إعادة الاستقطاب

في علم الأعصاب ، تشير إعادة الاستقطاب إلى تغير جهد الغشاء الذي يعود به إلى قيمة سالبة مباشرةً بعد مرحلة إزالة الاستقطاب في جهد الفعل ، والتي بدورها تُغير جهد الغشاء إلى قيمة موجبة. عادةً ما تُعيد مرحلة إعادة الاستقطاب جهد الغشاء إلى جهد الراحة . ويؤدي تدفق أيونات البوتاسيوم (K ⁺ ) إلى الخارج إلى مرحلة هبوط جهد الفعل. تمر هذه الأيونات عبر مرشح الانتقائية في مسام ^قناة البوتاسيوم .

ينتج إعادة الاستقطاب عادةً عن حركة أيونات البوتاسيوم الموجبة الشحنة ^خارج الخلية. وتؤدي مرحلة إعادة الاستقطاب في جهد الفعل مبدئيًا إلى فرط الاستقطاب ، أي الوصول إلى جهد غشائي، يُسمى فرط الاستقطاب اللاحق ، يكون أكثر سلبية من جهد الراحة . وتستغرق إعادة الاستقطاب عادةً عدة أجزاء من الألف من الثانية. ^{[ 1 ]}

إعادة الاستقطاب هي مرحلة من مراحل جهد الفعل، حيث تشهد الخلية انخفاضًا في الجهد نتيجة لتدفق أيونات البوتاسيوم (K ⁺ ) عبر تدرجها الكهروكيميائي. تحدث هذه المرحلة بعد أن تصل الخلية إلى أعلى جهد لها من مرحلة إزالة الاستقطاب. بعد إعادة الاستقطاب، تُصاب الخلية بفرط الاستقطاب عند وصولها إلى جهد غشاء الراحة (-70 ملي فولت في الخلايا العصبية). يتم نقل أيونات الصوديوم (Na ⁺ ) والبوتاسيوم داخل وخارج الخلية بواسطة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، مما يضمن عدم الوصول إلى حالة التوازن الكهروكيميائي، وبالتالي الحفاظ على جهد غشاء الراحة. ^{[ 2 ]} في الرسم البياني لجهد الفعل، يظهر قسم فرط الاستقطاب على شكل انخفاض حاد يصل إلى ما دون خط جهد غشاء الراحة. في هذه المرحلة من فرط الاستقطاب اللاحق (الانخفاض التدريجي)، يكون جهد الخلية أكثر سلبية من جهد الراحة (حوالي -80 ملي فولت) نتيجةً للتعطيل البطيء لقنوات البوتاسيوم ذات البوابات الفولتية المؤجلة ^، وهي قنوات البوتاسيوم الرئيسية ^{المرتبطة} بإعادة الاستقطاب. ^{[ 3 ]} عند هذه الجهود المنخفضة، تُغلق جميع قنوات ^{البوتاسيوم} ذات البوابات الفولتية ، وتعود الخلية إلى جهد الراحة في غضون بضعة أجزاء من الألف من الثانية. يُقال إن الخلية التي تمر بمرحلة إعادة الاستقطاب تكون في فترة الامتناع المطلق. تشمل قنوات البوتاسيوم الأخرى ذات البوابات الفولتية ^{التي تُساهم} في إعادة الاستقطاب قنوات النوع A وقنوات ^{البوتاسيوم} المُنشطة بالكالسيوم . ^{[ 4 ]} جزيئات نقل البروتين مسؤولة عن إخراج أيونات الصوديوم ^من الخلية ودخول أيونات البوتاسيوم ^إليها لاستعادة تركيزات الأيونات الأصلية في حالة الراحة. ^{[ 5 ]}

قد تنشأ حالات انسداد في إعادة الاستقطاب نتيجة لتعديلات في قنوات البوتاسيوم ذات البوابات الفولتية ^. ويتضح ذلك من خلال الحجب الانتقائي لهذه ^{القنوات} باستخدام مضاد رباعي إيثيل الأمونيوم (TEA). يؤدي حجب القناة إلى توقف إعادة الاستقطاب بشكل فعال. ^{[ 6 ]} تُعد سموم دندروتوكسين مثالًا آخر على الحجب الدوائي الانتقائي لقنوات البوتاسيوم ذات البوابات الفولتية ^. ويؤدي غياب إعادة الاستقطاب إلى بقاء العصبون عند جهد عالٍ، مما يُبطئ تعطيل قنوات الصوديوم إلى درجة لا يتوفر فيها تيار صوديوم داخلي كافٍ ^لإزالة الاستقطاب والحفاظ على إطلاق النبضات العصبية. ^{[ 7 ]}

