خلية بوركينجي

خلايا بوركنجي ، أو عصبونات بوركنجي ، التي سُميت نسبةً إلى عالم وظائف الأعضاء التشيكي يان إيفانجيليستا بوركينيه الذي اكتشفها عام 1837، ^{[ 2 ]} هي نوع فريد من العصبونات الكبيرة البارزة الموجودة في قشرة المخيخ . تتميز هذه الخلايا بأجسامها الخلوية التي تشبه القارورة، وتفرعاتها الشجرية الكثيرة، ومحورها العصبي الطويل ، وهي ضرورية للتحكم في النشاط الحركي. تُفرز خلايا بوركنجي بشكل أساسي حمض غاما-أمينوبيوتيريك (GABA )، وهو ناقل عصبي يُثبط بعض العصبونات لتقليل انتقال السيالات العصبية. ومن خلال هذه التأثيرات التثبيطية، تتحكم خلايا بوركنجي بكفاءة في حركات الجسم وتنسقها. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تُعدّ خلايا بوركنجي من أكبر الخلايا العصبية في الدماغ البشري ( وتُعتبر خلايا بيتز أكبرها حجمًا)، ^{[ 5 ]} وتتميز ببنية متفرعة معقدة ومتشعبة (تُعرف باسم التفرعات الشجرية ) تتسم بكثرة الأشواك الشجرية . تقع خلايا بوركنجي ضمن طبقة بوركنجي في المخيخ ، وتصطف كقطع الدومينو - متراصة واحدة تلو الأخرى - حيث تُشكّل تفرعاتها الشجرية الواسعة طبقات ثنائية الأبعاد تقريبًا ، تمر عبرها ألياف متوازية من الطبقات الأعمق. تُشكّل هذه الألياف المتوازية مشابك عصبية استثارية ضعيفة نسبيًا - وتحديدًا مشابك غلوتاماتية - متصلة بأشواك التفرعات الشجرية لخلايا بوركنجي، بينما تُوفّر الألياف المتسلقة - الناشئة من النواة الزيتونية السفلية للنخاع المستطيل - مدخلات استثارية قوية جدًا إلى التفرعات الشجرية القريبة وجسم الخلية. تمر الألياف المتوازية بشكل متعامد عبر التشعب الشجيري لعصبون بوركينجي، مع ما يصل إلى 200000 ليف متوازي ^{[ 6 ]} تشكل مشبكًا بين الخلايا الحبيبية وخلايا بوركينجي داخل خلية بوركينجي واحدة.

تتلقى كل خلية بوركنجي بالغة ما يقارب 500 مشبك عصبي من الألياف المتسلقة، تنشأ جميعها من ليف متسلق واحد في النواة الزيتونية السفلية؛ ^{[ 7 ]} وهي ظاهرة أدت إلى ملاحظة أن "علاقة أحادية محفوظة للغاية تجعل تفرعات بوركنجي بمثابة وحدة حسابية واحدة". ^{[ 8 ]} ومع ذلك، فقد وجدت ملاحظات على خلايا بوركنجي في الفئران تعصيبًا متعددًا بين مجموعة فرعية من الخلايا التي تضم تفرعات شجيرية أولية متعددة - وهو نمط تشعبي غير شائع في القوارض ولكنه "سائد" في البشر. ^{[ 8 ]}

تُقدّم كلٌّ من الخلايا السلّية والخلايا النجمية (الموجودة في الطبقة الجزيئية للمخيخ ) إشارات تثبيطية (غابا) إلى خلية بوركنجي. تتشابك الخلايا السلّية مع الجزء الأولي من محور خلية بوركنجي، بينما تتشابك الخلايا النجمية مع التغصنات.

ترسل خلايا بوركنجي إسقاطات مثبطة إلى النوى المخيخية العميقة، مما يشكل الناتج الوحيد لجميع التنسيق الحركي في القشرة المخيخية.

تُظهر خلايا بوركنجي شكلين متميزين من النشاط الفيزيولوجي الكهربائي:

• تحدث النبضات البسيطة بمعدلات تتراوح بين 17 و 150  هرتز (رامان وبين، 1999)، إما بشكل تلقائي أو عندما يتم تنشيط خلايا بوركينجي بشكل متشابك بواسطة الألياف المتوازية، وهي محاور الخلايا الحبيبية.
• النبضات المعقدة هي نبضات بطيئة، تتراوح تردداتها بين 1 و3  هرتز، وتتميز بنبضة أولية طويلة ذات سعة كبيرة، تليها موجة عالية التردد من كمونات الفعل ذات السعة الأصغر. وتنتج هذه النبضات عن تنشيط الألياف المتسلقة، وقد تشمل توليد كمونات فعل بوساطة الكالسيوم في التغصنات. بعد نشاط النبضات المعقدة، يمكن تثبيط النبضات البسيطة بواسطة مدخلات النبضات المعقدة القوية. ^{[ 24 ]}

