M J, C hilian W M : Integrated regulation o f pressure and flow in the coro­ nary m icrocirculation. C ardiovasc Res 32: 6 6 8 , 1996. O ’ Donnell M E, Owen N E: Regulation o f ion pumps and carriers in vascular smooth mus­ cle . Physiol R ev 7 4 :6 8 3 , 1994. Renkin E M : Control o f m icrocirculation and W ood-tissue exchange. In: Renkin KM, M ichel CC (eds): H andbook o f Physiology, S ec. 2, Vol. IV . B cth esda: A m erican Physi­ ological S o ciety , 1 9 8 4 , p 627.

BÖLÜM 17 • Ka:ı Ak' n mn Dokular Tarafından Lokal Kontrolü ve Humoral Düzenleme

Rosenthal D L , Guylon A C : H em odynam ics o f collateral vasodilatation follow ing femoral artery occlusion in anesthetized dogs. C irc R es 2 3 :2 3 9 , 19 6 8 . Rubanyi G M : Endothelin. New Y o rk : Oxford University Press, 1992. Schmermund, A . B e ll M R , L erm an L O , R it­ man E L , Rum berger JA : Q uantitative evalu ation o f regional m yocardial perfusion us­

ing fast x-ray computed tomography. Herz 2 2 :2 9 , 1997. Sem enza G L , A gani F , Booth G , et al: S truc­ tural and functional analysis o f hypoxia-inducible factor 1. Kidney Int 5 1 :5 5 3 , 1997. Shovlin C L , S co tt J: Inherited diseases o f the vasculature. Annu R ev Physiol 5 8 :4 8 3 , 1996. Steinm etz A, M aisch B , N oll B : E ffe cts o f

183

lipid low ering m easures on coronary perfu­ sion. Z Kardiol 86(Su ppl 1):4 3 , 1997. Uren NG, C rake T : R e sistiv e vessel function in coronary artery d isease. Heart 7 6 :2 9 9 , 1996. vom Dahl J: Exam ination o f m yocardial perfu­ sion with positron em issio n tom ography: a clin ically useful and valid m ethod? Herz 2 2 :1 , 1997.

Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi ve Arteryel Basıncın Hızlı Kontrolü

DOLAŞIMIN SİNİRSEL DÜZENLENMESİ 17. Bölüm ’de tartışıldığı gibi sinir sistem i, doku kan akım ının her dokuda ayrı ayrı ayarlanm asın­ da pek etkili olmaz, bu düzenlem e lokal doku kan akım ı kontrol m ekanizm aları ile yapılır. Sinir sis­ tem i bunun yerine kan akım ının vücudun değişik bölgelerine yeniden dağılım ının düzenlenm esi, kalbin pom palam a gücünün artırılm ası ve özel­ likle kan basın cın ın hızlı kontrol m ekanizm aları­ nın çalışm ası gibi daha genel fonksiyonlardan sorumludur. Sinir sistem inin dolaşım ı kontrolü hem en h e ­ m en tam am en otonom sinir sistem i aracılığı ile sağlanır. Bu sistem in tüm fonksiyonları 60. Böliim ’de sunulm uştur. O tonom sinir sistem inin dolaşım ın kontrolü ile ilgili özel anatom ik ve fonksiyonel karakteristikleri özel bir ilgi gerektir­ mektedir.

Otonom Sinir Sistemi Günümüzde otonom sinir sistem inin dolaşım ile ilgili en önemli bölümü olarak bilinen sem patik si­ nir sistemidir. Daha sonra inceleyeceğimiz gibi, p a ­ rasem patik sinir sistem i de kalp fonksiyonlarının düzenlenmesine katılımı nedeni ile önem taşır. Sem patik Sinir Sİstemi. Dolaşım ın sem patik si­ nir sistem i tarafınd an kontrolünün anatom ik esasları şekil 18-1’de gösterilmiştir. Sempatik vazom otor sinir lifleri omuriliği (medulla spiııalis) tüm torasik ve ilk iki lum bar spinal sinirler ile terkeder. Daha sonra sem p a tik zincir içine giren sem patik lifler oradan dolaşım a iki ayrı yol ile ula­ şır: ( 1 ) tem el olarak iç organların damarlarını ve kalbi inııerve eden özel sem p atik sinirler ile (2 ) başlıca periferik alanların dam arlarını innerve eden spinal'sinirler ile. Bu liflerin medulla spiııalis ile sem patik zincirler içindeki ayrıntılı yolları B ö ­ lüm 6 0 ’da tartışılmıştır. Kan Damarlarının Sem patik İnnervasyoıuı. Şekil 18-2’de sem patik sinir liflerinin kan damarlarına dağılım ları gösterilirken kapillerler, pıekapiller 184

sfinkterler ve metarteıiyollerin çoğunun sem patik inneı vasyonunun bulunmadığı belirtilmiştir. Kiiçük arterler ve arteriyollerin inııervasyonu sempatik uyarı ile bu damarlarda direnç artışına böylece dokulara ulaşan kan akımının azalm asın a imkan tanımaktadır. Büyük damarların, özellikle velilerin inııervasyonu, sem patik uyarının bu dam arların hacm ini azaltm asına sağlar. Bu, kalbe dönen kan miktarını artırır, böylece bu bölümün ilerdeki kısımlarında göreceğimiz gibi kalbin pompa işlevinin düzenlen­ mesinde önemli rol oynar. Kalbe Giden Sem patik Sinir Lifleri. Kan dam ar­ larına ulaşan sem patik sinir liflerine ek olarak sem ­ patik lifler, 9. Bölüm’de tartışıldığı gibi aynı zam an­ da kalbe de giderler. Sempatik stimülasyonun kal­ bin aktivitesini, hem kalp hızını hem de pom pala­ ma gücünü artırarak belirgin olarak güçlendirdiği hatırlanmalıdır. Kalp Fonksiyonlarının ve Ö z e llik le Kalp Hızının Parasem patik K ontrolü. Parasem patik sinir sistemi diğer birçok otonom fonksiyon için oldukça önemli bir yere sahipken dolaşım ın dü­ zenlenm esinde sadece küçük bir rolü vardır. D o­ laşım için gerçekten önem li olan tek etkisi medulladan direkt olarak vagıts siniri ile kalbe ulaşan parasem p atik lifler yoluyla kalp hızını kontrol e t­ mesidir. Şekil 18-1 ’de vagus, kesikli renkli çizgi ile gösterilmiştir. Parasempatik uyarımın kalp fonksiyonları üze­ rindeki etkileri 9 Bölüm’de ayrıntılı olarak tartışıl­ mıştır. Esas olarak parasempatik uyarım kalp h ı­ zında belirgin bir azalm a ve kalp kası kasılabilirli­ ğinde hafif bir azalma meydana getirir.

S em patik V azokonstriktör Sistem ve Santral Sinir Sistemi Tarafından K ontrolü Sem patik sinirler çok miktarda vazokonstriktör lif taşırken ancak küçük bir miktar vazodilatatör lif taşırlar. Vazokonstriktör lifler dolaşım ın tüm b ö ­ lüm lerine dağılmıştır. Bu dağılım bazı dokularda diğerlerine nazaran daha fazladır. Bu lifler özellik­ le böbrekler, sindirim sistem i organları, dalak ve deride daha etkin, iskelet kası ve beyinde daha güçsüzdür.

BÖLÜM 18 • Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi ve Arteryel Basıncın Hızlı Kontrolü

185

Vazomotor merkez

Sempatik zincir

Kan damarları

Vazokonstriktör Kardiyoinhibitör Vazodilatatr

Kan damarları

Ş E K İL 18 - 1 Dolaşımın sempatik sinirler tarafından kontrolünün anatomisi.

Vazom otor M erkez ve Vazokonstriktör Sistem Üzerindeki Kontrolü. Şekil 18-1 ve 18-3'de gösteril­ diği gibi esas olarak medullanın retiküler maddesi ve ponsun 1/3 alt bölümünde, iki taraflı olarak yerleş­ miş olan alana vazomotor merkez denilmektedir. Bu merkez parasempatik uyaranları kalbe vagus siniri ile ulaştırırken sempatik uyaranları nıedulla spinalis ve periferik sempatik sinirler yolu ile vücuttaki he­ men tüm kan damarlarına ulaştırır. Vazomotor merkezin tüm organizasyonu çok açık olm asa da deneyler sonucunda burada bulu­ nan bazı önemli alanlar tanımlanabilmiştir. 1. M edu llan ın ön-yan b ö lgesin d e vazokonstriktör alan çift taraflı olarak yerleşm iştir. Lideri tüm m e d u lla spin alisd e d ağılm ış olup se m p a tik sinir sistem in in vazokonstriktör n öron ların ı uyarırlar. 2. M edu llan ın alt y arısın ın ön -yan k ısm ın d a vazodilatalör alan çift taraflı yerleşm iştir. Bu n ö ro n lard an kay­ n ak lan an liflerin projeksiyon u yukarı vazok on strik tör a la n a d oğ ru olup vazokon striktör aktiviteyi inhibe e d e ­ rek v azo d ilatasy o n a n eden olm aktadır.

