Reseptörler, Beyin ve Kalp

21.10.2013
Reseptörler, Beyin ve Kalp
Reseptörler
 Dışardan gelen uyarıları toplama görevi vardır.
 Değişik tipte reseptörler vardır.
1
21.10.2013
Reseptörler
 Dış reseptörler
 - Fotoreseptörler : retina
 -Kimyasalreseptörler :Koku ve tat
 -Mekanikreseptörler :Ses ve dokunma duygusu
 -Termoreseptörler : Sıcak ve soğuk hissi
Reseptörler
 İç Reseptörler
 Kalp ve akciğerdeki kimyasal reseptörler :
Karbondioksit basıncına bağlı olarak nefes almayı
tetiklerler.
2
21.10.2013
The Pacinian Corpuscle (Dokunma
Reseptörü)
 Dokunma reseptörüdür.
 0.5-1 mm uzunluğunda ve
0.3-0.7 mm kalınlığındadır.
Bir çok yatay tabakadan
oluşur.
 Merkezinde sinir hücresinin
miyelinsiz kısmının da
bulunduğu çekirdeği içerir.
 Ranvier : Miyelinli sinir
hücrelerinde aksonların
yaptığı, üzerindeki elektrik
hızını arttıran miyelinlerin
boğum yaptığı boşluğun
adıdır.
 Bu reseptörde ilk Ranvier
boğumu çekirdekte meydana
gelir.
 Werner R. Loewenstein (1959)
bu reseptörle ilk defa deney
yapmıştır.
 Deneyinde bir piezoelektrik
kristalini reseptörü uyarmak
için kullanmıştır.
 Bu uyarıma karşılık oluşan
tepkiyi ise nöronun miyelinsiz
ucundan jeneratör gerilimini ve
Ranvier boğumlarından ise
aksiyon potansiyelini bir
elektrot ile ölçmüştür.
 Dış katmandaki tabakaları
soymuş, soyulmamış halinde
ürettiği sinyallare benzer sinyal
üretmeye devam ettiğini
gözlemlemiştir.
3
21.10.2013
 (a) ‘dan (e)’ye şiddeti
aratarak uygulanan
uyarılara jeneratör
geriliminin normal cevabı.
o Tüm tabakalar soyulmuş
durumda. Verilen cevabın A
durumundakinin aynısı
olduğu gözlenmiştir.
 C’de çekirdek kılıfı kısmen
tahrip edilmiştir. Bu
durumda da cevaplarda
değişiklik olmamıştır.

D’de ilk Ranvier boğumu
bloke edilmiştir. Bu durumda
aktivaston süreci engellenir.
Fakat jeneratör geriliminin
oluşumuna engel olmaz.

