سیناپس و نوروترانسمیترها

سیناپس یا همایه یک ساختار زیستی در پایانۀ آکسون‌ها است که از راه آن یک ‏سلول عصبی پیام خود را به دندریت یک نورون دیگر یا یاخته [ماهیچه‌ای] یا یک غده می‌فرستد.

سیناپس (Synapsis به معنی اتصال) مسئول انتقال یکطرفه سیگنالهای عصبی میباشد. سیناپسها مکانهایی هستند که در آنجا میان نورونها یا بین نورونها و سایر سلولهای عمل کننده مانند ماهیچه و سلولهای غده ای تماس برقرار میشود.
نورون اول را پیش سیناپسی و نورون بعدی را پس سیناپسی می نامند.

تفاوت سیناپس الکتریکی و شیمیایی در چیست؟
کلا" سیناپسها بر دو نوعند: شیمیایی و الکتریکی. بیشتر سیناپسها شیمیایی اند که در آن یک ماده شیمیایی بنام نوروترانسمیتر یا انتقال دهنده عصبی از عرض فضای باریک بین سلولها عبور کرده به یک مولکول پروتئینی در غشای پس سیناپسی موسوم به رسپتور متصل میگردد و آن را تحریک یا مهار میکند ویا حساسیت آنرا به روش دیگری تغییر میدهد.

در ‏سیناپس الکتریکی جریان از شکاف پیوندگاه جاری می‌شود. در مقابل، سیناپس شیمیایی قادر به ارتباط ‏سلول به سلول توسط ترشح پیام‌رسان عصبی می‌باشد.این عامل‌های شیمیایی که توسط نورون پیش‌سیناپسی ترشح می‌شوند، جریان‌های ثانویه در نورون پس‌سیناپسی را بوسیلۀ فعال کردن گیرنده‌های ‏خاصی تولید می‌کنند. در حدود ۱۰۰ نوع پیام‌رسان عصبی شناخته شده‌ است. تقریباً تمام سیناپس‌هایی ‏که برای انتقال پیام در دستگاه عصبی مرکزی انسان از آنها استفاده می‌شود، از نوع شیمیایی‌اند.

در‏این‌گونه سیناپس‌ها، نورون اول در انتهای عصبی خود ماده‌ای شیمیایی به نام ناقل عصبی را ترشح می‌کند. این ناقل به نوبۀ خود با تأثیر بر گیرندۀ پروتئینی غشای نورون بعدی، آن را تحریک و یا مهار می‌کند. ‏سیناپس‌های الکتریکی دارای کانال‌های مایع باز بوده که الکتریسیته را از یک سلول به سلول بعدی ‏منتقل می‌کنند. در این نوع سیناپس، ساختارهای پروتئینی به نام اتصالت شکاف‌دار وجود دارد که به ‏یون‌ها اجازه می‌دهند از داخل یک سلول به سلول بعدی حرکت کنند. این نوع سیناپس در تارهای عضلات ‏صاف و قلبی دیده می‌شود.‏

سیناپس های الکتریکی بر عکس بوسیله کانالهای مستقیم باز محتوی مایع مشخص میشوند که الکتریسیته رااز یک سلول به سلول بعدی هدایت میکنند. قسمت بیشتر این سیناپسها از تشکیلات لوله ای شکل کوچک پروتئینی موسوم به محلهای تماس شکافی gap junction ساخته شده اند که عبور آزاد یونها از داخل یک سلول به داخل سلول بعد را امکانپذیر میسازند. این نورونها از لحاظ الکتریکی با یکدیگر ارتباط دارند وهیچگونه واسطه شیمیایی در این سیناپس وجود ندارد.

این کانالهای پل زننده اجازه میدهند که جریان یونی از یک سلول به سلول دیگر با حداقل تاخیر صورت پذیرد. در سیناپسهای الکتریکی گسترش سریع فعالیت از نورئنی به نورون دیگر موجب میشود که یک گروه از نورونهای با عملکرد یکسان باهم عمل کنند. سیناپسهای الکتریکی این مزیت را نیز بر سیناپسهای شیمیایی دارند که دو جهتی هستند.

