آليات التحكم بالثبات الداخلي

1-3 آليات التحكم بالثبات الداخلي

(Homoeostasis Stability Mechanisms)

رابط الدرس الرقمي

[www.ien.edu.sa](http://www.ien.edu.sa)

الأهداف: بنهاية الدرس أستطيع أن:

• أستنتج مفهوم آليات التحكم بالثبات الداخلي في جسم الإنسان.
• أعدد أنواع آليات التغذية الراجعة.
• أقارن بين آليات التغذية الراجعة السلبية وآليات التغذية الراجعة الإيجابية.

المفاهيم

| المفهوم العربي | المفهوم الإنجليزي |
| ------------------------- | ----------------- |
| التغذية الراجعة السلبية | Negative feedback |
| التغذية الراجعة الإيجابية | Positive feedback |

الصورة التابعة

01_اهداف_ومفاهيم_وتمهيد_آليات_التحكم_بالثبات_الداخلي.png

تمهيد

لأجل تحقيق التكامل والتوازن في العمليات الفسيولوجية يلجأ الجسم إلى تفعيل آليات السيطرة على الثبات الداخلي التي تشمل التغذية الراجعة السلبية Negative feedback، والتغذية الراجعة الإيجابية Positive feedback.

حيث تهدف هذه الآليات إلى إبقاء أي متغير من متغيرات البيئة الداخلية؛ كمستوى السكر في الدم، والأكسجين، الماء، ودرجة الحرارة في حالة ثبات وتوازن عند المعدلات الطبيعية.

آليات التحكم بالثبات الداخلي

يلجأ الجسم إلى تحقيق التوازن بين مدخلات الجسم Input ومخرجاته Output في كل متغير بحيث تتساوى تقريبًا مدخلات الجسم مع مخرجاته، وتكون ضمن النطاق الطبيعي.

فمثلًا خلال التمارين الرياضية حسب شدتها ونوعيتها ينتج الجسم كمية كبيرة من الطاقة تولد زيادة في الحرارة؛ لذلك يعمل الجسم على تبريد نفسه وفقد كمية كبيرة من الحرارة، وتكون تقريبًا موازية لما نتج عن التمارين الرياضية؛ وذلك لإبقاء حالة الثبات الداخلي في درجة الحرارة وعدم الإخلال بوظائف الجسم.

ولا يهم في هذا المجال القيم المطلقة للداخل أو الخارج بقدر ما يهم التوازن بينهما.

ولا تحافظ هذه الآلية على ثبات مطلق في المتغير؛ بل تحاول تحييد معدل التغير إلى أقل نسبة ممكنة، فالحفاظ على ثبات كامل قد لا يكون ممكنًا خاصة عند استمرار حدوث التغير.

إن عدم عودة المتغير إلى قيمته الأصلية قبل حدوث التغير يقدم فائدة تحث آليات التحكم بالثبات بالعمل دائمًا لما فيه من مصلحة لجسم الإنسان، وعمل أنظمته طبيعيًا، والمطلوب لبقائه حيًا.

استمرار آليات التحكم بالثبات الداخلي

وتعمل على إبقاء المتغير ضمن المعدل الطبيعي الفسيولوجي، وليس عند قيمة واحدة ثابتة.

وهكذا نستطيع القول مثلًا بأن المدى الفسيولوجي لمعدل السكر في دم الإنسان الطبيعي صباحًا قبل الأكل يتراوح تقريبًا بين 80 - 100 مليجرام/ديسليتر، عوضًا عن استعمال قيمة مطلقة واحدة.

ولكن آليات التحكم بالثبات الداخلي لا يمكنها تثبيت المتغيرات جميعها في الوقت نفسه وبالدرجة نفسها، بل إن بعض المتغيرات تثبت على حساب متغيرات أخرى أقل أهمية.

