16.1: التوازن والتنظيم التناضحي
يشير التوازن إلى الحالة المستقرة نسبيًا داخل جسم الحيوان. تتكيف أجهزة الحيوانات وأنظمة الأعضاء باستمرار مع التغييرات الداخلية والخارجية من أجل الحفاظ على هذه الحالة المستقرة. ومن الأمثلة على الحالات الداخلية التي يتم الحفاظ عليها بشكل متماثل مستوى الجلوكوز في الدم ودرجة حرارة الجسم ومستوى الكالسيوم في الدم. تظل هذه الحالات مستقرة بسبب العمليات الفسيولوجية التي تؤدي إلى علاقات ردود فعل سلبية. إذا ارتفع مستوى الجلوكوز في الدم أو الكالسيوم، فإن هذا يرسل إشارة إلى الأعضاء المسؤولة عن خفض نسبة الجلوكوز في الدم أو الكالسيوم. الإشارات التي تستعيد المستويات الطبيعية هي أمثلة على ردود الفعل السلبية. عندما تفشل آليات التوازن، يمكن أن تكون النتائج غير مواتية للحيوان. تحافظ آليات التوازن على الجسم في حالة توازن ديناميكي من خلال التكيف المستمر مع التغييرات التي تواجهها أنظمة الجسم. حتى الحيوان الذي يبدو غير نشط يحافظ على هذا التوازن المتماثل. مثالان على العوامل التي يتم تنظيمها بشكل متماثل هما درجة الحرارة ومحتوى الماء. تسمى العمليات التي تحافظ على توازن هذين العاملين بالتنظيم الحراري والتنظيم التناضحي.
التوازن
الهدف من التوازن هو الحفاظ على التوازن حول قيمة محددة لبعض جوانب الجسم أو خلاياه تسمى نقطة محددة. في حين أن هناك تقلبات طبيعية من النقطة المحددة، ستحاول أنظمة الجسم عادةً العودة إلى هذه النقطة. يسمى التغيير في البيئة الداخلية أو الخارجية بالحافز ويتم اكتشافه بواسطة المستقبل؛ استجابة النظام هي ضبط أنشطة النظام بحيث تعود القيمة نحو النقطة المحددة. على سبيل المثال، إذا أصبح الجسم دافئًا جدًا، يتم إجراء تعديلات لتبريد الحيوان. في حالة ارتفاع مستويات الجلوكوز في الدم بعد تناول الوجبة، يتم إجراء تعديلات لخفضها وإدخال المغذيات إلى الأنسجة التي تحتاجها أو لتخزينها لاستخدامها لاحقًا.
عندما يحدث تغيير في بيئة الحيوان، يجب إجراء تعديل حتى تظل البيئة الداخلية للجسم والخلايا مستقرة. المستقبل الذي يستشعر التغيير في البيئة هو جزء من آلية التغذية الراجعة. يتم اكتشاف المحفز - درجة الحرارة أو الجلوكوز أو مستويات الكالسيوم - بواسطة المستقبل. يرسل المستقبل المعلومات إلى مركز التحكم، غالبًا الدماغ، الذي ينقل الإشارات المناسبة إلى عضو مستجيب قادر على إحداث تغيير مناسب، إما لأعلى أو لأسفل، اعتمادًا على المعلومات التي يرسلها المستشعر.
التنظيم الحراري
يمكن تقسيم الحيوانات إلى مجموعتين: تلك التي تحافظ على درجة حرارة ثابتة للجسم في مواجهة درجات الحرارة البيئية المختلفة، وتلك التي لها درجة حرارة جسم مماثلة لبيئتها وبالتالي تختلف مع درجة حرارة البيئة. تسمى الحيوانات التي ليس لديها تحكم داخلي في درجة حرارة جسمها باسم Ectotherms. تتشابه درجة حرارة جسم هذه الكائنات بشكل عام مع درجة حرارة البيئة، على الرغم من أن الكائنات الحية الفردية قد تفعل أشياء تجعل أجسامها أقل قليلاً أو أعلى من درجة حرارة البيئة. يمكن أن يشمل ذلك الاختباء تحت الأرض في يوم حار أو الراحة في ضوء الشمس في يوم بارد. يُطلق على مصطلح Ectotherms اسم الدم البارد، وهو مصطلح قد لا ينطبق على حيوان في الصحراء بدرجة حرارة جسم دافئة جدًا.
