السيال العصبي فى فترة الراحة

📚 محتويات المقال

    المقدمة ما هومفهوم السيال العصبي

    يحتوي جسم الإنسان على أكثر من سبعة تريليونات عصب. يمكن أن تنتقل كل إشارة ترسلها هذه الأعصاب بسرعات كبيرة تصل إلى 120 مترًا (400 قدم تقريبًا) في الثانية الواحدة.
    في الثدييات، تتراوح السرعة بين 1 و4 أمتار في الثانية. ونظرًا لافتقار اللافقاريات إلى الميالين، فمثلا يمكن أن تصل سرعة جهد الفعل في المحاور العصبية العملاقة للحبار إلى 100 متر في الثانية.
    يتيح لنا هذا النمو التطوري المذهل بالتفكير سريعًا والتصرف حتى دون تفكير، للاستجابة للبيئة والمساعدة في البقاء على قيد الحياة.

     السيال العصبي فى فارة الراحة

    ما هى الخلية التى تمثل وحدة بناء الجهاز العصبي

    الخلية العصبية هى وحدة بناء الجهاز العصبى .
    تتميز الخلايا العصبية عــن باقي خلايــا الجسم لأنها قادرة على توليد و توصيل السيال العصبي لكن ليس لديها القدرة على الانقسام و التكاثر لعدم وجود الجسم المركزي ضمن تركيبها فما يموت منها لا يعوض .
    يفقد الإنسان القدرة على التذكر بتقدم السن لأن ما يموت من الخلايا العصبية في مركز الذاكرة لا يعوض بسبب عدم قدرة الخلايا العصبية على الانقسام .

    مفهوم السيال العصبى الفيزيولوجيا الكهربائية

    تُعرف السيالة العصبية (Nerve Impulse) بأنها إشارة كهربائية تنتقل على طول محور الخلية العصبية (Axon)، وتُحدث استجابة فورية داخل الجسم و يفضل القول بانها رسالة كهروكيميائية تنقلها الأعصاب من أعضاء الحس اِلى الجهاز العصبى المركزى، ومنه اِلى أعضاء الاِستجابة ويبدأ السيال العصبي من خلال مثير؛ أي حدوث تغيُّر في البيئة الداخلية أو الخارجية.


    يحفِّز هذا المثير أحد المستقبلات لإرسال سيال عصبي إلى الجهاز العصبي المركزي.
    ومن ثَمَّ، يعالج الجهاز العصبي المركزي، الذي يتكوَّن من المخ والحبل الشوكي، هذه المعلومات وبعد ذلك تنتقل السيالات العصبية من الجهاز العصبي المركزي إلى أعضاء مختلفة، وهو ما يسمح لنا بالاستجابة للمثير بصورة مناسبة. 

    فعلى سبيل المثال، المثير الناتج عن لمس جسم ساخن يُنتج سلسلة من السيالات العصبية تسبِّب انقباض عضلات الذراع لسحب اليد بعيدًا.

    طبيعة السيال العصبي : انتقال السيال العصبي في الحقيقة ما هو إلا ظاهرة كهربائية ذات طبيعة كيميائية.

    جهد الفعل العصبي 

    هو تغير كهربائي سريع في غشاء الخلية العصبية، يُمكّن من نقل الإشارة العصبية على طول المحور العصبي ويحدث نتيجة تغيرات في نفاذية الغشاء للأيونات، ويُعد أساسًا لفهم التواصل العصبي.

    كيف ينتشر السيال العصبى

    العوامل التى تؤثر على سرعة انتقال السيال العصبي

    درجة الحرارة

    مع الارتفاع في درجة الحرارة ، تنتشر الأيونات بسرعة أعلى؛ حيث ترتفع طاقة الحركة تدريجيا وهذا يزيد من سرعة جهد الفعالية. 
    ولكن يجب الا تزيد عن 37 درجة مئوية، حيث أنه عند درجات الحرارة الأعلى من 40 درجة مئوية،تبدأ البروتينات مثل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في التلف، وهو ما يتسبَّب في انخفاض معدل الانتقال.

    قطر المحور العصبي فى الخلية العصبية 

    كلما زاد القطر، زادت سرعة الانتقال؛ حيث تواجه الأيونات المنتشرة مقاومة أقل.
    يبدو الأمر كما لو أن الكثير من الناس حاولوا السير في مسار عريض، فسيكون ذلك أسهل بكثير من سير العدد نفسه من الأشخاص في مسار ضيق.

    وجود أغلفة المحور .

    ينتشر السيال العصبي عن طريق عملية تسمى التوصيل القفزي من خلال «القفز» من إحدى عُقد رانفييه إلى العقدة التالية، وهو ما يؤدي إلى زيادة سرعة التوصيل مقارنةً بالمحاور العصبية غير الميالينية.
    يؤثِّر أيضًا إذا ما كان المحور مياليني أو لا على سرعة الانتقال. 

    سرعة أنتقال السيال العصبى وعملية التوصيل القفزي

    توصِّل المحاور العصبية الميالينية السيالات العصبية أسرع من المحاور العصبية غير الميالينية.
    تكون سرعة الانتشار عبر المحور العصبي غير المياليني 12 مترًا لكل ثانية تقريبًا، في حين قد تصل سرعة الانتشار عبر المحور العصبي المياليني إلى 140 مترًا لكل ثانية.

    يتم تفسير ذلك بانه توجد قنوات الأيونات المبوبة بفرق الجهد فقط في عقد رانفييه في المحاور العصبية الميالينية؛ وهي تزيد من سرعة الانتقال؛ حيث يقل الوقت المستغرَق في فتح وغلق قنوات الأيونات.
    وبالمقارنة، يُفتح الكثير من قنوات الأيونات ويُغلق في المحور العصبي غير المياليني ومن ثَمَّ، فإن سرعة انتشار جهد الفعالية تكون أقل كثيرًا. ولذلك تحدث إزالة الاستقطاب عند هذه النقاط فقط.

