ΜΑΘΗΜΑ 3ο ΜΕΡΟΣ Α ΣΥΝΑΠΤΙΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ
Όπως συμβαίνει με τη συναπτική διαβίβαση στη νευρομυϊκή σύναψη, σε πολλές μορφές επικοινωνίας μεταξύ νευρώνων στο κεντρικό νευρικό σύστημα παρεμβαίνουν άμεσα ελεγχόμενοι δίαυλοι ιόντων της κυτταρικής μεμβράνης Έτσι, πολλές από τις αρχές λειτουργίας των συναπτικών συνδέσεων στη νευρομυϊκή σύναψη ισχύουν και στο κεντρικό νευρικό σύστημα Ωστόσο, η μετάδοση σημάτων μεταξύ νευρώνων του ΚΝΣ είναι πιο πολύπλοκη
Ενώ οι περισσότερες μυϊκές ίνες νευρώνονται από έναν μόνο κινητικό νευρώνα, ένα κύτταρο του κεντρικού νευρικού συστήματος, όπως είναι ο κινητικός νευρώνας του νωτιαίου μυελού, δέχεται νευρικές απολήξεις από εκατοντάδες νευρώνες Η μυϊκή ίνα δέχεται μόνον διεγερτικές ώσεις (δεν υπάρχουν ανασταλτικές συνάψεις στον σκελετικό μυ των σπονδυλωτών). Αντιθέτως οι νευρώνες του κεντρικού νευρικού συστήματος δέχονται διεγερτικές και ανασταλτικές ώσεις Όλες οι διεγερτικές συνάψεις στις μυϊκές ίνες λειτουργούν με έναν μόνο νευροδιαβιβαστή, την ακετυλοχολίνη, ο οποίος ενεργοποιεί τον ίδιο τύπου διαύλου υποδοχέα, δηλαδή τον νικοτινικό δίαυλο-υποδοχέα ακετυλοχολίνης, σε όλες τις συνάψεις Στο ΚΝΣ, οι ώσεις σε ένα κύτταρο διαβιβάζονται με ποικίλους διαβιβαστές, ενώ κάθε διαβιβαστής μπορεί να ελέγχει διαφορετικούς τύπους διαύλων ιόντων, ορισμένοι από τους οποίους ελέγχονται άμεσα και άλλοι έμμεσα, μέσω δεύτερων αγγελιοφόρων
Κάθε νευρώνας του ΚΝΣ, είτε βρίσκεται στον νωτιαίο μυελό είτε στον εγκέφαλο, βομβαρδίζεται συνεχώς από συναπτικές ώσεις προερχόμενες από άλλους νευρώνες Παραδείγματος χάριν, ένας μόνο κινητικός νευρώνας μπορεί να δέχεται έως και 10.000 διαφορετικές προσυναπτικές απολήξεις Μερικές από αυτές είναι διεγερτικές, άλλες είναι ανασταλτικές, ορισμένες είναι ισχυρές και άλλες ασθενείς Τα διαφορετικά σήματα είναι δυνατόν να αλληλοενισχυθούν ή να αλληλοαναιρεθούν
Και οι τρεις περιοχές του νευρικού κυττάρου, ο νευράξονας, το κυτταρικό σώμα και οι δενδρίτες μπορούν να αποτελέσουν θέσεις υποδοχείς ή διαβίβασης για τη συναπτική επαφή Τα πιο συνήθη είδη συνάψεων, που περιγράφονται είναι η νευραξονοαξονική, η νευραξονο-σωματική και η νευραξονοδενδριτική Η απόσταση μιας σύναψης από τη ζώνη εκκίνησης του μετασυναπτικού κυττάρου έχει προφανή σημασία για τον καθορισμό της αποτελεσματικότητάς της Το συναπτικό ρεύμα που δημιουργείται σε μια νευραξονοσωματική σύναψη έχει ισχυρότερο σήμα και επομένως, μεγαλύτερη επίδραση στη ζώνη εκκίνησης από ό,τι το ρεύμα που προέρχεται από πιο απομακρυσμένες νευραξονοδενδριτικές συνάψεις
NEYPOEΠIΣTHMH KAI ΣYMΠEPIΦOPA ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ
Στο ΚΝΣ η συναπτική διαβίβαση μπορεί να είναι διεγερτική ή ανασταλτική Τα διεγερτικά μετασυναπτικά δυναμικά έχουν, συνήθως εύρος μικρότερο από 1mV στο ΚΝΣ, αντί για 70 mv στο μυ Ωστόσο, οι νευρώνες του ΚΝΣ δέχονται ώσεις από εκατοντάδες προσυναπτικούς νευρώνες, ενώ μια μόνο μυϊκή ίνα νευρώνεται από έναν κινητικό νευρώνα
