Search

Ion channels are water-filled pores formed by membrane proteins abundant in excitable cells' plasma membranes. Ion channels are responsible for converting signals into biological responses. They are primarily engaged in the generation of short-term action potentials via the combined activity of particular ionic currents. The goal of this study is to provide a neural network model that was used to predict 13 ionic currents (such as sodium and calcium channels) from different action potential (AP) shapes. We use a single-cell model to perform electrophysiological simulations and obtain AP and 13 current shapes based on variations in the ion channel conductance in cardiomyocytes, which we then compare to experimental results. Constantly increasing and decreasing the conductance of each ion channel produces 880 different sets of AP shapes and current shapes, as well as one standard AP shape and 13 standard current shapes without causing any changes in the conductance of any other ion channel. Next, we calculate the AP difference shapes and feed them into our neural network along with the passage of time, in order to demonstrate how the dynamics of action potential induction, movement of the action potential, and the release of neurotransmitters affect the function of ion channel function. As a starting point for these calculations, the Hodgkin-Huxley model is utilized. In this study, we demonstrate that using only AP shapes and MATLAB's neural network tool, it is possible to predict changed ion channel currents with high prediction accuracy. No sponsor

Exogenous SO2 is toxic especially to the pulmonary and cardiovascular system, similar to nitric-oxide, carbon-monoxide, and hydrogen-sulfide. Endogenous SO2 is produced in many cell types. The SO2 content of the rat heart has been observed to substantially decrease during isoproterenol-induced hypertrophy. This study sought to determine whether an SO2 derivative could inhibit the prolongation of action potentials during the isoproterenol-induced hypertrophy of rat cardiomyocytes and explore the ionic currents. Alongside electrocardiogram recordings, the voltage and current- clamped measurements were conducted in the enzymatically isolated left ventricular cardiomyocytes of Wistar rats. The consistency of the results was evaluated by the novel mathematical electrophysiology model. Our results show that SO2 significantly blocked the prolongation of QT-interval and action potential duration. Furthermore, SO2 did not substantially affect the Na+ currents and did not improve the decreased steady- state and transient outward K+ currents, but it reverted the reduced L-type Ca2+ currents (ICaL) to the physiological levels. Altered inactivation of ICaL was remarkably recovered by SO2. Interestingly, SO2 significantly increased the Ca2+ transients in hypertrophic rat hearts. Our mathematical model also confirmed the mechanism of the SO2 effect. Our findings suggest that the shortening mechanism of SO2 is related to the Ca2+ dependent inactivation kinetics of the Ca2+ current. This study was supported in part by Akdeniz University Scientific Research Coordination Unit (Project No: 2012.02.0122.009) and The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK, Project No: 117F020). These funding sources had no involvement in study design, writing of the report, decision to publish, or the collection, analysis, and interpretation of data.

