السيال العصبي فى مراحله

 الأوضاع الأربعة للخلية العصبية

الحالة الاولي عندما تكون الخلية العصبية في وضع الراحة

الحالة الثانية التغيرات التي تحدث عند تنبيه الخلية العصبية

الحالة الثالثة كيفية أنتقال السيال العصبي خلال الالياف العصبية

الحالة الرابعة هي عودة الخلية الي حالتها الاصلية

 

الحالة الاولي الخلية العصبية وقت الراحة :-

عندما لا تنقُل الخلية العصبية سيالًا عصبيًّا، يقال إنها في حالة راحة، ويكون للغشاء جهد راحة.

 ويوضِّح الشكل التالي الآلية التي يُحافَظ بها 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

 

أسباب جهد الراحة لغشاء الخلية :

         ‌أ.        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.        الفروقات في تركيز الايونات على جانبي الغشاء

       ‌ب.      اختلاف نفاذية الغشاء للايونات المختلفة

       ‌ج.       وجود مضخة الصوديوم و البوتاسيوم في غشاء الخلية.

التفسير

1-    يكون تركيز أيونات الصوديوم Na⁺ خارج الخلية اكثر بكثير من تركيزه داخلها بنسبة  10 : 15  مرة

 

2-    تركيز أيونات البوتاسيوم K⁺  داخل الخلية اكثر ثلاثون مرة عن تركيزها في السائل الخارجي المحيط بالخلية.

 3-    تركيز الأيونات السالبة الموجودة داخل الخلية العصبية مثل أيونات ^–CL  وأيونات البروتينات أعلى بكثير من تركيز الأيونات السالبة خارج الخلية العصبية

 

4-    كمية الأيونات السالبة الموجودة داخل الخلية العصبية تعادل كل الشحنات الموجبة وتتفوق عليها0

 

نشا عن هذا التوزيع غير المتكافئ للأيونات داخل وخارج الخلية العصبية ما يسمى 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 0

أسباب حدوث الاستقطاب :-

1- 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

2- وجود بر وتينات متاينة ذات أوزان جزيئيه عالية وتحمل شحنات سالبة على الناحية الداخلية للغشاء العصبي بالإضافة إلى أيونات الكلور ^–CL

ملاحظات هامة

يحتوي غشاء الخلية على قنوات لنقل الايونات من وإلى البيئتين الخارجية والداخلية للخلية

توجد قنوات خاصة بأيونات الصوديوم Na+ وقنوات خاصة بأيونات البوتاسيوم K⁺ .

عدد قنوات أيونات الصوديوم Na+ أقل بكثير من عدد قنوات أيونات البوتاسيوم⁺ K.

وتبقى بعض هذه القنوات مفتوحة دائما.

تسمح القنوات بنقل أيونات⁺ Na و ⁺ Kخلال غشاء الخلية بحسب منحدر تركيزها.

حيث إن تركيز أيونات الصوديوم Na+ أعلى في البيئة الخارجية للخلية مقارنة بالبيئة الداخلية على عكس تركيزK+ ونتيجة لذلك يزيد انتشار أيونات البوتاسيوم K+ خارج الخلية بينما يقل انتشار أيونات الصوديوم Na + لداخلها.

يؤدي الاختلاف في نفاذية الغشاء لايونات الصوديوم والبوتاسيوم الى جعل الغشاء الخارجي موجب الشحنات على عكس الغشاء الداخلي سالب الشحنات.-

3- مضخات الصوديوم والبوتاسيوم تكون مفتوحة والتي تلعب دورا في المحافظة على الثبات النسبي لهذا التوزيع حتى  حدوث التنبيه  ومرور السيال وعل هذا تتراكم أيونات البوتاسيوم الموجبة خارج الغشاء أثناء الراحة  تاركة البر وتينات السالبة ( والتي لا تستطيع عبور الغشاء لحجمها الكبير ) في الناحية الداخلية منه وكذلك أيونات الكلور  ^–CL  

ما أهمية القنوات الخاصة في غشاء الخلية ؟

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

جهد الراحة هو فرق الجهد عبر غشاء الخلية العصبية أثناء الراحة( (−70 mV تقريبًا.

