Sinir Sistemi: Yapısı ve Sinirsel İletimin İşleyişi

Sinir sisteminin merkezi ve çevresel bölümleri

Sinir sistemi anatomik olarak merkezi sinir sistemi ve çevresel sinir sistemi olmak üzere ikiye ayrılır. Merkezi sinir sistemi beyin ve omurilikten oluşur; kafatası ve omurga boşluklarında bulunur. Beyin, sinirsel bilgilerin değerlendirildiği merkezi yapılardan biridir. Omurilik ise omurga kanalında yer alır ve çevreden gelen duyusal bilgilerle merkezden çıkan motor komutların iletilmesinde görev yapar. Ayrıca birçok refleks yanıtının düzenlenmesine katılır.

Çevresel sinir sistemi, beyin ve omurilik dışında kalan sinirleri ve bu sinirlerle ilişkili yapıları kapsar. Bu bölüm, vücudun farklı bölgelerindeki reseptörlerden gelen bilgileri merkezi sinir sistemine taşır; merkezi sistemde oluşturulan yanıtları da kas ve bez gibi hedeflere götürür. Örneğin sıcak bir yüzeye dokunulduğunda el derisindeki duyusal yapıdan başlayan bilgi çevresel sinirlerle omuriliğe ulaşır. Yanıt için gerekli motor ileti de çevresel sinirler üzerinden ilgili kasa taşınır. Böylece merkezi bölüm değerlendirme ve bütünleştirmede, çevresel bölüm ise merkez ile vücut arasındaki bağlantıda öne çıkar.

Bu ayrım görevden çok konum temellidir: Beyin ve omurilik merkezi, bunların dışındaki sinirler çevresel bölümde değerlendirilir. Çevresel sinir sisteminin işlevsel olarak somatik ve otonom biçimde ayrılması ise hedefin ve kontrol biçiminin anlaşılmasını sağlar.

Nöronun yapısı ve temel görevleri

Nöron, sinir dokusunda elektriksel sinyalleri oluşturan ve ileten özelleşmiş hücredir. Temel bölümleri dendrit, hücre gövdesi ve aksondur. Dendritler diğer nöronlardan veya duyusal hücrelerden gelen sinyaller için temas yüzeyi oluşturur. Hücre gövdesi çekirdeği içerir ve hücrenin yaşamsal faaliyetlerini sürdürür. Akson ise elektriksel sinyali hücre gövdesinden uzaklaştırarak hedef hücreye doğru taşır. Aksonun sonunda dallanan uçlar bulunur; bu uçlar başka bir nöronla, kasla veya bezle bağlantı kurabilir.

İletimin genel yönü dendritlerden hücre gövdesine, oradan akson boyunca akson uçlarına doğrudur. Hücre gövdesine yakın akson başlangıç bölgesinde, gelen sinyallerin etkisi birleştirilir ve uygun koşul oluştuğunda aksiyon potansiyeli başlatılır. Böylece dendritler bilgiyi alır, hücre gövdesi gelen etkileri bütünleştirir, akson da oluşan elektriksel sinyali hedefe taşır. Örneğin derideki duyusal bir nöron, uyarıyı periferden alıp omuriliğe doğru iletebilir.

Nöronların biçimi görevleriyle ilişkilidir. Çok sayıda dendrit ve tek akson taşıyan çok kutuplu nöronlar merkezi sinir sisteminde yaygındır. Duyu nöronlarının önemli bir bölümü ise yalancı tek kutuplu yapıdadır; tek bir uzantı daha sonra duyusal bilgiyi alan ve omuriliğe taşıyan iki kola ayrılır. Aksonların çevresindeki miyelin kılıf elektriksel iletimi kolaylaştırır; merkezi sistemde bu yalıtımı oligodendrositler, çevresel sistemde Schwann hücreleri oluşturur.

Sinirsel impulsun oluşumu ve iletimi

Sinirsel impuls, uyarıya yanıt olarak nöron zarında meydana gelen ve akson boyunca ilerleyen elektriksel değişimdir. Uyarı önce zarın elektriksel durumunu değiştirir. Değişim eşik düzeye ulaştığında voltaja duyarlı sodyum kanalları açılır ve zar potansiyeli daha az negatif hâle gelir; bu evre depolarizasyon olarak adlandırılır. Ardından sodyum kanalları etkisizleşir, potasyum kanallarının etkisiyle zar eski negatif durumuna yaklaşır ve repolarizasyon gerçekleşir. Bir süre boyunca yeni impuls oluşturmak zorlaşır veya mümkün olmaz; bu dönem refrakter dönemdir.

İmpulsun akson boyunca ilerlemesi, akson zarındaki elektriksel değişimin komşu bölgelere aktarılmasıyla sağlanır. Miyelinsiz aksonlarda iletim aksonun tüm uzunluğu boyunca gerçekleşir ve süreklidir. Miyelinli aksonlarda voltaja duyarlı kanalların yoğunlaştığı Ranvier düğümleri arasındaki sıçramalı iletim görülür. Elektriksel sinyal bir düğümden diğerine ilerlediği için iletim daha hızlı gerçekleşir. Bu mekanizma, miyelinin yalnızca bir kaplama olmadığını; akson boyunca sinyalin yayılma biçimini de değiştirdiğini gösterir.

