Sinapses un neirotransmiteri: kā neironi sarunājas

Aksona gals pirms sinapses paplašinās un veido gala pogaļu. Tajā atrodas sinaptiskie pūslīši, kas pildīti ar neirotransmiteri, un ļoti daudz mitohondriju, jo pārraide prasa enerģiju. Gala pogaļas membrānā ir arī sprieguma vadītie kalcija kanāli, kuri atveras impulsa brīdī.

Sinaptiskā sprauga ir šaura, tikai dažus desmitus nanometru plata, un tā ir piepildīta ar starpšūnu vielu, kas notur abas membrānas pareizā attālumā. Tas ir svarīgi, jo pārraides ātrums un precizitāte ir atkarīgi no tā, cik tālu transmiterim jādifundē.

Postsinaptiskajā membrānā atrodas receptoru sablīvējums, bieži ar blīvu olbaltumvielu slāni zem tās, kas receptorus notur vietā. Sinapses veidojas dažādās vietās: uz dendrītu izaugumiem, uz šūnas ķermeņa un pat uz cita neirona aksona gala, kur tās var regulēt šā gala izdali.

Pārraides gaita ir precīza notikumu virkne, un katrs tās posms var tikt bloķēts ar zālēm vai indi. Tieši tāpēc šo secību ir vērts zināt sīkāk.

Viss process aizņem tikai tūkstošdaļas sekundes, un vienā gala pogaļā tas var atkārtoties daudzas reizes sekundē.

1. Darbības potenciāls sasniedz aksona gala pogaļu un depolarizē tās membrānu.
2. Atveras sprieguma vadītie kalcija kanāli, un kalcija joni ieplūst gala pogaļā.
3. Kalcijs iedarbina īpašu olbaltumvielu kompleksu, kas pievelk pūslīšus pie membrānas un liek tiem saplūst ar to.
4. Pūslīši izlej savu saturu sinaptiskajā spraugā, un transmiteris to šķērso difūzijas ceļā.
5. Transmiteris saistās ar receptoriem postsinaptiskajā membrānā un maina jonu plūsmu caur to.
6. Atkarībā no receptora veida uztverošā šūna kļūst vai nu vieglāk, vai grūtāk ierosināma.
7. Transmiteris no spraugas tiek aizvākts, un sinapse ir gatava nākamajam signālam.

Jonotropie receptori paši ir jonu kanāli. Transmiteris tiem piesaistās, kanāls atveras, un joni ieplūst vai izplūst gandrīz uzreiz. Šādas sinapses darbojas ļoti ātri un ir vajadzīgas tur, kur laiks ir kritisks, piemēram, refleksos un muskuļu vadībā.

Metabotropie receptori paši kanālu neveido. Tie ir saistīti ar iekššūnas signālu ķēdi, kas caur starpniekmolekulām iedarbojas uz kanāliem, enzīmiem un pat uz gēnu darbību. Šāda iedarbība sākas lēnāk, bet ilgst daudz ilgāk un var mainīt šūnas uzvedību uz stundām.

Uztverošajā šūnā rodas divu veidu atbilde. Ierosas postsinaptiskais potenciāls tuvina šūnu izlādes slieksnim, bremzēšanas potenciāls to attālina. Šūna savāc visus signālus, kas pienākuši vienlaikus no dažādām vietām, kā arī tos, kas pienākuši cits pēc cita īsā laikā, un tikai tad izšķiras, vai radīt jaunu impulsu. Šo saskaitīšanu sauc par telpisko un laika summāciju.

Katram transmiterim ir savas galvenās darbības vietas, bet gandrīz visi darbojas vairākās sistēmās vienlaikus. Tabulā apkopoti tie, ar kuriem visbiežāk sastopas gan medicīnā, gan ikdienas sarunās.

Atsevišķi jāpiemin slāpekļa oksīds, kas ir gāze un neiekļaujas parastajā shēmā: to neuzglabā pūslīšos, tas izplūst cauri membrānai un var darboties arī pretējā virzienā, no uztverošās šūnas uz nosūtītāju.

Ja transmiteris paliktu spraugā, sinapse būtu pastāvīgi ieslēgta un signāls zaudētu jēgu. Tāpēc izbeigšanas mehānismi ir tikpat svarīgi kā izdale, un tieši tie ir biežākais zāļu iedarbības punkts.

Ikviena no šīm sistēmām var kļūt par ārstēšanas mērķi vai par saindēšanās vietu.

• Atpakaļuzņemšana: īpašas transportmolekulas ievelk transmiteri atpakaļ gala pogaļā; tieši tās bloķē daļa antidepresantu.
• Enzimātiska sašķelšana: acetilholīnu spraugā sašķeļ acetilholīnesterāze, un tās bloķēšana rada gan zāļu, gan indes efektu.
• Uzņemšana glijas šūnās, kas transmiteri savāc un pārstrādā; tā galvenokārt notiek ar glutamātu.
• Vienkārša difūzija prom no spraugas, kas noņem atlikušo daudzumu.
• Presinaptiskie receptori uz pašas gala pogaļas, kas uztver izdalīto transmiteri un samazina turpmāko izdali.

