Main menu

Pages

تقنيات في علم الأعصاب Technologies in Neurobiology

 

 تقنيات في علم الأعصاب Technologies in Neurobiology

تقنية ربط الفولتية (ربط فرق الجهد) Voltage clamp method

طور هذه التقنية العالمان هودجكن وهكسلي Hodgkin& Huxley عام 1952. وقد طبقاها في البداية على المحاور العملاقة للحبار. فكرة هذه التقنية جاءت من المشكلة التي يواجهها الباحثون عند محاولة تحليل التيارات الأيونية عبر غشاء عصبون ما، إذ أن تدفق تيار أيوني إلى الخلية أو خارجها يؤدي في الوقت نفسه إلى تغيير فرق جهد الغشاء. تهدف التقنية إلى تثبيت فرق جهد غشاء العصبون ( أي ربطه) مما يتيح تطبيق قانون أوم الذي ينص على أنه إذا بقي فرق الجهد ثابتا فإن التغير في شدة التيار يعكس تغيرا في المقاومة أو في مقلوبها أي في التوصيلية conductance.

 

إلى اليسار جهد الفعل المركب من عصب کامل حيث جرى التنبيه عند النقطة أوالتسجيل عند النقاط ب، ج، د. إلى اليمين، جهد الفعل المركب محللا إلى مكوناته والألياف التي تنتج كل مكون.

إلى اليسار جهد الفعل المركب من عصب کامل حيث جرى التنبيه عند النقطة أوالتسجيل عند النقاط ب، ج، د. إلى اليمين، جهد الفعل المركب محللا إلى مكوناته والألياف التي تنتج كل مكون.

 

ينتج التغير في توصيلية العصبون من فتح أو غلق القنوات الأيونية، فباستخدام محاليل محددة تحتوي على مواد تغلق قنوات معينة كقنوات بوتاسيوم مثلا يمكن دراسة نشاط أنواع القنوات الأخرى كقنوات صوديوم مثلا. تعتمد فكرة تقنية ربط الفولتية على نظام تغذية راجع إلكتروني يستخدم لحقن تيار العصبون يجعل فرق جهد ذلك العصبون ثابتا عند قيمة معينة يحددها الباحث سلفا ثم يجرى قياس شدة التيار عبر غشاء العصبون.

هذا النظام الإلكتروني الذي يتكون من جهاز مضخم الفولتية voltage amplifier الذي يقيس فرق جهد الغشاء ويعطي هذه المعلومة الجهاز مضخم سيطرة control amplifier ليقارن فرق الجهد هذا بقيمة أخرى جرى اختيارها سلفا بواسطة الباحث. فإذا كان هناك فارق بين القيمتين (فرق جهد الغشاء وفرق الجهد الذي اختاره الباحث) فإن مضخم السيطرة يزود جهاز التحكم بالتيار control current بفرق جهد يدفع خلاله تیارا إلى العصبون بواسطة أقطاب. يؤدي هذا التيار إلى إبقاء جهد العصبون ثابتا عند القمية التي اختارها الباحث. لكن هذا التيار (سواء أكان داخلا إلى الخلية في حالة إزالة الاستقطاب أم خارجا منها في حالة إعادة الاستقطاب) يجري تسجيله بالنسبة للزمن ويعتبر مساويا في مقداره للتيار الأيوني الناتج من فتح أو غلق قنوات أيونية معينة، أي مساويا للتيار الذي فقده أو كسبه العصبون.

 

رسم تخطيطي يوضح كيفية عمل جهاز ربط الفولتية.

رسم تخطيطي يوضح كيفية عمل جهاز ربط الفولتية.

 

 

فإذا جرى ربط فرق جهد الخلية عند -10 مليفولت، مثلا، فإن إزالة الاستقطاب هذه تؤدي لفتح قنوات صوديوم ( تفتح كذلك قنوات بوتاسيوم لاحقا ولكن يمكن إغلاقها بوضع مادة مغلقة لهذه القنوات في المحلول المحيط بالعصبون). لدى دخول صوديوم فإن شحنته الموجبة تؤدي إلى تغيير فرق جهد الغشاء باتجاه إزالة الاستقطاب ولكن جهاز التحكم بالتيار يزيل تيارا كافية من الخلية لابقاء فرق الجهد ثابتا عند -10 مليفولت، ويقاس هذا التيار الذي أزيل ويجرى تخطيطه بالنسبة للزمن فيعتبر مؤشرا لقيمة التيار الذي أدخلته قنوات صوديوم. يجدر بالذكر أن عملية إزالة التيار أو إدخاله لمعادلة التغير الحادث في فرق جهد العصبون تتم في أجزاء من المليثانية ولذا فهي لا تأخذ وقتا كبيرا، كما أن هذه التقنية دعمت بشكل كبير النظرية التي تقول بدخول صوديوم إلى داخل العصبون عند إزالة الاستقطاب.

