معلومة

كيف تتكيف الخلية العصبية إذا انقطع انتشار الأكسجين؟

كيف تتكيف الخلية العصبية إذا انقطع انتشار الأكسجين؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هي التأثيرات التي قد تحدث على العصب إذا انقطع الإمداد بالأكسجين؟ هل هناك أي بيانات عن هذا؟

هل تزداد سرعة التوصيل العصبي؟ ماذا عن قنوات السعة والمستقبلات على / في العصب؟

من المضحك أنه من الصعب جدًا الحصول على إجابة على هذا السؤال ، أو ربما أقوم بالبحث في الأماكن الخطأ ...


إذا توقف انتشار الأكسجين ، فهناك مشكلة خطيرة. تبدأ الخلايا العصبية داخل الدماغ بالموت ببطء ، وتحدث العديد من الأشياء الأخرى مثل التغيير في الشخصية أو عدم القدرة على معالجة نبضات الألم إذا حرم الدماغ من الأكسجين ، وإذا لم يتم إصلاح هذا في غضون 15 دقيقة فمن المستحيل البقاء على قيد الحياة.

التأثيرات الفعلية على الخلايا العصبية هي كما يلي: كما هو الحال في معظم الخلايا ، فإن الحل الأول لهذا النوع من الظرف هو التمثيل الغذائي اللاهوائي ، ويحدث نفس الشيء في الخلايا العصبية ولكنه لا يدوم طويلاً وهو غير فعال. بقدر ما أشعر بالقلق ، فإن التوصيل العصبي ينخفض ​​في هذا النوع من السيناريو وتذبل المستقبلات.

حسنًا ، إذا كانت المستقبلات تذبل ، فلا ينبغي أن تكون قادرة على نقل النبضات مما يعني أن الموصلية العصبية يجب أن تتوقف.

هذا الرابط لمقال عن التأثيرات على الدماغ من الحرمان من الأكسجين. https://www.livestrong.com/article/106179-effects-lack-oxygen-brain/


الفصل 2 الجهاز الدوري ونقل الأوكسجين

تم تصميم نظام القلب والأوعية الدموية أو الدورة الدموية لضمان بقاء جميع خلايا الجسم في كل لحظة ، وهو يفعل ذلك عن طريق الحفاظ على البيئة الكيميائية المباشرة لكل خلية في الجسم (أي السائل الخلالي) بتركيبة مناسبة لتلك الخلية. وظيفة عادية. يستخدم المصطلح & # x0201chomeostasis & # x0201d للإشارة إلى الثبات التقريبي للبيئة الداخلية (كلود برنارد ، 1866).

أولاً ، ضع في اعتبارك الحالة الافتراضية البسيطة لخلية كروية واحدة معلقة في حجم كبير (& # x0003 مرات حجم الخلية) ، وحجم جيد التحريك من وسط مائي في حالة توازن مع هواء الغرفة وتحتوي على مغذيات أخرى. غالبًا ما يكون توفر الأكسجين عاملاً مقيدًا لبقاء الخلية ، ويتم توفيره بشكل عام للخلية عن طريق الانتشار السلبي. عندما تنتشر جزيئات الأكسجين في الخلية ، يتم استهلاكها ، بحيث يحدث انخفاض تدريجي في تركيز الأكسجين من سطح الخلية إلى أدنى تركيز يحدث في مركز الخلية. لخلية كروية ذات معامل انتشار نموذجي للأكسجين (& # x0224810 & # x022125 cm 2 / s) واستهلاك الأكسجين للعضلات الهيكلية المريحة (& # x0224810 & # x022122 ml O2 cm & # x022123 min & # x022121) ، يبلغ الحجم الحرج (نصف القطر) الذي يتم تزويده بشكل كافٍ بالأكسجين من الوسط المحيط حوالي 1 مم. وهكذا نجد أن الانتشار يضع حدًا أقصى لحجم الخلايا فيما يتعلق بحاجتها للأكسجين.

على الرغم من أن الانتشار هو عملية نقل فعالة عبر مسافات قصيرة (& # x00026 # 60100 & # x003bcm) كما يتضح من متوسط ​​الوقت اللازم للجزيء لنشر مسافة x (ر & # x02248 x 2 / 2D) ، كيف يمكن تزويد كائن حي متعدد الخلايا أكبر بكثير ، مثل جسم الإنسان الذي يحتوي على حوالي 100 & # x000d7 10 12 خلية ، بالأكسجين بشكل كافٍ؟ بالنسبة للثدييات ، فإن وسيلة الاستحمام للخلايا هي الماء ويبلغ إجمالي مياه الجسم حوالي 60٪ من وزن الجسم. بالنسبة لشخص يبلغ وزنه 70 كجم ، يتم توزيع إجمالي مياه الجسم على ثلاث حجرات بالأحجام التقريبية التالية: داخل الخلايا & # x0224823 لتر (33٪ من وزن الجسم) بيني & # x0224816 لتر (22.5٪ من وزن الجسم) والبلازما المتداولة & # 022483 لتر (4.5٪ من وزن الجسم). تغمر الخلايا في السائل الخلالي (ISF) ، لكن حجم السائل الخلالي يزيد قليلاً عن نصف حجم السائل داخل الخلايا. وبالتالي ، لا يمكن اعتبار ISF خزانًا كبيرًا للسوائل ، ويتأثر تكوينه بشكل مباشر بعملية التمثيل الغذائي الخلوي.

يواجه الكائن الحي المشكلة التالية: كيف يمكن الحفاظ على تكوين قوى الأمن الداخلي بالقرب من القيمة المطلوبة؟ حل هذه المشكلة هو إدخال نظام الدورة الدموية الذي ينعش باستمرار قوى الأمن الداخلي من خلال وضعه في اتصال وثيق مع سوائل & # x0201cfresh ، المجددة & # x0201d (أي الدم الشرياني). يجب أن يكون الدم المتداول قريبًا من الخلايا (& # x00026 # 6010 & # x003bcm) نظرًا لأن تبادل المغذيات والنفايات الأيضية يحدث عن طريق الانتشار السلبي ، وهي آلية نقل هي الأكثر كفاءة على مسافات قصيرة. وبالتالي ، يستخدم نظام القلب والأوعية الدموية التدفق السائب (الحمل الحراري) لتقليل المسافة الفعالة بين عمل الضخ للقلب والأجزاء المختلفة من الكائن الحي.

لكي يكون هذا النظام عمليًا ويقوم بعمله بكفاءة ، يجب استيفاء شرطين مهمين: (1) يجب أن يكون هناك تدفق دم كافٍ عبر أصغر الأوعية الدموية ، الشعيرات الدموية ، التي تكون على اتصال بالخلايا المكونة للأنسجة و ( 2) يجب ضبط التركيب الكيميائي للدم الوارد ليكون هو المطلوب في قوى الأمن الداخلي. يفي تصميم وتشغيل نظام القلب والأوعية الدموية بهذه الشروط. وظيفتان مهمتان لجهاز القلب والأوعية الدموية هما تحريك المادة (الناقل هو الدم) وتحريك الحرارة (أيض الأنسجة يولد الحرارة التي يجب إحضارها من قلب الجسم إلى الطبقة الوعائية الجلدية الموجودة على سطحه ، حيث يتم إشعاعها بعيدًا عن هيئة).


تشريح بسيط لشبكية العين بواسطة هيلجا كولب

عندما يستخدم طبيب العيون منظار العين للنظر في عينك ، فإنه يرى الرؤية التالية لشبكية العين (الشكل 1).

يوجد في وسط الشبكية العصب البصري ، وهو عبارة عن منطقة بيضاء دائرية إلى بيضاوية يبلغ قطرها حوالي 2 × 1.5 مم. من مركز العصب البصري يشع الأوعية الدموية الرئيسية للشبكية. يمكن رؤية ما يقرب من 17 درجة (4.5-5 مم) ، أو بقطر قرصين ونصف على يسار القرص ، البقعة المحمرّة ذات الشكل البيضاوي قليلاً والخالية من الأوعية الدموية ، النقرة ، التي تقع في وسط المنطقة المعروف باسم البقعة من قبل أطباء العيون.

الشكل 1. شبكية العين كما تُرى من خلال منظار العين
انقر هنا لمشاهدة الرسوم المتحركة (من القزحية إلى شبكية العين) (فيلم كويك تايم)

يعتبر مجال دائري يبلغ حوالي 6 مم حول النقرة هو الشبكية المركزية بينما وراء ذلك هو شبكية العين المحيطية التي تمتد إلى أورا سيراتا ، على بعد 21 مم من مركز الشبكية (النقرة). شبكية العين الكلية عبارة عن قرص دائري يتراوح قطره بين 30 و 40 ملم (بولياك ، 1941 فان بورين ، 1963 كولب ، 1991).

الشكل 1.1. مقطع تخطيطي من خلال العين البشرية مع تضخم تخطيطي لشبكية العين

يبلغ سمك شبكية العين حوالي 0.5 مم وتبطن الجزء الخلفي من العين. يحتوي العصب البصري على محاور الخلايا العقدية التي تصل إلى الدماغ ، بالإضافة إلى الأوعية الدموية الواردة التي تفتح في الشبكية لتزويد طبقات الشبكية والخلايا العصبية بالأوعية الدموية (الشكل 1.1). يكشف مقطع شعاعي لجزء من شبكية العين أن الخلايا العقدية (الخلايا العصبية المنتجة للشبكية) تقع في أعمق شبكية العين الأقرب إلى العدسة وأمام العين ، وأن المستشعرات الضوئية (العصي والمخاريط) تقع في أقصى شبكية العين ضد الصباغ الظهارة والمشيمية. لذلك يجب أن ينتقل الضوء عبر سمك الشبكية قبل أن يضرب وينشط العصي والمخاريط (الشكل 1.1). بعد ذلك ، يُترجم امتصاص الفوتونات بواسطة الصبغة البصرية للمستقبلات الضوئية إلى رسالة كيميائية حيوية أولاً ثم رسالة كهربائية يمكنها تحفيز جميع الخلايا العصبية التالية في شبكية العين. تنتقل الرسالة الشبكية المتعلقة بالإدخال الضوئي وبعض التنظيم الأولي للصورة المرئية إلى عدة أشكال من الإحساس إلى الدماغ من نمط التفريغ الشائك للخلايا العقدية.

يؤكد مخطط الأسلاك المبسط لشبكية العين فقط على المستقبلات الضوئية الحسية والخلايا العقدية مع عدد قليل من الخلايا العصبية الداخلية التي تربط بين نوعي الخلايا كما هو موضح في الشكل 2.

عندما يأخذ عالم التشريح قسمًا رأسيًا من شبكية العين ويعالجها للفحص المجهري ، يصبح من الواضح أن شبكية العين أكثر تعقيدًا وتحتوي على العديد من أنواع الخلايا العصبية أكثر مما أشار إليه المخطط المبسط (أعلاه). من الواضح على الفور أن هناك العديد من الخلايا العصبية المعبأة في الجزء المركزي من قسم شبكية العين التي تتدخل بين المستقبلات الضوئية والخلايا العقدية (الشكل 3).

تتكون جميع شبكية العين الفقارية من ثلاث طبقات من أجسام الخلايا العصبية وطبقتين من نقاط الاشتباك العصبي (الشكل 4). تحتوي الطبقة النووية الخارجية على أجسام الخلايا من العصي والمخاريط ، وتحتوي الطبقة النووية الداخلية على أجسام الخلايا للخلايا ثنائية القطب والخلايا الأفقية والأماكرين ، وتحتوي طبقة الخلايا العقدية على أجسام خلوية من الخلايا العقدية وخلايا amacrine النازحة. تقسيم طبقات الخلايا العصبية هذه نوعان من الخلايا العصبية حيث تحدث اتصالات متشابك (الشكل 4).

المنطقة الأولى من العصب هي طبقة الضفيرة الخارجية (OPL) حيث تحدث الوصلات بين العصي والمخاريط ، والخلايا ثنائية القطب التي تعمل عموديًا والخلايا الأفقية الموجهة أفقيًا (الشكلان 5 و 6).

الشكل 5. كتلة ثلاثية الأبعاد لشبكية العين مع تمييز OPL
الشكل 6. صورة مجهرية ضوئية لمقطع عمودي عبر OPL

العصب الثاني لشبكية العين هو طبقة الضفيرة الداخلية (IPL) ، وهي تعمل كمحطة ترحيل للخلايا العصبية الحاملة للمعلومات العمودية ، الخلايا ثنائية القطب ، للاتصال بالخلايا العقدية (الشكلان 7 و 8). بالإضافة إلى ذلك ، تتفاعل أنواع مختلفة من خلايا amacrine الموجهة أفقيًا ورأسيًا بطريقة ما في شبكات أخرى للتأثير على إشارات الخلايا العقدية ودمجها. في ذروة كل هذه المعالجة العصبية في طبقة الضفيرة الداخلية تنتقل الرسالة المتعلقة بالصورة المرئية إلى الدماغ على طول العصب البصري.

الشكل 7. كتلة ثلاثية الأبعاد لشبكية العين مع إبراز IPL
الشكل 8. صورة مجهرية ضوئية لمقطع رأسي عبر IPL

2. مقارنة شبكية العين المركزية والمحيطية.

تكون شبكية العين المركزية القريبة من النقرة أكثر سمكًا من شبكية العين المحيطية (قارن الشكلين 9 و 10). ويرجع ذلك إلى زيادة كثافة التعبئة للمستقبلات الضوئية ، وخاصة المخاريط ، والخلايا ثنائية القطب والعقدة المرتبطة بها في الشبكية المركزية مقارنةً بشبكية العين المحيطية.

الشكل 9. صورة مجهرية ضوئية لمقطع رأسي من خلال شبكية العين المركزية للإنسان
الشكل 10. صورة مجهرية ضوئية لمقطع عمودي عبر شبكية العين المحيطية للإنسان
  • شبكية العين المركزية هي شبكية تهيمن عليها المخروطية بينما تهيمن الشبكية الطرفية على قضيب. وهكذا في شبكية العين المركزية ، تكون الأقماع متباعدة عن كثب والقضبان أقل عددًا بين المخاريط (الشكلان 9 و 10).
  • تتكون الطبقة النووية الخارجية (ONL) من أجسام الخلايا للقضبان والمخاريط بنفس السماكة في شبكية العين المركزية والمحيطية. ومع ذلك ، في الأطراف ، يفوق عدد أجسام الخلايا العصوية عدد أجسام الخلايا المخروطية بينما يكون العكس صحيحًا بالنسبة للشبكية المركزية. في شبكية العين المركزية ، تحتوي المخاريط على محاور مائلة تزيح أجسامها الخلوية من عنيقها المشبكي في الطبقة الضفيرة الخارجية (OPL). تشكل هذه المحاور المائلة مع عمليات خلايا مولر المصاحبة منطقة ليفية شاحبة المظهر تُعرف باسم طبقة ألياف هنلي. الطبقة الأخيرة غائبة في شبكية العين المحيطية.
  • الطبقة النووية الداخلية (INL) أكثر سمكًا في المنطقة المركزية للشبكية مقارنةً بالشبكية الطرفية ، نظرًا لزيادة كثافة الخلايا العصبية من الدرجة الثانية التي تربط المخروط (الخلايا ثنائية القطب المخروطية) وخلايا أفقية ذات مجال أصغر وخلايا أفقية متقاربة وخلايا amacrine المعنية بالمسارات المخروطية (الشكل 9). كما سنرى لاحقًا ، فإن دوائر الخلايا العصبية المتصلة بالمخروط أقل تقارباً من حيث أن عدد المخاريط الذي يصطدم بعدد أقل من الخلايا العصبية من الدرجة الثانية يفوق ما تفعله العصي في المسارات المتصلة بالقضيب.
  • يمكن ملاحظة اختلاف ملحوظ بين شبكية العين المركزية والمحيطية في السماكة النسبية لطبقات الضفيرة الداخلية (IPL) وطبقات الخلايا العقدية (GCL) وطبقة الألياف العصبية (NFL) (الشكلان 9 و 10). هذا مرة أخرى بسبب الأعداد الكبيرة وزيادة كثافة التعبئة للخلايا العقدية اللازمة للمسارات المخروطية في شبكية العين النقرة المهيمنة المخروطية مقارنةً بالشبكية الطرفية المهيمنة على القضيب. يعني العدد الأكبر من الخلايا العقدية تفاعلًا أكثر تشابكًا في IPL أكثر سمكًا وأعدادًا أكبر من محاور الخلايا العقدية التي تتعقب إلى العصب البصري في طبقة الألياف العصبية (الشكل 9).

3. خلايا مولر الدبقية.

التين. 11. منظر عمودي لخلايا مولر الدبقية الملطخة بجولجي

خلايا مولر هي الخلايا الدبقية الشعاعية في شبكية العين (الشكل 11). يتكون الغشاء المحدد الخارجي (OLM) للشبكية من وصلات ملتصقة بين خلايا مولر والقطع الداخلية لخلية مستقبلات الضوء. وبالمثل ، يتكون الغشاء المحدد الداخلي (ILM) لشبكية العين من أقدام نهائية لخلية مولر متلامسة جانبياً ومكونات الغشاء القاعدي المرتبطة بها.

يشكل OLM حاجزًا بين الفضاء تحت الشبكية ، حيث تترابط الأجزاء الداخلية والخارجية للمستقبلات الضوئية ارتباطًا وثيقًا مع الطبقة الظهارية الصباغية خلف الشبكية ، والشبكية العصبية المناسبة. ILM هو السطح الداخلي لشبكية العين المتاخمة للخلط الزجاجي وبالتالي يشكل حاجز انتشار بين الشبكية العصبية والخلط الزجاجي (الشكل 11).

في جميع أنحاء شبكية العين ، تقوم الأوعية الدموية الرئيسية في الأوعية الدموية في شبكية العين بتزويد الشعيرات الدموية التي تصل إلى النسيج العصبي. تم العثور على الشعيرات الدموية التي تمر عبر جميع أجزاء شبكية العين من طبقة الألياف العصبية إلى الطبقة الخارجية من الضفيرة وحتى في بعض الأحيان أعلى من الطبقة النووية الخارجية. المغذيات من الأوعية الدموية من المشيمة (سم مكعب) خلف طبقة الظهارة الصباغية تزود طبقة المستقبلات الضوئية الرقيقة.

4. هيكل نقري.

يُعرف مركز النقرة باسم الحفرة النقرة (بولياك ، 1941) وهي منطقة عالية التخصص في شبكية العين تختلف مرة أخرى عن شبكية العين المركزية والمحيطية التي درسناها حتى الآن. المقاطع الشعاعية لهذه المنطقة الدائرية الصغيرة لشبكية العين التي يبلغ قياسها أقل من ربع ملليمتر (200 ميكرون) عرضًا مبينة أدناه للإنسان (الشكل 12 أ) والقرد (الشكل 12 ب).

الشكل 12 أ. القسم الرأسي للنقرة البشرية من يامادا (1969)
الشكل 12 ب. القسم الرأسي للقرد نقرة من هاجمان وجونسون (1991)

تقع النقرة في منتصف منطقة البقعة الشبكية على الجانب الصدغي لرأس العصب البصري (الشكل 13 أ ، أ ، ب). إنها منطقة تتركز فيها المستقبلات الضوئية المخروطية بأقصى كثافة ، مع استبعاد القضبان ، وترتيبها بكثافة التعبئة الأكثر كفاءة والتي تكون في فسيفساء سداسية. يظهر هذا بشكل أكثر وضوحًا في المقطع العرضي من خلال الأجزاء الداخلية المخروطية النقرة (الشكل 13 ب).

