SİNİR SİSTEMİNİN HÜCRESEL ÖZELLİKLERİ

Sinir sisteminde haberleşmeyi sağlayan temel hücresel bileşen, sinir hücresidir (Şekil 3.1). Sadece beyinde 100 milyardan fazla sinir hücresi olduğu düşünülmektedir. Sinir hücrelerini diğer hücrelerden ayıran en önemli özellik elektrokimyasal sinyal iletimini gerçekleştirebilmesidir. Bu bölümde, elektrokimyasal sinyallerin bir nöronda oluşup diğer nöronlara nasıl iletildiğini öğreneceğiz.    Nöron:    sinir    hücresi
Sinir hücrelerinde soma (Yunanca gövde) adı verilen hücre gövdesi bulunur.
Hücre gövdesinde diğer hücreler gibi hücre çekirdeği, sitoplazma (hücre içindeki saydam ve homojen dolgu kitlesi) ve organeller (küçük organlar) vardır. Sinir hücreleri diğer hücrelerden farklı olarak dendrit ve akson olarak adlandırılan 2 farklı uzantı tipine sahiptir (Şekil 3.1). Dendritler, diğer sinir hücrelerinden sinyalleri alırken, aksonlar oluşan sinyallerin diğer hücrelere aktarımını sağlar. İletinin aktarıldığı hücreler başka bir nöron ya da nöron dışı hücreler (örneğin kas ya da bez hücresi) olabilir. Dendritler genellikle ağaç dallarını andıran şekilde çok sayıda dallanmalara sahiptir. Dendrit adının türetildiği dendron kelimesi Yunanca “ağaç” anlamına gelmektedir. Dendritlerin aksine, sinir hücresi gövdesinden sadece bir akson ayrılır, sonra dallanır. Aksonların uç bölümlerine akson sonlanması adı verilir. Akson sonlanmaları düğme şeklinde genişleme gösterdikleri için uç düğmeleri olarak da adlandırılabilirler. Sinir hücreleri, kimyasal haberci moleküllerini bu uç düğmelerinden hedef hücreleri (örneğin diğer sinir hücrelerini) etkileyecek şekilde dışarı salgılar. 
 

Dendritler    Akson    Uçları
 
Akson Başlangıcı
Hücre
Çekirdeği
Sinir hücresinin şematik görünümü. Her hücrede olduğu gibi sinir hücrelerinin gövdesi, genetik bilgiyi taşıyan nükleer DNA ’mn bulunduğu hücre çekirdeğini
kapsar. Sinir hücresi diğer hücreler
tarafından iletilen kimyasal sinyalleri bir
ağacın dallarına benzeyen dendrit
uzantıları yoluyla alır. Bu sinyaller uyaran nitelikte ise ve alman toplam
uyan seviyesi belirli bir eşik düzeye
ulaşırsa, aksonun başladığı noktada (akson başlangıcı) aksiyon potansiyeli
oluşur. Aksiyon potansiyeli akson uçlarına ulaştığında bu bölgelerden sinaptik aralığa nörotransmiter
molekülleri salınır. Kaynak: Myers, D. G.
(2011).
 

Aksonların boyu çok değişkendir. Uzunlukları mikrometreden metreye kadar farklılık gösterebilir. Kaslarımızı kontrol eden sinirler, vücudumuzun en uzun sinir liflerine örnek oluştururlar. Bazı aksonlar miyelin adı verilen yağ içeriği yüksek bir kılıfla sarılmıştır. Bu tip aksonlara miyelinli lifler denir. Miyelin kılıf sinir sisteminin destek hücreleri tarafından oluşturulur. Miyelinli liflerde, akson boyunca miyelinli alanların arasında kalan, ranvier boğumları olarak adlandırılan bölgeler bulunur. Sinir hücresinde oluşan sinyaller miyelinli akson boyunca ranvier boğumlarında yeniden oluşarak “sıçrayıcı” karakterde ilerler. Bu şekilde ilerleme iletiyi hızlandırır. Aksonlar, sinyali ileten kablolar olarak düşünülürse miyelin kılıf, kabloyu çevreleyen yalıtım malzemesine benzetilebilir. Sinir lifinde ileti hızını arttıran diğer bir özellik sinir lifinin çapıdır. Çap büyüdükçe ileti hızı artar. Organizmada, kasları uyaran sinirler gibi iletinin hızlı olduğu sinir lifleri miyelinli ve büyük çaplıdır. Halbuki, ağrı duyusunu taşıyan lifler daha küçük çaplı miyelinsiz liflerdir.
Sinir sisteminde farklı tipte sinir hücreleri bulunmaktadır. Şekil 3.1’de görülen sinir hücresi sadece bir tür sinir hücresine örnek oluşturmaktadır. Yapısal açıdan unipolar (tek kutuplu), bipolar (iki kutuplu), sahte unipolar ve multipolar (çok kutuplu) ve aksonsuz nöronlar şeklinde sınıflandırılırlar. Şekil 3.2’de sinir sisteminin farklı bölgelerinde bulunan nöron tiplerine şematik örnekler verilmiştir. Hücresel farklılıklar, sinir hücrelerinin fonksiyonları ile yakından ilişkilidir ve nöronun yapısal özelliklerinin hücre fonksiyonlarına uyumlu bir şekilde biçimlendiği görülmektedir.

