Sinir Sistemi Hücreleri ve Sinaptik İleti PDF

Sinir sistemi hücreleri Sinaptik ileti Prof.Dr.Serap Kuruca Sinir hücresi: Nöron İnsan vücudu trilyonlarca hücreden meydana gelmiştir. Bu hücrelerden bir kısmı da nöron denilen sinir hücreleridir. Nöronlar elektro kimyasal bir işlemle bilgi taşımak için için özelleşmiş hücrelerdir. İnsan beyninde ya...

Sinir sistemi hücreleri Sinaptik ileti Prof.Dr.Serap Kuruca Sinir hücresi: Nöron İnsan vücudu trilyonlarca hücreden meydana gelmiştir. Bu hücrelerden bir kısmı da nöron denilen sinir hücreleridir. Nöronlar elektro kimyasal bir işlemle bilgi taşımak için için özelleşmiş hücrelerdir. İnsan beyninde yaklaşık 90-100 milyar nöron vardır. Bu nöronlar değişik şekil ve büyüklüktedirler. Nöronlar diğer hücreler ile ortak özelliklere sahip olmasına rağmen bazı özellikleri ile diğer vücut hücrelerinden ayrılırlar. Nöronlar hücre gövdesine ilave olarak, dendrit ve akson denilen özel uzantılara sahiptirler. Nöronlar birbirleriyle elektrokimyasal bir işlemle haberleşirler. Nöronlar sinaps gibi özel yapılar ve nörotransmitter gibi özel kimyasal maddeler içerirler. NÖRON’UN YAPISI Başlıca bölümleri: 1. Soma (hücre gövdesi) 2. Akson 3. Dentrit Diğer önemli yapılar: Schwan hücresi Myelin kılıfı Ranvier düğümü 4 Hücrenin metabolik merkezidir Soma Dendritler kısa, oldukça çok sayıda dallanmış ve diğer sinir hücrelerinden gelen Eksitatör (aktive edici) ve İnhibitör (inhibe edici) sinyalleri alırlar. Dendritik dikenler (dallar) Memeli beyinlerinde bulunan eksitatör sinapsların post-sinaps kısmıdır. Doğum sonrası dönemde hızlı şekilde çoğalırlar yetişkinliğe doğru niceliklerinde önemli azalma görülür. Dendiritik dalların sayıları ve büyüklükleri çeşitli kalıtsal ve çevre faktörleri tarafından belirlenmektedir. Dendirik dalların dinamik yapıları Beyin plastisitesinde önemli rol oynamaktadır. Ayrıca dentrik dalların beyinde bilgi depolanmasında da önemli rol oynadıkları iddia edilmektedir. SİNİR DOKUSU HÜCRELERİ 1. NÖRONLAR 2. NÖROGLİAL HÜCRELER PSS’de Schwan hücreleri Uydu (satellit) hücreler MSS’de Astrositler Oligodentrositler Mikroglial hücreler Epandimal hücreler 9 Nöron sayısının 10-50 katı kadardır. Boyutları nöronlardan daha küçüktürler. Tek tip uzantıları bulunur. Sinaptik bağlantılar oluşturmazlar. Yetişkinlerde bölünme kapasiteleri vardır. Beyin dokusuna destek olurlar. Nöronlarda izolasyonu sağlayan miyelin kılıfı oluştururlar. Nöronun iyon ve peptid dengesini korurlar. Kan-Beyin Barriyeri (KBB)’ni oluştururlar. Nöronları mekanik ve metabolik anlamda destekler ve besleyici fonksiyon yapabilirler. Birbirleri ile gap junction aracılığı ile bağlantı kurarlar. Sinir impulslarına yanıt oluşturma ya da diğer hücrelere iletme gibi bir fonksiyonları yoktur. Mikroglia Mononüklear fagositik sisteme ait hücrelerdir. Kemik iliğinden köken alır. Hücre gövdeleri küçük, yoğun ve uzamıştır. Çekirdek oval/ üçgenimsi ve heterokromatindir. Hücreye dikenli bir görünüm veren kısa uzantılara sahiptir. MSS’de her yerde bulunurlar. Sinir dokusunda hasarlanmış yapılar ve debrislerin ortadan kaldırılmasından sorumludurlar Ependimal hücreler Beyinde ventriküllerin, medulla spinaliste santral kanalın içini