3. Duysal a la n ise çift taraflı olarak , m e d u lla ve p o n ­ su n alt kısm ın ın ark a-y an b ö lü m ü n d e b u lu n a n ııükleu s trak tus so lita riu s d a b u lu n m a k ta d ır. Bu b ö lg e d e k i n ö ro n la r tem el olarak g lo ss o fa r in g e u s ve v a g u s sin ir le ­ rin d en d u y sal sin y aller alm a k tad ır. D u y sal a la n d a n k a y n ak lan an sin y aller ise h em v a z o k o n strik tö r ve h em de v a zo d ilatö r alan ların ak tiv itele rin in d ü z e n le n m e s i­ n e yardım cı o lm a k ta ve b ö y lece bir ç o k d o la şım fo n k ­ siy o n u n u n “refleks'' k o n tro lü n d e ro l o y n am a k tad ır. D ah a so n ra a ç ık lay a ca ğ ım ız gibi, kan b a sın c ın ın k o n t­ ro lü n d e rol alan b a ıo r e s e p tö r refleks b u n a ö rn e k o la ­ rak verilebilir.

Kan Damarlarının S em patik V a zo ko n s triktö r Tonus İle Sürekli Parsiyel Kasılması. Normal koşullarda vazomotor m erkezin vazokonstriktör alanı, sem patik vazokonstriktör sinir lifleri üzerin­ den tüm vücuda sürekli olarak uyarı gönderm ek­ tedir. Bu uyarı liflerde yaklaşık saniyede 1.5 ila 2 kez kesintisiz ve yavaş tetiklem e m eydana getirir. Bu sürekli uyarı sem patik vazokon striktör tonus olarak adlandırılır. Bu uyarılar kan dam arlarında

186

ÜNİTE IV • Dolaşım

Arterler

Motor

Ş E K İL 1 8 - 2 Sistemik dolaşımın sempatik innervasyonu.

u azom otor tonııs adı verilen kısmi bir kasılma oluşturur. Şekil 18-4 vazokonstıiktör tonusun önem ini açıklam aktadır. Bu şekildeki deneyde bir hayva­ na m erkezi sinir sistem inden p erifeıe sem patik sinir uyarılarını engelleyecek şekilde tam spinal an estezi uygulanmıştır. Sonuç olarak arter b asın ­ cı 100 m m H g’d an 50 m m H g’ya düşmüştür. Bu düşüş vücutta vazokonstriktör tonusun etkisini gösterm ektedir. Bir kaç dakika sonra intravenöz olarak az m iktarda norepinefrin isim li horm on en jekte edilm iştir. N orepinefrin tüm vücuttaki se m p a tik sinir liflerin d en salm an h o rm o n a l m addedir. Bu horm on, kan ile tüm dam arlara ta ­ şınırken bir kez daha vazokoııstriksiyon oluşm uş ve arter basıncı, 1 - 2 dakika boyunca, n o rep in ef­ rin parçalanıncaya kadar norm al değerinin de üzerine çıkmıştır. K alp A k tiv ite s in in V a z o m o to r M e rk e z c e K o n tro lü . V azom otor merkez bir yandan dam ar

Ş E K İL 18*3 Dolaşımın sinirsel kontrolünde önemli role sahip olan beyin alanları. Kesikli çizgiler inlıibitör yolları temsil etmektedir.

kasılm asının derecesini ayarlarken diğer yandan kalp aktivitesini de kontrol etm ektedir. V azom o­ tor merkezin yan bölüm leri sem patik sinir lifleri ile kalbe eksitatör uyarılar göndererek kalp hızı ve kasılm a gücünü artırırken, vazom otor m erke­ zin vagusun dorscıl m otor çekirdeğ i ile tam karşı karşıya bulunan orta bölüm ü, vagus siniri ile kal­ be kalp hızını azaltıcı uyarılar gönderir. Böylece vazom otor merkez kalp aktivitesini h em artıra­ bilm ekte hem de azaltabilm ektedir. Kalp aktivi-

150125

Total spinal anestezi

Norepinefrin enjeksiyonu

- | ----------------- 1----------------- 1----------------- !------------------1----------------- i—

0

5

10

Dakika

15

20

25

Ş E K İL 1 8 - 4 Total spinal anestezinin arter basıncı üzerindeki etkisi, vazomo­ tor tonusunun kaybı ile basınçta belirli bir düşüş görülmektedir.

BÖLÜM 18 • Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi ve Arteryel Basıncın Hızlı Kontrolü

187

tesi genellikle vücutta vazokonstıiksiyon oluş­ m ası ile artarken vazokonstriksiyonun inlıibisyonu ile azalmaktadır.

V azodilatatör siste m in san tral sinir siste m i tarafın dan kontrolü sırasın d a ku llan ılan yollar Şekil 18-3’de kesikli çizgilerle gösterilm iştir. Sistem i ko n tro l eden b a şlıc a b e ­ yin b ölgesi ön hipotalam ustur.

Vazom otor M erkezin Yüksek Beyin M erkezle­ ri Tarafından Kontrolü. Pons, m ezensefaloıı vedien sefalon daki retiküler m addeye ait bir çok alan, vazomotor merkezi inhibe veya eksite edebilir. Retiküler madde Şekil 18-3’de taranmış çift yoğun gösterilen alandır. Genel olarak retiküler maddenin daha çok yan ve üst bölgeleri eksitasyona neden olurken, daha ortada ve alt kısımlarda kalan bölge­ ler inhibisyona neden olur. Hipotalamus, vazokonstriktör sistemin kontro­ lünde önemli bir role sahiptir. Bu bölge, vazomotor merkez üzerinde güçlü eksitatör veya inhibitör etki gösterebilmektedir. Hipotalamusun arka-yan kı­ sımları esas olarak eksitasyon, ön bölgeler ise uyarı­ lan ön hipotalamus bölgesine bağlı olarak hafif eksi­ tasyon ya da inhibisyon meydana getirmektedir. Serebral korteksin bir çok bölgesi vazomotor mer­ kezi inhibe veya eksite edebilir. Örneğin motor kor­ teksin uyarılması vazomotor merkezi, önce hipotalamusa, oradan vazomotor merkeze giden uyaranlar yoluyla eksite eder. Ayrıca ön temporallob, froııtal

Sempatik Dilatatör Sistemin Önemi. İn san d a s e m p a ­

koı tekse ait orbitalalanlar, cingıılatgirusun ön kısım­ ları, amigdala, septımı ve lıippokampusun uyarılma­ sı uyarılan bölgenin yerine ve uyarının şiddetine bağ­ lı olarak vazomotor merkezi eksite veya inhibe eder. Beynin geniş bölümü kaıdiyovasküler fonksiyon­ lar üzerine oldukça detaylı etkilere sahiptir. N o rep in e frin - S em patik V a zo ko n s triktö r Transm itter M add e. Vazokonstriktör sinir uçla­ rından salınan madde noıepinefrindir. Norepinef­ rin, direkt olarak damar düz kası üzerindeki alfa re­ septörler olarak bilinen reseptörlere bağlanarak vazokonstıiksiyona neden olur. Bu etkiler 60. Bö­ lümde tartışılmıştır. Adrenal Medulla ve Sempatik Vazokonstriktör Sistem İle İlişkisi. Sempatik uyarılar tüm kan damar­ larına iletildiği an, aynı zamanda adrenal medullaya da ulaşmaktadır. Bu uyarılar sonucunda adrenal medulladan dolaşıma norepinefrin ve epinefrin salgıla­ nır. Bu iki hormon kan ile tüm vücuda dağılarak kan damarlarını direkt olarak etkiler ve çoğunlukla da vazokonstriksiyona neden olur. Ancak kimi zaman epi­ nefrin vazodilatasyona neden olmaktadır. Bunun ne­ deni, epinefrinin bazı belli dokulardaki damarlarda çoğunlukla dilatasyona neden olan "beta” reseptör uyarıcı etkisidir. Bu konu 60. Bölümde tartışılmıştır. Sem patik Vazodilatatör Sistem ve Santral Sinir Sistemi Tarafından Kontrolü İskelet kasların a giden se m p a tik sinirler se m p atik v a z o ­ ko n strik tör lifler ile birlikte v azo d ilatatö r lifler de taşır. Kedi gibi d a h a ilkel h ay van larda, bu liflerlerin u ç ların ­ d an norepin efrin yerin e asetil kolin serb estler. Prim at­ lard a ise vazod ilatasy on , epinefrinin k a s d a m arla rın d a b u lu n an b e ta resep tö r ü zerin e olan etk isin e bağlıdır.

tik vazo d ilatatö r siste m in d o laşım ın k o n tro lü n d e ö n e m ­ li bir ro lü n ü n b u lu n d u ğ u şüph elidir. B u n u n n eden i, k a s ­ lara giden se m p a tik sin irlerde o lu ştu ru lan tam b loğu n kasların gereksinim lerin e uygun k a n la n m a y eten ek le­ rinde bir bozukluk m e y d a n a getirm iyor oluşudu r. A ncak yine de egzersiz b a şla n g ıc ın d a se m p a tik v azo d ilatatö r siste m iskelet k asların d a v a zo d ilatasy o n u n b a şla tılm a ­ sın d a etkili olm ak ta ve b u n u n s o n u c u n d a kan akım ın ın önceden artışı k a sd a yüksek o ra n d a b e sin ihtiyacı d o ğ ­ m a d an m e y d an a gelebilm ektedir.

