العضلات في جسم الإنسان
العضلات (بالإنجليزية: muscles) هي المحرك الأساسي في جسم الإنسان، وهي قادرة على تحويل الطاقة الكيميائية إلى حركية بكفاءة وفعالية لتستخدمها في مجالات مختلفة. تقسم العضلات إلى ثلاثة أنواع رئيسة هي: العضلات الهيكلية (Skeletal muscles)، والعضلات القلبية (Cardiac muscles)، والعضلات الملساء (Smooth muscles). العضلات الهيكلية تكون مرتبطة بالهيكل العظمي والعضلات القلبية تُكَوِّن عضلة القلب، وليست موجودة في سواها. كما تتميز كلا العضلتين (الهيكليةِ والقلبيةِ) بأنها تظهر مخططة تحت المجهر. أما العضلات الملساء فهي موجودة في الأعضاء الداخلية كالمعدة والمثانة وجُدُر الأوعية الدموية ؛ فهي تقوم بتوصيل المواد من وإلى وداخلَ جسم الإنسان كتلك الموجودة في الجهاز الهضمي (في مختلِف أجزاءه).
قد يستخدم أحياناُ المصطلح "عضلات إرادية" للتعبير عن العضلات الهيكلية و"عضلات لا إرادية" للتعبير عن العضلات الملساء والقلبية، ولكن هذا غير صحيح دائماً، ذلك أن العضلات الهيكلية قد تنقبض دون أمر مباشر (أو مُدرَكٍ من قبل الشخص)، كما أنه يمكن أن يكون هناك نوع من التحكم الإرادي (المُدرَك) في عضلة القلب والعضلات الملساء. تختلف العضلات الهيكلية عن العضلات الملساء والقلبية بأنها تخضع للتحكم من قبل الجهاز العصبي الإرادي (somatic nervous system) مباشرة، وأنها لا يمكنها أن تقوم بعملية انقباض ذاتياً، كذلك فهي لا تخضع لأي مؤثرات أخرى (مباشرةً) كالهرمونات في عملية الانقباض. أما العضلات الملساء والقلبية فهي تخضع بشكل أساسي للجهاز العصبي اللاإرادي، إلا أنها يمكن أن تقوم بالانقباض دون أمر مباشر من الجهاز العصبي المركزي (كما يحدث في التحفيز الذاتي لعضلة القلب عن طريق العقدة الجيبية الأذينية(sinuatrial node) والعقدة الأذينية البطينية (atrioventricular node) الموجودتين في القلب).
كما ويمكن للعضلات الملساء وعضلة القلب أن تخضع لتأثير من الغدد الصماء لتنظيم عملية انقباضها.
يمكن توضيح المصطلح من خلال:-
1- العضلة الهيكلية
شكل (أ)العضلة ثنائية الرؤوس وثلاثية الرؤوس
العضلة الهيكلية (بالإنجليزية: Skeletal muscle) هي المحرك الأساسي لجسم الإنسان وتشمل أغلب عضلات جسم الإنسان؛ فهي تشمل ما نسبته 40% من كتلة الإنسان، ووظيفتها هي تحريك عظام الهيكل العظمي والتحكم في موضع كلٍ منها. تتصل العضلات بالعظام عن طريق الأوتار (tendons)، وتقسم كل عضلة -بحسب مكان ارتباطها بالعظمة- إلى قسمين رئيسيين: المنشأ، والمغرس. فالمنشأ هو المكان -على العظمة- الذي ترتبط به نهاية العضلة والقريب من أصل العظمة (ملاحظة هامة: في علم التشريح أصل أي عضو يكون بالنسبة للقلب، فأي عضو له جزءان قريب عن القلب وبعيد عنه يسمى الأول "الجزء الداني من العضو" (proximal) ويسمى الآخر "الجزء القاصي" (distal))(مثلاً في المقارنة بين العضد والكف في أحد الطرفين العلويين، يكون العضد هو الجزء الداني بالنسبة للكف، والكف يكون قاصياً بالنسبة للعضد). ويمكن تعريف منشأ العضلة أيضاً أنه مكان ارتباط العضلة بالجزء الأكثر ثباتاً من العظمة. وأما مغرس العضلة فهو مكان ارتباط نهاية العضلة بالعظمة من الجزء القاصي منها، أو هو مكان ارتباط العضلة بالجزء الأكثر حركة في العظمة.
عندما تكون العظام المرتبطة بالعضلات متصلةً عبر مفصل متحرك، فإن انقباض العضلة يسبب حركة هذه العظمة، فإذا كان انقباض العضلة يؤدي إلى اقتراب العظمتين من بعضهما فإن العضلة تسمى عضلة قابضة (flexor)، وعندما يكون انقباض العضلة يسبب تباعد العظمتين فإن العضلة تسمى عضلة باسطة (extensor).أغلب المفاصل يتحكم بحركة عظامها زوجٌ من العضلات، وتسمى هذه العضلات بالعضلات المناهضة (أو مجموعة العضلات المناهضة antagonistic muscle groups).
ومثال ذلك عضلتا العضد: العضلة ذات الرأسين (biceps muscle) والعضلة ثلاثية الرؤوس (triceps muscle)؛ فذات الرأسين تُقَرِّب -في انقباضها- الساعد من العضد وبالتالي هي العضلة القابضة، أما انقباض ثلاثية الرؤوس فيؤدي إلى تباعدٍ بين الساعد والعضد، وبالتالي هي العضلة الباسطة، لاحظ هنا أن انقباض إحدى العضلات يترافق مع انبساط عضلة مناهضة والعكس بالعكس.
