الاستتباب

الهدف من الاستتباب هو الحفاظ على التوازن حول قيمة محددة لجانب معين من الجسم أو خلاياه تسمى نقطة التعيين (set point). بينما توجد تقلبات طبيعية عن نقطة التعيين، فإن أنظمة الجسم ستحاول عادة العودة إلى هذه النقطة. يُسمى التغير في البيئة الداخلية أو الخارجية مثيرًا ويتم اكتشافه بواسطة مستقبل؛ استجابة النظام هي تعديل أنشطة النظام بحيث تعود القيمة نحو نقطة التعيين. على سبيل المثال، إذا أصبح الجسم دافئًا جدًا، يتم إجراء تعديلات لتبريد الحيوان. إذا ارتفعت مستويات الغلوكوز في الدم بعد وجبة، يتم إجراء تعديلات لخفضها وإدخال المغذيات إلى الأنسجة التي تحتاجها أو تخزينها لاستخدامها لاحقًا.

عندما يحدث تغير في بيئة الحيوان، يجب إجراء تعديل بحيث تظل البيئة الداخلية للجسم والخلايا مستقرة. المستقبل الذي يستشعر التغير في البيئة هو جزء من آلية التغذية الراجعة. يتم اكتشاف المثير — مستويات درجة الحرارة أو الغلوكوز أو الكالسيوم — بواسطة المستقبل. يرسل المستقبل معلومات إلى مركز تحكم، غالبًا الدماغ، والذي ينقل إشارات مناسبة إلى عضو مستجيب قادر على إحداث تغيير مناسب، سواء بالزيادة أو النقصان، اعتمادًا على المعلومات التي كان يرسلها المستشعر.

التنظيم الحراري

يمكن تقسيم الحيوانات إلى مجموعتين: تلك التي تحافظ على درجة حرارة جسم ثابتة في مواجهة درجات حرارة بيئية مختلفة، وتلك التي تكون درجة حرارة جسمها مماثلة لبيئتها وبالتالي تتغير مع درجة حرارة البيئة. تُسمى الحيوانات التي لا تملك تحكمًا داخليًا في درجة حرارة جسمها خارجيات الحرارة (ectotherms). تكون درجة حرارة جسم هذه الكائنات الحية مشابهة بشكل عام لدرجة حرارة البيئة، على الرغم من أن الكائنات الفردية قد تقوم بأشياء تحافظ على أجسامها أقل أو أعلى قليلاً من درجة حرارة البيئة. يمكن أن يشمل ذلك الحفر تحت الأرض في يوم حار أو الاستلقاء في ضوء الشمس في يوم بارد. وقد أُطلق على خارجيات الحرارة اسم ذوات الدم البارد، وهو مصطلح قد لا ينطبق على حيوان في الصحراء تكون درجة حرارة جسمه دافئة جدًا.

يُسمى الحيوان الذي يحافظ على درجة حرارة جسم ثابتة في مواجهة التغيرات البيئية داخلي الحرارة (endotherm). تستطيع هذه الحيوانات الحفاظ على مستوى نشاط لا تستطيع الحيوانات خارجيات الحرارة الحفاظ عليه، لأنها تولد حرارة داخلية تحافظ على عملياتها الخلوية تعمل على النحو الأمثل حتى عندما تكون البيئة باردة.

تحافظ الحيوانات على الحرارة أو تبددها بطرق متنوعة. تمتلك الحيوانات داخلية الحرارة شكلاً من أشكال العزل. لديها فراء أو دهون أو ريش. يحبس الفراء والريش الكثيف طبقة من الهواء تساعد على توفير العزل الحراري. تعيش الدببة القطبية والفقمات وتسبح في بيئة تحت درجة التجمد، ومع ذلك تحافظ على درجة حرارة جسم ثابتة ودافئة. على سبيل المثال، يستخدم ثعلب القطب الشمالي ذيله الكثيف كعزل إضافي عندما يلتف لينام في الطقس البارد. يمكن للثدييات زيادة إنتاج حرارة الجسم عن طريق الارتعاش، وهو زيادة لا إرادية في نشاط العضلات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لعضلات الباسطة للشعرة أن تنقبض مما يتسبب في وقوف الشعيرات الفردية عندما يشعر الفرد بالبرد. هذا يزيد من تأثير العزل للشعر. يحتفظ البشر بهذا التفاعل، والذي لا يحقق التأثير المقصود على أجسامنا الخالية نسبيًا من الشعر؛ بل يسبب "قشعريرة" بدلاً من ذلك. تستخدم الثدييات طبقات من الدهون كعزل أيضًا. سيؤدي فقدان كميات كبيرة من دهون الجسم إلى المساس بقدرة الفرد على الحفاظ على الحرارة.