إن هذه الآليات لديها نظام من الترتيب لأهمية المتغيرات المختلفة، ويجري تثبيت الأكثر أهمية منها لبقاء الكائن على حساب تلك الأقل أهمية.

فإذا كان التخلص من الماء ضروريًا لإخراج الفضلات الضارة على هيئة بول، وكان الجسم في حالة من الجفاف، فآليات التحكم بالثبات الداخلي لا تسمح له بإخراج المزيد من الماء؛ لذا فالتبول يتوقف مؤقتًا حتى ولو تراكمت الفضلات الضارة مدة من الزمن؛ فتثبيت كمية الماء في الجسم أكثر أهمية من تثبيت كمية الفضلات الضارة.

الصورة التابعة

02_مدى_المتغيرات_ووقت_ظهور_آليات_التحكم_والتغذية_السلبية.png

وقت ظهور آليات التحكم بالثبات الداخلي

آليات التحكم تتطور تدريجيًا حسب حاجة الجسم، وبمعدلات تختلف من آلية إلى أخرى.

لا شك أن بعض آليات التحكم بالثبات الداخلي تبدأ بالعمل مبكرة في حياة الجنين؛ فالغدة النخامية مثلًا تبدأ بالتطور في الأسابيع الأربعة الأولى من عمر الجنين، ويكتمل نضجها في الأسبوع العشرين تقريبًا من عمر الجنين.

ومن المنطقي الافتراض بأنها تبدأ في إفراز هرموناتها التي تعد أدوات للتحكم بالثبات الداخلي في مراحل مبكرة، وذلك لحاجة الجنين في هذا الوقت لبعض هرموناتها مثل هرمون النمو وغيره.

بعد الولادة بأسبوعين تقريبًا؛ فإن آليات التحكم بعمل الجهازين الدوري والتنفسي تبدأ بهيمنتها على الجسم لجعله يؤدي وظائفه على النحو المطلوب والصحيح في هذه المرحلة من العمر.

أما آليات التحكم في الكلية فلا تكتمل سيطرتها إلا في غضون عامين.

وعمومًا يمكن القول بأن الانتقال من الحياة الجنينية في بطن الأم إلى حياة بعد الولادة يتطلب تطويرًا في آليات التحكم يتناسب مع الوضع بعد الولادة.

أنواع آليات التحكم بالثبات الداخلي

يوجد نوعان من آليات التحكم بالثبات الداخلي:

• آليات التغذية الراجعة السلبية.
• آليات التغذية الراجعة الإيجابية.

1. آليات التغذية الراجعة السلبية

هذه الآليات هي النوع السائد والأكثر حدوثًا في الجسم، وسوف تطرح العديد من الأمثلة عليها عند دراستنا وظائف أجهزة الجسم المختلفة.

وفي هذا النوع من الآليات تؤدي الزيادة أو النقص في المتغير قيد الدراسة إلى استجابة تسير بالمتغير في الاتجاه المعاكس “الاتجاه السالب” لاتجاه التغير الأصلي من المنبه.

يمكن تلخيص عمل آليات التغذية الراجعة السلبية بالشكل (1-8)؛ حيث يبين الخط المتقطع أن الاستجابة تكون بالاتجاه المعاكس للمنبه، الأمر الذي يلغي هذا المنبه أو يعادله، ويكون الهدف إعادة المتغير إلى حدوده الفسيولوجية الطبيعية.

الشكل (1-8)

توضيح لآليات التغذية الراجعة السلبية.

ترتيب المخطط:

منبه ← متغير ← استجابة
ثم تعود الاستجابة باتجاه معاكس للمنبه بعلامة سلبية (-).

الصورة التابعة

03_مخطط_التغذية_الراجعة_السلبية_ومثال_سكر_الدم.png

جدير بالذكر أن أبسط أنواع آليات التغذية الراجعة السلبية يشبه إلى حد كبير أنظمة التشغيل والإيقاف on-off الهندسية، لكن الآليات التي تعمل في الجسم عادة ما تكون أكثر تعقيدًا؛ وذلك لتقليل التذبذب في قيمة المتغير إلى أقصى درجة ممكنة.

