عملکرد قلب و عروق به مثابه یک سیستم پیچیده‌ی کاهش‌ناپذیر برای کنترل حجم آب بدن
هاوارد گلیکسمن/ ترجمه: فریدون امام‌زاده شوشتری

۲۰ می، ۲۰۱۵

چون بدن‌های ما از اتم و مولکول ساخته شده‌اند باید تابع قوانین طبیعت باشند. برای این که سلول‌ها به درستی زندگی و کار کنند و حجم خون کافی برای تغذیه‌ی آن‌ها حفظ شود بدن باید آب کافی داشته باشد. حجم آب بدن عمدتا با هورمون ضد ادرار[۱] (ADH) کنترل می‌شود. گیرنده‌های اسمزی[۲] در هیپوتالاموس[۳] به کوچک شدن حساس هستند و پیام‌های عصبی‌ای ارسال می‌کنند که حجم آن‌ها را منعکس می‌کند. هرچه این گیرنده‌ها کوچک‌تر شوند ارسال پیام‌ها بیش‌تر می‌شود و هر چه کم‌ترکوچک شوند ارسال پیام ها کم‌تر می‌شود.

مقدار ADH آزاد شده از غده‌ی هیپوفیز خلفی[۴] در خون بر اساس فرکانس این پیام‌ها است. هرچه فرکانس بالاتر باشد، ADH بیش‌تری ارسال می‌شود و هر چه فرکانس کم‌تر باشد، ADH کم‌تری گسیل می‌شود. ADH مرکز تشنگی را تحریک می‌کند و همچنین به گیرنده‌های خاصی در کلیه‌ها متصل می‌شود و به آن‌ها پیغام می‌دهد که متناسب با کاهش میزان ادراری که تولید می‌کنند آب را ذخیره کنند. هرچه ADH بیش‌تر خارج شود، شخص بیش‌تر تشنه‌ شده و کم‌تر ادرار تولید می‌کند، در حالی که هرچه ADH کم‌تر خارج شود، شخص کم‌تر تشنه شده و ادرار بیش‌تری تولید می‌کند.

سه عاملِ وجود گیرنده های اسمزی، ذخیره‌ی ADH در غده‌ی هیپوفیز خلفی و گیرنده‌های ADH در ارتباط با یک‌دیگر به بدن اجازه می‌دهند تا به نحوی حجم آب را کنترل کند که بتواند تابع قوانین زنده ماندن باشد.

مایکل بیهی[۵]، زیست‌شناس آمریکایی، یک سیستم پیچیده‌ی کاهش‌ناپذیر را به این صورت تعریف می‌کند: مجموعه‌ای که از چند بخش مرتبط با هم تشکیل شده باشد، به گونه‌ای که فقدان هر یک از آن بخش‌ها باعث از کار افتادن کل مجموعه شود. مونتاژ چنین مجموعه‌ای مستلزم برنامه‌ریزی و دقت کامل است، زیرا تا زمانی که همه چیز سر جای خود قرار نگیرد مجموعه نمی‌تواند کار کند. او یک تله موش معمولی را مثال می زند که از یک کف چوبی، یک چکش، یک فنر، یک گیره و یک میله نگهدارنده تشکیل شده است. اگر هر یک از این قسمت‌ها برداشته شوند، تله موش دیگر نمی‌تواند موش‌ها را به دام بیندازد.

با توجه به مطالبی که پیش‌ترگفته شد، مشخص است که بدن برای کنترل حجم آب خودش به گیرنده‌های اسمزی در هیپوتالاموس، سلول‌های غده‌ی هیپوفیز خلفی برای ارسال ADH، و گیرنده‌های ADH در کلیه‌ها نیاز دارد.

در مورد کارا بودن مجموعه‌ای مانند تله موش، نکته‌ی مهم امکان درست کارکردن آن در شرایط واقعی است. اگر بخواهیم عملا یک موش را به دام بیندازیم باید براساس شرایطی که موش دارد اجزای تله موش را انتخاب کنیم، یا به عبارت دیگر «اعداد مشخص منجر به پیامدهای مشخصی می‌شوند.». موش جثه، قدرت و سرعت معینی دارد؛ بنابراین قطعات تله باید دارای مشخصات خاصی باشند: کف‌چوبی باید به اندازه‌ی کافی محکم باشد، چکش باید به اندازه‌ی کافی سنگین باشد و فنر باید به اندازه‌ی کافی قدرت پس زدن داشته باشد تا بتواند چکش را با سرعت و نیروی کافی برای به دام انداختن موش حرکت دهد.

