6.6 هورمون‌ها، هومئوستازی و تولیدمثل

مفاهیم

  • سلول­های آلفا و بتا در پانکراس، انسولین و گلوکاگون را برای کنترل غلظت گلوکز خون ترشح می‌کنند.
  • غده­‌ی تیروئید، برای تنظیم سرعت متابولیسم و کمک به کنترل دمای بدن تیروکسین ترشح می‌کند.
  • سلول­های بافت چربی با ترشح لپتین برای ممانعت از اشتها روی هیپوتالاموس مغز اثر می‌گذارند.
  • غده­‌ی پینه­‌آل با تولید و رهاسازی ملاتونین ریتم­های خواب و بیداری شبانه ­روزی را کنترل می‌کنند.
  • روی کروموزوم Y ژنی وجود دارد که سبب تکوین غدد جنسی به بیضه می ­شود؛ بیضه‌­ها تستوسترون ترشح می‌کنند.
  • تستوسترون سبب تکوین جنینی آلت مردانه، تولید اسپرم و تکوین صفات ثانویه­‌ی جنسی مردانه در هنگام بلوغ می‌شود.
  • استروژن و پروژسترون سبب تکوین جنینی اندام­های تولیدمثلی زنانه و سبب تکوین صفات ثانویه­‌ی جنسی زنانه در هنگام بلوغ می‌شود.
  • چرخه قاعدگی با مکانیسم­های فیدبک مثبت و منفی شامل هورمون­های تخمدان و غده­‌ی هیپوفیز کنترل می‌شود.

کاربرد­های علم

  • علل ایجاد و درمان دیابت نوع یک و دو.
  • آزمایش لپتین روی بیمارانی با چاقی بالینی و علل ناتوانی در کنترل بیماری.
  • علل پرواز‌زدگی[1] و کاربرد ملاتونین در کاهش عوارض آن.
  • کاربرد داروها درIVF برای جلوگیری از ترشح طبیعی هورمون­ها و استفاده از هورمون­های مصنوعی برای القای تخمک­ گذاری و تثبیت حاملگی.
  • تحقیقات ویلیام هاروی[2] روی تولیدمثل جنسی بزکوهی.

مهارت­ آموزی

  • نام ساختار­ و عملکرد هر بخش از دستگاه تولیدمثلی مردان و زنان را روی تصویر مشخص کنید.

ماهیت علم

  • تکامل تحقیقات علمی به دنبال پیشرفت دستگاه­‌ها صورت می ­گیرد: تحقیقات مبتنی بر مشاهده­‌ی ویلیام هاروی درمورد تولیدمثل به خاطر نبود تجهیزات متوقف شد. میکروسکوپ 17 سال پس از مرگ وی اختراع شد.

کنترل غلظت گلوکز خون

سلول­‌های آلفا و بتا در پانکراس، انسولین و گلوکاگون  را برای کنترل غلظت گلوکز خون ترشح می ­کنند.

سلول‌­های پانکراس به تغییرات سطوح گلوکز خون پاسخ می ­دهند. اگر غلظت گلوکز خون به طور قابل ملاحظه‌­ای از حد تنظیم­ شده­‌ی آن یعنی حدود mmol L15 منحرف شود، مکانیسم­های هومئوستازی توسط هورمون­های انسولین و  گلوکاگون  پانکراس آغاز می ­شود.مه

پانکراس در واقع دوغده در یک اندام است. بخش بزرگی از پانکراس، بافت غده‌­ای برون­ریز است که آنزیم­های گوارشی را به درون مجرا­های منتهی به روده­‌ی باریک ترشح می ­کند. نواحی کوچکی از بافت درون­ریز به نام جزایر لانگرهانس به صورت نقطه­‌ای درون پانکراس قرار دارند که هورمون­هایی را به طور مستقیم به جریان خون ترشح می ­کنند. دو نوع سلول موجود در جزایر لانگرهانس هورمون­های متفاوتی ترشح می ­کنند.

  • سلول­های آلفا(α) زمانی که گلوکز خون به پایین­تر از حد مجاز برسد، گلوکاگون  ترشح می ­کنند. این هورمون سبب تحریک تجزیه­‌ی گلیکوژن به گلوکز در سلول­های کبدی شده و با ترشح گلوکز به خون باعث افزایش غلظت آن می ­شود.
  • سلول­های بتا(β) زمانی که گلوکز خون به بالاتر از حد مجاز برسد، انسولین را تولید و ترشح می ­کنند. این هورمون سبب جمع­‌آوری گلوکز خون توسط بافت­ها به ویژه ماهیچه­‌های اسکلتی و کبد می ­شود و در این بافت­ها سبب تحریک تبدیل گلوکز به گلیکوژن می ­شود. بنابراین انسولین غلظت گلوکز خون را کاهش می ­دهد. همانند سایر هورمونها، انسولین توسط سلول­هایی که روی آن­ها عمل می ­کند، شکسته می ­شود؛ درنتیجه ترشح آن باید دائمی باشد. ترشح آن هنگام غذا خوردن آغاز شده و ممکن است تا چند ساعت پس از صرف غذا ادامه ­یابد.

دیابت

علل ایجاد و درمان دیابت نوع یک و دو

دیابت بیماری­‌ای است که در آن سطوح گلوکز خون فرد حتی با وجود طی زمان طولانی ناشتایی، دائماً بالا باشد که منجر به ترشح گلوکز در ادرار می ­شود.  تداوم حضور مقادیر بالای گلوکز در خون، بافت­ها و به ویژه پروتئین­‌ها را تخریب می ­کند. همچنین سبب اختلال در بازجذب آب از ادرار در زمان تشکیل در کلیه می‌شود. درنتیجه حجم ادرار افزایش یافته و آب بدن کم می ­شود. اگر فردی بیش­از حد معمول نیاز به تخلیه­‌ی ادرار پیدا کند، مدام تشنه شده و احساس خستگی می ­کند و تمایل به نوشیدنی­های شیرین دارد، باید برای چک کردن وجود گلوکز در ادرار و ابتلا به دیابت، آزمایش ادرار بدهد.

