Ünite 3: Sinir Sistemi Fizyolojisi

Giriş

Biyo-psiko-sosyal süreçlerin şekillendirdiği insan sinir sistemi sadece duyusal bilgilerin yorumlanmasına değil, aynı zamanda öğrenme, akıl, yürütme, hayal ve deneyimlerin sonuçlarını da hafizaya alarak kullanabilme fonksiyonlarını yapabilir. Bunlara ek olarak sinir sistemimiz yaşamak ve üremek için gerekli vücut homeostazisin muhafazasını da sağlar.

Sinir Sistemi

Çevresindeki avantajlardan yararlanmak ve tehlikelerden kaçınmak için insanın değişiklikleri fark etmesi, izlemesi, değerlendirmesi ve uygun tepkiler verme becerileri geliştirmesi gerekir. İşte bu fonksiyonlar insan sinir sisteminin görevidir ve bu fonksiyonları üç ana bölüm altında incelenir

1. Sinir sistemi vücuttan ve dış çevreden çeşitli enerji çeşitlerine hassas özel reseptörler aracılığı ile alınan duyusal bilgileri toplayarak afferent (duyusal) sinirler aracılığı ile merkezî sinir sistemine (beyin ve omurilik) taşır.
2. Merkezî sinir sistemine gelen duyular girdiği bölümden başlayarak (örneğin omurilik) beyin korteksine (bilinç) doğru taşınırken (sinaptik bağlantılar) her kademede daha ileri düzeylerde işlenerek yorumlanır. Duyular duyguya dönüşür ve kararlar verilir.
3. Beyin efferent (motor) sinir aracılığı ile tüm vücut organlarında (effektörler) gerekli cevapları başlatmak üzere harekete geçirir ve hareketin gerçekleştirilme seviyelerini de sürekli denetleyerek gerekli düzenlemeleri yapar.

Sinir sistemi gerek iç gerekse dış ortamda meydana gelen değişikliklere ani cevap verebilmek üzere organize olmuş bir sistemdir. Genel olarak sinir sistemi iskelet kaslarını uyararak dış ortamdaki değişikliklere; kalp kası, düz kaslar ve salgı bezlerini uyararak iç ortamdaki değişikliklere bedenin uyum sağlamasını sağlar. Sinir sistemi, Merkezî sinir sitemi (MSS) ve Periferik sinir sistemi (PSS) olarak iki grup altında incelenir. MSS, beyin ve omurilikten oluşur. Entegrasyon (bütünleştirme) ve komuta (değerlendirme-karar verme) merkezîdir. PSS, omuriliğin her iki tarafında uzanan spinal ve kraniyal sinirlerden oluşur. PSS fonksiyonel olarak iki bölümdür.

Sinir sisteminde iki temel hücre grubu bulunur.

1. Sinir hücreleri (Nöronlar); elektrik sinyalleri (impuls) ileten, uyarılabilir hücrelerdir.
2. Destek hücreleri (nöroglialar ya da glialar), sinirlerin etrafında ve onları sararak onlara her türlü koruma ve yaşamsal destek sunarlar.

Astrositler , en bol, çok amaçlı ve çok dallı glial hücreler olup, bazı dallarıyla nöronları sıkıca sararken diğer kollarıyla da kılcal damarlara sarılarak kan-beyin bariyerinin oluşumuna katılırlar.

Oligodentrositler , MSS sinir lifleri etrafında miyelin oluşturan hücrelerdir. PSS sinir lifleri etrafında miyelin kılıfını ise Schwann hücreleri oluşturur.

Mikroglialar , MSS içinde fagositoz yetenekleri sayesinde nöronları yabancı organizmalardan korurlar.

Epandimal hücreler , beyin boşlukları iç yüzeyini döşeyen epitel hücrelerdir ve Beyin Omurilik Sıvısını (BOS) salgılarlar.

Sinir sisteminin yapısal ve fonksiyonel birimleri sinir hücreleridir. Bir gövde (soma), akson ve dendritlerden oluşur. Sinir hücreleri çoğalmazlar (amitotik), uzun ömürlü ve yüksek metabolik hıza sahiptirler. Sinirlerin plazma zarları elektrik sinyalizasyonu oluşturma (impuls) ve yayma fonksiyonuna sahiptir.

Sinir sisteminde bulunan sinir hücreleri birbirleriyle bağlantı kurarak haberleşirler. Bu bağlantılar aracılığyla bir hücredeki bilgi diğer bir hüreye aktarılır. Nöronların birbirleriyle bağlantı yaptıkları bu bölgelere sinaps denir.

