SINAPSA

Obiectivele invatarii

1. Descrieti structura functionala a unei sinapse chimice.

2. Descrieti mecanismul transmiterii sinaptice intr-o sinapsa chimica, enumerand in secventa

temporala corecta evenimentele care il compun

3. Definiti, descrieti si diferentiati potentialele postsinaptice

4. Diferentiati potentialele postsinaptice de potentialul de actiune

5. Enumerati si explicati caracteristicile transmiterii sinaptice

6. Desenati jonctiunea neuromusculara, numind elementele componente

7. Precizati particularitatile jonctiunii neuromusculare.

8. Explicati cum poate fi modificata transmisia neuromusculara si care sunt substantele chimice

care influneteaza aceasta transmisie

Impulsurile nervoase sunt transmise de la un neuron la altul la nivelul jonctiunilor functionale

interneuronale, numite sinapse (sinapsa = syn (impreuna) + haptein (a uni) in limba greaca).

Transmiterea sinaptica nu este un simplu salt al semnalului electric de la un neuron la altul, ci este un

proces de complexitate ridicata.

I. CLASIFICAREA SINAPSELOR

A. Dupa modul de transmitere a impulsului nervos intre cele 2 celule nervoase

electrice

- caracterizate prin prezenta jonctiunilor lacunare

- rapide

- in nucleii vestibulari la om

Chimice

- in care informatia trece de la o celula la alta prin producerea unei neurosecretii de catre celula

presinaptica

- mai lente decat cele electrice

- marea majoritate

B. Dupa regiunile celulei nervoase care stabilesc contactul sinaptic

Axo-dendritice

Axo-somatice

Axo-axonice

Dendro-dendritice

dendrosomatice

C. Dupa efectul asupra celulei nervoase postsinaptice

Excitatorii – depolarizante

Inhibitorii - hiperpolarizante

II.ANATOMIA FUNCTIONALA A SINAPSEI CHIMICE

Studiul electronomicroscopic al unei sinapse axo-dendritice a aratat ca aceasta este alcatuita din:

1. Butonul presinaptic (butonul terminal al axonului neuronului presinaptic)

– la acest nivel, teaca de mielina lipseste

- mitocondriile se gasesc in numar mare. Ele asigura ATP necesar transmiterii sinaptice

- veziculele contin pachete moleculare de mediator chimic si se aglomereaza in anumite puncte ale

membrane presinaptice

- materialul electronodens de la acest nivel este format din proteine filamentoase asociate veziculelor

sau asociate membranei presinaptice, implicate in procesul de fuziune a veziculelor cu membrana

presinaptica

2. Fanta sinaptica, un spatiu de 20-30 nm intre neuronul pre- si cel postsinaptic.

3. Membrana sinaptica (apartinand spinului sinaptic) - mai groasa decat membrana din afara sinapsei;

prezinta receptori specifici pentru neurotransmitator. Receptorii sunt alcatuiti din 2 componente: cea

receptoare si cea responsabila de realizarea efectului asupra neuronului postsinaptic.

III. MECANISMUL TRANSMISIEI SINAPTICE

Procesul prin care informatia trece de la un neuron la altul se desfasoara in 6 etape:

1. Sinteza neurotransmitatorului: la nivelul corpului celular sau in pelungirea axonala.

2. Depozitarea neurotransmitatorului: in vezicule, necesara in situatiile in care neuronal descarca

potentiale de actiune la o viteza mai mare decat cea de sinteza a neurotransmitatorului.

3. Eliberarea neurotransmitatorului in fanta sinaptica: PA ajuns in zona butonului terminal deschide

canale de Ca++ voltaj-dependente de tip P prezente in membrane presinaptica, cu influx de Ca++.

Cresterea concentratiei intracelulare de Ca++ face ca veziculele terminale sa se apropie de membrana

presinaptica (cu consum de energie – ATP), cu care fuzioneaza. Neurotransmitatorul este astfel eliberat

in fanta sinaptica. Cantitatea de mediator chimic eliberata depinde de concentratia de Ca++ intracelular.

Odata intrat in celula, Ca se fixeaza pe sinaptotagmina, considerate a fi senzorul conc. I-cel de Ca++.

Fromarea complexului Ca-sinaptotagmina are loc in apropierea locului unde veziculele de

neurmediator sunt ancorate la membrane presinaptica prin grupul de protein nu mite SNARE. Cand

complecul Ca-sinaptotagmina dislocuieste component “complexul de fuziune”din structura SNARE,

are loc fuziunea veziculelor cu membrane presinaptica. Fuziunea este initiate de sinaptofizina, prin

formarea unik por de fuziune. Procesul se desfasoara foarte rapid si necesita energie.

4. Traversarea fantei sinaptice: prin difuziune.

5. Activarea neuronului postsinaptic.: legarea neurotransmitatorului la receptorul specific are drept

urmare deschiderea unui canal ionic (raspuns postsinaptic rapid) sau producerea unui eveniment

metabolic (raspuns postsinaptic lent).

