پیام عصبی و پتانسیل عمل در نورون ها – به زبان ساده
انواع پتانسیل غشا در نورون ها
- پتانسیل آرامش: غشای سلول در حالت ریلکس و پایدار، دارای پتانسیل آرامش است.
- پتانسیل عمل: هنگامی که سلول تحریک و دچار تغییر در پتانسیل غشا میشود. پتانسیل عمل مانند یک کلید دو حالته فقط دو حالت دارد یعنی یا کامل اتفاق می‌افتد یا اتفاق نمی‌افتد.
- پتانسیل پس‌سیناپسی: پتانسیل پس‌سیناپسی دارای درجاتی است و توسط نوروترانسمیترهای نورون پیش‌سیناپسی، تقویت یا مهار میشود.
پتانسیل آرامش چیست؟
پتانسیل عمل چیست؟
تفاوت پتانسیل عمل و پتانسیل پس سیناپسی
تفاوت این دو نوع پتانسیل در جدول زیر آورده شده است:
| پارامتر | پتانسیل عمل | پتانسیل پس‌سیناپسی |
| ویژگی | پیروی از قانون همه یا هیچ | دارای درجه‌بندی |
| دامنه ولتاژ | ۱۰۰ میلی‌ولت | ۱ - ۱۰ میلی‌ولت |
| مدت زمان | ۱۰ - ۴۰ میلی‌ثانیه | ۱ - ۵ میلی‌ثانیه |
| محل | در طول آکسون | غشای سلول پس‌سیناپسی |
| انتشار | بدون کاهش | کاهشی |
مراحل پتانسیل عمل
پتانسیل عمل در اثر محرک‌های پیش‌آستانه‌ای و فرا آستانه‌ای و در طول غشای نورون حرکت می‌کند و به انتهای آکسون می‌رسد. پتانسیل عمل ۴ مرحله اصلی دارد:
- «هیپوپلاریزاسیون» (Hypopolarization)
- «دپلاریزاسیون» (Depolarization)
- «فاز فرارفت» (Overshoot Phase)
- «ریپلاریزاسیون» (Repolarization) (پلاریزاسیون مجدد)
هیپوپلاریزاسیون غشا
افزایش اولیه پتانسیل غشایی تا رسیدن به سطح پتانسیل آستانه که موجب باز شدن کانالهای سدیمی ولتاژدار و شارش فراوان یونهای سدیم به داخل سلول میشود.
دپلاریزاسیون غشا
پلاریزاسیون مجدد
در مرحله ریپلاریزاسیون، کانالهای پتاسیمی وابسته به ولتاژ باز می‌شوند و جریان پتاسیم به خارج از سلول افزایش زیادی پیدا می‌کند که باعث کاهش بار الکتریکی مثبت در داخل سلول میشود. هدف از این فرایند، بازگرداندن پتانسیل آرامش غشا است.
هایپرپلاریزیشن
در این فاز، پتانسیل غشای سلول منفیتر از پتانسیل آرامش است اما مدت کوتاهی پس از آن، سلول دوباره به وضعیت پتانسیل عمل برمی‌گردد.
فازهای تولید پتانسیل عمل
پتانسیل عمل از نظر نفوذپذیری نسبت به یونها به سه فاز تقسیم‌بندی میشود که در ادامه توضیح داده شده‌اند.
دوره مقاومتی
این دوره بلافاصله پس از پتانسیل عمل آغاز میشود و در طول آن، سلول تحریک شده نمی‌تواند پتانسیل عمل جدیدی تولید کند. دوره مقاومتی دو زیرمرحله مطلق و نسبی دارد که در ادامه توضیح داده‌ایم.
مقاومت پذیری مطلق
مقاومت‌پذیری مطلق، با دو سوم ابتداییِ مرحله ریپلاریزاسیون هم‌پوشانی دارد. همان‌طور که گفتیم در ابتدای این مرحله، به دلیل باز بودن تمامی کانالهای سدیمی و یا اتمام ظرفیت آن‌ها برای عبور سدیم، هیچ پتانسیل عمل دیگری قابل تولید نیست. ابتدا باید سلول به پتانسیل آرامش برگردد تا کانالهای سدیمی مجددا ظرفیت لازم برای انتقال سدیم را به دست بیاورند. مرحله مقاومت‌پذیری مطلق، در زمان فعال شدن تعداد کافی از کانالهای سدیمی، به اتمام خواهد رسید.