Em osyonel B ayılm a-V a zo vagal S e n ko p . G ü ç lü e m o sy o n e l so ru n y a şa y a n kişilerd e b a y ılm a ile s o n la ­ n an ilginç bir v a z o d ila ta tö r re ak siy o n olu şu r. K as v a z o ­ d ilatatö r siste m i gü çlü b ir şe k ild e ak tive olur; aynı z a ­ m a n d a vagal k a rd iy o in h ib itö r m e rk e z k a lb e g ü çlü u y a ­ rılar gö n d ere re k kalp h ızın ı d ü şü rü r. Kan b a sın c ı h ızla d ü şer; b u n u n s o n u c u n d a b ey in kan a k ım ın d a a z a lm a ile birlikte kişi b ilin c in i k ay beder. O lu şa n b u tab lo y a v a zo v agal se n k o p ad ı verilir. E m o sy o n e l b a y ılm a s ü r e ­ ci se re b ra l k o ıte k ste o lu şa n ra h a tsız ed ici d ü şü n c e le re b ağ lı olarak b a şla m a k ta d ır. K o rte k sd e n b a şla y a n yol o la sılık la ön h ip o ta la m u s d a v a z o d ila ta tö r m erk eze, o rad a n m e d u lla d ak i v a g a l m erk ezlere, so n o la ra k da m e d u lla sp iııa lis ile k asların v a z o d ila ta tö r sin irlerin e uzanır.

ARTER B A S IN C IN IN H IZ L I K O N T R O L Ü N D E S İN İR S İS T E M İN İN ROLÜ Dolaşımın sinirsel kontrolünün en önemli fonksi­ yonlarından biri kan basıncında hızlı yükselmeler sağlayabilme kapasitesidir. Bu am açla, sempatik sinir sistem inin tüm vazokonstriktör ve kalp hızın­ da artış sağlayıcı fonksiyonları birlikte uyarılır. Aynı zamanda kalbe giden parasem patik vagal inhibitör uyarılar da inhibe olur. Bunların sonucunda eşza­ manlı olarak, hepsi arter basıncının yükselmesini sağlayacak olan üç tem el değişiklik meydana gelir. Bu değişiklikler şöyle sıralanabilir: 1. Vücuttaki tüm arteriyollerde d a ra lm a m eydan a gelir. Bu total periferik direnci yükselterek kan ın arterlerden ak ışın a engel olur ve arter b a ş m a n ın ın a r tm a sın a yol açar. 2. Başta venler o lm a k üzere d o la şım d a k i diğer bütün büyük d a m arla r d a güçlü bir şekild e daralır. Bu kanın g e ­ niş periferik d a m ar yatak ların dan k alb e y ön len m esin e ve kalp b oşlukların daki k an h ac m in in a rtm a sın a n eden olur. Bu da kalbin d a h a güçlü k a sılm a sın a ve d a h a çok kanin p o m p a la n m a sın a n ed en olur. So n u ç olarak yine arteryel b asın ç yükselir. 3. Son olarak otonom sinir sistemi tarafından kalbin di­

rekt olarak uyarılması kalbin p om p alam a fonksiyonunu daha da artırır. Bu etkinin büyük bölüm ü zam an zam an norm alin iiç katı kadar yükselen kalp hızı artışına bağlıdır. Ek olarak sem patik sinir kaynaklı uyarılar direkt olarak kalp kasının kasılm a gücünü etkileyerek kalbin p o m p alam a h ac­ minin artm asın a neden olur. Böylece güçlü sem patik uyarı

188

ÜNİTE IV • Dolaşım

altında kalp bir kaç dakika için norm al şartlar altındakindcn iki ila üç kat fazla kan pom palayabilm ektcdir. Bu etki de kan b asın cın d a dah a da fazla bir artış nedeni olmaktadır.

A rte ry e l B a ro re s e p tö r K o n tro l S iste m iB a ro re s e p tö r R e fle ksler

A rte r Basıncının Sinirlerle Kontrolünün Hızı. Arter basıncının sinirsel kontrolünde en önemli özellik yanıtın hızıdır. Yanıt birkaç saniye içerisinde başlayıp, basıncı normalin iki katı seviyeye 5 ila 10 saniyede getirebilecek kadar hızlı gelişir. Tam tersi, sinirsel uyarının ani olarak inhibisyonu arter ba­ sıncını 10 ila 40 saniye içinde normalin yarısına ka­ dar düşürebilir. Bütün bunlardan ötürü arter b a ­ sıncının sinirsel kontrolü bilinen en hızlı basınç kontrol mekanizmasıdır.

Aıter basıncının kontrolünde şimdiye kadar en iyi bilinen sinirsel mekanizma baroreseptör reflekstir. Temel olarak, bu refleks, birkaç büyük sistemik arte­ rin duvarında yer alan, baroıeseptörler ve ya pressoreseptörler olarak adlandırılan gerim reseptörleri ta­ rafından başlatılır. Basınçta meydana gelen artış baroreseptörleıi gerer ve santral sinir sistem ine uyarı­ lar gönderilmesine neden olur. Bu sinyallere yanıt olarak otonom sinir sisteminden kaynaklanan ‘‘fe­ edback" uyarılar dolaşıma ulaşır ve arter basıncını düşürerek normal seviyelerine döndürür.

Kas Egzersizi ve Diğer Stres Tiplerinde Arteryel Basıncın Yükselmesi Sinir sistem inin arter basın cını artırm a yeteneği için verilebilecek önem li bir örnek kas egzersizi sırasında basın cın yükselmesidir. Ağır egzersiz sırasında kaslar oldukça artm ış kan akım ına ih ti­ yaç duyarlar. Bu artışın bir kısmı, Bölüm 17'de anlatıldığı gibi kasa ait dam arlarda, artm ış m eta­ bo lizm aya bağlı yerel vazodilatasyon sonucu m eydana gelir. Ek olarak egzersiz sırasında eşza­ m anlı arter basıncı artışı da kan akım ını artırır. Ağır egzersiz sırasında çoğunlukla arter basıncı % 30 ila 40 kadar artar. Bu artış kan akım ını iki katm a kadar çıkartır. Egzersiz sırasında arter basıncının yükselmesi­ nin şu nedenle olduğuna inanılmaktadır: Sinir sis­ tem inin motor alanları egzersiz sırasında aktive olurken beynin retikiiler aktive edici sistemi de ak­ tive olmakta, bu aktivasyonla birlikte vazomotor m erkezin vazokonstriktör ve kardiyoakseleratör alanları da uyarılmaktadır. Bunların sonucunda ar­ ter basıncı, kas aktivitesindeki artış ile birlikte bir anda artmaktadır. Kas aktivitesi dışında bir çok stres çeşidinde de benzer kan basıncı artışları olabilmektedir. Ö rne­ ğin aşırı korku sırasında arter basıncı bir kaç saniye içerisinde sıklıkla normalin iki katına kadar çıkar. Alarm reaksiyonu olarak adlandırılan bu reaksiyon ile basınç artışı tehlikeden kaçış sırasında kullanı­ lacak kas veya kasları besleyecek kanı hızla sağla­ maktadır.

Baroreseptörler ve İnnervasyonlarının Fizyo­ lojik Anatomisi. Baroreseptörler, arterlerin du­ varlarında serpinti tarzında yerleşmiş sinir sonlanmaları olup, gerildikleıinde uyarılırlar. Göğüs boşluğu ve boyunda bulunan hem en tüm büyük arterlerin duvarında birkaç baroreseptör yerleşmiş olmakla birlikte Şekil 18-5’de gösterildiği gibi b a ­ roreseptörler ( 1 ) kaıotis bifuıkasyonunun hem en üzerinde, karotis siniisii olarak adlandırılan bölge­ de, her iki internal karotis arterinin duvarlarında ve (2 ) aort kavsinin duvarında oldukça yoğun ola­ rak bulunmaktadır. Ayrıca Şekil 18-5’de, her iki karotis sinüsünden çok küçük bir sinir, Ilering siniri ile glossofaıingeus sinire giden, glossofaringeus sinirle beyin sapının medüller alanında bulunan traktııs solitariıısa ula­ şan uyaranları göstermektedir. Aort kavsinden çı­ kan uyaranlar vagus siniri yolu ile m edullanın aynı bölgesine ulaşırlar.

Glossofaringeus siniri

Karotis cismi Karotis sinüsü

Vagus siniri

Normal Arter Basıncının Korunmasında Refleks Mekanizmalar O tonom sinir sistem inin egzersiz ve stres sırasın ­ da arter basıncını yükseltici fonksiyonlarının dı­ şında arter basıncını norm al sınırları içerisinde tutm ak için devrede olan birçok bilinçdışı özel sin irse l kontrol m ekan izm ası bulunm aktadır. Bunların hem en tam am ı bir sonraki kısım da açıklanacak olan n eg a tif fe e d b a c k refleks m e k a ­

nizm alarıdır.

Aort baroreseptörleri

Ş E K İL 1 8 - 5 Arter basıncının kontrolünde baroreseptör sistem.