اجزاء سیناپس شامل چه مواردی است؟
۱- نورون پیش‌سیناپسی: نورونی که پیام‌ عصبی را از طریق پایانۀ اکسونی خود منتقل می‌کند.
۲- فضای سیناپسی: فاصله کمی که بین پایانه اکسونی و سلول دریافت‌کننده وجود دارد.
۳- نورون یا سلول پس‌سیناپسی: دریافت‌کنندۀ پیام عصبی
۴- انتقال‌دهندۀ عصبی: ماده‌ای شیمیایی که باعث ارتباط نورون پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی می‌گردد. مانند استیل‌کولین در ماهیچه‌ها و گلوتامات در مغز.

سیناپس های شیمیایی سطوح ترمینال آکسونی و نورونی را که در مقابل یکدیگر قرار میگیرند بترتیب غشاهای پیش سیناپسی و پس سیناپسی مینامند که توسط یک شکاف سیناپسی با عرض حدود 30-20 نانومتر از یکدیگر جدا شده اند. غشای پیش سیناپسی محتوی تعداد زیادی کانالهای کلسیمی دریچه دار وابسته به ولتاژ است. هنگامیکه پتانسیل عمل به ترمینال میرسد این کانالها باز میشوند و به تعداد زیادی یونهای کلسیم اجازه میدهند تا به داخل ترمینال جریان یابند و به مولکولهای پروتئینی ویژه ای روی سطح داخلی غشای پیش سیناپسی موسوم به محل آزاد شدن release site بچسبند.

این عمل چسبیدن به نوبه خود سبب میشود که وزیکولهای میانجی در ترمینال با محلهای آزاد شدن جوش بخورند و توسط روند اگزوسیتوز از طریق غشا به خارج باز شوند و انتقال دهنده خود را به داخل فضای سیناپسی آزاد کنند. غشای نورون پس سیناپسی هم محتوی تعداد زیادی رسپتورهای پروتئینی است. مولکولهای این رسپتورها دارای دو جزء مهم هستند:

1-یک قسمت گیرنده که از غشا به طرف خارج یعنی به داخل فضای سیناپسی برآمدگی پیدا میکند و در این قسمت به انتقال دهنده عصبی آزاد شده می چسبد.

2-یک قسمت یونوفور(ionophore) که سراسر عرض غشا تا داخل نورون پس سیناپسی را طی میکند. یونوفور به نوبه خود بر دو نوع است:الف:یک کانال یونی که عبور انواع ویژه ای از یونها را از طریق غشا امکان پذیر میکند.

ب: یک فعال کننده پیک دوم که یک کانال یونی نیست بلکه مولکولی است که به داخل سیتوپلاسم سلول برآمدگی پیدا کرده و یک یا چند ماده را در داخل نورون پس سیناپسی فعال میکند. این مواد به عنوان پیک های دوم برای تغییر دادن اعمال ویژه سلولی عمل میکنند.

کانالهای یونی در غشای نورون پس سیناپسی دو نوعند:
کانالهای کاتیونی که وقتی باز میشوند بیش از همه به یونهای سدیم اما گاهی به یونهای پتاسیم وکلسیم نیز اجازه میدهند که عبور کنند.
کانالهای آنیونی که به طور عمده به یونهای کلر اجازه عبور میدهند.
کانالهای کاتیونی که یونهای سدیم را هدایت میکنند از بارهای منفی مفروش شده اند. این بارها یونهای سدیم دارای بار مثبت را به داخل کانال جذب میکنند اما یونهای کلر و سایر آنیونها را دفع کرده و از عبور آنها جلوگیری میکنند.

در مورد کانالهای آنیونی هنگامی که قطر کانال به اندازه کافی بزرگ میشود یونهای کلر به داخل کانال عبور کرده و از سراسر کانال میگذرند ولی کاتیونهای سدیم پتاسیم و کلسیم بلوکه میشوند به طور عمده به این علت که اندازه یونهای هیدراته شان بسیار بزرگتر از آن است که بتوانند عبور کنند.

بازتاب
در بازتاب بازشدن پا، یک نورون حسی، نورون دیگری را تحریک می کند و آن نورون هم یک نورون حرکتی را تحریک کرده و سرانجام نورون حرکتی ماهیچه را به حرکت وا می دارد. مسیر عصبی از نورون حسی تا پاسخ حرکتی را قوس بازتاب Refiect Arc می نامند.

