Postsynaptische geleidingsveranderingen en de potentiaalveranderingen die daarmee gepaard gaan, veranderen de waarschijnlijkheid dat een actiepotentiaal in de postsynaptische cel wordt geproduceerd. Bij de neuromusculaire junctie verhoogt de synaptische actie de waarschijnlijkheid dat een actiepotentiaal in de postsynaptische spiercel zal optreden; de grote amplitude van de EPP zorgt er immers voor dat altijd een actiepotentiaal wordt opgewekt. Bij veel andere synapsen verkleinen PSP’s juist de kans dat de postsynaptische cel een actiepotentiaal opwekt. PSP’s worden excitatoir (of EPSP’s) genoemd als zij de waarschijnlijkheid van het optreden van een postsynaptische actiepotentiaal vergroten, en inhibitoir (of IPSP’s) als zij deze waarschijnlijkheid verkleinen. Aangezien de meeste neuronen inputs ontvangen van zowel excitatoire als inhibitoire synapsen, is het belangrijk om meer precies te begrijpen welke mechanismen bepalen of een bepaalde synaps zijn postsynaptische partner exciteert of inhibeert.
De principes van excitatie die zojuist zijn beschreven voor de neuromusculaire junctie zijn relevant voor alle excitatoire synapsen. De principes van postsynaptische inhibitie zijn grotendeels dezelfde als voor excitatie, en zijn ook algemeen. In beide gevallen openen of sluiten neurotransmitters die zich binden aan receptoren ionenkanalen in de postsynaptische cel. Of een postsynaptische respons een EPSP of een IPSP is, hangt af van het type kanaal dat aan de receptor gekoppeld is, en van de concentratie van permeant ionen binnen en buiten de cel. In feite is de enige factor die postsynaptische excitatie van inhibitie onderscheidt de omkeerpotentiaal van de PSPP in verhouding tot de drempelspanning voor het opwekken van actiepotentialen in de postsynaptische cel.
Bedenk bijvoorbeeld een neuronale synaps die glutamaat als zender gebruikt. Veel van dergelijke synapsen hebben receptoren die, net als de ACh-receptoren bij neuromusculaire synapsen, ionenkanalen openen die niet-selectief doorlaatbaar zijn voor kationen. Wanneer deze glutamaatreceptoren geactiveerd worden, stroomt zowel Na+ als K+ over het postsynaptische membraan. Het omkeerpotentiaal (Erev) voor de postsynaptische stroom is ongeveer 0 mV, terwijl de rustpotentiaal van neuronen ongeveer -60 mV is. De resulterende EPSP zal de postsynaptische membraanpotentiaal depolariseren, waardoor deze in de richting van 0 mV wordt gebracht. Voor het specifieke neuron in figuur 7.6A is de drempelspanning van de actiepotentiaal -40 mV. De EPSP verhoogt dus de kans dat het postsynaptische neuron een actiepotentiaal zal produceren, waardoor deze synaps als excitatoir wordt gedefinieerd.
Figuur 7.6
Omkeerpotentialen en drempelpotentialen bepalen postsynaptische excitatie en inhibitie. (A) Als de omkeerpotentiaal voor een PSP (0 mV) positiever is dan de actiepotentiaaldrempel (-40 mV), is het effect van een transmitter excitatoir, en (meer…)
Als voorbeeld van remmende postsynaptische actie, beschouw een neuronale synaps die GABA gebruikt als transmitter. Bij dergelijke synapsen openen de GABA-receptoren gewoonlijk kanalen die selectief doorlaatbaar zijn voor Cl-. Wanneer deze kanalen opengaan, kunnen negatief geladen chloride-ionen over het membraan stromen. Veronderstel dat het postsynaptische neuron een rustpotentiaal heeft van -60 mV en een actiepotentiaaldrempel van -40 mV, zoals in het vorige voorbeeld. Als ECl -70 mV bedraagt, wat typisch is voor veel neuronen, zal het vrijkomen van een transmitter bij deze synaps de postsynaptische cel remmen (omdat ECl negatiever is dan de actiepotentiaaldrempel). In dit geval zorgt de elektrochemische drijvende kracht (Vm – Erev) ervoor dat Cl- de cel binnenstroomt, waardoor een uitgaande PSC wordt opgewekt (omdat Cl- negatief geladen is) en dientengevolge een hyperpolariserende IPSP (figuur 7.6B). Omdat ECl negatiever is dan de actiepotentiaaldrempel, houdt de geleidingsverandering als gevolg van de binding van GABA de postsynaptische membraanpotentiaal negatiever dan de drempel, waardoor de kans kleiner wordt dat de postsynaptische cel een actiepotentiaal zal afvuren.
Niet alle remmende synapsen produceren echter hyperpolariserende IPSP’s. Bijvoorbeeld, in het neuron dat zojuist beschreven is, als ECl -50 mV zou zijn in plaats van -70 mV, dan zou de synaps nog steeds remmend zijn omdat de omkeerpotentiaal van de IPSP negatiever blijft dan de actiepotentiaal-drempel (-40 mV). Omdat de elektrochemische drijvende kracht nu Cl- veroorzaakt om uit de cel te stromen, echter, is de IPSP eigenlijk depolariserend (figuur 7.6C). Niettemin remt dit depolariserende IPSP de postsynaptische cel omdat de membraanpotentiaal van de cel negatiever wordt gehouden dan de drempelpotentiaal voor actiepotentiaal-initiatie. Een andere manier om over deze eigenaardigheid na te denken is dat als een andere depolariserende input de rustpotentiaal van de cel op -41 mV zou brengen, net onder de drempel voor het afvuren van een actiepotentiaal, de opening van deze door GABA geactiveerde kanalen zou resulteren in een hyperpolariserende stroom, die de membraanpotentiaal dichter bij -50 mV zou brengen, de omkeerpotentiaal voor deze kanalen. Terwijl EPSP’s de postsynaptische cel depolariseren, kunnen IPSP’s dus hyperpolariseren of depolariseren; een remmende geleidingsverandering kan zelfs helemaal geen potentiaalverandering veroorzaken en toch een remmend effect uitoefenen.
Hoewel de bijzonderheden van postsynaptische actie complex kunnen zijn, onderscheidt een eenvoudige regel postsynaptische excitatie van inhibitie: Een EPSP heeft een omkeerpotentiaal dat positiever is dan de actiepotentiaaldrempel, terwijl een IPSP een omkeerpotentiaal heeft dat negatiever is dan de drempel (figuur 7.6D). Intuïtief kan deze regel worden begrepen door te beseffen dat een EPSP de neiging zal hebben de membraanpotentiaal te depolariseren zodat deze de drempel overschrijdt, terwijl een IPSP altijd zal handelen om de membraanpotentiaal negatiever te houden dan de drempelpotentiaal.