التنظيم الذاتي

التنظيم الذاتي عمليةٌ تحدث في العديد من الأنظمة البيولوجية، وهي ناتجة عن آلية تكيفية داخلية تعمل على تعديل (أو تخفيف) استجابة ذلك النظام للمؤثرات. وبينما تُظهر معظم أجهزة الجسم درجةً من التنظيم الذاتي، إلا أنه يُلاحظ بوضوحٍ أكبر في الكلى والقلب والدماغ. [ 1 ] يُعدّ ^{تروية هذه الأعضاء} ضروريًا للحياة، ومن خلال التنظيم الذاتي ، يستطيع الجسم توجيه الدم (وبالتالي الأكسجين ) إلى حيث تشتد الحاجة إليه.

يُعدّ الدماغ، أكثر من معظم الأعضاء الأخرى، شديد الحساسية لزيادة أو نقصان تدفق الدم، وتشارك عدة آليات (أيضية، وعضلية، وعصبية) في الحفاظ على ضغط دم دماغي مناسب. ويتوقف تنظيم تدفق الدم الدماغي الذاتي في العديد من الحالات المرضية، مثل إصابات الدماغ الرضية ، ^{[ 2 ]} والسكتة الدماغية ، ^{[ 3 ]} _{وأورام الدماغ، أو ارتفاع مستويات ثاني} أكسيد الكربون بشكل غير طبيعي ومستمر . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

التنظيم الذاتي المتجانس، في سياق الجهاز الدوري ، هو قدرة القلب على زيادة قوة انقباضه واستعادة حجم الضربة عند زيادة المقاومة الوعائية . ^{[ 6 ]} يحدث التنظيم الذاتي المتجانس بشكل مستقل عن طول ألياف خلايا عضلة القلب، عبر تأثيري باوديتش و/أو أنريب. ^{[ 7 ]}

• يحدث تأثير باوديتش ، وهو تأثير مقوٍّ لعضلة القلب، كنتيجة ثانوية لزيادة معدل ضربات القلب. ولا تزال الآلية الدقيقة لذلك غير معروفة، ولكن يبدو أنها ناتجة عن زيادة تعرض القلب للمواد المحفزة للتقلص، والناجمة عن زيادة التدفق الدموي الناتج عن زيادة معدل ضربات القلب. ^{[ 7 ]}
• عبر تأثير أنريب ، تحدث زيادة ثنائية الطور في الانقباض وإطالة فترة الانقباض استجابةً للارتفاعات الحادة في الحمل اللاحق، مدفوعةً بتجنيد أولي لرؤوس الميوسين الحساسة لإجهاد الخيوط العضلية، يليه تعديلات ما بعد الترجمة للبروتينات الانقباضية . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

يختلف هذا عن التنظيم غير المتجانس ، الذي يحكمه قانون فرانك-ستارلينغ ، حيث يؤدي ازدياد امتلاء البطين إلى تمدد الساركوميرات، مما يُحسّن تداخل خيوط الأكتين-ميوسين لتعزيز تكوين الجسور العرضية. تُعرف هذه العملية باسم "التنشيط المعتمد على طول الخيوط العضلية"، وتشمل تغييرات هيكلية في الميوسين، تتضمن انتقالًا من حالة الراحة إلى حالة الاستعداد للانقباض. ^{[ 10 ]} يزيد هذا التحول من عدد رؤوس الميوسين المتاحة لارتباط الأكتين، مما يُضخّم إنتاج قوة عضلة القلب. كما تُعزز آليات إضافية، مثل زيادة حساسية الخيوط العضلية للكالسيوم، قوة الانقباض وحجم الضربة. ^{[ 11 ]}

بما أن القلب عضو هوائي للغاية، يحتاج إلى الأكسجين لإنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وفوسفات الكرياتين بكفاءة من الأحماض الدهنية (وبدرجة أقل، الجلوكوز وقليل جدًا من اللاكتات)، فإن الدورة الدموية التاجية تُنظَّم ذاتيًا لضمان حصول القلب على التدفق المناسب من الدم، وبالتالي إمداد كافٍ من الأكسجين. إذا توفر تدفق كافٍ من الأكسجين وارتفعت المقاومة في الدورة الدموية التاجية (ربما بسبب تضيق الأوعية الدموية)، فإن ضغط التروية التاجية (CPP) يزداد تناسبياً للحفاظ على نفس التدفق. وبهذه الطريقة، يُحافظ على نفس التدفق عبر الدورة الدموية التاجية ضمن نطاق من الضغوط. يُعرف هذا الجزء من تنظيم الدورة الدموية التاجية بالتنظيم الذاتي، ويحدث على مستوى ثابت، مما يعكس ثبات تدفق الدم عند تغير ضغط التروية التاجية والمقاومة. يُعطي ميل منحنى تدفق الدم التاجي (CBF) مقابل ضغط التروية التاجية (CPP) مقلوب المقاومة. يحافظ التنظيم الذاتي على تدفق دم طبيعي ضمن نطاق ضغط يتراوح بين 70 و110  ملم زئبق. تدفق الدم مستقل عن ضغط الدم. ومع ذلك، فإن التنظيم الذاتي لتدفق الدم في القلب ليس متطوراً بنفس القدر الذي هو عليه في الدماغ.

