قسم البيولوجيا

قسم البيولوجيا

الفهرس

إسم الموضوع          رقم الصفحة

تعريف

3

الإتزان البدني على المستوى الكيميائي

5

تنظيم تركيز الجلوكوز في الدم

6

الإتزان البدني على مستوى الخلايا أو الأنسجة

8

الإتزان البدني في الجسم الكامل        9-19

1. تنظيم درجة الحرارة في جسم الثدييات

9

2. مراقبة ضغط الدم

13

3. مراقبة Ph الدم

16

الإتزان البدني على مستوى المجتمع

18

الهورمونات  – مركبات تنظم عمليات في الجسم

19

ألإتزان البدني

تعريف :   هو مصطلح عام يقصد به المحافظة على توازن أو على شروط ثابتة في الأجهزة البيولوجية   "المحيط الداخلي " بمساعدة أنظمة مراقبة داخلية . بواسطته يمكن المحافظة على محيط داخلي، في حدود ثابتة تقريباً، كرد فعل على تغيرات قد تحدث في المحيط الداخلي أو المحيط الخارجي للجسم .

        المحيط الداخلي للجسم :   يشمل محيط الخلية الداخلي، بالإضافة إلى المادة خارج الخلية (السائل البين خلوي) التي تعيش فيها جميع الخلايا، والدم أيضاً.

        المحيط الخارجي للجسم :  يشمل البيئة الخارجية للجسم والأقسام داخل جسمنا الموصولة بالمحيط الخارجي مثل: الجهاز الهضمي، جهاز التنفس والمثانة. 

          ينطبق هذا على جميع الكائنات الحية، سواء كانت حوتاً ضخماً، ساق عشبة، أو كائناً وحيد الخلية

          كالبكتيريا. وهذا ينطبق علينا نحن البشر أيضاً.

        تعمل آليات الإتزان البدني في جميع مستويات أنظمة الأجهزة الحية. على المستوى الكيميائي، على

   مستوى الخلية وعلى مستوى الجسم ككل وعلى مستوى مجتمعات الكائنات الحية. الإتزان البدني في الكائنات المعقدة يتطلب آليات تتبع  للتغيرات

        المستمرة التي تحدث، مُرفَقة بآليات تنظيم، لإعادة الوضع المتغير للوضع الطبيعي والمطلوب. مثلا:

1.      المحافظة على درجة حرارة ضمن حدود معينة في الثدييات.

2.      المحافظة على ضغوط جزئية لغازي الأكسجين   o2وثاني أكسيد الكربون co2 في أماكن مختلفة في الجسم ضمن حدود معينة لضمان عمل الجسم بصورة جيدة.

3.      المحافظة على  درجة حموضة  "   " PH، في الخلايا وفي الدم، ثابتة تقريباً.

4.      المحافظة على تركيز ثابت تقريباً لمواد غذائية ولمواد كيميائية مختلفة، عضوية (السكريات، الدهنيات، الزلاليات، الهرمونات) وغير عضوية ( الماء، الغازات، المعادن)  في السائلين الخلوي  والبين خلوي. هذه المواد تبقى في تراكيز ثابته تقريبا أو متغيرة ضمن حدود ضيّقة، في المحيط الداخلي للجسم، بالرغم من   تغيّرات ملحوظة لهذه المواد في المحيط الخارجي.                                                          الفهرس                                                        

الإتزان البدني

الفهرس

الإتزان البدني على المستوى الكيميائي:

    يرتكز على مبدأ التغذية المرتدّة ( موجبة أو سالبة )  , feedback" الذي هدفه منع تكدّس مواد من ناحية، أو منع انخفاض في تركيزها من ناحية أخرى. منع تكدّس المواد يتمّ بواسطة آليّة التغذية المرتدّة السالبة ""، أما منع انخفاض تركيز المواد الكيميائية فيتمّ بواسطة آليّة التغذية المرتدّة الموجبة  ". يمكن إظهار ذلك بواسطة الرسم التالي :

א .

