جهد الغشاء في حالة الراحة وتوزيع الأيونات
جهد الغشاء في حالة الراحة هو فرق الجهد الثابت عبر الغشاء البلازمي لخلية غير محفزة، ويكون الجزء الداخلي سالبًا بالنسبة للخارج، وعادةً ما يتراوح بين -60 إلى -90 ملي فولت في الخلايا العصبية. وهو نتاج التوزيع غير المتكافئ للأيونات عبر الغشاء والنفاذية الانتقائية للغشاء لتلك الأيونات.
Definition
جهد الغشاء في حالة الراحة هو الجهد عبر الغشاء الذي تحتفظ به خلية قابلة للاستثارة غير محفزة، ويتحدد بالتوازن بين تدرجات التركيز الأيوني والنفاذية النسبية للغشاء، ويُحافَظ عليه بالقرب من جهد توازن البوتاسيوم.
Scope
يشرح هذا الموضوع سبب احتفاظ الخلية في حالة الراحة بجهد سالب ثابت وكيف ينشأ هذا الجهد من التوزيع غير المتماثل للبوتاسيوم والصوديوم والكلوريد. ويغطي مساهمات كل أيون رئيسي والدور المهيمن للبوتاسيوم في حالة الراحة، ويميز حالة الراحة عن التغيرات النشطة في الجهد التي تُعالَج في مواضع أخرى.
Core questions
- ما هي تراكيز الأيونات التي تميز داخل وخارج الخلية في حالة الراحة؟
- أي أيون يهيمن على جهد الراحة ولماذا؟
- كيف تحول نفاذية الصوديوم والكلوريد الصغيرة جهد الراحة بعيدًا عن قيمة توازن البوتاسيوم؟
Key concepts
- الجهد عبر الغشاء
- تراكيز الأيونات داخل وخارج الخلية
- هيمنة البوتاسيوم في حالة الراحة
- مساهمات الصوديوم والكلوريد
- النفاذية النسبية
- الحالة المستقرة مقابل التوازن
Key theories
- تفسير النفاذية الانتقائية لجهد الراحة
- يتحدد جهد الراحة بناءً على الأيونات التي يمكنها عبور الغشاء ومدى سهولة ذلك؛ نظرًا لأن نفاذية البوتاسيوم تتجاوز نفاذية الصوديوم بشكل كبير في حالة الراحة، فإن الجهد يقع بالقرب من جهد توازن البوتاسيوم ولكنه ينزاح إلى الموجب بسبب تسرب الصوديوم.
Mechanisms
تحافظ الخلية العصبية في حالة الراحة على تركيز البوتاسيوم داخلها وتركيز الصوديوم والكلوريد خارجها. يكون الغشاء في حالة الراحة عالي النفاذية للبوتاسيوم عبر قنوات التسرب المفتوحة وضعيف النفاذية للصوديوم. ينتشر البوتاسيوم إلى الخارج باتجاه تدرج تركيزه، حاملاً شحنة موجبة إلى الخارج ويترك الجزء الداخلي سالبًا؛ تعارض السلبية المتزايدة المزيد من التدفق الخارجي، لذا يقترب الجهد من جهد توازن البوتاسيوم. يؤدي تدفق الصوديوم المستمر الصغير، وفي العديد من الخلايا حركة الكلوريد، إلى جعل جهد الراحة الفعلي موجبًا قليلاً عن قيمة توازن البوتاسيوم. أظهر هودجكين وكاتز (1949) هذا الاعتماد متعدد الأيونات مباشرةً عن طريق تغيير الصوديوم الخارجي وإظهار تحولات متوقعة في جهد الغشاء.
Clinical relevance
نظرًا لأن جهد الراحة يحدد مدى سهولة استثارة الخلية، فإن التحولات في البوتاسيوم خارج الخلوي أو الأيونات الأخرى تغير قابلية استثارة الغشاء في الأعصاب والعضلات والقلب. يصف هذا المدخل هذا الاعتماد الميكانيكي كفسيولوجيا أساسية وليس إرشادات لإدارة أي حالة.
Evidence & guidelines
يستمد التفسير الكمي من تسجيلات المحور العصبي للحبار وهو محتوى قياسي في كتب الفسيولوجيا والفيزياء الحيوية؛ وهو مادة مرجعية ميكانيكية وليست محتوى إرشاديًا سريريًا.
History
اقترحت نظرية الغشاء المبكرة لجوليوس بيرنشتاين أن جهد الراحة يعكس النفاذية الانتقائية للبوتاسيوم. وسع هودجكين وكاتز (1949) هذا إلى رؤية متعددة الأيونات، مبينين أن نفاذية الصوديوم مهمة أيضًا، وأعطى تحليل جولدمان للمجال الثابت عام 1943 العلاقة شكلها الكمي.
Key figures
- Alan Hodgkin
- Bernard Katz
- David E. Goldman
- Julius Bernstein
Related topics
Seminal works
- hodgkin-katz-1949
- goldman-1943
Frequently asked questions
- لماذا يكون داخل الخلية العصبية في حالة الراحة سالبًا؟
- لأن غشاء الراحة نفاذ بشكل أساسي للبوتاسيوم، يغادر البوتاسيوم الخلية باتجاه تدرج تركيزه ويحمل شحنة موجبة إلى الخارج، تاركًا شحنة سالبة صافية بالداخل حتى يوازن السحب الكهربائي المزيد من التدفق الخارجي.
- هل جهد الراحة حالة توازن؟
- ليس بالضبط. إنها حالة مستقرة تُحافَظ عليها بالقرب من جهد توازن البوتاسيوم؛ يتم تعويض التسربات الأيونية الصغيرة المستمرة عن طريق الضخ النشط، لذا تظل التدرجات والجهد ثابتة دون توازن حقيقي.