المراحل الرئيسية لجهد الفعالية

 

المراحل الرئيسية لجهد الفعالية هي:

1-     إزالة الاستقطاب

2-     إعادة الاستقطاب

3-     فرط الاستقطاب

4-     فترة جموح وجيزة لا يمكن خلالها توليد جهد فعالية آخر

الجهود و التفسير الفيزيائي

جهد الفعالية (العمل): انعكاس الشحنة الكهربائية عبر غشاء الخلية ومن ثم استعادة غشاء الخلية لوضعه السابق اي حالة جهد الراحة

عدد مراحل جهد الفعالية (العمل) في فترة زمنية ما بين 1 msو 2ms ؟

1 - مرحلة زوال الاستقطاب : هو انتقال جهد غشاء الخلية من -65 مللي فولت الى +30 مللي فولت

السبب : نتيجة فتح قنوات الصوديوم ودخول أيونات الصوديوم من البيئة الخارجية للخلية إلى داخل الليف

2 - مرحلة عودة الاستقطاب : هو انتقال جهد غشاء الخلية من + 30 مللي فولت الي -65 مللي فولت

السبب : نتيجة فتح قنوات البوتاسيوم وخروج أيونات البوتاسيوم من داخل الليف العصبي للبيئة الخارجية

3 - مرحلة فرط الاستقطاب : وهو انتقال جهد غشاء الخلية من  -70 مللي فولت الي – 80 مللي فولت.

السبب : نتيجة تأخر انغلاق قنوات البوتاسيوم K+

4 - مرحلة العودة إلى تثبيت حالة الاستقطاب في مرحلة الراحة

السبب : تقوم مضخات الصوديوم ــ البوتاسيوم النشطة بإرجاع تراكيز أيونات الصوديوم والبوتاسيوم إلى نسبها الاصلية في خلال مرحلة الراحة من -65 الي -70 مللي فولت

ما أهمية نقل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم ؟

إرجاع تراكيز أيونات الصوديوم والبوتاسيوم إلى نسبها الأصلية وتثبيت حالة الاستقطاب في مرحلة الراحة

مرحلة العودة إلى تثبيت حالة الاستقطاب في مرحلة الراحة	مرحلة فرط الاستقطاب	مرحلة عودة الاستقطاب	مرحلة زوال الاستقطاب	وجه المقارنة
تأرجح أو ثبات جهد غشاء الخلية حول من -65 الى -70 مللي فولت	انتقال جهد غشاء الخلية من -70 مللي فولت الى -80 مللي فولت	انتقال جهد غشاء الخلية من + 30مللي فولت الى -65 مللي فولت	انتقال جهد غشاء الخلية من -65 مللي فولت الى +30 مللي فولت	المفهوم
تقوم مضخات الصوديوم والبوتاسيوم النشطة بإرجاع تراكيز أيونات الصوديوم والبوتاسيوم إلى نسبها الاصلية في خلال مرحلة الراحة	نتيجة تأخر انغلاق قنوات البوتاسيوم K+	نتيجة فتح قنوات البوتاسيوم وخروج أيونات البوتاسيوم من داخل الليف العصبي للبيئة الخارجية	فتح قنوات الصوديوم ودخول أيونات الصوديوم من البيئة الخارجية إلى داخل الليف	سبب الحدوث

 

جهد الفعالية:

 

هو تغير مؤقت في فرق الجهد عبر غشاء الخلية العصبية من -70 ملى فولت ( فى حالة الاِستقطاب ) اِلى +40 ملى فولت ( فى حالة اللااِستقطاب بدخول أيونات الصوديوم ) ومن ثم العودة اِلى -70ملى فولت ( فى حالة اللاإستقطاب بخروج أيونات البوتاسيوم ) .

مخطط يلخِّص حركة الأيونات بين الحيز الخارجي المحيط بالخلية العصبية والسيتوبلازم في كل مرحلة من مراحل جهد الفعالية نُلقي نظرة على عملية إزالة الاستقطاب أولًا.

 

  

التغيرات التي تحدث عند تنبيه الخلية العصبية :-

لاتثار الخلية العصبية إلا إذا كان المؤثر كاف لإثارتها حيث تحدث عملية إزالة الاستقطاب  (عند الاثارة حيث يرتفع الجهد من -70 مللي فولت الي -55 مللي فولت بمؤثر كاف) ليصل الي + 40 مللي فولت وفيه :-

1- تحدث تغيرات في نفاذية غشاء الخلية للأيونات مما يؤدى إلى اندفاع أيونات الصوديوم بكميات كبيرة إلى الدخول داخل الخلية وتندفع كميات قليلة من أيونات البوتاسيوم خارجها وذلك عن طريق ممرات أو قنوات في غشاء الخلية

2- كمية الشحنات الموجبة التي تدخل الخلية تكفى لمعادلة كل الأيونات السالبة , لذلك يصبح خارج الخلية سالب الشحنة ( عكس ما كان عليه وقت الراحة ) ويصبح بذلك فرق الجهد حوالي +40 مللى فولت

نُلقي نظرة على عملية إزالة الاستقطاب أولًا.

