مقدمة في علم الفيزيولوجيا PDF

‫مقدمة في علم الفيزيولوجيا‪Introduction to physiology‬‬ ‫الفيزيولوجيا فرع من فروع علوم الحياة الكثيرة مثل علم التشريح ‪ Anatomy‬وعلم االنسجة ‪Histolology‬‬ ‫وعلم الخلية ‪ cytology‬وبقية العلوم الحياتية االخرى‪.‬وتتميز الفيزيولوجيا بكونها معنية بدراسة العمليات الحيوية‬ ‫التي تمكن الكائن الحي...

‫مقدمة في علم الفيزيولوجيا‪Introduction to physiology‬‬ ‫الفيزيولوجيا فرع من فروع علوم الحياة الكثيرة مثل علم التشريح ‪ Anatomy‬وعلم االنسجة ‪Histolology‬‬ ‫وعلم الخلية ‪ cytology‬وبقية العلوم الحياتية االخرى‪.‬وتتميز الفيزيولوجيا بكونها معنية بدراسة العمليات الحيوية‬ ‫التي تمكن الكائن الحي من الفعاليات واالنشطة الضرورية للحياة‪ ،‬فهي علم دراسة وظائف الكائن الحي بأكمله او‬ ‫وظائف االعضاء والنسيج والخاليا‬ ‫علم الفيزيولوجيا علم قديم منذ نشوء البشرية وقد رافق تطور الحضارة االنسانية وخصوصا في مجال الطب والتشريح‬ ‫ومن أبرز العلماء العرب ابن النفيس مكتشف الدورة الدموية الصغرى‪ ،‬كما اهتم الرازي بدور البيئة وتأثيرها في‬ ‫الفيزيولوجيا وصحة االنسان‪ ،‬وكان للحضارة اليونانية والرومانية دور في المنهج التجريبي والذي اضاف له العرب‬ ‫الشيء الكثير وانتقل الى االندلس ليصبح نظرية معروفة في االوساط العلمية تحت اسم الطريقة العلمية‪.‬‬ ‫المبادئ االساسية للفيزيولوجيا‪Principle of physiology‬‬ ‫ان من اهم المبادئ االساسية للفيزيولوجيا والتي يعتمد عليها نشاط الكائن الحي هي‪:‬‬ ‫‪-1‬تبادل المواد مع المحيط‬ ‫يختلف الكائن الحي عن المحيط الذي يحيطه بالنواحي التنظيمية والكيميائية وألجل ادامة حياة الكائن الحي هناك‬ ‫تبادل بين الكائن الحي والمحيط وذلك من خالل اجهزة التبادل مع البيئة الخارجية ومن اعضاء التبادل الرئتان‬ ‫والكلية والقناة الهضمية والجلد وتمتاز هذه االعضاء بسعة المساحة السطحية واتصالها باألوعية الدموية الشعرية‬ ‫فمثال يقدر السطح الفعال لألمعاء الدقيقة حوالي ‪ 10‬متر مربع والرئة ‪ 55‬متر مربع والكلية ‪ 6‬أمتار مربعة‪.‬‬  ‫‪-2‬التمثيل الغذائي (االستقالب الغذائي( ‪Metabolism‬‬ ‫يستمد الكائن الحي الطاقة الضرورية لبناء الجسم وتحرير الطاقة وانجاز الفعاليات الحيوية من الغذاء عبر سلسلة‬ ‫من التفاعالت الكيميائية ويتم تحرير الطاقة من خالل تحطم الجزيئات الكبيرة الى جزيئات بسيطة ويتم اكسدتها‬ ‫عن طريق التنفس ليعطي الطاقة وينتج الماء وثنائي اوكسيد الكاربون كنواتج عرضية كما في المعادلة‪:‬‬ ‫‪C6H12O6 + O2> Energy + CO2 + H2O‬‬ ‫وتدعى عملية تحويل الجزيئات المعقدة الى جزيئات بسيطة واكسدتها وتحرير الطاقة بعملية التقويض او الهدم‬ ‫‪ catabolism‬كما يقوم الكائن الحي في الوقت نفسه ببناء مواد معقدة من مواد بسيطة وتسمى هذه العملية بعملية‬ ‫البناء ‪ anabolism‬وتسمى المحصلة النهائية للهدم والبناء التمثيل الغذائي‪metabolism‬‬  ‫‪-3‬التنسيق الداخلي‪Internal coordination‬‬ ‫لكي يبقى الكائن الحي على قيد الحياة البد من التنسيق بين البيئة الداخلية للكائن الحي والبيئة الخارجية ويعتمد‬ ‫التنسيق على حجم الكائن الحي‪.