تستخدم خارجيات الحرارة وداخليات الحرارة أجهزتها الدورية للمساعدة في الحفاظ على درجة حرارة الجسم. يؤدي توسع الأوعية، وهو انفتاح الشرايين إلى الجلد عن طريق استرخاء عضلاتها الملساء، إلى جلب المزيد من الدم والحرارة إلى سطح الجسم، مما يسهل الإشعاع وفقدان الحرارة بالتبخر، ويبرد الجسم. يؤدي تضيق الأوعية، وهو تضييق الأوعية الدموية إلى الجلد عن طريق انقباض عضلاتها الملساء، إلى تقليل تدفق الدم في الأوعية الدموية الطرفية، مما يدفع الدم نحو الأعضاء الأساسية والحيوية، ويحافظ على الحرارة. تمتلك بعض الحيوانات تكيفات في جهازها الدوري تمكنها من نقل الحرارة من الشرايين إلى الأوردة التي تتدفق بجانب بعضها البعض، مما يدفئ الدم العائد إلى القلب. يُسمى هذا التبادل الحراري المعاكس؛ وهو يمنع الدم الوريدي البارد من تبريد القلب والأعضاء الداخلية الأخرى. يوجد تكيف التبادل المعاكس في الدلافين، أسماك القرش، الأسماك العظمية، النحل، وطيور الطنان.

تستخدم بعض الحيوانات خارجيات الحرارة تغيرات في سلوكها للمساعدة في تنظيم درجة حرارة الجسم. فهي ببساطة تبحث عن مناطق أكثر برودة خلال الجزء الأكثر حرارة من اليوم في الصحراء لتجنب ارتفاع درجة حرارتها بشكل مفرط. وقد تتسلق نفس الحيوانات على الصخور في المساء لامتصاص الحرارة في ليلة صحراوية باردة قبل دخول جحورها.

يتم تنسيق التنظيم الحراري بواسطة الجهاز العصبي (شكل 16.2). تتركز عمليات التحكم في درجة الحرارة في الوطاء (تحت المهاد) في دماغ الحيوانات المتقدمة. يحافظ الوطاء على نقطة التعيين لدرجة حرارة الجسم من خلال ردود الفعل التي تسبب توسع الأوعية أو تضيقها والارتعاش أو التعرق. يوجه الجهاز العصبي الودي تحت سيطرة الوطاء (تحت المهاد) الاستجابات التي تؤثر على التغيرات في فقدان أو اكتساب درجة الحرارة التي تعيد الجسم إلى نقطة التعيين. قد يتم تعديل نقطة التعيين في بعض الحالات. أثناء العدوى، يتم إنتاج مركبات تسمى البيروجينات وتنتشر إلى الوطاء (تحت المهاد)، مما يعيد ضبط منظم الحرارة إلى قيمة أعلى. يسمح هذا لدرجة حرارة الجسم بالارتفاع إلى نقطة توازن استتبابي جديدة فيما يسمى عادة بالحمى. تؤدي الزيادة في حرارة الجسم إلى جعل الجسم أقل ملاءمة لنمو البكتيريا وتزيد من أنشطة الخلايا بحيث تكون قادرة بشكل أفضل على مكافحة العدوى.

ربط بصري

شكل 16.2 يستطيع الجسم تنظيم درجة الحرارة استجابةً للإشارات من الجهاز العصبي.

