Nöronun yapısı ve çeşitleri

Etüt saatinde Begüm, dirseğinin iç yanını uzun süre sıranın sert kenarına dayayarak soru çözüyor. Kolunu kaldırdığında dirseğinde bir şey hissetmiyor; karıncalanma yüzük parmağında ve serçe parmağının ucunda. Yanındaki Burcu'ya şaşkınlığını anlatıyor: «Ben sinir hücrelerinin hepsini beyinde sanıyordum. Parmağıma hiçbir şey değmedi, baskı dirseğimdeydi. Karıncalanma neden parmakta?» Burcu bir an düşünüyor: «Belki dirseğinin içinden parmağına kadar uzanan bir şeye bastırdın.» Begüm kolunu bileğinden omzuna kadar yokluyor. Kolun içinde parmak ucundan omuriliğe uzanan o «şey» tek bir hücre mi, binlerce hücrenin uzantısı mı? Uzantılar oradaysa, sahibi olan hücreler nerede oturuyor?

• Nöronun bölümlerini ve her bölümün görevini eşleştirirsin.
• Miyelinli ve miyelinsiz aksonları, boz ve ak maddeyi yapılarına göre ayırırsın.
• Duyu, ara ve motor nöronların yerini ve uyarıyı taşıma yönünü belirlersin.
• Bir sinirin içeriğine bakarak onu duyu, motor ya da karma sinir olarak sınıflandırırsın.

Sinir sistemi ne iş görür

TYT'deki «Canlıların ortak özellikleri» dersinde uyarılara tepkiyi ve homeostaziyi canlılığın ölçütleri arasında saymıştık. AYT biyolojinin ilk modülü, insanda bu iki işi en hızlı yürüten sistemle açılıyor. Koşudan dönen birinin vücudunu izleyelim. Deri ve kan damarlarındaki algılayıcılar sıcaklığın yükseldiğini fark eder: bu, uyarının alınmasıdır. Bilgi sinir hücreleri boyunca beyne ulaşır: iletme. Beyin gelen bilgiyi öteki bilgilerle birleştirir, bir karar üretir: yorumlama. Karar ter bezlerine ve deri damarlarına gider; ter salgılanır, damarlar genişler: tepki. Tepkiyi gerçekleştiren kas ya da beze tepki organı (efektör) adı verilir. Vücut sıcaklığı dar aralığına döndüğünde homeostazi yeniden kurulmuş olur.

İnsanda sinir sistemi iki kısma ayrılarak incelenir. Beyin ile omurilik merkezi sinir sistemini (MSS) oluşturur; yorumlama ve karar burada yapılır. Bunların dışında kalan sinirler ve sinir hücresi gövdelerinin oluşturduğu küçük topluluklar ise çevresel sinir sistemini (ÇSS) kurar; vücudun her köşesini merkeze bağlar. Bu iki kısmın bölümleri modülün sonraki derslerinde ayrıntılanacak; bu ders, hepsinin yapı taşı olan hücreye odaklanıyor.

Nöronun bölümleri

Sinir sisteminde uyarıyı taşıyan hücre nöron (sinir hücresi) adını alır. Nöron da bir hayvan hücresidir: «Hücre zarının yapısı» dersindeki akıcı mozaik zarla çevrilidir, çekirdeği ve organelleri vardır. Onu öteki hücrelerden ayıran, gövdesinden çıkan uzantılardır.

Bir nöronda uyarı hep aynı sırayla ilerler: dendrit, hücre gövdesi, akson, akson uçları. Gövde hücrenin yaşam merkezidir; çekirdekten çıkan bilgiyle zar proteinleri, enzimler ve sinyal molekülleri burada üretilir, sonra uzantılara gönderilir. Bu yüzden gövdesinden ayrılan bir akson parçası uzun süre yaşayamaz. Akson uçlarında bekleyen sinyal molekülleri keseciklerle dışarı bırakılır; bu olay, TYT'de «Aktif taşıma, endositoz ve ekzositoz» başlığı altında işlenen ekzositozun ta kendisidir. Akson ucuyla komşu hücre arasındaki bağlantı noktası sinapstır ve kendi dersini alacak.

Uzunluk farkı şaşırtıcıdır. Bir nöronun gövdesi mikrometrelerle ölçülürken, omurilikten ayak kaslarına inen bir motor nöronun aksonu bir metreye yaklaşabilir. Begüm'ün dirseğinin iç yanında sıranın kenarına bastırdığı yapı da parmak ucundan omuriliğe kadar uzanan böyle uzun uzantıların binlercesini birlikte taşır.

Miyelin kılıf ve Ranvier boğumları

Birçok aksonun çevresi, yağca zengin zar katmanlarının üst üste sarılmasıyla oluşan miyelin kılıfla örtülüdür. Kılıfı nöron kendisi yapmaz; komşu destek hücreleri aksonun çevresine sarılarak üretir. Beyinde ve omurilikte bu işi oligodendrositler, çevresel sinir sisteminde ise Schwann hücreleri üstlenir. Kılıf aksonu bir bütün halinde örtmez; iki destek hücresinin bittiği yerde akson zarı kısa bir aralıkta açıkta kalır. Bu aralıklara Ranvier boğumları denir.

