جهد الفعل

 جهد الفعل

 Action Potential 

جهد الفعل هو تغيير سريع ومؤقت في الجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية العصبية أو العضلية (الخلايا القابلة للإستثارة)، وينتقل هذا التغيير عبر الغشاء كسلسلة من الأحداث المتتابعة. إنه الآلية الأساسية التي تستخدمها الخلايا العصبية للتواصل ونقل الإشارات لمسافات طويلة داخل الجسم.

1- كيفية حدوث جهد الفعل :

تبدأ العملية عندما يصل محفز (Stimulus) إلى الخلية ويسبب تغييرا في جهد الغشاء، يرفع هذا الجهد إلى مستوى حرج يعرف بإسم عتبة الإستثارة (Threshold). إذا تم تجاوز هذه العتبة، يحدث جهد الفعل وفقا لمبدأ "إما الكل أو لا شيء" (All-or-None).

يتكون جهد الفعل من ثلاث مراحل رئيسية :

1-1- إزالة الإستقطاب (Depolarization) :

 أ- الجهد المستقر : في حالة الراحة، يكون جهد غشاء الخلية سالبا (يعرف بجهد الراحة، عادة حوالي -70 mV )

 ب- الفتح : عند الوصول إلى العتبة، تنفتح قنوات الصوديوم (Na+) المبوبة بالفولتية بشكل مفاجئ وسريع.

 ج- الإندفاع : يتدفق أيون الصوديوم الموجب الشحنة بسرعة إلى داخل الخلية، مما يجعل الغشاء من الداخل أقل سالبية ثم موجبا (يصل الجهد إلى ذروته، حوالي  +30 mV).

2-1- إعادة الإستقطاب (Repolarization) :

 أ- الإغلاق : تغلق قنوات الصوديوم المبوبة بالفولتية بسرعة (تصبح غير نشطة).

 ب- الفتح : تنفتح قنوات البوتاسيوم (K+) المبوبة بالفولتية ببطء.

 ج- الخروج : يتدفق أيون البوتاسيوم الموجب الشحنة إلى خارج الخلية، مما يعيد الشحنة الداخلية للغشاء إلى السالبية.

3-1- فرط الاستقطاب (Hyperpolarization) :

 أ- تجاوز العتبة : تستمر قنوات البوتاسيوم في البقاء مفتوحة لفترة وجيزة بعد الوصول إلى جهد الراحة.

 ب- الإنخفاض : يؤدي تدفق البوتاسيوم الإضافي إلى الخارج إلى جعل جهد الغشاء أكثر سلبية من جهد الراحة (مثلا، يصل إلى  -80 mV).

 ج- العودة للراحة : تعود قنوات البوتاسيوم للإغلاق، وتعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na+/K+ pump) على إعادة تركيزات الأيونات إلى وضعها الأصلي داخل وخارج الخلية، ويعود الغشاء إلى جهد الراحة.

2- أهميته :

جهد الفعل ضروري للحياة لأنه :

 أ- ناقل الإشارة : يتيح للخلايا العصبية نقل المعلومات الحسية والحركية والمعرفية بسرعة عبر الجهاز العصبي.

 ب- تنظيم العضلات : يبدأ إنقباض العضلات (بما في ذلك عضلة القلب) عن طريق تغيير جهد الغشاء.

3- دور الأيونات في جهد الفعل :

تلعب الأيونات (Ions) دورا محوريا وحاسما في توليد ونقل جهد الفعل، حيث أن التغيرات في نفاذية الغشاء لهذه الأيونات هي التي تسبب التحولات الكهربائية السريعة عبر غشاء الخلية. الأيونات الرئيسية المتضمنة هي الصوديوم (Na+) والبوتاسيوم (K+).

1-3- أيونات الصوديوم (Na+) : 

إزالة الإستقطاب (Depolarization) 

أ - التركيز : يكون تركيز أيونات الصوديوم أعلى بكثير خارج الخلية في السائل خارج الخلوي، وأقل داخل الخلية.

ب - الدور الرئيسي : عند وصول المحفز إلى عتبة الإثارة، تنفتح قنوات الصوديوم المبوبة بالفولتية بسرعة.

ج - الحركة : يندفع أيون Na+ بسرعة إلى داخل الخلية (مدفوعا بالتدرج التركيزي والكهربائي).

 - النتيجة : يؤدي هذا التدفق الداخلي للشحنات الموجبة إلى جعل باطن الخلية موجبا (إزالة الإستقطاب)، وهي المرحلة الصاعدة من جهد الفعل.

2-3- أيونات البوتاسيوم (K+) : 

إعادة الاستقطاب (Repolarization) 

 أ- التركيز : يكون تركيز أيونات البوتاسيوم أعلى بكثير داخل الخلية، وأقل خارجها.

 ب- الدور الرئيسي : بعد فترة وجيزة من فتح قنوات الصوديوم، تنفتح قنوات البوتاسيوم المبوبة بالفولتية ببطء.

 ج- الحركة : يتدفق أيون K+ إلى خارج الخلية (مدفوعا بالتدرج التركيزي).

 د- النتيجة : يؤدي هذا التدفق الخارجي للشحنات الموجبة إلى إعادة باطن الخلية إلى شحنته السالبة (إعادة الإستقطاب)، وهي المرحلة الهابطة من جهد الفعل.

3-3- مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na+ /K+ Pump) :

بعد إكتمال جهد الفعل، تكون تركيزات الأيونات قد تغيرت قليلا (دخل قليل من Na+ وخرج قليل من K+).

 أ- الدور : تعمل هذه المضخة النشطة (التي تتطلب طاقة ATP) على إعادة توزيع الأيونات للحفاظ على جهد الراحة إستعدادا لجهد الفعل التالي.

 ب- الآلية : تقوم بإخراج ثلاثة أيونات صوديوم (3 Na+) من الخلية مقابل إدخال أيونين من البوتاسيوم (2 K+) إليها. 

باختصار، جهد الفعل هو النبض الكهربائي الذي يشغل الجهاز العصبي والعضلي في الجسم.