6. Inactivarea neurotransmitatorului – se desfasoara foarte rapid prin:

- recaptarea sa in terminatiunea presinaptica (noradrenalina, GABA, dopamina)

- difuziune in afara spatiului sinaptic (peptide)

- inactivare enzimatica transsinaptica sau postsinaptica (acetilcolina)

- captare postsinaptica, urmata de inactivare.

IV. TIPURI DE RASPUNSURI POSTSINAPTICE

RASPUNSURI POSTSINAPTICE RAPIDE

Se produc in milisecunde.

Potentialul postsinaptic excitator (PPSE)

Defineste depolarizarea neuronului postsinaptic, datorata deschiderii canalelor de Na+ ligand-

dependente din membrana postsinaptica. PPSE atinge varful in aprox. 1-5 msec, dureaza 15-20 msec si

are o amplitudine de cativa mV. PPSE este un raspuns gradat (nu se supune legii “tot-sau-nimic”). In

timpul unui PPSE neuronal este mai excitabil, este “facilitat”.

Un singur PPSE nu genereaza PA in neuronal postsinaptic; pentru aceasta este nevoie de sumare

spatiala sau temporala.

Potentialul postsinptic inhibitor (PPSI)

Defineste hiperpolarizarea neuronului postsinaptic si se datoreaza deschiderii canalelor ligand-

dependente fie de K+, fie de Cl-. PPSI atinge varful in 1-5 msec, dureaza 15-20 msec si are o

amplitudine de cativa mV. Cand un PPSI este generat, neuronal este mai putin excitabil. Inhibitia

produsa de PPSI se numeste inhibitie postsinaptica.

In inhibitia presinaptica (indirecta) neuronii inhibitori activati nu modifica potentialul transmembranar

postsinaptic, ci reduc amplitudinea PPSE, intervenind asupra butonului presinaptic si asupra cantitatii

de mediator eliberata de acesta.

PPSI se sumeaza cu PPSE sau alte PPSI, temporal sau spatial. Producerea unui PA intr-un anumit

moment de catre un neuron depinde de activitatea tuturor sinapselor neuronului respectiv in acel

moment. Unul si acelasi stimul poate genera un PA daca neuronal este relativ depolarizat de catre

sinapse excitatorii sau poate sa nu fie suficient pentru a produce un PA, daca neuronul este relativ

hiperpolarizat de catre sinapse inhibitorii.

V. CARACTERISTICILE TRANSMITERII SINAPTICE

1. Conducere unidirectionala: propagarea impulsului nervos prin sinapsa se face intr-o singura

directie.

2. Intarziere sinaptica: este de aprox.0,5 msec, datorata succesiunii de fenomene care au loc la

nivelul sinapsei chimice

3. Oboseala sinaptica: produsa prin epuizarea stocurilor de mediator chimic din butonii sinaptici.

Datorita oboselii sinaptice, zonele supraexcitate din SNC isi reduc dupa un timp excitabilitatea

excesiva.

4. Efectele medicamentelor si ale hipoxiei asupra transmiterii sinaptice

- transmiterea sinaptica este impiedicata prin hipoxie

- multe dintre anestezice actioneaza asupra sinapselor, fie reducand cantitatea de mediator eliberata in

sinapsa sau determinand eliberarea unor mediatori inhibitori

5. Sumarea temporala sau spatiala – stimulul aferent, chiar cand este insuficient pentru producerea

unui potential postsinaptic propagat, determina o stare de facilitare care persista un timp foarte scurt si

care se poate suma cu starile analoge create, concomitant (sumare temporala) sau succesiv (sumare

spatiala), putand ajunge la un moment dat la pragul de descarcare. Impulsurile inhibitorii prezinta si ele

sumare spatiala sau temporala.

6. Inexcitabilitate electrica: membrane postsinaptica nu prezinta canale ionice voltaj-dependente si

deci nu poate genera un PA ca o consecinta a modificarilor locale de potential de membrana.

7. Facilitare post-tetanica: aplicarea unor stimuli repetitive rapizi pe o sinapsa excitatoare, urmata de

o perioada de repaus, face neuronal postsinaptic mult mai reactiv, mai receptiv la stimulii urmatori

pentru minute sau chiar ore. Acest fenomen este datorat acumularii excesive de Ca++ in butonul

terminal si se pare ca sta la baza memoriei de scurta durata.

8. Convergenta, divergenta: unul si acelasi neuron poate primi informatii de la mai multi neuroni

(convergenta) si poate distribui informatia la mai multi neuroni (divergenta).

9. Postdescarcarea – la stimularea singular a unei cai aferente se poate obtine un raspuns multiplu si

prelungit a neuronului aferent, explicat prin existenta circuitelor reverberante.

