Sinirbilim ve Beyin - 2: Sinir Sisteminde Bulunan Hücrelerin Tipleri

Hatırlayacağınız üzere geçen yazımızda sinir sisteminin evrimsel gelişimine detaylıca değinmiştik. Şimdi, bu yazımızda ise evrimin günümüzdeki geldiği noktasında, sinir sisteminin nasıl çalıştığını anlatacağız. Bu çalışma biçimi evrimsel süreçte kademeli olarak değişmiş ve gelişmiştir. Hücreler birbirinden farklılaşarak özelleşmiş ve kendilerine has nitelikler kazanmıştır. Gerektiği zamanlarda bunların evrimsel kökenlerine yönelik açıklamalarda da bulunacağımız bu yazımızda, sinir sistemini oluşturan hücre tiplerini ve bunların özelliklerini özetlemeye çalışacağız. Umarız faydalı olacaktır.

Sinir sistemini oluşturan 2 temel hücre tipi ve bu tiplerin alt-tipleri ile karşılaşmaktayız:

1) Nöronlar

2) Gliyalar

Şimdi bunları tek tek inceleyelim:

1) Nöronlar

Nöronlar, sinir sistemini oluşturan ana sinir hücreleridir. Çeşitli boylarda ve şekillerde bulunabilen nöronların uzunlukları da değişkendir. Vücudun bir noktasından bir diğerine elektrokimyasal bir şekilde (ileride değineceğiz) bilgi iletiminde bulunurlar. Daha önceki yazımızdan hatırlayacağınız üzere nöronların evrimi, hücreler, dokular ve organlar arası iletişim konusunda özelleşen hücrelerin evrimsel gelişimiyle gerçekleşmiştir. Dolayısıyla sinir hücrelerinin diğer hücrelerde temel olarak pek bir farkı yoktur. Ancak elbette nöronlar da, kendi alanlarında özelleşmiş, hatta fazlasıyla özelleşmiş yapılardır.

Günümüzde yetişkin bir insanın bütün vücudunda 150 milyar civarında nöron bulunduğu düşünülmektedir. Bu sayı, istatistiki olarak tespit edilmiştir. Bu nöronların %70 civarı, yani yaklaşık 100 milyarı Merkezi Sinir Sistemi'nde (MSS) bulunmaktadır. Hatırlayacak olursanız Merkezi Sinir Sistemi beyin ve omurilikten oluşmaktadır. Geriye kalan 50 milyar civarı nöron ise, omurilikten çıkıp vücuda dağılan sinirleri ve alt sinirleri oluşturmaktadır. Beyin ve omurilik dışında kalan sinir sistemine Çevresel Sinir Sistemi (ÇSS) adı verilir.

İnsan vücudunda bulunan toplam sinir hücresi sayısı ise (nöronlar, gliyalar ve Schwann hücreleri) 7 trilyon civarındadır. Dolayısıyla vücudumuzdaki toplam 100 trilyon civarı hücrenin %7'sini sinir sistemi oluşturmaktadır. Bu da canlılardaki bilgi iletiminin önemini göstermektedir. 

Bu arada Samanyolu Galaksisi içerisinde trilyonlarca yıldız bulunduğu düşünülmektedir. Dolayısıyla her bir canlı, kendi içerisinde bir galaksi kadar büyüktür. Bilimde her şeyin boyutlar ve ölçeklerle ilgili olduğunu unutmayınız. Bizim için büyük olan bir varlık, bir başka varlık için ufacık olabilir. Tam tersi şekilde, bizim için ufacık olan bir varlık, bir başka varlık için devasa olabilir. Örneğin galaksiler, biz insanlar için devasa yapılarken, Evren için bir nokta kadar küçüktürler. Benzer şekilde bizim için hücreler küçücük yapılarken, hücre altı yapılarımız için (organeller ve kimyasallar için) hücreler bir galaksi kadar, hatta belki daha fazla büyüktürler.

