SİNİR SİSTEMİ
İnsanın sinir hücrelerinin sinyal iletim hızı en hızlı trenlerden bile daha hızlı ilerler. Az sayıda insan hayatlarını yarım bir beyinle sürdürürler.
Yapısal ve işlevsel bağlarıyla sinir sistemi ve endokrin sistem vücut eşgüdümünde farklı görevleri vardır. İnsan beyninin bir tek santimetreküpü 50 milyonun üzerinde sinir hücresi içerir. Herbir sinir hücreside başka sinir hücreleri ile bilgi-işleme ağları kurarlar.Bu sinir yolları bizim,hissetme,algılama ve hareketimizi kontrol eder, öğrenmemizi , hatırlamamızı,düşünmemizi ,kendimiz ve çevremiz hakkında bilinçli olmamızı, sağlar. Nöronlar sinir uyarılarını saatde 500 km’nin üzerinde bir hızla iletirler.İnsanlarda bilgi beyinden ellere(ya da ters yönde) birkaç milisaniyede ulaşır. Hayvanlarda hayatta kalabilme ve üreme, çevredeki değişikliklere hızlı ve esnek tepkiler göstermeye bağımlıdır ve çeşitli hayvan şubelerinde çeşitli sinir sistemleri evrimleşmiştir.
Sinir sistemleri birbiriyle örtüşen üç işlev görür ; duyu girdisi, bütünleştirme ve motor çıktısı. Duyu reseptörleri örneğin gözdeki ışığa duyarlı hücreler çevreden topladıkları bilgiyi ,duyu girdisi halinde bütüenleştirici merkezlere iletirler. Bütünleştirmenin büyük bir kısmı merkezi sinir sisteminde (MSS) yapılır bu da beyin ve omurilikden oluşur.Motor çıktı MSS den efektör hücrelere (Kas ya da salgı bezi) sinyal iletimleridir. Merkezi sinir sistemi ile vücudun geri kalanı kısmındaki motor ve duyu sinirleri arasındaki iletişimi sağlayan sinirlere topluca periferal(Çevresel) sinir sistemi (PSS) denir.
Presinaptik hücre Postsinaptik hücre Miyelin kılıf Sinaptik uç dallar Sinir sistemini meydana getiren hücreler nöron adını alır.Çekirdek ve diğer organelle ri taşıyan bir çekirdek ile ,akson adını alan bir uzantıdan oluşur.Dentritler hücre gövdesinden çıkan kısa uzantılardır.Akson sinir iletisini hücre gövdesin alarak akson, boyunca iletir.Birçok nöron’un aksonu miyelin kılıf ile çevrelenmiştir.Bir akson uç ile başka bir sinir hücresinin dentriti arasındaki temas bölgesine sinaps denir.
Basit bir sinir devresi-Refleks arkı Duyu gerilme reseptörü Duyu nöronu En basit sinir devresi, bir refleksi ya da refleks arkı adını alan otomatik tepkiyi düzenler. Diz kapağı refleksi diz kapağı tendonlarına vurularak başlatılır.Duyu(Gerilme) reseptörleri bacak(Ekstensör) kasında meydana gelen ani değişmeyi hisseder ve oluşan impuls duyu nöronlarına geçer. Ara nöronlar Motor nöronlar Animasyon Duyu nöronları sadece motor sinirlerle değil ,omurilikteki ara nöronlarla da sinaps yapar.Ön uyluk kası kasılırken arka uyluk kası gevşer.Bu uyarılar kaslara motor nöronlarla iletilir.Motor nöronların ve ara nöronların hücre gövdesi genelde merkezi sinir sisteminin gri maddesi içinde bulunur.Gangliyonlar genellikle benzer işlev gören çevresel sinir sistemi içinde yerleşmiş sinir hücresi gövdesi kümesidir.
