Neironu sinapses: uzbūve un darbība

Elektriskajā sinapsē abu šūnu membrānas ir cieši savienotas ar olbaltumvielu caurulītēm, kuras sauc par savienojuma kanāliem. Jonu strāva no vienas šūnas tieši ieplūst otrā, tāpēc kavēšanās praktiski nav un signāls var iet abos virzienos. Cilvēkā tādas atrodamas sirds muskulī, gludajā muskulatūrā un atsevišķās vietās smadzenēs, kur nepieciešama liela šūnu grupas saskaņotība.

Ķīmiskajā sinapsē šūnas nesaskaras. Starp tām ir šaura sprauga, un signāls pāriet ar neirotransmitera palīdzību. Tas prasa nelielu laiku, bet dod milzīgu ieguvumu regulācijas ziņā.

Signāla pārnešana ķīmiskajā sinapsē ir precīza notikumu virkne, kuru sāk darbības potenciāls, kas pa aksonu pienāk līdz gala paplašinājumam. Katrs solis ir atsevišķs iejaukšanās punkts zālēm un indēm.

Būtiskākā vieta visā ķēdē ir kalcijs. Bez kalcija ieplūšanas presinaptiskajā galā pūslīši nesaplūst ar membrānu un neirotransmiters netiek izdalīts, lai cik spēcīgs būtu elektriskais signāls.

1. Darbības potenciāls sasniedz aksona gala paplašinājumu.
2. Atveras sprieguma vadītie kalcija kanāli, un kalcijs ieplūst šūnā.
3. Neirotransmitera pūslīši saplūst ar presinaptisko membrānu un izlej saturu spraugā.
4. Neirotransmiters piesaistās postsinaptiskajiem receptoriem.
5. Postsinaptiskajā membrānā mainās jonu caurlaidība un rodas vietēja potenciāla svārstība.
6. Neirotransmiters tiek noārdīts, uzsūkts atpakaļ vai aizplūst, un sinapse ir gatava nākamajam signālam.

Ja postsinaptiskajā šūnā ieplūst pozitīvi joni, tās iekšpuse kļūst mazāk negatīva un šūna tuvojas ierosas slieksnim; to sauc par ierosinošu postsinaptisko potenciālu. Ja, gluži pretēji, šūnā ieplūst hlorīds vai no tās iziet kālijs, šūna attālinās no sliekšņa, un runā par nomācošu potenciālu.

Viens neirons vienlaikus saņem simtiem vai tūkstošiem šādu signālu no dažādām sinapsēm. Tie saskaitās gan telpā, gan laikā, un tikai tad, ja kopsumma aksona sākuma daļā pārsniedz slieksni, rodas jauns darbības potenciāls. Neirons tādējādi ir nevis pastkastīte, bet gan lēmuma pieņēmējs.

Galvenais ierosinošais neirotransmiters centrālajā nervu sistēmā ir glutamāts, bet galvenais nomācošais ir gamma aminosviestskābe, ko sauc par GASS. Tieši uz GASS receptoriem iedarbojas benzodiazepīni un liela daļa miega un nomierinošo zāļu.

• Acetilholīns: nervu un muskuļa savienojumā un veģetatīvajā nervu sistēmā.
• Glutamāts: galvenais ierosinošais neirotransmiters smadzenēs.
• GASS un glicīns: galvenie nomācošie neirotransmiteri.
• Dopamīns, serotonīns, noradrenalīns: regulē modrību, garastāvokli un kustību vadību.
• Neiropeptīdi, piemēram, endorfīni: darbojas lēnāk un ilgāk.

Augļa un agrīnā bērna smadzenēs sinapses veidojas ļoti strauji, un to skaits kādu laiku ir lielāks nekā pieaugušajam. Pēc tam seko atlases posms, kurā mazāk izmantotās sinapses tiek likvidētas, bet biežāk izmantotās nostiprinās. Šo procesu sauc par sinapšu atzarošanu, un tas turpinās līdz pusaudžu vecuma beigām.

Tieši tāpēc agrīnā bērnībā ir tā sauktie kritiskie periodi. Ja šajā laikā noteikta veida signāls smadzenes nesasniedz, attiecīgie savienojumi neizveidojas pilnvērtīgi. Skaidrākais piemērs ir redze: neārstēta šķielēšana vai neizlabota redzes asuma atšķirība agrīnā bērnībā noved pie slinkās acs, kuru vēlāk ir daudz grūtāk ārstēt.

Pieaugušajam sinapses turpina mainīties, lai gan lēnāk. Biežas lietošanas rezultātā sinapse kļūst stiprāka; šo parādību sauc par ilgstošo pastiprinājumu, un tā tiek uzskatīta par vienu no atmiņas šūnu pamatmehānismiem.