Bazı nöronların aksonlarında glia hücreleri tarafından oluşturulan miyelin kılıf bulunur. Miyelin kılıf; beyazımsı, yağlı (protein-lipit karışımı), çoğu uzun aksonlar etrafını katmanlar şeklinde saran bir kılıftır. Miyelin kılıfın görevleri; aksonu koruma, sinir lifleri arasında elektriksel yalıtım malzemesi oluşturmaktır.

PSS’de Ranvier düğümleri, birbirini takip eden bitişik Schwann hücreleri arasındaki miyelin kılıfı boşluklarıdır. Sinir uyarıları sadece Ranvier boğumlarında oluşur ve Ranvier boğumları arasında yapılır.

Beyin ve omurilikte beyaz madde olarak adlandırılan bölümler, yoğun miyelinli sinir lifi (akson) topluluklarıdır. Beyin ve omurilikte gri madde olarak adlandırılan bölümler ise çoğunlukla sinir soması ve miyelinsiz sinir liflerinden oluşur.

Unipolar: tek bir uzantısı olan nörondur. Gövdeden tek bir uzantı çıkar. Bu uzantının bir ucu, dendrit ile başlar; diğer iki ucu akson ile sonlanır.

Bipolar: İki uzantısı olan nöron. Gövdeden karşılıklı olarak iki uzantı çıkar. Bu uzantılardan biri dendrit, diğeri ise aksondur.

Multipolar: Gövdeden çok sayıda uzantı çıkar. Bu uzantıların kısa olanlarına dendrit, uzun olanlarına ise akson denir. Dendritler çok sayıda olmalarına karşın, aksonlar ise bir tanedir.

Aksiyon Potansiyellerinin Oluşumu ve Yayılımı

Dinlenim zar (membran) potansiyeli, dinlenim durumunda olan bir nöron zarının iç yüzeyinde ölçülen potansiyel farktır ve sinir hücresinde -70 mV civarındadır. Bu potansiyel farklılık, sinir hücresi içinde ve dışında Na+, K+, Cl- ve protein anyonların (A-) farklı konsantrasyonlarda bulunmalarından dolayıdır. Hücrelerin (sinirler dâhil uyarılabilen tüm hücreler) her iki tarafındaki iyonik dağılım farklılıkların nedeni, Na+ ve K+ iyonlarına hücre zarlarının farklı geçirgenlik özellikleri ve Sodyumpotasyum ATPaz pompasının operasyonudur.

Toplam 100 mV genlikli (amplitüdlü-voltaj genişliğinde) kısa süreli bir membran potansiyeli dalgalanmasıdır. Aksiyon potansiyelleri sadece kas hücreleri ve nöronlar (uyarılabilen hücreler) tarafından üretilir. Aksiyon potansiyelleri zar üzerinde ilerlerken güçleri asla azalmaz.

Aksiyon Potansiyeli Aşamaları (Fazları)

1. Dinlenme durumu,
2. Depolarizasyon fazı,
3. Repolarizasyon fazı,
4. Geçici hiperpolarizasyon fazları altında incelenir.

Bir nörondan diğer bir nörona veya bir nörondan bir effektör hücreye bilgi transferine aracılık eden haberleşme istasyonlarına sinaps denir. Presinaptik (sinaps öncesi sinir) nöron, sinapsa doğru impulsları taşırken postsinaptik (sinaps sonrası sinir) nöron, sinapsdan aldığı impulsları daha ileriye iletir. Sinapslar, nörotransmitter salınımı ve alımı için özelleşmiş kimyasal iletişim alanlarıdır.

Sinir impulsu sinir hücresi zarı boyunca presinaptik nöronun akson terminaline ulaştığında ortaya çıkan potansiyel değişikliğine bağlı olarak daha önceden sentezlenen ve depolanan nörotransmitterler sinaptik aralığa salınır. Nörotransmitter sinaptik aralığı geçer ve postsinaptik nöron üzerinde bulunan alıcılara (reseptörlere) bağlanır ve uyarıcı (Eksite edicidepolarizasyona yol açan) ya da engelleyici (inhibe edicihiperpolarizasyona yol açan) etkiye neden olacak şekilde postsinaptik membranın iyonlara geçirgenliğini değiştirir.

Nörotransmitterler

Asetilkolin (Ach): Kolinerjik akson terminallerinden salınan küçük moleküllü nörotransmitterdir. İki tip reseptörü vardır. Sinir kas kavşağında, otonomik gangliyonlarda ve beyinde bulunan nikotinik reseptörler ile düz kas, bezlerde ve beyinde bulunan muskarinik reseptörler.

