Sinir sistemine giriş 1 Membranda iyon kanalIarının rolü • • • • • Proteinler, membran iyon kanalları olarak işlev görür İyon kanalları 2 tiptedir 1. Sızma (kapısız) kanallar - daima açık 2. Kapılı kanallar (3 tip) Kimyasal kapılı (ligand-kapılı) kanallar - spesifik bir madde (nörotransmitterin vb) bağlanmasıyla açılır • Voltaj-bağımlı kanallar - membrandaki potansiyel değişikliğine cevap olarak açılır / kapanır • Mekanik kapılı kanallar - reseptörlerin fiziksel deformasyonuna cevapta açılır / kapanır – ör duyu reseptörü için dokunma, basınç vb 2 a) A chemically gated channel permeable to both Na+ and K+ b) a voltage-gated Na+ channel 3 Kapılı kanallar • Kapılı kanallar açıldığında: • İyonlar hızlıca elektrokimyasal gradientleriyle membran boyunca yayılır – Kimyasal konsantrasyon gradiyentleriyle, yüksek konsant dan düşük konsantrasyona – Elektriksel gradiyentleriyle, zıt elektriksel yüke doğru • İyon akımı, bir elektriksel akım oluşturur ve voltaj membran boyunca değişir 4 İstirahat Membran Potansiyeli • Dinlenim hücre membranındaki pot. fark – Yaklaşık –70 mV nöronlarda (içi dışa göre daha negatif şarjlı) • Oluşumu: – ICF ve ECF’nin iyonik dengesindeki farklılıklar – Plazma membranının permeabilitesindeki farklılık 5 İstirahat Membran Potansiyeli • İyonik yapıdaki farklılıklar – ICF, Na+ ve Cl– ’ün daha düşük konsant. sahip (ECF’den) – ICF, K+’un ve negatif yüklü proteinlerin (A–) daha yüksek konsant. sahip (ECF’den) • Membran permeabilitesinde farklılık – A– ’ya geçirimsiz – Na+’a az geçirgen (sızma kanalları aracılıklı) – K+ için 75 kez daha geçirgen (daha fazla sızma kanalları) – Cl– ’a serbest geçirgen 6 İstirahat Membran Potansiyeli • Hücrenin negatif içi – hücre içine Na+ difüzyonundan daha fazla olan hücrenin dışına K+ un difüzyonu nedeniyle • Sodyum-potasyum pompası – Na+ ve K+ için konsant. gradiyenti devam ettirilerek İMP stabilize olur 7 The permeabilities of Na+ and K+ across the membrane are different. 8 Sinyaller olarak işlev gören membran potansiyelleri • Membran potansiyelinin değiştiği durumlar: – İyonların konsant. membrana karşı değişince – İyonlara karşı membranın permeabilitesi değişince • Membran potansiyelindeki değişiklikler, alıcının kullandığı sinyallerdir, integre edilir ve bilgi gönderilir • Sinyaller, 2 tiptir: – Büyütülmüş potansiyeller • Kısa-mesafeden gelen sinyaller – Aksiyon potansiyelleri • Aksonların uzun-mesafe sinyalleri 9 Membran potansiyelindeki değişiklikler Depolarizing stimulus Inside positive Inside negative Depolarization • Depolarizasyon • Membranın içi, dinlenme potansiyeline göre daha az negatif olur • Bir sinir uyarısını oluşturma ihtimali artar Resting potential Time (ms) (a) Depolarization: The membrane potential moves toward 0 mV, the inside becoming less negative (more positive). 10 Membran potansiyelindeki değişiklikler Hyperpolarizing stimulus • • • Hiperpolarizasyon Membranın iç kısmı dinlenme potansiyeline göre daha negatiftir Bir sinir uyarısını oluşturma ihtimali azalır Resting potential Hyperpolarization Time (ms) (b) Hyperpolarization: The membrane potential increases, the inside becoming more negative. 