Vairākas slimības skar tieši sinapsi. Myasthenia gravis ir stāvoklis, kurā antivielas bojā acetilholīna receptorus nervu un muskuļa savienojumā; raksturīgs ir muskuļu vājums, kas pieaug slodzes laikā un mazinās atpūšoties, bieži sākoties ar plakstiņa noslīdēšanu un dubultošanos acīs.

Botulisms bloķē acetilholīna izdalīšanos presinaptiski un izraisa lejupejošu muskuļu vājumu; tas pats mehānisms attīrītā un devās kontrolētā veidā tiek izmantots botulīna toksīna ārstnieciskajās injekcijās. Stingumkrampji darbojas pretēji, nomācot nomācošo pārnesi muguras smadzenēs.

Parkinsona slimībā iet bojā dopamīnu ražojošie neironi, tāpēc trūkst dopamīna atsevišķās smadzeņu kodolu sistēmās. Epilepsijas pamatā ir ierosas un nomākuma līdzsvara traucējums neironu tīklos. Ar šiem stāvokļiem nodarbojas neirologs, daļā gadījumu kopā ar psihiatru, oftalmologu vai neiroķirurgu.

Ja pēkšņi parādās dubultošanās acīs, noslīdējis plakstiņš, rīšanas traucējumi vai strauji pieaugošs muskuļu vājums, palīdzība jāmeklē nekavējoties, jo daļa šo stāvokļu var skart arī elpošanas muskuļus.

Pamatzināšanas par sinapsēm nāk no pleistera metodes jeb patch clamp, kurā mēra strāvu pa atsevišķiem kanāliem vai visu šūnas membrānu. Elektronmikroskopija ļauj redzēt pašu spraugu, pūslīšus un postsinaptisko sablīvējumu.

Klīnikā sinapses nevar apskatīt tieši, tāpēc vērtē to darbības sekas. Elektromiogrāfija ar atkārtotu nerva kairināšanu parāda, vai nervu un muskuļa savienojums nogurst ātrāk nekā parasti; tas ir viens no galvenajiem myasthenia gravis izmeklējumiem. Asinīs nosaka antivielas pret acetilholīna receptoru.

Elektroencefalogrāfija parāda lielu neironu grupu saskaņoto darbību un ir galvenais epilepsijas izmeklējums. Atsevišķos gadījumos izmanto pozitronu emisijas tomogrāfiju ar iezīmētām vielām, kas piesaistās noteiktiem receptoriem.

Visbiežāk sinapsi sajauc ar pašu neironu savienojumu jēdzienu vispār. Sinapse nav fizisks saaugums; abas šūnas paliek atsevišķas, un tieši tas atšķir nervu sistēmu no nepārtraukta tīkla, kā to uzskatīja pirms vairāk nekā simt gadiem.

Otra sajaukšana notiek starp neirotransmiteru un hormonu. Neirotransmiters darbojas ļoti šaurā telpā un ļoti īsu brīdi; hormons nonāk asinīs un iedarbojas visā ķermenī. Dažas vielas, piemēram, noradrenalīns, var darboties abējādi, un tieši tas rada neskaidrību.

Trešā izplatītā kļūda ir domāt, ka konkrēta viela vienmēr ir ierosinoša vai nomācoša. Acetilholīns skeleta muskulī ierosina saraušanos, bet sirdī, iedarbojoties uz citu receptoru veidu, palēnina sirdsdarbību. Nosaka receptors, nevis viela.

Sinapsē piedalās ne tikai divi neironi. Ap daudzām sinapsēm cieši pieguļ astrocīts, un tas nav tikai atbalsta šūna: tas uzsūc lieko glutamātu no spraugas, uztur jonu līdzsvaru un spēj ietekmēt pārneses stiprumu. Tāpēc mūsdienās runā par trīsdaļīgo sinapsi, kurā glia šūna ir pilntiesīga dalībniece.

Šim nav tikai teorētiska nozīme. Ja glutamāta uzsūkšana tiek traucēta, piemēram, skābekļa trūkuma laikā, glutamāts spraugā uzkrājas un pārmērīgi ierosina postsinaptisko neironu līdz tā bojāejai. Šo parādību sauc par ierosas toksicitāti, un tā ir viens no galvenajiem mehānismiem, kā insulta laikā aiziet bojā smadzeņu audi ap pašu bojājuma vietu.

Otrs maz pieminēts fakts ir tas, ka sinapse strādā arī atpakaļvirzienā. Postsinaptiskā šūna spēj izdalīt vielas, kas ietekmē presinaptisko galu un maina turpmāko izdalīšanos. Tieši šādi darbojas organisma paša endokanabinoīdi, un tas izskaidro, kāpēc sinapse ir nevis vienvirziena vads, bet gan divpusēja sarunas vieta.