कोशिकीय न्यूरोफिजियोलॉजी: विश्राम विभव और झिल्ली उत्तेजना
कोशिकीय न्यूरोफिजियोलॉजी इस बात का अध्ययन करती है कि न्यूरॉन्स और अन्य उत्तेजित कोशिकाएं प्लाज्मा झिल्ली के स्तर पर विद्युत संकेतों को कैसे उत्पन्न और नियंत्रित करती हैं। यह क्षेत्र विश्राम अवस्था पर केंद्रित है: आयनों का असमान वितरण, चयनात्मक झिल्ली पारगम्यता और सक्रिय परिवहन कैसे मिलकर झिल्ली के पार एक स्थिर वोल्टेज उत्पन्न करते हैं और कोशिका को उत्तेजना के लिए तैयार रखते हैं।
Definition
कोशिकीय न्यूरोफिजियोलॉजी, इस विश्राम-विभव अर्थ में, उन आयनिक और बायोफिजिकल तंत्रों का अध्ययन है जो उत्तेजित कोशिकाओं के ट्रांसमेम्ब्रेन वोल्टेज को स्थापित और बनाए रखते हैं और वे स्थितियाँ जो उत्तेजना के दौरान उस वोल्टेज को तेजी से बदलने की अनुमति देती हैं।
Scope
यह क्षेत्र पाठक को संपूर्ण-कोशिका संकेतन या नेटवर्क व्यवहार के बजाय झिल्ली विभव के भौतिक आधार से परिचित कराता है। यह उन विषयों को समूहित करता है जो विश्राम विभव की व्याख्या करते हैं: आयनिक प्रवणता और उनका वितरण, उन्हें बनाए रखने वाले पंप, चयनात्मक पारगम्यता और संतुलन विभव, स्थिर-अवस्था वोल्टेज का मात्रात्मक गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ विवरण, और परासरणी संतुलन जो कोशिका आयतन को स्थिर रखता है। क्रिया-विभव उत्पादन और सिनैप्टिक संचरण को पड़ोसी क्षेत्रों के रूप में माना जाता है।
Sub-topics
Core questions
- विश्राम अवस्था में एक न्यूरॉन का आंतरिक भाग बाहरी भाग के सापेक्ष विद्युत रूप से नकारात्मक क्यों होता है?
- कौन सी चीज़ आयनिक प्रवणताओं को, जो विश्राम विभव को रेखांकित करती हैं, समाप्त होने से रोकती है?
- चयनात्मक आयन पारगम्यता सांद्रता प्रवणताओं को झिल्ली वोल्टेज में कैसे बदलती है?
- आयन सांद्रता और पारगम्यता से स्थिर-अवस्था झिल्ली विभव का अनुमान कैसे लगाया जा सकता है?
Key concepts
- विश्राम झिल्ली विभव
- आयनिक सांद्रता प्रवणता
- चयनात्मक झिल्ली पारगम्यता
- संतुलन (नेर्नस्ट) विभव
- विद्युत रासायनिक प्रेरक बल
- सक्रिय परिवहन और सोडियम-पोटेशियम पंप
- परासरणी संतुलन और कोशिका आयतन
Key theories
- विश्राम विभव का आयनिक (झिल्ली) सिद्धांत
- विश्राम विभव इसलिए उत्पन्न होता है क्योंकि झिल्ली इसके पार असमान रूप से वितरित आयनों के लिए चयनात्मक रूप से पारगम्य होती है; विश्राम अवस्था में झिल्ली पोटेशियम पारगम्यता से प्रभावित होती है, इसलिए वोल्टेज पोटेशियम संतुलन विभव के करीब रहता है लेकिन छोटी सोडियम पारगम्यता द्वारा धनात्मक की ओर खींचा जाता है।
Mechanisms
विश्राम अवस्था में झिल्ली इंट्रासेलुलर और एक्स्ट्रासेलुलर तरल पदार्थों को अलग करती है जिनकी आयनिक संरचनाएं काफी भिन्न होती हैं: पोटेशियम अंदर अधिक होता है, सोडियम और क्लोराइड बाहर अधिक होते हैं। लिपिड बाइलेयर आयनों के लिए अभेद्य होती है, इसलिए गति केवल उन चैनलों के माध्यम से होती है जो विशेष आयनों के लिए चयनात्मक होते हैं। क्योंकि विश्राम झिल्ली सोडियम की तुलना में पोटेशियम के लिए कहीं अधिक पारगम्य होती है, पोटेशियम अपनी