Visizplatītākais maldīgais priekšstats ir tas, ka daži transmiteri ir ierosinoši, bet citi bremzējoši. Patiesībā iedarbību nosaka receptors, kas atrodas uztverošajā šūnā, nevis pati molekula.

Skaidrākais piemērs ir acetilholīns. Skeleta muskulī tas iedarbina saraušanos, jo tur receptors ir jonu kanāls, kas ielaiž nātriju. Sirdī tas pats acetilholīns palēnina ritmu, jo tur receptors ir metabotrops un atver kālija kanālus, padarot šūnu grūtāk ierosināmu. Viena un tā pati viela, divas pretējas sekas.

Otrs mazāk zināms fakts ir tas, ka viens neirons var izdalīt vairāk nekā vienu transmiteri. Bieži mazā molekula un neiropeptīds tiek izdalīti kopā, turklāt peptīds parasti izdalās tikai tad, kad impulsi nāk bieži. Tādējādi viena un tā pati sinapse retā ritmā nodod vienu ziņojumu, bet spēcīgas darbības laikā pavisam citu.

Tā kā sinapse sastāv no daudziem posmiem, arī traucējumu iespējas ir daudzas. Slimības var skart izdali, receptorus, sašķelšanu vai pašu transmitera ražošanu.

Ar šiem stāvokļiem nodarbojas neirologs, daļā gadījumu psihiatrs, bet saindēšanās gadījumos neatliekamās medicīnas un toksikoloģijas speciālisti.

• Miastēnija: antivielas bojā acetilholīna receptorus muskulī, un rodas nogurdināms vājums, kas dienas gaitā pieaug.
• Botulisms: toksīns bloķē acetilholīna izdali, izraisot progresējošu vājumu; tas pats mehānisms kontrolētās devās izmantots medicīnā.
• Organofosfātu saindēšanās: bloķēta acetilholīnesterāze, transmiteris uzkrājas un rodas siekalošanās, šauras zīlītes un muskuļu raustīšanās.
• Parkinsona slimība: iet bojā dopamīnu ražojošie neironi, un rodas kustību palēninājums, stīvums un trīce.
• Epilepsija: izjaukts līdzsvars starp ierosu un bremzēšanu, un neironu grupas izlādējas saskaņoti un nekontrolēti.
• Stinguma krampji: toksīns bloķē bremzējošo transmiteru izdali, tāpēc muskuļi saraujas nepārtraukti.

Tieši ieskatīties sinapsē dzīvam cilvēkam nav iespējams, tāpēc izmanto netiešas metodes. Nervu un muskuļa savienojuma darbību vērtē ar elektroneiromiogrāfiju, izmantojot atkārtotu stimulāciju: ja pārraide ir traucēta, muskuļa atbilde katrā nākamajā stimulā samazinās.

Antivielu noteikšana asinīs palīdz apstiprināt imūnas dabas sinapses slimības. Smadzeņu transmiteru sistēmas var vērtēt ar kodolmedicīnas izmeklējumiem, kuros izmanto vielas, kas piesaistās konkrētiem transportproteīniem vai receptoriem; šādi, piemēram, vērtē dopamīna sistēmas stāvokli, ja parkinsonisma diagnoze nav skaidra.

Daudz biežāk tomēr izmanto vienkāršu, bet informatīvu ceļu: novēro, kā cilvēks reaģē uz zālēm, kas iedarbojas uz konkrētu sinapšu sistēmu. Šis raksts skaidro mehānismus un neaizstāj ārsta konsultāciju vai ārstēšanas plānu.

Vissvarīgākā sinapšu īpašība ir tā, ka to stiprums mainās. Ja divi neironi bieži darbojas kopā, savienojums starp tiem kļūst efektīvāks: pieaug receptoru skaits postsinaptiskajā membrānā un uzlabojas izdale. Ja savienojums netiek izmantots, tas vājinās un galu galā var izzust.

Bērna attīstībā vispirms izveidojas daudz vairāk sinapšu, nekā būs vajadzīgs, un pēc tam notiek to atlase: neizmantotie savienojumi tiek likvidēti, bet izmantotie nostiprināti. Tieši tāpēc agrīnā bērnībā gūtā pieredze atstāj tik dziļu nospiedumu, un tieši tāpēc smadzeņu spēja atjaunoties pēc bojājuma bērnam ir lielāka nekā pieaugušam cilvēkam.

Šī plasticitāte turpinās visu mūžu, kaut arī lēnāk. Uz tās balstās rehabilitācija pēc insulta, mācīšanās pieaugušā vecumā un arī atkarību veidošanās, kurā atalgojuma sistēmas sinapses tiek pārkārtotas tā, ka konkrēta viela vai darbība kļūst neproporcionāli svarīga. Tā pati īpašība, kas ļauj mācīties, ļauj arī iestrēgt.