الشكل 13. المقطع المماسي من خلال نقرة الإنسان

أسفل هذه الحفرة المركزية التي يبلغ قطرها 200 ميكرون ، يتم إزاحة الطبقات الأخرى من الشبكية بشكل مركزي ، تاركة فقط الطبقة الرقيقة من شبكية العين التي تتكون من الخلايا المخروطية وبعض أجسامها الخلوية (الجانبين الأيمن والأيسر من الشكلين 12 أ و 12 ب). يظهر هذا جيدًا بشكل خاص في صور التصوير المقطعي بالتماسك البصري (OCT) للعين الحية وشبكية العين (الشكل 13 أ ، ب). تظهر بعد ذلك طبقات شبكية مشوهة شعاعيًا ولكنها كاملة بشكل تدريجي على طول منحدر النقرة حتى تتكون حافة النقرة من الخلايا العصبية النازحة من الدرجة الثانية والثالثة المرتبطة بالمخاريط المركزية. هنا تتراكم الخلايا العقدية في ست طبقات ، مما يجعل هذه المنطقة ، تسمى حافة النقرة أو بارافوفيا (بولياك ، 1941) ، الجزء الأكثر سمكًا في الشبكية بأكملها.

5. البقعة الصفراء.

تعتبر منطقة النقرة بأكملها بما في ذلك حفرة النقرة ، والمنحدر النقرى ، والبارافوفيا ، والبيريفوفيا بقعة العين البشرية. من المألوف لدى أطباء العيون وجود تصبغ أصفر في المنطقة البقعية المعروفة باسم البقعة الصفراء (شكل 14).

هذا التصبغ هو انعكاس من أصباغ الغربلة الصفراء ، زياكسانثين ولوتين (بالاشوف وبرنشتاين ، 1998) ، الموجودة في المحاور المخروطية لطبقة ألياف هنلي. يُعتقد أن البقعة الصفراء تعمل كمرشح قصير الطول الموجي ، بالإضافة إلى المرشح الذي توفره العدسة (روديك ، 1973). نظرًا لأن النقرة هي الجزء الأكثر أهمية في شبكية العين للرؤية البشرية ، فإن آليات الحماية لتجنب الضوء الساطع وخاصة أضرار الأشعة فوق البنفسجية ضرورية. لأنه إذا تم تدمير مخاريط النقرة الدقيقة لدينا فإننا نصبح عمياء.

الشكل 14. مظهر شبكية العين بالمنظار لإظهار البقعة الصفراء
الشكل 15. مقطع عمودي من خلال نقرة القرد لإظهار توزيع البقعة الصفراء. من Snodderly et al. ، 1984

يمكن إظهار الصباغ الأصفر الذي يشكل البقعة الصفراء في النقرة بوضوح من خلال عرض جزء من النقرة في المجهر بالضوء الأزرق (الشكل 15). النمط المظلم في الحفرة النقرة الممتدة إلى حافة منحدر النقرة ناتج عن توزيع الصبغة البقعية (Snodderly et al. ، 1984).

إذا كان على المرء أن يتخيل فسيفساء المستقبلات الضوئية النقية كما لو أن الأصباغ المرئية في الأقماع الفردية لم يتم تبييضها ، فيمكن للمرء أن يرى الصورة الموضحة في الشكل 16 (الإطار السفلي) (صورة من Lall and Cone ، 1996). تبدو المخاريط الحساسة ذات الطول الموجي القصير على منحدر النقرة شاحبًا أصفر وأخضر ، ومخاريط الطول الموجي المتوسط ​​، والمخاريط الحساسة ذات الطول الموجي الطويل ، والأرجواني. إذا أضفنا الآن تأثير صبغة الفرز الصفراء للبقعة الصفراء ، فإننا نرى ظهور الفسيفساء المخروطية في الشكل 16 (الإطار العلوي). تساعد البقعة الصفراء على تعزيز الاستبانة اللونية للمخاريط النقية وتمنع تشعيع الضوء فوق البنفسجي الضار (الشكل 16 من أبنر لال وريتشارد كون ، بيانات غير منشورة).

6. طبقة الألياف الخلوية العقدية.

تعمل محاور الخلايا العقدية في طبقة الألياف العصبية فوق الغشاء المحدد الداخلي باتجاه رأس العصب البصري في شكل مقوس (الشكل 00 ، تدفق الألياف الوردية). النقرة ، بالطبع ، خالية من طبقة الألياف العصبية حيث يتم دفع الخلايا الداخلية للشبكية والعقدة بعيدًا إلى منحدر نقري. تدور ألياف الخلايا العقدية المركزية حول منحدر النقرة وتكتسح في اتجاه العصب البصري. تواصل محاور الخلايا العقدية الطرفية مسار الانحناء هذا إلى العصب البصري مع انقسام الظهر / البطني على طول خط الزوال الأفقي (الشكل 00). يتم الحفاظ على تضاريس الشبكية في العصب البصري ، من خلال الركب الجانبي إلى القشرة البصرية.

7. إمداد الدم إلى شبكية العين.

هناك نوعان من مصادر إمداد الدم لشبكية الثدييات: الشريان المركزي للشبكية والأوعية الدموية المشيمية. يتلقى المشيمية أكبر تدفق دم (65-85٪) (Henkind et al.، 1979) وهو حيوي للحفاظ على الشبكية الخارجية (خاصة المستقبلات الضوئية) ويتدفق 20-30٪ المتبقية إلى الشبكية عبر المركز الشريان الشبكي من رأس العصب البصري لتغذية طبقات الشبكية الداخلية. يحتوي الشريان الشبكي المركزي على 4 فروع رئيسية في شبكية العين البشرية (الشكل 17).

التين. 17. صورة لقاع تظهر تصوير فلورسين للشرايين والأوردة الرئيسية في شبكية العين اليمنى للإنسان الطبيعي.تخرج الأوعية من رأس العصب البصري وتجري بطريقة منحنية نصف قطرية باتجاه النقرة وحولها (علامة النجمة في الصورة) (الصورة بإذن من إيزابيل بينيلا ، إسبانيا)

ثم تزود الفروع داخل الشرايين بثلاث طبقات من الشبكات الشعرية ، أي 1) الشعيرات الدموية حول الشعيرات الدموية الشعاعية (RPCs) و 2) طبقة داخلية و 3) طبقة خارجية من الشعيرات الدموية (الشكل 18 أ). تصب الأوردة قبل الشعيرية في الأوردة ومن خلال الجهاز الوريدي المقابل إلى الوريد الشبكي المركزي (الشكل 18 ب).

الشكل 18 أ. منظر Flatmount لشبكية الفئران الملطخة بـ NADPH-diaphorase على مستوى بؤرة شريان رئيسي وشرايين. (بإذن من توبي هولمز ، مركز موران للعيون)
الشكل 18 ب. منظر Flatmount لشبكية الفئران الملطخة بـ NADPH-diaphorase على مستوى تركيز الوريد والأوردة الرئيسية. (بإذن من توبي هولمز ، مركز موران للعيون)

الشعيرات الدموية الشعاعية حول الشعيرات الدموية (RPCs) هي الطبقة السطحية من الشعيرات الدموية الموجودة في الجزء الداخلي من طبقة الألياف العصبية ، وتعمل على طول مسارات الأوعية الصدغية الفوقية والصدغية الرئيسية 4-5 مم من القرص البصري (تشانغ ، 1994) . تتشابك RPCs مع بعضها البعض والشعيرات الدموية الأعمق. تكمن الشعيرات الدموية الداخلية في طبقات الخلايا العقدية تحت RPCs وبالتوازي معها. تمتد الشبكة الشعرية الخارجية من طبقة الضفيرة الداخلية إلى طبقة الضفيرة الخارجية التي يعتقد أنها الطبقة النووية الداخلية (Zhang ، 1974).

كما سيلاحظ من تصوير الأوعية بالدقيق في الشكل 17 ، هناك حلقة من الأوعية الدموية في المنطقة البقعية حول الأوعية الدموية والمنطقة الخالية من الشعيرات الدموية بقطر 450-600 ميكرون ، مما يدل على النقرة. تنشأ الأوعية البقعية من فروع الشرايين الصدغية والصدغية العلوية. عند حدود المنطقة اللاوعائية ، تصبح الشعيرات الدموية طبقتين وتنضم أخيرًا كحلقة ذات طبقات واحدة. تكون الأوردة المتجمعة أكثر عمقًا (خلفية) للشرايين وتقوم بتصريف تدفق الدم مرة أخرى إلى الأوردة الرئيسية (الشكل 19 ، من Zhang ، 1974). في قرد الريس ، تظهر هذه الحلقة المحيطة بالنقرة والنقرة الخالية من الأوعية الدموية بوضوح في الرسومات الجميلة التي رسمتها مجموعة Max Snodderly & # 8217s (الشكل 20 ، سودرلي وآخرون ، 1992).

شكل 19. الأوعية البقعية في عين القرد تشكل حلقة حول النقرة اللاوعائية (نجمة) (من تشانغ ، 1994)
الشكل 20. رسم تخطيطي للأوعية الدموية الشبكية حول النقرة في قرد الريسوس مشتق من أكثر من 80 مجال ميكروسكوب. (من Snodderly وآخرون ، 1992)

تنشأ الشرايين المشيمية من الشرايين الهدبية الخلفية الطويلة والقصيرة وفروع دائرة الزين (حول القرص البصري). ينقسم كل من الشرايين الهدبية الخلفية إلى فصيصات على شكل مروحة من الشعيرات الدموية التي تزود مناطق موضعية من المشيمية (Hayreh ، 1975). المنطقة البقعية من الأوعية المشيمية ليست متخصصة مثل إمداد الدم في شبكية العين (Zhang ، 1994). تخترق الشرايين الصلبة حول العصب البصري وتنتشر لتشكيل طبقات الأوعية الدموية الثلاث في المشيمية: طبقات الأوعية الدموية الخارجية (معظم الصلبة) والوسطى والداخلي (أقرب غشاء بروكس للظهارة الصباغية). يظهر هذا بوضوح في قالب التآكل لوجه مقطوع من المشيمية البشرية في الشكل 21 أ (تشانغ ، 1974). تصب الفصيصات الوريدية المقابلة في الأوردة والأوردة التي تجري في الأمام باتجاه خط الاستواء لمقلة العين لتدخل الأوردة الدوامية (الشكل 21 ب). يقوم عروق دوامة واحدة أو اثنتان باستنزاف كل أرباع من الأرباع الأربعة لمقلة العين. تخترق عروق الدوامة الصلبة وتندمج في الوريد العيني كما هو موضح في قالب التآكل في الشكل 21 ب (تشانغ 1994).

الشكل 21 أ. الطبقات الوعائية الثلاث في المشيمية: الشرايين والأوردة الخارجية (السهم الأحمر / الأزرق) ، الشرايين والأوردة الإنسية (السهم الأحمر) والسرير الشعري الداخلي (نجمة صفراء. قالب تآكل لوجه مقطوع من المشيمية البشرية (من تشانغ ، 1994 )
الشكل 21 ب. قالب تآكل الجزء العلوي الخلفي من العين البشرية مع إزالة الصلبة. تجمع الأوردة الدوامة الدم من خط استواء العين وتندمج مع الوريد العيني. (من تشانغ ، 1994).

8. الأمراض التنكسية لشبكية العين.

شبكية العين هي منظمة حساسة من الخلايا العصبية والدبقية والأوعية الدموية المغذية. في بعض أمراض العيون ، تتضرر شبكية العين أو تتضرر ، وتؤدي التغييرات التنكسية التي تحدث في ذلك إلى تلف خطير في الخلايا العصبية التي تحمل الرسائل الحيوية حول الصورة المرئية إلى الدماغ. نشير إلى أربع حالات مختلفة حيث تكون شبكية العين مريضة وقد يكون العمى هو النتيجة النهائية. يمكن العثور على المزيد من المعلومات المتعلقة بأمراض العين والشبكية بأكملها في موقع ويب أنشأه أخصائي أمراض العيون الدكتور نيك ماماليس ، مركز موران للعيون.

الشكل رقم 22: منظر لقاع العين والشبكية في مريض يعاني من التنكس البقعي المرتبط بالعمر.
الشكل رقم 23: منظر لقاع العين والشبكية في مريض يعاني من الجلوكوما المتقدم.

يعد التنكس البقعي المرتبط بالعمر مشكلة شبكية شائعة لشيخوخة العين وسبب رئيسي للعمى في العالم. تصبح المنطقة البقعية والنقرة معرضة للخطر بسبب الظهارة الصباغية خلف الشبكية التي تتدهور وتشكل البراريق (بقع بيضاء ، الشكل 22) وتسمح بتسرب السائل خلف النقرة. تموت مخاريط النقرة مسببة فقدًا بصريًا مركزيًا لذلك لا يمكننا قراءة التفاصيل الدقيقة أو رؤيتها.

يعتبر الجلوكوما (شكل 23) مشكلة شائعة في الشيخوخة ، حيث يرتفع الضغط داخل العين. يرتفع الضغط لأن الغرفة الأمامية للعين لا تستطيع تبادل السوائل بشكل صحيح من خلال طرق التدفق المائي العادية. يرتفع الضغط داخل الحجرة الزجاجية ويضر بالأوعية الدموية لرأس العصب البصري وفي النهاية محاور الخلايا العقدية بحيث تموت هذه الخلايا الحيوية. العلاج لتقليل ضغط العين ضروري في الجلوكوما.

الشكل 24. منظر لقاع العين والشبكية في مريض مصاب بالتهاب الشبكية الصباغي
الشكل 25. منظر لقاع العين وشبكية العين لدى مريض مصاب باعتلال الشبكية السكري المتقدم

Retinits pigmentosa (الشكل 24) هو مرض وراثي سيء يصيب الشبكية ولا يوجد علاج له في الوقت الحاضر. يأتي في أشكال عديدة ويتكون من أعداد كبيرة من الطفرات الجينية التي يتم تحليلها حاليًا. معظم الجينات المعيبة التي تم اكتشافها تتعلق بالمستقبلات الضوئية للقضيب. تبدأ قضبان الشبكية الطرفية في التدهور في المراحل المبكرة من المرض. يصاب المرضى بالعمى الليلي تدريجياً حيث يتضرر المزيد والمزيد من الشبكية المحيطية (حيث توجد القضبان). يتحول المرضى من الناحية النظرية إلى رؤية نفقية مع النقرة فقط التي نجت من عملية المرض. علم الأمراض المميز هو حدوث صبغة سوداء في شبكية العين المحيطية وأوعية دموية ضعيفة في رأس العصب البصري (الشكل 24).

اعتلال الشبكية السكري هو أحد الآثار الجانبية لمرض السكري الذي يؤثر على شبكية العين ويمكن أن يسبب العمى (الشكل 25). تتعرض الأوعية الدموية المغذية الحيوية للعين للخطر والتشوه والتكاثر بطرق لا يمكن السيطرة عليها. العلاج بالليزر لوقف تكاثر الأوعية الدموية وتسرب السوائل إلى الشبكية ، هو العلاج الأكثر شيوعًا في الوقت الحاضر.

9. المراجع.

بالاشوف NA ، برنشتاين PS. تنقية وتحديد مكونات مسارات التمثيل الغذائي الكاروتين البقعي البشري. استثمر في علوم العيون 199839: s38.

هاجمان جي إس ، جونسون LV. واجهة الظهارة المصطبغة المستقبلة للضوء. في: Heckenlively JR، Arden GB، editors. مبادئ وممارسات الفيزيولوجيا الكهربية السريرية للرؤية. سانت لويس: كتاب موسبي السنوي 1991. ص. 53-68.

هارينجتون ، د. ودريك ، م. (1990) الحقول المرئية ، الطبعة السادسة. موسبي. سانت لويس.

Hayreh SS. الطبيعة المقطعية للأوعية الدموية المشيمية. Br J Ophthal. 197559: 631-648. [PubMed] [نص كامل مجاني في PMC]

Henkind P، Hansen RI، Szalay J. الدورة الدموية العينية. في: Records RE ، محرر. فسيولوجيا العين البشرية والجهاز البصري. نيويورك: Harper & amp Row 1979. p. 98-155.

Kolb H. التنظيم العصبي لشبكية العين البشرية. في: Heckenlively JR، Arden GB، editors. مبادئ وممارسات الفيزيولوجيا الكهربية السريرية للرؤية. سانت لويس: Mosby Year Book Inc. 1991. ص. 25-52.

Polyak SL. شبكية العين. شيكاغو: مطبعة جامعة شيكاغو 1941.

Rodieck RW. شبكية العين الفقارية: مبادئ الهيكل والوظيفة. سان فرانسيسكو: W.H. فريمان وشركاه 1973.

Snodderly DM ، Auran JD ، Delori FC. الصباغ البقعي. ثانيًا. التوزيع المكاني في شبكية العين الرئيسية. استثمر العيون مقابل العلوم. 198425: 674 - 685. [PubMed]

Snodderly DM ، Weinhaus RS ، Choi JC. العلاقات العصبية الوعائية في شبكية العين المركزية لقرود المكاك (Macaca fascicularis). ياء نيوروسسي. 199212: 1169–1193. [PubMed]

فان بورين جم. طبقة الخلايا العقدية الشبكية. سبرينغفيلد (إلينوي): تشارلز سي توماس 1963.

Yamada E. بعض السمات الهيكلية للنقرة المركزية في شبكية العين البشرية. قوس العيون. 196982: 151-159. [PubMed]

تشانغ HR. مسح ضوئي للدراسة المجهرية الإلكترونية لقوالب التآكل على البنية الوعائية للشبكية والمشيمية في الإنسان والحيوان. بروغ ريت آي ريس. 199413: 243-270.


أسفل العد: تحمل نقص الأكسجة في دماغ سلحفاة المياه العذبة

تعتبر سلحفاة المياه العذبة من أقوى الفقاريات التي تتحمل نقص الأكسجة تراكيميس سكريبتا، والتي يمكن أن تتحمل نقص الأكسجين الكامل لعدة أيام في درجة حرارة الغرفة إلى أسابيع في السبات الشتوي (Jackson and Ultsch ، 2010) حتى في درجة حرارة الغرفة ، فإن 24 ساعة من نقص الأكسجين وإعادة الأكسجة ينتج عنها عدم فقدان واضح للخلايا العصبية (الشكل 1). إن تحمل نقص الأكسجة في أنواع السلاحف ليس مسألة ectothermy في حد ذاته ، ولكنه يرجع إلى تكيفات محددة تتعلق بالموائل: السلاحف المائية ذات النطاقات الشمالية البعيدة أكثر تحملاً لنقص الأكسجين من الحيوانات الجنوبية حتى داخل نوع واحد (ربما بسبب الحاجة إلى البقاء على قيد الحياة) يحتمل أن تكون لفترات طويلة تحت الجليد أو في طين ناقص التأكسج) (Ultsch ، 2006). ومن المثير للاهتمام ، أنه على الرغم من أن صغار العديد من أنواع السلاحف تعيش في العش في أول شتاء لها من خلال تحمل التجمد (Storey ، 2006) أو التبريد الفائق (Packard and Packard ، 2003) ، إلا أن الصغار بشكل عام أقل قدرة بكثير على تحمل الانغماس بسبب نقص الأكسجين من البالغين ( ريس وآخرون ، 2004). لقد تم اقتراح أن هذا بسبب تطور قشرتها غير المكتمل ، حيث أن القشرة مهمة للتخزين المؤقت للاكتات (Ultsch ، 2006). ومع ذلك ، فإن تطور تحمل نقص الأكسجين غير معروف ، حيث تمت دراسة مراحل الفقس والبالغين فقط.

