معلومة

توازن الصوديوم والبوتاسيوم في الخلية

توازن الصوديوم والبوتاسيوم في الخلية



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.

في خلية الراحة في حالة مستقرة ، هل تدفق الصوديوم أو تدفق البوتاسيوم أعلى وفقًا لتدرجات التركيز والنفاذية ، وبالنظر إلى أن الصوديوم ATPase نشط؟


إذا كانت أيونات البوتاسيوم وحدها داخل وخارج الخلية ، فإنها تميل إلى الانتشار على طول خارج الخلية بسبب التدرج العالي في الداخل. بسبب وجود شحنة موجبة في أيونات البوتاسيوم ، فإن فقدان البوتاسيوم قد يسبب سلبية في الداخل. في غضون ثوانٍ قليلة ، سترتفع الخسارة المحتملة بما يكفي لتتمكن من إيقاف خروج البوتاسيوم من الخلية. لأنه مقابل تناقص تدرج التركيز ، سيكون هناك زيادة في التدرج الكهربائي للاتجاه العكسي ، لذا يجب موازنة هذه القوى في مكان ما. بالنسبة لخلية عصبية كبيرة من الثدييات ، يكون التدرج المحتمل المطلوب حوالي 94 ملي فولت.

يمكننا افتراض مفاهيم مماثلة لأيونات الصوديوم أيضًا. سيكون اتجاه الوقت هذا من الخارج إلى الجانب الداخلي للخلية. وهذا يعطي جهدًا إيجابيًا (حوالي +61 ملي فولت) بسبب اكتساب أيونات موجبة.

عندما نحسب إمكانات الانتشار الكلية لأيون واحد فقط ، يتم استخدام معادلة نرنست. بالنسبة للأيونات أكثر من واحد ، علينا استخدام معادلة جولدمان ، والتي هي أكثر تعقيدًا ، بدلاً من ذلك. تتكون معادلة جولدمان من ثلاثة عوامل:

  1. شحنة كهربائية لكل أيونات.
  2. نفاذية لكل أيونات.
  3. تركيزات داخل الخلية وخارجها لكل أيونات.

العامل الرئيسي في إمكانات الراحة هذه هو نفاذية الغشاء. بالنسبة لأيونات البوتاسيوم ، تكون نفاذية الغشاء حوالي 100 مرة أكثر من أيونات الصوديوم. لأن قنوات تسرب البوتاسيوم تجعل تسرب البوتاسيوم أسهل من الصوديوم. عندما نضع هذا العامل في معادلة ولمان ، نجد إمكانات الراحة حوالي 86 مللي فولت وهي أقرب إلى إمكانية انتشار البوتاسيوم. (المصدر: ويكيبيديا) (المصدر: KhanAcademy)


توازن الصوديوم والبوتاسيوم في الخلية - علم الأحياء

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على:

  • وصف الاختلالات في توازن السوائل وعواقبها.
  • اشرح كيف يتوازن الملح في الجسم.
  • صف كيف ينظم الصوديوم توازن السوائل والكهارل.
  • التعرف على الآليات التي تنظم توازن الصوديوم في سوائل الجسم.
  • فحص آليات تنظيم توازن البوتاسيوم والكالسيوم والفوسفات في سوائل الجسم.
  • ناقش آلية تنظيم الأنيونات في سوائل الجسم.

الشوارد

تعتبر الإلكتروليتات ضرورية لأداء الحياة الأساسية ، مثل الحفاظ على الحياد الكهربائي في الخلايا ، وتوليد وإحداث إمكانات العمل في الأعصاب والعضلات. الصوديوم والبوتاسيوم والكلوريد هي الإلكتروليتات الهامة إلى جانب المغنيسيوم والكالسيوم والفوسفات والبيكربونات. تأتي الإلكتروليتات من طعامنا وسوائلنا.

يمكن أن يكون لهذه الإلكتروليتات اختلال في التوازن ، مما يؤدي إلى مستويات عالية أو منخفضة. تؤدي المستويات العالية أو المنخفضة من الإلكتروليتات إلى تعطيل وظائف الجسم الطبيعية ويمكن أن تؤدي إلى مضاعفات تهدد الحياة. تستعرض هذه المقالة علم وظائف الأعضاء الأساسي للإلكتروليتات وتشوهاتها ، وعواقب عدم توازن الإلكتروليت.

الصوديوم ، وهو أنيون نشط تناضحيًا ، هو أحد أهم الشوارد في السائل خارج الخلية. إنه مسؤول عن الحفاظ على حجم السائل خارج الخلية ، وكذلك عن تنظيم إمكانات الغشاء للخلايا. يتم تبادل الصوديوم مع البوتاسيوم عبر أغشية الخلايا كجزء من النقل النشط.

يحدث تنظيم الصوديوم في الكلى. النبيب القريب هو المكان الذي تحدث فيه غالبية إعادة امتصاص الصوديوم. في النبيبات الملتوية البعيدة ، يخضع الصوديوم لإعادة الامتصاص. يتم نقل الصوديوم عبر متنازلات كلوريد الصوديوم ، والذي يحدث بفعل هرمون الألدوستيرون.