1-1 تكوين الخلية العضلية
توضيح لتركيب اللييف العضلي ومكوناته
تتكون العضلات من مجموعة من الخلايا العضلية، أو "الألياف العضلية" والتي هي عبارة عن خلية طويلة، أسطوانية الشكل، وتحتوي عدة مئات من الأنوية موجودة على سطح الخلية حيث الأنوية طرفية ولا تتواجد في مركز ووسط الخلية. والخلية العضلية أطول أنواع الخلايا في الجسم وهي تنتج عن اندماج عدة خلايا عضلية في المرحلة الجنينية.
تكون الألياف العضلية مصطفة بشكل متوازٍ في العضلة، وتُحاط بنسيج ضام، وتجتمع الألياف في "حُزم (م:حزمة)" ويكون بين هذه الحزم ألياف كولاجين، وألياف مرنة، وأوعية دموية وأعصاب. تحاط العضلة ككل بنسيج ضام يتصل مع النسيج الضام المحيط بالألياف والحزم وكذلك يتصل بالأوتار الرابطة للعضلة بالعظم.
للخلايا العضلية بشكل خاص مصطلحاتُ تختلف عن باقي الخلايا؛ فالخلية العضلية تسمى ليفاً عضلياً، والغشاء البلازمي يسمى غِمد الليف العضلي. يحتوي الليف العضلي على اللييفات العضلية وهي عبارة عن البروتينات المرنة التي تقوم بعملية الانقباض، ويحتوي الليف أيضاً على شبكة إندوبلازمية ملساء مختلفة عن تلك الموجودة في الخلايا العادية، تقوم بتخزين الكالسيوم إلى حين الحاجة (انقباض العضلات)، كما أنه توجد شبكة من الأنيبيبات المستعرضة والتي تدعي (أنيبيبات T) والتي من أهم وظائفها نقل السيال العصبي إلى داخل الليف العضلي مما يساهم في استجابة العضلة ككل وبشكل أسرع مما لو كان انتقال السيال العصبي سيتم عبر انتشار الشحنة الموجبة إلى داخل الليف العضلي؛ ذلك أن الأنيبيب المستعرض يكون متصلاً مع المنطقة خارج الليف العضلي. اجتماع الأنيبيبات المستعرضة مع الشبكة الإندوبلازمية حولها من الناحيتين يكون ما يعرف بالثالوث (triad).
يحتوي السيتوسول الموجود بين اللييفات العضلية على غلايكوجين ومايتوكندريا. غلايكوجين هو الشكل الذي يُحفظ به الغلوكوز ويوفر الطاقة لانقباض الليف العضلي، أما المايتوكندريا فتوفر أغلب الطاقة المحتاجة لانقباض الليف العضلي عن طريق الفسدة التأكسدية (oxidative phosphorylation).
1-2 اللييفات العضلية
يحتوي الليف العضلي على الآلاف من اللييفات العضلية والتي تحتل أكبر المساحة ولا تترك إلا القليل منها للسيتوسول. من هذه اللييفات ما هو قَلوص (أو قابل للتقلص) كالأكتين (Actin) والميوسين (Myosin) ومنها ما هو تنظيمي كالتروبونين (Troponin) والتروبوميوسين (Tropomyosin) ومنها ما هو إضافي كالتينين (Tinin) والنيبيولين(Nebulin).
توضيح لتركيب الليف العضلي
الأكتين هو البروتين الذي يكون الخيوط الرفيعة. يتكون جزيء الأكتين من بروتين كروي هو الأكتين (G-actin). تجتمع جزيئات الأكتين لتكون سلاسل طويلة من الأكتين هي (F-actin) والتي تلتف كل اثنتين منها حول بعضها لتكون الخيط الرفيع أو خيط الأكتين.
تترتب خيوط الأكتين والميوسين بشكل متوازٍ حول بعضها، وتتصل خيوط الأكتين بخيوط الميوسين عن طريق الجسور العرضية والتي تخترق المساحة الكائنة بينها، وتتكون الجسور العرضية بين الخيطين عندما يتصل رأس الميوسين بالأكتين في موقع ارتباطه عليه (كل جزيء أكتين يحتوي موقعاً واحداً لارتباط رأس الميوسين عليه).
الميوسين هو البروتين الحركي في اللييف العضلي وله هيئات مختلفة تختلف باختلاف العضلة وتحدد سرعة انقباض العضلة. يتكون جزيء الميوسين من مجموعة من سلاسل البروتين التي تتداخل فيما بينها لتكون الجزء الطويل من الجزيء (الذيل) وزوجاً من الرؤوس في نهاية الجزيء. اجتماع حوالي 250 جزيئاً من الميوسين يكون الخيوط الثخينة في اللييف العضلي.
تترتب جزيئات الميوسين في خيط الميوسين بحيث تكون الرؤوس متجمعة على طرف الخيط، والذيول في المنطقة الوسطى، وتكون المنطقة الوسطى أكثر صلابة من منطقة الأطراف والتي تحتوي الرؤوس القابلة للتحرك من جزيئات الأكتين. ترتبط رؤوس الأكتين ببقية الجزيء عن طريق منطقة تسمى "الرزّة" أو "المفصل" (Hinge region)
ترتيب الأكتين والميوسين الموجود في اللييف العضلي للعضلة الهيكلية يوجد نمطاً محدداً في اللييف العضلي تحت المجهر الضوئي (أي أنها ستظهر كمناطق فاتحة وأخرى قاتمة تحت المجهر وبشكل متكرر على طول الليف). كل تكرار لهذا النمط يسمى بالقُسَيم العضلي (أو القطعة العضلية) والذي يحتوي الأجزاء التالية:
1-أقراصZ: يتكون كل قسيم عضلي من شريطي Z يحيطان به على جانبيه وهو عبارة عن بروتين ترتبط به الخيوط الرفيعة.