    وهذا يعني أن جهد الفعالية «يقفز» من عقدة إلى عقدة أخرى مجاورة، حيث تُسمَّى هذه العملية التوصيل القفزي

    مراحل السياله العصبية:

    المرحلة

    الشرح

    الجهد الساكن (Resting Potential)

    فرق جهد بين داخل وخارج الخلية (~ -70mV)، يعكس توازن الأيونات

    الاستقطاب (Depolarization)

    دخول أيونات الصوديوم Na⁺ إلى الخلية يرفع الجهد إلى +30mV

    إعادة الاستقطاب (Repolarization)

    خروج أيونات البوتاسيوم K⁺ يخفض الجهد ويعيد التوازن

    فترة الجموح(Refractory Period)

    عدم استجابة الخلية مؤقتًا لمنع تراكم الإشارات


    الحالة الاولي الخلية العصبية وقت الراحة (Resting State) :-

    تكون الخلية العصبية في حالة استقطاب، أي أن داخل الخلية سالب والخارج موجب.
    يعود هذا إلى عمل مضخة الصوديوم-بوتاسيوم التي تُخرج 3 أيونات Na⁺ وتُدخل 2 أيون K⁺.
    حيث لا توجد أى حركة ملحوظة  للأيونات عبر القنوات، وتكون مغلقة.
    عندما لا تنقُل الخلية العصبية سيالًا عصبيًّا، يقال إنها في حالة راحة، ويكون للغشاء جهد راحة.

    آلية الحفَاظ بها على جهد الراحة.

    • يحتوي غشاء الخلية على قنوات لنقل الايونات من وإلى البيئتين الخارجية والداخلية للخلية وتبقى بعض هذه القنوات مفتوحة دائما وتسمح القنوات المفتوحة بنقل أيونات +Na و +K خلال غشاء الخلية بحسب منحدر تركيزها.
    • توجد قنوات خاصة بأيونات الصوديوم Na+ وقنوات خاصة بأيونات البوتاسيوم K+ بحيث يكون تركيز أيونات الصوديوم Na+ خارج الخلية اكثر بكثير من تركيزه داخلها بنسبة 10 : 15 مرة.
    • عدد قنوات أيونات الصوديوم Na+ أقل بكثير من عدد قنوات أيونات البوتاسيوم+ K بحيث يكون تركيز أيونات البوتاسيوم K+ داخل الخلية اكثر ثلاثون مرة عن تركيزها في السائل الخارجي المحيط بالخلية.
    • ونتيجة لذلك يزيد انتشار أيونات البوتاسيوم K+ خارج الخلية بينما يقل انتشار أيونات الصوديوم Na + لداخلها وتركيز الأيونات السالبة الموجودة داخل الخلية العصبية مثل أيونات –CL وأيونات البروتينات أعلى بكثير من تركيز الأيونات السالبة خارج الخلية العصبية و بالتالي تعادل كل الشحنات الموجبة وتتفوق عليها.
    • يؤدي الاختلاف في نفاذية الغشاء لايونات الصوديوم والبوتاسيوم الى جعل الغشاء الخارجي موجب الشحنات على عكس الغشاء الداخلي سالب الشحنات.
    • عمل مضخات الصوديوم والبوتاسيوم التى تكون مفتوحة والتي تلعب دورا في المحافظة على الثبات النسبي لهذا التوزيع حتى حدوث التنبيه ومرور السيال ؛ حيث تقوم بنقل البوتاسيوم للخارج بالنقل النشط.
    مخطط يوضِّح كيفية الحفاظ على جهد الراحة
       مخطط يوضِّح كيفية الحفاظ على جهد الراحة للخلية العصبية بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم وقنوات «تسريب» البوتاسيوم التي تسمح بانتشار أيونات البوتاسيوم خارج الخلية العصبية.
    الغشاء به ترشيح لكن البوابات مغلقة


    وتكون النتيجة هى تراكم أيونات البوتاسيوم الموجبة خارج الغشاء أثناء الراحة تاركة البر وتينات السالبة والتي لا تستطيع عبور الغشاء لحجمها الكبير والوزن الجزيئي الكبير في الناحية الداخلية منه وكذلك أيونات الكلور –CL وعدم قدرتها على المرور للخارج حتى يصل فرق الجهد إلى – 70 مللي فولت .

    جهد الفعل العصبي أوفرق الجهد التاثيري

    ينشا  هذا الفرق في الجهد عن كلا من
    النفاذية الاختيارية غير المتساوية للغشاء العصبي ؛ حيث ينفذ الغشاء أيونات البوتاسيوم للخارج بما يعادل 40 ضعف معدل نفاذ أيونات الصوديوم .

    التوزيع غير المتكافئ للأيونات داخل وخارج الخلية العصبية بالنسبة لأيونات البوتاسيوم و الصوديوم .
    داخل الخلية العصبية تركيز الايونات السالبة أعلى بكثير من تركيز الايونات الموجبة ، حيث تعادل كل الأيونات الموجبة و تتفوق عليها .
    وذلك بسبب وجود أيونات البروتينات المتأينة السالبة ذات الأوزان الجزيئية العالية التي لا تستطيع المرور للخارج لكبر حجم الجزيئات ، بالإضافة إلى أيونات الكلور السالبة ( Cl -) .

    قنوات الأيونات المبوبة بفرق الجهد هي تلك التي تُفتَح وتُغلَق استجابة للتغيُّرات في جهد الغشاء للخلية، ونتيجةً لذلك، تسمح بتدفُّق الأيونات عبر الغشاء.