BÖLÜM 18 • Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi ve Arteryel Basıncın Hızlı Kontrolü

189

olarak hem perifeıik dirençte hem de kalp debisin­ de meydana gelen azalma ile arter basıncım düşür­ mektedir. Buna karşın düşük basınç tam tersi etki göstermekte, refleks olarak basıncın yükselmesine ve normal seviyesine dönmesine neden olmaktadır. Şekil 18-7’de arter basıncında ana karotis aıterileıinin kapanması sonucu oluşan refleks değişik­ likler görülmektedir. Bu karotis sinüsünde basıncı azaltacak, sonuç olarak baroreseptörler inaktif h a­ le geçecek ve vazomotor merkez üzerindeki inhibitör etkileri ortadan kalkacaktır. Vazomotor merkez normalden daha fazla aktif hale geçerek arter b a­ sıncının yükselmesine ve kaıotislerin bağlandığı 1 0 dakika boyunca yüksek kalmasına neden olur. B a­ ğın açılması, basıncın kısa süren bir aşırı kompansasyon nedeniyle hızla normalin biraz altına düş­ mesine ve bir dakika kadar sonra norm ale dönm e­ sine neden olur.

Ş E K İL 1 8 - 6 Arter basıncının değişik seviyelerinde meydana gelen baroreseptör yanıtları

Baroreseptörlerin Basınca Yanıtları. Şekil 18’da değişik arter basınçlarının Hering sinirindeki uyarı hızı üzerine etkisini gösterilmektedir. Karotis sinüsünde bulunan baroreseptörlerin 0 ila 60 mmHg arasındaki basınçlarda uyarılmachklaıına dikkat ediniz. Ancak 60 mmHg’nm üzerinde, 180 mmHg’da maksimuma ulaşana kadar gittikçe artan hızlarda yanıt verirler. Aoı tik baroreseptörlerin ya­ nıtları karotis reseptörlerinin yanıtlarına benzer, ancak aort reseptörleri 30 mmHg ve daha yüksek basınçlarda devreye girerler. Yaklaşık 100 mmHg olan normal ar ter basıncın­ da meydana gelecek en ufak bir değişiklik sonu­ cunda devreye giren kuvvetli otonom refleksler ile arter basıncının normale döndüğüne dikkat edil­ melidir. Böylece baroreseptör feedback mekaniz­ m asının en etkili şekilde fonksiyon gösterdiği yer en fazla ihtiyaç duyulduğu basınç aralığıdır. Baıoreseptörler arter basıncındaki değişikliklere çok hızlı yanıt verirler; ancak uyarı hızı sistol sıra­ sında artmakta, diastol sırasında ise azalmaktadır. Dahası, baıoreseptörler hızlı değişen basınçlara du­ rağan basınçlardan çok daha fazla yanıt vermekte­ dir. Yani, ortalama arter basıncı 150 mmHg civarın­ da hızla artış gösterirken meydana gelen uyarı ileti­ mi, ortalama basınç 150 mmHg’da sabit iken mey­ dana gelen uyarı iletiminden iki kat fazla olabilir. Diğer taraftan eğer basınç düşüyorsa uyarı hızı, sa­ bit düzeydeki uyarı hızının dörtte biri kadardır.

6

Baroreseptörler Tarafından Başlatılan Refleks. Baroreseptörlerden gelen uyarılar, medullada traktus solitariusa ulaştıktan sonra ortaya çıkan ikincil uyarılar medulladaki vazokonstıiktör merkezi iıılıibe ederken vngal parasem patik m erkezi uyarır. Or­ taya çıkan net etki ( 1 ) perifeıik dolaşımdaki velile­ rin ve arteriyollerin vazodilatasyonu (2 ) kalp hızın­ d a ve kasılm a gücünde azalmadır. Bu nedenle baro­ reseptörlerin arter basıncı ile uyarılması, refleks

Vücut Postüründeki D eğişiklikler Sırasında Baro­ reseptörlerin Fonksiyonları. Kişi yatar haldeyken ayağa kalktığında baroreseptörlerin kan basıncını sabit tutm a yetenekleri önemlidir. Ayağa kalkar kalkmaz baş ve vücudun üst tarafında arter basıncı düşme eğilimine girer. Bu kısımdaki basıncın belir­ li şekilde düşmesi bilinç kaybına neden olabilir. Düşen basınç baroıeseptörleri etkileyerek ani bir refleksin başlam asına neden olur. Bu refleks ile tüm vücutta kuvvetli sempatik uyarı meydana ge­ lerek baş ile vücudun üst bölümlerindeki basınç azalmasını en aza indirir. Baroreseptör Kontrol Sisteminin "Tam ponlam a" Fonksiyonu. Baroreseptör sistem, arter basıncında meydana gelen artış ve azalışlara zıt yönde etkisi nedeniyle basınç tam pon sistemi olarak adlandırıl­ makta ve baroreseptörlerden kaynak alan sinirlere tam pon sinirler denilmektedir. Şekil 1 8 -8 ’de baroreseptörlerin bu tam p o n la­ ma fonksiyonlarının önem i gösterilm ektedir. Bu

Ş E K İL 1 8 - 7 Her iki ana karotis arteri klampe edilerek oluşturulan tipik karo­ tis sinüs refleksi (her iki vagus siniri kesildikten sonra).

190

ÜNİTE IV • Dolaşım

Normal

200

-rr -M

'■H R -4'

100

O) x E

°

24

Ş E K İL 1 8 - 8 Normal bir köpekten (üstteki şekil) ve aynı köpekte baroreseptörler denerve edüdikten haftalar sonra (alttaki şekil) yapılmış 2 saatlik arter basıncı kaydı. (Cowley, Liard ve Guyton'dan: Circ. Res., 32: 564, 1973. American Heart Association’ın izniyle).

şeklin üst kısm ında yer alan kayıt norm al bir kö­ pekten 2 saat boyunca alm an arter basıncını gös­ term ekte, alt tarafta bulunan kayıt ise hem karotis sinüsünden hem de aortadaki b aroıeseptörleıd en kaynaklanan sinir liflerinin çıkarıldığı bir köpekten alınan arter basın cın ı gösterm ektedir. D enerve köpekte yatm a, ayağa kalkma, h ey ecan ­ lanm a, yem ek yeme, defekasyon, gürültüye m a­ ruz kalma gibi günlük, basit bir olay esnasında m eydana gelen abartılı b asın ç değişikliklerine dikkat ediniz. Şekil 18-9’da normal ve denerve köpekten 24 sa­ at boyunca alınan arter basıncı kayıtlarındaki fre­ kans dağılımları bulunmaktadır. Baroreseptörler normal durumdayken arter basıncının gün boyun­ ca (ortalama) 85 ila 115 mmHg’lık dar bir alanda kaldığına hatta günün çok uzun hir bölümünde h e ­ m en hem en (ortalama) 100 mmHg olduğuna dikkat ediniz. Diğer yandan baroreseptör denervasyonundaıı sonra frekans dağılım eğrisi oldukça geniş­ lemiş, basınç aralığı 2.5 kat artmış, zaman zaman 50 mmHg’ya kadar düşerken sıklıkla 160 mmHg’ye kadar yükselmiştir. Bu şekilde arteryel baroresep­ tör sistem in yokluğunda, basınçta aşırı değişiklik­ ler ortaya çıkmaktadır. Kısaca arteryel baroreseptör sistem in başlıca gö­ revi, arter basıncında meydana gelen günlük deği­ şiklikleri, baroreseptör sistem bulunmadığında or­ taya çıkacak değişikliklerin yarısı ya da üçte biri ka­ dar azaltmaktır.

A rte r Basıncının Uzun Süreli D üzenlenm esin­ de B aro resep tör Sistem in Etkisizliği-B aroresep törlerin A d ap tasyo n u . B aroreseptör k on t­ rol sistem i arter b asın cın ın uzun süreli düzen­ lenm esinde basit bir ned enle çok az etkili ya da hiç etkisizdir. B aıoresep törler m aruz kaldıkları basınç ne düzeyde olursa olsun bir iki gün içe ri­ sinde ona adapte olurlar. Öyle ki, b asın ç norm al değeri olan 100 m m H g’den 160 m m H g’ye yükse­ lirse, ilk olarak çok sayıda baroreseptör uyaran ortaya çıkar. Sonraki bir kaç saniye içersinde uyaran ateşlem e hızı önem li ölçüde azalır; bunu izleyen bir iki gün içerisind e azalm a yavaş olarak devam eder ve bu süre sonunda arter b asın cı 160 mmHg olm asına karşın uyaran hızı norm al sevi­ yesine döner. Aksine arter basıncı çok düştüğünde baroreseptörler önce hiç bir uyaran iletmezken birkaç gün sonra baroreseptör uyaran ateşlem esi giderek oriji­ nal kontrol düzeyine döner. Baıoreseptörlerin “adapte olma” özellikleri, bir­ kaç günden uzun süren arter basıncı değişiklikle­ rinde baroreseptör refleksin bir kontrol sistem i ola­ rak fonksiyon görmesini engeller. Gerçekten de Şe­ kil 18-8 ve 18-9’da uzun bir zaman aralığı dikkate alındığında, baroreseptörler bulunsun veya bulun­ masın ortalama arter basıncının nerdeyse tam a­ men aynı kaldığı görülebilir. Bu, baroreseptör siste­ min arter basıncının anlık veya saatlik ani değişik­ likleri önlemede çok güçlü bir mekanizm a olm ası­ na rağmen, arter basıncının uzun süreli düzenlen­ m esinde önem inin olm adığını göstermektedir. Ar­ ter basıncının uzun süreli düzenlenmesi için 19. Bölümde tartışılmış olan böbıek-vücut sıvısı-ba-

Ortalama arter basıncı (mm Hg)

Ş E K İL 18 -9 Normal bir köpekten ve aynı köpekte baroreseptörler denerve edildikten haftalar sonra yapılmış 24 saatlik arter basıncı frekans dağılım eğrileri. (Co\vley, I.iard ve Guyton’dan: Circ. Res., 32: 564, 1973. American Heart Associatioıı’ın izniyle).