                    إنزيم a                        إنزيم b                        إنزيم c

ב .

                         إنزيم a                           إنزيمb                       إنزيم c

ג .              إنزيم  a                    إنزيم  b                    إنزيم  c     

                                                                             

ד .              إنزيم      a                  إنزيم  b                          إنزيم   c

                                                                                   

             ה .

                                إنزيم a                              إنزيم b                                 إنزيم c

الفهرس

مفتاح : نظام التغذية المرتدّة . א. تركيز طبيعي للمادة D داخل الخلايا . ב. تكدّس المادة D بسبب زيادة في إنتاجها وحدوث آليّة التغذية المرتدّة السالبة للتقليل من إنتاجها .  ג. المادة D تعود إلى تركيزها الطبيعي . ד. انخفاض تركيز المادة D بسبب انخفاض في إنتاجها وحدوث آليّة التغذية المرتدّة الموجبة لزيادة إنتاج المادة D . ה. تركيز طبيعي للمادة D .

           (         يعبّر عن نشاط إنزيمي في حالة الإتزان البدني .              يعبّر عن زيادة في الإنتاج أو في نشاط   مواد .              يعبّر عن إعاقة في إنتاج أو في نشاط مواد ) .

حجم المربع يدل على تركيز المادة.

مثال آخر على الإتزان البدني لمواد كيميائية :

                                                                                                                                                                               

          شكل 2 :    تنظيم تركيز الجلوكوز في الدم .

                     أنظمة الإتزان البدني الكيميائي مع آليّة التغذية المرتدّة الموجبة ومع آليّة التغذية المرتدّة                

                          السالبة للمحافظة على تركيز الجلوكوز في دم الثدييات ضمن حدود طبيعية.

الفهرس

شكل  2 أ : تنظيم تركيز الجلوكوز في الدم

الفهرس

الإتزان البدني على مستوى الخلايا  أو الأنسجة

                                                 شكل 3: التحام جرح في الجلد – اتزان بدني على مستوى النسيج

الفهرس

1.      تنظيم درجة الحرارة في جسم الثدييات

تقسم الكائنات الحيّة إلى مجموعتين:

a)      كائنات حيّة إندوثرميّة (Endotherms) مثل الطيور والثدييات وبعض أنواع الحشرات، أي أنّ أجسامها تكتسب الدفء بواسطة الحرارة الناتجة من عمليات الآيض.

b)      كائنات حيّة إكتوثرمية (Ectotherms) مثل معظم اللا- فقاريات والأسماك والبرمائيات والزواحف. درجة حرارة جسمها تتحدّد وفقاً لدرجة حرارة البيئة.

   يعتبر تنظيم درجة الحرارة في جسم الثدييات مثالاً على اتزان بدني في جسم الثدييات. في كثير من هذه الكائنات يكون مجال تغير درجة الحرارة، في الجسم السليم، لا يتعدّى الدرجة المئوية الواحدة. عند الإنسان عندما تكون درجة الحرارة أكثر من 37.5 °م أو أقل من 36.5 °م يكون هذا الشخص على حافة المرض. المحافظة على درجة حرارة ثابتة في جسم الثدي مرتبطة بتنظيم مستمر لدرجة حرارة الجسم، ظاهرة تعرف بتنظيم درجة الحرارة (תרמורגולציה). يتمّ ذلك بمساعدة جهازي الأعصاب والإفراز الداخلي. عند ازدياد درجة حرارة البيئة الخارجية للجسم أو في حالة زيادة في نشاط جسماني ترتفع درجة الحرارة في الجسم: هيبرترمية (היפרתרמיה)، عندها يُخرج الفائض من الحرارة بواسطة آليات سريعة التدخل. يتمّ ذلك أولاً بواسطة جهاز الأعصاب الذاتي، الذي يسبّب توسيع الأوعية الدموية وزيادة سرعة جريان الدم فيها. عندها تُخسر الحرارة بواسطة الإشعاع الحراري من سطح الجسم، يتبعها زيادة تبخّر الماء من سطح الجسم بسبب زيادة إفراز العرق. في حالة استمرار ارتفاع درجة الحرارة في البيئة الخارجية للجسم تحدث تغييرات في جهاز الإفراز الداخلي، التي تؤدي إلى انخفاض نشاط الجسم وإنتاج الطاقة فيه. عند القوارض يمكن ملاحظة توقّف نشاطهم في ساعات النهار وبالتالي تكون عملية إنتاج الطاقة في أجسامهم منخفضة جدًا. 

