التوازن الداخلي أو الاستتباب هو مقاومة الجسم للتغيرات للحفاظ على الاستقرار، وضمان بيئة داخلية مستقرة. يتضمن التوازن الداخلي عادةً حلقات تغذية راجعة سلبية تمنع تغيرات القيم المحددة للخصائص المختلفة، المعروفة أيضًا باسم نقطة التوازن. وعلى نقيض حلقات التغذية الراجعة السلبية ، تُضخّم حلقات التغذية الراجعة الإيجابية المحفزات، أو بمعنى آخر، تنقل النظام بعيدًا عن حالته الأولية.
ما هي درجة حرارة الغرفة حيث تجلس الآن؟ أخمّن أنها ليست موافقة تمامًا لنقطة التوازن. مع ذلك، ستكون درجة حرارة جسمك عادةً قريبة جدًّا من هذه القيمة. في الواقع، إذا لم تبقَ حرارتك الداخلية ضمن حدود ضيقة نسبيًّا -من حوالي إلى- فقد تكون النتائج خطيرة أو حتى مميتة.
يسمى الميل للحفاظ على الاستقرار والبيئة الداخلية المستقرة نسبيًّا بالتوازن الداخلي. يحافظ الجسم على التوازن الداخلي لعدة عوامل إضافةً لدرجة الحرارة. على سبيل المثال، يجب ضبط تركيز مختلف الأيونات في الجسم، مع تركيز الـ PH وتركيز الغلوكوز. إذا ارتفعت أو انخفضت هذه القيم بشدة، سينتهي بك الأمر بالمرض الشديد.
ينقسم التوازن الداخلي لعدة مستويات، ليس فقط على صعيد الجسم بشكل كامل كما هو الحال في درجة حرارته. مثلًا، تُحافظ المعدة على PH مختلف عن ذلك الذي يحيط بالأعضاء، وتحافظ خلايا كل فرد على تركيز أيوني مختلف عن تلك التي في السوائل المحيطة. الحفاظ على التوازن الداخلي لكل مستوى هو المفتاح للحفاظ على وظيفة الجسم بصورة شاملة.
إذن، كيف يتم الحفاظ على التوازن الداخلي ؟ لنُجب عن هذا السؤال هناك بعض الأمثلة.
الحفاظ على التوازن الداخلي:
تُدفع الأنظمة البيولوجية الموجودة في الجسم باستمرار عن نقطة توازنها. مثلًا، عندما تمارس التمارين الرياضية، تزيد العضلات من إنتاج الحرارة دافعةً درجة حرارة جسمك للأعلى. بصورة مشابهة، عندما تشرب كأسًا من عصير الفواكه، يرتفع الغلوكوز في الدم. يعتمد التوازن الداخلي على قدرة الجسم على ضبط ومقاومة هذه التغيرات.
يتضمن الحفاظ على التوازن الداخلي عادةً حلقات تغذية راجعة سلبية. تعمل هذه الحلقات على عكس المنبهات أو الإشارات التي تحفزها. على سبيل المثال، إذا كانت درجة حرارة جسمك مرتفعة جدًّا، ستعمل الحلقة الراجعة السلبية على خفضها حتى تصل إلى نقطة التوازن أو الاستتباب ، أو القيمة الهدف.
كيف يتم ذلك؟ كبداية، تكشف الحساسات (خلايا عصبية أولية لها نهايات في الجلد والدماغ) عن درجة حرارة مرتفعة وتنقل هذه المعلومة إلى مركز التحكم وتنظيم درجة الحرارة في الدماغ. يعالج مركز التحكم هذه المعلومة ويفعّل المستجيبات -مثل غدد التعرق- والتي تقاوم المحفزات بخفض درجة حرارة الجسم.
التوازن الداخلي الاستتباب
بالطبع، لا تزيد درجة الحرارة عن القيمة المحددة فقط؛ قد تنخفض أيضًا عن هذه القيمة بشكل عام، تتضمن دوائر الاستتباب عادةً حلقتي تغذية راجعة سلبية على الأقل.