Οι συνάψεις στα κυτταρικά σώματα είναι συχνά ανασταλτικές (οι ανασταλτικές δράσεις στο κυτταρικό σώμα ανοίγουν διαύλους Cl -, αυξάνοντας έτσι την αγωγιμότητα Cl - και μειώνοντας αρκετά την εκπόλωση την οποία προκαλεί το εξαπλούμενο διεγερτικό ρεύμα) Οι συνάψεις στις δενδριτικές άκανθες είναι συχνά διεγερτικές Οι συνάψεις στις νευραξονικές απολήξεις είναι συχνά ρυθμιστικές (οι συνάψεις αυτές επηρεάζουν τη δραστηριότητα του μετασυναπτικού νευρώνα, ελέγχοντας την ποσότητα διαβιβαστή την οποία απελευθερώνει από τις απολήξεις του στην επιφάνεια του επόμενου μετασυναπτικού κυττάρου)
NEYPOEΠIΣTHMH KAI ΣYMΠEPIΦOPA ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ
Το γλουταμινικό οξύ είναι ο κύριος διεγερτικός διαβιβαστής στον εγκέφαλο Οι υποδοχείς γλουταμινικού χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τους υποδοχείς που ελέγχουν άμεσα διαύλους ιόντων (ιοντοτρόποι υποδοχείς) και τους υποδοχείς που ελέγχουν τους διαύλους έμμεσα, με τη βοήθεια δεύτερων αγγελιοφόρων (μεταβολοτρόποι υποδοχείς), οι μεταβαλοτρόποι υποδοχείς ενεργοποιούνται από το 1- αμινοκυκλοπεντανο-1,3-δικαρβοξυλικό οξύ (ACPD) Οι ιοντοτρόποι ταξινομούνται περεταίρω σε δύο μεγάλες υποομάδες, τους υποδοχείς NMDA (Nμεθυλο-D-ασπαραγινικού) και τους Μη-NMDA
Οι υποδοχείς μη-nmda μοιάζουν πολύ μεταξύ τους και συχνά ταξινομούνται μαζί Οι υποδοχείς αυτοί, όπως και ο νικοτινικός υποδοχέας της Ach, σχηματίζουν διαύλους διαπερατούς από τα Na + και Κ + και έχουν δυναμικά αναστροφής περί τα 0 mv Η ροή ιόντων δια μέσου των διαύλων αυτών συμβάλλει στην ταχεία πρώιμη αιχμή του EPSP (διεγερτικό προσυναπτικό δυναμικό) Ο δεύτερος τύπος υποδοχέα, ο υποδοχέας NMDA σχηματίζει ένα δίαυλο διαπερατό και από τα Ca 2+, εκτός από τα Na + και Κ +, αυτός ο δίαυλος-υποδοχέας είναι μοναδικός μεταξύ των υποδοχέων που ελέγχονται από διαβιβαστές, ως προς το ότι είναι επίσης και τασεοεξαρτώμενος. Στην κατάσταση ηρεμίας, το στόμιο του διαύλου αυτού φράσσεται από εξωκυτταρικό Mg 2+, το οποίο απομακρύνεται όταν η μεμβράνη εκπολώνεται, έτσι για να ανοίξουν οι δίαυλοι υποδοχείς NMDA απαιτείται και γλουταμινικό και εκπόλωση. Η εισροή Ca 2+ δια μέσου των διαύλων-υποδοχέων NMDA θεωρείται ότι προκαλεί την εκκίνηση κυτταρικών διεργασιών που παρεμβαίνουν σε ορισμένους τύπους μνήμης, καθώς και ορισμένων κυτταρικών διεργασιών που συμμετέχουν στην εκδήλωση εγκεφαλικών βλαβών
Οι χιλιάδες διεγερτικές και ανασταλτικές ώσεις που συρρέουν σε ένα νευρώνα του ΚΝΣ δεν προστίθενται απλώς μέχρι να επιτευχθεί ο ουδός (-55mV) Αντί γι αυτό, η χρονική και χωρική άθροιση ώσεων σε ένα μόνο κύτταρο εξαρτάται σε κρίσιμο βαθμό από τις παθητικές ιδιότητες του κυττάρου και συγκεκριμένα από τη χρονική σταθερά και τη σταθερά απόστασής τους Οι διεγερτικές γλουταμινεργικές συνάψεις εντοπίζονται συνήθως στους δενδρίτες, ενώ οι ανασταλτικές συνάψεις βρίσκονται κυρίως στο κυτταρικό σώμα, όπου μπορούν να υπερβούν αποτελεσματικά τις διεγερτικές ώσεις που προέρχονται από τον νευράξονα και από τους δενδρίτες του κυττάρου Η τελική ολοκλήρωση των ώσεων στο κύτταρο επιτυγχάνεται στον εκφυτικό κώνο του νευράξονα, δηλαδή στην περιοχή της κυτταρικής μεμβράνης που βρίσκεται κοντά στο αρχικό τμήμα του νευράξονα Η περιοχή αυτή έχει μεγάλη πυκνότητα διαύλων Na + του κυττάρου και επομένως, έχει τον χαμηλότερο ουδό για τη δημιουργία δυναμικών