مقاومت نسبی
دوره‌ای است که تولید پتانسیل عملِ جدید، فقط با محرک فرا‌آستانه‌ای امکان‌پذیر است. این دوره با یک سوم انتهای مرحله ریپلاریزاسیون هم‌پوشانی دارد.
قانون همه یا هیچ در پتانسیل عمل
دامنه پتانسیل عمل مستقل از جریان تولید شده عمل می‌کند یعنی بزرگ بودن جریان، ارتباطی با ایجاد پتانسیل عمل بزرگتر ندارد. بنابراین پتانسیل عمل از قانون همه یا هیچ پیروی می‌کند به این معنی که یا به صورت کامل ایجاد میشود یا ایجاد نمیشود. این مسئله با پتانسیل گیرنده‌ها (با دامنه وابسته به غلظت محرک) فرق می‌کند. اما تداوم هر دو پتانسیل گیرنده و پتانسیل عمل، با غلظت محرک در ارتباط هستند.
محرک های تغییر پتانسیل عمل
- «پیش‌آستانه‌ای» (Subthreshold): نمی‌تواند پتانسیل عمل ایجاد کند.
- «آستانه‌ای» (Threshold): قادر به تولید پتانسیل عمل و تکانه عصبی و بین ۵۰- تا ۵۵- میلی‌ولت است.
- «فرا آستانه‌ای» (Suprathreshold): پتانسیل عمل ایجاد می‌کند اما قدرتی بالاتر از محرک آستانه‌ای دارد.
بلوغ نورون ها و تولید پتانسیل عمل
پتانسیل پیس میکر
«پتانسیل ضربانی» (Pacemaker Potential)، افزایش تدریجی بار مثبت در طول غشای سلولی است که بین انتهای یک پتانسیل عمل و شروع پتانسیل عمل بعدی اتفاق می‌افتد. پتانسیل پیس میکر، شروع ریتم خودانگیخته در سلول‌های تولیدکننده پیس میکر، مقدار تغییرات در پتانسیل آن‌ها، زمان پتانسیل عمل بعدی و در نتیجه، میزان شلیک‌های ذاتی سلول را تعیین می‌کند.
میزان جریان داخلی خالص برای جابجایی پتانسیل غشای سلولی، به دلیل «pAs» اندک است اما این جریان خالص هرازگاهی به وجود می‌آید و سبب تغییر نقش جریان‌های ناشی از ولتاژ و جریان‌های وابسته به زمان میشود.
دستگاه پیس میکر یا ضربان ساز
کاربرد پیس میکر
انواع مختلف تکنولوژی‌ها برای تولید پتانسیل پیس میکر با اهداف درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که از آن جمله می‌توان موارد زیر را نام برد:
- پیس میکرِ بیولوژیک: بیان ژن‌هایی که جریان پیس میکر را می‌سازند برای بهبود تنظیم عملکرد سلول‌های قلبی
- پیس میکرِ مغزی: دستگاهی برای درمان اختلالات حرکتی، اپیلپسی، افسردگی و غیره
- پیس میکرِ کاردیاک: در صورت اختلال در عملکرد سلول‌های قلبی تولیدکننده انقباض عضلانی از دستگاه پیس میکر استفاده میشود. این دستگاه پالس‌های الکتریکی تولید می‌کند و سبب تنظیم ضربان قلب میشود.
- پیس میکرِ دیافراگمی: دستگاهی که به حرکت دیافراگم هنگام تنفس کمک می‌کند.
پتانسیل تعادل غشا سلول
پتانسیل تعادل و پتانسیل غشا
انتقال پیام عصبی توسط نورون ها
تغییر نفوذپذیری غشای نورون‌ها نسبت به انتشار یونهای خاصی، باعث اختلاف بار الکتریکی بین دو سمت غشا و ایجاد یک جریان الکتریکی میشود. این تغییرات از طریق سیناپس، بین نورون‌ها ادامه پیدا می‌کنند که کل این فرایند همان انتقال پیام عصبی است. در ادامه به بررسی پتانسیل آرامش و پتانسیل عمل در نورون‌ها پرداخته‌ایم تا با بررسی این دو مسیر، جزییات بیشتری را در مورد مسیر انتقال پیام عصبی توضیح دهیم.
اگر دو الکترود داشته باشیم که یکی را درون سلول و دیگری را بیرون از آن قرار دهیم، می‌توان اختلاف پتانسیل الکتریکی یا همان ولتاژ را بین این دو الکترود اندازه‌گیری کرد. این اختلاف پتانسیل الکتریکی، پتانسیل غشا نام دارد. اختلاف پتانسیل هم مانند جابجایی، نسبت به یک نقطه مبدأ اندازه‌گیری میشود که برای پتانسیل غشا این مبدأ، خارج سلول است.
