Synap

Synap hay còn gọi là điểm tiếp hợp thần kinh là điểm tiếp xúc giữa các neuron hoặc giữa neuron và cơ quan phản ứng.

Khái niệm này được dịch từ tiếng Anh synapse (phiên âm IPA: /sɪnæps/) và tiếng Pháp (viết là synapse, phiên âm: xy-nap-xơ). Synap là điểm nối giữa các sợi thần kinh, giống như điểm nối giữa các đường dây điện, giúp truyền tải 'điện thần kinh' từ trung ương thần kinh đến các cơ quan phản ứng hoặc từ neuron này sang neuron khác.

Lịch sử thuật ngữ

Từ lâu, các bác sĩ và nhà nghiên cứu sinh lý học đã cho rằng dây thần kinh của người không thể rất dài mà lòng vòng trong cơ thể. Trước đó lâu hơn nữa, các nghiên cứu (trên giải phẫu ếch chẳng hạn) cũng đã chứng tỏ mỗi sợi thần kinh có chỗ xuất phát và điểm đến. Vì vậy, các sợi thần kinh phải có chỗ nối nào đó.

Gần cuối thế kỷ XIX, nhà sinh lý thần kinh Tây Ban Nha Santiago Ramón y Cajal giả thuyết rằng các tế bào thần kinh (neuron) không thể liên tục trên toàn cơ thể nhưng vẫn kết nối và giao tiếp với nhau. Sau đó, xác nhận rằng có kết nối và giao tiếp này, gọi là 'synapse'. Thuật ngữ này có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp συνάψις (synapis) có nghĩa là 'kết hợp' và ἅπτειν là 'buộc', được giới thiệu vào năm 1897 bởi nhà thần kinh học Anh Charles Sherrington trong Sách giáo khoa Sinh lý học của Michael Foster, xuất bản tại London, nhưng thực sự được đề xuất bởi học giả Anh Arthur Woollgar Verrall.

Vai trò

Các 'mối nối' thần kinh này rất quan trọng trong hoạt động của cơ thể động vật.

• Đầu tiên, synapse cho phép truyền tín hiệu xung thần kinh đến các tế bào khác rất xa nó trong cơ thể mà không cần phải sợi thần kinh dài.
• Thứ hai, synapse cho phép truyền tín hiệu xung thần kinh đến từng tế bào đích riêng biệt để gây ra phản ứng chính xác.
• Gần đây, các nhà nghiên cứu cũng khẳng định synapse đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành trí nhớ của con người.
• Ngoài ra, synapse cũng đóng vai trò thiết yếu trong quá trình xử lý thông tin, không chỉ đơn giản như một 'mối nối' hay 'công tắc'.

Các loại

Synapse chỉ tồn tại ở động vật cao cấp. Theo phân loại sinh học thông thường hiện nay, có hai loại dựa trên cơ sở kết nối giữa các tế bào.

Nếu theo cơ sở kết nối giữa các tế bào, synapse được chia thành:

1. Synapse thần kinh - thần kinh: là kết nối giữa các neuron với nhau, tương tự như nối giữa các dây điện trong nhà với nhau.
2. Synapse thần kinh - cơ: là kết nối giữa neuron với cơ quan, truyền xung thần kinh để cơ quan phản ứng.

Nếu dựa trên tính chất của xung thần kinh, thì có:

1. Synapse hóa học: xung thần kinh truyền qua nhờ các chất hoá học trung gian.
2. Synapse điện-hoá: các điện tử truyền thẳng qua khe synapse sang bên kia.

Trong các tài liệu chuyên ngành, thường phân loại theo loại tế bào nhận xung.

1. Synapse axosecretory: giữa tận cùng của sợi trục neuron với thành mạch máu.
2. Synapse axoaxonic: giữa tận cùng sợi trục neuron này đến khoảng giữa sợi trục của neuron khác.
3. Synapse axodendritic: giữa các synapse trên sợi trục này với sợi trục khác.
4. Synapse axo extracellular: giữa tận cùng sợi trục neuron với xoang ngoài tế bào.
5. Synapse axodendritic: giữa các tận cùng sợi trục neuron với nhau.

Cơ chế hoạt động

Mechanism Overview

The general mechanism of synaptic transmission that allows nerve impulses to propagate throughout the body in various types is complex and not fully understood. Towards the end of the 20th century, scientists elucidated the chemical synaptic mechanism, where nerve impulses in the form of electrical signals are transmitted across synapses via neurotransmitters, also known as nerve conduction substances in basic biology.

The most common type of synapse in animals is chemical synapse, where information of electrical impulses is transmitted through chemical substances called neurotransmitters, most commonly acetylcholine.

The type of synapse using acetylcholine has a structure as described in Figure 1.

• The distal end of the axon branch swells into a structure called the synaptic knob.
• The membrane of the synaptic knob contacts the postsynaptic neuron, known as the postsynaptic membrane.
• The membrane of the postsynaptic branch of the neuron at this location is called the postsynaptic membrane, which contains receptors that receive these chemical intermediaries.
• Between these membranes is a gap called the synaptic cleft.

Within the synaptic knob are numerous spherical structures containing acetylcholine and mitochondria that provide energy for the metabolic processes in this neuron.

When a nerve impulse reaches the synaptic knob, calcium ions from outside (extracellular fluid) rush into the knob, causing a series of synaptic vesicles to attach to the presynaptic membrane and immediately burst, releasing acetylcholine into the synaptic cleft. Acetylcholine molecules quickly bind to corresponding receptors on the postsynaptic membrane (of another neuron), rapidly changing the permeability of this neuron's membrane, thereby generating an electrical impulse in the next neuron and propagating it.

After the electrical impulse forms and propagates on the postsynaptic membrane, the enzyme acetylcholinesterase on the postsynaptic membrane breaks down acetylcholine into acetate and choline. These two substances return to the synaptic knob to be resynthesized into acetylcholine contained in vesicles.

Such transmission is unidirectional, as only the synaptic knob contains vesicles containing acetylcholine, and only the postsynaptic membrane has corresponding receptors to receive this intermediary substance.

• In addition to acetylcholine, animals also have many chemicals acting as neurotransmitter intermediates such as noradrenaline, dopamine, serotonin... (see more in the 'Monoamine' section of the Biology of Depression page). Each synapse contains only one type of substance and operates similarly as described above (Figure 3).
• With modern research tools and technology today, scientists can accurately estimate the number of transmitter molecules generated at each synapse, which are not numerous in each transmission. However, the total number of signals at many synapses accumulates and converges to a certain threshold - called the threshold - which is significant and generates electrical impulses that can 'run' at a speed of 100m/s.

Role in Memory

Due to the above-mentioned 'accumulation', synapses play a specific role in memory formation. When neurotransmitters activate compatible receptors at the synaptic cleft, the connection between two nerve cells is strengthened; and when multiple nerve cells are active together, it leads to a process called long-term potentiation (LTP). This means that the postsynaptic neuron can adjust both its function and the number of its receptors. Changes in these postsynaptic signals are often related to N-methyl-d-aspartic acid receptors (NMDAR) influencing LTP and may affect depression through calcium influx.