شارح الدرس: التنظيم الهرموني في الإنسان الأحياء • الصف الثالث الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نتذكَّر أنواع الغدد الصَّمَّاء، وخواصَّ ووظائف الهرمونات في جسم الإنسان.

يتحكم الجهاز العصبي وجهاز الغدد الصماء بصورة عامة في الوظائف التي يؤدِّيها جسم الإنسان. يُعد جهاز الغدد الصماء الذي سنركِّز عليه هنا مسئولًا عن الهرمونات.

تُفرَز الهرمونات بجرعات محدَّدة من أعضاء مختلفة، تسمى الغدد، التي تنتمي إلى جهاز الغدد الصماء.

يمكنك الاطِّلاع على الغدد الرئيسية في جهاز الغدد الصماء في الإنسان في الشكل 1 الموضح بالأسفل.

كما ترى في الشكل 1، توجد الغدد الصنوبرية والنخامية والدرقية والتيموسية، بالإضافة إلى تحت المهاد، عادةً لدى كل من الذكور والإناث. ويعمل البنكرياس أيضًا باعتباره غدة بالإضافة إلى وظائفه الهضمية الأخرى. يوجد لدى معظم البشر غدتان كظريتان، واحدة فوق كل كلية. عادة ما يوجد لدى الذكور خصيتان، بينما يوجد مبيضان لدى الإناث.

الهرمونات نواقل كيميائية تنتقل عبر الجسم لإحداث تأثيرات محددة. تُفرَز الهرمونات بسبب تنشيط الغدد عند حدوث تغير داخل الجسم، مثل ارتفاع تركيز الجلوكوز في الدم، أو عند تحفيز إحدى الغدد عن طريق هرمون آخر أو سيال عصبي.

بمجرد إفراز الهرمونات من الغدة، فإنها تنتقل في وسط انتقال سائل، عادة ما يكون بلازما الدم، للتأثير على الأعضاء أو الخلايا المستهدفة. وبمجرد وصول الهرمونات إلى الخلايا المستهدفة، فإنها ترتبط بالمستقبلات داخل الخلية أو بسطح غشاء الخلية. وتشتق كلمة «هرمون» من كلمة يونانية تعني تحفيز النشاط، فالهرمونات «تُنشِّط» تأثيرات في أماكن أخرى من الجسم تختلف عن مكان إفرازها عن طريق الارتباط بمستقبلات هذه الخلايا المستهدفة.

يمكنك هنا مشاهدة شكل يوضح مخططًا لكيفية انتقال الهرمونات في جميع أجزاء الجسم في الشكل 2.

هيا نلقِ نظرة على جهاز الغدد الصماء في الإنسان وأنواع الغدد التي يحتوي عليها.

هناك ثلاثة أنواع من الغدد: الغدد الصماء، والغدد الخارجية الإفراز، والغدد المختلطة. تفرز جميع الغدد مواد، ولكن تختلف طبيعة المواد التي تفرزها، وكذلك آليه قيامها بذلك، حسب نوع الغدة.

الغدة الصماء هي الغدة التي تنتج الهرمونات وتفرزها في مجرى الدم مباشرة.

تُنتج الغدة الخارجية الإفراز موادَّ مثل الإنزيمات، وتفرزها عبر قناة على سطح الجسم. ويمكن أن تكون هذه الأسطح داخلية، مثل الفم، حيث تفرز الغدد اللعابية الخارجية الإفراز اللعاب عبر قنوات. وقد تكون هذه الأسطح خارجية، مثل الجلد، حيث تفرز غدد العرق الخارجية العرق، عبر قنوات أيضًا.

وأخيرًا، الغدد المختلطة هي تلك التي يمكن أن يكون لها وظائف كل من الغدد الصماء والغدد الخارجية الإفراز.