Sinir hücrelerinin çeşitli tipleri bulunmaktadır. Duyu nöronu ,kısa ve çok dallı dentritler duyu reseptör hücreleri ile iletişim kurmaya yarar.Hücre gövdesi sadece aksonla bağlantılıdır. Memeli beyninde bulunan iki tip ara nöron (b) üsttekinin çok sayıda dentriti ve dallanmış bir aksonu ,alttakinin ince dallı ağımsı dentritleri vardır. Motor nöronlar ise hücre gövdesinden çıkan çok sayıda dentrite ve bir aksona sahiptir.
Destek hücreleri(Glia) Destek hücreleri sinir sisteminin yapı bütünlüğü ve nöronların normal işlev görmesi için gereklidir. Gelişmekte olan embriyoda nöronlar, nöral olukdan dışarıya doğru ,radyal glia adı verilen destek hücrelerinin oluşturduğu yollar boyunca göç eder ya da büyür.Ergin MSS de astrosit adı verilen glia , nöronlar için yapısal ve metabolik destek oluşturur. Astrositler ayrıca kan-beyin bariyerinin oluşmasını sağlar.Bu yapı birçok maddenin beyne geçişini kısıtlar. Oligodentrositler ve schwann hücreleri birçok nöronun aksonu çevresinde izole edici myelin kılıfları oluşturan glia hücreleridir.Bu zarlar büyük ölçüde lipit olup elektrik akımlarının zayıf bir iletkenidir.Multiple skleroz hastalarında myelin kılıflar giderek tahrip olur ve sinir uyartı iletimi aksamaya başlar.
Çevresel sinir sisteminde schwann hücreleri adı verilen destek hücreleri , birçok aksonu izole edici myelin kılıfla sarmalar.Aradaki boşluklar ise Ranvier boğumu adını alır.
SİNİR SİNYALLERİNİN İLETİMİ Tüm canlı hücreler , plazma zarının iki yüzeyi arasında bir elektrik yükü farkına sahiptir.Plazma zarı elektriksel olarak kutuplaşmıştır.(Polarize olmuştur) Bunun anlamı , zarın bir yüzeyinin diğerine göre daha negatif olduğudur.Zarın iki yüzeyi arasındaki bu potansiyel farka zar potansiyeli denir. Hücre zarı potansiyeli elektrofizyologlar tarafından duyarlı bir voltmetreye ya da osiloskopa bağlı mikroelektrotlar kullanılarak ölçülebilir. Mikromanipülatör adı adı verilen çok duyarlı mekanik cihazlar hücrenin içine bir elektrot yerleştirmekte kullanılır.Bu elektrot hücrenin dışına yerleştirilen bir başka elektrotla karşılaştırılır.
Voltmetre , zarın iki yüzeyi arasındaki yük ayrımının Hücrenin dışındaki mikroelektrot Plazma zarı -70 mV Voltmetre , zarın iki yüzeyi arasındaki yük ayrımının büyüklüğünü gösterir; bu değer bir hayvan hücresinde -50 ile -100 mV(milivolt) arasında değişir. Eksi işaret hücrenin içinin dışına göre göre negatif yüklü olduğunu belirtir. Dinlenme durumundaki bir nöron -70 mV’luk bir zar potansiyeline sahiptir. Hücre içindeki mikroelektrot Akson Nöron Uyarılmamış nöronun bu zar potansiyeline , dinlenme potansiyeli denir.
Zar potansiyelinin korunması a) Sodyum-Potasyum Pompası Plazma zarı 5mM 150 mM 120 mM b) Birinci şekilde (a) potasyum ,sodyum ,klor ve hücre içi anyonların derişimleri gösterilmiştir.K derişim farkı yüzünden hücre dışına diffüze olurken Anyonlar bunu izleyemez .böylece hücrenin içinde negatif bir yük oluşur.K’un hücre dışına(b) Na da hücre içine doğru sabit bir difüzyonu vardır. Difüzyon zamanla iyonik derişim farkının kaybolmasına yol açar.Bu durum ,sodyum potasyum pompası tarafından önlenir.Bu pompa ATP kullanarak Na’un hücre dışına K’un hücre içine taşınmasını sağlar.
