Vücudumuzdaki En Uzun Hücreler: Sinir Hücrelerinin Yapısı ve İşlevi
SOURCE:Bilimup
Vücudumuzdaki en uzun hücreler nöron hücreleridir. Nöronlar uyarıları elektriksel değişim formunda iletmeyi sağlayan iyon kanalları, pompalar ve reseptörler gibi küçük yapılardan oluşur.
Vücudumuzdaki en uzun hücrelerin sinir hücreleri olduğunu biliyor muydunuz? Sinir sistemi nöronlar ve glia hücrelerinden oluşur. Ayak baş parmağından belimize kadar uzanıp omuriliğe bağlanan nöronlar 1 metre uzunluğa kadar ulaşabilmektedir. Vücudumuzun diğer bölgelerindeki nöronların hepsi bu kadar uzun değildir. Sinir hücreleri bulundukları yere ve görevlerine göre farklılık gösterir.
Nöron Nedir ve Nöron Yapısı Nasıldır?
Nöronlar, sinir sisteminin yapı taşlarıdır. Günümüzde yetişkin bir insanın 150 milyar civarında nörona sahip olduğu düşünülmektedir. Bu nöronların %70’i, yani yaklaşık 100 milyarı Merkezi Sinir Sistemi'nde (MSS) bulunmaktadır. Merkezi Sinir Sistemi beyin ve omurilikten oluşur. Geriye kalan 50 milyar nöron ise, omurilikten çıkıp vücuda dağılan sinirleri ve alt sinirleri oluşturmaktadır. Beyin ve omurilik dışında kalan sinir sistemine Çevresel Sinir Sistemi (ÇSS) adı verilir. 80 yaşından sonra nöronlarımızın %30'unu kaybettiğimiz öne sürülmektedir.
Nöronlar 3 temel bölgeye ayrılır:
Hücre Gövdesi (soma)
Dentritik Bölge
Akson
Nöron; çekirdek, hücre gövdesi ve dentritlerden oluşan bir yapıdadır. Aksonlar ya da küçük dallar sayesinde nöronlar arasında bağlantı sağlanır. Aksonlar işlevi bir nörondan diğerine mesajlar iletmek olan ağların kurulmasına yardımcı olurlar. Bu sürecin adı sinapsistir. Bu, aksonların 0.001 saniyelik elektrik yüklemeleriyle bağlanmasından oluşur ve saniyede 500 kez tekrarlanabilir. Bir nöronun yapısındaki her bölgenin özelleşmiş bir işlevi vardır.
Çekirdek: Nöronun merkez parçasıdır. Hücre gövdesinde yer alır ve hücrelerin işlevleri için enerji üretmekten sorumludur.
Dendritler: Dendritler “nöronun dişleridir”, nöronun değişik bölgelerinden gelen küçük dalları oluştururlar. Diğer bir ifadeyle hücrenin gövdesidir. Hücrenin genellikle birçok dalı bulunur ve büyüklüğü nöronun işlevine ve konumuna göre değişiklik gösterir.
Hücre Gövdesi: Bu, içinde çekirdekleri bulunduran parçadır. Burası moleküllerin üretildiği, nöronun en önemli hayati aktivitelerinin yanısıra sinir hücrelerinin fonksiyonlarının bakımının yapıldığı bölgedir.
Schwann Hücresi: Schwann hücreleri periferal sinir sisteminde yer alırlar ve nörona gelişimi ve büyümesi esnasında eşlik etmekten sorumludur. Dallar veya aksonları kaplar ve bir yalıtkan zar gibi davranırlar. Aksonları sararak miyelin kılıfı üretirler. Ayrıca nöronların büyümesi sırasında ortaya çıkan artık maddeleri temizlemekle görevlidirler.
Miyelin: Miyelin, protein ve lipidlerden oluşan bir maddedir. Nöronun sinir sisteminde bulunur ve yalıtım etkili kalın bir tabaka etrafında nöral aksonlarla kaplıdır ve sinir titreşimleri iletme kabiliyetine sahiptir. Bu madde Schwann hücrelerinden oluşur.
Akson ucu: Akson terminalleri veya sinaptik bobinler, nöronda bulunur ve işlevi diğer nöronları birbirine bağlamak ve bir sinaps oluşturmak olan terminallere bölünür. Beynin nörotransmiterleri, sinaptik veziküller adı verilen küçük alanlarda sinaptik bordlarda depolanır.
