Vücut, kasların ve organların beyin ile bağlantı kurabilmesi için sinirler içerir. Bu sinir ağı, dünyadaki bütün evlerin birbirleriyle bağlantı kurabilmesini sağlayan telefon ağlarına benzetilebilir. Elinizi hareket ettirmek istediğinizde beyniniz sinirler aracılığıyla elinize sinyal gönderir ve sinirlerle gelen sinyal, kasları kasılmaya teşvik eder. Fakat sinirler basit bir şekilde ele hareket etmesini söylemez. Bunun yerine sinirler, ellerdeki farklı kaslara çok sayıda elektrik sinyali (buna aksiyon potansiyeli denir) gönderir ve elin hareket etmesi sağlanır.

Nöronlar; vücudun tüm bölgeleri arasında bilgi taşımak üzere özelleşmiş hücrelerdir. Nöronlar da diğer hücrelere benzer şekilde, nükleus ve organeller içerir. Ancak, aksiyon potansiyelini transfer edebilmek için bunlara ek özellikler taşırlar. Hücre gövdesinin çevresinde dendrit adı verilen uzantılar, radyo anteni gibi komşu nöronlardan sinyal alır. Hücre gövdesine bağlı en uzun uzantı olan akson, sinyali bir telefon kablosu gibi daha uzak mesafeye iletebilir. Aksonun uç kısmı, sinyali diğer nöronun dendritlerine ya da dokulara iletir. Aksonun çevresini saran miyelin kılıf, akson boyunca sinyal iletimini hızlandırır.

Konsantrasyon Gradienti

Konsantrasyon gradienti, aksiyon potansiyelinin nasıl çalıştığının ardındaki anahtardır. Aksiyon potansiyeli; nöron içindeki ve dışındaki iyon konsantrasyonu farkı olan konsantrasyon gradientidir. Pozitif ya da negatif iyonların konsantrasyonları hücre dışında, hücre içine göre daha fazla miktardaysa büyük bir konsantrasyon gradienti oluşur.

Dinlenme Zar Potansiyeli

Nöronlar çoğunlukla negatif konsantrasyon gradientine sahiptir ve bu da pozitif yüklü iyonların hücrenin dışında olduğu anlamına gelir. Bu negatif konsantrasyon gradient fazı, dinlenme zar potansiyeli olarak adlandırılır. Dinlenme zar potansiyeli sırasında, nöronun dışında sodyum iyonları hücre içine kıyasla daha fazladır. Potasyum iyonları oranı ise, nöronun içerisinde daha fazladır.

İyon konsantrasyonu sabit kalmaz. İyonlar sürekli olarak hücre içerisine ve dışarısına akarak konsantrasyonlarını eşitlemeye çalışır. Hücreler genellikle negatif konsantrasyon gradientine sahiptir (-40 ve -90 milivolt arasında). Bunun nedeni:

1) Nöronun zarı potasyum iyonlarına karşı süper geçirgendir ve fazla miktarda potasyum iyonu zardaki potasyum kanalları aracılığıyla hücre dışına sızar.
2) Nöronların zarı, sodyum iyonlarına kısmen geçirgendir. Bu nedenle sodyum iyonları, sodyum kanalları aracılığıyla yavaş bir şekilde nöronların içine girer.
3) Hücre negatif dinlenme zar potansiyelini sürdürmek ister. Bunun için; potasyumu hücre içerisine pompalar ve aynı zamanda sodyumu hücre dışına pompalar.

Aksiyon Potansiyeli Nasıl Çalışır?

Aksiyon potansiyeli (vücutta sinyali ileten elektrik impulsları), iyonların aniden hücreden içeri ve dışarı akmasıyla nöron zar potansiyelinde oluşan geçici değişimdir (negatiften pozitife). Aksiyon potansiyeli ortaya çıkmadan önce dinlenme aşamasında, tüm sodyum ve potasyum geçiş kanalları kapalıdır. Bu geçiş kanalları iyonların aktığı kanallardan farklıdır ve sadece aksiyon potansiyeli tetiklendiğinde açılır. Bu kanallar voltaja bağımlıdır ve hücre zarındaki voltaj farklılığına bağlı olarak açılır ve kapanırlar. Voltaja bağımlı sodyum kanallarının iki geçişi (geçit m ve geçit h) vardır. Potasyum kanalının ise tek bir geçidi vardır (geçit n).

Geçit m (aktivasyon geçidi) normal koşullarda kapalıdır ve hücrenin içerisinde pozitif iyonlar arttığında açılır. Geçit h (deaktivasyon geçidi) normal koşullarda açıktır ve hücrede pozitif iyonlar arttığında kapanır. Geçit n ise normal koşullarda kapalıdır ve hücre pozitif olduğunda yavaşça açılır.

Voltaja bağımlı sodyum kanalları üç durumda bulunur:
1) Kapalı: Geçit m kapalı olur ve sodyum iyonlarının çıkışına izin vermez.
2) Açık: Zardaki voltaj farklılıkları nedeniyle geçit m açılır.
3) İnaktifleşmiş: nöron depolarize (hücre içinde ve dışında iyon konsantrasyonu eşitlenir) olur ve geçit h kapanır, sodyum iyonlarının hücre içerisine girmesini bloklar.

Voltaja bağımlı potasyum kanalları ise açık ya da kapalı olur.