VI. NEUROPLASTICITATEA SINAPTICA

Sinapsele au o mare plasticitate, avand capacitatea de a-si modifica permanent functionalitatea, de a fi

inlocuite, de a spori sau a se reduce ca numar in functie de statusul functional. Sporirea complexitatii

mediului ambient duce la o crestere cu peste 10% a numarului crestelor sau spinilor dendritici.

VI. NEUROTRANSMITATORI

Neurotransmitatorii sunt substante chimice care servesc transmiterii impulsurilor intr-o sinapsa

chimica.

Neuronii produc si elibereaza o serie de substante chimice cu rol semnalizator si reglator:

- Neurotransmitatori (mediatori chimici)

- Cotransmitatori – participa la modificarea raspunsului postsinaptic si la reglarea eliberarii

mediatorului din butonul presinaptic

- Neuromodulatori – nu produc un raspuns sinaptic specific, dar realizeaza modificari de durata

ale capacitatii de raspuns si transmitere neuronala

Mediatorii chimici

Fiecare neurotransmitator este recunoscut si legat de receptori specifici si produce un anumit efect.

Clase de neurotransmitatori:

1. Esteri: acetilcolina (Ach)

2. Monoamine: noradrenalina, adrenalina, dopamina, serotonina

3. Aminoacizi: glutamat, acid gamma-amino butiric (GABA), glicina

4. Purine: ATP, ADP, adenozina

5. Peptide: opioide endogene (endorfina, enkefaline), substanta P, neuropeptidul Y, peptidul

vasoactiv intestinal (VIP)

6. Gaze anorganice: NO

Mediatorii chimici pot fi excitatori (Ach in cele mai multe cazuri, nroadrenalina in cele mai multe

cazuri, glutamatul) sau inhibitori (GABA, glicina).

De obicei, 1 neuron elibereaza un anumit mediator chimic. Unul si acelasi neurotransmitator poate

produce efecte diferite, in functie de tesut (a se vedea detalii la Cap. Sistemul nervos vegetativ”). In

unele cazuri, un neuron presinaptic elibereaza in acelasi timp 2 neurotransmitatori diferiti.

Astfel, SN vegetativ parasimpatic elibereaza la niovelul glandelor salivare Ach, care creste secretaia de

saliva, si VIP, care produce vasodilatatie locala.

VII. JONCTIUNEA NEUROMOTORIE (PLACA MOTORIE)

Este o formatiune anatomica specializata la nivelul careia o fibra motorie somatica se conecteaza cu o

fibra musculara striata.

Terminatiunea axonica a fibrei motorii se invagineaza in sarcolema fibrei musculare. Membrana

postsinaptica, a fibrei musculare striate, este foarte cutata si deci cu o suprafata largita, si prezinta

numerosi receptori pentru mediatorul chimic. Mediatorul chimic al placii motorii este acetilcolina, iar

receptorii postsinaptici sunt colinergici de tip nicotinic ( a se vedea cursul “Sistemul nervos vegetativ”).

La nivelul placii motorii exista o larga marja de siguranta pentru transmiterea sinaptica - abia dupa

blocarea a 90% din receptorii pentru Ach dispare raspunsul contractil la un impuls nervos descarcat de

neuronal motor.

Fixarea Ach la receptorii clonergici nicotinici deschide canale de Na+ , cu producerea unui potential

local de placa terminal, asemanator cu PPSE. Cand acesta atinge pragul, devine PA propagat.

Caracteristicile placii motorii

1. Mediatorul chimic este intotdeauna si numai Ach

2. Influxul nervos elibereaza in fanta sinaptica cantitati suficiente de Ach pentrua produce PA si

raspunsul motor; nu este nevoie de sumare.

3. Nu contine mediatori chimici inhibitori

4. Ach este rapid inactivata, ceea ce previne reexcitarea muschiului.

Substante chimice care influenteaza functionarea placii motorii

Colinomimetice: metacholina, nicotina, carbachol produc spasme musculare ( nu sunt

descompuse de acetilcolinesteraza).

Inhibitori de acetilcolinesteraza: neostigmina, diisopropilfluorofosfat (determina acumularea de

Ach, cu spasme musculare)

Previn eliberarea Ach din butonul terminal al neuronului motor – toxina botulinica , cu

paralizie musculara

Blocante ale transmiterii neuromusculare: curare si substante curariforme (tubocurarina) (intra

in competitive cu Ach pentru receptorii nicotinici, produc paralizie)

Medicamente non-depolarizante (galamine, pancuronium, vecuronium): sunt utilizate in

anestezie, pentru a asigura relaxarea musculara necesara interventiei chirurgicale. Aceste medicamente

intra in competitive cu Ach si previn depolarizarea membrane postsinaptice

Magneziul, cadmiul si manganul in concentratie crescuta in mediul extracelular deprima

transmiterea neuromusculara

Anestezicele volatile (Halotan, Sevofluran, Isofluran), alcoolul, barbituricele, anestezicele

locale scad transmiterea neuromusculara