Ranvier Düğümü: Ranvier Düğümü akson uzantılarının her bir miyelin kılıfının arasındaki aralık ya da boşluktur. Her kılıf arasındaki boşluk olaması gerektiği kadardır ve titreşim iletiminin en iyi şekilde yapılması sağşamak ve kaybolmalarını engellemek için gereklidir. Ranvier Düğümü'nün asıl fonksiyonu hareketi kolaylaştırmak ve enerji tüketimini en uygun seviyede tutmaktır.
Akson: Akson, nöronun bir başka ana parçasıdır. Elektrik sinyallerinin bu beyin hücreleri arasında iletilmesinden sorumlu olan ince bir sinir lifidir. Daha önce de belirtildiği gibi, aksonların, aksonların sinaptik veya düğme terminallerinde durmasını sağlayan sinir uçları vardır. Aynı zamanda, merkezi sinir sistemindeki aksonlar miyelinle çevrilidir.
Nöron Türleri Nelerdir?
İşlevlerine göre nöronlar “Duyusal Nöronlar, Motor Nöronlar ve İnternöronlar (Ara) Nöronlar” olmak üzere üçe ayrılırlar.
Duyusal nöronlar; çevreden koku, tat, dokunma ve ses vasıtasıyla aldıkları bilgiyi beyne iletir.
Motor nöronlar; kasların kasılmasını kontrol ederek hareketi sağlar.
İnternöronlar (ara nöronlar); yanlarındaki nöronlarla circuit (döngü) oluşturur. Circuit (döngü) “Lokal İnternöronlar” tarafından gerçekleştirilir. Nakilci İnternöronlar ise beynin bir bölgesinde bulunan lokal internöronun oluşturduğu döngüyü (circuit) başka bir yerdeki döngüye bağlar. Beyindeki nöron döngüleri bu bağlantılardan yararlanarak öğrenme, algı vs. için gereken işlevleri gerçekleştirir.
Uyarıların duyu organlarıyla çevreden alınmasını sağlayan sinir hücreleri duyu nöronlarıdır. Kulaklığı taktığımızda gelen ses ve ritimin ilk ulaştığı sinir hücreleri duyu nöronlarıdır. Merkezi sinir sistem organlarından gelen emirleri vücut organlarına taşıyan sinir hücreleri ise motor nöronlardır. Beyin, beyincik, omurilik ve omurilik soğanının yapısındaki sinirsel lifleri oluşturan sinir hücreleri ise ara nöronlardır.
Sinir sistemimiz uyartılara çok hızlı yanıt verebilir. Örneğin, beş günlük bir zebra balığı larvası suda yüzerken suya titreşim verilir. 3 milisaniye içinde zebra balığının hemen yön değiştirdiği, titreşimin geldiği yönden kaçtığı görülür. Bu kaçma davranışı öncelikle sensör nöron hücreleri sayesinde olur. Titreşimi algılayan duyu nöronları bilgiyi omurilikteki ara nöronlara iletir. Bilgi ara nöronlarda işlenir. Daha sonra buradan gelen kaçma ya da yön değiştirme emri yüzmeyi sağlayan kaslara ulaşır. Buradaki motor nöronların aktivitesiyle kas hareketleri yön değiştirmeyi sağlar. Uyarı elektriksel sinyalizasyon ile bir nöron boyunca iletilir.
Duyu nöronu zarar gören bir kişide; uyarı duyu organından merkezi sinir sistemine iletilemeyeceğinden kişinin eli yansa bile sıcaklık hissedemez, ancak elini oynatmak isterse ara nöronlardan motor nöronlara uyarı verilip motor nöronlardan kasa uyarı iletileceğinden elini oynatabilir. Lokal anestezi bu duruma örnek verilebilir: Elinde kesik oluşan bir kişi, kesiğin lokal anestezi uygulanarak dikilmesi sırasında acıyı hissetmez fakat elini oynatabilir.
Ara nöronu zarar gören bir kişide; uyarı duyu organından alınıp duyu nöronları ile merkezi sinir sistemine getirilse bile buradaki ara nöronlar çalışmayacağından uyarı değerlendirilemez, sıcaklık hissi algılanmaz ve tepki oluşmaz. Felç durumu buna örnek verilebilir.
