المشبك العصبي المثير

المشبك العصبي المُثير هو مشبك عصبي يؤدي فيه جهد الفعل في العصبون قبل المشبكي إلى إزالة استقطاب غشاء الخلية بعد المشبكية، مما يزيد من احتمالية حدوث جهد فعل في تلك الخلية. تستقبل الخلية بعد المشبكية - سواء كانت خلية عضلية أو غدية أو عصبونًا آخر - إشارات الإدخال عادةً عبر العديد من المشابك العصبية المُثيرة والمثبطة. إذا تجاوز مجموع التأثيرات المُثيرة مجموع التأثيرات المثبطة، وتجاوزت إزالة الاستقطاب الناتجة مستوى العتبة ، فسيتم تنشيط الخلية بعد المشبكية. ^{[ 1 ]} إذا كانت الخلية بعد المشبكية عصبونًا، فإنها ستولد جهد فعل جديدًا عند  تلة المحور العصبي ، ناقلةً بذلك المعلومات إلى خلية أخرى. ^{[ 2 ]} إذا كانت خلية عضلية، فإنها ستنقبض . إذا كانت خلية غدية، فإنها ستفرز منتجها (مثل الهرمون ). ^{[ 3 ]}

في المشبك العصبي المُثير، تُعرف الاستجابة الكهربائية للغشاء بعد المشبكي لجهد فعل واحد في العصبون قبل المشبكي باسم جهد ما بعد المشبكي المُثير (EPSP). قد يحدث هذا الجهد عبر اتصال مباشر بين الخلايا (أي عبر وصلات فجوية )، كما هو الحال في المشبك الكهربائي ، ولكنه يحدث في أغلب الأحيان عبر إطلاق حويصلات النواقل العصبية من نهاية المحور العصبي قبل المشبكي إلى الشق المشبكي ، كما هو الحال في المشبك الكيميائي . ^{[ 4 ]}

تنتقل النواقل العصبية المثيرة، وأكثرها شيوعًا الغلوتامات ، عبر الانتشار إلى الزوائد الشجرية للعصبون بعد المشبكي، وترتبط ببروتين مستقبل غشائي محدد ، مما يؤدي إلى إزالة استقطاب تلك الخلية. ^{[ 2 ]} إزالة الاستقطاب، وهي انحراف جهد غشاء العصبون عن جهد الراحة باتجاه جهد العتبة ، تزيد من احتمالية حدوث جهد فعل، وتحدث عادةً مع تدفق أيونات الصوديوم (Na ⁺ ) الموجبة الشحنة إلى الخلية بعد المشبكية عبر قنوات أيونية تُفعَّل بارتباط الناقل العصبي.

يوجد نوعان مختلفان من المشابك العصبية في الدماغ البشري: الكيميائية والكهربائية. تُعدّ المشابك الكيميائية الأكثر شيوعًا، وهي المسؤولة بشكل أساسي عن المشابك المُثيرة. أما المشابك الكهربائية، وهي الأقل شيوعًا، فتسمح بتدفق التيار الكهربائي بشكل مباشر وسلبي عبر وصلات بين الخلايا تُسمى الوصلات الفجوية. ^{[ 5 ]} تسمح هذه الوصلات الفجوية بنقل الإشارات الكهربائية بشكل فوري تقريبًا من خلال التدفق السلبي المباشر للأيونات بين الخلايا العصبية (يمكن أن يكون النقل ثنائي الاتجاه). الهدف الرئيسي من المشابك الكهربائية هو مزامنة النشاط الكهربائي بين مجموعات الخلايا العصبية. ^{[ 5 ]} اكتُشف أول مشبك كهربائي في الجهاز العصبي لجراد البحر . ^{[ 5 ]}

النقل المشبكي الكيميائي هو نقل النواقل العصبية أو الببتيدات العصبية من محور عصبي قبل المشبكي إلى تفرع عصبي بعد المشبكي. ^{[ 5 ]} على عكس المشبك الكهربائي، يفصل بين المشابك الكيميائية مسافة تُسمى الشق المشبكي ، ويتراوح عرضها عادةً بين 15 و25 نانومترًا. يتضمن نقل الإشارة الاستثارية عدة خطوات موضحة أدناه.

