التوازن الداخلي هو القدرة على الحفاظ على حالة داخلية مستقرة نسبيًا تستمر على الرغم من التغيرات في العالم الخارجي. يجب على جميع الكائنات الحية ، من النباتات إلى الجراء إلى البشر ، تنظيم بيئتها الداخلية لمعالجة الطاقة والبقاء على قيد الحياة في نهاية المطاف. على سبيل المثال ، إذا ارتفع ضغط الدم أو هبطت درجة حرارة الجسم ، على سبيل المثال ، فقد تكافح أنظمة أعضائك للقيام بوظائفها وتفشل في النهاية.
لماذا التوازن هو مهم
صاغ عالم الفسيولوجيا والتر كانون مصطلح "التوازن" في عشرينيات القرن الماضي ، موسعًا العمل السابق الذي قام به عالم الفيزياء الراحل كلود برنارد. في سبعينيات القرن التاسع عشر ، وصف برنارد كيف يجب على الكائنات الحية المعقدة الحفاظ على التوازن في بيئتها الداخلية ، أو "بيئة داخلية","من أجل قيادة" حياة حرة ومستقلة "في العالم بعد ذلك. شحذ كانون المفهوم ، وقدم التوازن إلى الجماهير الشعبية من خلال كتابه" حكمة الجسد "(المجلة الطبية البريطانية ، 1932).
تم اعتباره كمبدأ أساسي لعلم وظائف الأعضاء ، لا يزال تعريف كانون الأساسي للتوازن هو قيد الاستخدام اليوم. مصطلح مشتق من جذور يونانية بمعنى "مشابه" و "حالة استقرار". تشدد البادئة "homeo" على أن التوازن الداخلي لا يعمل مثل منظم الحرارة أو التحكم في السرعة في السيارة ، ويتم تثبيته عند درجة حرارة أو سرعة واحدة دقيقة. وبدلاً من ذلك ، فإن التوازن الداخلي يحمل عوامل فسيولوجية مهمة ضمن نطاق مقبول من القيم ، وفقًا لمراجعة في مجلة Appetite.
ينظم جسم الإنسان ، على سبيل المثال ، تركيزاته الداخلية من الهيدروجين والكالسيوم والبوتاسيوم والصوديوم ، وهي الجسيمات المشحونة التي تعتمد عليها الخلايا للوظيفة الطبيعية. تحافظ العمليات المتجانسة أيضًا على مستويات الماء والأكسجين ودرجة الحموضة وسكر الدم ، بالإضافة إلى درجة حرارة الجسم الأساسية ، وفقًا لمراجعة عام 2015 في التقدم في علم وظائف الأعضاء.
في الكائنات السليمة ، تتكشف عمليات الاستتباب المستمر وبشكل تلقائي ، وفقًا لـ Scientific American. غالبًا ما تعمل أنظمة متعددة جنبًا إلى جنب لتثبيت عامل فسيولوجي واحد ، مثل درجة حرارة الجسم. إذا تعثرت هذه الإجراءات أو فشلت ، فقد يستسلم كائن حي للمرض ، أو حتى الموت.
كيف يتم الحفاظ على التوازن
تستمع العديد من الأنظمة المثلية إلى إشارات استغاثة من الجسم لمعرفة متى تقع المتغيرات الرئيسية خارج نطاقها المناسب. يكتشف الجهاز العصبي هذه الانحرافات ويعيد التقارير إلى مركز التحكم ، وغالبًا ما يكون مقره في الدماغ. ثم يقوم مركز التحكم بتوجيه العضلات والأعضاء والغدد لتصحيح الاضطراب. تُعرف حلقة الاضطراب والتكيف المستمرة باسم "التغذية المرتدة السلبية" ، وفقًا لكتاب التشريح وعلم وظائف الأعضاء على الإنترنت.
على سبيل المثال ، يحافظ جسم الإنسان على درجة حرارة أساسية تبلغ حوالي 98.6 درجة فهرنهايت (37 درجة مئوية). عند ارتفاع درجة الحرارة ، تثير أجهزة الاستشعار الحرارية في الجلد والدماغ إنذارًا ، وتبدأ تفاعلًا تسلسليًا يوجه الجسم إلى التعرق والدفق. عندما يبرد ، يستجيب الجسم عن طريق الارتعاش وخفض الدورة الدموية على الجلد. وبالمثل ، عندما ترتفع مستويات الصوديوم ، يشير الجسم إلى الكلى للحفاظ على الماء وطرد الملح الزائد في البول المركز ، وفقًا لدراستين تمولهما NIH.
