التوازن: أمثلة ، آليات ، وظائف - مادة الاحياء - 2025

يُعرَّف الاستتباب بأنه مجموعة من ظواهر التنظيم الذاتي التي تؤدي إلى الحفاظ على "السجل" في التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية والكيميائية للبيئة الداخلية للكائن الحي.

كلمة الاستتباب مشتقة من اليونانية "oμoιo" ، والتي تُقرأ "homos" والتي تعني "مشابه" أو "مشابه" ومن اللاحقة "στασισ" ، والتي تُقرأ "ثابت" ، والتي تعني "ثابت" ، "دائم" أو "مستقرة".

استتباب كرات الدم الحمراء والهيموجلوبين. commons.wikimedia.org

لا يشير المصطلح إلى توازن أو توازن داخلي ، بل إلى الحفاظ على حالة ثابتة ، لأن حالة التوازن أو التوازن في كائن حي تعني الموت. يحافظ الجسم على هذا الثبات بشكل نشط ، على الرغم من التغييرات التي قد تطرأ في البيئة الخارجية.

خلفية

كان كلود برنارد (1813-1878) في نهاية سبعينيات القرن التاسع عشر هو أول من أشار إلى ثبات "الوسط الداخلي" (من الفرنسية تعني الداخلية) ، والذي يمثل ما يُعرف اليوم بالسائل خارج الخلية ، والذي فيه تغمر خلايا الكائن الحي وتبقى على قيد الحياة بفضلها.

إن دراسة ثبات البيئة الداخلية التي حددها برنارد هي ما نعرفه اليوم بعلم وظائف الأعضاء. تأتي كلمة "علم وظائف الأعضاء" من الكلمات اليونانية "physis" (ϕυυsis) و "logo" (logooyo) ، والتي تعني "الطبيعة أو طريقة الوجود أو الجوهر أو الحالة الطبيعية" و "ما يقال عن شيء ما" ، على التوالي.

بعد عدة سنوات ، في حوالي عام 1933 ، كان عالم وظائف الأعضاء الأمريكي والتر كانون هو الشخص الذي صاغ مصطلح الاستتباب الداخلي لوصف تلك الآليات التي يجب على كل كائن حي أن يحافظ على ظروف السائل خارج الخلية.

من الأمثلة على بعض وظائف التماثل الساكن ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية الحفاظ على ضغط الدم ، ودرجة حرارة الجسم ، وتركيز الجلوكوز في الدم ، ومستويات الإلكتروليت في بلازما الدم ، وما إلى ذلك ، والتي يتم الحفاظ عليها في نطاق محدود على الرغم من الاختلافات الكبيرة بين الجسم والبيئة.

مفهوم الاستتباب

الاستتباب هو قدرة كل كائن حي متعدد الخلايا على الحفاظ على معايير معينة أو ظروف ثابتة في بيئته الداخلية ، بغض النظر عن مدى اختلاف البيئة المحيطة به ومدى تقلب الظروف البيئية.

تتوافق هذه "البيئة الداخلية" المزعومة مع السائل خارج الخلية الموجود في الفراغ الخلالي (بين خلية وخلية نسيج) والسائل داخل الأوعية الدموية أو سائل الدم في الحيوانات.

الاستتباب هو أحد أهم المفاهيم في الطب وعلم وظائف الأعضاء (للحيوانات والنباتات) حيث أن جميع الكائنات الحية تحتاج إلى أجسامها لتعمل ضمن نطاق ضيق للغاية من الظروف ، وهي: درجة الحموضة ، ودرجة الحرارة ، والتركيز من الأيونات وكمية الماء وتركيز المغذيات ، من بين أمور أخرى.

يعتبر بعض المؤلفين أن "جميع الآليات الحيوية ، بغض النظر عن مدى تنوعها ، لها هدف وحيد هو الحفاظ على ظروف الحياة الثابتة في البيئة الداخلية" ، وهذا هو السبب في أن الاستتباب يحدد عمليا جميع الوظائف الداخلية للكائن على قيد الحياة.

يمكن الحفاظ على الظروف الداخلية أو صيانتها بفضل نظام التحكم الذي يعمل من خلال ردود الفعل السلبية أو الإيجابية (إلى حد أقل).