 

يمكن الحفاظ على جهد الراحة من خلال النقل النشط من قبل البروتينات الموجودة في غشاء الخلايا العصبية، التي تُسمَّى مضخات الصوديوم والبوتاسيوم.

التشابك العصبي

 حويصلات التشابك : هى أكياس صغيرة توجد داخل الاِنتفاخات والتى تعرف بالأزرار وهى موجودة بنهاية التفرعات النهائية للمحور الاِسطوانى للخلية العصبية . وتحوى هذه الحويصلات بداخلها مواد كيميائية تسمى الناقلات الكيميائية مثل الأستيل كولين والنور أدرينالين وهذه المواد لها دور كبير فى نقل السيال العصبى . 

اِنزيم الكولين أستريز : يعمل على تحطيم الأستيل كولين ( يحوله اِلى كولين وحامض خليك ) بعد عبوره اِلى الزوائد الشجيرية كى يتوقف عمله ويعود الغشاء اِلى حالته أثناء الراحة .

كيف ينتقل السيال العصبى عبر مناطق التشابك العصبى ؟   

تنتهي التفرعات النهائية للمحور بانتفاخات تعرف بالأزرار وتقع هذه الانتفاخات قريبة جدا من التفرعات الشجيرية  (أو جسم الخلية العصبية ) للخلية العصبية التالية.

ويوجد بين هذه الانتفاخات والتفرعات لشجيرية للخلية العصبية المجاورة شق يسمى شق التشابك وهو المحصور بين الغشاء قبل التشابكى والغشاء بعد التشابكى.

 ويحتوى الانتفاخ التشابكى على حويصلات تشابكية تحوى داخلها مواد كيميائية تسمى الناقلات الكيميائية  مثل الاستيل كولين والنور أدرينالين وهذه المواد لها دور كبير في نقل السيال العصبي 

كيفية انتقال السيال العصبي عبر التشابك العصبي – العصبي 

1 - عند وصول السيال العصبي إلى الانتفاخات العصبية ( الأزرار ) تعمل مضخة الكالسيوم الموجودة في غشاء الخلية على إدخال أيونات الكالسيوم داخل الخلية فتسبب انفجار عدد كبير من الحويصلات العصبية فيتحرر منها الناقلات الكيميائية 2-  تسبح الناقلات الكيميائية عبر الشق التشابكى حتى تصل إلى الزوائد الشجيرية للخلية العصبية  المجاورة بالانتشار.

3 -  يؤدى التصاق هذه الناقلات الكيميائية بالمستقبلات الخاصة بها والموجودة على أغشية الزوائد الشجيرية إلى إثارة تلك الأغشية في نقطة الاتصال وتغير من نفاذية تلك الأغشية لأيونات الصوديوم  والبوتاسيوم لإزالة استقطابها ويخلق ذلك سيالا عصبيا يعبر جسم الخلية العصبية ثم محورها إلى خلية عصبية جديدة 

4 -  يعمل إنزيم الكولين استيريز على تحطيم الاستيل كولين بعد عبوره إلى الزوائد الشجيرية كي يتوقف عمله ويعود الغشاء إلى حالته أثناء الراحة 

أسئلة عن السيالات العصبية

مثال ٢: تحديد ترتيب مراحل جهد الفعالية

يوضِّح المُخطَّط المُبيَّن مراحل جهد الفعالية، ويُشار إلى كلِّ مرحلة برقم. اذكر الترتيب الصحيح للأرقام.

 

الحل

جهد الفعالية هو التغيُّر في الجهد الكهربي لغشاء الخلية العصبية خلال مرور السيال العصبي غبر الخلية العصبية. ومراحله الرئيسية هي: إزالة الاستقطاب وإعادة الاستقطاب وفرط الاستقطاب وفترة جموح وجيزة.