 

 

تقنية ربط البقعة Patch Clamp technique

طور هذه التقنية العالمان Erwin Neher & Bert Sakmann عام 1976 حيث حصلا على جائزة نوبل عام 1992. وقد كان الهدف منها قياس تدفق أيون معين عبر قناة معينة في بقعة صغيرة من غشاء الخلية. لإجراء مثل هذا القياس كان لابد للباحث من عزل بقعة صغيرة من غشاء الخلية عن بقية الخلية عزلا تاما. ولكي يتم ذلك فإن الباحث يستخدم ماصة زجاجية دقيقة القمة قطرها حوالي (0.5 میکرومتر) فيلصقها بغشاء الخلية ويسلط قليلا من الشفط عند الطرف البعيد للماصة مما يدفع بقعة من غشاء الخلية لتلتصق بقمة الماصة بإحكام بحيث لا يستطيع المحلول الذي يغمر الخلية أن يعبر بين حواف الماصة وبقعة الغشاء (تكون المقاومة لمرور التيار عالية ومقدارها (10GQ2).

 

ونظرا لأن مساحة بقعة* الغشاء صغيرة جدا (حوالي ( 0.78 ميكرومتر مربع)، فإنها في الغالب لا تتسع لأكثر من قناة أيونية واحدة وفي أحسن الأحوال قناتين أو ثلاث. لذلك فإن التيار الذي يمر عبر الماصة يكون ناتجا عن قناة واحدة في الغالب، وعندما تغلق هذه القناة فإن التيار يتوقف. تملأ الماصة عادة بمحلول إلكترولايتي وتوصل بالأجهزة الإلكترونية التي تستطيع قياس التيار المار عبر القناة الأيونية ثم خلال المحلول الإلكترولايتي في الماصة، كما أن الماصة يمكن أن توصل بأجهزة تربط بواسطتها فولتية تلك البقعة من الغشاء الواقعة ضمن الماصة (كما في تقنية ربط الفولتية) حيث يدرس بعد ذلك سلوك القناة الأيونية. أما بقعة الغشاء فيمكن أن تترك في موقعها كجزء من الخلية cell - attached patch أو أن تؤدي زيادة الشفط إلى فصلها تماما عن الخلية والتصاقها بقمة الماصة وهذا يعطي التحضير المسمى الداخل للخارج inside - out patch. وقد يؤدي شفط كبير إلى تمزيق جزء من غشاء الخلية وبقاء بقية الخلية متصلة بالكامل بالماصة مما يعطي التحضير المسمى كل الخلية –whole outside - out patch.

 

تحضيرات ربط البقعة: أ) البقعة في مكانها على غشاء الخلية؛ ب) تحضير الداخل للخارج؛ج) تحضير كل الخلية؛ د) تحضير الخارج للخارج. cell patch كما تؤدي زيادة الشفط أكثر من ذلك إلى إزالة الغشاء من الخلية تماما ولكنه يغلق الماصة تلقائيا معطية التحضير المسمى الخارج للخارج

تحضيرات ربط البقعة: أ) البقعة في مكانها على غشاء الخلية؛ ب) تحضير الداخل للخارج؛ج) تحضير كل الخلية؛ د) تحضير الخارج للخارج. cell patch كما تؤدي زيادة الشفط أكثر من ذلك إلى إزالة الغشاء من الخلية تماما ولكنه يغلق الماصة تلقائيا معطية التحضير المسمى الخارج للخارج

 

يمكن استخدام أغشية العصبونات أو العضلات أو بيوض الضفدع المحورة وراثية أو استخدام الأجسام الدهنية أو الأغشية الصناعية ثنائية الطبقات في هذه التقنية. ويكون التيار القاسم عاد الصغيرة ومقدرة بأجزاء الأمبير (بايكو أمبير pA) ، ويبين شكل تخطيطا لفتح وإغلاق قنوات مستقبل أستيل كولين النيكوتيني nAchR حيث يشير الانحراف نحو الأسفل إلى فتح قناة أو اثنتين من القنوات الأيونية بينما العودة نحو الأعلى تعني إغلاق القناة.