تحليل قشرة السلحفاة للضرر العصبي. (أ - ج) تلوين كريسيل البنفسجي. (D - I) المناعي للعلامة العصبية NeuN (D – F) ، والعلامة الدبقية GFAP (G – I). تم فحص أقسام أنسجة الحيوانات المعالجة على النحو التالي: (A ، D ، G) التحكم (B ، E ، H) نقص الأكسجين (C ، F ، I) تليها 3 أيام من البقاء على قيد الحياة. لاحظ الحفاظ على عصابة الخلايا العصبية في جميع النقاط الزمنية في عينات Cresyl Violet الملطخة وعينات NeuN-immunolabeled. لم تتم زيادة إشارات GFAP في 3 أيام. شريط النطاق: 200 ميكرومتر للجميع. [الشكل مُعاد طبعه من Kesaraju et al. (كيساراجو وآخرون ، 2009) بإذن.]

تحليل قشرة السلحفاة للضرر العصبي. (أ - ج) تلوين كريسيل البنفسجي. (D – I) المناعي للعلامة العصبية NeuN (D – F) ، والعلامة الدبقية GFAP (G – I). تم فحص أقسام أنسجة الحيوانات المعالجة على النحو التالي: (A ، D ، G) التحكم (B ، E ، H) نقص الأكسجين (C ، F ، I) تليها 3 أيام من البقاء على قيد الحياة. لاحظ الحفاظ على عصابة الخلايا العصبية في جميع النقاط الزمنية في عينات Cresyl Violet الملطخة و NeuN-immunolabeled. لم تتم زيادة إشارات GFAP في 3 أيام. شريط النطاق: 200 ميكرومتر للجميع. [الشكل مُعاد طبعه من Kesaraju et al. (كيساراجو وآخرون ، 2009) بإذن.]

كما هو الحال مع بعض النماذج الأخرى التي تمت مناقشتها في هذه المراجعة ، فإن إحدى الآليات لتمديد البقاء على قيد الحياة هي الدخول في حالة من نقص التمثيل الغذائي العميق القابل للانعكاس ، حيث يتم تقليل الطلب على الطاقة لتلبية الطاقة التي يوفرها التحلل اللاهوائي. يتم قمع العمليات التي تتطلب الطاقة بشكل كبير في دماغ السلحفاة ، وتشمل هذه الانخفاضات في إطلاق الناقلات العصبية المثيرة (Milton and Lutz ، 1998 Milton et al. ، 2002 Thompson et al. ، 2007) ، وزيادة التثبيط العصبي (Lutz and Manuel ، 1999 Nilsson and Lutz). ، 1991 نيلسون ولوتز ، 1992). كما يساهم انخفاض نفاذية الأيونات (توقف القناة) وقمع إمكانات العمل (توقف السنبلة) في توفير الطاقة بشكل كبير. معًا ، يؤدي الانخفاض في تدفق الأيونات وإطلاق الناقل العصبي إلى "غيبوبة" قابلة للعكس من النشاط الكهربائي للدماغ منخفض جدًا (فيرنانديز وآخرون ، 1997). يتم تثبيط تخليق البروتين (Fraser et al. ، 2001) ، ربما من خلال آليات الوراثة اللاجينية (Biggar and Storey ، 2012 Krivoruchko and Storey ، 2010a) أو الفسفرة - نزع الفسفرة للبروتينات المنظمة (Rider et al. ، 2009) أو من خلال إيقاف دورة الخلية (تشانغ وآخرون ، 2013).

القنوات الأيونية والناقلات العصبية

أظهر العمل الأخير أن العديد من هذه التكيفات متشابكة ، خاصة التفاعلات بين توازن الناقل العصبي والقنوات الأيونية المختلفة ، مع تأثيرات متعددة ومتكررة على ما يبدو. على سبيل المثال ، يتسبب حمض جاما أمينوبوتيريك (GABA) في حدوث انخفاضات شبيهة بنقص الأكسجين في نشاط ما بعد التشابك الاستثاري (EPSP) في دماغ السلحفاة السمية ، على ما يبدو عن طريق تثبيط ما قبل المشبك لإطلاق الغلوتامات. يقلل GABA أيضًا من تيار الأيونات من خلال مستقبلات NMDA و AMPA الجلوتاماتيرجيك (Pamenter et al. ، 2012) ، بحيث يزيد التحفيز المطلوب لتوليد جهد فعل أكثر من 20 ضعفًا (الشكل 2). ومع ذلك ، فإن سمية الإثارة المعتمدة على مستقبل NMDA (NMDAR) يتم قمعها أيضًا بواسطة مستقبلات أفيونية المفعول (Pamenter and Buck ، 2008) التي توجد بكثافة عالية بشكل مدهش في دماغ السلحفاة (Xia and Haddad ، 2001) ، وتساعد في مقاومة الغلوتامات و الإجهاد الناجم عن نقص الأكسجين في الثدييات (Zhang et al. ، 2000). وفي الوقت نفسه ، يتم أيضًا تقليل تيارات مستقبلات AMPA عن طريق تنشيط قنوات K + المعتمدة على ATP للميتوكوندريا (Zivkovic and Buck ، 2010) ، والتي بدورها تقلل أيضًا من إطلاق الجلوتامات والدوبامين في وقت مبكر من نقص الأكسجين (Milton and Lutz ، 2005 Milton et al. ، 2002). في حالات التعرض الأطول لنقص الأكسجين ، يتم قمع إطلاق الغلوتامات بواسطة الأدينوزين و GABA (Thompson et al.، 2007). يؤثر الأدينوزين بدوره على توقف القناة (Pék and Lutz ، 1997 Pérez-Pinzón et al. ، 1993) ، وإطلاق الدوبامين (Milton and Lutz ، 2005 Milton et al. ، 2002) ، وتيارات NMDAR (Buck and Bickler ، 1998) والدم الدماغي تدفق (Hylland et al. ، 1994).

الحماية العصبية على المستوى الجزيئي

على الرغم من المسارات العديدة التي تهدف إلى قمع التمثيل الغذائي ، فقد أظهر العمل الأخير أن مجموعة متنوعة من آليات الحماية يتم تنشيطها بدلاً من ذلك على المستوى الجزيئي في دماغ السلحفاة الذي يعاني من نقص الأكسجين. وتشمل هذه الزيادات في بروتينات الصدمة الحرارية ، والعوامل المضادة للاستماتة ، وكينازات MAP ، ومضادات الأكسدة وتعديل مسار p53. ومن المثير للاهتمام أن العديد من هذه العوامل قد لا تحمي فقط من التلف في ظل ظروف نقص الأكسجين ، ولكنها أيضًا تخفف من الإجهاد التأكسدي عند استعادة الأكسجين.

إمكانات الغشاء العصبي القشري (mV) المعالجة بمحلول محاكاة إقفاري يزيل الاستقطاب إلى Eجابا. اللوحة العلوية: ملخص عتبة إمكانات العمل (AP) (APذ) من الخلايا العصبية المحفزة المعالجة كما هو محدد. لا يمكن استنباط APs أثناء علاج IS (محلول نقص تروية). اللوحة السفلية: تسجيلات عينة لنقاط الوصول المستحثة المسجلة أثناء التحكم الأساسي (1) ، نضح IS (2) وضخه المعياري (3). [مقتبس من Pamenter et al. (Pamenter et al. ، 2012) أعيد طبعها بإذن من Macmillan Publishers Ltd.]

إمكانات الغشاء العصبي القشري (mV) المعالجة بمحلول محاكاة إقفاري يزيل الاستقطاب إلى Eجابا. اللوحة العلوية: ملخص عتبة إمكانات العمل (AP) (APذ) من الخلايا العصبية المحفزة المعالجة كما هو محدد. لا يمكن استنباط APs أثناء علاج IS (محلول نقص تروية). اللوحة السفلية: تسجيلات عينة لنقاط الوصول المستحثة المسجلة أثناء التحكم الأساسي (1) ، نضح IS (2) وضخه المعياري (3). [مقتبس من Pamenter et al. (Pamenter et al. ، 2012) أعيد طبعها بإذن من Macmillan Publishers Ltd.]

يعد تحريض بروتينات الصدمة الحرارية (HSPs) أحد خطوط الدفاع الأولى ضد الإجهاد الفسيولوجي ، مما يؤدي إلى تحويل التوازن الخلوي بعيدًا عن موت الخلايا المبرمج ونحو البقاء (Lanneau et al. ، 2008 Obrenovitch ، 2008). على الرغم من أن أدوارهم المحددة في تحمل نقص الأكسجين في السلاحف غير معروفة حتى الآن ، تزداد HSPs في عدد من الأعضاء. أبلغ كريفوروتشكو وستوري عن ارتفاعات مضاعفة إلى ثلاثة أضعاف في العديد من HSPs في العضلات الهيكلية إلى جانب زيادات في كل من عامل نسخ الصدمة الحرارية 1 (HSF1) والانتقال النووي لـ HSF1 في القلب والعضلات (Krivoruchko and Storey ، 2010b). في الدماغ ، تم الإبلاغ عن الزيادات في كل من Hsp72 و Hsc73 لأول مرة بواسطة Prentice et al. (برنتيس وآخرون ، 2004). كانت الزيادة في الصدمة الحرارية المعروفة باسم Hsc73 اكتشافًا جديدًا ، حيث يعد هذا أحد أكثر البروتينات داخل الخلايا وفرة في الثدييات ولكنه يعتبر غير مستجيب للإجهاد (Snoeckx et al. ، 2001). كما كان من المدهش أيضًا المستويات المعيارية التي يمكن اكتشافها بسهولة لـ Hsp72 ، لأنه في الثدييات لا يمكن اكتشافها بشكل أساسي تحت ظروف التحكم (Snoeckx et al. ، 2001). أظهر العمل الإضافي مستويات قاعدية عالية للعديد من HSPs في الدماغ (Kesaraju et al. ، 2009) والأعضاء الأخرى (Stecyk et al. ، 2012) وانتفاخهم السريع في نقص الأكسجين. تستمر بعض HSPs في الزيادة على مدار 24 ساعة من نقص الأكسجين في الدماغ في الثدييات ، وهي مرتبطة في المقام الأول بالخلايا الدبقية ، مما يؤدي إلى التكهنات بأن الخلايا النجمية في دماغ السلحفاة قد تلعب دورًا مهمًا خلال نقص الأكسجين حتى لو أغلقت الخلايا العصبية الكثير من وظائفها (Kesaraju et آل ، 2009).

أدت المستويات المرتفعة للأكسجين المعياري لـ HSPs والزيادة السريعة في الاستجابة لانخفاض الأكسجين إلى اقتراح أن السلاحف تُظهر بشكل أساسي `` شروطًا مسبقة تأسيسية '' في مواجهة نقص الأكسجين ، مع مستويات عالية من البروتين القاعدية قادرة على الاستجابة على الفور للإجهاد الخلوي (Prentice et al. ، 2004). ومن المثير للاهتمام أن Stecyk et al. يتم أيضًا تحسين مستويات HSP المبلغ عنها من خلال درجات الحرارة الباردة ، بافتراض أن السلاحف ستواجه درجات حرارة الشتاء قبل أن تتجمد بركها ، وبالتالي فإن البرودة قد تزيد من تأهبها لنقص الأكسجين قبل استنفاد مستويات الأكسجين بالكامل (Stecyk et al. ، 2012).

قد تحدث حماية الخلايا Hsp72 من خلال تثبيط مسارات موت الخلايا المبرمج والنخرية (Giffard et al. ، 2008) ، مع تحديد مصير الخلية بالتوازن بين بروتينات الإجهاد ومسار موت الخلايا المبرمج (Beere ، 2001) ، وخاصة مستويات Bcl-2 و Bax. في دماغ السلحفاة ، يتم الحفاظ على نسبة Bcl-2: Bax (Kesaraju et al. ، 2009) أو مرتفعة قليلاً (Nayak et al. ، 2011) ، على عكس نقص الأكسجة ونقص التروية في الثدييات حيث يزداد Bax وينخفض ​​في Bcl- 2 قلب الخلية نحو موت الخلايا المبرمج (Feldenberg et al. ، 1999). في دماغ السلحفاة ، قد يتأثر توازن مسارات المؤيدة للموت والبقاء أيضًا بعوامل مثل p53 و MAP kinases.

ينظم عامل النسخ p53 دورة الخلية واستقلاب الطاقة وإصلاح تلف الحمض النووي وموت الخلايا المبرمج (Zhang et al. ، 2010) ، ويستجيب للإجهاد الخلوي. يتم تنشيط p53 عن طريق الإجهاد الأيضي ، جزئيًا من خلال بروتين كيناز المنشط AMP (AMPK) (Vousden and Ryan ، 2009 Zhang et al. ، 2010) ، مما يزيد من نقص الأكسجين في العضلات البيضاء للسلاحف (Rider et al. ، 2009).بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت دراسة حديثة للهدف p53 الناجم عن Tp53 تحلل السكر ومنظم موت الخلايا المبرمج (TIGAR) أن التنشيط قلل من توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ومستويات مرتفعة من الجلوتاثيون المنخفض (Wanka et al. ، 2012). نظرًا لأن تقليل تنظيم مسارات الطاقة والحماية من موت الخلايا والإجهاد التأكسدي من السمات المميزة لتحمل نقص الأكسجين ، فليس من المستغرب العثور على دليل على تنشيط p53 في السلحفاة (Zhang et al. ، 2013). ومن المثير للاهتمام ، أن هناك أيضًا تداخلًا بين p53 ومسار فوسفوينوزيتيد 3-كيناز-بروتين كيناز ب (PI3K / AKT) (Ladelfa وآخرون ، 2011) ، والذي يتم تنظيمه في دماغ السلحفاة ناقص الأكسجين (ميلتون وآخرون ، 2008 ناياك وآخرون ، 2011).

المنشط PI3K / AKT والكيناز المنظم خارج الخلية (ERK1 / 2) ، الذي يعتبر بشكل عام واقيًا للخلايا ، يزيد في الخلايا العصبية للسلاحف في الجسم الحي (ميلتون وآخرون ، 2008) و في المختبر (ناياك وآخرون ، 2011) ، وكذلك Bcl-2. يُعتقد أن AKT يعمل جزئيًا من خلال التفاعلات مع عائلة البروتينات Bcl-2 (Wang et al. ، 2007) ، وكما هو الحال مع المكونات الأخرى للبقاء على قيد الحياة بنقص الأكسجين ، ترتبط هذه المسارات بزيادة الأدينوزين. يمنع الحصار المفروض على مستقبلات الأدينوزين A1 (A1R) انتفاخها ويزيد من مستويات العوامل المؤيدة للاستماتة JNK و p38MAPK و Bax (Nayak et al. ، 2011).

تقلل آليات البقاء على قيد الحياة من نقص الأكسجين أيضًا من تلف أنواع الأكسجين التفاعلية

على عكس دماغ الثدييات ، والذي يظهر زيادة في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) بعد نقص الأكسجة أو نقص التروية / إعادة التروية (Hashimoto et al. ، 2003) ، يبدو أن دماغ السلحفاة يثبط إنتاج ROS عند إعادة الأكسجة (Milton et al. ، 2007 بامنتر وآخرون ، 2007). كما هو الحال مع آليات الحماية الأخرى ، يؤثر الأدينوزين أيضًا على إنتاج ROS عند إعادة الأكسجة (الشكل 3). يزيد حصار مستقبلات الأدينوزين A1 من إطلاق ROS وموت الخلايا (Milton et al. ، 2007) على الرغم من المستويات العالية من مضادات الأكسدة (Pérez-Pinzón and Rice ، 1995 Rice et al. ، 1995 Willmore and Storey ، 1997 Willmore and Storey ، 2007). قد تحدث تأثيرات الأدينوزين على ROS جزئيًا من خلال Bcl-2 ، حيث يقلل الإفراط في التعبير من موت الخلايا أثناء الإجهاد التأكسدي عن طريق تعزيز مستويات مضادات الأكسدة وقمع الجذور الحرة (Lee et al. ، 2001). أظهر العمل الأخير في مختبر ميلتون أيضًا أن Hsp72 متورط في تقليل إنتاج ROS (بيانات غير منشورة). من خلال التأثير على أجزاء من مسار موت الخلايا المبرمج وربما استقرار الميتوكوندريا ، فإن الزيادات في Bcl-2 و ERK1 / 2 و AKT وبعض HSPs من المرجح أيضًا أن تقلل من الإجهاد التأكسدي خلال فترة الاسترداد ، حيث قد يطغى إنتاج ROS بطريقة أخرى مستويات مضادات الأكسدة في دماغ السلحفاة.

تم اكتشاف أحد مضادات الأكسدة المحتملة في السلاحف مؤخرًا وهو الغلوبين العصبي (Burmester et al. ، 2000) ، والذي تمت دراسته أيضًا في نماذج أخرى لتحمل نقص الأكسجة (Avivi et al. ، 2010 Mitz et al. ، 2009 Roesner et al. ، 2008 Schneuer. وآخرون ، 2012). يتم تنظيم Neuroglobin بقوة في كل من نقص الأكسجة وعند إعادة الأكسجة في السلحفاة (Milton et al. ، 2006 Nayak et al. ، 2009) ، ويؤدي تقليل تعبير الغلوبين العصبي باستخدام siRNA الخاص بالسلاحف إلى مضاعفة إطلاق ROS عند إعادة الأكسجين. ومع ذلك ، فإن هذا لا يزيد من موت الخلايا ، لذلك يبدو أن الخلايا العصبية للسلاحف محمية بشكل كافٍ بآليات أخرى لتحمل زيادة مضاعفة في ROS (ناياك وآخرون ، 2009) الأدوار الإضافية للغلوبين العصبي في دماغ السلحفاة لم يتم التحقيق فيها.

ح2ا2 التركيز في وسط مزارع الخلايا الأولية المخصبة عصبيًا المعالجة إما بمضاد الأدينوزين 2-كلورو-N6-سيكلوبنتيل أدينوسين (CCPA) أو المضاد 8-سيكلوبنتيل-1،3-ديبروبيل زانثين (DPCPX). أدى نقص الأكسجين لمدة 4 ساعات إلى انخفاض كبير في إنتاج ROS باستثناء الخلايا المعالجة بـ DPCPX. أدت إعادة الأكسجة إلى زيادة إنتاج ROS فقط إلى مستويات سامة في الضوابط ، في حين خفض CCPA وزاد DPCPX من إنتاج ROS. تشير العلامات النجمية إلى اختلاف كبير عن الخلايا السمية ، *ص& lt0.05 **ص& lt0.01. البيانات تعني ± sem ، ن= 3 تجارب / مجموعة مستقلة. [الشكل مقتبس من Milton et al. (ميلتون وآخرون ، 2007) ، بإذن.]

ح2ا2 التركيز في وسط مزارع الخلايا الأولية المخصبة عصبيًا المعالجة إما بمضاد الأدينوزين 2-كلورو-N6-سيكلوبنتيل أدينوسين (CCPA) أو المضاد 8-سيكلوبنتيل-1،3-ديبروبيل زانثين (DPCPX). أدى نقص الأكسجين لمدة 4 ساعات إلى انخفاض كبير في إنتاج ROS باستثناء الخلايا المعالجة بـ DPCPX. أدت إعادة الأكسجة إلى زيادة إنتاج ROS فقط إلى مستويات سامة في الضوابط ، في حين خفض CCPA وزاد DPCPX من إنتاج ROS. تشير العلامات النجمية إلى اختلاف كبير عن الخلايا السمية ، *ص& lt0.05 **ص& lt0.01. البيانات تعني ± sem ، ن= 3 تجارب / مجموعة مستقلة. [الشكل مقتبس من Milton et al. (ميلتون وآخرون ، 2007) ، بإذن.]

