Son zamanlarda elektrik kesintisini hedef alan siber saldırı konulu filmler artmakta. Çünkü elektriğin iki dakikalığına olmadığı bir dünya düşünecek olursak, hayatın neredeyse yaşanmaz hâle geldiğini görürüz. Elektriğin olmaması; internet, bilgisayar, televizyon, telefon gibi iletişim araçları, araba gibi ulaşım vasıtaları, aydınlatma cihazları veya hastanelerdeki ultrason gibi görüntüleme makinelerinin olmaması demektir. Tabii ki bütün bunlar hayatın sonu değil: çamaşırları elde yıkayabilir, buzdolabı yerine kuyuları, ulaşım için at arabalarını, diş çekim aletleri yerine de marangoz kerpeteni kullanabiliriz. Fakat hiç kimse herhâlde birkaç yüzyıl geri gidip hayatı bu kadar zorlaştırmak istemez.
Elektrik, başta elektron olmak üzere atom altı parçacıkların akışına dayanan bir dizi fizikî hadiseler sürecidir. Elektrik; yıldırım, durgun elektrik ve elektrik akımı gibi farklı şekillerde var olabilir. Yukarıda bahsettiğimiz araç ve cihazların kısaca çalışma prensibi ise elektrik enerjisinin oluşturulan bir manyetik alan içinde mekanik enerjiye dönüşmesi yani bir motorun dönme hareketi ile âletlerin harekete geçirilmesine dayanır. Manyetik alan kavramını daha iyi anlayabilmek için mıknatısları düşünebiliriz. Bir mıknatıs, demir gibi manyetik bir malzemeye yaklaştırıldığında, belirli bir mesafeden sonra demir parçasını kendisine doğru çeker. Bu durumda, demir parçasına bir kuvvet etki etmektedir. Bu kuvvet manyetik alan olarak tanımlanır.
Elektriğin Keşfi
Elektrikle ilgili ilmî çalışmaların geçmişi 17. yüzyıla dayanmaktadır. İlk defa 1646’da Avrupa’da yayımlanan bireserde[1] kullanılan “elektrik” kelimesi bütün dünya dillerinde benzer şekilde yer almaktadır. Birçok keşifte olduğu gibi elektriğin keşfi çalışmalarında da enteresan olaylar yaşanmıştır. Mesela, elektriğin artı ve eksi uçlarının olduğunu keşfeden Benjamin Franklin, şimşeğin elektrikle ilgili bir hadise olduğunu ispatlamıştır. Fakat fırtınalı bir havada uçurtma uçurarak gerçekleştirdiği deneyde, iki yardımcısı yıldırım çarpması sebebiyle ölmüştür.
Piller ve İnsanlardaki Elektrik Sistemi
Pilleri basitçe, taşınabilir yahut depolanmış elektrik olarak tanımlayabiliriz. Günümüz pillerinin[2] çalışma sisteminin temeli olacak ilk deney de oldukça ilginçtir. İtalyan hekim ve fizikçi olan Luigi Galvani (1737-1798) kurbağaların arka bacaklarına statik elektrik uygulayarak verdikleri tepkiyi incelemiştir. Galvani, kurbağanın omuriliğine elektrik akımı gönderdiğinde, iki tarafı ince metal tabakasıyla kaplanmış cam levha üzerine yerleştirilen bacakların, aniden hareket ettiğini görür. Bacakları, metal bir kancayla omuriliğe bağlanmış demir ızgaraya bağladığında da benzer kasılmaları görür.
Galvani, hayvanlardaki sinir ve kasların içindeki iyonlar sebebiyle elektriği ileten ince bir sıvı bulunduğunu öne sürer ve bunu “Hayvansal Elektrik” olarak adlandırır. Aslında hadise; iki farklı metalin nemli ortamdaki temasından kaynaklanmaktadır. Daha sonraları, bir fizikçi olan Alessandro Volta bu gerçeği şöyle açıklayacaktır: “Deneylerde kullanılan metaller, hayvanların nemli vücutlarına uygulandığında, bu metaller kendiliğinden sıvıdaki iyonları harekete geçirip elektrik akımı doğurur.” Yani farklı metaller arasındaki potansiyel farkından[3] dolayı elektrik akımı gerçekleşmektedir.
Vücudumuzun da Elektrikle Çalıştığını Biliyor muyuz?
