2.4 Synapse

Synapse jsou úzké vysoce specializované štěrbiny umožňující vzájemnou komunikaci jednotlivých buněk nervové soustavy. Můžeme je rozdělit na dva základní typy: chemické a elektrické synapse. Protože chemické synapse představují naprostou většinu všech synapsí v lidském CNS, budeme nadále popisovat výhradně ty.

Princip fungování synapse

První (presynaptický) neuron secernuje ze zakončení svého axonu látku zvanou neurotransmiter, ten se váže na receptor umístěný v membráně dendritu či těla (vzácně axonu) druhého (postsynaptického) neuronu.
Převod signálu je jednosměrný, z presynaptického neuronu na postsynaptický.

Pouze zakončení axonů obsahují aparát pro exocytózu vezikul obsahující neurotransmiter, dendrity, ani těla neuronů nejsou pro tento proces vybaveny; akční potenciál tedy může vzniknout kdekoliv na membráně neuronu a následně se po ní šířit, ale na dendritech vstoupí do slepé uličky a vyhasne.

Uspořádání synapse

Synapse je tvořena presynaptickým terminálem, postsynaptickým terminálem a synaptickou štěrbinou mezi nimi.

Synaptická štěrbina
Synaptická štěrbina je prostor mezi presynaptickým terminálem a dendritem či tělem postsynaptického neuronu. Její šíře je přibližně 20 nm a obsahuje síť proteinů, enzymů a intersticiální tekutinu.
Presynaptický terminál
Terminální zakončení axonů neuronů, které má tvar drobného oválného uzlu, je označováno francouzským termínem bouton terminaux.  V terminálu je vysoká koncentrace  synaptických vezikul a vysoký počet mitochondrií, které jsou zdrojem energie (ATP) pro zdejší pochody.
Jeden neuron může nést na svých dendritech a svém těle až 200 000 těchto zakončení (až 95 % z nich se vyskytuje na dendritech). Vezikula obsahují kvantum neurotransmiteru  – kvantum značí minimální množství neurotransmiteru, jež může být uvolněno do synapse. Přesný počet uvolněných kvant závisí na frekvenci a počtu akčních potenciálů, které dorazí na zakončení axonu.
Postsynaptický terminál
Jako postsynaptický terminál označujeme úsek membrány postsynaptického neuronu, jenž je v kontaktu se zakončením axonu presynaptického neuronu. Obsahuje receptory pro neurotransmitery a mnoho významných nereceptorových proteinů (součástí tzv. postsynaptické denzity).

Přenos signálu na synapsi

Proces uvolňování neurotransmiteru

Akční potenciál postupuje po membráně axonu, až dorazí na jeho zakončení. Membrána presynaptického terminálu je bohatá na napěťově řízené kalciové kanály. Příchod akčního potenciálu a následná depolarizace způsobí otevření těchto kanálů a vstup Ca2+ z extracelulárního prostoru do cytoplazmy zakončení.

Tím dochází k vylití vezikul s neurotransmiterem do štěrbiny. Množství vylitých vezikul je přímo úměrné počtu otevřených Ca2+ kanálů.

Na exocytóze se účastní tzv. SNARE proteiny, celý proces modulují dva typy receptorů umístěné v membráně zakončení: autoreceptory a heteroreceptory. Autoreceptory váží samotný vylučovaný neurotransmiter, neuron tak může monitorovat a regulovat jeho množství vyloučené do synaptické štěrbiny. Heteroreceptory zprostředkovávají vliv látek pocházejících z jiných neuronů.

Po vylití se neurotransmitery naváží na receptory na postsynaptickém terminálu. Menší část se může navázat na receptory na presynaptické membráně, čímž je realizována zpětná vazba.

Receptory pro neurotransmitery

Receptory na postsynaptické membráně váží neurotransmitery. Výsledkem aktivace receptorů může být excitace (zvýšení aktivity postsynaptického neuronu) nebo inhibice (snížení jeho aktivity)

Excitace

Zvýšení aktivity neuronu je nejčastěji podmíněno otevřením sodíkových kanálů. To vyústí v přesun Na+ do cytoplazmy postsynaptického neuronu. Je-li stimulace dostatečně silná, přiblíží se membránový potenciál hodnotě prahu a spustí se akční potenciál.

Další mechanismy zahrnutí uzavření draslíkových kanálů (omezením efluxu K+ do extracelulárního prostoru) nebo uzavření chloridových kanálů. Obojí vede k nárůstu membránového potenciálu a tím k excitaci.

Z dlouhodobého hlediska mohou změny aktivity enzymů či genové exprese způsobit zvýšení počtu či účinnosti excitačních receptorů či snížení počtu či účinnosti receptorů s inhibičními účinky. 

Inhibice

Snížení aktivity neuronu je způsobeno zpravidla otevřením chloridových kanálů. Dojde k průniku Cl- do cytoplazmy postsynaptického neuronu, poklesu membránového potenciálu a oddálení se od hodnoty prahu.

Vzácněji může dojít k otevření draslíkových kanálů a zvýšení efluxe K+ z buňky. Změny aktivity enzymů či genové exprese mohou vést k opačným změnám oproti excitačním modifikacím – vyšší počet či účinnost inhibičních receptorů nebo snížení počtu a účinnosti excitačních receptorů.

Postsynaptické potenciály

Na dendritech i na těle každého neuronu končí zpravidla velké množství jak excitačních, tak inhibičních synapsí. Výsledná aktivita postsynaptického neuronu závisí na tom, který z obou vlivů převládne:

  • zda excitační, což vychýlí hodnotu membránového potenciálu k prahového hodnotě a vyvolá tak akční potenciál;
  • nebo inhibiční, což vede k hyperpolarizaci membrány, oddálení od prahu a tedy zastavení signálu.

Dílčí změny potenciálu na membráně neuronu vyvolané různými vlivy označujeme jako excitační resp. inhibiční postsynaptické potenciály.

Potenciály se sčítají jak prostorově (více současných potenciálů na různých místech neuronu), tak časově (mnohočetná, rychle na sebe navazující stimulace).

Únava synapsí

Opakovaná, s malým časovým odstupem probíhající stimulace zakončení axonu vede k časové sumaci impulzů. Po určitém počtu aktivací se ale odpověď začne vytrácet – vzniká únava dané synapse. To může být dáno vyčerpáním zásob neurotransmiteru v presynaptickém terminálu (běžně stačí na tisíce akčních potenciálů), zhoršením senzitivity postsynaptického terminálu či abnormálním iontové prostředí v cytoplazmě postsynaptického neuronu. Fyziologický význam spočívá v ochraně neuronů před excesivní aktivitou.

Synapse není statická struktura, naopak vykazuje vysokou dynamiku a plasticitu. Neustále dochází k tvorbě nových propojení mezi neurony či naopak zániku propojení starých a nevyužívaných. Při opakované stimulaci mohou vzniknout tzv. dendritické trny podílející se na tvorbě paměťových stop.
         

Část 2. - Nervová tkáň

obsah