Sinaptiskā sprauga: kur neironi nodod signālu

Presinaptiskais gals ir aksona nobeigums, kurā sakrāti membrānas pūslīši, piepildīti ar mediatoru. Membrānas iekšpusē ir īpaši sakārtotas vietas, ko sauc par aktīvajām zonām, un tieši tur pūslīši gaida izmešanu. Blakus tām membrānā izvietoti sprieguma vadīti kalcija kanāli.

Postsinaptiskā membrāna atrodas tieši pretī, un tās iekšpusē ir blīvs olbaltumvielu slānis, kas notur receptorus stingri vajadzīgajā vietā. Smadzeņu ierosinošajās sinapsēs šī membrāna bieži atrodas uz sīkiem izaugumiem, ko sauc par dendrītu ērkšķīšiem.

Sprauga starp abām membrānām satur starpšūnu matricu un adhēzijas olbaltumvielas, kas savienojas pāri atstarpei un notur abas puses precīzi saskaņotas. Tieši šī mehāniskā saskaņošana nodrošina, ka mediators tiek izmests tieši pretī receptoriem, nevis kaut kur garām.

Viss sākas ar elektrisku notikumu. Nervu impulss sasniedz aksona galu un atver sprieguma vadītos kalcija kanālus. Kalcija joni ieplūst un iedarbina olbaltumvielu kompleksu, kas pūslīti pievelk pie membrānas un saplūdina ar to.

Pūslīša saturs izlīst spraugā. Molekulas difundē pāri atstarpei, un šis posms ir ārkārtīgi ātrs tieši tāpēc, ka attālums ir tik mazs. Otrā pusē mediators saistās ar receptoriem.

Receptori ir divu veidu. Jonotropie receptori paši ir kanāli: saistoties mediatoram, tie atveras un ļauj joniem ieplūst, radot ātru, milisekundes garu atbildi. Metabotropie receptori kanāli nav; tie iedarbina šūnā signālu ķēdi, un to atbilde ir lēnāka, bet ilgāka un plašāka. Viens un tas pats mediators bieži darbojas uz abiem veidiem, un tieši tāpēc, piemēram, viena signālviela var gan uzreiz ierosināt šūnu, gan ilgtermiņā mainīt tās uzvedību.

1. Nervu impulss sasniedz presinaptisko galu.
2. Atveras sprieguma vadītie kalcija kanāli, un kalcijs ieplūst šūnā.
3. Pūslīši saplūst ar membrānu un izmet mediatoru spraugā.
4. Mediators difundē pāri spraugai un saistās ar receptoriem.
5. Postsinaptiskajā šūnā rodas elektriska vai ķīmiska atbilde.
6. Mediators tiek aizvākts, un sinapse ir gatava nākamajam signālam.

Tikpat svarīgi kā signālu nodot ir to laikus pārtraukt. Ja mediators paliktu spraugā, receptori paliktu pastāvīgi ierosināti un sinapse zaudētu spēju nodot nākamo ziņu. Organisms izmanto trīs paņēmienus.

Pirmais ir fermentatīva sašķelšana tieši spraugā. Klasiskais piemērs ir acetilholīns, ko sadala spraugā noenkurots ferments. Otrais ir atpakaļuzsūkšana ar īpašiem pārnēsātājiem presinaptiskajā membrānā vai blakus esošajās glijas šūnās; tā tiek apstrādāts serotonīns, dopamīns, noradrenalīns un glutamāts. Trešais ir vienkārša izklīšana prom no spraugas.

Tieši šie mehānismi ir galvenais zāļu mērķis. Antidepresanti, kas bloķē serotonīna atpakaļuzsūkšanu, pagarina tā uzturēšanos spraugā. Alcheimera slimības zāles kavē acetilholīna sadalīšanu. Saindēšanās ar organiskajiem fosforsavienojumiem darbojas tieši tāpat, tikai nekontrolēti, un tāpēc ir dzīvībai bīstama.

• Fermentatīva sadalīšana: acetilholīns nervu un muskuļu savienojumā.
• Atpakaļuzsūkšana presinaptiskajā šūnā: serotonīns, dopamīns, noradrenalīns.
• Uzņemšana glijas šūnās: glutamāts, ko astrocīti pārvērš nekaitīgā formā.
• Izklīšana prom no spraugas ar difūziju.
• Receptoru jutības pielāgošana, ja mediatora ilgstoši ir par daudz vai par maz.

Vieta, kur motorais nervs satiekas ar skeleta muskuļa šķiedru, ir sinapse ar īpašu uzbūvi. Postsinaptiskā membrāna tur ir salocīta dziļās krokās, kas daudzkārt palielina virsmu un koncentrē receptorus kroku augšdaļā. Spraugā ir izteikta bazālā plāksne, kurā noenkurots sadalošais ferments.

Šis savienojums ir arī neparasti drošs: normālos apstākļos katrs nervu impulss noteikti izraisa muskuļa saraušanos, atšķirībā no smadzeņu sinapsēm, kurās viens signāls parasti ir par vāju un vajadzīga daudzu sinapšu saskaņota darbība.