İnsan vücudundaki kasların çalışması yani kasılıp-gevşemesi ve sinir sistemiyle elektrik iletimi de benzer mantıkla gerçekleşmektedir. Burada da elektrik akımı iyonların hareketiyle sağlanmaktadır. Hücrelerdeki elektrik, iyonların[4]akımından meydana gelir. Bu hadise, potansiyel enerjiye sahip barajlardaki suyun, hidroelektrik santralden akarken elektrik üretmesi gibidir. Hücrelerdeki elektrik üretimini şöyle özetleyebiliriz: Her bir sinir hücresi minik bir biyolojik pile benzer. Sinir hücrelerinin içinde ve dışındaki farklı potansiyele sahip sodyum (Na+), potasyum (K+) ve klor (Cl–) gibi pozitif ve negatif yüklü iyonlar, hücre zarının dışı ile içi arasında bir elektrik yükü farkı oluşturur. Bu hadise Galvani’nin kurbağa üzerindeki deneyine benzemektedir. Orada farklı metaller arasındaki potansiyel farkı söz konusuydu. İnsanlardaki nöronların dinlenme sırasında -70 mV’luk bir potansiyele sahipken, giderek iyonların hücre içi ile dışı arasındaki eşik potansiyeli -55 mV’a ulaşır, fakat uyarı gönderebilmesi için en az +30 mV’a, ortalama olarak da 50 milivolta yükselmesi gerekir. Washington Eyalet Üniversitesi’nden Prof. Steven M. Simasko’nun hesaplarına göre vücuttaki trilyonlarca hücrenin ürettiği elektrik toplanırsa elde edeceğimiz enerji, 40 watt’lık bir elektrik ampulünün aydınlatmasına denk bir enerjidir.
Bir nöron tarafından üretilen uyartının (impuls) gönderilmesi saniyenin binde biri kadar bir süre alır. Diğer bir tabirle saniyede en fazla 1000 sinir uyarısı göndermek mümkündür. Fakat genel olarak bir saniyede, 300-400 kadar uyarı gerçekleşir.
Hücreler bu potansiyel enerjilerini hücre içindeki faaliyetlerini yürütmek için kullanırlar. Ancak sinir ve kas hücreleri bu enerjiyi fizyolojik görevler için de kullanır. Kas hücrelerinde bu akım sayesinde kasılma gerçekleşirken, sinir hücrelerinde bu akım uyarı iletimini sağlar. Hücre zarı üzerinde belirli iyonların geçişine izin veren kanallar mevcuttur. Bu kanallar aracılığıyla iyonlar hücre içine veya dışına pompalanırlar. İyonların hareketiyle hücre içi ve dışı arasında elektriksel potansiyel farkı meydana gelir. İçerisini dışarıdan ayıran hücre zarı bazı iyonların geçmesine izin verirken diğerlerinin geçişini engelleyen yarı-geçirgen özelliktedir.
Elektriğe ihtiyaç duyulduğunda hücrede yapılması gereken, elektrik devresini tamamlamak için iyon kanallarının açılmasıdır. Hücre zarındaki kanalların, bazı iyonların geçişine izin verirken bazı iyonların geçişini engellemeleri şuur ve akıl gerektiren olaydır. Bizim anlamakta zorlandığımız; iyonların hareketine ait bilgi nerededir? Çünkü burada tesadüfe yer yoktur. Burada çalıştırılan atomların yapısını ve elektronların yörüngelerini bilen küllî bir ilim olmadan yüzlerce atom içinden bu atomların seçilip istihdam edilmesi kendi kendine nasıl mümkün olabilir. Burada gerekli olan elektrik potansiyel farkı için ancak bu atomlar kullanılmalıydı ve öyle de olmaktadır.
Neden Elektriğe İhtiyaç Var?
Yürümek, koşmak, elimize bir şey almak, parmağımızı oynatmak, başımızı sağa sola çevirmek, gözümüzü açıp kapamak veya ayağımızla topa vurmak gibi hareketleri gerçekleştirebilmek için kas sistemimizle donatılmışız. Kas dokusunun en önemli özelliği, hücrelerinin kasılabilme kabiliyetidir. Kaslarımızın kasılıp-gevşemesiyle eklemler ve bağlı organlarımız hareket eder. Kasların bu hadiseyi gerçekleştirebilmeleri için kas hücrelerinin kısalıp uzaması gerekmektedir. Bunun için, sinir lifleri yoluyla gelen elektrik uyarısının, kas hücrelerindeki lifleri hareketlendirmesi gerekir. Bu akımlar beyin ve omurilik gibi merkezi sinir sistemindeki karar verici süreçler sonunda iradi veya refleks olarak bir kasılmanın ortaya çıkması için elektrik uyarısı kas hücrelerine ulaştırılır. Elektrik uyarısı sonrası oluşan zincirleme kimyevî reaksiyonlarla saniyenin binde biri kadar kısa sürede, liflerde bulunan birtakım proteinlerin hareketlenmesi gerçekleşir.