Sinir impulsları kendilerini akson boyunca çoğaltır.Gerçekte aksiyon potansiyeli yol almaz fakat akson boyunca art arta yenilenir. Aksiyon potansiyeli ,sodyum iyonları bir bölgede zarı içeri doğru katettiği zaman oluşur.İlk aksiyon potansiye linin depolarizasyonu , zarın komşu bölgesine yayılarak burayı da depolarize eder ve ikinci bir aksiyon potansiyelini başlatır. Aksonun çapı ne kadar büyükse iletimin hızı o kadar yüksektir. Örneğin mürekkep balığında bulunan dev sinir hücreleri bu hayvanların avcılara karşı daha hızlı tepki vermelerine neden olur. Omurgalılarda miyelinli sinir hücrelerinin evrimleşmesi iletimin daha da hızlanmasına neden olmuştur. Miyelinli aksonlarda impuls iletimi daha hızlı gerçekleşir.
VİDEO
Saltatorik iletim Aksiyon potansiyeli sinir hücrelerinde atlayarak ilerler.Omurgalılarda çok sayıda sinir hücresinin bulunması impulsların daha hızlı yayılması zorunluluğunu ortaya çıkarmıştır.Miyelinli nöronlar bu amaca yöneliktir.Miyelin kılıf nörona bir izolasyon sağlar ve akım bu bölgede oluşmaz, zaten gerekli iyon kapıları da yoktur. Aksiyon Potansiyeli Ranvier boğumlarından atlayarak iletilir bu da iletimin daha hızlı olmasını sağlar buna saltatorik (atlayarak) iletim denir.Miyelinsiz bu bölgeler iletimin oluşmasını sağlayan kapıları içerir.
Miyelinli bir aksonda,bir Ranvier boğumunda oluşan aksiyon potansiyeli sırasındaki iyon akımı ,aksonun iç yüzeyi boyunca bir sonraki boğuma yayılır ve burada bir aksiyon potansiyelini tetikler.
Sinapslar ve iletişim Nöronlar kendi aralarında bağlantı kurarlar.Böylece sinir sistemi nöronlar arası bağlantı sayesinde karmaşık fonksiyonları yerine getirir.Sinaps , bir sinir hücresi ile başka bir hücre arasında impulsun aktarılmasını sağlayan bağlantı şeklinde tanımlanabilir.Mesajı gönderen hücre presinaptik nöron , mesajı alan hücre ise postsinaptik hücre olarak adlandırılır. Bir sinir hücresi ile bir kas arasındaki sinapsta , motornöron hücresi sinaps boşluğuna nörotransmitter bir madde salgılar bu madde impulsun kas hücresinde oluşmasını sağlar. Asetilkolin böyle bir nörotransmitter maddedir.Sinaptik boşluğa keseler tarafından salgılanır.Bur da kalsiyumun etkisi vardır.Sinaptik boşluğa salgılanan asetilkolin postsinaptik hücre reseptörleri taranından alınır ve aksiyon potansiyelinin oluşması sağlanır
Sinaps boşluğuna salgılanan bu maddeler arasında nöroadrenalin , serotonin, dopamin,GABA gibi maddeler bulunur. Bazı nöronların uçlarından salgılanan transmitter kimyasallar , tam tersi etki yaparlar ve postsinaptik hücrede impuls oluşmasını engellerler.Buna inhibitör etki denir. Bu etki ile CI- iyonları hücre içine girerler böylece hücre uyarılması engellenmiş olur. Sinapslarda engelleme olabileceği gibi kolaylaştırmada olabilir yani sinapsta bulunan başka bir nöron kolaylaştırıcı internöron ,presinaptik nöronun son ucuna kendi transmitterini salgılar ve postsinaptik nöron bu yoldan daha fazla uyarı alır. Aynı nörotransmitter maddeler farklı hücre tipleri üzerinde farklı etkiler yaratabilirler.