    النتيجة حدوث فرق الجهد التاثيرى واطلق على هذا الفرق اسم الجهد في وقت الراحة وهو يساوى حوالي ( - 70 مللى فولت ) وينتج عن هذا حالة تعرف بالاستقطاب حيث يكون سطح الخلية الخارجي موجبا والداخلي سالبا.

    أسباب جهد الراحة لغشاء الخلية :

    أ.طبيعة تركيب غشاء الخلية ومكوناته
    ب. الاختلاف في كثافة الايونات على جانبي غشاء الخلية
    ج. حركة الايونات داخل الخلية وخارجها بطريقة منتظمة غيرعشوائية.

    أسباب استمرارية جهد الراحة لغشاء الخلية الحية :

    أ. الاختلاف في تركيز الايونات على جانبي الغشاء
    ب. اختلاف نفاذية الغشاء للايونات المختلفة
    ج. وجود مضخة الصوديوم و البوتاسيوم في غشاء الخلية.

    أسباب حدوث الاستقطاب وقت الراحة 

    النفاذية الاختيارية غير المتساوي لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم , فالغشاء العصبي وقت الراحة اكثر نفاذية لأيونات البوتاسيوم إلى الوسط الخارجي عن أيونات الصوديوم 40 مرة وتستقر أيونات البوتاسيوم على السطح الخارجي للخلية مكسبة إياه شحنة موجبة
    وجود بروتينات متاينة ذات أوزان جزيئيه عالية وتحمل شحنات سالبة على الناحية الداخلية للغشاء العصبي بالإضافة إلى أيونات الكلور –CL

    ما أهمية القنوات الخاصة في غشاء الخلية ؟

    مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na⁺/K⁺ ATPase)تنقل 3Na⁺ إلى خارج الخلية مقابل 2K⁺ إلى الداخل.
    تسمح بنقل أيونات+ Na و K+ خلال غشاء الخلية بحسب منحدر تركيزها
    علل : يزيد انتشار أيونات البوتاسيوم K+ خارج الخلية بينما يقل انتشار أيونات الصوديوم Na+ داخلها لسببين

    الأول : لان انتقال أيونات Na+ و K+ خلال غشاء الخلية يتم ضد منحدر التركيز وحيث أن تركيز أيونات الصوديوم Na+ أعلى في البيئة الخارجية للخلية مقارنة بالبيئة الداخلية للخلية عكس K+
    الثاني: اختلاف نفاذية الغشاء لايونات الصوديوم والبوتاسيوم حيث تكون نفاذيته أعلى لايونات البوتاسيوم.

    جهد الراحة 

    هو فرق الجهد الناشىء عبر غشاء الخلية العصبية أثناء الراحة ويساوى سالب 70 مللى فولت تقريبًا.
    يمكن الحفاظ على جهد الراحة من خلال النقل النشط من قبل البروتينات الموجودة في غشاء الخلايا العصبية، التي تُسمَّى مضخات الصوديوم والبوتاسيوم.

    مخطط يوضِّح كيفية الحفاظ على جهد الراحة للخلية العصبية
    الخليه مع حدوث مؤثر كاف

    ديناميكية جهد الراحة في الخلايا العصبية Resting Membrane Potential Dynamics in Neurons
    على الرغم من ضعف نفاذية غشاء الصوديوم والكلوريد، إلا أن هذه الأيونات قادرة على دخول الخلايا، وإن كانت أقل فعالية من البوتاسيوم بعشر إلى مئة مرة.
    لتفسير نفاذية الأيونات الأخرى إلى الخلية، تُستخدم معادلة نيرنست-غولدمان:

    تركيز الايونات

    تركيز Na⁺ وCl⁻ يكون أعلى في الخارج.
    تركيز K⁺ والمركبات العضوية سالبة الشحنة أعلى في الداخل.
    مضخة الصوديوم-بوتاسيوم (Na⁺/K⁺-ATPase) تحافظ على هذا التوزيع بإخراج 3 Na⁺ مقابل إدخال 2 K⁺.

    الغشاء في حالة الراحة يكون نافذًا أكثر للبوتاسيوم منه للصوديوم، مما يُسهم في حدوث اختلاف في الجهد السلبي.
    الصورة تُظهر آلية الجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية العصبية وتحديدًا المراحل المختلفة للجهد العصبي (الإثارة العصبية) داخل العصبون (الخلية العصبية)، وهي موضحة على شكل رسم تخطيطي يعرض تغيّر النفاذية الأيونية عبر الغشاء البلازمي للعصبون أثناء مرور السيال العصبي.

    الأيون

    داخل الخلية

    خارج الخلية

    Na

    منخفض

    مرتفع

    K

    مرتفع

    منخفض

    Cl

    مرتفع

    منخفض

    Ca²

    منخفض جدًا

    مرتفع


    آلية الحفاظ على جهد الراحة

    1. مضخة Na⁺/K⁺ تحافظ على التوازن الأيوني باستخدام الطاقة (ATP) حيث تنقل Na⁺ للخارج وK⁺ للداخل.
    2. K⁺ يتسرب عبر قنوات التسريب إلى الخارج.
    3. البروتينات السالبة والكلوريد داخل الخلية تزيد من السلبية.
    النتيجة: فرق جهد ثابت يساوي −70 mV تقريبًا.

    الآليات التنظيمية الحيوية

    1. نفاذية الغشاء تحدد حركة الأيونات عبر القنوات.
    2. تدرجات الأيونات فرق التركيز بين داخل وخارج الخلية يحدد اتجاه الحركة.