2-شريط I: هي المنطقة الأفتح في القسيم العضلي وتحتوي فقط على الخيوط الرفيعة، ويقسمه من المنتصف قرصُ Z، ويكون نصفها الأول في قسيم عضلي ونصفها الآخر في القسيم المجاور.
3- شريط A: تشكل المنطقة الأكثر قتامة في القسيم العضلي، وتحتوي على كامل طول الأكتين، وتكون منطقة الأطراف أشد قتامة من المنطقة الوسطى.
4- منطقة H: هي المنطقة الأكثر قتامة على شريط A وهي المنطقة الموجودة في المنتصف، وتحتوي فقط على خيوط أكتين.
5-شريط M: هو عبارة عن بروتينات تصل بين الخيوط الثخينة في منتصف منطقة A، وتشابه أقراص Z للخيوط الرفيعة.
أما من حيث التركيبُ ثلاثيُّ الأبعاد فإننا سوف نرى أن كل خيط رفيع يحيط به ثلاث خيوط سميكة، وأن كل خيط سميك يحاط بست خيوط رفيعة والتي تتصل بأقراص Z من كل نهاية للقُسَيْم العضليِّ.
من أهم التراكيب التي توجد في القسيم هي بروتين التيتين (Titin) وهو من أكبر البروتينات المعروفة (25000 حمض أميني) وهو بروتين مرن ينطلق من قرص Z وحتى خط M ويعمل على تثبيت الخيوط المنقبضة (الميوسين تحديدا) وعلى إعادة العضلة إلى وضعها الأصلي بعد الانقباض.يساعد التيتينَ في أداء وظيفته في صف الخيوط المنقبضة بشكل متوازٍ بروتينٌ آخر هو بروتين النِّبيولين (Nebulin) وهو بروتين غير مرن يثبت خيوط الأكتين إلى قرص Z. انقباض الليف العضلي
2- انقباض الليف العضلي
2-1 الخطوات العامة المؤدية لانقباض الليف العضلي
قبل التعرف على طريقة انقباض الليف العضلي، يجب أن نوضح بعض المصطلحات وهي: التوتر، وهو القوة التي تنتج عن انقباض الليف العضلي. الحِمل، وهو الوزن أو القوة التي تقاوم انقباض العضلة. الانقباض هو خلق توتر في العضلة، وهو عملية تحتاج للطاقة من الـATP. الارتخاء، هو إزالة التوتر الذي تكوّن بفضل الانقباض. لنأت الآن إلى الخطوات الأساسية في انقباض الليف العضلي وهي:
1-تحويل الإشارة الكيميائية القادمة من العصبون إلى كهربائية تستخدم في تحريك العضلة، وهذه العملية تحدث في الموصل العصبي العضلي (المنطقة التي تقع بين نهاية العصبون أو المشبك والليف العضلي). وفيها تكون الإشارة الكيميائية عبارة عن الأسيتِل كولين (Acetil Cholin) والتي عندما تصل غمد الليف العضلي يسري عليه جهد فعل.
2- تَقارُنُ الاسْتِثارَةِ والتَّقَلُّص: ويعني الوصل بين الإثارة التي يسببها جهد الفعل الذي سرى على غمد الليف العضلي وبين انقباض الليف العضلي، وذلك يحدث بأن يتسبب جهد الفعل (الذي سار على الغمد حتى وصل أنيبيبات T) في إفراز أيونات الكالسيوم من مصدرها والتي ستتسبب في فتح مواقع ارتباط الميوسين بالأكتين على خيوط الأكتين ومن ثم انقباض الليف العضلي.
3- دورة التقلص-الارتخاء: يمكن تفسيرها على المستوى المجهري بأنها نظرية الخيوط المنزلقة، وعلى المستوى الجاهري تُسمى "اختلاجة". ولنشرح قليلاً عن نظرية الخيوط المنزلقة قبل الخوض في تفاصيل الانقباض.
كان الاعتقاد السائد سابقاً أن العضلات تتكون من جزيئات قابلة للالتفاف وبالتالي يقصر طولها، وقد دعم هذا الافتراض عندما اكتُشف الميوسين القابل للانكماش عند تعرضه للحرارة ولكن وفي عام 1954 قام العالمان هكسلي وهانسون بملاحظة أن شريط A والذي يمثل خيط الميوسين بشكل رئيس لا يقصر طوله عند انقباض الليف العضلي مما حذا بها إلى التفكير بنظرية غير التي كانت سائدة. أنت عندما تنظر لصورة مجهرية لليف العضلي في حالة ارتخاء سوف ترى خيوط الأكتين بالكاد تتداخل مع بعضها أما عند انقباض الليف العضلي نرى أن الليف عندما ينقبض يقصر طول شريط I ومنطقة H بحيث يكادان يختفيان وسوف ترى أن أقراص Z سوف تقترب من بعضها، وأن خيوط الأكتين تداخلت بشكل واضح مع خيوط الميوسين (انزلقت عليها-ومن هنا جاءت التسمية).