Nörotransmitter İşlev sınıfı Salgılandığı yer Asetilkolin Omurgalı iskelet kası için uyarıcı MSS,PSS, omurgalı sinir diğer bölgelerde uyarıcı ya da kas kavşağı inhibe edici Nöreepinefrin Uyarıcı ya da inhibe edici MSS,PSS Dopamin Genelde uyarıcı bazı bölgelerde MSS,PSS Serotonin Genelde inhibe edici MSS GABA İnhibe edici MSS Glisin İnhibe edici MSS Glutamat Uyarıcı MSS, omurgasız sinir-kas kas kavşağı Aspartat Uyarıcı MSS P maddesi Uyarıcı MSS, PSS Met-enkephalin Genelde inhibe edici MSS
SİNİR SİSTEMLERİNİN ÇEŞİTLİLİĞİ Sinir sistemlerinin organizasyon düzeni çeşitlilik gösterir.Süngerlerin impuls iletimi için özelleşmiş hücreleri yoktur.Hidra da kasların kasılması ve gevşemesini kontrol eden yayılmış nöronlar vardır. Daha karmaşık sinir sistemleri ve daha karmaşık davranış biçimi beyin oluşumu ile evrimleşmiştir.Baş oluşumu uzun ve bilateral simetrik gövdeye sahip hayvanlarda gövdenin baş ucu ve ağız bölgesi yakınında , duyu sinirlerinin ve diğer sinir hücrelerinin küçük bir beyin oluşturmak için kümeleşmesidir. Planaryada küçük bir beyin ve hayvanın hareketlerini kontrol eden uzunlamasına sinir kordonları ilk merkezi (MSS) sinir sistemini oluşturur.Halkalı solucan ve böcekler de davranış beyin ve segmental düzenlenmiş gangliyonları içeren ventral sinir kordonları trafından düzenlenir. Omurgalılarda sırt tarafta gangliyonlar bulunur ve uzunlamasına bir sinir kordonuna sahiptirler.
biçimiyle mükemmel uyum gösterir. Işınsal Mürekkepbalığı ya da hatopotun iri beyni ve buna eşlik eden görüntü oluşturucu büyük gözler ve dev aksonlar boyunca hızlı sinyalleşme bu hayvanların aktif avcı yaşam biçimiyle mükemmel uyum gösterir.
OMURGALILARIN SİNİR SİSTEMİ Omurgalıların sinir sistemleri merkezi ve çevresel olmak üzere ikiye ayrılır.Beyin ve omurilik merkezi sinir sistemini oluşturur bunların dışındaki tüm sinirler çevresel sinir sistemini oluşturur. Omurgalı merkezi sinir sistemi ,embriyoda sırtta bulunan içi boş sinir kordonundan gelişir.Omuriliğin dar merkezi kanalı ,beynin içi sıvı dolu ventrikül (karıncık) adı verilen boşluklarıyla devam eder. Bu boşluklar beyin-omurilik sıvısıyla doludur. Beyin ve omurilik aynı zamanda beyin zarı adı verilen bağ doku tarafındanda korunur.
Beyinde dış kabuk küme halinde bulunan sinir hücrelerinin gövdelerin den oluşmuştur ve gri madde adını alır. Beynin orta kısmı ise miyelinli sinir hücrelerinin aksonlarından oluşmuş beyazımsı bir ak madde tarafından medana getirilmiştir.
Çevresel sinir sistemi Duyu (Afferent bölüm) Motor (Efferent bölüm) Dış çevreye duyarlı İç çevreye duyarlı Otonom sinir Somatik sinir sistemi sistemi Omurgalı çevresel sinir sistemi yapısal olarak çiftler halinde yer alan baş ve omurilik sinirlerinden ve bunlarla bağlantılı olan gangliyonlardan oluşur. Çevresel sinir sisteminin bölümleri homeostazisi korumak için birbiri ile etkileşir. Parasempatik Sempatik
Kafa sinirleri beyinden çıkar ve baştaki ayrıca gövdenin üst kısmındaki organlara sinir verir.Memelilerde 12 çift kafa siniri bulunur.Omurilik sinirleri tüm vücuda dağılır. 31 çift omurilik siniri bulunur.Kafa sinirlerinin çoğu ve omurilik sinirlerinin hepsi hem duyu hem de motor nöronları içerir. Çevresel sinir sisteminin duyu bölümü dış ve iç ortamı görüntüleyen duyu reseptör lerinden MSS’ ne bilgi taşıyan duyu nöronlarından .Motor bölümü ise MSS’ den efektör hücrelere sinyal ileten motor ya da efferent nöronlardan oluşur. Motor bölümü kendi içinde somatik ve otonom sinir sistemi olmak üzere iki işlevsel kısma ayrılır. Somatik sinir sistemi , esas olarak dış uyarımlara tepki olarak iskelet kaslarına sinyal taşır.Somatik sinir sistemi istemli olarak kabul edilir çünkü bilinçli kontrolden sorumludur. Otonom sinir sistemi , iç ortamı düzenleyen sinyaller iletir.Bu sinyaller düz kasları kalp kaslarını , sindirim, kalp damar, boşaltım ve endokrin sistemlerin organlarını kontrol ederek iç ortamı düzenler.Bu kontrol genellikle istemsizdir.