Yüksek Lisans Tezi, Sinir İletim Hız Dağılımlarının (SİHD) belirlenmesine dayalı yöntemler, otoimmün faktörler, diyabet, enfeksiyonlar, tümörler gibi nedenlere bağlı gelişen nörolojik hastalıklarda tanı konulmasına yardımcı olan yöntemlerdir. Günümüzde, klinikte kullanılan standart sinir iletim hızı ölçümleri, bu ilgili patolojik durumlarda erken tanı ve sonrasındaki takip sürecinde görece zayıf kalmaktadır. SİHD hesaplamaları, standart iletim hızı ölçümlerine kıyasla çok daha detaylı sonuçlar sunmaktadır. SİHD, sinir üzerinde farklı hızlarda ileten lif gruplarının oransal bileşenlerini verebildiğinden, bu gruplardan herhangi birini tutan nöropatik durumların erken tanısına yardımcı olabilmektedir. SİHD hesaplamaları için önerilen çeşitli yöntemler literatürde 40 yıla yakın bir zamandır var olmasına rağmen, içerilen üst düzey matematik kavramlar ve ihtiyaç duyulan yüksek hesaplama gücü nedeniyle pratikte kullanımı sınırlı düzeyde kalmıştır. Son dönemlerde modern bilgisayar sistemlerinin bu hesaplamaları çok rahat yapar hale gelmiş olsa da herhangi bir açık-kaynaklı yazılımsal çözüm göze çarpmamaktadır. SİHD’nın non-invazif olarak elde edilmesi ancak Bileşik Aksiyon Potansiyeli (BAP) kayıtlarının matematiksel analizi ile mümkün olmaktadır. Öyle ki, bu tez çalışmasında da bu doğrultuda, hız dağılımlarının oluşturulmasında iki noktadan BAP kayıtlarının konvolüsyonuna dayalı bir yöntem kullanılmıştır. Nöropatik hastalıklarda, sinir liflerinin miyelin yapılarının bozulması ve bu bozulmaların sinir iletimine olan kollektif etkileri ön planda olduğundan, sinir demetinin yapısında farklı tip liflerde miyelin varlığı kullanılan modelde dikkate alınmaktadır. Ek olarak, özellikle büyük veri setlerini içeren doğrusal sistemlerde çok sayıda veriye aynı anda işlem yapılmasını sağlayan modern işlemci mimarilerinin olası kullanımları irdelenmiş, grafik işlemci birimleri ile merkezi işlemci birimleri kullanımı arasındaki veri işleme hızları kıyaslanmıştır. Bu tez çalışmasında, yukarıda bahsedilen hesaplama süreçlerinin gerçekleştirilmesine yönelik olarak, Python programlama dilinde PNBA (“Peripheral Nerve Bundle Analysis”) adında bir yazılım kütüphanesi geliştirilmiştir. Bu kütüphane ve yardımcı program kodları yardımıyla, sinir lif sayısı, miyelinli ve miyelinsiz akson oranı gibi parametreler girilerek, sinir demetleri modellenebilmekte, oluşturulan bu modeller üzerinden tahmin ve analizler yapılabilmektedir. Ek olarak, aralarında belirli bir mesafe bulunan iki farklı noktadan alınan BAP kayıtları üzerinden sinir iletim hız dağılımları da hesaplanabilmektedir. PNBA kullanılarak geliştirilecek yazılımlar, kliniklerde uygulanan rutin ölçümlere uyarlanarak, nöropati olarak kendini gösteren çeşitli nörolojik hastalıkların erken tanı ve takibi için büyük oranda yol gösterici olabilecektir. Dolayısıyla, gelecekte iletim hız dağılımlarının gerçek zamanlı olarak hesaplanabileceği pratik cihazların yöntemsel temelleri oluşturmuştur., Methods based on the determination of nerve conduction velocity distribution (NCVD) are methods that help diagnosis of neurological diseases that develop due to causes such as autoimmune factors, diabetes, infections or tumors. Currently, standard measurements of nerve conduction velocity used in clinical context remain relatively weak for early diagnosis and subsequent monitoring of those pathological conditions. NCVDs offer much more detailed results than standard conduction velocity measurements. Since NCVD can give proportional components of fiber groups that are conveyed at different velocities along the nerve, it can help early diagnosis of neuropathic conditions that occur on any of these groups. Although various methods for calculating NCVD calculations have been proposed during past 40 years, their practical usage has remained limited due to involved high-level mathematical concepts and immense computational cost. Although modern computer systems have evolved to a very convenient level to perform these calculations, no open-source software solution has yet emerged. Non-invasive acquisition of NCVD is only possible via mathematical analysis of compound action potential (CAP) data. In this thesis study, a method based on convolution of CAP recordings from two distinct points along the nerve was used for estimating NCVDs. Since the degradation of myelin structure on nerve fibers is among the main causes of neuropathy, the very possibility of myelin presence on different types of fibers existing in nerve bundle is included in the model. In addition, modern processor architectures that allow concurrently processing large amounts of data, especially involving linear systems of moderate size as in our case, were comparatively examined on both graphics processor units (GPUs) and central processor units (CPUs). In this thesis study, a software library called PNBA (“Peripheral Nerve Bundle Analysis”) was developed in the Python programming language for the realization of the above-mentioned computational processes. With the help of this library and utility codes, parameters such as the number of nerve fibers, myelinated and non-myelinated axon ratio can be entered and nerve bundles can be modeled, and estimates and analyses can be made through the created models. In addition, nerve conduction velocity distributions can also be calculated using CAP records taken from two different locations along the nerve with a certain distance between them. Software that will be developed using PNBA could easily be adapted for routine measurements in clinics and could provide insight for early diagnosis and monitoring of various neurological diseases manifesting their selves as neuropathy. Therefore, the methodological foundation of future practical clinical devices for obtaining fast NCVDs on-the-fly was established.

