- إمكانات غشاء الخلايا العصبية
- إمكانات العمل والتغيرات في مستويات الأيونات
- كيف تحدث هذه التغييرات في النفاذية؟
- كيف يتم إنتاج جهود العمل؟
- التغييرات في إمكانات الغشاء
- فتح قنوات الصوديوم
- فتح قناة البوتاسيوم
- إغلاق قنوات الصوديوم
- إغلاق قناة البوتاسيوم
- كيف تنتشر المعلومات من خلال المحور؟
- كل قانون أو لا شيء
- إمكانات الفعل والسلوك
- قانون التردد
- أشكال أخرى من تبادل المعلومات
- إمكانات العمل والميالين
- مزايا التوصيل الملحي لنقل إمكانات العمل
- المراجع
جهد الفعل هو ظاهرة كهربائية أو كيميائية قصيرة العمر تحدث في الخلايا العصبية في دماغنا. يمكن القول أن هذه هي الرسالة التي تنقلها الخلايا العصبية إلى الخلايا العصبية الأخرى.
يتم إنتاج جهد الفعل في جسم الخلية (النواة) ، وتسمى أيضًا سوما. ينتقل عبر المحور العصبي بأكمله (امتداد العصبون ، على غرار السلك) حتى يصل إلى نهايته ، ويسمى الزر الطرفي.
دائمًا ما يكون لإمكانيات العمل على محور عصبي نفس المدة والشدة. إذا تفرع المحور العصبي إلى عمليات أخرى ، ينقسم جهد الفعل ، لكن شدته لا تقل.
عندما يصل جهد الفعل إلى الأزرار النهائية للخلايا العصبية ، فإنها تفرز مواد كيميائية تسمى الناقلات العصبية. هذه المواد تثير أو تثبط الخلايا العصبية التي تستقبلها ، وتكون قادرة على توليد جهد فعل في الخلايا العصبية المذكورة.
يأتي الكثير مما هو معروف عن إمكانات عمل الخلايا العصبية من التجارب على محاور الحبار العملاقة. يسهل دراسته بسبب حجمه حيث يمتد من الرأس إلى الذيل. يخدمون حتى يتمكن الحيوان من التحرك.
إمكانات غشاء الخلايا العصبية
أ. عرض تخطيطي لإمكانية العمل المثالية. ب. سجل حقيقي لإمكانية العمل. المصدر: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
الخلايا العصبية لها شحنة كهربائية مختلفة في الداخل عن الخارج. هذا الاختلاف يسمى جهد الغشاء.
عندما تكون الخلية العصبية في حالة راحة ، فهذا يعني أن شحنتها الكهربائية لا تتغير بواسطة إمكانات التشابك التشابكية المثيرة أو المثبطة.
من ناحية أخرى ، عندما تؤثر عليه إمكانات أخرى ، يمكن تقليل إمكانات الغشاء. يُعرف هذا باسم نزع الاستقطاب.
على العكس من ذلك ، عندما تزداد إمكانات الغشاء فيما يتعلق بإمكانياته الطبيعية ، تحدث ظاهرة تسمى فرط الاستقطاب.
عندما يحدث انعكاس سريع جدًا لإمكانات الغشاء فجأة ، يحدث جهد فعل. يتكون هذا من نبضة كهربائية موجزة ، والتي تُترجم إلى رسالة تنتقل عبر محور العصبون. يبدأ في جسم الخلية ، ويصل إلى الأزرار الطرفية.
ينتقل الدافع العصبي إلى أسفل المحور العصبي
الأهم من ذلك ، من أجل حدوث إمكانية عمل ، يجب أن تصل التغييرات الكهربائية إلى عتبة تسمى عتبة الإثارة. إنها قيمة إمكانات الغشاء التي يجب الوصول إليها بالضرورة من أجل حدوث إمكانية الفعل.
رسم تخطيطي لمشبك كيميائي
إمكانات العمل والتغيرات في مستويات الأيونات
نفاذية غشاء الخلايا العصبية أثناء جهد الفعل. حالة الراحة (1) ، أيونات الصوديوم والبوتاسيوم لا يمكن أن تمر عبر الغشاء ، والخلايا العصبية لها شحنة سالبة بداخلها. ينشط نزع الاستقطاب (2) من الخلايا العصبية قناة الصوديوم ، مما يسمح لأيونات الصوديوم بالمرور عبر غشاء العصبون. إعادة الاستقطاب (3) ، حيث تغلق قنوات الصوديوم وتفتح قنوات البوتاسيوم ، تعبر أيونات البوتاسيوم الغشاء. في فترة المقاومة (4) ، تعود إمكانات الغشاء إلى حالة الراحة مع إغلاق قنوات البوتاسيوم. المصدر: نفاذية الغشاء للخلايا العصبية أثناء إمكانية العمل. pdf وإمكانات الفعل ، CThompson02
في ظل الظروف العادية ، تكون الخلايا العصبية جاهزة لاستقبال الصوديوم (Na +) في الداخل. ومع ذلك ، فإن غشاءه ليس منفذًا جدًا لهذا الأيون.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن "ناقلات الصوديوم والبوتاسيوم" المعروفة تحتوي على بروتين موجود في غشاء الخلية مسؤول عن إزالة أيونات الصوديوم منه وإدخال أيونات البوتاسيوم فيه. على وجه التحديد ، مقابل كل 3 أيونات صوديوم يتم استخلاصها ، يتم إدخال اثنين من أيونات البوتاسيوم.
تحافظ هذه الناقلات على مستويات منخفضة من الصوديوم داخل الخلية. إذا زادت نفاذية الخلية ودخلها المزيد من الصوديوم فجأة ، فإن إمكانات الغشاء ستتغير جذريًا. على ما يبدو ، هذا هو ما يطلق إمكانية الفعل.
على وجه التحديد ، سيتم زيادة نفاذية الغشاء للصوديوم ، وهذه تدخل الخلايا العصبية. بينما ، في نفس الوقت ، سيسمح هذا لأيونات البوتاسيوم بمغادرة الخلية.
كيف تحدث هذه التغييرات في النفاذية؟
تحتوي الخلايا على بروتينات عديدة في غشاءها تسمى القنوات الأيونية. تحتوي هذه الفتحات على فتحات يمكن للأيونات من خلالها الدخول أو الخروج من الخلايا ، على الرغم من أنها ليست مفتوحة دائمًا. يتم إغلاق القنوات أو فتحها وفقًا لأحداث معينة.
هناك أنواع متعددة من القنوات الأيونية ، وعادة ما يكون كل منها متخصصًا لإجراء أنواع معينة من الأيونات.
على سبيل المثال ، يمكن لقناة الصوديوم المفتوحة تمرير أكثر من 100 مليون أيون في الثانية.
كيف يتم إنتاج جهود العمل؟
تنقل الخلايا العصبية المعلومات كهربائيا. هذا يعني أن المواد الكيميائية تنتج إشارات كهربائية.
هذه المواد الكيميائية لها شحنة كهربائية ، وهذا هو سبب تسميتها بالأيونات. أهمها في الجهاز العصبي الصوديوم والبوتاسيوم ، ولهما شحنة موجبة. بالإضافة إلى الكالسيوم (شحنتين موجبتين) والكلور (شحنة سالبة واحدة).
التغييرات في إمكانات الغشاء
تتمثل الخطوة الأولى لحدوث جهد الفعل في تغيير إمكانات غشاء الخلية. يجب أن يتجاوز هذا التغيير عتبة الإثارة.
على وجه التحديد ، هناك انخفاض في إمكانات الغشاء ، وهو ما يسمى إزالة الاستقطاب.
فتح قنوات الصوديوم
نتيجة لذلك ، تفتح قنوات الصوديوم الموجودة في الغشاء ، مما يسمح للصوديوم بالدخول إلى الخلايا العصبية بكثافة. هذه مدفوعة بقوى الانتشار والضغط الكهروستاتيكي.
نظرًا لأن أيونات الصوديوم مشحونة إيجابًا ، فإنها تسبب تغيرًا سريعًا في إمكانات الغشاء.
فتح قناة البوتاسيوم
يحتوي غشاء المحور على قنوات الصوديوم والبوتاسيوم. ومع ذلك ، يتم فتح الأخير لاحقًا ، لأنهم أقل حساسية. أي أنهم بحاجة إلى مستوى أعلى من نزع الاستقطاب للانفتاح وهذا هو سبب فتحهم لاحقًا.
إغلاق قنوات الصوديوم
يأتي وقت يصل فيه جهد الفعل إلى أقصى قيمته. من هذه الفترة فصاعدًا ، يتم حظر وإغلاق قنوات الصوديوم.
لم يعد بإمكانهم الفتح مرة أخرى حتى يصل الغشاء إلى إمكانية الراحة مرة أخرى. نتيجة لذلك ، لم يعد بإمكان الصوديوم دخول الخلايا العصبية.
إغلاق قناة البوتاسيوم
ومع ذلك ، تظل قنوات البوتاسيوم مفتوحة. هذا يسمح لأيونات البوتاسيوم بالتدفق عبر الخلية.
بسبب الانتشار والضغط الكهروستاتيكي ، حيث يتم شحن الجزء الداخلي للمحور بشكل إيجابي ، يتم دفع أيونات البوتاسيوم خارج الخلية. وهكذا ، يستعيد جهد الغشاء قيمته المعتادة. شيئًا فشيئًا ، يتم إغلاق قنوات البوتاسيوم.
يؤدي خروج الكاتيونات هذا إلى استعادة إمكانات الغشاء لقيمته الطبيعية. عندما يحدث هذا ، تبدأ قنوات البوتاسيوم في الانغلاق مرة أخرى.
بمجرد أن تصل إمكانات الغشاء إلى قيمتها الطبيعية ، تغلق قنوات البوتاسيوم تمامًا. بعد ذلك بقليل ، يتم إعادة تنشيط قنوات الصوديوم استعدادًا لإزالة الاستقطاب مرة أخرى لفتحها.
أخيرًا ، تفرز ناقلات الصوديوم والبوتاسيوم الصوديوم الذي دخل واستعاد البوتاسيوم الذي تركه سابقًا.
كيف تنتشر المعلومات من خلال المحور؟
أجزاء من الخلايا العصبية. المصدر: لم يتم تقديم مؤلف يمكن قراءته آليًا. NickGorton ~ commonswiki المفترض (بناءً على مطالبات حقوق النشر)
يتكون المحور العصبي من جزء من الخلايا العصبية ، وهو امتداد يشبه الكابل للخلايا العصبية. يمكن أن تكون طويلة جدًا للسماح للخلايا العصبية البعيدة جسديًا بالاتصال وإرسال المعلومات إلى بعضها البعض.
ينتشر جهد الفعل على طول المحور العصبي ويصل إلى الأزرار الطرفية لإرسال رسائل إلى الخلية التالية. إذا قمنا بقياس شدة جهد الفعل من مناطق مختلفة من المحور العصبي ، فسنجد أن شدته تظل كما هي في جميع المناطق.
كل قانون أو لا شيء
يحدث هذا لأن التوصيل المحوري يتبع قانونًا أساسيًا: قانون الكل أو لا شيء. وهذا يعني ، إمكانية العمل معطى أم لا. بمجرد أن يبدأ ، ينتقل عبر المحور العصبي بأكمله حتى نهايته ، ويحافظ دائمًا على نفس الحجم ، ولا يزيد أو ينقص. علاوة على ذلك ، إذا تفرع محور عصبي ، ينقسم جهد الفعل ، لكنه يحافظ على حجمه.
تبدأ جهود الفعل في نهاية المحور العصبي المرتبط بجسم العصبون. عادة ما يسافرون في اتجاه واحد فقط.
إمكانات الفعل والسلوك
قد تتساءل في هذه المرحلة: إذا كان جهد الفعل عبارة عن عملية الكل أو لا شيء ، فكيف تحدث سلوكيات معينة مثل تقلص العضلات التي يمكن أن تختلف بين مستويات مختلفة من الشدة؟ يحدث هذا بموجب قانون التردد.
قانون التردد
ما يحدث هو أن إمكانية إجراء واحد لا توفر معلومات مباشرة. بدلاً من ذلك ، يتم تحديد المعلومات من خلال تردد التفريغ أو معدل إطلاق محور عصبي. هذا هو التردد الذي تحدث فيه جهود الفعل. يُعرف هذا باسم "قانون التردد".
وبالتالي ، فإن التردد العالي لإمكانات العمل من شأنه أن يؤدي إلى تقلص عضلي شديد للغاية.
نفس الشيء ينطبق على الإدراك. على سبيل المثال ، يجب أن ينتج المنبه البصري الساطع للغاية ، المراد التقاطه ، "معدل إطلاق نار" مرتفع في المحاور المتصلة بالعينين. بهذه الطريقة ، يعكس تواتر جهود الفعل شدة التحفيز الجسدي.
لذلك ، فإن قانون الكل أو لا شيء يكمله قانون التردد.
أشكال أخرى من تبادل المعلومات
إن إمكانات الفعل ليست الفئات الوحيدة من الإشارات الكهربائية التي تحدث في الخلايا العصبية. على سبيل المثال ، إرسال المعلومات عبر المشبك يعطي دفعة كهربائية صغيرة في غشاء العصبون الذي يتلقى البيانات.
مخطط المشبك. المصدر: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)
في بعض الأحيان ، يمكن أن يؤدي نزع الاستقطاب الطفيف الذي يكون أضعف من أن ينتج عنه جهد فعل إلى تغيير طفيف في إمكانات الغشاء.
ومع ذلك ، فإن هذا التغيير يتناقص تدريجياً أثناء انتقاله عبر المحور العصبي. في هذا النوع من نقل المعلومات ، لا يتم فتح أو إغلاق قنوات الصوديوم أو البوتاسيوم.
وهكذا ، يعمل المحور العصبي مثل كابل بحري. عندما تنتقل الإشارة من خلاله ، يتناقص اتساعها. يُعرف هذا بالتوصيل الهابط ، ويحدث بسبب خصائص المحور العصبي.
إمكانات العمل والميالين
يتم تغطية محاور معظم الثدييات في المايلين. أي أن لديهم أجزاء محاطة بمادة تسمح بالتوصيل العصبي ، مما يجعله أسرع. يلتف المايلين حول المحور العصبي دون السماح للسائل خارج الخلية بالوصول إليه.
يتم إنتاج المايلين في الجهاز العصبي المركزي بواسطة خلايا تسمى الخلايا قليلة التغصن. بينما ، في الجهاز العصبي المحيطي ، يتم إنتاجه بواسطة خلايا شوان.
تنقسم أجزاء المايلين ، المعروفة باسم أغلفة المايلين ، عن بعضها البعض بواسطة مناطق عارية من المحور العصبي. تسمى هذه المناطق عقيدات رانفييه وهي على اتصال مع السائل خارج الخلية.
تنتقل إمكانات الفعل بشكل مختلف في محور عصبي غير مائي (غير مغطى في المايلين) عنه في محور نقي.
يمكن أن ينتقل جهد الفعل عبر الغشاء المحوري المغطى بالمايلين بسبب خصائص السلك. يقوم المحوار بهذه الطريقة بإجراء التغيير الكهربائي من المكان الذي يحدث فيه جهد الفعل إلى عقدة رانفير التالية.
هذا التغيير يتضاءل قليلاً ، ولكنه قوي بما يكفي لإحداث إمكانية عمل في العقدة التالية. ثم يتم تشغيل هذه الإمكانات أو تكرارها في كل عقدة من Ranvier ، وتنقل نفسها عبر المنطقة المايلينية إلى العقدة التالية.
يسمى هذا النوع من توصيل جهود الفعل بالتوصيل المملحي. يأتي اسمها من الكلمة اللاتينية "Saltare" ، والتي تعني "الرقص". المفهوم هو أن الدافع يبدو أنه يقفز من عقدة إلى أخرى.
مزايا التوصيل الملحي لنقل إمكانات العمل
هذا النوع من القيادة له مميزاته. بادئ ذي بدء ، لتوفير الطاقة. تنفق ناقلات الصوديوم والبوتاسيوم الكثير من الطاقة في سحب الصوديوم الزائد من داخل المحور العصبي أثناء جهود العمل.
توجد ناقلات الصوديوم والبوتاسيوم هذه في مناطق من المحور العصبي غير مغطاة بالمايلين. ومع ذلك ، في المحوار النخاعي ، يمكن للصوديوم أن يدخل عقد رانفير فقط. لهذا السبب ، يدخل كمية أقل من الصوديوم ، ولهذا السبب ، يجب ضخ كمية أقل من الصوديوم ، لذلك يجب أن تعمل ناقلات الصوديوم والبوتاسيوم بشكل أقل.
فائدة أخرى للميالين هي السرعة. يتم إجراء جهد الفعل بشكل أسرع في محور عصبي النخاعي ، حيث "يقفز" الدافع من عقدة إلى أخرى ، دون الحاجة إلى المرور عبر المحور العصبي بأكمله.
هذه الزيادة في السرعة تجعل الحيوانات تفكر وتتفاعل بشكل أسرع. الكائنات الحية الأخرى ، مثل الحبار ، لها محاور بدون المايلين التي تكتسب السرعة بسبب زيادة حجمها. يبلغ قطر محاور الحبار (حوالي 500 ميكرومتر) ، مما يسمح لها بالسفر بشكل أسرع (حوالي 35 مترًا في الثانية).
ومع ذلك ، بنفس السرعة تنتقل إمكانات الفعل في محاور القطط ، على الرغم من أن قطرها لا يتجاوز 6 ميكرومتر. ما يحدث هو أن هذه المحاور تحتوي على المايلين.
يمكن للمحور النخاعي إجراء جهود العمل بسرعة حوالي 432 كيلومترًا في الساعة ، بقطر 20 ميكرومتر.
المراجع
- إمكانات العمل. (سادس). تم الاسترجاع في 5 مارس 2017 ، من Hyperphysics ، جامعة ولاية جورجيا: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
- كارلسون ، إن آر (2006). فسيولوجيا السلوك 8. الطبعة مدريد: بيرسون.
- تشودلر ، إي (الثانية). الأضواء والكاميرا وإمكانات العمل. تم الاسترجاع في 5 مارس 2017 ، من جامعة واشنطن: faculty.washington.edu.
- مراحل العمل المحتمل. (سادس). تم الاسترجاع في 5 مارس 2017 ، من Boundless: boundless.com.