⚡ السيال العصبي
السيال العصبي
كيفية الحفاظ على جهد الراحة، وصِف التغيُّرات الكهربية والكيميائية التي تحدث أثناء جهد الفعالية.
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.
يتيح لنا هذا النمو التطوري المذهل بالتفكير سريعًا والتصرف حتى دون تفكير، للاستجابة للبيئة والمساعدة في البقاء على قيد الحياة.
الخلية العصبية خلية متخصصة توجد داخل الجهاز العصبي. وظيفة الخلايا العصبية هي نقل المعلومات في صورة إشارات كهربية أو بالادق تسمى سيالات عصبية.
يبدأ 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.
بعد 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.
السيال العصبى
هو رسالة كهرو كيميائية تنقلها الأعصاب من أعضاء الحس اِلى الجهاز العصبى المركزى ، ومنه اِلى أعضاء الاِستجابة .
طبيعة السيال العصبي : انتقال السيال العصبي في الحقيقة ما هو إلا ظاهرة كهربائية ذات طبيعة كيميائية.
فرق جهد الغشاء
هو الفرق في الجهد الكهربي بين داخل الخلية العصبية وخارجها
إن سيتوبلازم الخلايا العصبية والحيز الخارجي المحيط بالخلية مائعان مختلفان لهما تركيبان كيميائيان مختلفان.
نتيجةً لذلك، لا يحتويان على المقدار نفسه من الأيونات المشحونة.
عادةً ما يكون هناك فائض من الشحنات الموجبة في الحيز الخارجي المحيط بالخلية.
فينتج عن ذلك تولُّد جهد كهربي بين جانبَي الغشاء، مع جذب الأيونات الموجبة الموجودة خارج الخلية بواسطة السيتوبلازم ذي الشحنة السالبة.
في علم الفيزياء، يُسمَّى هذا النوع من القوة الكهربية الجهد.
ويقال إن الغشاء مستقطب بسبب هذا الفرق في الجهد.
إذا كان هناك فتحة أو قناة في الغشاء، فمن المحتمل أن تتحرَّك الأيونات الموجبة بحرية إلى الداخل حتى يصبح هناك توازن في تركيزها وشحنتها على جانبَي الغشاء.
يُسمَّى الفرق في الجهد بين سيتوبلازم الخلية العصبية والحيز الخارجي المحيط بها باسم (جهد الغشاء).
الظواهر الكهربائية على غشاء خلية حية
@ يوجد تيار كهربائي يتجه من ناحية سطح غشاء الخلية الخارجي باتجاه سطح غشاء الخلية الداخلي
وذلك يعني أن : السطح الخارجي للغشاء يحمل شحنات موجبة
السطح الداخلي للغشاء يحمل شحنات سالبة
@ الفرق في الجهد الكهربائي على جانبي غشاء الخلية يُسمى فرق الكمون الكهربائي ويُعرف بالجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية.
جهد الراحة : فرق الكمون الكهربائي لغشاء الخلية العصبية في حالة الراحة ويساوي mv -70 نتيجة لاختلاف تركيزات الايونات على جانبي غشاء الخلية.
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 ؟
|
مرحلة عودة الاستقطاب |
مرحلة زوال الاستقطاب |
وجه المقارنة |
|
انتقال جهد غشاء الخلية من + 30مللي فولت الى -65 مللي فولت |
انتقال جهد غشاء الخلية من -65 مللي فولت الى +30 مللي فولت |
المفهوم |
|
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 |
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 |
وجه المقارنه |
|
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 |
المفهوم |
|
تقوم مضخات الصوديوم
والبوتاسيوم النشطة بإرجاع تراكيز أيونات الصوديوم والبوتاسيوم إلى نسبها الاصلية في خلال مرحلة
الراحة |
نتيجة تأخر انغلاق
قنوات البوتاسيوم K+ |
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.
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.
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.
🧠 ديناميكية جهد الراحة في الخلايا العصبية Resting Membrane Potential Dynamics in Neurons
 |
| جهد الفعل العصبي |
📌 التعريف عام
جهد الفعل العصبي هو تغير كهربائي سريع في غشاء الخلية العصبية، يُمكّن من نقل الإشارة العصبية على طول المحور العصبي. يحدث نتيجة تغيرات في نفاذية الغشاء للأيونات، ويُعد أساسًا لفهم التواصل العصبي.