يسمح هذا النظام ، عند حدوث تغييرات مهمة في أي من العوامل المذكورة أعلاه ، "بتحييد" هذه التغييرات بسرعة ، مما يعيد الجسم إلى حالته الطبيعية.

وبالتالي ، يتكون الاستتباب من أنظمة استجابة الجسم للتعامل مع الظروف البيئية والتغيرات التي يتعرض لها الكائن الحي بشكل دائم.

آليات الاستتباب

يتحقق الاستتباب بفضل التكامل الشامل بين العديد من أجهزة الجسم في الكائن الحي.

يصنف كانون (1929) آليات الاستتباب اعتمادًا على ما يتم تنظيمه ، أي على "الذخيرة" أو "الإمدادات" التي يتم الحصول عليها من البيئة الخارجية أو من "العمليات" الجوهرية.

توازن جلوكوز الدم (المصدر: Christinelmiller عبر ويكيميديا ​​كومنز)

الاستتباب من خلال تنظيم "الذخيرة" أو "الإمدادات"

تتميز آليات التوازن من خلال تنظيم الإمدادات بما يلي:

- التخزين من حيث التكيف بين لحظات الوفرة أو المجاعة والحاجة.

- فيض أو إفرازات خارج الجسم عند وجود "تجاوزات لا تطاق"

يمكن أن يكون التخزين من نوعين ، أحدهما مؤقت والآخر من خلال الفصل. يحدث التخزين المؤقت ، المعروف باسم "التخزين الفائض أو الفائض" ، عن طريق "إغراق" الأنسجة الخلالية بمواد تم تناولها بكثرة.

التخزين عن طريق "الفصل" ، من ناحية أخرى ، والذي له علاقة بإدراج المادة المبتلعة داخل الخلايا أو الهياكل "الدائمة" نسبيًا.

لذلك ، فإن التوازن في تنظيم الإمداد يعني تخزين الإمدادات عند وفرة ، من أجل زيادة الاحتياطيات لمواجهة أوقات النقص ، أو القضاء على التجاوزات ، عندما تكون سامة.

التوازن من خلال تنظيم العملية

على الرغم من أن معظم التنظيمات الاستتبابية تعتمد على استخدام المواد الخارجية أو "الإمدادات" ، إلا أن هناك أمورًا أخرى تعتمد بشكل أكثر وضوحًا على تغيير العمليات الداخلية المستمرة ،

تتمثل الأمثلة الرئيسية لهذا النوع من التنظيم في الحفاظ على الحياد والحفاظ على درجة الحرارة في الحيوانات المنزلية الحرارية (القادرة على تنظيم درجة حرارة أجسامها داخليًا).

مسلمات التنظيم الاستتبابي

اقترح كانون ، في عام 1925 ، ستة افتراضات مؤقتة لوصف العوامل الفسيولوجية المسؤولة عن الحفاظ على "الثبات" الداخلي في جسم الكائن الحي:

1- في نظام مفتوح مثل جسم الحيوان ، والذي يتكون من مواد غير مستقرة وتخضع بشكل دائم لظروف متغيرة ، يعتبر "الثبات" أو الاستتباب دليلًا مباشرًا على وجود أنظمة تعمل أو جاهزة للعمل للحفاظ عليها. ثبات.

2- إذا كان الكائن الحي أو نظام الجسم يحافظ على التوازن ، فذلك فقط لأن أي ميل نحو "التغيير" يتم "تحييده" تلقائيًا عن طريق زيادة فعالية عامل أو أكثر من العوامل التي تقاوم التغيير.

3- لا يمكن لأي عامل يعمل على الحفاظ على التوازن بالعمل في اتجاه واحد أن يعمل في نفس الوقت في الاتجاه المعاكس.

4- يمكن لعوامل التماثل الساكن التي تكون مناهضة في منطقة معينة من الجسم أن تتعاون أو تعمل معًا في منطقة أخرى.

5- يمكن أن يتكون النظام التنظيمي الذي يحدد حالة الاستتباب من عدد كبير من العوامل التي يتم "تفعيلها" في نفس الوقت أو واحدة تلو الأخرى (على التوالي).