والآن بعد أن عرفنا أن الغدة يمكن أن تكون صماء، أو خارجية الإفراز، أو مختلطة، لنلقِ نظرة على أمثلة محدَّدة للغدد الصماء والغدد المختلطة داخل جهاز الغدد الصماء.

لنلقِ نظرة على بعض الأمثلة على الغدد الصماء أولًا، ونبدأ بالغدد الكظرية التي يمكنك رؤيتها في الشكل 3.

عادة يكون لدى الإنسان غدتان كظريتان، واحدة فوق كل كلية، كما هو موضح في الشكل 1. تحتوي كل غدة كظرية على جزء خارجي يسمى قشرة الغدة الكظرية، وجزء داخلي يسمى نخاع الغدة الكظرية، وهما مسئولان عن إفراز هرمونات مختلفة لها وظائف مختلفة تمامًا. يمكنك أن ترى مخططًا للهرمونات التي ينتجها كل جزء في الشكل 3 الموضح بالأعلى.

على سبيل المثال، الكورتيزول هرمون تفرزه قشرة الغدة الكظرية، وهو المسئول عن تنظيم عملية أيض الكربوهيدرات واستخدام الدهون والبروتينات مصدرًا للطاقة. والأدرينالين هرمون آخر يفرز من نخاع الغدة الكظرية وهو مسئول عن استجابة الكر أو الفر في جسم الإنسان، وهو ما يسمح لنا بالاستجابة للمواقف المسبِّبة للتوتر.

ربما تكون قد لاحظت أن هناك العديد من الغدد الصماء في الشكل 1 توجد في كل من الذكور والإناث. لكن لدى الذكور غدد تسمى الخصيتين، ومفردها خصية، ولدى الإناث غدد تسمى المبيضين ومفردها مبيض. هذه الغدد تشكل جزءًا من الجهاز التناسلي الذكري والأنثوي، على الترتيب، وتسمى مجتمعةً «المناسل».

وتفرز المناسل الذكرية، وهي الخصيتان، هرمونات تسمى الأندروجينات. والأندروجينات يمكن أن تكون التستوستيرون، والأندروستينديون، وهرمونات أخرى تعمل معًا للتحكم في نمو الأعضاء التناسلية الذكرية وظهور الصفات الجنسية الثانوية عند البلوغ، مثل شعر الوجه أو خشونة الصوت

وتفرز المناسل الأنثوية، وهي المبيضان، هرمونين رئيسيين: الإستروجين والبروجسترون. يتسبب الإستروجين في ظهور الصفات الجنسية الثانوية عندما وصول المرأة سن البلوغ مثل نمو أنسجة الثدي. يلعب كل من الإستروجين والبروجسترون بالإضافة إلى هرمونين يفرزان من الغدة النخامية وهما الهرمون المنشِّط للحويصلة (FSH) والهرمون المنشِّط للجسم الأصفر (LH)، دورًا مهمًّا في تنظيم دورة الطمث وإعداد جسم الأنثى لاحتمالية حدوث حمل.

والريلاكسين هرمون آخر يفرَز من المبايض، ومن المشيمة أيضًا، أثناء الحمل. والريلاكسين مسئول بالأساس عن ارتخاء أجزاء الجهاز التناسلي الأنثوي، في نهاية الحمل، لتسهيل ولادة الطفل.

دعونا الآن نلقِ نظرة على غدة مهمة تسمى الغدة النخامية ونفهم كيفية عملها. تقع الغدة النخامية أسفل الدماغ مباشرة، كما ترى في الشكل 4.

تتكون الغدة النخامية من فصين: الفص الأمامي، والفص الخلفي. ترتبط الغدة النخامية ارتباطًا وثيقًا بجزء من الدماغ يسمى تحت المهاد. وتتكوَّن بعض الهرمونات عن طريق تحت المهاد، وتخزن في الفص الخلفي للغدة النخامية، لإفرازها في الدم عند الحاجة. وأحد هذه الهرمونات هو الهرمون المضاد لإدرار البول (ADH)، والمسئول عن التحكم في إعادة امتصاص الماء في مجرى الدم عن طريق الكليتين.

وتسمى الغدة النخامية أحيانًا باسم «سيدة الغدد» لأنها تتحكم في نشاط معظم الغدد الصماء الأخرى. على سبيل المثال، يفرز الفص الأمامي من الغدة النخامية الهرمون المنبه لقشرة الغدة الكظرية، الذي يحفز الغدد الكظرية لإفراز الهرمونات الأخرى. تفرز الغدة نفسها أيضًا هرمونات النمو التي تنظم النمو عن طريق أيض البروتينات. هذان اثنان فقط من الهرمونات السبعة التي يفرزها الفص الأمامي للغدة النخامية وحده.

ويعد البنكرياس مثالًا على الغدد المختلطة، حيث إن له وظائف الغدد الصماء والغدد الخارجية الإفراز، ويقع في الجهاز الهضمي في جسم الإنسان كما هو موضح في الشكل 5.

يتكون معظم البنكرياس من نسيج خارجي الإفراز، وهو مسئول عن إنتاج العصارة البنكرياسية وإفرازها. العصارة البنكرياسية مادة قلوية تحتوي على مزيج من إنزيمات تساعد على الهضم. وتُفرَز العصارة عن طريق القناة البنكرياسية في الاثني عشر، وهو الجزء الأول من الأمعاء الدقيقة.

تتمثل وظيفة البنكرياس باعتباره غدة صماء في إفراز الهرمونات، مثل الإنسولين والجلوكاجون، مباشرة في مجرى الدم. في حين أن وظيفة الإنسولين هي تقليل مستويات الجلوكوز في الدم عندما تصبح مرتفعة للغاية، فإن الجلوكاجون يزيد من مستويات الجلوكوز في الدم عندما تصبح منخفضة للغاية. هاتان الآليتان تسمحان للبنكرياس بتنظيم تركيز السكر في الدم في جسم الإنسان للحفاظ عليه عند مستوى ثابت وطبيعي.

وتؤدي الأغشية المخاطية المبطِّنة للقناة الهضمية وظائف الغدد الصماء والغدد الخارجية الإفراز. وتتضمَّن وظيفة الغدد الخارجية الإفراز لهذه الأغشية إفراز إنزيمات الهضم التي تساعد على تكسير الطعام. وتُفرَز هذه الإنزيمات عبر قنوات داخل القناة الهضمية، كما في الاثني عشر.

تفرز الأغشية المخاطية أيضًا هرمونات القناة الهضمية في مجرى الدم؛ وهو ما يؤثر على الأعضاء الأخرى في الجهاز الهضمي.

على سبيل المثال، الجاسترين هو هرمون تفرزه خلايا G التي تبطن المعدة والاثني عشر. يُنقل الجاسترين عبر الدم مرة أخرى إلى المعدة من بين أنسجة الجسم الأخرى التي يستهدفها ووظائفه الأخرى لتحفيزها على إفراز حمض المعدة، الذي يسمى أحيانًا العصارة المعدية. يحتوي حمض المعدة على حمض الهيدروكلوريك وإنزيمات البروتييز لتكسير البروتينات في المعدة.

إن كلًّا من السيكريتين والكوليسيستوكينين هي هرمونات تفرزها خلايا S وخلايا I، على الترتيب، وهما موجودتان في بطانة الاثني عشر. تحفز هذه الهرمونات إفراز العصارة البنكرياسية من البنكرياس.

وقد أسهم العديد من العلماء في فهمنا لجهاز الغدد الصماء ووظائف الغدد الصماء والغدد الخارجية الإفراز في الإنسان. من بين أهم العلماء الرئيسيين الذين ساهموا في اكتشاف الهرمونات الحيوانية، برنارد وستارلينج.