يتكون تركيب قناة البوتاسيوم ذات البوابة الفولتية ^{من ستة} حلزونات عابرة للغشاء على طول الطبقة الدهنية الثنائية . وتتوسط أربعة من هذه المجالات العابرة للغشاء (S1-S4) - وهي مجال استشعار الجهد - انتقائية هذه القناة للجهد. أما المجالان الآخران (S5 وS6) فيشكلان المسام التي تمر عبرها الأيونات. ^{[ 8 ]} ويحدث تنشيط وتعطيل قناة البوتاسيوم ذات البوابة الفولتية ^نتيجة لتغيرات بنيوية في مجال استشعار الجهد. تحديدًا، يتحرك المجال S4 بحيث ينشط المسام أو يعطله. أثناء التنشيط، يتحرك المجال S4 للخارج، مما يؤدي إلى زيادة قوة ارتباط مجال استشعار الجهد بالمسام. أما التعطيل فيتميز بحركة المجال S4 للداخل. ^{[ 9 ]}

يعتمد التحول من إزالة الاستقطاب إلى إعادة الاستقطاب على الآليات الحركية لقنوات البوتاسيوم (K ^{+) والصوديوم} ( Na ^{+) ذات} البوابات الفولتية. على الرغم من أن كلا النوعين من القنوات يُفعّلان عند جهد متقارب (-50 ملي فولت )، إلا أن قنوات الصوديوم (Na + ⁾ تتميز بحركية أسرع، حيث تُفعّل وتُعطّل بسرعة أكبر بكثير. ^{[ 10 ]} تحدث إعادة الاستقطاب مع انخفاض تدفق أيونات الصوديوم (Na ⁺⁾ إلى داخل الخلية (تعطيل القنوات) وزيادة تدفق أيونات البوتاسيوم (K ⁺ ) إلى خارجها مع فتح قنواتها. ^{[ 11 ]} يؤدي انخفاض موصلية أيونات الصوديوم وزيادة موصلية أيونات البوتاسيوم إلى عودة جهد غشاء الخلية بسرعة كبيرة إلى جهد الراحة، بل وتجاوزه، مما يُسبب فرط الاستقطاب نتيجةً لإغلاق قنوات البوتاسيوم ببطء، مما يسمح بتدفق المزيد من البوتاسيوم بعد الوصول إلى جهد الراحة. ^{[ 10 ]}

بعد جهد الفعل، الذي يتولد عادةً بتدفق أيونات الصوديوم (Na ⁺⁾ عبر قنوات الصوديوم ذات البوابات الفولتية ^، تحدث فترة إعادة استقطاب تُعطَّل فيها قنوات الصوديوم بينما تُفعَّل قنوات البوتاسيوم (K ⁺ ). تُظهر دراسات أخرى لقنوات البوتاسيوم ^{وجود أربعة} أنواع تؤثر على إعادة استقطاب غشاء الخلية لاستعادة جهد الراحة. هذه الأنواع هي _Kv1 وKv2 _{و Kv3} و Kv4 _{. تؤثر} قناة Kv1 بشكل أساسي على إعادة استقطاب المحور العصبي. تتميز قناة Kv2 بتنشيطها البطيء، بينما _{تتميز قنوات Kv4} بتنشيطها السريع. عند إغلاق قناتي Kv2 وKv4، يتسع جهد الفعل بشكل متوقع. _[ 12 _] ^{تفتح قنوات Kv3} عند جهد غشائي أكثر إيجابية وتُعطَّل أسرع بعشر مرات من قنوات Kv الأخرى _. تسمح هذه الخصائص بإطلاق النبضات عالية التردد التي تحتاجها الخلايا العصبية في الثدييات . تشمل المناطق التي تحتوي على قنوات K _v 3 كثيفة القشرة المخية الحديثة والعقد القاعدية وجذع الدماغ والحصين ، حيث تولد هذه المناطق جهود فعلية بالمايكروثانية تتطلب إعادة استقطاب سريعة. ^{[ 13 ]}