Sinir Sisteminin Diğer Hücreleri
 
Nöroglia tipleri:
Oligodentrosit,
mikroglia,
astrosit, ve
ependimal
hücre.
Merkezi sinir sisteminde, nöronlar dışında hücreler de bulunur (Şekil 3.3). Tümü¬ne birden nöroglia adı verilen bu hücrelerin sayısı sinir hücrelerinin sayısından on¬larca kat fazladır. Bu hücrelerden bazıları merkezi sinir sistemindeki aksonların mi¬yelin kılıfını oluşturarak sinirsel iletinin kalitesini ve hızını arttırırken (oligoden- droglialar), diğerleri merkezi sinir sisteminde bağışıklık yanıtlarına aracılık ederler (mikroglialar). Bir başka hücre tipini oluşturan astrositler, sinir hücrelerinin gerek¬sinim duyduğu iyon ve molekül dengesinin sağlanması, sinir hücreleri arasında ye¬ni bağlantıların oluşmasının 
düzenlenmesi ve kandan bey¬ne madde geçişinin kontrolü gibi daha geniş etkinliğe sa¬hip hücrelerdir. Sinir siste-minde bulunan diğer bir hüc¬re tipi ise epandim hücreleri¬dir. Bu hücreler beyin omuri¬lik sıvısının yapımından so¬rumludur. Oligodendrogli- aların etkilendiği bir bozuk¬luk olan multiple skleroz (MS) hastalığında, myelin kaybı so¬nucu sinirsel ileti aksadığı için, hastalarda motor ve duy¬sal işlevlerin yanı sıra bilişsel ve duygusal işlevlerde de bo¬zulma ortaya çıkabilmektedir.

Sinir Hücrelerinde Uyarmm Oluşması, İletilmesi ve Aktarılması
Sinir Hücresinde Uyarı Nasıl Oluşur?
Sinir hücreleri uyarılabilen ve uyarıyı iletebilen hücrelerdir. Sinir hücrelerinin bu özellikleri elektriksel ve iyonik yoğunluk dinamiklerine bağlı olarak gözlenir. Dinlenim durumundayken hücre zarının iç ve dış yüzeyi arasında, hücre içi her za¬man negatif olacak şekilde, yaklaşık 70 mVolt’luk (miliVolt=1/1000 volt) bir po¬tansiyel farkı vardır. Buna dinlenim zar potansiyeli denir. Bu durumun nedeni, ek¬si yüklü moleküllerin hücre içi yoğunluklarının hücre dışına göre daha yüksek ol¬masıdır. Hücre içi ve dışı arasındaki yük dağılımındaki farklılığın dışında iyonların dağılımı da farklıdır (Şekil 3.4).

 
 
lyonlar hücre içi ve hücre dtşt stvtda farklı yoğunlukta bulunurlar. Dinlenim durumunda pozitif iyonlar olan sodyum (1 pozitif yüklü, Na+) hücre dışında, potasyum (1 pozitif yüklü, K+) ise hücre içinde daha fazladır. Negatif iyon olan klor (1 negatif yüklü, Cl-) da hücre dışında fazladır. Dinlenim durumunda hücre içi hücre dışına göre daha negatif yüklüdür. Hücre içindeki negatif yüklü molekülleri başlıca (şekilde A ile temsil edilen) proteinler oluşturur ve proteinler hücre dışına çıkamazlar. İyonlar ise hücre zarından sadece kanallar aracılığıyla geçebilmektedir. Ct: Klor, Na+: Sodyum, K+: Potasyum, A: negatif yüklü hücre zarından geçemeyen proteinler.