BÖLÜM 18 • Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi ve Arteryel Basıncın Hızlı Kontrolü

sınç kontrol sistemi gibi başka kontrol sistem lerine gereksinim duyulur. A rte r Basıncının Karotis ve A o rt K em oreseptörleri Tarafından Kontrolü-O ksijen Eksikliğinin A rte r Basıncına Etkisi Baroreseptör basınç kontrol sistemi ile yakın ilişkisi olan kemoreseptör refleks, baroreseptör refleks ile hemen he­ men aynı şekilde çalışmakla beraber yanıtın ortaya çıkışı­ na gerim reseptörleri yerine kemoreseptörler neden olur. Kemoıeseptörler, kimyasal duyarlığı olan hücrelerdir, oksijen yokluğuna, karbon dioksid artışına veya hidrojen iyonlarının artışına duyarlıdırlar. Bu reseptörler birkaç küçük organa yerleşmiş olup 1 - 2 mm büyüklüğündedir. Yerleşimleri her bir ana karotis arterin çatallarıma yerin­ deki iki karotis cismi ve aorta bitişik birkaç aortik cisim­ den oluşmaktadır. Kemoreseptörler, baroreseptörlere ait lifler ile birlikte Hering ve vagus sinirleri ile vazomotor merkeze ulaşan sinir liflerini uyarırlar. Her karotis veya aort cismi küçük bir besleyici arter ta­ rafından bol miktarda kan almakta, böylece kemoresep­ törler her zaman arter kanı ile yakın ilişki içinde bulun­ maktadır. Arteryel basınç kritik bir düzeyin altına düştü­ ğü zaman, kemoreseptörlere ulaşan kan akımı azalır, bu­ na bağlı olarak kullanılan oksijen miktarı azalırken, hid­ rojen ve karbondioksid iyonlarının miktarı artar, bu de­ ğişiklikler kemoreseptörleri uyarır. Kemoreseptörlerden kaynaklanan uyarılar vazomotor merkeze iletilerek burayı uyarırlar ve bu da arter basıncı­ nın artmasına neden olur. Bu refleks arter basıncı çok düş­ tüğünde tekrar normal seviyeye dönmesine yardımcı olur. Kemoreseptör refleks normal arter basıncı sınırları içersinde güçlü bir arter basıncı kontrolü sağlamaz. Bu­ nun nedeni arter basıncı 80 mmHg’nm altına düşmeden güçlü olarak uyarılamamalarıdır. Bu nedenle kemore­ septör refleks özellikle düşük basınçlarda basıncın daha fazla düşmemesi için önem kazanmaktadır. Kemoreseptörler dolaşımdakinden daha önemli bir role sahip oldukları solunumun kontrolü ile ilgili olarak Bölüm 41’de daha detaylı olarak tartışılacaktır. A rte r Basıncı ve D iğer Dolaşım Faktörlerinin D üzenlenm esinde Yardımcı Olan Atriyal ve P ulm oner A rte r Refleksleri Atriyumların ve pulmoner arterlerin duvarında, büyük sistemik arterdeki baroreseptör gerim reseptörlerine benzeyen düşük-basınç reseptörleri adı verilen gerim re­ septörleri bulunmaktadır. Bu düşiik-basınç reseptörleri kan hacmi değişikliklerine bağlı olarak meydana gelen arter basıncı değişikliklerinin minimal olmasında rol oy­ nar. Ürnek vermek gerekirse, eğer bütün reseptörleri intakt olan bir köpeğe 300 mİ hızlı kan infiizyonu yapılırsa, arter basıncı sadece 15 mmHg kadar yükselir. Arteryel baıoreseptörler denerve edildiğinde basınç 40 mmHg yükselir. Eğer diişük-basınç reseptörleri de denerve edi­ lirse basınç 100 mmHg yükselecektir. Böylece görüldüğü gibi pulmoner arter ve atriyumdaki düşük-basınç reseptörleri sistemik arter basıncını saptayamasalar da düşük-basınç bölgelerinde hacim ar­ tışına bağlı basınç değişikliklerini saptayıp baroreseptör refleks yanıtına eşzamanlı olarak ek bir refleks dizisi meydana getirerek, arter basıncının kontrolünde etkili refleks mekanizmasının tümünü güçlendirmektedir.

Böbrekler Üzerinde Etkili Atriyal Refleksler - Hacim Refleksi. Atriyumların gerilmesi aynı zamanda böbrek­ lerin afferent arteriyollerinde refleks bir dilatasyona ne­

191

den olur. Bu refleks diişük-basınç reseptörleri aracılığıy­ la diğer peıiferik arteriyollerde oluşan refleks ile aynı ol­ masına rağmen böbreklerde beklenmedik kadar güçlü etki gösterir. Aynı zamanda sinyaller eşzamanlı olarak hipotalamusa da iletilerek antidiiiretik hormon salgısını inhibe etmekte ve böbrek fonksiyonları indirekt olarak da etkilenmektedir. Afferent arteriyollerde azalmış olan direnç, glomerül kapiller basıncı artırarak böbrek tubuluslarıııa sıvı filtrasyonunun artmasına neden olur. Antidiüıetik hormonun azalması tubuluslardan sıvı geri emilimini azaltır. Bu iki etkinin kombinasyonu idrarla hızla sıvı kaybına neden olarak kan hacminin normale dönmesinde güçlü bir yol olarak hizmet eder. (Ayrıca Bö­ lüm 19’da atriyal gerilmenin böbreklerde hormonal bir etki başlattığı -atriyal natriiiretik peptid- ve bu etkinin idrarla sıvı atılımını daha da artırarak kan hacmini nor­ male döndürmedeki önemi incelenecektir). Aşırı hacim artışından sonra kan hacminin normale döndiirülmesine yönelik tüm bu mekanizmalar hacim düzenleyici olduğu kadar indirekt yoldan basınç düzen­ leyici olarak da görev yaparlar. Çünkü, hacim yükselme­ si kalp debisin artırarak arter basıncını yükseltir. Bu ha­ cim refleksi mekanizması, kan hacmi kontrol mekaniz­ maları ile birlikte Bölüm 29’da tekrar tartışılmıştır.

Kalp Hızının Atriyal Refleks Tarafından Kontrolü (Bainbridge Refleksi). Atriyumlardaki basıncın artma­ sı bazen % 75'e kadar varan oranlarda kalp hızı artışına neden olur. Bu artışın küçük bir bölümü, atriyal hacmin­ deki artış sonucu sinüs düğümünün gerilmesine bağlı direkt bir etkidir. 10. Bölümde işaret edildiği gibi böylesi direkt bir gerim kalp hızını en çok % 15 kadar artırabilir. Meydana gelen ek % 40 ila 60 artış ise Bainbridge reflek­ si adı verilen bir refleks nedeniyle onaya çıkar. Bainbrid­ ge refleksini başlatan atriyal gerim reseptörlerinin affe­ rent uyarımları vagus sinirleri ile beyinde medullaya ile­ tirler. Daha sonra vagus ve sempatik sinirler ile geriye dönen efferent uyarımlar kalbin hızını ve olasılıkla kasıl­ ma gücünü artırır. Böylece bu refleks kanın velilerde, atriyumda ve pulmoner dolaşımda göllenmesini önleme­ ye yardımcı olur. Bu refleks arter basıncının kontrolün­ den farklı bir amaç taşımaktadır. M e rk e zi S inir S istem inin İs k e m ik Y a n ıtıBeyin Kan A kım ın d aki A zalm aya Y a n ıt O larak A rter Basıncının V a z o m o to r M e rk e z Tarafından Kontrolü Kan basıncının sinirsel kontrolünün büyük kısmı, tümü beynin dışında, periferik dolaşımda yerleşmiş bulunan ba­ roreseptörler, kemoreseptörler ve düşiik-basınç reseptörle­ rinden kaynaklanan reflekslerle sağlanır. Aşağı beyin sapın­ da yerleşik bulunan vazomotor merkeze ulaşan kan akımı bölgeyi besleyemeyecek yani serebral iskemiye neden ola­ cak kadar azalırsa, vazomotor merkezin kendisi iskemiye direkt olarak yanıt vererek güçlü bir şekilde uyarılır. Böylesi bir uyarı olduğunda sistemik arter basıncı kalbin pompala­ ma gücünün ulaşabileceği en son seviyeye kadar artması ile yükselir. Bu etkinin yavaşlamış kan akımının karbon dioksidi vazomotor merkezden uzaklaştıramamasından ötürü meydana geldiğine inanılmaktadır. Bölgedeki karbon diok­ sid konsantrasyonunun çok artması beyin medullasındaki sempatik sinir sistemi kontrol merkezlerinin çok güçlü ola­ rak uyarılmasına neden olmaktadır. Basınç artışına neden olan vazomotor merkezin uyarılma nedenleri arasında, böl­ gede laktik asit ve diğer asidik maddelerin birikmesi de bu­ lunmaktadır. Arter basıncının serebral iskemiye yanıt olarak yükselmesi merkezi sinir sisteminin iskemik yanıtı ya da sa­ dece MSS iskemik yanıtı olarak bilinmektedir.