باستخدام بيانات تثبيت الجهد من تجارب أجريت على خلايا عصبية في القوارض ، تبين أن قنوات K _{_v4} مرتبطة بموصلية إعادة الاستقطاب الأولية التي تلي فترة إزالة الاستقطاب في الخلية العصبية. عند حجب قناة K _v4، يصبح جهد الفعل أوسع، مما يؤدي إلى إطالة فترة إعادة الاستقطاب، وبالتالي تأخير قدرة الخلية العصبية على إطلاق جهد فعل مرة أخرى. ينظم معدل إعادة الاستقطاب بدقة كمية أيونات الكالسيوم (Ca^²⁺) الداخلة إلى الخلية. عندما تدخل كميات كبيرة من أيونات الكالسيوم ^إلى الخلية نتيجة لفترات إعادة الاستقطاب الطويلة، قد تموت الخلية العصبية، مما يؤدي إلى الإصابة بسكتة دماغية أو نوبات صرع. ^{[ 12 ]}

وُجد أن قنوات K _v 1 تُساهم في إعادة استقطاب الخلايا العصبية الهرمية ، ويرتبط ذلك على الأرجح بزيادة في قنوات K _v 4. أما قنوات K _v 2 فلم تُسهم في معدل إعادة الاستقطاب، إذ لم يُؤدِّ حجب هذه القنوات إلى تغييرات في معدلات إعادة استقطاب الخلايا العصبية. ^{[ 12 ]}

نوع آخر من قنوات البوتاسيوم (K ^{+) التي تُسهم في إعادة استقطاب الأذينين في} القلب البشري هو قناة SK ، وهي قنوات بوتاسيوم ^{تُفعَّل} بزيادة تركيز أيونات ^{الكالسيوم} (Ca2+ ). قناة SK هي قناة بوتاسيوم صغيرة الموصلية تُفعَّل بالكالسيوم، وتوجد في القلب. تعمل قنوات SK تحديدًا في الأذين الأيمن للقلب، ولم يُثبت أنها ذات أهمية وظيفية في بطيني القلب. تنشط هذه القنوات أثناء إعادة الاستقطاب، وكذلك خلال مرحلة انبساط الأذين عندما يتعرض التيار لفرط الاستقطاب. ^{[ 14 ]} وبالتحديد، تُفعَّل هذه القنوات عندما يرتبط الكالسيوم (Ca2 ^{+ )} بالكالمودولين (CaM)، لأن الفص N من الكالمودولين يتفاعل مع الرابط S4/S5 للقناة، مما يُحدث تغييرًا في بنيتها . ^{[ 15 ]} عند تنشيط قنوات البوتاسيوم هذه، تندفع أيونات البوتاسيوم ^{خارج الخلية} خلال ذروة جهد الفعل، مما يؤدي إلى إعادة استقطاب الخلية حيث يتجاوز تدفق أيونات البوتاسيوم الخارجة من الخلية تدفق أيونات الكالسيوم ^{الداخلة} بشكل مستمر ^{. [ 16 ]}

في بطينات القلب البشري ، يمكن ملاحظة إعادة الاستقطاب على تخطيط كهربية القلب (ECG ) من خلال موجة J (أوزبورن)، وقطعة ST ، وموجة T ، وموجة U. ونظرًا لتعقيد القلب، وتحديدًا احتوائه على ثلاث طبقات من الخلايا ( البطانة الداخلية ، وعضلة القلب ، والطبقة الخارجية )، توجد العديد من التغيرات الفيزيولوجية التي تؤثر على إعادة الاستقطاب، والتي بدورها تؤثر على هذه الموجات. ^{[ 17 ]} وبالإضافة إلى التغيرات في بنية القلب التي تؤثر على إعادة الاستقطاب، توجد العديد من الأدوية التي لها التأثير نفسه.

علاوة على ذلك، يتغير استقطاب إعادة الاستقطاب أيضًا بناءً على موقع ومدة جهد الفعل الأولي . في جهود الفعل المحفزة على غشاء القلب الخارجي، وُجد أن مدة جهد الفعل يجب أن تتراوح بين 40 و60 مللي ثانية لإعطاء موجة T طبيعية منتصبة، بينما مدة تتراوح بين 20 و40 مللي ثانية تعطي موجة متساوية الجهد، وأي مدة أقل من 20 مللي ثانية تؤدي إلى موجة T سالبة. ^{[ 18 ]}