 
Clîyonlarm hücre zarının iki tarafı arasında hareketi iyon kanalları aracılığıyla ger¬çekleşir. Hücrenin uyarılması ile birlikte, hücre zarında açılan kanallar pozitif yük¬lü parçacıkların (iyon) hücre içine girmesini sağlar. Bu iyon hareketi zar potansi¬yelinde değişime neden olur; dinlenim zar potansiyeli azalır (potansiyel farkı 0’a yaklaşır). Bu yanıta depolarizasyon denir. Hücre zarındaki potansiyel farkının tek¬rar dinlenim durumuna geri dönmesine ise repolarizasyon adı verilir. Bazen bu potansiyel farkı dinlenme durumuna göre daha da artabilir (hiperpolarizasyon). Hücre zarındaki potansiyel değişimleri hücreye yerleştirilen bir elektrot yardımıy¬la kaydedilebilir ve elde edilen kayıtlarda dinlenim zar potansiyeli olan değerden 0’a doğru yükselen çizgiler depolarizasyonu; dinlenim zar potansiyeline doğru al¬çalan çizgiler repolarizasyonu gösterir (Şekil 3.5).
Bir sinir hücresinde oluşan uyarının diğer hücreye aktarılması için, oluşan elek¬triksel sinyalin sinir hücresinin aksonu boyunca ilerlemesi gerekir. Halbuki, uyarıl¬ma sonucu sinir hücresinin belirli bir bölgesinde oluşan depolarizasyon dalgası hücre zarı boyunca ilerlerken azalır ve söner. Bu elektriksel sinyallerin uzun me¬safelerde eksilmeden ilerlemesi için aksiyon (hareket) potansiyeli adını verdiğimiz
daha büyük iyon hareketinin yol açtığı elektriksel yanıtın oluşması gerekir. Aksi¬yon potansiyeli, sinir hücresinin belirli bir eşik seviyenin üzerinde uyarılması du¬rumunda ortaya çıkan ve anlık olarak hücre zarının iç tarafının dışına göre 0’dan büyük (pozitif) bir değer aldığı özel bir depolarizasyon şeklidir. Aksiyon potansi¬yeli bir kez oluştuğunda akson ucuna kadar eksilmeden ulaşır. Aksiyon potansi¬yelleri “ya hep ya hiç” yasasına göre varlık gösterirler. Yani aksiyon potansiyelini oluşturmak için yeterli bir uyaran şiddeti daha da artarsa aksiyon potansiyeli dal-gasının büyüklüğü değişmez. Bu elektrik anahtarını açmaya benzer; düğmeye ne kadar hızlı veya sert basarsanız basın, elde ettiğiniz ışığın düzeyi aynıdır. Aksiyon potansiyelini oluşturan aksonun başlangıç noktasında bulunan ve belirli bir dere¬cede depolarizasyon oluştuğunda açılan sodyuma geçirgen iyon kanallarıdır. Yukarıda da belirtildiği gibi aksiyon potansiyelinin ilerleme hızı, ranvier boğumla¬rında oluşarak sıçrayıcı karakterde ilerlediği için miyelinli liflerde daha yüksektir. Şekil 3.5’de aksiyon potansiyeli sırasında elektriksel değişiklikler ve altında yatan iyon nareketlerini şematik olarak özetlenmiştir.

Aksiyon potansiyelinin ortaya çıkışı: potansiyeli uyarılma eşiğine ulaştığında, sodyum (Na+) kanalları açılır, Yoğıınlıık farkı ve pozitif yükü nedeniyle sodymıı hücre içine akın eder ve aksiyon potansiyeli oluşur. Aksiyon potansiyelinin çıkan koluna depolarizasyon fazı ya da yükselen faz: inen koluna da repolarizasyonfazı ya da alçalanfaz denir. Depolarizasyon fazı zirve noktasına ulaşmadan önce potasyum (K*) kanalları açılır ve potasyum bu noktada gözlenen hem yoğıınlııkfarkı heııı de pozitifyükü nedeniyle hücre dışına çıkar. Bu sırada sodyum kanalları kapanır (tepe noktası) ve artık sodyum hücre içine giremez. Fakat potasyum hücreyi terk etmeye devam ettiği için repolarizasyon ortaya çıkar. Zar potansiyeli dinlenim potansiyeline ulaştığında potasyum kanalları kapanmaya başlar ve bu süreçteki gecikmeye bağlı olarak hipeıpolarizasyon ortaya çıkabilir.