تخطيط لفتح وإغلاق قنوات مستقبل أستيل كولين النيكوتيني. الإنحراف للأسفل يشير إلى فتح القناة وللأعلى إلى إغلاقها.


تخطيط لفتح وإغلاق قنوات مستقبل أستيل كولين النيكوتيني. الإنحراف للأسفل يشير إلى فتح القناة وللأعلى إلى إغلاقها.

 

 

  

الفصل السابع:

·        النسيج العصبي

·        أنسجة الجهاز العصبي

·        خلايا الدبق العصبي

·        الخلايا العصبية

·        النمو العصبي والتجديد

·        تصنيف الخلايا العصبية

·        فيزيولوجيا العصبونات

·        الكمون الغشائي أو فرق جهد الراحة

·        الأساس الأيوني لفرق جهد الراحة

·        الفرق في تركيز الأيونات بين داخل الخلية وخارجها

·        التهيجية

·        الجهد المتدرج

·        جهد الفعل

·        الأساس الأيوني لسلوك الخلية أثناء جهد الفعل

·        قنوات الأيونات

·        التغذية الراجعة الإيجابية أثناء جهد الفعل

·        نقل جهد الفعل عبر العصبون الواحد في الألياف اللاميلينية

·        سرعة التوصيل

·        غشاء العصبون كدائرة كهربائية

·        استجابة الأعصاب الكاملة للمنبهات

·        تقنيات في علم الأعصاب

·        تقنية ربط الفولتية (ربط فرق الجهد )

·        تقنية ربط البقعة


 

 

المصادر

  • التشريح الوظيفي وعلم وظائف الأعضاء ، الدكتور شتيوي العبدالله (2012) ، دار المسيرة عمان – الأردن.

 

  • Prosser, C. Ladd (1991). Comparative Animal Physiology, Environmental and Metabolic Animal Physiology (4th ed.). Hoboken, NJ: Wiley-Liss. pp. 1–12. ISBN 978-0-471-85767-9.
  •  Hall, John (2011). Guyton and Hall textbook of medical physiology (12th ed.). Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier. p. 3. ISBN 978-1-4160-4574-8.
  •  Widmaier, Eric P.; Raff, Hershel; Strang, Kevin T. (2016). Vander's Human Physiology Mechanisms of Body Function. New York, NY: McGraw-Hill Education. pp. 14–15. ISBN 978-1-259-29409-9.
  • R. M. Brain. The Pulse of Modernism: Physiological Aesthetics in Fin-de-Siècle Europe. Seattle: University of Washington Press, 2015. 384 pp., [1].
  • Rampling, M. W. (2016). "The history of the theory of the circulation of the blood". Clinical Hemorheology and Microcirculation. 64 (4): 541–549. doi:10.3233/CH-168031. ISSN 1875-8622. PMID 27791994. S2CID 3304540.
  • Bernard, Claude (1865). An Introduction to the Study of Ex- perimental Medicine. New York: Dover Publications (published 1957).
  •  Bernard, Claude (1878). Lectures on the Phenomena of Life Common to Animals and Plants. Springfield: Thomas (published 1974).
  •  Brown Theodore M.; Fee Elizabeth (October 2002). "Walter Bradford Cannon: Pioneer Physiologist of Human Emotions". American Journal of Public Health. 92 (10): 1594–1595. doi:10.2105/ajph.92.10.1594. PMC 1447286.
  •  Heilbron, J. L. (2003). The Oxford Companion to the History of Modern Science, Oxford University Press, p. 649, link.
  •  Feder, ME; Bennett, AF; WW, Burggren; Huey, RB (1987). New directions in ecological physiology. New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34938-3.
  •  Garland, Jr, Theodore; Carter, P. A. (1994). "Evolutionary physiology" (PDF). Annual Review of Physiology. 56 (1): 579–621. doi:10.1146/annurev.ph.56.030194.003051. PMID 8010752.



Comments

contents title