إعادة الاستقطاب المبكر ظاهرة يمكن ملاحظتها في تسجيلات تخطيط كهربية القلب لخلايا البطين، حيث يظهر ارتفاع في قطعة ST، والمعروفة أيضًا بموجة J. تبرز موجة J عندما يكون التيار الخارجي في غشاء القلب الخارجي أكبر منه في غشاء القلب الداخلي. ^{[ 19 ]} لطالما اعتُبرت هذه الظاهرة تباينًا طبيعيًا في نظم القلب، لكن الدراسات الحديثة تُشير إلى ارتباطها بزيادة خطر السكتة القلبية. تحدث إعادة الاستقطاب المبكر بشكل رئيسي لدى الذكور، وترتبط بزيادة تيار البوتاسيوم الناتج عن هرمون التستوستيرون . بالإضافة إلى ذلك، ورغم أن المخاطر غير معروفة، يبدو أن الأمريكيين من أصل أفريقي أكثر عرضة للإصابة بإعادة الاستقطاب المبكر. ^{[ 20 ]}

كما ذُكر في القسم السابق، يُعرف الاستقطاب المبكر بظهوره على شكل موجات مرتفعة في تخطيط كهربية القلب. وقد أظهرت دراسات حديثة وجود صلة بين الاستقطاب المبكر والموت القلبي المفاجئ ، والذي يُعرف بمتلازمة الاستقطاب المبكر. وتظهر هذه الحالة في كل من الرجفان البطيني دون وجود عيوب هيكلية أخرى في القلب، بالإضافة إلى نمط إزالة الاستقطاب المبكر، والذي يمكن رؤيته في تخطيط كهربية القلب. ^{[ 21 ]}

ينشأ السبب الرئيسي لمتلازمة إعادة الاستقطاب المبكر من خلل في التوصيل الكهربائي لقنوات الأيونات، والذي قد يعود إلى عوامل وراثية. تشمل هذه الخلل تقلبات في تيارات الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم. قد تؤدي التغيرات في هذه التيارات إلى تداخل مناطق عضلة القلب التي تمر بمراحل مختلفة من جهد الفعل في آن واحد، مما يزيد من خطر الرجفان البطيني واضطرابات النظم . ^{[ 22 ]}

بعد التشخيص، لا يحتاج معظم الأفراد إلى تدخل فوري، إذ لا يشير ظهور إعادة الاستقطاب المبكر في تخطيط كهربية القلب إلى أي حالة طبية طارئة تهدد الحياة. ^{[ 23 ]} وقد لوحظ ظهور إعادة الاستقطاب المبكر في تخطيط كهربية القلب لدى ما بين 3 إلى 13% من الأفراد الأصحاء. ^{[ 21 ]} مع ذلك، يُنصح بشدة بزرع جهاز مقوم نظم القلب ومزيل الرجفان القابل للزرع (ICD) للمرضى الذين يُظهرون إعادة الاستقطاب المبكر بعد نجاتهم من متلازمة إعادة الاستقطاب المبكر (حالة توقف القلب المفاجئ) . ^{[ 23 ]} إضافةً إلى ذلك، قد يكون المريض أكثر عرضةً للإصابة بالرجفان الأذيني إذا كان مصابًا بمتلازمة إعادة الاستقطاب المبكر ويقل عمره عن 60 عامًا. ^{[ 21 ]}

قد يعاني مرضى انقطاع النفس الانسدادي النومي من خلل في إعادة استقطاب القلب، مما يزيد بشكل كبير من معدلات الإصابة والوفيات. ويكون المرضى أكثر عرضة لاضطرابات إعادة الاستقطاب، خاصةً في المرتفعات العالية. ويمكن التخفيف من هذا الخلل جزئيًا باستخدام أدوية مثل الأسيتوزولاميد ، إلا أن هذه الأدوية لا توفر حماية كافية. ومن المعروف أن الأسيتوزولاميد والأدوية المشابهة تُحسّن من مستوى الأكسجين في الدم وتُعالج انقطاع النفس النومي لدى المرضى في المرتفعات العالية، ولكن لوحظت فوائد هذا الدواء فقط عند السفر إلى المرتفعات لفترة مؤقتة، وليس لدى الأشخاص الذين يقيمون في المرتفعات العالية لفترات طويلة. ^{[ 24 ]}

• "إعادة الاستقطاب (رسوم متحركة)" . قسم علم النفس، كلية هانوفر . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مايو 2013 .