فكيف تم التداخل إذاً؟ تم التداخل بأن انزلقت خيوط الأكتين على خيوط الميوسين وذلك بأن ترتبط رؤوس زوائد الميوسين بمواقع ارتباطها على خيوط الأكتين ومن ثم تقوم بعمل ما يسمى قوة التجديف (power stroke) وهو أنّ رأس الميوسين يميل باتجاه الذراع ساحباً خيط الأكتين نحو وسط القسيم العضلي مستخدما طاقة من الـATP. تكوين جهد الفعل على طول غمد الليف العضلي.
إثارة الليف العضلي
يسري جهد الفعل على طول العصب حتى يصل إلى نهايته المتثلة بالعضلة الهيكلية، وهناك يفرز الأسيتل كولين الذي يسبب انتشار جهد الفعل على طول الليف العضلي ويدخل الليف العضلي عبر أنيبيبات T، مسبباً انقباض الليف العضلي والألياف المجاورة وبالتالي انقباض العضلة ككل، ولنأت الآن إلى تفصيل ذلك.
يحتوي طرف العصب على أجسام مستعرضة "dense bars" موجود عند كل طرف لكل منها قنوات كالسيوم وهي بوابات فولطية (حساسة لمرور تيار كهربائي)، ويوجد أيضاً الكثير الحويصلات (هذه الحويصلات يتم تصنيعها في جسم الخلية العصبية بوساطة أجسام غولجي) وتحتوي أسيتل كولين وتقوم بإفرازه عند الحاجة ويوجد منه حوالي 300,000 حويصلة. تتصل النهاية العصبية بالعضل عن طريق منطقة على الليف العضلي تسمى الصفيحة الانتهائية الحركية وهذه المنطقة الواقعة بين الليف العضلي والنهاية العصبية تحتوي إنزيما يسمى أسيتل كولينستيراز (محطم الأسيتل كولين) (acetylcholinesterase) والذي يحطم الأسيتل كولين بعد فترة قصيرة من إفرازه.
بوصول جهد الفعل إلى طرف العصب تفتح بوابات الكالسيوم لتسمح بدخول الكالسيوم من الصفيحة الانتهائية إلى داخل العصب والذي يقوم بالتأثير على حويصلات الأسيتل كولين فيجذبها نحو غشاء الليف العضلي لتفرز محتوياتها عن طريق الإيماس (قذف الخلية لمحتوياتها خارج الخلية) (exocytosis) فيرتبط الأسيتل كولين بمستقبلاته على غمد الليف العضلي، وهذه المستقبلات هي عبارة عن بروتينات تخترق غشاء الغمد ويتكون كل منها من أربع أنواع من البروتينات (ألفا، بيتا، دلتا وجاما) والتي تشكل قناة الأسيتل كولين والتي تكون أنبوبية الشكل، يؤدي ارتباط الأسيتل كولين عليها إلى إحداث تغيير في شكل بروتينات هذه القناة سامحاً للصوديوم أن يدخل لداخل الغمد.
ويكون قطر هذه القنوات 0,65 نانومتراً وهو مناسب لدخول الأيونات الموجبة المهمة لنقل جهد الفعل وهي الكالسيوم والصوديوم والبوتاسيوم وتكون مشحونة بشحنة سالبة على الجهة العلوية منها (قريباً من خارج الخلية) مما يسمح فقط للأيونات الموجبة فقط بالمرور من خلالها.مع العلم أن الصوديوم يدخل بشكل أكبر بكثير من خروج البوتاسيوم وذلك لأن الشحنة في الخارج سالبة بالنسبة للداخل وبالتالي هذا يحفز دخول الأيونات الموجبة للداخل ويمنع خروج الأيونات الموجبة للخارج؛ مما يعني هذا تحفيز دخول الصوديوم موجب الشحنة للداخل ومنع خروج البوتاسيوم موجب الشحنة للخارج. هذا يؤدي إلى تكوين جهد فعل في منطقة اتصال الغمد مع العصب وجهد الفعل هذا يسمى جهد الصفيحة الانتهائية (end-plate potential) والذي سوف ينتشر على طول الغمد العضلي كما ينتشر جهد الفعل في الأعصاب، فتفتح قنوات الصوديوم المجاورة لمنطقة الصفيحة الانتهائية مما يؤدي لدخول المزيد من الصوديوم وإحداث جهد فعل في المنطقة المجاورة، والذي يحفز فتح المزيد من القنوات وهكذا دواليك، حتى ينتقل جهد الفعل إلى نهاية الليف العضلي. يدخل جهد الفعل إلى داخل الليف العضلي عن طريق الأنيبيبات المستعرضة.