11 Figure 11.9b Büyütülmüş Potansiyeller Stimulus Depolarized region Plasma membrane • • • Membran pot. deki kısa süreli, lokalize değişiklikler Depolarizasyonlar / hiperpolarizasyonlar Büyütülmüş pot., bitişik bölgenin membran potansiyelini değiştirerek lokal akım değişiklikleri olarak yayılır 12 • Uyarı, kapılı iyon kanallarının açılmasına neden olduğunda oluşur • Ör. reseptör pot, jeneratör pot, postsinaptik pot • Büyüklük, stimulus şiddetiyle direkt olarak değişir • İyonlar akarken ve sızma kanallarıyla difüze olurken, mesafeyle büyüklük azalır • Kısa mesafeli sinyaller Membrane potential (mV) Büyütülmüş Potansiyeller Active area (site of initial depolarization) –70 Resting potential Distance (a few mm) 13 Aksiyon Potansiyeli (AP) • Total amplitüd ~100 mV (-70 ile +30 mV) ile membran potansiyelinde kısa süreli ani değişiklik • Kas hücrelerinde ve nöron aksonlarında mg • Fazla mesafe büyüklüğü azaltmaz • Uzun-mesafeli nöral iletişimin esas yolu 14 15 Aksiyon Potansiyeli’nin doğuşu • Dinlenme durumu – Sadece Na+ ve K+ için sızma kanalları açık – Bütün kapılı Na+ ve K+ kanalları kapalı • Depolarizasyon fazı • Depolarize lokal akımlar, voltaja-duyarlı Na+ kanalının kapısını açar • Na+ girişi, daha fazla depolarizasyona neden olur • Eşik değer (–55 ile –50 mV) pozitif feedback bütün Na+ kanallarının açılışına neden olur – Bu noktada, Na+ geçirgenliği dinlenmedeki nörona göre ~ 1000 kat daha büyük • Membran polaritesi +30 mV da (aks pot nin pik değeri) tersine çevrilir 16 Aksiyon Potansiyeli’nin doğuşu • Repolarizasyon fazı – Na+ kanalı yavaş inaktivasyon kapısı kapanır – Na’a karşı membran permeabilitesi istirahat düzeylerine doğru azalır – Yavaş voltaja-duyarlı K+ kapısı açılır – K+ hc dışına çıkar ve iç negativite restore edilir • Hiperpolarizasyon – Bazı K+ kanalları açık kalır, aşırı K+ çıkışına izin verir – Bu, membranın (pik altında) hiperpolarizasyonuna neden olur 17 3 2 Action potential Na+ permeability K+ permeability 1 4 Time (ms) 1 Relative membrane permeability Membrane potential (mV) The AP is caused by permeability changes in the plasma membrane 18 Aksiyon potansiyelinin ilerlemesi 19 Eşik • Eşikte: – Membran, 15 - 20 mV depolarize edilir – Na+ permeabilitesi artar – Na girişi, K+ çıkışını aşar – Pozitif feedback siklusu başlar • Eşikaltı uyarı - zayıf lokal depolarizasyon, eşiğe ulaşamaz • Eşik uyarı - membran potansiyelini eşiğe doğru ve ötesine ittirmek için yeterince güçlü • AP, hep veya hiç fenomenidir - aks pot leri ya tamamen olur / hiç olmaz • Bütün aks pot. benzerdir, stimulus şiddetinden bağımsızdır • Güçlü stimulus, aks pot. ni zayıf stimulusa göre daha sık oluşturabilir 20 • • • • • • • • Absolüt Refrakter Periyot Kanallar yeniden ayarlanana kadar Na+ kanallarının açılış zamanı Her AP hep / hiç olayını sağlar Sinir impulslarının tek yönlü iletimini uygular Relatif Refraktör Periyot Absolüt Refrakter Periyodu takip eder – Çoğu Na+ kanalı, dinlenme durumuna geri döner – Bazı K+ kanalları hala açık – Repolariz. oluşur AP oluşumu için eşik yükseltilir İstisna olarak, güçlü stimulus AP oluşturabilir 21 İleti hızı • Nöronların ileti hızı değişir • Akson çapının etkisi • Geniş çaplı lifler, lokal akım hızına daha az dirençlidir ve impuls iletimi daha hızlıdır • Miyelinasyonun etkisi • Miyelinsiz aksonlardaki devamlı ileti, miyelinli aksonlardaki saltatorik iletimden daha yavaştır 22 Sinir liflerinin gruplandırılması • Sinir lifleri: – Çap – Miyelinasyon derecesi – İleti hızına