1. ΜΟΡΙΑΚΗ ΝΕΥΡΟΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ
Στον ιστό του Κεντρικού Νευρικού ή Εγκεφαλονωτιαίου Συστήματος διακρίνονται δύο κύριοι τύποι κυττάρων οι νευρώνες και τα γλοία. Η ειδική ανατομική μονάδα του κεντρικού νευρικού συστήματος είναι ο νευρώνας ο οποίος αποτελείται από το κυτταρικό σώμα, τους δενδρίτες και τον άξονα. Μέσω των δενδριτών δέχεται πληροφορίες από άλλους νευρώνες, τις επεξεργάζεται και τις μεταδίδει μέσω του άξονα και των συνάψεών σε άλλα κύτταρα. Το κλασικό αυτό σχήμα του νευρώνα αντιστοιχεί στους ονομαζόμενους Golgi I νευρώνες. Αντίθετα, οι τύπου Golgi ΙΙ είναι συνήθως διάμεσοι νευρώνες με μικρό νευράξονα ο οποίος μπορεί και να μην υπάρχει καθόλου. Επιπλέον, υπάρχει η περίπτωση το ερέθισμα να λαμβάνεται από τον δενδρίτη π.χ. και να μεταδίδεται στο μετασυναπτικό κύτταρο απ’ ευθείας χωρίς την μεσολάβηση του κυτταρικού σώματος. Η πλειοψηφία των νευρώνων του κεντρικού νευρικού συστήματος των ανωτέρων θηλαστικών αποτελείται από νευρώνες τύπου Golgi ΙΙ.
Η μεμβράνη του νευρώνα σχηματίζεται από δύο συμμετρικές στρώσεις λιπιδίων (35%), υδατανθράκων (10%) και πρωτεϊνών (55%). Οι πρωτείνες της μεμβράνης είναι δομικά στοιχεία αλλά, επίσης, σχηματίζουν πόρους, υποδοχείς, διαύλους, ένζυμα κ.ά.
Τα γλοία αναλαμβάνουν βοηθητικές λειτουργίες π.χ. συνδετικού ιστού, ανοσολογικές όπως φαγοκυττάρωση και σχηματίζουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό δηλ. επιτρέπουν την δίοδο ορισμένων μόνο ουσιών από το αίμα. Τα αστροκύτταρα στηρίζουν τους νευρώνες στο χώρο, μεταφέρουν θρεπτικές ουσίες στους νευρώνες, αποδομούν τα μέρη των νεκρών νευρώνων και ρυθμίζουν το περιεχόμενο του εξωκυτταρικού χώρου. Τα μικρογλοία αποδομούν τα μέρη των νεκρών νευρώνων. Τα ολιγοδενδρογλοία σχηματίζουν την μυελίνη του κεντρικού νευρικού συστήματος, ενώ, τα κύτταρα του Schwann σχηματίζουν την μυελίνη του περιφερικού νευρικού συστήματος (σχήμα 3α(c)).
Με τον όρο ”πληροφορία” νοείται η εκπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης η οποία μεταβάλει το δυναμικό της από το –90 έως -70 mV περίπου (δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης) σε +30 έως +50 mV περίπου (δυναμικό ενεργείας) και προωθείται κατά μήκος του νευράξονα (νευρική ώση ή ώθηση). Όταν η εκπόλωση φτάσει στην αξονική απόληξη, προκαλεί την απελευθέρωση στο συναπτικό χάσμα ειδικών ουσιών που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές.
Το δυναμικό ηρεμίας και ενεργείας της μεμβράνης
Το δυναμικό ηρεμίας σχηματίζεται από τις συγκεντρώσεις των ιόντων στο εσωτερικό και στο εξωτερικό της μεμβράνης. Τα ιόντα αυτά σε κατάσταση ηρεμίας της μεμβράνης, βρίσκονται στις εξής συγκεντρώσεις:
Εξωτερικό: Na+ 145 mM, K+ 4 mM, Cl- 120 mM, HCO3- 27 mM, άλλα κατιόντα 5 mM
Εσωτερικό: Na+ 12 mM, K+ 155 mM, Cl- 4 mM, HCO3- 8 mM, άλλα ανιόντα 155 mM
Το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης εξαρτάται από τους εξής βασικούς παράγοντες:
1) το μέγεθος των εσωκυτταρικών ανιόντων είναι τέτοιο που δεν τους επιτρέπει να περνούν μέσω της κυτταρικής μεμβράνης προς τον εξωτερικό χώρο
2) η διαπερατότητα της μεμβράνης στο Na+ είναι περιορισμένη με αποτέλεσμα το Na+ να παραμένει στο εξωτερικό αδυνατώντας να εξουδετερώσει τα πλεονάζοντα εσωκυτταρικά ανιόντα. Η μεμβράνη διαπερνάται εύκολα μόνο από τα ιόντα K+ και Cl-
3) η αντλία Na+/ K+ απομακρύνει τα πλεονάζοντα ιόντα Na+ από το εσωτερικό του κυττάρου ανταλλάσσοντάς τα με ιόντα K+
Η κίνηση των ιόντων μέσω της μεμβράνης μελετάται από την εξίσωση του Nerst βάσει της οποίας η δυναμική ενέργεια της διάχυσης πρέπει να εξισορροπηθεί από το απαραίτητο έργο που απαιτείται για να μεταφερθεί το ιόν στην περιοχή όπου η συγκέντρωσή του είναι πιο υψηλή.
E=RT/Fz x logn Ce/Ci
Όπου: Ε = δυναμική ενέργεια διάχυσης.
R = σταθερή αερίων
Τ = απόλυτη θερμοκρασία
z = σθένος
F = σταθερή Faraday
Από την ανωτέρω εξίσωση προκύπτει:
Eion=R x T/z x F x In Ce/Ci
Όπου: Eion = δυναμικό στο οποίο η εξωκυτταρική (Ce) και η ενδοκυτταρική (Ci) συγκέντρωση του ιόντος βρίσκονται σε ισορροπία.
Το Eion του K+ είναι –97mV, ενώ, εκείνο του Na+ είναι +65mV. Σε κατάσταση ηρεμίας της μεμβράνης και με βάση τα ανωτέρω, το ιόν του Κ+ βρίσκεται σε ισορροπία (εφ’ όσον το Eion του Κ+ είναι παραπλήσιο με εκείνο του δυναμικού ηρεμίας). Αντίθετα το ιόν του Na+ τείνει να εισέλθει στο κύτταρο αλλά δεν τα καταφέρνει εφ’ όσον βρίσκει τους διαύλους του κλειστούς. Σε περίπτωση που κάποια ιόντα Na+ καταφέρουν να εισέλθουν απομακρύνονται αμέσως από την αντλία Na+/ K+. Κατ΄ αυτόν τον τρόπο διατηρείται το δυναμικό ηρεμίας.