E’ de nöron ucu tahrip
edilmiştir. Bu durumda
jeneratör gerilimi
oluşamamıştır.
4
21.10.2013
Beyin ve Anatomisi
 İnsan beyninde beş ana lob bulunur.
Ön (frontal) lob:
Yan (parietal) lob:
Arka baş (osipitâl lob:
Şakak temporâl lobu:
Beyincik serebellum lobu:
Bilinçli düşünmek
Duyguları işlemek
Görmek
sesle kokuyu algısı
Duyu-hareket ilişkilendirmesi
Beyin Loblarının işlevleri:
 Frontal lob--Bilinçli düşünme; zarar görmesi
durumunda ruh hali, hissiyat değişikliği olabilir.
 Parietal lob--Çeşitli duyu organlarından gelen
bilgileri birleştirmede önemli rol oynar. Ayrıca
nesnelerin kullanılması ve bazı mekansal görüş
işlemelerinde (visuospatial processing) parietal lobun
kimi bölümleri rol alır.
 Oksipital lob--Görme duyusuyla ilgili bilgilerin
işlendiği lobdur. Hafif zarar görmesi
halüsinasyonlara sebep olur.
 Temporal lob--Ses ve kokunun algılanması, aynı
zamanda da yüzler, mekanlar gibi karmaşık
uyaranların işlenmesi bu lob tarafından sağlanır.
 Serebellum--Duyu organlarından gelen bilgilerle
haraketi ilişkilendirir. Bu lob özellikle dengenin
sağlanmasında önemli rol oynar.
5
21.10.2013
Kalp ve Anatomisi
Kalbin Elektriksel Aktivitesi
 Kalp sürekli bir şekilde elektriksel uyarılar
oluşturur. Bu elektriksel uyarılar kalp fonksiyonları
için çok önemlidir.
 Kalbin elektriksel uyarıları kalp atışının en uygun
düzeyde tutulması için her bir kalp atışında kalp
kasılmasını düzenler. Kalp elektrofizyolojisi kalp
için çok önemli olan bu elektriksel uyarıları inceler.
6
21.10.2013
Kalbin Elektriksel Aktivitesi
 Kalp hücresinin hücre membranı uyarılırsa hücre
membranındaki kanalcıklar açılıp kapanmaya başlar.
Bu kanalların açılması iyonların hücre membranı
boyunca içeri ve dışarı çıkmasına olanak tanır.
Böylece hücre membranın potansiyeli değişir.
 Bu potansiyel değişmelerin zamana karşı grafiği
çizilirse aksiyon potansiyeli oluşur. Aksiyon
potansiyelinin 5 fazı vardır. Fakat ben 3 genel fazdan
(depolarizasyon, repolarizasyon, istirahat)
bahsedeceğim.
7
21.10.2013
 Depolarizasyon:
Depolarizasyon fazı aksiyon potansiyelinde faz 0 olarak
gösterilir. Hücre membranındaki Na kanallarının açılması
ile Na iyonları hücre içine dolar ve hücre potansiyelinde
voltaj değişikleri olur. Bu olaya depolarizasyon denir.
Depolarizasyon olan hücrenin potansiyelindeki değişikler
komşu hücrelerdeki Na kanallarının da açılmasını sağlar.
Yani bir hücredeki depolarizasyon dalgası kalp içinde
hücre hücre yayılır.
 Repolarizasyon:
Bu faz aksiyon potansiyellerinin 1.,2.,3.
fazlarını içerir. Repolarizasyon iyonlarının
başladıkları yere geri dönmesi işlemidir.Bir
hücre içinde repolarizasyon
tamamlanıncaya kadar hücre içinde
depolarizasyon olamaz. Faz 0’dan faz 3 ‘e
kadar olan süreye “refrakter süresi “ denir.
Repolarizasyon fazı aksiyon potansiyelini
istirahat hücre potansiyeline döndürür.
Bunun olabilmesi için belli bir süre gerekir.
Bu süre aksiyon potansiyelinin süresine
yakındır. Ve kalbin refrakter periyodunda
olduğunu gösterir. Aksiyon potansiyelinin
2.inci fazı plato fazıdır. Bu fazda potasyum
iyonları hücre dışına çıkmaya başlar. Bu
repolarizasyonun depolarizasyonundan
farkıdır. Bu fark refrakter süresini uzatır.
8
21.10.2013
 İstirahat:
Aksiyon potansiyellerinde faz 4 olarak gösterilir. Pasif bir fazdır.
Hücre membarında iç ve dış yüzeyler arasında net bir yük geçişi
olmaz. Fakat bazı hücrelerde istirahat fazı tam anlamıyla bir
dinlenme değildir. Bu hücrelerde hücre membranın daki iyon
giriş ve çıkışları devam eder. Bu da hücre membranı