192

ÜNİTE IV • Dolaşım

İskeminin vazomotor aktivitedc önemi çok büyüktür. Ortalama arter basıncını en çok 10 dakika içinde 250 mmHg’ye kadar yükseltebilir. Yoğun serebml iskenıi ile

gelişen sempatik vazokonstı iksiyon çoğu kez o kadar faz­ ladır ki peri ferik damarların bazıları tamamen ya da ta­ mama yakın olarak kapanırlar. Örneğin böbrekler sem­ patik uyanlara yanıt olarak idrar yapımını sıklıkla tama­ men durdururlar. Bu nedenle MSS iskenıik yanıtı tüm

sempatik vazokoııstriktör sistem aktivcıtörlerinin en güç­ lü/erinden biridir. Mss İskem ik Yanıtının Arter Basıncı Düzenleyicisi O larak Rolü. MSS iskemik yanıtı çok güçlü yapısına rağmen kan basıncı normalin çok altına, 60 mmHg ve daha aşağısına düşmedikçe belirgin hale geçmez; en fazla uyarılması ise basıncın 15 ila 20 mmHg’ye düşme­ si sırasında olur. Bu nedenle her zaman kullanılan nor­ mal arter basıncı düzenleme mekanizmalarından biri değildir. Bunun yerine temel olarak, beyin kan akımın­

daki azalma öldürücü düzeye yaklaştığında arter ba­ sıncında daha fazla azalma meydana gelmemesi için hızlı ve çok güçlii bir biçimde devreye giren bir acil kont­ rol sistemi gibi çalışır. Bu yanıt bazen arter basıncı kontrol mekanizmasında "son savunma sınırı” olarak isimlendirilir.

Cushing Reaksiyonu. Cuslıing Reaksiyonu olarak ad­ landırılan mekanizma kraniyal boşluk içinde basıncın artması sonucu oluşan özel bir MSS iskemik yanıt tipidir. Örneğin bejin omurilik sıvı basıncı artarak arter basıncı ile aynı seviyeye ulaştığında beyin arterlerini sıkıştırarak bölgeye ulaşan kan akımını engeller. Bu da, MSS iskemik yanıtının ortaya çıkması ile arter basıncının yükselmesi­ ne neden olur. Arter basıncı, beyin-omurilik sıvı basın­ cından daha yüksek düzeye çıktığında kan yeniden be­ yin kan damarlarına ulaşır ve iskemi ortadan kalkar. Ge­ nellikle, kan basıncı beyin omurilik sıvı basıncının he­ men üzerinde bir düzeyde yeni bir denge hali oluştura­ rak, beyin kan akımının devamlı olmasını sağlamaktadır. Şekil 18-10’da beyin etrafındaki boşluğa basınçlı sıvı uy­ gulanmasıyla ortaya çıkan Cushing Reaksiyonu gösteril­ mektedir. Cushing Reaksiyonu beyin-omurilik sıvı (BOS) basın­ cının serebral arterlere baskı yapacak denli artması ha­ linde beyinin yaşamsal merkezlerinin beslenmesinin engellenmesini önlemektedir.

ARTER B A S IN C IN IN S İN İR S E L K O N T R O ­ LÜNDE Ö N E M İ B U LU N A N Ö ZEL HALLER Kalp D ebisi ve A rter Basıncının A rtm asında iskelet Kasları ve S inirlerinin Rolü Dolaşımın sinirsel kontrolünün büyük kısmı otonom si­ nir sistemi tarafından yapılmakla beraber iskelet kas ve sinirlerinin dolaşım fonksiyonları üzerinde önemli rol oynadığı en az iki hal aşağıda açıklanmıştır.

Abdominal Bası Refleksi. Barorescptör ya da kemoreseptör refleksler uyarıldığında veya sempatik vazokonstriktör sistemin herhangi bir faktör tarafından uyarılması sırasında, uyaranlar, eşzamanlı olarak iskelet sinirleri ta­ rafından başla karın kasları olmak üzere tüm iskelet kas­ larına da taşınırlar. Bu, kasların bazal tonuslarını artırır­ ken karın içindeki venöz kan yataklarını sıkıştırmakta ve kanın abdominal damar yataklarından kalbe doğru yön­ lendirilmesini sağlamaktadır. Sonuç olarak kalbe pom­ palanmak üzere daha fazla miktarda kan sağlanmış olur. Bu yanıtın tümüne abdominal bası refleksi denmektedir. Sonuçta bu refleksin dolaşım üzerindeki etkisi sempatik vazokoııstriktör uyarıların venler üzerine olan kasıcı et­ kileriyle aynı olup dakika atım hacmi ve arter basıncında artışa yol açar. Abdominal bası refleksi olasılıkla geçmişte inanıldı­ ğından daha önemlidir. İskelet kasları paralize olan kişi­ lerin hipotansif ataklara normal insanlardan daha yatkın olmaları, bu refleksin önemini gösterir. Egzersiz Sırasında İskelet Kaslarının Kontraksiyonu İle Dakika Atım Hacmi ve Arter Basıncı Artışı. Egzersiz sırasında iskelet kasları kasıldığında vücuttaki tüm damarları sıkıştırırlar. Hatta egzersize hazırlık sıra­ sında bile kasların gerilmesi damarları sıkıştırmaktadır. Ortaya çıkan sonuç çok miktarda kanın periferik damar­ lardan kalp ve akciğerlere kanalize olması ve böylece dakika atım hacminin artması şeklindedir. Bu mekaniz­ ma ciddi egzersiz sırasında dakika atım hacminin bazen 5 hatta 6 kat artabilmesini sağlayan ana nedendir. Daki­ ka atım hacminin artması, egzersiz sırasında arter ba­ sıncının yükselmesinin mutlak sorumlularından biri halini almaktadır. Bu artış genellikle % 20 ila 60 arasın­ da olmaktadır.

Arter basıncı Sıfır

BOS basıncında artma

Yazıcı

BOS basıncında azalma

Hareketli kağıt

Basınç şişesi

Subaraknoidal aralığa açılan bağlantı

Arter basıncı transduseri

Ş E K İL 18- 10 Beyin omurilik sıvı basıncının (BOS) artması sonucu arter basıncının yük­ selmesi; Cushing reaksiyonu.

BÖLÜM 18 • Dolaşımın Sinirsel Düzenlenmesi ve Arteryel Basıncın Hızlı Kontrolü 200-

A rter Basıncında Solunum D algaları I

Her solunum siklüsünde arter basıncı 4-6 mnıHg kadar yükselmeler ve alçalmalar gösterir. Buna arter basıncın­ da solumun dalgaları adı verilir. Bu dalgalar bazıları ref­ leks niteliğinde olan çeşitli değişik etkiler sonucu ortaya çıkmaktadır. Bu etkiler şöyle sıralanabilir. 1. Her solunum siklüsii sırasında, medulladaki solu­ num merkezinden kaynaklanan birçok uyarı vazomotor merkeze doğru da yayılır. 2 . Her inspirasyon sırasında göğüs boşluğu basıncı normalden daha negatif hale gelir ve buna bağlı olarak göğüs boşluğundaki damarlar genişler. Bu genişleme so­ nucunda sol kalbe dönen kan miktarında azalma mey­ dana gelerek dakika atım hacmi ve arter basıncında azal­ maya neden olur. 3. Solunum ile göğüs boşluğundaki damarlarda mey­ dana gelen basınç değişiklikleri damarlar ve atriyumlarda bulunan gerim reseptörlerini uyarırlar. Solunum dalgaları yaratan bütün bu faktörler arasın­ daki ilişkiyi tam olarak incelemek güç olmakla birlikle normal solunum sırasında net sonuç ekspirasyonun er­ ken döneminde arter basıncında artış, solunum siklüsünün geri kalan bölümünde ise azalma şeklindedir. Derin soluk alıp verme sırasında kan basıncı 2 0 ınınHg kadar yükselme ve düşüşler gösterebilir. A rter Basıncında “V a zo m o to r” D algalarB asınç R efleks Kontrol S istem lerinin O silasyonu Hayvanlardan yapılan arter basıncı kayıtlarında sıklıkla so­ lunumdan ileri gelen küçük basınç dalgalarına ek olarak so­ lunum dalgalarına göre yavaş yükselip alçalan çok daha bü­ yük dalgalar -her biri 10 ila 40 mmHg arasında farkedilebiİir. Her sikliisiin süresi anestezi altındaki köpeklerde 26 sa­ niye iken insanda 7 ila 10 saniye arasında değişebilmekte­ dir. Bu dalgalar vazomotor dalgalar ve ya “Mayer dalgaları’’ olarak adlandırılır. Şekil 18-11’deki arter basıncı kayıtların­ da bu tür alçalma yükselme siklüsleri gösterilmektedir. Vazomotor dalgaların nedeni, bir kısım aşağıda açıkla­ nan, genellikle bir veya daha fazla sayıda sinirsel basınç kontrol mekanizmasında oluşan osilasyonlardır (dalga­ lanmalar).

