فرط الاستقطاب

ال فرط الاستقطاب هي عملية بيولوجية يزيد فيها توتر الغشاء ويتجاوز قيمة الراحة. هذه الآلية مهمة لوظيفة العضلات والخلايا العصبية والحسية في جسم الإنسان. إنه يمكّن الجسم من القيام بأفعال مثل حركات العضلات أو الرؤية والتحكم فيها.

ما هو فرط الاستقطاب؟

الخلايا في جسم الإنسان محاطة بغشاء. يُعرف أيضًا باسم غشاء البلازما ويتكون من طبقة ثنائية الدهون. يفصل المنطقة داخل الخلايا ، السيتوبلازم ، عن المنطقة المحيطة.

التوتر الغشائي لخلايا جسم الإنسان ، مثل العضلات أو الخلايا العصبية أو الخلايا الحسية في العين ، له إمكانية الراحة عند الراحة. ينشأ هذا التوتر الغشائي من حقيقة وجود شحنة سالبة داخل الخلية وفي المنطقة خارج الخلية ، أي خارج الخلايا توجد شحنة موجبة.

تختلف قيمة جهد الراحة اعتمادًا على نوع الخلية. إذا تم تجاوز جهد الراحة هذا لجهد الغشاء ، يحدث فرط استقطاب الغشاء. هذا يجعل جهد الغشاء أكثر سلبية مما كان عليه خلال الجهد الباقي ، أي تصبح الشحنة داخل الخلية أكثر سلبية.

يحدث هذا عادة بعد فتح أو إغلاق القنوات الأيونية في الغشاء. هذه القنوات الأيونية هي قنوات البوتاسيوم والكالسيوم والكلوريد والصوديوم التي تعمل بطريقة تعتمد على الجهد.

يحدث فرط الاستقطاب بسبب قنوات البوتاسيوم التي تعتمد على الجهد والتي تحتاج إلى وقت معين لإغلاقها بعد تجاوز إمكانات الراحة. ينقلون أيونات البوتاسيوم موجبة الشحنة إلى المنطقة خارج الخلية. هذا يؤدي لفترة وجيزة إلى شحنة أكثر سالبة داخل الخلية ، فرط الاستقطاب.

الوظيفة والمهمة

يعتبر فرط استقطاب غشاء الخلية جزءًا مما يسمى بجهد الفعل. هذا يتكون من مراحل مختلفة. المرحلة الأولى هي تجاوز عتبة غشاء الخلية ، تليها إزالة الاستقطاب ، وهناك شحنة موجبة أكثر داخل الخلية. هذا يؤدي بعد ذلك إلى عودة الاستقطاب ، مما يعني أنه يتم الوصول إلى إمكانات الراحة مرة أخرى. ثم يحدث فرط الاستقطاب قبل أن تصل الخلية إلى إمكانية الراحة مرة أخرى.

تستخدم هذه العملية لترحيل الإشارات. تشكل الخلايا العصبية إمكانات العمل في منطقة كومة المحاور بعد تلقي إشارة. ثم يتم تمرير هذا على طول المحور العصبي في شكل إمكانات العمل.

ثم تنقل مشابك الخلايا العصبية الإشارة إلى الخلية العصبية التالية في شكل ناقلات عصبية. يمكن أن يكون لها تأثير منشط أو لها أيضًا تأثير مثبط. هذه العملية ضرورية في نقل الإشارات ، على سبيل المثال في الدماغ.

تتم الرؤية بطريقة مماثلة. تستقبل الخلايا الموجودة في العين ، أو ما يسمى بالقضبان والمخاريط ، الإشارة من المنبه الضوئي الخارجي. هذا يؤدي إلى تكوين جهد الفعل ويتم تمرير المنبه إلى الدماغ. ومن المثير للاهتمام أن تطور المحفز لا يحدث هنا كما هو الحال مع الخلايا العصبية الأخرى من خلال إزالة الاستقطاب.

في وضع الراحة ، تتمتع الخلايا العصبية بقدرة غشائية تبلغ -65 مللي فولت ، في حين أن الخلايا المرئية لها إمكانات غشاء تبلغ -40 مللي فولت عند إمكانية الراحة. هذا يعني أن لديهم بالفعل إمكانات غشاء أكثر إيجابية من الخلايا العصبية عندما تكون في حالة راحة. في حالة الخلايا البصرية ، يتطور المنبه من خلال فرط الاستقطاب. نتيجة لذلك ، تطلق الخلايا المرئية عددًا أقل من الناقلات العصبية ويمكن أن تحدد الخلايا العصبية في اتجاه التيار شدة إشارة الضوء بناءً على انخفاض الناقلات العصبية. ثم تتم معالجة هذه الإشارة وتقييمها في الدماغ.

يؤدي فرط الاستقطاب إلى احتمال تثبيط ما بعد المشبكي (IPSP) في حالة الرؤية أو في بعض الخلايا العصبية. في المقابل ، غالبًا ما تنشط الخلايا العصبية إمكانات ما بعد المشبكي (APSP).

وظيفة أخرى مهمة لفرط الاستقطاب هي أنه يمنع الخلية من إعادة إطلاق جهد الفعل بسرعة كبيرة بناءً على إشارات أخرى. لذلك فهو يمنع بشكل مؤقت توليد المحفزات في الخلية العصبية.

الامراض والاعتلالات

تحتوي خلايا القلب والعضلات على قنوات HCN. ترمز HCN إلى قنوات الكاتيونات الحلقية ذات النوكليوتيدات الحلقية التي تنشط بفرط الاستقطاب. هذه هي قنوات الكاتيونات التي ينظمها فرط استقطاب الخلية. 4 أشكال من قنوات HCN هذه معروفة لدى البشر. يشار إليها باسم HCN-1 حتى HCN-4. يشاركون في تنظيم إيقاع القلب وفي نشاط تنشيط الخلايا العصبية تلقائيًا. في الخلايا العصبية ، يقاومون فرط الاستقطاب حتى تتمكن الخلية من الوصول إلى إمكانات الراحة بسرعة أكبر. لذلك يقومون بتقصير ما يسمى بفترة الانكسار ، والتي تصف المرحلة بعد إزالة الاستقطاب. ومع ذلك ، فإنها تنظم في خلايا القلب إزالة الاستقطاب الانبساطي ، والتي تتولد في العقدة الجيبية للقلب.

في الدراسات التي أجريت على الفئران ، تبين أن فقدان HCN-1 يؤدي إلى خلل في الحركة الحركية. يؤدي غياب HCN-2 إلى تلف الخلايا العصبية والقلب ويؤدي فقدان HCN-4 إلى موت الحيوانات. تم التكهن بأن هذه القنوات قد تكون مرتبطة بالصرع عند البشر.

بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن الطفرات في شكل HCN-4 تؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب لدى البشر. هذا يعني أن بعض الطفرات في قناة HCN-4 يمكن أن تؤدي إلى اضطراب في إيقاع القلب.وبالتالي ، فإن قنوات HCN هي أيضًا هدف العلاجات الطبية لاضطراب نظم القلب ، ولكن أيضًا للعيوب العصبية التي يستمر فيها فرط استقطاب الخلايا العصبية لفترة طويلة جدًا.

يتم علاج المرضى الذين يعانون من عدم انتظام ضربات القلب الذي يمكن إرجاعه إلى خلل في قناة HCN-4 بمثبطات محددة. ومع ذلك ، يجب الإشارة إلى أن معظم العلاجات المتعلقة بقنوات HCN لا تزال في المرحلة التجريبية وبالتالي لا يمكن الوصول إليها بعد من قبل البشر.