Motor nöronu zarar gören bir kişide; uyarı duyu organından alınır, duyu nöronu ile ara nörona getirilir ve değerlendirilir. Yani “sıcak, acı” hissi algılanır fakat değerlendirme sonucu tepki organına iletilemez; bundan dolayı eli yanan bir kişi acıyı hissetse dahi elini çekemez. Estetik amaçlı botoks uygulamaları buna örnek verilebilir. Botoks uygulanan bölgede motor sinirler çalışmaz. Örneğin; yüzde yapılan botoks uygulamasında bu bölgedeki motor sinirler çalışmadığından yüzdeki kaslara uyarı iletilemez ve yüz mimiklerinde azalma görülür.
Sinir Hücresi Olan Nöronların Özellikleri Nelerdir?
Nöronlar, sinir sisteminin temel görev ve yapı birimidir.
Hem merkezi hem de çevresel sinir sistemi nöronlardan oluşmuştur.
Nöronlar birbirine bağlanarak sinirleri, vücuttaki sinirlerin tamamı da sinir sistemini oluşturur.
Nöronlar belli bir yaştan sonra bölünme özelliğini kaybederler.
Nöronlar, bulundukları yere ve görevlerine göre farklı şekil ve büyüklükte olabilirler.
Nöronlar, sahip olduğu uzantılar sayesinde iç ve dış çevreden gelen bilgileri sinirsel uyartılar halinde iletir.
Sinir Sisteminin Koruyucuları, Gliya Hücreleri
Uzun zamandır Merkezi Sinir Sistemi'nin "destek hücreleri" olarak düşünülen gliyalar, gerçekten de sinir sisteminin bütünlüğünü ve düzenini sağlamak için çok önemli görevler alırlar. Ancak yapılan son araştırmalar, gliyaların sadece destek ve koruma görevinin olmadığını, sinirsel iletim ve değerlendirmelerde de çok önemli görevleri olduğunu ortaya çıkarmıştır. Gliya hücreleri nöronların farklı bölgelerine tutunurlar ve onlarla ortak olarak çalışırlar. Günümüzde, yetişkin bir insandaki gliya hücresi sayısı, nöron sayısının 10-50 katıdır. Gliya hücreleri sadece hem Merkezi Sinir Sistemi'nde hem de Çevresel Sinir Sistemi'nde bulunurlar. Dolayısıyla vücudumuzda yaklaşık 4 trilyon civarında gliya hücresi bulunduğu düşünülmektedir ve bunların 85 milyar civarı beyinde bulunmaktadır. Mikrogliyalar ve makrogliyalar olarak özelleşmişlerdir. Bu özelleşmiş hücreler genel olarak sinir sisteminin savunma hücreleridir.
Sinir Sisteminde Uzun Mesafelerde Sinyal Nasıl Aktarılır: Aksiyon Potansiyeli
Canlının iç ve dış ortamlardaki her tür değişiklik, özelleşmiş reseptör hücrelerinde elektriksel sinyallere dönüştürülerek sinirler yolu ile beyne iletilir, burada algılanır, yorumlanır ve bir kısmı saklanır. Aynı şekilde beyinden aşağı doğru da sinir yoluyla iletim gerçekleşir. Sinir sisteminde iletim görevini nöronlar gerçekleştirir. İki nöron arasında uyartının aktarıldığı bölge sinaps olarak adlandırılır. Sinir sisteminin hücreleri vücudun her bölümünde bulunur, bu uzun ve birbirine bağlı hücrelerin sinyalleri uzun mesafelerde kısa sürede iletmesi oldukça önemlidir. Sinir sisteminde uyarı elektrik sinyali olarak iletilir. Bir sinir hücresini elektriksel olarak incelersek, normalde nöronun içindeki ve dışındaki artı ve eksi yüklü iyonlar bir denge halindedir. Nöron hücre membranlarının Soydum (Na+), Klor (Cl-) ve Potasyum (K+) iyonlarını geçirgenliği aynı değildir. Çünkü bu iyonların geçişinden sorumlu olan açık iyon kanalları farklı sayıdadır. Tipik bir sinir hücresinde Soydum ve Klor iyonları hücrenin dışında içine göre 10-20 kat daha fazla bulunur. Potasyum iyonlarıysa hücrenin içinde dışına göre 30 kat daha fazladır. Potasyumun hücrenin içinde dışına göre 30 kat fazla olması elektrokimyasal gradyan oluşturur.
