شارح الدرس: التشابكات العصبية الأحياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نصِف تركيب التشابكات العصبية، ونفسِّر كيفية انتقال المعلومات عبر التشابكات العصبية.

تتصل الخلية العصبية الواحدة بآلاف الخلايا العصبية الأخرى عن طريق التشابكات العصبية. لك أن تتخيل أن خلية بركنجي واحدة في المخ يمكن أن تستقبل ما يصل إلى مائتي ألف تشابُك، جميعها قادم من أعصاب مختلفة وتتلاقى عند خلية عصبية واحدة! التشابكات العصبية هي فراغات صغيرة تقع عند نقطة اتصال خلية عصبية بأخرى، ووظيفتها نقل الإشارات الكيميائية لتوصيل السيالات العصبية من خلية عصبية لأخرى. تتيح التشابكات العصبية ربط العديد من الأعصاب المختلفة بعضها ببعض، فيتكون الجهاز العصبي المعقد للغاية. إن قدرتنا على التفكير والتعلم والحفظ تعتمد بشكل أساسي على قوة التشابكات العصبية وعددها.

الخلايا العصبية هي خلايا تختص بتوصيل السيال العصبي إلى جميع أنحاء الجسم لتكوين شبكة اتصال داخلية في الجسم. هذا يجعلنا نستجيب لكلٍّ من المنبهات الداخلية والخارجية في البيئة المحيطة، كما يساعدنا على حماية أنفسنا والبقاء على قيد الحياة.

لننظر إلى تركيب الخلية العصبية قبل أن نتناول المزيد من التفاصيل عن التشابكات العصبية بينها.

يوضح الشكل (1) اتصال خليتين عصبيتين عن طريق تشابك عصبي. تتكون كل خلية عصبية من جسم الخلية الذي يحتوي على نواة الخلية، وتتفرع منه زوائد تُسمى الزوائد الشجيرية. ويتفرع أيضًا من جسم الخلية محور طويل خيطي الشكل. وفي نهاية هذا المحور، توجد نهايات المحور، التي تُسمَّى أحيانًا «النهايات العصبية»، وهي تصل بين الخلايا العصبية عن طريق التشابكات العصبية.

بعد أن يحفز المثير توليد سيال عصبي في الزوائد الشجيرية للخلية العصبية، ينتقل السيال العصبي عبر المحور. بعد ذلك، يصل السيال العصبي الكهربي لنهايات محور هذه الخلية العصبية. تُعرف هذه الخلية العصبية باسم «الخلية العصبية قبل التشابكية»؛ نظرًا لأنها تقع قبل التشابك العصبي. بعد ذلك، ينتقل السيال العصبي عبر الشق التشابكي بواسطة نواقل كيميائية تُسمى النواقل العصبية؛ الأمر الذي يحفز توليد سيال عصبي جديد في الزوائد الشجيرية للخلية العصبية التالية. تُعرف هذه الخلية العصبية الثانية باسم «الخلية العصبية بعد التشابكية»؛ نظرًا لأنها تقع بعد التشابك العصبي.

لا تتصل الخلية العصبية بخلايا عصبية أخرى فحسب، بل تتصل أيضًا بألياف عضلية وخلايا غُدِّيَّة. انتقال السيال العصبي من خلية عصبية لأخرى يحدث في جميع أنحاء الجسم؛ ما يسمح بتوصيل الإشارات من الدماغ حتى أصابع القدمين.

لنُلقِ نظرة على تركيب التشابك العصبي الكوليني.

تشير كلمة «كوليني» إلى التشابكات العصبية التي يكون فيها الناقل العصبي هو الأسيتيل كولين. يوجد العديد من النواقل العصبية المختلفة. ويُعد الأسيتيل كولين الناقل العصبي الرئيسي في الجهاز العصبي الباراسمبثاوي وسنركز عليه في هذا الشارح.