Επισημαίνεται ότι η βιολογική μεμβράνη δεν ταυτίζεται ακριβώς με μια ημιδιαπερατή μεμβράνη εφ’ όσον πολλοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν την διαπερατότητά της. Π. χ. η ορμόνη ινσουλίνη προκαλεί είσοδο ιόντων Na+ στο κύτταρο μέσω της ενεργοποίησης του ανταλλαγέα Na+/Η+ (προκαλεί είσοδο ιόντων Na+ με αντάλλαγμα την έξοδο ιόντων Η+). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης του K+ εφ’ όσον η αντλία Na+/K+ απομακρύνει αμέσως τα πλεονάζοντα Na+ ανταλλάσσοντάς τα με K+1. Επίσης, ο νευροδιαβιβαστής νοραδρεναλίνη μέσω των β-υποδοχέων του, αυξάνει την ταχύτητα λειτουργίας της αντλίας Na+/ K+ με αποτέλεσμα την αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης του K+1. Ακόμη, έχει παρατηρηθεί ότι η υποξεία (έλλειψη οξυγόνου) και το ΑΤΡ (Adenosine Tri-Phosfatase) επηρεάζουν την διαπερατότητα των διαφόρων ιόντων δρώντας σε διαύλους ή σε διάφορα συστήματα μεταφορέων και αντλιών της μεμβράνης.
Ο δίαυλος του Na+ σχηματίζεται από μια πρωτεΐνη μοριακού βάρους 250000-300000 Dalton. Ο αριθμός διαύλων ανά μm2 διαφέρει ανάλογα με τον τύπο του νευρώνα. Η τετραοδοντοτοξίνη είναι μια τοξική ουσία με ιδιότητα να αποκλείει τον συγκεκριμένο δίαυλο. Η διάνοιξη του διαύλου αυτού προκαλείται από την εκπόλωση της μεμβράνης ή/και μέσω ειδικών διαμεσολαβητών του κυτταρικού μηχανισμού (π.χ. πρωτεΐνες G).
Η αντλία Na+/K+ είναι ένα ένζυμο για την λειτουργία του οποίου είναι απαραίτητη η κατανάλωση ενέργειας. Σε μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας μεταφέρει περίπου 200 ιόντα Na+ στο εξωτερικό και 130 ιόντα K+ στο εσωτερικό. Η ενέργεια που απαιτείται για την λειτουργία της δίδεται από το ΑΤΡ το οποίο, ως γνωστόν, συντίθεται από τον κύκλο του Crebbs (με κατανάλωση οξυγόνου και γλυκόζης) και από την αναερόβια αναπνοή. Όμως, στον νευρώνα το ΑΤΡ που παράγεται με την αναερόβια αναπνοή δεν επαρκεί και για τον λόγο αυτό, σε περίπτωση πλήρους έλλειψης Ο2 και γλυκόζης, ο νευρώνας καταστρέφεται σε λίγα λεπτά (περίπου πέντε).
Ο εγκέφαλος καταναλώνει το 20% περίπου του συνολικού Ο2 του σώματος, από το οποίο το μισό (10%) καταναλώνεται για την λειτουργία της αντλίας Na+/K+2.
Η καταστροφή του νευρώνα από έλλειψη ενέργειας, οφείλεται στην ανεξέλεγκτη είσοδο και στην αδυναμία απομάκρυνσης των ιόντων Na+. Η αναστολή της λειτουργίας της αντλίας Na+/K+ που πειραματικά μπορεί να επιτευχθεί με την φαρμακευτική ουσία ουαβαϊνη, προκαλεί την αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης του Na+ και επομένως την εκπόλωση της μεμβράνης3. Η εκπόλωση της μεμβράνης προκαλεί την διάνοιξη των διαύλων του Na+ και την επιπλέον αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσής του. Ο νευρώνας αδυνατεί να απομακρύνει τα ιόντα Na+ εφ’ όσον δεν λειτουργεί η αντλία Na+/K+ . Τα ιόντα αυτά για οσμωτικούς λόγους, συνοδεύονται από νερό και αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την λύση του νευρώνα από υπερδιόγκωση (οξύς νευρωνικός θάνατος). Ο οξύς νευρωνικός θάνατος επέρχεται σε όλες τις περιπτώσεις ανοξείας, βαριάς υπογλυκαιμίας και διακοπής της παροχής του αίματος (ισχαιμία).
Αν η αντλία Na+/K+ λειτουργεί κανονικά, τότε τα ιόντα Na+ που απομακρύνονται προσπαθούν βάσει της εξίσωσης του Nerst, να επανεισέλθουν, αλλά, εφ’ όσον βρίσκουν τους διαύλους τους κλειστούς, εφάπτονται στο εξωτερικό τμήμα της μεμβράνης προκαλώντας έτσι την διαφορά δυναμικού που χαρακτηρίζει το δυναμικό ηρεμίας.
Η νευρομεταβίβαση και η μετάδοση της πληροφορίας
Όταν ένας νευροδιαβιβαστής αντιδράσει χημικά με ειδικές πρωτεΐνες που βρίσκονται στην μεμβράνη του μετασυναπτικού νευρώνα (υποδοχείς), προκαλεί μια σειρά μεταβολών στην μετασυναπτική μεμβράνη όπως:
1) επιτρέπει την είσοδο Na+ στο κύτταρο μέσω του ανοίγματος των ειδικών διαύλων του, με αποτέλεσμα την μετακίνηση του δυναμικού ηρεμίας προς τιμές πιο θετικές (εφ’ όσον εξουδετερώνονται τα ενδοκυτταρικά ανιόντα) και μπορεί να φτάσει ως την εκπόλωση της μετασυναπτικής μεμβράνης (διεγερτική νευρομεταβίβαση). Η έκλυση δυναμικού ενεργείας επιτυγχάνεται αν η διαφορά δυναμικού της μεμβράνης υπερβεί τον ουδό (επίπεδο πυροδότησης) που τοποθετείται μεταξύ των –55 έως –40 mV. Σε τέτοια περίπτωση η μετακίνηση του δυναμικού ηρεμίας προς τιμές πιο θετικές δεν είναι πλέον αντιστρεπτή και η διαφορά δυναμικού φτάνει έως τα +30 mV περίπου (δυναμικό ενεργείας). Αμέσως εξέρχονται τα ιόντα K+ και to δυναμικό τείνει εκ νέου προς τις τιμές ηρεμίας. Ακολούθως η αντλία Na+/ K+ επαναφέρει τις συγκεντρώσεις στην αρχική τους θέση. Τα φαινόμενα αυτά απεικονίζονται στο σχήμα 1α. Ορισμένοι διεγερτικοί νευροδιαβιβαστές όπως το γλουταμινικό και το ασπαρτικό, προκαλούν την είσοδο των ιόντων κατευθείαν μέσω του μετασυναπτικού υποδοχέα όταν αντιδράσουν με αυτόν (ιονοτροπικοί υποδοχείς).