döşeyen alçak silindirik ya da kübik epitelyal hücrelerdir. Gelişim sırasında embriyonik nöroepitelden köken alır. Sitoplazmaları bol mitokondri, apikal yerleşimli Golgi kompleksi, GER, intermediate filament demetleri içerir. Bazı yerlerde hücrelerin apikal yüzlerinde sil bulunur. Koroid pleksus yapısına katılıp beyin-omurilik sıvısı salgılar ve sil hareketi ile BOS akışına yardımcı olur. Tanisit denen tipleri uzantılarını hipotalamustaki nörosekretuar hücreler civarına gönderir ve bu hücrelere BOS’tan aldıkları kimyasal sinyalleri iletirler PSS’nin Nöroglial Hücreleri 1.Schwann Hücreleri Myelinli periferal nöronlarda bulunan myelin maddesini üretirler Sinir iletimini hızlandırır 2.Uydu Hücreler (satellit) Nöron hücre gövdesi topluluklarını (gangliyon) desteklerler 16 Schwann hücreleri PSS’de bulunan ve aksonları miyelin kılıf ile kuşatan hücrelerdir. Yassılaşmış hücrelerdir, sitoplazma küçük bir Golgi komp. ve birkaç mitokondri taşır. Nöral kristadan köken alırlar. Miyelin kılıf, Schwann hücre membranının akson etrafında defalarca kıvrılmasıyla oluşur. Schwann hücresi ve oligodendrosit karşılaştırılması İki hücre arasındaki temel fark, Schwann hücresinin , periferik sinir sisteminde bulunan sinir hücrelerinin aksonlarının etrafına sarılı kalması, oligodendrosit ise, merkezi sinir sisteminde bulunan sinir hücrelerinin aksonlarının etrafına sarılmasıdır. Schwann hücreleri sadece bir akson etrafına sarılabilir. Buna karşılık, oligodendrositler, 50'ye kadar sinir hücresinin aksonlarının etrafına dolanabilir. Gangliyonlar MSS dışındaki sinir hücre gövdelerinin kümeler halinde yerleştiği yapılar gangliyon olarak adlandırılır. Gangliyonlar sıkı bağ dokusu bir kapsül ile sarılmış, periferik sinir lifleri ile ilişkili ovoid yapılardır. Gangliyonlar çevresel ve merkezi sinir sistemleri gibi farklı nörolojik yapılarda aktarma ve ara bağlantı noktaları sağlar. Genel olarak iki ana gruba ayrılırlar; Dorsal Kök Gangliyonlar(Spinal Gangliyonlar), duyusal sinir hücreleri grupları içerir. Otonom Gangliyonlar, otonom sinir hücreleri gruplarından oluşur. NÖRON ÇEŞİTLERİ Nöronların, büyüklüğü ve şekli ile sahip oldukları akson ve dendrit sayısı farklılık gösterebilir. A. Yapılarına göre nöron çeşitleri 1. Multipolar nöronlar 2. Bipolar nöronlar 3. Unipolar nöronlar B. Fonksiyonlarına göre nöron çeşitleri 1. Afferent (duyu) 2. Efferent (motor) 3. İnternöron (ara nöron-bütünleştirici) 24 Yapılarına göre nöron çeşitleri Multipolar nöronlar Nöronların %99’u Çok sayıda uzantıya sahip MSS’deki nöronların çoğu Bipolar nöronlar İki uzantılı Göz, kulak, burun Unipolar nöronlar Tek uzantı PSS’nin gangliyonları Duyusal Aksonsuz Nöronlar: Miyelinsiz özel uzantılara sahiptir. Merkezi sinir sistemi ve özel duyu organlarında bulunur. Fonksiyonlarına göre nöron çeşitleri Duysal (Somatik) Nöronlar (Afferent) Duysal (Somatik) Reseptörler Inter (ara) nöronlar (Assosiasyon) Motornöronlar (Efferent) Efektör Organ Duysal (afferent)nöronlar PSS’in duysal reseptörleridir AP’leri MSS’ne götürüler Somaları Unipolardır PSS’ni ganglialarında lokalizedir. Internöronlar (assosiasyon) MSS’delokalizedir Tüm nöronların >%99 ~ hepsimultipolar Bilgilerin entegrasyonu Motor (efferent)nöronlar Multipolar Somaları MSS’dedir AP’leri kas ve salgı bezlerine götürürler Sinirlerin Yarı Çapı, İleti Hızları ve Fonksiyonları Sinirlerde ileti hızını belirleyen iki faktör vardır: 1) Aksonun çapı: (Kalın akson daha hızlı). 