Örneğin sıcak bir yüzeye dokunulduğunda, derideki duyusal nöronun uyarılması aksonunda impuls oluşturur. Bu impuls, nöronun aksonu boyunca omuriliğe doğru ilerler. Akson ucuna ulaştığında elektriksel iletişim bir sonraki hücreye sinaps aracılığıyla aktarılır. İletim yönünün dendritten akson ucuna doğru olması, uyarının nöron içinde düzenli biçimde ilerlemesini sağlar.

Sinapslarda iletişim

Sinaps, bir nöronun akson ucu ile başka bir nöronun veya hedef hücrenin birbirine çok yakın olduğu bağlantı bölgesidir. Elektriksel impuls akson ucundaki sinaptik sona ulaştığında nörotransmitter adı verilen kimyasal sinyaller salınır. Bu maddeler sinaptik aralıktan geçerek karşı hücrenin zarındaki reseptörlere bağlanır ve hedef hücrede yeni bir elektriksel değişiklik oluşturur. Böylece sinaps, elektriksel sinyalin bir hücreden diğerine kimyasal aracılıkla aktarılmasını sağlar.

Nörotransmitterin etkisi hedef hücrenin reseptörüne bağlıdır. Bazı etkiler zarı eşik değere yaklaştırarak aksiyon potansiyelinin oluşmasını kolaylaştırır; bunlar uyarıcı postsinaptik potansiyel olarak adlandırılır. Bazı etkiler ise zarı daha negatif hâle getirerek yeni impuls oluşma olasılığını azaltır ve baskılayıcı postsinaptik potansiyel oluşturur. Nörotransmitterin salındığı hücre presinaptik, sinyali alan hücre postsinaptik olarak adlandırılır. Kimyasal maddenin sinaptik aralıktan salınıp reseptöre ulaşması nedeniyle iletişim genellikle tek yönlüdür.

Somatik ve otonom sinir sistemleri

Çevresel sinir sisteminin işlevsel bölümlerinden somatik sinir sistemi, bilinçli duyularla ve iskelet kaslarının istemli hareketleriyle ilgilidir. İskelet kasına giden motor nöron, kası doğrudan etkileyerek kasılmasını sağlar. Somatik sistem reflekslerinde de hedef iskelet kasıdır; ancak yanıtın bilinçli olarak başlatılması gerekmez. Örneğin elin sıcak yüzeyden çekilmesi, iskelet kasının görev aldığı somatik bir refleks yanıtıdır.

Otonom sinir sistemi ise kalp kası, düz kaslar ve bezler gibi yapıların istemsiz kontrolünde görev yapar. Bu sistemin amacı, iç ortamın dengeli tutulmasına katkı sağlamaktır. Dinlenme ve sindirimle ilişkili işlevler parasempatik bölümle, stres sırasında ortaya çıkan savaş ya da kaç yanıtı ise sempatik bölümle ilişkilidir. Otonom sistemin merkezden hedef organa giden çıkış yolu genellikle iki nöronlu bir zincirdir: İlk nöron bir gangliyona ulaşır, ikinci nöron ise gangliyondan hedef organa gider. Somatik sistemde ise motor çıkış, iskelet kasına doğrudan ulaşan tek bir motor nöron üzerinden açıklanır.

Refleks yayı ve refleks davranış

Refleks, belirli bir uyarıya karşı hızlı ve çoğunlukla bilinçli değerlendirmeden önce ortaya çıkan sinirsel yanıttır. Bu yanıtın izlediği bağlantı düzenine refleks yayı denir. Refleks yayı reseptör, duyu nöronu, merkezi sinir sistemindeki değerlendirme bölgesi, motor nöron ve efektörden oluşur. Reseptör uyarıyı algılar; duyu nöronu bilgiyi merkezi sinir sistemine taşır. Burada bilgi doğrudan bir motor nörona aktarılabilir veya önce ara nöron üzerinden işlenebilir. Motor nöron oluşan komutu efektöre, yani kas ya da beze götürür.

Elin sıcak yüzeyden çekilmesi bu düzenin somut bir örneğidir. Derideki reseptörler ısı ve ağrı uyarısını algılar. Duyu nöronu bu bilgiyi omuriliğe taşır. Omurilikteki ara nöron, ilgili motor nöronu etkinleştirerek kol kasının kasılmasını sağlar. Aynı sırada karşıt yönde çalışan kasın gevşemesi için onu yöneten motor nöron baskılanabilir. Böylece el, daha fazla zarar oluşmadan yüzeyden uzaklaştırılır. Yanıtın hızlı olmasının nedeni, değerlendirme ve motor komutun ilk aşamada omurilikte kurulabilmesidir; uyarının bilinçli olarak fark edilmesi daha sonra gerçekleşebilir.

Refleks yayı somatik olduğunda efektör iskelet kasıdır ve motor çıkış doğrudan bu kasa yönelir. İç organı hedefleyen otonom reflekslerde ise merkezden gangliyona, oradan hedef organa uzanan iki aşamalı motor yol bulunur. Ayrıntılı duyu organı ve reseptör fizyolojisi ayrı bir başlık altında ele alınır.