در بیشتر نورون‌ها در حالت آرامش، اختلاف پتانسیل در طول غشا حدود ۳۰- تا ۹۰- میلی‌ولت و داخل سلول نسبت به خارج آن منفیتر است. بنابراین این مقدار ولتاژ، پتانسیل آرامش نورون‌ها در نظر گرفته میشود. به دلیل این اختلاف پتانسیل در طول غشای سلولی، غشا، پلاریزه به شمار می‌آید.
اگر پتانسیل غشا مثبت‌تر از پتانسیل آرامش باشد، یعنی غشا دپلاریزه شده است. در صورتی که غشا نسبت به پتانسیل آرامش منفیتر باشد، غشا هایپرپلاریزه محسوب میشود. تمام سیگنال‌های الکتریکی که نورون‌ها برای ارتباط با یکدیگر و انتقال پیام عصبی استفاده می‌کنند، شامل هایپرپلاریزه یا دپلاریزه شدن نسبت به پتانسیل آرامش غشای سلولی هستند. پتانسیل غشا بر اساس اختلاف میزان یونها در دو سمت غشا و تفاوت نفوذپذیری غشا نسبت به یونها اندازه‌گیری میشود.
انواع یون ها در نورون
- یونهای مثبت (کاتیون): سدیم و پتاسیم
- یونهای منفی (آنیون): کلرید و یونهای آلی مانند کربوکسیل
عبور یون ها از غشای سلولی
بعضی از این کانال‌ها همیشه باز هستند و نسبت به عبور یونها اختصاصی عمل نمی‌کنند. اما برخی دیگر، فقط در واکنش به اتصال و برخورد یون یا سیگنال‌های خاصی باز می‌شوند و بسیار اختصاصی عمل می‌کنند. کانالهای یونی که یون پتاسیم را عبور می‌دهند کانال پتاسیمی و کانال‌هایی که اختصاصا سدیم را عبور می‌دهند، کانالهای سدیمی نام دارند. در نورون‌ها پتانسیل آرامش اساسا به جابجایی پتاسیم ربط دارد.
عبور یون پتاسیم از غشا
همان‌طور که ذکر شد، پتانسیل غشای سلولی در حالت آرامش، با جابجایی یون پتاسیم ارتباط دارد. فرض می‌کنیم فقط پتاسیم بتواند از غشا عبور کند و غلظت آن در داخل سلول بیشتر از مایع اطراف نورون باشد. سایر نورون‌ها نیز حضور دارند اما قادر به عبور از غشا نیستند. اگر کانالهای پتاسیمی باز شوند، یون پتاسیم در جهت شیب غلظت خود، از داخل نورون به خارج سلول می‌رود. با خروج هر یون پتاسیم، سلول یک بار مثبت را از دست میدهد که در نهایت به مثبت‌تر شدن جزئی محیط خارجی سلول، نسبت به داخل آن منجر میشود.
نقش یون سدیم در پتانسیل آرامش
سدیم و پتاسیم هر دو در ایجاد پتانسیل آرامش نورون‌ها دخیل هستند. نفوذپذیری غشا به یون سدیم، علت اصلی تفاوت پتانسیل آرامش با پتانسیل تعادل پتاسیم است. فرض کنیم غشای سلولی فقط نسبت به یون سدیم نفوذپذیری دارد. غلظت پتاسیم به طور معمول در خارج از سلول بیشتر است بنابراین جهت جابجایی این یون از خارج به سمت داخل سلول خواهد بود و موجب مثبت‌تر شدن داخل سلول میشود. به همین دلیل، پتانسیل تعادل سدیم (پتانسیل الکتریکی برابر با شیب غلظت سدیم)، مثبت خواهد بود.
پس در یک سیستم که فقط نسبت به یون سدیم نفوذپذیر باشد، پتانسیل غشا مثبت خواهد بود. نورون در وضعیت آرامش، نسبت به هر دو یون پتاسیم و سدیم نفوذپذیری دارد. پتانسیل غشای سلولی بین پتانسیل تعادلی پتاسیم و سدیم قرار گرفته است اما به پتانسیل یونی که غشا نسبت به آن نفوذپذیرتر است نزدیک‌تر خواهد بود.
