การจัดระเบียบและประเภทของไซแนปส์

ไซแนปส์คือจุดเชื่อมต่อพิเศษที่เซลล์ประสาทหนึ่งสื่อสารกับเซลล์อื่น ไซแนปส์แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ ไซแนปส์เคมี ซึ่งปลายประสาทก่อนไซแนปส์จะปล่อยสารสื่อประสาทข้ามช่องว่างไปยังตัวรับหลังไซแนปส์ และไซแนปส์ไฟฟ้า ซึ่งช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions) ช่วยให้กระแสไฟฟ้าผ่านระหว่างเซลล์ได้โดยตรง การจัดระเบียบของไซแนปส์ ซึ่งประกอบด้วยโซนออกฤทธิ์ (active zone) ช่องว่าง (cleft) และความหนาแน่นหลังไซแนปส์ (postsynaptic density) เป็นตัวกำหนดว่าสัญญาณถูกส่งและปรับเปลี่ยนอย่างไร

Definition

ไซแนปส์คือจุดเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งเซลล์ประสาทส่งสัญญาณไปยังเซลล์ประสาทอื่น เซลล์กล้ามเนื้อ หรือเซลล์ต่อม ไม่ว่าจะโดยทางเคมีผ่านการปล่อยสารสื่อประสาทข้ามช่องว่างไซแนปส์ หรือโดยทางไฟฟ้าผ่านช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions)

Scope

บทความนี้อธิบายถึงการจัดระเบียบโครงสร้างของไซแนปส์และประเภทหลักของไซแนปส์ รวมถึงไซแนปส์เคมีเทียบกับไซแนปส์ไฟฟ้า และการจำแนกทางสัณฐานวิทยาที่พบบ่อย เป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงพรรณนาทางกายวิภาคศาสตร์และจุลกายวิภาคศาสตร์ และไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• ส่วนประกอบโครงสร้างของไซแนปส์เคมีมีอะไรบ้าง?
• ไซแนปส์เคมีและไซแนปส์ไฟฟ้าแตกต่างกันอย่างไรในด้านโครงสร้างและการทำงาน?
• ไซแนปส์ถูกจำแนกตามสัณฐานวิทยาและตำแหน่งอย่างไร?
• โครงสร้างไซแนปส์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามกิจกรรม (ความยืดหยุ่น) ได้อย่างไร?

Key concepts

• ปลายประสาทก่อนไซแนปส์และโซนออกฤทธิ์
• ช่องว่างไซแนปส์
• ความหนาแน่นหลังไซแนปส์
• ไซแนปส์เคมี
• ไซแนปส์ไฟฟ้า (ช่องว่างเชื่อมต่อ)
• ไซแนปส์กระตุ้นและไซแนปส์ยับยั้ง
• ไซแนปส์ประเภท I และประเภท II ของเกรย์
• การส่งสัญญาณประสาททางเคมีข้ามช่องว่างไซแนปส์
• ความยืดหยุ่นของไซแนปส์ในฐานะพื้นฐานโครงสร้างและหน้าที่ของการเรียนรู้

Mechanisms

ที่ไซแนปส์เคมี ปลายประสาทก่อนไซแนปส์จะมีถุงบรรจุสารสื่อประสาทที่ยึดติดอยู่ที่โซนออกฤทธิ์; ศักย์ไฟฟ้าที่มาถึงจะกระตุ้นการปล่อยสารสื่อประสาทเข้าสู่ช่องว่างไซแนปส์ และสารสื่อประสาทจะจับกับตัวรับที่รวมตัวกันอยู่ในความหนาแน่นหลังไซแนปส์ที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถแยกแยะส่วนประกอบเหล่านี้ได้และเป็นพื้นฐานในการจำแนกไซแนปส์ รวมถึงการแบ่งแยกที่ยาวนานระหว่างการสัมผัสแบบไม่สมมาตร (Gray's Type I, โดยทั่วไปกระตุ้น) และแบบสมมาตร (Type II, โดยทั่วไปยับยั้ง) (Harris & Weinberg, 2012) ในทางกลับกัน ไซแนปส์ไฟฟ้าใช้ช่องว่างเชื่อมต่อเพื่อเชื่อมต่อเซลล์โดยตรง ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้อย่างรวดเร็วและมักจะเป็นแบบสองทิศทาง (Söhl et al., 2005) ไซแนปส์ไม่ได้คงที่: ความแข็งแรงและโครงสร้างของมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามกิจกรรม โดยการเคลื่อนย้ายของตัวรับ AMPA มีบทบาทสำคัญในการเสริมสร้างศักยภาพระยะยาว (long-term potentiation) (Huganir & Nicoll, 2013) และกลไกเสริมที่อยู่เบื้องหลังการลดศักยภาพระยะยาว (long-term depression) (Collingridge et al., 2010)

Clinical relevance

โครงสร้างและการทำงานของไซแนปส์มีการเปลี่ยนแปลงในภาวะทางระบบประสาทและจิตเวชหลายอย่าง และไซแนปส์เป็นตำแหน่งที่สารออกฤทธิ์ทางระบบประสาทจำนวนมากออกฤทธิ์ การทำความเข้าใจการจัดระเบียบปกติของไซแนปส์เป็นพื้นฐานในการตีความการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงพรรณนาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

เชอร์ริงตันบัญญัติศัพท์ 'ไซแนปส์' ประมาณปี 1897 เพื่อเรียกจุดสัมผัสเชิงหน้าที่ระหว่างเซลล์ประสาท ลักษณะทางเคมีของการส่งสัญญาณที่ไซแนปส์หลายแห่งได้รับการยืนยันในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และงานของแคทซ์ได้ชี้แจงการปล่อยสารสื่อประสาทแบบควอนตัม กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 ได้แยกแยะถุงก่อนไซแนปส์ ช่องว่าง และความหนาแน่นหลังไซแนปส์ และการจำแนกไซแนปส์แบบไม่สมมาตรและสมมาตรของจอร์จ เกรย์ ได้ให้กรอบทางสัณฐานวิทยาที่คงทน ทศวรรษต่อมาได้เพิ่มความเข้าใจว่าไซแนปส์เป็นโครงสร้างที่ยืดหยุ่นซึ่งความแข็งแรงสามารถปรับเปลี่ยนได้ด้วยกิจกรรม

Key figures

• Charles Sherrington
• George Gray
• Bernard Katz

Seminal works

• harris-weinberg-2012
• huganir-nicoll-2013
• sohl-2005

Frequently asked questions

ไซแนปส์เคมีและไซแนปส์ไฟฟ้าแตกต่างกันอย่างไร?

ไซแนปส์เคมีส่งสัญญาณโดยการปล่อยสารสื่อประสาทข้ามช่องว่างไปยังตัวรับหลังไซแนปส์ ซึ่งทำให้เกิดความล่าช้าเล็กน้อย; ส่วนไซแนปส์ไฟฟ้าใช้ช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions) เพื่อส่งกระแสไฟฟ้าโดยตรงระหว่างเซลล์ ทำให้การส่งสัญญาณรวดเร็วขึ้นและมักจะเป็นแบบสองทิศทาง

ไซแนปส์ประเภท I และประเภท II ของเกรย์คืออะไร?

เป็นการจำแนกทางสัณฐานวิทยาจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน: ไซแนปส์ประเภท I เป็นแบบไม่สมมาตร มีความหนาแน่นหลังไซแนปส์ที่เด่นชัด และโดยทั่วไปจะกระตุ้น ส่วนไซแนปส์ประเภท II เป็นแบบสมมาตรและโดยทั่วไปจะยับยั้ง