Sodyum ve Potasyum iyonlarının hücre içine geçmesi Sodyum-Potasyum ATPazları sayesinde aktif taşıma ile gerçekleşir. ATP harcanması (ATP hidrolizi) ile çalışan bu iyon pompaları Sodyum hücre içinden dışarıya, Potasyumu ise hücre dışından içeriye yani elektrokimyasal gradyanlarının tersine pompalar. Sodyum iyonları zaten dışarıda ve Potasyum iyonları zaten içeride daha fazla olduğundan, bu geçiş ancak ATP harcanmasıyla sağlanabilir. Böylelikle bu iyonlara ait konsantrasyon farkı hücre membranında korunmuş olur. Klor iyonu ise Potasyum-Klor kotransporter (iki iyonu aynı anda geçiren) proteinlerle sağlanır.
İyonların hücre içi ve dışında farklı konsantrasyonlarda konumlanmasından kaynaklanan bir membran potansiyeli vardır. Ancak uyarılabilir sinir hücreleri bir uyartı yani elektrik sinyali aldığında geçici değişikliklere uğrar. Elektriksel yükteki değişim sinyalin hücre boyunca iletilmesini sağlar. Hücrenin membranındaki bu elektriksel değişiklikler sonucunda aksiyon potansiyeli oluşur.
Dinlenme halindeki bir nöronun membran potansiyeli hücre türüne göre -50 ile -80mV değere sahip olabilir. Dolayısıyla sinir hücrelerinin membranları elektriksel olarak kutuplu haldedir. Bu değer hücredeki bir elektriksel değişiklik sonucunda -90 mV gibi daha yüksek negatif değerlere sahip olabilir. Bu duruma hiperpolarizasyon denir.
Peki sinir hücreleri farklı yoğunluklardaki uyarıları nasıl ayırt eder? Ayağımıza yarım litrelik bir su şişesi ya da 5 litrelik bir su şişesi düştüğünde hissettiğimiz basınç ve acı farklı olur. Bu durumlarda sinir hücrelerinin algıladığı sinyaller farklı mıdır? Kasların kasılıp gevşemesiyle ilgili çalışmalar kas nöronlarındaki uyarının “Ya Hep Ya Hiç Kuralı’na” göre algılandığını gösterir. Bu kurala göre: Bir sinir telinin, tek bir kas hücresinin ya da kalbin eşik değerin altında uyarana cevap vermemesi ya da eşik değerinin üzerindeki uyarana hep birlikte cevap vermesidir. Basıncı algılayan somatosensoriyel sistemdeki nöronlarda bir uyartının şiddetli olarak algılanması, uyartının frekansının yüksek olmasıyla açıklanmıştır. Yani 5 litrelik bir şişe ayağımıza düştüğünde sinir hücrelerinde iletilen sinyal, yarım litrelik bir su şişesi düşmesinde iletilen sinyalden daha fazla bir büyüklüğe sahip değildir. Ancak uyartının sıklığı daha fazladır ve sinyal daha yoğundur. Bu yüzden ayağımıza daha ağır bir cisim düştüğünde daha çok acı hissederiz.
Sinir Hücreleri Kendini Onarabilir Mi?
Hasar gören nöronların kendilerini çevreleyen gliya hücrelerinin yardımıyla yenilenebildiklerini biliyoruz. 2021’de yapılan bir çalışmada sinir hücrelerinin genomda belli bir bölgedeki sıcak/aktif noktalar olan genetik yapıların sinir hücrelerinin hasar tamirinde önemli olduğu bulundu. Bu bölgelerin, sinir sistemimizi etkileyen ve yasa bağlı olarak gelişen hastalıklarda da rol oynayan genler olduğu bulundu. Yani bu bölgedeki genlerin doğru çalışmaması sonucunda sinir hücreleri kendilerini doğru şekilde tamir edemiyor ve Alzheimer, Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıkların ortaya çıkmasıyla sonuçlanıyor olabilir.
Sinir Hücreleri Bölünebilir Mi?
Lisede biyoloji dersinde sinir hücrelerimizin sentrozoma sahip olmadığı için bölünme yetenekleri olmadığı öğretilir. Sinir hücrelerinin bu özellikleri hala çalışılmakta olan bir alandır ancak biliyoruz ki yetişkinler sinir hücreleri üretebilir. Önceden kabul edilenin aksine beynimiz doğumdan sonra hücre üretmeyi bırakmaz, 2013’te yapılan bir çalışmaya göre beynimizin hipokampal bölgesinde günde 700 sinir hücresi üretildiği rapor edildi. Bu sayı az görünse de 50 yaşına geldiğimizde sahip olduğumuz tüm sinir hücreleri doğduğumuzda beynimizde bulunan hücreler değil de yetişkinliğimizde çoğalan hücrelerdir.
