498 ĐÇĐNDEKĐLER I. Sinaptik Potansiyeller 1.1. Eksitatör Postsinaptik Potansiyel (EPSP) 1.2. Đnhibitör Postsinaptik Potansiyel (IPSP): II. Sinaptik Đletim ve Postsinaptik Potansiyellerin Entegrasyonu SĐNAPTĐK POTANSĐYELLER Doç. Dr.
500 SĐNAPTĐK POTANSĐYELLER Doç. Dr. Đnhibitör PostSinaptik Potansiyel (IPSP): Sinaptik eksitasyon sonucu postsinaptik membran reseptörlerin uyarılması ile K ve Cl kanallarında ortaya çıkan değişiklikler ile K iyonlarının dışarı ya da Cl iyonlarının içeri geçişinin artması ile oluşur. Bu durum, post sinaptik hürenin dinlenim potansiyeli daha negatif değere inmesine (hiperpolarizasyonuna) neden olur. Buna ek olarak postsinaptik hücrede Na ve Ca kanallarının kapanması ile de inhibe edici postsinaptik potansiyeller meydana gelmektedir. Sinaptik iletimler sonucu bir veya birkaç iyona karşı postsinaptik membranlardaki iletkenlik veya geçirgenlik değişimleri sonucu oluşan potansiyel değişmeleri postsinaptik potansiyel olarak adlandırılmaktadır. Bu potansiyellerin oluşumundaki moleküler mekanizmaların farklılıklarına rağmen postsinaptik membranlarda oluşan potansiyeller; uyarıcı veya eksitatör postsinaptik potansiyel (EPSP) yada engelleyici veya inhibitör postsinaptik potansiyel (IPSP) olabilir. Eksitatör PostSinaptik Potansiyel (EPSP): Presinaptik nörondan salınan nörotransmitterlerin postsinaptik eksitatör reseptörleri uyarılması ile oluşan postsinaptik potansiyellerdir. Örneğin uyarılma sonucu Na iyon kanallarının açılması ile elektrokimyasal olarak Na un hücre içine akışının artması sonucu oluşan bu uyarıcı veya eksitatör postsinaptik potansiyel, postsinaptik hücrede bir depolarizasyona neden olur. Ayrıca postsinaptik hücrede K kanallarının kapanmasına yol açan transmitterler tarafından da eskite edici postsinaptik potansiyel oluşturulur. Depolarizasyon miktarı hücre için eşik değere ulaşırsa bir aksiyon potansiyeli meydana getirir. Şekil-11: Presinaptik bir uyarı ile Eksitatör PostSinaptik Potansiyelin oluşması Şekil-12: Đnhibitör PostSinaptik Potansiyelin oluşumu SĐNAPTĐK ĐLETĐM ve POSTSĐNAPTĐK POTANSĐYELLERĐN ENTEGRASYONU Gerek beyinde olsun gerek omurilikte santral sinir sistemindeki her nöron sürekli bir biçimde diğer nöronlar tarafından sinyal bombardımanına tutulmaktadır. Dar bir alandan gelen sinyaller daha geniş bir alana yada geniş bir alanda oluşan sinyaller ise dar bir alana doğru iletilebilmektedir. Sinyallerin bu şekilde iletilebilmesi, nöronlar arası oluşan sinapslar dolayısı ile sinaptik geçişlerle oluşturulan nöronal entegrasyonunun sonucudur. Dar bir alandan gelen bilginin sinaptik iletimler ile geniş bir alana yayılmasına yani sinyallerin dallanmasına ıraksama (diverjans) denir. Bu şekilde oluşan nöronal integrasyon ile, bir nöronun eksitasyonunun çok sayıda sinir lifini uyarabilmesi mümkündür.