ستقوم الحيوانات أيضًا بتعديل سلوكها استجابة للتعليقات السلبية. على سبيل المثال ، عند ارتفاع درجة الحرارة ، قد نلقي طبقة من الملابس ، أو ننتقل إلى الظل ، أو نشرب كوبًا من الماء البارد.
النماذج الحديثة للاستتباب
يعود مفهوم ردود الفعل السلبية إلى وصف كانون للتوازن في العشرينات ، وكان أول تفسير لكيفية عمل التوازن. ولكن في العقود الأخيرة ، يجادل العديد من العلماء بأن الكائنات الحية قادرة على توقع حدوث اضطرابات محتملة في التوازن ، بدلاً من التفاعل معها فقط بعد الحقيقة.
يشير هذا النموذج البديل لاستتباب التوازن ، المعروف باسم allostasis ، إلى أن النقطة المحددة المثالية لمتغير معين يمكن أن تتحول استجابة للتغيرات البيئية العابرة ، وفقًا لمقال عام 2015 في المراجعة النفسية. قد تتحول النقطة تحت تأثير الإيقاعات اليومية أو دورات الحيض أو التقلبات اليومية في درجة حرارة الجسم. قد تتغير النقاط المحددة أيضًا استجابة للظواهر الفسيولوجية ، مثل الحمى ، أو للتعويض عن العديد من العمليات المثلية التي تحدث في نفس الوقت ، وفقًا لمراجعة عام 2015 في التقدم في علم وظائف الأعضاء.
قال آرت وودز ، عالم الأحياء في جامعة مونتانا في ميسولا: "النقاط المحددة نفسها ليست ثابتة ولكنها يمكن أن تظهر مرونة التكيف". "يسمح هذا النموذج بردود استباقية على الاضطرابات المحتملة القادمة لتحديد النقاط."
على سبيل المثال ، تحسبًا لوجبة ، يفرز الجسم أنسولينًا إضافيًا ، وجريلين وهرمونات أخرى ، وفقًا لمراجعة عام 2007 في Appetite. هذا الإجراء الوقائي يجهز الجسم للفيضان القادم من السعرات الحرارية ، بدلاً من المصارعة للسيطرة على نسبة السكر في الدم ومخازن الطاقة في أعقابه.
تسمح القدرة على تغيير النقاط المحددة للحيوانات بالتكيف مع الضغوطات قصيرة المدى ، ولكنها قد تفشل في مواجهة التحديات طويلة المدى ، مثل تغير المناخ.
وقال وودز إن "تنشيط أنظمة الاستجابة المتوازنة يمكن أن يكون جيدًا لفترات قصيرة من الزمن". لكنها غير مصممة لتدوم طويلاً. "يمكن أن تفشل الأنظمة المتجانسة بشكل كارثي إذا تم دفعها بعيدًا جدًا ؛ لذا ، على الرغم من أن الأنظمة قد تكون قادرة على التعامل مع المناخات الجديدة على المدى القريب ، فقد لا تكون قادرة على التعامل مع التغييرات الأكبر على مدى فترات زمنية أطول."
الحفاظ على تدفق المعلومات
قد تكون الأنظمة المتجانسة قد تطورت بشكل أساسي لمساعدة الكائنات الحية في الحفاظ على الوظيفة المثلى في بيئات ومواقف مختلفة. ولكن ، وفقًا لمقال عام 2013 في مجلة Trends in Ecology & Evolution ، يعتقد بعض العلماء أن التوازن الداخلي يوفر في المقام الأول "خلفية هادئة" للخلايا والأنسجة والأعضاء للتواصل مع بعضها البعض. تفترض النظرية أن التوازن يجعل من السهل على الكائنات الحية استخراج معلومات مهمة من البيئة وإشارات المكوك بين أجزاء الجسم.
وبغض النظر عن الغرض التطوري لها ، فإن الاستتباب قد شكل البحوث في علوم الحياة لما يقرب من قرن. على الرغم من مناقشتها في الغالب في سياق فسيولوجيا الحيوان ، فإن العمليات المثلية تمكن النباتات أيضًا من إدارة مخازن الطاقة ، وتغذية الخلايا والاستجابة للتحديات البيئية. بالإضافة إلى علم الأحياء ، تستخدم العلوم الاجتماعية وعلم التحكم الآلي وعلوم الكمبيوتر والهندسة التوازن إلى التوازن كإطار عمل لفهم كيف يحافظ الأشخاص والآلات على الاستقرار على الرغم من الاضطرابات.
إضافي صمصادر:
