فرط الاستقطاب هو عملية بيولوجية يزداد فيها جهد الغشاء ويتجاوز قيمة الراحة. هذه الآلية مهمة لوظيفة العضلات والأعصاب وكذلك الخلايا الحسية في جسم الإنسان. من خلاله ، يمكن تمكين الحركات مثل حركة العضلات أو الرؤية والتحكم فيها من قبل الجسم.
ما هو فرط الاستقطاب؟
فرط الاستقطاب هو عملية بيولوجية يزداد فيها جهد الغشاء ويتجاوز قيمة الراحة. هذه الآلية مهمة لوظيفة العضلات والأعصاب وكذلك الخلايا الحسية في جسم الإنسان. الخلايا في جسم الإنسان محاطة بغشاء. ويسمى أيضًا غشاء البلازما ويتكون من طبقة ثنائية الدهون. يفصل المنطقة داخل الخلايا ، السيتوبلازم ، عن المنطقة المحيطة. التوتر الغشائي للخلايا في جسم الإنسان ، مثل الخلايا العضلية أو الخلايا العصبية أو الخلايا الحسية في العين ، له إمكانية الراحة في حالة الراحة. ينتج هذا الجهد الغشائي عن حقيقة وجود شحنة سالبة داخل الخلية وشحنة موجبة في المنطقة خارج الخلية ، أي خارج الخلايا. تختلف قيمة جهد الراحة باختلاف نوع الخلية. إذا تم تجاوز جهد الغشاء هذا ، يحدث فرط استقطاب الغشاء. ونتيجة لذلك ، يصبح جهد الغشاء سالبًا أكثر من جهده أثناء الراحة ، أي أن الشحنة داخل الخلية تصبح أكثر سالبة. يحدث هذا عادة بعد فتح أو حتى إغلاق القنوات الأيونية في الغشاء. هذه القنوات الأيونية بوتاسيوم, الكلسيوم, كلوريد و صوديوم القنوات التي تعمل بطريقة تعتمد على الجهد. يحدث فرط الاستقطاب بسبب الاعتماد على الجهد بوتاسيوم القنوات التي تستغرق وقتًا لإغلاقها بعد تجاوز إمكانية الراحة. ينقلون الشحنة الموجبة بوتاسيوم الأيونات في المنطقة خارج الخلية. ينتج عن هذا لفترة وجيزة شحنة أكثر سالبة داخل الخلية ، فرط الاستقطاب.
الوظيفة والمهمة
فرط الاستقطاب غشاء الخلية هو جزء مما يسمى ب إمكانات العمل. هذا يتكون من عدة مراحل. المرحلة الأولى هي عبور عتبة إمكانات غشاء الخليةيليه إزالة الاستقطاب ، توجد شحنة موجبة أكثر داخل الخلية. ويتبع ذلك عودة الاستقطاب ، مما يعني أنه يتم الوصول إلى إمكانات الراحة مرة أخرى. ويتبع ذلك فرط الاستقطاب قبل أن تصل الخلية إلى إمكانات الراحة مرة أخرى. تعمل هذه العملية على نقل الإشارات. تشكل الخلايا العصبية إمكانات العمل في محور عصبي منطقة التل بعد تلقي إشارة. ثم ينتقل هذا على طول محور عصبي في شكل إمكانات العمل. ال نقاط الاشتباك العصبي من الخلايا العصبية ثم تنقل الإشارة إلى التالية الخلايا العصبية في شكل نواقل عصبية. يمكن أن يكون لها تأثير منشط أو تأثير مثبط. هذه العملية ضرورية في إرسال الإشارات في الدماغ، على سبيل المثال. تحدث الرؤية أيضًا بطريقة مماثلة. تستقبل الخلايا الموجودة في العين ، أو ما يسمى بالقضبان والمخاريط ، الإشارة من المنبه الضوئي الخارجي. ينتج عن هذا تشكيل إمكانات العمل ثم ينتقل الحافز إلى