Baroreseptör ve Kem oreseptör Reflekslerin Osilas­ yonu. Şekil 18-llB ’de görülen vazomotor dalgalar daha az yoğunlukta olmakla beraber hemen her zaman de­ neysel basınç kayıtlarında görülen olağan vazomotor dalgalardır. Temel olarak baroreseptör reflekste meydana gelen osilasyoıılar sonucunda ortaya çıkarlar. Yani baroreseptörleıin yüksek basınç tarafından uyarılmaları ile sempatik sinir sistemi inhibe olur ve birkaç saniye sonra basınç azalır. Basıncın azalmasıyla baroreseptörlcrin sti-

193

160 120 H

80 40 0

B il—

1 A

Ş E K İL 18 - 11 A, MSS iskemik yanıtındaki osilasyonla oluşan vazomotor dal­ galar. B, Baroreseptör relleks osilasyonuyla oluşan vazomotor dalgalar.

mülasyonu azalır ve vazomotor merkezin tekrar aktifleş­ mesi sağlanır; böylece basınç yine yükselir. Ancak yanıt yine bir kaç saniye gecikme ile ortaya çıkar. Basıncın yükselmesi yeni bir döngüyü başlatır ve osilasyon ardışık biçimde sürer. Kemoreseptör rejleksde aynı tip dalgalar doğuracak tarz­ da osilasyon gösterebilir. Bu refleks genellikle baroresep­ tör refleks ile eş zamanlı olarak osilasyon oluşturur. Aslın­ da olasılıkla arter basıncı 40 ila 80 mmHg arasında ikeıı ke­ moreseptör refleks vazomotor dalgaların oluşumunda ana rolü oynamaktadır. Bunun nedeni bu basınç sınırları için­ de dolaşımın kemoreseptörlerce kontrolünün baroreseptörlerce kontrolünden çok daha güçlü oluşudur.

Mss İskemik Yanıtının Osilasyonu. Şekil 18-1 lA’daki ka­ yıt MSS iskemik basınç kontrol mekanizmasından kaynak­ lanan osilasyonu göstermektedir. Bu deneyde beyin omu­ rilik sun basıncı 160 mmHg’ye çıkartılarak serebral damar­ ların sıkıştırılması yoluyla MSS iskemik yanıtı başlatılmış­ tır. Arter basıncı 160 mmHg’nin üzerine çıktığında iskemi ortadan kalkmış ve sempatik sinir sistemi inaktive olmuş­ tur. Bunun sonucunda arter basıncı hızla normal seviyeye düşmüş ve yeniden medüller iskemi meydana gelmiştir. İskemi basınçta bir kez daha yükselmeye neden olmuştur. Sonra yine iskemi ortadan kalkmış ve basınç düşmüştür. Bu döngü beyin omurilik sıvı basıncı yüksek kaldığı sürece kendini tekrar etmeye devam etmiştir. Bu şekilde, "feedback" kapasitesi yeteri kadar güçlü olan ve basınç reseptörünün uyarılması ile ardından ge­ len basınç yanıtı arasında gecikme bulunan herhangi bir basınç kontrol mekanizması osilasyon meydana getire­ bilir. Vazomotor dalgalar, arter basıncını kontrol eden si­ nirsel reflekslerin mekanik ve elektriksel kontrol sistem­ lerinde geçerli olan prensiplere uymakta olduğunu gös­ terdiğinden büyük ölçüde teorik önem taşırlar. Örneğin bir uçak otomatik pilot mekanizmasına bağlı iken eğer feedback "kazanç" çok büyük olursa ve otomatik pilotu yöneten mekanizmada yanıt gecikiyorsa uçak diiz bir rota izleyeceğine her iki yana doğru osilasyon yapar.

REFERANSLAR Andresen M C , Kunze D L: N uclcus tractus solitarius— gateway lo neural circulatory co n ­ trol. Annu R ev Physiol 5 6 :9 3 , 1994. Castelano M , Bohm M : T he cardiac betaadrenoceptor-mediated signaling pathway and its alterations in hypertensive heart dis­ ease. Hypertension 2 9 :7 1 5 , 1997. Christofi F L , Guan Z, W ood JD , Baidan LV , Stokes B T : Purinergic C a 2 + signaling in myeneric neurons via P 2 purinoceptors. Am J Physiol 2 7 2 :G 4 6 3 , 1997. C loarec-Blanchard, L.: Heart rate and blood pressure variability in cardiac diseases:

pharm acological im plications. Fundamental & Clin. Pharm acol., 11:19, 1997. C ow ley A W Jr. Guyton A C : Barorccep to r re­ flex contribution in angiotensin 11-induced hypertension. Circulation 5 0 :6 1 , 1974. C ow ley A W Jr, M onos E , Guyton A C : Inter­ action o f vasopressin and the baroreceptor reflex system in the regulation o f arterial pressure in the dog. C irc Res 3 4 :5 0 5 , 1974. Cushing H: Concerning a definite regulatory' m echanism o f the vasom otor center which controls blood pressure during cerebral

com pression. B u ll John s H opkins Hosp 12: 2 9 0 . 1901. D ahan A, Teppem a L , B e e k J: Physiology and Pharm acology o f Cardiorespiratory Control. B oston : K luw er A cad em ic Publishers, 1998. Folkow B : Physiological aspects o f primary hypertension. Physiol R ev 6 2 :3 4 7 , 1982. Furness J B , B orn stcin JC , K unze W A , et al: Experim ental basis for realistic large-scale com puter sim ulation o f the enteric nervous system . C lin Exp Pharm acol Physiol 23: 7 8 6 , 1996.

194

ÜNlTE IV • Dola§im

G uyton A C : A rterial Pressure and H yperten­ sion. Philadelphia: \VB Saunders C o, 19 8 0 . G uyton A C : A cu te hypertension in dogs with cerebral ischem ia. Am J Physiol 1 5 4 :4 5 , 1948. G uyton A C , Satterlield JH : V asom otor w aves possibly resulting from C N S isch em ic rellex o scillation . Am J Physiol 1 7 0 :6 0 1 , 1952. G uyton A C , Batson H M , Sm ith C M , A rm ­ strong G : Method fo r studying com petence o f the bod y’s blood pressure regulatory m echanism s and effect o f pressoreceptor denervation. Am J Physiol 1 6 4 :3 6 0 , 1951. G uyton A C , et al: Synthesis o f endocrine co n ­ trol in hypertension. Clin S c i M o lcc M ed 5 1 :3 1 9 , 1976. Hall J E , G uyton A C : Changes in renal h em o­ dynam ics and renin release caused by in­ creased plasm a oncotic pressure. Am J Ph y­ siol 2 3 1 :1 5 5 0 , 1976. Jordan D: Central Nervous Control o f A uto­ nom ic Function. A m sterdam : Harwood A cadcm ic Publishers, 1997. Levitsky M G , Hall S M , M cDonough KH: C ar­

diopulm onary Physiology in A nesthesiol­ ogy. New York: M cG raw -H ill, 1997. Mohrm an D L , H eller L J: C ardiovascular Phys­ iology. New Y ork: M cG raw -H ill, 1997. M uratani H, T cruya 11. Sesoko S , et al: Brain angiotensin and circulatory control Clin E xp Pharm acol Physiol 2 3 :4 5 8 , 1996. N akao K. Ishii H, Kusunoki M , Yam am ura T , Utsunom iya J: Nitric oxide-related neural com ponents in the rat small intestine after transplantation. Transpl Int 10:19, 1997. N osaka S : M odifications o f arterial baroreflexes: obligatory roles in cardiovascular regulation in stress and poststress recovery. Jpn J Physiol 4 6 :2 7 1 , 1996. O ’ Leary D S: Heart rate control during exercise by baroreceptors and skeletal muscle afferents. Med S ci Sports E xerc 2 8 :2 1 0 , 1996. Osborn JW : The sym pathetic nervous system and long-term regulation o f arterial pres­ sure: what are the critical questions? Clin Exp Pharm acol Physiol 2 4 :6 8 , 1997. Parer JT : H andbook o f Fetal Heart Rate M on i­

toring. Philadelphia: W B Saunders Co, 1997. Persson P B : M odulation o f cardiovascular con ­ trol m echanism s and their interaction. Phy­ siol R ev 7 6 :1 9 3 , 1996. Pohl U , deW it C : Interaction o f nitric oxide with m yogenic and adrenergic vasoconstric­ tor processes in the control o f m icrocirculatory blood flow . Pllugers A rch 4 3 2 :R 1 0 7 , 1996. Sch roer H: R elevance and reliability o f Lud­ w ig ’s scien tific concep tions o f the physiol­ ogy o f the m icrocirculation . Pfingers Arch 4 3 2 :R 2 3 , 1996. Sagaw a K: B aroreflex control o f system ic arte­ rial pressure and vascular bed. In: Shepcrd JT , A bboud F M (ed s): Handbook o f Physi­ ology, S e c . 2 , V ol. III. Bethesda: American Physiological S o ciety , 1 9 83, p 45 3 . T a it J F , T a it S A : Insulin, the renin-angiotensin-aldosterone system and blood pressure. Perspect B io l 4 0 :2 4 6 , 1997. Zanchetti A , M an cia G : Pathophysiology o f H ypertension. A m sterdam : Elsevier, 1997.