دو نوع دیابت وجود دارد:

  • دیابت نوع یک یا دیابت زودهنگام[3] با عدم توانایی در تولید مقادیر کافی از انسولین شناخته می ­شود. نوعی بیماری خودایمنی است که دراثر تخریب سلول­های بتای جزایر لانگرهانس توسط سیستم ایمنی علایم بیماری بروز می ­کند. در کودکان و جوانان ناگهان علائم واضح­تر و شدیدتری از بیماری شروع می ­شود. محققان هنوز در حال تحقیق درباره­‌ی علل این بیماری و سایر بیماری­های خودایمنی­‌اند.
  • دیابت نوع دو یا دیابت دیرهنگام(بزرگسالان)[4] با عدم توانایی در فرآوری و پاسخ به انسولین شناخته می ­شود. این ناتوانی به دلیل کمبود گیرنده‌های انسولین یا کمبود گیرنده­‌های گلوکز روی سلول­های هدف است. این نوع دیابت به آرامی شروع می ­شود و ممکن است تا چند سال قابل تشخیص نباشد. تا چند دهه­‌ی اخیر این نوع دیابت در افراد زیر50 سال خیلی نادر و تنها در افراد بالای 65 سال متداول بود. علل این نوع دیابت کاملاً مشخص نشده است اما رژیم غذایی چرب و شیرین، چاقی طولانی­ مدت ناشی از عادت به پرخوری یا ورزش نکردن همراه با عوامل ژنتیکی که متابولیسم انرژی را تحت تأثیر قرار می ­دهند، عوامل اصلی بیماری به شمار می ­روند.

راه درمان برای دو نوع دیابت، متفاوت است:شم

  • با سنجش منظم غلظت گلوکز خون و تزریق انسولین زمانی که غلظت آن خیلی بالا است یا احتمال بالارفتن زیاد آن وجود دارد، دیابت نوع یک درمان می ­شود. انسولین قبل از غذا تزریق می ­شود تا در زمان هضم و جذب غذا از افزایش گلوکز خون جلوگیری کند. زمان تزریق بسیار مهم است زیرا مولکول­های انسولین در مدت زمان کوتاهی در خون باقی می‌مانند. دستگاه­‌های کاشته شده در بدن که می ­توانند در زمان نیاز انسولین را به خون وارد کنند، درمان­‌های بهتری محسوب می ­شوند. تحریک سلول­‌های بنیادی برای جایگزینی سلول­های بتا می ­تواند درمان موقتی باشد.
  • دیابت نوع دو با تنظیم رژیم غذایی برای کاهش پیک­‌ها و قله­‌های گلوکز خون درمان می‌شود. به جای وعده­‌های غذایی بزرگ و دفعات کم، بهتر است وعده­‌های کمتر در دفعات بیشتر خورده شود. بهتر است از خوردن غذاهای خیلی شیرین اجتناب شود و غذاهای نشاسته­‌دار تنها در صورت پایین بودن شاخص گلایسمیک[5](شاخص گلوکز) که نشان­دهنده­‌ی هضم آهسته­‌ی آن است، خورده شود. غذاهای پرفیبر بهتر است در غذا گنجانده شود زیرا هضم سایر غذاها را کند می‌کنند. ورزش شدید و کاهش وزن به دلیل بهبود دریافت انسولین و عملکرد آن مفید هستند.

طرح سوال مبتنی بر داده: آزمایش تحمل گلوکز

آزمایش تحمل گلوکز روشی برای تشخیص دیابت است. در این آزمایش بیمار محلول گلوکز غلیظ را می ­نوشد. غلظت گلوکز خون مورد بررسی قرار می ­گیرد تا بازه­‌ی زمانی لازم برای حذف گلوکز اضافی از خون مشخص شود.دی

طبق شکل شماره3 با توجه به موارد زیر، متابولیسم گلوکز در یک فرد سالم را با بیمار دیابتی مقایسه کنید:

الف) غلظت گلوکز در زمان صفر، مثلاً پیش از مصرف نوشیدنی گلوکز.گل

ب) مدت زمان مورد نیاز برای بازگشت سطح قند خون به مقدار آن در زمان صفر.

ج) مدت زمانی که سطح گلوکز به حداکثر می ­رسد.

د)زمان قبل از شروع افت سطح گلوکز.

تیروکسین

غده‌ی تیروئید، برای تنظیم سرعت متابولیسم  و کمک به کنترل دمای بدن تیروکسین ترشح می ­کند.

غده­‌ی تیروئید درگردن قرار دارد و هورمون تیروکسین ترشح می ­کند. ساختار شیمیایی این هورمون غیرعادی است زیرا مولکول­های تیروکسین، 4 اتم ید دارند؛ بنابراین کمبود طولانی مدت ید در رژیم غذایی از ساخت تیروکسین جلوگیری می ­کند. این هورمون از این جهت که تقریباً تمام سلول­های بدن را هدف قرار می ­دهد نیز غیرعادی است. تیروکسین سرعت متابولیسم بدن را کنترل می ­کند. درنتیجه همه­‌ی سلول­‌های بدن نیاز دارند به آن پاسخ دهند، اما آن­هایی که متابولیسم فعالی دارند مثل کبد، ماهیچه و مغز، هدف اصلی این هورمون هستند.

سرعت بالای متابولیسم، از ساخت مقادیر بیشتری از پروتئین­‌ها و رشد پشتیبانی می ­کند و تولید گرما را در بدن افزایش می ­دهد. فردی که فیزیولوژی نرمالی دارد، سرما سبب ترشح بیشتر تیروکسین از غده­‌ی تیروئید وی شده و  این هورمون سبب تحریک تولید گرما و افزایش دمای بدن می ­شود.

پس تیروکسین سرعت متابولییسم  و همچنین دمای بدن را کنترل می ­کند.ل

اهمیت تیروکسین با اثرات کمبود تیروکسین(هیپوتیروئیدیسم[6]) نمایان می ­شود:

  • کمبود انرژی و احساس خستگی دائم
  • فراموشی و افسردگی
  • کاهش وزن در حالت بی اشتهایی چون گلوکز و چربی کمتری برای آزاد شدن انرژی در تنفس سلولی تجزیه شده ­است.
  • احساس سرمای مداوم زیرا گرمای کمتری در بدن تولید می ­شود.
  • یبوست به دلیل انقباض آهسته­­ی ماهیچه­ی دیواره­ی روده.
  • تکوین ناقص مغز در کودکان

لپتین

سلول­‌های بافت چربی با ترشح لپتین و ممانعت از اشتها روی هیپوتالاموس مغز اثر می ­گذارند.

