Bir reseptör tarafından algılanan ışık, sıcaklık, basınç gibi herhangi bir etmene uyarı, uyarıların sinir hücrelerinde oluşturduğu elektriksel ve kimyasal değişikliklere de impuls adı verilir.
Diğer hücrelerde olduğu gibi sinir hücrelerinde de hücre zarının iki yüzeyi arasında bir elektrik yükü farkı bulunur. Bu durum zar potansiyeli olarak adlandırılır. Zar potansiyelinin ortaya çıkmasında potasyum (K+) ve sodyum (Na+) iyonlarının etkisi önem taşır. Hücre içindeki K+ derişimi hücre dışına göre fazla, hücre dışındaki Na+ derişimi ise hücre içine göre fazladır. Bu iki iyonun hücre içi ve dışı arasındaki derişim farklılığı, hücre zarında yer alan sodyum-potasyum pompalarının faaliyeti ile korunur. Sodyum-potasyum pompaları aktif taşıma yoluyla (ATP harcanarak) Na+ iyonlarını hücreden uzaklaştırmakta, K+ iyonlarını ise hücre içine taşımaktadır. Ayrıca Cl– iyonları ve diğer anyonlar için de derişim farklılıkları bulunur. Cl– hariç diğer anyonların (protein, amino asit, sülfat, fosfat vb.) hücre içindeki derişimi hücre dışına göre daha fazladır. Böylece hücre içinde negatif yük oluşur.
Sonuç olarak dinlenme halindeki bir sinir hücresinin dışı pozitif (+), içi negatif (-) yüklüdür. Bu duruma polarizasyon denir. İmpuls iletimi, hücre dışı ve hücre içi arasındaki bu yük dağılımının bozulmasıyla gerçekleşir. Sinir hücresi uyarılınca, uyarma noktasında, zarın Na+ iyonuna geçirgenliği artar. Na+ iyonu derişim farklılığına bağlı olarak hücre içine doğru difüzyonla girmeye başlar. Sonuç olarak o noktada polarizasyon tersine döner ve hücre içi, dışarıya göre pozitif olur. Bu duruma depolarizasyon denir. İlk uyarılan noktada meydana gelen zar potansiyeli değişikliği, komşu noktalardaki potansiyeli de değiştirir ve Na+ iyonları bu noktalarda da içeri hücum eder. Kısa bir süre sonra Na+ nın hücre içine akışı durdurulur. İlk uyarı noktasındaki zarın K+ iyonlarına karşı geçirgenliği artar ve hücre içinde derişimi fazla olan K+, hücre dışına çıkar. Bunun sonucunda hücre içi bir kere daha dışarıya göre negatif olur. Yük farkının bu şekilde yeniden dengelenmesine repolarizasyon adı verilir. Daha sonra sodyum-potasyum pompaları devreye girerek Na+ ve K+ iyonlarının derişimini impuls öncesindeki duruma getirir. Böylece nöron başka bir uyarıya tepki vermek için hazır hale gelmiş olur.
Dikkat: Bir nöronun zarı boyunca yayılan elektriksel sinyallere aksiyon potansiyeli denir.
Aksonun etrafını saran miyelin kılıf impuls iletimini hızlandırır. Miyelinli nöronlarda, iyon geçişleri sadece miyelin kılıfın kesintiye uğradığı yerler olan Ranvier boğumlarında olur. İmpulslar bir boğumdan bir sonraki boğuma atlayarak iletilir. Buna atlamalı iletim denir. Atlamalı iletimde impulslar, miyelinsiz nöronlara göre daha hızlı yol alır. Bu iletim şeklinde ayrıca impuls iletimi için daha az enerji harcanır.
Dikkat: Miyelin kılıfın dışında impuls iletim hızının artmasına neden olan faktörlerden birisi de aksonun çapıdır. Aksonun çapı ne kadar büyükse impuls iletim hızı o kadar yüksektir.
Nöronlarda her uyarı impuls oluşturmaz. Bir nöronda impuls oluşmasını sağlayan en düşük uyarı şiddetine eşik değeri (eşik şiddeti) denir. Eşik değerin altındaki uyarılar nöronda bir tepki oluşturmaz. Buna karşılık eşik değer ve eşik değerin üzerindeki uyarılar, maksimum tepkinin oluşmasına neden olur. Bir nöronun bu şekilde uyarılara ya hiç cevap vermeme ya da tüm gücüyle cevap verme şeklindeki tepkisine ya hep ya hiç prensibi denir.