    الفرق بين جهد الراحة وجهد الفعالية

    الحالة

    جهد الراحة (Resting)

    جهد الفعالية (Action)

    نشاط القنوات

    قنوات Na⁺ مغلقة، K⁺ مفتوحة

    قنوات Na⁺ وK⁺ تُفتح وتُغلق بالتتابع

    فرق الجهد

    −70 mV

    يصل إلى +30 mV ثم يعود

    وظيفة المضخة

    تحافظ على التوازن

    تستعيد الاستقطاب بعد النشاط

    العوامل المؤثرة في جهد الراحة

    • الحالة الساكنة للخلية العصبية : لا ترسل أو تستقبل إشارات.
    • فرق الجهد الكهربائي : ناتج عن توزيع غير متكافئ للأيونات بين داخل وخارج الخلية.
    • القيمة النموذجية : حوالي −70 mV، مما يعني أن داخل الخلية أكثر سلبية من الخارج.
    1. اختلاف تركيز الأيونات هذا التوزيع يخلق فرقًا في الجهد عبر الغشاء.
    2. الأيونات تتحرك وفق تدرج التركيز عبر قنوات خاصة.
    3. نفاذية الغشاء للأيونات الغشاء أكثر نفاذية لـ K⁺ بمقدار 40 مرة مقارنة بـ Na⁺.
    4. قنوات التسريب للبوتاسيوم مفتوحة دائمًا، مما يسمح بخروجه من الخلية.
    5. قنوات الصوديوم مغلقة في حالة الراحة، مما يقلل من دخول Na⁺.
    6. مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na⁺/K⁺ ATPase)تنقل 3Na⁺ إلى خارج الخلية مقابل 2K⁺ إلى الداخل.
    7. تعمل ضد تدرج التركيز باستخدام طاقة ATP.
    8. تساهم في الحفاظ على فرق الجهد واستقطاب الغشاء.

    خصائص السيالة العصبية:

    تنتقل عبر المحور العصبي بسرعة عالية "الكل أو لا شيء": لا تبدأ السيالة إلا بعد تجاوز عتبة الإثارة.
    تمر عبر عقد رانفييه عند وجود غلاف الميالين، مما يزيد من سرعة الانتقال بطريقة قفزية (Saltatory Conduction).

     النقل الكيميائي – المشابك العصبية

    عند وصول السيالة إلى نهاية المحور، تبدأ عملية النقل الكيميائي عبر المشابك العصبية (Synapses).

    مكونات المشبك العصبي:

    نهاية المحور العصبي (Axon Terminal): تحتوي حويصلات بها نواقل عصبية.
    الفجوة المشبكية (Synaptic Cleft): المسافة بين خليتين عصبيتين.
    الخلية المستقبِلة (Post-Synaptic Cell): تستقبل الناقل العصبي وتبدأ استجابة جديدة.

    خطوات النقل الكيميائي:

    1. وصول السيالة إلى نهاية المحور
    2. فتح قنوات الكالسيوم Ca²⁺ ودخولها إلى النهاية
    3. اندماج الحويصلات وإطلاق النواقل العصبية مثل:

    1. الأسيتيل كولين (Acetylcholine)
    2. الدوبامين (Dopamine)
    3. السيروتونين (Serotonin)
    4. النورأدرينالين (Noradrenaline)

    تقنيات التشخيص العصبي الحديثة

    في عالم الأعصاب، يُعد التشخيص المبكر والدقيق مفتاحًا للعلاج الفعال. لذا طوّرت التكنولوجيا الطبية أدوات متقدمة تسمح برؤية داخل الدماغ وتحليل إشاراته الحيوية.

     أولًا: التصوير العصبي Neuroimaging

     التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)

    يستخدم المجالات المغناطيسية القوية والموجات الراديوية.

    يكشف عن بنية الدماغ بدقة عالية دون الحاجة إلى إشعاع.

    مفيد لتشخيص الأورام، التصلب اللويحي، وإصابات الدماغ.

      التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET)

    يُحقن الجسم بمادة مشعة تتبع النشاط الأيضي في الدماغ.

    يُستخدم لتحليل نشاط المناطق المسؤولة عن الذاكرة والعاطفة.

    مهم في تشخيص الزهايمر والصرع.

      التصوير المقطعي المحوسب (CT Scan)

    يستخدم الأشعة السينية لإنشاء صور مقطعية للدماغ.

    فعال في الحالات الطارئة: النزيف، السكتات، والإصابات الحادة.

     ثانيًا: تحليل النشاط الكهربائي العصبي

     تخطيط كهربائية الدماغ EEG

    يُسجل النشاط الكهربائي الدماغي عبر أقطاب توضع على فروة الرأس.

    يُستخدم للكشف عن الصرع، اضطرابات النوم، ونشاط الدماغ أثناء الغيبوبة.

     تخطيط كهربية العضلات (EMG)

    يُقيس الإشارات العصبية الموجهة للعضلات.

    يساعد في تحديد موقع التلف العصبي في الأعصاب الحركية.

     تخطيط سرعة الأعصاب Nerve conduction study

    يُستخدم مع EMG لتحديد قدرة الأعصاب على نقل السيالة العصبية.

    يفيد في تشخيص الاعتلال العصبي السكري أو الناتج عن الضغط.

     ثالثًا: تقنيات الذكاء الاصطناعي والتشخيص المتقدم

    تحليل صور الدماغ عبر تقنيات التعلم العميق لاكتشاف التشوهات الدقيقة.

    التنبؤ بتطور الأمراض العصبية عبر النماذج الإحصائية.

    مراقبة النشاط العصبي عبر واجهات الدماغ–الحاسوب (BCI).

     التشابك العصبي

    هو موقع الاتصال بين خليتين عصبيتين أو بين خلية عصبية وخلية غير عصبية (مثل خلية عضلية).

    يتم عبره نقل الإشارات العصبية بواسطة مواد كيميائية تسمى الناقلات العصبية.

    لا يحدث تلامس مباشر بين الخليتين، بل يوجد فجوة تشابكية (Synaptic Gap) وهي مساحة دقيقة يُطلق فيها الناقل الكيميائي.