Tieši šī savienojuma pētīšana deva lielāko daļu no tā, ko šodien zinām par sinaptisko spraugu, jo tas ir liels, pieejams un labi izmērāms. Daudzi jēdzieni, kas mācību grāmatās izklāstīti kā vispārēji sinapšu likumi, sākotnēji tika atklāti tieši šeit.

Slimības, kas skar sinaptisko spraugu, ir labi izpētītas tieši tāpēc, ka to mehānismi ir tik konkrēti. Miastēnijas gadījumā imūnsistēma ražo antivielas pret receptoriem postsinaptiskajā membrānā, un rezultāts ir vājums, kas pastiprinās slodzes gaitā un uzlabojas pēc atpūtas. Tipiskās pirmās pazīmes ir nokarens plakstiņš un dubultošanās acīs, kas vakarā ir izteiktākas.

Lamberta un Ītona sindromā antivielas vērstas pret presinaptiskajiem kalcija kanāliem, tāpēc mediatora izmešana ir nepietiekama. Botulisms bloķē pūslīšu saplūšanu, sašķeļot olbaltumvielas, kas to nodrošina, un rada lejupejošu vājumu ar redzes un rīšanas traucējumiem. Stinguma krampji jeb tetanus darbojas pretēji, bloķējot kavējošo sinapšu darbu.

Ar šādiem stāvokļiem nodarbojas neirologs, saindēšanās gadījumos arī toksikologs un intensīvās terapijas ārsts. Straujš plakstiņu nokarens stāvoklis, dubultošanās, rīšanas vai elpošanas grūtības ir neatliekamas palīdzības izsaukšanas iemesls, jo elpošanas muskuļu vājums var attīstīties ātri.

Tieši redzēt sinaptisko spraugu var tikai ar elektronmikroskopiju, un tā ir pētniecības, nevis ikdienas klīnikas metode. Praksē vērtē sinapses funkciju.

Galvenais klīniskais izmeklējums ir elektroneiromiogrāfija ar atkārtotu nerva stimulāciju. Ja pārraide ir vāja, atbildes amplitūda ar katru nākamo stimulu samazinās, un tas ir raksturīgs postsinaptiskam bojājumam. Ja tā, tieši otrādi, pēc slodzes pieaug, tas norāda uz presinaptisku traucējumu.

Papildus nosaka attiecīgās antivielas asinīs, veic krūšu kurvja attēldiagnostiku, jo miastēnija bieži saistīta ar aizkrūts dziedzera izmaiņām, un vajadzības gadījumā izmanto vienas šķiedras elektromiogrāfiju, kas ir jutīgākā metode. Smadzeņu sinapsēs receptoru blīvumu pēta ar pozitronu emisijas tomogrāfiju, izmantojot iezīmētas vielas, kas saistās ar konkrētu receptoru.

Pirmkārt, sinapse un sinaptiskā sprauga nav viens un tas pats. Sinapse ir viss savienojums ar abām membrānām un spraugu, bet sprauga ir tikai atstarpe starp tām.

Otrkārt, sinaptisko spraugu jauc ar spraugveida savienojumu, kas ir pilnīgi cita struktūra. Spraugveida savienojumā šūnu membrānas gandrīz saskaras un tās savieno tieši kanāli, pa kuriem joni pārplūst no vienas šūnas otrā. Tur nav nedz mediatora, nedz pūslīšu, nedz aizkaves.

Treškārt, sinaptiskā sprauga nav sinaptiskais pūslītis. Pūslītis ir mediatora glabātuve presinaptiskajā šūnā, nevis telpa starp šūnām. Šie termini tulkojumos bieži tiek sajaukti, un tas maina teikuma nozīmi pilnībā.

Bieži tiek pieņemts, ka sinaptiskā aizkave rodas tāpēc, ka mediatoram jāpārpeld pāri spraugai. Patiesībā difūzija tik mazā attālumā notiek ārkārtīgi ātri, un lielāko daļu no aizkaves aizņem pavisam cits posms, proti, kalcija ieplūšana un pūslīša saplūšana ar membrānu. Tas nozīmē, ka spraugas šaurums nav ierobežojums, bet gan priekšrocība: tas ļauj mediatora koncentrācijai gandrīz acumirklī sasniegt ļoti augstu vērtību tieši pretī receptoriem.

Otrs mazāk zināms fakts ir tas, ka mediators ne vienmēr paliek savā spraugā. Ja izmesto molekulu ir daudz vai ja glijas šūnu savākšana nav pietiekama, daļa izkļūst ārpus sinapses un iedarbojas uz blakus esošajām šūnām. Šo parādību sauc par pārplūdi, un tā nozīmē, ka smadzeņu signālu tīkls nav tikai punkts pret punktu savienojumu kopums, bet arī daļēji izkliedēta ķīmiska vide. Tieši šī iemesla dēļ zāles, kas maina mediatora savākšanu, ietekmē ne tikai vienu sinapsi, bet visa apvidus darbības toni.