درس كلود برنارد عالم الفسيولوجيا الفرنسي الوظائف الجليكوجينية للكبد في الفترة من 1855 إلى 1856، ويمكننا مشاهدة موقعه في الجهاز الهضمي للإنسان في الشكل 5 الموضح بالأعلى. كان برنارد مبهورًا بالأخص بإفرازات الكبد. واكتشف أن الكبد يخزن السكر في صورة مادة تسمى الجليكوجين، وأن الوظيفة الجليكوجينية هي الإفراز الداخلي للكبد.

بالإضافة إلى الوظائف التي اكتشفها برنارد، وُجد أيضًا أن الكبد يفرز العصارة الصفراوية خارجيًّا والتي تنتقل بعد ذلك عبر القناة الصفراوية إلى المرارة. تُخزَّن العصارة الصفراوية في المرارة قبل إفرازها داخل الأمعاء الدقيقة. هذه الإفرازات هي الوظائف الخارجية الإفراز للكبد.

ودرس إرنست ستارلينج، عالم الفسيولوجيا البريطاني، البنكرياس، ويرجع له الفضل، هو وصهره، ويليام بايليس، في صياغة مصطلح «الهرمون». لقد حاولا تحديد ما إذا كان إفراز العصارة البنكرياسية هو نتيجة لتحفيز عصبي، كما كان يُعتقد آنذاك، أو ربما شيء آخر.

عند قطع الإمداد العصبي للبنكرياس، اكتشفا أن البنكرياس ما زال يفرز العصارة البنكرياسية في الاثني عشر مباشرة بعد وصول الطعام إلى هناك عبر القناة الهضمية. والآلية التي اقترحاها مبيَّنة في الشكل 6.

توصل ستارلينج وبايليس إلى وجود مواد كيميائية تفرزها الخلايا في الأغشية المخاطية التي تبطن الاثني عشر والصائم، وهما أول جزأين من الأمعاء الدقيقة. هذه المواد الكيميائية، والتي أطلقا عليه اسم «سكريتين»، تدخل في مجرى الدم وتنتقل إلى البنكرياس. وتوصلَا إلى أن التحفيز العصبي ليس المتسبِّب في إفراز عصارة البنكرياس، وإنما السبب هو الإفرازات الكيميائية التي أطلقوا عليها «الهرمونات». وافترضا أن هناك العديد من الإفرازات الأخرى المشابهة في أماكن أخرى من الجسم. وبحسب ما نعرفه اليوم، أدركنا أنهما كانا على صواب!

بحث العديد من العلماء الآخرين في تأثيرات الهرمونات على أجزاء مختلفة من الجسم من خلال دراسة الأعراض التي تظهر في حالة تضخم بعض الغدد الصماء أو استئصالها. يؤدي تضخُّم بعض الغدد الصماء إلى حدوث زيادة في تأثير الهرمونات التي تُفرَز منها؛ إذ تُفرز هذه الهرمونات بكميات أكبر. ونظريًّا، يؤدي استئصال أحد الغدد إلى انخفاض تأثير الهرمونات التي تفرزها هذه الغدة.

ودرس العلماء أيضًا التركيب الكيميائي للهرمونات التي يفرزها جهاز الغدد الصماء، وهذا التركيب يتغير كثيرًا حسب نوع الهرمونات.

لنلقِ نظرة أكثر تفصيلًا على تركيب ووظيفة نوعين مختلفين من الهرمونات: الهرمونات الستيرويدية، والهرمونات غير الستيرويدية.

يمكنك أن ترى آلية عمل الهرمونات الستيرويدية لإحداث تأثير على الخلايا المستهدفة في الشكل 7.

الهرمونات الستيرويدية مشتقة من الليبيدات، وهي قابلة للذوبان فيها. وهذا يعني أنها يمكن أن تنتشر عبر طبقة الفوسفوليبيدات المزدوجة في غشاء سطح الخلية المحيط بالخلية المستهدفة للانتقال مباشرة إلى سيتوبلازم الخلية. بمجرد دخول الهرمونات الستيرويدية للخلية المستهدفة، فإنها ترتبط بالمستقبِلات الموجودة في السيتوبلازم أو النواة أو تُدمج في الغشاء البلازمي الذي يحيط بالعُضَيَّات الأخرى، مثل الميتوكوندريا أو الشبكة الإندوبلازمية. يسمح مركَّب الهرمون والمستقبل بنسخ جين معين؛ وهو ما يؤدي إلى إنتاج بروتين محدَّد. ويعتمد موضع مستقبل الهرمون على الهرمون الذي سيرتبط به.

يسمح مركب الهرمون والمستقبل بنسخ جين محدد لإنتاج الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، كما نرى في الخطوة 4 من الشكل 7. يترك الحمض النووي الريبوزي الرسول النواة ويدخل السيتوبلازم حيث يُخلِّق بروتينًا محددًا في النهاية. وتُحدث البروتينات الناتجة عن كل هرمون استجابة.

بعض الأمثلة على الهرمونات الستيرويدية هي الكورتيزول وبعض الهرمونات الجنسية الرئيسية: الإستروجين والبروجسترون والتستوستيرون والأندروستيرون.

يمكنك أن ترى مخططًا للآلية التي تعمل بها الهرمونات غير الستيرويدية لتُحدث تأثيرًا على الخلايا المستهدفة في الشكل 8.

تشتق الهرمونات غير الستيرويدية من الأحماض الأمينية؛ ولذلك تسمى أحيانًا بالهرمونات المشتقة من الأحماض الأمينية، أو الهرمونات الببتيدية، أو تسمى أحيانًا الهرمونات الأمينية فقط. الهرمونات غير الستيرويدية مُحبة للماء؛ ومن ثَمَّ لا يمكنها المرور عبر طبقة الفوسفوليبيدات المزدوجة للخلية المستهدفة؛ لذا يجب أن ترتبط بالمستقبلات الموجودة على سطح غشاء الخلية لتُحدِث تأثيرًا داخل الخلية.

يُنشط مركب الهرمون والمستقبل المتكوِّن على غشاء الخلية المستهدفة سلسلة من التفاعلات داخل الخلية. وتحدث هذه السلسلة من التفاعلات داخل الخلية، بواسطة الإنزيمات، وتؤدي في النهاية إلى استجابة خلوية، فمثلًا يؤدي زيادة تركيز الجلوكوز في الدم عادة إلى إفراز الإنسولين. يُحدث الإنسولين استجابة خلوية، منها زيادة امتصاص الجلوكوز وتحفيز زيادة تحلل الجلوكوز، وهي الخطوة الأولى في التنفس الخلوي المسئول عن تكسير الجلوكوز إلى حمض البيروفيك. تؤدي هذه العمليات، بالإضافة إلى عمليات أخرى يحفزها الإنسولين، إلى تقليل مستويات الجلوكوز في الدم ليعود إلى المستوى الطبيعي.

بعض الأمثلة على الهرمونات غير الستيرويدية هي الأدرينالين، والهرمون المضاد لإدرار البول (ADH)، والإنسولين، والجلوكاجون.

ورغم صغر الكميات المفرزة، يمكن أن تحدث الهرمونات تأثيرًا كبيرًا على العديد من وظائف الجسم المختلفة. تساعد الهرمونات الإنسان على التحكم في بيئة الجسم الداخلية، وتنظيم العمليات الأيضية، وتحفيز ظهور بعض الصفات الجنسية. في الوقت نفسه، تساعد الهرمونات المفرَزة من غدد مختلفة في الجسم على النمو والوصول إلى البلوغ الجنسي، وقد يكون لها العديد من التأثيرات على النمو السلوكي والذهني للإنسان.

لنلخص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الشارح.