göre gruplandırılır 23 Sinir liflerinin gruplandırılması • Grup A lifleri – En büyük çaplı, kalın miyelinli somatik duyu ve motor lifler – Impulsları 150 m/s hızla iletir • Grup B lifler – Ara çapta, az miyelinli OSS lifleri – Impulsları 15 m/s • Grup C lifler – En küçük çaplı, miyelinsiz OSS lifleri – 1 m/s veya daha az – B ve C lifleri visseral organların OSS motor lifleri; visseral duyu lifleri; somatik duyu lifleri (deri) (ağrı ve küçük dokunma lifleri vb) 24 Sinir liflerinin gruplandırılması 25 Sinir liflerinin gruplandırılması 26 Kraniyal ve spinal sinirler 12’si kraniyal, 31’i spinal 43 çift sinir ve ganglionlar 27 Nöron • Dendritler • Hücre gövdesi (soma) • Akson • Sonlanma (terminal) 28 Hücre gövdesi (soma) • Soma, nukleus ve nukleolusu içeren esas hücre bölümü • Nissle cisimcikleri (gER dan oluşur) • Sitozol ve organelleri içerir • Çok sayıda dendrit içerir • Diğer nöronlardan sinyalleri alır • Bir araya gelmiş hücre gövdesi gruplarına MSS de nükleus, periferik sinir sisteminde gangliyon denir 29 Nöron • Dendritler, reseptör görevi • Akson, uyarıyı hc gövdesinden uzaklaştırır • Hücre gövdesi ile aksonu birleştiren bölge akson tepeciği – Aksonun somadan çıktığı ve aks pot nin başladığı yer • Aksondan ayrılan kollar, akson kollateralleri, uçlarında terminal (sinaptik) düğüm • Nöron uzantıları 3 bölgede sonlanır – Diğer nöronun hücre gövdesi veya dentriti üzerinde – Reseptörler üzerinde – Kas veya bez gibi effektör dokularda 30 Nöronların fonksiyonel sınıflandırılması • 1. Afferentler (duysal sinirler) – uyarıları periferden beyine iletir • 2. Efferentler (motor-otonom sinirler) – uyarıları beyin ve omurilikten kaslara (düzçizgili-kalp kası) ve bezlere iletir • 3. İnternöronlar (ara nöronlar) 31 Nöronların yapısal sınıflandırılması 32 Aksonal Dejenerasyon • Miyelin kaybıyla veya kısmi demiyelinizasyonla karakterize • Nöron ve akson hasarı, aksonal (Wallerian) dejenerasyon yapar • Schwann hc leri, rejenerasyon tüpü oluşturur • Bir aksonun kesilmesi sonrasında, perikaryonda görülen değişiklikler • Kromatolizis: Nissl cisimciklerinde azalma ve erime • Sitoplazma hacminde artma: Hücre gövdesinde şişmeye yol açar 33 NOGO Faktör • MSS deki nöron aksonları dejenere olduğunda aksonlar tekrar rejenere olmaz • Nedeni, glialardan salınan ve akson uzamasını inhibe eden nogo maddesi • Nogo oligodentrosit hasarında salınır • Periferik sinir sisteminde akson rejenerasyonu mümkün • Bunun için anti-nogo antikorları üretilmiştir (IN-1) – Bu antikorlarla medulla spinalis hasarı tamiri? 34 Glia (nöroglia) hücrelerinin tipleri ve işlevleri • Nörogliya dokusu, MSS’de bağ dokusu işlevini yerine getiren gliya hc den oluşur • Gliya hücreleri, nöronlara mekanik destek sağlar • Kapillerden aldıkları besin maddelerini nöronlara aktarırlar • Kendi aralarında ve nöronlarla sinaps yapmazlar • Nöronların aksine, hayat boyu mitozla çoğalırlar 35 Nöroglia hücrelerinin tipleri ve işlevleri • • • • • 5 tip: Astrositler Ependimal cells Oligodendrositler Schwann hücreleri Makroglia • Mikroglia 36 Astrositler (astroglia) “star-cells” • • • • Glial hücrelerin en büyüğü KBB oluşumu ve devamlılığının sağlanması Nöronlara yapısal desteği sağlar Sinir impulsları/aksiyon pot nin oluşumu için uygun kimyasal çevreyi sağlar • Sinapslarda fazla nörotransmitterleri yakalar • Nöron canlılığı için besin konsant düzenler • Sinir dokusunda hasar sonrası çoğalır skar (astrosit yaması) oluşturur 37 Oligodendrositler • Gri ve beyaz cevherde bulunur • Beyaz cevherdeki sayıları daha fazla • Astrositlerden aldıkları aa, glukoz, su ve oksijeni nöronlara aktarırlar – nöronların yaşaması ve iş görmesi için gerekli • Oligodendrositleri izole edilen nöronlar, ölüme sürüklenir • Bu hücreler, PSS’de bulunan uydu hücrelerine eşdeğer sayılabilir 38 Schwann hücreleri • Her bir Schwann hücresi, tek bir periferik aksonun bir kısmını sarar • Miyelin kılıfları izolasyon yapar ve elektriksel yükün (şarj) sızmasını önler • Miyelinin hücresel yapısı: %20 protein, %80 lipit • Lipitler: Fosfolipit, serebrozit, sülfatil ve kolesterol • Tabakalar arasında çok az sitoplazma 39 Saltatorik ileti – Miyelinli lifler • Miyelinli aksonlarda Saltatorik ileti, yaklaşık 30 kez daha hızlı • Aks pot için gereken voltaj-bağımlı kanallar – miyelin-kaplı bölgelerde her μm2 de 25 den az – Ranvier nodlarında her μm2 12,000 • Nodlar arası hızlı Na+ difüzyonu mg • AP ler, noddan noda hızlıca sıçrar 40 Miyelin neden önemlidir ? • 1. Uyarının akson boyunca taşınmasında, izole edici rolü • 2. Miyelinli aksonların kalınlığı, 2 – 20 μm – Akson ve miyelin kılıfı kalınlaştıkça, iletim hızı artar ve uyarıyı iletebilme süresi azalır • 3. Miyelin kılıfı, uyarının aksondan iletimi esnasında meydana gelebilecek enerji kaybını en aza indirir • 4. Miyelinli sinirlerde uyarının hızlı iletilmesi – Miyelin kılıfının izole edici özelliği – Uyarının, Ranvier düğümleri atlayarak saltatorik iletilmesi 41 Miyelin Niçin Önemlidir ? • 5. Miyelin kılıfının, akson yenilenmesinde rolü önemli – Sinir lifi kesilince, kesilme yerinden çevreye doğru önce miyelin kılıfı mg – Yenilenen akson, bu kılıfı takip eder – Miyelin kılıfı, akson için klavuzluk yapar • 6. Miyelin kılıfındaki lipit nedeniyle, besin maddelerinin aksona geçişi zor olur – Ranvier düğümleri ve Schmidt – Lantermann yarıkları, miyelin kılıfının kesintiye uğradığı bölgelerde madde alışverişini sağlar 42 Ependim Hücreleri • Ventrikülleri / MSS’nin boşluklarını kaplar ve BOS salgılar – BOS, şok emici gibi fonks görür ve besinlerin hücrelere taşınmasına yardımcı – Bağlantıları desmozom tipi • Tanisitler, 3. ventrikülde özelleşmiş ependimal hücreler – Çevre hc lerle zonula okludens ile bağlanır – Uzantıları hipotal. a doğru; kan damarlarında ve nörosekretuvar hc lerde sonlanırlar – Sonlandıkları bu hücrelere BOS taşırlar 43 Mikrogliyalar • • • • • • • • En küçük gliya hücresi MSS fagositik hücresi Kemik iliğinden köken alır Gri ve beyaz cevherde bulunur Gri cevherdeki sayıları daha fazla Monosit – Makrofaj sisteminin üyesi Yıkılan dokuları fagosite eder ve MSS’yi temizler Beyindeki immün cevapların başlıca mediyatörü 44 Satellit (uydu) hücreleri • Gangliyonlardaki nöronların hücre gövdelerini çeviren küçük ve yassı hücreler • Hücre gövdeleriyle kapiller arasındaki madde alışverişi yaparlar • Ganglion hücrelerinin beslenmesinde ve metobolizmalarında aracı rol oynar • Haraplanan ganglion hücresini enzimatik yolla eritirler 45 46 Sinaps • Bir nörondan bilgi transferinde yer alan kavşak: – Diğer nörona veya – Bir effektör hücreye (kas, salgı…) • Presinaptik nöron - sinapsa doğru impulsları iletir (gönderici taraf) • Postsinaptik