potansiyelindeki bir artış yapar.Membran potansiyeli uygun bir
değere çıktığında kanallar hücreyi depolarize etmek için
harekete geçer.
Depolarizasyonu sağlayan harekete otomasite denir. Otomasite ,
normal kalp ritminin oluştuğu mekanizmadır. Aksiyon
potansiyelinin biçimini , iletim hızı , refrakter periyodu ve kalbin
otomasitesi belirler.
9
21.10.2013
Biyolektrik Kaynaklar ve Elektrik Alanlar
 Elektrik mühendisleri, bir elektriksel şebekede dirençler,
kondansatörler ve endüktörlerden faydalanırlar. Fakat
Biyoelektromanyetizmada endüktörler yoktur. Direnç ve
kondansatörler ise hücre membranlarında bulunurlar.
 Bu bölümün ana hedefi kaynaklardan oluşan elektrik
alanları ve biyoelektrik kaynakları öğrenmektir.
 Bir diğer önemli hedef ise modellemeyi öğrenmek.
Bunun için Biyoelektrik hacimsel kaynaklardan
faydalanılacaktır. Böylece kalp veya tüm vücudun modeli
elde edilebilecektir.
Modelleme
 Bir canlının organizmalarının çalışma fonksiyonlarını
araştırmanın ya da incelemenin en pratik yolu bu
organizmaların olabildiğince en doğru modelinin
çıkarılması ile olur.
10
21.10.2013
Hacimsel Kaynağın Temel Modeli
 Dipol:
 Sabit Dipol: Kartezyen
koordinat sisteminde x,y ve z
bileşenlerine sahip sabit
genliklikli dipoldür. 3
değişkene sahiptir.
 Hareketli Dipol: Tek dipol
elemanına sahitir. Sabit
dipolden farkı genliği ve
lokasyonu değişir. 6
değişkene sahiptir.
11
21.10.2013
 Çoklu Dipol:
 Çoklu-Dipol, birçok dipol elemanı
içerir. Her bir dipol kalbin belirli bir
anatomik bölgesini ifade eder.
 Bu dipollerin lokasyonu sabittir fakat
genliği ve yönü değişkenlik gösterir.
 Eğer yönü de sabit olsa idi bu dipollerin
yalnızca genliği değişkenlik gösterirdi.
Bu durumda bağımsız değişken sayısı
dipol sayısına eşit olacaktır.
 Multipol: Tıpkı, iki eşit fakat zıt monopolün
dipol oluşturduğu gibi iki dipol de
quadrupole (dörtlü) oluşturur. Bu yöntem
ile yüksek-dereceli kutuplar elde edilmeye
devam edilebilir (octapole (altılı), vs.)
 Bu tip kaynakların her biri multipolü (çok-
kutuplu ortamı) ifade eder.
12
21.10.2013
13
21.10.2013
Hacimsel İletkenlerin Temel Modeli
 Sonsuz, Homojen
 Hacimsel iletkenin homojen modeli «önemsiz durum» (trivial
case) olarak adlandırılır. Bu durum iletken sınırından gelen
etkileri ve iç kısmın inhomojenliğini ihmal eder.
 Sonlu, Homojen
 Küresel---Sonlu homojen modelin en basit formu küresel
modeldir. Burada kaynak tam merkezdedir. Yüzeydeki dipol
kaynak alanın, sonsuz homojen hacimsel iletkende olduğu
gibi aynı yarı çapta fakat ondan 3 kat daha büyük olduğu
ortaya çıkar. Bu nedenle bu durum trivial case olarak
adlandırılabilir.
 Gerçek Şekilli, Homojen--- Göğüs kafesi, kafa gibi gerçek
şekilli sonlu ve sınırlı homojen yapıları ele alır. Fakat içsel
inhomojenliği ihmal eder.
 Sonlu, İnhomojen
 Sonlu inhomojen ortamlar ele alınır.
 Büst
 Kalp kası dokusu
 Yüksek-iletkenlikli kalp içi kan kütlesi
 Düşük-iletkenlikli akciğer dokusu
 Kas tabakası yüzeyi
 Omuga ve göğüs kemiği gibi iletken olmayan kemikler
 Büyük damarlar, karaciğer, vs. gibi diğer organlar.
 Kafa
 Beyin
 Beyin omurilik sıvısı
 Kafa tası
 Kaslar
14
21.10.2013
Hacimsel iletken olarak İnsan Vücudu
 Dokuların
Direnci:
 İnsan vücudu
rezistif, kısmen
homojen ve lineer
iletken olarak
değerlendirilebilir.
 Birçok doku
izotropik olmasına
rağmen kas ve
beyin anizotropik
yapıdadır.
15
21.10.2013
 Kanın rezistif değeri büyük ölüçüde hemoglobin sayısına
bağlıdır.
 Her iki denklem de büyük ölçüde doğru sonuç verir.
16
21.10.2013
Kafa Modeli