وتحدث إزالة الاستقطاب عندما تتغيَّر الشحنة الكهربية السالبة عند نقطة ما على غشاء الخلية العصبية إلى شحنة موجبة. ويرجع ذلك إلى تحفيز طاقة المثير لفتح قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد لينتشر Na+ إلى سيتوبلازم الخلية العصبية. التركيز الزائد لـ Na+ يجعل سيتوبلازم الخلية العصبية أقل شحنة سالبة، وهو ما يسبِّب فتح المزيد من قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد. ينتشر Na+ داخل الخلية العصبية بمعدل أسرع حتى يصل جهد الغشاء إلى +40 mV تقريبًا.

تُغلق الآن قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد ولا يُعَد Na+ قادرًا على دخول الخلية العصبية. تُفتح قنوات K+ المبوبة بفرق الجهد حتى يستطيع K+ الانتشار خارج سيتوبلازم الخلية العصبية. وهذا يقلِّل من جهد الغشاء، ويصبح سيتوبلازم الخلية العصبية مرةً أخرى أقل شحنة موجبة من الحيز الخارجي المحيط بالخلية. وهذا يُسمَّى إعادة الاستقطاب.

تنتشر كمية كبيرة من K+ خارج الخلية العصبية، حتى يصبح جهد الغشاء أكثر شحنة موجبة من جهد الراحة. يُسمَّى هذا فرط الاستقطاب، ويسبِّب غلق قنوات K+ المبوبة بفرق الجهد. وتُعيد مضخة الصوديوم والبوتاسيوم الغشاء إلى جهد الراحة في فترة زمنية تُسمَّى فترة الجموح. خلال فترة الجموح، لا يمكن أن تتولَّد جهود فعالية؛ لأن قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد تظل مغلقة.

ومن ثَمَّ، فإن الترتيب الصحيح للأحداث في جهد الفعالية هو: 4، 2، 6، 1، 5، 3.

ننظر إلى التمثيل البياني في الشكل (6) الذي يوضِّح كيف يتغيَّر جهد الغشاء أثناء جهد الفعالية.

 

تمثيل بياني يوضِّح كيفية تغيُّر فرق الجهد عبر غشاء الخلية العصبية أثناء مسار جهد الفعالية.

في المرحلة 1، يُحافَظ على جهد الراحة في المرحلة 1؛ حيث تُحافِظ مضخة الصوديوم والبوتاسيوم وقنوات «التسريب» على جهد الغشاء عند −70 mV تقريبًا.

في المرحلة 2، تسبَّب المثير في فتح قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد في المرحلة 2؛ ممَّا يُزيل استقطاب الغشاء إلى +40 mV.

تُغلق قنوات Na+  المبوبة بفرق الجهد عند +40 mV،وتُفتح قنوات  K+ المبوبة بفرق الجهد.

توضِّح المرحلة 3 إعادة استقطاب الغشاء؛ حيث ينتشر K+ خارج المحور العصبي.

توضِّح المرحلة 4 فرط استقطاب الغشاء، متجاوزًا جهد راحته حيث يصل الي  -90 mv. 

فتعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم على إعادة جهد الراحة في فترة الجموح.

وقد تمت إعادة جهد الراحة في المرحلة 5، ليعود جهد الغشاء إلى −70 mV.

وصف أحداث جهد الفعالية

يوضِّح التمثيل البياني الآتي كيفية تغيُّر فرق الجهد عبر غشاء المحور العصبي أثناء مسار جهد الفعالية. ماذا يحدث أثناء المرحلة 2؟

 

الحل

يُحافَظ على جهد الراحة في المرحلة 1؛ حيث تُحافِظ مضخة الصوديوم والبوتاسيوم على جهد الغشاء عند −70 mV تقريبًا. سبَّب المثير فتح قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد؛ مما أدى إلى إزالة استقطاب الغشاء إلى +40 mV.تُغلق قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد عند +40 mV وتفتح قنوات K+ المبوبة بفرق الجهد. توضِّح المرحلة 3 إعادة استقطاب الغشاء؛ حيث ينتشر K+ خارج المحور العصبي. وتوضِّح المرحلة 4 فرط استقطاب الغشاء، متجاوزًا جهد الراحة. بعد فترة الجموح، يُعاد جهد الراحة في المرحلة 5، ليعود جهد الغشاء إلى −70 mV.