nöron - sinapstan uzağa impulsları iletir (alıcı taraf) 47 Sinaps tipleri • Aksodendritik - birinin aksonu diğerinin dendritine • Aksosomatik - birinin aksonu diğerinin somasına • Daha az görülen tipler: – Aksoaksonik (aksondan aksona) – Dendrodendritik (dendritten dendrite) – Dendrosomatik (dendritten somaya) 48 Elektriksel Sinapslar • Kimyasal sinapslara göre daha az yaygındır – Nöronlar, elektriksel olarak bağlı (gap junctionlarla bağlanır) – Gap junction’lar konneksonlardan oluşur – İleti çok hızlı; tek yönlü veya çift yönlüdür, birbiriyle bağlantılı bir grup nöron aynı anda (senkron) deşarj yapar – Düz kas ve kalp kası hücrelerinde 49 Kimyasal sinapslar • Nörotransmitterlerin alınımı ve salınımı için özelleşmiştir • 2 kısımdan oluşur • Presinaptik nöronun akson terminali – sinaptik vezikülleri içerir • Postsinaptik nöronda reseptör bölgesi 50 Sinaptik yarık • Presinaptik ve postsinaptik nöronlar arasındaki sıvıdolu boşluk, kimyasal sinapslarda bulunur • İletim, sinaptik yarık içinden – Kimyasal olaydır (elektriksel değil) – Salınımda, difüzyonda ve nörotransmitterlerin bağlanmasında rol oynar – Nöronlar arasında tek yönlü iletişim sağlar 51 Sinaps • Nörotransmitter etkisi, bir kaç msn de sonlanır – Enzimlerle yıkım – Astrositlerle veya akson terminaliyle geri alım – Sinaptik yarıktan difüzyonla uzaklaşır • Sinaptik gecikme • Nörotransmitter salınır, sinaps karşına difüze olur ve reseptöre bağlanır • Sinaptik gecikme = bunu yapmak için gereken zaman (0.3-5 msn) • Sinaptik gecikme, nöral geçişin hız sınırlayıcı adımıdır (en azından kısa nöronlarda) 52 Sinaptik iletiyi etkileyen faktörler • 1. İntertisyel sıvıda H+ yoğunluğu – pH ↓ (asidoz) ise sinaptik ileti ↓ pH↑ (alkaloz) ise sinaptik ileti ↑ • 2. Ca’un presinaptik terminale geçişi – Presinaptik membrandaki Ca kanal blokasyonu Ca’un içeri girişini, nörotransmitterlerin salınmasını engeller • 3. Hipoksi – Nöron uyarılabilirliğini ↓ • 4. İlaçlar – Kafein, teofilin, teobromin gibi ksantin bileşikleri, nöronların uyarılma eşiklerini düşürerek sinaptik iletiyi ↑ 53 Postsinaptik Potansiyeller • Büyütülmüş potansiyeller • Gücünü belirleyenler – Salınan nörotransmitter miktarı – Bölgedeki nörotransmitter süresi • Postsinaptik potansiyellerin tipleri – EPSP - eksitatörik postsinaptik potansiyeller – IPSP - inhibitörik postsinaptik potansiyeller 54 55 56 Eksitatörik Sinapslar ve EPSP’ler • Nörotransmitter, kimyasal kapılı kanallara bağlanır ve açar, karşı yönde Na+ ve K+ un devamlı akışına izin verir • Na+ girişi, K+ çıkışından daha büyüktür, net depolarizasyona neden olur • EPSP eşik şiddetine ulaşırsa, voltaj-kapılı kanalları açar • EPSP, akson tepeciğinde AP tetiklenmesine yardım eder 57 İnhibitörik sinapslar ve IPSP’ler • Neurotransmitter, K+ veya Cl– kanallarına bağlanır ve açar • Hiperpolarizasyona neden olur (hücre içi daha negatif olur) • Postsinaptik nöronların AP oluşturma yeteneğini azaltır 58 Birleşim, entegrasyon: Sumasyon • • • • Bir EPSP, aks pot oluşumuna neden olmaz EPSP’ler eşiğe ulaşmak için birikebilir IPSP’ler ve EPSP’ler birbirlerini dengeleyebilirler Temporal sumasyon – Bir presinaptik nöron, çeşitli / çok sayıda impulsları postsinaptik nörona kısa sürede gönderir • Uzaysal sumasyon – Çok sayıda presinaptik nöron, post-sinaptik nöronu sürekli uyarır 59 60 61 62