Sinir dokusu modeli analizinde gerçekçi model ve dışsal manyetik alandan etkilenme mekanizmasının analizi
The real model study on nerve tissue model and analysis of its interaction mechanism under magnetic field
Yazar: ÖZLEM COŞKUN
Danışman: DOÇ. DR. SUAT ÖZKORUCUKLU ; YRD. DOÇ. DR. SELÇUK ÇÖMLEKÇİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
İyonize olmayan elektromanyetik radyasyonun insan sağlığı üzerindeki etkileri, son elli yılda manyetik alanların kullanım alanının genişlemesi ile birlikte, büyük bir araştırma konusu olmuştur. Manyetik alanların tabiatı çok iyi bilinmekle beraber, insan vücudunun karmaşık yapısı, bu etkilerin incelenmesini zorlaştırmaktadır. Bununla beraber yapılan deneysel ve teorik çalışmaların sonucunda, manyetik alanların insan sağlığı üzerindeki etkileri konusunda kayda değer bulgular elde edilmiştir. Ancak, henüz bilinmeyen etkilerinin olabileceği konusunda da şüpheler mevcuttur.Bu tezin amacı, 50 Hz-1mT manyetik alan ile sinir dokularının etkileşme mekanizmalarını deneysel olarak ortaya koymaktır. Bu frekansta 1 mT manyetik alan yoğunluğunun değeri, biyolojik etkileşimin başladığı sınır değer olarak bilinmekte ve kabul edilmektedir. Bilimsel literatürde elektromanyetik etkileşim ile ilgili çalışmalar, ısıl etkiler ve ısıl olmayan etkiler olarak ikiye ayrılırlar. Bu etkiler çalışma frekans aralığı göz önünde bulundurularak incelenmektedir.Tezin ilk bölümünde 50 Hz-1mT manyetik alanın, izole rat siyatik siniri üzerindeki olası biyolojik etkileri araştırılmıştır. İleti zaman farkı, maksimum genlikler farkı, minimum genlikler farkı, ortalama depolarizasyon süresi, ortalama repolarizasyon süresi ve ortalama hiperpolarizasyon süresi ölçülmüş ve değerlendirilmiştir. 50 Hz-1mT manyetik alanın, sinir ileti hızına bir etkisi olmadığı gözlenmiştir. Fakat maksimum genlikler farkı (mV) ve ortalama hiperpolarizasyon süresi (msn), manyetik alan grubunda kontrol grubuna göre daha düşüktür (p=0,025).Tezin ikinci bölümünün amacı; insan medyan motor sinir ileti çalışmalarında elde edilen parametrelere, 50 Hz-1 mT manyetik alanın etkisini incelemektir. Medyan sinirini değerlendirmek amacı ile, sabit ölçülü mesafelerin kullanıldığı standart iletim teknikleri uygulanmıştır. Sonuç olarak 4 kanal NCS/EMG/EPS cihazı kullanılarak yapılan ölçümlerde, manyetik alan uygulama sonrasındaki motor distal genlik, uygulama sırasındaki motor distal genliğe göre (p=0,000573) ve uygulama sonrasındaki motor distal genlik/proksimal genlik oranı, manyetik alan uygulama öncesindeki motor distal genlik/proksimal genlik oranına göre anlamlı bir azalma göstermiştir (p=0,037418).Tezin son bölümünde ise; aksonun pasif kablo model simülasyonu, MATLAB 7.0.4/ Simulink programı ile gerçekleştirilmiştir. Aksonda yayılan aksiyon potansiyeli dalga şekli olarak, MATLAB 7.0.4/Simulink'te gerçekçi dalga şekli üretilmiştir. Sonuçlardan görülmektedir ki; basitleştirilmiş modelde beklenildiği gibi, minimum ve maksimum genlik değerlerinde uzunluk arttıkça artan zayıflamaya neden olmaktadır. Rat siyatik siniri ve insan medyan sinirinde manyetik alandan etkilenen eleman, bu kapasitif etkendir. Ama en önemli sonuç, bu kapasitenin hiperpolarizasyon süresini kısaltmasıdır. Bu sonuçta tezde bekleneni doğrulamaktadır.

Abstract:
With the increasing use of magnetic fields in recent five decades, the health effects of nonionized electromagnetic radiation is an important investigation subject. While the magnetic field is well known, it is difficult to investigate the health effects of radiation, because of the complex metabolism of human body. However, by the experimental and theorical studies, a lot of significant health effects of magnetic fields have been discovered. But, there are probabilities that can have much more adverse health effects.In this study, the adverse consequences by 50 Hz-1 mT magnetic field have been evaluated and its interaction with nerve tissues have been also investigated. At this frequency, 1 mT value of magnetic field intensity is known and accepted as the marginal value where biological interaction starts. In scientific literatures, studies on electromagnetic interaction are broken up into two categories, thermal effects and non-thermal effects. These effects are examined by considering the operational frequency.In the first chapter of the thesis the major aim of this thesis is to investigate the some possible bio-effects of 50 Hz-1 mT magnetic field on the isolated sciatic nerve of rat. The conduction duration differences, maximum amplitude differences, minimum amplitude difference, durations of average depolarization, repolarization and hyperpolarization were noted and evaluated. It was observed that no effect of power frequency with 50 Hz-1 mT magnetic field on conduction velocity. However maximum amplitude differences (mV) and average durations of hyperpolarization (msn) were significantly lower in the control group than in the exposure group (p=0,025).In the second chapter of the thesis the purpose of this study is to evaluate the effect of 50 Hz-1 mT magnetic field on human median motor nerve conduction parameters. Standard nerve conduction techniques using constant measured distances were applied to evaluate the median nerve. Consequently in the measures conducted using the device of 4 channel NCS/EMG/EPS there was a significant decrease in motor distal amplitude after the magnetic field application in comparison to the one during the application (p=0,000573) and also in the motor distal amplitude/proximal amplitude in comparison to the ones before the application (p=0,037418).In the final chapter of the thesis, the passive cable model simulation of axon was made through the programme of MATLAB 7.0.4/Simulink. A realistic wave shape was produced in MATLAB 7.0.4/Simulink as the action potential wave shape spreading in axon. As seen in the results, the more length increases in the values of minimum and maximum amplitude, the weaker. They are as expected in the simplified model. Both in human median nerve and rat sciatic nerve affected part can be this capacitive element. However, the most crucial result is that this capacity shortens the hyperpolarization period. This result verifies what is accepted in the thesis.