علم وظائف الأعضاء هو فرع من فروع علم الأحياء يدرس وظائف وآليات الكائنات الحية وأجزائها. ويغطي كيفية عمل أجزاء الجسم وتفاعلها، وكيف تستجيب الكائنات الحية لبيئتها، والعمليات التي تبقيها على قيد الحياة. يمتد علم وظائف الأعضاء من المستوى الجزيئي والخلوي إلى مستوى الأنسجة والجهاز، مما يوفر نظرة ثاقبة للتناغم المعقد الذي يحافظ على الحياة.
تقع الخلية في قلب علم وظائف الأعضاء، وهي الوحدة الأساسية للحياة. تعمل كل خلية كمصنع صغير، حيث تؤدي أقسامًا متخصصة مهامًا متميزة. النواة، التي تعمل كمركز تحكم، تحتوي على الحمض النووي، وهو مخطط تطور الكائن الحي وعمله. تقوم الميتوكوندريا، والتي يطلق عليها غالبًا اسم القوة، بتوليد ATP ( \(ATP\) )، عملة الطاقة للخلية. تختلف الخلايا بشكل كبير في الشكل والحجم والوظيفة، مما يعكس تنوع الحياة.
يتيح الجهاز التنفسي تبادل الغازات الضرورية لبقائنا على قيد الحياة. يتم امتصاص الأكسجين من الهواء الذي نتنفسه إلى مجرى الدم، في حين يتم طرد ثاني أكسيد الكربون، وهو أحد مخلفات عملية التمثيل الغذائي. يحدث هذا التبادل في الرئتين، وخاصة في الأكياس الهوائية الصغيرة التي تسمى الحويصلات الهوائية. تتضمن عملية التنفس عضلات الحجاب الحاجز والضلع، والتي تخلق ضغطًا سلبيًا لسحب الهواء إلى الداخل والخارج. يتم التأكيد على أهمية الأكسجين من خلال دوره في التنفس الخلوي، وهي العملية التي تولد ATP.
يضمن نظام الدورة الدموية وصول الأكسجين والمواد المغذية والهرمونات إلى كل خلية وإزالة النفايات. يتكون هذا النظام من القلب، ومضخة عضلية، وشبكة من الأوعية الدموية – الشرايين والأوردة والشعيرات الدموية. يضخ القلب الدم في جميع أنحاء الجسم في دورة تشمل الدورة الدموية الرئوية (الرئتين) والدورة الدموية الجهازية (بقية الجسم). الدم، الذي يتكون من خلايا الدم الحمراء والبيضاء والصفائح الدموية والبلازما، هو وسيلة النقل.
يقوم الجهاز العصبي، الذي يتكون من الدماغ والحبل الشوكي والأعصاب الطرفية، بتنسيق أنشطة الجسم عن طريق إرسال الإشارات. تتواصل الخلايا العصبية، وهي الوحدات الوظيفية للجهاز العصبي، من خلال النبضات الكهربائية والرسائل الكيميائية أو الناقلات العصبية. يتحكم هذا النظام في كل شيء بدءًا من الحركة والإحساس وحتى الفكر والعاطفة. إن تعقيد الدماغ البشري، بمليارات الخلايا العصبية وتريليونات الوصلات، هو نقطة محورية في الدراسة الفسيولوجية.
يقوم الجهاز الهضمي بتحويل الطعام إلى العناصر الغذائية التي يحتاجها الجسم للقيام بوظائفه. تبدأ العملية في الفم، حيث يبدأ الهضم الميكانيكي والكيميائي، وتستمر عبر المريء والمعدة والأمعاء وأعضاء أخرى مثل الكبد والبنكرياس. يحدث امتصاص العناصر الغذائية في المقام الأول في الأمعاء الدقيقة، بينما تتولى الأمعاء الغليظة امتصاص الماء وتكوين الفضلات. يجسد هذا النظام التفاعل بين العمليات الميكانيكية والنشاط الأنزيمي في علم وظائف الأعضاء.