1. في الخلايا العصبية المشاركة في النقل المشبكي الكيميائي، تُصنّع النواقل العصبية إما في جسم الخلية العصبية أو داخل الطرف قبل المشبكي، وذلك تبعًا لنوع الناقل العصبي المُصنّع وموقع الإنزيمات المشاركة في تصنيعه. تُخزّن هذه النواقل العصبية في حويصلات مشبكية تبقى مرتبطة بالقرب من الغشاء بواسطة بروتينات تتأثر بالكالسيوم .
2. من أجل بدء عملية النقل المشبكي الكيميائي، يتسبب النشاط في المنبع في غزو جهد الفعل للطرف قبل المشبكي.
3. يصل هذا التيار المزيل للاستقطاب إلى الطرف قبل المشبكي، ويؤدي إزالة استقطاب الغشاء الذي يسببه هناك إلى بدء فتح قنوات الكالسيوم ذات البوابات الفولتية الموجودة على الغشاء قبل المشبكي.
4. يوجد تركيز عالٍ من الكالسيوم في الشق المشبكي بين الخليتين العصبيتين المتفاعلتين (قبل المشبكية وبعد المشبكية). هذا الاختلاف في تركيز الكالسيوم بين الشق المشبكي وداخل الطرف قبل المشبكي يُنشئ تدرجًا قويًا في التركيز يدفع الكالسيوم إلى داخل الطرف قبل المشبكي عند فتح قنوات الكالسيوم ذات البوابات الفولتية. هذا التدفق للكالسيوم إلى الطرف قبل المشبكي ضروري لإطلاق الناقل العصبي.
5. بعد دخول الكالسيوم إلى الطرف قبل المشبكي، يرتبط ببروتين يُسمى سينابتوتاغمين ، الموجود على غشاء الحويصلات المشبكية. يتفاعل هذا البروتين مع بروتينات أخرى تُسمى SNAREs لتحفيز اندماج الحويصلات مع الغشاء قبل المشبكي. ونتيجةً لهذا الاندماج، تُطلق النواقل العصبية التي كانت مُعبأة داخل الحويصلة المشبكية إلى المشبك العصبي، حيث تنتشر عبر الشق المشبكي.
6. ترتبط هذه النواقل العصبية بمجموعة متنوعة من المستقبلات على غشاء الخلية بعد المشبكية. واستجابةً لارتباط الناقل العصبي، يمكن لهذه المستقبلات بعد المشبكية أن تخضع لتغيرات بنيوية قد تفتح وحدة فرعية لقناة غشائية إما بشكل مباشر أو غير مباشر عبر مسار إشارات بروتين G. تسمح النفاذية الانتقائية لهذه القنوات لأيونات معينة بالتحرك وفقًا لتدرجاتها الكهروكيميائية، مما يحفز تيارًا عبر غشاء الخلية بعد المشبكية يحدد استجابةً تحفيزية أو تثبيطية.