6- عندما يُعرف عامل يمكنه تغيير حالة الاستتباب في اتجاه واحد ، فمن المعقول السعي إلى التحكم الآلي لهذا العامل أو للعوامل التي لها تأثير معاكس.

وظائف التوازن

تتمثل الوظيفة الرئيسية للتوازن أو آليات الاستتباب في الحفاظ على "توازن" داخلي في جسم الكائنات الحية ، خاصة فيما يتعلق بمعايير مثل درجة الحرارة (الحيوانات المتجانسة الحرارة) ، وتركيز الأيونات والماء ، والمتناول المغذيات ، إلخ.

يعد الحفاظ على الظروف الداخلية "الثابتة" ضمن نطاق ضيق إلى حد ما وغالبًا ما يكون مختلفًا بشكل كبير عن ظروف البيئة أو البيئة الخارجية ، أمرًا ضروريًا لعمل أجهزة الجسم ، وبالتالي ، للحياة في هذا هو السبب في أن الاستتباب ضروري لجميع الكائنات الحية متعددة الخلايا.

التوازن النفسي

التوازن النفسي هو مصطلح يشير إلى الآليات النفسية أو السلوكية التي يجب أن يوازن بها البشر "مشاعر" الحاجة والرضا ، من أجل الحفاظ على ما يدركه كل فرد أو يعتبره "حالة طبيعية".

على الرغم من أن آليات التحكم في التوازن النفسي أو تنظيمه تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك التي تميز التوازن الفسيولوجي ، فإن كلا العمليتين مرتبطان ارتباطًا وثيقًا.

آليات الاستتباب النفسي يجب أن تفعل ، في كثير من الأحيان مع الحفاظ على الذات ، والتنمية والتكاثر ، والتكيف ، وما إلى ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر.

أمثلة على التوازن في جسم الإنسان

بعض الأمثلة على التوازن هي الحفاظ على درجة حرارة الجسم الداخلية لدى البشر ، أو الحفاظ على مستويات الجلوكوز ، أو تنظيم ضغط الدم ، أو تشغيل منظم الحرارة.

- الاستتباب في البشر

1- درجة حرارة الجسم الداخلية

تعتبر درجة حرارة الجسم الداخلية للإنسان مثالًا رائعًا على التوازن. عندما يكون الفرد بصحة جيدة ، تظل درجة حرارة الجسم عند 37 درجة مئوية ، ويمكن للجسم التحكم في درجة الحرارة عن طريق صنع الحرارة أو إطلاقها.

2- المحافظة على مستويات الجلوكوز

الجلوكوز هو نوع من السكر يوجد في مجرى الدم ، ولكن يجب أن يحافظ الجسم على مستويات كافية من الجلوكوز لضمان بقاء الشخص بصحة جيدة.

عندما ترتفع مستويات الجلوكوز بشكل كبير ، يقوم البنكرياس بإفراز هرمون يعرف باسم الأنسولين. إذا انخفضت هذه المستويات بشكل كبير ، يقوم الكبد بتحويل الجليكوجين في الدم إلى جلوكوز مرة أخرى ، مما يرفع المستويات.

3- وظائف الجهاز اللمفاوي

عندما تدخل البكتيريا أو الفيروسات التي يمكن أن تجعلك مريضًا إلى جسمك ، يقاوم الجهاز اللمفاوي للمساعدة في الحفاظ على التوازن ، والعمل على مكافحة العدوى والتأكد من بقائك بصحة جيدة.

4- تنظيم ضغط الدم

يعد الحفاظ على ضغط الدم الصحي مثالاً على التوازن. يمكن للقلب أن يكتشف التغيرات في ضغط الدم ، مما يجعله يرسل إشارات إلى الدماغ ، والذي يرسل بعد ذلك إشارات تخبر القلب بكيفية الاستجابة.

إذا كان ضغط الدم مرتفعًا جدًا ، فمن الطبيعي أن يتباطأ القلب ؛ بينما إذا كان منخفضًا جدًا ، فسيتعين على القلب أن يتسابق.

5- ميزان الأحماض والقواعد

يحتوي جسم الإنسان على مواد كيميائية تُعرف بالأحماض والقواعد ، ومن الضروري تحقيق التوازن السليم بينها ليعمل الجسم على النحو الأمثل. الرئتان والكليتان من أجهزة الجسم التي تنظم الأحماض والقواعد داخل الجسم.