Serotonin : Triptofan amino asidinden sentezlenen bir nörotransmitterdir. En az 7 farklı tipte reseptörü olduğu bilinmektedir. Açlık, uyku, dikkat ve duygusal durumlarda etkilidir. Beyinde serotonin salındığında kan damarları kasılır, damar çapı azalır. Stres ve düşük kan şekeri serotonin düzeyini düşürürken içinde amin ve triptofan amino asiti içeren gıdalar serotonin seviyesini yükseltir

Katekolaminler : Bedende sentezlenen başlıca katekolaminler nöradrenalin, adrenalin ve dopamindir. Katekolaminlerin sentez kaynağı trozin amino asitidir. Trozin amino asitinden çeşitli biyokimyasal reaksiyonlar sonucunda önce dopamin, sonra nöradrenalin ve en sonra adrenalin sentezlenir.

GABA (Gama aminobütirik asit): Beyinde bulunan başlıca inhibitör nörotransmitterdir. Uyku ve hareketin düzenlenmesine katılır. Nöron aktivitesinin kontrol altında tutulması için gereklidir. Yetersizliği felçler, kas titremeleri ve uykusuzlukla bağlantılıdır. Anksiyete, Huntington hastalığı ve epilepsi ile de bağlantılıdır

Glutamat : MSS’nin en yaygın ana uyarıcı nörotransmitteridir. Hafıza oluşumunda rol alır. Beyinde aşırı salınımı, migren ataklarına ve felçlere yol açabilir. Bu nedenle içine lezzetin artırılması için konan monosodyum glutamatlı MSG yiyeceklerden uzak durulmalıdır.

Merkezî Sinir Sistemi

Merkezî sinir sistemi (MSS) beyin ve omurilikten oluşur. Gelişim sürecinde merkezî sinir sistemi bir çubuğa benzetilebilir. Çubuğun tepe kısmında beyin yer alır. Çubuğun geri kalan kısmı ise omurilik olarak değerlendirilebilir. Beyin, buruşuk, pembemsi-gri görünümünde bir dokudur. Beyinde içleri sıvı dolu boşluklar bulunmaktadır. 4 adet olan bu boşluklara serebral ventrikül adı verilir.

Beyin temel anlamda 4 bölgede incelenir. Serebrum, diensephalon, beyin sapı ve beyincik. Serebrum ve diensephalon birlikte bir yapı olarak ele alındığında bu yapıya önbeyin denir. Beyin sapı ise kendi içerisinde orta beyin, pons ve medulla oblangatadan oluşur.

Omurilik : Omurilik (Spinal kord, medulla spinalis) omurga adı verilen kemik yapı içerisinde boyundan kuyruk sokumuna kadar omurlar içerinde uzanan yumuşak dokudan yapılmış sinir sistemi yapısıdır. Omuriliğin merkezinde kelebek şeklinde gri bir madde bulunur. Omurilik refleks merkezidir. Normal süreçlerde duyusal olarak alınan bilgilerin beyne ulaştırılarak bilginin beyinde işlenmesi, değerlendirilmesi gerekir. Refleks olayının gerçekleşmesi için gerekli 5 temel unsur vardır.

Bunlar uyarıyı algılayan reseptörler; reseptörlerden aldığı bilgiyi merkezî sinir sistemine ulaştıran afferent nöron; uyarının efferent nörona iletildiği, bir ya da birden fazla sinaps içeren refleks merkezî; uyarıyı merkezden alarak efektör organa ileten efferent nöron ve alınan uyartıya bağlı olarak verilen cevabın gerçekleştiği efektör organ.

Önbeyin : Serebrum ve diensephalonun oluşturduğu ana yapıya önbeyin adı verilir. Serebrum (büyük beyin), beynin üst kısmını (superior) şekillendirir ve beyin kütlesinin % 83’ünden sorumludur. Serebrum, bulundurduğu çıkıntılar (giruslar) ve sığ oluklar (sulkuslar) ile yüzey alanını artırmıştır. Serebrumda bulunan derin oluklara fissür denir. Beyin yarım kürelerinde üç temel bölge bulunur; serebral korteks, beyaz cevher ve bazal çekirdekler.