سرعت رسانش از طریق قوس بازتاب به مراتب کمتر از سرعت شناخته شده انتقال تکانه در طول آکسون است، یعنی سرعت انتقال تکانه بین دو نورون باید کمتر از سرعت انتقال در طول آکسون باشد. (یک تکانه در نخاع یک فاصله معین را از طریق سیناپس آهسته تر از انتقال در طول آکسون طی می کند).


مراحل انتقال پیام عصبی در محل سیناپس چیست؟
هنگامی‌که جریان عصبی به پایانۀ اکسونی نورون پیش‌سیناپسی می‌رسد، وزیکول‌های محتوی انتقال‌دهنده‌ها با غشای سلول آمیخته می‌شوند. سپس مولکول‌های انتقال‌دهنده به فضای سیناپسی آزاد و به گیرنده‌های موجود در غشاء نورون پس‌سیناپسی متصل و سبب تغییر پتانسیل الکتریکی آن می‌شوند. این تغییر ممکن است در جهت فعال کردن یا مهار کردن نورون پس‌سیناپسی عمل کند. در سیناپس سیگنال الکتریکی تبدیل به سیگنال شیمیایی (نوروترانسمیترها) می‌شود. این نوروترانسمیترها به شکاف سیناپسی (فاصله کوچک بین دندریت و اکسون) ریخته شده و سپس به دندریت سلول مجاور می‌رسند‌ و در نهایت این انتقال ادامه پیدا می‌کند.

انتقال سیناپسی به زبان دیگر
وقتی یک تکانۀ عصبی به انتهای آکسون می‌رسد، این تکانه می‌تواند به سلول دیگری منتقل شود. محل ارتباط یک نرون با سلول دیگر سیناپس نامیده می‌شود. در محل سیناپس‌ها به طور معمول نرون‌ها به یکدیگر یا سلول‌هایی که توسط آنها تحریک می‌شوند، نمی‌چسبند، بلکه بین آنها فاصله‌ای وجود دارد که شکاف سیناپسی نامیده می‌شود.

در یک سیناپس، نرون انتقال‌دهندۀ پیام عصبی سلول پیش‌سیناپسی و سلول دریافت‌کننده، سلول‌ پس‌سیناپسی نامیده می‌شود. بیشترِ تکانه‌های عصبی به وسیله مولکول‌هایی به نام پیام‌رسان عصبی از خلال شکاف سیناپسی منتقل می‌شوند. پیام‌رسان‌های عصبی بوسیلۀ نرون‌ها تولید و درون ریزکیسه‌هایی به نام وزیکول ذخیره می‌شوند. پیام‌رسان‌های عصبی انواع گوناگونی دارند و به روش‌های مختلفی عمل انتقال‌دهندگی خود را انجام می‌دهند. برای مثال ، در ماهیچه‌های انسان پیام‌رسان عصبی اصل استیل‌کولین است. درحالی‌که در مغز گلوتامات پیام‌رسان اصلی است.
 

طرز عملکرد یک سلول عصبی چیست؟
وقتی نورون توسط یک محرک تحریک می‌شود، این پیام توسط دندریت‌ها که به صورت شاخه‌شاخه هستند، دریافت می‌شود. این پیام توسط دندریت به جسم سلولی یا soma مخابره می‌شود. هسته پاسخ مناسب را به اکسون‌ها می‌دهد. این پاسخ به صورت یک پالس الکتریکی بوده که توسط کانال‌های سدیم و پتاسیم ایجاد می‌شود (پمپ سدیم). در نهایت این پالس به انتهای اکسون می‌رسد. رهایی پیام‌رسان‌های عصبی (تکانه عصبی) باعث رهایی پیام‌رسان عصبی از نرون پیش‌سیناپسی به شکاف سیناپسی می‌شود. وقتی پتانسیل‌ عمل به انتهای آکسون نرون پیش‌‌سیناپسی می‌رسد، وزیکول‌های حاوی پیام‌رسان عصبی به غشای پلاسمایی این سلول متصل، و در آن ادغام می‌شوند. در نتیجه پیام‌رسان‌های عصبی به درون فضای شکاف سیناپسی رها می‌شوند.