SĐNAPTĐK POTANSĐYELLER 501 502 Geniş bir alandan gelen nöronal bilgilerin sinaptik iletimler ile dar bir alana kanalize edilmesine ise yani sinyallerin birleşmesine yakınsama (konverjans) denir. Bu durum bir postsinaptik nöronda çok sayıda presnaptik uyarıların toplanmasıdır (Şekil-13). Şekil 13: Diverjans ve Konverjans oluşumun şematik gösterilmesi Yakınsama olayı, postsinaptik hücrede tek bir presinaptik aksonunun çok sayıdaki uçlarından gelen sinyallerin (eksitatör veya inhibitör) toplanması şeklinde yada farklı presinaptik nöronlardan gelen hem eksitatör hem inhibitör olabilecek giriş sinyallerinin toplanması şeklinde de olabilir. Her iki durumda da postsinaptik hücrenin cevabı bu farklı sinaptik sinyallerin oluşturacağı post sinaptik potansiyellerin bileşkesi şeklinde olacaktır. Nöronların bağlantılardaki bu çeşitlilik sonucu, sinapslar bir iletimden de öte daha önemli işlevlerde de önem kazanmaktadır. Merkezi sinir sisteminde yada santral sinir sistemindeki her nöron bir biçimde diğer nöronlarla sinyal alış veriş içerisindedir. Örneğin tek bir motor nöron binlerce farklı presinaptik terminal ile sinaptik etkileşim altındadır. Sinaptik iletim ile alınan sinyallerin bir kısmı hücre için eksitatör diğer kısmı inhibitör, bir kısmı ise zayıf sinyallerden oluşmaktadır. Bu sinyaller, aksodendritik veya aksosomatik (sinapslar) ile alınmaktadır. Bir nöronda bilgi akışı genellikle dendritlerden hücre gövdesine, gövdeden aksona doğru tek yönlüdür. Dendrittler pasif elemanlar olarak davranırlar ve aksiyon potansiyelinin oluşması için gerekli uyarılma eşikleri çok yüksektir bu yüzden de aksiyon potansiyellerini iletemezler. Ancak dendritte oluşan post sinaptik potansiyeller pasif (elektrotonik) yayılma ile ve şiddeti zayıflamış olarak iletilirler. Membran potansiyelinin dendrit boyunca somaya doğru elektrotonik yayılması sırasında gittikçe azalmasına sönen ileti adı da verilir. Ancak eksitatör sinapslar ne kadar somaya yakın ise, akımın akson başlangıç bölgesine iletimindeki sönmenin de o kadar az olacağı açıktır. Bu nedenle somaya yakın sinapsların eksitatör veya inhibitör etkileri somadan uzak olanlara göre daha fazladır. Dolayısı ile hücreler arası bir sinapsın oluşma yeride sinaptik iletimin etkinliğinde önemlidir. Ayni zamanda çoğu nöronların gövdeleri aksiyon potansiyeli oluşturmazlar, oluşturabilenlerin ise eşik değerleri yüksektir. Nöronlarda aksonun başlangıç kesimindeki tetiklenme zonu adı verilen bölgenin eşik değeri düşük olup sinaptik bölgelerden uzak olup aksiyon potansiyelinin başlama bölgesi olarak kabul edilir.bu nedenlerle postsinaptik hücrede oluşturulacak sinyalin yada sinyallerin oluşturacağı net etki, sinapsın şekli, diğer sinerjistik veya antagonistik sinapslara olan komşuluğu, boyut ve bölgesi gibi faktörlere bağlı olarak değişebilmektedir. Bir postsinaptik nöronda oluşacak postsinaptik potansiyeller dereceli ve toplanabilir özelliktedirler. Bu yüzden alınan bu farklı sinyaller birbirlerini destekleyebilirler veya etkilerini azaltabililer. Sonuç olarak eksitatör ve inhibitör sinyaller hücre tarafından tek bir yanıta dönüştürülür. Birden çok yada ardışık sinyallerin post-sinaptik nöron tarafından entegre edilmesi postsinaptik potansiyellerin entegrasyonu olup, sinir sisteminin bütün olarak karşı karşıya kaldığı karar verme işinin, hücre düzeyindeki yansımasıdır (Şekil-14). Şekil-14: Postsinaptik hücrede oluşan postsinaptik potansiyellerin integrasyonu Potansiyellerin entegrasyonu alınan bu sinyallerin lineer bir toplanması şeklinde olmayıp, alınan bu sinyallerin zamansal toplanma (temporal sumasyon) yada uzamsal toplanması (spatial sumasyon) olarak iki şekilde ifade edilmektedir.
