فيديو الدرس: تنظيم مستوي الجلوكوز في الدم الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على هرموني الإنسولين والجلوكاجون، وكيف يعملان معًا من خلال نظام التغذية الراجعة السلبية من أجل الحفاظ على التركيز الطبيعي والصحي للجلوكوز في الدم في جسم الإنسان. وسنعمل بعد ذلك معًا على حل سؤالين تدريبيين. وأخيرًا، سنراجع ما تعلمناه.

الجلوكوز هو أحد أنواع السكريات البسيطة. ويعد الجلوكوز جزيئًا عالي الطاقة؛ لأنه يحتوي على العديد من الروابط الكيميائية المستقرة. وخلال عملية تسمى التنفس الخلوي، تكسر هذه الروابط المستقرة. وتنقل الطاقة المنطلقة كي تستخدمها جميع خلايا الجسم تقريبًا في عملياتها الحيوية. وهذه العملية هي السبب وراء الأهمية الشديدة للجلوكوز. فلكي تعمل الخلايا بالشكل الصحيح، يجب الحفاظ على تركيز الجلوكوز في الدم في نطاق محدود وضيق.

إذا كان تركيز الجلوكوز في الدم منخفضًا للغاية، هذا يعني عدم وجود ما يكفي من الجلوكوز في مجرى الدم، فلن تتمكن الخلايا من نقل الطاقة الكافية أثناء التنفس الخلوي كي تعمل بشكل صحيح. وقد نشعر بالضعف، أو التعب، أو الرعشة، أو الدوار، حتى الإغماء. وفي المقابل، إذا ارتفع تركيز الجلوكوز في الدم أكثر مما ينبغي، فقد يؤدي ذلك إلى تلف الخلايا والأوعية الدموية والأعصاب، وهو ما يتسبب في مشكلات خطيرة على المدى الطويل.

يتراوح المعدل المثالي لتركيز الجلوكوز في الدم عادة ما بين 70 و140 ملليجرامًا من الجلوكوز لكل ديسيلتر من الدم. والتحكم في نسبة الجلوكوز في الدم هو إحدى الطرق التي يحافظ بها الجسم على الاتزان الداخلي؛ أي البيئة الداخلية الطبيعية الثابتة. ولتحقيق هذا الاتزان الداخلي، يجب أن يحافظ الجسم على التوازن المستمر بين الجلوكوز الذي نحصل عليه من الطعام الذي نتناوله والجلوكوز الذي يستخدمه الجسم ويخزنه.

عندما يرتفع تركيز الجلوكوز في الدم، تحفز الخلايا في جميع أنحاء الجسم لتخزين الجلوكوز واستهلاكه، وهو ما يزيله من مجرى الدم، ومن ثم ينخفض تركيز الجلوكوز في الدم مرة أخرى ليعود إلى معدله الطبيعي. وعندما يبدأ تركيز الجلوكوز في الدم في الانخفاض، تحفز الخلايا في جميع أنحاء الجسم لإطلاق الجلوكوز وتقليل استخدامه، وهو ما يرفع تركيز الجلوكوز في الدم مرة أخرى حتى يصل إلى معدله الطبيعي.

ولكن كيف تعرف الخلايا متى تخزن الجلوكوز ومتى تطلقه؟ حسنًا، هذه وظيفة النواقل الكيميائية التي يطلق عليها أيضًا الهرمونات. ولكي نفهم كيفية التحكم في مستوى جلوكوز الدم، سنلقي نظرة فاحصة على نوعين من الهرمونات، كلاهما ينتجه البنكرياس. وهما الإنسولين، الذي يعمل على خفض تركيز الجلوكوز في الدم، والجلوكاجون، الذي يعمل على رفع تركيز الجلوكوز في الدم.