عندما يتم تدمير البكتيريا بواسطة كريات الدم البيضاء، يتم إطلاق البيروجينات في الدم. تعيد البيروجينات ضبط منظم حرارة الجسم إلى درجة حرارة أعلى، مما يؤدي إلى الحمى. كيف يمكن للبيروجينات أن تسبب ارتفاع درجة حرارة الجسم؟

التنظيم الأسموزي

التنظيم الأسموزي (Osmoregulation) هو عملية الحفاظ على توازن الملح والماء (التوازن الأسموزي (osmotic balance)) عبر الأغشية داخل الجسم. تتكون السوائل داخل الخلايا وحولها من الماء، الكهارل، وغير الكهارل. الكهرل هو مركب يتفكك إلى أيونات عند إذابته في الماء. أما غير الكهرل، على النقيض، فلا يتفكك إلى أيونات في الماء. تشمل سوائل الجسم بلازما الدم، السائل الموجود داخل الخلايا، والسائل الخلالي (interstitial fluid) الذي يوجد في المسافات بين خلايا وأنسجة الجسم. أغشية الجسم (سواء الأغشية المحيطة بالخلايا أو "الأغشية" المكونة من الخلايا المبطنة لتجاويف الجسم) هي أغشية شبه منفذة. الأغشية شبه المنفذة منفذة لأنواع معينة من المذابات وللماء، ولكن أغشية الخلايا عادة ما تكون غير منفذة للمذابات.

لا يوجد الجسم بمعزل. هناك تدفق مستمر للماء والكهارل إلى النظام. يتم نقل الماء الزائد، والكهارل، والفضلات إلى الكلى وإخراجها، مما يساعد في الحفاظ على التوازن الأسموزي. يؤدي عدم كفاية تناول السوائل إلى احتفاظ الكلى بالسوائل. تتفاعل الأنظمة البيولوجية وتتبادل الماء والمغذيات باستمرار مع البيئة عن طريق استهلاك الطعام والماء وعبر الإخراج في شكل عرق وبول وبراز. بدون آلية لتنظيم الضغط الأسموزي، أو عندما يتلف مرض هذه الآلية، هناك ميل لتراكم النفايات السامة والماء، مما قد تكون له عواقب وخيمة.

تطورت الأنظمة الثديية لتنظيم ليس فقط الضغط الأسموزي الكلي عبر الأغشية، ولكن أيضًا تركيزات محددة من الكهارل المهمة في الحجرات السائلة الرئيسية الثلاثة: بلازما الدم، السائل الخلالي، والسائل داخل الخلايا. بما أن الضغط الأسموزي ينظم بحركة الماء عبر الأغشية، فإن حجم الحجرات السائلة يمكن أن يتغير مؤقتًا أيضًا. وبما أن بلازما الدم هي أحد مكونات السائل، فإن الضغوط الأسموزية لها تأثير مباشر على ضغط الدم.

الجهاز الإخراجي

يعمل الجهاز الإخراجي البشري على إزالة الفضلات من الجسم عبر الجلد على شكل عرق، والرئتين على شكل ثاني أكسيد الكربون الزفير، وعبر الجهاز البولي على شكل بول. تشارك جميع هذه الأنظمة الثلاثة في التنظيم الأسموزي وإزالة الفضلات. هنا نركز على الجهاز البولي، الذي يتكون من الكليتين المزدوجتين، الحالب، المثانة البولية والإحليل (شكل 16.3). الكلى (kidneys) هي زوج من التراكيب على شكل حبة الفول تقع أسفل الكبد مباشرة في تجويف الجسم. تحتوي كل كلية على أكثر من مليون وحدة صغيرة تسمى النفرونات التي ترشح الدم المحتوي على الفضلات الأيضية من الخلايا. يتم ترشيح جميع الدم في جسم الإنسان حوالي 60 مرة يوميًا بواسطة الكلى. تزيل النفرونات الفضلات، وتركّزها، وتشكل البول الذي يتم جمعه في المثانة.

داخليًا، تتكون الكلية من ثلاث مناطق—قشرة خارجية، ونخاع في المنتصف، وحوض كلوي، وهو الطرف المتوسع للحالب. تحتوي القشرة الكلوية على النفرونات (nephrons)—الوحدة الوظيفية للكلية. يجمع الحوض الكلوي البول ويؤدي إلى الحالب (ureter) على الجانب الخارجي للكلية. الحالبان هما أنبوبان يحملان البول يخرجان من الكلية ويصبان في المثانة البولية (urinary bladder).