وأخيرًا ، على الرغم من تحملها الملحوظ لنقص الأكسجين ، إلا أن الفحص النسيجي لـ ت. سكريبتا أظهرت الأدمغة التي لم تتعرض لنقص الأكسجين في المختبر بعض الأدلة على وجود آفات في الدماغ ، مما يشير إلى حدوث تلف سابق على الأرجح خلال فترات طويلة من نقص الأكسجين أثناء السبات الشتوي (S.L.M. ، ملاحظة غير منشورة). قادنا هذا إلى التحقيق في إمكانية تجديد الخلايا العصبية كآلية طويلة الأمد لتحمل نقص الأكسجين. عندما تضررت بشدة من نقص التروية العالمية ، ت. سكريبتا أظهر دليلًا على تكاثر الخلايا العصبية في غضون 3 أسابيع (Kesaraju and Milton ، 2009) ، مضيفًا إستراتيجية أخرى إلى مجموعة أدوات البقاء على قيد الحياة بسبب نقص الأكسجين في هذه الحيوانات الرائعة.


التحكم في معدل ضربات القلب ومعدل التنفس

من المهم أن تتمكن أجسامنا من تنظيم معدل ضربات القلب ومعدل التنفس بحيث يمكن تعديل كمية توصيل الأكسجين اعتمادًا على مقدار تنفسنا. جزء من دماغنا يسمى النخاع المستطيل مسؤول عن تغيير معدل ضربات القلب ومعدل التنفس استجابة للإشارات التي يتلقونها من المستقبلات في مجرى الدم.

تأثير التمرين على معدل ضربات القلب ومعدل التنفس

يزيد معدل ضربات القلب ومعدل التنفس أثناء التمرين لتوصيل الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون بشكل أسرع من أنسجة التنفس.

عند ممارسة الرياضة ، تتقلص عضلات الهيكل العظمي بسرعة وبشكل متكرر. هذا يتطلب طاقة من التنفس. للتأكد من أن خلايا العضلات تحتوي على الكثير من الأكسجين والجلوكوز للتنفس ، يزيد معدل ضربات القلب لضخ هذه المواد في جميع أنحاء الجسم بشكل أسرع. يضمن معدل ضربات القلب المتزايد أيضًا إزالة أسرع لفضلات التنفس (ثاني أكسيد الكربون). أثناء التمرين ، لدينا يزيد معدل التنفس أيضًا ونأخذ أنفاسًا أعمق. ينتج عن هذا إدخال كمية أكبر من الأكسجين إلى أجسامنا ، وكذلك التخلص من الكمية المتزايدة من ثاني أكسيد الكربون التي يتم إنتاجها.

التحكم في معدل ضربات القلب

ال النخاع المستطيل هي منطقة دماغية توجد في الجزء السفلي من الدماغ ، في جذع الدماغ. يشارك في عمليات اللاوعي ، مثل التحكم في معدل ضربات القلب ومعدل التنفس. جزء من النخاع المستطيل يسمى مركز مراقبة القلب والأوعية الدموية مسؤول عن تغيير معدل ضربات القلب وفقًا لاحتياجات الجسم. إنه يعمل عن طريق إرسال النبضات على طول ودي أو الخلايا العصبية السمبتاوي التي تطلق نواقل عصبية مختلفة على سان - تقوم شبكة SAN بعد ذلك بتعديل معدل إطلاق النار لإبطاء أو تسريع معدل ضربات القلب.

نوعان من المستقبلات مستقبلات الضغط (مستقبلات الضغط) و المستقبلات الكيميائية (مستقبلات كيميائية) مسؤولة عن الكشف عن المحفزات في الدم والإشارة إلى النخاع المستطيل لتعديل معدل ضربات القلب. تكتشف مستقبلات الضغط تغيرات في ضغط الدم وتوجد في أجسام الشريان الأورطي والشريان السباتي. تكتشف المستقبلات الكيميائية تركيز الأكسجين في الدم. هم أيضا حساسون ل التغييرات في الرقم الهيدروجيني الناتجة عن نشبع مذاب في الدم (يتفاعل مع الماء لتكوين حمض الكربونيك) ، وهو مؤشر على توافر الأكسجين. توجد المستقبلات الكيميائية أيضًا في أجسام الشريان الأورطي والشريان السباتي.

عندما يتلقى النخاع المستطيل إشارات من مستقبلات الضغط والمستقبلات الكيميائية ، فإنه يغير معدل العقدة الجيبية الأذينية (SAN) حرائق (تعرف على المزيد حول SAN هنا). إذا كان ضغط الدم أو تركيز الأكسجين منخفضًا ، فإن مركز التحكم في القلب والأوعية الدموية يزيد من معدل إطلاق SAN من خلال تنشيط الجهاز العصبي الودي. ويشارك الجهاز العصبي الودي في استجابة "القتال والفرار" ويزيد من معدل ضربات القلب من خلال إطلاق ناقل عصبي يسمى نورادرينالين، والذي يرتبط بالمستقبلات الموجودة على شبكة SAN. من ناحية أخرى ، يؤدي ارتفاع ضغط الدم وارتفاع تركيز الأكسجين إلى قيام مركز التحكم في القلب والأوعية الدموية بتقليل معدل إطلاق SAN عن طريق تنشيط الجهاز العصبي السمبتاوي. هذا متورط فيالراحة والهضم"الاستجابة ويقلل من معدل ضربات القلب من خلال إطلاق ناقل عصبي آخر يسمى أستيل. يرتبط الأسيتيل كولين بالمستقبلات الموجودة على شبكة SAN لإبطاء معدل إطلاقه.


9.1 جزيئات الإشارات والمستقبلات الخلوية

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • وصف أربعة أنواع من آليات الإشارة الموجودة في الكائنات متعددة الخلايا
  • قارن المستقبلات الداخلية بمستقبلات سطح الخلية
  • التعرف على العلاقة بين هيكل الترابط وآلية عملها

هناك نوعان من الاتصالات في عالم الخلايا الحية. الاتصال بين الخلايا يسمى الإشارات بين الخلايا ، والاتصال داخل الخلية يسمى الإشارات داخل الخلايا. هناك طريقة سهلة لتذكر التمييز من خلال فهم الأصل اللاتيني للبادئات: بين تعني "بين" (على سبيل المثال ، الخطوط المتقاطعة هي تلك التي تتقاطع مع بعضها البعض) و داخل يعني "داخل" (كما في الوريد).

يتم إطلاق الإشارات الكيميائية من خلال إشارات الخلايا في شكل جزيئات صغيرة متطايرة أو قابلة للذوبان تسمى الروابط. الترابط هو جزيء يربط جزيءًا محددًا آخر ، في بعض الحالات ، يقدم إشارة في هذه العملية. وبالتالي يمكن اعتبار الترابطات على أنها جزيئات إشارات. تتفاعل الروابط مع البروتينات في الخلايا المستهدفة ، وهي خلايا تتأثر بالإشارات الكيميائية وتسمى هذه البروتينات أيضًا بالمستقبلات. توجد الروابط والمستقبلات في العديد من الأصناف ، ومع ذلك ، سيكون لرابط معين مستقبل محدد يرتبط عادةً بهذا الترابط فقط.

أشكال التشوير

توجد أربع فئات من الإشارات الكيميائية الموجودة في الكائنات متعددة الخلايا: إشارات paracrine ، وإشارات الغدد الصماء ، وإشارات autocrine ، والإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوة (الشكل 9.2). يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الفئات المختلفة للإشارة في المسافة التي تقطعها الإشارة عبر الكائن الحي للوصول إلى الخلية المستهدفة. يجب أن نلاحظ هنا أنه لا تتأثر جميع الخلايا بنفس الإشارات.

تشوير Paracrine

تسمى الإشارات التي تعمل محليًا بين الخلايا القريبة من بعضها بإشارات paracrine. تتحرك إشارات Paracrine عن طريق الانتشار عبر المصفوفة خارج الخلية. عادةً ما تثير هذه الأنواع من الإشارات استجابات سريعة لا تدوم سوى فترة زمنية قصيرة. من أجل الحفاظ على الاستجابة موضعية ، عادة ما تتحلل جزيئات باراكرين يجند بسرعة بواسطة الإنزيمات أو إزالتها بواسطة الخلايا المجاورة. ستؤدي إزالة الإشارات إلى إعادة إنشاء تدرج التركيز للإشارة ، مما يسمح لها بالانتشار بسرعة عبر الفضاء داخل الخلايا إذا تم إطلاقها مرة أخرى.

أحد الأمثلة على إشارات paracrine هو نقل الإشارات عبر المشابك بين الخلايا العصبية. تتكون الخلية العصبية من جسم الخلية ، وعدة امتدادات قصيرة ومتفرعة تسمى التشعبات التي تستقبل المنبهات ، وامتداد طويل يسمى المحور العصبي ، والذي ينقل الإشارات إلى الخلايا العصبية أو الخلايا العضلية الأخرى. يُطلق على التقاطع بين الخلايا العصبية حيث يحدث إرسال الإشارات اسم المشبك. الإشارة المتشابكة هي إشارة كيميائية تنتقل بين الخلايا العصبية. تنتشر الإشارات داخل الخلايا العصبية بواسطة نبضات كهربائية سريعة الحركة. عندما تصل هذه النبضات إلى نهاية المحور العصبي ، تستمر الإشارة إلى تغصن الخلية التالية عن طريق إطلاق روابط كيميائية تسمى الناقلات العصبية من الخلية قبل المشبكية (الخلية التي تنبعث منها الإشارة). يتم نقل الناقلات العصبية عبر مسافات صغيرة جدًا (20-40 نانومتر) بين الخلايا العصبية ، والتي تسمى المشابك الكيميائية (الشكل 9.3). المسافة الصغيرة بين الخلايا العصبية تسمح للإشارة بالانتقال بسرعة مما يتيح استجابة فورية ، مثل ، "ارفع يدك عن الموقد!"

عندما يربط الناقل العصبي المستقبل على سطح الخلية ما بعد المشبكي ، يتغير الجهد الكهروكيميائي للخلية المستهدفة ، ويتم إطلاق الدافع الكهربائي التالي. تتحلل النواقل العصبية التي يتم إطلاقها في المشبك الكيميائي بسرعة أو يتم امتصاصها من قبل الخلية قبل المشبكية بحيث يمكن للخلية العصبية المتلقية التعافي بسرعة والاستعداد للاستجابة بسرعة للإشارة المشبكية التالية.

إشارات الغدد الصماء

تسمى الإشارات من الخلايا البعيدة إشارات الغدد الصماء ، وتنشأ من خلايا الغدد الصماء. (في الجسم ، توجد العديد من خلايا الغدد الصماء في الغدد الصماء ، مثل الغدة الدرقية ، وما تحت المهاد ، والغدة النخامية.) عادةً ما تنتج هذه الأنواع من الإشارات استجابة أبطأ ولكن لها تأثير طويل الأمد. تسمى الروابط التي يتم إطلاقها في إشارات الغدد الصماء بالهرمونات ، والتي تشير إلى الجزيئات التي يتم إنتاجها في جزء واحد من الجسم ولكنها تؤثر على مناطق الجسم الأخرى على مسافة ما.

تنتقل الهرمونات لمسافات كبيرة بين خلايا الغدد الصماء وخلاياها المستهدفة عبر مجرى الدم ، وهي طريقة بطيئة نسبيًا للتنقل في جميع أنحاء الجسم. بسبب شكل نقلها ، تصبح الهرمونات مخففة وتوجد بتركيزات منخفضة عندما تعمل على الخلايا المستهدفة. هذا يختلف عن إشارات paracrine ، حيث يمكن أن تكون التركيزات المحلية من الروابط عالية جدًا.

التشوير الأوتوقراطي

يتم إنتاج إشارات الأوتوكرين عن طريق إشارات الخلايا التي يمكنها أيضًا الارتباط بالرابط الذي يتم إطلاقه. هذا يعني أن خلية الإشارة والخلية المستهدفة يمكن أن تكون متطابقة أو خلية متشابهة (البادئة تلقاءي- تعني الذات ، تذكير بأن خلية الإشارة ترسل إشارة إلى نفسها). غالبًا ما يحدث هذا النوع من الإشارات أثناء التطور المبكر للكائن الحي للتأكد من أن الخلايا تتطور إلى الأنسجة الصحيحة وتؤدي الوظيفة المناسبة. تنظم إشارات الأوتوكرين أيضًا الإحساس بالألم والاستجابات الالتهابية. علاوة على ذلك ، إذا كانت الخلية مصابة بفيروس ، يمكن للخلية أن ترسل إشارات لنفسها للخضوع لموت الخلية المبرمج ، مما يؤدي إلى قتل الفيروس في هذه العملية. في بعض الحالات ، تتأثر الخلايا المجاورة من نفس النوع أيضًا بالرابط المحرر. في التطور الجنيني ، قد تساعد عملية تحفيز مجموعة من الخلايا المجاورة على توجيه تمايز الخلايا المتطابقة إلى نفس نوع الخلية ، وبالتالي ضمان النتيجة التنموية المناسبة.

الإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوة

تقاطعات الفجوات في الحيوانات و روابط بلازمية في النباتات هي وصلات بين أغشية البلازما للخلايا المجاورة. تسمح هذه القنوات المملوءة بالسوائل لجزيئات الإشارة الصغيرة ، التي تسمى الوسطاء داخل الخلايا ، بالانتشار بين الخليتين. الجزيئات أو الأيونات الصغيرة ، مثل أيونات الكالسيوم (Ca 2+) ، قادرة على التحرك بين الخلايا ، لكن الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والحمض النووي لا يمكن أن تتناسب مع القنوات. تضمن خصوصية القنوات أن تظل الخلايا مستقلة ولكن يمكنها نقل الإشارات بسرعة وسهولة. يعمل نقل جزيئات الإشارة على توصيل الحالة الحالية للخلية المجاورة مباشرة للخلية المستهدفة ، مما يسمح لمجموعة من الخلايا بتنسيق استجابتها للإشارة التي ربما تلقت إحداها فقط. في النباتات روابط بلازمية موجودة في كل مكان ، مما يجعل المصنع بأكمله في شبكة اتصالات عملاقة.

أنواع المستقبلات

المستقبلات عبارة عن جزيئات بروتينية في الخلية المستهدفة أو على سطحها تربط الترابط. هناك نوعان من المستقبلات ، المستقبلات الداخلية ومستقبلات سطح الخلية.

المستقبلات الداخلية

تم العثور على المستقبلات الداخلية ، والمعروفة أيضًا باسم المستقبلات داخل الخلايا أو السيتوبلازم ، في سيتوبلازم الخلية وتستجيب لجزيئات الربيطة الكارهة للماء القادرة على السفر عبر غشاء البلازما. بمجرد دخول الخلية ، يرتبط العديد من هذه الجزيئات بالبروتينات التي تعمل كمنظمين لتخليق الرنا المرسال (النسخ) للتوسط في التعبير الجيني. التعبير الجيني هو العملية الخلوية لتحويل المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلية إلى سلسلة من الأحماض الأمينية ، والتي تشكل في النهاية بروتينًا. عندما يرتبط الترابط بالمستقبل الداخلي ، يتم تشغيل تغيير توافقي يكشف موقع ارتباط الحمض النووي على البروتين. ينتقل مركب مستقبلات اللجند إلى النواة ، ثم يرتبط بمناطق تنظيمية محددة للحمض النووي الصبغي ويعزز بدء النسخ (الشكل 9.4). النسخ هو عملية نسخ المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلية إلى شكل خاص من الحمض النووي الريبي يسمى messenger RNA (mRNA) تستخدم الخلية المعلومات الموجودة في mRNA (التي تنتقل إلى السيتوبلازم وترتبط بالريبوسومات) لربط أحماض أمينية معينة في الترتيب الصحيح ، إنتاج البروتين. يمكن للمستقبلات الداخلية أن تؤثر بشكل مباشر على التعبير الجيني دون الحاجة إلى تمرير الإشارة إلى مستقبلات أو رسل أخرى.

مستقبلات سطح الخلية

مستقبلات سطح الخلية ، والمعروفة أيضًا باسم مستقبلات الغشاء ، هي عبارة عن بروتينات (متكاملة) على سطح الخلية ترتبط بجزيئات الترابط الخارجية. يمتد هذا النوع من المستقبلات عبر غشاء البلازما ويقوم بنقل الإشارة ، والذي يتم من خلاله تحويل الإشارة خارج الخلية إلى إشارة داخل الخلايا. لا يتعين على الروابط التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية أن تدخل الخلية التي تؤثر عليها. تسمى مستقبلات سطح الخلية أيضًا بالبروتينات أو الواسمات الخاصة بالخلية لأنها خاصة بأنواع الخلايا الفردية.

نظرًا لأن بروتينات مستقبلات سطح الخلية أساسية لعمل الخلية الطبيعي ، فلا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن خللًا في أي من هذه البروتينات يمكن أن يكون له عواقب وخيمة. ثبت أن الأخطاء في الهياكل البروتينية لجزيئات مستقبلات معينة تلعب دورًا في ارتفاع ضغط الدم (ارتفاع ضغط الدم) والربو وأمراض القلب والسرطان.

يحتوي كل مستقبل على سطح الخلية على ثلاثة مكونات رئيسية: مجال ربط ليجند خارجي يسمى المجال خارج الخلية ، ومنطقة تمتد غشاء كاره للماء تسمى مجال عبر الغشاء ، ومجال داخل الخلية داخل الخلية. يختلف حجم ومدى كل من هذه المجالات بشكل كبير ، اعتمادًا على نوع المستقبلات.

اتصال التطور

كيف تتعرف الفيروسات على المضيف

على عكس الخلايا الحية ، لا تحتوي العديد من الفيروسات على غشاء بلازما أو أي من الهياكل الضرورية للحفاظ على الحياة الأيضية. تتكون بعض الفيروسات ببساطة من غلاف بروتيني خامل يحوي DNA أو RNA. للتكاثر ، يجب أن تغزو الفيروسات خلية حية ، تعمل كمضيف ، ثم تستولي على الجهاز الخلوي للمضيف. لكن كيف يتعرف الفيروس على مضيفه؟

غالبًا ما ترتبط الفيروسات بمستقبلات سطح الخلية في الخلية المضيفة. على سبيل المثال ، يرتبط الفيروس المسبب للأنفلونزا البشرية (الأنفلونزا) بشكل خاص بمستقبلات على أغشية خلايا الجهاز التنفسي. الاختلافات الكيميائية في مستقبلات سطح الخلية بين المضيفين تعني أن الفيروس الذي يصيب نوعًا معينًا (على سبيل المثال ، البشر) غالبًا لا يمكن أن يصيب أنواعًا أخرى (على سبيل المثال ، الدجاج).

ومع ذلك ، تحتوي الفيروسات على كميات صغيرة جدًا من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي مقارنة بالبشر ، ونتيجة لذلك ، يمكن أن يحدث التكاثر الفيروسي بسرعة. ينتج عن التكاثر الفيروسي دائمًا أخطاء يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في الفيروسات المنتجة حديثًا ، وتعني هذه التغييرات أن البروتينات الفيروسية التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية قد تتطور بطريقة يمكنها من الارتباط بمستقبلات في مضيف جديد. تحدث مثل هذه التغييرات بشكل عشوائي وفي كثير من الأحيان في الدورة التكاثرية للفيروس ، ولكن التغييرات مهمة فقط إذا اتصل فيروس بخصائص ارتباط جديدة مع مضيف مناسب. في حالة الإنفلونزا ، يمكن أن يحدث هذا الموقف في الأماكن التي يكون فيها الحيوانات والأشخاص على اتصال وثيق ، مثل مزارع الدواجن والخنازير. 1 بمجرد أن يقفز الفيروس "حاجز الأنواع" السابق إلى مضيف جديد ، يمكن أن ينتشر بسرعة. يراقب العلماء الفيروسات التي تظهر حديثًا (تسمى الفيروسات الناشئة) عن كثب على أمل أن تقلل هذه المراقبة من احتمالية انتشار الأوبئة الفيروسية العالمية.