وقتی این مولکول‌ها در شکاف سیناپسی منتشر شدند و به سلول پس‌سیناپسی رسیدند، باعث تغییر نفوذ‌پذیری غشای این سلول به یون‌ها می‌شوند. بعضی از پیام‌رسان‌ها به گیرنده‌های پروتئینی ویژه‌ای که بر سطح سلول پس سیناپسی وجود دارند، متصل می‌شوند. در بعضی سلول‌ها مجاری یون‌ها زمانی باز می‌شوند که پیام‌رسان عصبی به این گیرنده‌های پروتئینی متصل شوند. در واقع این گیرنده‌ها خود مجاری عبور یون‌ها هستند. این مجاری را مجاری حساس به مولکول می‌نامند. باز بودن یا بسته بودن این نوع مجاری به اتصال مولکول خاصی (برای مثال، پیام رسان عصبی) وابسته است.


اعمال نوروترانسمیترها (میانجی یا انتقال دهنده ها):
نوروترانسمیترها عموما"در جسم سلولی و بعضی وقتها در سیتوزول پایانه عصبی ساخته شده و سپس در وزیکولهایی در ناحیه پیش سیناپسی یک سیناپس ذخیره می شوند. همه ی نوروترانسمیترها پس از رسیدن موج عصبی (پتانسیل عمل)از انتهاهای عصبی مربوطه به فضای سیناپسی آزاد میشوند و با افزایش یا کاهش پتانسیل استراحت غشاء پس سیناپسی ،برای مدت کوتاه نقش خود را ایفا میکنند.

پروتئینهای گیرنده غشاء پس سیناپسی با ماده ترانسمیتری باند شده و سریعا"دچار تغییر شکل میشوند.این تغییر شکل موجب باز شدن کانال یونی وتولید سریع یک پتانسیل پس سیناپسی تحریکی یا مهاری می شود.تحریک سریع بوسیله استیل کولین (نیکوتینیک) و ال-گلوتامات ومهار بوسیله GABA (گاما آمینو بوتیریک اسید) صورت می پذیرد.

اثرات تحریکی و مهاری بر روی غشاء پس سیناپسی به جمع شدن پاسخهای پس سیناپسی در سیناپسهای مختلف بستگی دارد.اگر اثر نهایی بصورت دپولاریزاسیون باشد نورون تحریک شده ویک پتانسیل عمل در بخش اولیه آکسون آغاز میگردد و در طول آکسون انتقال می یابد و در صورتی که اثر جمعی آنها هایپرپولاریزاسیون باشد نورون مهار شده و هیچ ایمپالس عصبی به وجود نخواهد آمد.

بسیاری از اعمال سیستم عصبی (بعنوان مثال روند حافظه) نیاز به تغییرات طولانی مدت در نورونها برای ثانیه ها تا ماهها بعد از آنکه ماده انتقال دهنده اولیه از بین رفته است دارد. کانالهای یونی برای ایجاد این تغییرات طولانی در نورون پس سیناپسی مناسب نیستند زیرا این کانالها در ظرف چند میلی ثانیه بعد از آنکه ماده انتقال دهنده دیگر وجود ندارد بسته میشوند. در موارد متعدد عمل طولانی نورون توسط فعال کردن یک سیستم شیمیایی پیک دوم در داخل خود سلول نورونی پس سیناپسی به انجام میرسد و سپس پیک دوم موجب اثر طولانی میشود. چندین نوع سیستم پیک دوم وجود دارد. یکی از شایعترین انواع آن در نورونها از گروهی از پروتئینها موسوم به پروتئینها استفاده میکند.


توزیع و سرنوشت نوروترانسمیترها: توزیع نوروترانسمیترها در نقاط مختلف سیستم عصبی متفاوت است. برای مثال: استیل کولین در محل اتصال عصبی عضلانی-در عقده های سیستم اتونومیک و انتهاهای اعصاب پاراسمپاتیکی یافت میشود. نوراپی نفرین در انتهای عصبی سمپاتیک یافت میشود. دوپامین هم با غلظت های بالا در بخشهای مختلف سیستم عصبی مرکزی مانند هسته های قاعده ای یافت میشود.

اثر یک نوروترانسمیتر بوسیله تخریب یا بازجذب آن محدود میشود. مثلا":در مورد استیل کولین اثر آن بوسیله تخریب استیل کولین در فضای سیناپسی توسط آنزیم استیل کولین استراز محدود میشود. اما در مورد کوتکول آمین ها اثر آنها بوسیله باز جذب نوروترانسمیتر به پایانه عصبی پیش سیناپسی محدود میگردد.