• تتفعل الأولى عندما يكون المعامل -مثل درجة الحرارة- فوق نقطة التوازن وتكون مصممة لخفضها.
• تتفعل الأخرى عندما ينخفض المعامل عن نقطة التوازن وتكون مصممة لإعادة رفعه.
لجعل هذه الفكرة أكثر وضوحًا، لِنلق نظرة أقرب على مقاومة حلقات التغذية الراجعة التي تتحكم بالحرارة.
الاستجابات الاستتبابية في تنظيم الحرارة:
سواء ارتفعت أو انخفضت حرارتك، سترسل المستقبلات الموجودة في السطح الخارجي والدماغ إشارات إلى مركز تنظيم الحرارة في الدماغ -في منطقة تدعى الغدة النخامية- أن الحرارة قد انحرفت عن نقطة التوازن.
على سبيل المثال، إذا كنت تمارس التمارين الرياضية بشدة، قد ترتفع حرارة جسمك عن النقطة المعيارية، عندها ستحتاج لتفعيل آليات تعمل على خفض حرارتك. يزيد تدفق الدم في الجلد من سرعة خفض حرارة جسمك، وقد تبدأ بالتعرق وبذلك يساعد تبخر العرق من جلدك على التبريد. يزيد التنفس العميق أيضًا من خفض الحرارة.
التوازن الداخلي أو الاستتباب
من جهة أخرى، إذا كنت تجلس في غرفة باردة ولا ترتدي ثيابًا تدفئك جيدًا، سيحتاج مركز الحرارة في الدماغ إلى إثارة المستجيبات التي تساعد على تدفئتك. ينخفض تدفق الدم إلى الجلد، وقد تبدأ بالارتجاف وبذلك تولد العضلات المزيد من الحرارة. قد تُصاب أيضًا بالقشعريرة؛ فيقف الشعر في جسمك حتى نهايته ويحجز طبقة من الهواء قرب الجلد، ويزداد إفراز الهرمونات التي تعمل على زيادة إنتاج الحرارة.
ليس من الضروري أن تكون نقطة التوازن هي قيمة محددة ثابتة فقد تكون قيمة متغيرة. كمثال، درجة حرارة الجسم على مر 24 ساعة، من الأعلى في وقت متأخر من بعد الظهر إلى الأدنى في وقت مبكر من الصباح. تتضمن الحمى أيضًا زيادة مؤقتة في قيمة حرارة نقطة التوازن أو الاستتباب وبذلك تتفعل مستجيبات توليد الحرارة عند حرارة أعلى من نقطة التوازن في الحالة الطبيعية.
الخلل في التغذية الراجعة يعطل التوازن الداخلي:
يعتمد التوازن الداخلي على حلقات التغذية الراجعة السلبية. لذلك، أي شيء قد يعترض آليات التغذية الراجعة ممكن -وعادةً من المؤكد- أن يعطل التوازن الداخلي. في حالة الجسم البشري، يؤدي ذلك لحدوث أمراض.
السكري، على سبيل المثال، هو مرض سببه حلقة تغذية راجعة معطلة تتضمن هرمون الأنسولين. تجعل هذه الحلقة المعطلة من الصعب أو من المستحيل على الجسم أن يخفض نسبة السكر في الدم إلى المستوى الصحي الطبيعي.
لمعرفة كيف يحدث السكري، لِنُلق نظرة على تنظيم السكر في الدم. عند الشخص الصحي، يتحكم هرمونان بمستويات السكر في الدم هما الأنسولين والغلوكاغون. يقلل الأنسولين تركيز الغلوكوز في الدم. بعد تناولك وجبة، يرتفع معدل الغلوكوز في الدم محفزًا إفراز الأنسولين من خلايا بيتا في البنكرياس.
يعمل الأنسولين كإشارة تحفز خلايا الجسم مثل خلايا الدهون والعضلات على امتصاص الغلوكوز لاستخدامه كوقود. يسبب الأنسولين أيضًا تحول الغلوكوز إلى الجليكوجين -مركب تخزين- في الكبد. تُخرج كلتا العمليتين السكر من الدم خافضتين بذلك مستويات السكر، وخافضتين إفراز الأنسولين، ويعود النظام بشكل كامل إلى حالة التوازن الداخلي.