Η ελάχιστη ένταση του ερεθίσματος που απαιτείται για να προκληθεί διέγερση του νευρώνα ονομάζεται βαλβίδα ερεθισμού4. Αν το ερέθισμα δεν είναι ικανό να προκαλέσει διέγερση ονομάζεται υποβαλβιδικό. Επισημαίνεται ότι ένα ερέθισμα που είναι ικανό να προκαλέσει διέγερση (βαλβιδικό), είναι ίσο με οποιοδήποτε άλλο βαλβιδικό ερέθισμα δηλ. το δυναμικό της διεγερθήσης μεμβράνης φτάνει σε όλες τις περιπτώσεις από αρνητικές σε θετικές τιμές. Ακόμη και στην περιπτωση που το δυναμικό ενεργείας φτάσει στα +40 ή τα +50 mV το βιολογικό αποτέλεσμα είναι ακριβώς το ίδιο (απελευθέρωση ίσης ποσότητας νευροδιαβιβαστή ανά ώση). Άρα δεν υπάρχει ισχυρότερο ή ασθενέστερο δυναμικό ενεργείας (νόμος του «όλα ή τίποτα»). Για να είναι βαλβιδικό ένα ερέθισμα θα πρέπει να έχει την ικανότητα να μετακινεί το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης για τουλάχιστον 15 mV. Π.χ. αν το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης βρίσκεται στα –70 mV το ερέθισμα θα είναι βαλβιδικό αν το μετακινήσει τουλάχιστον στα –55 mV.
Η εκπόλωση της μεμβράνης σε μια ορισμένη περιοχή του νευράξονα προκαλεί το άνοιγμα των διαύλων Na+ και στις γειτονικές περιοχές της μεμβράνης (λόγω του ηλεκτρικού πεδίου), με αποτέλεσμα την προώθηση του δυναμικού κατά μήκος του νευράξονα. Στην περίπτωση που ο νευράξονας περιβάλλεται από έλυτρο μυελίνης (όπως π.χ. στα περιφερικά νεύρα που το έλυτρο σχηματίζεται από προεκτάσεις της μεμβράνης των κυττάρων του Schwann), η εκπόλωση είναι δυνατόν να εκλυθεί μόνο στις ελεύθερες από μυελίνη περιοχές του νευράξονα που ονομάζονται περισφύξεις ή κόμβοι του Ranvier (σχήμα 3α(b)). Κατ’ αυτόν τον τρόπο όμως, η ταχύτητα μετάδοσης του ερεθίσματος πολλαπλασιάζεται εφ’ όσον οι εκπολώσεις δεν εκλύονται «εν συνεχεία» αλλά με «άλματα».
Σε περίπτωση που η μετασυναπτική μεμβράνη βρίσκεται σε φάση διέγερσης, οποιοδήποτε άλλο διεγερτικό ερέθισμα όσο δυνατό και να είναι, δεν μπορεί να προκαλέσει δυναμικό ενεργείας. Ορίζουμε τότε ότι η μεμβράνη βρίσκεται σε ανερέθιστη περίοδο.
2) επιτρέπει την είσοδο χλωρίου στο κύτταρο με αποτέλεσμα τη μετακίνηση του δυναμικού ηρεμίας προς τιμές πιο αρνητικές (ανασταλτική νευρομεταβίβαση).
Επισημαίνεται ότι, σε περίπτωση που στην μεμβράνη ενός δενδρίτη εφαρμοστεί βαλβιδικό ερέθισμα, δεν είναι απαραίτητο το τοπικό δυναμικό ενεργείας να μεταδοθεί προς το κυτταρικό σώμα και ακολούθως στον νευράξονα. Αυτό συμβαίνει γιατί οι δενδρίτες δέχονται ταυτόχρονα πολλαπλά διεγερτικά και ανασταλτικά ερεθίσματα και το τελικό αποτέλεσμα εξαρτάται από την χρονική και χωρική άθροιση όλων αυτών των ερεθισμάτων (βλ. κεφάλαιο μετάδοσης της πληροφορίας).
3) εκτός από την ηλεκτρική απάντηση, η αντίδραση του νευρομεταβιβαστή με τον υποδοχέα προκαλεί και μεταβολική απάντηση όπως π.χ. την αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης ιόντων ασβεστίου, την ενεργοποίηση ή την αναστολή ενζύμων, την σύνθεση πρωτεϊνών, κ.α. Τα φαινόμενα αυτά προκαλούνται με την διαμεσολάβηση ειδικών πρωτεϊνών που ονομάζονται πρωτεΐνες ‘G’.
Νευροδιαβιβαστές
Νευροδιαβιβαστής ονομάζεται μια ουσία η οποία έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:
-συντίθεται σε νευρώνες
-βρίσκεται εντός της συναπτικής απόληξης
-απελευθερώνεται με την εκπόλωση της προσυναπτικής μεμβράνης
-μετά την απελευθέρωση, αντιδρά με τον μετασυναπτικό υποδοχέα προκαλώντας ένα βιολογικό αποτέλεσμα
-ακολούθως αποσυντίθεται από ειδικά καταβολικά ένζυμα ή επαναπροσλαμβάνεται από την συναπτική απόληξη
-αν τοποθετηθεί πειραματικά στο συναπτικό χάσμα προκαλεί το ίδιο βιολογικό αποτέλεσμα
Η δράση των νευροδιαβιβαστών διαρκεί 10-100 ms αλλά υπάρχουν μεγάλες διαφορές ανάλογα με το είδος του υποδοχέα που διεγείρεται. Οι ιονοτροπικοί υποδοχείς θεωρούνται ότι προκαλούν τα ταχύτερα μετασυναπτικά δυναμικά. Αντίθετα οι υποδοχείς των μονοαμινών και των πεπτιδίων προκαλούν δυναμικά που μπορούν να διαρκέσουν μερικά λεπτά της ώρας5.
Ουσίες που δρουν ως νευροδιαβιβαστές
Μονοαμίνες
Κατεχολαμίνες (δοπαμίνη, αδρεναλίνη, νοραδρεναλίνη)
Σεροτονίνη
Ακετυλοχολίνη
Αμινοξέα
GABA (γ-amino- butyric -acid)
Γλυκίνη
Γλουταμινικό οξύ
Ασπαρτικό οξύ
Πεπτίδια6
Οπιοειδή
Εντερικά (σεκρετίνη, χολεκυστοκινίνη κ.α.)