Bu hadise o kadar muazzam, karmaşık ve hassas işletilmektedir ki en ufak bir hata hareketlerimizin anormal olmasına sebep olacaktır. Mesela, gelen elektrik sinyalinin yetersiz ya da fazla olması veya liflerdeki kimyevî reaksiyonun hızlı veya yavaş gerçekleşmesi hareketimizin uyumsuz, koordinesiz olmasıyla sonuçlanacaktır. Bunun sonucunda yürürken yalpalayacağız, yemek yerken üzerimize dökeceğiz veya yazı yazarken kalemi düzgün tutamayacağız. Eğer kanınızdaki sodyum ve potasyum gibi elementlerin miktarı düşükse bunu kaslarınızda kramp olarak hissedeceksiniz.
Günlük hayatımızda vücudumuzda o kadar çok elektrik uyarısı gerçekleşmektedir ki bunu hesaplayabilmek neredeyse imkânsızdır. Mesela anlık bir göz açıp kapamamızda yaklaşık 45 bin kas lifi uyarılır. Sadece bu hareketi günde ortalama 30 bin defa yaparız. Yani sadece gözlerimizi açıp kapayabilmemiz için günde yaklaşık 1 milyar 500 milyon elektrik uyarısına ihtiyaç vardır.
Hastalıklar
Dünyaca ünlü boksör Muhammed Ali’nin Parkinson hastalığı ve yine meşhur bilim insanı Stephen Hawking’in ALS rahatsızlığı kaslara giden elektrik sinyallerinin yetersiz ve düzensiz olmasından kaynaklanmaktadır.
Parkinson, bir çeşit bir sinir sistemi hastalığıdır. Sinir sistemi arızalı olduğu için gerekli olan elektrik sinyalleri gönderilemez. Hastada titreme, kasılma ve hareketlerin yavaşlaması gibi problemler oluşur. ALS hastalığında ise beyinden omuriliğe, oradan kaslara giderek hareketleri düzenleyen hareket sinirleri tahrip olmaktadır. Kasları harekete geçiren bu sinirlerin zarar görmesiyle, kaslar uyarılamaz hâle gelir. Sonuç olarak hastalar kısa bir sürede konuşma ve hareket fonksiyonlarını yitirmektedirler.
Şalter Organ
Vücudumuzdaki hücrelerimizin beslenmesi, nefes almamız, sindirim yapmamız ve mikro seviyede daha yüzlerce hayatî vazifeler için önce kalbimizin çalışması gerekmektedir. Çünkü organları teşkil eden doku ve hücrelerin yaşayabilmesi için gerekli olan oksijen ve gıda kalbin pompaladığı kan yoluyla ulaştırılmaktadır.
Kalbimiz de esas olarak kas lifleri demetlerinden yapılmış bir pompa organıdır. Hayatımız boyunca aksamadan kasılıp gevşemesi gerekmektedir. Kalbimiz, biz anne karnında henüz 19 günlük embriyoyken ve ortada bir kalb bile yokken, bazı farklılaşmış kas hücreleri yaratılır ve minik bir hücre topluluğu iken birden emir almış gibi bazı hücreler 22. günde elektrik üretmeye ve kasılıp gevşemeye başlar. Peki, durup dururken ne oluyor da birden bazı hücreler diğer kas hücrelerinden farklı özellik göstererek elektrik üretmeye başlıyor? İşte o gün sanki şalter kaldırılıyor, ilk elektrik veriliyor ve mükemmel sistem harekete geçiriliyor.
Bilim insanları çok kompleks olan kalbin çalışma sistemini anlatırken o ilk elektrik sinyalinin “Sinoatriyal düğüm” olarak adlandırılan ve kalbin sağ kulakçığında yer alan bir noktacıktan verildiğini söylemektedir. Fakat bu elektriği kimin ve nasıl verdiğine ve ne zaman kesileceğine ilmî olarak bir cevap bulmuş değiller.
Fakat biz inanıyoruz ki elektriği kim açıyorsa vakti geldiğinde de O kesmektedir.
Kaynaklar
Yılmaz, İ. (2012): “Ben Hasan’ın Kas Sistemiyim”, Organların Dilinden, Muştu Yayınları.
Apillioğlu O. (2012): “Vücudumuzun Kimyası”, Kimya O’nu Anlatıyor, Muştu Yayınları.
Coon, D. (1989). Introduction to Psychology, Exploration and Application. St. Paul: West PublishingCompany/ http://www.noteaccess.com/APPROACHES/ArtEd/ChildDev/1cNeurons.htm
http://www.remarkablemedicine.com/Medicine/bodyelectricity.html
https://tr.wikipedia.org/wiki/Gerilim_(elektrik)
[1] Pseudodoxia Epidemica
[2] Pil, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren aygıttır.
[3] Elektrik potansiyeli farkı (gerilim ya da voltaj) elektronları maruz kaldıkları elektrostatik alan kuvvetine karşı hareket ettiren kuvvettir. Bir elektrik alanı içindeki iki nokta arasındaki potansiyel fark olarak da tarif edilir.
[4] İyon, elektron kazanmış ya da kaybetmiş atom veya molekülden oluşmuş elektrik yüklü parçacıktır.