تُظهر خلايا بوركنجي نشاطًا كهروفيزيولوجيًا تلقائيًا على شكل سلسلة من النبضات، سواءً كانت معتمدة على الصوديوم أو الكالسيوم. وقد أظهر ذلك لأول مرة رودولفو ليناس (ليناس وهيس، 1977؛ ليناس وسوجيموري، 1980). سُميت قنوات الكالسيوم من النوع P نسبةً إلى خلايا بوركنجي، حيث وُجدت لأول مرة (ليناس وآخرون، 1989)، وهي خلايا بالغة الأهمية في وظيفة المخيخ. يُمكن لتنشيط خلية بوركنجي بواسطة الألياف المتسلقة أن يُحوّل نشاطها من حالة سكون إلى حالة نشاط تلقائي، والعكس صحيح، ما يُشبه مفتاحًا ثنائي الوضع. ^{[ 25 ]} وقد طُعن في هذه النتائج بدراسة تُشير إلى أن هذا التبديل بواسطة مدخلات الألياف المتسلقة يحدث بشكل رئيسي في الحيوانات المُخدرة، وأن خلايا بوركنجي في الحيوانات الواعية، تعمل بشكل عام بشكل شبه مستمر في حالة النشاط التلقائي. ^{[ 26 ]} لكن هذه الدراسة الأخيرة نفسها تعرضت للطعن ^{[ 27 ]} ، وقد لوحظ منذ ذلك الحين تذبذب خلايا بوركنجي في القطط الواعية. ^{[ 28 ]} وقد أظهر نموذج حاسوبي لخلية بوركنجي أن حسابات الكالسيوم داخل الخلايا هي المسؤولة عن هذا التذبذب. ^{[ 29 ]}

تشير النتائج إلى أن تفرعات خلايا بوركنجي تُطلق الإندوكانابينويدات التي يمكنها تثبيط كل من المشابك العصبية المثيرة والمثبطة بشكل مؤقت. ^{[ 30 ]} يتم ضبط نمط النشاط الذاتي لخلايا بوركنجي والتحكم فيه بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم . ^{[ 31 ]} يشير هذا إلى أن المضخة قد لا تكون مجرد جزيء " منظم " للحفاظ على التوازن الأيوني، بل قد تكون عنصرًا حسابيًا في المخيخ والدماغ. ^{[ 32 ]} في الواقع، طفرة في Na ⁺- ك ⁺يُسبب هذا المرض ظهورًا سريعًا لخلل التوتر العضلي المصاحب لمرض باركنسون؛ وتشير أعراضه إلى أنه خلل في وظائف المخيخ الحسابية. ^{[ 33 ]} علاوة على ذلك، يُستخدم سم الأوابين لحجب أيونات ^{الصوديوم.}- ك ⁺يؤدي ضخ الصوديوم في مخيخ فأر حي إلى حدوث ترنح وخلل توتر عضلي . ^{[ 34 ]} تشير النمذجة العددية للبيانات التجريبية إلى أنه في الجسم الحي، Na ⁺- ك ⁺تُنتج المضخة فترات سكون طويلة (>> ثانية واحدة) في إطلاق عصبونات بوركنجي؛ وقد يكون لهذه الفترات دور حسابي. ^{[ 35 ]} يُثبط الكحول أيونات الصوديوم (Na ^+).- ك ⁺تضخ هذه المواد في المخيخ، ومن المرجح أن هذه هي الطريقة التي تُفسد بها عمليات الحساب المخيخية وتنسيق الجسم. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

في البشر، يمكن أن تتضرر خلايا بوركنجي نتيجةً لأسباب متنوعة: التعرض للمواد السامة، مثل الكحول أو الليثيوم؛ أمراض المناعة الذاتية ؛ الطفرات الجينية المسببة لترنح المخيخ، وترنح الغلوتين ، ومرض أونفريخت-لوندبورغ ، أو التوحد ؛ والأمراض التنكسية العصبية التي لا يُعرف لها أساس جيني، مثل ضمور الأجهزة المتعددة من النوع المخيخي أو الترنح المتفرق. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