لپتین هورمونی پروتئینی است که توسط سلول­های آدیپوز[7](سلول­های چربی ذخیره­ شده) ترشح می ­شود. مقدار بافت چربی موجود در بدن و مقدار دریافتی غذا، غلظت لپتین موجود در خون را کنترل می ­کند. گروهی از سلول­های هیپوتالاموس مغز که در کنترل اشتها نقش دارند، سلول­های هدف این هورمون هستند. مولپتین به گیرنده‌­ی سطح این سلول­ها متصل می‌شود. اگر بافت چربی افزایش یابد، غلظت لپتین خون افزایش یافته و سبب مهار اشتهای طولانی مدت و کاهش دریافت غذا می‌شود.

پژوهش روی یک سویه­‌ی موش که در دهه­‌ی 1950 کشف شده بود اهمیت این سیستم را مشخص کرد. این سویه با اشتهای خیلی زیاد غذا می ­خوردند و عمدتاً با افزایش بافت چربی، چاق و غیرفعال می ­شدند. این موش­ها در مقایسه با موش­های وحشی که 25-20 گرم وزن دارند، حدوداً تا100 گرم وزن می‌گرفتند. مطالعات نشان داد که موش­‌های چاق دو کپی از الل­ مغلوب ob دارند. در اوایل دهه­‌ی 1990 نشان­ دادند که الل وحشی این ژن از تولید یک هورمون تازه شناخته شده که آن را لپتین نامیدند، پشتیبانی می‌کند. سلول­های بافت چربی در موش که دو الل مغلوب ob دارند، قادر به تولید لپتین نیستند. وقتی به موش­‌های ob/ob لپتین تزریق شد، اشتهای آن­ها کاهش یافت، مصرف انرژیشان افزایش یافت و در مدت یک ماه  تا 30% وزن کم کردند.

لپتین و چاقی

آزمایش لپتین روی بیمارانی با چاقی بالینی و علل ناتوانی در کنترل بیماری.

کشف نقش لپتین در کنترل چاقی و درمان آن با تزریق لپتین، منجر به تلاش­هایی برای درمان چاقی در انسان­ها با این روش شد. یک شرکت بیوتکنولوژی در کالیفرنیا به نام اَمژن[8]، 20 میلیون دلار برای حقوق تجاری لپتین پرداخت کرد و آزمایش بالینی گسترده­‌ای انجام گرفت. 73 داوطلب چاق، یکی از دوز­های متفاوت لپتین یا دارونما(پلاسبو)[9] را دریافت  کردند. این کارآزمایی بالینی، مطالعه‌­ای دوسرکور بود پس هیچ یک از داوطلبان و محققان تا زمان آنالیز نتایج خبر نداشتند که به چه کسانی لپتین تزریق شده است.

تزریق لپتین سبب القای خارش پوست و ورم شد و تنها 47 نفر کارآزمایی را به پایان رسانند. در مقایسه با 12 داوطلبی که دارونما دریافت کرده بودند و 3/1 کیلوگرم وزن کم کردند، 8 نفری که لپتین دریافت کردند به طور میانگین 1/7 کیلوگرم وزن کم کردند. اگرچه در گروهی که بالاترین دوز لپتین را دریافت کردند، نتایج بسیار متفاوت بود و از کم کردن 15 کیلوگرم وزن تا اضافه وزن 5 کیلوگرم مشاهده شد. همچنین هرمقدار در طول کارآزمایی وزن کم شده بود پس از اتمام آن معمولاً سریع برمی­گشت. این نتایج ناامیدکننده در تحقیقات دارویی رایج است-فیزیولوژی انسان­‌ها از جهات مختلفی با موش و سایر جوندگان متفاوت است.

برخلاف موش­های ob/ob، غلظت بالایی از لپتین در خون بیشتر انسان­های چاق، وجود دارد. سلول­های هدف در هیپوتالاموس ممکن است نسبت به لپتین مقاوم شوند و حتی در غلظت­های بالا نتوانند به آن پاسخ بدهند. بنابراین جلوی اشتها گرفته نمی­‌شود و غذای زیادی به بدن وارد می ­شود. بافت چربی بیشتری تولید می ­شود و غلظت لپتین در خون افزایش­ می ­یابد اما مقاومت به لپتین از سرکوبی اشتها جلوگیری می ­کند. اگر علت چاقی مقاومت به لپتین باشد، تزریق لپتین اضافی تأثیری نخواهد داشت همان­طور که تزریق انسولین به تنهایی در مراحل اولیه­‌ی دیابت نوع دو اثر­گذار نیست.

نسبت خیلی کمی از نمونه­‌های چاقی در انسان­ به دلیل جهش در ژن­های مربوط به ساخت لپتین یا گیرنده­‌های متنوع سطح سلول­های هدف آن­ها است. طبق کارآزمایی­‌هایی که روی افراد با این نوع چاقی انجام گرفته است، تزریق مداوم لپتین به طور قابل توجهی سبب کاهش وزن شده است. با این وجود لپتین پروتئینی با طول عمر کوتاه است و باید چندین بار در روز تزریق شود. در نتیجه بیشتر افرادی که به آن­ها این درمان پیشنهاد شده بود، آن را رد کردند. همچنین مشاهده شده است که لپتین روی تکوین و عملکرد سیستم تولیدمثلی اثر می ­گذارد، درنتیجه تزریق آن به کودکان و جوانان مناسب نیست. با همه این تفاسیر لپتین نتوانست وعده­‌ی ­خود را در حل مشکل چاقی انسان، عملی کند.

ملاتونین

غده­ی پینه­‌آل برای کنترل ریتم­های شبانه‌­روزی، ملاتونین ترشح می‌کنند.