   الهورمونات الأساسية التي تؤدي إلى انخفاض وتيرة الآيض في حالة استمرار ارتفاع درجة حرارة البيئة الخارجية للجسم هي هورمونات الغدّة الدرقية (3 T ،4 T )، التي تفرز بوتيرة أقل وبالتالي تنخفض وتيرة الآيض.

   عندما تكون البيئة الخارجية باردة، يتعرّض الجسم إلى خسارة حرارة وبالتالي انخفاض درجة حرارته الداخلية هيبوترمية (היפותרמיה)، عندها يرتجف الجسم لإنتاج الطاقة، ردّة الفعل هذه مصدرها جهاز الأعصاب الذاتي. في حالة استمرار انخفاض درجة الحرارة في البيئة الخارجية يزداد نشاط هورمونات الغدة الدرقية مع زيادة إنتاج الطاقة في الجسم بسبب زيادة وتيرة الآيض فيه.

   تنظيم درجة حرارة الجسم يتمّ بواسطة سلوكيات الإنسان أيضًا. مثلاً في بيئة حارة تنتقل الكائنات الحية إلى أماكن باردة ومظللة، وفي بيئة باردة تنتقل الكائنات الحية إلى بيئة حارة أكثر مع ارتداء ملابس مناسبة أكثر. وهكذا بالنسبة للطيور فتهاجر إلى أماكن أخرى أكثر دفئاً في فصل الربيع. (أنظر شكل 3).

الفهرس

  

الفهرس

2.      مراقبة ضغط الدم

مثال آخر على الإتزان البدني في الجسم هو مراقبة ضغط الدم. ينتج ضغط الدم عن ضغط سائل الدم على جدران الأوعية الدموية. في الحالة الطبيعية يبقى الضغط ثابتاً لكنّه يمكن له أن يرتفع بشكل مؤقت عند ارتفاع وتيرة نبض القلب، وبالرغم من ذلك يمكن أن يرتفع بصورة دائمة في إنسان يعاني من إصابة في درجة مرونة جدران الأوعية الدموية. هناك قيمتين لضغط الدم، قيمة تعبِّر عن ضغط الدم عند انقباض القلب (مرحلة سيستوليّة) وقيمتها حوالي 120 ملم زئبق، وقيمة أخرى تعبِّر عن ضغط الدم عند انبساط القلب (مرحلة دياستوليّة) وقيمتها حوالي 80 ملم زئبق. 

   عند الأشخاص المتقدّمين في السن يوجد عادةً ارتفاع في ضغط الدم، الأمر الأخطر يكون إذا كان الإرتفاع يخص القيمة الدياستوليّة. عندما تكون هذه القيمة أكثر من 100 ملم زئبق يعتبر عندها ضغط دم عالٍ. في الحالة الطبيعية يكون ضغط الدم تحت مراقبة مركز عصبي يتواجد في النّخاع المستطيل، وهي تتمثل بمراقبة وتيرة نبضات القلب. توجد كذلك مراقبة من قبل جهاز الهرمونات، المعروفة بمصطلح نظام الرنين – أنجوتنسين كما يظهر في الرسم التخطيطي التالي:

شكل 5 أ: نظام الرنين – أنجوتنسين

الفهرس

يعالج ضغط الدم العالي عند الأشخاص المتقدّمين في السن بواسطة أدوية تعيق نشاط الإنزيم الإنعكاسي converting enzyme.