ترنح الغلوتين هو مرض مناعي ذاتي ينجم عن تناول الغلوتين . ^{[ 40 ]} موت خلايا بوركنجي نتيجة التعرض للغلوتين لا رجعة فيه. يمكن للتشخيص المبكر والعلاج باتباع نظام غذائي خالٍ من الغلوتين أن يحسن الترنح ويمنع تفاقمه. ^{[ 38 ] [ 41 ]} أقل من 10% من المصابين بترنح الغلوتين تظهر عليهم أي أعراض هضمية، ومع ذلك يعاني حوالي 40% منهم من تلف معوي. ^{[ 41 ]} وهو يمثل 40% من حالات الترنح مجهولة السبب و15% من جميع حالات الترنح. ^{[ 41 ]}

يُعزى مرض رنح المخيخ الشوكي من النوع الأول (SCA1)، وهو مرض تنكسي عصبي، إلى تكرار غير مستقر لسلسلة متعددة من الغلوتامين داخل بروتين أتاكسين 1. يُسبب هذا الخلل في بروتين أتاكسين 1 تلفًا في الميتوكوندريا في خلايا بوركنجي، مما يؤدي إلى تنكس مبكر لهذه الخلايا. ^{[ 42 ]} ونتيجة لذلك، يتدهور التناسق الحركي ، وينتهي الأمر بالوفاة.

قد تُصاب بعض الحيوانات الأليفة بحالةٍ تُسمى ضمور المخيخ ، حيث تبدأ خلايا بوركنجي بالضمور بعد الولادة بفترة وجيزة . وقد تُؤدي هذه الحالة إلى أعراضٍ مثل الترنح ، والرعاش القصدي، وفرط الاستجابة، وغياب رد الفعل الدفاعي ، والمشي المتصلب أو ذي الخطوات العالية، وعدم إدراك وضعية القدم (أحيانًا الوقوف أو المشي مع ثني القدم)، وعدم القدرة العامة على تحديد المساحة والمسافة. ^{[ 43 ]} وتحدث حالةٌ مشابهة تُعرف باسم نقص تنسج المخيخ عندما تفشل خلايا بوركنجي في النمو داخل الرحم أو تموت قبل الولادة.

تتضمن الحالات الوراثية مثل ترنح توسع الشعيرات الدموية ومرض نيمان-بيك من النوع C، بالإضافة إلى الرعاش المخيخي الأساسي ، فقدانًا تدريجيًا لخلايا بوركنجي. وفي مرض الزهايمر، تُلاحظ أحيانًا أمراض في النخاع الشوكي، فضلًا عن فقدان التفرعات الشجرية لخلايا بوركنجي. ^{[ 44 ]} كما يمكن أن تتضرر خلايا بوركنجي بفعل فيروس داء الكلب أثناء انتقاله من موضع العدوى في الأطراف إلى الجهاز العصبي المركزي. ^{[ 45 ]}

قائمة بأنواع الخلايا المتميزة في جسم الإنسان البالغ

• ليناس ر، هيس ر (يوليو 1976). "الزوائد الشجرية المقاومة للتترودوتوكسين في خلايا بوركنجي الطيرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 73 ( 7): 2520-2523 . Bibcode : 1976PNAS...73.2520L . doi : 10.1073/pnas.73.7.2520 . PMC 430632. PMID 1065905 .  
• ليناس ر، سوغيموري م (أغسطس 1980). " الخصائص الفيزيولوجية الكهربائية لأجسام خلايا بوركنجي في شرائح المخيخ لدى الثدييات في المختبر" . مجلة علم وظائف الأعضاء . 305 : 171-195 . doi : 10.1113/jphysiol.1980.sp013357 . PMC 1282966. PMID 7441552 .  
• ليناس آر آر، سوغيموري إم، تشيركسي بي (1989). "موصلية الكالسيوم المعتمدة على الجهد في الخلايا العصبية للثدييات. قناة P". حوليات أكاديمية نيويورك للعلوم . 560 (1 قناة الكالسيوم): 103-111 . doi : 10.1111/j.1749-6632.1989.tb24084.x . PMID 2545128. S2CID 84107834 .  
• فورست، مايكل (أكتوبر 2014). الفيزياء الحيوية وحسابات عصبون بوركنجي المخيخي . كريت سبيس. ISBN 978-1-5024-5454-6.

• مكتبة صور الخلايا - بوركينجي
• اضطرابات المخيخ (مؤرشفة بتاريخ 26 أغسطس 2009 في أرشيف الإنترنت )
• بحث NIF - خلية بوركينجي، مؤرشف بتاريخ 8 يوليو 2013 في Wayback Machine عبر إطار معلومات علم الأعصاب