Influence of Pyrethroid Insecticides on the Potassium Channels of Frog Skeletal Muscle Aim: Pyrethroid insecticides are widely used to control the pests in agricultural areas and influence both target and non-target organisms. The aim of this study is to investigate the effects of two pyrethroid insecticides (permethrin, cypermethrin), that are widely used for the agricultural areas in Mersin, on potassium channel of frog skeletal muscle. Method: The sartorius muscle of Rana ridibunda frogs were used in the study. Groups were composed at three different concentrations (10-5 M, 10-4 M, 10-3 M) for both permethrin and cypermethrin (n=8). Membrane potentials were recorded intracellularly and action potentials were recorded extracellularly. The recordings of action potentials were analyzed with respect to duration, repolarization times and hyperpolarization amplitudes. Time dependent profile of data was investigated at predetermined time intervals (i.e. 0th (control), 15th, 30th 45th and 60th minutes) of recording. Results: Statistical analyses have shown that both two insecticides had no effect on the duration and repolarization time of action potential depending on the dose and time. But hyperpolarization amplitudes shifted towards to negative values within the first 15th minutes and then, continued through the next 45th minutes (p, Türkçe Özet: Amaç: Piretroid insektisitler, tarım alanlarında zararlılarla mücadele amacıyla oldukça yaygın kullanılmakta ve hedef organizmalar kadar hedef olmayan canlıları da etkilemektedir. Bu çalışmada Mersin ili tarım alanlarında kullanılan iki tip piretroid insektisitin (permetrin, sipermetrin) kurbağa iskelet kası potasyum kanalları üzerine etkilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Çalışmada Rana ridibunda türünde kurbağaların sartorious kası kullanılmıştır. Uygulama grupları her iki insektisit için de 10-5, 10-4, 10-3 M\'lık konsantrasyon değerlerine göre belirlenmiştir. İntrasellüler olarak mikroelektrot yöntemiyle membran potansiyelleri ve ekstrasellüler olarak aksiyon potansiyelleri kayıtları alınmıştır. Aksiyon potansiyeli kayıtlarında aksiyon potansiyelinin süresi, repolarizasyon süresi ve hiperpolarizasyon genliği ölçülmüştür. Kayıtlar 0. dakika (kontrol), 15. dakika, 30. dakika 45. dakika ve 60. dakika alınarak zamana bağlı etkiler de incelenmiştir. Bulgular: Yapılan istatistiksel analiz sonucunda doza ve süreye bağlı olarak permetrin ve sipermetrinin aksiyon potansiyelinin toplam süresi üzerine önemli bir etkisi bulunmamıştır. Ancak her iki piretroid insektisit için hiperpolarisazyon genliğinde ilk 15 dakikada ortaya çıkan ve sonraki 45 dakikada etkisini sürdüren daha negatif yönde bir artış olduğu bulunmuştur (p

Diyapatik kardiyomiyopati olarak bilinen ve çoğu zaman ölümle sonuçlanan patoloji, uzun süreli diyabete maruz kalan hastalarda gözlenen doğal bir sonuçtur. Uzun yıllardan beri streptozorocin (STZ) deneysel yolla hayvanlarda diyabet yapmak için kullanılmaktadır. Kimyasal yolla gerçekleştirilen bu deneysel diyabetin olmasını takip eden dört hafta içinde diyabete özel bir tür patoloji olan diyabetik kardiyomiyopati oluşmaktadır. Gelişen miyopati sonrasında, kalbin hem elektriksel hem de mekaniksel özelliklerinde bazı değişimler olmaktadır. Kalp aksiyon potansiyeli süresinin uzaması ve kasılma gücündeki azalma ön plana çıkan en temel belirtilerdir. Nerium oleander'in deneysel diyabetik sıçanlara verilmesi sonucunda kan şekeri değerinin kontrol değerlerine yaklaştığı gözlenmiştir. Bu çalışmada uygulanan NO diyabetin neden olduğu kasılma gücündeki bozulmayı düzelterek uzamış AP repolarizasyon evresinde de bir kısalmaya neden olmuştur. NO uygulaması sonrasında bu düzelme, NO' in aynen kardiyak glikozitler gibi Na+/K+ pompasının inhibisyonu aracılığı ile kalp kası hücrelerinde öncelikle depolarizasyonla başlayan bir pozitif inotropik etkiye neden olduğu görülmüştür. Sonuç olarak bu çalışmada, hem tedavi hem de koruyucu amaçlı NO uygulamaları diyabete bağlı değişiklikler üzerine pozitif etkisinin umut verici olduğu gösterilmiştir., Diabetic cardiomyopathy is the natural secondary comlication of the long term explosure to diabets and usually ends up with the mortalities. For long being streptozotocine (STZ) is the well known chemical for the induction of experimental models of diabetes. This diabetes specific myopathy's symtoms can be seen within four weeks following the chemical administration in model studies. There have been some changes in the mechanical the electrical activities of the heart following the myopathy. Among these changes increased action potentail duration and the decreased contratile forece are the major ones. It has been shown that administration of Nerium oleander to diabetic rats restores the increased blood glucose levels. Current study for the first time have shown that the application of the NO to diabetic rats restores the diabetes induced cahnges both in the action potential and the contration parameters. Positive effect seen in here can be attributed to the inotrophic effect of NO through the Na+/K+ pump inhibition. In summary, with this study it was shown that the both for the therapeutic and the prophylactic purposes administrations of NO have some promissing results on the diabetic cardiomyopathy.