İnsan yaşamsal faaliyetlerin önemli merkezi olan
beyin uyarılabilen nöron dokularının bir araya
gelmesi ile oluşmuştur.

Beynin elektriksel aktiviteleri kafa derisinden
kolaylıkla ölçüle bilinir ve EEG olarak isimlendir.

Beyin yalnızca elektriksel kaynakların olduğu bir
organ değildir. Aynı zamanda kafa tası ve derisi gibi
hacimsel iletkenleri de içerir.

Hacimsel iletkenleri modellemek için bir dizi
küresel alan tanımlanmıştır (Bkz. Şekil). Bu
modelde iç ve dış kafa tası yarı çapı 8-8,5 cm arası,
tüm kafa ise 9.2 cm olarak belirlenmiştir.

Beyin ve kafa derisi direnci 2.22 Ωm olarak
seçilmiştir. Kafa tası 80 × 2.22 Ωm =177 Ωm olarak
tanımlanır.

Bu değerler kafa modelinin matematiksel ya da
bilgisayar modelini çıkarmak için tanımlanırlar.
Göğüs Kafesi Modeli
 Göğüs kafesinde kalp ve diğer organlar elektrik kaynağı olarak
ifade edilir. Rush, Abildskov, ve McFee (1963) ilk defa göğüs
kafesi için iki model oluşturmuştur. Her ikisinde de dış sınır
göğüs kafesidir.
 Daha basit olanında akciğerler 10 Ωm, kalp içi kan direnci ise 1
Ωm olarak seçilmiştir (Bkz. Şekil B).
 Daha gerçekçi olan diğer modelde ise akciğerler 20 Ωm
seçilmiştir. Bu modelde ayrıca kalp kasları ve kaburga kasları 4
Ωm, ve kalp içi kan direnci 1.6 Ωm olarak belirlenmiştir (Bkz.
Şekil A).
 Günümüzde ise çok daha detaylı göğüs kafesi modelleri gelişen
bilgisayar teknolojisinin de yardımıyla üretilmektedir.
17
21.10.2013
İleri ve Geri Problem
18
21.10.2013
 İleri Problem ile medikal alanda tanı koymak için
kullanılmamaktadır.
 Geri Problemleme ise tıbbi tanı koyma aşamasının önemli
ve vazgeçilmez alanıdır.
 Örneğin, kardiyolog ve nörologlar klinik muayenelerinde
biyoelektrik ve biyomanyetik sinyalleri ölçüp, bu ölçülen
sinyalin kaynağında herhangi bir anormalliği araştırırlar.
Ters Problemin Çözülebiliriliği
 Her devrede de çıkış gerilimi 2v’tur. Tüm devrelerin Thevenin ya da Norton
eşdeğer devre modeli elde edilerek bulunabilir.

 Bu örnekteki devrelerin çıkışı aynı olmasına rağmen her biri farklıdır. Bu
örnek, Ters problemde kaynağın kendisinden ölçüm almadan sonucun 4
farklı devreden hangisine ait olduğunu bulmanın kolay olmadığını
göstermiştir.
 Bu amaçla bir çok teori üretilmiştir. İlk teori 1853 yılında ortaya konan
Hermann von Helmholtz a aittir.
19
21.10.2013
Ters Problemin çözümüne ilişkin yaklaşımlar
Deneysel Yaklaşım:
Burada tanı koymak için ölçülen sinyalin daha önce yapılan
deneysel çalışmalardan elde edilen sinyaller ile karşılaştırılıp
konulmasına dayanır.
Bunun için ilk defa Macfarlane and Lawrie, 1974 yılında bir
bilgisayar programı yazmıştır.
1)
2)
Fizyolojik Kısıtlar
Daha önceki örnekten görüldüğü üzere ters problemde tek bir
çözüm yoktur. Fakat burada tanıyı koymak için daha önce
karşılaşılan fizyolojik kısıtlar göz önünde bulundurulur.
Dipollerin kaynakların hep dışa doğru çıktığı, aktivasyon
sırasının devamlı olduğu, v.s.
3)
Alan Yolu Teorik Yaklaşımı
Birim dipol kaynak için pozisyon ve yönün bir fonksiyonu olarak yol
boyunca ölçülen gerilim; bir noktadaki yol hassasiyeti (lead
sensitivity), maksimum cevap almak üzere yönü ayarlanan dipol için
yol gerilimidir.
Bu yaklaşım; her bir yolun aktivasyon dipol bileşenlerini bulmasına
dayanır.
4) Basitleştirilmiş Kaynak Modeli Yaklaşımı
Ters problem , biyoelektrik veya biyomanyetik sinyal kaynaklarını ve
hacimsel iletkenleri modellemeye ve bunları çözmeye dayanır.
(Malmivuo, 1976):
20
21.10.2013
Basitleştirilmiş Kaynak Modeli Yaklaşımı
Kaynak sinyalinin modeli oluşturulur. Belirli sayıda
bağımsız değişken içerir.
2. Hacimsel iletken için model oluşturulur.
Oluşturulan iletken modeli kaynak sinyal modeli
kadar ya da ondan daha iyi olmalıdır.
3. Birçok bağımsız ölçüm sonucu yapılmalıdır. Bu
şekilde bir çok denklem ve değişken bulunur.
1.
Modelleme Yöntemi ile Ters Problemin
Çözümü
21
21.10.2013
Ödev Konuları
 1) 12 Lead ECG (Elektrokardiyografi) Sistemi (Bölüm 15)
 2) Vektörkardiyografi Lead Sistemi ve ECG (Bölüm 16 ve 18)
Sisteminde bozucu faktörler
3) ECG Sisteminin Temelleri (Bölüm 19) (Alındı)
4) Magnetokardiyografi (Bölüm 20)
5) Impedance Plethysmography (Bölüm 25)
6) Impedance Tomography (Bölüm 26) (Alındı)
7) Biyolojik Sistemin EM Görüntülenmesi (Alındı)
8) RF kaynakların uzak alanlarına maruz kalan insan
vücudunda soğrulma (Chp 10) (Alındı)
 9) Baz istasyonları ve cep telefonları ile insan vücudunda
soğrulma (Alındı)
 10) MR –Manyetik Rezonans Görüntüleme (Alındı)






22