Sinirlerde impuls üretimi ve iletimini açıklayan tüm biyokimyasal ve biyofiziksel verileri burada ele almak mümkün değildir. Hodgkin (1951) ve Hodgkin ve Huxley (1952)’in ilk çalışmalarından günümüze kadar bu konular hakkında ciltlerce yazı yazılmıştır. Vücudumuzdaki diğer hücreler gibi sinir ve kas liflerinin de, dış ortam ve hücreler arası ortamdan belirgin farklı olan bir hücre içi sıvı ortamını idame ettirdiklerini söylemek gerekir. Hücre içinin temel bileşenleri potasyum (K), magnezyum (Mg) ve fosfor (P) iken hücre dışındakiler sodyum (Na), kalsiyum (Ca) ve klor (Cl)’dur. Hem sinir hemde kaslarda bu iyonların hücre içi yoğunlukları, membranları elektrokimyasal bir dengede tutan (istirahat membran potansiyeli) elektriksel ve kimyasal güçler ile dar bir aralıkta tutulur.Bu güçler, membranların çeşitli iyonlara karşı seçici geçirgenliği ve bir pompa mekanizması ile özel kanallar üzerinden (“sodyum pompası”) hücre içi Na’un sürekli dışarı atılması sonucu oluşur. Pompanın çalışması membranlarda bulunan Na-K-ATPaz enzimine bağımlıdır.
Bu nedenle istirahat membran potansiyeli K ve Na’un farklı yoğunluklarına bağımlıdır. Hücre içi, dışına kıyasla K açışından yaklaşık 30 kat zengindir ve Na yoğunluğu hücre dışında 10-12 kat daha fazladır. İstirahat halinde K iyonlarının hücre dışına difüzyonunu sağlayan (yoğunluk farkı nedeni ile) kimyasal güçler elektriksel güçler ile (iç ortamın negativitesi hücre dışına daha fazla K difüzyonuna engel olur) dengelenir. İstirahat potansiyelinde Na iyonlarının durumu bunun tersidir: Bunlar hem yoğunluk farkından hem de hücre içinin görece negatifliğinden dolayı hücre içine difüze olma eğilimindedir İstirahat döneminde membran Na’a K’dan daha az geçirgen olduğundan hücreyi terkeden K miktarı hücreye giren Na miktarını geçer ve böylece membran boyunca bir elektriksel yük farkı ortaya çıkar. Elektrojenik Na:K pompasının etkisi ve membranlardan geçemeyen negatif yüklü hücre içi proteinlerin varlığı ile beraber bu orantısızlık membran boyunca bir elektriksel potansiyel yaratır. Sonuç olarak istirahat durumunda hücre içi bölüm 70-90 mV negatifdir (istirahat membran potansiyeli).
Sinir ve kas dokusunun elektriksel deşarjı uyarılabilir membranların özgün bir özelliğine dayanır –hücrenin Na’a geçirgenliğinin membranın elektriksel potansiyeli ile kontrol edilmesi. Herhangi bir hafif elektriksel veya kimyasal değişiklik ile membran depolarize olursa Na’a karşı geçirgenlik artar. Bunu takip eden dışarı K hareketi membranı repolarize eder ve böylece Na’a geçirgenlik azalır. Eğer daha büyük bir depolarizasyon olursa, dışarıya K hareketi artık membran potansiyelini stabilize edemez. O zaman membran daha depolarize ve Na’a progresif olarak daha geçirgen olur ve “patlayıcı” veya rejeneratif bir Na akımı gelişir; sodyum hücre içine doğru kimyasal ve elektriksel bir çekim ile akar. Sodyum geçirgenliğinin artışı ile Na iyonları hücre içini +40 mV’a kadar (Na için Nernst denge potansiyeli) depolarize etmeye devam edecektir. Gerçekten, aksiyon potansiyelini oluşturan hücre içi bölümdeki bu bir kaç milisaniye süren depolarizasyondur. Ancak membran Na geçirgenliğinde başlangıç düzeyine doğru hızlı bir (5 ms içinde) düşme olduğundan bir denge meydana gelmez. Sodyum geçirgenliğindeki bu düşme ilk depolarizasyonun Na iletkenliğini inaktive etmesi sonucu olur.
Geçici depolarizasyon aynı zamanda K’a membran geçirgenliğinde artışa neden olur. Sonuçta K’un dışarı atılması ve Na’un azalan içeri girişinin kombine etkisi ile membran istirahat düzeyine repolarize olur. Repolarizasyondan hemen sonraki kısa bir periyot boyunca sinir ve kas lifleri diğer bir depolarizan uyarana ilk önce mutlak, daha sonra görece bir refrakterlik gösterir. Refrakter periyodun süresi büyük oranda Na kanallarının inaktivasyon süresi ile belirlenir.