وبذلك نكون أتتمنا الخطوة الأولى من الانقباض وهي تحويل الإشارة الكيميائية القادة من العصب إلى إشارة كهربائية على الليف العضلي وحققنا "الاستثارة" لليف العضلي. تحتوي الأنيبيبات المستعرضة على مستقبل يسمى ثنائي هيدرو بيريدين dihydropyridine – DHP والذي يرتبط ميكانيكيا بقنوات إطلاق الكالسيوم في الشبكة الإندوبلازمية الملساء في الليف العضلي. عندما يصل جهد الفعل إلى هذا المستقبل يتغير شكله مما يؤدي إلى فتح قنوات إفراز الصوديوم على الشبكة الإندوبلازمية الملساء مما يؤدي إلى إفراز الكالسيوم منها. دور الكالسيوم هنا في تقارن الاستثارة والتقلص هو أنه سيرتبط بجزيئات التروبونين (Troponin-C) والمرتبطة بدورها بجزيئات التروبوميوسين، فيؤدي ارتباط الكالسيوم بالتروبونين إلى سحب التروبونين إلى داخل التلم الموجود بين سلسلتي الأكتين الملتفتين حول بعضهما (F-actin)، مما يعني كشف مواقع ارتباط رؤووس الميوسين بالأكتين، لأكون دقيقاً أكثر: التروبوميوسين يغطي جزئياً مواقع ارتباط الأكتين بالميوسين؛ وبالتالي لا يسمح بأن يكون ارتباط الأكتين بالميوسين كاملاً؛ مما يمنع تكوين قوة التجديف (power stroke) بواسطة رؤوس الميوسين، وعند إزاحته عن مواقع الارتباط سوف يسمح بارتباط الأكتين بالميوسين بشكل كامل ويسمح بتكوين قوة التجديف مما يعني انقباض العضلة. بذلك نكون أتممنا الخطوة الثانية وهي تقارُن الاستثارة والتقلّص، وعرفنا بدور الكالسيوم في ذلك، ولنأت إلى العملية الأهم وهي الانقباض.
2-2عملية الانقباض
وصلنا حتى الآن إلى الخطوة الأخيرة في سلسلة خطوات انقباض الليف العضلي، وسنعود قليلاً إلى الوراء (أي إلى ما قبل عملية الاستثارة نفسها) لنرى -بشكل متكامل- كيف تتم عملية الانقباض.
يتم انقباض العضلة بالخطوات التالية:
خطوات انقباض الليف العضلي
1- حالة التيبس: وهي الحالة التي يكون فيها رأس الميوسين مرتبطاً بجزيئات الأكتين (G-actin)، وكذلك لا يوجد أي جزيء ATP مرتبطاً برأس الميوسين. تحدث هذه الحالة لوقت قصير في العضلة الحية. ملاحظة: الزاوية بين الرأس وخيط الميوسين 45.
2- ارتباط الـATP: يرتبط جزيء الـATP بموقع ارتباطه على رأس الميوسين مما يغير من أُلفَةِ الميوسين للارتباط بالأكتين فيؤدي ذلك إلى انفصاله عنه.
3- تميؤ الـATP: لرأس الميوسين (وبالتحديد المنطقة المحيطة بالـATP المرتبط الآن بالميوسين) خاصية تحليل الـ ATP أو (ATPase activity) ، فبعد أن يرتبط الـATP بموقع ارتباطه على رأس الميوسين، يقوم رأس الميوسين بتمييئ الـ ATP إلى ADP ومجموعة فوسفات (التميُّؤ : تحلل المركب باستخدام الماء، وهو يختلف عن التميه الذي هو إضافة الماء للمركب) ويبقيان متصلين ولا ينفصلان عن رأس الميوسين.
4- إعادة ارتباط الميوسين بالأكتين ارتباطاً ضعيفاً: الطاقة الناتجة من الـATP تستخدم في رفع رأس الميوسين ليرتبط بالأكتين بحيث يكون مكان الارتباط الجديد بعيداً جزيئاً أو اثنين عن الجزيء السابق (ألذي كان مرتبطاً به في المرحلة الأولى). من المهم لفهم العملية هذه معرفةُ أن رأس الميوسين يملك طاقة وضع (مشابهة لطاقة الوضع المختزنة في نابض مشدود) وهي الطاقة التي سيستخدمها رأس الميوسين في تنفيذ "إيقاع الطاقة" (power stroke) وهو الحركة المنتظمة أو المتكررة التي تحدث في رأس الميوسين والتي تحتاج طاقة. الـADP والفوسفات تبقى متصلى برأس الميوسين.
5- تحرير الفوسفات وإيقاع الطاقة: يبدأ الإيقاع بتحرير الفوسفات من مكان ارتباطه على رأس الميوسين. وتتم بانحناء رأس الميوسين باتجاه خط M، وبحركته تلك يسحب معه خيط الأكتين باتجاه الحركة أي منتصف القطعة العضلية. تسمى هذه العملية أيضاً انحناء الجسر المستعرض؛ وذلك لأن الرأس والرزة سوف يميلان من زاوية 90 إلى 45 (بالنسبة لخيط الميوسين).
6- إطلاق الـ ADP: يُطلق الـADP من مكان ارتباطه وهو آخر المتبقيات من تحلل الـATP، وبذلك يبقى رأس الميوسين مرتبطاً بالأكتين بشكل محكم في حالة التيبس (الحالة الأولى مرة أخرى). ويكون رأس الميوسين مستعداً لعمل دورة أخرى بمجرد ارتباط جزيء ATP آخرَ برأس الميوسين يبدأ الدورة من جديد.