Serebral Korteks (Beyin Kabuğu, Serebruma Ait Kabuk): Korteks, beynin dış yüzünü saran yüzeysel gri madde olup beyin kütlesinin yaklaşık % 40’ını yapar. Beyin korteksi duyuların hissedilmesi, iletişim, bellek, anlama ve istemli hareketler gibi beynin bilişsel süreçlerinin hemen hemen hepsinden sorumludur. Beyin korteksinde üç tip işlevsel alan bulunmaktadır:

• Motor alanlar - İstemli hareketleri kontrol ederler:
• Duyusal alanlar – Bilinçli duyusal farkındalık sağlarlar:
• Bağlantı (Asosiyasyon) alanları

Çeşitli bilgilerin farklı beyin bölümlerine transferini sağlayarak bilgilerin daha ileri düzeylerde işlenmesini, yani birleştirici (entegre) beyin faaliyetlerini oluştururlar.

Serebral korteksin motor alanları, primer (somatik) motor korteks, premotor korteks ve Broca (konuşma) alanlarından oluşur.

Serebral Korteks Duyusal (Somato-Sensoriyel) Alanları

Birincil somatik duyusal alan serebrumun üst lobunda bulunur. Bedenin çapraz tarafındaki reseptörlerden almış olduğu bilgileri alır ve değerlendirir. Bu alan özellikle dokunma, basınç, ısı, ağrı duyularını algılar ve ayırt eder. Primer (Birincil) somatosensorial korteks, somatosensoriyel asosiyasyon (bağlantılar) korteksi, görsel alanlar, işitsel alanlar, koku korteksi, tat korteksi alanlarından oluşur. İkincil somatik duyusal alan ise birincil somatik alanda işlenen duyu sinyallerinin anlamlandırıldığı yerdir.

Asosiyasyon (İlişkilendirme) Alanları

Primer motor korteks asosiyasyon alanlarında alınan duyusal bilgiye motor yanıt oluşturulur. Asosiyasyon alanlarında alınan duyusal bilgi kullanılarak hareketlerin düzenlenmesi, çevrede meydana gelen değişikliklerin algılanması, düşünme, konuşma gibi kompleks olayların ilişkilendirilmesi söz konusudur. İlişkilendirme alanları alınan uyartıların değerlendirilmesini, bellekteki bilgilerle eşleştirilmesini ve uygun yanıt oluşturmasını sağlayan bölgedir.

Serebral Beyaz Cevher

Serebral beyaz cevher, beynin derinliklerine giden miyelinli sinir lifleri ve sinir liflerinin oluşturduğu sinir yolaklarıdır (traktus). Serebral beyaz cevheri oluşturan sinir lifleri, serebral korteks, alt MSS merkezleri ve büyük beyin alanları arasındaki iletişimlerden sorumludur.

Bazal Ganglionlar (Çekirdekler)

Kortikal beyaz cevher içi derinliklerinde bulunan gri madde kütleleridir. Bazal çekirdekler dikkat ve bilişsel fonksiyonları düzenler. Antagonistik ve gereksiz hareketleri engeller. Bazal ganglionlar korteks, talamus ve diğer bazı yapılarla sıkı bir bağlantı gösterir.

Diensefalon (Ara Beyin)

Beyin sapının üzerinde beyin yapısının ortasında bulunan merkezdir. Ara beyin, orta beyin olarak adlandırılan mezensefalon ile serebrumu birbirine bağlar. Bu bağlanma sayesinde ara beyin gerek kendi görevlerini yerine getirirken gerekse de bu iki bölgenin haberleşmesine katkıda bulunur. Ara beyin temel olarak 4 bölge hâlinde incelenir.

Talamus : Ara beynin en büyük kısmı olan talamus, serebral kortekse giden ve gelen liflerin geçtiği çekirdekleri içerir. Koku duyusu hariç tüm duyulardan beyne gelen afferent impulslar talamusta toplanır ve sinaps yaparlar.

Hipotalamus : Beyin tabanında, talamusun altında yer alan bezelye büyüklüğünde bir yapıdır. Özellikle endokrin sistemle çok sıkı bağlantı hâlindedir. Koku yolları için bir aktarma istasyonudur ve koku duyusu talamusta işlenmeden doğrudan ilgili beyin bölümüne nakledilir.

Hipofiz Bezi : Hipofiz bezi (pitüiter bez) yaklaşık 1 santimetre çapında, 0.5 ile 1 gram ağırlığında, bezelye büyüklüğündedir ve bir sap vasıtasıyla hipotalamusa tutunur. Hipofiz bezi salgılamış olduğu birçok hormonla diğer birçok bezin çalışmasını düzenler.