Yani beynimizin belirli bölgelerindeki sinir hücrelerimiz bölünebilir, ancak tamamen özelleşmiş sinir hücrelerinin bölünemediği bilgisi hala geçerliliğini korumaktadır. Özelleşen sinir hücrelerinin birçok uzantı oluşturup ağsı-dallanmış bir yapıya bölünmesi, sentrozomları olmaması, kafatasının hacimsel olarak belirli bir kapasitesinin olması ve hayatımız boyunca biriktirdiğimiz deneyimlerimizin beynimizde depolanması ve birçok yeni sinir hücresinin önceki sinir hücrelerinin yerine geçmemesi gibi özelliklerle açıklanabilir.
Nörogenezin Psikolojimiz Üzerindeki Etkisi Nedir?
Nörogenez ya da nörojenez, sinir kök hücrelerinden, sinir sistemi hücrelerinin yani nöronların üretilme sürecidir. Beynin sinir hücresi üretmesiyle, Nörogenez, ile ilişkilendirilen bölge hipokampüstür ve bu bölge aynı zamanda öğrenme, bellek, ruhsal durum ve duygular için de önemli bir bölgedir.
Fareler üzerinde yapılan çalışmalarda da antidepresan verilen farelerde sinir hücresi bölünmesinin arttığı ve bunalım belirtilerinin azaldığı görülmüştür. İlişkili bir şekilde, kanser tedavisi gören insanların tedavi sonrası da bunalım yaşadığını gören bilim insanları bunun nedenini düşündüler. Kanser tedavisine kullanılan ilaçlar hücre bölünmesini düşürdüğünden, yeni beyin hücresi üretimlerinin de düştüğü düşünüldü. Buradan anlıyoruz ki bunalım duygu durumunun yeni sinir hücrelerinin çoğalmasıyla ya da yeni sinir hücrelerinin çoğalmamasının bunalım duygu durumu üzerinde direkt bir ilişkisi vardır.
Peki Beynimizde Yeni Sinir Hücrelerinin Üretilmesini Sağlayabilir Miyiz?
Beynimizdeki yeni sinir hücrelerinin üretilmesini yaptığımız bazı aktiviteler ile teşvik edebiliriz. Öğrenmek yeni sinir hücrelerinin üretilmesini artırır. Stres yeni sinir hücrelerinin üretilmesini azaltır. Uyku eksikliğinde de yeni sinir hücrelerinin üretiminin düştüğünü biliyoruz. Cinsel ilişki beynin yeni sinir hücresi üretimini olumlu etkiler. Yaşlandıkça sinir hücrelerinin üretim hızı düşer, ancak yine de gerçekleşmeye devam eder. Peki ya koşmak? Yapılan araştırmalardan birinde koşu çarkı olan bir kafeste tutulan farelerin hipokampüsünde muazzam bir sinir hücresi artışı olduğu görülmüştür.
Koşmanın yanında beslenme gibi diğer çevresel etmenlerin de yeni sinir hücresi üretiminde rolü vardır. Günlük aldığımız kaloriyi %20-30 düşürdüğümüzde, aralıklı yemek yediğimizde yani öğünler arasına zaman koyduğumuzda sinir hücrelerinin üremesinin arttığı görülmüştür. Bitter çikolata ya da yaban mersininde bulunan flavonoidlerin, somon balığında bulunan omega-3 yağ asidinin yeni sinir hücresi üretimini olumlu etkilerken, doymuş yağ oranı yüksek olan besinlerde ve alkol tüketiminde sinir hücresi üretiminin azaldığı görülmüştür. Bu bulguların devamında yapılan deneylerde, günlük alınan kalorinin azaltılması bellek sınırımızı yükselttiği elde edilmiştir. Yağ oranı yüksek besinlerle beslenmenin bunalım belirtilerini şiddetlendirdiği omega-3 yağ asitlerinin ise tam aksine belirtilerin azalmasına etki ettiği bulunmuştur.
Japon araştırmacıların beslenme ve sinir hücresi bölünmesiyle ilgili yaptığı bir çalışmada yumuşak dokulu besinlerin, çiğnenen ya da gevrek besinlerin aksine sinir hücresi üremesini olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. Yani yalnızca ne yediğimiz değil, yiyeceklerin dokusu, yeme zamanı ve yeme miktarı da oldukça önemlidir.