تشارك مستقبلات سطح الخلية في معظم الإشارات في الكائنات متعددة الخلايا. هناك ثلاث فئات عامة من مستقبلات سطح الخلية: المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات ، والمستقبلات المرتبطة بالبروتين G ، والمستقبلات المرتبطة بالإنزيم.

تربط المستقبلات المرتبطة بقناة الأيونات الرابطة الرابطة وتفتح قناة عبر الغشاء تسمح بمرور أيونات معينة. لتشكيل قناة ، يحتوي هذا النوع من مستقبلات سطح الخلية على منطقة ممتدة من الغشاء. من أجل التفاعل مع الطبقة المزدوجة من ذيول الأحماض الدهنية الفوسفورية التي تشكل مركز غشاء البلازما ، فإن العديد من الأحماض الأمينية في المنطقة الممتدة للغشاء تكون بطبيعتها كارهة للماء. على العكس من ذلك ، فإن الأحماض الأمينية التي تبطن القناة من الداخل تكون محبة للماء للسماح بمرور الماء أو الأيونات. عندما يرتبط الترابط بالمنطقة خارج الخلية للقناة ، يحدث تغيير في تكوين بنية البروتين يسمح للأيونات مثل الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم والهيدروجين بالمرور (الشكل 9.5).

ترتبط المستقبلات المرتبطة ببروتين G بالرابط وتنشط بروتينًا غشائيًا يسمى G-protein. ثم يتفاعل البروتين G المنشط مع قناة أيونية أو إنزيم في الغشاء (الشكل 9.6). تحتوي جميع المستقبلات المرتبطة ببروتين G على سبعة مجالات عبر الغشاء ، ولكن لكل مستقبل مجاله خارج الخلية وموقع ربط بروتين G.

تحدث إشارات الخلية باستخدام مستقبلات مرتبطة ببروتين G كسلسلة دورية من الأحداث. قبل أن يرتبط الترابط ، يمكن لبروتين G غير النشط أن يرتبط بموقع تم الكشف عنه حديثًا على المستقبل المحدد لارتباطه. بمجرد أن يرتبط بروتين G بالمستقبل ، فإن التغيير الناتج في الشكل ينشط البروتين G ، الذي يطلق غوانوزين ثنائي فوسفات (GDP) ويلتقط guanosine 3-phosphate (GTP). ثم انقسمت الوحدات الفرعية للبروتين G إلى α الوحدة الفرعية و βγ الوحدة الفرعية. قد يكون أحد شظايا البروتين G أو كليهما قادرًا على تنشيط بروتينات أخرى نتيجة لذلك. بعد فترة وجيزة ، يتم تشغيل GTP على ملف α يتم تحلل الوحدة الفرعية من البروتين G إلى الناتج المحلي الإجمالي و βγ تم إلغاء تنشيط الوحدة الفرعية. تعيد الوحدات الفرعية الارتباط لتشكيل بروتين G غير النشط وتبدأ الدورة من جديد.

تمت دراسة المستقبلات المرتبطة بالبروتين G على نطاق واسع وتم تعلم الكثير عن أدوارها في الحفاظ على الصحة. يمكن للبكتيريا المسببة للأمراض للإنسان أن تطلق السموم التي تعطل وظيفة مستقبلات محددة مرتبطة ببروتين G ، مما يؤدي إلى أمراض مثل السعال الديكي والتسمم الغذائي والكوليرا. في الكوليرا (الشكل 9.7) ، على سبيل المثال ، البكتيريا التي تنقلها المياه ضمة الكوليرا ينتج مادة سامة ، كوليراجين ، والتي ترتبط بالخلايا المبطنة للأمعاء الدقيقة. يدخل السم بعد ذلك إلى هذه الخلايا المعوية ، حيث يقوم بتعديل بروتين G الذي يتحكم في فتح قناة الكلوريد ويؤدي إلى استمرار نشاطها ، مما يؤدي إلى فقدان كميات كبيرة من السوائل من الجسم وبالتالي حدوث جفاف قاتل نتيجة لذلك.

المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هي مستقبلات على سطح الخلية مع مجالات داخل الخلايا مرتبطة بإنزيم. في بعض الحالات ، يكون المجال داخل الخلايا للمستقبل نفسه عبارة عن إنزيم. تحتوي المستقبلات الأخرى المرتبطة بالإنزيم على مجال صغير داخل الخلايا يتفاعل مباشرة مع إنزيم. عادةً ما تحتوي المستقبلات المرتبطة بالإنزيم على مجالات كبيرة خارج الخلية وداخل الخلايا ، لكن المنطقة الممتدة للغشاء تتكون من منطقة حلزونية ألفا واحدة من حبلا الببتيد. عندما يرتبط الترابط بالمجال خارج الخلية ، يتم نقل إشارة عبر الغشاء ، مما يؤدي إلى تنشيط الإنزيم. يؤدي تنشيط الإنزيم إلى إطلاق سلسلة من الأحداث داخل الخلية تؤدي في النهاية إلى الاستجابة. أحد الأمثلة على هذا النوع من المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هو مستقبلات التيروزين كيناز (الشكل 9.8). كيناز هو إنزيم ينقل مجموعات الفوسفات من ATP إلى بروتين آخر. ينقل مستقبل التيروزين كيناز مجموعات الفوسفات إلى جزيئات التيروزين (بقايا التيروزين). أولاً ، ترتبط جزيئات الإشارة بالمجال خارج الخلية لمستقبلين قريبين من التيروزين كيناز. ثم يترابط المستقبلان المجاوران معًا ، أو يتناقصان. ثم يضاف الفوسفات إلى بقايا التيروزين في المجال داخل الخلايا للمستقبلات (الفسفرة). يمكن للبقايا المفسفرة بعد ذلك نقل الإشارة إلى المرسل التالي داخل السيتوبلازم.

اتصال مرئي

HER2 هو مستقبلات التيروزين كيناز. في 30 بالمائة من سرطانات الثدي البشرية ، يتم تنشيط HER2 بشكل دائم ، مما يؤدي إلى انقسام الخلايا غير المنظم. Lapatinib ، دواء يستخدم لعلاج سرطان الثدي ، يثبط مستقبل HER2 التيروزين كيناز (العملية التي يضيف بها المستقبل الفوسفات إلى نفسه) ، وبالتالي يقلل من نمو الورم بنسبة 50 في المائة. إلى جانب الفسفرة الذاتية ، أي من الخطوات التالية يمكن أن يثبطها Lapatinib؟

  1. ربط جزيء الإشارة ، و dimerization ، والاستجابة الخلوية المصب
  2. Dimerization ، والاستجابة الخلوية المصب
  3. الاستجابة الخلوية المصب
  4. نشاط الفوسفاتيز ، و dimerization ، والاستجابة الخلوية أسفل البخار

جزيئات الإشارات

ينتج عن طريق خلايا الإشارة والارتباط اللاحق بالمستقبلات في الخلايا المستهدفة ، تعمل الروابط الترابطية كإشارات كيميائية تنتقل إلى الخلايا المستهدفة لتنسيق الاستجابات. تتنوع أنواع الجزيئات التي تعمل كروابط بشكل لا يصدق وتتراوح من البروتينات الصغيرة إلى الأيونات الصغيرة مثل الكالسيوم (Ca 2+).

روابط صغيرة مسعور

يمكن أن تنتشر الروابط الصغيرة الكارهة للماء مباشرة من خلال غشاء البلازما وتتفاعل مع المستقبلات الداخلية. الأعضاء المهمين في هذه الفئة من الترابطات هي هرمونات الستيرويد. الستيرويدات عبارة عن دهون لها هيكل عظمي هيدروكربوني مع أربع حلقات مدمجة تحتوي المنشطات المختلفة على مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بهيكل الكربون. تشمل هرمونات الستيرويد هرمون الجنس الأنثوي ، الاستراديول ، وهو نوع من هرمون الاستروجين وهرمون الذكورة والتستوستيرون والكوليسترول ، وهو مكون هيكلي مهم للأغشية البيولوجية وسلائف لهرمونات الستيرويد (الشكل 9.9). تشمل الهرمونات الأخرى الكارهة للماء هرمونات الغدة الدرقية وفيتامين د. من أجل أن تكون قابلة للذوبان في الدم ، يجب أن ترتبط الروابط الكارهة للماء بالبروتينات الحاملة أثناء نقلها عبر مجرى الدم.

روابط قابلة للذوبان في الماء

تعتبر الروابط القابلة للذوبان في الماء قطبية ، وبالتالي لا يمكنها المرور عبر غشاء البلازما دون مساعدة في بعض الأحيان ، فهي كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تمر عبر الغشاء على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، ترتبط معظم الروابط القابلة للذوبان في الماء بالمجال خارج الخلية لمستقبلات سطح الخلية. هذه المجموعة من الترابطات متنوعة تمامًا وتتضمن جزيئات صغيرة وببتيدات وبروتينات.

روابط أخرى

أكسيد النيتريك (NO) هو غاز يعمل أيضًا كليجند. إنه قادر على الانتشار مباشرة عبر غشاء البلازما ، وأحد أدواره هو التفاعل مع المستقبلات في العضلات الملساء والحث على استرخاء الأنسجة. NO له عمر نصف قصير جدًا ، وبالتالي ، فهو يعمل فقط على مسافات قصيرة. يعمل النتروجليسرين ، وهو علاج لأمراض القلب ، عن طريق تحفيز إطلاق أكسيد النيتروجين ، مما يؤدي إلى تمدد (تمدد) الأوعية الدموية ، وبالتالي استعادة تدفق الدم إلى القلب. أصبح NO معروفًا بشكل أفضل مؤخرًا لأن المسار الذي يؤثر عليه يتم استهدافه من خلال الأدوية الموصوفة لعلاج ضعف الانتصاب ، مثل الفياجرا (يشمل الانتصاب تمدد الأوعية الدموية).


3 أنواع مهمة من النقل النشط (موضح بالرسم التخطيطي)

أثناء الانتشار (السلبي أو الميسر) ، تمر المواد عبر غشاء البلازما حتى يتحقق نوع من التوازن.

قد يكون التوازن من صنف Gibbs-Donnan أو قد يكون توازن تركيز بسيط. كلاهما ينطوي على التفاعل بين تركيزات الذائبة داخل وخارج الخلية.

يمكن أن تتراكم الخلايا أيضًا بكميات أكبر بكثير من تلك المتوقعة من قبل أي من الآليات المذكورة أعلاه إذا أصبح المذاب غير قابل للذوبان بمجرد دخوله الخلية ، لأن المواد غير القابلة للذوبان لا تساهم في تدرجات التركيز.

بدلاً من ذلك ، بمجرد دخول المذاب داخل الخلية ، قد يدخل المذاب في المسار الأيضي ويتم تغييره كيميائيًا ، وبالتالي تقليل تركيز هذا المذاب المعين والسماح بنفاذ المادة المذابة الإضافية.

في جميع الحالات التي درسناها حتى الآن ، يتوقف مرور المذاب عبر الغشاء على وجود تدرج تركيز ، حيث يتحرك المذاب في اتجاه التدرج.

يمكن للمواد أيضًا أن تنتقل عبر غشاء البلازما إلى داخل الخلية أو خارجها مقابل تدرج التركيز. وهذا يتطلب إنفاق الطاقة على جزء من الخلية ويسمى النقل النشط.

يتوقف النقل النشط عندما تكون الخلايا:

(1) تبريده إلى درجات حرارة منخفضة جدًا (مثل 2-4 درجة مئوية) ،

(2) يعالج بالسموم الأيضية مثل السيانيد أو حمض اليودواسيتيك ، أو

(3) محرومون من مصدر للطاقة.

إن أفضل حالات النقل النشط المفهومة والأكثر شمولاً هي تلك التي تتضمن حركات أيونات الصوديوم والبوتاسيوم عبر أغشية بلازما كريات الدم الحمراء والخلايا العصبية وخلايا النيتيلا والتي تؤدي إلى تدرج تركيز أيوني عبر غشاء الخلية. يبدو أن الآلية التي تنشئ وتحافظ على هذه التدرجات متشابهة في الأساس في كل هذه الخلايا ويمكن توضيحها باستخدام كريات الدم الحمراء.

1. مضخة التبادل Na + / K +:

يحتوي السيتوبلازم في كريات الدم الحمراء على 0.150 M K + ، بينما تحتوي بلازما الدم المحيطة على 0.005 M K + فقط. في المقابل ، تحتوي كريات الدم الحمراء على 0.030 M Na + والبلازما تحتوي على 0.144 M Na +. ومن ثم ، توجد تدرجات تركيز مميزة لـ K و Na + عبر غشاء الخلية. أثبت استخدام النظائر المشعة لـ Na و K بوضوح أن هذه الأيونات قابلة للاختراق لغشاء الكريات الحمر وتنتشر من خلاله باستمرار.

ومع ذلك ، على الرغم من هذه النفاذية ، يتم الحفاظ على تدرجات تركيز الصوديوم والبوتاسيوم عبر الغشاء. يتم الحفاظ على التدرجات لأن أيونات الصوديوم تنتشر في الخلية من البلازما تحت تأثير تدرج التركيز يتم نقلها إلى الخارج مرة أخرى ، ويتم استبدال أيونات البوتاسيوم المنتشرة خارج الخلية بالنقل الداخلي لـ K + من البلازما.

يتضح أن هذه الحركات تنطوي على عمليات التمثيل الغذائي النشطة تظهر بوضوح عندما تنخفض درجة حرارة عينة الدم من 37 درجة مئوية (درجة حرارة الدم الطبيعية للإنسان) إلى 4 درجات مئوية ، عند إضافة السيانيد إلى الدم ، أو عند تناول جلوكوز البلازما أثناء استقلاب كرات الدم الحمراء لا يعاد تزويده بعينة الدم. في ظل هذه الظروف ، ينقطع التمثيل الغذائي للخلايا ويتبعه الانتشار الداخلي لـ Na والانتشار الخارجي لـ K حتى تكون التركيزات الأيونية على جانبي غشاء كرات الدم الحمراء في حالة توازن سلبي.

في حالة خلايا الدم الحمراء والخلايا العصبية ، يبدو أن النقل النشط لـ Na + و K + مرتبط ، أي أن الآلية المسؤولة عن النقل الخارجي لـ Na تنقل K + في نفس الوقت إلى الداخل. تبين أن الإنزيم المعزول من أغشية الخلايا العصبية ويعتقد أنه متورط في نقل Na + و K + له موقعان يربطان واحدًا أو أكثر من كل من هذه الكاتيونات. يُعتقد أن الإنزيم هو بروتين متكامل يمتد عبر طبقة ثنائية الدهون.

يتطلب النقل النشط لـ Na + و K + عبر أغشية الخلايا العصبية وكريات الدم الحمراء ATP ، ولا يمكن استبدال ATP بمركبات ثلاثية الفوسفات مثل GTP و UTP و ITP. يتم تحويل ATP إلى ADP أثناء النقل النشط بواسطة ATPase المحفز بالغشاء + Na و K +. قد يكون هذا الإنزيم وهذا الإنزيم المتضمن في نقل Na + و K + واحدًا واحدًا. يبدو أن أغشية الخلايا من العديد من أنسجة الثدييات الأخرى تمتلك نشاط ATPase مماثل.

يتم نقل اثنين من K + وثلاثة Na + عبر الغشاء لكل جزيء من ATP مزوَّد الفسفرة. يُعتقد أن نقل Na + و K + عبر غشاء البلازما يحدث في المراحل التالية (انظر الشكل 15-40). ترتبط ثلاثة أيونات صوديوم وجزيء واحد من ATP داخل الخلية بمواقع محددة على حامل الإنزيم ، بينما يرتبط اثنان من أيونات البوتاسيوم بموقع على نفس الإنزيم الذي يواجه الجزء الخارجي من الخلية.

ينتج عن ارتباط الركائز ويتبعه تغيير في البنية الثلاثية للجزيء الحامل مثل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم المرتبطة & # 8220 & # 8221 عبر الغشاء. من المفترض أنه في مرحلة ما خلال هذه العملية ، يتم تقسيم ATP ، مما يؤدي إلى إطلاق ADP. يتبع النقل تغيير مواقع الربط بحيث يتم إطلاق أيونات الصوديوم & # 8220 & # 8221 خارج الخلية ، بينما يتم إطلاق أيونات البوتاسيوم داخل الخلية.

بمجرد إطلاق الأيونات ، يخضع الناقل لتغيير آخر في الهيكل ، مما يجعله جاهزًا لجولة أخرى من دورة النقل. هذه المرحلة تسمى & # 8220recovery & # 8221 مصحوبة بإطلاق الفوسفات غير العضوي. على الرغم من أن هذا النموذج مقبول على نطاق واسع ، فقد اقترح أيضًا أن موقع الإنزيم الذي يربط Na + في داخل الخلية يربط K + oh بالخارج بعد النقل ، بينما الموقع الذي يربط في البداية K + على الخارج يربط Na + على داخل النقل التالي. بهذه الطريقة ، ستؤدي مرحلة الاسترداد إلى حركة إضافية للأيونات عبر الغشاء وستكون أكثر كفاءة.

2. Cotransport:

يتم أيضًا نقل الأحماض الأمينية والسكريات والمستقلبات الأخرى بنشاط عبر غشاء البلازما إلى الخلية. في العديد من الخلايا ، يقترن نقل هذه المستقلبات بحركات أيونات الصوديوم ، كما هو موضح في الشكل 15-41. تخلق مضخة التبادل Na + 7K + تدرج تركيز حاد عبر غشاء البلازما لصالح الانتشار الداخلي لـ Na +.

في الواقع ، مقابل كل اثنين من K + يتم ضخهما في الخلية ، يتم ضخ ثلاثة Na +. ترتبط البروتينات الحاملة في الأغشية بكل من Na + والمستقلب ، وبعد ذلك يؤدي التغيير في بنية الناقل & # 8217s إلى جلب كلا الركيزتين إلى داخل الخلية ، حيث يتم إطلاقهما. يتبع إطلاق Na + داخليًا قذفه النشط مرة أخرى عبر الغشاء.

يقترن الحدث الأخير بالتحلل المائي ATP وينتج عنه الحفاظ على انحدار Na +. بمعنى ما ، يعمل تدرج Na + الحاد كقوة دافعة للنقل الداخلي للمستقلبات ، وتشكل الحركات المتزامنة لـ Na + مع المستقلبات في الخلية النقل المشترك.

نظرًا لأن مضخة Na + / K + المعتمدة على ATP تضخ ثلاثة Na + لكل 2 K + ، يتم إنشاء تدرج كهربائي عبر الغشاء. لهذا السبب ، تسمى مضخة التبادل Na + / K + بالمضخة الكهربية. تقترن الطاقة الكامنة لمضخة كهربية بتوليف ATP في الميتوكوندريا.

3. & # 8220 النقل النشط # 8221 بسيط:

إن مرور بعض المواد عبر الأغشية مقابل تدرج التركيز أحادي الاتجاه ولكنه لا يقترن بالحركة الأيونية على الرغم من استهلاك ATP في هذه العملية. تسمى هذه الحركة بالنقل النشط البسيط. يربط الإنزيم الحامل المذاب دوريًا عند سطح غشاء واحد ويطلقه في الآخر. تكون الدورة مصحوبة في مرحلة ما بالتحلل المائي لـ ATP.