Beyin Sapı

Beyin sapı beynin en alt katmanıdır, çiçeği tutan bir sapa benzetilebilir. Beyin sapı üç bölgeden oluşur: medulla oblongata, pons ve orta beyin (mezensefalon). Beyin sapı âdeta beyin içine girmiş omurilik yapısıdır. Sinyalleri korteks ve omurilik arasında ileten tüm sinir liflerinin yolu beyin sapından geçer. Beyin sapının anatomik yapısı dağınık bir ağ sistemine benzetilebilir. Bu ağ sayesinde omurilikten beyne giden uyarıların bir kısmı burada filtre edilirken bir kısmı da beyne iletilir.

Beyincik (Serebellum)

Beyincik 150 gram ağırlığındadır ve küçük beyin olarak da adlandırılır. Yaklaşık 30 milyara yakın sinir hücresi içerir. Anatomik olarak beyin sapına bağlı tutunmuş vaziyettedir. Büyük beynin (serebrum) oksipital lobları altından dışarıya çıkıntı şeklindedir. Beyin kütlesinin % 11’ini kapsar.

Limbik Sistem

Özellikle duygulardan (emosyonel hâller) sorumlu önemli beyin bölümüdür. Limbik sisteme bağlı olan Amigdala, öfke, tehlike ve korku tepkileri; Singulat girus, vücut hareketleri ile duyguların ifadesinde rol oynayan durumları ve zihinsel çatışmaları; hipokampüs bölgesi ise hafıza ile ilgili olan süreçleri kontrol eder.

Periferik Sinir Sistemi

Periferik Sinir Sistemi (PSS), beyin ve omurilik dışındaki tüm nöral yapılardan (duyusal reseptörler, periferik sinirler, gangliyonlar ve motor sonlanmalar) oluşur. Periferik sinir sisteminin temel görevi, reseptörler aracılığıyla tespit edilen bedendeki ve çevredeki değişiklikleri merkezî sinir sistemine iletmek ve merkezî sinir sisteminde oluşturulan yanıt ilgili efektör organa iletmektir.

Sinir Fonksiyonlarının Entegrasyonu

Yaşamın sürdürülebilmesi duyum ve algıya bağlıdır. Duyum, iç ve dış çevre değişikliklerinin farkında olunmasıdır. Algı bu uyaranların bilinçli yorumudur. Reseptörlerden duyusal bilgi girişi sağlanır. Somatosensoriyel sistemdeki nöronal entegrasyon üç ana düzeyde sağlanır:

• Reseptör seviyesi-duyusal reseptörler
• Sinir devreleri seviyesi-beyne doğru çıkan sinir yolları
• Algısal seviye-serebral kortekste bulunan nöronal devreler

Motor sistemin özellikleri şunlardır: Duyu reseptörleri yerine effektörler (kaslar) vardır. Sinir yolları, duyusal (afferent) beyne çıkan (assending) yerine beyinden aşağı inen (dessending) efferent (motor) sinir yollarıdır. Duyusal algı yerine harekete geçirilen motor davranış kalıpları vardır.

Beynin motor kontrolü üç düzeyde yapılır:

• Omurilik segmentleri seviyesi
• Beyinde motor projeksiyon alanları seviyesi
• Program / talimatlar seviyesi

Uyku esas olarak duyusal sinyallerin beyin korteksine gönderilmediği dolayısıyla kişinin etrafındaki duyuları fark etmediği bir durumdur. Hâlbuki uyku sırasında duyu organları çalışmaktadır ve talamusa sinyal göndermektedirler fakat uyku sırasında talamus beyin korteksine sinyal göndermediğinden duyular bilincimize yansımamaktadır.

Özel Duyular

Duyular genel ve özel duyular olmak üzere iki kategoride incelenir. Genel duyu reseptörleri tüm bedene yayılmışken özel duyuların reseptörleri kafada bulunan göz, kulak, burun, dil gibi organların yapısında bulunur.

Bir kimyasalın tadını almak için, kimyasal tükürük içinde çözülmeli ve tat hücreleriyle temas etmelidir. Gıdanın içindeki kimyasallar tat reseptörlerine bağlanınca tat hücre zarı depolarize olur ve nörotransmitter salınır.

Koku organı üst burun konkasını kaplayan koku epitelidir. Koku reseptör hücreleri koku silyalarına yayılan bipolar nöronlardır. Koku reseptörleri destek hücreleri yatağı ile çevrilidir. Bazal hücreler epitelin tabanında yer alır.