نوروبیولوژی: ویژگی های ذاتی غشای سلول عصبی

همه ما یک سری عددیم و می‌توانیم به یک ولتاژ یا یک پتانسیل عملی تبدیل شویم. چرا و چگونه می‌توان این حرف را توجیه کرد؟ منظور چیست که می‌گوییم ما هم یک جور اعداد متحرکیم؟

از روی رفتار حرکتی یک سری موتور نورون از مغز به عضله می‌رسند و عضله را وادار به انقباض می‌کنند. این یک دستور است که از بالا می‌آید، حالا این دستور چگونه منتقل می‌شود که ما مثلاً می‌گوییم حرکت آرنج دست ما یک عدد است. این از آنجا نشئت می‌گیرد که نورونی که از بالا دست به عضله می‌آید وقتی به عضله می‌رسد مثلاً اراده کردیم شیئی را برداریم سلول‌های کورتکس به موتورنورون دستور می‌دهند که پتانسیل عمل ایجاد کنند. پس یک تحریک الکتریکی ایجاد می‌کند. تحریک اکتریکی به انتهای موتورنورون می‌رسد به عضله استیل کولین ریلیز می شود که روی سلول عضلانی، گیرنده دارد. گیرنده‌های نیکوتینی باعث باز شدن کانال‌های یونی می‌شوند. سدیم وارد سلول می‌شود و در نتیجه داخل سلول مثبت می‌شود و پتانسیل عمل ایجاد می‌شود که قابل تبدیل شدن به یک عدد است.

حالا این .A.Pها چگونه شکل می‌گیرند؟ چه اتفاقی می‌افتد که این جریان دست تبدیل می‌شود به یک پیک مثبت؟ در غشا دو لایه فسفولیپیدی سلول گیرنده وجود دارد. کانال و پمپ وجود دارد. این کانال‌ها و پمپ‌ها یک سنسوری دارند. وقتی ماده شیمیایی ریلیز شود. سنسورها حساس می‌شوند، کانال‌ها باز می‌شوند و  سدیم وارد سلول می‌شود یک ولتاژ مثبت رو به بالا شکل می‌گیرد. قطعه ابتدایی (initial segment) آکسون این جریان ولتاژی به شکل دومینو حرکت می‌کند و سیگنال عصبی را تا آخر آکسون می‌برد.

ما اگر دستمان را داخل پریز کنیم برق ما را می گیرد. چرا؟ چون ما رساناییم چرا هر محیطی که داخلش ب وجود داشته باشد محیط رساناست چون می‌تواند یونیزه شود و در بدن ما انواع یون‌ها و الکترولیت‌ها وجود دارد. اکثر الکترولیت‌ها شامل نمک‌ها هستند و نمک‌ها می‌توانند به یون‌های مثبت و منفی یونیزه شوند و بار دارند. پس ما رساناییم چون پر از محلول یونی هستیم که باردار است و این بارها قابلیت این را دارند که از غشای فسفولیپیدی جابجا شوند و این جابجایی باعث می‌شود که به محیط اطراف واکنش نشان دهیم. چطور می‌شود که ما نوری می‌بینیم و آن را تفسیر می‌کنیم به نور سفید یا آبی؟ یا مثلاً یک چیز ترش یا شیرین که می‌خوریم می‌گوییم ترش است یا شیرین است؟ یا چگونه ما صافی یا زبری اجسام را لمس می‌کنیم؟ این موارد به تعامل با محیط برمی‌گردد به اینکه ما اینها را به صورت پتانسیل‌های محلی تفسیر می‌کنیم ین پتانسیل‌های محلی وقتی به نورون می‌رسند این قابلیت را دارند که پیام‌شان را به نورون منتقل کنند و نورون آن را به صورت پتانسیل به محیط‌های بالادست و پایین‌دست برسد پس تمام تعامل ما با محیط اطراف به خاطر این است که ما رساناییم و از یون‌های مختلف پوشیده شدیم. 

