1. Các loại xináp
Sự liên lạc giữa các tế bào thần kinh xảy ra ở nơi tiếp hợp, còn gọi ỉà xináp. Trong hệ thần kinh, có hai loại xináp:
1.1. Xináp điện học
Có chứa nhiều nơi tiếp hợp hở, cho phép các ion và các phân tử nhỏ khác đi trực tiếp từ tế bào này sang tế bào khác.
Dưới kính hiển vi điện tử, màng hai tế bào cạnh nhau gần như hòa vào nhau. Tế bào trước và sau xináp nối nhau bằng kênh protein gọi là connexon. Connexon được cấu tạo bởi 6 đơn vị phụ gọi là connexin sắp xếp theo hình lục giác.
Xináp điện học được tìm thấy giữa sợi trục – thân tế bào, sợi trục – đuôi gai, đuôi gai – đuôi gai, thân tế bào – thân tế bào.
Những xináp nầy là con đường dẫn truyền trực tiếp ion từ tế bào này sang tế bào khác, kênh này còn đủ rộng để cho các chất như AMP vòng, sucroz và các peptit nhỏ đi qua. Do đó các xináp điện học này vừa là kênh cần cho sự liên lạc điện học và cả chuyển hóa nữa. Loại xináp nầy dẫn truyền tín hiệu nhanh, có nhiều trong cơ tim, cơ trơn.
1.2. Xináp hóa học
Xináp điện học mặc dù được tìm thấy ở nhiều vùng trong hệ thần kinh, nhưhg loại nhiều nhất là xináp hóa học. cấu trúc loại xináp này thay đổi ở các nơi khác nhau của hệ thần kinh, nhưng nhìn chung chúng có một số đặc điểm chung:
1.2.1. Tế bào trước xináp
Tế bào phát tín hiệu hóa học gọi là tế bào trước xináp. Thành phần trước xináp gồm đầu tận cùng, chứa các túi nhỏ. Các đầu tận cùng này tiếp hợp với:
- Đuôi gai của tế bào thần kinh sau xináp
- Thân tế bào thần kinh sau xináp
- Sợi trục tế bào thần kinh sau xináp
Số nút tận cùng tiếp hợp với một nơrôn sau xináp rất thay đổi, và đôi khi rất nhiều như nơ rôn vận động tủy sông có thể có đến 2.000 – 10.000 nơi tiếp hợp trên thân tế bào và 8.000 trên đuôi gai. Khi nút tận cùng tiếp hợp trên tế bào sau xináp nhiều, chúng gần như che phủ tế bào này, và chiếm đến 40% diện tích tổng cộng của màng.
1.2.2. Khe tiếp hợp
Rộng vào khoảng 20nm. Nút tận cùng và tế bào sau nơi tiếp hợp đều có màng an toàn.
1.2.3. Tế bào sau xináp
Có nhiều cách tiếp hợp giữa nơrôn trước xináp và nơrôn sau xináp.:
- Tiếp hợp hội tụ: nhiều nơrôn trước xináp hội tụ trên một nơrôn sau xináp.
- Tiếp hợp phân kỳ: Một nơrôn trước xináp tiếp hợp với nhiều nơrôn sau xináp.
Ở não người, có khoảng 1014 xináp. Một nơrôn có thể phân kỳ trên 1000 nơrôn khác, hay có thể nhận 1000 xung từ các nơrôn khác hội tụ trên nó.
Các xináp chỉ cho phép xung truyền một chiều từ nơrôn trước xináp đến nơrôn sau xináp vì các chất truyền thần kinh có nhiều ở nút tận cùng của nơrôn trước xináp, và rất ít ở màng tế bào sau xináp, do đó một xung dẫn ngược sẽ bị tắt tại xin áp trước nhất mà nó gặp.
2. Cơ chế truyền thần kinh qua xináp hóa học
2.1. Cơ chế trước xináp
Quá trình truyền thần kinh qua xináp hóa học gồm 4 giai đoạn:
- Tổng hợp chất truyền thần kinh.