من بين اضطرابات الكهارل ، يعتبر نقص صوديوم الدم هو الأكثر شيوعًا. يتم التشخيص عندما يكون مستوى الصوديوم في الدم أقل من 135 مليمول / لتر. نقص صوديوم الدم له مظاهر عصبية. قد يصاب المرضى بالصداع والارتباك والغثيان والهذيان. يظهر فرط صوديوم الدم عندما تكون مستويات الصوديوم في المصل أكبر من 145 مليمول / لتر. تشمل أعراض فرط صوديوم الدم تسرع النفس وصعوبة النوم والشعور بالضيق. يمكن أن يكون لتصحيح الصوديوم السريع عواقب وخيمة مثل الوذمة الدماغية ومتلازمة إزالة الميالين التناضحية.

البوتاسيوم هو أساسا أيون داخل الخلايا. تتحمل مضخة أدينوزين ثلاثي الفوسفاتاز الصوديوم والبوتاسيوم المسؤولية الأساسية عن تنظيم التوازن بين الصوديوم والبوتاسيوم ، الذي يضخ الصوديوم في مقابل البوتاسيوم ، الذي ينتقل إلى الخلايا. في الكلى ، يتم ترشيح البوتاسيوم في الكبيبة. يتم إعادة امتصاص البوتاسيوم في النبيب الملتف القريب والحلقة الصاعدة السميكة لهينلي. يحدث إفراز البوتاسيوم في النبيب الملتوي البعيد. يزيد الألدوستيرون من إفراز البوتاسيوم. كما تفرز قنوات البوتاسيوم وناقلات كلوريد البوتاسيوم في الغشاء القمي البوتاسيوم.

ترتبط اضطرابات البوتاسيوم بعدم انتظام ضربات القلب. يحدث نقص بوتاسيوم الدم عندما تكون مستويات البوتاسيوم في الدم أقل من 3.6 مليمول / لتر - ضعف وتعب وارتعاش عضلي موجود في نقص بوتاسيوم الدم. يحدث فرط بوتاسيوم الدم عندما تزيد مستويات البوتاسيوم في الدم عن 5.5 مليمول / لتر ، مما قد يؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب. تشنجات العضلات ، وضعف العضلات ، انحلال الربيدات ، البيلة العضلية تظهر علامات وأعراض فرط بوتاسيوم الدم.

للكالسيوم دور فسيولوجي مهم في الجسم. ويشارك في تمعدن الهيكل العظمي ، وتقلص العضلات ، ونقل النبضات العصبية ، وتجلط الدم ، وإفراز الهرمونات. النظام الغذائي هو المصدر الرئيسي للكالسيوم. يوجد في الغالب في السائل خارج الخلية. يتم التحكم في امتصاص الكالسيوم في الأمعاء بشكل أساسي من خلال الشكل النشط هرمونيًا لفيتامين د ، وهو 1،25-ديهيدروكسي فيتامين د 3. ينظم هرمون الغدة الجار درقية أيضًا إفراز الكالسيوم في نبيب الكلى البعيدة. يعمل الكالسيتونين على خلايا العظام لزيادة مستويات الكالسيوم في الدم.

يتطلب تشخيص نقص كالسيوم الدم فحص مستوى الألبومين في الدم لتصحيح الكالسيوم الكلي ، ويتم التشخيص عندما تكون مستويات الكالسيوم الكلية المصححة في الدم أقل من 8.8 مجم / ديسيلتر ، كما هو الحال في نقص فيتامين (د) أو قصور الدريقات. فحص مستويات الكالسيوم في الدم هو اختبار موصى به في مرضى ما بعد استئصال الغدة الدرقية. يحدث فرط كالسيوم الدم عندما تتجاوز مستويات الكالسيوم الكلية في الدم المصححة 10.7 مجم / ديسيلتر ، كما يظهر في حالة فرط نشاط جارات الدرق الأولي. يظهر فرط كالسيوم الدم الخلطي في الأورام الخبيثة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى إفراز PTHrP.

تؤدي الحالة الحمضية القاعدية للدم إلى زيادة مستويات البيكربونات. تنظم الكلى في الغالب تركيز البيكربونات وهي مسؤولة عن الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي. تعيد الكلى امتصاص البيكربونات المفلترة وأيضًا تولد بيكربونات جديدة عن طريق إفراز الحمض الصافي ، والذي يحدث عن طريق إفراز كل من حامض المعايرة والأمونيا. عادة ما يؤدي الإسهال إلى فقدان البيكربونات ، مما يؤدي إلى اختلال التوازن في تنظيم القاعدة الحمضية.