انسان­ برای زیستن در یک چرخه 24 ساعته، سازگار شده ­است و در رفتار انسان ریتم­‌هایی وجود دارد که با این چرخه مطابقت دارد. این ریتم­‌ها را، ریتم‌­های شبانه­‌روزی[10] می ­نامند که حتی اگر فرد در شرایط آزمایشگاهی و پیوسته در نور یا تاریکی قرار بگیرد، این ریتم­ها ادامه خواهند داشت. زیرا یک سیستم درونی این ریتم­ها را کنترل می ­کند.نوازد

ریتم­‌های شبانه­‌روزی در انسان­ وابسته به دو گروه از سلول­های هیپوتالاموس به نام هسته­‌ی سوپراکیاسماتیک(SCN)[11] است. این سلول­ها حتی اگر در محیط کشت رشد کنند و سیگنال خارجی درباره­‌ی این که در چه زمانی از روز هستند، دریافت نکنند، ریتم روزانه ایجاد می ­کنند. این سلول­ها در مغز ترشح ملاتونین از غده­‌ی پینه‌­آل را کنترل می ­کنند. ترشح ملاتونین هنگام عصر افزایش می ­یابد و هنگام سحر به کمترین حد خود می ­رسد و چون کبد به ­سرعت این هورمون را از خون جمع­‌آوری می ­کند، در اثر تغییر در میزان ترشح این هورمون غلظت آن در خون به­ سرعت بالا و پایین می ­رود.

بارز­ترین اثر ملاتونین، تنظیم چرخه‌ی خواب و بیداری است. سطوح بالای ملاتونین سبب احساس خواب­‌آلودگی و بهبود خواب در شب می ­شود. افت سطوح ملاتونین سبب بیداری در انتهای شب می ­شود. آزمایشات  نشان داده که ملاتونین سبب افت دمای بدن در شب نیز می ­شود. با جلوگیری از افزایش سطوح ملاتونین، دما افزایش یافته و مصرف ملاتونین مصنوعی در طول روز سبب کاهش دمای بدن می ­شود. کشف گیرنده­‌های ملاتونین در کلیه حاکی از آن است که کاهش تولید ادرار در شب احتمالاً اثر دیگری از این هورمون است.

وقتی انسان در شرایط آزمایشگاهی در محیطی فاقد نور که نشان­‌دهنده‌­ی روز است، قرار می ­گیرد؛ SCN و غده­‌ی پینه­‌آل معمولاً ریتمی کمی طولانی­‌تر از 24 ساعت را برقرار می ­کنند. این موضوع نشان می ­دهد که برنامه­‌ریزی زمانی ریتم، به طور طبیعی و هرروز درحدود چند دقیقه یا بیشتر تنظیم می ­شود. نوع خاصی از سلول­های گانگلیون در شبکیه‌­ی چشم، نور با طول موج بین nm 460-480 را تشخیص می ­دهد و سیگنال­‌هایی به سلول­های SCN ارسال می ­کند. این سیگنال­‌ها زمان غروب و سحر را به SCN نشان می ­دهند و SCN ترشح ملاتونین را تنظیم کرده در نتیجه می ­تواند به چرخه­‌ی شب و روز پاسخ بدهد.

پرواز‌زدگی و ملاتونین

علل پرواز‌زدگی و کاربرد ملاتونین در برطرف کردن عوارض آن

برای فردی که در زمان مسافرت سه یا چند، منطقه زمانی را پشت سر گذاشته باشد، تجربه­‌ی پرواز‌زدگی متداول است. علائم آن، سختی بیدارماندن در ساعات روز و خوابیدن در شب، خستگی، کج­‌خلقی، سردرد و سوء هاضمه است. فهم علت آن آسان است: SCN و غده­‌ی پینه­‌آل دائماً ریتم شبانه­‌روزی متناسب با روز و شب هر نقطه از مسیر حرکت را به جای روز و شب مقصد تنظیم می ­کنند.

پرواز‌زدگی تنها چند روز طول می ­کشد. در این زمان سیگنا­ل­‌های مخابره ­شده از سلول­های گانگلیون شبکیه به SCN می ­رسد و به بدن کمک می ­کند تا با ریتم جدید سازگار شود. گاهی برای جلوگیری یا کاهش پرواز‌زدگی از ملاتونین استفاده می ­شود. در زمان ایده‌­آل برای شروع خواب، خورده می ­شود. بیشتر کارآزمایی‌­های ملاتونین نشان داده­‌اند که این هورمون در بهبود خواب و کمک به کاهش پرواز‌زدگی به خصوص اگر از 5 یا تعداد بیشتری منطقه زمانی بگذرد، مؤثر است.

تعیین جنسیت

روی کروموزوم Y ژنی وجود دارد که سبب تکوین غدد جنسی به بیضه می ­شود؛ بیضه­‌ها تستوسترون ترشح می ­کنند.

تولیدمثل در انسان­، شامل ادغام اسپرم جنس نر با تخمک جنس ماده است. تکوین رویان در ابتدا  شبیه به تکوین در سایر رویان­ها است و غدد جنسی تکوین یافته می ­توانند به تخمدان­ها یا بیضه­ها تبدیل شود. مسیر تکوین غدد جنسی رویانی و در نتیجه­ی آن تمام بدن وابسته به وجود یا عدم وجود یک ژن است.کرو

  • اگر ژن SRY موجود باشد، غدد جنسی رویانی به بیضه­ها تکوین می ­یابد. این ژن روی کروموزوم Y قرار دارد. در نتیجه تنها در 50% رویان­ها موجود است. SRY پروتئین متصل‌شونده به DNA به نام [12]TDF(فاکتور تعیین­کننده­ی بیضه) را کد می ­کند. TDF بیان سایر ژن­هایی که سبب تکوین بیضه می ­شود را تحریک می ­کند.
  • 50% رویان­ها دو کروموزوم X دارند و کروموزومY ندارند در نتیجه هیچ کپی از ژن SRY ندارند. بنابراین TDF تولید نمی­‌شود و غدد جنسی به تخمدان تکوین می‌­یابد.

تستوسترون

تستوسترون سبب تکوین جنینی آلت مردانه و سبب تولید اسپرم و تکوین صفات ثانویه‌­ی جنسی مردانه در هنگام بلوغ می‌شود. 