- Dự trữ và phóng thích chất truyền thần kinh.
- Phản ứng giữa chất truyền thần kinh và thụ thể sau màng.
- Chấm dứt truyền qua xináp.
Cơ chế sinh hóa trong quá trình tổng hợp khác nhau tùy loại chất truyền thần kinh. Nhìn chung, mỗi loại chất truyền thần kinh được đóng gói và dự trữ trong các túi và được phóng thích vào khe xináp khi có tín hiệu, do điện thế động lan truyền đến đầu tận cùng. Sự thay đổi điện thế màng kích hoạt kênh Ca++ nhạy cảm với điện thế làm mở kênh Ca++ và Ca++ vào đầu tận cùng.
Bằng một cơ chế chưa rõ, ion Ca làm các túi chứa chất truyền thần kinh hòa màng trước xináp và phóng thích chất truyền thần kinh qua khe xináp bằng hiện tượng xuất bào.
Mỗi túi phóng thích một số phân tử chất truyền thần kinh cố định. Thí dụ như túi chứa acetylcholin chứa khoảng 10.000 phân tử trong túi. Số túi hòa với màng trước xináp tùy thuộc vào nồng độ ion Ca++ trong đầu tận cùng, nồng độ Ca++ càng cao, càng nhiều túi phóng thích chất truyền hóa học vào khe xináp.
2.2. Cơ chế sau xináp
Sau khi được phóng thích vào khe xináp, chất truyền thần kinh sẽ gắn vào thụ thể ở màng sau xináp, làm mở kênh ion, cho phép các ion chuyên biệt qua màng. Thụ thể có thể trực tiếp kích hoạt kênh ion, hoặc gián tiếp kích hoạt các kênh ion bằng hệ thống truyền tin thứ hai như AMP vòng, GMP vòng hoặc IP3 (inositol triphosphate).
Sự di chuyển ion ra và vào màng tế bào sau xináp có thể ảnh hưởng trên điện thế màng nơrôn sau xináp.
Sự kích hoạt kênh ion Na+ cho phép Na+ vào trong màng, gây khử cực màng tế bào. Ngược lại, nếu ion dương ra ngoài tế bào hoặc ion âm vào trong tế bào sẽ làm tăng phân cực màng. Nếu điện thế sau xináp gây khử cực màng, sẽ kích thích nơrôn sau xináp tạo điện thế động và gọi là điện thế kích thích sau xináp (EPSPs: excitatory post synaptic potentials). Ngược lại, nếu điện thế xináp gây tăng phân cực màng, sẽ gây ức chế nơrôn sau xináp, và gọi là điện thế ức chế sau xináp (IPSPs: inhibitory post synaptic potentials).
2.2.1. Điện thế kích thích sau xináp (EPSPg)
Một kích thích duy nhất từ nút tận cùng của nơrôn trước xináp gây khử cực một phần màng nơrôn sau xináp tạo EPSP. EPSPs này xảy ra sau 0,5ms, mạnh nhất sau 1 – l,5ms, rồi giảm dần theo thời gian. EPSP chưa đủ mức để gây điện thế động ở tế bào sau xináp.
Trong trường hợp nơrôn sau xináp nhận nhiều xung từ nhiều nút tận cùng, ta có:
+ Hiện tượng tổng k.
Trong trường hợp này, hai xung vào tạo EPSP cùng lúc, các EPSP gây khử cực màng nơrôn sau xináp và nếu đủ mạnh đến mức ngưỡng sẽ gây điện thế động ở nơrôn sau xináp.
+ Hiện tượng tổng kế thời gian (temporal summation)
Khi kích thích lập đi lập lại liên tiếp gây nhiều EPSP liên tiếp, EPSP sau đã có khi EPSP cũ chưa hoàn toàn hết. Các EPSP này tổng kế nhau có thể tạo ra một khử cực mạnh và nếu đạt đến mức ngưỡng sẽ tạo điện thế động ở nơrôn sau xináp.
