قانون الكل أو العدم: كيف تستجيب الأعصاب والعضلات؟

ينص القانون على أن الخلية القابلة للاستثارة تولد جهد فعل كاملًا عندما يبلغ التغير الكهربائي في غشائها مستوى معينًا يسمى عتبة التنبيه. أما إذا لم يصل التغير إلى هذه العتبة، فلا يتولد جهد فعل. وتبقى خصائص جهد الفعل متقاربة في الليفة نفسها ما دامت ظروفها الفيزيولوجية متشابهة.

كلمة «الكل» تعني حدوث الإشارة الكهربائية الكاملة، ولا تعني استخدام كل طاقة الخلية أو الوصول إلى أقصى قوة للعضلة كلها. وكلمة «العدم» تعني غياب جهد الفعل، وليس بالضرورة غياب أي تغير كهربائي في الغشاء؛ فقد تحدث تغيرات صغيرة لا تكفي لإطلاق الإشارة.

يوجد فرق في الجهد الكهربائي بين داخل الخلية وخارجها، بسبب اختلاف توزيع الأيونات وخصائص غشائها. في حالة الراحة يكون داخل كثير من الخلايا العصبية أكثر سلبية من خارجها. وعندما تتلقى الخلية مؤثرًا مناسبًا، تتغير حركة الأيونات عبر قنوات موجودة في الغشاء.

من المؤثر إلى عتبة التنبيه

قد يسبب المؤثر تغيرًا محليًا يسمى إزالة الاستقطاب، أي أن داخل الخلية يصبح أقل سلبية. إذا كان التغير صغيرًا، فقد يضعف دون أن يولد إشارة منتشرة. أما إذا وصل إلى العتبة في منطقة توليد جهد الفعل، فتُفتح قنوات أيونية معتمدة على الجهد، وتبدأ سلسلة سريعة من التغيرات الكهربائية.

جهد الفعل والعودة إلى الراحة

في كثير من الأعصاب والعضلات الهيكلية، يسهم دخول الصوديوم في الارتفاع السريع لجهد الفعل، ثم تساعد تغيرات القنوات وخروج البوتاسيوم على إعادة الاستقطاب. تختلف التفاصيل بين أنواع الخلايا؛ فالكالسيوم له دور مهم في النشاط الكهربائي للقلب. لذلك لا يصح افتراض أن جميع الخلايا تولد الإشارة بالآلية التفصيلية نفسها.

يمكن تشبيه بلوغ العتبة بالضغط الكافي على زر إلكتروني: الضغط غير الكافي لا يفعّل الزر، أما الضغط الكافي فيفعّله. وزيادة الضغط بعد ذلك لا تجعل الأمر الإلكتروني نفسه أكبر. هذا تشبيه للتوضيح فقط؛ فالخلية نظام حي تتغير قابليته للاستثارة بحسب حالتها والبيئة المحيطة بها.

• مؤثر دون العتبة: قد يحدث تغير محلي، لكن لا ينشأ جهد فعل.
• مؤثر يبلغ العتبة: ينشأ جهد فعل كامل في الليفة المستثارة.
• مؤثر أقوى من العتبة: لا يزيد سعة جهد الفعل الواحد في الليفة نفسها تحت الظروف ذاتها، لكنه قد يغير نمط الاستجابة.

الإحساس بلمسة خفيفة ليس كالإحساس بضغط قوي، رغم أن جهد الفعل يخضع لقانون الكل أو العدم. يفسر الجهاز العصبي شدة كثير من المؤثرات باستخدام تكرار الإشارات وعدد الألياف النشطة ونمط نشاطها، وليس عن طريق تكبير كل إشارة على حدة.

• زيادة التكرار: قد يؤدي المؤثر الأقوى إلى توليد جهود فعل أكثر خلال فترة زمنية معينة، ضمن حدود قدرة الخلية.
• تجنيد ألياف إضافية: قد تنشط مستقبلات حسية وألياف عصبية أكثر مع زيادة شدة المؤثر أو اتساع مساحته.
• معالجة الإشارات: يدمج الدماغ المعلومات الواردة ويضعها في سياقها لتكوين الإحساس النهائي.

كما أن استجابة المستقبلات تختلف؛ فبعضها يتكيف سريعًا مع المؤثر المستمر، وبعضها يواصل إرسال الإشارات مدة أطول. لذلك لا توجد علاقة بسيطة واحدة تفسر جميع أنواع الإحساس.

يخضع جهد الفعل في الليفة العضلية الهيكلية لقانون الكل أو العدم. وعند وصوله، يبدأ تسلسل من الأحداث يؤدي إلى تحرير الكالسيوم داخل الليفة وتفاعل بروتينات الانقباض. لكن قوة الانقباض ليست نسخة مباشرة من سعة جهد الفعل، لأنها تتأثر بعوامل ميكانيكية وكيميائية أخرى.

الليفة الواحدة ليست العضلة كاملة

تتكون العضلة من ألياف كثيرة موزعة على وحدات حركية. تضم الوحدة الحركية عصبونًا حركيًا والألياف العضلية التي يغذيها. لرفع جسم خفيف، ينشط الجهاز العصبي عددًا مناسبًا من الوحدات، ولرفع جسم أثقل يمكنه تجنيد وحدات إضافية وزيادة معدل التنبيه.

وتتأثر قوة الانقباض أيضًا بطول العضلة قبل الانقباض، وتكرار التنبيه، والتعب، وتوافر الكالسيوم. لذلك فإن عبارة «العضلة تنقبض كلها بأقصى قوة أو لا تنقبض» غير دقيقة عند الحديث عن العضلة الكاملة، كما لا ينبغي تفسير القانون على أنه ثبات قوة الانقباض في كل الظروف.

بعد بدء جهد الفعل تمر الخلية بفترة تتغير خلالها قدرتها على الاستجابة. في فترة الجموح المطلقة لا يمكن توليد جهد فعل جديد مهما زادت قوة المؤثر، بسبب حالة القنوات المسؤولة عنه. ثم تأتي فترة جموح نسبية قد تحتاج فيها الخلية إلى مؤثر أقوى من المعتاد لتوليد إشارة جديدة.

تساعد هذه الفترات على تحديد الحد الأقصى لتكرار الإشارات، وتدعم انتقالها بطريقة منظمة. وهي تفسر أيضًا لماذا لا تكفي قوة المؤثر وحدها لتوقع الاستجابة؛ فتوقيت المؤثر وحالة الخلية عاملان مهمان.

لا ينطبق القانون على كل تغير كهربائي في الجسم. فالجهود المحلية والمتدرجة قد تختلف سعتها باختلاف المؤثر، ويمكن أن تتجمع لتقرب الخلية من العتبة أو تبعدها عنها. كذلك، فإن تسجيل النشاط من عصب كامل يجمع إشارات ألياف عديدة، وليس جهد فعل لليفة واحدة.

لهذا قد تزداد سعة الاستجابة المسجلة أثناء فحوص الأعصاب عند تنبيه ألياف إضافية، دون أن يناقض ذلك القانون. ويستعين الأطباء بدراسة توصيل الأعصاب وتخطيط كهربائية العضلات لتقييم حالات معينة من الضعف أو التنميل، لكن تفسير النتائج يتطلب الفحص السريري والتاريخ المرضي، ولا يعتمد على هذا المبدأ وحده.

لا يحتاج قانون الكل أو العدم نفسه إلى علاج. لكن يُنصح بمراجعة الطبيب عند وجود تنميل مستمر أو متكرر، أو ضعف عضلي غير مفسر، أو تقلصات متكررة مصحوبة بضعف، أو تغير في المشي والتوازن. ولا تحاول اختبار استجابة الأعصاب باستخدام الكهرباء أو أجهزة غير مخصصة للاستخدام الطبي.

اطلب المساعدة الإسعافية فورًا إذا ظهر ضعف أو خدر مفاجئ في جانب من الجسم، أو تدلي الوجه، أو اضطراب الكلام، أو ضعف سريع التفاقم مصحوب بصعوبة التنفس أو البلع. هذه علامات قد تشير إلى حالة طارئة، ولا ينبغي تأخير تقييمها بمحاولة تفسيرها بقانون فيزيولوجي.