Uyarılabilir sinir veya kas membranları boyunca aksiyon potansiyelinin iletimi ya da yayılması bitişik membran içine doğru akımın akması ve onu depolarize etmesi şeklinde olur. Depolarizasyon, bir aksiyon potansiyelinin gelişimi için gerekli eşiğe ulaşınca yeni bir artmış Na geçirgenlik bölgesi yaratılır. Bu şekilde aksiyon potansiyeli sinir veya kas membranının uzunluğu boyunca hep ya da hiç şeklinde yayılır (ileri ayrıntı için Kuffler ve ark. bakınız). Tek bir sinir lifindeki aksiyon potansiyeli, klasik sinir iletim teknikleri ile belirlenebilmek için çok küçük ve kısa sürelidir. Ancak bir sinir içindeki tüm liflerin ortak ateşlenmelerinin toplamı kaydedilmek için yeterince büyüktür ve klinik elektromiyografi (EMG) laboratuvarında sinir iletimini incelemede bu özellik kullanılır.
Motor sinir impulsları aksondan terminal dallarına sentrifugal olarak geçerken, tekrarlanma hızı çok fazla ise veya impulslar dallanma noktalarına çok sık olarak ulaşıyorsa geçiş iflas edebilir. O zaman impulslar bu liflerin sinir-kas kavşaklarına ulaşamayabilir ya da miyastenia gravis’de olduğu gibi sinir-kas kavşağında iletim yetmezliği olabilir.
Büyük motor ve duyusal sinirlerde bir lif boyunca aksiyon potansiyellerinin bitişik komşu alana yayılımı yavaştır ve sonuç olarak uzun mesafelerde gecikir. Bu büyük liflerde iletime miyelin kılıflarının yapısı ve konfigürasyonu ile yardım edilir. Daha uzun miyelinli akson segmentleri arasında uzanan ve Ranvier boğumları denen, kısa, açık akson segmentlerinde aksiyon potansiyellerini üreten sodyum kanalları yoğunlaşmıştır. Miyelin ile kaplı olan akson segmentleri elektriksel olarak yalıtkandır. Bu durum boğumlar üzerine toplanan akım hatları yaratır ve miyelindeki bu boşlukların her birinde akımın rejenere olmasına izin verir. Boğumdan boğuma “saltatuvar” bir şekilde atlayan elektrik iletim hızı miyelinsiz akson boyunca olan iletimden kat kat daha hızlıdır.Kalınlıklarından dolayı en hızlı iletim zamanına sahip en kalın çaplı lifler aynı zamanda en kalın miyelin kılıfı ve en uzun boğumlar arası (internodal) mesafeye sahiptirler.
Klasik sinir iletim çalışmaları genellikle bu en hızlı ileten liflerin hızını ölçer. Sinir iletiminin miyelin kılıfına bağımlılığı miyelin harabiyetinin sonucunda görülen bir kaç elektrofizyolojik anormalliği açıklar. Tahmin edilebileceği gibi sık bir bulgu en kalın çaplı ve en hızlı ileten liflerin katkı sağladığı impulsların kaybına bağlı sinir iletiminin yavaşlamasıdır. Miyelin yıkımı şiddetli olduğunda veya dolaşımdaki bir faktör sodyum akımını rejenere eden kanalları engellediğinde elektriksel iletimde total blok meydana gelir. Parsiyel demiyelinasyonun olduğu ara bir durum elektriksel salvoyu yavaşlatır ve desenkronize eder. Bu durum ise kasa ulaşan aksiyon potansiyellerinin zamansal ayrışmasına (temporal dispersiyon) neden olur. Bu değişikliklerin toplam etkisi bir elektriksel salvoyu iletebilen sinir lifi sayısında azalma ve bunun sonucunda uzun sinir segmentleri boyunca kas aksiyon potansiyelinin amplitüdünde tedrici bir azalmadır. Uyarıcı elektrod proksimal olarak ilerletildikçe bileşik kas aksiyon potansiyelinin (BKAP) amplitüdünde görülen bu azalmaya iletim bloğu denir (“Sinir İletim Çalışmaları” başlığı altında ilerde tartışıldı). Bu iletim bloğu edinsel demiyelinizan bir nöropatinin en güvenilir göstergesidir; tüm elektromiyografik değişiklikler içinde kas güçsüzlüğünün derecesi ile en yakın uyumu gösterir (ilerde bakınız).
Türkçeye Çeviren : Prof. Dr. Suat TOPAKTAŞ, Prof. Dr. Kamil TOPALKARA