2.2.2. Điện thế ức chế sau xináp (IPSPs)
Xung từ nơrôn trước xináp gây ra một sự tăng cực ở vùng màng sau nơi tiếp hợp, làm màng tế bào sau nơi tiếp hợp khó bị kích thích hơn. Như vậy đã gây ra một ức chế sau xináp (IPSPs)
IPSP bắt đầu xảy ra sau 1 – l,25ms, đạt đến mức cực đại, sau 1,5 – 2ms, rồi giảm theo thời gian. Đối với ĨPSP, ta cũng có hiện tượng tổng kế theo thời gian và tổng kế không gian như EPSP.
Cơ chế
Một cơ chế gây IPSPg là sự kích hoạt thụ thể làm mở kênh ion K . Độ sai biệt nồng độ và điện thế làm K+ di chuyển ra ngoài tế bào, gây tăng phân cực màng. Một loại thụ thể khác gây IPSP là làm mở kênh Cl làm Cl* vào trong tế bào gây tăng phân cực màng.
2.3. Chấm dứt truyền qua xináp
Khi chất truyền thần kinh được hấp thu trở lại vào đầu tận cùng nơrôn trước xináp, sự truyền xung qua xináp ngưng. Hầu hết các chất truyền thần kinh được bơm trở lại đầu tận cùng trước xináp, một số chất khác bị men phá hủy, và các chất chuyển hóa được chuyên chở ngược về đầu tận cùng. Cơ chế bơm chuyên biệt cho mỗi loại chất truyền, hoặc chất chuyển hóa và có thể chịu ảnh hưởng bởi một vài loại thuốc.
Sau khi được chở lại đầu tận cùng, chúng được đóng gói trở lại và được dự trữ. Nếu là chất chuyển hóa, thì chúng cũng được sử dụng để tái tổng hợp chất truyền. Quá trình đóng gói chất truyền thần kinh lệ thuộc năng lượng, do đó cần có ATP.
2.4. Các loại xináp khu trú và lan tỏa
Các xináp hóa học có 2 tác dụng khu trú và lan tỏa.
Xináp khu trù: chất truyền thần kinh được phóng thích từ những vùng giới hạn ở nút tận cùng, gọi là màng hoạt động qua khe xináp rộng độ 30nm (Thí dụ: ở nơi tiếp hợp thần kinh – cơ) và làm kích hoạt một vùng nhỏ trên sợi cơ.
Xỉnáp lan tỏa: chất truyền thần kinh được phóng thích không giới hạn, khoảng cách giữa màng trước và sau xináp rộng 150nm. Các xináp này tạo thành chuỗi hay gọi là chỗ phình xináp (varicosities). Các chuỗi này do sợi trục bị kéo dài và tạo thành mạng lưới xináp khi điện thế động đến mỗi chỗ phình, túi chứa chất truyền thần kinh hòa với màng trước xináp, và điện thế động sẽ lan đến chỗ phình kế tiếp. Kết quả là kích hoạt một vùng lớn của tế bào, hay một số lớn tế bào. Loại xináp lan tỏa này rất đặc thù ở hệ thần kinh giao cảm, và các tế bào thần kinh chứa noradrenalin trong hệ thần kinh trung ương.
3. Chất truyền thần kinh và các thụ thể
Chất truyền thần kinh được chia làm hai nhóm:
3.1. Nhóm có trọng lượng phân tử thấp
Được tổng hợp trong đầu tận cùng nơrôn trước xináp. Men tổng hợp có trong thân tế bào và được chỏ đến đầu tận cùng.
– Acétylcholin(Ach):
Có trong hệ thần kinh trung ương và ngoại biên. Ach được tổng hợp từ Acétyl CoA và cholin, men xúc tác cholin acetyltransferaz. Ach được đóng gói và dự trữ trong các túi và được phóng thích gần vùng hoạt động, khi được phóng thích, Ach khuếch tán qua khe xináp và gắn vào thụ thể ở màng sau xináp.