للـATP أهمية كبيرة في عملية الانقباض كما اتضح مما سبق، فارتباط الـATP بعد الخطوة الأخيرة هو السبب في إعادة خطوات الانقباض، وله دور مهم في إعادة الكالسيوم إلى الشبكة الإندوبلازمية الملساء كما شُرح في الأعلى. ففي حالة الشخص عندما يموت يحدث تيبس في عضلاته وهو ما يعرف بـ"تيبس الميت" والذي يحدث بسبب توقف التزويد بالـATP والذي يحدث بسبب توقف عمليات الأيض. مما يعني أن الكالسيوم لن يعود للشبكة الإندوبلازمية الملساء (مما يعني أن الكالسيوم يبقى مرتبطاً بخيط التروبوميوسين فلا تعود الخيوط لإغلاق موقع ارتباط الأكتين بالميوسين) وكذلك لا يوجد ATP بشكل كاف ليرتبط بالميوسين لتستمر دورات الانقباض مما يعني أن تبقى العضلة على حالتها الأخيرة قبل الموت. تيبس الميت له أهمية في معرفة ساعة الوفاة أو وقتها التقريبي؛ فتيبس العضلات يستمر لمدة 15 إلى 25 ساعة بعد الوفاة، وإنما تنبسط العضلة بعد هذه الفترة وذلك بسبب الإنزيمات الموجودة في الأجسام الحالة أو "اليَحاليل" (lysosomes). في الوضع الطبيعي تحتوي الأجسام الحالة إنزيمات محللة لتحليل بعض المواد مثل جزيئات الطعام أو الفيروسات أو بعض العضيات الفاسدة في الخلية، وبالتالي لو أُطلِقت هذه الإنزيمات فإنها ستحلل مكونات الخلية فإطلاقها في الليف العضلي يحلل الألياف والخيوط مؤدياً إلى انفصال الجسور العرضية وبالتي ارتخاء العضلات.
ثانياً الأيون
الأَيُون أو اليُون أو الشارد[1] هو ذرة مشحونة كهربائيا بعد تفاعل كيميائي؛ أخذت إلكترونات من ذرة أو من ذرات أو أعطتها إياها. يوجد أيضا على شكل مجموعة من الذرات تسمى "مجموعة أيونية" أو ببساطة أيضا أيون ويمكن تناوله من خلال الاتى:-
1 الايونات السالبة والموجبة Anions and cations
الايونات السالبة والموجبة Anions and cations
الأيون نوعان:
- شارد موجب أو بالإنجليزية cation (+), (كَتيُون)وهو ذرة غير متعادلة كهربائيًا ذات شحنة موجبة ، حيث عدد البروتونات فيها أكبر من عدد الإلكترونات ، أي أن الشحنة الموجبة في الذرة أعلى من الشحنة السالبة. يتكون الدالف الموجب إثر خسارة الذرة للإلكترونات (مقدار الشحنة الموجبة التي تأخذها الذرة يتعلق بعدد الإلكترونات التي تخسرها). فمثلاً، إذا خسرت الذرة إلكترونًا واحدًا بعد أن كانت حيادية(متعادلة، أي عدد الإلكترونات = عدد البروتونات) فعدد البروتونات يصبح فيها أكبر من عدد الإلكترونات بوحدة واحدة أي أن الذرة تشحن بشحنة موجبة (+1).
- شارد سالب أو بالإنجليزية anion (−) ، (أَنيُون) وهو ذرة غير متعادلة كهربائيًا ذو شحنة سالبة ، حيث عدد الإلكترونات فيها أكبر من عدد البروتونات، أي أن الشحنة السالبة في الذرة أكبر من الشحنة الموجبة. مقدار الشحنة السالبة للذرة يتعلق بعدد الإلكترونات التي تكتسبها الذرة، فمثلاً إذا اكتسبت الذرة إلكترونا واحدا، فعدد الإلكترونات يصبح فيها أكبر بوحدة واحدة من عدد البروتونات. وبما أن شحنة الإلكترون سالبة، إذن تشحن الذرة بشحنة (-1).
تاريخ الاكتشاف
كلمة ايون هي اليونانية ιον (الذهاب)، النعت الحالي ιεναι، ienai، "للذهاب". وقدم هذا المصطلح من قبل الفيزيائي الإنجليزية والصيدلي مايكل فاراداي في عام 1834 لهذه الأنواع غير المعروفة في ذلك الوقت التي تذهب' من قطب إلى أخر من خلال وسط مائي
تكون الأيونات
عند ذوبان ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) في الماء يتفكك الجزيئ إلى أيون صوديوم موجب الشحنة وأيون كلور سالب الشحنة.
تتكون الأيونات من ذرات عندما تفقد إلكترونات أو تكتسب إلكترونات. ورغم أن تفكك الجزيئ يحتاج إلى طاقة من الخارج إلا أن تكوّن الأيونات قد تكون أنسب من وجهة اكتمال الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة أو الأيون. تحاول الأيونات بصفة عامة الوصول إلى ما يسمى قاعدة الثمانيات.
كاتيون
الأيونات الموجبة الشحنة تسمى كاتيونات. ويتكون الكتيون عندما تفقد ذرة إلكترونات. ونظرا لأن النواة الذرية تحتفظ بعدد البروتونات فيها (في الذرة المتعادلة تتساوى فيها عدد البروتونات وعدد الإلكترونات) ، ولذلك يظهر الأيون بأن له شحنة موجبة.
أمثلة:
تكون أيون الصوديوم: Na → Na+ + e
تكون أيون المغنسيوم: Mg → Mg2+ + 2e
تكون أيون ألمونيوم: Al → Al3+ + 3e
تكون أيون قصدير: Sn → Sn4+ + 4e
بصفة عامة تكوّن الفلزات كاتيونات (أيونات موجبة).
أنيون
تسمى الأيونات سالبة الشحنة أنيونات ، ويتكون الأنيون عندما تكتسب الذرة إلكترونا. بذلك يصبح للذرة شحنة زائدة من الإلكترونات ، فتكون سالبة الشحنة.