الدماغ. ومن المثير للاهتمام هنا أن تطور التحفيز لا يحدث عن طريق إزالة الاستقطاب كما هو الحال في الخلايا العصبية الأخرى. تمتلك الخلايا العصبية إمكانات غشائية تبلغ -65 مللي فولت في وضع الراحة ، في حين أن المستقبلات الضوئية لها إمكانات غشاء تبلغ -40 مللي فولت عند إمكانية الراحة. وبالتالي ، لديهم بالفعل إمكانات غشاء أكثر إيجابية من الخلايا العصبية في حالة الراحة. في الخلايا المستقبلة للضوء ، يحدث تطور المنبه من خلال فرط الاستقطاب. نتيجة لذلك ، تطلق المستقبلات الضوئية أقل ناقل عصبي ويمكن للخلايا العصبية في اتجاه مجرى النهر تحديد شدة إشارة الضوء بناءً على انخفاض الناقل العصبي. ثم تتم معالجة هذه الإشارة وتقييمها في ملف الدماغ. يؤدي فرط الاستقطاب إلى إمكانية تثبيط ما بعد المشبكي (IPSP) في حالة الرؤية أو بعض الخلايا العصبية. من ناحية أخرى ، في حالة الخلايا العصبية ، غالبًا ما تنشط إمكانات ما بعد المشبكي
(APSP). وظيفة أخرى مهمة لفرط الاستقطاب هي أنه يمنع الخلية من إعادة تنشيط إمكانات العمل بسرعة كبيرة بسبب إشارات أخرى. وبالتالي ، فإنه يمنع مؤقتًا تكوين التحفيز في الخلايا العصبية.
الأمراض والاضطرابات
قلب وخلايا العضلات لديها قنوات HCN. ترمز HCN هنا إلى قنوات الكاتيونات الحلقية ذات النوكليوتيدات الحلقية التي تنشط بفرط الاستقطاب ، وهي قنوات كاتيون ينظمها فرط استقطاب الخلية. في البشر ، تُعرف 4 أشكال من قنوات HCN هذه. يشار إليها باسم HCN-1 حتى HCN-4. إنهم يشاركون في تنظيم إيقاع القلب وكذلك في نشاط الخلايا العصبية المنشطة تلقائيًا. في الخلايا العصبية ، يقاومون فرط الاستقطاب بحيث يمكن للخلية أن تصل إلى الجزء الساكن بسرعة أكبر. وبالتالي فهي تقصر ما يسمى بفترة الانكسار ، والتي تصف المرحلة بعد نزع الاستقطاب. في قلب الخلايا ، من ناحية أخرى ، تنظم إزالة الاستقطاب الانبساطي ، والتي يتم إنشاؤها في عقدة الجيوب الأنفية من القلب. في الدراسات التي أجريت على الفئران ، تبين أن فقدان HCN-1 ينتج عنه خلل في الحركات الحركية. يؤدي غياب HCN-2 إلى تلف الخلايا العصبية والقلب ، ويؤدي فقدان HCN-4 إلى موت الحيوانات. من المتوقع أن ترتبط هذه القنوات بـ صرع في البشر. بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن الطفرات في شكل HCN-4 تسبب عدم انتظام ضربات القلب في البشر. هذا يعني أن بعض الطفرات في قناة HCN-4 يمكنها ذلك قيادة إلى عدم انتظام ضربات القلب. لذلك ، تعتبر قنوات HCN أيضًا هدفًا للعلاجات الطبية عدم انتظام ضربات القلب، ولكن أيضًا للعيوب العصبية التي يستمر فيها فرط استقطاب الخلايا العصبية لفترة طويلة جدًا. المرضى الذين يعانون عدم انتظام ضربات القلب بسبب خلل في قناة HCN-4 يتم التعامل مع مثبطات 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.