مخطط يوضِّح إزالة استقطاب غشاء الخلية العصبية.

إزالة الاستقطاب

                   ‌أ.         تحدث عملية إزالة الاستقطاب عندما يتغيَّر جهد الغشاء عند نقطة ما على الخلية العصبية من سالب 70  ثم تقل السالبية الي -55 عندما تثار تيجه مؤثر كاف حتى تصل  إلى موجب40.

                  ‌ب.       ويحدث ذلك في البداية نتيجة تنشيط المستقبلات الكيميائية عند التشابكات العصبية التي تقع عند الزوائد الشجيرية للخلية العصبية. يحفِّز تنشيط هذه المستقبلات فتح قنوات Na+  المبوبة بفرق الجهد التي أغلقت من قبل، وهو ما يجعل الغشاء أكثر نفاذية لـ Na+.

                 ‌ج.       ينتشر  Na+ إلى داخل سيتوبلازم الخلية العصبية؛ لأنه يكون أقل تركيزًا منه في الحيز الخارجي المحيط بالخلية نتيجةً لعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

                  ‌د.        التركيز الزائد لـ Na+  يجعل سيتوبلازم الخلية العصبية أقل شحنة سالبة، كما هو موضَّح في الشكل (4). زيادة إيجابية جهد الغشاء تسبِّب فتح المزيد من قنوات  Na+ المبوبة بفرق الجهد.

                 ‌ه.       وهذا يعني أن Na+ ينتشر داخل الخلية العصبية بمعدل أسرع، ويستمر حتى تصل قيمة جهد الغشاء إلى +40 mV تقريبًا.

                  ‌و.        إزالة الاستقطاب تغيُّر في جهد الغشاء عند نقطة ما على الخلية العصبية من سالب إلى موجب.

قنوات الأيونات المبوبة بفرق الجهد

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

مخطط يوضِّح إعادة استقطاب غشاء الخلية العصبية.

إعادة الاستقطاب

عندما يصل جهد الغشاء إلى  +40 mV، تُغلَق قنوات  Na+ المبوبة بفرق الجهد وتُفتح قنوات K+  المبوبة بفرق الجهد.

حيث لا يُعَد Na+  قادرًا على دخول الخلية العصبية.

ويكون تركيز  K+ أعلى في سيتوبلازم الخلية العصبية من تركيزه في الحيز المحيط بها نتيجة لعمل مضخة البوتاسيوم والصوديوم؛ وبذلك يمكن الآن أن ينتشر K+  للخارج.

وهذا يقلِّل من جهد الغشاء، ويصبح سيتوبلازم الخلية العصبية مرةً أخرى أقل شحنة موجبة من الحيز الخارجي المحيط بالخلية.

اى ان إعادة الاستقطاب

إعادة الاستقطاب تغيُّر في جهد الغشاء عند نقطة ما على الخلية العصبية من موجب إلى سالب مرة أخرى.

فرط الاستقطاب

فرط الاستقطاب تغيُّر في جهد الغشاء عند نقطة ما على الخلية العصبية إلى جهد سالب أكثر من جهد الراحة الأصلي.

تنتشر كمية كبيرة من K+ خارج الخلية العصبية عندما تفتح قنوات K+ المبوبة بفرق الجهد؛ حيث يصبح جهد الغشاء سالبًا أكثر من جهد الراحة بشكل مؤقت.

يسبِّب فرط الاستقطاب غلق قنوات K+ المبوبة بفرق الجهد، وتعيد مضخة الصوديوم والبوتاسيوم الغشاء إلى جهد الراحة.

كيفية انتقال السيال العصبي خلال الألياف العصبية :-

يعمل إزالة الاستقطاب كمنبه للمنطقة المجاورة من العصب فيحدث فيها تغيرات تشبه تماما التي ذكرت عند تنبيه الخلية العصبية لاول مرة , أي أن السيال العصبي ينتقل على هيئة موجات من إزالة الاستقطاب  ثم عودته ثم إزالته وهكذا على طول الليفة العصبية 0

كيف تعود الخلية العصبية إلى حالتها الأصلية :-

1- بمجرد أن يزول تأثير المنبه يفقد الغشاء الخارجي للخلية العصبية نفاذيته لأيونات الصوديوم وتزيد  نفاذيته لأيونات البوتاسيوم , أي يعود الغشاء العصبي إلى نفاذيته السابقة قبل التنبيه أي وقت الراحة 0