‬ففي الكائنات البسيطة يتم التبادل مباشرة بين الخلية والمحيط عن طريق غشاء‬ ‫الخلية اما االحياء الراقية كاإلنسان مثال فهناك فعاليات معقدة من اجل القيام بالتنسيق المطلوب ومن هذه الفعاليات‪:‬‬ ‫أ‪ -‬وجود جهاز نقل متخصص مثل جهاز الدوران ‪ circulatory system‬الذي يجلب الغذاء واالوكسجين للخاليا‬ ‫ويخلصها من الفضالت وثنائي اوكسيد الكاربون لطرحها خارج الجسم‪.‬‬ ‫ب‪-‬وجود جهاز الغدد الصماء ‪ endocrine system‬ويتألف من مجموعة من الغدد الصماء الذي تفرز الهرمونات‬ ‫وينقلها الدم الى االنسجة واالعضاء المستهدفة وتتميز الهرمونات بعملها التنسيقي البطيء مقارنة بسرعة الجهاز‬ ‫العصبي‪.‬‬ ‫‪ -4‬التنسيق الخارجي‪External coordination‬‬ ‫تؤثر تغيرات البيئة الخارجية على نشاط وسلوك الكائن الحي اال ان وجود الجهاز العصبي واعضاء الحس تساعد‬ ‫الكائن الحي على معرفة واستشعار البيئة وذلك عن طريق نقل الحوافز من المحيط الى المستقبالت‪ recepter‬التي‬ ‫تنقل الحوافز الى الجهاز العصبي المركزي وتتم االجابة عن طريق االعصاب الحركية‪ motor nerves‬الى‬ ‫اعضاء االستجابة (الغدد والعضالت) وتكون االستجابة على نوعين‪:‬‬ ‫أ‪ -‬استجابة بسيطة على هيئة منعكسات ‪ reflex‬وهي فعل سريع ومفاجئ ويجنب الحيوان الخطر وال يحتاج الى‬ ‫تفكير مثل لمس جسم حار بصورة مفاجئة‪.‬‬ ‫ب‪ -‬استجابة معقدة تحصل في حالة تدخل الدماغ ويحصل في حاالت السلوك الغريزي مثل جمع الغذاء او الهجرة‬ ‫او السبات او بناء المساكن والتغذية ‪......‬الخ‪.‬‬  ‫‪ 5-‬االتزان‪Homoestasis‬‬ ‫يفصل غطاء الجسم في الحيوانات بين البيئة الخارجية والبيئة الداخلية ومن اهم منجزات التنسيق الداخلي هو‬ ‫تحقيق الثبوتية في البيئة الداخلية وأن كثير من المعايير كدرجة الح اررة واالس الهيدروجيني ‪ pH‬والسوائل الجسمية‬ ‫ونسبة الغلوكوز او تركيز االيونات تبقى ثابتة ضمن حدود ضيقة وان اي اختالف عن هذه الحدود يشير الى حالة‬ ‫مرضية‪ ،‬فاذا حصل اختالف في هذه المعايير الي سبب كان فأنه سرعان ما يعود الى وضعه االصلي الطبيعي‬ ‫بفضل الية التغذية االسترجاعية ‪ feedback mechanism‬وهذه االلية على نوعين‪:‬‬ ‫‪-‬تغذية استرجاعية موجبة (تلقيم راجع ايجابي)‪positive feedback mechanism‬‬ ‫ومثالها انخفاض مستوى هرمون االستروجين في الدورة الشهرية تحفز هرمون محفز الجريبات والذي بدوره يحفز‬ ‫افراز االستروجين والنتيجة زيادة افراز الهرمونين‪.‬‬ ‫‪-‬تغذية استرجاعية سالبة (تلقيم راجع سلبي)‪Negative feedback mechanism‬‬ ‫وهذه التغذية تكون االكثر شيوعا في العمليات الفيزيولوجية وتحصل فيها استجابة او رد فعل فيزيولوجي‪ ،‬مثال عند‬ ‫زيادة مستوى السكر في الدم يفرز هرمون االنسولين الذي يقوم بتحويل الفائض من السكر الى غليكوجين عندها‬ ‫يعود االنسولين الى وضعه الطبيعي او يتوقف عن االفراز‪.