في كل مرة نتناول فيها وجبة خفيفة أو وجبة رئيسية أو نشرب مشروبًا سكريًّا، يمتص الجلوكوز عبر الأمعاء الدقيقة إلى مجرى الدم. يكتشف البنكرياس هذه الزيادة في تركيز الجلوكوز في الدم، ويطلق هرمون الإنسولين. وينتقل الإنسولين في مجرى الدم، وهو ما يسمح له بالوصول إلى الخلايا والأعضاء والأنسجة المستهدفة. نحن نعلم بالفعل أن الإنسولين يقلل مستويات الجلوكوز في الدم. وهو يفعل ذلك بعدة طرق.

يعمل الإنسولين على امتصاص الكبد للجلوكوز حيث يخزن في شكل جزيء يسمى الجليكوجين. والجليكوجين كربوهيدرات معقدة غير قابلة للذوبان تحتوي على العديد من جزيئات الجلوكوز. وتحويل الجلوكوز إلى جليكوجين يسمح بتخزينه لاستخدامه فيما بعد. يخزن الجليكوجين أيضًا في الخلايا العضلية. يحفز أيضًا الإنسولين أجسامنا لتحويل الجلوكوز إلى دهون تخزن في الخلايا الدهنية. بالإضافة إلى ذلك، يحفز الإنسولين بوجه عام الأنشطة الخلوية التي تستهلك الجلوكوز، مثل عملية التنفس الخلوي. ونظرًا لأن الإنسولين يتسبب في استخدام الجسم للجلوكوز وتخزينه، فإن تركيز الجلوكوز ينخفض تدريجيًّا في مجرى الدم.

يكتشف البنكرياس انخفاض الجلوكوز في الدم، ويتوقف عن إنتاج الإنسولين. لكن الخلايا تستمر في استهلاك الجلوكوز لتنفيذ عملية التنفس الخلوي؛ لذا يستمر تركيز الجلوكوز في الانخفاض. تكتشف خلايا مختلفة داخل البنكرياس هذا التغيير، وتطلق هرمونًا يسمى جلوكاجون. وينتقل الجلوكاجون في مجرى الدم، وهو ما يسمح له بالوصول إلى الخلايا والأعضاء والأنسجة المستهدفة. يحفز الجلوكاجون الخلايا داخل الكبد لإعادة تحويل الجليكوجين إلى جلوكوز وإطلاقه في مجرى الدم. يثبط الجلوكاجون أيضًا بوجه عام الأنشطة الخلوية التي تستهلك الجلوكوز، مثل عملية التنفس الخلوي. يكتشف البنكرياس زيادة تركيز الجلوكوز في الدم. فيتوقف عن إنتاج الجلوكاجون.

قبل أن نكمل حديثنا، من المفيد التمييز بين هذين المصطلحين الرئيسيين اللذين يشيع الخلط بينهما، وهما الجليكوجين والجلوكاجون. حسنًا، لقد عرفنا أن الجلوكاجون هرمون له تأثيرات متنوعة في الجسم تؤدي إلى زيادة تركيز الجلوكوز في الدم، والجليكوجين كربوهيدرات معقدة مكونة من عدة جزيئات من الجلوكوز. إذن هو جزيء لتخزين الطاقة. ولكنهما يبدوان متشابهين بشدة. وحتى إذا رجعنا إلى تركيب الكلمتين بالإنجليزية، فلن يفيدنا ذلك كثيرًا؛ لأن كلمة جلوكاجون بالإنجليزية تتكون من جزأين يعنيان «سكر» و«تحفيز»، بينما الجزآن المكونان لكلمة جليكوجين يعنيان «سكر» و«تصنيع».

يستفيد الكثير من الطلاب في هذه الحالة من اختصار المفهوم في عبارة بسيطة كالآتي. «عندما ينفد الجلوكوز، نطلق الجلوكاجون»، وهذا أمر مؤكد. فعندما ينخفض تركيز الجلوكوز في الدم، ينتج البنكرياس الجلوكاجون ويطلقه. حاول أن تتذكر هذه العبارة أو أي عبارة أخرى لمساعدتك على تذكر الفرق بين الجلوكاجون والجليكوجين.