6- منسوب المياه

أكثر من نصف النسبة المئوية لوزن جسم الإنسان هي من الماء ، والحفاظ على التوازن الصحيح للماء هو مثال على التوازن. تتضخم الخلايا التي تحتوي على الكثير من الماء ويمكن أن تنفجر.

يمكن أن تتقلص الخلايا التي تحتوي على القليل من الماء. يحافظ جسمك على توازن مائي مناسب حتى لا تحدث أي من هذه المواقف.

7- السيطرة على الكالسيوم

يعد تنظيم مستويات الكالسيوم من قبل جسم الإنسان مثالاً على التوازن. عندما تنخفض المستويات ، تفرز الغدة الجار درقية الهرمونات. إذا أصبحت مستويات الكالسيوم مرتفعة للغاية ، فإن الغدة الدرقية تساعد على إصلاح الكالسيوم في العظام وتقليل مستويات الكالسيوم في الدم.

8- ممارسة الرياضة البدنية

ممارسة الرياضة تجعل الجسم يحافظ على التوازن عن طريق إرسال اللاكتات إلى العضلات للحصول على الطاقة.

بمرور الوقت ، يشير هذا أيضًا إلى أن الوقت قد حان للتوقف عن ممارسة الرياضة ، حتى تتمكن العضلات من الحصول على الأكسجين الذي تحتاجه.

9- الجهاز العصبي والتنفس

يساعد الجهاز العصبي في الحفاظ على التوازن في أنماط التنفس. لأن التنفس لا إرادي ، فإن الجهاز العصبي يضمن أن الجسم يتلقى الأكسجين اللازم عند التنفس.

10- الجهاز البولي

عندما تدخل السموم إلى دمك ، فإنها تعطل التوازن في الجسم. ومع ذلك ، يستجيب جسم الإنسان عن طريق تخليص نفسه من هذه السموم من خلال استخدام الجهاز البولي.

يقوم الفرد ببساطة بتبول السموم والأشياء السيئة الأخرى من الدم ، واستعادة التوازن لجسم الإنسان.

11- انتفاخ الجلد

عندما تعاني من هذا الشعور بـ "قشعريرة الأوز" ، فهذا يرجع إلى عملية التوازن التي تعمل على تقليل كمية الحرارة التي يشعها الجلد. لقد كانت عملية نموذجية للغاية في جلد أسلافنا البدائيين ، ولكن تم الحفاظ عليها على الرغم من تساقط الشعر في معظم أجزاء الجسم.

12- رجفة أو رجفة

عندما نرتجف بسبب البرد ، فهذا لأن الدماغ يرسل إشارات للعضلات ليخبرنا أن مستوى درجة الحرارة أقل من المستوى الموصى به لصحتنا. أي أن ارتعاش العضلات هو وسيلة لمواجهة البرد.

13- توسع الأوعية وتضيق الأوعية

توسع الأوعية هو توسيع الشعيرات الدموية لتبريد الدم ومكافحة الحرارة الزائدة. إن تضيق الأوعية هو عكس ذلك ، حيث يتم تضييق الشعيرات الدموية بحيث يمكن الحفاظ على حرارة الدم في البيئات الباردة.

- آليات الاستتباب التكنولوجي وغيرها

11- ترموستات

ترموستات تعمل عن طريق تشغيل وإيقاف السخانات أو مكيفات الهواء استجابةً لخرج مستشعر درجة الحرارة.

12- منظم السرعة

انزلاق السيارة الذي يضبط دواسة الوقود استجابةً للتغيرات في السرعة.

13- الطيار الآلي

الطيار الآلي الذي يشغل الضوابط الاتجاهية لطائرة أو سفينة استجابة للانحراف عن المسار أو عن عنوان بوصلة محددة مسبقًا.

14- الضوابط في الصناعات

أنظمة التحكم في العمليات في مصنع كيميائي أو مصفاة نفط تحافظ على مستويات السوائل والضغوط ودرجة الحرارة والتركيب الكيميائي وما إلى ذلك. التحكم في السخانات والمضخات والصمامات.