Tipik bir nöronun genel görüntüsü şu şekildedir:

Bu temsili görselde de görülebileceği gibi bir sinir nöron gövdesi (soma), dendritler, akson, presinaptik terminaller (veya "telodendritler") şeklinde 4 kısımdan oluşur. Soma, hücrenin ana bölgesidir ve kimyasal üretimler bu bölgeden yapılır. Burası, vücudumuzun geri kalan kısımlarındaki gibi davranır ve çalışır. Dendritler, somadan dallanarak çıkan çok sayıda uzantıyı oluşturur. Bu uzantılar, diğer nöronlardan gelen verileri alırlar ve somaya ileterek burada bulunan genlerdeki bilgiye göre işlenmesini sağlarlar. Somada, bilginin değerlendirilmesinden sonra bir elektrokimyasal sinyal üretilir ve bu sinyal akson boyunca sinir üzerinde taşınır. Merkezi Sinir Sistemi içerisindeki aksonlar oldukça kısayken, Çevresel Sinir Sistemi (ÇSS), yani beyin ve omurilik dışında kalan sinirler için aksonların uzunluğu 1 metreye kadar ulaşabilir. Aksonun, tek bir hücrenin, tek bir uzantısı olduğu hatırlanmalıdır. Akson boyunca iletilen veri, sonunda telodenritlere, yani presinaptik (sinaps öncesi) bağlantılara ulaşır ve burada kimyasal değişimlere neden olur. Böylece bu kısımdan sinaps adını verdiğimiz sinirler-arası boşluğa nörotransmitter (nöro-iletici, kısaltma: NT) dediğimiz kimyasallar salgılanır. Bu kimyasal, bir sonraki nöronun dendritleri tarafından algılanır ve döngü yeniden başlar. Böylece sinirler üzerindeki bilgi iletimi ve değerlendirmesi gerçekleşmiş olur.

Ayrıca nöronlar üzerinde bazı aksesuar (veya çevresel) yapılar da bulunabilir. Örneğin bir elektrik sinyalinin (buna bilimde aksiyon potansiyeli, kısaltma: AP, diyoruz) üretildiği yer, somanın bittiği, aksonun başladığı boğumlu ve kalın bir bölgedir. Bu bölgeye Akson Tepeciği (Axon Hillock) demekteyiz. Burası, özellikle kimyasal bilgi iletiminin sağlanması için öncü kimyasalları taşıyan bölgedir. Bir diğer çevresel birim, miyelin adını verdiğimiz yağ tabanlı yapıdır. Bu yapı, az sonra bahsedeceğimiz Schwann Hücreleri tarafından üretilir ve nöronun aksonunu kaplar. Bu yapı, tıpkı elektrik kablolarında kullandığımız yalıtım kaplaması gibi aksonu yalıtır ve elektrokimyasal iletimin hızını arttırır. Bu konuya gelecek yazılarda tekrar döneceğiz.

Sinirler arası boşluğa sinaps adını verdiğimizi söylemiştik. Bu sinaps, 2 nanometre ile 40 nanometre (metrenin milyarda biri) arası olabilir. Sinapsın genişliğini nöronun tipi belirler. Eğer ki nöronlar arasında kimyasal iletim varsa boşluk geniş olmaktadır. Eğer ki nöronlar arası iletim doğrudan elektriksel olarak yapılıyorsa (ki bu göreceli olarak nadir gerçekleşir), nöronlar birbirine daha yakın dururlar, yani sinaps çok daha dar olur.

Sinapslar, bilginin sinirden sinire iletildiği alanlardır ve tek bir nöron, 200 ile 200.000 arası sinaps kurabilir. Burada yine boyut faktörü çok önemlidir. Birkaç mikrometre olan bir yapının kurduğu birkaç nanometrelik yapılardan bahsediyoruz. Yani biri, diğerinin 1000 katından daha büyük. Bunu, tek bir insanın 1000 küsür karıncayı üzerinde taşıması gibi düşünebilirsiniz. Bir insanın üzerine belki onbinlercesi dahi sığabilecektir. Nöronlar için sinapslar da böyledir. Dolayısıyla bu kadar fazla sinapsın kurulabilmesi, o kadar da şaşırtıcı olmamalıdır. 