يتكون التشابك العصبي الكوليني من نهاية محور الخلية العصبية قبل التشابكية، وإحدى الزوائد الشجيرية للخلية العصبية بعد التشابكية، والمساحة التي تفصل بينهما والتي تُسمى الشق التشابكي.

يعرض الشكل 2 تركيب التشابك العصبي الكوليني.

الخلية العصبية قبل التشابكية هي الخلية العصبية التي يصل إليها السيال العصبي أولًا. وهي مسئولة عن نقل الإشارة باتجاه الشق التشابكي. تسمى نهاية الخلية العصبية قبل التشابكية «الزر التشابكي».

توجد حويصلات تشابكية داخل الخلية العصبية قبل التشابكية تحتوي على الناقل العصبي أسيتيل كولين. والحويصلات هي إحدى المكونات الصغيرة بالخلية وهي مملوءة بسائل ومحاطة بغشاء. تكون الحويصلة مسئولة عن نقل المواد عبر سيتوبلازم الخلية، كما أن لها دورًا في عمليتي الإدخال الخلوي والإخراج الخلوي. كلمة إدخال تعني «ابتلاع الشيء أو الْتقامه»، وكلمة إخراج تعني «التخلص منه». وتشير كلمة خلوي إلى «الخلية»؛ لذا نستخلص أن الإدخال الخلوي يشير إلى عملية إدخال المواد إلى الخلية والإخراج الخلوي يشير إلى عملية إخراج المواد من الخلية. يحيط بالحويصلات غشاء بلازمي يحتوي على طبقة مزدوجة من الفسفوليبيدات مماثلة للطبقة التي يحتوي عليها سطح الغشاء الخلوي. وهو ما يعني أن الحويصلات تتكون نتيجة اقتطاع جزء من سطح الغشاء الخلوي خلال عملية الإدخال الخلوي أو تلتحم مع الغشاء خلال عملية الإخراج الخلوي.

مثال ٢: وصف تركيب التشابك العصبي

يوضح الشكل التالي مخططًا مبسطًا للتشابك العصبي الكوليني. ما الجزء من التشابك العصبي المشار إليه بعلامة الاستفهام؟

الحل

التشابك العصبي الكوليني، كالموضح في الشكل أعلاه، يتكون من خلية عصبية قبل تشابكية، وخلية عصبية بعد تشابكية وشق تشابكي يمثل المساحة التي تفصل بينهما.

الخلية العصبية قبل التشابكية هي الخلية العصبية التي يصل إليها السيال العصبي أولًا. وهي مسئولة عن نقل الإشارة العصبية إلى الشق التشابكي. تسمى نهاية الخلية العصبية قبل التشابكية الزر التشابكي. توجد حويصلات تشابكية داخل الخلية العصبية قبل التشابكية تحتوي على الناقل العصبي أسيتيل كولين. وتحتوي الخلية العصبية قبل التشابكية أيضًا على قنوات أيونات الكالسيوم التي تقع على سطح الغشاء الخلوي.

وبمجرد أن ينتشر الناقل العصبي في الشق التشابكي، فإنه يحفز تكوين جهد الفعالية في الخلية العصبية بعد التشابكية. تحتوي الخلية العصبية بعد التشابكية على قنوات أيونات الصوديوم التي تقع على سطح الغشاء الخلوي. وتحتوي قنوات أيونات الصوديوم على مواقع المستقبلات الخاصة بالناقل العصبي، في هذه الحالة الناقل العصبي هو الأسيتيل كولين.

ومن ثَمَّ، فإن التركيب المشار إليه بعلامة الاستفهام هو الشق التشابكي.

لنتناول سلسلة الأحداث التي تقع في التشابك العصبي الكوليني.

عندما يصل جهد الفعالية إلى الزوائد الشجيرية للخلية العصبية قبل التشابكية، فإنه يزيل استقطابها. ويؤدي ذلك إلى فتح قنوات أيونات الكالسيوم الحساسة لأي تغيرات تحدث في الجهد، وهو ما يجعل الزر التشابكي منفذًا لأيونات الكالسيوم (). وبذلك، ينتشر في الزر التشابكي، كما ترى في الشكل 3.

تدفق أيونات إلى الداخل يحفز التحام الحويصلات التي تحتوي على الأسيتيل كولين مع الغشاء قبل التشابكي. تتمثل إحدى وظائف الحويصلة في القيام بعملية الإخراج الخلوي، وفي هذه الحالة، تطلق الحويصلات الأسيتيل كولين خارج الخلية العصبية قبل التشابكية لينتشر عبر الشق التشابكي. ينتشر الأسيتيل كولين عبر الشق التشابكي دون أن يكون له تأثير، كما هو موضح في الشكل (4).

عند وصول الأسيتيل كولين إلى غشاء الخلية بعد التشابكية، يرتبط بموقع المستقبل الخاص به، وهو ما يؤدي إلى فتح قناة أيونات الصوديوم لمستقبل الأسيتيل كولين. وهو ما يجعل الخلية العصبية بعد التشابكية منفذة لأيونات الصوديوم ()، وبذلك ينتشر في الخلية العصبية بعد التشابكية. ويولد تدفق الصوديوم إلى الداخل جهد فعالية جديدًا في الزوائد الشجيرية للخلية العصبية بعد التشابكية، كما هو موضَّح في الشكل 5. وهكذا ينتقل جهد الفعالية إلى جسم الخلية العصبية بعد التشابكية، ثم ينتقل على طول محور الخلية. بعد ذلك، يصل جهد الفعالية إلى نهايات محور هذه الخلية العصبية ويكرِّر العملية نفسها لينتقل إلى تشابك عصبي جديد.

مثال ٣: وصف مراحل نقل المعلومات عبر التشابك العصبي

يوضِّح المخطط الانسيابي الآتي مراحل نقل المعلومات عبر التشابك العصبي، مع الإشارة لكل مرحلة برقم. اذكر الترتيب الصحيح للمراحل.

الحل

عندما يصل جهد الفعالية إلى الزوائد الشجيرية للخلية العصبية قبل التشابكية، فإنه يزيل استقطابها. يتسبب ذلك في فتح قنوات أيونات الكالسيوم؛ ما يجعل الزر التشابكي منفذًا لأيونات الكالسيوم (). وبذلك ينتشر في التشابك العصبي، وهو ما يحفز التحام الحويصلات التي تحتوي على الأسيتيل كولين مع الغشاء قبل التشابكي. تتمثل إحدى وظائف الحويصلة في القيام بعملية الإخراج الخلوي، وفي هذه الحالة، تطلق الحويصلات الأسيتيل كولين خارج الخلية العصبية قبل التشابكية لينتشر عبر الشق التشابكي.

ينتشر الأسيتيل كولين عبر الشق التشابكي دون أن يكون له تأثير، من منطقة التركيز المرتفع للأسيتيل كولين إلى منطقة التركيز المنخفض. وعند وصول الأسيتيل كولين إلى الغشاء بعد التشابكي، فإنه يرتبط بمواقع المستقبلات الخاصة به على قنوات أيونات الصوديوم؛ ما يؤدي إلى فتح قنوات أيونات الصوديوم. وهذا ما يجعل الخلية العصبية بعد التشابكية منفذة لأيونات الصوديوم ()، وبذلك ينتشر في الخلية العصبية بعد التشابكية.

يولد تدفُّق الصوديوم إلى الداخل جهد فعالية جديدًا في الزوائد الشجيرية للخلية العصبية بعد التشابكية. وهكذا ينتقل جهد الفعالية إلى جسم الخلية العصبية بعد التشابكية، ثم ينتقل على طول محور الخلية حتى يصل إلى الزوائد الشجيرية في نهاية الخلية العصبية ثم ينتقل من الخلية عبر تشابك عصبي آخر.

ومن ثَمَّ، يكون الترتيب الصحيح للمراحل هو: 6، 2، 1، 4، 3، 5.