15- منظم المحرك البخاري

حاكم الطرد المركزي للمحرك البخاري الذي يخفض صمام الخانق استجابة لزيادة سرعة المحرك ، أو يفتح الصمام إذا انخفضت السرعة عن السرعة المحددة مسبقًا.

16- استتباب الأعمال

يشير إلى قدرة الشركة على الحفاظ على حالة توازنها ، ومواجهة الاضطرابات الداخلية والخارجية من خلال استيعاب التنوع السياقي.

- الاستتباب في الحيوانات والبيئة

بالنسبة للحيوانات ذوات الدم الحار مثل الثدييات والطيور ، فإن الاستتباب هو مزيج من العمليات الداخلية التي تنطوي على الهرمونات ونظام الغدد الصماء والتمثيل الغذائي.

من ناحية أخرى ، بالنسبة للحيوانات ذوات الدم البارد مثل الثعابين ، التي ليس لديها مثل هذه الأنظمة الداخلية ، يجب أن تعتمد على بيئتها الخارجية للحفاظ على التوازن.

17- الهرمونات

في بعض مجموعات الثدييات الصغيرة مثل الفئران والأرانب ، عندما تزداد أعدادها لأي سبب من الأسباب ، يؤدي الاكتظاظ إلى زيادة الضغط الذي يضر بالغدة الدرقية (التي تصنع الهرمونات الأساسية) ويموت الكثير من السكان ببساطة من تلف الغدد الصماء أو الهرمونية.

18- التنظيم الحراري

في البيئة ، عندما تزداد مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، تصبح النباتات قادرة على النمو بشكل أفضل وبالتالي تزيل المزيد من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

توجد أيضًا الدبابير والدبابير في معظم البيئات من الغابات الاستوائية المطيرة والصحاري والمناخات شبه الاستوائية والمعتدلة. إنهم قادرون على البقاء على قيد الحياة في العديد من الظروف المختلفة لأنهم قادرون على تنظيم أنفسهم وأعشاشهم.

19- إعادة تدوير المياه في الغابة

من خلال نظام التوازن ، تحافظ الغابات الاستوائية على قدرتها على إعادة تدوير المياه. على سبيل المثال ، حوض الأمازون محاط من الشمال بغابات السافانا وسهول فنزويلا ومن الجنوب سهول البرازيل.

إذا تدفقت الرطوبة من المحيط الأطلسي مباشرة ، فإن النظام البيئي للأمازون سيكون جزءًا صغيرًا فقط من حجمه الحالي.

في الواقع ، تضخ الأشجار العملاقة في غابات الأمازون المطيرة الرطوبة بسرعة في السماء ، بحيث تسقط مرة أخرى على الغابة كمطر ، وبالتالي تمنع كميات كبيرة من المياه من التصريف بعيدًا في المحيط.

20- المرجان وثاني أكسيد الكربون

تستخدم البوليبات المرجانية ثاني أكسيد الكربون لتشكيل أصدافها. يساعد هذا في تقليل كمية ثاني أكسيد الكربون في المحيط وهو أحد الطرق التي تحارب بها الأرض التلوث وتعمل على استعادة التوازن.

مع وجود عدد أقل من الشعاب المرجانية ، يمتص المحيط كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون ، مما يترك المزيد في الغلاف الجوي.

المراجع

1. نعمة دبليو الجزء السفلي من الدماغ والتوازن الجسدي (1997). نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد.
2. كانون دبليو حكمة الجسد (1932). نيويورك: WW Norton.
3. Kotas M، Medzhitov R. الاستتباب والالتهاب وقابلية المرض (2015). زنزانة.
4. نظرية التحكم Riggs D. وآليات التغذية الراجعة الفسيولوجية (1970). بالتيمور: ويليامز وويلكينز.
5. Teplyuk N. الاتزان شبه الكامل: أمثلة على قاعدة الشيخوخة العالمية التي تتهرب من السلالة الجرثومية (2012). مجلة الكيمياء الحيوية الخلوية.
6. موسوعة تريفيل جيه للعلوم والتكنولوجيا (2001). نيويورك: كتب تايلور وفرانسيس.
7. Tyrrel A ، Timmis J ، Greensted A ، Owens N. Evolvable Hardware ، تقنية أساسية للاستتباب (2007). نيويورك.