حدود هفته­‌ی هشتم بارداری، بیضه از غدد جنسی رویانی تکوین می ­یابد. در این زمان رویان به جنین تبدیل شده است و mm30 طول دارد. بیضه در مرحله­‌ی اولیه سلول­‌های ترشح­ کننده­‌ی تستوسترون را به وجود می ­آورد و این سلول­‌ها تا حدود هفته­‌ی پانزدهم بارداری تستوسترون تولید می ­کنند. طبق شکل شماره8 تستوسترون در مدت ترشح سبب تکوین آلت مردانه می‌شود.

در دوران بلوغ ترشح تستوسترون افزایش می ­یابد که سبب تحریک تولید اسپرم در بیضه­‌ها می ­شود. اسپرم صفت جنسی اولیه­‌ی مردانه است. تستوسترون همچنین سبب تکوین صفات ثانویه­‌ی جنسی در زمان بلوغ می ­شود. بزرگ­شدن آلت جنسی مردانه، رشد موهای زائد در اطراف آن و کلفت­ شدن ­صدا به دلیل رشد تار­های صوتی، صفات ثانویه­‌ی جنسی مردانه هستند.

تعیین جنسیت در زنان

استروژن و پروژسترون سبب تکوین جنینی اندام­‌های تولیدمثلی زنانه و سبب تکوین صفات ثانویه­‌ی جنسی زنانه در هنگام بلوغ می ­شود.

اگر ژن SRY به خاطر نبود کروموزوم Y در رویان نباشد، غدد جنسی رویانی به تخمدان­‌ها تکوین می ­یابد. بنابراین تستوسترون ترشح نمی­‌شود اما دو هورمون زنانه­‌ی استروژن و پروژسترون همواره در در بارداری وجود دارند. این دوهورمون ابتدا توسط تخمدان­‌های مادر و سپس توسط جفت ترشح می ­شود. در نبود تستوسترون جنینی و در حضور استروژن و پروژسترون مادری همان­طور که در شکل شماره9 نشان داده شده است، اندام­‌های جنسی زنانه تکوین می ­یابد.

هنگام بلوغ ترشح استروژن و پروژسترون افزایش می ­یابد و سبب تکوین صفات ثانویه­‌ی جنسی زنانه می ­شود. بزرگ­شدن سینه­‌ها و رشد آلت جنسی و موی زیر بغل صفات ثانویه­‌ی جنسی زنانه هستند.

دستگاه تولیدمثلی نر و ماده

نام ساختار­ و عملکرد هر بخش از دستگاه تولیدمثلی مردان و زنان را روی تصویر مشخص کنید.

جداول زیر عملکرد بخش­‌های مشخص شده در تصاویر مربوط به دستگاه تولیدمثلی مردان و زنان را نشان می ­دهد و هنگام تفسیر این تصاویر بهتر است این جداول آورده شود.

مر

زن

دستگاه تولیدمثلی مردان
بیضه اسپرم و تستوسترون را تولید می ­کند.
کیسه­ی بیضه دمای بیضه را پایین­‌تر از دمای بدن نگه می ­دارد.
اپی­دیدیم تا زمان انزال، اسپرم را ذخیره می ­کند.
مجرای اسپرم انتقال اسپرم در زمان انزال.
کیسه­‌ی منی و غده­‌ی پروستات مایعی حاوی قلیا، پروتئین­ها و فروکتوز را ترشح می ­کند که با اسپرم ترکیب می‌شود و منی را می ­سازد.
میزراه منی در زمان انزال و ادرار را زمان دفع ادرار منتقل می ­کند.
آلت مردانه برای انزال منی نزدیک به گردن رحم وارد واژن می ­شود.

 

دستگاه تولیدمثلی زنان
تخمدان تخمک­‌ها، استروژن و پروژترون را تولید می ­کند.
لوله­‌ی فالوپ در زمان تخمک­‌گذاری، تخمک­‌ها را جمع‌­آوری می ­کند و محلی برای لقاح سپس حرکت جنین به سمت رحم فراهم می ­کند.
رحم در زمان بارداری نیاز­های رویان و سپس جنین را فراهم می ­کند.
گردن رحم از جنین در زمان بارداری محافظت می ­کند و سپس برای ایجاد کانال تولد، گشاد می ­شود.
واژن آلت مردانه را تحریک می ­کند تا انزال انجام شود و کانال تولد را ایجاد می ­کند.
آلت زنانه از بخش­های داخلی دستگاه تولیدمثلی زنان حفاظت می ­کند.

چرخه­‌ی قاعدگی

چرخه­‌ی قاعدگی با مکانیسم­‌های فیدبک مثبت و منفی شامل هورمون­‌های تخمدان و غده­‌ی هیپوفیز کنترل می ­شود.

چرخه­‌ی قاعدگی در بیشتر زنان از بلوغ تا یائسگی به جز دوران بارداری رخ می ­دهد. هر بار که چرخه­‌ی قاعدگی اتفاق می ­افتد یک شانس بارداری ایجاد می‌کند. نیمه‌­ی اول چرخه­‌ی قاعدگی مرحله­‌ی فولیکولار نام دارد. زیرا گروهی از فولیکول­‌ها در تخمدان شکل می ­گیرند. در هر فولیکول یک تخمک برای رشد تحریک می ­شود. به طور همزمان پوشش داخلی رحم(آندومتر[13]) ترمیم شده و شروع به قطور شدن می ­کند. فولیکولی که بیشترین رشد را داشته، پاره شده، باز می ­شود و تخمک درون آن درون لوله­‌ی فالوپ آزاد می ­شود. سایر فولیکول­ها تخریب می ­شوند.

نیمه­‌ی دوم چرخه مرحله­‌ی لوتئال (جسم زرد) نامیده می ­شود. زیرا دیواره­‌ی­ فولیکولی که تخمک از آن آزاد شده به جسم زرد تبدیل می ­شود. تکوین مداوم آندومتر آن را برای کاشتن رویان آماده می ­کند. اگر لقاح انجام نگیرد، جسم زرد در تخمدان پاره می ­شود. قطر آندومتر رحم هم از بین رفته و دیواره­‌ی رحم در قاعدگی فرو می ­ریزد.

