Substantia nigra

Substantia nigra (SN) ya da Kara madde, orta beyinde yer alan ve ödül ve harekette önemli rol oynayan bir bazal gangliyon yapısıdır. Substantia nigra Latince "siyah madde" anlamına gelir ve dopaminerjik nöronlardaki yüksek nöromelanin seviyeleri nedeniyle substantia nigra bölgesi komşu alanlardan daha koyu görünür. Substantia nigra'dan putamen'e uzanan bağlantılara nigrostriatal yolak adı verilir. Bu yolak Parkinson hastalığı'nda görülen hareket bozukluklarında önemli rol oynar. Ayrıca pars kompakta denilen bölümündeki dopaminerjik nöron kaybı da Parkinson hastalığına önder olur. Dopaminerjik yolaklar teşkil etmesi açısından önemli bir ruhsal ve bilişsel kontrol yapısıdır.

Beynin büyük bir kısmı pembemsi gri renkte görünmesine olmasına rağmen SN, yapısında bulunan hücrelerin melanin içeriği nedeniyle çok daha koyudur; bu nedenle 'kara madde' denilmektedir. "Pars Kompakta" ve "Pars Reticulata" isimli iki bölümden meydana gelmektedir. Pars Kompakta, corpus striatuma dopamin sağlar. Pars Reticulata ise bazal gangliyonlardan gelen sinyalleri diğer beyin yapılarına iletir. Pars Kompakta, Pars Reticulata'ya medial olarak uzanır. Pars Lateralis isimli parçanın varlığı tartışmalı olup bu parça genellikle Pars Reticulata'nın bir bölümü olarak sayılır. Pars Reticulata ve Globus Pallidus birbirinden iç kapsülle ayrılır.

Bir golf topu büyüklüğünde olup beyin sapının hemen üzerinde, kafatasının boyunla birleşip omuriliğe bağlandığı noktada, orta beyinin merkezinde yer almaktadır. Orta beyindeki en büyük çekirdektir ve serebral pedinküle dorsal olarak uzanır. İnsanlarda birbirine simetrik olan iki tane SN vardır.

Globus Pallidus'un iç kısmı ile yapısal ve işlevsel benzerlikler taşımaktadır. Bu yüzden bazen bir iç kapsülle ayrılmış tek bir yapının farklı bölümleri olarak da sınıflandırılır. Burada bulunan nöronlar çoğunlukla GABAerjik nöronlardır.

Pars Reticulataya bilgi girdisi, corpus striatum tarafından olur. Bilgi direkt ve direkt olmayan olmak üzere iki farklı yoldan gelir. Direkt yolda bilgi, corpus striatumdaki dikenli hücrelerin PR'ye çıkıntı yapan aksonları tarafından gelir. Direkt olmayan yolda üç bağlantı bulunur: striatal orta dikenli hücrelerin globus pallidus'un dış kısmına uzanması, globus pallidus'dan subtalamik nükleusa GABAerjik bir projeksiyon ve subtalamik nükleustan PR'ye glutamaterjik projeksiyon. Bu sayede,direkt yolak ile PR nöronları üzerinde inhibitör bir etki sağlanırken; direkt olmayan yol ile uyarıcı etki sağlanır. Direkt ve direkt olmayan etki, striatal orta dikenli hücrelerin farklı alt kümelerinden kaynaklanır. Bu kümeler sıkıca karışık olsalar da farklı tipte dopamin reseptörleri barındırırlar.

Pars Reticulata'dan GABA nörotransmitteri vasıtasıyla talamusa, superior collicusa ve diğer kaudal nükleuslara önemli projeksiyonlar olur. Ayrıca bu nöronlar hem PR hem de PK içinde dallanan ve muhtemelen PK'deki dopaminerjik aktiviteyi modüle eden dallanmalar oluştururlar.

Göz hareketleri, motor planlama, bağımlılık öğrenme ve ödül davranışlarında önemli görevleri vardır. Etkilerine Corpus Striatum eşlik etmektedir. Nigrostrial yolak vasıtasıyla corpus striatuma nigral dopaminerjik bilgi girişi striatumun fonksiyonuyla yakından ilgililerdir. Substantia Nigra elektriksel olarak uyarıldığında hareket oluşmaz, ancak parkinsona bağlı nigral dejenerasyon SN'in hareket üzerindeki keskin örneklerinden biridir.

