نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی شیمی

2 دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی هوافضا

10.22041/ijbme.2005.13577

چکیده

هدف از این تحقیق، مطالعه نحوه انتقال مواد شیمیایی در اتصالات عصب به عضله، به واسطه تحریکات عصلی روی عضله است. به منظور تعیین میزان رهایش ماده میانجی در شکاف سیناپسی اتصال عصب– عضله، از یک مدل ریاضی استفاده شده است. در این مدل با لحاظ کردن اثر نفوذ یون های کلسیم در رهایش ماده میانجی، مدل چادیوری بهبود یافته است. با وقوع یک پتانسیل عمل، کانال های کلسیم در غشا پیش سیناپسی باز شده و یون های کلسیم وارد پایانه پیش سیناپسی می گردند. سپس این یون ها در مسیر بین دهانه کانال ها تا مکان های رهایش نفوذ کرده و در آنجا باعث رهایش ماده میانجی می شوند. مقداری از یون های کلسیم، در طی این نفوذ توسط فرآیندهای حذف کلسیم در داخل پایانه پیش سیناپسی حذف می گردند. مدل ریاضی حاضر، شامل معادلات دیفرانسیل پاره ای بیان کننده فیزیک هر یک از فرآیندهاست که با استفاده از روش های عددی حل شد ه اند. در نتیجه حل این معادلات، منحنی های تغییرات زمانی غلظت یون های کلسیم در مکان های رهایش و مقدار زمانی رهایش ماده میانجی به دست آمده اند. اثر اعمال دو پالس پتانسیل عمل متوالی روی رهایش ماده میانجی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation Of Neurotransmitter Release At The Neuromuscular Junction

نویسندگان [English]

  • Mehrak Mahmoudi 1
  • Mohammad Jafar Abd Khodaei 2
  • Saeide Khatibirad 1

1 Chemical Engineering Department, Sharif University of Technology

2 Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology

چکیده [English]

A mathematical model is presented for simulation of neurotransmitter release in the synaptic cleft of a neuromuscular junction. Chaudhuri's model is improved by adding calcium diffusion effect on the neurotransmitter release. When an action potential occurs, the calcium channels on presynaptic membrane will open and allow calcium ions to enter in presynaptic terminal. Then, these ions diffuse between calcium channels and release sites, where clearance mechanisms remove some of them. The model is defined by some partial differential equations which are solved by numerical methods. Solving these equations, the temporal changes of calcium concentration in the release sites and the amount of neurotransmitter release at each time are obtained. Finally, the effect of two consecutive action potential pulses on the above mechanisms is studied. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Synapse
  • Neuromuscular junction
  • Neurotransmitter
  • Synaptic vesicle
  • Simulation
  • Modeling

[1]     Chaudhuri S, Bhaumik K; On the rule of snaptotagmin in the synaptic vesicle exocytosis; J Biological Physics 1996; 178: 419-422.

[2]     Trommershauser J, Zippelius A; Biophysical model of a single synaptic connection: Cooperation of pre-and postsynaptic mechanisms; Neurocomputing J 2001; 38 -40: 65-71.

[3]     Parnas H, Hovav G, Parnas I; Effect of Ca2+ diffusion on the time course of the neurotransmitter release; Biophysical J 1989; 55: 859-874.

[4]     Yamada WM, Zucker RS; Time course of transmitter release calculated from simulations of a calcium diffusion model; Biophys J 1992; 61: 671-681.

[5]     Lustig C, Parnas H, Segel L; Release kinetics as a tool to describe drug effects on neurotransmitter release; J Theor Biol 1990; 144: 225-248.

[6]     Zenisek D, Steyer JA, Almers W; Transport, capture and exocytosis of single vesicles at active zones; Nature 1992; 406: 849 854.

[7]     Bertram R, Smith GD, Sherman A; Modeling study of the effects of overlapping Ca2+ microdomains on neurotransmitter release; Biophys J 1999; 76: 735-750.

[8]     Ascher UM, Petzold LR; Computer Methods for Ordinary Differential Equations and Differential-Algebraic Equations; SIAM; 1998.

[9]     Ciarlet PG, Lions JL; Handbook of Numerical Analysis; Amsterdam, North-Holland; 1990.