Νατριοδιουρητικό και αγγειοενεργητικό
Πρόσθιας υπόφυσης
Υποφυσιότροπα
Άλλα
Νευροτροποποιητές
Πρόκειται για ουσίες οι οποίες έχουν την ικανότητα να τροποποιήσουν την διεγερσιμότητα των νευρώνων και το εύρος των συναπτικών δυναμικών μέσω της φωσφορυλίωσης των διαύλων διαφόρων ιόντων5.
-δρουν μέσω της τροποποίησης (μετασχηματισμού) της δράσης των νευρομεταβιβαστών
-έχουν πιο αργή πορεία δράσης και με μεγαλύτερη διάρκεια, σε σύγκριση με τους νευροδιαβιβαστές. Η δράση τους αρχίζει αργά και μπορεί να διαρκέσει ώρες ή και περισσότερο.
-δρουν περισσότερο ενδοκυτταρικά παρά σε υποδοχείς της μεμβράνης προκαλώντας σημαντική μεταβολική απάντηση
Πολλές ουσίες μπορούν να δράσουν και σαν νευροδιαβιβαστές και σαν νευροτροποποιητές.
Ιονοτροπικοί υποδοχείς
Πρόκειται για τους υποδοχείς εκείνους που επιτρέπουν την διέλευση ιόντων μέσω της ιδίας της δομής τους. Οι υποδοχείς αυτοί είναι:
-οι νικοτινικοί υποδοχείς της ακετυλοχολίνης (επιτρέπουν την διέλευση ιόντων Na+, K+, Ca++)
-οι υποδοχείς NMDA, AMPA, KA του γλουταμινικού οξέως (επιτρέπουν την διέλευση ιόντων Na+, K+, Ca++)
-οι υποδοχείς GABAa (επιτρέπουν την διέλευση ιόντων Cl-)
Δράση των υποδοχέων
Διεγερτικοί
-προκαλούν την διάνοιξη των διαύλων Na+ μέσω ειδικών δεύτερων αγγελιοφόρων που ονομάζονται ‘πρωτεΐνες G’.
-προκαλούν την απ’ ευθείας είσοδο του Na+ μέσω του ιδίου του υποδοχέα (ιονοτροπικοί υποδοχείς).
Ανασταλτικοί
-προκαλούν την αναστολή των διεγερτικών μηχανισμών του κυττάρου μέσω ανασταλτικών πρωτεϊνών G.
-προκαλούν την απ’ ευθείας είσοδο του Cl- μέσω του ιδίου του υποδοχέα (ιονοτροπικοί υποδοχείς).
Επίσης, οι νευροδιαβιβαστές και οι νευροτροποποιητές μπορούν να προκαλέσουν ή να επηρεάσουν το μετασυναπτικό αποτέλεσμα επιδρώντας στην αγωγιμότητα (διαπερατότητα) της μεμβράνης και σε άλλα ιόντα εκτός του Na+ και του Cl- (π.χ. Κ+).
Ο ρόλος του ασβεστίου
Το 1935 ο J. Young πειραματιζόμενος στην γιγαντιαία σύναψη του καλαμαριού, παρατήρησε ότι η πληροφορία μεταδίδεται από την σύναψη μέσω νευροδιαβιβαστή.
Οι μηχανισμοί αυτοί έγιναν πιο σαφείς την δεκαετία του ’50 και τις αρχές της δεκαετίας του ’60 από τους Bullock, Hagiwara, Tasaki, N. & A. Takeuchi, Miledi, Slater. Παρατήρησαν ότι το δυναμικό ενεργείας όταν φτάνει στην προσυναπτική απόληξη διεγείρει τον επόμενο νευρώνα αλλά το αντίθετο δεν ισχύει (δεν υπάρχει προσυναπτική απάντηση αν το δυναμικό ενεργείας εφαρμοστεί μετασυναπτικά). Το 1966 οι Katz και Miledi έδειξαν ότι αρκεί εκφόρτιση της προσυναπτικής μεμβράνης για να έχουμε μετασυναπτική απάντηση. Αργότερα οι ίδιοι απέδειξαν ότι δεν αρκεί μόνο η προσυναπτική εκπόλωση αλλά είναι απαραίτητη και η είσοδος ιόντων ασβεστίου (Ca++ ) στα προσυναπτικά κομβία. Σήμερα είναι γνωστό ότι τα ιόντα Ca++ που εισέρχονται προσυναπτικά ενεργοποιούν ειδικές φωσφοπρωτεϊνες όπως την συναψίνη Ι η οποία είναι απαραίτητη για την απελευθέρωση νευροδιαβιβαστή.
Το Ca++ βρίσκεται σε συγκέντρωση 10000 φορές περίπου μεγαλύτερη στον εξωκυτταρικό χώρο και διέρχεται στον ενδοκυτταρικό μόνο κάτω από ειδικές συνθήκες όπως είναι η εκπόλωση της μεμβράνης του νευρώνα (διέλευση μέσω των τασεοεξαρτώμενων διαύλων του (Ca++). Βέβαια εκτός από τους τασεοεξαρτώμενους διαύλους υπάρχουν και άλλοι δευτερεύοντες τρόποι εισόδου του Ca++ στο κύτταρο. Επίσης, η εκπόλωση της μεμβράνης προκαλεί την αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης του Ca++ μέσω απελευθέρωσής του από το ενδοπλασματικό δίκτυο. Οι κυριότερες λειτουργίες του είναι:
-Απελευθέρωση νευρομεταβιβαστή. Η εκπόλωση της προσυναπτικής μεμβράνης προκαλεί την αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης των ιόντων Ca++
με αποτέλεσμα την απελευθέρωση του νευροδιαβιβαστή.
-Αξονική μεταφορά
-Σχηματισμός μικροσωλήνων
-Ενεργοποίηση ενζύμων απαραίτητων για την λειτουργία του νευρώνα και με σημαντικότατη συμμετοχή στους μηχανισμούς της μνήμης.
