Investigating the synaptic physiology of renshaw cells and their influence on motoneuron degeneration

Hareket mekanizmasının temelinde α-motor nöronlar olmasına rağmen, ara nöronlar motor çıktıyı şekillendirmektedir. Ara nöronlarda oluşabilecek fonksiyon bozukluğu α-motor nöronların dengesini tamamen değiştirip kısa ve uzun vadede amyotrofik lateral skleroz (ALS) gibi nörolojik hastalıklara yol açabilmektedir. Omurilikteki bu ara nöronların oluşturduğu devreler arasında Renshaw'un inhibisyon devresinin α-motor nöronlarla doğrudan geri besleme ilişkisi içinde olduğu bilinmektedir. Yarım asır önce ortaya konan bu inhibitör Renshaw hücreleri omuriliğin ön boynuzunda α-motor nöronlara çok yakın bir şekilde konuşlanmıştır. Bu hücrelerin en önemli özelliklerinden biri de yüksek frekanslı ateşleme yapabilmeleridir. Renshaw hücreleri üzerinde yıllar boyu yapılan araştırmalara rağmen, teknik kısıtlılıklar sebebiyle bu hücrelerin nörolojik hastalıklardaki rolü teoriden öteye gidememiştir. Bu nedenle, hedefimiz Renshaw hücrelerinin etkin şekilde araştırılabileceği bir teknik geliştirmek ve karakteristik özelliklerini sağlıklı insanlarda ve patofizyolojik özelliklerini ise ALS hastalarında çalışarak bu devrenin hareket mekanizmasındaki önemini anlamaktır. Renshaw hücrelerini araştırabilmek için öncelikle tibial sinirdeki motor aksonların uyarılma parametreleri optimize edilmiştir. Bunun ardından, kalın motor aksonlar elektrikle uyarılmış ve antidromik olarak Renshaw hücreleri aktive edilmiştir. İnhibisyon etkisinin incelenebilmesi amacıyla soleus kası içerisine yerleştirilen iğne elektrotlar ile kişilerin kendi oluşturduğu kas aksiyon potansiyelleri ve Renshaw hücrelerinin oluşturduğu sinaptik potansiyeller kayıt edilmiştir. Bu yöntem hem sağlıklı insanlarda hem de ALS hastalarında uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında, Renshaw hücrelerinin oluşturduğu inhibisiyonun 30-55 ms sürdüğü gösterilmiş ve bu sürenin kas aksiyon potansiyeli atım frekansıyla ters ilişkili olduğu bulunmuştur. Ayrıca Renshaw hücrelerinin inhibisyonu ince motor nöronlarda daha etkin bir şekilde gözlenirken, kalın motor nöronlarda bu inhibisyon süresi oldukça kısadır. Bacak kasları etkilenmiş ALS hastalarında ise inhibisyon süresi çok büyük bir düşüş göstermekte, normal insanlarda elde edilen sürenin yaklaşık üçte biri ile beşte biri seviyesi arasında kalmaktadır. Bu çalışma, Renshaw hücreleri sinaptik potansiyellerini insanlarda ilk kez detaylı olarak ortaya koymuştur. Ayrıca geliştirilen yöntem sayesinde Renshaw hücrelerinin diğer özelliklerinin de gelecekte incelenebilmesine olanak sağlanmıştır. Öte yandan bacakları etkilenmiş ALS hastalarında elde edilen veriler göstermiştir ki, Renshaw hücreleri ALS gibi hareket hastalıklarının oluşumunda/gelişiminde rol oynamaktadır.