المغنيسيوم كاتيون داخل الخلايا. يشارك المغنيسيوم بشكل رئيسي في استقلاب ATP ، وتقلص واسترخاء العضلات ، والأداء العصبي السليم ، وإطلاق الناقل العصبي. عندما تنقبض العضلات ، ينتج المغنيسيوم إعادة امتصاص الكالسيوم بواسطة ATPase المنشط للكالسيوم في الشبكة الساركوبلازمية. يحدث نقص مغنسيوم الدم عندما تكون مستويات المغنيسيوم في الدم أقل من 1.46 مجم / ديسيلتر. يمكن أن يظهر مع اضطراب تعاطي الكحول وخسائر معدية معوية وفقدان كلوي - عدم انتظام ضربات القلب البطيني ، والتي تشمل تورساد دي بوانت التي تظهر في نقص مغنيسيوم الدم.

الكلوريد هو أنيون يوجد في الغالب في السائل خارج الخلية. تنظم الكلى في الغالب مستويات كلوريد المصل. يتم امتصاص معظم الكلوريد ، الذي يتم ترشيحه بواسطة الكبيبات ، بواسطة كل من الأنابيب القريبة والبعيدة (بشكل رئيسي عن طريق النبيبات القريبة) عن طريق النقل النشط والسلبي.

يمكن أن يحدث فرط كلور الدم بسبب فقدان بيكربونات الجهاز الهضمي. يظهر نقص كلور الدم في خسائر الجهاز الهضمي مثل القيء أو زيادة الماء مثل قصور القلب الاحتقاني.

الفوسفور هو سائل الكاتيون خارج الخلية. خمسة وثمانون في المائة من إجمالي فوسفور الجسم موجود في العظام والأسنان على شكل هيدروكسيباتيت ، وتحتوي الأنسجة الرخوة على الـ 15٪ المتبقية. يلعب الفوسفات دورًا مهمًا في مسارات التمثيل الغذائي. وهو أحد مكونات العديد من وسيطة التمثيل الغذائي ، والأهم من أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATPs) والنيوكليوتيدات. يتم تنظيم الفوسفات في وقت واحد مع الكالسيوم بواسطة فيتامين D3 و PTH والكالسيتونين. الكلى هي السبيل الأساسي لإفراز الفوسفور.

قد ينتج عدم توازن الفوسفور بسبب ثلاث عمليات: المدخول الغذائي ، واضطرابات الجهاز الهضمي ، والإفراز عن طريق الكلى.


الضخ من أجل الحياة: ما تنجزه مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

محرر & # 8217s note: يحتل الأطباء مكانة خاصة بين المفكرين الذين وضعوا حجة التصميم الذكي. ربما هذا & # 8217s لأنهم ، أكثر من علماء الأحياء التطورية ، على دراية بالتحديات التي تواجه الحفاظ على نظام معقد فعال ، وهو جسم الإنسان. مع أخذ ذلك في الاعتبار ، يسعد Evolution News & amp Views تقديم هذه السلسلة ، & # 8220 The Designed Body. & # 8221 للحصول على السلسلة الكاملة ، انظر هنا. يمارس الدكتور جليكسمان الطب التلطيفي لمنظمة رعاية المحتضرين.

في هذه السلسلة ، رأينا ما الذي يتكون منه الخلية البشرية وما يجب أن تفعله للبقاء على قيد الحياة ، بالنظر إلى قوانين الطبيعة. أحد الأشياء الرئيسية التي يجب على الخلية القيام بها هو التحكم في محتواها الكيميائي وحجمها. إذا لم يتم مكافحتها بنوع من الابتكار ، فإن القوى الطبيعية للانتشار والتناضح لديها القدرة على إحداث موت الخلايا بسرعة. هذا يرجع إلى حقيقة أن التركيب الكيميائي للسائل داخل الخلية هو عكس السائل تمامًا خارج الخلية ، ويجب أن تسمح الخلية بدخول المواد الكيميائية التي تحتاجها للعيش (مثل الجلوكوز) والمواد السامة. ينتج (مثل ثاني أكسيد الكربون) يخرج من خلال غشاء البلازما. في حالة وجود غشاء بلازما نافذ لبعض المواد الكيميائية ، ولكن ليس لبعض المواد الكيميائية (مثل معظم البروتينات) ، يجب على الخلية اتبع القوانين & # 8212 مما يستلزم تأثره بالقوى الطبيعية للانتشار والتناضح.

الانتشار لديه القدرة على تغيير المحتوى الكيميائي للخلية بشكل كبير عن طريق التسبب بشكل طبيعي في مغادرة البوتاسيوم للخلية من خلال غشاء البلازما مع التسبب في دخول الصوديوم. وبينما يحاول الانتشار جعل البوتاسيوم والصوديوم متساويين داخل السائل داخل الخلية وخارجها ، فإن التناضح لديه القدرة على تغيير حجم الخلية بشكل كبير عن طريق جعل الماء يدخل الخلية بشكل طبيعي في نفس الوقت لأن الكمية الكبيرة من البروتين يمكن أن & # 8217t عبور غشاء البلازما. يمكن أن تؤدي تأثيرات الانتشار والتناضح معًا إلى إعطاء الخلية ضربة واحدة إلى اثنتين ، مما يؤدي إلى الموت بسرعة. ما نوع الآلية التي يمكن أن تؤدي مهمة التحكم ليس فقط في المحتوى الكيميائي للخلية و # 8217 ولكن في حجمها أيضًا؟