2) Aksonun miyelinli olup/olmamasına göre ileti hızı değişir. Miyelinsiz sinirlerde: 0,25 m/sn Miyelinli sinirlerde : 100 m/sn dir. MS (Multiple Skleroz) Beyinde ve omurilikte, mesajları taşıyan sinir telleri etrafındaki koruyucu kılıfın (miyelin kılıfı) hastalığıdır. Merkezi sinir sistemi ile organların bilgi iletişimini sağlayan omuriliğin miyelin tabakası üzerindeki fiziksel tahribatın bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. Kılıfın hasar gördüğü yerlerde sertleşmiş dokular (skleroz) yer almaktadır. Bu sertleşmiş alana da plak denir. Bu plaklar, sinir sistemi içinde pek çok yerde oluşabilir ve sinirler boyunca mesajların iletilmesini engelleyebilir. MS hastalığında miyelin hasarı vardır. Miyelinin yerini glial hücrelerin oluşturduğu sert bir matriks alır. Bu nöronlar uyaranları iletemez ve nörolojik fonksiyonlar yavaşlar. Sinaps nedir? Sinaps, nöronların (sinir hücrelerinin) diğer nöronlara ya da kas veya salgı bezleri gibi nöron olmayan hücrelere mesaj iletmesine olanak tanıyan özelleşmiş bağlantı noktalarıdır. Sinaps terimi, Sir Charles Scott Sherrington (1932 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü kazandı) ve meslektaşları tarafından türetilmiştir. 1857-1952 Bir nöronun aksonunun dallanmaları diğer nöronlarla 1000 kadar sinaps yapar. Aksonlar sinaps yaptığı nöronlara direkt temas etmez, aralarında sinaptik (ara = cleft) yaklaşık 20-30 nm kadar bir aralık bulunur. 3 tip sinaps bulunur. 1) Akso-Somatik Sinaps, 2)Akso-Dendritik Sinaps, 3)Akso-Aksonik Sinaps. Sinaps: pre-sinaptik ve post-sinaptik nöronun iletişim kurduğu bölgelerdir. Bilginin (uyarının) taşınması sırasında pek çok nöron sinaps yapar ve bu sinapslar bilginin entegrasyonunda, şekillenmesinde çok önemlidir. Birden fazla sinaptik bağlantı bilginin bir kezden daha fazla işlenmesini sağlar. Uzun sinir yolları, örneğin motor nöron gibi, az sayıda sinaps içerdiğinden bilgi hemen hemen hiç değişmeden hedefe ulaştırılır ki, bu kas kasılması gibi bazı durumlarda çok önemlidir. MSS’de benzer fonksiyonları oluşturan nöronlar kümeler halinde bulunurlar. Bu kümeler periferde ise gangliyon, merkezde ise nükleus olarak adlandırılır. Sinapslar iki çeşittir: 1. Elektriksel sinapslar 2. Kimyasal sinapslar İmpulsun bir nörondan diğerine geçişi kimyasal madde ile gerçekleşirse " kimyasal sinaps"; elektriksel aktivite ile gerçekleşirse "elektriksel sinaps" adını alır. Sinaps iletisinin çoğunluğu kimyasal sinapslarla gerçekleşir. Sinaptik bağlantı bölgelerindeki iki nöron arasında 200-300 Angstromluk bir açıklık bulunur ve bu açıklığa “sinaptik aralık“ denir. – 1 Angström (Å) = 0.1 nm = 1/ 10 000 000 000 m = 1 x 10−10 m Sinaptik iletim çeşitleri 7 Sinaptik iletim çeşitleri Kimyasal sinaps – Sinyal türü kimyasal – Hücreler arası mesafe fazla (20-30 nm) – 2 hücre birbirinden tamamen uzaktır – Yavaştır – Tek yönlüdür Elektriksel Sinaps – Sinyal türü elektriksel – Hücreler arası mesafe çok yakın (2 nm’den daha az) – 2 hücrenin sitoplazmaları neredeyse ortaktır – Çok hızlıdır – Çift yönlüdür 11 Elektriksel Sinaps= Gap junctions Gap junction=gedik kavşak Connexin adı verilen 6’lı alt birimlerden oluşmuştur. 