     خطوات انتقال الإشارة العصبية كيميائيًا

    عند وصول السيالة العصبية إلى النهاية المحورية:

    يتم تنبيه النهايات العصبية، مما يؤدي إلى دخول أيونات الكالسيوم.

    تندمج الحويصلات المشبكية مع غشاء النهايات العصبية وتفرز الناقل العصبي داخل الفجوة.

    يرتبط الناقل العصبي بمستقبلات موجودة على غشاء الخلية المستقبِلة.

    يؤدي هذا الارتباط إلى تغير في نفاذية الغشاء ودخول أيونات الصوديوم، مما يسبب زوال الاستقطاب.

    بعدها تبدأ سيالة عصبية جديدة في الخلية المستقبِلة، وتُكمل رحلتها.

    أشهر الناقلات العصبية

    الأسيتيل كولين (Acetylcholine)

    النورأدرينالين (Noradrenaline)

    السيروتونين (Serotonin)

    الدوبامين (Dopamine)

     وظائف الجهاز العصبي

    التحكم في جميع أنشطة الجسم بدقة وتنظيم.

    استقبال المعلومات من البيئة الداخلية والخارجية والتفاعل معها.

    معالجة المعلومات الحسية كالبصر، السمع، واللمس وربطها بالذاكرة والتفكير.

     تركيب الخلية العصبية

    جسم الخلية (Cell Body): يحتوي على النواة ومكونات التغذية والطاقة.

    التفرعات الشجرية (Dendrites): تستقبل الإشارات من خلايا عصبية أخرى.

    المحور العصبي (Axon): ينقل الإشارات من جسم الخلية إلى الأجزاء الأخرى أو الخلايا المجاورة.

    الغشاء العصبي: يلعب دوراً في خلق فرق الجهد الكهربائي بين داخل وخارج الخلية.

     النشاط الكهربائي للخلية العصبية

    تم شرح ظاهرة "الجهد الراكد" (Resting Potential) وكيفية انتقال السيالة العصبية عبر الأغشية بآليات دقيقة جداً تعتمد على حركة الأيونات كالصوديوم والبوتاسيوم.

     التشابك العصبي (Synapse)

    وصف ممتاز لكيفية انتقال الإشارات العصبية من خلية إلى أخرى عن طريق الحويصلات المشبكية التي تحتوي على نواقل كيميائية مثل الأسيتيل كولين، والنورأدرينالين.

     ...وتكمن أهمية التوصيل العصبي في المحافظة على التناسق بين وظائف الجسم واستجابته للمؤثرات الداخلية والخارجية، ويحدث ذلك عبر تتابع دقيق للإشارات الكهربائية والكيميائية داخل العصبونات. وعندما تصل السيالة العصبية إلى النهايات المحورية، تُطلق النواقل العصبية من الحويصلات التشابكية لتنتقل عبر الشق التشابكي نحو المستقبلات الموجودة على غشاء الخلية العصبية التالية، مما يضمن استمرار الإشارة وانتقالها بسلاسة داخل الجهاز العصبي.

    وظائف الجهاز العصبي

    التحكم في جميع أنشطة الجسم بدقة وتنظيم.

    استقبال المعلومات من البيئة الداخلية والخارجية والتفاعل معها.

    معالجة المعلومات الحسية كالبصر، السمع، واللمس وربطها بالذاكرة والتفكير.

     تركيب الخلية العصبية

    جسم الخلية (Cell Body): يحتوي على النواة ومكونات التغذية والطاقة.

    التفرعات الشجرية (Dendrites): تستقبل الإشارات من خلايا عصبية أخرى.

    المحور العصبي (Axon): ينقل الإشارات من جسم الخلية إلى الأجزاء الأخرى أو الخلايا المجاورة.

    الغشاء العصبي: يلعب دوراً في خلق فرق الجهد الكهربائي بين داخل وخارج الخلية.

    النشاط الكهربائي للخلية العصبية

    تم شرح ظاهرة "الجهد الراكد" (Resting Potential) وكيفية انتقال السيالة العصبية عبر الأغشية بآليات دقيقة جداً تعتمد على حركة الأيونات كالصوديوم والبوتاسيوم.

    التشابك العصبي (Synapse)

    وصف ممتاز لكيفية انتقال الإشارات العصبية من خلية إلى أخرى عن طريق الحويصلات المشبكية التي تحتوي على نواقل كيميائية مثل الأسيتيل كولين، والنورأدرينالين.

    أشرح وظيفة أحد هذه الناقلات العصبية بمزيد من التفصيل؟

    ما هي وظيفة "الدوبامين" في الجهاز العصبي؟

    يُعرف الدوبامين بأنه ناقل عصبي متعدد الوظائف، يُفرز في عدة مناطق من الدماغ ويؤثر على سلوك الإنسان وحالته النفسية والجسمية.

     الوظائف الأساسية للدوبامين:

    تنظيم الحركة: يلعب دورًا حاسمًا في تنسيق الحركات الإرادية، ويتم إفرازه بشكل رئيسي في العقد القاعدية (Basal Ganglia). نقصه يؤدي إلى أمراض مثل باركنسون.

    التحفيز والمكافأة: يُعتبر أساس نظام المكافأة في الدماغ؛ يُفرز عند الشعور بالإنجاز أو اللذة، ويُحفز الرغبة والسعي نحو الأهداف.

    المزاج والسلوك: يساعد في تنظيم المشاعر، ويؤثر على التفاؤل والدافعية.

    التعلم والانتباه: يعزز القدرة على التركيز وتثبيت المعلومات الجديدة في الذاكرة.