🧩 التصنيف الموسوعي للظاهرة
1. المراحل الزمنية لجهد الفعل
المرحلة | الوصف العلمي |
جهد الراحة | الحالة المستقرة للغشاء قبل التحفيز، بجهد سالب حوالي -70mV. |
التحفيز | بداية التغير، حيث يُفتح عدد من قنوات الصوديوم استجابةً لمنبه. |
إزالة الاستقطاب | دخول Na⁺ يؤدي إلى تغير الجهد نحو الموجب. |
تجاوز الحد | النقطة التي يصبح فيها التحفيز كافيًا لانطلاق جهد الفعل. |
إعادة الاستقطاب | خروج K⁺ يعيد الجهد نحو السالب. |
فرط الاستقطاب | الجهد يصبح أكثر سلبية من جهد الراحة مؤقتًا. |
2. الآليات التنظيمية الحيوية
الآلية | الدور |
نفاذية الغشاء | تحدد حركة الأيونات عبر القنوات. |
تدرجات الأيونات | فرق التركيز بين داخل وخارج الخلية يحدد اتجاه الحركة. |
مضخة Na⁺/K⁺ | تحافظ على التوازن الأيوني باستخدام الطاقة (ATP). |
3. التأثيرات الخارجية على جهد الفعل
العامل الخارجي | التأثير |
السموم العصبية | تعطل القنوات الأيونية أو تؤثر على نفاذية الغشاء. |
TTX تترودوتوكسين | يمنع قنوات Na⁺ ويوقف جهد الفعل تمامًا. |
📌 المقدمة
Introduction
الخلايا العصبية هي الوحدات الأساسية في الجهاز العصبي، وتتميز بقدرتها على توليد ونقل الإشارات الكهربائية. هذه الإشارات تعتمد على فرق الجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية، المعروف باسم "جهد الراحة".
 |
| مضخة الصوديوم و البوتاسيوم |
📏 تعريف جهد الراحة
Definition of Resting Potential
- الحالة الساكنة للخلية العصبية (Resting State): لا ترسل أو تستقبل إشارات.
- فرق الجهد الكهربائي (Voltage Difference): ناتج عن توزيع غير متكافئ للأيونات بين داخل وخارج الخلية.
- القيمة النموذجية (Typical Value): حوالي −70 mV، مما يعني أن داخل الخلية أكثر سلبية من الخارج.
⚛️ العوامل المؤثرة في جهد الراحة
Factors Affecting Resting Potential
1. اختلاف تركيز الأيونات
Ion Concentration Gradient
الأيون | داخل الخلية | خارج الخلية |
Na⁺ | منخفض | مرتفع |
K⁺ | مرتفع | منخفض |
Cl⁻ | مرتفع | منخفض |
Ca²⁺ | منخفض جدًا | مرتفع |
- هذا التوزيع يخلق فرقًا في الجهد عبر الغشاء.
- الأيونات تتحرك وفق تدرج التركيز عبر قنوات خاصة.
2. نفاذية الغشاء للأيونات
Membrane Permeability
- الغشاء أكثر نفاذية لـ K⁺ بمقدار 40 مرة مقارنة بـ Na⁺.
- قنوات التسريب للبوتاسيوم مفتوحة دائمًا، مما يسمح بخروجه من الخلية.
- قنوات الصوديوم مغلقة في حالة الراحة، مما يقلل من دخول Na⁺.
3. مضخة الصوديوم والبوتاسيوم
Sodium-Potassium Pump (Na⁺/K⁺ ATPase)
- تنقل 3Na⁺ إلى خارج الخلية مقابل 2K⁺ إلى الداخل.
- تعمل ضد تدرج التركيز باستخدام طاقة ATP.
- تساهم في الحفاظ على فرق الجهد واستقطاب الغشاء.
🔌 آلية الحفاظ على جهد الراحة
Mechanism of Maintaining Resting Potential
- المضخة تنقل Na⁺ للخارج وK⁺ للداخل.
- K⁺ يتسرب عبر قنوات التسريب إلى الخارج.
- البروتينات السالبة والكلوريد داخل الخلية تزيد من السلبية.
- النتيجة: فرق جهد ثابت يساوي −70 mV تقريبًا.
⚡ الفرق بين جهد الراحة وجهد الفعالية
Resting Potential vs. Action Potential
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 |
🧪 تطبيقات علمية وملاحظات
Scientific Applications and Notes
- جهد الراحة ضروري لنقل السيالات العصبية بكفاءة.
- أي خلل في المضخة أو القنوات يؤدي إلى اضطرابات عصبية.
- يُستخدم فهم جهد الراحة في تطوير أدوية الأعصاب، مثل مثبطات الأوباين.
🧠 جهد الراحة في الخلايا العصبية: نظرة عميقة
Resting Membrane Potential in Neurons: A Deep Dive
📌 مقدمة
Introduction
الخلايا العصبية هي وحدات الاتصال الأساسية في الجهاز العصبي، وتعمل من خلال إشارات كهربائية دقيقة. هذه الإشارات لا تبدأ من فراغ، بل تعتمد على حالة كهربائية أولية تُعرف بـ"جهد الراحة"، وهي بمثابة نقطة الانطلاق لأي نشاط عصبي.
⚡ تعريف جهد الراحة
Definition of Resting Potential
- الحالة الساكنة للخلية (Resting State): عندما لا تكون الخلية العصبية نشطة.
- فرق الجهد الكهربائي (Voltage Difference): ناتج عن توزيع غير متساوٍ للأيونات عبر الغشاء.
- القيمة النموذجية (Typical Value): حوالي −70 mV، مما يعني أن داخل الخلية أكثر سلبية من الخارج.
- الاستقطاب (Polarization): يشير إلى أن الغشاء يحتفظ بتوزيع شحنات غير متساوٍ، وهو ما يجعل الخلية "مستعدة" كهربائيًا.
🔍 تشبيه رائع: الخلية العصبية كمدينة محاطة بسور، والمارة (الأيونات) هم من يحددون فرق الجهد بين الداخل والخارج.
🧬 النفاذية الانتقائية للغشاء
Selective Membrane Permeability
- الغشاء الخلوي لا يسمح بمرور جميع الأيونات بنفس السهولة.
- في حالة الراحة:
- نفاذية عالية لـ K⁺
- نفاذية منخفضة لـ Na⁺
- هذا الاختلاف في النفاذية يساهم في الحفاظ على فرق الجهد.
🔄 دور مضخة الصوديوم والبوتاسيوم
Role of the Sodium-Potassium Pump
- تنقل المضخة:
- 3Na⁺ إلى الخارج
- 2K⁺ إلى الداخل
- تعمل ضد تدرج التركيز باستخدام طاقة ATP.
- تحافظ على الاستقطاب وتمنع التوازن الكهربائي الذي قد يُفقد الخلية قدرتها على الاستجابة.
⚡ أهمية جهد الراحة
Importance of Resting Potential
- أساس الإشارات العصبية: بدون جهد الراحة، لا يمكن توليد جهد الفعل.
- استعداد دائم: يشبه زنبركًا مشدودًا ينتظر التحفيز لينطلق.
📈 جهد الفعل
Action Potential
- تعريف: تغير سريع ومؤقت في جهد الغشاء.
- المراحل:
- التحفيز (Stimulus): يتجاوز عتبة التنبيه.
- إزالة الاستقطاب (Depolarization): دخول Na⁺.
- إعادة الاستقطاب (Repolarization): خروج K⁺.
- قانون الكل أو العدم (All-or-None Law): إما أن يحدث جهد الفعل بالكامل أو لا يحدث إطلاقًا.
☠️ السموم العصبية وتأثيرها
Neurotoxins and Their Effects
- استهداف مباشر: بعض السموم تستهدف قنوات Na⁺ أو مضخة Na⁺/K⁺.
- مثال: تترودوتوكسين (TTX):
- يمنع فتح قنوات Na⁺.
- يؤدي إلى شلل الأعصاب.
- النتائج:
- تلف الأنسجة العصبية.
- تعطيل وظائف عصبية مثل الحركة والإحساس والتفكير.
🧠 الخلاصة العلمية
Scientific Summary
- جهد الراحة ليس مجرد رقم، بل هو حالة كهربائية حيوية.
- يعتمد على:
- توزيع الأيونات.
- نفاذية الغشاء.
- نشاط المضخة.
- فهم هذه الديناميكية ضروري لفهم:
- كيفية عمل الجهاز العصبي.
- تأثير السموم والأمراض العصبية.
🧠 العوامل الرئيسية المؤثرة في جهد الراحة
Key Factors Affecting Resting Membrane Potential
1. النفاذية الانتقائية للغشاء
Selective Membrane Permeability
- الغشاء الخلوي يعمل كـ"حارس حدودي"، يسمح بمرور أيونات معينة أكثر من غيرها.
- في حالة الراحة:
- نفاذية عالية لـ K⁺ → يخرج من الخلية.
- نفاذية منخفضة لـ Na⁺ → يبقى بالخارج.
- هذا التسرب يجعل داخل الخلية أكثر سلبية، ويساهم في الاستقطاب.
2. اختلاف تركيز الأيونات
Ion Concentration Gradients
الأيون | داخل الخلية | خارج الخلية | الوظيفة الأساسية |
K⁺ | مرتفع | منخفض | تحديد جهد الراحة وإعادة الاستقطاب |
Na⁺ | منخفض | مرتفع | إزالة الاستقطاب وتوليد الإشارة |
Cl⁻ | منخفض | مرتفع | التثبيط واستقرار الجهد |
Ca²⁺ | منخفض جدًا | مرتفع | إطلاق النواقل العصبية وتنظيم الإشارات |
هذه التدرجات تُحافظ عليها المضخة وتُستخدم لتوليد الإشارات العصبية.
3. مضخة الصوديوم والبوتاسيوم
Sodium-Potassium Pump (Na⁺/K⁺ ATPase)
- تنقل 3Na⁺ إلى الخارج و2K⁺ إلى الداخل.
- تعمل ضد تدرج التركيز باستخدام ATP.
- تُحافظ على الاستقطاب وتمنع التوازن الكهربائي.
- تساهم في جعل داخل الخلية أكثر سلبية.
⚡ الأيونات الشائعة وأهميتها
Common Ions and Their Roles
🧪 البوتاسيوم (K⁺)
- يحدد جهد الراحة بسبب نفاذيته العالية.
- يخرج من الخلية → يزيد السلبية الداخلية.
- يعيد الاستقطاب بعد جهد الفعل.
🧪 الصوديوم (Na⁺)
- يدخل أثناء جهد الفعل → يزيل الاستقطاب.
- ضروري لتوليد الإشارة العصبية.
🧪 الكلوريد (Cl⁻)
- يدخل الخلية → يثبّط النشاط العصبي.
- يساهم في استقرار الجهد.
🧪 الكالسيوم (Ca²⁺)
- يُطلق النواقل العصبية في المشابك.
- يُعدّل نفاذية الغشاء ويشارك في الإشارات داخل الخلية.
🎼 جهد الراحة كأساس للإشارات العصبية
Resting Potential as the Basis of Neural Signaling
- يشبه زنبركًا مشدودًا ينتظر التحفيز.
- يوفّر حالة استعداد دائمة للخلية العصبية.
- يخلق "نافذة الإثارة" التي تسمح بحدوث جهد الفعل.
- يدمج المؤثرات العصبية ويحدد الاستجابة.
🔄 التغيرات في جهد الغشاء وآلية جهد الفعل
Membrane Potential Changes and Action Potential Mechanism
مراحل جهد الفعل:
- التحفيز: يتجاوز عتبة التنبيه.
- إزالة الاستقطاب: دخول Na⁺ → يصبح الداخل موجبًا.
- انعكاس الاستقطاب: يصل الجهد إلى +30 mV تقريبًا.
- إعادة الاستقطاب: خروج K⁺ → يعود الجهد إلى −70 mV.
- قانون الكل أو العدم: لا يحدث جهد الفعل إلا إذا تجاوز التحفيز العتبة.
🔌 أنواع القنوات الأيونية
Types of Ion Channels
نوع القناة | الاستجابة | الوظيفة |
قنوات Na⁺ ذات الجهد | تفتح عند إزالة الاستقطاب | توليد جهد الفعل |
قنوات K⁺ ذات الجهد | تفتح لاحقًا | إعادة الاستقطاب |
🧬 اختلاف جهد الراحة بين أنواع الخلايا العصبية
Variation of Resting Potential Across Neuron Types
- الخلايا الحسية: قد تكون أكثر حساسية للتحفيز.
- الخلايا الحركية: قد تحتاج إلى جهد أعلى للانطلاق.
- الاختلافات ناتجة عن:
- نوع وعدد القنوات الأيونية.
- توزيع الأيونات.
- نشاط المضخات الأيونية.
🧠 خلاصة علمية
Scientific Summary
جهد الراحة ليس مجرد حالة كهربائية، بل هو الأساس الحيوي الذي يسمح للخلايا العصبية بالعمل بكفاءة. يتفاعل فيه:
- نفاذية الغشاء.
- تدرجات الأيونات.
- نشاط المضخات.
- أنواع القنوات.
⚡ تأثير حظر قنوات البوتاسيوم والصوديوم
Effect of Blocking Potassium and Sodium Channels
نوع الحظر | التأثير على جهد الراحة |
حظر قنوات K⁺ | يقل خروج البوتاسيوم → يقل السلبية الداخلية → يصبح الجهد أقل سلبية |
حظر قنوات Na⁺ | يقل دخول الصوديوم → يقل التأثير الإيجابي → يصبح الجهد أكثر سلبية قليلًا |
البوتاسيوم هو اللاعب الرئيسي في تحديد جهد الراحة، لذا فإن حظر قنواته له تأثير أكبر.
🔌 أنواع القنوات الأيونية في جهد الفعل
Types of Ion Channels in Action Potential
- قنوات Na⁺ ذات الجهد الكهربائي
- تفتح بسرعة عند إزالة الاستقطاب
- مسؤولة عن مرحلة الارتفاع السريع في الجهد
- قنوات K⁺ ذات الجهد الكهربائي
- تفتح ببطء بعد قنوات الصوديوم
- مسؤولة عن إعادة الاستقطاب
🧬 خصائص قنوات Na⁺ وK⁺
Properties of Voltage-Gated Sodium and Potassium Channels
الخاصية | قنوات Na⁺ | قنوات K⁺ |
سرعة التنشيط | سريعة | بطيئة |
سرعة التعطيل | سريعة (كرة التعطيل) | لا تتعطل بنفس الآلية |
الجهد المطلوب | عند عتبة التنبيه | بعد إزالة الاستقطاب |
الانتقائية | لأيونات Na⁺ فقط | لأيونات K⁺ فقط |
الوظيفة في جهد الفعل | إزالة الاستقطاب | إعادة الاستقطاب |
🧪 الآليات الجزيئية لقنوات الصوديوم
Molecular Mechanisms of Sodium Channel Activation and Inactivation
- التنشيط (Activation): إزالة الاستقطاب → تغيير شكل البروتين → فتح القناة
- التعطيل (Inactivation): دخول "كرة التعطيل" → سد القناة من الداخل → توقف تدفق Na⁺
📈 مراحل جهد الفعل
Stages of Action Potential
- التحفيز (Stimulation): تجاوز عتبة التنبيه
- إزالة الاستقطاب (Depolarization): دخول Na⁺ → الجهد يصبح موجبًا
- انعكاس الاستقطاب (Overshoot): الجهد الداخلي يصبح موجبًا أكثر من الخارج
- إعادة الاستقطاب (Repolarization): خروج K⁺ → العودة للسلبية
- فرط الاستقطاب (Hyperpolarization): خروج زائد لـ K⁺ → الجهد أكثر سلبية من الراحة
- العودة إلى جهد الراحة (Return to Resting Potential): بفضل المضخة والقنوات
- قانون الكل أو العدم (All-or-None Law): إما أن يحدث جهد الفعل بالكامل أو لا يحدث إطلاقًا
☠️ السموم العصبية: التأثير والمصادر والتعامل
Neurotoxins: Effects, Sources, and Management
🧨 الآثار:
- تخريب الأنسجة العصبية
- تعطيل الإشارات العصبية
- استهداف القنوات والمضخات
🧪 المصادر:
- المواد الكيميائية الصناعية
- المبيدات الحشرية
- المعادن الثقيلة (الرصاص، الزئبق)
- السموم البيولوجية (بكتيريا، فطريات، طحالب)
- بعض الأدوية
🛡️ طرق التخلص:
- إزالة المصدر
- العلاج الداعم (تنفس، ضغط دم، نوبات)
- مضادات السموم
- الفحم النشط أو غسيل الكلى
- إعادة التأهيل العصبي
🧬 مثال: تترودوتوكسين (TTX)
- يمنع قنوات Na⁺ → يمنع جهد الفعل → يؤدي إلى شلل عصبي
🧯 التدابير الوقائية
Preventive Measures Against Neurotoxins
- التعامل الآمن مع المواد الكيميائية
- الحد من التعرض للمبيدات
- تجنب المعادن الثقيلة
- الحذر من السموم البيولوجية
- الاستخدام الرشيد للأدوية
- التوعية والتثقيف
🧠 المفاهيم الأساسية
 |
| التفاصيل الدقيقة للخليه العصبيه |
إمكانات الفعل (Action Potentials): هي تغيرات كهربائية سريعة في جهد غشاء الخلية العصبية، تُعد الوحدة الأساسية لنقل الإشارات العصبية.
⚡ الجهد الغشائي
الجهد الساكن: عادةً ما يكون -70 مللي فولت داخل الخلية مقارنة بالخارج.
العتبة: إذا ارتفع الجهد إلى -50 مللي فولت تقريبًا، تُطلق الخلية العصبية إمكانات الفعل.
التذبذب المستمر: الجهد الغشائي يتغير باستمرار حسب المدخلات من خلايا عصبية أخرى.
🔁 آلية النقل العصبي
التحفيز الكهربائي يؤدي إلى إطلاق ناقل عصبي في المشبك.
الناقل العصبي يعبر الشق التشابك ويرتبط بمستقبلات على الخلية التالية.
تدفق الأيونات عبر الغشاء يعيد تحويل الإشارة إلى كهربائية.
 |
| النشاط العصبي والجهد الغشائي في الخلايا العصبية |
🧠 أولًا: اللوحة اليسرى – تفسير النشاط العصبي اللحظي
📊 المنحنى: الجهد مقابل الزمن
الجهد الغشائي يبدأ من قيمة سالبة (تقريبًا -70 مللي فولت)، وهي حالة الراحة للخلية العصبية.
التحفيز (Excitation): يُمثل بالمنطقة الزرقاء، حيث يرتفع الجهد تدريجيًا نحو الأعلى، مما يشير إلى دخول أيونات موجبة (مثل Na⁺) إلى داخل الخلية.
التثبيط (Inhibition): يُمثل بالمنطقة الحمراء، حيث ينخفض الجهد أكثر نحو السالب، مما يدل على خروج أيونات موجبة أو دخول أيونات سالبة (مثل Cl⁻)، مما يقلل من احتمالية توليد سيالة عصبية.
جهد العتبة (Threshold): الخط المتقطع الأفقي يُمثل الحد الأدنى الذي يجب تجاوزه لتوليد سيالة عصبية (Action Potential).
السيالة العصبية (Spike): عندما يتجاوز الجهد العتبة، يحدث ارتفاع حاد في الجهد، وهو ما يُعرف بالسيالة العصبية أو "النبضة الكهربائية".
🧬 الرسم المصغر للخلية العصبية
يُظهر نقطة "record" حيث يتم قياس الجهد، غالبًا عند جسم الخلية أو بداية المحور العصبي، وهي نقطة حيوية لفهم الاستجابة الكهربائية.
⚡ ثانيًا: اللوحة اليمنى – تفسير الجهد الغشائي عبر الزمن
📈 المنحنى: الجهد (mV) مقابل الزمن (s)
الجهد الأساسي: مستقر حول -70 mV، وهو جهد الراحة الطبيعي للخلية العصبية.
النبضات (Spikes): تظهر كقمم حادة متكررة تتجاوز -50 mV، وهي إشارات تدل على حدوث سيالات عصبية متكررة.
الجهد الغشائي (Membrane Potential): يُمثل التغيرات المستمرة في الجهد داخل الخلية العصبية نتيجة التفاعلات الكيميائية والكهربائية.
🔬 التحليل العلمي المتقدم
💡 إمكانات الفعل والمشابك العصبية: كيف تتواصل الخلايا العصبية؟
الخلايا العصبية هي وحدات كهربائية حيوية تتواصل فيما بينها عبر إشارات كهربائية تُعرف بـ "إمكانات الفعل"، بالإضافة إلى نواقل عصبية كيميائية.
عندما يصل جهد الفعل إلى نقطة الاتصال بين خليتين عصبيتين (منطقة التشابك العصبي)، تُطلق الخلية الأولى ناقلًا عصبيًا يؤثر على الخلية الثانية، إما بتحفيزها أو تثبيطها.
هذه المدخلات تُغير الجهد الغشائي للخلية، والذي يكون عادةً -70 مللي فولت. إذا ارتفع الجهد إلى مستوى العتبة (حوالي -50 مللي فولت)، تُطلق الخلية "نبضة شوكية" تُسجل باستخدام أجهزة دقيقة.
عند وصول إمكانات الفعل إلى الطرف قبل التشابك، يتم إطلاق الناقل العصبي في شق التشابك، وهي فجوة دقيقة بين الخلايا العصبية. يرتبط الناقل العصبي بمستقبلات على الخلية التالية، مما يسمح بمرور أيونات موجبة (مثل Na⁺ وK⁺ وCa²⁺) أو سالبة (مثل Cl⁻) عبر الغشاء، مؤديًا إلى تغير جديد في الجهد الغشائي.
 |
| شق التشابك العصبي |
يمكن تصور هذه العملية كتحويل مزدوج للإشارة: من كهربائية إلى كيميائية، ثم العودة إلى كهربائية، مما يُمكّن الدماغ من معالجة المعلومات بسرعة ودقة
.png) | |
|
عند التحفيز، تفتح قنوات الصوديوم، مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب (Depolarization).
إذا تجاوز الجهد العتبة، تُفتح قنوات البوتاسيوم لاحقًا، مما يؤدي إلى إعادة الاستقطاب (Repolarization).
بعد ذلك، تحدث فترة فرط الاستقطاب (Hyperpolarization) قبل العودة إلى حالة الراحة.
هذه التغيرات في الجهد هي أساس نقل المعلومات في الجهاز العصبي.
السيالات العصبية تنتقل عبر المحور العصبي إلى المشابك، حيث تُحفز خلايا عصبية أخرى أو عضلات أو غدد.
🎯 الاستنتاج أن الصور توضح
شرح آلية توليد السيالة العصبية: استخدم الصورة لتوضيح كيف تستجيب الخلية العصبية للمؤثرات.
التمييز بين التحفيز والتثبيط: الصورة توضح الفرق بين الإشارات التي تُنشط الخلية وتلك التي تُثبطها.
ربط الجهد الغشائي بالوظيفة العصبية: يمكن ربط هذه الرسوم بشرح دور الأيونات وقنواتها في تنظيم النشاط العصبي.
📘 اختبار تفاعلي: مراحل جهد الفعل في الخلية العصبية
📚 مصادر البحث
Queensland Brain Institute (QBI), University of Queensland حقائق رئيسية: إمكانات الفعل والمشابك العصبية
Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2020) Neuroscience: Exploring the Brain (4th ed.). Wolters Kluwer. – مرجع شامل في علم الأعصاب يشرح آلية السيالة العصبية والمشابك بالتفصيل.
Kandel, E. R., Schwartz, J. H., & Jessell, T. M. (2013) Principles of Neural Science (5th ed.). McGraw-Hill. – من أهم المراجع الكلاسيكية لفهم الجهد الغشائي وإمكانات الفعل.
Purves, D. et al. (2018) Neuroscience (6th ed.). Oxford University Press. – يتناول التفاعلات الكيميائية والكهربائية في المشابك العصبية.
Alberts, B. et al. (2015) Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science. – يشرح دور الأيونات وقنوات الغشاء في نقل الإشارات العصبية.