ضع في اعتبارك ما يجب عليك فعله إذا كنت جالسًا في قارب تتسرب منه المياه باستمرار. بالطبع ، سيتعين عليك إزالة تلك المياه باستمرار ، وإلا فسوف يغرق القارب. ولكن ، ماذا لو كان خيارك الوحيد هو إبقاء القارب في الماء ويمكنك & # 8217t أن تكون هناك للقيام بعمل الكفالة طوال الوقت؟ هل يمكنك وضع آلة في القارب للقيام بهذا العمل نيابة عنك؟ هذا هو ، مضخة. هذا هو بالضبط نوع الآلة الدقيقة التي تستخدمها الخلية السيطرة من محتواه الكيميائي وحجمه. في الواقع ، تحتوي الخلية على بضعة ملايين من هؤلاء مضخات الصوديوم والبوتاسيوم داخل غشاء البلازما.

تعمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم عن طريق دفع الصوديوم خارج الخلية وسحب البوتاسيوم مرة أخرى. على الرغم من أن قوانين الطبيعة تجعل الصوديوم يدخل داخل الخلية ويخرج البوتاسيوم منها أثناء انتشارها أسفل تدرجات تركيز كل منها ، فإن الملايين من تعمل مضخات الصوديوم والبوتاسيوم في غشاء البلازما على عكس معظم هذه الحركة على الفور. في الواقع ، لكل ثلاثة أيونات من الصوديوم يتم ضخها خارج الخلية ، يتم ضخ أيوني من البوتاسيوم مرة أخرى.

هذه هي الطريقة التي تعكس بها الخلية الاتجاه الطبيعي للسائل داخل وخارج لتركيزات متساوية من الصوديوم والبوتاسيوم. وبذلك تحافظ على محتواها الكيميائي. ومع ذلك ، فإن عمل مضخة الصوديوم والبوتاسيوم لا يحافظ فقط على المحتوى الكيميائي للخلية ، بل يتحكم أيضًا في حجمها عن طريق منع دخول الماء. هنا هو كيف.

تذكر ، بينما تتحرك المواد الكيميائية مثل الصوديوم والبوتاسيوم عبر غشاء البلازما القابل للنفاذ وتنتشر أسفل تدرج تركيزها ، يندفع الماء إلى الخلية بسبب الكمية الكبيرة من البروتين غير المنفذ الذي يسحبها عن طريق التناضح. بعبارة أخرى، في علم الأحياء ، يمارس المذاب سحبًا تناضحيًا للماء عبر الغشاء بناءً على عدم قدرته على ترك هذا المحلول. مرة أخرى ، نظرًا لأن البروتين يمكن & # 8217t ترك السائل في الخلية ، لأنه لا يمكن أن يمر عبر غشاء البلازما ، فإنه قادر على تطبيق سحب تناضحي على الماء خارج الخلية وإحضاره إلى الداخل. نظرًا لأن الصوديوم والبوتاسيوم يمران بحرية عبر غشاء البلازما ، فلا ينبغي أن يكونا قادرين على تطبيق سحب تناضحي على الماء في أي من الاتجاهين. أم يمكنهم ذلك؟

مع مضخات الصوديوم والبوتاسيوم الموجودة في غشاء البلازما للخلية تدفع معظم الصوديوم للخارج من الخلية وتجلب معظم البوتاسيوم مرة أخرى ، على الرغم من أنها لا تزال قابلة للنفاذ ، إلا أنها تعمل الآن بشكل فعال كما لو كانت غير منفذة. من خلال إجبار الصوديوم والبوتاسيوم على البقاء في مكانهما ، تمنحهما مضخات الصوديوم والبوتاسيوم القدرة على تحريك الماء نحوهما عن طريق التناضح. كما هو مذكور أعلاه ، في علم الأحياء ، يمارس المذاب سحبًا تناضحيًا للماء عبر الغشاء بناءً على عدم قدرته على ترك هذا المحلول. مع إجبار مضخات الصوديوم والبوتاسيوم على بقاء الصوديوم خارج الخلية والحفاظ على البوتاسيوم بالداخل ، فقد جعلتهم بشكل فعال غير قادرين على ترك محلولهم. عند القيام بذلك ، فإن مضخات الصوديوم والبوتاسيوم قد صنعت أيضًا مواد كيميائية نشطة تناضحيًا للصوديوم والبوتاسيوم ، تمامًا مثل البروتين داخل الخلية.

هذا يعني أن البروتين ليس فقط لديه ميل لسحب الماء إلى الخلية من السائل الخارجي ، ولكن كذلك البوتاسيوم أيضًا. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن مضخات الصوديوم والبوتاسيوم تدفع الصوديوم خارج الخلية ، ولا تسمح لها بالبقاء على الجانب الآخر من غشاء البلازما ، فإنها تمكن الصوديوم أيضًا من سحب الماء من داخل الخلية إلى الخارج. يكون السحب التناضحي للصوديوم من خارج الخلية في الاتجاه المعاكس للسحب الاسموزي الذي يمارسه البروتين والبوتاسيوم بداخلها. في الواقع ، الخلية حساسة جدًا لحركة الماء في أي اتجاه عبر غشاء البلازما ، مما يؤثر بشكل مباشر على حجمها. للتحكم في حجمها ، تحاول الخلية دائمًا التأكد من أن سحب الماء التناضحي من السائل خارج الخلية يتطابق بالتساوي مع السحب لإعادة الماء إلى الداخل. وهي تقوم بذلك عن طريق التأكد من أن تركيز الجزيئات الكيميائية الكلية في العصارة الخلوية هي نفسها الموجودة في السائل خارج الخلية. عندما يتحقق هذا ، يقال أن السوائل مساوي التوتر.

هذا ما تحققه مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. ولكن هناك ثمن يدفعه الجسد مقابل محاربة قوى الطبيعة. تشبه وظيفة مضخة الصوديوم والبوتاسيوم الاضطرار إلى السير في مواجهة رياح دافعة قوية. الجهد المطلوب للبقاء يتطلب جهدًا هائلاً طاقة. في الراحة بين ربع إلى نصف إجمالي احتياجات الجسم من الطاقة يتم تناولها بواسطة ملايين مضخات الصوديوم والبوتاسيوم في كل من تريليونات الخلايا. يذهب هذا لإظهار ذلك الأرقام الحقيقية لها عواقب حقيقية. إذا لم يكن لدى الخلية طاقة كافية لتشغيل الملايين من مضخات الصوديوم والبوتاسيوم ، فهي جيدة مثل الموت. لكن من أين تحصل الخلية على الطاقة التي تحتاجها؟ قبل أن تبدأ في فهم إجابة هذا السؤال ، يجب أن تتعرف أولاً على الإنزيمات وكيفية عملها في الجسم. سوف ننظر إليهم في المرة القادمة.


البوتاسيوم

البوتاسيوم هو الكاتيون الرئيسي داخل الخلايا. يساعد في تحديد إمكانات غشاء الراحة في الخلايا العصبية والألياف العضلية بعد إزالة الاستقطاب من الغشاء وإمكانات العمل. على عكس الصوديوم ، فإن البوتاسيوم له تأثير ضئيل جدًا على الضغط الأسموزي. ترجع المستويات المنخفضة من البوتاسيوم في الدم و CSF إلى مضخات الصوديوم والبوتاسيوم في أغشية الخلايا ، والتي تحافظ على التدرجات الطبيعية لتركيز البوتاسيوم بين ICF و ECF. الجرعة الموصى بها للاستهلاك / الاستهلاك اليومي للبوتاسيوم هي 4700 مجم. يُفرز البوتاسيوم ، بشكل فعال وسلبي ، من خلال الأنابيب الكلوية ، وخاصة النبيبات الملتوية البعيدة والقنوات التجميعية. يشارك البوتاسيوم في التبادل مع الصوديوم في الأنابيب الكلوية تحت تأثير الألدوستيرون ، والذي يعتمد أيضًا على مضخات الصوديوم والبوتاسيوم الجانبية.

نقص بوتاسيوم الدم هو انخفاض غير طبيعي في مستوى البوتاسيوم في الدم. على غرار حالة نقص صوديوم الدم ، يمكن أن يحدث نقص بوتاسيوم الدم إما بسبب الانخفاض المطلق للبوتاسيوم في الجسم أو الانخفاض النسبي في البوتاسيوم في الدم بسبب إعادة توزيع البوتاسيوم. يمكن أن ينشأ الفقد المطلق للبوتاسيوم من انخفاض المدخول ، المرتبط في كثير من الأحيان بالجوع. يمكن أن يحدث أيضًا من القيء أو الإسهال أو القلاء. يمكن أن يسبب نقص بوتاسيوم الدم الحماض الاستقلابي ، والتشوش في الجهاز العصبي المركزي ، وعدم انتظام ضربات القلب.

يعاني بعض مرضى السكري الذين يعتمدون على الأنسولين من انخفاض نسبي في البوتاسيوم في الدم من إعادة توزيع البوتاسيوم. عندما يتم إعطاء الأنسولين وامتصاص الجلوكوز بواسطة الخلايا ، يمر البوتاسيوم عبر غشاء الخلية مع الجلوكوز ، مما يقلل من كمية البوتاسيوم في الدم و IF ، مما قد يسبب فرط استقطاب أغشية الخلايا العصبية ، مما يقلل من استجاباتها للمنبهات.

فرط بوتاسيوم الدميمكن أن يؤدي ارتفاع مستوى البوتاسيوم في الدم إلى إضعاف وظيفة العضلات الهيكلية والجهاز العصبي والقلب. يمكن أن ينتج فرط بوتاسيوم الدم عن زيادة المدخول الغذائي للبوتاسيوم. في مثل هذه الحالة ، ينتهي البوتاسيوم من الدم في ECF بتركيزات عالية بشكل غير طبيعي. يمكن أن يؤدي هذا إلى إزالة الاستقطاب الجزئي (إثارة) لغشاء البلازما لألياف العضلات والهيكل العظمي والخلايا العصبية وخلايا القلب ، ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى عدم قدرة الخلايا على إعادة الاستقطاب. بالنسبة للقلب ، هذا يعني أنه لن يرتاح بعد الانقباض ، وسيقوم بـ "الاستيلاء" بشكل فعال ويتوقف عن ضخ الدم ، وهو أمر قاتل في غضون دقائق. بسبب هذه التأثيرات على الجهاز العصبي ، قد يُظهر الشخص المصاب بفرط بوتاسيوم الدم أيضًا ارتباكًا عقليًا وخدرًا وضعفًا في عضلات الجهاز التنفسي.


الأطعمة الغنية بالمغنيسيوم ضرورية

وفقًا لمقال نُشر عام 2017 في Huffington Post ، فإن الحصول على ما يكفي من المغنيسيوم الغذائي للحفاظ على التوازن الأمثل للصوديوم والبوتاسيوم يشمل تناول الأطعمة مثل الفواكه والخضروات مثل اللفت والسبانخ والمأكولات البحرية والشوكولاتة الداكنة. هذه الأطعمة هي مصدر غني لكل من المغنيسيوم والبوتاسيوم. مكملات المغنيسيوم هي طريقة أخرى غير مكلفة وسهلة للمساعدة في التأكد من أن الجسم لديه ما يكفي من هذا المعدن المهم.

يمكن أن يساعد تناول المزيد من الأطعمة الغنية بالمغنيسيوم أو تناول مكملات المغنيسيوم اليومية في الحفاظ على مستويات المغنيسيوم الصحية والحفاظ على مستويات الصوديوم بشكل مثالي ، مع الحفاظ على أداء العضلات والعظام والأعصاب بشكل صحيح.


المنحلات بالكهرباء مهمة لتوازن السوائل

تتكون الخلايا من حوالي 75 في المائة من الماء وبلازما الدم حوالي 95 في المائة من الماء. لماذا إذن لا يتدفق الماء من بلازما الدم إلى الخلايا؟ تحافظ قوة الماء المعروفة أيضًا باسم الضغط الهيدروستاتيكي على أحجام الماء بين حجيرات السوائل مقابل قوة جميع المواد الذائبة. التركيز هو كمية الجسيمات في حجم معين من الماء. (تذكر أن المذابات الفردية يمكن أن تختلف في التركيز بين السوائل داخل الخلايا وخارجها ، لكن التركيز الكلي لجميع المواد الذائبة متساوٍ).

القوة الدافعة لحركة الماء عبر الغشاء القابل للنفاذ بشكل انتقائي هي تركيز الذائبة الأعلى على جانب واحد. تعمل المواد المذابة بتركيزات مختلفة على جانبي غشاء منفذ انتقائيًا بقوة تسمى الضغط الاسموزي. يؤدي التركيز الأعلى للمذابات على جانب واحد مقارنة بالآخر للأنبوب على شكل U إلى الضغط الاسموزي ، مما يؤدي إلى سحب الماء إلى حجم أعلى على جانب الأنبوب U الذي يحتوي على المزيد من الجسيمات الذائبة. عندما يكون الضغط الاسموزي مساويًا لضغط الماء على الغشاء القابل للنفاذ بشكل انتقائي ، تتوقف حركة الماء الصافية (على الرغم من أنها لا تزال تنتشر ذهابًا وإيابًا بمعدل متساوٍ).

معادلة واحدة تمثل تركيزات متساوية ولكن بأحجام مختلفة هي التالية
5 جرامات من الجلوكوز في 1 لتر = 10 جرام من الجلوكوز في 2 لتر (5 جم / لتر = 5 جم / لتر)

توفر الاختلافات في تركيزات مواد معينة تدرجات تركيز يمكن للخلايا استخدامها لأداء العمل. تدرج التركيز هو شكل من أشكال الطاقة الكامنة ، مثل الماء فوق السد. عندما يسقط الماء عبر السد ، يتم تغيير الطاقة الكامنة إلى طاقة متحركة (حركية) ، والتي بدورها يتم التقاطها بواسطة التوربينات. وبالمثل ، عندما يتم نقل المنحل بالكهرباء بتركيز أعلى في السائل خارج الخلية إلى خلية ، يتم تسخير الطاقة الكامنة واستخدامها لأداء العمل.

تقوم الخلايا بنقل المغذيات والفضلات باستمرار. كيف يتم الحفاظ على تركيز المواد المذابة إذا كانت في حالة تدفق؟ هذا هو المكان الذي تلعب فيه الإلكتروليتات. تقوم الخلية (أو بشكل أكثر تحديدًا العديد من مضخات الصوديوم والبوتاسيوم في غشاءها) بضخ أيونات الصوديوم بشكل مستمر لإنشاء تدرج كيميائي. يستخدم بروتين النقل ، المسمى بمؤشر الجلوكوز ، تدرج الصوديوم لتشغيل حركة الجلوكوز في الخلية. ينتقل كل من الصوديوم والجلوكوز إلى الخلية. الماء يتبع الصوديوم بشكل سلبي. لاستعادة التوازن ، تقوم مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بنقل الصوديوم إلى السائل خارج الخلية ويتبع ذلك الماء. تتضمن كل دورة لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم حركة ثلاثة أيونات الصوديوم خارج الخلية ، في مقابل اثنين من أيونات البوتاسيوم في الخلية. للحفاظ على حياد الشحن على السطح الخارجي للخلايا ، يتبع كل كاتيون صوديوم أنيون كلوريد. تكلف كل دورة للمضخة جزيء واحد من ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). يحافظ العمل المستمر لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم على توازن المادة المذابة وبالتالي توزيع الماء بين السوائل داخل الخلايا وخارجها.

إن الحركة غير المتكافئة لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم موجبة الشحنة تجعل السائل داخل الخلايا أكثر سالبة الشحنة من السائل خارج الخلية. يعد تدرج الشحن هذا مصدرًا آخر للطاقة تستخدمه الخلية لأداء العمل. ستعرف قريبًا أن تدرج الشحنة هذا ومضخة الصوديوم والبوتاسيوم ضروريان أيضًا لتوصيل الأعصاب وتقلص العضلات. تمثل الوظائف العديدة لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم في الجسم ما يقرب من ربع إجمالي نفقات الطاقة أثناء الراحة.

الشكل 3.8 مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم هي الآلية الأساسية للخلايا للحفاظ على توازن الماء بينها وبين البيئة المحيطة بها.


مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

النقل النشط هي العملية التي تتطلب الطاقة لضخ الجزيئات والأيونات عبر الأغشية & # 8220uphill & # 8221 & # 8211 مقابل تدرج التركيز. لتحريك هذه الجزيئات ضد تدرج تركيزها ، هناك حاجة إلى بروتين حامل. يمكن أن تعمل البروتينات الحاملة مع تدرج تركيز (أثناء النقل السلبي) ، ولكن يمكن لبعض البروتينات الحاملة أن تتحرك ضد التدرج اللوني للتركيز (من تركيز منخفض إلى تركيز عالٍ) ، مع إدخال طاقة.

في النقل النشط ، حيث تُستخدم البروتينات الحاملة لتحريك المواد ضد تدرج تركيزها ، تُعرف هذه البروتينات بالمضخات. كما هو الحال في الأنواع الأخرى من الأنشطة الخلوية ، يوفر ATP الطاقة اللازمة للنقل الأكثر نشاطًا. تتمثل إحدى طرق تشغيل ATP في النقل النشط عن طريق نقل مجموعة الفوسفات مباشرة إلى بروتين ناقل. قد يتسبب هذا في تغيير البروتين الحامل لشكله ، مما يؤدي إلى تحريك الجزيء أو الأيون إلى الجانب الآخر من الغشاء. مثال على هذا النوع من نظام النقل النشط ، كما هو موضح في الشكل أدناه ، هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، الذي يستبدل أيونات الصوديوم بأيونات البوتاسيوم عبر غشاء البلازما للخلايا الحيوانية.

يقوم نظام مضخة الصوديوم والبوتاسيوم بتحريك أيونات الصوديوم والبوتاسيوم ضد تدرجات التركيز الكبيرة. إنه ينقل اثنين من أيونات البوتاسيوم إلى الخلية حيث تكون مستويات البوتاسيوم عالية ، ويضخ ثلاثة أيونات الصوديوم خارج الخلية إلى السائل خارج الخلية.

كما هو موضح في الشكل أعلاه ، ترتبط ثلاثة أيونات الصوديوم بمضخة البروتين داخل الخلية. ثم يحصل البروتين الحامل على الطاقة من ATP ويغير شكله. وبذلك ، تضخ أيونات الصوديوم الثلاثة خارج الخلية. عند هذه النقطة ، يرتبط اثنان من أيونات البوتاسيوم من خارج الخلية بمضخة البروتين. ثم يتم نقل أيونات البوتاسيوم إلى الخلية ، وتتكرر العملية. توجد مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في الغشاء البلازمي لكل خلية بشرية تقريبًا وهي شائعة في جميع الحياة الخلوية. يساعد في الحفاظ على إمكانات الخلية وينظم الحجم الخلوي.

التدرج الكهروكيميائي

يؤدي النقل النشط للأيونات عبر الغشاء إلى تراكم تدرج كهربائي عبر غشاء البلازما. عدد الأيونات موجبة الشحنة خارج الخلية أكبر من عدد الأيونات موجبة الشحنة في العصارة الخلوية. ينتج عن هذا شحنة سالبة نسبيًا على الجزء الداخلي من الغشاء وشحنة موجبة من الخارج. هذا الاختلاف في الشحنات يسبب جهدًا عبر الغشاء. الجهد الكهربائي هو طاقة وضع كهربائية ناتجة عن فصل الشحنات المعاكسة ، في هذه الحالة عبر الغشاء. يسمى الجهد عبر الغشاء غشاء المحتملة. جهد الغشاء مهم جدا لتوصيل النبضات الكهربائية على طول الخلايا العصبية.

نظرًا لأن الجزء الداخلي للخلية سلبي مقارنةً بخارج الخلية ، فإن إمكانات الغشاء تفضل حركة الأيونات الموجبة الشحنة (الكاتيونات) داخل الخلية ، وحركة الأيونات السالبة (الأنيونات) خارج الخلية. لذلك ، هناك قوتان تدفعان انتشار الأيونات عبر غشاء البلازما - قوة كيميائية (تدرج تركيز الأيونات # 8217) ، والقوة الكهربائية (تأثير جهد الغشاء على حركة الأيونات # 8217). هاتان القوتان اللتان تعملان معًا تسمى التدرج الكهروكيميائي، وسيتم مناقشتها بالتفصيل في مفاهيم & # 8220 الخلايا العصبية & # 8221 و & # 8220 نبضات العصب & # 8221.


لماذا تحتاج الخلية إلى Na + / Ka + (مضخة بوتاسيوم الصوديوم)

تعتبر مضخة Na + / K + مهمة للغاية في العديد من أنواع الخلايا ..

في الخلايا العصبية ، من المهم & # 039s تقوية إمكانات الفعل كما وصفها شخص آخر في إجابة سابقة.

في العديد من الخلايا الأخرى يساعد في الحفاظ على التدرجات الكهروكيميائية للأيونات الأخرى. هنا & # 039s كيف يعمل ذلك: تتسبب المضخة في تحرك Na + و K + ضد تدرج تركيزهما ، يتم ضخ Na وإحضار K ، ويريدان أن يكونا عكس ذلك تمامًا.

لذلك ، بمجرد ضخ Na + ، فإنه يريد حقًا خفض تدرج تركيزه مرة أخرى إلى الخلية. تحتوي العديد من الخلايا على قنوات لا تعتمد على ATP والتي يمكن لـ Na أن تتحرك من خلالها للعودة إلى الخلية حيث يكون التركيز أقل. في العديد من الخلايا ، تكون هذه القنوات أو الناقلات متجانسة وستستخدم حركة Na أيضًا لتحريك أيون آخر إما داخل الخلية أو خارجها (على سبيل المثال الكلور أو اليود أو شيء من هذا القبيل).

تعمل نفس الفكرة مع K. تحتوي العديد من الخلايا على قنوات تسريب K + والتي تسمح لـ K + بمغادرة الخلية مرة أخرى أسفلها وتدرج تركيزها ، وتقترن هذه أحيانًا بقنوات أيونية أخرى.

أحد الأمثلة الجيدة على ذلك هو حركة الجلوكوز من تجويف الأمعاء إلى الخلية:

يتم ضخ Na + بنشاط من الخلايا المبطنة للأمعاء ، مقابل تدرجها ، في السائل الخلالي. يحافظ هذا الإجراء على التركيز في خلية Na + أقل من خارج الخلية. على جانب التجويف من الخلية ، توجد قنوات رمزية تحمل كلاً من Na + والجلوكوز في الخلية. لا يمكن إحضار الجلوكوز إلى الخلية من خلال هذه القناة إلا إذا تم إحضار Na + معها أيضًا. نظرًا لأن تركيز Na في الخلية منخفض (بسبب نشاط ATPase) ، فإن Na + تريد إحضارها ، وتجلب معها الجلوكوز. ثم ينتقل الجلوكوز عبر الخلية ويتم نقله بشكل سلبي خارج الخلية إلى السائل الخلالي حيث يمكن أن يدخل مجرى الدم.


نقص البوتاسيوم وسميته

كما هو الحال مع الصوديوم ، يميل نقص البوتاسيوم إلى الحدوث عندما يزيد جسمك من إفرازه بدلاً من تناول القليل جدًا من المعدن. يمكن أن ينتج النقص عن استخدام مدر للبول ، والقيء أو الإسهال المفرط ، والإفراط في استخدام المسهلات وإدمان الكحول ، مع أعراض تقلصات العضلات ، والضعف ، والتعب ، وآلام الأمعاء وضربات القلب غير الطبيعية. في حالة النقص الشديد في البوتاسيوم ، يمكن أن تكون هذه النظم غير الطبيعية للقلب قاتلة. يمكن أن يتسبب ارتفاع مستوى البوتاسيوم ، عادةً بسبب اضطراب جسدي أو تفاعل دوائي وليس بسبب الإفراط في الاستهلاك ، في حدوث حالة تُعرف باسم فرط بوتاسيوم الدم ، والتي ، في أخطر حالاتها ، يمكن أن تتسبب في عدم انتظام ضربات القلب ونوبة قلبية.

كاتب منذ عام 1985 ، تم نشر Jan Annigan في & # 34Plant Physiology ، & # 34 & # 34Proceedings of the National Academy of Sciences ، & # 34 & # 34Journal of Biological Chemistry & # 34 وعلى مواقع مختلفة. وهي حاصلة على شهادة الطب الرياضي والأداء البشري من جامعة واشنطن ، بالإضافة إلى بكالوريوس العلوم في علوم الحيوان من جامعة بوردو.


شاهد الفيديو: Pompis - An Sèl Official Video (أغسطس 2022).