شکل شماره­ی 10 سطوح هورمونی را در یک زن در یک دوره­‌ی بالای 36 روزه نشان می ­دهد که شامل یک چرخه­‌ی قاعدگی کامل است. الگوی تغییرات برای خانمی که حامله نیست یکسان است. سطوح هورمون­ها در واحد جرم بر می لی­لیتر اندازه‌­گیری شده است. مقادیر واقعی خیلی کوچک هستند درنتیجه پروژسترون، FSH و LH در حد نانوگرم(ng) و استروژن در حد پیکوگرم(pg) اندازه‌­گیری شده است. شکل10 همچنین وضعیت تخمدان و آندومتر را نشان می‌دهد.هو

چهار هورمون موجود در شکل شماره10 همگی به کنترل چرخه­‌ی قاعدگی با دو فرآیند بازخورد مثبت و بازخورد منفی کمک می ­کنند. FSH و LH هورمون­‌های پروتئینی هستند که غده­‌ی هیپوفیز آن­ها را تولید می ­کند و به گیرنده­‌های FSH و LH روی غشای سلول­‌های فولیکول متصل می ­شوند. استروژن و پروژسترون هورمون­های تخمدان هستند که توسط دیواره­‌ی فولیکول یا جسم زرد تولید می ­شوند. بسیاری از سلول­های بدن یک زن این ­هورمون­ها را جذب می ­کنند و روی بیان ژن و همچنین تکوین آن­ها اثر می ­گذارند.

  • نزدیک به انتهای چرخه‌­ی قاعدگی FSH به حداکثر می ­رسد و رشد فولیکول­ها را که هرکدام محتوی یک تخمک و مایع فولیکولی هستند، تحریک می‌کنند. FSH همچنین دیواره­‌ی فولیکول را برای ترشح استروژن تحریک می ­کند.
  • استروژن در انتهای مرحله­‌ی فولیکولی به حداکثر مقدار خود می ­رسد. این هورمون سبب تحریک ترمیم و قطورشدن آندومتر بعد از قاعدگی می ­شود و گیرنده­‌های FSH را افزایش می ­دهد در نتیجه فولیکول­ها بیشتر پذیرای FSH شده و استروژن بیشتری تولید می‌شود(بازخورد مثبت). وقتی استروژن به حداکثر برسد، ترشح FSH را مسدود می ­کند(بازخورد منفی) و سبب تحریک LH می ­شود.
  • مقدار LH در انتهای مرحله­‌ی فولیکولی به بیشترین مقدار خود می رسد. این هورمون تکمیل میوز را در تخمک تحریک می ­کند و سبب تجزیه­‌ی جزئی دیواره­‌ی فولیکول و باز شدن آن در زمان تخمک­‌گذاری می ­شود. LH همچنین ایجاد دیواره­‌ی فولیکول را بعد از تخمک­‌گذاری و تبدیل آن به جسم زرد، بهبود می ­بخشد و جسم زرد استروژن (بازخورد مثبت) و پروژسترون را ترشح می ­کند.
  • سطوح پروژسترون در آغاز مرحله­‌ی جسم زرد بالا می ­رود، به حداکثر می ­رسد و با انتهای این مرحله مقدار آن افت می ­کند. پروژسترون قطورشدگی و حفظ آندومتر را بهبود می ­بخشد. همچنین این هورمون از ترشح FSH و LH توسط غده­‌ی پینه­‌آل جلوگیری می ­کند(بازخورد منفی).

طرح سوال مبتنی بر داده: سه­‌گانه‌­ی زنان ورزشکار

زم

سندرم سه­‌گانه­‌ی زنان ورزشکار نوعی بیماری با علایم سیستمیک متعدد است که از سه اختلال اصلی تشکیل شده است  و می ­تواند روی ورزشکاران زن تأثیر بگذارد: پوکی استخوان، اختلال تغذیه و اختلالات قاعدگی.

پوکی استخوان کاهش تراکم مواد معدنی استخوان است. کمبود کلسیم، ویتامینD یا کم لودن میزان انرژی دریافتی در رژیم غذایی و سطوح پایین استروژن سبب پوکی استخوان می ­شود. شکل شماره­‌ی11، تراکم موادمعدنی استخوان را در دو بخش استخوان فمور[14](استخوان ران) زنان دونده که تعداد چرخه‌های قاعدگی متفاوتی در طول سال دارند، نشان می ­دهد. آماره­‌یt (t-test) تعداد انحراف معیار­های بالاتر یا پایین­‌تر از میانگین حداکثر توده­‌ی استخوانی برای زنان جوان است.

  • الف) رابطه­‌ی بین تعداد چرخه­‌های قاعدگی به ازای هرسال و تراکم استخوان را تعیین کنید.

ب) نتایج را برای گردن فمور با نتایج تروکانتر[15](برجستگی های پهن و وسیعی روی انتهای استخوان ران) مقایسه کنید.تو

  • برای بعضی از دونده­‌ها با هریک از موارد زیر دلیل بیاورید.

الف)  تراکم استخوان بیشتر از میانگین

ب) تراکم استخوان کمتر از میانگین

  • الف) چرا بعضی زنان ورزشکار چرخه­‌ی قاعدگی ندارند یا چرخه­‌های اندکی دارند؟

ب) برای اختلال خوراک و وزن کم در ورزشکاران زن یک دلیل بیاورید.

لقاح درون آزمایشگاهی

کاربرد داروها درIVF برای جلوگیری از ترشح طبیعی هورمون­ها و استفاده از هورمون­‌های مصنوعی برای القای تخمک­‌گذاری و تثبیت حاملگی.

روش طبیعی لقاح در انسان­ها، درون­‌تنی است به این معنا که درون بافت­های زنده­‌ی بدن انجام می ­گیرد. در شرایط به دقت کنترل­ شده­‌ی آزمایشگاهی، لقاح همچنین می ­تواند خارج از بدن انجام شود. به این نوع لقاح، لقاح درون‌­آزمایشگاهی یا به اختصار لاتین IVF[16] می‌گویند. از این فرآیند به طور گسترده برای غلبه بر مشکلات باروری در زنان یا مردان استفاده شده است.