   تغيّرات في ضغط الدم ناتجة عن ارتفاع في حجم الماء في الدم، تنظم بمساعدة الكلية. عندما يكون هناك فائض من الماء في الدم، يزداد إفراز الصوديوم والماء في البول.

  

مقطع طولي للكلية.

الفهرس

3.      مراقبة Ph الدم

   مثال آخر على الإتزان البدني في جسم الإنسان هو المحافظة على قيمة الـ pH ثابتة في الدم. في الحالات الطبيعية قيمة الـ pH تكون 7.4 تقريبًا.

   توازن الـ pH يتم بمساعدة المواد المحصِّنة (בופרים)، وهي عبارة عن محاليل تحافظ على درجة حموضة (pH) ثابتة. الـpH  في المحلول ( في هذا المثال، الدم) يحدّد حسب تركيز أيونات الهيدروجين الحرّة (+ H) أو تركيز أيونات الهيدروكسيل ( OH- ) الحرّة. توجد 14 درجة للـ pH: في حموضة عالية، يكون تركيز أيونات الهيدروجين ] [ H+  عالي جدًا، تكون قيمة الـ pH  قريبة من الصفر، وكلما كان تركيز أيونات الهيدروجين منخفض أكثر، ترتفع قيمة الـ pH حتى 7. في pH = 7 يكون المحلول متعادل (] [ H+ = [OH-]). من جهة أخرى عندما يرتفع تركيز أيونات الـ   OH- [OH-]  ترتفع قيمة الـ pH  حتى 14= pH  كحد أقصى.

          

                                                                                              

                                                           

   إحدى المواد المحصِّنة في الجسم هي الألبومين. للألبومين التي في الدم ، كما لزلاليات كثيرة أخرى، توجد مجموعة جانبية R مع طرف أميني، NH2-. عندما ينخفض الـ pH ، ترتبط المجموعة الجانبية R مع أيونات الهيدروجين، والأيونات الهيدروكسيلية  ˉ OH- ترفع قيمة الـ pH في الدم. من الناحية الأخرى، يحتوي الألبومين على مجموعة جانبية R تنتهي بالمجموعة الكاربوكسيلية –COOH ، التي تحرر أيونات الهيدروجين. تعمل أيونات الهيدروجين H+ على خفض الـ pH في حالات يكون هناك ارتفاع في pH الدم. بالإضافة للألبومين توجد مواد أخرى في الدّم تعمل كمواد محصِّنة. مثل حامض الكربونيك وأيون البيكربونات. عندما يكون تركيز أيون الهيدروجين عالٍ جدًا أو منخفض جدًا في الدّم، يحفّز مركز التنفس في النخاع المستطيل الذي يسرِّع أو يبطئ وتيرة التنفس. في هذه الحالة يوجد ارتفاع أو انخفاض في تركيز

الفهرس

 الـ  CO2 في الدّم. الـ  CO2 يتحوّل إلى حامض الكربونيك بمساعدة الإنزيم كربونيك أنهيدراز، ونسبة قليلة من هذا الحامض يتحلّل لأيونات الهيدروجين وأيونات البيكربونات (ˉHCO3 ) ويخفّض الـ pH. خروج الـ CO2 من الرئتين، من جهة أخرى، يرفع الـ pH. فيما يلي المعادلة لهذا التفاعل:

CO2  +  H2O                              H2CO3                           HCO3ˉ   +   H+     

   كذلك أملاح الفوسفات المختلفة في السيتوبلازم وفي البول ( Na2HPO4  و- NaH2PO4 ) يعملون كمواد محصِّنة.

   تعمل الكلية كذلك الأمر على المحافظة على قيمة الـ pH في الدم. يمكن للكلية تكوين بول حامضي أو قاعدي، وهكذا تعيد تركيز أيونات الهيدروجين في الدم إلى التركيز الطبيعي.

قيم الـ pH لبعض المواد

إسم المادّة       pH

مياه جوفية حامضية   -3.6 – 1.0

بطارية سيارة -0.5

معدة

2.0

عصير حامض

2.4

كوكا كولا أو ببسي    2.5

خل

2.9

عصير برتقال أو تفاح

3.5

بيره    4.5

أمطار حامضية

5.0

قهوة    5.0

شاي

5.5

حليب

6.5

مياه مقطرة

7.0

لعاب

6.5 – 7.4

دم

7.34 – 7.45

مياه بحر        8.0

صابون  يد

9.0 – 10.0

ׁ(أمونيا) سماد          11.5

אקונומיקה

12.5

סודה קאוסטית

13.5

الفهرس

الإتزان البدني على مستوى المجتمع

   آليات الإتزان البدني تعمل كذلك في أجهزة يوجد فيها تنظيم لعشائر مختلفة. هذا ما يحدث في جهاز العلاقة الدوريَّة بين المفترس  والفريسة. عندما تكون كثافة الفرائس عالية يكون حال المفترسات جيّد وتتكاثر، ولكن يؤدي ذلك بالتالي إلى انخفاض عدد الفرائس مما يؤدي إلى انخفاض كمية الغذاء المتوفرة للمفترسات لذلك ينخفض عددها. عندها يزداد عدد الفرائس لتبدأ مرّة أخرى المفترسات بالتكاثر وهكذا دواليك.

   هكذا يحافظ على التوازن بين الكائنات المختلفة في نظام بيئي معيّن. يمكن تمثيل ذلك في الرسم التالي:

الفهرس

الهورمونات – مركبات تنظم عمليات في الجسم

   الهورمونات هي مجموعة من مواد منظِّمة لعمليّات مختلفة في جهاز الآيض في الجسم. تصل الهورمونات إلى خارج الخلايا وترسل إلى داخلها إشارات تنظم عملها. الهورمونات المعروفة اليوم هي مجموعة من مواد مختلفة:

א.      هورمونات تفرز من غدد داخليّة (صمّاء) وتنتقل بواسطة الدم.

ב.      هورمونات النمو المُفرزة من خلايا مختلفة لتنتقل إلى خلايا أخرى بواسطة الدم أو بواسطة السائل البين خلوي.

ג.       هورمونات تعمل كمواد ناقلة للتيار العصبي وظيفتها نقل السيال العصبي من خليّة عصبيَّة إلى خليّة عصبيَّة أخرى بواسطة التشابك السينابسي (سينابسا).

ד.       مواد مُفرزة من خلايا لتؤثر على خلايا قريبة منها.

كيميائيًّا تتبع الهورمونات لمجموعات كيماوية مختلفة:

א.      سلاسل ببتيديّة قصيرة (حتى 10 أحماض أمينيّة).

ב.      بروتينات.

ג.       ستيئوريدات (مشتقات من الكولسترول).

ד.       مشتقات من الأحماض الأمينيّة.

ה.      مشتقات من أحماض دهنيّة ذوات 20 عنصر كربون.

هورمونات مُفرزة من غدد داخليّة (صمّاء)

   تنتشر الغدد في أماكن مختلفة في الجسم، التي تفرز إلى الدّم مواد كيميائية مختلفة. غدّتان مركزيّتان تتواجدان أسفل المخ: الهيبّوتلاموس والهيبّوفيزا (الغدّة النخاميَّة). تنقسم غدَّة الهيبّوفيزا إلى ثلاثة أقسام: القسم الأمامي والقسم الخلفي والقسم الأوسط. يفرز الهيبّوتلاموس، الذي هو جزء من مبنى المخ، إلى الدّم  هورمونات لتصل إلى القسم الأمامي لغدَّة الهيبّوفيزا التي تتواجد أسفله. هذه الهورمونات تحفّز هذا الجزء من الهيبّوفيزا على إفراز هورمونات إلى الدّم لينقلها بدوره إلى غدد أخرى في الجسم. (أنظر شكل 9).   

           شكل 9: تأثير الهيبّوتلاموس على الهيبّوفيزا وتأثير الهيبّوفيزا على غدد أخرى. إلى اليمين نرى المسار: هيبّوتلاموس – هيبّوفيزا – الغدّة الدّرقيَّة. في الوسط نرى المسار: هيبّوتلاموس – هيبّوفيزا – الأعضاء التناسليّة (خصيتان أو مبيضان). إلى اليسار نرى المسار: هيبّوتلاموس – هيبّوفيزا – الغدّة الفوق كلويّة (الغدّة الكظريّة).

   في المسار TRH – TSH – ثيروكسين ( T4 )، يكون تركيز الهورمونات في حالة الرّاحة منخفض جدًا في الدم، في حالة وجود محفز ينشط الجهاز العصبي الذي يحفز بدوره عملية الإنتاج والإفراز (خروج الهورمون من الخلايا إلى الدّم) لهورمون الـ TRH في الهيبّوتلاموس. زيادة إنتاج هورمون الـ TRH يحفز

الفهرس

إنتاج وإفراز هورمون الـ   TSHمن الهيبّوفيزا، وهذا بدوره يحفز إنتاج وإفراز هورمون الثيروكسين من الغدّة الدرقيَّة والذي يعمل على مراقبة عمليّات الآيض في العديد من الأنسجة (كبد، عضلات، الأنسجة الدهنيّة وأخرى). ارتفاع تركيز هورمون الثيروكسين في الدّم يؤدّي إلى آليّة تغذية مرتدّة سالبة مما يؤدّي إلى انخفاض تركيز هورمون الـ TRH. نتيجة لذلك يوجد انخفاض في إنتاج وإفراز هورمون الـ TSH، وبالتالي انخفاض في إنتاج وإفراز هورمون الثيروكسين، وهكذا لتعود تراكيز الهورمونات الثلاثة إلى ما كانت عليه قبل حدوث المحفّز. آليّة تغذية سالبة يمكن أن تحدث كذلك مباشرة بين الثيروكسين وهورمون الـ TSH في الهيبّوفيزا. آليّة التغذية بين الغدّة الدرقيّة والهيبّوتلاموس تدعى آليّة تغذية مرتدّة طويلة، بينما آليّة التغذية المرتدّة بين الغدّة الدرقيّة والهيبّوفيزا تدعى آليّة تغذية مرتدّة سالبة قصيرة. وهكذا يمكن أن تحدث آليّة تغذية مرتدّة سالبة بين القسم الأمامي للهيبّوفيزا والهيبّوتلاموس.

                                                

                                                      

شكل 10: آليّة تغذية مرتدّة في المحور TRH (          )                TSH (        )                   ثيروكسين (      )

           (             تحفيز ضعيف،             تحفيز قوي،               إعاقة ضعيفة،            إعاقة قوية)

‏א.      TRH، TSH وثيروكسين بتركيز منخفض لأن أحدهم يسبِّب إنتاج الثاني بوتيرة منخفضة.

الفهرس

‏ב.      محفز خارجي يسبب إنتاج كميّة كبيرة من الـ TRH، و- TRH يزيد إفراز الـ TSH.                    

‏ג.       TSH الذي يفرز بكميّة كبيرة، يزيد إفراز الثيروكسين.

‏ד.       التركيز العالي للثيروكسين يسبِّب آليّة تغذية مرتدّة سالبة قصيرة على إنتاج TSH لذلك ينخفض تركيز TSH، ويسبِّب آليّة تغذية مرتدّة سالبة طويلة على إنتاج TRH لذلك ينخفض تركيز الـ TRH. كذلك تركيز عالٍ لـ TSH يسبّب آليّة تغذية مرتدّة سالبة قصيرة بين الهيبوفيزا والهيبوتلاموس.

‏ה.      إنخفاض تركيز TRH وتركيز TSH يعيد تركيز الثيروكسين إلى تركيزه الطبيعي.