به صورت مشابه، وقتی بحث از کنترل حجم آب بدن می‌شود، گیرنده‌های اسمزی باید به اندازه‌ی کافی حساس بوده و اطلاعات درست را به مکان درست بفرستند، سلول های غده ی هیپوفیز خلفی باید مقدار درست ADH را بفرستند و مرکز تشنگی و کلیه‌ها هم باید با دقت کافی به ADH واکنش نشان دهند.

تجربه نشان می‌دهد وقتی شخص در هوای گرم بیرون از خانه کار یا بازی کند و آب ننوشد مقدار ادرارش کم و غلظت آن بالا است. برعکس، اگر دراتاقی مجهز به تهویه‌ی مطبوع استراحت کند و مقدار زیادی نوشیدنی مورد علاقه‌ی خود را بنوشد خیلی سریع مقادیر زیادی ادرار رقیق دفع می‌کند.

در حالت نخست، از دست دادن مداوم آب باعث کوچک شدن سلول‌های شخص و تحریک گیرنده‌های اسمزی، و در نتیجه، باعث آزاد شدن مقدار بیش‌‌تری ADH می‌شود. ADH آزاد شده علاوه بر تحریک مرکز تشنگی که به شخص پیغام می‌دهد آب (یا هر نوشیدنی دیگری) بنوشد، به لوله‌های کوچک خاصی درکلیه‌های شخص می‌رود و به آن‌ها پیغام می‌دهد که آب بیش‌تری را به بدن شخص برگردانند و همین منجر به ترشح مقادیر کمی ادرار غلیظ می شود.

در حالت دوم، افزایش حجم آب باعث افزایش حجم سلول‌ها، و در نتیجه، منجر به جلوگیری از ارسال پیام‌های گیرنده‌های اسمزی می‌‌شود؛ وضعیتی که به نوبه‌ی خود باعث آزاد شدن ADH کم‌تری در خون می شود. مقدار کمتر ADH، علاوه براین که میل شخص را به نوشیدن کاهش می‌دهد، به لوله‌های کوچک خاص کلیه‌ها پیغام می‌دهد که آب کم‌تری به بدن برگردانند، اتفاقی که منجر به دفع مقدار زیادی ادرار رقیق می‌شود. به این روش است که بدن انسان به طور معمول مطمئن می‌شود صرف‌نظر از نوع کاری که انجام می‌دهد یا میزان آبی که می‌نوشد، همیشه دارای مقدار مناسبی آب است.

آب حدود شصت درصد وزن بدن انسان را تشکیل می‌دهد. کل حجم آب موجود در بدن فرد بالغ متوسط ​​حدود ۴۲ لیتر است. فعالیت‌های طبیعی باعث می‌شود روزانه حدود دو تا سه لیتر از آب بدن از دست برود. با این حال، سطوح بالای فعالیت، به ویژه در محیط‌های گرم و مرطوب، می‌تواند منجر به از دست‌دادن یک تا دو لیتر آب برساعت شود.

باید به یاد داشت که سلول‌ها باید حجم و ترکیب شیمیایی خود را کنترل کنند و نبود آب کافی در بدن تاثیر منفی بر این موارد می‌گذارد. به علاوه، باید آب کافی در بدن وجود داشته باشد تا از کافی بودن میزان خونی که در گردش است اطمینان حاصل شود. از دست دادن حدود ۵ درصد آب بدن (دو لیتر) منجر به خشکی دهان، افزایش تشنگی و خستگی می شود. اگر این حالت اصلاح نشود و به ۱۰ درصد (چهار لیتر) برسد شخص به تشنگی شدید، سردرد و سستی و ضعف متوسط دچار می‌شود. از دست دادن ۱۵ درصد آب بدن (شش لیتر) منجر به لرزش قلب، سرگیجه و مشکلات در تمرکز می‌شود. با از دست دادن ۲۰ درصد از آب بدن (هشت لیتر) گیجی و بی‌حالی افزایش می‌یابد که ممکن است منجر به حالت اغما[۶] شود. از دست دادن حدود ۲۵ درصد آب بدن (ده لیتر) منجر به مرگ ناشی از کم آبی می‌شود.

دستگاه گوارش[۷] آب را به راحتی جذب می کند و کلیه‌ها آب را با شدت جریانی حدود ۵/۷ لیتر بر ساعت (۱۸۰ لیتر بر روز) تصفیه کرده و از جریان گردش خون خارج می‌کنند. اگر از این آب تصفیه شده هیچ مقداری به بدن بازگردانده نشود  ظرف ۹۰ دقیقه می میریم. بنابراین، لوله‌های کوچک قسمت اول کلیه حدود ۹۰ درصد از آب تصفیه‌شده را به طور خودکار پس می‌گیرند. با این حال، هنوز ۱۸ لیتر از آبی که روزانه فیلتر می‌شود باقی می‌ماند که تقریبا دو برابرمقدار از دست دادن آبی است که موجب مرگ می‌شود (ده لیتر). به عبارت دیگر، اگر ۱۰ درصد باقی مانده‌ی آبی که کلیه‌ها به طور خودکار پس نمی‌گیرند از بین برود، بدن تنها می‌تواند کمی بیش از ۱۲ ساعت زنده بماند.

گیرنده های اسمزی با هر یک درصد تغییر در حجم آب بدن (۴۰۰ میلی لیتر) میزان آزادسازی ADH در خون را تنظیم می‌کنند. این تنها نشان‌دهنده‌ی ۴ درصد میزان از دست دادن حجم آبی است که موجب مرگ می‌شود. بنابراین، سیستم کنترل حجم آب بدن، درست مانند نشان‌گر سوخت خودرو، با صراحت به بدن هشدار می‌دهد (تشنگی) که به زودی با مشکلاتی رو‌به‌رو می‌شود که باید به آن‌ها توجه کند. همچنین، معمولا نتیجه‌ی تاثیر ADH بر کارکرد لوله‌های کوچک کلیه بازیابی بیش از ۹۹ درصد آب است که منجر به دفع تنها ۱ تا ۵/۱ لیتر ادرار در روز می‌شود.  مطمئنا به نظر می‌رسد سیستمی که حجم آب بدن ما را کنترل می‌کند می‌داند دارد چه کاری انجام می‌دهد و با کمک دستگاه گوارش و کلیه‌ها، مقادیر عددی را درست همان اندازه که باید باشند، حفظ می‌کند.

توضیح این که اجزای سیستم کنترل حجم آب بدن چه‌گونه بر اثر تکاملی فرضی در گذشته به صورت مجموعه‌ای عملکردی گرد هم آمده‌اند دشواراست، زیرا وقتی صحبت از حفظ زندگی می‌شود، «اعداد مشخص منجر به پیامدهای مشخصی می‌شوند.»

صِرفِ وجود ما ثابت می‌کند که این مجموعه در چارچوب قوانین طبیعت کار می‌کند. جای شگفتی است که چه‌گونه غده‌ی هیپوفیز خلفی می‌داند که در واکنش به یک سیگنال داده شده از گیرنده‌های اسمزی چه مقدار ADH  باید ارسال شود و چه‌گونه مرکز تشنگی و کلیه‌ها می‌دانند برای این که بتوانند بر حجم کل آب بدن کنترل کافی داشته باشند باید چه واکنشی نشان بدهند. زیست‌شناسی معتقد به تکامل داروینی باید توضیح دهد حیات واقعا چه‌گونه جریان دارد، نه این که فقط چه‌گونه به نظر می‌رسد.

منبع:

Understanding Cardiovascular Function: An Irreducibly Complex System for Controlling Water Content

[۱] Anti-Diuretic Hormone (ADH)

[۲]   osmoreceptors، فشار اسمزی فشاری است که برسیال وارد شود تا مانع حرکت سیال رقیق به سمت سیال غلیظ تر از طریق غشای نیمه تراوا شود. گیرنده‌های اسمزی در هیپوتالاموس گیرنده‌هایی هستند که به تغییرات جزیی فشار اسمزی حساس هستند. م

[۳] hypothalamus

[۴] posterior pituitary gland

[۵] Michael Behe

[۶] coma

[۷] gastrointestinal system