تحت المهاد

يستخدم نظام التحكم في درجات الحرارة بالجسم ثلاث آليات مهمة لتقليل درجة حرارة الجسم عندما تصبح درجة حرارته مرتفعة جدا:

1. توسع الأوعية الدموية توسيع وعائي: تتوسع الأوعية الدموية في الجلد كثيرا في كل أجزاء الجسم تقريبا.

وينتج ذلك عن تثبيط المراكز العصبية في الوطاء الخلفي التي تسبب تضيق الأوعية الدموية. ويمكن أن يزيد توسع الأوعية الدموية التام من سرعة نقل الحرارة من لب الجسم الداخلي إلى الجلد بقدار ثمانية أضعاف.

1. التعرق: لزيادة درجة الحرارة تأثيرا يسبب زيادة حادة في سرعة فقدان الحرارة بالتبخر الذي يتولد من التعرق، والذي يحدث عندما ترتفع درجة حرارة لب الجسم الداخلي إلى أعلى من مستوى درجة الحرارة الحرجة 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهيت). وتسبب زيادة 1 درجة مئوية إضافية في درجة حرارة الجسم تعرقا كافيا لإزالة عشرة أضعاف المعدل الأساسي لتوليد الحرارة في الجسم.

1. تقليل توليد الحرارة: تثبط بشدة كل الآليات التي تولد الحرارة بإفراط، مثل القشعريرة وتوليد الحرارة الكيميائي المنشأ.

عندما يكون الجسم باردا جدا، يبدأ نظام التحكم بدرجة الحرارة إجراءات معاكسة تماما، وهي كما يلي:

1. تضيق الأوعية الدموية في كل أنحاء الجسم: ويتولد تضيق الأوعية الدموية بتنبيه المراكز المسؤولة عن ذلك في الوطاء الخلفي.
2. انتصاب الشعر: انتصاب الشعرة يعني وقوفها على نهايتها، ويؤدي التنبيه العصبي اللاإردي إلى انقباض العضلات الناصبة للشعر التي ترتكز على جريبات الشعر فتنصبها.

وهذا ليس مهما في الإنسان بصفة عامة، ولكن انتصاب الشعر في الحيوانات الدنيا يجعلها تحصر طبقة كثيفة من الهواء العازل بجوار الجلد مما يثبط نقل الحرارة إلى المحيط الخارجي لدرجة كبيرة.

1. زيادة توليد الحرارة: يزداد توليد الحرارة بالأنظمة الاستقلابية بتحفيز كل من: القشعريرة، أو استثارة الجهاز العصبي اللاإرادي لتوليد الحرارة أو إفراز هرمون الثيروكسين من الغدة الدرقية. تقتضي هذه الطرق في زيادة درجة الحرارة توضيحا إضافيا، كما يلي:

التنبيه الوطائي للقشعريرة

توجد في الجزء الظهري الأنسي من الوطاء الخلفي بالقرب من جدار البطين الثالث في الدماغ باحة تسمى المركز الحركي الأولي للقشعريرة. ويتم تثبيط هذه الباحة عادة بإشارات من مركز الحرارة في الباحة الوطائية الأمامية (أمام البصرية) ولكنها تستثار بإشارات البرد من الجلد والنخاع. ولهذا يتم تنشيط هذا المركز بالزيادة المفاجئة في توليد الحرارة عندما تهبط درجة حرارة الجسم إلى ما دون مستوى درجة الحرارة الحرجة. و تنقل منه عندئذ إشارات تسبب القشعريرة خلال سبل بالجانبين تنزل في جذع الدماغ إلى العمودين الجانبين للنخاع، وأخيرا إلى العصبونات الحركية الأمامية. وهذه الإشارات هي إشارات لانظمية لا تولد اهتزازا حقيقيا في العضلات، بل تزيد توتر العضلات الهيكلية في سائر أنحاء الجسم. وعندما يرتفع التوتر إلى أعلى من مستوى حرج معين، تبدأ القشعريرة. ومن الممكن أن يرتفع توليد الحرارة أثناء القشعريرة القصوية إلى ما يصل إلى أربعة أو خمسة أضعاف الحد السوي.

