Substantia nigra

Substantia nigra (SN) ya da Kara madde, orta beyinde yer alan ve ödül ve harekette önemli rol oynayan bir nucleus 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.

 Yapısı ve yerleşimi 
küçükresim|Bazal gangliaların koronal kesitleri.
Bazal ganglionların bir parçası olmasına rağmen, SN bir ganglion değil, aynı işe veya bağlantılara sahip hücrelerden oluşan bir tür çekirdektir.

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.Kita H, Jaeger D (2016). "Organization of the Globus Pallidus". Handbook of Basal Ganglia Structure and Function, Second Edition. Handbook of Behavioral Neuroscience. Vol. 24. pp. 259–276. doi:10.1016/B978-0-12-802206-1.00013-1. ISBN 9780128022061.

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

 Pars Reticulata 
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.

 Afferent bağlantılar 
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.Nauta HJ, Cole M (July 1978). "Efferent projections of the subthalamic nucleus: an autoradiographic study in monkey and cat". The Journal of Comparative Neurology. 180 (1): 1–16. doi:10.1002/cne.901800102. PMID 418083. S2CID 43046462. 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.

 Efferent bağlantılar 
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.Deniau JM, Kitai ST, Donoghue JP, Grofova I (1982). "Neuronal interactions in the substantia nigra pars reticulata through axon collaterals of the projection neurons. An electrophysiological and morphological study". Experimental Brain Research. 47 (1): 105–13. doi:10.1007/BF00235891. PMID 6288427. S2CID 20289802.

 Fonksiyonu 
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.Nicola SM, Surmeier J, Malenka RC (2000). "Dopaminergic modulation of neuronal excitability in the striatum and nucleus accumbens". Annual Review of Neuroscience. 23: 185–215. doi:10.1146/annurev.neuro.23.1.185. PMID 10845063. Substantia Nigra elektriksel olarak uyarıldığında hareket oluşmaz, ancak parkinsona bağlı nigral dejenerasyon SN'in hareket üzerindeki keskin örneklerinden biridir.

 Pars Retikülata 
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.Sato M, Hikosaka O (March 2002). "Role of primate substantia nigra pars reticulata in reward-oriented saccadic eye movement". The Journal of Neuroscience. 22 (6): 2363–73. doi:10.1523/JNEUROSCI.22-06-02363.2002. PMC 6758246. PMID 11896175. 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.Zahr NM, Martin LP, Waszczak BL (November 2004). "Subthalamic nucleus lesions alter basal and dopamine agonist stimulated electrophysiological output from the rat basal ganglia". Synapse. 54 (2): 119–28. doi:10.1002/syn.20064. PMID 15352137. S2CID 10239473. Pars Reticulata'dan bir grup GABAerjik nöron, yüksek düzeyde sürekli inhibitör aktivite sergileyerek süperior colliculusa uzanır.Hikosaka O, Wurtz RH (May 1983). "Visual and oculomotor functions of monkey substantia nigra pars reticulata. III. Memory-contingent visual and saccade responses". Journal of Neurophysiology. 49 (5): 1268–84. doi:10.1152/jn.1983.49.5.1268. PMID 6864250. 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.Deransart C, Hellwig B, Heupel-Reuter M, Léger JF, Heck D, Lücking CH (December 2003). "Single-unit analysis of substantia nigra pars reticulata neurons in freely behaving rats with genetic absence epilepsy". Epilepsia. 44 (12): 1513–20. doi:10.1111/j.0013-9580.2003.26603.x. PMID 14636321. S2CID 6661257.

 Pars Kompakta 
En önemli görevi direkt olmayan yolak ile olduğu halde motor kontroldür.Hodge GK, Butcher LL (August 1980). "Pars compacta of the substantia nigra modulates motor activity but is not involved importantly in regulating food and water intake". Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology. 313 (1): 51–67. doi:10.1007/BF00505805. PMID 7207636. S2CID 24642979. 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.Pioli EY, Meissner W, Sohr R, Gross CE, Bezard E, Bioulac BH (June 2008). "Differential behavioral effects of partial bilateral lesions of ventral tegmental area or substantia nigra pars compacta in rats". Neuroscience. 153 (4): 1213–24. doi:10.1016/j.neuroscience.2008.01.084. PMID 18455318. S2CID 11239586.

Öğrenilmiş yanıtların ortaya çıkmasında rol sahibidir. Primatlarda, yeni bir uyaran sunulduğunda nigrostriatal yolda dopaminerjik nöron aktivitesi artar.Ljungberg T, Apicella P, Schultz W (January 1992). "Responses of monkey dopamine neurons during learning of behavioral reactions". Journal of Neurophysiology. 67 (1): 145–63. doi:10.1152/jn.1992.67.1.145. PMID 1552316. S2CID 18024404. Tekrarlanan uyaranlarla dopaminerjik aktivite azalır.Ljungberg T, Apicella P, Schultz W (January 1992). "Responses of monkey dopamine neurons during learning of behavioral reactions". Journal of Neurophysiology. 67 (1): 145–63. doi:10.1152/jn.1992.67.1.145. PMID 1552316. S2CID 18024404. 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.Da Cunha C, Silva MH, Wietzikoski S, Wietzikoski EC, Ferro MM, Kouzmine I, Canteras NS (December 2006). "Place learning strategy of substantia nigra pars compacta-lesioned rats". Behavioral Neuroscience. 120 (6): 1279–84. doi:10.1037/0735-7044.120.6.1279. PMID 17201473. Pars compacta zamansal işlemede rol oynar.Matell MS, Meck WH (January 2000). "Neuropsychological mechanisms of interval timing behavior". BioEssays. 22 (1): 94–103. doi:10.1002/(SICI)1521-1878(200001)22:1<94::AID-BIES14>3.0.CO;2-E. PMID 10649295.

