Synapsen in het zenuwstelsel

Het concept "synaps" werd aan het einde van de 19e eeuw geïntroduceerd door C. Sherrington, die met deze term een structuur bedoelde die de overdracht van een signaal van het uiteinde van een axon naar een effector – een neuron, spiervezel, secretiecel – bemiddelt. Tijdens hun onderzoek naar synapsen ontdekten morfologen, fysiologen, biochemici en farmacologen een aanzienlijke diversiteit, terwijl er gemeenschappelijke kenmerken in structuur en werking werden ontdekt; als gevolg hiervan werden principes voor de classificatie van synapsen ontwikkeld.

Het morfologische principe van synapsclassificatie houdt rekening met de delen van twee cellen waaruit ze bestaan en hoe ze zich bevinden op het oppervlak van het ontvangende neuron (op het cellichaam, op de stam of "ruggengraat" van de dendriet, op het axon zelf). Dienovereenkomstig worden synapsen onderscheiden als axo-axonaal, axo-dendritisch en axo-somatisch. Deze classificatie verklaart echter noch de functionele rol, noch het mechanisme van de synaps.

Morfologische structuur van de synaps

Morfologisch gezien is een synaps een structuur van twee gedemyeliniseerde structuren: een verdikt synaptisch uiteinde (synaptische plaque) aan het einde van het acton en een deel van het membraan van de geïnnerveerde cel, via de synaptische spleet in contact met het presynaptische membraan. De belangrijkste functie van de synaps is het overbrengen van een signaal. Afhankelijk van de methode van signaaloverdracht worden chemische, elektrische en gemengde synapsen onderscheiden. Ze verschillen in werkingsprincipe.

Het mechanisme van excitatiegeleiding in een elektrische synaps is vergelijkbaar met dat van excitatiegeleiding in een zenuwvezel: het AP van de presynaptische uiteinden zorgt voor depolarisatie van het postsynaptische membraan. Een dergelijke excitatieoverdracht is mogelijk dankzij de structurele kenmerken van synapsen van dit type: een smalle (ongeveer 5 nm) synaptische spleet, een groot membraancontactgebied, de aanwezigheid van dwarskanalen die de presynaptische en postsynaptische membranen verbinden en de elektrische weerstand in het contactgebied verminderen. Elektrische synapsen komen het meest voor bij ongewervelden en lagere gewervelden. Bij zoogdieren worden ze aangetroffen in de mesencefale nucleus van de nervus trigeminus tussen de lichamen van neuronen, in de vestibulaire nucleus van Deiters tussen cellichamen en axonuiteinden, en tussen de "stekels" van dendrieten in de onderste olijf. Elektrische synapsen worden gevormd tussen zenuwcellen van hetzelfde type qua structuur en functie.

Elektrische synaptische transmissie wordt gekenmerkt door de afwezigheid van synaptische vertraging, signaaloverdracht in beide richtingen, onafhankelijkheid van de signaaloverdracht van het presynaptische membraanpotentiaal, resistentie tegen veranderingen in de Ca2+-concentratie, lage temperaturen, enkele farmacologische effecten en geringe vermoeidheid, aangezien signaaloverdracht geen significante metabole kosten met zich meebrengt. In de meeste van dergelijke synapsen wordt een "rectificatie-effect" waargenomen, waarbij het signaal in de synaps slechts in één richting wordt overgedragen.

In tegenstelling tot elektrische synapsen met directe excitatieoverdracht, zijn chemische synapsen (synapsen met indirecte signaaloverdracht) in veel grotere aantallen aanwezig in het zenuwstelsel van gewervelde dieren. In een chemische synaps veroorzaakt een zenuwimpuls de afgifte van een chemische boodschapper uit de presynaptische uiteinden – een neurotransmitter – die diffundeert door de synaptische spleet (10-50 nm breed) en interageert met receptoreiwitten van het postsynaptische membraan, wat resulteert in de vorming van een postsynaptisch potentiaal. Chemische transmissie zorgt voor eenrichtingssignaaloverdracht en de mogelijkheid tot modulatie ervan (signaalversterking, evenals convergentie van meerdere signalen op één postsynaptische cel). De mogelijkheid tot modulatie in het proces van signaaloverdracht in chemische synapsen zorgt voor de vorming van complexe fysiologische functies op basis daarvan (leren, geheugen, enz.). De ultrastructuur van een chemische synaps wordt gekenmerkt door een brede synaptische spleet, de aanwezigheid van blaasjes in de synaptische plaque gevuld met een mediator die een signaal doorgeeft, en in de postsynaptische plaque talrijke chemosensitieve kanalen (in de exciterende synaps voor Na+, in de remmende synaps voor Cl). Dergelijke synapsen worden gekenmerkt door een vertraging in de signaaloverdracht en een grotere vermoeidheid in vergelijking met een elektrische synaps, omdat hun werking aanzienlijke metabole kosten met zich meebrengt.

Er zijn twee hoofdtypen chemische synapsen.

Het eerste (zogenaamde asymmetrische) subtype wordt gekenmerkt door een synaptische spleet van ongeveer 30 nm breed, een relatief grote contactzone (1-2 μm) en een aanzienlijke ophoping van dichte matrix onder het postsynaptische membraan. Grote blaasjes (30-60 nm in diameter) hopen zich op in de presynaptische plaque. Chemische synapsen van het tweede subtype hebben een synaptische spleet van ongeveer 20 nm breed, een relatief kleine contactzone (minder dan 1 μm) en een matig uitgesproken en symmetrische membraancompactie. Ze worden gekenmerkt door kleine blaasjes (10-30 nm in diameter). Het eerste subtype wordt voornamelijk vertegenwoordigd door axodendritische, exciterende (glutamaterge), het tweede door axosomatische, remmende (GABA-erge) synapsen. Deze indeling is echter tamelijk willekeurig, aangezien cholinerge synapsen op elektronenmicroscopische beelden worden aangetroffen als lichte blaasjes met een diameter van 20-40 nm, terwijl monoaminerge synapsen (vooral met noradrenaline) worden aangetroffen als grote, dichte blaasjes met een diameter van 50-90 nm.

Een ander principe van synapsclassificatie is gebaseerd op de stof die als bemiddelaar wordt gebruikt (cholinerge, adrenerge, purinerge, peptiderge, enz.). Hoewel de laatste jaren is aangetoond dat mediatoren van verschillende aard in één uiteinde kunnen functioneren, wordt deze synapsclassificatie nog steeds veel gebruikt.