المواد والأساليب

حيوانات تجريبية

عينات تراوت قوس قزح Oncorhynchus mykiss Walbaum 1792 من كلا الجنسين (مدى الكتلة 197-774 جم 420 ± 130 جم ، متوسط ​​± s. طول الشوكة 27-42 سم 33.2 ± 3.5 سم ، يعني ± s. d. ن= 52) من مفرخ محلي (Umweltbundesamt ، برلين ، ألمانيا) وتم الاحتفاظ بها في أحواض زجاجية كبيرة لمدة 4 أسابيع على الأقل قبل التجربة. تم الحفاظ على ماء الحوض بين 12 و 17 درجة مئوية ، وإعادة تدويره من خلال المرشحات البيولوجية واستكماله بتدفق ثابت من ماء الصنبور ، منزوع الكلور في أعمدة الفحم المنشط. تم تغذية الحيوانات يوميًا على 0.5٪ (وزن / وزن) من حبيبات التراوت التجارية وتم الاحتفاظ بها في نظام إضاءة يومي ثابت 11 ساعة: 1 ساعة: 11 ساعة: 1 ساعة (ضوء: انتقال: مظلم: انتقالي). تم نقل الحيوانات إلى المختبر مع تخدير طفيف (25 مجم لتر -1 ، 1: 40000 واط / حجم ، معادل MS222،3-أمينوبنزويك حمض إيثيل إستر ميثان-سلفونات Sigma-Aldrich Chemie GmbH ، Deisenhofen ، ألمانيا) في الماء المهواة بالحرارة. تم إجراء جميع التجارب على الحيوانات وفقًا للوائح المحلية (G0294 / 96).

إجراءات

بالنسبة للتحضيرات الجراحية ، تم تعليق الأسماك على رف العمليات وتم ري الخياشيم بمياه الصنبور المعاد تدويرها والمتوازنة بالهواء والتي تم ضبطها على درجة حرارة 15 درجة مئوية. تم إحداث التخدير العميق والمحافظة عليه بإضافة 60-80 مجم لتر -1 MS222. قسطرة من البولي إيثيلين مدبب (PE60 ، o.d. = 1.2 مم ، Portex ، Hythe ، Kent ، إنجلترا) ، مملوءة بمحلول السلمون المرقط الهيبارين (بالملليمول لتر -1: NaCl 150 ، KCl 4 ، CaCl2 1.3 ، مجكل2 1.2 ، د (+) - جلوكوز 7.5 ، NaHCO3 5 ، الهيبارين 125 وحدة دولية مل -1) ، في DA بواسطة تقنية Seldinger المعدلة ، على غرار النهج العام لـ Soivio et al. (1975) ، Holeton وآخرون. (1983) و Waser and Heisler (2004). بعد زرع القسطرة ، تم نقل سمك السلمون المرقط إلى حوض مائي وسمح له بالتعافي من الجراحة لمدة 16 ساعة على الأقل قبل التجربة. داخل الحوض ، كانت الأسماك محصورة قليلاً في أسطوانات معتمة مغمورة ، تاركة القسطرة متاحة بحرية لأخذ عينات الدم.

تم أخذ عينات الدم المرجعية من الحيوانات الواعية والمستعادة جيدًا لتحديد درجة الحموضة الشريانية و صا2 (BMS 3 Mk II ، مقياس الإشعاع ، كوبنهاغن ، الدنمارك). للتجربة ، تم تخدير الحيوانات بعد ذلك (MS222 60-80 مجم لتر -1) وإعادتها إلى رف العمليات. تم ري الخياشيم بماء منظم حراريًا جيد التهوية يحتوي على مخدر طوال فترة التجربة.تم مراقبة ضغط الدم ومعدل ضربات القلب (HR) باستمرار (P23AA ، Statham ، Hato Rey ، بورتوريكو) ، ودرجة الحموضة الشريانية و صا2 تم تحديدها مرارا وتكرارا. أثناء التجربة ، تم الحفاظ على درجة الحموضة الشريانية ثابتة بشكل أساسي عند 7.9 من خلال التغييرات في الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون (صكو2) من مياه الري الخيشومية بين 0.25 و 5 مم زئبق (0.033-0.67 كيلو باسكال وحدات تحكم التدفق الجماعي ، MKS Instruments Deutschland GmbH ، München ، ألمانيا).

قياس شكل الشبكية

من أجل تقييم مسافات انتشار الشبكية ، تم استئصال كرة عين واحدة من كل من ثلاثة أنواع من سمك السلمون المرقط وتقطيعها أفقيًا حول الحوف. بعد إزالة العدسات ، تم تثبيت أكواب العين بالتعرض لـ 2.5٪ جلوتارالدهيد في محلول رينجر لعدة أيام وتجفيفها كل عدة أيام في ثلاثة حمامات متتالية بنسبة 80٪ إيثانول. بعد التضمين في البارافين ، تم شطر العينين بمقدار النصف بالمقطع المتوسط. تم قطع بضع شرائح فقط بحجم 6 ميكرومتر من الواجهة النصفية ، مما يضمن قطعًا عمودية في شبكية العين. تم إجراء التحليل المجهري لسمك الطبقة الفردية وكذلك سمك الشبكية الكلي في العديد من المواقع التي تغطي قوس الشبكية بأكمله. تم تصحيح انكماش الأنسجة بسبب تضمين البارافين عن طريق القسمة على عامل 0.74 (Weibel ، 1979).

أقطاب الأكسجين الدقيقة: البناء والمعايرة والخصائص

بولاروغرافي O2 أقطاب كهربائية لتحديد باطن العين صا2 تم إنشاؤها وفقًا للنهج العام لـ Whalen et al. (1967) و Linsenmeier and Yancey (1987). تم سحب الشعيرات الدموية البورسليكات أحادية الماسورة (GC100-10 ، Clark Electrochemical ، Pangbourne ، Reading ، المملكة المتحدة) إلى أقطار طرف دقيق (& lt5 ميكرومتر موديل P-97 ، Sutter Instruments ، نوفاتو ، كاليفورنيا / الولايات المتحدة الأمريكية). تم إدخال شريط رفيع من سبيكة منخفضة الانصهار (47.2 درجة مئوية Whalen et al. ، 1967) في الشعيرات الدموية المسحوبة وتم تسخينها برفق حتى تذوب تمامًا. تم دفع سبيكة السوائل باتجاه طرف القطب تحت تحكم مجهري ، مع الحرص على ترك فجوة خالية من المعدن في طرف الأنبوب الشعري الزجاجي. توفر العطلة مقاومة انتشار ، مما يقلل بشكل كبير من O2 الاستهلاك وتناقص الإشارات الحالية الزائفة الناتجة عن التحريك (Schneiderman and Goldstick ، ​​1978). تم توصيل القطب المعدني المريح بواسطة سلك نحاسي ملحوم (مثبت في الفتحة الشعرية الخلفية بواسطة راتنج الرابطة السريع) بمصدر طاقة للطلاء الكهربائي. تم طلاء طبقة رقيقة من الذهب بالكهرباء على السطح المعدني في التجويف الشعري بعد ملء الرأس تمامًا بمحلول الطلاء (200 مليمول لتر -1 سترات أمونيوم بنسبة 5٪ ك [Au (CN)2] ، الرقم الهيدروجيني 6.3) عن طريق تطبيق 1.5 فولت لحوالي 10-30 دقيقة بين قطب كهربائي وقطب بلاتيني ثانوي في محلول الطلاء. بعد الطلاء ، تم نقع الأقطاب في ماء منزوع الأيونات لمدة 24 ساعة على الأقل وتخزينها جافة قبل استخدام كل قطب كهربائي تم فحصه مجهريًا وتم اختبار بعض العينات المختارة بشكل تعسفي من كل دفعة إنتاج إلكترونيًا. النتيجة صا2 تم تمييز الأقطاب الكهربائية الدقيقة ماديًا على أنها ذات أقطار طرف أقل من 5 ميكرومتر ومتوسط ​​استراحة يبلغ 77 ± 20 ميكرومتر (يعني ± د. ، ن=42).

بعد إنشاء مخطط قطبي فردي (تيار ضد الجهد) ، تم استقطاب الأقطاب الكهربائية الدقيقة في نطاق هضبة العلاقة (عادةً عند حوالي -800 مللي فولت). تم تحويل إشارات التيار المنخفض جدًا (في نطاق fA إلى pA) إلى إشارات جهد باستخدام مراحل رأس خاصة ، تتضمن دوائر إلكترونية مخصصة على أساس مضخمات تشغيلية منخفضة التحيز (OPA128JM ، Burr Brown ، Darmstadt ، ألمانيا). الأسلاك الفضية المطلية بالتفلون (Gi 1106 ، 0.37 / 0.45 مم Advent ResearchMaterials ، Eynsham Oxon ، إنجلترا ، المملكة المتحدة) ، المكلورة عند الطرف المكشوف ، بمثابة أقطاب مرجعية. تمت معايرة سلاسل القطب عند درجة حرارة تجريبية (15 درجة مئوية) في محلول ملحي متساوي التوتر (0.9٪ كلوريد الصوديوم) أو محلول سمك السلمون المرقط ، تمت معايرته بغازات معروفة. صا2تتراوح القيم من 0 إلى 760 مم زئبق (101 كيلوباسكال غازات مقدمة من مضخات خلط الغاز الدقيقة من النوع 1 M 303 / a-F ، Wösthoff GmbH ، Bochum ، ألمانيا).

تم إجراء معايرة التقاطع الصفري والحساسية لكل قطب كهربائي على حدة قبل التجربة مباشرة. بلغ متوسط ​​حساسية المستشعر المطلي بالذهب 173 ± 82 fA mmHg -1 (يعني ± s. d. ، ن= 78). الخطية في نطاق صا2 من 0 إلى 760 مم زئبق (0-101 كيلو باسكال) كان 0.99987 (ثانية. د. = 0.00023 ، ن= 15) من حيث متوسط ​​معامل الارتباط. بعد التعرض المتكرر للأنسجة ، أظهرت الأقطاب الكهربائية انخفاضًا طفيفًا في الحساسية ، ربما بسبب إخفاء جزء من سطح المعدن التحفيزي عن طريق التلوث بالبروتينات أو النيوكليوتيدات. ومع ذلك ، فإن الخطية والتيار المتقاطع الصفري ظلوا غير متأثرين بشكل أساسي خلال أي تجربة واحدة. لم يكن هناك تدهور في الجودة التحليلية أثناء التشغيل طويل الأمد طوال عمر صا2 تم تقييد الأقطاب الكهربائية الدقيقة فقط عن طريق التدمير المادي للطرف أثناء التجريب.

ال صا2 جهاز الاستشعار غير حساس للتغيرات الأيضية والجهاز التنفسي في الرقم الهيدروجيني من 5.8 إلى 8.8. كما هو متوقع ، كانت الإشارة الحالية حساسة للتغيرات في درجات الحرارة ، حيث ارتفعت بحوالي 1٪ لكل درجة مئوية (المدى 10-35 درجة مئوية) ، على الرغم من أنها ليست بنفس القدر الذي تم الإبلاغ عنه في حالة التصوير الاستبدادي الأخرى O2 أجهزة الاستشعار (Gnaiger and Forstner ، 1983). نظرًا لأن القوة الأيونية هي مُعدِّل لحساسية القطب الكهربائي (تم تحديدها على أنها -0.05 مم زئبق لكل 1 مليمول لتر -1 من القوة الأيونية ، المدى 75-1200 مليمول لتر -1) ، تمت معايرة الأقطاب بشكل حصري في محاليل تشبه السائل خارج الخلية من سمك السلمون المرقط. تم إجراء عمليات المعايرة والفحوصات بشكل عام عند درجة حرارة تجريبية تبلغ 15 درجة مئوية.

الضغط الهيدروستاتيكي داخل العين

إدخال أقطاب كهربائية في العين لغرض صا2 قد يؤدي القياس إلى تعطيل نظام ضغط العين (IOP) ، مما يؤدي إلى تغييرات محلية في التروية وبالتالي صا2. تم فحص هذا الاحتمال عن طريق القياس المباشر لـ IOP أثناء تحديد داخل العين صا2. بعد تحريض التخدير كما هو موضح أعلاه ، تم ثقب الغرفة الأمامية للعين بإبرة تحت الجلد 0.4 مم. تم تسجيل IOP عن طريق محول ضغط (P230b ، Statham ، Hato Rey ، Puerto Rico) متصل بالجلد تحت الجلد عبرأنابيب PE (Portex ، Hythe ، Kent ، إنجلترا ، المملكة المتحدة) ، مع الحرص على ملء مسار الضغط تمامًا بالسائل الفسيولوجي. بعد قراءة IOP لمدة 15 دقيقة ، يلزم مزيد من الاستعدادات لتحديد داخل العين صا2 (انظر أدناه) من أجل الربط المباشر بين التغييرات النهائية في العين صا2 مع التأثيرات على IOP و والعكس صحيح.

داخل الشبكية صا2: في الجسم الحي عزم

بعد تحريض التخدير كما هو موصوف أعلاه ، تم ثقب القرنية والقزحية من الناحية البطنية داخل الحوف فقط ، باستخدام إبرة تحت الجلد بقطر 1.5 مم. تم استبدال الإبرة بدليل لـ صا2 قطب كهربائي مصنوع من أنبوب الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 1.5 مم ، والذي ظل في مكانه طوال التجربة. صا2 تم تمرير أقطاب كهربائية دقيقة من خلال أنبوب التوجيه ومتقدمة مع طرف قريب من شبكية العين ، مع فحص بصري للموضع من خلال مجهر تشغيل ثنائي العينين (كارل زايس ، جينا ، ألمانيا) بالاقتران مع عدسة منظار العين (Super Pupil XL ، 132 dpt ، عدسة الفحص المجهري الحيوي JH0987 ، Volk Optical Inc. ، مينتور ، أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم دفع الأقطاب نحو شبكية العين وداخلها وتم وضعها بشكل متكرر (0.1 ميكرومتر) ، باستخدام معالج دقيق ثلاثي المحاور يعمل بمحرك متدرج (HS 6 ، Märzhäuser ، ويتزلار ، ألمانيا) بالاشتراك مع وحدة قيادة إلكترونية رقمية قابلة للبرمجة (N. Heisler) وسلامة ، غير منشورة). سلك فضي مكلور (انظر أعلاه) تم إدخاله في العضلة الظهرية خلف الرأس كان بمثابة مرجع لـ صا2أقطاب كهربائية دقيقة.

لمحات عن صا2 تم تسجيلها في نطاق القطب الخلفي لمقلة العين ، الأمامي قليلاً للقرص البصري. بعد إدخال القطب في العين فوق الشبكية مباشرة (عند 800 ميكرومتر ثانية -1) ، تم إدخال القطب الكهربائي تدريجيًا في شبكية العين بخطوات مبرمجة مسبقًا من 25 إلى 100 ميكرومتر (عند 3200 ميكرومتر ثانية -1 ، يعتمد حجم الخطوة على المدى من التغيير السابق في صا2) ، في كل مرة تنتظر قراءات مستقرة لتيار القطب حتى صا2 استقرت القراءات خلال مزيد من التقدم. كان من المفترض أن يكون الطرف قد وصل بعد ذلك إلى غشاء بروخ أو تجاوزه. ثم تم سحب القطب الكهربائي تدريجيًا ، مع تطبيق عكس ملف التقدم والعودة صا2 تم تسجيل الملف الشخصي.

داخل الشبكية صا2: في المختبر التجارب

استئصال العين

بعد إنشاء درجة الحموضة و صا2 في العينات المخدرة بشكل مناسب (انظر أعلاه) ، تم قطع الملتحمة وإزالتها من العين. تم قطع وإزالة تغطية العظام والكتلة العضلية من القطاعات البطنية والصدغية من المدار وكذلك عضلات العين. بعد تعريض العصب البصري بعناية وكذلك الشريان والوريد العيني عن طريق إزالة النسيج الدهني المعلق ، تم ربط اثنين من الأربطة لاستخدامها لاحقًا تحت الشريان العيني ، بالقرب من مدخل المدار والبعيدة مباشرة في كأس العين.

بعد إدخال حامل تعليق مصنوع خصيصًا تحت كوب العين ، تم إدخال قسطرة مسبقة التشكيل متصلة بالحامل بسرعة في شريان العيون لتزويد العين وشد الأربطة حول القسطرة / الشريان وكذلك حول الشريان المقطوع عند نقطة الدخول المدارية. بدأ نضح العين مع تعليق كريات الدم الحمراء (خلايا الدم الحمراء ، كرات الدم الحمراء) مباشرة بعد ذلك ، مما حد من نقص تروية العين إلى أقل من 60 ثانية. بعد تقسيم العصب البصري والوريد البصري ، تمت إزالة العين من المدار. أثناء التروية ، ظل سطح العين رطبًا عن طريق الري بالماء حتى درجة حرارة 15 درجة مئوية.

نضح

تم ترطيب العيون المعزولة بمعلقات كريات الدم الحمراء (انظر أدناه) بدلاً من الدم الكامل من أجل تجنب أي تأثيرات مباشرة أو غير مباشرة للكاتيكولامين والعوامل الخلطية الأخرى على إطلاق O2 من الناقل (Hb). تم تزويد المعلقات إلى الشريان العيني بواسطة مضخة تمعجية (النوع IP-4 ، Ismatec ، Wertheim-Mondfeld ، ألمانيا) بمعدل تدفق يبلغ 180 ميكرولتر دقيقة -1 ، تم تحديدها مسبقًا في الجسم الحي في الشريان الخفي الكاذب الوارد (Waser and Heisler ، 2004). مصيدة فقاعات مصغرة في مسار التدفق قبل العين مباشرة تعمل على التخلص من فقاعات الغاز من السائل الإرواء. تم منع انسداد الأوعية الدموية في الشعيرات الدموية للعين عن طريق الجلطات الدقيقة وتجمعات الخلايا عن طريق تمرير المرشح من خلال مرشح شبكي 40 ميكرومتر (بوليستر 07-40 / 25 ، Bückmann ، Mönchengladbach ، حامل شبكة ألمانيا: Swinnex 13 ملم ، ميليبور ، إشبورن ، ألمانيا) . تمت مراقبة ضغط التروية بواسطة محول T متصل بالقسطرة المؤدية إلى الشريان العيني (P23AA ، Statham ، Hato Rey ، Puerto Rico).

تحضير معلقات كريات الدم الحمراء

تم تجميع دم التراوت من عدة أفراد ودم بشري (نقل دم بشري من شاريتيه ، برلين ، ألمانيا) تم طرده مركزيًا ، وإزالة البلازما وخلايا الدم البيضاء وغسل كرات الدم الحمراء ثلاث مرات في محلول سمك السلمون المرقط (بالملليمول لتر -1: كلوريد الصوديوم 146.6 ، بوكل 4 ، كاكل2 1.3 ، مجكل2 1.2 ، د (+) - جلوكوز 7.5 ، NaHCO3 5.4 ، بيروفات الصوديوم 3 ، بولي فينيل بيروليدون 0.5٪ (وزن / حجم) ، هيبارين 50 وحدة دولية مل -1) ، قبل إعادة تعليقه وتخزينه طوال الليل عند 4 درجات مئوية. تم تكرار إجراء الغسيل (3 ×) في صباح اليوم التالي قبل إعادة التعليق للهيماتوكريت الاسمي (Hct) المستخدم أثناء التجربة (0.20). تم تكييف المعلقات الناتجة للتجربة عن طريق موازنة لا تقل عن 45 دقيقة عند 15 درجة مئوية في قوارير زجاجية دائرية بقاع 100 مل (فارحي ، 1965) بغاز تجريبي بنسبة 0.27 ٪ من ثاني أكسيد الكربون.2 في الهواء[صكو2: 2.0 مم زئبق (0.27 كيلو باسكال) ، صا2: 156.2 مم زئبق (20.8 كيلو باسكال)] أعدت بواسطة مضخات خلط الغاز Wösthoff. تم تسهيل نقل الجلوكوز إلى الخلايا عن طريق إضافة 10 u لتر من الأنسولين (Insuman Rapid ، Hoechst Marion Roussel ، Bad Soden ، Germany Pelster et al. ، 1989).