Otonom sinir sistemi organlarımız üzerine zıt etki yapan iki bölümden oluşur. Simpatik bölümün aktivasyon ,uyanıklık ve enerji üretimiyle ilgisi vardır.Kalp daha hızlı atar, akciğer bronşları genişler , adrenalin salgısı artar. Parasimpatik bölüm ise sakinleşme ve kendine yönelik işlevler üzerinde etkisi vardır. Enerji depolanmasını arttırırken sindirimi hızlandırır.Simpatik ve parasimpatik sinirler aynı organa sinir veriyorsa antagonist (Zıt) etkiler gösterir.
Beynin embriyonal gelişimi Omurgalı beyninin embriyonik gelişimi nöral tüpün üç ön çıkıntısından beynin evrimleştiğini yansıtır. Kuş ve memelilerde ön beyin balık kurbağa ve sürün genlerdekine göre daha gelişmiştir. Kontrol ve bütünleştirmenin en gelişmiş merkezi olan serebrum(Beyin yarımküreleri) daha eski beyin bölgelerinin bir çoğunu kuşatan ön beynin gelişmesiyle oluşmuştur. Diensephalondan gelişen belli başlı beyin bölgeleri talamus,epitalamus ve hipotala mustur.Beyin köü ise orta ve arka beyinden oluşur.
Omurgalı beyninin evrimsel olarak daha eski yapıları temel otonom ve bütünleştirici görevleri düzenler Orta ve arka beyinden oluşan beyin kökü(Alt beyin) hareket eşgüdümünde,homeostazisde yukarı beyin bölgelerine bilgi iletilmesinde görev alır. Orta beyin çeşitli tipte duyu bilgisinin alındığı ve bütünleştirildiği merkezler içerir. İşitsel ve görsel sistmelerin çeşitli mesajları ana merkezlere burdan iletilir. Medulla (Omurilik soğanı) ve Pons Medulla nefes alma ,kalp ve kan kan damarı aktivitesi,yutma,kusma ve sindirim gibi görevleri yapan merkezlere sahiptir.Pons bu gövlerin bir kısmına katılır ve ayrıca medulladaki solunum merkezlerini düzenleyen çekirdeklere sahiptir. Ön beyinden omuriliğe hareketle ilgili komutlar taşıyan sinirler bu bölgeden geçerken çaprazlama yaparlar.Bunun sonucunda beynin sağ tarafı vücudun sol tarafındaki hareketlerin çoğunu kontrol eder.
Retiküler sistem ,Uyanıklık ve Uyku Doksanın üzerinde ayrı çekirdekten oluşan ve retiküler formasyon adı verilen bir nöronlar sistemi , beyin kökünün ortasından geçer.Retiküler aktive edici sistem RAS uykuyu ve uyanıklığı düzenler. Orta beyinde uyanmaya neden olan bir merkez bulunur. Retiküler formasyon duyu reseptörlerinden uyarı alır.Beyin yarım küreleri ile yakın ilişki içinde çalışarak , sinir sistemine sürekli olarak giren bildik ve tekrarlanan bilgileri süzerek , aşırı duyu yüklenmesini önler.