يُطلق على الحيوان الذي يحافظ على درجة حرارة ثابتة للجسم في مواجهة التغيرات البيئية اسم ماص الحرارة. هذه الحيوانات قادرة على الحفاظ على مستوى من النشاط لا يستطيع حيوان الحرارة الخارجية أن يحافظ على عمل عملياتها الخلوية على النحو الأمثل حتى عندما تكون البيئة باردة.
مفهوم في العمل
شاهد فيديو قناة Discovery Channel هذا حول التنظيم الحراري لمشاهدة الرسوم التوضيحية للعملية في مجموعة متنوعة من الحيوانات.
تحافظ الحيوانات على الحرارة أو تبديدها بطرق متنوعة. تحتوي الحيوانات الماصة للحرارة على شكل من أشكال العزل. لديهم فراء أو دهون أو ريش. تخلق الحيوانات ذات الفراء السميك أو الريش طبقة عازلة من الهواء بين بشرتها وأعضائها الداخلية. تعيش الدببة والفقمات القطبية وتسبح في بيئة تحت التجمد ومع ذلك تحافظ على درجة حرارة ثابتة ودافئة للجسم. يستخدم الثعلب القطبي، على سبيل المثال، ذيله الرقيق كعزل إضافي عندما يتجعد للنوم في الطقس البارد. يمكن للثدييات زيادة إنتاج حرارة الجسم عن طريق الارتعاش، وهي زيادة لا إرادية في نشاط العضلات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تنقبض عضلات arrectorpili مما يؤدي إلى وقوف الشعر الفردي عندما يكون الفرد باردًا. هذا يزيد من التأثير العازل للشعر. يحتفظ البشر بهذا التفاعل، الذي ليس له التأثير المقصود على أجسامنا الخالية من الشعر نسبيًا؛ بل يسبب «قشعريرة» بدلاً من ذلك. تستخدم الثدييات طبقات من الدهون كعزل أيضًا. سيؤدي فقدان كميات كبيرة من الدهون في الجسم إلى الإضرار بقدرة الفرد على الحفاظ على الحرارة.
تستخدم Ectotherms و Matotherms أنظمة الدورة الدموية للمساعدة في الحفاظ على درجة حرارة الجسم. يؤدي توسع الأوعية، وهو فتح الشرايين إلى الجلد عن طريق استرخاء عضلاتها الملساء، إلى جلب المزيد من الدم والحرارة إلى سطح الجسم، مما يسهل الإشعاع وفقدان الحرارة التبخرية، ويبرد الجسم. يقلل تضيق الأوعية الدموية، وهو تضييق الأوعية الدموية على الجلد عن طريق تقلص عضلاتها الملساء، من تدفق الدم في الأوعية الدموية الطرفية، مما يدفع الدم نحو الأعضاء الأساسية والحيوية، مما يحافظ على الحرارة. تتكيف بعض الحيوانات مع نظام الدورة الدموية الذي يمكنها من نقل الحرارة من الشرايين إلى الأوردة التي تتدفق بجانب بعضها البعض، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الدم العائد إلى القلب. وهذا ما يسمى بالتبادل الحراري للتيار المعاكس؛ فهو يمنع الدم الوريدي البارد من تبريد القلب والأعضاء الداخلية الأخرى. تم العثور على تكيف التيار المعاكس في الدلافين وأسماك القرش والأسماك العظمية والنحل والطيور الطنانة.
تستخدم بعض حيوانات الحرارة الخارجية تغييرات في سلوكها للمساعدة في تنظيم درجة حرارة الجسم. إنهم ببساطة يبحثون عن مناطق أكثر برودة خلال الجزء الأكثر سخونة من اليوم في الصحراء لتجنب الدفء الشديد. قد تتسلق نفس الحيوانات الصخور في المساء لالتقاط الحرارة في ليلة صحراوية باردة قبل دخول جحورها.