Arter Basıncının Uzun Süreli Düzenlenmesi ve Hipertansiyonda Böbreklerin Baskın Rolü: Basınç Kontrolünde Entegre Sistem Bölüm 18’de gördüğümüz gibi sinir sistemi arter basıncının hızlı, kısa-süıeli düzenlenmesinde güç­ lü etkinliğe sahip olmasına rağmen arter basıncı saatler veya günler boyunca yavaş yavaş değiştiği takdirde sinirsel mekanizmalar değişiklikleri en­ gelleyecek özelliklerinin hem en tam amını birer b i­ rer yitirirler. Öyle ise arter basıncı seviyelerini haf­ talar, aylar boyunca sabit tutan uzun süreli meka­ nizma nedir? Bu bölümde uzun süreli kontrolde böbreklerin baskın bir rol oynadığını göreceğiz.

A R TE R B A S IN C IN IN K O N T R O LÜ N D E B Ö B R E K -V Ü C U T S IV IS I S İS T E M İ Arter basıncının kontrolünde böbrek-vücut sıvısı sistem i basit bir mekanizm a şeklinde çalışır. Vücut çok fazla ekstraseliiler sıvı içerdiğinde kan hacmi ve arter basıncı yükselir. Basıncın yükselmesi di­ rekt bir etki ile böbreklerin fazla ekstıaselüler sıvıyı atm asına neden olur ve bu da basıncı tekrar nor­ male döndürür. Hayvanlar aleminin evrimsel soyoluş (filogenez) tarihinde basıncın kontrolünde rol alan böbrek-vücut sıvısı sistemi ilkel sistemler arasındadır. En ilkel omurgalılardan yılan balığı benzeri küçük bir balık olan “hagfish" de bile bütünüyle çalışmaktadır. Bu hayvanın arter basıncı 8 ila 14 mmHg kadar düşük olup hemen hemen doğrudan kan hacmi ile orantı­ lı olarak artmaktadır. Hagfish sürekli olarak deniz suyu içer. Bu su emilerek kana karışmakta ve kan hacmi ile birlikte basıncını da artırmaktadır. Ancak basınç çok yükseldiğinde böbrek kolayca fazlalık ya­ ratan hacmi idrar ile atarak basıncı normale dön­ dürmektedir. Basınç düşük olduğunda böbrek alı­ nan sıvıdan çok daha azını atar. Böylece hacim ve basınç tekrar normal seviyelerine çekilmiş olur. Çağlar boyunca basıncın kontrolünde rol alan bu ilkel mekanizma varlığını aynen hagfish'deki şek­ liyle sürdürmüştür. İnsanda da böbreklerden atılan su ve tuz tıpkı hagfishde olduğu gibi basınç deği­ şikliklerine bağlıdır. İnsanda arter basıncında mey­ dana gelecek birkaç milimetre cıva artış böbrekler­ den su ve tuz atılımım ikiye katlayabilmektedir. Su­ yun basınca bağlı atılımına basınç diiirezi, tuzun atılımına ise basınç natriilrezi denmektedir. İnsanlarda böbrek-vücut sıvısı sistemi denetimi lıagfish’de olduğu gibi basıncın uzun süreli kontro­

lünün temel yapısını oluşturmaktadır. Ancak evri­ min değişik dönemleri boyunca birçok değişikliğin eklenmesi ile sistem, kontrol işlevini insanda çok daha mükemmel hale getirmiştir. Özellikle önemli değişikliklerden biri ıenin-anjiyotensin m ekaniz­ masının sistem e eklenmesidir.

Arter Basıncı Kontrolünün Temel Mekanizmalarından Basınç Dîürezinin Kantitatif Olarak İncelenmesi Şekil 19-1'de değişik arter basınçlarının atılan idrar hacmi üzerine yaklaşık ortalama etkileri ve basınç diiirezi olarak adlandırılan, basınç artışıyla beraber atılan hacimde görülen artış gösterilmektedir. Ş e­ kildeki eğri, böbrek atını eğrisi veya böbrek fo n k si­ yon eğrisi adını almaktadır. 50 mmHg’lik bir arter basıncında idrar atılım ı esas olarak O’dır. 1 0 0 ıumHg basınçta idrar atılımı norm al seviyede, 200 mmHg’da ise normal seviyesinin altı ila sekiz katı kadardır. Dahası, yüksek basınç sadece atılan idrar hacm ini artırmakla kalmaz, benzer bir etki ile sod­ yum atılması da artırır. Bu fenom ene basınç natriiirezi denmektedir. Arter Basıncının Kontrolünde Böbrek - Vücut Sıvı­ sı Sisteminin Etkinliğini Gösteren Bir Deney. Şcl I 19-2’de gösterilen köpekler üzerinde yapılmış dene de kan basıncını kontrol eden tüm sinirsel refleks nn kanizmalar bloke edildikten sonra arter basıncı 400 im civarında bir kan transfüzyonuyla ani olarak yükseltilmiştir Dakika atım hacminin hızla normal seviyenin yaklaşık iki katma çıkışına ve ortalama arter basıncı­ nın istirahat sırasındaki seviyesinin 115 mmHg üstü­ ne, yani 205 mmHg’ye yükselişine dikkat ediniz. Orta­ daki eğride artan arter basıncının idrar atılımı üzerine olan etkisi görülmektedir. Bu etki sonucunda idrar atı­ lımı 12 kat artış göstermektedir. Bu büyük çaplı sıvı kaybı ile beraber hem dakika atım hacmi hem de arter basıncı takip eden saat içerisinde normale dönmekte­ dir. Bu deneyden görülebileceği gibi böbreklerin sıvı hacmini vücuttan uzaklaştırabilme ve arter basıncını normale döndürme yeteneği büyüktür. Basıncın Böbrek - Vücut Sıvısı Sistemi Tarafın­ dan Kontrolünün Grafiksel Analizi, "Sonsuz Kazanç" Özelliğinin Gösterilmesi. Şekil 19-3’de arter basıncının böbrek-vücut sıvısı sistem i ile 195

196

«O*

c "m E o c

ÜNİTE IV • Dolaşım

8-

Su ve tuzun böbrek atım hacmi

7-

Su ve tuz alımı

65-

' "

4-

E o 03 J= E

3-

2 32

ı-

2-

0-

o

20

50 100 150 Arter basıncı (mmHg)

40

Arter basıncı (mm Hg)

Ş E K İL 19 - 3 Ş E K İL 19 • 1 Perfiize odileıı izole böbrekten kaydedilmiş tipik böbrek atım hacmi eğrisi. Şekilde arter basıncı arttığında ortaya çıkan basınç diürezi görülmektedir.

kontrolünün analizinde kullanılabilecek bir grafik­ sel yöntem gösterilmiştir. Bu analiz birbirini kesen iki ayrı eğriye dayanmaktadır: ( 1 ) Su ve tuz için böbrek atım hacmi eğrisi. Bu eğri Şekil 19-1 ’de gös­ terilen böbrek atım hacm i eğrisi ile aynıdır. (2 ) Net su ve tuz atılımı gösteren eğri (ya da çizgi). Bu eğri vücuda alınan su ve tuzdan böbrekler dışındaki atı­ lım çıkartıldıktan sonra çizilmiştir. Uzun bir dönem için düşünüldüğünde su ve tuz

w__

X) ^ o> ra

Böbrek atım hacmi eğrisi ile su ve tuz alım eğrisi eşitlenerek ya­ pılan arter basıncı ayar analizi. Denge noktası, arter basıncının ayarlanacağı seviyeyi göstermektedir. (Alım sonrası vücuttan böbrek dışı yollardan kaybedilmiş olan su ve tıız, bu ve bundan sonraki şekillerde ihmal edilmiştir).

atılımı alımı dengelemek zorundadır. Şekil 19-3’de tek bir yerde atılım alımla eşit gözükmektedir. Bu yer denge noktası adını alan her iki eğrinin kesiştiği noktadır. Şimdi arter basıncı denge noktasındakinden daha farklı bir değer alırsa ne olacağını görelim. Önce arter basıncının 150 nunHg’ya çıktığım varsayalım. Bu seviyede grafikte böbıekden atılan su ve tuz alımdan yaklaşık 3 kat daha fazla olmak­ tadır. Böylece vücut sıvı yitirmekte, kan hacmi azalmakta ve arter basıncı düşmektedir. Dahası sı­ vının bu "negatif denge” lıali, basınç tam denge noktasına dönene kadar kesinlikle sona erm eye­ cektir. Arter basıncında denge noktasına göre 1 mıııHg’hk bir artış olması halinde bile sıı ve tuz a lı­

-o -o

nlından dalıa fa z la atılını olm aya devam edecek

« 3-

böylece basınç, denge noktasına dönm esi için ge­ rekli olan 1 mmHg kadar azalacaktır. Şimdi de arter basıncı denge noktasının altına düşerse neler olacağını görelim. Bu kez su ve tuz alımı atılımdan daha çok olmaktadır. Böylece vü­ cut sıvı hacm i çoğalır, kan hacmi artar ve arter b a ­ sıncı bir kez daha tam olarak denge noktasına dö­ nene kadar yükselir. Arter basıncının her zam an tam o larak bu denge

c m - 5 Ş 1 05 ._

-O E

noktasına dönüşü, basıncın böbrek-vücut sıvısı m e­ kanizm ası ile kontrolündeki sonsuz kazanç ilkesi

o

w X05

sayesindedir.

-? E Q) E t: —