‬‬ ‫‪-‬‬  ‫تبادل المواد بين الخلية ومحيطها‪:‬‬ ‫لمعرفة كيفية تبادل المواد بين الخلية ومحيطها اي دخول المواد الغذائية والماء واالوكسجين وطرح الفضالت‪ ،‬البد‬ ‫من معرفة تركيب الغشاء الخلوي‬ ‫األغشية البيولوجية‪ :‬هي أغشية مضاعفة الطبقة من الفوسفوليبيدات وجزيئات الكولسترول‪ ،‬حيث تتوجه‬ ‫المجموعات القطبية باتجاه سطحي الغشاء أما سالسل الهيدروكربونية الالقطبية فتنغمس في المطرس (القالب) مع‬ ‫جزيئات بروتين ممتزة داخلياً وخارجياً‪.‬‬ ‫وتكون هذه البروتينات قادرة على الطوفان أو العوم بحرية عبر الغشاء حيث تترافق وتنتظم مع بعضها أو العكس‬ ‫بالعكس‪.‬وتحيط بعض هذه البروتينات الداخلية والممتدة عبر كامل سماكة الغشاء بمسامات مائية دقيقة (كما‬ ‫تتواجد الفراغات عبر الخاليا أو القنوات الخلوية بين خاليا ظهارية‪ /‬بطانية خاصة)‪ ،‬بينما تظهر البروتينات الممتزة‬ ‫األخرى خواص األنزيمات أو الحوامل‬ ‫عمليات التبادل عبر الغشاء الخلوي‬ ‫تحتوي السوائل الجسمية على االيونات والحوامض والشحوم والفيتامينات واالحماض االمينية والهرمونات والغازات‬ ‫الذائبة ولكي تحافظ الخلية على استقرارها البد ان تختار حاجتها من المواد من خارج الخلية وتطرح الفضالت‬ ‫المتولدة داخلها وهناك عدة عمليات إلنجاز هذه المهمة منها ال يحتاج الى صرف طاقة ويسمى بالنقل السلبي‬ ‫‪ passive‬والنوع االخر يحتاج الى صرف طاقة ويسمى بالنقل الفعال‪active‬‬ ‫‪-1‬عمليات النقل السلبي(المنفعل) ‪- passive membrane processes‬‬ ‫‪-A‬االنتشار‪Diffusion‬‬ ‫هو عملية نقل المادة من التركيز المرتفع لها الى التركيز المنخفض‪.‬يزداد معدل االنتشار بارتفاع درجة الح اررة‬ ‫ومن المواد التي تنقل بهذه الطريقة الماء وثنائي اوكسيد الكاربون والتي تمر بسهولة وهناك ثالث مبادئ يعتمد‬ ‫عليها االنتشار‪:‬‬ ‫‪-1‬حجم الجزيئات‪ : Molecular size‬الجزيئات الصغيرة بالحجم مثل الماء تمر بسهولة من خالل الغشاء والذي‬ ‫يكون قطرها حوالي ‪ 0.8‬نانو ميتر وال تمر الجزيئات االكبر مثل الغلوكوز‪.‬‬ ‫‪-2‬قابلية الذوبان في الدهون‪- Lipid solubility‬المواد القابلة للذوبان في الدهون مثل الكحول والستيريويدات‬ ‫والغازات الذائبة مثل االوكسجين وثنائي اوكسيد الكاربون تمر بسهولة خالل طبقات اللبيد في الغشاء‪.‬‬ ‫‪-3‬شحنة الجزيئات‪ : Molecular charge‬للشحنات دور في تحديد المواد الداخلة والخارجة من الخلية عبر‬ ‫الغشاء‪.‬‬ ‫‪-B‬النقل المسهل‪Faciliated diffusion‬‬ ‫بعض الجزيئات الكبيرة والجزيئات الغير ذائبة في الدهون تستطيع المرور من خالل الغشاء الخلوي بواسطة جزيئات‬ ‫بروتينية موجودة في الطبقة الدهنية المزدوجة‪.‬فالجزيئات خارج الغشاء ترتبط بجزء معين من البروتين الناقل وهذا‬ ‫يحفز البروتين الناقل لتغيير شكله بحيث تستطيع الجزيئات الدخول الى داخل الخلية وعند وصول الجزيئة البروتين‬ ‫والجزيئة المتصلة بها داخل السيتوبالزما تتحرر جزيئة البروتين عن الجزيئة المتصلة بها وتعيد الكرة من جديد وهذا‬ ‫ما يسمى بالنقل المسهل‬ ‫‪-C‬التناضح ‪Osmosis‬‬ ‫هي حركة سلبية للماء داخل المحلول من التركيز المنخفض الى التركيز المرتفع والذي يفصل بينهما غشاء نصف‬ ‫ناضح او اختياري النفاذية ‪ selectively or semi-permabile membrane‬في هذه العملية يستمر نقل الماء‬ ‫عبر الغشاء نصف الناضح الى ان يصل الى حالة االتزان على جانبي الغشاء وهذه المرحلة تسمى اتزان التركيز‬ ‫‪concentration equilibrium‬كما تسمى القوة التي تدفع الماء من جهة الى اخرى عبر الغشاء بالضغط‬ ‫االزموزي ‪ osmotic pressure‬ومن الطبيعي اذا كان تركيز المحلول متساوي على جانبي الغشاء فهذه الحالة‬ ‫تسمى متساوي التوتر ‪ isotonic‬وتحافظ الخلية على حجمها الحقيقي والماء ينتقل بحرية لداخل وخارج الخلية ‪.‬‬ ‫اما إذا كان داخل الخلية أكثر تركيز من المحلول خارج الخلية فهذه الحالة تسمى منخفض التوتر ‪hypotonic‬‬ ‫وفيها ينتقل الماء من خارج الخلية الى الداخل وبذلك يؤدي الى انتفاخ الخلية وقد يؤدي الى انفجار الخلية وتدميرها‬ ‫وعلى العكس من ذلك إذا تركيز المحلول خارج الخلية اعلى من التركيز داخل الخلية فأن ذلك يؤدي الى خروج‬ ‫الماء من الخلية وانكماشها وهذا يسمى ‪ hypertonic‬مفرط التوتر‬ ‫‪-D‬الترشيح‪Filtration‬‬ ‫يعتمد الترشيح على مبدا الضغط التدريجي حيث يندفع السائل عبر الغشاء إذا كان الضغط على أحد جوانب الغشاء‬ ‫اعلى من الجانب االخر والقوة التي تدفع السائل عبر الغشاء تسم الضغط الهيروستاتيكي ‪hydrostatic‬‬ ‫‪( pressure‬متعلق بالموائع)‬ ‫يعتبر الدم في الحيوانات هو المولد للضغط الهيدروستاتيكي عن طريق ضخ الدم بواسطة المضخة (القلب) وبذلك‬ ‫يرشح الدم عبر االوعية الدموية ويتضح ذلك في عملية ترشيح الدم في الكليتين‬  ‫‪-2‬النقل الفعال‪Active transport‬‬ ‫بعض الجزيئات الكبيرة وااليونات ال تستطيع الدخول والخروج الى الخلية بسهولة وتحتاج الى طاقة على شكل‬ ‫مركب كيميائي يدعى ‪ adenine three phosphate‬ويرمز له ‪ATP‬‬ ‫ومن اهم عمليات النقل الفعال‪:‬‬ ‫‪-‬االدخال الخلوي او االلتقام ‪endocytosis:‬‬ ‫وهو ميكانيكية خلوية تحتاج الى صرف طاقة وتقسم هذه الميكانيكية الى نوعين‪:‬‬ ‫‪-1‬البلعمة‪ : phagocytosis‬وهي عملية التهام الجزيئات الصلبة وادخالها الى داخل الخلية حيث تتكون‬ ‫حويصالت تضم داخلها االجسام الصلبة وتسمى هذه الحويصالت‪phagosome.‬‬ ‫‪-2‬الشرب الخلوي او احتساء الخاليا ‪ :pinocytosis‬وهو عملية دخول الماء وبعض السوائل داخل الخلية‪.‬‬ ‫‪-2‬الطرح الخلوي ‪ :Exo cytosis‬وهي ميكانيكية طرح الفضالت والماء الزائد خارج الجسم بعملية تكوين‬ ‫حويصالت تفتح لخارج الخلية‪.‬‬