کانال های یونی و پتانسیل غشا
در نورون، پتانسیل آرامش غشا به پتانسیل تعادل پتاسیم نزدیک‌تر است چون غشا در حالت استراحت نسبت به یون پتاسیم نفوذپذیری بالاتری دارد. اگر کانالهای پتاسیمی بیشتری در غشا نورون وجود داشتند، غشا هایپرپلاریزه و پتانسیل آرامش به پتانسیل تعادل پتاسیم نزدیک‌تر می‌شد. اما اگر کانالهای سدیمی بیشتری وجود داشت، غشا دپلاریزه می‌شد. بنابراین تعداد کانالهای موجود و کانالهای باز، راهی برای کنترل پتانسیل غشا و تولید سیگنال‌های الکتریکی است.
پمپ سدیم پتاسیم
شیب غلظت یونهای سدیم و پتاسیم در غشای سلول (و بنابراین پتانسیل آرامش غشا) با فعالیت یک پروتئین به نام سدیم-پتاسیم ATPase یا پمپ سدیم - پتاسیم انجام میشود. در صورت غیرفعال شدن این پمپ، جهت شیب غلظت سدیم و پتاسیم و در نهایت پتانسیل غشا، تغییر می‌کند. پمپ سدیم-پتاسیم نیز مانند کانالهای سدیمی و پتاسیمی، یک پروتئین گذرنده از غشا است اما بر اساس شیب الکتروشیمیایی کار نمی‌کند بلکه به صورت فعال، سدیم و پتاسیم را بر خلاف شیب الکتروشیمیایی جابجا می‌کند.
سرعت انتقال پیام عصبی در نورون
علت این پدیده عدم دپلاریزه شدن در محل غلاف است در صورتی که در نورون‌های بدون میلین، تمام طول آکسون باید دپلاریزه شود. در نقاطی از سیستم عصبی که انتقال پیام و پاسخ به آن نیاز به سرعت بالاتری دارند، نورون‌ها دارای قطر بیشتر و میلین هستند.
سرعت هدایت پیام عصبی در آکسون‌هایی با قطر بیشتر، افزایش می‌یابد، به این معنی که آن‌ها قادر به ارسال سریعتر سیگنال‌ها هستند چون مقاومت کمتری در برابر جریان یون وجود دارد. یونهای زیادی وارد آکسون می‌شوند و هرچه فضای بیشتری برای انتقال آن‌ها وجود داشته باشد، سرعت جابجایی بیشتر است و احتمال برخورد آن‌ها با موانعی مانند اندامک‌های سلولی کاهش خواهد یافت.
اثر نوروتوکسین ها بر پتانسیل عمل
«نوروتوکسین» (Neurotoxin) طبیعی یا سنتتیک از انجام پتانسیل عمل و انتقال پیام عصبی از نوع درد ممانعت می‌کند. این مهارکننده‌های کانالهای یونی، موارد خوبی برای مطالعه عملکرد غشای نورون و استفاده از متوقف کردن انتخابی این کانال‌ها با مقاصد درمانی هستند.
- تترودوکسین: توسط پف‌ماهی‌ها تولید میشود.
- ساکسیتوکسین: نوعی فیتوپلانکتون داینوفلاژله به نام گونیالاکس این سم را تولید می‌کند که پتانسیل عمل را با مهار کردن کانال سدیمی حساس به ولتاژ، بلوکه می‌کند.
- دندروتوکسین: مار مامبای سیاه با تولید دندروتوکسین، کانال پتاسیمی وابسته به والتاژ را مهار می‌کند.
استفاده درمانی از پتانسیل عمل غشا
با شناخته شدنِ مکانیسم عمل نورون‌ها، از این فرایند برای تولید داروهای مهارکننده درد و داروهای بی‌حسی استفاده شد. داروهایی مانند پروکایین، تتراکایین و لیدوکایین، با کم‌کردن نفوذپذیری غشا نسبت به یون سدیم، تحریک‌پذیری غشا و انتقال پیام عصبی را کاهش می‌دهند.
مطالب مجله فرادرس را در جستجوی گوگل سریعتر ببینید
عالی عالی🙏
سلام وقتتون بخیر
میشه بفرمایید که شکل اثر محرک و تبدیل به پیام عصبی چه ارتباطی با پتانسیل عمل و آرامش دارد ؟
ممنون میشم بگید
سلام وقتتون بخیر
ارسال پیام عصبی اگه متوقف بشه چه اتفاقی می افته؟؟
ببخشید میشه توضیح بدیدکه چگونه مواد شیمیایی توی سلول پس سیناپسی تبدیل به تکانه ی عصبی ی توی سلولقبلی میشه
سلام لطف میکنید جواب این سوال را سریع بدهید برای امروووز نیاز دارم خواهشا.
