الفيزيولوجيا الكهربائية والجهد الغشائي
كيف يؤدي فصل الأيونات عبر الغشاء إلى إحداث جهد كهربائي، وكيف تحول القنوات المعتمدة على الجهد هذا الجهد إلى جهود فعل في الخلايا المستثارة.
Definition
الجهد الغشائي هو فرق الجهد عبر غشاء الخلية الناتج عن النفاذية الأيونية الانتقائية؛ والفيزيولوجيا الكهربائية هي دراسة هذه الجهود والتيارات التي تنتجها.
Scope
يغطي هذا الموضوع أصل جهد الغشاء أثناء الراحة، ونموذج الدائرة المكافئة للغشاء كمكثف وموصلات، وتوليد وانتشار جهد الفعل. ويتناول وصف هودجكين-هاكسلي للاستثارة وتقنيات قياس الفيزيولوجيا الكهربائية على مستوى مفاهيمي، بينما يتم تناول آلية القناة الواحدة وطاقة النقل في مواضيع مجاورة.
Core questions
- لماذا تحتفظ الخلية في حالة الراحة بجهد ثابت عبر غشائها؟
- كيف يتم نمذجة الغشاء بشكل مفيد كمكثف بالتوازي مع الموصلات الأيونية؟
- ما هو تسلسل التغيرات في الموصلية الذي يولد جهد الفعل؟
- كيف ينتشر جهد الفعل على طول الخلية المستثارة؟
Key theories
- استثارة هودجكين-هاكسلي
- تؤدي موصلات الصوديوم والبوتاسيوم المعتمدة على الجهد والوقت التي تعمل عبر الغشاء السعوي إلى إعادة إنتاج جهد الفعل كميًا، مع دخول الصوديوم المتجدد الذي يزيل استقطاب الخلية وخروج البوتاسيوم المتأخر الذي يعيد حالة الراحة.
- جهد الراحة من النفاذيات المختلطة
- جهد الراحة هو متوسط مرجح لجهود التوازن للأيونات النفاذة، كما هو موضح في تعبير جولدمان للمجال الثابت، لذلك فهو يقع بالقرب من توازن البوتاسيوم وليس عنده تمامًا لأن الغشاء نفاذ للبوتاسيوم بشكل رئيسي، وليس حصريًا.
Mechanisms
نظرًا لأن الغشاء عازل رقيق يفصل الشحنات، فإن تدرجات الأيونات التي تنشئها المضخات تنتج جهدًا ثابتًا أثناء الراحة يتحدد بشكل أساسي بالنفاذية السائدة أثناء الراحة. بمعالجة الغشاء كمكثف بالتوازي مع موصلات تعتمد على الجهد، يؤدي الاستقطاب الفائق للعتبة إلى فتح قنوات الصوديوم، حيث يؤدي تيارها الداخلي إلى زيادة استقطاب الخلية في ارتفاع متجدد؛ ثم تتعطل قنوات الصوديوم وتفتح قنوات البوتاسيوم، مما يعيد استقطاب الغشاء. تنتشر التيارات المحلية هذا الاستقطاب إلى المناطق المجاورة، مما يؤدي إلى انتشار جهد الفعل.
Clinical relevance
تكمن استثارة الغشاء وراء وظائف الأعصاب والعضلات والقلب وهي هدف للمخدرات ومضادات اضطراب النظم ومضادات الصرع؛ والفيزياء الحيوية هنا هي خلفية تعليمية لتلك الفيزيولوجيا وعلم الأدوية، وليست إرشادات سريرية.
History
بناءً على تقنية تثبيت الجهد (voltage-clamp) لكول، أوضح نموذج هودجكين وهاكسلي الكمي لعام 1952 لمحور الحبار جهد الفعل من حيث الموصلات الأيونية ولا يزال يشكل أساس الفيزيولوجيا الكهربائية، وقد تم تنقيحه لاحقًا من خلال دراسات القناة الواحدة والدراسات الجزيئية.
Key figures
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Bernard Katz
- Kenneth Cole
Related topics
Seminal works
- hodgkin1952
- goldman1943
Frequently asked questions
- لماذا يكون الجهد أثناء الراحة سالبًا في الداخل؟
- في حالة الراحة، يكون الغشاء أكثر نفاذية للبوتاسيوم، الذي يغادر الخلية وفقًا لتدرجه حتى يعارض الجهد الداخلي السلبي المتزايد المزيد من الفقد، مما يجعل الداخل سالبًا بالنسبة للخارج.
- ما الذي يجعل جهد الفعل إما كليًا أو لا شيء؟
- بمجرد أن يتجاوز إزالة الاستقطاب العتبة، يكون فتح قنوات الصوديوم متجددًا ويدفع ارتفاعًا كاملاً بغض النظر عن مدى قوة المحفز الأصلي، لذا فإن الاستجابة لها شكل ثابت.