Miyelin aksonu çevresinden yalıtır ve bunun sonucu ölçülebilir bir farktır: aynı kalınlıktaki iki akson karşılaştırıldığında miyelinli olan impulsu miyelinsiz olandan çok daha hızlı iletir. Bu hızın boğumlarla nasıl ilişkili olduğunu bir sonraki ders açıklayacak. Her akson miyelinli değildir; bazı ince lifler kılıfsızdır ve uyarıyı daha yavaş taşır.

Destek hücreleri: nöroglia

Sinir dokusunda nöronların yanında, uyarı iletmeyen ama nöronların çalışabilmesi için gerekli olan hücreler de bulunur. Bunların hepsine nöroglia (glia hücreleri) denir. Nöronları yerinde tutar, beslenmelerine yardım eder, çevrelerindeki sıvının bileşimini düzenler, ölü hücre artıklarını temizler ve miyelin kılıfı oluşturur. Oligodendrositler ile Schwann hücreleri de bu grubun üyeleridir. Nöroglia hücrelerinin çoğu bölünebilme yeteneğini korur.

Boz madde ve ak madde

Taze bir beyin ya da omurilik kesitine bakıldığında iki renkli bölge ayırt edilir. Miyelin yağca zengin olduğu için miyelinli aksonların yoğun olduğu bölgeler parlak, beyazımsı görünür: ak madde. Hücre gövdelerinin, dendritlerin ve miyelinsiz uzantıların toplandığı bölgeler ise daha koyu, gri tondadır: boz madde. Beyin kabuğunda boz madde dışta, ak madde onun altında, içte yer alır. Omurilikte düzen tersine döner: gövdeler ortada kelebek biçimli bir boz bölge oluşturur, miyelinli lifler onu dıştan bir ak madde tabakası halinde sarar.

Görevlerine göre nöron çeşitleri

Uyarının yolculuğu üç tür nöronla tamamlanır. Isınan bir çay bardağını tutan elini düşün.

• Duyu nöronu (afferent): Deri, göz, kulak gibi yerlerdeki algılayıcılardan aldığı uyarıyı MSS'ye taşır. Hücre gövdeleri MSS'nin dışında, çoğunlukla omuriliğin hemen yanındaki gangliyonlarda (sinir hücresi gövdesi toplulukları) bulunur.
• Ara nöron (bağlantı nöronu, internöron): Yalnızca beyin ve omurilikte bulunur. Duyu nöronundan gelen bilgiyi alır, başka nöronlarla birleştirir ve uygun motor nöronlara dağıtır. Yorumlama ve karar bu nöronların ağında yapılır; sayıca en kalabalık nöron grubu da budur.
• Motor nöron (efferent): Kararı MSS'den tepki organına, yani bir kasa ya da beze götürür. İskelet kaslarını yöneten motor nöronların gövdesi beyinde ya da omuriliğin boz maddesinde durur; aksonları sinirlerin içinde kasa kadar uzanır.

Bardağı tutan elde sıra şöyledir: algılayıcı, duyu nöronu, ara nöron, motor nöron, kol kası. «Bütün nöronlar beyindedir» sanısı bu tabloda çöker: duyu nöronlarının gövdeleri gangliyonlarda, motor nöronların bir kısmının gövdeleri omurilikte durur. Ancak ara nöronlar MSS'nin dışına hiç çıkmaz.

Nöronlar yenilenir mi

«Hücre döngüsü ve interfaz» dersinde olgun nöronların çoğunun G0 evresinde beklediğini görmüştük. Bu yüzden olgun nöronların bölünme yeteneği çok sınırlıdır ve kaybedilen bir nöronun yerine yenisinin konması kolay değildir. Bu kural mutlak değildir: yetişkinlerde bazı beyin bölgelerinde sınırlı sayıda yeni nöron oluşabildiğine dair bulgular vardır. Çevresel sinir sisteminde ise kesilen bir akson, gövdesi sağlam kaldığı sürece Schwann hücrelerinin yönlendirmesiyle bazı durumlarda yeniden uzayabilir.

Sinir: uzantıların demeti

Begüm'ün dirseğinde olan artık açıklanabilir. Sinir, çevresel sinir sisteminde çok sayıda nöron uzantısının bağ dokusuyla sarılıp bir demet halinde paketlenmesidir; demetteki uzantıların her biri kendi miyelin kılıfını taşıyabilir. Dirsekteki baskı, parmaktan bilgi taşıyan lifleri yolun ortasında uyarmıştır; beyin bu liflerden gelen her bilgiyi parmağa ait saydığı için karıncalanma parmakta duyulur. Sinirin içinde hücre gövdesi bulunmaz; gövdeler MSS'de ya da gangliyonlardadır. İçeriğine göre üç sinir ayırt edilir. Yalnız duyu nöronlarının uzantılarını taşıyan duyu siniri bilgiyi merkeze götürür; koku ve görme sinirleri böyledir. Yalnız motor nöron uzantılarından oluşan motor sinir emri merkezden dışarı taşır. İki türü birlikte taşıyan karma sinir ise iki yönde birden çalışır; omurilikten çıkan sinirlerin hepsi karmadır. Böyle bir demette merkeze çalışan liflerle merkezden dışarı çalışan lifler yan yana uzanır.

Peki uzun bir aksonun bir ucundan öteki ucuna ilerleyen şey nedir? Nöronun zarı, «Pasif taşıma: difüzyon ve osmoz» dersindeki kendiliğinden akışa pompalarıyla karşı koyarak Na⁺ ve K⁺ iyonlarını iki yüzünde farklı derişimlerde tutar. Sıradaki ders bu farkın zarda kurduğu dinlenme potansiyelini, eşiği aşan bir uyarının zarı depolarizasyon ve repolarizasyonla nasıl kısa süreliğine tersine çevirdiğini ve Na⁺/K⁺ pompasının iyon dağılımını nasıl geri kurduğunu ele alıyor.

Örnek 1 — Bölümü tanımak

Soru: Bir nöronun genellikle tek olan, gövdeden uzaklaşan ve uyarıyı başka bir hücreye kadar götüren uzun uzantısı hangisidir?

• A) Dendrit
• B) Ranvier boğumu
• C) Akson
• D) Miyelin kılıf
• E) Nöroglia

Çözüm: Dendritler kısa ve dallıdır, uyarıyı gövdeye getirir. Ranvier boğumu ve miyelin kılıf uzantının parçaları ya da örtüsüdür, kendi başlarına uzantı değildir. Nöroglia ayrı bir destek hücresidir. Gövdeden çıkıp uyarıyı uzağa taşıyan uzun uzantı aksondur. Cevap: C.

Örnek 2 — Sinirin içeriği

Soru: Bir sinirdeki liflerin tamamının, omurilikten çıkan emirleri bir bacak kasına taşıdığı biliniyor. Bu sinir için hangisi doğrudur?

• A) Duyu siniridir.
• B) Ara nöronların uzantılarını taşır.
• C) İçinde hücre gövdeleri bulunur.
• D) Motor sinirdir.
• E) Karma sinirdir.

Çözüm: Lifler yalnız MSS'den kasa doğru çalışıyor; bu yön motor nöronlara aittir. Uyarıyı merkeze taşıyan lif olmadığı için duyu ya da karma sinir değildir. Ara nöronlar MSS dışına çıkmaz, sinirin içinde gövde de bulunmaz. Cevap: D.

Örnek 3 — Kesitin rengi

Soru: Omurilikten alınan bir kesitin dış bölgesi parlak beyaz, orta bölgesi gri görünüyor. Dış bölgede hangi yapıların baskın olması beklenir?

• A) Miyelinli aksonlar
• B) Hücre gövdeleri
• C) Dendritler
• D) Gangliyonlar
• E) Ara nöron gövdeleri

Çözüm: Beyazımsı renk miyelinin yağca zengin yapısından gelir; bu bölge ak maddedir ve miyelinli aksonlardan oluşur. Gövdeler ve dendritler gri renkli orta bölgededir. Gangliyonlar omuriliğin dışında yer alır. Cevap: A.

Örnek 4 — Yerinden türe

Soru: Bir nöronun hücre gövdesi omuriliğin boz maddesinde, dendritleri ve aksonu da bütünüyle omuriliğin içinde kalıyor. Bu nöron hangi türdendir?

• A) Duyu nöronu
• B) İskelet kasını yöneten motor nöron
• C) Schwann hücresi
• D) Ara nöron
• E) Oligodendrosit

Çözüm: Duyu nöronunun gövdesi omuriliğin dışında, gangliyondadır. İskelet kasını yöneten motor nöronun gövdesi omurilikte olabilir, ama aksonu kasa ulaşmak için omurilikten çıkmak zorundadır. Schwann hücresi ve oligodendrosit uyarı taşımayan destek hücreleridir. MSS'nin dışına hiç uzanmayan nöron ara nörondur. Cevap: D.

• Siniri tek bir hücre sanmak. Sinir, çok sayıda nöron uzantısının bağ dokusuyla sarıldığı bir demettir; içinde gövde bulunmaz.
• Bütün nöron gövdelerini beyne yerleştirmek. Duyu nöronlarının gövdeleri gangliyonlarda, birçok motor nöronun gövdesi omurilikte bulunur; yalnız ara nöronlar MSS ile sınırlıdır.
• Miyelini yapan hücreyi yerle karıştırmak. Beyin ve omurilikte oligodendrosit, onların dışında Schwann hücresi; hücre gövdesinin yeri değil, akson parçasının bulunduğu yer belirler.
• Boz ve ak maddenin yerini iki organda aynı sanmak. Beyin kabuğunda boz madde dışta, omurilikte içtedir.
• Her aksonu miyelinli kabul etmek. Bazı lifler kılıfsızdır ve uyarıyı daha yavaş taşır.
• Nöron yenilenmesini «hiç» ya da «her zaman» diye kurmak. Doğru ifade, olgun nöronların bölünme yeteneğinin çok sınırlı olduğudur.