باافزایش فعالیت کانال های پتاسیمی چه اتفاقی در پتانسیل عمل سلول رخ میدهد توضیح دهید؟
هدایت پیام عصبی در طول نورون نیازمند ATP هست؟
سلام چرادپولاریزاسیون آهسته منجر به پتانسیل عمل نمی شود؟لطفا جواب بدید.
ممنون مطلب شما کاملترین مطلبی بود که من تونستم تو اینترنت پیدا کنم ولی خواهش دارم که لطف کنید وبه سوالات پاسخ بدین چون هنوز سوالات بیجواب هست یک کتاب بیزحمت در این زمینه معرفی بفرمایین سوال من. اینه که چرا داخل غشا در حالت استراحت منفیتر است ؟درسته جوابش اینه که تعداد یونهای پتاسیم کمتره در داخل غشا ،ولی چرا ، بر اساس قوانین شیمی در مورد یونها و شیب غلظت و تعادل الکتریکی وشیمیایی که تخصص شما هم هست این اتفاق رو بیشتر توضیح بدین خیلی ممنون ااز شما
غشای نورون نسبت به پتاسیم نفوذ پذیر تر هست. یعنی تعداد یون های پتاسیم خروجی از سدیم های ورودی بیشتر هست که باعث منفی تر شدن داخل سلول عصبی میشه. درضمن پمپ سدیم پتاسیم در هر بار فعالیت سه تا سدیم رو خارح و دو تا پتاسیم رو وارد نورون میکنه. یعنی این هم با هر بار فعالیت داخل نورون رو نسبت به بیرون منفی تر میکنه
سلام الهی من دورتون بگردم من دانشجوی هستم برا کنکورم ۳روزِ از کتابهای کالات و معظمی و گایتون گرفته تا ۱۰ تا مطلب از سایتهای مختلف رو گشتم تا چرخه پتانسیل استراحت و عمل رو متوجه بشم برای درس نوروسایکولوژی هرکدوم یجوری توضیح دادن که بیشتر باعث سردرگمیم شد تا درک موضوع الان با ناامیدی گفتم یبار دیگه نگاه کنم شاید جایی توضیح روان تری باشه که این سایت و مطالب شما رو دیدم واقعانمیدونم به چه زبانی ازتون تشکر کنم خدا خیرتون بده با خودندن نوشته های شما در عرض چند دقیقه کل مسئله برام حل شد بس که ساده و روان توضیح دادین . نتیجه این کمکتون حتما بهتون برمیگرده ازتون خیلی ممنونم????
چرا ایجاد دپلاریزاسیون اهسته منجر به رخداد پتانسیل عمل نمیشود؟
سلام وقتتون بخیر
دلیل اینکه غشا نسبت به پتاسیم نفوذ پذیر تره چیه؟
سلام ببخشید دلیل اینکه در هنگام اعتیاد لوب پیشانی مغز دیر تر بهبود می یابد چیست؟
ممنون میشم جواب بدید.
سلام چرا افزایش قطر رشته ی عصبی باعث افزایش سرعت پیام در اون میشه؟
چون کانالهای نشتی پتاسیم تعدادشون بیشتر است
سلام همراه گرامی،
چون مقاومت کمتری در برابر جریان یون در آکسون‌هایی با قطر بالاتر وجود دارد. یونهای زیادی وارد آکسون می‌شوند و هرچه فضا برای انتقال آن‌ها بیشتر باشد، سرعت جابجایی بالاتر است و احتمال برخورد آن‌ها با موانعی مانند اندامک‌های سلولی کمتر خواهد شد.
سلام وققتون بخیر.
میخواستم بدونم هنگامی که اختلاف پتانسیل دو سوی غشای نورون کم ترین مقدار است وضعیت کانال های نشتی،کانال های دریچه دار و پمپ سدیم_پتاسیمی چیست؟؟؟
سلام.منظور از هدایت جهشی در محل گره های رانویه چیست؟
سلام دوست گرامی
پیام عصبی در محل گره‌های رانویه، به گره بعدی منتقل میشه و به این ترتیب در نورون‌های میلین‌دار، پیام سریعتر و به صورت جهشی از گره‌ای به گره بعدی انتقال پیدا میکنه.
سلام
میخواستم بدونم میشود به نحوی تمام پتانسیل های عمل رو به پس سیناپسی تبدیل کرد مثلا با الکترود مغزی