Η παρατεταμένη όμως, παραμονή του στο εσωτερικό του νευρώνα η οποία παρατηρείται σε ορισμένες παθολογικές συνθήκες (όπως π.χ. η τοξικότητα εκ διεγέρσεως ή διεγερτοτοξικότητα), δίνει το έναυσμα για την ενεργοποίηση των καταβολικών μηχανισμών του κυττάρου και επομένως την αυτοκαταστροφή του7. Ο όρος "διεγερτοτοξικότητα" προέρχεται από την παρατήρηση ότι σ' αυτόν τον νευρωνικό θάνατο είναι σημαντική η συμμετοχή των διεγερτικών νευροδιαβιβαστών όπως είναι το γλουταμινικό και το ασπαρτικό οξύ. Τα αμινοξέα αυτά αντιδρώντας με τους υποδοχείς τους, αυξάνουν την ενδοκυτταρική συγκέντρωση ασβεστίου. Σε περίπτωση ισχαιμίας, η ενεργειακή ανεπάρκεια του κυττάρου προκαλεί την υπολειτουργία των ATP εξαρτώμενων κυτταρικών μηχανισμών όπως π.χ. της αντλίας Na+/K+. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την συσσώρευση Na+ στο εσωτερικό του νευρώνα το οποίο, με κάποιους μηχανισμούς7, εμποδίζει την απομάκρυνση του Ca++. Η μεγάλη και παρατεταμένη αύξηση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης ιόντων Ca++
προκαλεί την ενεργοποίηση των καταβολικών μηχανισμών του κυττάρου με κίνδυνο καταστροφής του. Βέβαια για να συμβούν όλα αυτά θα πρέπει η υποξεία και η υπογλυκαιμία να είναι τέτοιες ώστε να υπερνικηθούν οι αμυντικοί μηχανισμοί του κυττάρου7. Π.χ. έχει παρατηρηθεί ότι η υποξεία και η μείωση της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσης ΑΤΡ αναστέλλουν την λειτουργία διαφόρων συστημάτων της μεμβράνης μεταξύ αυτών των διαύλων του Na+ με αποτέλεσμα την δυσχερέστερη είσοδο του στο κύτταρο.
Όσον αφορά το δυναμικό ηρεμίας, αυτό ενισχύεται όταν τα ιόντα Ca++ βρίσκονται σε μεγάλη συγκέντρωση στο εξωτερικό περιβάλλον του κυττάρου. Το αντίθετο συμβαίνει αν μειωθεί η συγκέντρωση των ιόντων Ca++. Πιθανόν αυτό συμβαίνει γιατί τα ιόντα Ca++ καθηλώνονται σε αρνητικά φορτισμένες θέσεις της μεμβράνης που αντιστοιχούν στους διαύλους του Na+ με αποτέλεσμα να μειώνεται η διαπερατότητα της μεμβράνης για το Na+4.
Οι πρωτεΐνες G και οι πρωτεΐνες κινάσες
Οι πρωτεΐνες G είναι οι δεύτεροι αγγελιοφόροι μεταξύ της διέγερσης του υποδοχέα και της ενεργοποίησης ή της αναστολής των διαφόρων μηχανισμών του κυττάρου. Οι πρωτεϊνες G ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν διάφορα ένζυμα μεταξύ των οποίων είναι η αδενυλική κυκλάση και η φωσφολιπάση C. Τα ένζυμα αυτά, με την συμβολή ιόντων Ca++, ενεργοποιούν άλλα ένζυμα απαραίτητα για την ομοιόσταση και την λειτουργία του κυττάρου. Μερικά από αυτά προκαλούν πρωτεϊνοσύνθεση με αποτέλεσμα το κύτταρο να έχει την δυνατότητα μεταβολής ακόμη και της μακροσκοπικής μορφολογίας του (π.χ. δημιουργία νέων συνάψεων).
Η αδενυλική κυκλάση είναι το ένζυμο που καταλύει την αντίδραση ATP Þ cAMP (κυκλικό ΑΜΡ). Ακολούθως το cAMP ενεργοποιεί μια πρωτεΐνη κινάση που ονομάζεται A (PKA). Η ΡΚΑ ενεργοποιεί μέσω φωσφορυλίωσης μια σειρά ενζύμων απαραίτητων για διάφορες κυτταρικές λειτουργίες όπως π.χ. η διαπερατότητα της μεμβράνης στα διάφορα ιόντα και η απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών18.
Η φωσφολιπάση C είναι το ένζυμο που καταλύει την αντίδραση διφωσφορική ινοσιτόλη Þ τριφωσφορική ινοσιτόλη (IP3) + διακυλογλυκερόλη (DG). Ακολούθως η DG ενεργοποιεί μια πρωτεΐνη κινάση που ονομάζεται C (PKC). Η ΡΚC, επίσης, ενεργοποιεί μέσω φωσφορυλίωσης μια σειρά ενζύμων απαραίτητων για διάφορες κυτταρικές λειτουργίες. H ΙΡ3 ρυθμίζει την ενδοκυτταρική συγκέντρωση του Ca++ κυρίως μέσω της απελευθέρωσής του από τις ενδοκυτταρικές αποθήκες19.
Οι πρωτεΐνες κινάσες ενεργοποιούν ένζυμα τα οποία ονομάζονται φωσφοπρωτεϊνες γιατί αλλάζουν τις βιολογικές τους ιδιότητες μέσω φωσφορυλίωσης – αποφωσφορυλίωσης. Η φωσφορυλίωση ενεργοποιεί την ενζυματική τους ιδιότητα, ενώ, η αποφωσφορυλίωση την απενεργοποιεί. Για την ενεργοποίηση των περισσοτέρων πρωτεϊνών κινασών είναι απαραίτητη η παρουσία ιόντων Ca++ μέσω αύξησης της ενδοκυτταρικής συγκέντρωσής των. Ορισμένες κινάσες δεν ενεργοποιούνται απ’ ευθείας από το Ca++ αλλά μέσω ενός ενδοκυτταρικού μεταφορέα του που ονομάζεται καλμοδουλίνη.
Είδη συνάψεων
-συνάψεις κενού όπου ο νευροδιαβιβαστής απελευθερώνεται από την συναπτική απόληξη και δρα μέσω του υποδοχέα που βρίσκεται στην μετασυναπτική μεμβράνη. Ο νευράξονας καταλήγει στην αξονική απόληξη η οποία σχηματίζει το λεγόμενο τελικό συναπτικό κομβίο. Μεταξύ του συναπτικού κομβίου και της μετασυναπτικής μεμβράνης παρεμβάλλεται το συναπτικό χάσμα. Εκεί βρίσκονται ειδικά ένζυμα με σκοπό να καταβολίζουν τον νευροδιαβιβαστή που παρευρίσκεται. Ο νευροδιαβιβαστής που απελευθερώνεται δρα και ακολούθως ή καταβολίζεται από τα ειδικά ένζυμα ή επαναπροσλαμβάνεται από το τελικό συναπτικό κομβίο. Η ποσότητα που επαναπροσλαμβάνεται αποθηκεύεται στα συναπτικά κυστίδια, αλλά, χρησιμεύει και ως δείκτης της ανάγκης για σύνθεση επί πλέον νευροδιαβιβαστή μέσω αρνητικής ανάδρασης (feed back).