     المناطق العصبية المرتبطة بالدوبامين:

    المنطقة الدماغية

    الوظيفة المتعلقة بالدوبامين

    القشرة أمام الجبهية (Prefrontal Cortex)

    التنظيم المعرفي والسلوكي

    النواة المتكئة (Nucleus Accumbens)

    الشعور باللذة والمكافأة

    المادة السوداء (Substantia Nigra)

    التحكم في الحركة

    المنطقة السقيفية البطنية (VTA)

    التحفيز والاندفاع

     اختلالات الدوبامين وأثرها

    زيادة الدوبامين: قد ترتبط بالفصام أو الهوس (مثل اضطرابات ثنائية القطب).

    نقص الدوبامين: يؤدي إلى بطء الحركة، نقص الدافعية، الاكتئاب، وأبرزها مرض باركنسون.

    أدوية ترتبط بالدوبامين:

    Levodopa: يتحول إلى دوبامين لعلاج أعراض باركنسون.

    محفزات مستقبلات الدوبامين: مثل Ropinirole وPramipexole.

    مضادات مستقبلات الدوبامين: تُستخدم لعلاج الفصام والذهان.

    شرح وظيفة السيروتونين

     السيروتونين: رسول السعادة في الجسم

    السيروتونين هو ناقل عصبي كيميائي يلعب دورًا مهمًا في تنظيم مجموعة واسعة من الوظائف الحيوية في الجسم والعقل. يُنتج بشكل رئيسي في الدماغ وأيضًا في الجهاز الهضمي، وله تأثيرات على المزاج والسلوك وحتى على بعض الوظائف الجسدية.

    الوظائف العصبية للسيروتونين

    تنظيم المزاج: السيروتونين مرتبط بالإحساس بالسعادة والرضا؛ انخفاض مستواه قد يؤدي إلى الاكتئاب أو القلق.

    النوم والاستيقاظ: يؤثر على دورة النوم عن طريق التحكم في الإيقاع اليومي والتفاعل مع هرمون الميلاتونين.

    التحكم في الشهية: يساعد في تنظيم الشعور بالجوع والشبع.

    القدرة على التركيز: يدعم الوظائف الإدراكية مثل التركيز والتعلم والذاكرة.

     وظائف جسدية أخرى

    حركة الأمعاء: حوالي 90% من السيروتونين في الجسم يوجد في الجهاز الهضمي، ويساهم في تنظيم حركة الأمعاء.

    تجلط الدم: يُطلقه الصفائح الدموية للمساعدة في تضييق الأوعية الدموية عند حدوث إصابة.

    صحة القلب: يساعد في تنظيم ضغط الدم وتدفق الدم.

    ماذا يحدث عند اضطراب السيروتونين؟

    انخفاض مستوياته: قد يؤدي إلى الاكتئاب، اضطرابات القلق، مشاكل في النوم، واضطرابات في الشهية.

    زيادته المفرطة: قد تسبب متلازمة السيروتونين وهي حالة نادرة لكنها خطيرة، تؤدي إلى تشنجات عضلية، حمى، واضطراب عقلي.

    عمل مقارنة بين أهم النواقل العصبية

    جدول مقارنة النواقل العصبية الأساسية

    الناقل العصبي

    الوظائف الرئيسية

    التأثير على الجسم والمزاج

    الأمراض المرتبطة باضطرابه

    أشهر الأدوية

    المرتبطة به

    الدوبامين

    تنظيم الحركة

    نظام المكافأة والتحفيز

    التركيز والانتباه

    محفز للنشاط والدافعية واللذة

    نقصه: باركنسون

    زيادته: الفصام

    Levodopa

     Ropinirole

    السيروتونين

    تنظيم المزاج

    النوم والشهية

    الهضم والذاكرة

    مهدئ ويعزز الشعور بالراحة والسعادة

    انخفاضه: الاكتئاب والقلق

    SSRIs

    Fluoxetine

     Sertraline

    أسيتيل كولين

    تحفيز العضلات

     التعلم والذاكرة

    الانتباه والتركيز

    محفز للوظائف الإدراكية والحركية

    نقصه: الزهايمر

    Donepezil Rivastigmine

    النورأدرينالين

    الاستجابة للتوتر والخطر

     

     الانتباه والطاقة الذهنية

    يزيد التيقظ ويحفز الجهاز العصبي

    زيادته: القلق

    نقصه: الاكتئاب

    SNRIs

    Venlafaxine

    Duloxetine

    الجابا (GABA)

    تثبيط النشاط العصبي الزائد

    تهدئة الدماغ

    مهدئ ويقلل التوتر والقلق

    نقصه: الصرع، الأرق

    Benzodiazepines

    Diazepam, Lorazepam

    الجلوتامين

    تنشيط نقل السيالة العصبية

    دعم التعلم والذاكرة

    منشّط للدماغ وقد يكون مفرطًا

    زيادته: السمية العصبية، الزهايمر

    أملاح الماغنسيوم

     NMDA Memantine

     ملاحظات إضافية:

    كل ناقل عصبي يعمل في مناطق مختلفة من الدماغ وله مستقبلات خاصة تؤثر على طبيعة الاستجابة.

    التوازن بين النواقل العصبية مهم جدًا للحالة النفسية والجسدية، ولهذا تُستخدم الأدوية النفسية غالبًا لتنظيم هذا التوازن.