Bazal gangliyondaki önemli işleme merkezlerindendir. Buradaki GABAerjik nöronlar bazal gangliyondaki son işlenmiş bilgiyi talamus ve superior collicusa iletir. Akson dallanmalarıyla Pars Kompaktadaki dopaminerjik aktiviteyi inhibe eder. Buradaki GABAerjik reseptörler spontane olarak aksiyon potansiyeli üretir. Bu spontane aksiyon potansiyellerinin amacı, bazal ganglionların hedeflerini inhibe etmektir ve inhibisyondaki azalmalar hareketle ilişkilidir. Subtalamik çekirdek, bu spontane aksiyon potansiyellerinin üretilme oranını düzenleyen uyarımlar verir. Bununla birlikte, subtalamik çekirdeğin iltihaplanmasında, pars retikulata aksiyon potansiyeli üretme hızında yalnızca %20'lik bir azalmaya yol açar, bu da pars retikulata'da aksiyon potansiyellerinin oluşumunun büyük ölçüde otonom olduğunu düşündürmektedir. Pars Reticulata'dan bir grup GABAerjik nöron, yüksek düzeyde sürekli inhibitör aktivite sergileyerek süperior colliculusa uzanır. Nükleus Caudatus'dan süperior colliculus'a olan uzantılar da sakkadik göz hareketini düzenler. Parkinson hastalığında ve Epilepside, bu aksiyon potansiyeli üretme sisteminde problemler olduğu saptanmıştır.

En önemli görevi direkt olmayan yolak ile olduğu halde motor kontroldür. Pars Kompakta D1 yolağı vasıtasıyla Corpus Striatum a uyarıcı sinyaller gönderir ve globus palludus üzerine, talamus üzerindeki inhibitör etkiyi kaldırması için GABA salınımına sebep olur. Bu talamokortikal yolağı aktive eder ve motor nöron sinyallerini serebral kortekse taşıyarak hareketi başlatır. Parkinson hastalarında bu gerçekleşmez.

Öğrenilmiş yanıtların ortaya çıkmasında rol sahibidir. Primatlarda, yeni bir uyaran sunulduğunda nigrostriatal yolda dopaminerjik nöron aktivitesi artar. Tekrarlanan uyaranlarla dopaminerjik aktivite azalır. Bununla birlikte, davranışsal olarak önemli uyaran sunumu (yani ödüller), substantia nigra pars compacta'daki dopaminerjik nöronları aktive etmeye devam eder. Ventral Tegmental Bölgeden prefrontal kortekse ve nucleus accumbens'e giden dopaminerjik uzantılar; ödül, zevk ve bağımlılıkta etkindir. Pars compacta, uzamsal öğrenmede, kişinin çevresi ve uzaydaki konumu hakkındaki gözlemlerinde de önemlidir. Pars compacta'daki iltihaplar, aynı hareketleri tekrar etmede öğrenme bozukluklarına yol açar. Pars compacta zamansal işlemede rol oynar.

Bazı beyin bölgelerinde, amfetamin ve iz aminler sinaptik boşluktaki dopamin konsantrasyonlarını arttırır, böylece post-sinaptik nöronun tepkisini yükseltir. Amfetamin, yapı olarak dopamine benzer; presinaptik nörona DAT (dopamin taşıyıcısı) yoluyla girebileceği gibi doğrudan nöral membrandan difüze olarak da girebilir."Amphetamine". DrugBank. University of Alberta. 8 February 2013. Retrieved 13 October 2013. Presinaptik nörona girdikten sonra TAAR1 isimli reseptöre bağlanır. Sonra da dopamin protein kinaz vasıtasıyla sinaptik boşluğa çıkar. Amfetamin bir monoamin taşıyıcısı substratı olduğu için dopaminin geri alımını yarışmacı bir şekilde engeller. Amfetamin, veziküler Monoamin Transporter-2 ile de girebilir. Amfetamin VMAT2 tarafından alındığında, vezikül dopamin moleküllerini değiş tokuş ederek sitozole salar.

Dopamin geri alımını inhibe eder. Ventral Tegmental alanda daha aktiftir. SN'de metabolizmayı arttırır. DAT proteinini bağlayarak dopamin geri alınımını engeller. Substantia nigra'nın etkisizleştirilmesi, kokain bağımlılığı için olası bir tedavi olabilir.

Substantia nigra, Parkinson hastalığının tedavisi için kimyasal terapötiklerin hedeflediği bölgedir. Dopamin öncüsü olan L-DOPA, Parkinson hastalığı için en sık reçete edilen ilaçtır. İlaç, zamanla etkinliğini kaybetmesine rağmen özellikle Parkinson hastalığının erken evrelerindeki hastaların tedavisinde etkilidir.Rascol O, Payoux P, Ory F, Ferreira JJ, Brefel-Courbon C, Montastruc JL (2003). "Limitations of current Parkinson's disease therapy". Annals of Neurology. 53 Suppl 3: S3–12, discussion S12–5. doi:10.1002/ana.10513. PMID 12666094. S2CID 45078589. Levodopa kan-beyin bariyerini geçebilir ve Substantia Nigra'daki dopamin düzeylerini yükselterek Parkinson hastalığının semptomlarını hafifletebilir. Bu ilaç SN'deki dopaminerjik nöronların dejenere olmasını engellemez, ortamda dopamin oluşmasını sağlayarak tedavi etmeye çalışır.

Parkinson hastalığında, SN'da, özellikle pars kompaktada nöron dejenerasyonu görülür ve bu dejenerasyon korpus striatumda dopamin salınımının azalmasına sebep olarak striatumdaki dopamin reseptörlerinin aşırı duyarlılığına yol açar.