يتم تنسيق التنظيم الحراري بواسطة الجهاز العصبي (الشكل16.1.1). تتركز عمليات التحكم في درجة الحرارة في منطقة ما تحت المهاد في دماغ الحيوان المتقدم. يحافظ الوطاء على النقطة المحددة لدرجة حرارة الجسم من خلال ردود الفعل التي تسبب توسع الأوعية أو تضيق الأوعية والارتعاش أو التعرق. يقوم الجهاز العصبي الودي الخاضع لسيطرة منطقة ما تحت المهاد بتوجيه الاستجابات التي تؤثر على التغيرات في فقدان أو زيادة درجة الحرارة التي تعيد الجسم إلى النقطة المحددة. قد يتم تعديل نقطة الضبط في بعض الحالات. أثناء الإصابة، يتم إنتاج مركبات تسمى البيروجينات وتنتقل إلى منطقة ما تحت المهاد لإعادة ضبط منظم الحرارة إلى قيمة أعلى. هذا يسمح لدرجة حرارة الجسم بالارتفاع إلى نقطة توازن استاتيكية جديدة فيما يسمى عادة بالحمى. إن الزيادة في حرارة الجسم تجعل الجسم أقل مثالية لنمو البكتيريا وتزيد من أنشطة الخلايا حتى تكون أكثر قدرة على مكافحة العدوى.
آرت كونيكشن

عندما يتم تدمير البكتيريا بواسطة كريات الدم البيضاء، يتم إطلاق البيروجينات في الدم. تقوم البيروجينات بإعادة ضبط ترموستات الجسم إلى درجة حرارة أعلى، مما يؤدي إلى الحمى. كيف يمكن أن تتسبب البيروجينات في ارتفاع درجة حرارة الجسم؟
تنظيم التناضح
التنظيم التناضحي هو عملية الحفاظ على توازن الملح والماء (التوازن الأسموزي) عبر الأغشية داخل الجسم. تتكون السوائل داخل الخلايا المحيطة بها من الماء والإلكتروليتات وغير الإلكتروليتات. الإلكتروليت هو مركب يتفكك إلى أيونات عند إذابته في الماء. في المقابل، لا ينفصل اللاإلكتروليت إلى أيونات في الماء. تشمل سوائل الجسم بلازما الدم والسوائل الموجودة داخل الخلايا والسائل الخلالي الموجود في الفراغات بين خلايا وأنسجة الجسم. أغشية الجسم (كل من الأغشية المحيطة بالخلايا و «الأغشية» المصنوعة من الخلايا المبطنة لتجاويف الجسم) هي أغشية شبه قابلة للنفاذ. الأغشية شبه القابلة للنفاذ قابلة للاختراق لأنواع معينة من المواد المذابة والماء، ولكن عادة ما تكون أغشية الخلايا غير منفذة للمذيبات.
لا يوجد الجسم في عزلة. هناك مدخلات ثابتة من الماء والإلكتروليتات في النظام. يتم نقل المياه الزائدة والإلكتروليتات والنفايات إلى الكلى وإفرازها، مما يساعد على الحفاظ على التوازن التناضحي. يؤدي تناول السوائل غير الكافي إلى حفظ السوائل عن طريق الكلى. تتفاعل الأنظمة البيولوجية باستمرار وتتبادل الماء والمواد الغذائية مع البيئة عن طريق استهلاك الطعام والماء ومن خلال الإفراز في شكل العرق والبول والبراز. وبدون آلية لتنظيم الضغط الاسموزي، أو عندما يضر المرض بهذه الآلية، هناك ميل إلى تراكم النفايات السامة والمياه، الأمر الذي يمكن أن يكون له عواقب وخيمة.
تطورت أنظمة الثدييات لتنظيم ليس فقط الضغط الأسموزي العام عبر الأغشية، ولكن أيضًا التركيزات المحددة للشوارد المهمة في أقسام السوائل الرئيسية الثلاثة: بلازما الدم والسائل الخلالي والسائل داخل الخلايا. نظرًا لأن الضغط الاسموزي يتم تنظيمه من خلال حركة الماء عبر الأغشية، يمكن أيضًا تغيير حجم حجرات السوائل مؤقتًا. نظرًا لأن بلازما الدم هي أحد مكونات السوائل، فإن الضغوط التناضحية لها تأثير مباشر على ضغط الدم.
نظام الإخراج
يعمل نظام الإخراج البشري على إزالة النفايات من الجسم عبر الجلد مثل العرق والرئتين في شكل ثاني أكسيد الكربون الزفير ومن خلال الجهاز البولي على شكل بول. تشارك جميع هذه الأنظمة الثلاثة في تنظيم التناضح وإزالة النفايات. نركز هنا على الجهاز البولي، الذي يتكون من الكلى المزدوجة والحالب والمثانة البولية والإحليل (الشكل16.1.2). الكليتان عبارة عن زوج من الهياكل على شكل حبة الفول التي تقع أسفل الكبد مباشرة في تجويف الجسم. تحتوي كل كلية على أكثر من مليون وحدة صغيرة تسمى النيفرون التي ترشح الدم الذي يحتوي على النفايات الأيضية من الخلايا. يتم تصفية كل الدم في جسم الإنسان حوالي 60 مرة في اليوم عن طريق الكلى. تقوم النيفرون بإزالة النفايات وتركيزها وتشكيل البول الذي يتم جمعه في المثانة.
داخليًا، تتكون الكلية من ثلاث مناطق - القشرة الخارجية، والنخاع في الوسط، والحوض الكلوي، وهو الطرف الموسع للحالب. تحتوي القشرة الكلوية على الكلوية - الوحدة الوظيفية للكلية. يجمع الحوض الكلوي البول ويؤدي إلى الحالب على الجزء الخارجي من الكلية. الحالب عبارة عن أنابيب تحمل البول تخرج من الكلية وتفرغ في المثانة البولية.

يدخل الدم إلى كل كلية من الشريان الأورطي، الشريان الرئيسي الذي يغذي الجسم تحت القلب، من خلال الشريان الكلوي. يتم توزيعه في أوعية أصغر حتى يصل إلى كل نيفرون في الشعيرات الدموية. داخل النيفرون، يتلامس الدم بشكل وثيق مع الأنابيب التي تجمع النفايات في هيكل يسمى الكبيبة. الماء والعديد من المواد المذابة الموجودة في الدم، بما في ذلك أيونات الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم وغيرها؛ وكذلك النفايات والمواد القيمة مثل الأحماض الأمينية والجلوكوز والفيتامينات، تترك الدم وتدخل نظام أنابيب النيفرون. عندما تمر المواد عبر الأنبوب، يتم إعادة امتصاص الكثير من الماء والأيونات المطلوبة والمركبات المفيدة مرة أخرى إلى الشعيرات الدموية المحيطة بالأنابيب تاركًا النفايات وراءها. تتطلب بعض عمليات إعادة الامتصاص هذه نقلًا نشطًا وتستهلك ATP. تنتشر بعض النفايات، بما في ذلك الأيونات وبعض الأدوية المتبقية في الدم، من الشعيرات الدموية إلى السائل الخلالي وتمتصها الخلايا الأنبوبية. ثم يتم إفراز هذه النفايات بنشاط في الأنابيب. ثم يتجمع الدم في أوعية أكبر وأكبر ويترك الكلية في الوريد الكلوي. ينضم الوريد الكلوي إلى الوريد الأجوف السفلي، وهو الوريد الرئيسي الذي يعيد الدم إلى القلب من الجزء السفلي من الجسم. يتم تنظيم كميات الماء والأيونات التي يتم امتصاصها في الدورة الدموية بعناية وهذه طريقة مهمة لتنظيم الجسم لمحتوى الماء ومستويات الأيونات. يتم جمع النفايات في أنابيب أكبر ثم تترك الكلية في الحالب، مما يؤدي إلى المثانة حيث يتم تخزين البول ومجموعة النفايات والمياه.
تحتوي المثانة على أعصاب حسية ومستقبلات تمدد تشير عند الحاجة إلى تفريغها. تخلق هذه الإشارات الرغبة في التبول، والتي يمكن قمعها طوعًا إلى حد أقصى. يؤدي القرار الواعي بالتبول إلى إرسال إشارات اللعب التي تفتح العضلة العاصرة، وحلقات العضلات الملساء التي تغلق الفتحة، إلى مجرى البول الذي يسمح للبول بالتدفق خارج المثانة والجسم.
مهنة في العمل: فني غسيل الكلى
غسيل الكلى هو عملية طبية لإزالة النفايات والمياه الزائدة من الدم عن طريق الانتشار والترشيح الفائق. عندما تفشل وظائف الكلى، يجب إجراء غسيل الكلى لتخليص الجسم بشكل مصطنع من الفضلات والسوائل. هذه عملية حيوية لإبقاء المرضى على قيد الحياة. في بعض الحالات، يخضع المرضى لغسيل الكلى الاصطناعي حتى يصبحوا مؤهلين لزراعة الكلى. في الحالات الأخرى غير المرشحة لزراعة الكلى، يعد غسيل الكلى ضرورة مدى الحياة.
عادةً ما يعمل فنيو غسيل الكلى في المستشفيات والعيادات. في حين أن بعض الأدوار في هذا المجال تشمل تطوير المعدات وصيانتها، فإن معظم فنيي غسيل الكلى يعملون في الرعاية المباشرة للمرضى. تركز واجباتهم أثناء العمل، والتي تحدث عادةً تحت الإشراف المباشر لممرضة مسجلة، على توفير علاجات غسيل الكلى. يمكن أن يشمل ذلك مراجعة تاريخ المريض وحالته الحالية، وتقييم احتياجات المريض والاستجابة لها قبل العلاج وأثناءه، ومراقبة عملية غسيل الكلى. قد يشمل العلاج أخذ العلامات الحيوية للمريض والإبلاغ عنها، وإعداد الحلول والمعدات لضمان الإجراءات الدقيقة والمعقمة.
ملخص القسم
التوازن هو توازن ديناميكي يتم الحفاظ عليه في أنسجة الجسم والأعضاء. إنها ديناميكية لأنها تتكيف باستمرار مع التغييرات التي تواجهها الأنظمة. إنه توازن لأن وظائف الجسم يتم الاحتفاظ بها ضمن النطاق الطبيعي، مع بعض التقلبات حول نقطة محددة. الكلى هي الأعضاء الرئيسية لتنظيم التناضح في أنظمة الثدييات؛ فهي تعمل على تصفية الدم والحفاظ على تركيزات الأيونات الذائبة في سوائل الجسم. وتتكون داخليًا من ثلاث مناطق متميزة - القشرة والنخاع والحوض. تنشأ الأوعية الدموية التي تنقل الدم داخل وخارج الكلى من الشريان الأورطي والوريد الأجوف السفلي وتندمج معهما، على التوالي. النيفرون هو الوحدة الوظيفية للكلية، التي تقوم بتصفية الدم بشكل فعال وتوليد البول. يخرج البول من الكلية عبر الحالب ويتم تخزينه في المثانة البولية. يتم إخراج البول من الجسم عبر مجرى البول.
اتصالات فنية
الشكل16.1.1: عندما يتم تدمير البكتيريا بواسطة كريات الدم البيضاء، يتم إطلاق البيروجينات في الدم. تقوم البيروجينات بإعادة ضبط ترموستات الجسم إلى درجة حرارة أعلى، مما يؤدي إلى الحمى. كيف يمكن أن تتسبب البيروجينات في ارتفاع درجة حرارة الجسم؟
- إجابة
-
تزيد البيروجينات من درجة حرارة الجسم عن طريق التسبب في انقباض الأوعية الدموية، وتحفيز الارتعاش، ومنع الغدد العرقية من إفراز السوائل.
مسرد المصطلحات
- Ectotherm
- كائن حي يعتمد بشكل أساسي على مصادر الحرارة البيئية للحفاظ على درجة حرارة الجسم
- ماص للحرارة
- كائن حي يعتمد بشكل أساسي على مصادر الحرارة الداخلية للحفاظ على درجة حرارة الجسم
- سائل خلالي
- السائل الموجود بين خلايا الجسم، يشبه في تكوينه المكون السائل في الدم، ولكن بدون التركيزات العالية للبروتينات
- كلية
- الجهاز الذي يؤدي وظائف الإخراج والتنظيم التناضحي
- نيفرون
- الوحدة الوظيفية للكلية
- التنظيم التناضحي
- الآلية التي يتم من خلالها الحفاظ على تركيزات الماء والمذاب عند المستويات المطلوبة
- التوازن الاسموزي
- القيم المناسبة للمياه والتركيزات المذابة لكائن صحي
- شريان كلوي
- الشريان الذي يوصل الدم إلى الكلية
- الوريد الكلوي
- الوريد الذي يستنزف الدم من الكلى
- نقطة محددة
- القيمة المستهدفة للحالة الفسيولوجية في التوازن
- الحالب
- الأنابيب الحاملة للبول التي تخرج من الكلية
- إحليل
- الأنبوب الذي ينقل البول من المثانة البولية إلى البيئة الخارجية
- مثانة بولية
- الهيكل الذي يفرغ الحالب البول فيه