Sinapsların sayısı ne kadar fazlaysa, o sinir sistemi o kadar gelişkindir ve veriler o kadar kapsamlı işlenebilir diyebiliriz. Günümüzde, zeka ve algıyla ilgili kıyaslamalarda da beynin büyüklüğüne, yani nöron sayısına değil, sinaps sayısına bakılmaktadır. Sinapsların sayısının azalması, nöron sayısı azalmıyor olsa bile beyinde zeka geriliğine veya azalmasına sebep olacaktır. Bunlara gelecek yazılarda detaylıca değineceğiz. 

Kısaca nöron, sinir sistemimizin en önemli hücrelerinden biridir; ancak tek önemli hücresi değildir.

2) Gliyalar

Uzun zamandır Merkezi Sinir Sistemi'nin "destek hücreleri" olarak düşünülen gliyalar, gerçekten de nöron 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. Gliyaların bu görevlerine de yeri geldiğince değineceğiz.

Gliya hücreleri aşağıdaki gibi görülmektedir ve nöronlarla olan ilişkisi de aşağıdaki gibidir:

Görüldüğü üzere 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.

Günümüzde gilya hücrelerini 2 ana başlıkta toplayabiliyoruz:

I) Mikrogliyalar

Mikrogliyalar vücudumuzun bir diğer sistemi olan savunma sisteminde bulunan makrofaj yapılarının özelleşmiş ve evrimleşmiş biçimidirler. Yani burada gördüğümüz, evrimsel süreçte eskiden savunma sisteminde bulunan hücrelerin, sinir sisteminin evrimine paralel olarak değişimi ve birer sinir hücresine dönüşümüdür. Mikrogliyalar Merkezi Sinir Sistemi'ni korumakla görevli savunma hücreleridir. Yani Merkezi Sinir Sistemi, kendi savunmasına sahip bir sistemdir ve vücudun geri kalanının savunmasından destek almaz. Mikrogliyalar, toplam sinir hücrelerinin yaklaşık %15'ini oluştururlar. Beynin ve omuriliğin her yerinde bulunurlar. İsimlerinden de anlaşılacağı üzere küçük yapıdadırlar ve çok çeşitli şekillerde bulunabilirler. Beyin içerisinde hareket edebilirler ve beyin hasar gördüğünde hızla çoğalabilirler. 

Mikrogliyaların temsili bir çizimi aşağıdadır:

Gerçekte ise mikrogliyalar şu şekilde görülmektedir:

II) Makrogliyalar

İsimlerinden de anlaşılacağı üzere büyük yapılı gliya hücreleridir. 7 farklı tip makrogliya tespit edilebilmiştir.

Astrositler: Nöronları destekleyen başlıca gliya hücreleridir. Nöronların büyümesinde görev alırlar. Damarların dış çeperlerine gönderdikleri uzantılar yoluyla damarsal geçirgenliği düzenler ve çevresel ortam konsantrasyonunu (madde miktarını) ayarlarlar. Nöronlarda çoğalma oldukça sınırlı iken astrositler ömür boyunca hızlı bir şekilde çoğalabilirler. Beyinde eğer ki bir tahribat meydana gelirse, astrositler o bölgede hızla çoğalarak bu tahribat sonucu oluşan boşluğu doldururlar. Bu yapıya nedbe adını veriyoruz. Sadece Merkezi Sinir Sistemi'nde bulunurlar.

Astrositler temsili olarak şöyle gösterilebilir (görselde çalışmalarına dair ipuçları da verilmiştir, bunlara ilerideki yazılarda geleceğiz):

Gerçekte ise, mikroskop altında şu şekilde görülürler:

Oligodendrisitler: Uzantıları ile nöronların aksonlarını kuşatırlar ve yukarıda izah ettiğimiz miyelin kılıfı salgılarlar. Böylece nöronların iletim hızını arttırırlar. Sadece Merkezi Sinir Sistemi'nde bulunurlar.