^{[ 5 ]}

عندما تصل النواقل العصبية إلى العصبون بعد المشبكي في المشبك الاستثاري، يمكن لهذه الجزيئات أن ترتبط بنوعين من المستقبلات المتجمعة في منطقة غنية بالبروتين من الهيكل الخلوي بعد المشبكي تُسمى الكثافة بعد المشبكية (PSD). ^{[ 4 ]} تحتوي المستقبلات الأيونية، والتي تُعرف أيضًا بقنوات الأيونات المرتبطة بالليجاند ، على نطاق عبر غشائي يعمل كقناة أيونية، ويمكن أن تُفتح مباشرةً بعد ارتباط الناقل العصبي. أما المستقبلات الأيضية ، والتي تُسمى أيضًا بالمستقبلات المقترنة ببروتين G ، فتؤثر على قناة أيونية من خلال الإشارات الخلوية الداخلية لجزيء يُسمى بروتين G. لكل قناة من هذه القنوات جهد انعكاس محدد ، E _rev ، وكل مستقبل نفاذ بشكل انتقائي لأيونات معينة تتدفق إما إلى داخل الخلية أو خارجها، وذلك لضبط جهد الغشاء الكلي عند جهد الانعكاس هذا. ^{[ 5 ]} إذا ارتبط ناقل عصبي بمستقبل ذي جهد انعكاس أعلى من جهد العتبة للعصبون بعد المشبكي، فمن المرجح أن تولد الخلية بعد المشبكية جهد فعل، وسيحدث جهد ما بعد مشبكي استثاري (EPSP). من ناحية أخرى، إذا كان جهد انعكاس المستقبل الذي يرتبط به الناقل العصبي أقل من جهد العتبة، فسيحدث جهد ما بعد مشبكي تثبيطي (IPSP). ^{[ 6 ]}

على الرغم من أن المستقبلات في المشبك الاستثاري تسعى جاهدةً لضبط جهد الغشاء وفقًا لجهدها الاستثاري الخاص (E _rev )، فإن احتمال أن يؤدي تحفيز واحد لمشبك استثاري إلى رفع جهد الغشاء فوق العتبة وتوليد جهد فعل ليس مرتفعًا جدًا. لذلك، ولتحقيق العتبة وتوليد جهد فعل، تمتلك الخلية العصبية بعد المشبكية القدرة على جمع جميع جهود ما بعد المشبك الاستثارية الواردة (EPSPs) بناءً على آلية التجميع ، والتي يمكن أن تحدث زمانيًا ومكانيًا. يحدث التجميع الزمني عندما يُحفز مشبك معين بتردد عالٍ، مما يدفع الخلية العصبية بعد المشبكية إلى جمع جهود ما بعد المشبك الاستثارية الواردة، وبالتالي زيادة فرصة إطلاق جهد فعل. وبالمثل، يمكن للخلية العصبية بعد المشبكية جمع جهود ما بعد المشبك الاستثارية من مشابك متعددة مع خلايا عصبية أخرى في عملية تُسمى التجميع المكاني. ^{[ 5 ]}

تؤدي المشابك العصبية المثيرة دورًا أساسيًا في معالجة المعلومات داخل الدماغ وعبر الجهاز العصبي المحيطي. تقع هذه المشابك عادةً على الأشواك التغصنية، أو النتوءات الغشائية العصبية التي تتركز عليها مستقبلات الغلوتامات ومكونات الكثافة بعد المشبكية، وتساعد في النقل الكهربائي للإشارات العصبية. ^{[ 2 ]} يُعدّ الشكل الفيزيائي للمشابك بالغ الأهمية لفهم وظيفتها، ومن المعروف أن فقدان استقرار المشابك بشكل غير مناسب يؤدي إلى اضطراب الدوائر العصبية وما يترتب عليه من أمراض عصبية. على الرغم من وجود أسباب عديدة ومختلفة للأمراض التنكسية العصبية ، مثل الاستعدادات الوراثية أو الطفرات ، وعملية الشيخوخة الطبيعية، والأسباب الطفيلية والفيروسية ، أو تعاطي المخدرات ، إلا أن العديد منها يعود إلى خلل في الإشارات بين الخلايا العصبية نفسها، وغالبًا ما يكون ذلك عند المشبك العصبي. ^{[ 5 ]}