2 hücre arası mesafe çok az Yanıt çok hızlıdır ELEKTRİKSEL SİNAPS Elektriksel sinapslarda ileti çok hızlıdır ve birbiriyle bağlantılı bir grup nöronun aynı anda (senkron) deşarj yapmasına sebep olabilirler. Yan yana bulunan düz kas lifleri arasında ve kalp kası hücreleri arasında aksiyon potansiyelleri bu geçit bölgeleri ya da benzeri bağlantılarla iletilmektedir. Bu tip nöronlar kararlı fonksiyonlar yapabilirler. Visseral düz kaslardaki Gap Junction’lar, kalp kasındaki interkaler diskler bu tip sinapslardır. Elektriksel Sinaps= Gap junctions Presinaptik nöronda gerçekleşen *AP ikinci hücredekiyle neredeyse eş zamanlı gerçekleşir *Aksiyon potansiyeli KİMYASAL SİNAPSLAR Presinaptik nöronun ucunda nörotransmiter içeren çok sayıda vesiküller bulunur. Nörotransmitterler spesifik reseptörlerine bağlanarak ve iyon kanallarını açıp, kapatma şeklinde etki ederler. Kimyasal sinapslarda ileti çok daha yavaştır. Bu tip sinapslar büyük bir plastisiteye sahiptirler. Bu nedenle, kimyasal sinapslar, kompleks ve çok değişken davranışları yöneten nöronların bağlantılarında kullanılır. TEK YÖNLÜ İLETİ MEKANİZMASI Kimyasal sinapslar sinyalleri daima tek yönlü iletir. Sinyal, nörotransmiteri salıveren presinaptik nörondan, transmitterin etki yaptığı postsinaptik nörona iletilir. Bu özellik sinyallerin elektriksel sinapslardaki çift yönlü iletisinden tamamen farklıdır. Sinir sisteminde ve periferik sinirlerin terminallerinde iletilen sinyallerin özel olarak belirli alanlarda odaklanmasını, Motor kontrol, Bellek ve pek çok başka fonksiyonların yürütülmesini sağlar. KİMYASAL SİNAPSLAR Sinir sisteminde sinyallerin iletildiği sinapsların hemen hepsi kimyasal sinapslardır. Kimyasal sinapslarda, presinaptik nöron sinaps bölgesinde nörotransmitter adı verilen bir kimyasal madde salgılar ve bu transmitter,nöronun eksite veya inhibe ettiği ya da başka yoldan duyarlılığını değiştirdiği postsinaptik nöron membranındaki reseptör proteinleri etkiler. Nörotransmitterlerin salınımı 1. Depolarizasyon 2. Voltaj kapılı Ca++ kanallarının açılması Ca++ inflaksı 3. 4. Ca++ -kalmodulinin protein kinazları aktifleştirmesi 5. Sinaptik veziküllerin presinaptik membranla birleşmesi 6. NT’in sinaps aralığına salınması (ekzositoz) 7. 8. Diffüzyon Post sinaptik hücrede YANIT 3. Post Sinaptik olaylar NT*reseptöre bağlanır *NT=Nörotransmitter İYON Girişi (Na, K, Cl) Post Sinaptik Potansiyel oluşumu 19 3. Post Sinaptik olaylar Metabotropik Reseptöre Bağlanma ◼ İkinci haberci sistemini harekete geçirirler ◼ ◼ ◼ ◼ G proteine bağlı reseptörler Hücre içi enzim sistemlerini aktive eder Yavaş nörotransmisyon ve nöromodülasyon sağlarlar Etkisi daha uzun sürelidir Eksitatör Sinaptik Etki, Sodyum ve Potasyum geçiren Glutamat-Kapılı Kanallar tarafından Düzenlemektedir Glutamat reseptörleri iki temel kategoride incelenebilir. 1- İyonotropik: eder doğrudan olarak iyon kanallarını kontrol 2- Metabotropik: ikinci haberciler üzerinden dolaylı olarak iyon kanallarını kontrol eder İnhibitör Sinaptik Etki Genellikle Klor Geçişini Sağlayan GABA ve Glisin Kontrollü Kanallardan Gerçekleşmektedir Spinal motor nöronlarda ve ve birçok santral nöronda inhibitör postsinaptik potansiyeller GABA ve Glisin gibi inhibitör amino asit nörotransmitterler aracılığı ile gerçekleşmektedir. GABA beyin ve omurilikte en sık görülen inhibitör transmitterdir. Glisin daha az sıklıkla görülür ve ayrıca Cl- kanallarını kontrol eden iyonotropik reseptörleri aktive eder. Glisin omurilikte internöronlar tarafından salınır ve antagonistik kasları inhibe ederler. Eksitatör ve İnhibitör Sinapsların Farklı Yapıları Sinaptik potansiyelin etkisi (eksitatör veya inhibitör) sadece presinaptik nörondan salınan nörotransmitterin tipine göre belirlenmez ayrıca nörotransmitter ile yönlenen iyonun geçeceği, post sinaptik hücrede bulunan iyon kanalları da önemli rol oynar. Birçok nörotransmitter etkili oldukları reseptörler ile tanınırlar. Söz gelimi glutamat salıveren omurgalı beyin nöronları eksitasyona neden olan reseptörler üzerinden etkili olurlarken; g-amino bütirik asit (GABA) veya glisin salıveren nöronlar iyonotropik inhibitör reseptörler üzerinden etkili olurlar. (bu konuda bir istisna retinadır, ayrıca omurgasızlarda istisna çoktur). Eksitatör ve inhibitör sinir terminallerinde bazen yapısal değişiklikler olur. Nöronlardaki sinyallerin oluşturacağı net etki çeşitli faktörlere bağlı olarak gelişecektir. 1- Bölge 2- Boyut 3-Sinapsın şekli 4-Diğer sinerjistik veya antagonistik sinapslara olan komşuluğu Nöronal entegrasyon Birbiriyle yarışan bu sinyallerin post-sinaptik nöron tarafından entegre edilmesi işlevine nöronal entegrasyon denmektedir. Nöronal entegrasyon, sinir sisteminin bütün olarak karşı karşıya kaldığı karar verme işinin, hücre düzeyindeki yansımasıdır. Her hangi bir zamanda hücrenin iki seçeneği bulunmaktadır; aksiyon potansiyeli oluşturmak veya oluşturmamak. Charles Sherrington beynin birbiriyle yarışan alternatifler arasından seçme yeteneğini, sinir sisteminin entegratif hareketi olarak yorumlamaktadır, ve “Karar verme” yi beynin en temel işlemi olarak olarak değerlendirir. Hücre gövdelerindeki sinapslar daha çok inhibitördür. İnhibitör uyaranalrın da uyarı bölgesi işlevsel etkinliği açısından önemlidir. İnhibitör kısa devre etkiler, akson segmentinin başlangıcında daha belirgindirler. Dendritte oluşan eksitatör akımlar ilk akson segmentine ulaşırken hücre gövdesinden geçmek zorundadırlar. Hücre gövdesindeki inhibitör etkiler, Cl- kanallarını açarlar ve Cl- akımı arttırırken, yayılmakta olan eksitatör akımlardan oluşan depolarizasyonu azaltırlar. Sonuç olarak, tetikleme bölgesinde, eksitatör akımın etkisi azalır. Buna karşın, dendritlerin uzak bir parçasında oluşan inhibitör olayların eksitatör etkiyi baskılaması çok zordur. Bu nedenle beynin güçlü inhibitör girdileri sıklıkla nöronların hücre gövdesinden kaynaklananlardır. Dendritik çıkıntılardaki sinapslar daha çok eksitatördür. Santral nöronlar sıklıkla 20-40 ana dendrite sahiptirler bu dendritler de daha ince dallara ayrılırlar. Her dalın iki temel sinaptik bölgesi vardır. Gövde ve çıkıntı. Dendritik çıkıntılar, dendritik gövdeye ince bir boyunla bağlanmış ve daha künt bir başa sahip, ileri düzeyde özelleşmiş sinyal alma bölgesidir (Şekil 12-3). Her çıkıntıda en az bir sinaps bulunur. Bazı kortikal nöronlarda -hippokampusun CA1 bölgesindeki piramidal nöronlar gibi - çıkıntı başı, non-NMDA ve NMDA tip glutamat reseptörleri içerir Akson terminallerindeki sinapslar daha çok düzenleyicidir. Aksodendritik ve aksosomatik bağlantıların aksine, aksoaksonik sinapsların post-sinaptik hücrenin tetikleme bölgesi üzerinde her hangi bir etkisi bulunmaz. Daha çok post-sinaptik nöronun transmitter salınımını kontrol ederler. SİNAPTİK İLETİYİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER 1- İntertisyel sıvıda H+ yoğunluğu: Nöronlar, H+ yoğunluğuna çok duyarlıdır. Arteriyel kan pH’sı ;7,4’ ten 7,0’ya düşünce (ASİDOZ), nöronun aktivitesi azalır, exitabiliteleri azalır, sinaptik ileti yavaşlar. pH, 7,4’ten 7,8’e çıkınca (ALKALOZ), nöronların exitabiliteleri artar,uyarılabilirlikleri kolaylaşır. pH ↓ (asidoz) ise sinaptik ileti ↓ pH↑ (alkaloz) ise sinaptik ileti ↑ SİNAPTİK İLETİYİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER 2- Ca’un presinaptik terminale geçişi; Bazı blokerler presinaptik membrandaki Ca kanallarını bloke edip Ca’un içeri girişini, dolayısıyla nörotransmitterlerin salınmasını engellerler. Böylece sinaptik ileti yavaşlar. 3- Hipoksi; Hipoksi nöron uyarılabilirliğini azaltır. Birkaç saniyeden fazla oksijen sağlanamazsa, nöronlar eksitabilitelerini kaybederler. Beyin kan akımı 4-5 dk. kadar kesilmişse, hipoksi yüzünden geriye dönüşümü olmayan harabiyetler görülür. 4- İlaçlar; Nöral plastisite Beyindeki nöronların ve nöronlar arasında oluşan sinapsların çeşitli çevresel uyaranlara karşı yapısal ve işlevsel olarak değişiklik göstermesidir. Aynı zamanda beyindeki nöral yolların değişiklikleri, yeniden organize olma yetenekleri ve organizmanın çevreye uyumu için gerekli tüm gelişmeler de nöral plastiste olarak adlandırılmaktadır. Nöral plastisite yeni nöron oluşumunu, dendritlerde dallanmanın artmasını, boylarında uzama olması ve yeni sinaps oluşumunu sağlamaktadır. Doğumdan sonra çevresel uyaranların da artmasıyla sinaptik bağlantılar hızla artmaktadır. Duyusal işlevler, dil gelişimi ve daha gelişmiş algısal işlemler hayatın ilk yıllarında hızla gelişmektedir. Öğrenme hızının en üst düzeyde olduğu bu dönemlerde oluşan değişiklikler tek nöronda sınırlı olmadığından ‘sinaptik plastisite’ denilen adaptif yanıt ortaya çıkmaktadır. Nöral plastisite Gelişimini tamamlamış bir beyinde de sinaptik plastisite devam etmektedir. Sinir sistemindeki doğal sinaptik döngü gebelikte uterusun adrenerjik innervasyonunda, serebellum’da, vestibuler nukleus’ta, hipotalamus’ta, serebral korteks’te ve olfaktor sistemde başlamakta ve devam etmektedir. Korteks ve serebellum’daki doğal sinaptik plastisite daha çok nöronların en fazla değişen yerleri olan dentritlerle sağlanmaktadır. Dentrit boyutlarındaki ve dentritik uzantı sayılarındaki artış ışık mikroskobunda da kolaylıkla saptanabilmektedir. Yaş ilerledikçe özellikle bazı nöronların dentrit sayıları ve uzantıları daha karmaşık hale gelir ve bu da yaşam boyu sinaptik plastisitenin devam ettiğini kanıtlar.