-ηλεκτρικές συνάψεις όπου το δυναμικό ενεργείας μεταφέρεται απ’ ευθείας από την προσυναπτική στην μετασυναπτική μεμβράνη μέσω ελεύθερης κίνησης των ιόντων από ειδικά κανάλια επικοινωνίας των δύο μεμβρανών (gap junctions). Σε μερικές ηλεκτρικές συνάψεις υπάρχει η δυνατότητα μετακίνησης του δυναμικού ενεργείας και προς τις δύο κατευθύνσεις.
-διάτρητες συνάψεις όπου ο νευροδιαβιβαστής μεταφέρεται κατευθείαν από την προσυναπτική στην μετασυναπτική μεμβράνη χωρίς την διαμεσολάβηση υποδοχέων
Ο κάθε νευρώνας διαθέτει ένα νευράξονα ο οποίος καταλήγει σε διακλαδώσεις δίνοντας πολλαπλές συνάψεις με μετασυναπτικούς νευρώνες. Οι συνάψεις αυτές μπορεί να είναι αξονο-δενδριτικές (κυρίως διεγερτικές), αξονο-σωματικές (κυρίως ανασταλτικές), αξονο-αξονικές (κυρίως ανασταλτικές), δενδριτο-δενδριτικές ή σωματο-σωματικές (σπάνια) ανάλογα με τις περιοχές του νευρώνα που συνάπτονται.
Έχουν, επίσης, παρατηρηθεί και περιπτώσεις στις οποίες ο νευρώνας συνάπτεται με τον εαυτό του! (αυτοσυνάψεις). Οι αυτοσυνάψεις λειτουργούν βάσει μηχανισμού εξαρτώμενου από την συχνότητα της συναπτικής δραστηριότητας με άλλους νευρώνες, δηλ. ο νευρώνας αυτοελέγχει την απελευθέρωση νευροδιαβιβαστή5.
Ο νευρομεταβιβαστής συντίθεται στην προσυναπτική απόληξη ο οποίος δεν είναι αποκλειστικά ένας για κάθε συναπτική απόληξη. Π.χ. οι δοπαμινεργικοί νευρώνες του μεσεγκεφάλου συν-απελευθερώνουν και γλουταμινικό οξύ κάτω από ορισμένες συνθήκες8. Έχει, επίσης, παρατηρηθεί συναπελευθέρωση του γλουταμινικού με σεροτονίνη και νοραδρεναλίνη.
Άλλο παράδειγμα συναπελευθέρωσης αποτελούν τα πεπτίδια τα οποία βρίσκονται σε πολλές συναπτικές απολήξεις μαζί με άλλους κλασικούς νευροδιαβιβαστές. Όταν στην συναπτική απόληξη φτάσει μια ώση τότε απελευθερώνεται μόνο ο νευροδιαβιβαστής, αλλά, όταν το ερέθισμα είναι τετανικό τότε συναπελευθερώνεται ο νευροδιαβιβαστής με το πεπτίδιο9.
Παρ’ όλο που το κλασικό συναπτικό σχήμα προϋποθέτει την απελευθέρωση του νευρομεταβιβαστή μόνο από το τελικό συναπτικό κομβίο, έχει παρατηρηθεί απελευθέρωση του νευρομεταβιβαστή και από μετασυναπτικούς δενδρίτες! Πιστεύεται ότι ο ρόλος αυτής της απελευθέρωσης είναι να τροποποιήσει (μετασχηματίσει) την μετασυναπτική απάντηση που προκαλείται από την προσυναπτική απελευθέρωση του νευρομεταβιβαστή10.
2. Η ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΑ ΝΕΥΡΩΝΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ
Ο κάθε νευρώνας, μέσω των δενδριτών, δέχεται πολλαπλά ερεθίσματα την κάθε χρονική στιγμή. Αυτά τα ερεθίσματα μπορεί να είναι διεγερτικά ή ανασταλτικά. Επιπλέον, το καθένα ερέθισμα έχει διαφορετική ικανότητα να τροποποιεί το δυναμικό της μεμβράνης. Π.χ κάποια ερεθίσματα είναι ικανά να εκλύουν δυναμικό ενεργείας, ενώ, κάποια άλλα εκπολώνουν την μεμβράνη χωρίς να εκλύουν δυναμικό ενεργείας (π.χ. το δυναμικό φτάνει ως τα –70 ή τα –60 mV). Επίσης, τα ανασταλτικά ερεθίσματα προκαλούν διαφορετικής αποτελεσματικότητας αναστολή.
Τα ανωτέρω αποτελέσματα εξαρτώνται από τους παρακάτω παράγοντες:
1) το είδος του νευρομεταβιβαστή που απελευθερώνεται προσυναπτικά. Ο νευρομεταβιβαστής αυτός μπορεί να είναι διεγερτικός (π.χ. γλουταμινικό οξύ) ή ανασταλτικός (π.χ. GABA).
2) Οι μοριακές συγκεντρώσεις των διαφόρων νευρομεταβιβαστών στο συναπτικό χάσμα. Υπενθυμίζεται ότι υπάρχει η πιθανότητα η ίδια συναπτική απόληξη να συναπελευθερώσει περισσότερους από ένα νευροδιαβιβαστές.
3) Η χημική συγγένεια του κάθε νευρομεταβιβαστή με τον μετασυναπτικό υποδοχέα. Η πλειοψηφία των νευρομεταβιβαστών έχουν την ιδιότητα να αντιδρούν χημικά όχι με έναν μόνο υποδοχέα, αλλά, με διάφορες υποομάδες του υποδοχέα τους. Όμως, η κάθε υποομάδα έχει διαφορετική χημική συγγένεια με τον νευρομεταβιβαστή. Άρα η ικανότητα του νευρομεταβιβαστή να αντιδράσει με τον υποδοχέα του, εξαρτάται και από την υποομάδα του υποδοχέα που υπάρχει στην συγκεκριμένη μετασυναπτική μεμβράνη, αλλά, και από την ποσότητα του απελευθερωμένου νευροδιαβιβαστή (εφ’ όσον π.χ. μια μικρή ποσότητα θα διεγείρει την υποομάδα με την μεγαλύτερη χημική συγγένεια).
4) Οι ιδιότητες της υποομάδας του μετασυναπτικού υποδοχέα. Παρατηρείται το φαινόμενο δύο ή περισσότερες υποομάδες να έχουν εντελώς αντίθετες ιδιότητες όταν αντιδρούν με τον ίδιο νευρομεταβιβαστή. Π.χ. όταν η δοπαμίνη αντιδρά με τους D1 υποδοχείς το μετασυναπτικό αποτέλεσμα είναι διεγερτικό, ενώ, όταν αντιδρά με τους D2 υποδοχείς το αποτέλεσμα είναι ανασταλτικό. Άλλο παράδειγμα αποτελεί η ακετυλοχολίνη η οποία διεγείρει τους σκελετικούς μυς αλλά αναστέλλει τους καρδιακούς.