प्रवणता के कारण कोशिका से बाहर निकलने की प्रवृत्ति रखता है, जिससे आंतरिक भाग नकारात्मक हो जाता है जब तक कि विद्युत बल पोटेशियम संतुलन विभव के पास आगे शुद्ध बहिर्वाह का विरोध नहीं करता। एक छोटी सोडियम पारगम्यता सोडियम को अंदर रिसने देती है, जिससे विश्राम विभव उस मान से थोड़ा अधिक धनात्मक रहता है। Na+/K+-ATPase लगातार सोडियम को बाहर और पोटेशियम को अंदर पंप करता है, जिससे उन प्रवणताओं को बहाल किया जाता है जिन्हें निष्क्रिय रिसाव अन्यथा समाप्त कर देता और एक छोटा प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोोजेनिक घटक योगदान देता है। परिणामस्वरूप स्थिर-अवस्था वोल्टेज को गोल्डमैन-हॉजकिन-काट्ज़ समीकरण द्वारा मात्रात्मक रूप से दर्शाया जाता है।
Clinical relevance
विश्राम विभव और इसे बनाए रखने वाली प्रवणताएं तंत्रिका, मांसपेशी और हृदय कोशिकाओं की उत्तेजना को रेखांकित करती हैं, इसलिए बाह्यकोशिकीय आयन सांद्रता या पंप कार्य में गड़बड़ी झिल्ली व्यवहार को बदल देती है। यह क्षेत्र ऐसे परिवर्तनों की व्याख्या करने के लिए उपयोग किए जाने वाले शारीरिक आधार का वर्णन करता है; यह तंत्र पर संदर्भ सामग्री है न कि व्यक्तिगत निदान या उपचार का आधार।
Evidence & guidelines
मुख्य सिद्धांत क्लासिक स्क्विड-एक्सॉन इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और आयन चैनलों और ट्रांसपोर्टरों के बायोफिजिकल माप पर आधारित हैं; वे नैदानिक दिशानिर्देशों के बजाय मानक फिजियोलॉजी और बायोफिज़िक्स ग्रंथों में समेकित हैं।
History
आधुनिक समझ 1930 के दशक से 1950 के दशक में स्क्विड विशाल एक्सॉन पर किए गए कार्य से विकसित हुई। हॉजकिन और काट्ज़ (1949) ने दिखाया कि झिल्ली वोल्टेज कई आयनों के लिए सापेक्ष पारगम्यता पर निर्भर करता है, जिससे पहले के पोटेशियम-इलेक्ट्रोड दृष्टिकोण को परिष्कृत किया गया, और हॉजकिन और हक्सले (1952) ने उत्तेजना के लिए मात्रात्मक ढांचा प्रदान किया। गोल्डमैन के 1943 के स्थिर-क्षेत्र उपचार और स्काउ की 1957 में सोडियम-पोटेशियम पंप की खोज ने यह तस्वीर पूरी की कि विश्राम अवस्था कैसे स्थापित और बनाए रखी जाती है।
Key figures
- Alan Hodgkin
- Bernard Katz
- Andrew Huxley
- David E. Goldman
- Jens Christian Skou
- Bertil Hille
Related topics
Seminal works
- hodgkin-katz-1949
- hodgkin-huxley-1952
- hille-2001
Frequently asked questions
- विश्राम विभव और क्रिया विभव में क्या अंतर है?
- विश्राम विभव एक स्थिर नकारात्मक वोल्टेज है जिसे एक कोशिका तब बनाए रखती है जब वह संकेत नहीं दे रही होती है; क्रिया विभव उत्तेजना के दौरान उस वोल्टेज में एक संक्षिप्त, बड़ा परिवर्तन होता है। यह क्षेत्र विश्राम अवस्था और उन स्थितियों को शामिल करता है जो उत्तेजना को संभव बनाती हैं।
- विश्राम विभव मुख्य रूप से पोटेशियम पर क्यों निर्भर करता है?
- विश्राम अवस्था में झिल्ली में सोडियम चैनलों की तुलना में कहीं अधिक खुले पोटेशियम चैनल होते हैं, इसलिए पोटेशियम पारगम्यता हावी होती है और झिल्ली वोल्टेज पोटेशियम संतुलन विभव के करीब स्थिर हो जाता है।