التوازن الداخلي أو الاستتباب
يقوم الغلوكاغون بالعكس تمامًا، فهو يزيد تركيز الغلوكوز في الدم. إذا لم تأكل لمدة ستهبط مستويات غلوكوز الدم لديك، محفزةً إطلاق الغلوكاغون من مجموعة أخرى من خلايا البنكرياس هي خلايا ألفا. يعمل الغلوكاغون في الكبد مسببًا تفكيك الجليكوجين إلى غلوكوز وإطلاقه إلى مجرى الدم، ترتفع بذلك مستويات سكر الدم. وبذلك يقل إفراز الغلوكاغون ويعود النظام إلى حالة التوازن الداخلي.
يحدث السكري عندما يعجز البنكرياس عن إنتاج ما يكفي من الأنسولين، أو عندما تتوقف خلايا الجسم عن الاستجابة للأنسولين، أو كليهما. تحت هذه الظروف، لا تمتص خلايا الجسم الغلوكوز بسهولة، وبذلك تبقى مستويات سكر الدم مرتفعة لفترة طويلة بعد تناول وجبة ما.
وهذا يحدث لسببين:
- عدم حصول خلايا العضلات والدهون على غلوكوز كاف أو غذاء؛ ما يعطي الأشخاص شعورًا بالتعب أو حتى قد يسبب اضمحلال الأنسجة الدهنية والعضلية.
- يسبب ارتفاع سكر الدم أعراضًا مثل زيادة التبول والعطش وحتى الجفاف. مع مرور الوقت، قد يؤدي إلى مزيد من التعقيدات الخطيرة.
حلقات التغذية الراجعة الإيجابية:
تتضمن دوائر الاستتباب عادةً حلقات تغذية راجعة سلبية. السمة المميزة لها أنها تواجه التغير، معيدةً قيمة المعامل -مثل درجة الحرارة أو سكر الدم- إلى نقطة التوازن. تستخدم بعض الأنظمة البيولوجية حلقات تغذية راجعة إيجابية، وعلى نقيض التغذية الراجعة السلبية، تضخم التغذية الراجعة الإيجابية الإشارة القادمة.
توجد التغذية الراجعة الإيجابية عادةً في العمليات التي تحتاج إلى دعم لتكتمل، وليس عندما تحتاج الحالة للحفاظ عليها. تعمل حلقة التغذية الراجعة الإيجابية خلال الولادة. يضغط رأس الطفل على عنق الرحم -أسفل الرحم حيث يجب أن يظهر الطفل من خلاله- ويتفعل اتصال الخلايا العصبية بالدماغ.
ترسل الخلايا العصبية إشارة تؤدي لإفراز هرمون الأكسيتوسين من الغدة النخامية. يزيد الأكسيتوسين التقلصات الرحمية، وهكذا يزيد الضغط على عنق الرحم. يسبب ذلك إفراز المزيد من الأكسيتوسين وإحداث تقلصات أقوى. تستمر حلقة التغذية الراجعة الإيجابية هذه حتى يولد الطفل.
نقطة التوازن حلقات التغذية الراجعة
اقرأ أيضًا:
- الصيام يحسن الصحة العامة ويحمي من الأمراض المرتبطة بالشيخوخة.
- لماذا يشحب لون وجهك عندما تشعر بالخوف؟
- كيف يحافظ جسمك على ثبات درجة حرارته؟
- هل يتسبب ارتفاع سكر الدم بمرض الزهايمر ؟
- كيف يُمكن للضوء الأزرق أن يقلل من ضغط الدم المرتفع؟!
- الحرمان من النوم يمكن أن يكون مميتًا، ماذا يحدث للجسم والدماغ عند النوم لأقل من 7 ساعات في اليوم؟
ترجمة: زينة زين صقر
تدقيق: حسام التهامي