لذلك في المرحلة 2، حفَّز المثير فتح قنوات أيونات الصوديوم المبوبة بفرق الجهد، وأزالت أيونات الصوديوم استقطاب الغشاء.

وصف أحداث جهد الفعالية

يوضِّح التمثيل البياني الآتي كيفية تغيُّر فرق الجهد عبر غشاء المحور العصبي أثناء مسار جهد الفعالية. ماذا يحدث أثناء المرحلة 3؟

 

الحل

يُحافظ على جهد الراحة في المرحلة 1؛ حيث تحافظ مضخة الصوديوم والبوتاسيوم على جهد الغشاء عند −70 mV تقريبًا. سبَّب المثير فتح قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد؛ مما أدى إلى إزالة استقطاب الغشاء إلى +40 mV.تُغلق قنوات Na+ المبوبة بفرق الجهد عند +40 mV وتفتح قنوات K+ المبوبة بفرق الجهد. توضِّح المرحلة 3 إعادة استقطاب الغشاء؛ حيث ينتشر K+ خارج المحور العصبي. وتوضِّح المرحلة 4 فرط استقطاب الغشاء، متجاوزًا جهد الراحة. في المرحلة 5، يعود جهد الغشاء إلى −70 mV.

لذلك، في المرحلة 3، تفتح قنوات أيونات البوتاسيوم المبوبة بفرق الجهد، وتنتشر أيونات البوتاسيوم خارج المحور العصبي.

بعد ذلك، ينتشر جهد الفعالية من أحد طرفَي محور الخلية العصبية إلى الطرف الآخر، في اتجاه واحد فقط. ويُشار إلى هذا الانتشار بموجة إزالة الاستقطاب.

في أيٍّ من المراحل الآتية تصبح الخلية العصبية غير قادرة على توليد جهد فعالية ثانٍ بصرف النظر عن قوة المثير؟

أ مرحلة عودة الاستقطاب

ب مرحلة زوال الاستقطاب

ج حالة الراحة

د فترة الجموح

 

إعادة استقطاب الخلايا العصبية واحدة من مراحل جهد الفعالية. مرحلة إعادة الاستقطاب هي المرحلة التي .

أ تُفتح فيها قنوات أيونات الصوديوم، وتتدفق أيونات الصوديوم مرة أخرى إلى خارج الخلية

ب تُغلق فيها قنوات أيونات الصوديوم، ويتدفق البوتاسيوم إلى خارج الخلية

ج تتدفق فيها أيونات الكلوريد إلى خارج الخلية، وتتدفق أيونات الصوديوم إلى داخل الخلية

د تُفتح فيها قنوات أيونات الصوديوم، ويتدفق الصوديوم إلى داخل الخلية

 

المسئول عن نشر جهد الفعالية على طول الخلية العصبية في المحاور العصبية الميالينية هو .

أ غلاف الميالين

ب عُقد رانفييه

ج حبيبات نِسل

د خلية شوان

أثناء جهد الراحة في الخلايا العصبية، يؤدِّي تدرُّج تركيز أيونات الصوديوم والبوتاسيوم الموجبة الشحنة إلى انتقال أيونات الصوديوم إلى داخل الخلية، وأيونات البوتاسيوم إلى خارج الخلية. كيف تُحافِظ الخلايا العصبية على توزيع الأيونات عَبْرَ أغشيتها على الرغم من ذلك؟

أ عن طريق مضخات Na+/Cl–

ب عن طريق بروتينات الأغشية الموجبة الشحنة

ج عن طريق مضخات Na+/K+

د عن طريق قنوات Na+ المُبوَّبة بفرق الجهد

ه عن طريق قنوات Cl–

الأوضاع الأربعة للخلية العصبية

 الأوضاع الأربعة للخلية العصبية

الحالة الاولي عندما تكون الخلية العصبية في وضع الراحة

الحالة الثانية التغيرات التي تحدث عند تنبيه الخلية العصبية

الحالة الثالثة كيفية أنتقال السيال العصبي خلال الالياف العصبية

الحالة الرابعة هي عودة الخلية الي حالتها الاصلية

 

الحالة الاولي الخلية العصبية وقت الراحة :-

عندما لا تنقُل الخلية العصبية سيالًا عصبيًّا، يقال إنها في حالة راحة، ويكون للغشاء جهد راحة.