5) Η συγκέντρωση του υποδοχέα ή της υποομάδας του στην μετασυναπτική μεμβράνη. Ο αριθμός των υποδοχέων που υπάρχουν στην μετασυναπτική μεμβράνη μεταβάλλεται ανάλογα με το είδος και τις ιδιότητες του μετασυναπτικού νευρώνα. Η συγκέντρωση αυτή μπορεί να μεταβληθεί ανάλογα με την συχνότητα διέγερσης του συγκεκριμένου υποδοχέα. Π.χ. η χρόνια συνεχής διέγερση των ενδορφινικών υποδοχέων του κεντρικού νευρικού συστήματος με μορφίνη προκαλεί την αύξηση της συγκέντρωσης τους στην μετασυναπτική μεμβράνη, με αποτέλεσμα το στερητικό σύνδρομο σε περίπτωση διακοπής της χορήγησης του φαρμάκου.
Παράδειγμα:
Η απελευθέρωση νοραδρεναλίνης (ΝΑ) προκαλεί τα κάτωθι αποτελέσματα ανάλογα με την υποομάδα που θα διεγερθεί:
α1 υποδοχέας: μετασυναπτική διέγερση μέσω ενεργοποίησης του συστήματος της πρωτεΐνης κινάσης C
β υποδοχέας: μετασυναπτική διέγερση μέσω ενεργοποίησης του συστήματος της πρωτεΐνης κινάσης Α
α2 υποδοχέας: αναστολή όλων των ανωτέρω συστημάτων
Άρα το τελικό αποτέλεσμα της απελευθέρωσης της νοραδρεναλίνης εξαρτάται:
-από την ποσότητα ΝΑ που απελευθερώθηκε στο συναπτικό χάσμα
-από την συγκέντρωση της κάθε υποομάδας στην μετασυναπτική μεμβράνη και από την χημική συγγένεια της υποομάδας με την ΝΑ. Δηλ. μια υποομάδα μπορεί να βρίσκεται σε μικρότερη συγκέντρωση αλλά να έχει μεγαλύτερη χημική συγγένεια με την ΝΑ.
Με βάση τα ανωτέρω, κάθε προσυναπτική απόληξη προκαλεί ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα στην μετασυναπτική μεμβράνη. Το αποτέλεσμα αυτό μπορεί να είναι διαφορετικό αν μεταβληθεί κάποια από τις παραμέτρους που καθορίζουν το μετασυναπτικό αποτέλεσμα. Π.χ. αν η ποσότητα του νευροδιαβιβαστή που θα απελευθερωθεί είναι μικρή, τότε θα διεγερθεί μόνο η υποομάδα υποδοχέων με την μεγαλύτερη χημική συγγένεια. Επίσης, η πυκνότητα των υποδοχέων στην μετασυναπτική μεμβράνη μεταβάλλεται ανάλογα με την συναπτική δραστηριότητα (π.χ. ενδορφινικοί υποδοχείς μετά από χρόνια λήψη μορφίνης). Ακόμη μια υποομάδα υποδοχέων μπορεί να απευαισθητοποιηθεί με κάποιους κυτταρικούς μηχανισμούς.
Π.χ. η ακετυλοχολίνη στην Aplysia Californica μπορεί να προκαλέσει τρεις διαφορετικές μετασυναπτικές απαντήσεις17: 1) ταχεία εκπόλωση 2) ταχεία αύξηση της αγωγιμότητας του Cl- 3) βραδεία αύξηση της αγωγιμότητας του Κ+. Αξιοσημείωτη είναι και η περίπτωση των υποομάδων των υποδοχέων του γλουταμινικού στους οποίους η διέγερση εξαρτάται από την ένταση και την χρονική διάρκεια των συναπτικών δυναμικών. Συγκεκριμένα18, όταν απελευθερώνεται γλουταμινικό οξύ διεγείρεται ο υποδοχέας τύπου ΑΜΡΑ με αποτέλεσμα την είσοδο ιόντων Na+ και συνεπώς το δυναμικό ηρεμίας της μεμβράνης να τείνει προς θετικότερες τιμές. Σε περίπτωση που το δυναμικό αυτό πλησιάσει τα –40mV περίπου, τότε απομακρύνονται από τον υποδοχέα NMDA τα ιόντα Mg++ (συνεπεία των οποίων ήταν ανενεργός) και το γλουταμινικό οξύ είναι πλέον σε θέση να τον διεγείρει. Κατ’ αυτόν τον τρόπο διεγείρονται και οι ΑΜΡΑ και οι NMDA υποδοχείς.
Πολλαπλή μετασυναπτική απάντηση μπορεί να προκληθεί και λόγω της συναπελευθέρωσης των νευροδιαβιβαστών.
Υπάρχει η περίπτωση η μονήρης προσυναπτική διέγερση να προκαλεί εκπόλωση της μετασυναπτικής μεμβράνης χωρίς όμως έκλυση δυναμικού ενεργείας στον μετασυναπτικό νευρώνα. Αν όμως στην ίδια χρονική στιγμή, αντί για μια προσυναπτική διέγερση έχουμε δύο (ή περισσότερες), τότε να μπορεί να προκαλείται μετασυναπτική έκλυση δυναμικού ενεργείας. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται χρονική άθροιση (σχήμα 2α).
Επίσης, υπάρχει η περίπτωση να έχουμε δύο (ή περισσότερες) συνάψεις με τον ίδιο νευρώνα, όπου η κάθε μια ξεχωριστά να προκαλεί εκπόλωση της μετασυναπτικής μεμβράνης χωρίς όμως έκλυση δυναμικού ενεργείας. Αν όμως οι δυο αυτές συνάψεις διεγερθούν ταυτόχρονα τότε να μπορεί να εκλύεται δυναμικό ενεργείας. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται χωρική άθροιση (σχήμα 2α).
Για να συμβούν τα ανωτέρω είναι απαραίτητη η διάταξη των νευρώνων σε δίκτυα με τις ακόλουθες ιδιότητες:
1) ο κάθε νευράξονας θα πρέπει να διακλαδώνεται και να δίνει σύναψη με περισσότερους από έναν μετασυναπτικούς νευρώνες. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται απόκλιση (σχήμα 2β). Π.χ. πολλές αισθητικές ίνες εισέρχονται στον νωτιαίο μυελό όπου συνάπτονται με περισσότερους από έναν νευρώνες.