يروي

لتقييم دور تأثير الجذر لإكمال O2إمداد شبكية التراوت ، تم ترطيب العيون بنوعين مختلفين من خلايا الدم الحمراء: خلايا سمك السلمون المرقط ، التي لها تأثير جذر واضح وبالتالي قادرة على تكوين O2 يطلق في الذوبان الفيزيائي عند التحميض ، وتفتقر كريات الدم الحمراء البشرية إلى أي تأثير لـ O2 الافراج عن تحمض على ارتفاع صا2. تم استخدام المرطبات التالية. "Tr" ، كرات الدم الحمراء في سمك السلمون المرقط ، درجة الحموضة حوالي 7.48 (بداية النطاق الحاد لمنحنى تأثير الجذر) ، تشبع الهيموجلوبين مرتفع (∼91٪ ، تأثير الجذر أقل من 15٪ "H" ، كرات الدم الحمراء البشرية في سمك السلمون المرقط ، الأس الهيدروجيني حوالي 7.16 ، إشباع الهيموجلوبين مرتفع (100٪) ، بدون تأثير الجذر.

كمرجع لأكسجة الهيموجلوبين الكامل (100٪ تشبع ، 0٪ تأثير جذر) ، تم تحضير معلق تحكم من كرات الدم الحمراء في سمك السلمون المرقط في سمك السلمون المرقط (TrC ، pH & gt8) ومعايرته بشكل متزامن.

تحديد باطن العين صا2

الاستعدادات الأولية لتحديد باطن العين صا2 كانت مطابقة لتلك المذكورة أعلاه (في الجسم الحي شروط). ومع ذلك ، بالنسبة للعيون المعزولة ، كان حامل العين المعلق المعدني بمثابة مرجع لـ صا2 مسرى دقيق. قراءات مرجعية لـ صا2 تم الحصول عليها دائمًا أثناء التروية بمعلقات التراوت RBC (TR pH حوالي 7.48 انظر أعلاه). صا2 تم إدخال أقطاب كهربائية دقيقة في شبكية العين حتى صا2 بلغ الحد الأقصى. ثم تُرك القطب في موضعه لبقية التجربة ، وخلالها كانت الاستجابة صا2 تم تسجيله أثناء التروية بالتناوب مع التراوت ومعلقات كرات الدم الحمراء البشرية. في حالات قليلة ، تم غسل العيون أيضًا بمحلول سمك السلمون المرقط.

تحديد تأثير الجذر في المختبر

العلاقة بين التغيرات في الأس الهيدروجيني خارج الخلية وإطلاق Hb المرتبط بـ O2 إلى الانحلال الفيزيائي في معلقات كريات الدم الحمراء مماثلة لتلك المستخدمة في تجارب التروية. تم تعديل العينات الفردية من نفس التحضير لتعليق كريات الدم الحمراء إلى الرقم الهيدروجيني فوق النطاق 6.0-8.5 ، إما عن طريق التغييرات في صكو2 من غازات التوازن في البلازما [HCO3 -] ، أو بإضافة كل 200 ميكرولتر من حمض الهيدروكلوريك للتركيز المطلوب. الغازات مع المحدد صكوتم إنتاج 2 (0.033٪ إلى 7.13٪) بخلط الهواء مع ثاني أكسيد الكربون2 بواسطة مضخات خلط الغاز Wösthoff.

السلسلة 1: العلاقة بين الأس الهيدروجيني وإجمالي O2تركيز ثابت (مرتفع) صا2

أين x = الرقم الهيدروجيني ، أنا = الرقم الهيدروجيني عند نقطة الانعطاف ، س = المنحدر ، الحد الأقصى = الحد الأقصى O2 المحتوى والدقيقة = الحد الأدنى من O2المحتوى.

السلسلة 2: ارتفاع صا2 عند التحمض اللاهوائي

التراوت ومعلقات كريات الدم الحمراء البشرية ، محضرة مع سمك السلمون المرقط المحتوي على 20 أو 24 مليمول لتر -1 [HCO3 -] ، على التوالي ، تم تعديلها لتركيز Hb tetramer ([Hb4]) 0.5 ملي مول لتر -1 (Hct حوالي 0.10) وتمت معايرته بغاز صكو2 = 2.2 مم زئبق (0.29 كيلو باسكال) و صا2 حوالي 150 مم زئبق (20 كيلو باسكال) ، مما أدى إلى درجة حموضة أولية تبلغ حوالي 8.2. تم اختيار Hct أقل (ضبط [Hb] للحصول على دقة أعلى) من المستخدم لوسائط التروية للحد صا2 إلى أقل من 1 ضغط جوي بعد التحميض. تم تقليل الرقم الهيدروجيني الأولي للعينات الفردية في ظل الظروف اللاهوائية عن طريق إضافة كل واحد من 100 مليمول لتر -1 حمض أسيتيك متدرج في الحجم من 0-160 ميكرولتر -1 RBC معلق. بعد الخلط لمدة 30 ثانية مع كرة معدنية مغلقة ، صا2 وتم تحديد الرقم الهيدروجيني للعينات المحمضة.

الحصول على البيانات وتحليلها

تم تسجيل البيانات على كمبيوتر شخصي متوافق مع IBM مع لوحة محول تناظري / رقمي (DAS 1602 ، Keithley Instruments Inc. ، تونتون ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، باستخدام وحدات وقت تشغيل مخصصة (TestPoint 3.0 ، Capital Equipment Corporation ، Billerica ، Ma ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم تحليل البيانات باستخدام SigmaPlot 4.01 و SigmaStat 2.03 (SPSS Software ، München ، ألمانيا) ، و "R" (www.r-project.org) ، و StarOffice 5.2 (Sun Microsystems ، برلين ، ألمانيا). يتم تقديم البيانات كمتوسط ​​± تم تحديد مستويات الانحراف المعياري (s. d) ذات الدلالة الإحصائية بواسطة الطالب ر-الاختبار ما لم يذكر خلاف ذلك.


عارضات الأزياء تحت الأرض

توماس جيه بارك وروشيل بوفنشتاين
1 يونيو 2012

كوربيس ، فرانز لانتينج

P حكة مظلمة ورطبة وغليظة مع مخلوقات ذات أسنان صوفية على شكل نقانق ، فإن عالم فأر الخلد الأفريقي العاري هو موطن معاد. في الثمانينيات من القرن الماضي ، توصل العلماء إلى اكتشاف رائع مفاده أن فئران الخلد العارية تعيش مثل النمل الأبيض مع ملكة تكاثر واحدة مهيمنة وعشرات من المساعدين البالغين غير المتزاوجين الذين لا يغادرون مستعمرة الولادة أبدًا. لكن الغرابة لا تتوقف عند هذا الحد. تتحمل فئران الخلد العارية ، على عكس الثدييات الأخرى ، درجات حرارة متغيرة للجسم ، تُعزى إلى افتقارها إلى طبقة عازلة من الفراء. بشرتهم الوردية خالية من الشعر باستثناء الخيوط المتناثرة الشبيهة بالشعر التي تتقاطع مع الجسم لتشكيل مجموعة حسية حساسة تساعدهم على التنقل في الظلام. كل من جلد الخلد العاري و rsquos والجهاز التنفسي العلوي غير حساسين تمامًا للمهيجات الكيميائية مثل الأحماض والكابسيسين ، المكون الحار في الفلفل الحار. والأكثر إثارة للدهشة أنهم يستطيعون البقاء على قيد الحياة في فترات الحرمان من الأكسجين التي قد تسبب تلفًا دماغيًا لا رجعة فيه.

الفرضيات الحالية لوجود هذه المجموعة من السمات غير العادية تتمحور حول سمات نمط الحياة غير المعتادة بنفس القدر لفأر الخلد العاري. (انظر الشكل في الصفحة 33) تعيش فئران الخلد العارية في مجموعات عائلية كبيرة في جحور متقنة تحت الأرض. على الرغم من أنها محمية من التقلبات الكبيرة في درجات الحرارة وكذلك من الحيوانات المفترسة ومسببات الأمراض ، إلا أنها يجب أن تتعامل مع انخفاض الأكسجين ومستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون ، بسبب العدد الكبير من الأفراد - عادة من 100 إلى 300 - الذين يعيشون ويتنفسون في أماكن قريبة تحت ظروف سيئة. ظروف التهوية. تجعل البيئة غير العادية والهيكل الاجتماعي لفأر الخلد العاري هذا نظامًا مثيرًا لفهم التطور والتخصص ، وتفاصيل الآليات الجزيئية الكامنة وراء الصحة الجيدة بشكل غير عادي لجرذ الخلد توفر رؤى ثاقبة للأمراض البشرية.

لا أكسجين؟ لا مشكلة!

تبدأ معظم أدمغة الثدييات ، بما في ذلك البشر ، بالتلف بعد 3-4 دقائق فقط من الحرمان من الأكسجين. وذلك لأن أنسجة المخ لا تخزن الكثير من الطاقة ، وهناك حاجة إلى إمداد ثابت من الأكسجين لتوليد المزيد. ومن ثم ، عندما يتم تقليل أو إعاقة إمداد الدماغ بالأكسجين ، تنفد طاقة خلايا الدماغ ، ويحدث التلف بسرعة. هذا مصدر قلق كبير لضحايا النوبات القلبية والسكتات الدماغية ، حيث يتم قطع إمداد الدماغ بالدم. من ناحية أخرى ، تظل أنسجة دماغ فئران الخلد العارية تعمل مع عدم وجود إمدادات أكسجين لأكثر من ثلاثة أضعاف أنسجة دماغ فئران التجارب. وعندما يتم استعادة مستوى الأكسجين ، تتعافى أنسجة المخ من فئران الخلد العارية بشكل كامل ، حتى بعد عدة دقائق من عدم النشاط. جيه لارسون ، تي جيه. بارك ، "تحمل شديد لنقص الأكسجة لدماغ جرذ الخلد العاري ،" تقرير NeuroReport, 20:1634-37, 2009.]

تنبع هذه القدرة الرائعة بلا شك من التحدي الذي تواجهه جميع الحيوانات الموجودة تحت الأرض: انخفاض مستويات الأكسجين بسبب ضعف تبادل الهواء مع السطح. يكون استنفاد الأكسجين أكثر وضوحًا بالنسبة لفئران الخلد العارية لأنها تعيش في مجموعات كبيرة ، حيث يتقاسم العديد من الأفراد نفس الإمداد الهوائي السيئ ، ويقتصر تبادل الغازات على الانتشار أو اضطراب الهواء الناجم عن الحيوانات التي تتحرك في الأنفاق. إذن كيف تعيش الفئران الخلدية في مثل هذه الظروف الخانقة؟

تظهر فئران الخلد العارية العديد من التكيفات الفسيولوجية للبقاء على قيد الحياة في بيئة منخفضة الأكسجين. الهيموغلوبين الموجود في خلايا الدم الحمراء لديهم تقارب أعلى للأكسجين من معظم الثدييات الأخرى ، مما يعني أن دمهم أفضل في التقاط كمية الأكسجين القليلة الموجودة. لديهم أيضًا عددًا أكبر من خلايا الدم الحمراء لكل وحدة حجم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معدل التمثيل الغذائي للكتلة الخاصة بهم هو حوالي 70 في المائة فقط من القوارض الأخرى ، لذلك يستخدمون الأكسجين بمعدل أبطأ. ولكن عندما يتعلق الأمر بالدماغ ، فإن فئران الخلد العارية تحمي نفسها من خلال استعارة استراتيجية تستخدمها أدمغة الرضع.

من المعروف أن الثدييات الرضع ، بما في ذلك البشر ، أكثر تحملاً للحرمان من الأكسجين مقارنة بالأحداث الأكبر سنًا أو البالغين. اتضح أن الكالسيوم عامل رئيسي في هذا التحمل. عادة ، تلعب أيونات الكالسيوم في خلايا الدماغ أدوارًا حيوية ، بما في ذلك المساعدة على تكوين الذكريات. لكنه توازن دقيق: الكميات الصغيرة من الكالسيوم ضرورية لوظيفة الدماغ ، لكن الكثير من الكالسيوم يجعل الأمور تسير في طريقها للخسارة. عندما تحرم الخلايا العصبية من الأكسجين ، فإنها لا تملك الطاقة اللازمة لتنظيم دخول الكالسيوم ، مما يؤدي إلى تدفق الكثير من الكالسيوم ، الذي يسمم الخلايا. هذا هو السبب الرئيسي لموت الخلايا العصبية أثناء الحرمان من الأكسجين.

في العقد الماضي أو نحو ذلك ، اكتشف الباحثون أن أدمغة البالغين والرضع تعبر عن قنوات كالسيوم مختلفة في أغشية الخلايا. يتم إغلاق قنوات الكالسيوم عند الرضع أثناء الحرمان من الأكسجين ، مما يحمي خلايا الدماغ من جرعة زائدة من الكالسيوم في الرحم ، حيث يحصل الطفل على كمية أقل من الأكسجين. بعد ولادة الطفل ، يكون الأكسجين وفيرًا ، ويتم استبدال هذه القنوات إلى حد كبير بقنوات تفتح استجابة لحرمان الأكسجين ، مما يؤدي غالبًا إلى موت الخلايا.

تظهر الدراسات الحديثة التي أجريت على فئران الخلد العارية أن هذا النوع يحتفظ بقنوات الكالسيوم على غرار الرضع حتى مرحلة البلوغ. ب. Peterson et al. ، "يحتفظ دماغ الجرذ العاري البالغ بالوحدة الفرعية لمستقبل NMDA GluN2D المرتبطة بتحمل نقص الأكسجة في الثدييات حديثي الولادة ،" نيوروسسي ليت، 506: 342-45، 2012.] وفقًا لذلك ، تُظهر تقنيات التصوير بالكالسيوم أن الحرمان من الأكسجين يؤدي إلى دخول أقل بكثير من الكالسيوم إلى خلايا المخ لدى فئران الخلد العارية مقارنة بالثدييات البالغة الأخرى. [3. ب. بيترسون وآخرون ، "ضعف استجابة الكالسيوم العصبية لنقص الأكسجة في حصين الخلد العاري ،" بلوس واحد، 7: e31568 ، 2012.] تشير هذه النتائج إلى استراتيجية جديدة قد تساعد ضحايا النوبات القلبية والسكتات الدماغية من البشر: زيادة عدد قنوات الكالسيوم على غرار الرضع في الدماغ. تمتلك خلايا دماغ البشر البالغين بالفعل بعض هذه القنوات بالفعل ، لكنها ليست كافية لحمايتها أثناء الحرمان من الأكسجين. إذا تم تصميم دواء لتنظيم إنتاج القنوات على غرار الرضع بسرعة في أدمغة ضحايا النوبات القلبية والسكتات الدماغية ، فقد يوفر حماية قيّمة خلال وقت لا يصل فيه الإمداد المستمر بالدم الغني بالأكسجين إلى الدماغ.

حفر الحياة تحت الأرض

فئران الخلد العارية (مغاير الرأس) هي القوارض الموجودة في المناطق الاستوائية الساخنة في القرن الأفريقي. عندما وصف جرذ الخلد العاري لأول مرة في عام 1842 ، اشتبه عالم الطبيعة الألماني الشهير إدوارد روبل في أنه واجه عينة مريضة - لأن الحيوان ليس لديه فرو وأسنان بارزة بشكل دائم. فقط بعد أن تم جمع العديد من العينات ، أصبح من الواضح أن مظهرها الغريب ، الذي تم وصفه بشكل مختلف بأنه يشبه النقانق ذات الأسنان أو الفظ الصغير ، كان أمرًا طبيعيًا.

تعيش فئران الخلد العارية في متاهة من الأنفاق الجوفية التي قد تمتد أكثر من ميل في الطول وعمق يصل إلى 8 أقدام تحت سطح التربة. تحتوي جحورهم على كل من غرف العش ، التي ترعاها حيوانات عاملة معقمة ، والعديد من المراحيض التي تستخدمها الحيوانات بشكل ديني لتجنب تلوث مكان معيشتهم. لتحديد الجذور والدرنات والمصابيح الصغيرة التي تشبه البصل التي تأكلها ، يجب على الفئران الخلدية الحفر في التربة وتوسيع أنفاقها باستخدام أسنانها القاطعة التي تشبه الإزميل والتي تنمو باستمرار. أحيانًا يفتحون فتحة على العالم الخارجي لطرد التربة المحفورة إلى السطح ، حيث تشكل أكوامًا صغيرة على شكل بركان - العلامات الوحيدة الموجودة فوق الأرض للمستعمرات الشاسعة أدناه. بالنظر إلى هذا الوجود الجوفي تمامًا ، فليس من المستغرب أن تكون فئران الخلد العارية قد طورت مجموعة من الخصائص المناسبة للغاية للحياة في الجحور المظلمة والرطبة.

عدم الشعور بالألم

بالإضافة إلى التعامل مع مستويات الأكسجين المنخفضة ، فإن العيش في جحور مزدحمة تحت الأرض يعني أيضًا أن فئران الخلد العارية يجب أن تتعامل مع ارتفاع ثاني أكسيد الكربون (CO).2) التركيزات. على عكس تركيز الغلاف الجوي النموذجي لثاني أكسيد الكربون2 حوالي 0.03 في المائة ، CO2 المستويات في أنفاق الخلد العارية تقترب من 2 في المائة ، وربما تصل إلى تركيزات 5 في المائة أو أكثر في غرف أعشاشهم. مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون2 يمكن أن يكون مؤلمًا للعينين والأنف بسبب تكوين حمض على سطح تلك الأنسجة - على غرار الشعور بالتجشؤ من خلال أنف المرء بعد شرب المشروبات الغازية - لكن فئران الخلد غير حساسة تمامًا لهذه الظاهرة. الجلد والجهاز التنفسي العلوي لجرذان الخلد العارية غير حساسين أيضًا للمهيجات الأخرى ، بما في ذلك الأحماض الأخرى والأمونيا والكابسيسين. من الناحية السلوكية ، لا تظهر على الحيوانات أي علامات تهيج أو إزعاج عند وضع محلول الكابسيسين على أنفها ، بينما تقوم الفئران بفرك أنوفها بقوة بعد هذا التعرض. على عكس الجرذان والفئران ، تفشل فئران الخلد العارية أيضًا في تجنب أبخرة الأمونيا القوية. عند وضعها في ساحة بها إسفنج مشبع بالأمونيا أو الماء ، تقضي فئران الخلد وقتًا طويلاً على مقربة من الأمونيا كما تفعل مع الماء. لا تظهر الحيوانات أيضًا أي استجابة للكابسيسين أو المحلول الملحي الحمضي (مثل عصير الليمون) المحقون في جلد القدم ، في حين أن نفس المهيجات تسبب الاحتكاك والخدش في موقع الحقن عند البشر ولعق الجرذان والفئران بقوة.

أظهرت التجارب الحديثة أن الألياف العصبية تسمى ألياف سي ، والتي تستجيب عادة لمستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون2وغيرها من المهيجات الكيميائية ، أقل حساسية في فئران الخلد العارية منها في الثدييات الأخرى. هذه الألياف صغيرة في القطر ، وتطلق الببتيدات العصبية - ولا سيما المادة P والببتيد المرتبط بجين الكالسيتونين - على أهداف في الجهاز العصبي المركزي لنقل الإحساس بالوخز أو الحرق. الأهم من ذلك ، أن نفس الألياف C التي تستجيب للحمض والكابسيسين هي المسؤولة عن الألم الذي يعاني منه الأشخاص بعد دقائق أو ساعات أو حتى أيام من الإصابة.