Bir Hücrede Aksiyon Potansiyeli İle Taşman Elektriksel Sinyal Diğer Hücrelere Nasıl İletilir?
Aksonların uç bölgelerinde (uç düğmeleri) zarla çevrili kesecikler içinde nörot- ransmiter dediğimiz kimyasal haberci moleküller bulunur. Hücrenin bu molekül¬leri dışarıya salgılaması için hücre içine kalsiyum (Ca2+) girişi gereklidir. Sinir hüc¬resinde oluşan aksiyon potansiyeli akson ucuna kadar ulaştığında kalsiyum kanal¬ları açılır ve aksonun ucundan hücre içine kalsiyum girişi olur. Hücre içine giren kalsiyum akson ucundaki keseciklerin hücre zarıyla birleşip, içindeki kimyasal ha¬berci molekülleri dışarı salmasına yol açar. Böylece, sinir aksonu boyunca aksiyon potansiyeli şeklinde elektriksel olarak iletilen sinyal, diğer hücreye kimyasal ola¬rak aktarılmış olur. Bu nedenle sinir hücreleri arasındaki haberleşmeyi elektrokim- yasal olarak tanımlıyoruz.
Sinir Hücreleri Arasında Haberleşme Nasıl Gerçekleşir?
Sinir hücreleri arasında iletiyi sağlayan özelleşmiş bağlantı bölgelerine sinaps (kav¬şak) denir. Sinir hücreleri arasındaki kimyasal haberleşme sinapsta gerçekleşir. Si- napsın yapısına daha yakından bakacak olursak sinyali ileten hücrenin sinyali alan hücre ile yakınlaştığı bölgeler olduğunu görürüz. İki sinir hücresinin birbirine ya¬kınlaştığı zarların arasında dar bir aralık bulunur. Bu aralığa sinaptik aralık denir. Sinaptik aralıktan önceki hücre zarı bölümü, iletici nörona aittir ve bu hücre zarı bölümüne sinaps öncesi zar denir. Kimyasal habercinin (nörotransmiter) salgılan¬dığı yer burasıdır. Sinaptik aralıktan sonraki alıcı nörona ait hücre zarı bölümüne sinaps sonrası zar denir. Nörotransmiter ile etkileşime giren moleküller (reseptör¬ler) genellikle sinaps sonrası zarda bulunur (Şekil 3.6). Sinaptik bağlantılar bir si¬nir hücresinin akson sonu ile diğer sinir hücresinin a) dendriti, b) hücre gövdesi c) aksonu arasında olabilir. Sinir hücreleri arasında sinaptik bölgelerde oluşan ha-berleşme çoğunlukla, nörotransmiterler aracılığıyla gerçekleşir fakat tek haberleş¬me biçimi bu değildir.
Kimyasal sinapsların dışında, diğer bir nöronlar arası bağlantı şekli, elektriksel sinapslardır. Elektriksel bağlantı bölgelerinde iyon geçişine izin veren kanallar kar¬şılıklı dururlar. Elektriksel bağlantılarda nörotransmiter salgısı yoktur; bunun yeri¬ne, hücreler arası iyon geçişleri olur. Elektriksel bağlantılardaki ileti kimyasal si- napslardaki iletiye göre çok daha hızlıdır.
Bir sinir hücresi üzerinde, binlerle ifade edilebilecek sinaptik bağlantı mevcut¬tur. Kurulan sinaptik bağlantılardan farklı nörotransmiterler salgılanır. Sinir hücre¬si kendine ulaşan sinyallerin bir anlamda matematiksel toplamına göre uyarılır ya da baskılanır. Buna kendi yaşantımızdan örnek verebiliriz: Bir konuda karar ver¬memiz gerektiğinde çok sayıda kişiden farklı fikirler bize ulaşır ve etki güçleri fark¬lı olan bu fikirleri değerlendirmeye alır ve bir sonuca ulaşırız. Bizler de başkaları¬nın (hatta fikir aldığımız kişilerin de) kararlarını etkileriz. Benzer şekilde tek bir si¬nir hücresi, aksonal dallanmalar aracılığıyla çok sayıda sinir hücresi ile sinaptik bağlantılar kurar. Böylece, sinir sisteminin trilyonlarla ifade edilebilen sinaps sayı¬sı ile oldukça karmaşık bir haberleşme ağı oluşur.
Gönderen Nöron
 