الأمراض التنكسية العصبية ذات الصلة

يُعدّ مرض الزهايمر الشكل الأكثر شيوعًا للخرف التنكسي العصبي ، أو فقدان وظائف الدماغ، وقد وصفه لأول مرة الطبيب النفسي وعالم الأمراض العصبية الألماني ألويس ألزهايمر عام 1907. [9] ^{[ 12 ]} غالبًا ما يعتمد تشخيص المرض على الملاحظة السريرية وتحليل التاريخ العائلي وعوامل الخطر الأخرى، ويتضمن عادةً أعراضًا مثل ضعف الذاكرة ومشاكل في اللغة واتخاذ القرارات والحكم والشخصية. ^{[ 13 ]} ترتبط الظواهر العصبية الأولية التي تؤدي إلى الأعراض المذكورة أعلاه غالبًا بالإشارات في المشابك العصبية المثيرة، وغالبًا ما يكون ذلك بسبب سمية الإثارة، وتنشأ من وجود لويحات الأميلويد والتشابكات الليفية العصبية ، بالإضافة إلى موت الخلايا العصبية وتقليم المشابك. وتعتمد العلاجات الدوائية الرئيسية المتوفرة في السوق على تثبيط مستقبلات الغلوتامات (NMDA) في المشابك العصبية، وتثبيط نشاط أستيل كولين إستراز . يهدف هذا العلاج إلى الحد من موت الخلايا العصبية الدماغية الناتج عن مسارات مختلفة مرتبطة بالسمية الاستثارية والجذور الحرة واستنزاف الطاقة. ويركز عدد من المختبرات حاليًا على الوقاية من لويحات الأميلويد وأعراض مرض الزهايمر الأخرى، غالبًا من خلال استخدام لقاحات تجريبية ، على الرغم من أن هذا المجال البحثي لا يزال في مراحله الأولى. ^{[ 12 ]}

مرض باركنسون هو مرض تنكسي عصبي ينتج عن موت الخلايا المبرمج للخلايا العصبية الدوبامينية في الجهاز العصبي المركزي، وخاصة في المادة السوداء ، بالإضافة إلى زيادة الاستجابة للناقل العصبي المُثير، الغلوتامات (أي السمية العصبية). ^{[ 14 ]} في حين أن الأعراض الأكثر وضوحًا تتعلق بالمهارات الحركية، إلا أن التطور المطول للمرض قد يؤدي إلى مشاكل إدراكية وسلوكية، بالإضافة إلى الخرف. على الرغم من أن آلية موت الخلايا المبرمج في الدماغ ليست واضحة تمامًا، إلا أن هناك تكهنات تربط موت الخلايا بتراكم غير طبيعي للبروتينات المُيوبيكويتينية في تجمعات خلوية تُعرف بأجسام ليوي ، بالإضافة إلى فرط تحفيز مستقبلات NMDA العصبية مع زيادة الناقل العصبي الغلوتامات عبر المسار المذكور آنفًا. ^{[ 14 ]} ومثل مرض الزهايمر، لا يوجد علاج لمرض باركنسون. لذا، بالإضافة إلى تغيير نمط الحياة والجراحة، يهدف استخدام الأدوية في علاج مرضى باركنسون إلى السيطرة على الأعراض والحد من تطور المرض قدر الإمكان. يُعد ليفودوبا (L-DOPA) العلاج الأكثر شيوعًا لمرض باركنسون، حيث يتحول إلى دوبامين في الجسم ويساعد على تخفيف تأثير انخفاض عدد الخلايا العصبية الدوبامينية في الجهاز العصبي المركزي. كما تم إعطاء المرضى ناهضات أخرى للدوبامين في محاولة لمحاكاة تأثير الدوبامين في المشابك العصبية المثيرة، وذلك عن طريق الارتباط بمستقبلاته وإحداث الاستجابة المطلوبة بعد المشبكية. ^{[ 15 ]}

• المشبك العصبي المثبط
• النقل العصبي
• علم الأعصاب
• تكوين المشابك العصبية
• الفيزيولوجيا الكهربائية
• السمية العصبية