ΑΝΑΣΤΑΛΤΙΚΟΙ ΔΙΑΒΙΒΑΣΤΕΣ Οι κυριότεροι ανασταλτικοί διαβιβαστές στο ΚΝΣ είναι το GABA (γ-αμινοβουτυρικό οξύ) και η γλυκίνη Το GABA μπορεί να ενεργοποιήσει δύο τύπους υποδοχέων : οι υποδοχείς GABA Α σχηματίζουν διαύλους διαπερατούς από το Cl -, ενώ οι υποδοχείς GABA B συζευγνύονται με πρωτεΐνες G και είτε αυξάνουν τη διαπερατότητα από τα K + είτε αναστέλλουν τη λειτουργία των τασεοελεγχόμενων διαύλων Ca 2+ Ο έλεγχος των διαύλων GABA Α επιτρέπει την εισροή K + επιτρέπει την εισροή Cl - στο κύτταρο, με αποτέλεσμα την υπερπόλωση της μεμβράνης Το άνοιγμα των διαύλων αυτών αυξάνει επίσης την αγωγιμότητα ηρεμίας Επομένως, το άνοιγμα των διαύλων αυτών βραχυκυκλώνει και κάθε διεγερτικό ρεύμα που εισρέει στο κύτταρο
NEYPOEΠIΣTHMH KAI ΣYMΠEPIΦOPA ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ
Δύο σημαντικές κατηγορίες φαρμακευτικών ουσιών, οι βενζοδιαζεπίνες και τα βαρβιτουρικά, προσδένονται στους υποδοχείς GABA Α και αυξάνουν τη ροή Cl - δια μέσου των διαύλων αυτών, την οποία είχε προκαλέσει το GABA Όλοι οι δίαυλοι που ελέγχονται από διαβιβαστές και οι οποίοι έχουν κλωνοποιηθεί μέχρι τώρα εμφανίζουν ορισμένο βαθμό ομοιότητας Όπως συμβαίνει και με τον υποδοχέα Ach, οι υποδοχείς GABA και γλυκίνης έχουν πολλαπλές υπομονάδες, ενώ κάθε υπομονάδα περιέχει τέσσερα διαμεμβρανικά τμήματα Οι υποδοχείς GABA και γλυκίνης μοιάζουν περισσότερο μεταξύ τους παρά με τον υποδοχέα Ach, γεγονός που είναι αναμενόμενο, δεδομένου ότι άγουν μάλλον τα ανιόντα παρά τα κατιόντα
Η συναπτική απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών δεν απαιτεί ούτε εισροή Na + ούτε εκροή K + Τα μόνα απαραίτητα ιόντα είναι τα Ca 2+, τα οποία εισέρχονται στο κύτταρο δια μέσου τασεοεξαρτώμενων διαύλων στην προσυναπτική απόληξη Η συναπτική καθυστέρηση, το χρονικό διάστημα μεταξύ της έναρξης του δυναμικού ενεργείας και της απελευθέρωσης διαβιβαστή, αντικατοπτρίζει τον χρόνο που χρειάζονται τα εισρέοντα Ca 2+ για να διαχυθούν στο σημείο δράσης τους και να προκαλέσουν την απελευθέρωση κβάντων διαβιβαστή από τα συναπτικά κυστίδια Ένα κβάντο διαβιβαστή αποτελείται από 5.000 περίπου μόρια Ach, που περικλείονται σε ένα μόνο συναπτικό κυστίδιο
Πειράματα ταχείας κατάψυξης, απέδειξαν ότι τα κυστίδια συγχωνεύονται με την προσυναπτική κυτταρική μεμβράνη κοντά στις ενεργούς ζώνες Μελέτες αποκάλυψαν ότι κατά μήκος της ενεργού ζώνης υπάρχουν σειρές μεγάλων ενδομεμβρανικών σωματιδίων, τα οποία θεωρείται ότι είναι δίαυλοι Ca 2+ Στους διαύλους αυτούς, που εντοπίζονται ακριβώς στο σημείο εκείνο, ενδέχεται να οφείλεται η παρατηρούμενη ταχεία αύξηση, μέχρι και 1.000 φορές, της συγκέντρωσης Ca 2+ στην νευραξονική απόληξη, κατά τη διάρκεια ενός δυναμικού ενεργείας Τα κυστίδια φαίνεται ότι είναι προσδεδεμένα στον κυτταρικό σκελετό και θεωρείται ότι τα Ca 2+ τα απελευθερώνουν προκαλώντας φωσφορυλίωση, η οποία εξαρτάται από το σύμπλοκο Ca 2+ / καλμοδουλίνης Η δράση νευροδιαβιβαστών σε υποδοχείς της νευραξονικής απόληξης ενός άλλου νευρώνα είναι δυνατόν να διευκολύνει ή να αναστείλει την απελευθέρωση διαβιβαστή, μεταβάλλοντας το επίπεδο σταθερής κατάστασης της εισροής Ca 2+ ή την ίδια την εισροή Ca 2+ κατά τη διάρκεια του δυναμικού ενέργειας