Yapay demiyelinizasyonun aksiyon potansiyeli üzerine etkisinin gözlenmesi ve sayısal analiz yöntemleri ile yorumlanması

Abstract

5- ÖZET İnnerve ettikleri organın işlevi ile uyumlu yapısal özelliklere sahip aksonların bir kılıf içinde toplanmasından meydana gelen periferik sinirlerin Bileşik Aksiyon Potansiyeli (BAP) adı verilen toplam elektriksel aktivitelerinin, sinirin akson içeriğinin belirlediği bir desende ortaya çıktıkları yüzyılımızın başından beri bilinmektedir. Periferik sinir akson dağılımının belirlenmesi ve iletim bozukluklarının tanısında ortak kriterlerin saptanması için, gerek invazif yöntemlerle BAP, gerekse non-invazif yöntemlerle Bileşik Kas Aksiyon Potansiyeli (CMAP) sinyalleri yoğun bir şekilde incelenmektedir. Bu çalışmada, sağlam sinirde akson dağılımı tahmininde ve demiyelinizan hastalık modeli oluşturarak miyelin kılıfının BAP üzerine etkisinin değerlendirilmesinde matematiksel işlemlerin kullanılabilirliği araştırıldı ve sonuçlar model çalışmalarıyla karşılaştırıldı. Bu amaçla sağlam ve demiyelinizan hastalık modeli oluşturulmuş 24 kurbağa siyatik sinirinde BAP' m uzaysal değişimleri oda sıcaklığında incelenmiştir. Hastalık modeli sinir kılıfı içine Lysophosphatidylcholin (LPC, 1 mg/ml) enjeksiyonu ile oluşturulmuş ve ilk 6 gün içindeki etkiler değerlendirilmiştir. BAP sinyalleri, aralarında T er cm uzaklık bulunan 5 ardışık noktadan özdeş gümüş tel elektrotlar ile gözlenmiş, A/D çevireç aracılığı ile sayısal sinyale çevrildikten sonra bilgisayar sabit diskine kaydedilmiştir. Bütün deneylerde dikdörtgen şeklindeki uyan pulsunun genliği supramaksimal, süresi 0.1 ms ve frekansı 10 Hz olarak seçilmiştir. BAP türev ve integralleri sayısal analiz yötemleri ile alınmıştır. Miyelinli aksonda AP yayılımı simulasyonu Hodgkin-Huxley aktif zar iletkenlik değişim algoritması ve pasif kablo teorisi birlikte kullanılarak, BAP simulasyon algoritması ise deney verileri gözönüne alınarak kurulmuştur. Teorik olarak, ideal koşullarda, sinir boyunca BAP integralinin sabit kalması gerekmektedir. Ancak, uyan noktasından uzaklaştıkça sinirin geometrik özelliklerinin ve gözlem-referans elektrotlan arasındaki direncin değişmesi nedeniyle BAP integralinde azalma gözlenmiştir. BAP kayıtlannın, tanımladığımız düzeltme faktörü g(x) ite çarpılmasıyla elde ettiğimiz düzeltilmiş cBAP sinyallerinin integralleri sabit kalırken, genlik ve türev maksimumlanndaki azalma, diğer faktörler elimine edildiğinden yalnızca AP hız dispersiyonuna atfedilmiş olup, bu azalma sinire özel bir değişim göstermektedir. Demiyelinize sinir BAP parametrelerinde, hız dispersiyonunun öngördüğünden daha fazla azalmalar ciddi iletim bloku olarak değerlendirilmiştir. Bunun yanında, BAP integralinin sabit değerini koruduğu durumlarda genlik ve türev maksimumunun normalden daha fazla azalması, hız dispersiyonunun hafifçe arttığı kritik demiyelinizasyonu düşündürmektedir. 67BAP ortalama iletim hızı, integrali, genlik ve türev maksimumunun uzaysal değişimleri ve demiyelinizasyon derecesi birlikte değerlendirilerek hazırlanan BAP simulasyonu ile, sağlam kurbağa siyatik siniri tibial dalı alt ucu için lif dağılımı tahmin edilmiştir. A ve B grupları için sırasıyla, bağıl akson sayılan %85, %15, ortalama çap 18±2.5 jım, 10+3.1 jım olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak bulgularımız, periferik sinirin yapısal özelliklerinin belirlenmesi ve hastalıklarının tanımlanmasında uzaysal BAP taramalarının önemini vurgulamaktadır. Sinir iletim hızındaki, BAP integrali ve genliğindeki değişimlerin yanında, özellikle kritik demiyelinizasyonda türev maksimumunun uzaysal değişiminin de önemli bilgi verdiği ve tam kriteri olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Periferik sinir, bileşik aksiyon potansiyeli, lif dağılımı, demiyelinizasyon, simulasyon 68

6- SUMMARY The fact that the features of Compound Action Potential (CAP) of a nerve trunk can be understood by grouping the nerve fibers according to their diameter into different populations, has been known since the beginning of this century. Both CAP and Compound Muscle Action Potential (CMAP) recordings have been widely used to find out the diameter spectrum of a peripheral nerve and to determine the common criteria of neuropathies. The aim of this study was to investigate whether or not mathematical operations are applicable on the prediction of the velocity and diameter distributions of a nerve trunk and on the evaluation of the contributions of myelin sheath on CAP. Experimental results were compared with the mathematical model. CAP recordings were performed on 24 frog sciatic nerves at room temperature. Sciatic nerves were focally demyelinated by intraneural injection of Lysophosphatidylcholin (1 mg/ml). The nerves were examined 0-6 days later. CAPs were recorded at 5 equally spaced points along the nerve trunk, digitized with a sampling rate of 25 kHz through A/D converter and stored on a hard disk of a computer. Repetetive stimulation of 10 Hz consisted of rectangular pulses of 0.1 ms duration at supramaximal strength. Hodgkin-Huxley Action Potential (AP) model and the passive cable theory were combined for the simulation of propagated AP in myelinated single fiber. Simulation of CAP was then programmed considering the calculated AP and the experimental data. Theoretically, under the ideal conditions, the integrals of CAP at any point along the nerve trunk are supposed to be constant. However, a decrease in the integral of CAP was observed due to the changes in both the geometrical properties and the resistance between the recording and the reference electrodes along the intact nerve trunk. Multiplying CAPs by a correction function, g(x), defined by using area decay, produced cCAPs which are independent of the geometrical and recording conditions. While the integrals of cCAP were constant, decrease in the peak amplitudes and in the positive peak of derivatives of cCAP were attributed to the nerve conduction velocity distribution which is specific for a particular intact nerve. All the parameters of cCAP mentioned above decreased highly in severely demyelinated peripheral nerves. In the case of critical demyelination, however, while integrals of cCAP stayed constantly, the peak amplitude and the positive peak of derivatives of cCAP decreased more than the decrease dictated by the velocity distribution. 69The mathematical model of CAP, considering the variations of conduction velocity, integrals, amplitudes and derivatives of cCAP, and the severity (degree- stage) of demyelination, was programmed for computer. Predicted fiber distributions for the tibial branch of frog sciatic nerve found for group A and B are as follows: Relative number of fibers 85%, 15%, mean diameter 18+2.5 (j.m, 10±3.1 im, respectively. These results demonstrated that spatial scanning of CAP is very important in estimating the structural properties and the disorders of peripheral nerves. As a conclusion, besides the conduction velocity measurements and the change in the integral and amplitude of CAP, the decrease in the derivative of CAP can also be used in detecting critical stage (subclinic) of demyelination. Key Words: Peripheral nerve, compound action potential, fiber distribution, demyelination, simulation 70