Hodgkin-Huxley (HH) nöron modeli teorik sinirbilimde çok önemli bir yere sahiptir. Çalışmada HH nöron modelini esas alınarak uyartı akım değerinin ve hücre içi ve dışı iyonik sodyum ve potasyum konsantrasyonlarının Aksiyon Potansiyeli (AP) formu üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sodyum konsantrasyonu daha çok AP’nin genliğini etkilerken, Potasyumun AP’nin dinlenim, eşik ve hiper-polarizasyon durumunu etkilediği tespit edildi. Uyartı akım Şiddetinin artışı ise AP’nin oluşumunu daha erken tetiklediği ve bu nedenle AP/saniye sayısında artış olduğu gözlenmiştir. Bu gözlemlerin teorik nörobilimde kullanılabileceği düşünülmektedir., Hodgkin-Huxley (HH) neuron model has an important place in theoretical neuroscience. In the study, on the basis of HH neuron model, the effects of ionic sodium and potassium concentrations as well as the effect of excitation current density on AP were investigated. It was found that while sodium concentration predominantly affects the amplitude of AP, Potassium concentration affects the threshold and hyper-polarization levels. It was observed that the increase in excitation current level cause to early triggering of AP which leads to increase the AP/sec rate. This information may be used in theoretical neuroscience.

Diyabette, yüksek kan glikozu ve serbest yağ asitlerinin artması kalbin fonksiyonlarında çeşitli bozukluklara neden olduğu bilinmektedir. Diyabetik kardiyomiyopati olarak bilinen ve diyabet sebepli ölümlerin en temel nedeni olarak gösterilen patolojik durum, uzun süreli diyabete maruz kalan hastalarda gözlenen doğal bir sonuçtur. Bu çalışmanın amacı, diyabetik sıçan modelinde sol ventrikül papiller kasında mekanik ve elektriksel değişimlerden sorumlu olası mekanizmaları araştırmaktır.Çalışma için ağırlıkları 270 ile 300 g arasında değişen Wistar türü, albino, erkek sıçanlar kullanıldı (n=120). Sıçanlar; Kontrol (K) grubu, Roziglitazon (RZG) verilmiş konrol (K+RZG) grubu, sıçanların kuyruk veninden 0,1 M soğuk sitrat tampon çözeltisi (pH =4,5) içinde çözülmüş streptozotosin (STZ: 45 mg/kg) verilerek oluşturulan diyabet (D) grubu, RZG ve insülin (İNS) ile tedavi edilen diyabetik gruplardan (D+RZG, D+RZG+İNS ve D+İNS) oluşan toplam altı gruba ayrıldı.Tedavi edilen üç gruba günlük kilogram başına 4 mg/kg/gün RZG gavaj yoluyla ve insülin (İNS) diyabetin şiddetine bağlı olarak, günde 1 IU insülin, subkutan yoldan enjeksiyon ile sabah akşam olmak üzere günde iki defa verildi.Diyabetik süreçte, kas kasılmalarının tepe değerinde anlamlı düşüş saptanmıştır (p