مثال : اللافلزات-تكون أيونات سالبة الشحنة.
معادلة تكوّن أيون الكلور: Cl + e− → Cl
معادلة تكوّن أيون السلفيد : S + 2e− → S2−
ملحوظة: نظرا لتعثر نقل الصيغة الإنجليزية (من اليسار إلى اليمين) إلى الصيغة العربية (من اليمين إلى اليسار) فقد تعذر وضع العلامة السالبة على أيون الكلور ، في المعادلة إلى اليمين. ولكن مثال السلفيد يوضح ذلك ، وقد اكتسب شحنتين سالبتين (أي اكتسب إلكترونين).
تتكون الايونات عند إذابة أملاح في سوائل مثل الماء ، فعي تتفكك.
مثال تفكك كلوريد الصوديوم (ملح الطعام):
جزيئ كلوريد الصوديوم يكون متعادلا كهربائيا في العادة ، ولكن عند إذابته في الماء يتفكك بحيث يأخذ الكلور إلكترونا من الصوديوم ويصبح سالبا الشحنة ، ونظرا لأن ذرة الصوديوم فقدت إلكترونا فتصبح موجبة الشحنة (أي تصبح كاتيون).
الرمز „aq“ يعني "في سائل" aqua ، وأما الرمز „s“ المكتوب بجانب كلوريد الصوديوم فمعناه "صلب" solid.
الصيغة الكيميائية
تعطي شحنة الأيون عدد الشحنات السالبة أو الموجبة التي يمتلكها الأيون. وتـُكتب الشحنة فوق رمز العنصر.
أيون معقد Tetrafluorborate . تكتب الشحنة على القوس.
أمثلة:
- Na+ : صوديوم-أيون (فقد إلكترون)
- S2− – Sulfid-Ion : (اكتسب إلكترونين)،
- NH4+ : أيون أمونيا (فقد إلكترون وأصبح ذو شحنة واحدة موجبة).
يكتب أيون مركب معقد بين قوسين قائمين وتكتب الشحنة على القوس ، كالشكل المبين لأيون تترافلوروبورات :
خواص الأيونات
يعتمد قطر الأيون على قطر الذرة الناشئ منها أو يعتمد كذلك على جزيئ المركب المتعادل كهربائيا. أصفوعلى وجه العموم تكون الكاتيونات أصغر من الأنيونات حيث يفقد الكاتيون إلكترونا أو إلكترونات المدار الخارجي للذرة. هذا يجعل الأنيونات أكبر حيث تتكون لها مدارات فوقية جديدة.
شكل(ه) شكل توضيحي لجهد كهروستاتيكي لأيون النيترات (NO3−). المناطق الملونة بالأحمر أقل طاقة من الملونة بالأصفر
كما تختلف استقطابية شحنة الجزيئ (أي توزيع الشحنة عليه) بحسب قطر الأيون وشكله ، فقد يكون بيضيا أو مستطيلا أو كرويا.
تكوّن الأيونات ذات الشحنة المتضادة رابطات أيونية مكونة أملاحا. وتوصل محاليل الأملاح الأيونية التيار الكهربائي وهي لذلك تسمى تلك المحاليل كهارل electrolyte . ويعود السبب في توصيل التيار الكهربائي إلى الحركة الانتقالية للأيونات في وجود مجال كهربائية أو مجال مغناطيسي في محلول الكهرل أو خارجه. يرمز إلى حركية الأيونات أو قدرتها على الحركة في مجال كهربائي بالرمز . ويمكن قياسها بطرق عديدة. [4]
وجودها واستخداماتها
الأيونات هي أساس عمل البطاريات وبطارية السيارة والخلية الضوئية. كما تلعب الكهارل دورا أساسيا في التمثيل الغذائي في جسم الإنسان وجميع الكائنات الحية ومن ضمنها النباتات.
وتستخدم في طلاء المعادن بالجلفنة وتنقية المعادن من الشوائب واستخراج الألمونيوم.
شكل(و) خلية جلفانية (خلية دانيال) ويلاحظ وجود الأيونات في المحلولين وانتقالهم عبر القنطرة وبذلك تتم الدورة الكهربائية بين لوح الخارصين Zn ولوح النحاس Cu.
وتستخدم الأيونات في الفيزياء لإجراء بعض التجارب مثلما في مصدر أيوني ، ونجدها طبيعيا في ريح شمسية التي تأتي إلى الأرض ، وفي الأضواء القطبية وفي البرق ، وعندما تتحد الأيونات المختلفة الشحنة ببعضها البعض تصدر أحيانا ضوءا مثلما عند احتكاك الشهب في الغلاف لتقاء .
كذلك يتم اصدار الضوء في لمبات الخلخلة الكهربائية. ويسمى الغاز المحتوي على أغلبية من الأيونات بلازما.
يمكن لأيونات الغازات الخاملة الترابط مع بعضها وتكوين رابطة أيونية. أمثال تلك الغازات الهيليوم والنيون والكريبتون. كما تستخدم مركبات الهالوجينيات في توليد وصناعة الليزر ، مثلما في ليزر إكسيمر وهو يشبه في عمله ليزر ثاني أكسيد الكربون.