     

     السؤال الاول :- يبين الشكل المجاور حركة ايونات الصوديوم ، والبوتاسيوم بين داخل العصبون وخارجة في حالة الاستقطاب (الراحة ) والمطلوب:-

    1-     ما اسم الجزء المشار الية بالرقم (1) (مضخة صوديوم بوتاسيوم)                      

    2-     - ماذا تمثل الارقام المشار اليها (5،4،3) 

    ج2- رقم (3) انتشار الصوديوم رقم 4) ايونات البوتاسيوم رقم5) ايونات الصوديوم

    3) الرمز (أ) يدل على طريقة نقل اذكر اسم الطريقة، وما الايون المنقول؟ 

    3) خاصية الانتشار البسيط؟ الصوديوم

     

     4- اذكر ثلاثة عوامل تسهم في جعل داخل العصبون سالبا مقارنة مع خارجية في حالة الاستقطاب؟

    1-البروتينات وايونات كبيرة الحجم مشحونة بشحنة سالبة توجد داخل العصبون ولا تستطيع النفاذ لكبر حجمها وهذا يجعل الداخل سالبا ‏مقارنة بالخارج

    ‏2-النفاذية‎ ‎العالية‎ ‎للغشاء‎ ‎البلازمي‎ ‎للعصبون‎ ‎لايونات‎ ‎البوتاسيوم‎ ‎الموجبة‎ ‎نحو الخارج وقلة نفاذيتة ‏‎ ‎الغشاء‎ ‎لايونات‎ ‎الصوديوم‎ ‎الموجية‎ ‎وايونات‎ ‎الكلورايد‎ ‎السالبة‎ ‎التي‎ ‎توجد‎ ‎خارج‎ ‎العصبون،‎ ‎جاعلة‎ ‎الداخل سالبا مقارنة بالخارج.‏

    ‏3- مضخة‎ ‎صوديومبوتاسيوم‎ ‎التي‎ ‎توجد‎ ‎في‎ ‎غشاء‎ ‎العصبون‎ ‎التي‎ ‎تضخ‎ ‎ثلاثة‎ ‎ايونات‎ ‎صوديوم‎ ‎نحو الخارج مقارنة‎ ‎بايونين‎ ‎بوتاسيوم موجبة‎ ‎للداخل

    وهذا يجعل تركيز الايونات الموجبة في الخارج أكثر من الداخل مما يجعل الداخل سالبا مقارنة مع خارجه.‏

    س2 أ) - قارن بين الهرمونات الذائبة في الماء، والهرمونات الذائبة في اللبيدات من حيث :-

    1-     الحاجة الي البروتينات الناقلة

    البروتينات وايونات كبيرة الحجم مشحونة بشحنة سالبة توجد داخل العصبون ولا تستطيع النفاذ لكبر حجمها وهذا يجعل الداخل سالبا مقارنة بالخارج

     

    2-     - القدرة على عبور الغشاء البلازمي للخلية الهدف

    النفاذية العالية للغشاء البلازمي للعصبون لايونات البوتاسيوم الموجبة نحو الخارج وقلة نفاذيتة الغشاء لايونات الصوديوم الموجية وايونات الكلورايد السالبة التي توجد خارج العصبون، جاعلة الداخل سالبا مقارنة بالخارج.

     3-     - مكان وجود المستقبل البروتيني في خلية الهدف

    مضخة صوديومبوتاسيوم التي توجد في غشاء العصبون التي تضخ ثلاث ايونات صوديوم نحو الخارج مقارنة بايونين بوتاسيوم موجبة للداخل.

    وهذا يجعل تركيز الايونات الموجبة في الخارج أكثر من الداخل مما يجعل الداخل سالبا مقارنة مع خارجه.

    ب) - يتحكم جسم الانسان بافراز الهرمونات بثلاثة طرائق اذكرهما؟

    1- هرمونات ذائبة في الماء مثل الهرمونات الببتيدية

    2- هرمونات ذائبة في الليبيدات مثل الهرمونات الستيرويدية، وهرمون ثايروكسين

    1- الجهاز العصبي، فوصول السيال العصبي إلى نخاع الغدة الكظرية مثلا ينظم افراز هرمون ادرينالين

    2التغيرات الكيميائية في الدم، فمثلا ينظم مستوى تركيز ايونات الكالسيوم في الدم إفراز هرمون الجار الدرقي.

    3هرمونات اخرى، فمثلا يعمل الهرمون المنشط للكظرية المفرز من النخامية الأمامية على تنشيط إفراز كورتيزول من قشرة الكظرية

     

    س3: - أ-) حدد موقع الايونات التالية خارج العصبون او داخل العصبون في وقت الراحة؟

               (الكلوريد ، البوتاسيوم ، الصوديوم ، ايونات البروتينات، الايونات الكبيرة سالبة الشحنة)

     (الكلوريد، (خارج                                     البوتاسيوم (داخل)

    الصوديوم)، خارج (                                       ايونات البروتينات والايونات الكبيرة سالبة الشحنة (داخل غشاء العصبون)

     

    ب)-تمثل المعادلة التالية عملية تفكك الاستيل كولين والمطلوب اكتب اسماء المركبات التي تمثلها الارقام(1،2)

    استيل كولين         (1)        كولين  + (2)

    (انزيم كولين استريز)  (2)  حمض الاثانويك (الخليك)

     

    ج‌-        اختر من الحالات (الاستقطاب، ازلة الاستقطاب، انعكاس الاستقطاب، اعادة الاستقطاب)

    1-     اغلاق بوابات قنوات الصوديوم وفتح بوابات قنوات البوتاسيوم. (اعادةاستقطاب)

    2-     داخل العصبون موجب مقارنة مع خارجة.  (انعكاس استقطاب) 

    3-     وصول فرق الجهد على جانبي غشاء العصبون الي الصفر. ( ازلة استقطاب)

    4-     داخل العصبون سالب مقارنة مع خارجة. (ازلة استقطاب)

     

    طرائق نقل ثاني    أكسيد الكربون

     

    النسبة

    طريقة النقل

    23%

    س

    7%

    ص

    70%

    ع

     د)-اذكر بخطوات كيفية انتقال (CO2) في الدم على هيئة أيون الكربونات الهيدروجينية حتي يصل الي الحويصلات الرئوية؟