Aksiyon potansiyeli sırasında dört ana olay meydana gelir. Bu olaylar:

1) Tetikleyici bir olay, hücre gövdesini depolarize eder. Bu sinyal nöronla bağlantılı başka hücrelerden gelir ve bu sinyal pozitif yüklü iyonların hücre içine akmasına neden olur. Nörotransmitter olarak adlandırılan özel kimyasalların kanallara bağlanıp, kanalların açılmasını sağlamasıyla pozitif yüklü iyonlar kanallardan geçer. Nörotransmitterler hücreler tarafından dendritlere yakın bir bölgeden salınır ve böylece hücre kendi aksiyon potansiyelini üretir. Bu gelen iyonlar zar potansiyelini 0’a yaklaştırır ve bu depolarizasyon olarak bilinir. Negatif bir hücreye pozitif yüklü iyonlar geldiğinde hücre polaritesi düşer. Eğer hücre gövdesi aksonda bulunan voltaja bağlı sodyum kanallarını tetikleyecek kadar pozitif olursa, aksiyon potansiyeli meydana gelir.
2) Depolarizasyon, hücre daha az polar olur (iyonlar konsantrasyon gradientlerini eşitlemeye başlarken, zar potansiyeli düşer. Aksonda bulunan voltaja bağımlı sodyum kanalları, hücre gövdesini aktifleştirmek için gövdeye yakındır. Bu da pozitif yüklü sodyum iyonlarının, negatif yüklü aksona akmasına neden olur ve bu da aksonu depolarize eder. Kanalların, domino taşı etkisi gibi açıldıklarını düşünebiliriz. Bir kanal açıldığında ve pozitif yüklü iyonları içeri aldığında akson üzerinde bulunan diğer kanallar da aynı şeyi yapar. Bu aşama depolarizasyon olarak bilinir ve aksiyon potansiyeli geçerken nöron negatif yüklenir.
3) Repolarizasyon, hücrenin dinleme potansiyeline geri dönmesidir. Sodyum kanalları kapandığında hücre içerisine pozitif yüklü iyonların akışı durur. Aynı zamanda potasyum kanalları açılır. Böylece daha fazla potasyum hücrenin içerisine akar ve kanallar açıldığında daha fazla potasyum hücre içerisine gelir. Bu sayede hücre, dinlenme fazına geri döner.
4) Hiperpolarizasyon: Hücre bu aşamada tipik dinlenme zar potansiyelinden daha negatif olur. Aksiyon potansiyeli geçerken, potasyum kanalları biraz daha açık kalır ve pozitif iyonların nörondan dışarı çıkmasına devam etmesini sağlar. Bu da hücrenin geçici olarak hiperpolarize olmasına ya da dinlenme fazından daha fazla negatif yüklü olmasına neden olur. Potasyum kanalları kapandığında, sodyum potasyum pompaları dinlenme fazını yeniden sürdürür.

Refrakter Periyot

Aksiyon potansiyeli “ya hep ya hiç” prensibine göre çalışır. Bu da aksiyon potansiyelinin ya tetiklendiği ya da hiç olmadığı anlamına gelir. Bütün nöronlar her zaman aynı büyüklükte aksiyon potansiyeli gönderir. Bu durumda bazı bilgilerin daha önemli olduğunu nasıl bilebiliriz? Bu sorunun cevabı aksiyon potansiyelinin nasıl gönderildiğinde yani aksiyon potansiyeli frekansında gizlidir.
Beyin uyarıldığında, çok fazla sinyal gönderir. Bu sinyal ne kadar hızlı gönderilirse, orijinal uyaran da o kadar güçlüdür. Sinyal ne kadar güçlüyse, aksiyon potansiyelinin frekansı da o kadar yüksektir. Bir nöronun aksiyon potansiyeli gönderebileceği maksimum frekans refrakter periyot tarafından belirlenir.

Absolute refrakter periyot: Bu aşamada başka bir aksiyon potansiyeli göndermek imkansızdır. Sodyum kanallarının inaktivasyonu (h geçitleri) daha fazla sodyumun kanallardan geçmesini önler. Sodyum olmayınca depolarizasyon olmaz ve bu da aksiyon potansiyelinin olmayacağı anlamına gelir. Absolute refrakter periyotları, aksiyon potansiyelinin aksona iletilmesine yardım eder. Çünkü sadece aksondaki kanallar açılır ve depolarizasyona izin verir.

Rölatif refrakter periyot: Bu sırada aksiyon potansiyeli göndermek çok zordur. Bu periyot, absolute refrater periyodundan sonra gelir ve geçit h tekrar açılır. Buna rağmen, aksiyon potansiyelini gönderdikten sonra hücre hala hiperpolarizedir. Bunun sonucunda normalden daha fazla pozitif iyon depolarizasyona ulaşır. Bu da başlangıç tetikleyicisinin, daha fazla aksiyon potansiyeli gönderebilmesi için normalden güçlü olması gerektiği anlamına gelir. Rölatif refrakter periyodu bir uyaranın ne kadar yoğun olduğu konusunda bize yardım edebilir. Örneğin; retinadaki hücreler parlak ışıkta, loş ışığa kıyasla daha fazla sinyal gönderirler çünkü uyaran daha güçlüdür.
Refrakter periyotları nörona, akson ucunda bulunan nörotransmitter paketini doldurmak için gerekli zamanı verir. Böylece bu periyottan sonra aynı hücreden tekrar sinyal iletilebilir.

Kaynakça:
https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/organ-systems/neuron-membrane-potentials/a/neuron-action-potentials-the-creation-of-a-brain-signal

Yazar: Ayça Olcay

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here