SĐNAPTĐK POTANSĐYELLER 503 504 Bir postsinaptik nöronun farklı bölgelerinde sinaps oluşturduğu birçok presinaptik terminal ile eş zamanlı uyarılması ile oluşan postsinaptik potansiyellerin birikimine uzamsal (spasiyal) sumasyon denir. Uzamsal toplamanın etkinliği, postsinaptik membranın uzunluk sabiti ile birlikte zaman sabitine bağlıdır. Eşik altı depolarize edici akım pasif olarak yayıldıkça azalır. Uzunluk sabiti büyük olan hücrelerde sinyaller tetikleme bölgesine en küçük azalma ile ulaşırlar ve toplanma değerleri daha yüksek olur (Şekil-15). Şekil-16: Postsinaptik hücrede ardışık Presinaptik uyarıların zamansal toplanması ve zaman sabitinin önemi. Bir postsinaptik nörondaki farklı zamanlarda, farklı sayı ve kombinasyonlardaki presinaptik nöronların etkinliğine bağlı olarak postsinaptik nöronun oluşturacağı net postsinaptik potansiyelin şekli ve büyüklüğü farklı sinapslarına ayrı ayrı oluşturduğu eskite edici ve inhibe edici postsinaptik potansiyellerin entegrasyonu sonucu ortaya çıkar (Şekil -17). Şekil-15: Postsinaptik hücrede bireysel presinaptik uyarıların uzamsal toplanması ve uzunluk sabitinin önemi. Ayni bir presinaptik nöronun postsinaptik hücreyi belirli zaman aralıkları ile peş peşe uyarması ile oluşacak post sinaptik potansiyellerin toplanmasına zamansal toplanma (temporal summation) adı verilir. Zamansal toplanmanın etkinliği postsinaptik zarın zaman sabitine bağlıdır. Uzun zaman sabiti olan nöronlarda sumasyon kapasitesi yüksektir (Şekil -16). Şekil-17: Ardışık yada eşzamanlı oluşturulan presinaptik uyarıların oluşturdukları postsinaptik potansiyellerin görünümü.
SĐNAPTĐK POTANSĐYELLER 505 506 Yukarıda belirtildiği gibi postsinaptik potansiyellerin zamansal ve uzamsal toplanma sonucu oluşacak net postsinaptik potansiyelin transmitter salınımını düzenlemesinden dolayı birden çok presinaptik uyarı ile postsinaptik hücre potansiyeli değiştirilerek sinaptik iletimin etkisi inhibe edilebilmekte yada kolaylaştırılmaktadır. Bir diğer düzenleme ise presinaptik engelleme (inhibisyon) yada kolaylaştırma ile olabilmektedir. Presinaptik son uçların diger presinaptik son uçlarla akso-aksonik sinapslar oluşturması ile presinaptik son uçlarda da bulunabilen reseptör hücreleri kontrol edilebilmektedir. Bu sinapslarla oluşacak potansiyel değişikliği, presinaptik Ca kanallarını kontrol ederek nöronların son uçlardaki transmitter madde salınmasını baskılayarak presinaptik engelleme (inhibisyon) veya artırarak presinaptik kolaylaştırma şeklinde olmaktadır. Örneğin presinaptik inhibisyon, bir presinaptik sinyalin daha sinaps bölgesine ulaşmadan presinaptik akson uçlarının başka inhibe edici presinaptik uçlar ile sinapsi sonucu oluşur (Şekil 18). nöronlardan sinyal alan bir postsinaptik nöronda oluşan net postsinaptik potansiyelinin sinaptik ileti için gerekli aksiyon potansiyelini oluşturacak eşik değerin altında kalması ile oluşur. Bu durumda sinaptik iletim postsinaptik akson yada akson uçları ile hedef hücreye iletilmediği için hedef hücrede bir yanıt oluşmaz (Sek-18). KAYNAKLAR Kandel E.R., Schwartz J.H, Jessel T.M..(Eds). Principles of Neural Science, New York; Elsevier (2002). Pehlivan F. Biyofizik, Ankara Hacettepe-Taş, 1998 Ganong W.F. Tibbi Fizyoloji, Barış kitabevi, 1996 Guyton A.C, Hall J.E. Tibbi Fizyoloji, Nobel Tıp, 2000 Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Watson J.D. (Eds). Moleclar Biology of The Cell. New York, 1994 Vander j.a., sherman H.J., Luciano D.S., Human Physıology New York, 1986 Mills J. K. Mechanisms of Nerve Conduction and Muscle Contraction. (http://www.medi.howard.edu/physio.biophys) Katz S (Ed)., Neuroscience, Lippincott, 2001. Şekil 18: Presinaptik ve postsinaptik inhibisyon oluşumu Postsinaptik inhibisyon mekanizması ise presinaptik inhibisyondan tamamen farklıdır. Presinaptik inhibisyon sırasında tranmitter madde serbestleşmesi azaltılırken postsinaptik hücre potansiyeli değişmez. Postsinaptik inhibisyon, hem eksite edici hemde inhibe edici presinaptik