Oligodendrisitler temsili olarak şu şekilde gösterilirler:

Gerçekte ise görüntüleri şöyledir (boyama tekniği kullanılmıştır):

Epindimal Hücreler: Beyinde bulunan iç boşlukları, yani ventrikülleri örterler, duvar yapısını oluştururlar. Daha sonra, bu beyin ve omurilik içi boşlukları dolduran beyin-omurilik sıvısı (BOS) dediğimiz sıvıyı salgılamakla yükümlü koroid pleksus adı verilen yapıyla Merkezi Sinir Sistemi arasındaki ilişkiyi sağlarlar. Sinir sisteminin kök hücreleri olarak görülürler ve Kan-Beyin-Bariyeri'nin oluşumuna katılırlar (buna ileride değinilecektir).Sadece Merkezi Sinir Sistemi'nde bulunurlar.

Beyinde bulunan yüzlerce epindimal hücre şu şekilde görülür:

Radyal Gliyalar: Nörogenez, yani sinir üretiminin başlangıcında görülen gliya tipidir. Diğer sinir hücrelerine göre farklılaşmaları çok daha sınırlı olmaktadır. Beynin ve sinir sisteminin gelişimi sırasında farklılaşan sinir hücrelerinin yerlerine taşınmasında görev alırlar. Yetişkin bir sinir sisteminde ise sadece beyincikte ve gözümüzde bulunan retina tabakasında bulunurlar. Beynin plastisite gibi değişken özelliklerini düzenler ve onlara katkı sağlarlar. 

Göç eden nöronlara destek olan radyal gliyalara dair temsili bir görsel aşağıda verilmiştir:

Boyama teknikleri altında radyal gliyalar şu şekilde görülürler:

Schwann Hücreleri: Diğer sinir hücrelerinin aksine sadece Çevresel Sinir Sistemi'nde bulunurlar, Merkezi Sinir Sistemi'nde görev almazlar. Oligodendrisitleri'in MSS'de yaptığı işi ÇSS'de gerçekleştirirler. Aksonları sararak miyelin kılıfı üretirler. Ayrıca nöronların büyümesi sırasında ortaya çıkan artık maddeleri temizlemekle görevlidirler.

Aşağıdaki temsili görselde görülen pembe yapı Schwann hücresidir:

Bu hücre, aşağıya doğru 100 kadar miyelin tabakası salgılar. Mikroskop altında nöronlar etrafında boyanmış Schwann hücreleri şu şekilde görülür:

Uydu Hücreler: Duyusal, simpatik ve parasimptik sistemlerde (bunlara ileride girilecektir) nöronları sararlar. Oldukça küçük hücrelerdir. Nöronun dış kimyasal ortamını düzenleyici görevleri vardır. Hasara ve iltihaplanmaya karşı aşırı hassastırlar ve hemen müdahale ederler. Sadece Çevresel Sinir Sistemi'nde bulunurlar.

Aşağıda duyusal sinir hücrelerinin etrafında bulunan uydu hücreleri (satellite cells) görülmektedir:

Enterik Gliyalar: Sindirim sistemi için çalışan nöronların oluşturduğu öbeklerde bulunurlar. İç dengenin sağlanması konusunda önemli görevleri vardır. Sadece Çevresel Sinir Sistemi'nde bulunurlar.

Enterik gliyaların Nature dergisindeki bir araştırmada yayınlanan temsili çizimleri şöyledir:

Gerçekte ise şöyle görülürler:

Görüldüğü üzere sinir sistemi oldukça özelleşmiş bir sistemdir. Son derece hassas çalışır; ancak son derece sıklıkla hata yapmaktadır. Bu hatalara ve evrimsel sorunlara ileride değineceğiz. Buraya kadar sizlere sinir sistemini oluşturan hücrelerin tiplerini tanıtmaya çalıştık. Bir sonraki yazımız, biraz daha teknik olacak olmakla beraber, sinir sisteminin embriyolojik gelişimine değinecektir. Böylece bir yavruda sinir sisteminin nasıl gelişeceğini öğreneceğiz.