Beyincik (Serebellum) Motor algılama ve düşünme işleri sırasında eşgüdüm ve hata-kontrol işlevi görür. Beyincik eklemlerin pozisyonu ve kasların uzunluğu hakkında duyu bilgisi aldığı gibi ,işitme ve görme sistemlerinden de bilgi alır. Beyincik aldığı bilgileri hareketlerin otomatik eşgüdümü ve denge sağlamak için kullanır.El-göz eşgüdümü bu işleve bir örnektir.
Talamus ve Hipotalamus Talamus beyin yarım küreleri için bir geçiş bölgesidir.Birçok farklı çekirdek taşır.Tüm duyulardan gelen bilgiler talamusta ayrıştırılarak uygun beyin bölgelerine gönderilir. Hipotalamus hipofizi kontrol ederek çeşitli hormonlar salgılanmasını sağlar. Vücudun termostatını içerir,aynı zamanda açlığı ,susuzluğu ve birçok temel yaşamsal mekanizmaları düzenleyen merkezler taşır.
Beyin yarımküresi Serebrum, memeli beyninin en üst düzeyde gelişmiş yapısıdır. Serebrum sağ ve sol serebral yarım kürelere ayrılır.Dışta gri madde içte ak madde ve bunun derinlerinde yerleşmiş bir çekirdek kümesi olan bazal çekirdekler vardır.Bazal çekirdekler ,hareket dizilerinin planlanması ve öğrenilmesini sağlayan önemli merkezlerdir.Parkinson ve Huntington hastalığı bu bölgenin hasar görmesinden kaynaklanır. Sadece memelilere özgü bir bölge olan neokorteks beyin yüzeyine teğet olarak uzanan altı nöron tabakasından oluşan korteksin ilave dış tabakasıdır.Zihinsel yetenekler ,öğrenme ,karar verme bilinçli olma gibi işlevleri yönetir. Sol yarımküre vücudun sağ tarafından bilgi alır ve sağ tarafın hareketlerini kontrol eder bunun terside doğrudur.Corpus callosum olarak bilinen kalın bir sinir teli demeti sağ ve sol yarım küreler arasındaki iletişimi sağlar.
Beyin yarım küreleri farklı işlevler için özelleşmiştir. Beynin arkası Beynin sol tarafı Beyin yarım küreleri farklı işlevler için özelleşmiştir. Beyin alanları arasında yer alan primer duyu alanları farklı tipte duyu bilgilerini alır. Bütünleştirici alanlar ise gelen uyarıları ,beynin diğer bölgelerinden gelen bilgilerle bütünleştirir.İki işlevsel kortikal alan,primer motor korteks ve birincil duyu alanı frontal ve parietal loplar arasındaki snırı oluşturur. Motor korteksin görevi iskelet kaslarına emir göndererek ,duyu organlarına uygun tepkiler oluşturmaktır.Birincil duyusal alan ise tüm vücuttaki temas,ağrı,basınç ve sıcaklık reseptörlerinden gelen sinyalleri alır.
Korteksin bu enine kesit haritalarında her bir vücut kısmına adanmış yüzey alanı o vücut kısmının nispi büyüklüğünü gösterecek biçimde sembolize edilmiştir.
Limbik sistem bazı davranışlarımızın Prefrontal korteks Limbik sistem bazı davranışlarımızın merkezidir.Annelik içgüdüsü,duygusal tavırlar,gülme ağlama gibi davranış biçimlerini belirler.Temporal lobdaki bir çekirdek alan olan amigdala yüz ifadelerindeki dugu bileşenini tanımada ve duygusal anıların canlanmasında merkezi rl oynar. Beyinde bir yüksek bütünleştirme merkezi olan prefrontal korteks ,anılar işlemede ve yeniden kazanmada limbik sisteme ve diğer beyin merkezlerine danışır ve anıları davranışları biçimlendirmede kullanabilir. Hipokampus ve amigdaladaki belirli sinapslarda meydana gelen işlevsel değişimle bellek depolanması ve duygusal tepkilerle değişiklik ortaya çıkmaktadır.