شكل 16.3 يتكون الجهاز الإخراجي البشري من الكلى، الحالب، المثانة البولية، والإحليل. تقوم الكلى بترشيح الدم وتكوين البول، الذي يُخزن في المثانة حتى يتم التخلص منه عبر الإحليل. على اليمين، يظهر التركيب الداخلي للكلية. (المصدر: تعديل لعمل NCI, NIH)

يدخل الدم كل كلية من الشريان الأبهر، وهو الشريان الرئيسي الذي يغذي الجسم أسفل القلب، عبر شريان كلوي (renal artery). يتوزع في أوعية أصغر حتى يصل إلى كل نفرون في الشعيرات الدموية. داخل النفرون، يتلامس الدم بشكل وثيق مع الأنابيب الجامعة للفضلات في تركيب يسمى الكبيبة. يغادر الماء والعديد من المذابات الموجودة في الدم، بما في ذلك أيونات الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم وغيرها؛ وكذلك الفضلات والمواد القيمة مثل الأحماض الأمينية والغلوكوز والفيتامينات، الدم ويدخل نظام الأنابيب في النفرون. عندما تمر المواد عبر الأنبوب، يتم إعادة امتصاص الكثير من الماء والأيونات المطلوبة والمركبات المفيدة مرة أخرى إلى الشعيرات الدموية التي تحيط بالأنابيب تاركة الفضلات وراءها. يتطلب بعض هذا الامتصاص النشط نقلًا نشطًا ويستهلك ATP. تنتشر بعض الفضلات، بما في ذلك الأيونات وبعض الأدوية المتبقية في الدم، من الشعيرات الدموية إلى السائل الخلالي وتُمتص بواسطة خلايا الأنابيب. ثم تُفرز هذه الفضلات بنشاط في الأنابيب. ثم يتجمع الدم في أوعية أكبر فأكبر ويغادر الكلية في الوريد الكلوي. ينضم الوريد الكلوي (renal vein) إلى الوريد الأجوف السفلي، وهو الوريد الرئيسي الذي يعيد الدم إلى القلب من الجزء السفلي من الجسم. يتم تنظيم كميات الماء والأيونات المعاد امتصاصها في الجهاز الدوري بعناية، وهذه طريقة مهمة ينظم بها الجسم محتواه المائي ومستويات الأيونات. يتم جمع الفضلات في أنابيب أكبر ثم تغادر الكلية في الحالب، الذي يؤدي إلى المثانة حيث يتم تخزين البول، وهو مزيج من الفضلات والماء.

تحتوي المثانة على أعصاب حسية، ومستقبلات تمدد تشير إلى متى تحتاج إلى التفريغ. تخلق هذه الإشارات الرغبة في التبول، والتي يمكن كبتها طواعية إلى حد معين. يؤدي القرار الواعي بالتبول إلى إطلاق إشارات تفتح العضلات العاصرة، وهي حلقات من العضلات الملساء التي تغلق الفتحة، إلى الإحليل (urethra) الذي يسمح للبول بالتدفق خارج المثانة والجسم.

ربط بالمسار المهني

فني غسيل الكلى

الغسيل الكلوي هو عملية طبية لإزالة الفضلات والماء الزائد من الدم عن طريق الانتشار والترشيح الفائق. عندما تفشل وظائف الكلى، يجب إجراء الغسيل الكلوي لتخليص الجسم من الفضلات والسوائل بشكل اصطناعي. هذه عملية حيوية للحفاظ على حياة المرضى. في بعض الحالات، يخضع المرضى للغسيل الكلوي الاصطناعي حتى يصبحوا مؤهلين لزرع الكلى. وفي حالات أخرى لمن ليسوا مرشحين لزرع الكلى، يكون الغسيل الكلوي ضرورة مدى الحياة.

يعمل فنيو غسيل الكلى عادة في المستشفيات والعيادات. بينما تشمل بعض الأدوار في هذا المجال تطوير المعدات وصيانتها، يعمل معظم فنيي غسيل الكلى في رعاية المرضى المباشرة. تركز واجباتهم الوظيفية، التي تتم عادة تحت الإشراف المباشر لممرضة مسجلة، على تقديم علاجات الغسيل الكلوي. يمكن أن يشمل ذلك مراجعة تاريخ المريض وحالته الحالية، وتقييم احتياجات المريض والاستجابة لها قبل العلاج وأثناءه، ومراقبة عملية الغسيل الكلوي. قد يشمل العلاج أخذ وتسجيل العلامات الحيوية للمريض، وتحضير المحاليل والمعدات لضمان إجراءات دقيقة ومعقمة.