چندین دستورالعمل برای IVFوجود دارد اما اولین مرحله معمولاً کاهش ترشح هورمون FSH و LH است. خانم تحت درمان، هر روز دارویی را معمولاً به شکل اسپری بینی مصرف می ­کند تا از ترشح FSH یا LH توسط غده­‌ی هیپوفیز جلوگیری کند. این عمل چرخه­‌ی قاعدگی طبیعی را به تعویق می ­اندازد و به پزشکان کمک می ­کند تا زمان و تعداد تولیدی تخمک را در تخمدان­‌های خانم کنترل کنند.زی

سپس تزریقات درون­ماهیچه­‌ای FSH و LH به طور روزانه و به مدت 10 روز انجام می ­گیرد تا ایجاد فولیکول­ها را تحریک کند. تزریق هورمون FSH غلظت بسیار بیشتری از این هورمون را نسبت به چرخه­‌ی قاعدگی طبیعی ایجاد می ­کند درنتیجه فولیکول­‌های بیشتری تولید می ­شوند، به طوری که 12 تا فولیکول غیرعادی و حتی ممکن است 20 فولیکول ایجاد شود. به این مرحله از IVF، سوپراوولاسیون[17] می‌­گویند.

وقتی فولیکول­ها به قطر mm 18 برسند، HCG سبب تحریک بلوغ آن­ها می ­شود. HCG نوعی هورمون است که به طور طبیعی رویان ترشح می ­کند. روی اسکنر اولتراسوند(فراصوت/سونوگرافی)[18]با حرکت میکروپیپت روی دیواره­‌ی رحم، تخمک­ها شسته شده و از فولیکول­ها جدا می ­شوند. هر تخمک با 50 تا 100 هزار سلول اسپرم در شرایط استریل و داخل ظرف کشت عمیقی ترکیب ­شده و تا روز بعد در دمای 37 درجه­ی سانتی­گراد انکوبه می ­شود.

اگر لقاح موفقیت­آمیز باشد، یک یا چند رویان 48 ساعته داخل رحم قرار می ­دهند. چون خانم چرخه­‌ی قاعدگی طبیعی را طی نکرده است، معمولاً پروژسترون اضافه را به شکل قرصی درون واژن وی قرار می ­گیرد تا از آمادگی پوشش داخلی رحم مطمئن شوند. اگر رویان­ها کاشته شده و به رشد ادامه دهند، حاملگی تفاوتی با حاملگی به مفهوم طبیعی ندارد.

ویلیام هاروی و تولیدمثل جنسی

تحقیقات ویلیام هاروی روی تولیدمثل جنسی بزکوهی

ویلیام هاروی را عمدتاً برای کشف گردش خون به خاطر می ­آوریم اما او همچنین در طول حیاتش دائماً در فکر این بود که حیات چگونه از یک نسل به نسل دیگر منتقل می ­شود و در تحقیق درباره­‌ی تولیدمثل جنسی پیشرو بوده است. او نظریه­‌ی “دانه و خاک” ارسطو را فرا گرفت.کتب طبق این نظریه مرد دانه تولید می ­کند که درصورت مخلوط شدن با خون قاعدگی تخم را شکل می ­دهد. تخم درون مادر به جنین تکوین می ­یابد.

ویلیام هاروی نظریه­‌ی ارسطو را با یک آزمایش طبیعی تست کرد. بزکوهی تولیدمثل فصلی دارد و تنها در طول پاییز از نظر جنسی فعال است. هاروی رحم بز ماده را طی فصل جفت­گیری با کشتن و تشریح آن­ها مورد بررسی قرار داد. او انتظار داشت تخم­‌های درحال تکوین را در رحم درست بعد از جفت­‌گیری پیدا کند اما دو یا چند ماه بعد از شروع فصل جفت­‌گیری، تنها علائمی از تکوین چیزی در ماده­‌ها پیدا کرد.

او به آزمایش خود با بزکوهی به عنوان مدرکی برای رد نظریه­‌ی ارسطو درباره­‌ی تولیدمثل می ­نگریست و نتیجه گرفت: “نطفه­‌ی جنین نه تنها از دانه­‌ی هیچ یک از مرد و زن بلکه از هیچ ترکیبی از آن دانه در مقاربت ایجاد نمی­‌شود.” با این­که نظریه­‌ی “دانه و خاک” ارسطو اشتباه بود، نتیجه­‌گیری هاروی که جنین از وقایع مقاربت حاصل نمی­‌شود، هم اشتباه بود.

هاروی به خوبی آگاه بود که پایه­‌ی تولیدمثل را کشف نکرده است: “هیچ یک از فلاسفه و پزشکان گذشته یا حال، مسأله­‌ی ارسطو را به شکل رضایت­‌بخشی توضیح نداده­ یا آن را حل نکرده‌­اند.”

پیشرفت­ دستگاه­‌ها و تکامل تحقیقات

تکامل تحقیقات علمی به دنبال پیشرفت دستگاه‌­ها صورت می ­گیرد: تحقیقات مبتنی بر مشاهده­‌ی ویلیام هاروی درمورد تولیدمثل به خاطر نبود تجهیزات متوقف شد. میکروسکوپ 17 سال پس از مرگ وی اختراع شد.

هاروی به طور آگاهانه­‌ای میلی به انتشار تحقیقاتش در رابطه با تولیدمثل جنسی نداشت اما در نهایت در 73 سالگی و در سال 1651 مقاله­‌ای با عنوان  Exercitationes de Generatione Animalium منتشر کرد. او می ­دانست که راز تولیدمثل جنسی را کشف نکرده است.

وقتی صریحاً می ­بینم پس از مقاربت هیچ­ چیز در رحم باقی نمی‌­ماند، … همانند آن که پس از لامسه چیزی در مغز باقی نمی­‌ماند، … این افسانه را ساخته‌ام. بگذارید گروه عالم و مبتکر مردان به آن بیندیشند؛ بگذارید خودخواهان آن را رد کنند: و بگذارید نسل حساس به تمسخر، بخندند. زیرا من می ­گویم هیچ چیز قابل لمسی بعد از مقاربت در رحم وجود ندارد؛ و  برای اثبات این که بتوان گفت یک جانور بارور است، وجود چیزی در آن الزامی­ است.