من المثير للدهشة أن الدراسات الفسيولوجية كشفت أن ألياف C-الفئران العارية التي تعصب عيونهم وأنفهم وجلدهم تستجيب للكابسيسين ، لكن الأعصاب لا تجعل الببتيدات العصبية تُطلق عادة بسبب خلل في محفزات الجينات المرتبطة بنقل الألم. الخلايا العصبية. بينما تعبر الحيوانات عن الببتيدات العصبية في أجزاء أخرى من الجسم ، مثل الدماغ والأمعاء ، فإن نقص هذه الببتيدات العصبية من الألياف C يعمل على "فصل" الألياف عن الجهاز العصبي المركزي ، مما يمنع الشعور بالألم والتهيج. من المؤكد أنه عندما قدم الباحثون أحد الببتيدات العصبية المفقودة ، المادة P ، في الألياف C لأقدام الفئران العارية باستخدام العلاج الجيني ، فإن الحيوانات تلعق في موقع الحقن بشكل مشابه للجرذان والفئران. ت. بارك وآخرون ، "حساسية انتقائية للألم الالتهابي في جرذ الخلد الأفريقي العاري (مغاير الرأس),” بلوس بيول، 6: e13 ، 2008.]

يبدو أن عدم الحساسية للمحلول الملحي الحمضي يتم توسطه بواسطة آلية مختلفة. على عكس استجابتها للكابسيسين ، فإن الألياف C في فئران الخلد العارية لا تستجيب تمامًا للمحلول الملحي الحمضي. كشفت دراسة حديثة أن الحساسية الحمضية تنطوي على قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي ، والتي تعتبر ضرورية لنشر الإشارات على طول الألياف العصبية. إس. سميث وآخرون ، "الأساس الجزيئي لحساسية الحمض في جرذ الخلد الأفريقي العاري ،" علم، 334: 1557-60، 2011.] في فئران الخلد العارية ، تحتوي هذه القنوات على طفرة تجعلها تغلق تحت ظروف حمضية.

تمتلك ألياف C العارية أيضًا نمطًا غير عادي من التوصيل في الحبل الشوكي. ما يقرب من نصف الخلايا الموجودة في القرن الظهري العميق للنخاع الشوكي تتلقى وصلات مباشرة من ألياف C ، بينما في الأنواع الأخرى ، تنتهي معظم ألياف C في القرن الظهري السطحي ، عند الحافة الخارجية للحبل الشوكي. إن أهمية نمط الاتصال غير المعتاد هذا غير واضح ، لكنه يشير إلى أنه مهما كانت الإشارات المنقولة من الألياف C قد لا تتبع مسارات الألم والتهيج المعتادة بمجرد وصولها إلى النخاع الشوكي.

ومن المثير للاهتمام ، أن فئران الخلد العارية تستجيب بشكل طبيعي للقرص وتسخين الألم الناتج عن الألياف C فقط في هذه الحيوانات. يمكن أن يكون لفهم أكبر لكيفية تغيير هذا النوع من معالجة الألم في فئران الخلد العارية آثار مهمة في علاج الألم المزمن لدى البشر ، مثل آلام ما بعد الجراحة والمفاصل والعضلات والالتهابات.

شمانسر السرطان

على عكس الفئران ، التي تصاب بالأورام بشكل شائع ، لم يتم العثور على فئران الخلد العارية بالسرطان بشكل طبيعي. علاوة على ذلك ، فإن تعريض فئران الخلد للإشعاع المؤين لا يسبب الكثير من الضرر للحمض النووي ، كما هو واضح في الحيوانات الأخرى ، ولا يؤدي إلى الأورام ، حتى بعد 5 سنوات. فشلت أيضًا محاولات تحويل خلايا جرذان الخلد العارية إلى خلايا سرطانية عن طريق حقن الجينات المسرطنة ، في حين أن الطرق المماثلة باستخدام خلايا الإنسان والفأر وحتى الماشية تؤدي إلى التحول إلى خلايا تكون سرطانية شديدة العدوانية والتوغل. S. Liang et al. ، "مقاومة تكوين الأورام التجريبية في خلايا الثدييات طويلة العمر ، فأر الخلد العاري (مغاير الرأس),” شيخوخة الخلية، 9: 626-35 ، 2010. بدلاً من البدء في التكاثر بطريقة غير منضبطة ، تتوقف خلايا الفئران العارية المحولة على الفور عن الانقسام ، على الرغم من أنها لا تموت. ك. لويس وآخرون ، "مقاومة الإجهاد في جرذ الخلد العاري: الأساسيات العارية ،" علم الشيخوخة، في الصحافة ، doi: 10.1159 / 000335966 ، 2012.] وبالمثل ، فإن خلايا الفئران الخلدية العارية المعالجة بسموم أو الموجودة ببساطة في ظل ظروف دون المستوى الأمثل تتوقف على الفور عن الانقسام حتى تتحسن الظروف.

وقد دفع هذا بعض العلماء إلى اقتراح أن خلايا جرذان الخلد العارية خائفة في الثقافة وتتوقف عن الانقسام بمجرد أن تلمس الخلايا الأخرى ، وأن تثبيط الاتصال هو آلية لمقاومة السرطان. ومع ذلك ، فقد أظهرت العديد من المعامل المختلفة الآن أن خلايا جرذان الخلد العارية تنمو إلى كثافة أعلى من خلايا الفئران في ظل الظروف المثلى ، ولا تتجنب الاتصال الخلوي في ظل هذه الظروف. بدلاً من ذلك ، أصبح من الواضح بشكل متزايد أن أنسجة فئران الخلد العارية قادرة بشكل أفضل على التعرف على الخلايا غير الطبيعية ، وتحييد خصائصها الورمية ، وإصلاح الحمض النووي الخاص بها. في حالة فشل ذلك ، يتم إدخال الخلايا في مسارات مبرمجة لموت الخلايا.

أعطى الجينوم المتسلسل مؤخرًا لجرذ الخلد العاري عددًا من الأفكار الجديدة حول سبب ظهور فئران الخلد العارية غير منفذة للسرطان. إ. ب. Kim et al. ، "يكشف تسلسل الجينوم عن رؤى ثاقبة في علم وظائف الأعضاء وطول عمر جرذ الخلد العاري ،" طبيعة سجية، 479: 223-27 ، 2011.] العديد من الجينات المشاركة في تنظيم تكاثر الخلايا يتم اختيارها بشكل إيجابي أو لها تسلسلات فريدة يبدو أنها تؤدي إلى صحة غير عادية لفأر الخلد العاري. وبالمثل ، تشارك العديد من عائلات الجينات في جينوم الفئران الخلد في عمليات إصلاح الحمض النووي وإزالة السموم ، ويظل التعبير عن هذه الجينات دون تغيير مع تقدم الحيوانات في العمر. بالنظر إلى أن السرطان هو أحد أكبر المساهمين في الوفيات بين كبار السن ، فإن الصيانة الجينية المستمرة والمناعة المتزامنة ضد السرطان قد تساهم بشكل كبير في طول العمر الاستثنائي لفئران الخلد العارية.

تمتلك فئران الخلد العارية أيضًا عدة آليات لضمان مراقبة جودة البروتين والتوازن. يبدو أن بروتيناتها مقاومة للغاية للضغوط التي تتكشف مثل درجات الحرارة العالية واليوريا ، وخلايا الحيوانات فعالة بشكل خاص في إزالة البروتينات والعضيات التالفة عبر نظام ubiquitin-proteasome والالتهام الذاتي. وبالفعل ، فإن البروتيازومات العارية لجرذ الخلد أكثر وفرة وتظهر كفاءة أكبر في تحطيم البروتينات المتضررة من الإجهاد في أنسجة الكبد مقارنة بالبروتيازومات الموجودة في أنسجة الكبد في فئران التجارب. ك. Rodriguez et al. ، "التركيب المتغير لتجمعات الكبد البروتينية يساهم في تعزيز نشاط البروتوزوم في جرذ الخلد العاري طويل العمر بشكل استثنائي ،" بلوس واحد، 7: e35890، 2012.] وبالمثل ، يحدث الالتهام الذاتي بمعدل ضعفين أكبر في خلايا جرذان الخلد العارية من تلك الموجودة في الفئران. بشكل جماعي ، قد تساهم عمليات التنظيف المحسّنة داخل الخلايا في الحفاظ على بروتين عالي الجودة بشكل أفضل وتساعد خلايا جرذ الخلد العارية على مقاومة التلف في وجه السموم الخلوية ، مثل المعادن الثقيلة أو العوامل المدمرة للحمض النووي. هناك حاجة إلى تركيزات أعلى بكثير من هذه السموم لقتل خلايا الفئران الخلدية العارية مما هو مطلوب لقتل خلايا الفئران التي خضعت للعلاج التجريبي المماثل.

شاب للأبد

على الرغم من أن فئران الخلد العارية هي بحجم الفأر ، وتزن حوالي 35-65 جرامًا فقط ، إلا أن هذه القوارض تعيش في الأسر 9 مرات أطول. مع أقصى عمر مسجل يبلغ 32 عامًا ، فهي أطول القوارض المعروفة عمراً. 10 وبشكل ملحوظ ، يبدو أنهم قادرون على الحفاظ على صحة جيدة لمعظم حياتهم. في عمر يعادل 92 عامًا ، تظهر فئران الخلد العارية مستويات غير متغيرة من النشاط ومعدل الأيض ، بالإضافة إلى كتلة العضلات المستمرة ، وكتلة الدهون ، وكثافة العظام ، وصحة القلب ، وعدد الخلايا العصبية. هذه المؤشرات الواضحة لكل من الشيخوخة الفسيولوجية الموهنة والمتأخرة مصحوبة أيضًا بالحفاظ على جودة البروتين ومستويات التعبير الجيني.

تبدأ بعض أقدم فئران الخلد العارية (وما يعادل 26 عامًا للإنسان و GT105 عامًا) في إظهار علامات فقدان العضلات وهشاشة العظام وضعف القلب ، مما يدل على أن فئران الخلد تتقدم في العمر في النهاية مثل الحيوانات الأخرى. بطريقة ما يؤخر ظهور الشيخوخة ويضغط فترة التراجع إلى جزء صغير من عمرهم الإجمالي. هذه النتائج المتعلقة بصحة جيدة مستدامة مدهشة بالنظر إلى أن فأر الخلد العاري هو استثناء للعديد من النظريات الحالية حول سبب تقدمنا ​​في العمر. على سبيل المثال ، تعزو نظرية الإجهاد التأكسدي المقبولة على نطاق واسع للشيخوخة الانخفاض التدريجي في الوظيفة إلى الضرر الناجم عن الجذور الحرة أو أنواع الأكسجين التفاعلية التي تشكلت كمنتج ثانوي لا مفر منه لتنفس الأكسجين. بنفس الطريقة التي يتسبب بها الأكسجين في صدأ المعدن عند تعرضه للعناصر ، تتلف أغشية الخلايا والبروتينات والحمض النووي بسبب الغاز ، وهذا الضرر المتراكم ، كما تقول النظرية ، يتسبب في حدوث خلل في النظم الفسيولوجية. ومع ذلك ، تظهر فئران الخلد العارية في الأسر مستويات عالية جدًا من الضرر التأكسدي في سن مبكرة ، ومع ذلك فإن الوظيفة الخلوية لا تضعف ، والحيوانات قادرة على تحمل هذه المستويات العالية من الضرر التأكسدي لأكثر من 20 عامًا.

تفترض نظرية أخرى للشيخوخة أن طول تيلوميرات الكائن الحي ، الحمض النووي المتكرر الذي يغطي نهايات الكروموسومات ، هو علامة حيوية للشيخوخة وسوف يرتبط بعمر الأنواع. ولكن بالمقارنة مع فأر المختبر الأقصر عمرا ، فإن فأر الخلد العاري لديه نسبيًا قصيرة التيلوميرات - تشبه في الطول تلك الموجودة لدى البشر ، في الواقع. بدلاً من ذلك ، قد ترتبط المستويات الخلوية من الإنزيم تيلوميراز ، وهو إنزيم النسخ العكسي الذي يمتد التيلوميرات ، بطول عمر الأنواع. ولكن بينما تم قياس نشاط التيلوميراز في خلايا جلد الجرذان في المزرعة ، إلا أنه منخفض جدًا بشكل عام ، ويقتصر على الأنسجة التي تتكاثر بنشاط ، مثل الخصيتين والطحال والجلد. وبالتالي ، من غير المرجح أن يفسر طول التيلومير أو صيانته طول العمر الاستثنائي لجرذ الخلد العاري.

من الواضح أن الدراسات التي شملت هذا الحيوان الغريب المظهر والرائع قد سلطت الضوء على العديد من الجوانب الرئيسية لبيولوجيته غير العادية ذات الصلة المباشرة بالبحوث الطبية الحيوية. في الواقع ، أسفرت هذه الدراسات عن معلومات مهمة تتعلق بكيفية عمل الدماغ ، وكيف تستجيب الحيوانات لنقص الأكسجين والضوء ، وكذلك كيف يمكننا تعلم إبطاء الشيخوخة ، والوقاية من السرطان ، وتخفيف الآلام الالتهابية والآثار الضارة. التي تحدث عندما يتم إعاقة توصيل الأكسجين. سيكون من المثير أن تكون جزءًا من البحث المستمر حول هذه المخلوقات المذهلة التي من المرجح أن تكشف عن أهداف دوائية جديدة لمجموعة متنوعة من الأمراض البشرية.

توماس بارك أستاذ العلوم البيولوجية وعلم الأعصاب بجامعة إلينوي في شيكاغو. روشيل بوفنشتاين أستاذة علم وظائف الأعضاء في معهد بارشوب لدراسات طول العمر والشيخوخة ومركز العلوم الصحية بجامعة تكساس في سان أنطونيو ، تكساس.


DNA الميتوكوندريا (mtDNA)

تحتوي الميتوكوندريا البشرية على 5 و ndash10 جزيئات دائرية متطابقة من الحمض النووي. يتكون كل منها من 16،569 زوجًا أساسيًا يحمل المعلومات الخاصة به 37 جينًا الذي يشفر:

  • 2 جزيئات مختلفة من RNA الريبوسوم (الرنا الريباسي)
  • 22 جزيءًا مختلفًا من نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال) (واحد على الأقل لكل حمض أميني)
  • 13 بروتين

ال الرنا الريباسي و الحمض الريبي النووي النقال تستخدم الجزيئات في الآلية التي تصنع 13 بروتينًا.

  • 7 وحدات فرعية تشكل الميتوكوندريا نازعة هيدروجين NADH (المركب الأول)
  • السيتوكروم ب، وحدة فرعية من اختزال السيتوكروم ج (المركب الثالث)
  • 3 وحدات فرعية من أوكسيديز السيتوكروم ج (المجمع الرابع)
  • 2 وحدات فرعية من سينسيز ATP (المجمع الخامس)

تتطلب كل من هذه المجمعات البروتينية أيضًا وحدات فرعية يتم ترميزها بواسطة جينات نووية ، يتم تصنيعها في العصارة الخلوية ، ويتم استيرادها من العصارة الخلوية إلى الميتوكوندريا. تقوم الجينات النووية أيضًا بترميز

يجب استيراد 1000 بروتين آخر إلى الميتوكوندريا. [أكثر]

الطفرات في mtDNA تسبب الأمراض البشرية.

على الرغم من أن العديد من الأعضاء المختلفة قد تتأثر ، فإن اضطرابات العضلات والدماغ هي الأكثر شيوعًا. ربما يعكس هذا الطلب الكبير على الطاقة لكلا الجهازين. (على الرغم من أنها تمثل فقط

يستهلك الدماغ 2٪ من وزن الجسم

يتم إنتاج 20٪ من الطاقة عندما نكون في حالة راحة.)

بعض هذه الاضطرابات موروثة في السلالة الجرثومية. في الغالبية العظمى من الحالات ، يتم تلقي الجين الطافر من الأم لأنه نادرًا ما تبقى الميتوكوندريا في الحيوانات المنوية على قيد الحياة في البويضة المخصبة.

الاضطرابات الأخرى جسدية أي أن الطفرة تحدث في الأنسجة الجسدية للفرد. يمكن أن تحدث هذه الاضطرابات ليس فقط بسبب الطفرات في mtDNA ، ولكن أيضًا بسبب الطفرات في 228 نووي الجينات التي تورطت أيضًا في أمراض الميتوكوندريا البشرية. يمكن أن تكون هذه الطفرات الأخيرة موروثة من الأب وكذلك الأم.

مثال: ممارسة التعصب

يتضح أن عددًا من البشر الذين يعانون من إجهاد عضلي سهل لديهم طفرات في عضلاتهم السيتوكروم ب الجين. من الغريب أن الميتوكوندريا الموجودة في عضلاتها فقط هي التي تمتلك الطفرة ، حيث يكون mtDNA لأنسجتها الأخرى أمرًا طبيعيًا. من المفترض أنه في وقت مبكر جدًا من تطورها الجنيني ، حدثت طفرة في جين السيتوكروم ب في الميتوكوندريا لخلية مخصصة لإنتاج عضلاتها.

تختلف شدة أمراض الميتوكوندريا اختلافًا كبيرًا. ربما يكون السبب في ذلك هو الخلط المكثف بين الحمض النووي الطافر والحمض النووي الطبيعي في الميتوكوندريا حيث يندمجان مع بعضهما البعض. مزيج من الاثنين يسمى غير متجانسة. كلما ارتفعت نسبة الطفرات إلى الحالة الطبيعية ، زادت شدة المرض. في الواقع ، عن طريق الصدفة وحدها ، يمكن أن تنتهي الخلايا في بعض الأحيان مع كل الميتوكوندريا الخاصة بها التي تحمل جميع الجينومات الطافرة و [مدش] حالة تسمى homoplasmy (ظاهرة تشبه الانحراف الجيني).

تقنيات استبدال الميتوكوندريا

الطفرات في بعض 228 نووي تم أيضًا تورط الجينات في أمراض الميتوكوندريا البشرية ، لكن تقنيات استبدال الميتوكوندريا لن تكون قادرة على المساعدة في هذه الأمراض.

لماذا تمتلك الميتوكوندريا جينومها الخاص؟

تشبه العديد من سمات الجهاز الوراثي للميتوكوندريا تلك الموجودة في البكتيريا. وقد عزز هذا النظرية القائلة بأن الميتوكوندريا هي أحفاد تطوري لبكتيريا أنشأت التعايش الداخلي العلاقة مع أسلاف الخلايا حقيقية النواة في وقت مبكر من تاريخ الحياة على الأرض. ومع ذلك ، فقد انتقل العديد من الجينات اللازمة لوظيفة الميتوكوندريا منذ ذلك الحين إلى الجينوم النووي.

التسلسل الأخير للجينوم الكامل للبكتيريا ألفا بروتيوباكتيريوم الريكتسيا prowazekii كشفت عن عدد من الجينات وثيقة الصلة بتلك الموجودة في الميتوكوندريا. هذا يشير إلى أصل مشترك.


شاهد الفيديو: . الوحدة الخامسة. 2# - دور البروتينات في الاتصال العصبي - الخلية العصبية (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Mieko

    يمكنك مناقشة ما لا نهاية ، لذلك سأشكر المؤلف. شكرًا!

  2. Tekora

    نعم.....



اكتب رسالة