2- يؤدى ذلك إلى التوزيع الايونى غير المتكافئ على جانبي الغشاء إلى ما كانت عليه وقت الراحة أي  عودة الاستقطاب , وتعرف ظاهرة اللااستقطاب (زوال الاستقطاب من –70 مللى فولت إلى +40 مللى  فولت ) ومن ثم العودة إلى ( -70 مللى فولت ) بجهد الفعالية ,  وجهد الفعالية المتنقل بسرعة من الليف العصبي هو في الواقع الحافز أو السيال العصبي

فترة الجموح

هى فترة وجيزة تلي مباشرةً جهد الفعالية، تأتى بعد الاِثارة يبقى فيها العصب فترة زمنية معينة تتراوح بين 1.. و : 3.. و من الثانية و التي لا يمكن أن يتولَّد خلالها المزيد من جهود الفعالية؛ لأن قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد تظل مغلقة حيث لا يستجيب لأى مؤثر مهما كانت قوته ولا تستجيب خلالها الخلية العصبية لمزيد من التحفيز وتسمى  أحيانا بفترة الامتناع  وفى هذه الفترة يستعيد الغشاء الخلوى خواصه الفسيولوجية حتى يمكنه نقل سيال عصبى آخر .

تخضع الاِثارة العصبية لقانون " الكل أو اللاشىء

والذى ينطبق أيضا على العضلات وينص على أنه ليتولد سيال عصبى يجب أن يكون المؤثر قوى لاِثارة العصب ( أى يكون قادر على رفع جهد الفاعلية من -70 اِلى + 110 ملى فولت ) مع العلم بأن الزيادة الكبيرة فى قوة المؤثر لن تزيد من قوة الاِستجابة .

هناك ثلاثة عوامل تؤثِّر على سرعة انتقال جهد الفعالية.

عند درجات الحرارة الأعلى، تنتشر الأيونات بسرعة أعلى؛ حيث إن لها طاقة حركة أكبر. هذا يزيد من سرعة جهد الفعالية. ومع ذلك، عند درجات الحرارة الأعلى من 40∘C،تبدأ البروتينات مثل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في التشوه، وهو ما يتسبَّب في انخفاض معدل الانتقال.

يؤثِّر قطر المحور العصبي أيضًا على سرعة جهد الفعالية. 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

سرعة توصيل السيال العصبى تعتمد على عاملين هما :

أ- زيادة قطر المحور .                                                ب – وجود أغلفة الميالين  المحور .

* المحاور السميكة أو المغلفة تصل فيها سرعة السيال العصبى اِلى 140متر/ ث.

* المحاور الرفيعة أو غير المغلفة تصل فيها سرعة السيال العصبى اِلى 12 متر / ث .

.التوصيل القفزي

يصف التوصيل القفزي كيفية انتشار جهود الفعالية عبر محور عصبي مياليني 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. 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.

توجد قنوات الأيونات المبوبة بفرق الجهد فقط في عقد رانفييه في المحاور العصبية الميالينية؛ ولذلك تحدث إزالة الاستقطاب عند هذه النقاط فقط. هذا يعني أن جهد الفعالية «يقفز» من عقدة إلى عقدة أخرى مجاورة، كما هو موضَّح بالأسهم الوردية في الشكل . تُسمَّى هذه العملية «التوصيل القفزي»، 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 في الشكل ومن ثَمَّ، فإن سرعة انتشار جهد الفعالية تكون أقل كثيرًا.

تُشارِك جميع الأيونات الآتية في انتشار السيالات العصبية في محور إحدى الخلايا العصبية ما عدا أيونات .

أ البوتاسيوم

ب الكلوريد

ج الصوديوم

د-الكالسيوم

 

فرط بوتاسيوم الدم هو الارتفاع غير الطبيعي لمستوى البوتاسيوم في الدم. أيٌّ من الآتي هو التأثير الأرجح لفرط بوتاسيوم الدم على جهد فعالية الخلية العصبية؟

أ نتيجة ارتفاع تركيز البوتاسيوم خارج الخلية، يزيد تدفُّق البوتاسيوم إلى خارج الخلية، ويُسبِّب ذلك فترة إعادة استقطاب طويلة.

ب- نتيجة ارتفاع تركيز البوتاسيوم خارج الخلية، يَقِلُّ تدفُّق البوتاسيوم إلى خارج الخلية، ويُسبِّب ذلك فترة زوال استقطاب طويلة.

ج نتيجة ارتفاع تركيز البوتاسيوم خارج الخلية، يزيد تدفُّق البوتاسيوم إلى خارج الخلية، ويُسبِّب ذلك فترة زوال استقطاب طويلة.

د نتيجة ارتفاع تركيز البوتاسيوم خارج الخلية، يَقِلُّ تدفُّق البوتاسيوم إلى خارج الخلية، ويُسبِّب ذلك فترة إعادة استقطاب طويلة.