2) Λόγω του φαινομένου της απόκλισης, υπάρχει η πιθανότητα ένας μετασυναπτικός νευρώνας να δέχεται συνάψεις από δύο ή περισσότερους προσυναπτικούς νευρώνες. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται σύγκλιση (σχήμα 2β). Π.χ. δύο αισθητικές ίνες να συγκλίνουν στον ίδιο νευρώνα του νωτιαίου μυελού. Σε περίπτωση που η κάθε μια αισθητική ίνα ξεχωριστά, έχει την ικανότητα έκλυσης δυναμικού ενεργείας στον μετασυναπτικό νευρώνα, δεν ισχύει το φαινόμενο της χωρικής άθροισης εφ’ όσον η ταυτόχρονη διέγερση και των δυο δεν μεταβάλλει το μετασυναπτικό αποτέλεσμα (φαινόμενο της φραγής (σχήμα 2γ)).
Στον νωτιαίο μυελό, οι ίνες 1α διεγείρουν τους κινητικούς νευρώνες του μυός από τον οποίο προέρχονται (μονοσυναπτικό αντανακλαστικό), αλλά, μέσω του φαινομένου της απόκλισης διεγείρουν και κινητικούς νευρώνες συνεργικών μυών. Βέβαια, αυτή η διέγερση των συνεργικών μυών είναι ασθενέστερη και αφορά όχι μόνον τους μυς της συγκεκριμένης άρθρωσης αλλά και τους μυς ολοκλήρου του άκρου. Π.χ. η κάμψη του βραχίονα προκαλεί κάποιου βαθμού συστολή και στους άλλους καμπτήρες του άνω άκρου.
Εκτός όμως από την διέγερση των συνεργικών μυών παρατηρείται και αναστολή των ανταγωνιστών μυών. Η αναστολή αυτή επιτυγχάνεται μέσω διάμεσων νευρώνων (σχήμα 2δ) και ονομάζεται αλληλένδετη αναστολή.
Παρόμοιο είναι και το αποτέλεσμα των 1β ινών που προέρχονται από τα όργανα του Golgi, δηλ. αναστέλλουν τους κινητικούς νευρώνες του μυός από τον οποίο προέρχονται και διεγείρουν εκείνους των ανταγωνιστών.
Ένα άλλο είδος αναστολής που παρατηρείται στον νωτιαίο μυελό, είναι η ανασταλτική ανάδραση (feed back). Δηλαδή ο διεγερμένος α-κινητικός νευρώνας αναστέλλει τον εαυτό του μέσω διάμεσων νευρώνων (νευρώνες του Renshaw)! Επίσης, ταυτόχρονα, διεγείρει τους α-κινητικούς νευρώνες των ανταγωνιστών μυών (σχήμα 2δ). Η ανάδραση, σε άλλες περιπτώσεις, μπορεί να είναι και διεγερτική. Στις περιπτώσεις αυτές μπορεί να προκληθεί ενίσχυση ή/και παράταση της δραστηριότητας του νευρωνικού κυκλώματος.
Όλοι αυτοί οι μηχανισμοί μπορούν να μετασχηματιστούν από την κατιούσα από τον εγκέφαλο κινητική οδό. Σε κάποιες περιπτώσεις η παρεμβολή ανασταλτικών νευρώνων μπορεί να προκαλέσει την απόσβεση του ερεθίσματος. Παράδειγμα απόσβεσης αποτελεί η μετάδοση του αλγογόνου ερεθίσματος από την περιφέρεια προς το κεντρικό νευρικό σύστημα (βλ. κεφάλαιο πόνου).
Σε πολλές περιπτώσεις τα νευρωνικά δίκτυα που σχηματίζονται στον νωτιαίο μυελό είναι ακόμη πιο πολυσυναπτικά και απαιτούνται πολλαπλοί διάμεσοι νευρώνες. Έτσι προκύπτουν πιο πολύπλοκα αντανακλαστικά όπως π.χ. η κάμψη ενός άκρου σε απάντηση ενός αλγογόνου ερεθίσματος ή η έκταση του ενός άκρου όταν το άλλο κάμπτεται.
Οι α-κινητικοί νευρώνες δέχονται 2500 – 10000 συνάψεις4. Οι συνάψεις αυτές προέρχονται:
-από γειτονικούς α-νευρώνες που νευρώνουν είτε τον ίδιο μυ είτε μυς του ίδιου νευροτομίου
-από α-νευρώνες γειτονικών νευροτομίων
-από τις αισθητικές ίνες
-από την κατιούσα κινητική οδό (βλ. κεφάλαιο της κινητικότητας)
Άλλες ιδιότητες της συναπτικής δραστηριότητας
Τα φαινόμενα της χρονικής και της χωρικής άθροισης προϋποθέτουν την ιδιότητα της μετασυναπτικής μεμβράνης να αυξάνει το εύρος του δυναμικού εκπόλωσής της όταν δέχεται περισσότερα από ένα διεγερτικά ερεθίσματα στην ίδια χρονική στιγμή. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται βραχύχρονη ενδυνάμωση.
Αντίθετα, αν τα προσυναπτικά δυναμικά ενεργείας προκαλούν την μείωση του ύψους του μετασυναπτικού δυναμικού, τότε αναφερόμαστε στην βραχύχρονη αποδυνάμωση. Τα φαινόμενα της βραχύχρονης ενδυνάμωσης και αποδυνάμωσης διαρκούν από μs έως μερικά δευτερόλεπτα5. Έχουν παρατηρηθεί σε πολλές συνάψεις μεταξύ αυτών και στην νευρομυϊκή σύναψη.
Μακροχρόνια ενδυνάμωση (Long Term Potentiation - LTP) ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο αυξάνεται το μέγεθος μιας καθορισμένης μετασυναπτικής απάντησης μετά από επαναλαμβανόμενες διεγέρσεις υψηλής συχνότητας18 (τετανικά ερεθίσματα). Δηλαδή το τετανικό ερέθισμα καθιστά πιο ευαίσθητο τον υποδοχέα σε επόμενα ερεθίσματα. Η αύξηση αυτή της ευαισθησίας διαρκεί από μια ώρα έως αρκετές ημέρες18. Η ιδιότητα της μακροχρόνιας ενδυνάμωσης είναι χαρακτηριστική της γλουταμινικής σύναψης και λαμβάνει ιδιαίτερη σημασία στους μηχανισμούς της μνήμης και της εκμάθησης.
Υπάρχουν μηχανισμοί που ευοδώνουν και μηχανισμοί που αναστέλλουν (κυρίως μέσω GABA – συνάψεων) την μακροχρόνια ενδυνάμωση. Όταν υπερισχύουν οι ανασταλτικοί μηχανισμοί παρατηρείται το φαινόμενο της μακροχρόνιας αποδυνάμωσης (Long Term Depression - LTD).
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου