Generation and conduction of Nerve Impulse Questions in Gujarati

(B) ક્રોનાક્સી એ ન્યુરોફિઝિયોલોજીમાં વપરાતો એક શારીરિક શબ્દ છે જે પેશીઓની (જેમ કે ચેતા અથવા સ્નાયુ) ઉત્તેજના દર્શાવે છે.
તેને રિયોબેઝના બમણા પ્રવાહનો ઉપયોગ કરીને પેશીને ઉત્તેજિત કરવા માટે જરૂરી લઘુત્તમ સમય તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
રિયોબેઝ એ લઘુત્તમ પ્રવાહની તીવ્રતા છે જે ઉત્તેજનાનો સમયગાળો અનંત હોય ત્યારે ક્રિયા પોટેન્શિયલ (action potential) ઉત્પન્ન કરવા માટે જરૂરી છે.
તેથી,ક્રોનાક્સી પેશીની ઉત્તેજનાનું માપ આપે છે; ટૂંકી ક્રોનાક્સી વધુ ઉત્તેજના સૂચવે છે.

(D) રિવર્સલ પોટેન્શિયલ,જેને સંતુલન પોટેન્શિયલ (equilibrium potential) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે એવું મેમ્બ્રેન પોટેન્શિયલ છે કે જેના પર કોષરસ પટલની આરપાર કોઈ ચોક્કસ આયનનો ચોખ્ખો પ્રવાહ હોતો નથી.
એક આયન પ્રજાતિ માટે,રિવર્સલ પોટેન્શિયલ નર્ન્સ્ટ (Nernst) સમીકરણ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
સાંદ્રતા ઢાળ અને આયનના વીજભારના આધારે,રિવર્સલ પોટેન્શિયલ ધન (દા.ત.,$Na^+$ માટે) અથવા ઋણ (દા.ત.,$K^+$ માટે) હોઈ શકે છે.
તેથી,રિવર્સલ પોટેન્શિયલ હંમેશા ધન,ઋણ કે તટસ્થ હોતું નથી; તે ચોક્કસ આયન અને તેના વિદ્યુત રાસાયણિક ઢાળ પર આધાર રાખે છે.

(A) ચેતા આવેગની શરૂઆત કરવા માટે ઉત્તેજના અસરકારક હોવી જોઈએ,જે માટે તેની લઘુત્તમ તીવ્રતા હોવી જરૂરી છે જેને $threshold$ $stimulus$ (થ્રેશોલ્ડ ઉત્તેજના) કહેવામાં આવે છે.
જો ઉત્તેજનાની તીવ્રતા $threshold$ $value$ (થ્રેશોલ્ડ મૂલ્ય) કરતા ઓછી હોય,તો તે વોલ્ટેજ-ગેટેડ $Na^+$ ચેનલોને ખોલવામાં નિષ્ફળ જાય છે,અને પરિણામે કોઈ ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલ ઉત્પન્ન થતું નથી.
તેથી,આવેગનું વહન શરૂ કરવા માટે પોટેન્શિયલનું મૂલ્ય $threshold$ $value$ કરતા ઓછું ન હોવું જોઈએ.

(B) ચેતા આવેગના વહનનો વેગ ચેતાતંતુઓના વ્યાસના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે.
જેમ ચેતાતંતુનો વ્યાસ વધે છે,તેમ આયનોના પ્રવાહ સામેનો આંતરિક અવરોધ ઘટે છે,જે ચેતાકોષના અક્ષતંતુ (axon) પર ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલ (action potential) ને વધુ ઝડપથી આગળ વધવા દે છે.
તેથી,જાડી ચેતાતંતુઓ પાતળા ચેતાતંતુઓ કરતા વધુ ઝડપથી આવેગનું વહન કરે છે.

(C) ચેતાતંતુમાં ચેતા આવેગનું વહન 'વિદ્રુવીકરણ' (depolarisation) ની પ્રક્રિયા દ્વારા શરૂ થાય છે.
જ્યારે ચેતાતંતુ પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે $Na^+$ આયનો માટે પટલની પ્રવેશશીલતા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે.
આના પરિણામે કોષની અંદરના ભાગમાં $Na^+$ આયનોનો ઝડપી પ્રવેશ થાય છે,જેના કારણે પટલનું સ્થિતિમાન આરામની અવસ્થા (ઋણ) માંથી બદલાઈને વિદ્રુવીકરણની અવસ્થા (ધન) માં જાય છે.
તેથી,$Na^+$ આયનો માટે પ્રવેશશીલતામાં થતો અચાનક વધારો એ ક્રિયાત્મક સ્થિતિમાન (action potential) ના નિર્માણ અને પ્રસરણ માટે અનિવાર્ય છે.

(D) માયલિન શીથ ધરાવતા ચેતાતંતુઓમાં ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલનું વહન માયલિન વિહીન તંતુઓની સરખામણીમાં ખૂબ જ ઝડપી હોય છે.
આનું મુખ્ય કારણ 'સાલ્ટેટરી કન્ડક્શન' (saltatory conduction) નામની પ્રક્રિયા છે,જેમાં આવેગ રેનવિયરની ગાંઠો (nodes of Ranvier) પરથી કૂદકા મારીને આગળ વધે છે.
વધુમાં,તંતુનો વ્યાસ મોટો હોવાથી આંતરિક અવરોધ ઘટે છે,જે સિગ્નલના ઝડપી પ્રસારણમાં મદદ કરે છે.
તેથી,મોટો તંતુ વ્યાસ અને માયલિન શીથની હાજરી બંને ઝડપી વહન માટે જવાબદાર છે.

(B) વિશ્રામી અવસ્થામાં,ચેતાતંતુનું પટલ ધ્રુવીય હોય છે,જેનો અર્થ છે કે બહારની સાપેક્ષમાં અંદરનો ભાગ ઋણ વીજભારિત હોય છે.
જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલની $Na^+$ આયનો માટેની પારગમ્યતા વધે છે,જેના કારણે $Na^+$ અંદરની તરફ પ્રવેશે છે.
આનાથી વિધ્રુવીકરણ (depolarization) થાય છે,જ્યાં પટલની અંદરનો ભાગ ધન વીજભારિત બને છે.
ત્યારબાદ,પટલની $K^+$ આયનો માટેની પારગમ્યતા વધે છે અને $K^+$ આયનો બહાર નીકળે છે,જેના પરિણામે પુનઃધ્રુવીકરણ (repolarization) થાય છે અને પટલનું સ્થિતિમાન તેની મૂળ ઋણ અવસ્થામાં પાછું આવે છે.

(A) ચેતા આવેગના પ્રસરણ (વિધ્રુવીકરણ) દરમિયાન,ચેતાક્ષની પટલની $Na^+$ આયનો માટેની પારગમ્યતા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે.
આના પરિણામે $Na^+$ આયનો કોષની અંદરની તરફ ઝડપથી પ્રવેશ કરે છે.
તે જ સમયે,$K^+$ આયનો માટેની પારગમ્યતા ઘટે છે,પરંતુ જેમ જેમ ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલ પુનઃધ્રુવીકરણ તરફ આગળ વધે છે,તેમ $K^+$ આયનો કોષની બહારની તરફ વહે છે.
તેથી,આવેગની શરૂઆત દરમિયાન મુખ્ય ઘટના $Na^+$ નો અંદરની તરફ અને $K^+$ નો બહારની તરફ પ્રવાહ છે.

(D) ચેતાતંતુ (axon) પર ચેતા આવેગનું વહન એ ક્રિયાત્મક વીજસ્થિતિમાન (Action potential) ના નિર્માણ અને પ્રસરણ સાથે સંકળાયેલું છે.
ક્રિયાત્મક વીજસ્થિતિમાન એ કોષરસપટલ પરના વીજસ્થિતિમાનમાં થતા ફેરફારોની ઝડપી શ્રેણી છે,જે વિધ્રુવીકરણ (depolarization) ના તરંગ તરીકે ચેતાતંતુમાં આગળ વધે છે.
આ પ્રક્રિયાની સરખામણી ઘણીવાર ફ્યુઝ પર આગળ વધતી તણખલા સાથે કરવામાં આવે છે,જ્યાં એક બિંદુ પર થતું વિધ્રુવીકરણ ચેતાતંતુના પટલના નજીકના ભાગમાં વિધ્રુવીકરણને ઉત્તેજિત કરે છે.

(A) ચેતા આવેગનું વહન મુખ્યત્વે ચેતાકોષના પટલની ચોક્કસ આયનો પ્રત્યેની પારગમ્યતામાં થતા ફેરફારો દ્વારા થાય છે.
જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલની $Na^+$ આયનો પ્રત્યેની પારગમ્યતા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે,જેના પરિણામે $Na^+$ કોષની અંદર પ્રવેશ કરે છે (ડીપોલરાઈઝેશન).
ત્યારબાદ,$K^+$ આયનો પ્રત્યેની પારગમ્યતા વધે છે,જેનાથી $K^+$ કોષની બહાર નીકળે છે (રીપોલરાઈઝેશન).
પટલની પારગમ્યતામાં થતા આ ઝડપી ફેરફારો આવેગના વહન માટે જરૂરી ક્રિયાશીલ સ્થિતિમાન (Action Potential) ઉત્પન્ન કરે છે.

(B) વિશ્રામી અવસ્થા દરમિયાન,ચેતાક્ષનું પટલ ધ્રુવીભૂત હોય છે,જેનો અર્થ છે કે તે બહારની તરફ ધન વીજભારિત અને અંદરની તરફ ઋણ વીજભારિત હોય છે.
જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલની $Na^+$ આયનો માટેની પારગમ્યતા વધે છે,જેના પરિણામે $Na^+$ આયનોનો ઝડપથી અંદર પ્રવેશ થાય છે.
આ પ્રક્રિયાને વિધ્રુવીકરણ (depolarization) કહેવામાં આવે છે.
વિધ્રુવીકરણ દરમિયાન,પટલની ધ્રુવીયતા ઉલટાઈ જાય છે,જેનાથી કોષની અંદરનો ભાગ ધન વીજભારિત અને બહારનો ભાગ ઋણ વીજભારિત બને છે.

(C) ચેતાકોષમાં ક્રિયા પોટેન્શિયલનું નિર્માણ મુખ્યત્વે કોષમાં $Na^+$ આયનોના ઝડપી પ્રવેશ દ્વારા થાય છે.
જ્યારે ઉત્તેજના થ્રેશોલ્ડ સ્તર સુધી પહોંચે છે,ત્યારે વોલ્ટેજ-ગેટેડ $Na^+$ ચેનલો ખુલે છે,જે $Na^+$ આયનોને તેમના વિદ્યુત-રાસાયણિક ઢાળ મુજબ એક્સોનમાં પ્રવેશવા દે છે.
આ ઝડપી પ્રવેશને કારણે ડિપોલરાઇઝેશન થાય છે,જે ક્રિયા પોટેન્શિયલના વધવાનો દર (ઢાળ) અને મહત્તમ કંપવિસ્તાર નક્કી કરે છે.
તેથી,બાહ્ય કોષીય પ્રવાહીમાં $Na^+$ આયનોની સાંદ્રતા આ પરિમાણોનું મુખ્ય નિર્ધારક છે.

(A) સ્થિતિમાન (Resting membrane potential) એ આરામની અવસ્થામાં રહેલા ચેતાકોષના કોષરસસ્તરની આરપાર રહેલો વિદ્યુત સ્થિતિમાનનો તફાવત છે.
તે મુખ્યત્વે $Na^+$ અને $K^+$ આયનોની અસમાન વહેંચણી અને $Na^+-K^+$ પંપ દ્વારા જળવાય છે.
સામાન્ય રીતે સ્થિતિમાનનું મૂલ્ય $-40\, mV$ થી $-90\, mV$ ની વચ્ચે હોય છે.
સરેરાશ સ્થિતિમાનનું મૂલ્ય આશરે $-70\, mV$ છે,જે વિકલ્પ $A$ માં આપેલી શ્રેણીમાં આવે છે.

(D) ચેતા આવેગના વહનનો વેગ ચેતાતંતુના વ્યાસ અને માયલિન આવરણની હાજરી પર આધાર રાખે છે.
સસ્તન પ્રાણીઓમાં,માયલિનયુક્ત મોટર ચેતાતંતુઓ ખૂબ જ ઊંચા વેગ સાથે આવેગનું વહન કરે છે,જે સામાન્ય રીતે $60 \, m/s$ થી $120 \, m/s$ ની વચ્ચે હોય છે.
આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$100 \, m/s$ આ શારીરિક મર્યાદામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(A) ચેતાકોષનું વિશ્રામી કલા સ્થિતિમાન સામાન્ય રીતે $-70 \ mV$ હોય છે. જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે કોષરસસ્તરનું ધ્રુવીકરણ દૂર થાય છે (depolarization) અને ક્રિયાશીલ સ્થિતિમાન દરમિયાન તે વધીને આશરે $+30 \ mV$ થી $+45 \ mV$ જેટલું મહત્તમ મૂલ્ય પ્રાપ્ત કરે છે. આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$+45 \ mV$ એ ક્રિયાશીલ સ્થિતિમાનના શિખરને દર્શાવતું પ્રમાણિત મૂલ્ય છે.

(B) ચેતાકોષના વિશ્રામી કોષરસસ્તરની આરપાર રહેલા વિદ્યુતસ્થિતિમાનના તફાવતને વિશ્રામી સ્થિતિમાન કહેવામાં આવે છે.
વિશ્રામી અવસ્થામાં,અક્ષતંતુનું પટલ $K^+$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
પરિણામે,અક્ષતંતુની અંદરનો ભાગ બહારની સાપેક્ષમાં ઋણ વીજભારિત રહે છે,જે સામાન્ય રીતે આશરે $-70 \ mV$ જેટલું માપવામાં આવે છે.

(D) ચેતા આવેગના વિધ્રુવીકરણ તબક્કા દરમિયાન,$Na^+$ આયનોના ઝડપી પ્રવાહને કારણે કોષરસપટલની અંદરનો ભાગ ધન બને છે.
જોકે,પ્રશ્ન એ પૂછે છે કે ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલ દરમિયાન વિધ્રુવીકૃત સ્થિતિ અથવા આયનીય સંતુલન કોના દ્વારા જળવાય છે.
વાસ્તવમાં,$Na^+$ નો પ્રવેશ વિધ્રુવીકરણનું કારણ બને છે,જ્યારે $K^+$ આયનોનો બહાર નીકળવાનો પ્રવાહ પુનઃધ્રુવીકરણ (Repolarization) માટે જવાબદાર છે.
ચેતા આવેગના વહન અંગેના પ્રમાણભૂત બહુવિકલ્પ પ્રશ્નોના સંદર્ભમાં,પ્રારંભિક સ્પાઇક પછી કોષરસપટલના પોટેન્શિયલને નિયંત્રિત કરવામાં $K^+$ આયનોની ગતિ મુખ્ય પરિબળ છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(B) વિરામ અવસ્થામાં,ચેતાતંતુનું પટલ ધ્રુવીભૂત હોય છે,જેનો અર્થ છે કે બહારની સાપેક્ષમાં અંદરનો ભાગ ઋણ હોય છે. જ્યારે ઉત્તેજના મળે છે,ત્યારે પટલ $Na^+$ આયનો માટે પ્રવેશશીલ બને છે,જેના કારણે વિધ્રુવીકરણ (depolarization) થાય છે અને અંદરનો ભાગ ધન બને છે. ત્યારબાદ પુનઃધ્રુવીકરણ (repolarization) થાય છે,જેમાં પટલ $K^+$ આયનો માટે પ્રવેશશીલ બને છે,જેનાથી અંદરનો ભાગ ફરીથી તેની મૂળ ઋણ સ્થિતિમાં પાછો આવે છે. તેથી,વીજભાર ઋણથી ધન અને ફરીથી ઋણ થાય છે.

(B) વિશ્રામી અવસ્થામાં,ચેતાક્ષનું પટલ ધ્રુવીય હોય છે,જેનો અર્થ છે કે બહારની સાપેક્ષમાં અંદરનો ભાગ ઋણ ભારિત હોય છે. જ્યારે ચેતાતંતુ પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે $Na^+$ આયનો માટે પટલની પારગમ્યતા નોંધપાત્ર રીતે વધે છે. આનાથી કોષમાં $Na^+$ આયનોનો ઝડપી પ્રવેશ થાય છે. પરિણામે,પટલની અંદરનો ભાગ ઋણ સ્થિતિમાનમાંથી ધન સ્થિતિમાનમાં ફેરવાય છે. વિદ્યુત સ્થિતિમાનમાં થતા આ ફેરફારને વિદ્રુવીકરણ (Depolarisation) કહેવામાં આવે છે. તેથી,ઉત્તેજના મળતાની સાથે જ પટલની અંદરનો ભાગ ધન ભારિત બને છે.

(B) ચેતાકોષમાં ચેતા આવેગનું વહન મુખ્યત્વે ચેતાકોષની પટલની આરપાર આયનોની હેરફેર પર આધારિત છે.
વિશેષરૂપે,સ્થાયી કલા વીજસ્થિતિમાન (resting membrane potential) અને ક્રિયાત્મક વીજસ્થિતિમાન (action potential) નું નિર્માણ કોષમાં $Na^+$ (સોડિયમ) આયનોના પ્રવેશ પર ખૂબ જ આધાર રાખે છે.
તેથી,ચેતા વહન માટે સોડિયમ એ આવશ્યક ખનીજ છે.

(A) ચેતાકોષની સ્થિતિમાન કલા (resting membrane potential) મુખ્યત્વે આયનો માટે કોષરસસ્તરની વિભેદિત પારગમ્યતા દ્વારા જળવાય છે.
ચોક્કસ રીતે કહીએ તો,ચેતાક્ષનું પટલ સોડિયમ આયનો $(Na^+)$ કરતા પોટેશિયમ આયનો $(K^+)$ માટે વધુ પારગમ્ય હોય છે.
$Na^+/K^+$ પંપના કાર્યને કારણે,$K^+$ આયનો તેમના સાંદ્રતા ઢાળને અનુસરીને કોષની બહાર પ્રસરણ પામે છે,જેનાથી કોષની અંદર ઋણ વીજભારિત પ્રોટીન અને કાર્બનિક આયનો બાકી રહે છે.
$K^+$ આયનોનું આ બહાર નીકળવું પટલની આરપાર વિદ્યુતભારનો તફાવત ઊભો કરે છે,જે ચેતાકોષની અંદરના ભાગને બહારની સાપેક્ષમાં વિદ્યુતની દ્રષ્ટિએ ઋણ બનાવે છે.

(A) મેડ્યુલેટેડ (મજ્જિત) ચેતાતંતુઓમાં ચેતા આવેગની ગતિ નોન-મેડ્યુલેટેડ (અમજ્જિત) ચેતાતંતુઓની તુલનામાં ઘણી વધારે હોય છે.
મેડ્યુલેટેડ ચેતાતંતુઓમાં,આવેગ 'સાલ્ટેટરી કન્ડક્શન' (saltatory conduction) દ્વારા વહન પામે છે,જેમાં ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલ (action potential) એક રેનવિયરની ગાંઠ (node of Ranvier) થી બીજી ગાંઠ પર કૂદકો મારે છે.
આ પ્રક્રિયા ચેતા આવેગના વહનને નોન-મેડ્યુલેટેડ ચેતાતંતુઓ કરતા આશરે $20$ ગણું ઝડપી બનાવે છે,જ્યાં આવેગે સમગ્ર એક્સન પટલ પરથી પસાર થવું પડે છે.

(D) ચેતા આવેગની શરૂઆત ત્યારે થાય છે જ્યારે ચેતાકોષ પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે. આ ઉત્તેજનાને કારણે વોલ્ટેજ-ગેટેડ $Na^+$ ચેનલો ખુલે છે. પરિણામે,$Na^+$ આયનો કોષબાહ્ય પ્રવાહીમાંથી એક્સોપ્લાઝમમાં ઝડપથી પ્રવેશે છે. $Na^+$ આયનોનો આ ઝડપી પ્રવેશ પટલના વીજસ્થિતિમાનને આરામની સ્થિતિ (ઋણ) માંથી વિધ્રુવીકરણની સ્થિતિ (ધન) માં બદલે છે,જે ક્રિયાત્મક વીજસ્થિતિમાન (action potential) ઉત્પન્ન કરવાનું મૂળભૂત પગલું છે.

(D) ચેતા આવેગનું નિર્માણ અને વહન ચેતાકોષીય પટલ પર થતા વિદ્યુત-રાસાયણિક ફેરફારોની શ્રેણી દ્વારા થાય છે.
$1$. જ્યારે ઉત્તેજના પ્રાપ્ત થાય છે,ત્યારે $Na^+$ આયનોના પ્રવેશને કારણે પટલનું $Depolarisation$ (વિધ્રુવીકરણ) થાય છે.
$2$. ત્યારબાદ તરત જ,આરામની સ્થિતિના પટલ પોટેન્શિયલને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે $K^+$ આયનોના બહાર નીકળવાને કારણે $Repolarisation$ (પુનઃધ્રુવીકરણ) થાય છે.
$3$. તેથી,ચેતા આવેગ એ $Depolarisation$ અને $Repolarisation$ બંને પ્રક્રિયાઓનો બનેલો એક સ્વયં-પ્રસારિત તરંગ છે.

(D) મજ્જાપડ ધરાવતા (myelinated) ચેતાતંતુઓમાં,ક્રિયાત્મક સ્થિતિમાન $Ranvier$ ની એક ગાંઠથી બીજી ગાંઠ પર કૂદકો મારે છે. ચેતા આવેગના વહનની આ પદ્ધતિને ક્ષેપક વહન (saltatory conduction) કહેવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા મજ્જાપડ વગરના તંતુઓની સરખામણીમાં ચેતા આવેગના વહનની ઝડપમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.

(B) ચેતા આવેગનું વહન એ એક વિદ્યુત-રાસાયણિક (electrochemical) પ્રક્રિયા છે.
તેમાં ચેતાકોષના પટલની આરપાર આયનો (જેમ કે $Na^+$ અને $K^+$) ની હેરફેરનો સમાવેશ થાય છે,જે વિદ્યુત સ્થિતિમાનનો તફાવત (વિદ્યુત ઘટક) ઉત્પન્ન કરે છે.
વધુમાં,આ પ્રક્રિયા રાસાયણિક ફેરફારો અને ચેતોપાગમ (synapse) પર ન્યુરોટ્રાન્સમીટરના મુક્ત થવાથી નિયંત્રિત થાય છે (રાસાયણિક ઘટક).
તેથી,તેને વિદ્યુત-રાસાયણિક ઘટના તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.

(C) ચેતાવેગના વહન દરમિયાન ચેતાકોષની પટલની આરપાર આયનોનું વહન થાય છે, જેના માટે આરામની અવસ્થાના પટલ સ્થિતિમાન (resting membrane potential) ને જાળવી રાખવા અને ક્રિયાત્મક સ્થિતિમાન (action potential) પછી આયન સાંદ્રતાના તફાવતને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે ઉર્જાની જરૂર પડે છે.
આ ઉર્જા $ATP$ $(Adenosine Triphosphate)$ ના જળવિભાજન દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે, જે કોષનું મુખ્ય ઉર્જા ચલણ છે.
$ATP$ એ $Na^+/K^+$-ATPase પંપને ઉર્જા આપે છે, જે સક્રિય રીતે $Na^+$ આયનોને કોષની બહાર અને $K^+$ આયનોને કોષની અંદર વહન કરે છે, જેનાથી ચેતાવેગના વહન માટે જરૂરી વિદ્યુત-રાસાયણિક ઢાળ (electrochemical gradient) જળવાઈ રહે છે.

(B) જ્યારે ચેતાકોષ કોઈ આવેગનું વહન કરતો ન હોય,ત્યારે ચેતાક્ષ પટલ $K^+$ આયનો માટે પ્રમાણમાં વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
પરિણામે,ચેતાક્ષ પટલની બહારની સપાટી પર ધન વીજભાર હોય છે,જ્યારે તેની અંદરની સપાટી ઋણ વીજભારિત બને છે.
વિશ્રામી અવસ્થામાં કોષરસપટલની બંને બાજુએ જોવા મળતા આ વીજસ્થિતિમાનના તફાવતને વિશ્રામી વીજસ્થિતિમાન કહેવામાં આવે છે.

(B) ચેતાકોષનું સ્થાયી કલાવિજસ્થિતિમાન (Resting Membrane Potential) $K^+$ આયનો માટેની પસંદગીયુક્ત પ્રવેશશીલતા અને $Na^+-K^+$ પંપ દ્વારા જળવાય છે.
જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે ચેતાક્ષની કલાની $Na^+$ આયનો માટેની પ્રવેશશીલતામાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે.
આના પરિણામે $Na^+$ આયનો ઝડપથી ચેતાક્ષમાં પ્રવેશે છે.
પરિણામે,કલાની અંદરની બાજુ બહારની બાજુની સાપેક્ષમાં ધન વીજભારિત બને છે,જેને વિધ્રુવીકરણ (Depolarization) અથવા સક્રિય કલાવિજસ્થિતિમાનનું નિર્માણ કહેવાય છે.
તેથી,ધ્રુવીયતામાં ઉલટફેર થાય છે કારણ કે $K^+$ આયનોની સરખામણીમાં $Na^+$ આયનો વધુ પ્રમાણમાં ચેતાક્ષમાં પ્રવેશે છે.

(B) રિફેકટરી સમયગાળો એ ક્રિયાત્મક સ્થિતિમાન (action potential) પછીનો ટૂંકો સમયગાળો છે,જે દરમિયાન ચેતાતંતુ નવા ઉત્તેજન પ્રત્યે પ્રતિભાવ આપતું નથી.
નિરપેક્ષ રિફેકટરી સમયગાળા દરમિયાન,વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $Na^+$ ચેનલો નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે અને તેને ફરીથી ખોલી શકાતી નથી,જેનો અર્થ છે કે ચેતાકોષ ઉત્તેજનની તીવ્રતા ગમે તેટલી હોય તો પણ બીજું ક્રિયાત્મક સ્થિતિમાન ઉત્પન્ન કરી શકતું નથી.
તેથી,આ તબક્કા દરમિયાન ચેતાતંતુ કોઈપણ ઉર્મિવેગનું વહન કરતું નથી.

(A) ચેતાકોષમાં સક્રિય કલાવિજસ્થિતિમાન મુખ્યત્વે સોડિયમ આયનો $(Na^+)$ ના કોષમાં ઝડપી પ્રવેશ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.
જ્યારે ઉત્તેજના થ્રેશોલ્ડ સ્તર સુધી પહોંચે છે,ત્યારે વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $Na^+$ ચેનલો ખુલે છે,જેનાથી $Na^+$ તેના વિદ્યુત-રાસાયણિક ઢાળને અનુસરીને ચેતાકોષમાં અંદર આવે છે.
આ પ્રવેશને કારણે કલાવિજસ્થિતિમાન તેના આરામની સ્થિતિ (ઋણ) માંથી ધન મૂલ્યમાં બદલાય છે,જેને વિધ્રુવીકરણ (Depolarization) કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો જવાબ $Na^+$ છે.

(B) સસ્તન પ્રાણીઓના ચેતાતંતુઓમાં ચેતા આવેગના વહનની ઝડપ ચેતાતંતુના વ્યાસ અને માયલિન આવરણની હાજરી પર આધાર રાખે છે.
માયલિનયુક્ત ચેતાતંતુઓમાં,વહનનો વેગ $100-120 \ m/s$ સુધી પહોંચી શકે છે.
તેથી,આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$100 \ m/s$ એ સસ્તન પ્રાણીઓની ચેતાઓમાં ચેતા આવેગના વહનની ઝડપ માટે સૌથી યોગ્ય પ્રતિનિધિત્વ છે.

(B) વિધાન $(a)$ ખોટું છે કારણ કે વિશ્રામી રસપટલની આરપાર જોવા મળતા વીજસ્થિતિમાનના તફાવતને 'વિશ્રામી કલાવીજસ્થિતિમાન' (Resting potential) કહેવાય છે,'સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન' નહીં.
વિધાન $(b)$ સાચું છે કારણ કે ચેતાકોષમાં $Na^+$ આયનોનો ઝડપી પ્રવેશ વિધ્રુવીકરણ (depolarization) પ્રેરે છે,જે સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન ઉત્પન્ન કરે છે.
વિધાન $(c)$ સાચું છે કારણ કે ચેતા ઉર્મિવેગ એ અક્ષતંતુ (axon) પર વહન પામતું સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન છે.
તેથી,વિધાન $(b)$ અને $(c)$ સાચા છે.

(A) ચેતાતંતુમાં ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલના પુનઃધ્રુવીકરણ તબક્કા દરમિયાન નીચે મુજબની ઘટનાઓ થાય છે:
$1$. વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $Na^+$ માર્ગો બંધ થાય છે,જે કોષમાં સોડિયમ આયનોના પ્રવેશને અટકાવે છે.
$2$. વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $K^+$ માર્ગો ખૂલે છે,જે પોટેશિયમ આયનોને કોષની બહાર વહેવા દે છે.
$K^+$ આયનોનો આ બહારનો પ્રવાહ કોષની અંદરના ભાગમાં ફરીથી નકારાત્મક સ્થિતિમાન (resting membrane potential) સ્થાપિત કરે છે.
તેથી,સાચી ઘટનાઓ $b$ ($Na^+$ માર્ગ બંધ થાય છે) અને $d$ ($K^+$ માર્ગ ખૂલે છે) છે.

(B) જ્યારે ચેતાતંતુ પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલના સ્થિતિમાનમાં ફેરફાર થાય છે.
વિધ્રુવીકરણ એ વોલ્ટેજ-ગેટેડ $Na^+$ ચેનલો દ્વારા એક્સોપ્લાઝમમાં $Na^+$ આયનોના ઝડપી પ્રવેશને કારણે થાય છે.
$Na^+$ આયનો માટે પટલની પારગમ્યતામાં આ અચાનક વધારો થવાને કારણે,પટલની અંદરનો ભાગ બહારની સાપેક્ષમાં ધન વીજભારિત બને છે,જે ક્રિયા સ્થિતિમાન (action potential) ઉત્પન્ન કરે છે.

(B) વિશ્રામી અવસ્થામાં,ચેતાતંતુની પટલ $K^+$ આયનો માટે પ્રમાણમાં વધુ પ્રવેશશીલ હોય છે અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
સાંદ્રતા ઢોળાંશને કારણે,$K^+$ આયનો લીકેજ ચેનલો દ્વારા કોષની બહાર જાય છે,જ્યારે પટલ $Na^+$ આયનો માટે પ્રમાણમાં અપ્રવેશશીલ રહે છે.
આ પસંદગીયુક્ત પ્રવેશશીલતા,$Na^+-K^+$ પંપના કાર્ય સાથે મળીને,વિશ્રામી પટલ સ્થિતિમાન જાળવી રાખે છે.

(C) જ્યારે ચેતાતંતુ આરામની અવસ્થામાં હોય છે,ત્યારે અક્ષતંતુનું પટલ $K^+$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે. આ સ્થિતિમાં પટલની અંદરની સપાટી ઋણ વીજભારિત હોય છે,જેને સ્થિતિમાન (resting potential) કહે છે.
જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલ $Na^+$ આયનો માટે મુક્ત રીતે પ્રવેશશીલ બની જાય છે,જેના કારણે કોષની અંદર $Na^+$ આયનોનો ઝડપી પ્રવેશ થાય છે.
$Na^+$ આયનોના આ અચાનક પ્રવેશને કારણે પટલની ધ્રુવીયતા બદલાઈ જાય છે,જેથી અંદરની સપાટી બહારની સપાટીની સાપેક્ષમાં ધન વીજભારિત બને છે. આ અવસ્થાને વિધ્રુવીકરણ (depolarization) કહેવામાં આવે છે.

(B) ચેતાકીય ઉર્મિવેગ (ક્રિયા પોટેન્શિયલ) ની શરૂઆત ચેતાકોષમાં સોડિયમ આયનો $(Na^+)$ ના ઝડપી પ્રવેશ દ્વારા થાય છે.
જ્યારે ધ્રુવીભૂત પટલના કોઈ ચોક્કસ સ્થાન પર ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે તે સ્થાન પર $Na^+$ આયનો માટે પટલની પ્રવેશશીલતા નોંધપાત્ર રીતે વધી જાય છે.
આના પરિણામે $Na^+$ આયનોનો ઝડપી પ્રવેશ થાય છે,જે તે સ્થાન પર ધ્રુવીયતામાં ફેરફાર કરે છે,જેને વિધ્રુવીકરણ (depolarization) કહેવામાં આવે છે.
પટલના પોટેન્શિયલમાં થતો આ ફેરફાર ચેતાકીય ઉર્મિવેગ ઉત્પન્ન કરવા માટેનું મૂળભૂત પગલું છે.

(B) કૂદકામય વહન એ માયલીનેટેડ અક્ષતંતુઓ પર એક રેનવિયરની ગાંઠ (node of Ranvier) થી બીજી ગાંઠ સુધી ચેતા આવેગનું વહન છે,જે ચેતા આવેગના વહનનો વેગ વધારે છે.
માયલીનેટેડ ચેતાતંતુઓમાં,માયલીન આવરણ વિદ્યુત અવાહક તરીકે કાર્ય કરે છે.
માયલીન આવરણ કોષરસપટલમાંથી આયનોના પ્રવાહને અટકાવતું હોવાથી,ચેતા આવેગ માત્ર રેનવિયરની ગાંઠો પર જ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે,જ્યાં પટલ ખુલ્લું હોય છે.
આવેગનું એક ગાંઠથી બીજી ગાંઠ પર 'કૂદકા' મારવાની આ પ્રક્રિયાને કૂદકામય વહન કહેવામાં આવે છે.

(B) વિશ્રામી અવસ્થા દરમિયાન,ચેતાતંતુની પટલ $K^+$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
જ્યારે ધ્રુવીય પટલના કોઈ ચોક્કસ સ્થાને ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે $Na^+$ આયનો માટેની પ્રવેશશીલતા ઝડપથી વધે છે.
આના પરિણામે $Na^+$ આયનો બાહ્યકોષીય પ્રવાહીમાંથી આંતરકોષીય પ્રવાહીમાં ઝડપથી પ્રવેશ કરે છે,જેના કારણે તે સ્થાને ધ્રુવીયતા ઉલટાય છે,જેને વિધ્રુવીકરણ અથવા સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન (Action Potential) કહેવામાં આવે છે.
તેથી,સક્રિય કલાવીજસ્થિતિમાન $Na^+$ ના બાહ્યકોષીય પ્રવાહીમાંથી આંતરકોષીય પ્રવાહીમાં પ્રવેશને કારણે ઉદ્ભવે છે.

(D) સાચો જવાબ $D$ છે.
વિશ્રામી અવસ્થામાં,અક્ષતંતુ પટલ પસંદગીમાન પ્રવેશશીલ હોય છે.
તે $K^+$ માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
વધુમાં,આ પટલ કોષરસમાં હાજર ઋણભારિત પ્રોટીન માટે અપ્રવેશશીલ હોય છે.
તેથી,એવું વિધાન કે પટલ ઋણભારિત પ્રોટીન માટે વધુ પ્રવેશશીલ છે તે ખોટું છે.

(A) ક્રિયા પોટેન્શિયલના વિધ્રુવીકરણ (depolarization) તબક્કા દરમિયાન,વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $Na^+$ ચેનલો ઝડપથી ખુલે છે,જેના પરિણામે ચેતાકોષમાં $Na^+$ આયનોનો મોટો પ્રવાહ અંદર દાખલ થાય છે. આના કારણે કોષરસપટલની $Na^+$ માટેની વહન ક્ષમતામાં નોંધપાત્ર વધારો થાય છે,જે $K^+$ કરતા ઘણી વધારે હોય છે. તેથી,ચેતા ઉર્મિવેગના નિર્માણ દરમિયાન $Na^+$ ની વહન ક્ષમતા સૌથી વધુ હોય છે.

(A) ચેતાકોષની વિશ્રામી અવસ્થામાં,ચેતાક્ષની પટલ $K^+$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ અને $Na^+$ આયનો માટે લગભગ અપ્રવેશશીલ હોય છે.
સંકેન્દ્રણ ઢોળાંશને કારણે,$K^+$ આયનો લીકેજ ચેનલો દ્વારા કોષની બહાર પ્રસરણ પામે છે.
$K^+$ આયનોનું કોષની બહાર જવાનું આ વહન વિશ્રામી કલા વીજસ્થિતિમાન જાળવી રાખવામાં મદદ કરે છે.

(C) જ્યારે ચેતાતંતુ પર કોઈ ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે ચેતાક્ષના પટલની $Na^+$ આયનો માટેની પ્રવેશશીલતા નોંધપાત્ર રીતે વધી જાય છે.
આના પરિણામે કોષરસમાં $Na^+$ આયનોનો ઝડપી પ્રવેશ થાય છે,જેના કારણે પટલનું ધ્રુવીકરણ દૂર થાય છે (depolarization).
પટલના વીજસ્થિતિમાનમાં થતો આ ફેરફાર ચેતા આવેગ (action potential) ઉત્પન્ન કરે છે.
તેથી,ચેતા આવેગની શરૂઆત દરમિયાન પટલ $Na^+$ આયનો માટે વધુ પ્રવેશશીલ બને છે.

(D) $1$. આરામની અવસ્થામાં,ચેતાકોષના પટલની અંદરની સપાટી $K^+$ આયનો અને ઋણ વીજભારિત પ્રોટીનને કારણે ઋણ વીજભારિત હોય છે.
$2$. જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલ $Na^+$ આયનો માટે પ્રવેશશીલ બને છે,જેના કારણે $Na^+$ અંદર દાખલ થાય છે. આનાથી ધ્રુવીકરણ દૂર થાય છે (depolarization),જ્યાં અંદરની સપાટી ધન વીજભારિત બને છે.
$3$. ત્યારબાદ,$Na^+$ માટે પટલની પ્રવેશશીલતા ઘટે છે અને $K^+$ માટે વધે છે,જે પુનઃધ્રુવીકરણ (repolarization) તરફ દોરી જાય છે,જ્યાં અંદરની સપાટી ફરીથી ઋણ વીજભારિત સ્થિતિમાં પાછી આવે છે.
$4$. આમ,અંદરની સપાટી પર વીજભારનો ક્રમ ઋણ (વિશ્રામી),ધન (વિધ્રુવીકરણ),અને ઋણ (પુનઃધ્રુવીકરણ) હોય છે.

(C) વિશ્રામી કલા વીજસ્થિતિમાન એ વિશ્રામી અવસ્થામાં રહેલા ચેતાકોષના કોષરસપટલની આરપાર રહેલો વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત છે.
સામાન્ય સસ્તન પ્રાણીઓના ચેતાકોષમાં,વિશ્રામી કલા વીજસ્થિતિમાન આશરે $-70 \, mV$ હોય છે.
આ સ્થિતિ કોષરસપટલની આરપાર આયનો ($Na^+$ અને $K^+$) ના અસમાન વિતરણ દ્વારા જળવાય છે,જે મુખ્યત્વે $Na^+-K^+$ પંપની સક્રિયતા અને આ આયનો માટે પટલની વિભેદક પ્રવેશશીલતાને કારણે હોય છે.

(A) માયલિન આવરણ ધરાવતા ચેતાતંતુઓમાં,માયલિન શીથ એક અવાહક તરીકે કાર્ય કરે છે,જે પટલની આરપાર આયનોના પ્રવાહને અટકાવે છે.
પરિણામે,સક્રિય વીજસ્થિતિમાન ચેતાક્ષની સમગ્ર લંબાઈ પર સતત મુસાફરી કરી શકતું નથી.
તેના બદલે,સક્રિય વીજસ્થિતિમાન એક રેન્વિરની ગાંઠથી બીજી ગાંઠ પર 'કૂદકો' મારે છે.
આ પ્રકારના ઝડપી,કૂદકામય વહનને ક્ષેપક વહન (Saltatory conduction) કહેવામાં આવે છે,જે ચેતા આવેગના વહનનો વેગ નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે.

(D) $1$. વિશ્રામી અવસ્થામાં,ચેતાક્ષનું પટલ ધ્રુવીભૂત હોય છે,જેનો અર્થ છે કે બહારની બાજુની સાપેક્ષમાં અંદરની બાજુ ઋણ વીજભાર ધરાવે છે.
$2$. જ્યારે ઉત્તેજના આપવામાં આવે છે,ત્યારે પટલ $Na^+$ આયનો માટે પ્રવેશશીલ બને છે,જેના કારણે $Na^+$ અંદર દાખલ થાય છે. આનાથી વિધ્રુવીકરણ (depolarization) થાય છે,જ્યાં અંદરની બાજુ ધન વીજભારિત બને છે.
$3$. ત્યારબાદ,પટલ $K^+$ આયનો માટે પ્રવેશશીલ બને છે,જે બહાર નીકળે છે,જેનાથી પુનઃધ્રુવીકરણ (repolarization) થાય છે અને અંદરની બાજુ ફરીથી ઋણ વીજભારિત બને છે.
$4$. આમ,અંદરની બાજુએ વીજભારનો ક્રમ ઋણ (વિશ્રામી),ધન (વિધ્રુવીકરણ),અને ઋણ (પુનઃધ્રુવીકરણ) હોય છે.

(B) ક્રિયાત્મક પોટેન્શિયલ (Action potential) ના પુનઃધ્રુવીકરણ તબક્કા દરમિયાન,કોષરસપટલનું પોટેન્શિયલ તેના સ્થાયી અવસ્થામાં પાછું ફરે છે.
આ પ્રક્રિયા વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $Na^+$ ચેનલોના નિષ્ક્રિય થવાથી શરૂ થાય છે,જે $Na^+$ આયનોનો પ્રવેશ અટકાવે છે.
તે જ સમયે,વોલ્ટેજ-ગેટ્ડ $K^+$ ચેનલો ખુલે છે,જેનાથી $K^+$ આયનો ચેતાકોષની બહાર નીકળી શકે છે.
આ રીતે ધન $K^+$ આયનો બહાર નીકળવાથી કોષરસપટલની અંદરની બાજુએ ફરીથી ઋણ વીજભાર સ્થપાય છે,આમ પુનઃધ્રુવીકરણ પૂર્ણ થાય છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે. ચેતાકોષો '$All-or-None$' (બધું અથવા કંઈ નહીં) ના નિયમનું પાલન કરે છે. આનો અર્થ એ છે કે જો ઉત્તેજના થ્રેશોલ્ડ સુધી પહોંચવા માટે પૂરતી મજબૂત હોય,તો જ એક્શન પોટેન્શિયલ ઉત્પન્ન થાય છે. ઉત્તેજનાની તીવ્રતા ગમે તેટલી હોય,એક્શન પોટેન્શિયલનું મૂલ્ય બદલાતું નથી. તેથી,ચેતાકોષોમાં 'ગ્રેડેડ પોટેન્શિયલ' જોવા મળતા નથી,જે રીતે રિસેપ્ટર પોટેન્શિયલમાં જોવા મળે છે; તેના બદલે,એકવાર થ્રેશોલ્ડ ઓળંગાઈ જાય પછી તેઓ અચળ કંપનવિસ્તારના એક્શન પોટેન્શિયલ ઉત્પન્ન કરે છે.