وبمجرد أن ينتشر الناقل العصبي عبر الشق التشابكي، فإنه يولِّد جهد فعالية جديدًا في الخلية العصبية بعد التشابكية. تحتوي الخلية العصبية بعد التشابكية على قنوات أيونات الصوديوم التي تقع على سطح الغشاء الخلوي. تحتوي قنوات أيونات الصوديوم هذه على مواقع المستقبلات الخاصة بالناقل العصبي، في هذه الحالة الناقل العصبي هو الأسيتيل كولين. هذا يعني أن هذا الناقل العصبي فقط هو الذي يمكنه الارتباط بهذه المواقع ويتسبب في فتح قنوات أيونات الصوديوم. وهذا أمر مهم؛ لأن هذه المستقبلات توجد على الخلية العصبية بعد التشابكية فقط وليست على الخلايا العصبية قبل التشابكية، لذا ينتقل السيال العصبي في اتجاه واحد فقط. وعليه، تُعرف هذه التشابكات العصبية بأنها أحادية الاتجاه، ووظيفتها هي التأكد من عدم انتقال السيال العصبي في الاتجاه الخاطئ.

بمجرد أن يولَّد جهد فعالية في الخلية العصبية بعد التشابكية، يكون على الأسيتيل كولين الانفصال عن مواقع المستقبلات الخاصة به على قنوات أيونات الصوديوم. وإذا لم يحدث ذلك، فستستمر الخلية العصبية بعد التشابكية في توليد جهود فعالية دون توقف؛ لأن قنوات أيونات الصوديوم ستظل مفتوحة. يقع إنزيم الأسيتيل كولين إستيريز في الغشاء بعد التشابكي أيضًا. ووظيفة هذا الإنزيم هي تحفيز التحلل المائي للأسيتيل كولين إلى الكولين وحمض الخليك. هذا يتيح إغلاق قنوات أيونات الصوديوم التي تحتوي مستقبلات الاسيتيل كولين مرة أخرى وعودتها إلى حالة الراحة التي كانت عليها. بعد ذلك، يعاد امتصاص هذه النواتج مرة أخرى في الخلية العصبية قبل التشابكية لإعادة تكوين الأسيتيل كولين كي تتكرر هذه العملية مرة أخرى.

من أمثلة الحياة اليومية على ما يحدث عند توقف عمل إنزيم الأسيتيل كولين إستيريز تعرض شخص لغاز الأعصاب VX. في هذه الحالة، يثبط الغاز عمل إنزيم الأسيتيل كولين إستيريز؛ وهو ما يعني عدم حدوث التحلل المائي للناقل العصبي ومن ثَمَّ امتلاء الشق التشابكي بالأسيتيل كولين. هذا يعني أن العصب سيكون في حالة استثارة دائمة. وبما أن الخلايا العصبية تكون تشابكات عصبية مع بعض الخلايا العضلية، مثل الخلايا المسئولة عن التهوية في الرئتين، فإن هذا يعني أن هذه العضلات التي تحيط بالرئة ستستقبل إشارات متكررة كي تنقبض. إذا حدث هذا، فلن يتمكن الشخص من القيام بعملية الزفير وسيموت من الاختناق. إن كمية مقدارها 10 mg (جرام) فقط من غاز VX يمكن أن تسبب الوفاة.

يمكن لبعض غازات الأعصاب والعقاقير الأخرى محاكاة شكل الناقل العصبي. على سبيل المثال، يحاكي النيكوتين الموجود في السجائر شكل الأسيتيل كولين ويرتبط بمستقبلات الأسيتيل كولين في الغشاء بعد التشابكي لتوليد جهد الفعالية. أيضًا من الممكن أن تحفز المواد الكيميائية الأخرى تحرير مزيد من النواقل العصبية من الغشاء قبل التشابكي أو يمكنها أن تسد مواضع الارتباط في المستقبلات الموجودة على الغشاء بعد التشابكي، وبهذا لا يولد جهد فعالية على الإطلاق.

لنلخص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الشارح.