 ويوضِّح الشكل التالي الآلية التي يُحافَظ بها 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

 

أسباب جهد الراحة لغشاء الخلية :

         ‌أ.        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.        الفروقات في تركيز الايونات على جانبي الغشاء

       ‌ب.      اختلاف نفاذية الغشاء للايونات المختلفة

       ‌ج.       وجود مضخة الصوديوم و البوتاسيوم في غشاء الخلية.

التفسير

1-    يكون تركيز أيونات الصوديوم Na⁺ خارج الخلية اكثر بكثير من تركيزه داخلها بنسبة  10 : 15  مرة

 

2-    تركيز أيونات البوتاسيوم K⁺  داخل الخلية اكثر ثلاثون مرة عن تركيزها في السائل الخارجي المحيط بالخلية.

 3-    تركيز الأيونات السالبة الموجودة داخل الخلية العصبية مثل أيونات ^–CL  وأيونات البروتينات أعلى بكثير من تركيز الأيونات السالبة خارج الخلية العصبية

 

4-    كمية الأيونات السالبة الموجودة داخل الخلية العصبية تعادل كل الشحنات الموجبة وتتفوق عليها0

 

نشا عن هذا التوزيع غير المتكافئ للأيونات داخل وخارج الخلية العصبية ما يسمى 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 0

أسباب حدوث الاستقطاب :-

1- 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

2- وجود بر وتينات متاينة ذات أوزان جزيئيه عالية وتحمل شحنات سالبة على الناحية الداخلية للغشاء العصبي بالإضافة إلى أيونات الكلور ^–CL

ملاحظات هامة

يحتوي غشاء الخلية على قنوات لنقل الايونات من وإلى البيئتين الخارجية والداخلية للخلية

توجد قنوات خاصة بأيونات الصوديوم Na+ وقنوات خاصة بأيونات البوتاسيوم K⁺ .

عدد قنوات أيونات الصوديوم Na+ أقل بكثير من عدد قنوات أيونات البوتاسيوم⁺ K.

وتبقى بعض هذه القنوات مفتوحة دائما.

تسمح القنوات بنقل أيونات⁺ Na و ⁺ Kخلال غشاء الخلية بحسب منحدر تركيزها.

حيث إن تركيز أيونات الصوديوم Na+ أعلى في البيئة الخارجية للخلية مقارنة بالبيئة الداخلية على عكس تركيزK+ ونتيجة لذلك يزيد انتشار أيونات البوتاسيوم K+ خارج الخلية بينما يقل انتشار أيونات الصوديوم Na + لداخلها.

يؤدي الاختلاف في نفاذية الغشاء لايونات الصوديوم والبوتاسيوم الى جعل الغشاء الخارجي موجب الشحنات على عكس الغشاء الداخلي سالب الشحنات.-

3- مضخات الصوديوم والبوتاسيوم تكون مفتوحة والتي تلعب دورا في المحافظة على الثبات النسبي لهذا التوزيع حتى  حدوث التنبيه  ومرور السيال وعل هذا تتراكم أيونات البوتاسيوم الموجبة خارج الغشاء أثناء الراحة  تاركة البر وتينات السالبة ( والتي لا تستطيع عبور الغشاء لحجمها الكبير ) في الناحية الداخلية منه وكذلك أيونات الكلور  ^–CL  

ما أهمية القنوات الخاصة في غشاء الخلية ؟

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

جهد الراحة هو فرق الجهد عبر غشاء الخلية العصبية أثناء الراحة( (−70 mV تقريبًا.

 

يمكن الحفاظ على جهد الراحة من خلال النقل النشط من قبل البروتينات الموجودة في غشاء الخلايا العصبية، التي تُسمَّى مضخات الصوديوم والبوتاسيوم.