ویژگی‌های غشا (Memberane properties) 

یون‌ها سر خود نمی‌توانند وارد سلول شوند یا از آن خارج شوند. ویژگی‌های غشای پلاسمایی سلول‌های عصبی چیست؟ 

۱- نیمه نفوذپذیرند (semipermeability) یعنی به آب اجازه اجازه نمی‌دهد راحت وارد سلول شود آب با پمپ‌های آکواپورین جابه‌جا می‌شوند. اما گازها به شدت نفوذپذیر است چون جنس غشای یاخته لیپیدی یعنی فسفولیپیدی است. مثلاً گاز میدازولام در بی‌هوشی به کار می‌رود که گازی کاملا قابلیت حل شدن در چربی‌ها را دارند پس غشای دو لایه به گازها نفوذپذیری ۱۰۰ درصد دارند. یا مثلاً افراد به الکل سریع واکنش نشان می‌دهند چون به راحتی از غشای فسفولیپیدی رد می‌شود غشا به یون‌ها نفوذناپذیر است. پس برای جابجایی یون‌ها کانال وجود دارد. مهم‌ترین یون‌های بدن کدام‌اند؟ کلسیم، سدیم، کلر و… 

و بعضی‌ها چنل‌های حساس به ولتاژند. بعضی‌ها حساس به لیگاندند. بعضی از چنل‌ها به کشش حساس هستند. در سیستم شنوایی، چرخش سلیاها کشش ایجاد می‌کند توسط یک سری پروتئین‌ها و این کشش باعث می‌شود کانال‌ها باز شوند و پتاسیم وارد سلول شنوایی شود و باعث مکانیسم‌های شنیدن می‌شود.

۲- دوگانه دوست (آمفی‌پاتیک) است؛ یعنی غشا به گونه‌ای آرایش پیدا کرده که قسمت‌های رو به خارج و قسمت‌های رو به داخل سلول، پولار هستند و قسمت‌هایی که در داخل قرار گرفتند و زنجیره‌های اسید چرب‌اند غیرقطبی هستند و این پولاریته که ایجاد کرده باعث شده semipolar باشد. اتفاقات در غشای سلول عصبی رخ می‌دهد و آن را به یک biologic cable سیم یا کابل بیولوژیک تبدیل کرده است یعنی غشای سلول عصبی به خصوص آکسون آن تبدیل به یک سیم انتقال دهنده جریان عصبی شده است ویژگی‌های یک سلول عصبی نسبت به یک سلپل دیگر مثلاً پوستی یا عضلانی در چیست؟ 

۱- excitability

۲- Cundatibility

exitability برای سلول عصبی کار شاقی نیست اگر Cundatibility نداشته باشد. اصل و فلسفه اینکه می‌گوییم سیم است این است که رابط جریان است چرا این ویژگی‌ها به وجود آمده و به چه چیز برمی‌گردد نوروبیولوژی سلول عصبی در دو بخش مورد بحث قرار می گیرد ویژگی‌های غشاء (memberém properties)

1. Passive Properties
2. Active Properties

Pasisive Properties 

یکی از این ویژگی‌های پسیو: ویژگی‌های ذاتی غشا، RMP است. مثال اگر قرار باشد از یک سمت اتاق به انتهای آن برویم ممکن است نفر اول به سرعت به انتهای اتاق برسد نفر دوم تازه فکر کند که چرا باید به آنجا برویم و نفر سوم مشغول جمع کردن وسایلش باشد. سه مدل رفتار مختلف برای یک دستور حرکت دیدیم. چرا؟ مثلاً می‌گوییم ذاتاً فلانی هول است یا ذاتاً کُند است.

• برخی سلول‌های عصبی ذاتاً اکتیو هستند.
• برخی سلول‌های عصبی ذاتاً تنبل یا Lazy cell هستند.

در سلول‌های عصبی برخی RMP آنها مثلاً ۶۵- است.

در سلول‌های عصبی برخی RMP آنها مثلاً ۹۰- است.

در سلول‌های عصبی برخی RMP آنها مثلاً ۴۵- است.

وقتی از ویژگی‌های ذاتی سلول‌های عصبی صحبت می‌کنیم منظورمان آستانه اولیه‌ای است که سلول‌های عصبی دارند که یکی از آن ویژگی‌های ذاتی RMP آنهاست. تفاوت این سه مدل سلول با RMPهای متفاوت در چیست؟ آن سلول که منفی‌تر است باید یون‌های مثبت بیشتری واردش شود که بتواند A.P ایجاد کند ولی آنکه مثلاً ۴۵- است با کوچک‌ترین انرژی تحریک می‌شود و زودتر می‌تواند به ترشولد برسد. نورونی که RMP آن ۶۵- است چه فرقی با آن نورونی که RMP آن ۹۰- است دارد؟ تعداد کانال‌های یونی هر کدام فرق دارد. پس آنکه ۶۵- است تعداد کانال‌های یونی بیشتری دارد پس زودتر به آستانه می‌رسد تا آن سلولی که ۹۰- است کانال‌ها، پمپ‌ها و کریرهای متفاوتی دارند (از نظر تعداد). مثلاً در صرع چه اتفاقی می‌افتد؟ یک تخلیه الکتریکی با حجم بالا رخ می‌دهد. چرا؟ چون آستانه تحریک‌پذیری پایین می‌آید. کجا؟ کانون‌های خاص دارد. یک سری سلول هستند که از قاعده طبیعی مغز پیروی نمی‌کنند. چرا؟ ممکن است دچار لیژن شدند یا ضربه دیده اند یا بر اثر تب طولانی یا عفونت دیگر ماهیت نورون طبیعی را ندارند. چرا؟ ممکن است در غشاء این سلول‌ها جهش رخ داده باشد. در کانال‌های سدیمی کلا Chanellopathy ایجاد شده. 

بیماری‌های مربوط به کانال‌ها سدیم کلسیم ممکن است در بدو خلقت در دوران جنینی یک جهش در این کانال‌ها رخ داده باشد و نوزاد با صرع متولد شود. مثلاً به جای اینکه ۲۰ تا کانال داشته باشد ۳۰ تا کانال دارد یا مثلاً به جای اینکه کانال‌ها هر ۱۰ ثانیه یک بار، باز شوند هر سه ثانیه یک بار باز شوند. پس یا Gating آنها تند تند اتفاق می‌افتد یا تعدادشان زیاد شده است. 

پس سلول ممکن است به صورت ذاتی تعداد کانال‌هایش زیاد باشد یا یک Chanellopathy روی آن سوار شده باشد مثلاً دوران بارداری مادر یک دارو مصرف کرده که در تراتوژن (Teratogenesis از ریشه یونانی teras به معنی «هیولا») بود و باعث ایجاد جهش در کانال‌ها شده پس وقتی در مغز سلول‌هایی داریم که با RMPهای متفاوت، برمی‌گردد به ساختارشان و تعداد کانال‌ها، پمپ‌ها و کریرهای آنها. 

هیچ چیزی در function سلول‌ها دور از strucure آنها نیست. این تغییرات مربوط است به ساختار، مورفولوژی و چهارچوب اولیه‌ای که سلول‌ها می‌توانند داشته باشند.

ویژگی‌های کابلی سلول‌های عصبی

سه ویژگی در یک مدار کابلی وجود دارد:

قانون اهم: مقاومت که در سر راه مدار وجود دارد.

یک جریان و یک ولتاژ هم باید وجود داشته باشد.

یک مدار براساس سه اصل تعریف می‌شود و آن سه اصل، ویژگی‌های ذاتی غشا محسوب می‌شود.

در کنار RMP، یک ویژگی داریم به نام Resistance یا مقاومت، یک ویژگی داریم به نام ظرفیت خازن (Capacitance) یا ذخیره بار الکتریکی یک ویژگی داریم به نام ولتاژ (Voltage) یا پتانسیل عمل. این موارد، سه ویژگی ذاتی غشای سلول‌های عصبی هستند. 

که این سه ویژگی باعث می‌شود که RMP به وجود بیاید و RMPهای مختلف به خاطر تعداد کانال‌ها و پمپ‌های…. مختلف بود که مثل مقاومت که به دو صورت سری و موازی لامپ‌ها بسته می‌شوند تعداد کانال‌ها که سری یا موازی قرار گرفته‌اند. ویژگی‌های مقاومتی و پتانسیلی مختلفی را به وجود می‌آورند که همان‌ها RMP را ایجاد می‌کنند و همان‌ها دو ویژگی دیگر به سلول می‌دهند: ثابت زمانی و ثابت مکانی.

پس ویژگی‌های ذاتی غشا کدام است؟ در غشاء سلول‌های عصبی سه پارامتر مهم Voltage، Capacitance، Resistance وجود دارد. این سه ویژگی باعث می شود RMP و ثابت مکانی (طولی) و زمانی متفاوت شود و همین سه ویژگی باعث می‌شود که Synapatic Integration نورون‌ها با هم متفاوت شود.

ژئومتری نورون‌ها جلسه بعد.

تعریف ثابت طولی و تفاوت نورون، های کوچک و بلندتر. 

تعریف ثابت مکانی ویژگی‌های میکروسکوپی غشای سلول. 

CV استاد گرانقدر خانم دکتر ثریا مهرابی