الايونات الشائعة
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ثالثاً : وحدات القياس الكهربائية
- أمبير = هو وحدة قياس التيار الكهربائي
- فولت = وحدة قياس فرق الجهد
- أوم = وحدة قياس المقاومة الكهربائية
- وات = وحدة قياس القدرة (تكتب أحيانا واط)
- كيلوواط ساعي = وحدة قياس الطاقة الكهربائية
قائمة الوحدات الكهرومغناطيسية
|
وحدات كهرومغنطيسية القياسية |
||||
|
رمز الكمية |
الكمية |
الواحدة |
رمز الواحدة |
الأبعاد |
|
I |
A |
A |
||
|
Q |
C |
A·s |
||
|
V |
V |
J/C = kg·m2·s−3·A−1 |
||
|
R، Z، X |
Ω |
V/A = kg·m2·s−3·A−2 |
||
|
ρ |
Ω·m |
kg·m3·s−3·A−2 |
||
|
P |
W |
V·A = kg·m2·s−3 |
||
|
C |
F |
C/V = kg−1·m−2·A2·s4 |
||
|
مقلوب الفاراد |
F−1 |
kg·m2·A−2·s−4 |
||
|
F/m |
kg−1·m−3·A2·s4 |
|||
|
Y ، G ، B |
S |
Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2 |
||
|
S/m |
kg−1·m−3·s3·A2 |
|||
|
Wb |
V·s = kg·m2·s−2·A−1 |
|||
|
B |
T |
Wb/m2 = kg·s−2·A−1 |
||
|
H |
A/m |
A·m−1 |
||
|
A/Wb |
kg−1·m−2·s2·A2 |
|||
|
L |
H |
Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2 |
||
|
H/m |
kg·m·s−2·A−2 |
|||
|
(بلا أبعاد) |
χ |
- |
||
V = volt
A = ampere
m = metre
kg = kilogram
s = second
C = coulomb
J = joule
S = siemens
F = farad
رابعاً: تخطيط أمواج الدماغ أو إلكتروإنسيفالوغراف Electroencephalography) )
هي عملية تسجيل النشاط الكهربائي للعصبونات ضمن الدماغ. يستخدم تخطيط أمواج الدماغ في تطبيقات عديدة من أهمها تشخيص الصرع.
تخْطِيطُ كهربائية القلب Electrocardiography أو اختصارا ECG يسجل التخطيط الكهربائي للقلب النشاط الكهربائي للقلب، حيث ان القلب ينتج نبضات كهربائية صغيرة تنتشر من خلال عضلة القلب وتتسبب في حدوث انقباض، ويمكن الكشف عن تلك النبضات من خلال جهاز التخطيط الكهربائي للقلب، ويلجئ الاطباء إلى اجراء اختبار التخطيط الكهربائي عادة ليساعده على معرفة السبب وراء بعض الأعراض مثل الخفقان أو ألم الصدر، وفي بعض الأحيان يجرى هذا الكشف كجزء من الفحوصات الروتينية، قبل إجراء عملية جراحية مثلا. لاتنتج اي اضرار أو اوجاع بسبب اختبار التخطيط الكهربائي للقلب.
يتم التخطيط والمريض مستلق على طاولة مريحة ومسترخ تماماً، ويجب أن يكون التماس بين المساري والجلد جيداً ويتم ذلك بوضع مرهم خاص. يتم التخطيط على ورق مخطط، ويعكس التخطيط الأحداث الكهربائية التي تحصل في القلب وجميع أجزائه.وتكشف الأقطاب الكهربائية الموضوعة على أجزاء مختلفة من الجسم عن النبضات الكهربائية القادمة من اتجاهات مختلفة داخل القلب، وتظهر مخططات طبيعية لكل قطب كهربائي.
يُعدّ اختبار التخطيط الكهربائي للقلب اختبار جيد، فيمكنه في بعض الأحيان تشخيص المشكلة القلبية بكل دقة، غير أنه لا يمكن للتخطيط الكهربائي للقلب أن يحدد ويشخص كل أمراض القلب، فهناك بعض الامراض التي ولا يمكن الكشف عنها بواسطة جهاز التخطيط الكهربائي للقلب.
هي طريقة تستخدم لتسجيل التيارات الناتجة عن العضلات. الجهود التي تظهر على مستوى العضلات يمكن الكشف عنها بواسطة الأقطاب السطحية أو داخل العضلات.
تحتوي EMG على عدة مكونات للقياس وهن:
- أقطاب الجمع الكهربائي.
- نظام التوسيع.
- نظم العرض.
خامساً تحويل فورييه
هو عملية رياضية تستخدم لتحويل دالّة رياضية بمتغير حقيقي وذات قيم مركّبة إلى دالّة أخرى من نفس الطراز. وكثيرًا ما يطلق على هذه الدالة الجديدة لقب التمثيل في نطاق التّردّد للدالة الأصلية. والأمر شبيه بتدوين الكورد الموسيقي بواسطة النغمات التي يتكون منها ذلك الكورد. عمليًا، فإنّ التحويل يقوم بتحليل الدالّة الأصل إلى مركّباتها من الدوال التوافقية المركّبة. وإنّ تحويل فورييه ما هو إلاّ إحدى الأدوات الرياضية المتوفّرة في ضمن مجال تحليل فورييه. في تحويل فورييه الأصلي، والذي خصّصت له هذه الصفحة، فإنّ نطاق الدالة الأصليّة ونطاق الدالة الناتجة هما نطاقان مستمرّان وغير محدودين. قد يستخدم المصطلح تحوييل فورييه إمّا للإشارة إلى العملية الرياضيّة نفسها، أو للإشارة إلى الدالة الناتجة عن التحويل فمثلاً، تكون الدالة هي تحويل فورييه للدالة ).)