الظواهر الكهربائية في الخلايا الحية

الظواهر الكهربائية في الخلايا الحية، تأملت إحدى الفتيات بدهشة مخطط القلب الكهربائي الذي أجراه الطبيب لوالدها،

وقالت لا أرى غير مجموعة من الخطوط المتموجة،

كيف يسجّل الطبيب هذا المخطط؟ وكيف يشخص من خلاله الأمراض؟

هناك أجهزة عديدة مخصصة لذلك. ومن خلال تدريب الطبيب عليها يعرف التشخيص.

ومخطط القلب الكهربائي هو أحد الظواهر الكهربائية في الخلايا الحية.

وفيما يلي في هذا المقال عدد من الظواهر الكهربائية الأخرى التي سوف تساعدك على فهم الموضوع بصورة أفضل.

أولى الظواهر الكهربائية: كمون الغشاء

تبدي جميع الخلايا الحية عبر أغشيتها فرقاً في الكمون،

يعرف باسم كمون الغشاء، كما يكون هذا الكمون ثابتاً في الخلايا غير القابلة للتنبه مثل خلايا الدبق العصبي،

لكن يتغير كمون الغشاء في الخلايا القابلة للتنبه كالخلايا العصبية والحسية والعضلية والغدية والخلية البيضية الثانوية.

قنوات التسرب البروتينية

قنوات بروتينية توجد في غشاء الليف، تكون مفتوحة باستمرار، كما تتحدد حركة الشوارد عبرها حسب ممال (تدرج) التراكيز.

العوامل التي تسهم في جعل غشاء الليف مستقطباً في حالة الراحة

1. النفاذية الاصطفائية العالية لغشاء الليف لشوارد البوتاسيوم،

وقلّة نفاذيته لشوارد الصوديوم، والسبب أنّ عدد قنوات التسرب البروتينية الخاصة بشوارد البوتاسيوم في الغشاء،

يزيد على عدد القنوات الخاصة بشوارد الصوديوم؛

ممّا يسمح بخروج شوارد البوتاسيوم بنسبة أكبر من دخول شوارد الصوديوم.

2. وجود مواد عضوية كبيرة الحجم مشحونة بشحنة سالبة (A) داخل الليف،

لا تستطيع النفاذ.

3. مضخات الصوديوم والبوتاسيوم (Na Kum) الموجودة في الغشاء،

إذ تنقل كل مضخة ثلاث شوارد صوديوم (Na) نحو الخارج مقابل استعادة شاردتي بوتاسيوم (2K) نحو الداخل،

كما يتم ذلك بصرف طاقة (ATP) بعملية النقل النشط.

الظاهرة الثانية: كمون الراحة

هو الفرق في الكمون في أثناء الراحة بين السطح الخارجي لغشاء الليف الذي يحمل شحنات موجبة،

والسطح الداخلي له الذي يحمل شحنة سالبة.

ويقدر بنحو (70mV-) والإشارة السالبة للكمون هي اصطلاح إلى نوع الشحنة داخل الليف.

سبب ظاهرة كمون الراحة يعود إلى فروق في التراكيز الشاردية على جانبي غشاء الليف،

لشوارد الصوديوم والبوتاسيوم والكلور والشرسبات A وهي مواد عضوية كبيرة الحجم مشحونة بشحنة سالبة وشوارد أخرى.

لكن الشاردة الأكثر تأثيراً في نشوء كمون الراحة هي: شاردة البوتاسيوم.

رقم 3 من الظواهر الكهربائية: كمون العمل

لا تكمن قدرة الخلايا العصبية على تشكيل كمون الراحة والحفاظ عليه فقط،

لكن في إحداث الاضطراب المفاجئ والمؤقت لكمون الراحة استجابة للمنبهات.

كما يمكن ملاحظة نوعين من التغيرات عند التنبيه: هما حدّ عتبة التنبيه وكمونات العمل.

يؤدي تنبيه الليف العصبي بشدة كافية إلى زوال جزئي للاستقطاب،

نتيجة دخول شوارد الصوديوم إلى داخل الليف بكميات قليلة جداً في البدء،

وهكذا يزول الاستقطاب تدريجياً للوصول إلى حدّ العتبة اللازم لإطلاق كمون عمل،

لكن إذا كانت شدة المنبه لا تكفي للوصول إلى حدّ العتبة، فلا ينشأ كمون العمل.

ملحوظات

تبلغ قيمة حدّ العتبة في الألياف العصبية الثخينة بحدود (65) ميلي فولت،

كما في الألياف صغيرة القطر تبلغ (55) ميلي فولت تقريباً.

عند وضع أحد مسربي راسم الاهتزاز المهبطي على السطح الخارجي لليف والآخر على السطح الداخلي،

وباستخدام منبه عتبوي،

يظهر على الشاشة مجموعة من التبدلات في الكمون بشكل موجة مؤنفة وحيدة الطور تسمّى الشوكة الكمونية.

مثال رقم 4 من الظواهر الكهربائية كمون العمل ثنائي الطور

يقاس كمون العمل ثنائي الطور بوضع مسريي راسم الاهتزاز المهبطي

في نقطتين متباعدتين على السطح الخارجي لليف المنبه.

تمثل الموجة الأولى حالة إزالة الاستقطاب لغشاء الليف،

لكن تمثل الموجة الثانية حالة إعادة الاستقطاب.

كما أن لكمون العمل ثنائي الطور استخدامات طبية مهمة كالتخطيط الكهربائي للقلب والعضلات والدماغ.

ملاحظات هامة

مضخات الصوديوم والبوتاسيوم ليس لها دور في تغيير كمون العمل

بل الحفاظ على تركيز الشوارد على جانبي الغشاء.

قنوات التبويب الكمونية (الفولطية) قنوات بروتينية توجد في غشاء الليف،

تفتح وتغلق حسب فرق الكمون على جانبي الغشاء.