 Kimyasal Manipülasyonu 

 Amfetamin 
Bazı beyin bölgelerinde, amfetamin ve iz aminler sinaptik boşluktaki dopamin konsantrasyonlarını arttırır, böylece post-sinaptik nöronun tepkisini yükseltir.Miller GM (January 2011). "The emerging role of trace amine-associated receptor 1 in the functional regulation of monoamine transporters and dopaminergic activity". Journal of Neurochemistry. 116 (2): 164–76. doi:10.1111/j.1471-4159.2010.07109.x. PMC 3005101. PMID 21073468. Amfetamin, yapı olarak dopamine benzer; presinaptik nörona DAT (dopamin taşıyıcısı) yoluyla girebileceği gibi doğrudan nöral membrandan difüze olarak da girebilir.Miller GM (January 2011). "The emerging role of trace amine-associated receptor 1 in the functional regulation of monoamine transporters and dopaminergic activity". Journal of Neurochemistry. 116 (2): 164–76. doi:10.1111/j.1471-4159.2010.07109.x. PMC 3005101. PMID 21073468."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.Maguire JJ, Parker WA, Foord SM, Bonner TI, Neubig RR, Davenport AP (March 2009). "International Union of Pharmacology. LXXII. Recommendations for trace amine receptor nomenclature". Pharmacological Reviews. 61 (1): 1–8. doi:10.1124/pr.109.001107. PMC 2830119. PMID 19325074. Amfetamin, veziküler Monoamin Transporter-2 ile de girebilir. Amfetamin VMAT2 tarafından alındığında, vezikül dopamin moleküllerini değiş tokuş ederek sitozole salar.Eiden LE, Weihe E (January 2011). "VMAT2: a dynamic regulator of brain monoaminergic neuronal function interacting with drugs of abuse". Annals of the New York Academy of Sciences. 1216 (1): 86–98. Bibcode:2011NYASA1216...86E. doi:10.1111/j.1749-6632.2010.05906.x. PMC 4183197. PMID 21272013.

 Kokain 
Dopamin geri alımını inhibe eder.Heikkila RE, Cabbat FS, Duvoisin RC (1979). "Motor activity and rotational behavior after analogs of cocaine: correlation with dopamine uptake blockade". Communications in Psychopharmacology. 3 (5): 285–90. PMID 575770. Ventral Tegmental alanda daha aktiftir. SN'de metabolizmayı arttırır.Lakoski JM, Galloway MP, White FJ (1991). Cocaine. Telford Press. ISBN 978-0-8493-8813-2. DAT proteinini bağlayarak dopamin geri alınımını engeller. Substantia nigra'nın etkisizleştirilmesi, kokain bağımlılığı için olası bir tedavi olabilir.See RE, Elliott JC, Feltenstein MW (October 2007). "The role of dorsal vs ventral striatal pathways in cocaine-seeking behavior after prolonged abstinence in rats". Psychopharmacology. 194 (3): 321–31. doi:10.1007/s00213-007-0850-8. PMID 17589830. S2CID 12652533.

 Levadopa(L-DOPA) 
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.Cheng N, Maeda T, Kume T, Kaneko S, Kochiyama H, Akaike A, Goshima Y, Misu Y (December 1996). "Differential neurotoxicity induced by L-DOPA and dopamine in cultured striatal neurons". Brain Research. 743 (1–2): 278–83. doi:10.1016/S0006-8993(96)01056-6. PMID 9017256. S2CID 22529926.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.

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

 Şizofreni 
Dopamin seviyesinin azalması Parkinson hastalığına neden olurken, beyindeki dopamin seviyesinin artması şizofreni ile sonuçlanabilir. Bu nedenle şizofreni ve benzeri psikotik bozuklukların tedavisinde dopamin antagonistleri kullanılmaktadır.Substantia nigra'nın rol aldığı diğer klinik klinik tablolar şöyledir';

 Alzheimer hastalığı,
 Beyin tümörü,
 Sarsıntı ve diğer travmatik beyin yaralanmaları,
 Trikloroetilen (TCE) gibi zehirler veya toksinler,
 Enfeksiyonlar (ensefalite neden olanlar dahil),
 Lupus gibi enflamatuar veya otoimmün durumlar,
 Huntington hastalığı,
 Lewy vücut demansı,
 Çoklu sistem atrofisi,
 Parkinson hastalığı,
 İlerleyici supranüklear felç,
 Felç,
 Wilson hastalığı.

 Kaynakça 

Kategori:Orta beyin