 
,ksiyon Potansiyeli
Sinap
Gönderen
Nöron
Aksiyon
Potansiyel؛
Sinaptik Kesecikler
Sinaptik Aralık
I Reseptörleri    L—-
Alıcı Nöron
 
3. Sinaps sonrası nöron fazla nörotransmiter moleküllerini üzerinde bulunan taşıyıcı proteinler yoluyla geri çekebilir.
Sinaptik iletinin şematik gösterimi. Sadeleştirme amacıyla tek bir sinaptik bağlantı örneği verilmiştir. Gerçekte bir hücrenin üzerinde çok sayıda sinaptik bağlantı bulunmaktadır. Akson uçlarındaki kesecikler nörotransmiter moleküllerini içermektedir. Aksiyon potansiyeli akson sonlanmasma ulaştığında, kesecikler hücre zarına doğru harekete geçer ve nihayet zar ile bütünleşip açılarak içerdikleri molekülleri sinaptik aralığa boşaltırlar. Sinaptik aralıktaki moleküller sinaps sonrası zara bağlı reseptörlerle etkileşime girerek, bu alıcı hücrenin fonksiyonunu etkilerler. Sinaptik ileti birçok yol ile sonlandırılabilir. Bunlardan biri nörotransmiterin sinaptik aralıktan sinaps öncesi hücreye geri alınmasıdır. Bu moleküller tekrar kesecikler içinde depolanarak bir sonraki aksiyon potansiyeli akson sonuna ulaştığında yine sinaptik boşluğa salınır.
1. Aksiyon potansiyelleri aksondan aşağı doğru yol alarak sinaps olarak
adlandırılan nöronlar arasındaki bağlantı noktasına ulaşır.
2. Aksiyon potansiyeli
Akson Ucu akson ucuna ulaştığında
nörotransmiterlerin
salınmasını sağlar.Bu
moleküller sinaptik
aralığı geçerek sineps
sonrası nöron üstünde
bulunan reseptörlere
bağlanarak alıcı nö ronun
tepkisini uyandırırı/eya
baskılar.

Bir sinir hücresinde uyarının oluşması, iletimi ve diğer hücreye aktarımı süreci¬ni 2 sinir hücresi örneğinde sıralı şekilde özetleyelim;
1.     Birinci sinir hücresine farklı kaynaklardan gelen uyarıların toplamı eşik se¬viyenin üzerinde bir depolarizasyon oluşturur ve hücrede aksiyon potansi¬yeli gelişir,
2.     Aksiyon potansiyeli akson boyunca ilerler,
3.     Aksiyon potansiyeli akson ucuna ulaşır,
4.     Kalsiyum kanalları açılır ve kalsiyum hücre içine girer,
5.     Nörotransmiter sinaptik aralığa salınır.
6.     Nörotransmiter, ikinci hücredeki reseptörüne (sinaps sonrası zar bölgesinde bulunur) bağlanır.

7. İkinci hücrede reseptörün bağlantılı olduğu hücresel yanıtlar oluşur.
Bütün duyularımızın, duygularımızın, zihnimizin ve hareketlerimizin altında ya¬tan süreçler, nöronların oluşturduğu karmaşık ağlarda oluşan bu elektrokimyasal dinamiklere dayanmaktadır.

7. İkinci hücrede reseptörün bağlantılı olduğu hücresel yanıtlar oluşur.

Bütün duyularımızın, duygularımızın, zihnimizin ve hareketlerimizin altında ya­tan süreçler, nöronların oluşturduğu karmaşık ağlarda oluşan bu elektrokimyasal dinamiklere dayanmaktadır.