مثل هذه الأنواع المعقدة تسمى أنظمة التغذية الراجعة السلبية النسبية proportional؛ حيث تكون الاستجابة متناسبة مع مقدار المنبه.

إذ إن كل تغير صغير في قيمة المتغير المحددة سلفًا set-point يسبب حدوث استجابة متناسبة معه بحيث لا تتذبذب قيمة المتغير المحددة تذبذبًا كبيرًا.

ومع ذلك فإن آليات التغذية السلبية هي أكثر تعقيدًا حتى من هذا النوع النسبي؛ إذ إنها تستدعي أحيانًا حدوث تعديل في قيمة المتغير المحددة زيادة أو نقصًا؛ استجابة للدورات الليلية والنهارية، والدورات الفصلية، والتغيرات الأيضية، والمرضية، وخلافه.

مثال على أنظمة التغذية الراجعة السلبية

من أشهر الأمثلة على آليات التغذية الراجعة السلبية تنظيم سكر الدم في حال الارتفاع أو الانخفاض.

عندما يستهلك الشخص الكربوهيدرات من خلال الأطعمة يحولها الجسم إلى جلوكوز، وهو سكر بسيط يعمل بصفته مصدرًا حيويًا للطاقة.

ومع ذلك لا يستعمل الجسم كل هذا الجلوكوز دفعة واحدة، عوضًا عن ذلك يحول بعضها إلى جزيئات تخزين تسمى الجلايكوجين، ويخزنها في الكبد والعضلات.

تختلف مستويات السكر في الدم لدى الشخص على مدار اليوم، ولكن هرموني الأنسولين والجلوكاجون يحافظان عليها في نطاق صحي معتدل عمومًا.

تنظيم معدل سكر الدم

عندما لا يمتص الجسم أو لا يحول ما يكفي من الجلوكوز، تظل مستويات السكر في الدم مرتفعة، فترسل إشارات واردة إلى مركز التحكم، حيث يرسل إشارات صادرة إلى البنكرياس ليفرز هرمون الأنسولين الذي يقلل من مستويات السكر في الدم في الجسم، ويزود الخلايا بالجلوكوز للحصول على الطاقة من خلال مساعدة الخلايا على امتصاص الجلوكوز حتى يعود مستوى السكر في الدم إلى المعدل الطبيعي.

وعندما تكون مستويات السكر في الدم منخفضة للغاية يفرز البنكرياس الجلوكاجون، ويوجه الجلوكاجون الكبد لإفراز الجلوكوز المخزن عن طريق تكسير الجلايكوجين “سكر معقد” الذي خُزن من قبل؛ مما يؤدي إلى ارتفاع مستويات السكر في الدم في الجسم وعودتها إلى المعدل الطبيعي.

الشكل (1-9)

تنظيم معدل سكر الدم عن طريق هرمون الإنسولين والجلوكاجون.

عناصر الشكل

• البنكرياس.
• إنسولين.
• تزويد الخلايا بالجلوكوز.
• الكبد.
• جلوكوز.
• جليكوجين.
• وعاء دموي.
• جلوكاجون.
• مستوى طبيعي للجلوكوز في الدم.
• يرتفع مستوى الجلوكوز في الدم بعد تناول الطعام.
• ينخفض مستوى الجلوكوز في الدم.

الصورة التابعة

04_تنظيم_سكر_الدم_والتغذية_الراجعة_الإيجابية.png

2. آليات التغذية الراجعة الإيجابية

أحيانًا تؤدي الزيادة أو النقص في متغير ما إلى استجابة تكون في نفس الاتجاه الذي حدث به التغير الأصلي.

فالزيادة في المتغير تؤدي إلى مزيد من الزيادة، والنقص إلى مزيد من النقص، وهكذا يبدو لنا أن هذه الآليات تنحي بالمتغير بعيدًا عن حالة الثبات.