اساس بیوشیمیایی اختلالات عصبی وروانی:اختلالات عصبی روانی از نظر بالینی اهمیت دارند از جمله به این علت که غالبا" مزمن(مانند:اسکیزوفرنی) و مخرب(مانند:سکته مغزی-بیماری هانتینگتون وبیماری آلزایمر) میباشند.

هانتینگتون:این بیماری با حرکات کوتاه و غیرارادی(کره) و زوال فزاینده اعمال عالی عصبی مشخص میشود. معمولا" بیماری در فاصله 35تا50 سالگی شروع میشود و بی وقفه پیشرفت میکند. متوسط طول بیماری تقریبا" 15 سال پس از شروع است وبه صورت اتوزومی غالب به ارث میرسد.در بیماری هانتینگتون عمدتا" نورونهای جسم مخطط درگیر میشوند. کاهش میزان برخی نوروترانسمیترها مانند GABA و استیل کولین و برخی گیرنده ها مانند گیرنده های دوپامین-استیل کولین و سروتونین مشاهده میشود.

آلزایمر:یکی از بیماریهای علاج ناپذیر عصبی روانی است که در آن اختلال پیشرونده اعمال ادراکی روی میدهد و معمولا" با اختلالات عاطفی و رفتاری همراه است. میزان استیل کولین در مغز کسانی که از بیماری آلزایمر می میرند بسیار کم است. البته این تغییرات ظاهرا" معلول آسیب سلولی هستند و وقایع اولیه ی آغازگر بیماری آلزایمر نمی باشند.

اسکیزوفرنی:این بیماری با علائم روان پریشی مشخص میشوند که باز تابی از آشفتگی تفکر-حواس و رفتار میباشند. محققان افزایشهای متفاوتی را در مقدار دوپامین نمونه های بافت مغزی مبتلایان گزارش کرده اند. گیرنده های دوپامین هم در مغز اسکیزوفرنی هابالاست.


پیام‌رسان عصبی به چه صورت عمل می‌کند؟
پیام‌رسان عصبی باعث تحریک فعالیت سلول پس‌سیناپسی می‌شود یا فعالیت آن را مهار می‌کند. برای مثال وقتی پیام‌رسان عصبی، دریچۀ مجاری حساس به مولکول را باز می‌کند، یون‌ها از خلال غشای پلاسمایی سلول پس‌سیناپسی جابه‌جا می‌شوند. این واقعه باعث می‌شود پتانسیل غشای سلول پس‌سیناپسی بسته به بار یونی که وارد این سلول یا از آن خارج می‌شود، تغییر کند. اگر یون‌های مثبت وارد نرون پس‌سیناپسی شوند، ممکن است پتانسیل عمل تشکیل شود (تحریک). از طرف دیگر، اگر یون‌های مثبت از سلول خارج شوند یا یون‌های منفی وارد آن شوند، ممکن است جلو تشکیل پتانسیل عمل گرفته شود (مهار).

دوپامین باعث تحریک تکانۀ عصبی می‌شود. این پیام‌رسان عصبی دریچۀ سدیم را باز می‌کند. گابا تکانۀ عصبی را مهار می‌کند. این پیام‌رسان عصبی، دریچۀ پتاسیم را باز می‌کند. همۀ پیام‌رسان‌های عصبی که به شکاف سیناپسی آزاد می‌شوند، به گیرنده‌های پروتئینی متصل نمی‌شوند. پیام‌رسان‌هایی که مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، برای همیشه در شکاف سیناپسی باقی نمی‌مانند. در واقع، بیشتر پیام‌رسان‌های عصبی پس از رهایی از شکاف سیناپسی پاک می‌شوند.


منابع:
1-نوروآناتومی بالینی نویسنده:ریچارد اسنل ترجمه:دکتر ابراهیم اسفندیاری-دکتر روشنک ابوترابی
2-فیزیولوژی پزشکی جلد دوم نویسنده:پروفسور آرتور گایتون ترجمه:دکتر فرخ شادان
3-بافت شناسی پایه نویسنده:جان کوییرا ترجمه:آرزو صمدی-رهام صادق ملکی-شهروز یزدانی
4-بیوشیمی هارپر جلد دوم مولفان:مورای-گرانر-مایس-رادول ترجمه:دکتر احمد رضا نیاورانی
5- مدیریت مشاوره آریا
6- سایت دبیرخانه زیست شناسی کشور