    ه- يوضح الجدول المجاور طرائق نقل ثاني اكسيد الكربون في الدم والمطلوب:- أدرس الجدول ،ثم اجب عن الاسئلة الآتية:-

    1- الي اين ينتقل ثاني اكسيد الكربون المشار له بالرمز (ص)؟

    2- ما المركب الناتج في طريقة النقل (س)؟

    3- ما مصير نسبة ثاني أكسيد الكربون (ع) بعد وصولها خلايا الدم الحمراء؟

    4- اعط شرطين لتحفيز ارتباط الهيموجلوبين بالاكسجين؟

    -  1- يتحد ثاني أكسيد الكربون المنتقل من خلايا الجسم )مع الماء داخل خلايا الدم الحمراء( بمساعدة انزيم كربونيك انهيدرايز لتكوين حمض الكربونيك

    2- يتحلل حمض الكربونيك معطيا ايونات الكربونات الهيدروجينية H2CO3 -   وايونات الهيدروجين  H

    3- تغادر ايونات الكربونات الهيدروجينية خلايا الدم الحمراء بالانتشار البسيط الي البلازما

    4-عند وصول co2الي الشعيرات الدموية التي تحيط بالحويصلات الهوائية تنعكس العمليات السابقة .

    يذوب في البلازما  2- كاربا امينو هيمو جوبلين   3- 1- على شكل ايونات كربونات هيدروجيني HCO3-))

    1-      فكلما زاد تركيز الأكسجين زادت قابلية الهيموجلوبين على الارتباط به

    2-       إذا انخفض الرقم الهيدروجيني للدم عن الرقم الطبيعي للدم وهو ٧،٤ تقل قابلية الهيموجلوبين للارتباط بالأكسجين ليصبح الأكسجين حرًا لينتشر إلي الخلايا


     

     اختبار تفاعلي: مراحل جهد الفعل في الخلية العصبية

    1. ما الذي يحدث خلال إزالة الاستقطاب؟
       دخول أيونات الصوديوم
       خروج أيونات البوتاسيوم
       عمل مضخة الصوديوم-بوتاسيوم
       دخول الكالسيوم

    2. ما سبب فرط الاستقطاب؟
       فتح قنوات الصوديوم
       تأخر انغلاق قنوات البوتاسيوم
       نشاط المضخة
       دخول الكلور

    3. ما وظيفة مضخة الصوديوم-بوتاسيوم؟
       إعادة التراكيز الأصلية للأيونات
       توليد جهد الفعل
       فتح قنوات الصوديوم
       إدخال الكالسيوم

    4. ما التغير في فرق الجهد خلال إعادة الاستقطاب؟
       من -70 إلى +30
       من +30 إلى -70
       من -70 إلى -80
       من +30 إلى +70

    5. ما الذي يمنع توليد جهد فعل جديد خلال فترة الجموح؟
       عدم كفاية المؤثر
       عدم استجابة الغشاء لأي مؤثر
       انغلاق قنوات الصوديوم
       تغير درجة الحرارة

    6. ما الجهد الكهربائي في حالة الراحة؟
       -70 mV
       +30 mV
       -80 mV
       0 mV

    7. ما الجهد الكهربائي في حالة فرط الاستقطاب؟
       -80 mV
       -70 mV
       +30 mV
       +40 mV

    8. ما الذي يسبب إزالة الاستقطاب؟
       فتح قنوات الصوديوم
       فتح قنوات البوتاسيوم
       نشاط المضخة
       دخول الكالسيوم

    9. ما الذي يسبب إعادة الاستقطاب؟
       خروج أيونات البوتاسيوم
       دخول أيونات الصوديوم
       نشاط المضخة
       دخول الكلور

    10. ما الذي يعيد حالة الراحة بعد فرط الاستقطاب؟
       مضخة الصوديوم-بوتاسيوم
       فتح قنوات الكالسيوم
       دخول الكلور
       خروج البوتاسيوم

    11. ما التغير في الجهد خلال إزالة الاستقطاب؟
       من -70 إلى +30 mV
       من +30 إلى -70 mV
       من -70 إلى -80 mV
       من +30 إلى +70 mV

    12. ما الذي يحدث عند إثارة الخلية العصبية بمؤثر كاف؟
       إزالة الاستقطاب
       إعادة الاستقطاب
       فرط الاستقطاب
       تثبيت الاستقطاب

    13. ما الذي يحدث عند دخول كمية كبيرة من أيونات الصوديوم؟
       يصبح داخل الخلية موجب وخارجها سالب
       يصبح داخل الخلية سالب
       لا يتغير فرق الجهد
       يخرج البوتاسيوم بكميات كبيرة

    14. ما الذي يحدد بداية جهد الفعل؟
       وصول الجهد إلى -55 mV
       انخفاض الجهد إلى -80 mV
       ارتفاع الجهد إلى +70 mV
       دخول الكالسيوم

    15. ما الذي يحدث خلال فترة الجموح؟
       لا تستجيب الخلية لأي مؤثر
       تبدأ إزالة الاستقطاب
       تفتح قنوات الكالسيوم
       تخرج أيونات البوتاسيوم

    المصادر

    المؤلف محمد عبدالعنى عبدالحميد موقع بيوموهجان 
    https://www.oaepublish.com/articles/jca.2024.27



    محمد عبد الغنى عبد الحميد

    "في عالم يتسارع فيه التقدم العلمي، من الضروري أن نربط بين أحدث الاكتشافات في علم البيولوجيا وبين تراثنا العربي الغني. 'علم البيولوجيا العربية' تسعى لتحقيق هذا التوازن، وتقديم محتوى علمي دقيق وموثوق، مع الحفاظ على هويتنا العربية وقيمنا الأصيلة. انضم إلينا في هذه الرحلة المثيرة لاكتشاف عجائب علم البيولوجيا."