ومع ذلك فإن هذه الآليات مهمة في أنها تخدم الغرض النهائي من آليات التحكم، وهو بقاء المخلوق الحي وعودة وظائفه للعمل طبيعيًا.

يلخص الشكل (1-10) ما يحدث في آليات التغذية الراجعة الإيجابية. لاحظ أن الإشارة (+) تعني أن الاستجابة تؤدي إلى المزيد من التنبيه ومزيد من التغير والاستجابة.

الشكل (1-10)

توضيح لآليات التغذية الراجعة الإيجابية.

ترتيب المخطط:

منبه ← متغير ← استجابة
ثم تعود الاستجابة لزيادة المنبه بعلامة موجبة (+).

أمثلة على أنظمة التغذية الراجعة الإيجابية

هناك أمثلة قائمة في الجسم على أنظمة التغذية الراجعة الإيجابية؛ منها الآتي:

المثال الأول: تخثر الدم

عند الإصابة بجرح ينزف الدم من الجرح.

لتنظيم ثبات الدم تتجمع الصفائح الدموية وتخثر الدم؛ حيث يستقطب عدد أكبر من الصفائح الدموية إلى مكان الجرح لتساعد على التئام الجرح ورجوعه إلى الوضع الطبيعي.

المثال الثاني: إفراز الأوكسيتوسين أثناء الولادة

أثناء المخاض في فترة الطلق والولادة، عندما يدفع جسم الجنين رأسه عادة ضد عنق الرحم، تنتقل النبضات العصبية الناتجة عن هذا التحفيز إلى مخ الأم، ثم تحفز الغدة النخامية الخلفية على إطلاق الأوكسيتوسين في مجرى الدم.

ينتقل الأوكسيتوسين إلى الرحم ويحفز الانقباضات؛ حيث يحفز الأوكسيتوسين تقلصات العضلات التي تدفع الطفل عبر قناة الولادة، وينتج عنه تقلصات أقوى أو متزايدة تكمل عملية ولادة الطفل طبيعيًا.

الشكل (1-11)

إفراز هرمون الأوكسيتوسين ليزيد انقباضات عضلات الرحم ويحفزها أثناء الولادة.

عناصر الشكل

• اندفاع رأس الطفل نحو عنق الرحم.
• تنتقل النبضات العصبية من عنق الرحم إلى الدماغ.
• يحفز الدماغ الغدة النخامية لإفراز الأوكسيتوسين.
• الأوكسيتوسين يحمل في مجرى الدم إلى الرحم.
• يحفز الأوكسيتوسين تقلصات الرحم ويدفع الطفل نحو عنق الرحم.

الصورة التابعة

05_أمثلة_التغذية_الراجعة_الإيجابية_والأوكسيتوسين.png

نشاط (1-6) تثبيت المفاهيم الرئيسة

مستعينًا بالرسم البياني قارن بين التغذية الراجعة السلبية والتغذية الراجعة الإيجابية كما هو مطلوب في الجدول.

محتوى الجدول

| المطلوب | التغذية الراجعة السلبية | التغذية الراجعة الإيجابية |
| ------------------------------------------ | ----------------------- | ------------------------- |
| الرسم البياني | تركيز الجلوكوز في الدم | تنشيط الصفائح الدموية |
| نظام التغذية الراجعة | | |
| آلية التغذية الراجعة مع المنبه تكون باتجاه | | |
| وضع المتغير بعد التغذية الراجعة يكون | | |
| مثال يوضح الآلية الراجعة لكل قسم | | |

ملخص لمبدأ الثبات الداخلي وشرح الفعل المنعكس

يتضح من السابق أن آليات التحكم بالثبات الداخلي تتخذ شكلًا أساسيًا واحدًا هو شكل المنعكس Reflex، الفعل المنعكس أو القوس المنعكس Reflex arc الذي يضم عناصر متعددة تبدأ بالمنبه Stimulus وتنتهي بالاستجابة Response.