عندما نلقي نظرة فاحصة على المخطط الذي رسمناه للتو، نلاحظ ظهور عدة علاقات. تؤدي زيادة تركيز الجلوكوز في الدم إلى زيادة تركيز الإنسولين في مجرى الدم. يتسبب الإنسولين في إزالة الجلوكوز واستهلاكه بواسطة خلايا الجسم، ما يؤدي إلى انخفاض نسبة الجلوكوز في مجرى الدم، وهو ما يؤدي في النهاية إلى انخفاض كمية الإنسولين. وتعود الأمور إلى طبيعتها.

على الجانب الآخر، عرفنا أنه عندما ينخفض تركيز الجلوكوز في الدم، يكتشف البنكرياس ذلك التغيير ويزيد من كمية الجلوكاجون في مجرى الدم. يحفز الجلوكاجون الخلايا على حفظ الجلوكوز وإطلاقه، وهو ما يزيد من تركيزه في مجرى الدم. يكتشف البنكرياس زيادة الجلوكوز، وهو ما يؤدي في النهاية إلى تقليل تركيز الجلوكاجون في مجرى الدم. وتعود الأمور إلى طبيعتها.

عندما يعمل نظام لإعادة الأمور إلى طبيعتها، يسمي العلماء هذه الظاهرة التغذية الراجعة السلبية. دعونا نلق نظرة على كيفية حفاظ نظام التغذية الراجعة السلبية على مستويات الجلوكوز الطبيعية بين وجبتي الإفطار والغداء. عندما تستيقظ، يكون تركيز جلوكوز الدم لديك في البداية منخفضًا جدًّا؛ نظرًا لأنك لم تأكل طوال الوقت الذي كنت نائمًا فيه. وبعد الإفطار، يمتص الجلوكوز في مجرى الدم ويرتفع تركيزه ارتفاعًا كبيرًا. تؤدي زيادة تركيز الجلوكوز في الدم إلى زيادة تركيز الإنسولين في الدم. ويدفع الإنسولين الكبد إلى تخزين الجلوكوز الزائد على هيئة جليكوجين. فينخفض تركيز الجلوكوز إلى المستوى الطبيعي، وينخفض تركيز الإنسولين أيضًا. مع مرور الوقت، تستمر الخلايا في استخدام الجلوكوز، وهو ما يؤدي إلى انخفاض تركيزه في الدم عن المعدل الطبيعي.

وكما عرفنا للتو، عندما ينفد الجلوكوز، نطلق الجلوكاجون. يحفز الجلوكاجون خلايا الكبد لتحويل الجليكوجين مرة أخرى إلى جلوكوز وإطلاقه في مجرى الدم. وعندما يعود تركيز الجلوكوز في الدم إلى مستواه الطبيعي، يتوقف إطلاق البنكرياس للجلوكاجون. وتتكرر هذه الدورة كلما دعت الضرورة من أجل الحفاظ على تركيزات الجلوكوز في الدم قريبة من معدلها الطبيعي، أو ما يشار إليه غالبًا بنقطة ضبط الجلوكوز بين الوجبات. وعندما تتناول غداءك لاحقًا، يمتص الجلوكوز من هذه الوجبة في مجرى الدم، وتبدأ الدورة كلها من جديد.

يعمل كل من الإنسولين والجلوكاجون باستمرار للحفاظ على تركيز الجلوكوز في الدم قريبًا من نقطة الضبط على مدار اليوم. وهذا أحد الأمثلة لكيفية حفاظ الجسم على الاتزان الداخلي عن طريق التغذية الراجعة السلبية. والآن دعونا نجرب حل سؤال تدريبي.

في العبارات الآتية المتعلقة بالجلوكوز في الدم، اذكر المصطلح العلمي الموصوف. ما الهرمون الذي يفرز استجابة لانخفاض نسبة السكر في الدم؟ ما اسم جزيء التخزين المتعدد السكريات الذي يتحول إليه السكر في الكبد؟ ماذا نطلق على السكر الرئيسي الذي يحصل عليه من الكربوهيدرات ليتكسر في التنفس الخلوي؟

يطلب منا هذا السؤال استرجاع مصطلحات رئيسية معينة عن جلوكوز الدم وكيفية تنظيمه في الجسم. وتتعلق الأسئلة تحديدًا بأحد الهرمونات، وجزيء متعدد السكريات، والسكر الرئيسي المستخدم في عملية التنفس الخلوي. لذا للإجابة عن هذا السؤال، سنراجع أولًا خطوات تنظيم الجلوكوز في الدم التي تصفها هذه المصطلحات.

تهدف عملية تنظيم الجلوكوز في الجسم إلى الحفاظ على التركيز الطبيعي للجلوكوز في مجرى الدم. عندما يزيد تركيز الجلوكوز في الدم عن المستوى الطبيعي، يفرز هرمون يسمى الإنسولين في مجرى الدم. الهرمونات نواقل كيميائية، وينقل الإنسولين رسالة إلى خلايا الجسم تشير إليها بزيادة تخزينها للجلوكوز وزيادة استهلاكها له، وهو ما يؤدي إلى إزالته من الدم؛ ومن ثم يعود تركيز الجلوكوز في الدم إلى مستواه الطبيعي.

أحد الاستخدامات الرئيسية للجلوكوز في الجسم هي عملية التنفس الخلوي. يمكن تحويل الجلوكوز إلى دهون تخزن في الخلايا الدهنية، أو قد يخزن على صورة جليكوجين في خلايا الكبد والعضلات. وعندما ينخفض تركيز الجلوكوز في الدم عن المعدل الطبيعي، يطلق هرمون يسمى الجلوكاجون. يحمل الجلوكاجون رسالة عكسية إلى الخلايا؛ حيث يشير إليها بإطلاق الجلوكوز المخزن وتقليل استهلاكها له. وداخل الكبد، يحول الجليكوجين مرة أخرى إلى جلوكوز ويطلق في مجرى الدم، وهو ما يزيد من تركيز الجلوكوز في الدم، فيعود تركيز الجلوكوز في الدم إلى معدله الطبيعي.

نحن على استعداد الآن للعودة إلى السؤال. الهرمون الذي يفرز استجابة لانخفاض نسبة السكر في الدم هو الجلوكاجون. بعض الطلاب يجدون من المفيد تذكر العبارة المختصرة الآتية: عندما ينفد الجلوكوز، نطلق الجلوكاجون.

وجزيء تخزين السكر الموجود في الكبد هو الجليكوجين. الجليكوجين كربوهيدرات معقدة تتكون من العديد من جزيئات الجلوكوز المرتبطة بعضها ببعض. هناك كلمة مهمة أخرى في هذا السؤال وهي «متعدد السكريات». فمع وضع ذلك في الاعتبار، ومع العلم بأن الجليكوجين يحتوي على العديد من جزيئات سكر الجلوكوز، تكون هذه هي الإجابة الصحيحة.

وأخيرًا، السكر الرئيسي الذي يتكسر في عملية التنفس الخلوي هو الجلوكوز. أثناء التنفس الخلوي، يكسر الجلوكوز، وهو ما يطلق الطاقة التي تنقل لتستخدم في عمليات حيوية أخرى، وهذا هو السبب في أن الجلوكوز هو بالضبط ما نعنيه عندما نتحدث عن سكر الدم.

دعونا الآن نختتم الدرس بمراجعة سريعة لما تعلمناه. في هذا الفيديو، عرفنا كيف يعمل الإنسولين والجلوكاجون معًا في عملية تغذية راجعة سلبية من أجل الحفاظ على الاتزان الداخلي وتنظيم تركيز الجلوكوز في الدم.