يُعدّ تنظيم تدفق الدم الكلوي أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على معدل ترشيح كبيبي مستقر (GFR) على الرغم من تغيرات ضغط الدم الجهازي (في حدود 80-180 ملم زئبق). في آلية تُعرف بالتغذية الراجعة الأنبوبية الكبيبية ، تُعدّل الكلية تدفق الدم لديها استجابةً لتغيرات تركيز الصوديوم. تستشعر خلايا البقعة الكثيفة في نهاية الجزء الصاعد من الأنبوب الكلوي مستويات كلوريد الصوديوم في الرشاحة البولية . عند ارتفاع مستويات الصوديوم بشكل معتدل، تُطلق البقعة الكثيفة جزيئات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ^{[ 12 ]} ، مما يُقلل من إطلاق البروستاجلاندين E2 ^{[ 13 ]} إلى الخلايا المجاورة للكبيبات . تنقبض الخلايا المجاورة للكبيبات في الشريان الوارد، بينما تُقلل الخلايا المجاورة للكبيبات في كل من الشريان الوارد والصادر من إفراز الرينين. تعمل هذه الآليات على خفض معدل الترشيح الكبيبي. يؤدي ارتفاع تركيز الصوديوم إلى إطلاق أكسيد النيتريك ، وهو مادة موسعة للأوعية الدموية، لمنع التضيق المفرط للأوعية. ^{[ 13 ]} في المقابل، تُحفز الخلايا المجاورة للكبيبات على إطلاق المزيد من الرينين، مما يحفز نظام الرينين-أنجيوتنسين ، منتجًا أنجيوتنسين 1 الذي يحوله الإنزيم المحول للأنجيوتنسين (ACE) إلى أنجيوتنسين 2. ثم يتسبب أنجيوتنسين 2 في تضيق تفضيلي للشريان الصادر من الكبيبة، مما يزيد من معدل الترشيح الكبيبي.

يُطلق على هذا النظام اسم "نظام الحالة المستقرة". ومن الأمثلة على ذلك نظامٌ يقوم فيه بروتين P، وهو نتاج الجين G، بتنظيم إنتاجه ذاتيًا عن طريق الارتباط بعنصر تنظيمي في الجين المُشفِّر له [ ^{14 ] .} ويُستهلك هذا البروتين أو يُفقد بمعدل يزداد مع ازدياد تركيزه. تُنشئ حلقة التغذية الراجعة هذه حالتين محتملتين: "تشغيل" و"إيقاف". إذا تسبب عامل خارجي في زيادة تركيز P إلى مستوى عتبة معين، فإن إنتاج البروتين P يكون "تشغيلًا"، أي أن P سيحافظ على تركيزه عند مستوى معين، إلى أن يُخفضه مُحفز آخر إلى ما دون مستوى العتبة، وعندها لن يكون تركيز P كافيًا لتحفيز الجين G على التعبير بالمعدل الذي يُعوض فقدان البروتين P أو استهلاكه. تُورَث هذه الحالة ("تشغيل" أو "إيقاف") بعد انقسام الخلية، لأن تركيز البروتين عادةً ما يبقى ثابتًا بعد الانقسام المتساوي. ومع ذلك، يُمكن أن تُعطَّل هذه الحالة بسهولة بفعل عوامل خارجية ^{[ 14 ] .}

وبالمثل، لا تقتصر هذه الظاهرة على الجينات فحسب، بل قد تنطبق أيضًا على وحدات وراثية أخرى، بما في ذلك نسخ mRNA. تستطيع أجزاء تنظيمية من mRNA تُسمى مفتاح الريبوزوم تنظيم نسخها ذاتيًا عن طريق عزل العناصر التنظيمية المجاورة (وخاصة تسلسل شاين-دالغارنو ) الموجودة على نفس النسخة التي يوجد عليها مفتاح الريبوزوم. يحتوي مفتاح الريبوزوم على حلقة جذعية مكملة لتسلسل شاين-دالغارنو، ولكنها معزولة عن طريق اقتران القواعد المكملة في الحلقة. عند وجود كمية كافية من الليجاند، قد يرتبط الليجاند بالحلقة الجذعية ويعطل الروابط بين الجزيئات، مما يؤدي إلى ارتباط جزء الحلقة الجذعية المكمل لتسلسل شاين-دالغارنو بجزء مفتاح الريبوزوم المكمل، مانعًا بذلك ارتباط الريبوسوم، وبالتالي مثبطًا عملية الترجمة. ^{[ 15 ]}

• التوازن الداخلي
• نظام الرينين-أنجيوتنسين