لهذا فإن استجابة مركز التحكم والتكامل تمثل تكاملًا لعديد من المعلومات والإشارات المرسلة والمستقبلة، حيث تنتقل الإشارة التي يصدرها مركز التحكم والتكامل عن طريق خلايا عصبية على هيئة جهد فعل، أو في الدم على هيئة هرمون “رسائل كيميائية” عبر المسالك الصادرة Efferent pathways إلى المتأثر Effector الذي يمكن أن يكون أي خلية في الجسم.

وأفضل الأمثلة للمتأثرات هي العضلات والغدد.

وتشكل المتأثرات التراكيب التي تعطي الاستجابة Response بأشكال مختلفة، كإفراز هرمون من غدة معينة، أو تحرك عضلي كالانقباض والانبساط، وغير ذلك من الاستجابات التي سنتطرق إليها لاحقًا.

الصورة التابعة

06_ملخص_الثبات_الداخلي_وشرح_الفعل_المنعكس.png

الاستجابة في أغلب المنعكسات

الاستجابة في أغلب المنعكسات بشكل التغذية الراجعة السلبية تكون باتجاه معاكس لاتجاه المنبه الأصلي، وتؤدي إلى إلغائه، أو الحد منه ومنعه من إحداث مزيد من التغير ليعود الجسم إلى عمله طبيعيًا.

تكون المنعكسات إما:

• منعكسات طويلة Long.
• منعكسات محلية قصيرة Local.

المنعكسات الطويلة

تنظيم درجة حرارة الجسم مثلًا يعد منعكسًا طويلًا نسبيًا نظرًا للمسافة الطويلة التي تقطعها الإشارة بين مكان تأثير المنبه ومكان حدوث الاستجابة.

فالجلوس في مكان بارد جدًا أو الخروج وقت الشتاء خارج المنزل دون لباس ثقيل يؤثر على نهايات كراوس Krause endings الموجودة في الجلد؛ حيث تتحسس لتعطي رسالة واردة على شكل جهد فعل خاص ينتقل عبر الأعصاب إلى مركز التحكم بدرجة الحرارة الموجود في منطقة تحت المهاد.

بعد ذلك يصدر مركز التحكم جهد فعل ينتقل عبر الأعصاب الحركية الذاهبة إلى العضلات الهيكلية؛ فتبدأ بالارتجاف “نوع من الانقباض يمثل استجابة”.

يؤدي الارتجاف إلى تكوين طاقة حرارية في العضلات، مما يؤدي إلى رفع درجة حرارة الجسم وعودتها إلى الوضع الطبيعي.

وتسلك الإشارة الناتجة عن مركز التحكم في هذا المثال مسالك صادرة أخرى بالذهاب عبر أعصاب ذاتية إلى العضلات الملساء للأوعية الدموية في الجلد؛ فتؤدي إلى انقباضها.

أو بالذهاب عبر أعصاب ذاتية إلى الغدد العرقية فتتوقف عن إفراز العرق؛ فيقل تبديد حرارة الجسم.

وكل هذه الآليات تهدف إلى رفع درجة الحرارة وعودتها ضمن المعدل الطبيعي.

المنعكسات المحلية

أما المنعكسات المحلية فتنتهي في نفس الخلية، أو النسيج، أو العضو الذي بدأت فيه.

فزيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الدم في إحدى العضلات عند التمرين الرياضي يؤدي مثلًا إلى ارتخاء العضلات الملساء للأوعية الدموية في تلك العضلة؛ مما يسبب تدفق المزيد من الدم لنقل الأكسجين إلى العضلة، ولنقل ثاني أكسيد الكربون بعيدًا عن تلك العضلة؛ مما يقلل من تراكمه.

وهكذا نجد أن المنعكس بدأ في الوعاء الدموي وانتهى إليه.