Trong hệ thần kinh trung ương và ngoại biên có hai loại thụ thể với Ach:
+ Thụ thể nicotin:nhạy cảm với nicotin. Khi bị kích hoạt, thụ thể mở cửa và cho phép cùng lúc dòng Na+ vào và K+ đi ra. Lực đẩy Na+ vào lổn hơn K+ ra nên gây khử cực màng.
Kênh của thụ thể nicotin mở cho tới khi Ach không gắn vào thụ thể nữa. Sau đó Ach tách ra khỏi thụ thể, khuếch tán qua khe xináp, gắn vào men acetylcholinesteraz (AchE) và bị thủy phân thành cholin và acetat, cholin được lây trở lại đầu tận cùng, và được dùng để tái tổng hợp Ach. Quá trình truyền qua thụ thể nicotin được thấy ở nơi tiếp hợp thần kinh – cơ và một số nơi trong hệ thần kinh trung ương.
+ Thụ thể muscarin:đáp ứng với thuốc muscarin. Có 2 loại thụ thể muscarin, Mị và M2, cả hai tác dụng qua protein G. Kích hoạt thụ thể Mị làm giảm độ dẫn K+ qua men phospholipaz c, trong khi kích hoạt thụ thể M2 làm tăng độ dẫn K+ do ức chế men adenyl cyclaz. Do đó Ach gắn với thụ thể Mị thì khử cực màng, trong khi gắn với M2 thì làm tăng phân cực màng.
– Dopamin
Được tổng hợp từ tyrosin, được biến đổi thành DOPA bởi men tysosin hydroxylaz (TH), DOPA sau đó biến thành DOPAMIN dưới tác dụng của men DOPA decarboxylaz.
Có 2 loại thụ thể dopamin:
+ Thụ thể D1: gắn với protein G, làm kích hoạt men adenylat cyclaz (Ac), gây khử cực màng.
+ Thụ thể D2: gắn với protein Gi, làm giảm hoạt động của men Adenylat cyclaz. Kích hoạt D2 làm tăng phân cực màng
sau xináp do tăng độ dẫn K+.
3.2. Các neuropeptit
Do thân tế bào sản xuất, và chuyên chở dọc sợi trục đến đầu tận cùng. Các chất này chứa những chuỗi acid amin, được đóng gói trong các túi và được chở đến đầu tận cùng. Một khi được phóng thích vào khe xináp, chúng không được tái hấp thu như các chất có trọng lượng phân tử thấp.
Neuropeptit được chia làm nhiều loại theo cấu trúc và chức năng:
- Nhóm peptit của tuyến yên thần kinh: vasopressin, oxytocin, neurophysin.
Chức năng: điều hòa độ thẩm thấu của huyết tương và tiết sữa.
- Nhóm TachyKinin: chất P, physalaemin, Kassinin, uperolein, eledoisin.
- Nhóm secretin: secretin, glucagon, VIP, GIP (gastric inhibitory peptit), GHRF (growth hormone – releasing factor)
- Insulin: insulin, somatomedin, relaxin, yếu tố tăng trưởng thần kinh (nerve growth factor).
- Somatostatin: somatostatin, polypeptit tụy
- Gastrin: gastrin, cholecystokinin.
- Opiat: liên quan đến điều hòa tín hiệu
đau.
Met-enkephalin, leu-enkephalin, dynorphin, P-endorphin. Các loại opiat này dẫn xuất từ các tiền peptit: ProEnkephalin, Pro-opiomelanocortin, và Prodynorphin.
Có nhiều loại thụ thể với các opiat:
- p endorphin gắn với mu-receptor
- enkephalin gắn với ô-receptor
- dynorphin gắn với Kappa-receptor
- Các enkephalin bị chuyển hóa bởi 2 men amino peptidaz và enkephalinaz.
