Canlının iç ortamından ve dış çevresinden gelen değişkenlere uyarı denir. Kan basıncı, sıcaklık, ışık gibi uyarılar canlının sinir hücresinde impuls oluşturur. İmpuls, nörondan geçerken elektriksel ve kimyasal değişikliklere neden olur.
Hücre sitoplazmasını ve hücre dışı ortamı birbirinden ayıran hücre zarı elektriksel bir potansiyel enerjiye sahiptir. Zar potansiyeli adı verilen bu elektriksel yük farkı hücre içindeki ve dışındaki anyon ve katyonların konsantrasyon farkından kaynaklanır. Hücre içi hücre dışına göre negatiftir. Bu durum hücre içinin negatif, hücre dışının ise pozitif kutba sahip elektriksel yük farkı oluşturmasını sağlar.
Hücrenin dışında sitoplazma- ya göre daha fazla Na+ iyonları bulunurken sitoplazmada hücre dışına göre daha fazla K+ iyonları bulunur. Hücre içinde anyonların derişiminin katyonlardan fazla olması iç kısmın negatif değerlikli olmasına neden olur. Derişim farklılığından dolayı Na+ iyonları sürekli hücre içine difüze olurken K+ iyonları hücre dışına difüzyon ile geçer.
Bu durumda zar potansiyeli ya da hücre zarının voltaj değeri değişir. Hücre, görevini gerçekleştirebilmek için yoğunluk farkını korumak durumundadır. Bu nedenle sodyum-potasyum pompası denilen aktif taşıma metoduyla hücre içi ve hücre dışı yoğunluk farkı korunur. Sodyum-potasyum pompası ATP harcayarak görevini gerçekleştirir.
Sodyum-potasyum pompasına sitoplazmadaki Na+ iyonları bağlanır (1). ATP ile aktifleşen sodyum-potasyum pompası proteininin biçimini değiştirerek Na+ iyonlarını hücre dışına bırakır (2) ve buradan K+ iyonlarını bağlar (3). Proteinden fosforun koparılması protein biçimini eski hâline getirir ve böylece K+ iyonları hücre içine alınmış olur (4).
Sodyum-potasyum pompası sayesinde vücudumuzun tüm hücrelerinde hücre zarından sodyum iyonları hücre dışına taşınırken, aynı zamanda potasyum iyonları da hücre dışından hücre içine pompalanır. Sinir hücreleri gibi bazı hücreler hücrenin enerji ihtiyacının yaklaşık %70’ini sodyumu hücrenin dışına ve potasyumu hücrenin içine pompalamak için harcar. Sodyum-potasyum pompasının en önemli işlevlerinden biri de hücre hacmini kontrol etmesidir.
Bu pompa görevini yapamasaydı vücut hücrelerinin çoğu patlayıncaya kadar şişerdi. Herhangi bir nedenle hücre şişmeye başlarsa sodyum-potasyum pompası sayesinde fazla iyonlar hücre dışına atılarak hücrenin su almasının önüne geçilir ve fazla iyonlar dışarı taşınır.
Aksiyon potansiyeli oluşumu aşağıdaki görselde verilmiştir.
Dinlenme durumundaki (uyartı göndermeyen) bir sinir hücresi belirli bir zar potansiyeline sahiptir. Hücre içi ve hücre dışı iyon konsantrasyonları sodyum-potasyum pompası sayesinde korunur. Dinlenme konumundaki bir nöronun aksonu hücre içi negatif, hücre dışı pozitif elektriksel yüklü olduğundan polarize (kutuplu) durumdadır. Bu durum polarizasyon olarak adlandırılır. |
Aksonun hücre zarı üzerinde voltaj değişmelerine duyarlı voltaj kapılı iyon kanalları adı verilen Na+ ya da K+ iyonlarının kolaylaştırılmış difüzyonunu sağlayan proteinler bulunur. Çeşitli uyaranlarla akson zar potansiyeli değiştiğinde normalde kapalı olan bu kanallar açılır ve iyonların geçişine izin verilir. Zar potansiyelinin değişmesi sonucu açılan sodyum kanallarından Na+ iyonunun hücre içine doğru difüzyonu artar. Hücre içi dışarıya göre daha pozitif hâle gelir ve zar depolarize olur. Bu durum depolarizasyon olarak adlandırılır. Eğer bir depolarizasyon, zar potansiyelini yeterince değiştirirse (eşik değeri geçerse) zar voltajında aksiyon potansiyeli adı verilen büyük bir değişiklik gerçekleşir. Aksiyon potansiyelleri depolarizasyon bölgesinde komşu kanalların açılmasını sağlayan bir akım başlatır. Aksiyon potansiyeli bu şekilde zar boyunca yayılarak zar potansiyelinin değişmesini başlatan uyarıyı akson uçlarına kadar taşır. |
Sodyum kanallarından sonra daha yavaş açılan potasyum kanalları K+ iyonlarının hücre dışına difüzyonunu kolaylaştırır ve hücre dışı yeniden hücre içine göre daha pozitif hâle geçer. Zar yeniden polarize olmuştur. Bu duruma repolarizasyon denir. Sinir hücresi eski polarize durumuna dönmüştür ancak sodyum kanalları etkisiz olduğundan ikinci bir depolarizasyon gerçekleştiremez. Yeniden impuls oluşturabilmesi için hücre içi potasyum ve hücre dışı sodyum konsantrasyonlarının eski hâline dönmesi gerekir. Bu durumda yine sodyum-potasyum pompası devreye girerek hücre içi ve hücre dışı iyon konsantrasyonlarını başlangıçtaki oranlara getirir. |
Bir nöronda impulsun yönü, genellikle dendritten akson ucuna doğrudur. Nöronlar arasında impulsun yönü ise bir nöronun akson ucundan diğer nöronun dendritine doğrudur.
Bir nöronda impuls oluşturan en küçük uyarı şiddetine eşik değer (eşik şiddeti) denir. Nöron, eşik değerden küçük şiddetteki uyarılara cevap vermez ve impuls oluşmaz. Eşik değer ve daha büyük şiddetteki uyarılara ise aynı şiddette cevap verir ve impuls oluşur. Buna ya hep ya hiç prensibi denir.
Ya hep ya hiç prensibine göre uyarı, eşik değerin üzerindeyse sinir telinde oluşan impuls aynı hızda ve aynı şiddette ilerlemeye devam eder. Bunun sebebi impuls iletilirken gerekli olan enerjinin nöron tarafından sağlanmasıdır. Belli bir eşik şiddetini aşan uyarılara nöronun oluşturduğu tepki, eşik değerdeki uyarıya verilen tepkiyle aynıdır.
Bu durum, tek sinir teli ya da tek kas teli için geçerlidir. Sinir demeti ya da kas demeti için geçerli değildir. Çünkü sinir demetini oluşturan her bir sinir telinin uyarılmasını sağlayan eşik değer farklıdır. Sinir demetinde düşük şiddetteki uyarılar, önce kolay uyarılan nöronlarda impuls oluşturur.
Uyaran şiddeti arttıkça uyarılan nöron sayısı ve impuls sayısı artar ve böylece uyarıya daha güçlü yanıt verilir. Örneğin 20 °C sıcaklıkta bir cisme dokunulduğunda beyne iletilen impuls sayısı ile 45 °C sıcaklıkta bir cisme dokunulduğunda beyne iletilen impuls sayısı aynı değildir. Bu nedenle elin 45 °C sıcaklığa verdiği tepki, 20 °C sıcaklığa verdiği tepkiden fazladır.
Aksonların sinaptik ucu (sinaptik yumru), başka bir nöronun hücre gövdesine, salgı bezine ya da kasa bağlantı yapar. Bu bağlantı noktalarına sinaps denir.
Bağlantı noktalarında sinaptik boşluk denilen boşluklar yer alır. Sinaptik uçta bulunan sinaptik keseciklerden nörotransmitter madde ekzositozla sinaptik boşluğa verilir ve orada difüzyonla yayılır. Sinaptik keselerden salgılanan asetilkolin, seratonin, noradrenalin, dopamin, histamin gibi salgılar nörotransmitter maddelerdir.
Bu maddeler, kimyasal olarak bilgiyi bir nörondan diğer nörona aktarır. Sinapslarda impuls iletim hızı aksonlardaki iletim hızından yavaştır. Sinapsa gelen her impuls, sinapstan geçemez. Bu olaya seçici direnç denir. Seçici direnç sayesinde sadece hedef organların uyarılması sağlanır. Akson ucundan salgılanan nörotransmitter maddeler, impulsun diğer nörona geçişini engelliyor ise durdurucu sinaps; iletilmesini sağlıyor ise kolaylaştırıcı sinaps denir. Görevi biten nörotransmitterler, hidroliz edilir ya da geri emilir.