Fiziologia sinapsei

Sef lucr. dr. Andrei Neamtuneamtuandrei@gmail.com

Facultatea de Medicină Dentară - Disciplina de Fiziologie

Definiţie:Macaz de transmitere şi comutare

unidirecţională a impulsurilor excitatorii sau inhibitorii inter-neuronal sau neuro-efector (neuro-motor, neuro-secretor)

Experimentul lui Otto Loewi – demonstreaza pentru prima data existența transmisiei electrice prin semnal chimic

Sinapse chimice• utilizează pentru transmiterea

semnalului o substanţă chimică (transmiţător, modulator)

• transmiţătorul acţionează pe receptorii membranei postsinaptice

Clasificarea sinapselor după modul de transmitere a informaţiei

Sinapse electrice• informaţia (influxul nervos) este transmisă

prin canale de tip “gap junctions” direct de la o celulă la alta fără a fi necesară prezenţa mediatorului

• Sinapse axo-dendritice• Sinapse axo-somatice• Sinapse axo-axonice• Joncţiunea neuro-musculară (din musculatura striată)• Sinapsele neuro-musculare (din musculatura netedă)• Sinapse dendro-dendritice (ex. bulb olfactiv şi retină)

Tipuri de sinapse cu transmitere chimică

Proprietăţile sinapsei (sinapsa chimică)

• Unidirecţionalitatea

• Întîrzierea sinaptică

• Potenţarea post-tetanică

• Fatigabilitatea

• Inexcitabilitatea electrică a membranei postsinaptice

Morfologia sinapsei chimice

1. Regiunea presinaptică• reprezentată de butonii sinaptici

2. Spaţiul (fanta) sinaptică• spaţiu de 200-300Å cuprins între membrana pre- şi postsinaptică

3. Regiunea postsinaptică• mărginită de membrana subsinaptică

Regiunea presinaptică

Butonii sinaptici conţin:• neuroplasmă• mitocondrii• vezicule sinaptice• membrana presinaptică

Vezicule sinaptice• “pungi microscopice“ – rezultă din diferenţiere neurotubuli şi din RE; conţin subst. chimice (transmiţători, modulatori) – Φ = 20 ÷ 60 nm

• repartiţie neomogenă (grupate mai ales în vecinătatea membranei presinaptice – grila veziculară/zona activă de Robertis)

• numărul veziculelor variază în funcţie de diverşi factori

Sinteza şi stocarea mediatorului• mediatorul este sintetizat la nivelul pericarionului pt. neuropeptide sau în întreg corpul neuronal pt. transmiţătorii cu moleculă mică.

• stocat în veziculele sinaptice şi neuroplasmă

• veziculele şi componentele macromoleculare sunt transportate axonal cu proteinele motoare:

• kinezina (anterograd)• dineina (retrograd)

• excesul de mediator poate suferi acţiuni de inactivare (acetilcolinesteraza, carboxi-metiltransferaza)

Complexitatea ansambului supra-macromolecular al veziculeleor sinaptice

Regiunea presinaptică

• metabolismul neurotransmițătorilor (NT) mic moleculari și a neuropeptidelor

• Sinapse axo-dendritice cu vezicule mici transparente (NT mic moleculari) și respectiv mari opace (neuropeptide sau amine biogene)

Eliberarea diferențială a neurotransmițătorilor

• La frecvență de stimulare redusă sunt eliberați neurotransmițători cu moleculă mică

• La frecvență de stimulare mare ambele tipuri de neurotransmițători (mic moleculari + neuropeptide) sunt eliberați

Spaţiul sinaptic

regiune cu grosimea de 200-300 Å cuprins între membrane pre- şi postsinaptice

filamente cu orientare transversală ce asigură adezivitatea regiunii sinaptice şi “ghidajul” moleculelor de transmiţător

asigură continuitatea transmiterii informaţiei permiţînd mediatorului să difuzeze către membrana postsinaptică

Regiunea postsinapticăporţiune diferenţiată a membranei şi citoplasmei periferice

a elementului postsinapticdensă electrono-opticconţine structurile receptoriale pt. mediatorul sinapseidouă clase principale de receptori

Ionotropici Metabotropici

Etapele transmisiei sinapticeNEUROTRANSMIŢĂTORI1. Sinteza mediatorului2. Stocarea mediatorului3. Eliberarea mediatorului: depolarizarea butonilor

terminali determină influxul de Ca2+ (canale voltaj-

dependente) → activarea veziculelor → fuzionearea cu membrana post-sinaptică şi eliberarea mediatorului prin exocitoză.

4. Traversarea spaţiului sinaptic: difuzie către membrana postsinaptică

5. Acţiunea post-sinaptică a mediatorului:• cuplare pe receptori specifici• receptorul pentru transmiţători face parte din

canalul ionic• alterarea potenţialului membranar postsinaptic• apariţia de Potenţiale Post-Sinaptice Excitatoare

(PPSE) sau de Potenţiale Post-Sinaptice Inhibitoare (PPSI)

6. Inactivarea mediatorului:• inactivare post-sinaptică• captare post-sinaptică• difuziunea extra-sinaptică• recaptare (captare pre-sinaptică)

NEUROMODULATORI1. Sinteza mediatorului2. Stocarea mediatorului3. Eliberarea mediatorului4. Traversarea spaţiului sinaptic5. Acţiunea post-sinaptică a mediatorului:

• modulatorul se cuplează pe receptori specifici pe membrana post-sinaptică

• receptorul pentru modulatori este cuplat cu o proteină G

• activarea adenilatciclazei: ATP → cAMP• activarea kinazelor → fosforilarea canalelor

ionice în scopul modulării activităţii acestora• influenţarea activităţilor din nucleu şi citosol• există şi posibilitatea cuplării cu autoreceptori

de pe membrana presinaptică6. Inactivarea mediatorului

Neurotransmiţători Neuromodulatori

Exigenţele pe care o substanţă chimică trebuie să le îndeplinească pt. a fi considerată mediator

• să existe în teritoriul presinaptic

• enzimele de sinteză prezente presinaptic

• enzimele de inactivare prezente în terit. sinaptic

• stim. terminaţiei presinaptice → eliberarea mediatorului

• aplicarea subst. la nivelul membranei postsinaptice să determine efecte

similare stim. presinaptice

• sinapsa şi transmiţătorul candidat sa reacţioneze identic la agonişti şi

antagonişti

Mediatori cu masă moleculară mică

Mediatori cu masă moleculară mare (neuropeptide)

Acetilcolina

Distribuţie:• placa neuro-musculară• fibre vgetative simpatico-

parasimpatice preganglionare• fibre parasimpatice

postganglionare• fibre simpatice postganglionare

(glande sudoripare, vasele de sînge ale musculaturii striate)

Efecte biologice:• efectele sunt de tip parasimpatico-

mimetic• pe receptorii muscarinici

determină efecte excitatoare, depolarizante, însă sunt prezente şi efecte inhibitorii (cord, neuroni centrali)

• pe receptorii nicotinici determină depolarizare şi modularea activităţii celulelor organelor ţintă

Adrenalina Noradrenalina DopaminaDistribuţie:• locus coeruleus• fibre ascendente (hipotalamus,

cerebel, sistemul limbic, neocortex)

• fibre descendente (centrii vegetativi bulbari)

Distribuţie:• terminaţii vegetative post

ganglionare

Distribuţie:• zone nervos centrale

(nucleul arcuat, sistemul limbic, mezencefal)

• periferic (ganglionii simpatici)

Acţiuni biologice - Catecolaminecentral:

reacţia “de trezire”, convulsii, tremor (Adrenalina, Noradrenalina) efecte inhibitorii la nivelul nucleilor bazali (Dopamina) efecte excitatorii la nivelul căilor reticulo-spinale

periferic – acţionează pe receptorii alfa şi beta Receptorii α (reacţii excitatorii)

vazoconstricţie relaxarea m. intestinal contracţia ureterului contracţia uterului secreţia glandelor sudoripare scăderea secreţiei de insulină

Acţiuni biologice - Catecolamine

Receptorii β (reacţii excitatorii) vazodilataţie tahicardie relaxarea m. intestinali relaxarea vezici urinare relaxarea m. uterine creşterea secreţiei de insulină glicogenoiza hepatică glicogenoliză musculară

Variante de răspuns post-sinaptic

Potenţial post-sinapticexcitator (PPSE)

Potenţial post-sinapticinhibitor (PPSI)

Sumația spațio-temporală la nivelul sinapselor

Sinapsa tripartită

Celule gliale

Neuron presinaptic

Neuron postsinaptic

Reconstrucție tridimensională a unei celule gliale îngloband dendritele a 4 neuroni (evidențiați în culori diferite)