يتكون نظام الغدد الصماء من الغدد التي تفرز الهرمونات، وهي مواد كيميائية تنتقل عبر مجرى الدم لاستهداف الأعضاء أو الأنسجة، مما يؤثر على وظيفتها. تنظم الهرمونات عددًا لا يحصى من وظائف الجسم، بما في ذلك النمو والتمثيل الغذائي والتكاثر. فالبنكرياس، على سبيل المثال، يفرز الأنسولين، وهو الهرمون الذي ينظم مستويات السكر في الدم. يعد التوازن والتفاعل بين الهرمونات أمرًا بالغ الأهمية للصحة، ويمكن أن تؤدي الاضطرابات إلى اضطرابات مختلفة.
يشمل الجهاز الكلوي، أو الجهاز البولي، الكلى والحالب والمثانة والإحليل. تقوم الكلى بتصفية الفضلات والمواد الزائدة من الدم، وتنتج البول. كما أنها تلعب دورًا حاسمًا في تنظيم ضغط الدم وتوازن الإلكتروليت وإنتاج خلايا الدم الحمراء. من خلال عملية الترشيح وإعادة الامتصاص والإفراز، يجسد الجهاز الكلوي كيف يمكن للأعضاء الحفاظ على الاستقرار الداخلي، أو التوازن، وسط التغيرات الخارجية.
يحمي الجهاز المناعي الجسم من مسببات الأمراض، مثل البكتيريا والفيروسات والطفيليات. وهو يتألف من دفاعات فطرية (غير محددة) ودفاعات تكيفية (محددة). تشمل المناعة الفطرية حواجز مادية مثل الجلد والأغشية المخاطية، بالإضافة إلى الخلايا المناعية التي تستهدف الغزاة. تتطور المناعة التكيفية عندما يتعرض الجسم لمسببات الأمراض، حيث تقوم خلايا الدم البيضاء التي تسمى الخلايا الليمفاوية بتكوين أجسام مضادة مصممة خصيصًا لمواجهة تهديدات محددة. إن قدرة هذا النظام على التذكر ومهاجمة غزاة محددين تؤكد القدرة الديناميكية للعمليات الفسيولوجية على التكيف وحماية الكائن الحي.
يوفر الجهاز العضلي الهيكلي البنية للجسم، ويسهل الحركة، ويحمي الأعضاء الداخلية. وتتكون من العظام والعضلات والأوتار والأربطة والغضاريف. تعمل العضلات الهيكلية في أزواج، وتنقبض وتسترخي لإنتاج الحركة، مسترشدة بإشارات من الجهاز العصبي. توفر العظام الدعم وتشارك في تخزين الكالسيوم وإنتاج خلايا الدم داخل نخاع العظام. إن تكامل هذا النظام مع الأجهزة الأخرى، مثل الجهاز العصبي للحركة والجهاز الدوري لتوصيل العناصر الغذائية، يجسد الطبيعة المترابطة لعلم وظائف الأعضاء.
الموضوع الرئيسي في علم وظائف الأعضاء هو التوازن، وهي العملية التي تحافظ بها الكائنات الحية على بيئة داخلية مستقرة على الرغم من التغيرات الخارجية. يتضمن ذلك حلقات ردود فعل معقدة حيث تكتشف أجهزة الاستشعار التغييرات، وتقوم مراكز التحكم بمعالجة هذه المعلومات، وتقوم المؤثرات بإجراء التعديلات اللازمة. على سبيل المثال، يحافظ الجسم على درجة حرارة داخلية ثابتة من خلال آليات مثل التعرق للتبريد أو الارتعاش لتوليد الحرارة. يُظهر مفهوم التوازن قدرة الجسم الرائعة على التنظيم الذاتي والحفاظ على الحياة.
علم وظائف الأعضاء هو مجال شامل يوفر نظرة ثاقبة للأنظمة والعمليات المعقدة الضرورية للحياة. ومن خلال فهم كيفية عمل الأنظمة الفسيولوجية بشكل فردي وجماعي، نكتسب تقديرًا أعمق لتعقيد الكائنات الحية وقدرتها الرائعة على التكيف والبقاء. إن دراسة علم وظائف الأعضاء لا تعزز فهمنا للأساس البيولوجي للحياة فحسب، بل توجه أيضًا التقدم والممارسات الطبية التي تعمل على تحسين صحة الإنسان.