الاستثارة الكيميائية لتوليد الحرارة

يمكن لكل من الأدرينالين والنورإبينفرين الدورانيين في الدم أن يولد زيادة فورية في سرعة الاستقلاب الخلوي؛ ويسمى هذا التأثير توليد الحرارة الكيميائي chemical thermogenesis، وهو ينتج على الأقل جزئيا من مقدرة الأدرينالين والنورإبينفرين على فك ارتباط الفسفرة المؤكسدة التي تعني أن مواد غذائية إضافية تؤكسد وتحرر بذلك طاقة على شكل حرارة ولكنها لا تسبب توليد أدينوزين ثلاثي الفوسفات. وتتناسب درجة التوليد الحراري الكيميائي الذي يتم في حيوان تناسبا طرديا تقريبا مع كمية الدهن البني brown fat الذي يوجد في أنسجة الحيوان. وهذا نوع من الدهن يحوي أعدادا كبيرة من متقدرات خاصة حيث تتم فيها الأكسدة المزيلة للارتباط الكيميائي الخلوي. وتتلقى هذه الخلايا عادة تغذية عصبية لاإرادية قوية جدا.

وتؤثر عملية التكيف لدرجة كبيرة على شدة توليد الحرارة الكيميائي. فقد أظهرت بعض الحيوانات كالفئران التي تعرضت لأسابيع عديدة إلى محيط بارد جدا ما مقداره 100 - 500 % زيادة في توليد الحرارة عندما تعرضت للبرد رأسا، بعكس الحيوانات غير المتأقلمة التي استجابت عند تعريضها للبرد بزيادة حوالي ثلث هذه الكمية.

وفي الإنسان البالغ الذي لا يملك دهنا بنيا تقريبا، فمن النادر أن يزيد توليد الحرارة الكيميائي من سرعة الحرارة لأكثر من 10 - 15%. ولكن في الرضع الذين يملكون كمية صغيرة من الدهن البني في الحيز بين الكتفين، يمكن أن يزيد التوليد الحراري الكيميائي من سرعة توليد الحرارة بما يبلغ 100%. ويحتمل أن يكون ذلك عاملا مهما في المحافظة على درجة حرارة الجسم السوية في الأطفال.

زيادة إنتاج هرمون الثيروكسين من الغدة الدرقية كسبب طويل الأمد لزيادة توليد الحرارة

يزيد تبريد الباحة الوطائية الأمامية للوطاء من توليد هرمون إفرازي عصبي - أي الهرمون المحرر للثيروتروبين (هرمون مطلق لموجهة الدرقية)- من الوطاء. ويحمل هذا الهرمون بطريق الأوردة الوطائية البابية إلى الغدة النخامية أمامية حيث ينبه بدوره إفراز الهرمون منبه الدرقية. وينبه هذا بدوره زيادة في إنتاج هرمون الثيروكسين من الغدة الدرقية. وتؤدي زيادة هرمون الثيروكسين إلى زيادة في سرعة استقلاب الخلايا في كل أنحاء الجسم. وهذه هي آلية أخرى للتوليد الحراري الكيميائي. ولكن هذه الزيادة في الاستقلاب لا تحدث مباشرة ولكنها تحتاج إلى عدة أسابيع لكي تتضخم الغدة الدرقية قبل أن تصل إلى مستواها الجديد في إفراز هرمون الثيروكسين. ومن الممكن أن يسبب تعرض الحيوان للبرودة لعدة أسابيع إلى زيادة في حجم غدته الدرقية بما يصل إلى 20 - 40%. ولكن الإنسان نادرا ما يعرض نفسه لنفس درجة البرودة التي تتعرض لها الحيوانات، ولذلك حتى الآن ما زالت غير معروفة كميا درجة أهمية طريقة الغدة الدرقية في التلاؤم للبرد في الإنسان. ومع ذلك فقد أظهرت قياسات متفرقة بأن الأشخاص العسكريين الذين يبقون لعدة أشهر في المنطقة القطبية يولدون زيادة في معدلات الاستقلاب. كما أن الأسكيمو لديهم معدلات استقلاب أساسية عالية غير اعتيادية. وكذلك يحتمل أن يوضح التأثير التنبيهي المستمر للبرد على الغدة الدرقية المعدل العالي جدا للإصابات بتضخم الغدة الدرقية السام لدى الأشخاص الذين يعيشون في مناخ بارد أكثر من أولئك الذين يعيشون في مناخ حار.

تنظم درجة حرارة الجسم بصورة تامة تقريبا بآليات التلقيم الارتجاعي العصبي، وتعمل هذه كلها تقريبا خلال مراكز تنظيم درجة الحرارة الواقعة في الوطاء (تحت المهاد) تحت المهاد. ولكن لكي تعمل آليات التلقيم الراجع هذه، يتحتم وجود مكشافات لدرجة الحرارة لتعين متى ما تصبح هذه الدرجة عالية جدا أو قليلة جدا.

لقد أجريت بعض التجارب التي سخنت أو بردت فيها بعض الباحات الصغيرة في الدماغ باستعمال ما يسمى المسرى الحراري thermode. وتسخن هذه الأداة الإبرية الشكل بوسيلة كهربائية، أو بإمرار ماء ساخن خلالها، أو تبرد بإمرار ماء بارد فيها. وتتكون البارحة الرئيسية في الدماغ - التي تؤثر فيها على التحكم بدرجة حرارة الجسم - من النوى أمام البصرية والوطائية الأمامية في الوطاء. وباستعمال المسرى الحراري وجد أن باحة الوطائية الأمامية تحتوي على أعداد كبيرة من العصبونات الحساسة للحرارة وحوالي ثلث عددها من العصبونات الحساسة للبرودة. ويعتقد أن هذه العصبونات تعمل كمحسات مستشعر للتحكم بدرجة حرارة الجسم. وتزداد سرعة إطلاق العصبونات الحساسة للحرارة لحوالي الضعفين إلى عشرة أضعاف عند ارتفاع درجة حرارة الجسم 10 درجات مئوية. وعلى العكس من ذلك فإن العصبونات الحساسة للبرودة تزيد من سرعة إطلاقها عندما تهبط درجة حرارة الجسم. وعند تسخين الباحة أمام البصرية يبدأ الجلد بالتعرق عرقا شديدا بينما تتمدد الأوعية الدموية في كل أنحاء الجسم بنفس الوقت لدرجة كبيرة. وبهذا فإن هذه هي الاستجابة الفورية التي تؤدي إلى فقدان الحرارة من الجسم، فتساعد بذلك على عودة درجة حرارة الجسم نحو المستوى السوي، وبالإضافة لذلك يثبط توليد الحرارة الفائضة في الجسم. ولهذا يتضح بأن للباحة أمام البصرية في الوطاء المقدرة على القيام بمركز التحكم كمنظم لدرجة حرارة الجسم.

بالرغم من أن الإشارات التي تتولد بواسطة مستقبلات درجة الحرارة في الوطاء شديدة التحكم جدا بدرجة حرارة الجسم، فإن هناك مستقبلات في أقسام أخرى من الجسم تقوم بأدوار مهمة في تنظيم درجة الحرارة. ويصح ذلك بصورة خاصة في مستقبلات درجة الحرارة الموجودة في الجلد وفي بعض الأنسجة العميقة الخاصة في الجسم. فالجلد مجهز بمستقبلات حسية للبرودة وأخرى للدفء. ولكن هناك مستقبلات برودة أكثر بكثير من مستقبلات الدفء، وفي الحقيقة بعشرة أضعافها في الكثير من أقسام الجسم؛ ولهذا فإن الكشف المحيطي لدرجة الحرارة يعنى بصورة رئيسية بالكشف عن البرودة والبرد بدلا من درجات حرارة الدفء، وعندما يبرد الجلد في كل أنحاء الجسم تستثار رأسا تأثيرات منعكسية تزيد من درجة حرارة الجسم بعدة طرق:

1. بتوفير منبه قوي لتوليد القشعريرة التي تسبب زيادة في سرعة توليد الحرارة بالجسم.
2. بتثبيط عملية التعرق إذا ما حصل أي تعرق.
3. بتحفيز تضيق الأوعية الدموية في الجلد لتقليل انتقال حرارة الجسم إلى الجلد.

كما توجد مستقبلات حرارية عميقة أيضا في بعض أقسام الجسم - وخاصة النخاع - وفي الأحشاء البطنية، وفي الأوردة الكبيرة أو حولها. ولكن هذه المستقبلات العميقة تعمل بطريقة مختلفة عن تلك التي في الجلد لأنها معرضة لدرجة حرارة لب الجسم الداخلي بدلا من درجة حرارة سطحه الخارجي. ومع ذلك فهي مثل مستقبلات درجة حرارة الجلد تكشف بدرجة رئيسية عن البرودة بدلا من الحرارة. ويحتمل بأن كلا من مستقبلات الحرارة في الجسم تعنى بمنع التبريد سواء كانت تلك المستقبلات جلدية أو مستقبلات عميقة أي تمنع هبوط درجة حرارة الجسم.

بالرغم من أن العديد من الإشارات الحسية لدرجات الحرارة ينشأ في المستقبلات المحيطية، فإن هذه الإشارات تساهم في التحكم بدرجة حرارة الجسم وبصورة رئيسية خلال الوطاء. ولكن باحة الوطاء التي تنبهها هذه الإشارات هي باحة تقع بالجهتين في خلف الوطاء وفي مستوى الأجسام الثديية تقريبا. كما تنقل الإشارات الحسية لدرجة الحرارة من الباحة الوطائية الأمامية إلى هذه الباحة الوطائية الخلفية، وهنا تتحد الإشارات من الباحة أمام البصرية مع الإشارات من محيط الجسم للتحكم في استجابات توليد الحرارة مع استجابات الاحتفاظ بحرارة الجسم.