Eşik değerin üzerindeki uyarılar impulsun şiddetini, hızını ve taşınma şeklini değiştirmez. Burada akla şöyle bir soru gelir. Uyarının şiddeti nasıl ayırt edilir? Bunun iki cevabı vardır. Birincisi, uyarı şiddeti arttıkça nöronda daha sık aralıklarla ve daha fazla sayıda impulsun oluşmasıdır. İkincisi, komşu nöronlar farklı eşik değerlere sahip olabileceğinden, uyarı şiddeti arttıkça, giderek daha fazla nöronun uyarılacak olmasıdır. Beyindeki duyu merkezleri hem gelen impulsların sıklığına ve sayısına hem de uyarılan nöron sayısına göre uyarının şiddetini algılayabilir. Örneğin beyin bir maddenin ılık ya da sıcak olduğunu bu şekilde belirler.
Dikkat: Sinir sistemine gelen uyarının çeşidi, uyarıyı alan duyu reseptörüne ve buna bağlı olarak da impulsun taşındığı yola göre belirlenir. Örneğin gözde ışığı, kulakta sesi algılayan reseptörler bulunur. Işığın gözdeki reseptörlerde (fotoreseptör) oluşturduğu uyartı, görme sinirleri ile beyindeki ilgili merkeze taşınır ve burada görüntü olarak algılanır. Ses dalgalarının kulak reseptörlerinde oluşturduğu uyartı ise işitme sinirleriyle beyindeki işitme merkezine iletilir ve böylece ses olarak algılanır.
SİNAPSLARDA İMPULS İLETİMİ
İmpulsun bir hücreden diğerine aktarılması sinapslar aracılığıyla olur. Bir nöronla diğer bir nöronun veya bir nöronla efektör organın iletişim kurduğu yere sinaps adı verilir. Bir nöronun aksonu, genelde diğer nöronların dendritleri ya da hücre gövdeleriyle sinaps yapar. Aksonun ucu çok sayıda dallanma yaptığı için bir tek nöron birçok başka nöronla sinaps yapabilir. Aksonun dallarından her biri, küçük şişkinliklerle sona erer. Bu yapılar sinaptik yumru (sinaptik uç) olarak adlandırılır. Bir nöronun sinaptik yumrusu ile diğer hücre arasındaki boşluğa sinaptik aralık adı verilir. Sinaptik yumruda birçok sinaptik kesecik ve bu kesecikler içinde de nörotransmitter adı verilen maddeler yer alır. Nörotransmitterler sinapslarda kimyasal iletiyi sağlayan moleküllerdir. Asetilkolin, adrenalin, noradrenalin, dopamin, serotonin, histamin, glutamat ve glisin bazı nörotransmitter örnekleridir. Bir nöronda impuls sinaptik yumruya ulaşınca, nörotransmitter maddeler ekzositoz yoluyla sinaptik aralığa dökülür. Bu maddeler difüzyonla ilerleyip komşu hücrenin zarında bulunan reseptörlere bağlanınca, o hücrenin zarında potansiyel bir değişiklik ortaya çıkar. Bu değişiklik sonucu eğer komşu hücre nöron ise impuls, efektöre ait hücre ise tepki oluşur. Nörotransmitter maddeler görevini yaptıktan sonra değişik mekanizmalarla sinaps aralığından temizlenir. Böylece ortam yeni bir iletime hazır hale gelmiş olur.
Sinir hücrelerinde oluşan impulslar her sinapstan geçemez. Bazı sinapslar impulsun geçişini sağlarken bazıları engeller. Böylece oluşan her impulsun vücuttaki tüm tepki organlarını uyarması önlenmiş olur. İmpulsun geçişine olanak sağlayanlara kolaylaştırıcı sinaps, impulsun geçişini engelleyenlere durdurucu sinaps denir. Kolaylaştırıcı sinapslarda akson ucundan salgılanan nörotransmitter maddeler komşu hücrenin zarında depolarizasyona neden olur. Böylece impuls diğer hücreye iletilir. Durdurucu sinapslarda ise nörotransmitter madde komşu hücre zarının polarizasyonunu artırarak impuls iletimini engeller.
Dikkat: Sinapslardaki iletim, impulsun nöron boyunca iletiminden daha yavaştır. Genel olarak bir sinir yolunda ne kadar çok sinaps varsa, yol boyunca ortalama iletim hızı o kadar yavaş olur.