ویلیام هاروی نتوانست معما را حل کند زیرا میکروسکوپ­‌های مفید در زمان کارش در دسترس نبود در نتیجه ادغام گامت­‌ها و متعاقباً تکوین جنین کشف نشده، باقی ماند. او در انتخاب جاندار خوش شانس نبود زیرا رویان­‌ها در بزکوهی برای مدت زمانی غیرمعمول و طولانی در حد میکروسکوپی باقی می‌ماندند. میکروسکوپ 17 سال پس از مرگ هاروی کشف شد و کشف اسپرم، تخمک و رویان‌­های مراحل اولیه را ممکن کرد.

تحقیقات علمی اغلب به خاطر کمبود دستگاه‌­ها متوقف شده است و اکتشافات تنها به دنبال پیشرفت­ دستگاه­‌ها انجام گرفته است. این موضوع در آینده هم ادامه خواهد داشت و ما می ­توانیم با اختراع تکنیک‌­ها و تکنولوژی‌­های جدید پیش برویم و دانشمان درباره‌­ی دنیای طبیعی را بیشتر تغییر بدهیم.

خودآزمایی

1- از اطلاعات جدول شماره1 استفاده کنید و به سوالات زیر پاسخ دهید.

الف) ارتباط بین سن مادر و نرخ موفقیت در IVF را مشخص کنید.[3]

ب) ارتباط بین تعداد رویان­‌های منتقل شده و شانس بچه­‌دار شدن در نتیجه­‌ی IVF را مشخص کنید.[3]

ج) چه تعداد رویان باید برای انتقال مجاز باشد؟ بحث کنید.[4]

 

سن

مادر

درصد بارداری به ازای هر چرخه­‌ی IVF براساس تعداد رویان‌­های منتقل شده
1 2 3
تک تک دوقلو تک دوقلو سه­قلو
<30 4/10 1/20 0/9 5/17 6/3 4/0
30-34 4/13 8/21 9/7 2/18 8/7 6/0
35-39 1/19 1/19 0/5 4/17 6/5 6/0
>39 1/4 5/12 5/3 7/12 7/1 1/0
جدول شماره1

2- شکل شماره 14، تغییرات گلیکوژن کبد را در دوره‌­ی یک روزه نشان می ­دهد.

الف) تغییرات گلیکوژن کبد را شرح دهید.[3]

ب) سهم گلیکوژن را در هومئوستازی قند خون ارزیابی کنید.[2]14

3- گاهی تهویه­‌ی شش­‌ها متوقف می ­شود که به آن آپنه[19] یا خفگی موقت می ­گویند. یک دلیل احتمالی آن بسته شدن راه­‌های تنفسی توسط کام نرم حین خواب است که به آن آپنه‌­ی خواب یا وقفه‌­ی تنفسی در خواب می ­گویند. 15این عارضه نتایج زیان­‌باری به همراه دارد. از جمله افزایش خطر تصادفات در روز که از خستگی و به هم ریختگی خواب ناشی می ­شود. شکل شماره 15، درصد اکسیژن اشباع خون سرخرگی را در طول شب و در بیماران مبتلا به آپنه‌­ی خواب حاد نشان می ­دهد.

الف) ساعت 8  الگوی معمول حاصل از آپنه‌­ی خواب حاد را نشان می ­دهد.

  1. علل کاهش اشباع­‌شدگی را توضیح دهید.[2]
  2. علل افزایش اشباع‌­شدگی را توضیح دهید.[2]
  • هر چرخه‌­ی کاهش و افزایش اشباع‌­شدگی چه مدت زمانی طول می ­کشد.؟[2]

ب) حداقل اشباع اکسیژن را که بیمار در طول شب در اثر آپنه‌­ی خواب تجربه می ­کند تخمین بزنید.[2]

ج) الگو­های خواب بیمار را که در طول شب ردیابی می ­شود، استنباط کنید.[2]

4- پتانسیل عمل در آکسون ماهی مرکب ثبت شده است و آکسون در آب دریای نرمال قرار داشته است. سپس آکسون در آب با یک سوم غلظت Na+  در آب دریا قرار داده شده است. پتانسیل عمل مجدد ثبت شده است. شکل شماره 16 نشان­‌دهنده‌­ی مقادیر ثبت ­شده است. این پدیده را توصیف کنید.

16

 

 

 

 

5-  ژنتیک­‌دانان واریت‌ه­ا­ی[20] جهش­‌یافته از مگس سرکه کشف کرده‌­اند که وقتی با اتر بیهوش می ­شود شدیداً می ­لرزد. مطالعات نشان داده که کانال­‌ها  K+  در این جهش­‌یافته‌­ی لرزان درست عمل نمی‌­کنند. شکل شماره17 پتانسیل عمل را در مگس سرکه­‌ی نرمال و جهش‌­یافته‌­های لرزان نشان می ­دهد.

الف) تنها با استفاده از اطلاعات شکل17، اثر کاهش غلظتNa+ را بر موارد زیر مشخص کنید:

  1. بزرگی دپلاریزاسیون[2]
  2. مدت زمان پتانسیل عمل[2]

ب)  اثرات کاهش غلظتNa+ را بر پتانسیل عمل شرح دهید.[3]

ج) درمورد اثر کاهش غلظتNa+ را بر زمانی که طول می ­کشد تا به پتانسیل استراحت برگردد، بحث کنید.[2]

د) پتانسیل عمل را بین مگس سرکه­‌ی نرمال و لرزان مقایسه کنید.[3]

هـ) تفاوت بین انواع پتانسیل­‌عمل‌­ها را توضیح بدهید.17

 

[1] jet lag

[2] William Harvey

[3] early-onset diabetes

[4] late-onset diabetes

[5] glycemic index

[6] hypothyroidism

[7] adipose

[8] Amgen

[9] placebo

[10] circadian rhythms

[11] suprachiasmatic nuclei (SCN)

[12] TDF (testis determining factor)

[13] endometrium

[14] femur

[15] trochanter

[16] in vitro fertilization

[17] superovulation

[18] ultrasound

[19] apnea

[20] variety

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید