معلومة

هل الصدمة الميكانيكية تقتل الحيوانات؟

هل الصدمة الميكانيكية تقتل الحيوانات؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

سمعت أن فقدان الدم يقتل الحيوانات كثيرًا. لكنني سمعت عدة مرات أن الصدمة الميكانيكية تقتل الحيوانات. على سبيل المثال في هذا الفيديو (يبدأ التشغيل في المكان الصحيح ؛ مناسب من 14:35 إلى 15:03).

يبدو أن فقدان الدم هذا يقتل حيوانًا واضحًا جدًا لأن الدماغ لا يمكنه العمل بدون تزويده بالأكسجين ولا يمكن تزويده بالأكسجين إذا لم يكن هناك دم يحمل الأكسجين.

إذا تم تطبيق صدمة ميكانيكية على الرأس ، فإنها تبدو أيضًا معقولة إلى حد ما. أعتقد أن الصدمة قد تدمر الأوعية في الدماغ. لكن بخلاف إصابة الرأس: هل هناك سبب بيولوجي يمنع الحيوان من الاستمرار في العيش بعد تعرضه لصدمة ميكانيكية بسبب اصطدامه بقذيفة صغيرة (عندما تصطدم شاحنة قادرة على تسريع الحيوان بأكمله لا عدد)؟


مع مقذوف صغير ، ستحصل دائمًا على نوع من قوى القص: الأنسجة المتأثرة بشكل مباشر سوف تتسارع بشكل أسرع من الأنسجة المجاورة ، وهكذا. يمكن أن يتسبب هذا في تمزق العديد من الأنسجة ، بما في ذلك الأوعية الدموية ، وكذلك الأنسجة الأخرى.

في سياق الدماغ ، تعتبر تأثيرات إصابات الدماغ الرضحية مجالًا ثابتًا للبحث ، على سبيل المثال انظر هنا.


بروتينات الصدمة الحرارية

الملخص

بروتينات الصدمة الحرارية (HSPs) هي بروتينات محددة يتم تصنيعها عندما تتعرض الخلايا لفترة وجيزة لدرجات حرارة أعلى من درجة حرارة نموها الطبيعية. يعد تركيب HSPs ظاهرة عالمية تحدث في جميع الأنواع النباتية والحيوانية التي تمت دراستها ، بما في ذلك البشر. يتم تصنيع HSPs أيضًا بواسطة خلايا بدائية النواة ، أي البكتيرية والعتيقة. نظرًا لأنه يمكن أيضًا تحفيز HSPs بواسطة المؤكسدات والسموم والمعادن الثقيلة والجذور الحرة والفيروسات وغيرها من عوامل الإجهاد ، فإنها تسمى أحيانًا "بروتينات الإجهاد". معظم HSPs هي مرافقات جزيئية ، والتي عادةً ما تعزز التجميع الذاتي لسلاسل البروتينات متعددة الببتيد المركبة حديثًا في بنية مكانية محلية ، وتجميع مجمعاتها ، ونقلها عبر الأغشية بالإضافة إلى مشاركتها في نقل الإشارة. تؤدي الزيادة غير المميتة في درجة الحرارة فوق المعيار الفسيولوجي للأنواع البيولوجية إلى تثبيط تخليق البروتين في الخلية ، وتنشيط عامل الصدمة الحرارية (HSF) ، وتعزز نسخ جينات الصدمة الحرارية ، بينما يؤدي التعرض لدرجة الحرارة المميتة إلى بدء موت الخلايا المبرمج أو موت الخلية المبرمج. في المقابل ، تمنع HSPs موت الخلايا المبرمج وتوفر للخلايا ثباتًا حراريًا إذا تكرر الإجهاد. عند القيام بذلك ، تمنع المرافقون التراكم الذي لا رجعة فيه للبروتينات غير المطوية وتساعد في استعادة بنيتها الأصلية و / أو تدهور البروتينات المشوهة. يتم تخفيف الاستجابة للصدمة الحرارية مع عودة الخلية إلى طبيعتها بعد إزالة الإجهاد ، ويتحول HSF إلى شكله غير النشط وينتقل إلى السيتوبلازم ، وتتراكم "مجمعات ما قبل التنشيط المرجعية" في محفزات الجينات التي تشفر HSPs. ترتبط تعدد الأشكال الجيني HSP بالأمراض الالتهابية والمناعة الذاتية والقلب والأوعية الدموية والأمراض التنكسية العصبية ، وأخيراً الشيخوخة.


هل الصدمة الميكانيكية تقتل الحيوانات؟ - مادة الاحياء

(هذا هو مدخلي إلى أول & # 8220 طبعة خاصة & # 8221 من The Giant & # 8217s Shoulders ، يطلق عليها & # 8220 The Leviathan & # 8217s Shoulders & # 8221 ، مع التركيز على المحيطات وحياة المحيطات. المنشور هو في الواقع حول مخلوق نهري ، ولكن ، مهلا ، لا تزال مائية!)

لقد أمضيت الكثير من الوقت في الحديث عن مايكل فاراداي (1791-1867) وإنجازاته العلمية على هذه المدونة. مهدت تحقيقاته الشاملة في طبيعة الكهرباء والمغناطيسية الطريق لجميع الكهرومغناطيسية الحديثة بالإضافة إلى البصريات ، ويُنظر إليه بحق على أنه أحد أعظم المجربين في كل العصور. من بين أعماله الضخمة ملاحظة أن تغيير الحقول المغناطيسية يحفز المجالات الكهربائية (الحث الكهرومغناطيسي) وملاحظة أن استقطاب الضوء يمكن أن يتأثر بالمجال المغناطيسي المطبق (دوران فاراداي).

على الرغم من أنه من الطبيعي التفكير في فاراداي كباحث في الكهرباء وحده ، إلا أن دراسة الكهرباء في عصره كانت مرتبطة تقريبًا بكل جانب من جوانب العلوم الطبيعية. في أواخر القرن الثامن عشر الميلادي ، أظهر لويجي جالفاني أنه يمكن تحريك ساق الضفدع المبتور عن طريق التحفيز الكهربائي ، مما يدل على وجود صلة بين الوظيفة البيولوجية والكهرباء. بحلول عام 1800 ، كان معروفًا أن التفاعلات الكيميائية يمكن أن تحدث بواسطة الكهرباء ، في عملية تُعرف باسم التحليل الكهربائي نشر فاراداي نفسه نتائج أساسية عن التحليل الكهربائي في عام 1834. يمكن توصيل الكهرباء بالديناميكا الحرارية من خلال ملاحظة أن التيار الكهربائي يسخن السلك الذي يمر عبره ( تسخين الجول) كانت هذه العملية غامضة إلى حد ما لأنه لم يتم تحديد أصول الحرارة (الحركة الذرية) ولا الكهرباء (الإلكترونات) في زمن فاراداي & # 8217.

يمكن توليد الكهرباء من خلال الوسائل الجوية والكيميائية والميكانيكية ، ولم يكن من الواضح بأي حال من الأحوال أن هذه المصادر المختلفة كانت مظاهر لنفس الظاهرة الكهربائية الأساسية. (في الواقع ، أجرى فاراداي نفسه قدرًا كبيرًا من البحث لإثبات أن جميع أشكال الكهرباء متشابهة في الواقع).

لذلك يُتوقع من الباحث في الكهرباء القيام بغزوات في مجالات دراسة متنوعة تمامًا. في عام 1839 ، نشر فاراداي النتائج العلمية لإحدى غزواته ، & # 8220 إشعار شخصية واتجاه القوة الكهربائية لجينوتوس ، & # 8221 في المعاملات الفلسفية للمجتمع الملكي (ص 1-12).

ما هو & # 8220Gymnotus & # 8221؟ يبدو أن تصنيف الأنواع قد تغير على مر السنين ، ولكن في هذا الوقت يبدو أنه يشير إلى ما كان يُعرف باسم Gymnotus electricus، أو ثعبان البحر الكهربائي (مصدر الصورة):

في التصنيف الحديث ، ثعبان السمك الكهربائي هو Electrophorus electricus، وهي جزء من عائلة Gymnotidae الأكبر (أسماك السكين) ، والتي تضم أيضًا جميع الأنواع التي تم تصنيفها الآن ضمن جنس Gymnotus. تمتلك جميع أسماك السكاكين أعضاءً كهربائية حيوية خاصة ، على الرغم من أن ثعبان السمك الكهربائي (ليس في الحقيقة & # 8220eel & # 8221) هو الوحيد الذي طور هذه الأعضاء الكهربائية كسلاح للصيد.

ثعبان السمك الكهربائي هو أحد أسماك المياه العذبة الموجودة في مياه أنهار أمريكا الجنوبية ، ولا سيما نهري الأمازون وأورينوكو. يمكن أن يصل طولها إلى 8 أقدام ووزنها 45 رطلاً ، وتتنفس الهواء & # 8212 تأتي إلى السطح بشكل متكرر للحصول على جرعات من الهواء.

تتغذى الثعابين إلى حد كبير على أي مخلوقات صغيرة يمكن أن تحصل عليها: الأسماك في المقام الأول ، ولكن أيضًا البرمائيات والطيور وحتى الثدييات الصغيرة. إنهم قادرون على صعق فرائسهم (وصد الحيوانات المفترسة) عن طريق توليد صدمة كهربائية كبيرة & # 8212 فرق جهد يصل إلى 600 فولت ، والذي يمكن أن يكون قاتلاً للإنسان في ظل الظروف المناسبة. تنتج هذه الصدمات عن طريق أعضاء متخصصة في ثعبان البحر تحتوي على خلايا تسمى الخلايا الكهربية ، تعمل كل منها مثل بطارية صغيرة تحتوي على فرق جهد يبلغ حوالي 15 فولتًا. يحتوي ثعبان السمك على ما يقرب من 6000 من هذه الخلايا الكهربية ، ويمكن إطلاق طاقتها الكهربائية حسب الرغبة.

كانت دراسة المخلوقات مثل ثعبان البحر الكهربائي ذات أهمية خاصة للباحثين في زمن فاراداي لأنهم قدموا نظرة ثاقبة لعمل الكائنات الحية نفسها ، لطالما اشتبه العلماء في أن الكهرباء لعبت دورًا حيويًا في الجهاز العصبي ، على الرغم من الطبيعة الدقيقة من هذا الدور لا يزال مثيرًا للجدل. للاقتباس من مقدمة Faraday & # 8217s (تمت إزالة جميع المراجع والاستشهادات للتوضيح):

رائعة كما هي قوانين وظواهر الكهرباء عندما تتضح لنا في مادة غير عضوية أو ميتة ، فإن مصلحتها لا تكاد تحمل أي مقارنة مع تلك التي ترتبط بنفس القوة عند الاتصال بالجهاز العصبي وبالحياة وعلى الرغم من الغموض الذي يحيط الحاضر بالموضوع قد يخفي في الوقت نفسه أهميته أيضًا ، كل تقدم في معرفتنا بهذه القوة الجبارة فيما يتعلق بالأشياء الخاملة ، يساعد على تبديد هذا الغموض ، ويوضح بشكل أكثر بروزًا الاهتمام الفائق لهذا الفرع العالي جدًا من الفلسفة الفيزيائية. نحن بالفعل على عتبة ما قد نعتقد ، دون افتراض ، أن الإنسان مسموح له بمعرفة هذا الأمر ، وقد شعر العديد من الفلاسفة البارزين الذين ساعدوا في جعل هذا الموضوع معروفًا ، كما هو واضح جدًا في كتاباتهم. إلى آخر لحظة أن هذا هو الحال.

بالإضافة إلى كونه مجربًا رائعًا ، كان فاراداي أيضًا كاتبًا رائعًا ، كما يوضح المقطع أعلاه.

على عكس الكثير من أعماله الأخرى ، لم يكن فاراداي يفتح آفاقًا جديدة تمامًا ، كما لاحظ هو نفسه:

وجود حيوانات قادرة على إحداث نفس الارتجاج في النظام الحي مثل الآلة الكهربائية ، والبطارية الفولتية ، والعاصفة الرعدية ، مع عاداتهم المعلنة لنا بواسطة RICHER، S & # 8217GRAVESENDE، FIRMIN، WALSH، HUMBOLDT، & ampc . & amp. مع توربيدو تم القيام بذلك إلى حد الكمال ، واتجاه تيار القوة المحدد من قبل العمال الموحدة والمتعاقبة من WALSH و CAVENDISH و GALVANI و GARDINI و HUMBOLDT و GAY-LUSSAC و TODD و Sir HUMPHRY DAVY و Dr. بيكريل وماتوتشي.

تم تجربة Gymnotus أيضًا لنفس الغرض ، وقد قطعت تحقيقات WILLIAMSON و GARDEN و HUMBOLDT و FAHLBERG و GUISANI بعيدًا في إظهار هوية القوة الكهربائية في هذا الحيوان مع تحفيز الكهرباء بالوسائل العادية و حتى أن اثنين من الفلاسفة الأخيرين حصلوا على الشرارة.

& # 8220torpedo & # 8221 هو مصطلح آخر للأشعة الكهربائية ، وهو جنس من الأشعة يمكنه ، مثل ثعبان البحر الكهربائي ، إنتاج هزات للصيد أو الدفاع. طوربيدات هي حيوانات المياه المالحة من مجموعة متنوعة من الأنواع مع توزيع جغرافي واسع ، يمكن أن تنتج أكبر العينات هزة تصل إلى 220 فولت ، أقل بكثير من ثعبان البحر. يلاحظ فاراداي ، مع ذلك ، أن الطوربيد مخلوق أقل قوة ونادرًا ما يعيش طويلًا في الأسر ،

لذلك ، كان الحصول على Gymnoti مسألة نتيجة وتحفيز ، بقدر ما تشرفت ، من خلال الاتصالات اللطيفة جدًا من Baron HUMBOLDT ، في عام 1835 تقدمت بطلب إلى المكتب الاستعماري ، حيث وعدت بكل مساعدة في شراء بعض هذه الأسماك ، وتتوقع باستمرار تلقي أخبار عنها أو عن الحيوانات نفسها.

كان الحظ مع فاراداي ، وسرعان ما عُرض عليه عينة للدراسة:

تم إحضار Gymnotus مؤخرًا إلى هذا البلد من قبل السيد PORTER ، وتم شراؤها من قبل مالكي المعرض في شارع Adelaide: لقد عرضوا على الفور بحرية تجربة الأسماك للأغراض العلمية التي وضعوها في ذلك الوقت حصريًا في تصرفي ، (وفقًا لتوجيهات HUMBOLDT & # 8217S) قد لا تتأثر صلاحياته: فقط أرغب في أن أحترم حياته وصحته. لم أكن بطيئًا في الاستفادة من رغبتهم في توجيه اهتمامات العلم ، وقبلت عرضهم مع جزيل الشكر. مع Gymnotus هذا ، وبمساعدة كريمة من السيد BRADLEY من المعرض ، والسيد GASSIOT ، وأحيانًا السادة الآخرين ، مثل الأساتذة DANIELL و OWEN و WHEATSTONE ، حصلت على كل دليل على هوية قوتها مع الكهرباء المشتركة. تم الحصول على كل هذه من قبل مع Torpedo ، وبعضها ، مثل الصدمة والدائرة والشرارة ، مع Gymnotus ولكن ما زلت أعتقد أن سردًا موجزًا ​​للنتائج سيكون مقبولاً لدى الجمعية الملكية ، وأعطيها حسب الضرورة تجارب أولية للتحقيقات التي نأمل إجراؤها عند وصول الإمدادات المتوقعة من الحيوانات.

كان فاراداي خبيرًا تجريبيًا شاملاً للغاية على الرغم من أن ملاحظاته لم تكن بالضرورة رائدة ، فقد أراد تقديم التفاصيل حتى يتمكن الباحثون المستقبليون من تأكيد نتائجه وعدم تكرارها دون داعٍ. وبنفس الروح روى لاحقًا محاولاته الفاشلة للربط بين الجاذبية والكهرباء.

يبدأ فاراداي روايته بشكل صحيح بوصف الحيوان نفسه وحالته عندما حصل عليه:

يبلغ طول السمكة أربعين بوصة. تم التقاطها في مارس 1838 وتم إحضارها إلى المعرض في 15 أغسطس ، لكنها لم تتغذى من وقت الاستيلاء عليها حتى 19 أكتوبر. من 24 أغسطس قام السيد برادلي بوضع بعض الدم في الماء ليلاً ، والذي تم تغييره لمياه عذبة في صباح اليوم التالي ، وبهذه الطريقة ربما حصل الحيوان على بعض الغذاء. في التاسع عشر من أكتوبر ، قتل وأكل أربع أسماك صغيرة منذ ذلك الحين توقف الدم ، والحيوان يتحسن منذ ذلك الحين ، حيث يستهلك سمكة واحدة في المتوسط ​​يوميًا *.

* الأسماك التي يتم تناولها كانت gudgeons و carp و perch.

كان حريصًا ، وفقًا للتعليمات التي تلقاها من الآخرين ، على عدم إرهاق الحيوان بالفحوصات المتكررة:

جربته لأول مرة في الثالث من سبتمبر ، عندما كان يبدو ضعيفًا على ما يبدو ، لكنه تسبب في صدمات قوية عندما تم وضع اليدين بشكل إيجابي على الجسم. تم إجراء التجارب على أربعة أيام مختلفة ، مما يسمح بفترات راحة من شهر إلى أسبوع بين كل منها. بدا أن صحته تتحسن باستمرار ، وخلال هذه الفترة ، بين اليوم الثالث والرابع من التجربة ، بدأ في تناول الطعام.

في المرة الأولى التي قرأت فيها تلك الفقرة ، قمت بعمل مزدوج: فاراداي سيختبر قدرة ثعبان البحر & # 8217s المذهلة بوضع يديه العاريتين عليه. تذكر أن هذا مخلوق ينتج ما يزيد عن 600 فولت لكل صدمة من الواضح أن فاراداي لم يكن يعمل بموجب أي إرشادات OSHA!

ستكون الأيدي أداة قياس غير مناسبة لعدد من الاختبارات ، ومع ذلك ، تم تطوير أدوات أخرى:

بجانب الأيدي تم استخدام نوعين من المجمعات. يتكون النوع الأول من قضيب نحاسي يبلغ طوله خمسة عشر بوصة ، وله قرص نحاسي يبلغ قطره بوصة ونصف ممزوج بالنحاس إلى أحد الأطراف ، وأسطوانة نحاسية تعمل كمقبض ، مع اتصال كبير باليد ، ومثبتة بالآخر ، يتم تغطية القضيب جيدًا بأنبوب كاوتشوك سميك لعزل هذا الجزء من الماء. من خلال هذه الحالات يمكن التأكد من حالات أجزاء معينة من الأسماك أثناء وجودها في الماء.

كان الغرض من النوع الآخر من المجمعات هو مواجهة الصعوبة التي يمثلها الغمر الكامل للأسماك في الماء ، حتى عند الحصول على الشرارة نفسها ، لم أكن أعتقد أن نفسي مبررًا لطلب إزالة حيوان القرميد في الهواء. صفيحة نحاسية طولها ثماني بوصات وعرض بوصتين ونصف ، تم ثنيها على شكل سرج ، بحيث يمكن أن تمر فوق السمكة ، وتغلق نطاقًا معينًا من الظهر والجانبين ، وكان سلكًا نحاسيًا سميكًا تم لحامها بالنحاس. ، لنقل القوة الكهربائية إلى الجهاز التجريبي ، تم وضع سترة من الصفائح الكاوتشوك فوق السرج ، وتم وضع الحواف البارزة في الأسفل والنهايات بحيث تتقارب بحيث تتلاءم بدرجة ما مع جسم السمكة ، و كانت الحواف السفلية مصنوعة لتنبثق على أي سطح أفقي توضع عليه السروج. تمت تغطية جزء السلك الذي قد يكون في الماء بمادة الكاوتشوك.

& # 8220Caoutchouc & # 8221 هو اسم آخر لمطاط الهند ، وكان بمثابة عازل. يظهر الرسم التخطيطي التقريبي لهذا المجمع الثاني أدناه:

يسمح الغلاف المطاطي والحواف السفلية للأسماك بأن تكون معزولة جيدًا عن الماء بينما & # 8220 مثبتة & # 8221 في الجهاز:

يتم وضع هذه الموصلات فوق الأسماك ، وتجمع الطاقة الكافية لإنتاج العديد من التأثيرات الكهربائية ، ولكن عندما ، كما هو الحال في الحصول على الشرارة ، كانت هناك حاجة إلى كل ميزة ممكنة ، ثم توضع الألواح الزجاجية في قاع الماء ، وتكون السمكة فوقها ، تم وضع الموصلات فوقه حتى استقرت حواف الكوتشوك السفلية على الزجاج ، وبذلك يكون جزء الحيوان الموجود داخل الكوتشوك معزولًا جيدًا كما لو كان Gymnotus في الهواء.

تعمل مجاذيف Faraday & # 8217s تقريبًا على أنها & # 8220reverse & # 8221 مجاذيف مزيل رجفان القلب ، لنقل شحنة من عند الهدف بدلاً من إلى الهدف!

تضمنت الاختبارات الأولية لـ Faraday & # 8217s إثبات أن الكهرباء التي تنتجها Gymnotus كانت من نفس طبيعة جميع أشكال الكهرباء الأخرى المعروفة. تضمن ذلك توضيح أن كهرباء Gymnotus & # 8217 يمكن أن تؤدي نفس مجموعة & # 8220 tricks & # 8221 مثل المصادر الأخرى:

صدمة. كانت صدمة هذا الحيوان قوية جدًا عندما تم وضع اليدين في وضع ملائم ، أنا. ه. أحدهما على الجسم بالقرب من الرأس ، والآخر بالقرب من الذيل ، وكلما اقتربت اليدين معًا في حدود معينة ، كانت الصدمة أقل قوة. نقلت موصلات القرص الصدمة بشكل جيد للغاية عندما تم ترطيب اليدين ووضعها على اتصال وثيق مع المقابض الأسطوانية ولكن نادرًا ما كانت هذه المقابض مثبتة في الأيدي الجافة بطريقة عادية.

الجلفانومتر. باستخدام موصلات السرج المطبقة على الأجزاء الأمامية والخلفية من Gymnotus ، تأثر الجلفانومتر بسهولة. لم يكن حساسًا بشكل خاص لألواح الزنك والبلاتينا على السطح العلوي والسفلي للسان ولم يتسبب في انحراف دائم لأكثر من 25 درجة ، ولكن عندما أعطت السمكة تفريغًا قويًا كان الانحراف يصل إلى 30 درجة ، وفي واحد حتى 40 درجة. كان الانحراف دائمًا في اتجاه معين ، حيث يكون التيار الكهربائي دائمًا من الأجزاء الأمامية للحيوان عبر سلك الجلفانومتر إلى الأجزاء الخلفية. وبالتالي ، كانت الأولى إيجابية من الخارج في ذلك الوقت ، والأخيرة سلبية.

صنع المغناطيس. عندما تم وضع لولب صغير يحتوي على 22 قدمًا من سلك حريري ملفوف على ريشة في الدائرة ، ووضع إبرة فولاذية مُلدنة في اللولب ، أصبحت الإبرة مغناطيسًا ، واتجاه قطبيتها في كل حالة يشير إلى تيار من الجزء الأمامي إلى الجزء الخلفي من Gymnotus من خلال الموصلات المستخدمة.

التحلل الكيميائي. تم الحصول بسهولة على التحلل القطبي لمحلول يوديد البوتاسيوم. تم وضع ثلاث أو أربع طيات من الورق المبلل في المحلول بين صفيحة بلاتينا ونهاية سلك من بلاتينا أيضًا ، وترتبط هذه على التوالي بموصلات السرج. كلما كان السلك مرتبطًا بالموصل في الجزء الأمامي من Gymnotus ، ظهر اليود في نهايته ولكن عند توصيله بالموصل الآخر ، لم يتطور أي شيء في المكان الذي ظهر فيه من قبل على الورقة. لذلك ثبت هنا مرة أخرى أن اتجاه التيار هو نفسه الذي أعطته الاختبارات السابقة.

من خلال هذا الاختبار ، قارنت الجزء الأوسط من السمكة بأجزاء أخرى قبلها وخلفها ، ووجدت أن الموصل A ، الذي يتم تطبيقه على الوسط كان سالبًا للموصل B المطبق على الأجزاء الأمامية ، على العكس من ذلك ، إيجابية لها عندما تم تطبيق B على أماكن بالقرب من الذيل.لذلك ، في حدود معينة ، تبدو حالة السمكة ظاهريًا في وقت الصدمة ، بحيث يكون أي جزء معين سلبيًا بالنسبة للأجزاء الأخرى السابقة له ، وإيجابيًا لتلك الموجودة خلفه.

تطور الحرارة. باستخدام مقياس الحرارة الكهربي HARRIS & # 8217S الخاص بالسيد جاسيوت ، اعتقدنا أننا كنا قادرين في حالة واحدة ، وهي أنه عندما كان انحراف الجلفانومتر 40 درجة ، نلاحظ ارتفاعًا ضعيفًا في درجة الحرارة. لم أكن أراقب الآلة بنفسي ، وأحد أولئك الذين اعتقدوا في البداية أنهم رأوا التأثير يشك الآن في النتيجة.

شرارة. وهكذا تم الحصول على الشرارة الكهربائية. ملف مغناطيسي كهربائي جيد ، مع قلب من سلك الحديد الناعم ، كان أحد طرفيه سريعًا حتى نهاية أحد جامعي السرج ، والآخر مثبت في ملف فولاذي جديد ، تم عمل ملف آخر سريعًا حتى نهاية الآخر جامع. قام أحد الأشخاص بعد ذلك بفرك نقطة أحد هذه الملفات على وجه الآخر ، بينما قام شخص آخر بوضع المجمعات فوق السمكة ، وحاول إثارة ذلك. من خلال احتكاك الملفات ، تم إجراء الاتصال وكسره بشكل متكرر وكان الهدف هو التقاط لحظة التيار من خلال السلك واللولب ، وعن طريق قطع الاتصال أثناء التيار لجعل الكهرباء معقولة كشرارة. تم الحصول على الشرارة أربع مرات ، وشاهدها جميع الحاضرين تقريبًا. لم يكن ذلك بسبب مجرد استنزاف الكومة من خلال عدم حدوثه عندما تم فرك الملفات معًا ، بشكل مستقل عن الحيوان. منذ ذلك الحين ، استبدلت بالملف السفلي صفيحة فولاذية دوارة ، وأزياء ملف مقطوعة على وجهها ، وأسلاك ملف علوي من الحديد والنحاس والفضة ، وكلها تم الحصول على الشرارة.

لم تثبت هذه الاختبارات هوية صدمة Gymnotus & # 8217 بالكهرباء المشتركة فحسب ، بل أعطت أيضًا نظرة ثاقبة على موقع منشأ الشحنة واتجاه التدفق. في جوهرها ، يعمل Gymnotus مثل كومة فولتية طويلة ، مع نهاية موجبة في الرأس. عندما يتم إطلاق الصدمة ، يتدفق التيار من الرأس إلى الذيل (مصدر صورة ثعبان البحر):

كان أحد التحديات الكبيرة للبحث في الكهرباء في عصر فاراداي & # 8217 هو عدم وجود وحدات قياسية مقبولة عالميًا ، ولن يتم إضفاء الطابع الرسمي على مثل هذه الوحدات حتى أواخر القرن التاسع عشر (وستظهر هذه القصة في منشور مدونة لاحق). أفضل ما يمكن أن يفعله باحثون مثل فاراداي هو قياس قوة الإشارات الكهربائية بالنسبة لبعض المصادر الكهربائية الموجودة والمألوفة:

أعتقد أن بعض التفاصيل الإضافية ولكن الموجزة للتجارب المتعلقة بكمية الكهرباء والتخلص منها في هذا الحيوان الرائع وحولها لن تكون في غير محلها في هذا الوصف المختصر لقدراته.

عندما تكون الصدمة قوية ، فهي تشبه بطارية Leyden الكبيرة المشحونة بدرجة منخفضة ، أو بطارية فلطائية جيدة ربما تتكون من مائة زوج أو أكثر من الألواح ، والتي تكتمل الدائرة فيها للحظة فقط. لقد سعيت لتكوين فكرة عن كمية الكهرباء من خلال توصيل بطارية Leyden كبيرة مع كرتين نحاسيتين ، يبلغ قطرهما أكثر من ثلاث بوصات ، وموضعتان على بعد سبع بوصات في حوض من الماء ، بحيث يمكن أن يمثلوا أجزاء Gymnotus التي تم تطبيق المجمعات ولكن لخفض شدة التفريغ ، تم وضع ثماني بوصات بطول ستة أضعاف من الخيط المبلل السميك في مكان آخر من الدائرة ، وقد وجد هذا ضروريًا لمنع حدوث الشرارة بسهولة في نهايات المجمعات ، عندما تم وضعها في الماء بالقرب من الكرات ، كما كانت من قبل على الأسماك. يجري الترتيب على هذا النحو ، عندما يتم شحن البطارية وتفريغها بقوة ، ووضع اليدين في الماء بالقرب من الكرات ، شعرت بصدمة تشبه إلى حد كبير تلك التي حدثت من الأسماك وعلى الرغم من أن التجارب لا تدعي الدقة ، إلا أن التوتر يمكن يتم تقليدها إلى حد ما بالرجوع إلى الإنتاج الجاهز إلى حد ما للشرارة ، وبعد ذلك يتم استخدام الصدمة للإشارة إلى ما إذا كانت الكمية متشابهة تقريبًا ، أعتقد أننا قد نستنتج أن تفريغًا متوسطًا واحدًا للسمكة في الأقل مساوية للكهرباء لبطارية Leyden المكونة من خمسة عشر برطمانًا ، تحتوي على 3500 بوصة مربعة من الزجاج المطلي على كلا الجانبين ، مشحونة إلى أعلى درجة. هذا الاستنتاج فيما يتعلق بالكمية الكبيرة من الكهرباء في صدمة Gymnotus واحدة ، يتوافق تمامًا مع درجة الانحراف التي يمكن أن تنتجها في إبرة الجلفانومتر ، وكذلك مع كمية التحلل الكيميائي الناتج في تجارب التحليل الكهربائي.

إن عبارات مثل هذه تجعلني أقدر أكثر إنجازات الباحثين مثل فاراداي ، الذين تمكنوا من تعلم الكثير عن العالم المادي بدءًا من عدد قليل جدًا من المبادئ التأسيسية!

كان فاراداي مهتمًا أيضًا بكيفية انتقال الكهرباء من الرأس إلى ذيل السمكة عبر الماء * ، وابتكر سلسلة من القياسات لدراسة هذا:

نظرًا لأنه في اللحظة التي تريد فيها السمكة الصدمة ، تكون الأجزاء الأمامية موجبة والأجزاء الخلفية سلبية ، يمكن الاستنتاج أن هناك تيارًا من الأول إلى الأخير عبر كل جزء من الماء الذي يحيط بالحيوان ، إلى على مسافة كبيرة من جسده. وبالتالي ، فإن الصدمة التي يشعر بها المرء عندما تكون الأيدي في أفضل وضع هو تأثير جزء صغير جدًا فقط من الكهرباء التي يفرغها الحيوان في الوقت الحالي ، ويمر الجزء الأكبر منها عبر المياه المحيطة. يجب أن يكون هذا التيار الخارجي الهائل مصحوبًا ببعض التأثير داخل السمكة المكافئة لتيار ، يكون اتجاهه من الذيل نحو الرأس ، ويساوي مجموع كل هذه القوى الخارجية. سواء كانت عملية تطوير أو إثارة الكهرباء داخل الأسماك تتضمن إنتاج هذا التيار الداخلي (الذي لا يلزم بالضرورة أن يكون سريعًا ولحظيًا مثل التيار الخارجي) ، لا يمكننا في الوقت الحالي أن نقول ولكن في وقت الصدمة للحيوان لا يشعر على ما يبدو بالإحساس الكهربائي الذي يسببه لمن حوله.

يستخدم فاراداي الرسم التخطيطي الرائع التالي لمساعدة القارئ على تصور وصفه:

لا يمكنني أن أفعل أفضل من مجرد اقتباس شرحه للتجارب:

بمساعدة الرسم التخطيطي المصاحب ، سأذكر بعض النتائج التجريبية التي توضح التيار حول السمكة ، وأظهر سبب الاختلاف في شخصية الصدمة الناتجة عن الطرق المختلفة التي يرتبط بها الشخص بالحيوان ، أو تغير موقفه فيما يتعلق بها. تمثل الدائرة الكبيرة الحوض الذي يحصر فيه الحيوان بقطر ست وأربعين بوصة ، وعمق الماء فيه ثلاث بوصات ونصف مدعوم على أرجل خشبية جافة. تمثل الأشكال الأماكن التي تم فيها تطبيق اليدين أو موصلات القرص ، وحيث تكون قريبة من شكل الحيوان ، فهذا يعني أنه تم الاتصال بالسمكة. سأقوم بتعيين أشخاص مختلفين حسب A و B و C و ampc.

عندما كانت إحدى اليدين في الماء ، شعرت بالصدمة في تلك اليد فقط ، ولم يكن أي جزء من السمكة تم تطبيقه عليه قويًا جدًا ، وكان فقط في الجزء المغمور في الماء. عندما كانت اليد وجزء من الذراع محسوسة بالصدمة في جميع الأجزاء المغمورة.

عندما كانت كلتا اليدين في الماء في نفس الجزء من السمكة ، كانت الصدمة لا تزال ضعيفة نسبيًا ، وفقط في الأجزاء المغمورة. إذا كانت العقارب على جوانب متقابلة ، كما هو الحال في 1 أو 2 أو 3 أو 4 أو 5 أو 6 ، أو إذا كان أحدهما أعلى والآخر أدناه في نفس الجزء ، كان التأثير هو نفسه. عندما تم استخدام مجمعات الأقراص في هذه الأوضاع ، لم يشعر الشخص الذي يحملها بأي تأثير ، (وهذا يتوافق مع ملاحظة GAY-LUSSAC على Torpedos ،) بينما شعر الأشخاص الآخرون ، بكلتا يديه على مسافة من السمكة ، صدمات كبيرة.

عندما تم تطبيق كلتا اليدين أو مجمعات الأقراص في أماكن مفصولة بجزء من طول الحيوان ، كما هو الحال في 1 أو 3 أو 4 أو 6 أو 3 أو 6 ، فإن الصدمات القوية تمتد حتى الذراعين وحتى إلى ثدي المجرب ، على الرغم من أن شخصًا آخر بيد واحدة في أي من هذه الأماكن ، شعر بالقليل نسبيًا. يمكن الحصول على الصدمة في الأجزاء القريبة جدًا من الذيل ، كما هو الحال في 8 ، 9. أعتقد أنها كانت أقوى في حوالي 1 و 8. عندما اقتربت اليدين من بعضهما البعض ، قل التأثير ، حتى أصبح في نفس المستوى المتقاطع ، ، كما سبق وصفه ، معقول فقط في الأجزاء المغمورة.

وضع B يديه على بعد 10 ، 11 ، على الأقل أربع بوصات من السمكة ، بينما لمس A الحيوان بقضيب زجاجي لإثارته للعمل ، تلقى B صدمة قوية بسرعة. في تجربة أخرى من نفس النوع ، فيما يتعلق بعدم ضرورة لمس السمكة ، تلقى العديد من الأشخاص صدمات بشكل مستقل عن بعضهم البعض وبالتالي كان A عند 4 و 6 B عند 10 و 1 C عند 16 و 17 و D عند 18 و 19 صدم الجميع في الحال ، A و B بشدة ، C و D ضعيفين. من المفيد جدًا ، أثناء تجربة الجلفانومتر أو غيره من الترتيبات الآلية ، أن يبقي شخص ما يديه في الماء على مسافة معتدلة من الحيوان ، ويمكنه أن يعرف ويعطي معلومات عند حدوث التفريغ.

عندما كان لدى B كلتا يديه عند 10 أو 11 أو في 14 أو 15 ، بينما كان لدى A يد واحدة فقط عند 1 أو 3 أو 6 ، شعرت الأولى بصدمة قوية ، بينما لم يكن للأخيرة سوى يد واحدة ضعيفة ، على الرغم من ملامستها مع السمك. أو إذا كان لدى A كلتا اليدين في 1 أو 2 أو 3 أو 4 أو 5 أو 6 ، فإن التأثير كان هو نفسه.

إذا كان لدى A أيدي عند 3 و 5 و B عند 14 و 15 و C عند 16 و 17 ، فإن A تلقى أقوى صدمة ، و B هو الأقوى التالي ، و C هو الأضعف.

عندما أثار A جمنوتوس بيديه عند 8 ، 9 ، بينما كان B في 10 ، 11 ، كان الأخير يعاني من صدمة أقوى بكثير من السابق ، على الرغم من أن الأول لمس الحيوان وإثارة حماسته.

أثارت A السمكة بيد واحدة عند 3 ، بينما كان B لديه كلتا يديه عند 10 ، 11 (أو بطول) ، وكان C لديه يديه عند 12 ، 13 (أو عبر) A كان لديه صدمة وخز في اليد المغمورة فقط B كان لديه a صدمة قوية للأذرع C شعرت ولكن تأثير طفيف في الأجزاء المغمورة.

إن التجارب التي وصفتها للتو ذات طبيعة تتطلب العديد من التكرار قبل أن يمكن اعتبار النتائج العامة المستمدة منها على أنها ثابتة ولا أتظاهر بالقول إنها أكثر من مجرد إشارات إلى اتجاه القوة. ليس من المستحيل على الإطلاق أن تمتلك السمكة القدرة على إلقاء كل من أعضائها الكهربائية الأربعة على حدة ، وبالتالي توجيه الصدمة إلى حد ما ، أي قد يكون لديه القدرة على التسبب في انبعاث التيار الكهربائي من واحد. جنبًا إلى جنب ، وفي نفس الوقت قم بإحضار الجانب الآخر من جسده في مثل هذه الحالة ، بحيث يكون بمثابة غير موصل في هذا الاتجاه. لكني أعتقد أن المظاهر والنتائج تمنع الافتراض بأن له أي سيطرة على اتجاه التيارات بعد أن دخلت السائل والمواد من حوله.

هذه التجارب رائعة وترسم صورة مسلية: فاراداي وما يصل إلى ثلاثة مساعدين يلصقون أيديهم في الماء بشكل متكرر ويطلقون أنفسهم **. (يمكنني & # 8217t المساعدة ولكن أتخيل فاراداي يتحدث مثل كريستوفر جيست في مقطع الفيديو الكلاسيكي هذا: & # 8220 ماذا فعل هذا بك؟ أخبرني. وتذكر ، هذا للأجيال القادمة لذا كن صادقًا. كيف تشعر؟ & # 8221 )

بالإضافة إلى دراسة القوى الكهربائية لـ Gymnotus ، انغمس فاراداي أيضًا في بعض الملاحظات السلوكية للهواة:

يمكن لجينوتوس هذا أن يصعق ويقتل الأسماك التي هي في أوضاع مختلفة جدًا لجسمها ، ولكن في أحد الأيام عندما رأيتها تأكل ، بدا لي أن عملها غريب. سمكة حية يبلغ طولها حوالي خمس بوصات ، لم يتم اصطيادها قبل نصف دقيقة ، تم إسقاطها في الحوض. استدار Gymnotus على الفور بطريقة تشكل ملفًا يحيط بالسمكة ، ويمثل الأخير قطرًا عبرها مرت صدمة ، وهناك في لحظة اصطدمت السمكة بلا حراك ، كما لو كان البرق ، في وسط المياه ، وجانبها يطفو على الضوء. قام Gymnotus بدورة أو اثنتين للبحث عن فريسته ، التي وجدها انفلت ، ثم ذهب للبحث عن المزيد. تم إعطاؤه سمكة ثانية أصغر ، والتي أصيبت في وسيلة النقل ، لم تظهر عليها سوى القليل من علامات الحياة ، وقد ابتلعها على الفور ، على ما يبدو دون أن تصدمها. كان لف الجيمنوتوس حول فريسته ، في هذه الحالة ، كل مظهر من مظاهر كونه مقصودًا من جانبه ، لزيادة قوة الصدمة ، ومن الواضح أن الإجراء مناسب تمامًا لهذا الغرض ، كونه متوافقًا تمامًا مع البئر. - القوانين المعروفة لتصريف التيارات في كتل المادة الموصلة ، وعلى الرغم من أن السمكة قد لا تضع دائمًا هذه الحيلة في الممارسة ، فمن المحتمل جدًا أن يكون على دراية بمزاياها ، وقد يلجأ إليها في حالات الحاجة.

يبدو أن Gymnotus يكون عقلانيًا عندما يصيب حيوانًا بصدمة ، حيث يكون مدركًا له ، على الأرجح ، من خلال الدافع الميكانيكي الذي يتلقاه ، والناجم عن التشنجات التي تم إلقاؤها فيه. عندما لمسته بيدي ، أصابني بالصدمة بعد الصدمة ، لكن عندما لمسته بقضبان زجاجية ، أو الموصلات المعزولة ، قام بصدمة واحدة أو اثنتين ، شعر بها الآخرون وهم يضعون أيديهم على مسافة ، لكنهم توقفوا عن ذلك. ممارسة التأثير ، كما لو علمت أنه لم يكن له التأثير المطلوب. مرة أخرى ، عندما تم لمسه مع الموصلات عدة مرات ، لإجراء تجارب على الجلفانومتر أو أي جهاز آخر ، ويبدو أنه ضعيف أو غير مبال ، وغير مستعد لإعطاء الصدمات ، ومع ذلك تم لمسه من قبل اليدين ، من خلال الحركة المتشنجة ، أخبره أن شيئًا حساسًا كان موجودًا ، وسرعان ما أظهر قوته واستعداده لإبهار المجرب.

في ختام مقالته ، يوضح فاراداي أن فهم Gymnotus يمكن أن يكون له آثار على فهم جميع الكائنات الحية:

وقد لوحظ من قبل GEOFFROY ST. HILAIRE ، أن الأعضاء الكهربائية في أسماك الطوربيد ، و Gymnotus ، والأسماك المماثلة ، لا يمكن اعتبارها مرتبطة بشكل أساسي بتلك التي لها أهمية عالية ومباشرة في حياة الحيوان ، ولكنها تنتمي إلى العناصر المشتركة ولها أيضًا وجد أن طوربيدات مثل التي حُرمت من استخدام أعضائها الخاصة ، واصلت وظائف الحياة تمامًا وكذلك الوظائف التي سُمح لها بالبقاء فيها. هذه ، مع اعتبارات أخرى ، تقودني إلى النظر إلى هذه الأجزاء على أمل أنها قد تثبت عند التحقيق الدقيق أنها نوع من الأجهزة الطبيعية ، والتي من خلالها يمكننا تطبيق مبادئ العمل وإعادة العمل في التحقيق في طبيعة التأثير العصبي.

العلاقة التشريحية للجهاز العصبي بالعضو الكهربائي ، الاستنفاد الواضح للطاقة العصبية أثناء إنتاج الكهرباء في ذلك العضو ، الإنتاج المكافئ الظاهر للكهرباء بما يتناسب مع كمية القوة العصبية المستهلكة في الاتجاه الثابت للتيار الناتج ، مع علاقتها بما قد نعتقد أنه اتجاه ثابت بنفس القدر للطاقة العصبية التي يتم إلقاؤها في العمل في نفس الوقت تدفعني جميعًا للاعتقاد ، أنه ليس مستحيلًا ولكن عند تمرير الكهرباء لكل قوة عبر العضو ، رد فعل يعود على الجهاز العصبي الذي ينتمي إليه قد يحدث ، وأن استعادة ، بدرجة أكبر أو أصغر ، لما ينفقه الحيوان في فعل إثارة تيار ، ربما يتم إجراء الليل. لدينا التشابه فيما يتعلق بالحرارة والمغناطيسية. علمنا SEEBECK كيفية تحويل الحرارة إلى كهرباء وقد أعطانا PELTIER مؤخرًا العكس الصارم لهذا الأمر ، وأظهر لنا كيفية تحويل الكهرباء إلى حرارة ، بما في ذلك علاقتها بالحرارة والباردة. أظهر OERSTED كيف كنا سنحول الكهرباء إلى قوى مغناطيسية ، وقد سعدت بإضافة العضو الآخر للعلاقة الكاملة ، من خلال الرد مرة أخرى وتحويل المغناطيسية إلى قوى كهربائية. لذلك ربما في هذه الأعضاء ، حيث وفرت الطبيعة الجهاز الذي بواسطته يستطيع الحيوان بذل الجهد وتحويل الأعصاب إلى قوة كهربائية ، قد نكون قادرين ، من وجهة النظر هذه ، على امتلاك قوة تتجاوز بكثير قدرة السمكة نفسها ، لإعادة - تحويل الكهرباء إلى القوة العصبية.

قد يبدو هذا للبعض فكرة جامحة للغاية ، مثل افتراض أن القوة العصبية هي إلى حد ما مماثلة لقوى مثل الحرارة والكهرباء والمغناطيسية. أنا أفترض ذلك فقط ، مع ذلك ، كسبب لإجراء تجارب معينة ، والتي ، وفقًا لما تقدمه من نتائج إيجابية أو سلبية ، ستنظم المزيد من التوقعات. وفيما يتعلق بطبيعة القوة العصبية ، فإن إجهادها الذي ينتقل على طول الأعصاب إلى الأعضاء المختلفة التي تثيرها في العمل ، ليس هو المبدأ المباشر للحياة ، وبالتالي لا أرى سببًا طبيعيًا يمنعنا من السماح لنا. في بعض الحالات لتحديد ومراقبة مسارها. يعتقد العديد من الفلاسفة أن القوة هي الكهرباء. طرح بريستلي هذا الرأي في عام 1774 بشكل لافت للنظر ومميز للغاية ، سواء فيما يتعلق بالحيوانات العادية أو تلك التي تعمل بالكهرباء ، مثل الطوربيد. يعتبر الدكتور ويلسون فيليب أن العامل في أعصاب معينة هو الكهرباء المعدلة بفعل حيوي. يعتقد MATTEUCCI أن السائل العصبي أو الطاقة ، في الأعصاب التي تنتمي إلى العضو الكهربائي على الأقل ، هي الكهرباء. مم. يرى PREVOST و DUMAS أن الكهرباء تتحرك في الأعصاب التي تنتمي إلى العضلات وأن M. PREVOST يقدم تجربة جميلة ، حيث تم ممغنط الفولاذ ، لإثبات هذا الرأي ، إذا كان يجب تأكيده من خلال مزيد من الملاحظة ومن قبل الفلاسفة الآخرين ، هي النتيجة القصوى لتقدم هذا الفرع العالي من المعرفة. الآن على الرغم من أنني لست مقتنعًا حتى الآن بالحقائق القائلة بأن السائل العصبي ما هو إلا كهرباء ، ما زلت أعتقد أن العامل في الجهاز العصبي قد يكون قوة غير عضوية وإذا كانت هناك أسباب لافتراض أن المغناطيسية هي علاقة قوة أعلى من الكهرباء ، لذلك قد نتخيل أن القوة العصبية قد تكون ذات طابع أكثر تعاليًا ، ومع ذلك فهي في متناول التجربة.

هناك الكثير من النقاش في تلك الفقرات سأحاول تلخيصها. العديد من الباحثين في عصر فاراداي و # 8217 يشتبه بشدة (بشكل صحيح) في أن الجهاز العصبي يعمل بالكهرباء ، أو بعبارة أخرى ، أن الكهرباء هي & # 8220 مبدأ الحياة & # 8221. نشأ هذا الشك من خلال البحث السابق ذكره لجالفاني ، من بين أمور أخرى. لم يكن فاراداي على استعداد للذهاب إلى أبعد من ذلك فيما يتعلق بمعاملة جسم الإنسان كجهاز كهربائي بحت ، لكنه اعتقد أن & # 8220 السائل العصبي & # 8221 يمكن أن يكون قوة أساسية أخرى ، تخضع لقوانين مثل الكهرباء والمغناطيسية والجاذبية. يمكن بعد ذلك أن تقترن القوة العصبية بالكهرباء ، تمامًا مثل اقتران المغناطيسية بالكهرباء.

حتى أن فاراداي يقترح بعض الاحتمالات للتجارب المستقبلية بناءً على هذا المبدأ:

نوع التجربة التي أنا جريئة بما يكفي لاقتراحها هي كما يلي.إذا تم إرهاق Gymnotus أو Torpedo من خلال المجهود المتكرر للأعضاء الكهربائية ، فهل يرسل تيارات ذات قوة مماثلة لتلك التي ينبعث منها ، أو بدرجات أخرى من القوة ، إما بشكل مستمر أو متقطع في نفس اتجاه تلك التي يرسلها ، يعيد له قوته وقوته بسرعة أكبر مما لو ترك لراحة طبيعية؟

هل يؤدي إرسال التيارات في الاتجاه المعاكس إلى إرهاق الحيوان بسرعة؟ هناك ، على ما أعتقد ، سبب للاعتقاد بأن الطوربيد (وربما الجيمنوتوس) ليس منزعجًا أو متحمسًا كثيرًا بالتيارات الكهربائية المرسلة فقط عبر العضو الكهربائي بحيث لا يبدو إجراء هذه التجارب صعبًا للغاية.

هذه بعض التجارب التي يشير إليها التشكل والعلاقة بين الأعضاء الكهربائية لهذه الأسماك ، على أنها عقلانية في أدائها وواعدة في الترقب. قد لا يفكر الآخرون فيهم كما أفكر ولكن لا يمكنني إلا أن أقول لنفسي ، كانت تلك هي الوسيلة التي في وسعي ، وهم أول ما سأفعله.

يبدو أن فاراداي نفسه لم ينغمس في العديد من التجارب الأخرى على الأسماك الكهربائية. نحن محظوظون إلى حد ما لأنه لم يفعل ذلك ، لأن أحد أعظم اكتشافاته (دوران فاراداي) كان لا يزال في مستقبله. ومع ذلك ، فإن دراسته في علم الأحياء تعطينا لمحة رائعة عن كيفية تشابك المجالات المتنوعة للعلوم الطبيعية بشكل وثيق في تلك الحقبة عندما كانت الكهرباء والمغناطيسية لا تزالان ظاهرتين غامضتين نسبيًا.

M. Faraday ، & # 8220 إشعار شخصية واتجاه القوة الكهربائية لـ Gymnotus ، & # 8221 Phil. عبر. روي. شركة 129 (1839) ، 1-12

* السمكة التي تصطاد بانتظار عالم فيزياء تجريبي تضع يديها على رأسها وذيلها ربما لن تعيش طويلاً.

** فاراداي & # 8217s الصعق الكهربائي الذاتي لا يتغلب تمامًا على قصة جاك بارنز للتجربة الذاتية الماسوشية ، لكنه يقترب & # 8230


بابان مفتوحان

على الرغم من أن فيروسات كورونا البشرية المعروفة يمكن أن تصيب العديد من أنواع الخلايا ، إلا أنها تسبب جميعًا التهابات الجهاز التنفسي. الفرق هو أن الأربعة التي تسبب نزلات البرد تهاجم بسهولة الجهاز التنفسي العلوي ، في حين أن MERS-CoV و SARS-CoV يجدون صعوبة أكبر في السيطرة هناك ، لكنهم أكثر نجاحًا في إصابة الخلايا في الرئتين.

لسوء الحظ ، يمكن لـ SARS-CoV-2 القيام بالأمرين بكفاءة عالية. هذا يمنحها مكانين للحصول على موطئ قدم ، كما يقول شو يوان شياو ، أخصائي علم الأمراض في جامعة شيكاغو ، إلينوي. قد يكون سعال الجار الذي يرسل عشرة جزيئات فيروسية في طريقك كافيًا لبدء عدوى في حلقك ، ولكن من المحتمل أن تؤدي الأهداب التي تشبه الشعر الموجودة هناك وظيفتها وتطهير الغزاة. إذا كان الجار أقرب إليك ويسعل 100 جسيم نحوك ، فقد يتمكن الفيروس من الوصول إلى الرئتين ، كما يقول شياو.

من كانت استراتيجية فيروس كورونا الأفضل؟ يصطاد العلماء السياسات الأكثر فعالية

قد تفسر هذه القدرات المتفاوتة سبب امتلاك الأشخاص المصابين بـ COVID-19 تجارب مختلفة. يمكن أن يبدأ الفيروس في الحلق أو الأنف ، فينتج عنه سعال مزعج الطعم والرائحة ، ثم ينتهي عند هذا الحد. أو قد تشق طريقها إلى الرئتين وتضعف هذا العضو. يقول ستانلي بيرلمان ، عالم المناعة في جامعة أيوا في آيوا سيتي الذي يدرس فيروسات كورونا ، إن كيفية وصوله إلى هناك ، سواء كان يتحرك خلية تلو الأخرى أو يتم غسله بطريقة ما ، غير معروف.

يقول كليمنس مارتن وندتنر ، طبيب الأمراض المعدية في عيادة شوابينج بميونخ في ألمانيا ، إنه قد يكون هناك مشكلة في الجهاز المناعي الذي يسمح للفيروس بالتسلل إلى الرئتين. يصنع معظم الأشخاص المصابين أجسامًا مضادة مُعَطَّلة يصممها الجهاز المناعي للارتباط بالفيروس ومنعه من دخول الخلية. لكن يبدو أن بعض الناس غير قادرين على صنعها ، كما يقول فيندتنر. قد يكون هذا هو سبب تعافي البعض بعد أسبوع من الأعراض الخفيفة ، بينما يصاب البعض الآخر بمرض الرئة المتأخر. لكن يمكن للفيروس أيضًا تجاوز خلايا الحلق والنزول مباشرة إلى الرئتين. بعد ذلك ، قد يصاب المرضى بالتهاب رئوي دون الأعراض المعتادة المعتادة مثل السعال أو الحمى المنخفضة الدرجة التي قد تأتي أولاً ، كما يقول فيندتنر. إن وجود نقطتي العدوى هاتين يعني أن SARS-CoV-2 يمكن أن يخلط بين قابلية انتقال فيروسات كورونا الباردة الشائعة وفتك فيروس MERS-CoV و SARS-CoV. يقول: "إنه مزيج مؤسف وخطير من سلالة الفيروس التاجي هذه".

كانت قدرة الفيروس على العدوى والتكاثر النشط في الجهاز التنفسي العلوي شيئًا مثيرًا للدهشة ، نظرًا لأن قريبه الوراثي المقرب ، SARS-CoV ، يفتقر إلى هذه القدرة. في الشهر الماضي ، نشر Wendtner نتائج 8 من التجارب التي تمكن فريقه من استنبات الفيروس من حلق تسعة أشخاص مصابين بـ COVID-19 ، مما يدل على أن الفيروس يتكاثر بشكل نشط ومعدٍ هناك. وهذا يفسر الاختلاف الجوهري بين الأقارب المقربين. يمكن لـ SARS-CoV-2 إطلاق جزيئات فيروسية من الحلق إلى اللعاب حتى قبل أن تبدأ الأعراض ، ويمكن أن تنتقل بسهولة من شخص لآخر. كان SARS-CoV أقل فاعلية في القيام بهذه القفزة ، حيث كان يمر فقط عندما تكون الأعراض كاملة ، مما يسهل احتوائه.

أدت هذه الاختلافات إلى بعض الالتباس حول مدى خطورة السارس- CoV-2 المميتة. يصفه بعض الخبراء وتقارير وسائل الإعلام بأنه أقل فتكًا من SARS-CoV لأنه يقتل حوالي 1 ٪ من الأشخاص الذين يصيبهم ، في حين أن SARS-CoV يقتل ما يقرب من عشرة أضعاف هذا المعدل. لكن بيرلمان يقول أن هذه هي الطريقة الخاطئة للنظر إلى الأمر. يعتبر SARS-CoV-2 أفضل بكثير في إصابة الأشخاص ، لكن العديد من العدوى لا تتطور إلى الرئتين. يقول: "بمجرد وصولها إلى الرئتين ، من المحتمل أن تكون مميتة بنفس القدر".

ما يفعله عندما يصل إلى الرئتين يشبه في بعض النواحي ما تفعله فيروسات الجهاز التنفسي ، على الرغم من أن الكثير لا يزال غير معروف. مثل فيروس السارس والإنفلونزا ، فإنه يصيب ويدمر الحويصلات الهوائية ، وهي الأكياس الدقيقة في الرئتين التي تنقل الأكسجين إلى مجرى الدم. عندما ينهار الحاجز الخلوي الذي يفصل هذه الأكياس عن الأوعية الدموية ، يتسرب السائل من الأوعية إلى الداخل ، مما يمنع وصول الأكسجين إلى الدم. خلايا أخرى ، بما في ذلك خلايا الدم البيضاء ، تسد مجرى الهواء أكثر. ستعمل الاستجابة المناعية القوية على إزالة كل هذا في بعض المرضى ، لكن رد الفعل المفرط للجهاز المناعي يمكن أن يجعل تلف الأنسجة أسوأ. إذا كان الالتهاب وتلف الأنسجة شديدًا للغاية ، فلن تتعافى الرئتان مطلقًا ويموت الشخص أو يُترك مع رئتين متندبتين ، كما يقول شياو. "من وجهة نظر مرضية ، لا نرى الكثير من التفرد هنا."

وكما هو الحال مع SARS-CoV و MERS-CoV وفيروسات كورونا الحيوانية ، فإن الضرر لا يتوقف على الرئتين. يمكن أن تؤدي عدوى SARS-CoV-2 إلى استجابة مناعية مفرطة تُعرف باسم عاصفة السيتوكين ، والتي يمكن أن تؤدي إلى فشل العديد من الأعضاء والوفاة. يمكن للفيروس أيضًا أن يصيب الأمعاء والقلب والدم والحيوانات المنوية (كما يمكن لـ MERS-CoV) والعين وربما الدماغ. يقول Guan Wei-jie ، أخصائي أمراض الرئة في معهد قوانغتشو للصحة التنفسية في قوانغتشو ميديكال ، إن الأضرار التي لحقت بالكلى والكبد والطحال لدى الأشخاص المصابين بـ COVID-19 تشير إلى أن الفيروس يمكن أن ينتقل في الدم ويصيب أعضاء أو أنسجة مختلفة. جامعة ، الصين ، وهي مؤسسة تم الإشادة بها لدورها في مكافحة السارس و COVID-19. يقول جوان إن الفيروس قد يكون قادرًا على إصابة أعضاء أو أنسجة مختلفة أينما تصل إمدادات الدم.

لكن على الرغم من ظهور المادة الجينية للفيروس في هذه الأنسجة المختلفة ، إلا أنه لم يتضح بعد ما إذا كان الضرر قد حدث بسبب الفيروس أم عاصفة خلوية ، كما يقول فيندتنر. "عمليات التشريح جارية في مركزنا. سيأتي المزيد من البيانات قريبًا.

سواء كان يصيب الحلق أو الرئتين ، فإن SARS-Cov-2 يخترق الغشاء الواقي للخلايا المضيفة باستخدام بروتيناته الشائكة (انظر "الغازي المميت"). أولاً ، مجال ربط مستقبلات البروتين يلتصق بمستقبل يسمى ACE2 ، والذي يقع على سطح الخلية المضيفة. يتم التعبير عن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 في جميع أنحاء الجسم على بطانة الشرايين والأوردة التي تمر عبر جميع الأعضاء ، ولكنه يكون كثيفًا بشكل خاص على الخلايا المبطنة للحويصلات الهوائية والأمعاء الدقيقة.

على الرغم من أن الآليات الدقيقة لا تزال غير معروفة ، تشير الدلائل إلى أنه بعد أن يلتصق الفيروس بنفسه ، تقطع الخلية المضيفة بروتين السنبلة في أحد `` مواقع الانقسام '' المخصصة لها ، وتكشف ببتيدات الاندماج - سلاسل صغيرة من الأحماض الأمينية التي تساعد على فتح الخلية المضيفة. الغشاء بحيث يمكن أن يندمج معه غشاء الفيروس. بمجرد دخول المادة الجينية للغزاة إلى داخل الخلية ، يأمر الفيروس الآلة الجزيئية للمضيف لإنتاج جزيئات فيروسية جديدة. ثم يخرج هؤلاء النسل من الخلية ليذهبوا ويصيبوا الآخرين.


آليات الدفاع والمناعة الفطرية

تسلط النقاط التالية الضوء على آليات الدفاع الست الأولى المتضمنة في المناعة الفطرية. آليات الدفاع هي: 1. الحواجز الفيزيائية (أو الميكانيكية) والكيميائية 2. التهاب 3. البلعمة 4. النظام التكميلي 5. المواد المضادة للبكتيريا 6. المواد المضادة للفيروسات.

الآلية رقم 1. الحواجز الفيزيائية (أو الميكانيكية) والكيميائية:

تعمل الحواجز الفيزيائية (أو الميكانيكية) للمضيف بالتعاون مع الحواجز الكيميائية (الإفرازات) كخط الدفاع الأول ضد الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض والمواد الغريبة. تشمل هذه الحواجز الجلد والأغشية المخاطية والجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والجهاز البولي التناسلي والعين والبكتريوسينات وبيتا ليسين وعديد الببتيدات الأخرى.

الجلد والأغشية المخاطية والجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والجهاز البولي التناسلي والعينين هي الحواجز التي توفر الدفاع الفيزيائي والكيميائي (على سبيل المثال ، العصائر المعدية ، الليزوزيم ، اللاكتوفيرين ، البروتينات السكرية ، اليوريا ، إلخ) بالتعاون. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البكتريوسينات والبيتا ليسين وعديد الببتيدات الأخرى هي مواد كيميائية دفاعية ضد الكائنات الحية الدقيقة.

الجلد السليم هو حاجز مادي أو ميكانيكي فعال للغاية لمنع دخول مسببات الأمراض الميكروبية إلى الجسم. مع استثناءات قليلة ، تفشل الكائنات الحية الدقيقة في اختراق الجلد لأن طبقته الخارجية تتكون من خلايا سميكة ومكتظة تدعى الخلايا الكيراتينية التي تنتج الكيراتين.

الكيراتين عبارة عن بروتينات صلبة تتكون من المكونات الرئيسية للشعر والأظافر وخلايا الجلد الخارجية. هذه البروتينات الصلبة ليست قابلة للتحلل إنزيميًا بسهولة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. إنها تقاوم دخول الماء المحتوي على ميكروبات وبالتالي تعمل كحاجز مادي أمام الكائنات الحية الدقيقة.

بالإضافة إلى الوقاية المباشرة من الاختراق ، فإن التساقط المستمر للخلايا الظهارية الخارجية للجلد يزيل العديد من مسببات الأمراض الميكروبية التي تتمكن من الالتصاق بسطح الجلد.

2. الأغشية المخاطية:

الأغشية المخاطية لأنظمة الجسم المختلفة مثل الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والجهاز البولي التناسلي والعين تمنع غزو الكائنات الحية الدقيقة بمساعدة ظهارة حرشفية طبقية سليمة وإفرازات مخاطية ، والتي تشكل غطاء واقيًا يقاوم الاختراق ويحبس العديد من الكائنات الحية الدقيقة.

3. الجهاز التنفسي:

يستنشق الشخص العادي حوالي 10000 كائن حي دقيق يوميًا بمعدل ثمانية كائنات دقيقة في الدقيقة. تترسب هذه الكائنات الحية الدقيقة على الأسطح المخاطية الرطبة واللزجة في الجهاز التنفسي. تحبس البطانية المخاطية الهدبية للظهارة التنفسية الكائنات الحية الدقيقة التي يقل قطرها عن 10 ميكرومتر وتنقلها عن طريق العمل الهدبي بعيدًا عن الرئتين.

الكائنات الحية الدقيقة التي يزيد حجمها عن 10 ميكرومتر عادة ما تكون محاصرة بالشعر والأهداب التي تبطن التجويف الأنفي الذي ينبض باتجاه البلعوم بحيث يتم تحريك المخاط مع الكائنات الدقيقة المحاصرة نحو الفم وطرده. يساعد السعال والعطس أيضًا في إزالة الكائنات الدقيقة من الجهاز التنفسي.

يوضحون الجهاز التنفسي للكائنات الحية الدقيقة عن طريق طرد الهواء بقوة من الرئتين عبر الفم والأنف ، على التوالي. يؤدي إفراز اللعاب أيضًا إلى غسل الكائنات الدقيقة من الفم ومناطق البلعوم الأنفي إلى المعدة.

4. الجهاز الهضمي:

قد تتمكن الكائنات الحية الدقيقة من الوصول إلى المعدة. يتم تدمير العديد منهم بسبب عصير المعدة. عصير المعدة عبارة عن مزيج من حمض الهيدروكلوريك والإنزيمات المحللة للبروتين والمخاط ، وهو حمضي جدًا بدرجة حموضة 2 إلى 3. هذا العصير عادة كافٍ لقتل معظم الكائنات الحية الدقيقة وتدمير سمومها.

علاوة على ذلك ، فإن السكان الميكروبيين العاديين في الأمعاء الغليظة مهم للغاية في عدم السماح بتكوين الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض فيها.

للراحة ، تفرز العديد من الكائنات الحية الدقيقة المتعايشة في الأمعاء منتجات أيضية (مثل الأحماض الدهنية) التي تمنع & # 8220 غير المرغوب فيها & # 8221 الكائنات الحية الدقيقة من التأسيس في المسالك. في الأمعاء الدقيقة ، غالبًا ما يتم قتل مسببات الأمراض الميكروبية بواسطة إنزيمات البنكرياس المختلفة والصفراء والإنزيمات في الإفرازات المعوية.

5. نظام الجهاز البولى التناسلى:

الكلى والحالب والمثانة عقيمة في ظل الظروف العادية. النخاع الكلوي مفرط التوتر لدرجة أنه يسمح فقط لعدد قليل من الكائنات الحية الدقيقة بالبقاء على قيد الحياة.

يدمر البول بعض الكائنات الحية الدقيقة بسبب انخفاض درجة الحموضة فيه ووجود اليوريا والمنتجات النهائية الأيضية الأخرى مثل حمض اليوريك وحمض الهيبوريك والموسين والأحماض الدهنية والإنزيمات وما إلى ذلك. توفر البيئة الحمضية (درجة الحموضة من 3 إلى 5) للمهبل أيضًا دفاعًا لأنها غير مواتية لمعظم الكائنات الحية الدقيقة.

يبطن ملتحمة العين السطح الداخلي لكل جفن والسطح المكشوف لمقلة العين. وهو عبارة عن غشاء ظهاري متخصص يفرز المخاط ويتم الحفاظ عليه رطبًا عن طريق عملية التنظيف المستمرة للدموع التي تفرزها الغدد الدمعية. تحتوي الدموع على الليزوزيم واللاكتوفيرين وبالتالي تعمل كحواجز فيزيائية وكيميائية.

يسكن أسطح الجلد والأغشية المخاطية نباتات جرثومية طبيعية. من هذا المنطلق ، تصنع العديد من البكتيريا البروتينات السامة وتطلقها (على سبيل المثال ، كوليسين ، المكورات العنقودية) تحت إشراف بلازميداتها. تسمى هذه البروتينات السامة بكتريوسينات ، والتي تقتل الأنواع الأخرى ذات الصلة وبالتالي توفر ميزة تكيفية ضد البكتيريا الأخرى.

8. بيتا ليسين وعديد ببتيدات أخرى:

تطلق الصفائح الدموية بولي ببتيد كاتيوني يسمى بيتا ليسين ، والذي يعطل غشاء البلازما لبعض البكتيريا موجبة الجرام ويقتلها. Leukin و cecropins و plakins و phagocytin هي بعض الببتيدات الكاتيونية الأخرى التي تقتل بكتيريا معينة موجبة الجرام. العامل المضاد للبكتيريا البروستاتا ، وهو بولي ببتيد يحتوي على الزنك ، هو مادة كيميائية مهمة مضادة للميكروبات تفرزها غدد السجود في الذكور.

آلية # 2. التهاب (استجابة التهابية):

الالتهاب هو استجابة دفاعية فطرية (غير محددة) للجسم للعدوى المسببة للأمراض أو إصابة الأنسجة ويساعد في تحديد مكان العدوى أو الإصابة في منطقته المحلية. تم وصف العديد من السمات الكلاسيكية للالتهاب منذ عام 1600 قبل الميلاد في كتابات البردى المصرية.

في القرن الأول الميلادي ، وصف الطبيب الروماني سيلسوس العلامات الأساسية الأربعة للالتهاب على أنها احمرار (حكّاك) وتورم (ورم) وسخونة (لون) وألم. في القرن الثاني الميلادي ، أضاف طبيب آخر ، جالينوس ، علامة خامسة: وظيفة متغيرة (functio laesa).

1. الأحداث الكبرى التي ينتج عنها علامات أساسية:

فيما يلي الأحداث الرئيسية التي تؤدي إلى ظهور العلامات الأساسية للالتهاب:

(1) الاحمرار والحرارة (ارتفاع درجة الحرارة) في المنطقة الموضعية ناتج عن توسع الأوعية (زيادة في قطر الأوعية الدموية) من الشعيرات الدموية القريبة التي تحدث عندما تضيق الأوعية التي تحمل الدم بعيدًا عن المنطقة المصابة مما يؤدي إلى الاحتقان من شبكة الشعيرات الدموية.

(2) يحدث تورم الأنسجة بسبب تراكم الإفرازات في منطقة الإصابة أو الإصابة. تسهل زيادة نفاذية الشعيرات الدموية تدفق السوائل والخلايا من الشعيرات الدموية المحتقنة إلى الأنسجة. يحتوي السائل الذي يتراكم (الإفرازات) على نسبة بروتين أعلى بكثير من السوائل التي يتم إطلاقها عادة من نظام الأوعية الدموية.

(3) الألم ناتج عن تحلل خلايا الدم. يؤدي التحلل إلى إنتاج البروستاجلاندين والبراديكينين ، وهي المواد الكيميائية التي تغير عتبة وشدة استجابة الجهاز العصبي للألم. من المحتمل أن يلعب الألم دورًا وقائيًا لأنه يتسبب عادةً في حماية الفرد للمنطقة المصابة أو المصابة.

2. آلية الدفاع:

الاستجابة الالتهابية هي مصطلح جماعي يمثل التسلسل المعقد للأحداث أثناء الالتهاب. يبدأ عندما تطلق خلايا الأنسجة المصابة وسطاء التهابي
(مواد كيميائية). من بين وسطاء الالتهاب العديد من بروتينات المصل تسمى بروتينات المرحلة الحادة ، والبروتينات الرئيسية في المرحلة الحادة هي الهيستامين والكينين.

ترتبط بروتينات المرحلة الحادة بالمستقبلات الموجودة على الشعيرات الدموية والأوردة القريبة مما يؤدي إلى توسع الأوعية وزيادة النفاذية مما يؤدي إلى تدفق الخلايا البلعمية (على سبيل المثال ، العدلات ، وحيدات الخلايا الليمفاوية والضامة) من الدم إلى الأنسجة.

إن هجرة الخلايا البلعمية هي عملية متعددة الخطوات (الشكل 44.14) تتضمن التصاق الخلايا بالجدار البطاني للأوعية الدموية (الهوامش) ، يليها هجرتها بين الخلايا البطانية إلى الأنسجة (التشبع أو التسرب) ، وأخيرًا ، هجرتهم عبر الأنسجة إلى موقع الغزو (الانجذاب الكيميائي).

عندما تتراكم الخلايا البلعمية في موقع الإصابة وتبدأ في البلعمة المسببة للأمراض الميكروبية ، فإنها تطلق خلال هذه العملية الإنزيمات اللايتية التي تدمر عادة الخلايا السليمة المجاورة. تشكل الخلايا المضيفة الميتة والخلايا البلعمية الميتة ومسببات الأمراض الميكروبية الميتة وسوائل الجسم مجتمعة مادة تسمى القيح (الإفرازات الالتهابية).

عندما ترتبط بروتينات المرحلة الحادة بالمستقبلات الموجودة على الشعيرات الدموية والأوردة المجاورة وتسبب توسع الأوعية وزيادة النفاذية ، فإن هذا الأخير يمكّن إنزيمات نظام تخثر الدم من دخول الأنسجة. تعمل هذه الإنزيمات على تنشيط سلسلة إنزيمية تؤدي إلى ترسب خيوط غير قابلة للذوبان من الفيبرين ، وهي مكون رئيسي لتجلط الدم.

يقوم الفيبرين بربط جدار المنطقة المصابة من باقي الجسم ويعمل على منع انتشار العدوى. بمجرد أن تهدأ الاستجابة الالتهابية وإزالة القيح ، تمتلئ المنطقة المصابة أو المصابة بأنسجة جديدة تبدأ الوظيفة الطبيعية.

آلية # 3. البلعمة:

البلعمة (Gk. Phagein = أكل cyte = خلية و osis = عملية) هي عملية يتم خلالها إحاطة الجزيئات الكبيرة والخلايا الميكروبية في فجوة بلعمية أو بلعمية وتغمرها. يعمل كحاجز خلوي عالي الكفاءة ضد الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض ويتم مواجهته عن طريق امتصاص وهضم الكائنات الحية الدقيقة من قبل مجموعة متنوعة من خلايا الجسم ونظام الدفاع # 8217s.

إلى جانب مساهمتها في الدفاع ، تساعد البلعمة بعض الخلايا وحتى الكائنات الحية (على سبيل المثال ، البروتوزوا) في الحصول على مغذياتها. ومع ذلك ، كانت البلعمة اكتشافًا بالصدفة من قبل E.Metchnikoff (مواطن من أوكرانيا) في عام 1884 الذي اقترح أن الخلايا المتحركة ليرقات نجم البحر تبحث بنشاط عن الجزيئات الأجنبية الموجودة في بيئتها وتبتلعها.

الأسطر التالية مكرسة في سياق دور البلعمة في دفاع المضيف الفطري (غير المحدد):

1. التعرف على الكائنات الحية الدقيقة والالتزام بها:

تستخدم الخلايا البلعمية (العدلات ، وحيدات الخلايا الضامة ، والخلايا المتغصنة) آليتين جزيئيتين أساسيتين للتعرف على مسببات الأمراض الميكروبية والتزامها بغشاء البلازما phgocyte & # 8217s:

(ط) التعرف المعتمد على Opsonin (طفيلي) (يسمى طبعًا) و

(2) التعرف المستقل على Opsonin (nonopsonic).

يعتبر التعرف أو الأوبسون المعتمد على Opsonin (Gk. opson = لتحضير الضحية) عملية تتعرف فيها الخلايا البلعمية بسهولة على مسببات الأمراض الميكروبية المغلفة بمكونات المصل (الأجسام المضادة خاصة lgG1 و lgG3 ، والمكملات C3b ، والجسم المضاد والمكمل معًا C3b) تسمى opsonins.

تعمل الأوبسونين كجسر بين الكائنات الحية الدقيقة والبلعمة من خلال الارتباط بسطح الكائن الدقيق في أحد طرفيه وبمستقبلات محددة على سطح البلعمة في الطرف الآخر (الشكل 44.15) وتعزز البلعمة متعددة الأوجه. في إحدى الدراسات للراحة ، كان معدل البلعمة للكائن الدقيق أعلى بمقدار 4000 مرة في وجود الأوبسونين منه في غيابه.

يتضمن التعرف المستقل على Opsonin الآلية التي لا تتضمن opsonins وتوظف مستقبلات أخرى على الخلايا البلعمية التي تتعرف على الهياكل (اللاصقة) المعبر عنها على سطح مسببات الأمراض الميكروبية المختلفة (الشكل 44.16). من أهم هذه المستقبلات الليكتينات ، والسكريات ، والجليكوليبيدات ، والبروتيوليكان ، والسكريات الليفية (LPS) ، والفلاجيلين ، إلخ.

من المهم ملاحظة أنه أثناء التعرف المستقل على الأوبسونين ، قد تظهر أنواع ميكروبية معينة مواد لاصقة متعددة ، يتم التعرف على كل منها بواسطة مستقبلات مميزة موجودة على الخلايا البلعمية.

2. ابتلاع وهضم الكائنات الدقيقة:

يتبع التصاق الكائنات الحية الدقيقة على غشاء البلازما بالبلعمة & # 8217s بابتلاعها وهضمها. يؤدي الالتصاق إلى ظهور نتوءات في غشاء البلازما ، تسمى الأرجل الكاذبة ، 10 درجات حول الكائنات الحية الدقيقة الملتصقة.

يحيط اندماج الأرجل الكاذبة الكائنات الحية الدقيقة داخل هيكل يحده غشاء يسمى البلعوم ، والذي يتحرك نحو الجزء الداخلي للخلية ويندمج مع الليزوزوم لتشكيل الجسيم البلعمي (الشكل 44.17) تساهم Lysomes في phagolysosome مجموعة متنوعة من الإنزيمات المتحللة للماء مثل الليزوزيم ، فسفوليباز أ2و ribonuclease deoxyri- bonuclease و proteases.

يفضل درجة الحموضة الفراغية الحمضية نشاط الإنزيمات المتحللة للماء. إنزيمات التحلل المائي تهضم الكائنات الحية الدقيقة المحاصرة. ثم يتم التخلص من المحتويات المتبقية بعد الهضم داخل البلعمة من خلال عملية تسمى طرد الخلايا.

آلية # 4. النظام المتمم:

يحتوي مصل الدم على عدد كبير (أكثر من 30) من بروتينات المصل التي تدور في حالة غير نشطة وبعد تنشيطها الأولي بواسطة آليات مناعية محددة (تكيفية) وغير محددة (فطرية) ، تتفاعل بطريقة متسلسلة شديدة التنظيم حيث يؤدي تنشيط أحد المكونات إلى تنشيط التالي في التسلسل. يُطلق على سلسلة بروتينات سكروم هذه بشكل جماعي النظام التكميلي ويطلق على بروتين مصل النظام التكميلي اسم البروتينات التكميلية.

عندما يتم تحويل الأشكال غير النشطة من البروتينات التكميلية إلى أشكال نشطة من خلال آليات مناعية محددة (تكيفية) وغير محددة (فطرية) ، فإنها تتلف أغشية مسببات الأمراض الميكروبية إما بتدميرها أو تسهيل إزالتها.

قد يعمل النظام المتمم كنظام مستجيب يتم تشغيله عن طريق الارتباط إذا كانت الأجسام المضادة لأسطح خلوية معينة ، أو قد يتم تنشيطه عن طريق التفاعلات بين البروتينات التكميلية ومستقبلات جدران الخلايا الميكروبية. تؤدي التفاعلات بين البروتينات التكميلية والمستقبلات الخلوية إلى تنشيط خلايا المناعة الفطرية أو التكيفية.

هناك ثلاثة مسارات لتفعيل المكمل:

(ط) مسار مكمل كلاسيكي ،

(2) المسار التكميلي البديل ، و

(3) مسار ليكتين التكميلي.

على الرغم من أن هذه المسارات تستخدم آليات متشابهة ، إلا أن بروتينات معينة تنفرد بها الجزء الأول من كل مسار. يشارك المسار الكلاسيكي في مناعة محددة أو مناعة (تكيفية) ، بينما يلعب كل من المسارين البديل والليكتين دورًا مهمًا في المناعة الفطرية (غير النوعية).

آلية # 5. المواد المضادة للبكتيريا:

يمتلك الإنسان المضيف مواد مضادة للجراثيم تكافح بواسطتها الهجوم المستمر لمسببات الأمراض البكتيرية. يتم إنتاج هذه المواد المضادة للبكتيريا إما عن طريق العائل نفسه أو عن طريق بعض البكتيريا الأصلية. المواد المضادة للبكتيريا الهامة هي الليزوزيم ، والبكتريوسينات ، وبيتا ليسين ، وعديد الببتيدات الأخرى.

الليزوزيم هو الإنزيم الذي يكسر الروابط β-1 و 4-glycosidic بين N-acetylglucosamine و N- acetylmuramic acid في peptidoglycan ، الجزيء المميز لجدار الخلية البكتيرية. يضعف كسر الرابطة جدار الخلية البكتيرية.

ثم يدخل الماء إلى الخلية ، وتتضخم الخلية وتنفجر في النهاية ، وهي عملية تسمى التحلل (الشكل 44.18). يحدث الليزوزيم في إفرازات الجسم بما في ذلك الدموع واللعاب وسوائل الجسم الأخرى ، ويفترض أنه يعمل كخط رئيسي للدفاع غير النوعي ضد الالتهابات البكتيرية.

تقوم العديد من النباتات البكتيرية الطبيعية في الجسم المضيف بتجميع وإطلاق البروتينات السامة المشفرة بالبلازميد (على سبيل المثال ، كوليسين ، المكورات العنقودية) تسمى مجتمعة البكتيريا التي تمنع أو تقتل الأنواع البكتيرية وثيقة الصلة أو حتى مختلفة وقد تعطي منتجيها وميزة تكيفية ضد البكتيريا الأخرى .

تسمى هذه البروتينات السامة بكتريوسينات لتمييزها عن المضادات الحيوية لأنها تمتلك نطاق نشاط أضيق من المضادات الحيوية. غالبًا ما توجد الجينات المنتجة للبكتريوسينات على البلازميد أو الينقولات.

يتم إنتاج معظم البكتريوسينات بواسطة بكتيريا سالبة الجرام ، ويتم تسميتها عمومًا على اسم أنواع الأجناس البكتيرية التي تنتجها.

تقوم الإشريكية القولونية بتركيب كوليسين. ترتبط بعض الكوليسين بمستقبلات محددة على سطح الخلايا الحساسة وتقتلها عن طريق تعطيل بعض وظائف الخلية الحرجة. على سبيل المثال ، تشكل العديد من الكوليسين قنوات في غشاء البلازما تسمح لأيونات البوتاسيوم والبروتونات بالتسرب ، مما يؤدي إلى فقدان الخلية وقدرتها على تكوين الطاقة. كوليسين E2 (المشفر بواسطة البلازميد كولون E2) هو نوكلياز داخلي للحمض النووي ويشق الحمض النووي. Colicin E3 (المشفر بواسطة البلازميد Col E3) هو نوكلياز يقطع في موقع معين في 16S rRNA ويعطل الريبوسومات.

تم اكتشاف أن بعض البكتيريا موجبة الحبوب تنتج الببتيدات الشبيهة بالبكتيريا. على سبيل المثال ، تنتج بكتيريا حمض اللاكتيك Nisin A ، مما يثبط بشدة نمو مجموعة واسعة من البكتيريا موجبة الجرام.

بيتا ليسين وعديد ببتيدات أخرى:

بيتا ليسين هو عديد ببتيد كاتيوني يتم تصنيعه وإطلاقه بواسطة الصفائح الدموية ، ويقتل بعض البكتيريا موجبة الجرام عن طريق تعطيل أغشية البلازما. تشمل polypetides الكاتيونية الأخرى التي يتم إنتاجها في الجسم المضيف الليوكينات ، والبلاكين ، والسكروبين ، والفاجوسيتين. تفرز غدة البروستات عند الذكور عديد ببتيد يحتوي على الزنك يسمى & # 8216 عامل مضاد للجراثيم بروستاتي & # 8217 ، ويعمل كمضاد للبكتيريا.

آلية # 6. المواد المضادة للفيروسات:

تتأثر نتيجة العدوى الفيروسية بضراوة السلالة المعدية والمقاومة التي يمنحها المضيف. قد تكون آليات مقاومة العائل مناعية أو غير محددة. وتشمل الأخيرة عوامل وراثية وفسيولوجية مختلفة مثل الإنترفيرون ، ووسطاء النيتروجين التفاعلي (RNIs) ، والديفينسين ، والحمى.

الإنترفيرون هي عائلة من البروتينات المشفرة للمضيف تنتجها الخلايا عند الاستقراء بواسطة محرضات فيروسية ، وتعتبر خط الدفاع الأول ضد الهجمات الفيروسية. ليس للإنترفيرون في حد ذاته تأثير مباشر على الفيروسات ولكنه يعمل على خلايا أخرى من نفس النوع مما يجعلها مقاومة للعدوى الفيروسية.

عند التعرض للإنترفيرون ، تنتج الخلايا بروتينًا (بروتين مثبط للترجمة ، TIP) والذي يثبط بشكل انتقائي ترجمة mRNA الفيروسي دون التأثير على mRNA الخلوي. البروتين المثبط للترجمة (TIP) هو في الواقع مزيج من ثلاثة إنزيمات مختلفة على الأقل ، وهي بروتين كيناز ، وتركيب قليل النوكليوتيد ، ونيوكلياز الريبونيكليز (RNAse).

تعمل هذه الإنزيمات معًا على منع ترجمة mRNA الفيروسي إلى بروتينات فيروسية. وقد اقترح أيضًا أن تثبيط النسخ الفيروسي قد يكون مسؤولاً أيضًا عن النشاط المضاد للفيروسات للإنترفيرون.

وسيطة النيتروجين التفاعلي:

تم العثور مؤخرًا على الضامة (أيضًا العدلات والخلايا البدينة) التي تنتج النيتروجين الوسيط التفاعلي (RNIs). تشمل هذه الجزيئات أكسيد النيتريك (NO) وأشكاله المؤكسدة ، النتريت (NO2 & # 8211) والنتريت (NO3 & # 8211) ، وهي عوامل قوية جدا سامة للخلايا.

قد يتم تحرير RNIs من الخلايا أو يتم إنشاؤها داخل فجوات الخلية. تنتج البلاعم RNIs من حمض الأرجينين الأميني. تم العثور على الضامة لتدمير فيروس الحلأ البسيط بمساعدة RNIs التي تنتجها.

ال Definsins عبارة عن ببتيدات مضادة للميكروبات واسعة الطيف يتم تصنيعها بواسطة الخلايا السليفة النخاعية أثناء إقامتها في نخاع العظم ، ثم يتم تخزينها في الحبيبات السيتوبلازمية للعدلات الناضجة.

إلى جانب البكتيريا والخمائر والعفن موجبة الجرام وسالبة الجرام ، يستهدف الديفينسين بعض الفيروسات. يتضمن النشاط المضاد للفيروسات للديفينسين التحييد المباشر للفيروسات المغلفة لا تتأثر الفيروسات غير المغلفة بالديفينسين.

الحمى (ارتفاع درجة حرارة الجسم):

الحمى هي عامل فسيولوجي وتنتج عن اضطراب في نشاط تنظيم الحرارة في منطقة الوطاء مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الجسم الطبيعية. تُعرَّف الحمى عند البالغين على أنها درجة حرارة الفم فوق 98 درجة فهرنهايت (37 درجة مئوية) أو درجة حرارة الشرج أعلى من 99.5 درجة فهرنهايت (37.5 درجة مئوية).

في كل حالة تقريبًا ، يوجد مكون محدد يسمى & # 8216 pyrogenous pyrogen & # 8217 الذي يؤدي مباشرة إلى إنتاج الحمى. تشمل هذه البيروجينات إنترلوكين 1 (IL-1) ، وإنترلوكين (IL-6) ، وعامل نخر الأنسجة الذي يتم تصنيعه وإطلاقه بواسطة الضامة المضيفة استجابةً للعوامل المسببة للأمراض التي تشمل الفيروسات والبكتيريا والسموم البكتيرية. لقد وجد أن الحمى قد تعمل كآلية دفاع طبيعية ضد العدوى الفيروسية لأن معظم الفيروسات تمنعها درجات حرارة أعلى من 39 درجة مئوية.


4. المنصات الدقيقة لتحلل الخلايا

الموائع الدقيقة هي إحدى المنصات الناشئة لتحلل الخلايا على نطاق صغير. الموائع الدقيقة هي معالجة ومعالجة الأحجام الصغيرة (من النانو إلى بيكولتر) من السائل في القنوات الدقيقة. نظرًا لنظام التشغيل الصغير الحجم ، فإن الموائع الدقيقة مناسبة تمامًا للتطبيق حيث تكون العينة أو حجم العينة صغيرًا. هذا يقلل من تكلفة التحليل بسبب انخفاض استهلاك الكواشف [46]. تمكن Microfluidics أيضًا من دمج وحدات (أو عمليات) مختلفة في جهاز واحد. على سبيل المثال ، يمكن تحلل الخلايا ويمكن معالجة المنتجات داخل الخلايا مباشرة بعد المعالجة (عزل PCR أو DNA للتشخيص) داخل نفس الجهاز [47 ، 48]. على الرغم من وجود عدد من المراجعات حول تحلل الخلايا في السنوات العشر الماضية [7،8،49] ، لم تتم مراجعة بعض التطورات الأخيرة في هذا المجال. سيركز هذا الاستعراض على التطورات الأخيرة من عام 2014 فصاعدًا وسيغطي بإيجاز التطورات السابقة ، والتي تم مسحها على نطاق واسع. تم تنفيذ بعض تقنيات المقياس الكلي في الأجهزة الدقيقة لتحلل الخلايا. تقنيات مثل طرق التحلل الكهربائي قابلة للتطبيق فقط في المقياس الصغير. يمكن تصنيف تقنية تحلل الموائع الدقيقة على نطاق واسع إلى ستة أنواع. وهي تشمل التحلل الميكانيكي ، التحلل الحراري ، التحلل الكيميائي ، التحلل البصري ، التحلل الصوتي والتحلل الكهربائي.

4.1 التحلل الميكانيكي

يتضمن التحلل الميكانيكي في الموائع الدقيقة تعطيل غشاء الخلية جسديًا باستخدام قوى القص أو الاحتكاك وضغوط الانضغاط. بيراسالوس وآخرون. [50] طور أسلوبًا مبنيًا على الضرب بالخرز المصغر لتحليل أحجام الخلايا الكبيرة. تم وضع حبات الزركونيوم / السيليكا داخل غرفة تحلل الخلية جنبًا إلى جنب مع مغناطيس دائم وتسبب تشغيل مجال مغناطيسي خارجي في حركة الخرزات داخل الغرفة. يوضح الشكل 7 المكونات المختلفة والجهاز المُجمَّع لتحلل الخلية. المكورات العنقودية البشروية تم استخدام الخلايا في هذه الدراسة ودرسوا تأثير حجم الخرزة وحجمها ومعدل التدفق والفاعل السطحي (توين -20) على كفاءة التذويب. ووجدوا أن المعلمات المثلى حققت كفاءة إنتاجية أعلى بنسبة 43٪ بمعدل تدفق 60 & # x003bcL / دقيقة مقارنة بنظام ضرب حبة الرقاقة.

نظام تحلل خلية الخرز المصغر: (أ) مكونات مختلفة: (1) مدخل (2) مخرج (3) مغناطيس تحريك (4) خرز زركونيا / سيليكا (5) حافة خرزية (6) مغناطيس دوار و (7) اقتران محرك كهربائي و (ب) صورة لجهاز التحلل. مستنسخة بإذن من [50].

فام وآخرون. [51] استخدموا مؤخرًا تقنية النانو لتصنيع أعمدة السيليكون النانوية السوداء لتحليل كريات الدم الحمراء في حوالي 3 دقائق. لقد اختلقوا هذه النانو مع

قطر طرف 12 نانومتر وطول 600 نانومتر على ركيزة من السيليكون باستخدام تقنية حفر الأيونات التفاعلية. أظهر المؤلفون أن تفاعل كريات الدم الحمراء المستزرعة على مصفوفات نانوبيلار يسبب الإجهاد الناتج عن تشوه الخلايا وتمزقها وتحللها في حوالي 3 دقائق. يوضح الشكل 8 تفاعل كريات الدم الحمراء مع الهياكل النانوية.

تحلل الخلايا باستخدام أعمدة النانو: (أ,ب) منظر علوي وجانبي للخلايا التي تتفاعل مع الأنابيب النانوية و (ج) ليزر متحد البؤر مسح الصور المجهري للخلايا السليمة والمشوهة والممزقة. مستنسخة بإذن من [51].

تم إثبات التحلل الميكانيكي باستخدام بارب بمقياس النانو [52]. عندما يتم دفع الخلايا من خلال فتحة صغيرة ، تتسبب قوى القص العالية في تمزق غشاء الخلية. تم استخدام مبدأ مشابه هنا حيث تم تصنيع & # x0201cnanoknives & # x0201d في جدار القنوات الدقيقة باستخدام النقش الأيوني التفاعلي المعدل (DRIE). كانت المسافة بين هذه الحواف الحادة 0.35 & # x003bcm وكان عرض القناة 3 & # x003bcm. يتكون قسم التحلل في هذا الجهاز من مجموعة من & # x0201cnanoknives & # x0201d منقوشة على قناة متناهية الصغر كما هو موضح في الشكل 9 ب. تم استخدام خلايا ابيضاض الدم النخاعي البشري (HL-60) لتمرير هذا القسم بسرعة كافية. أدت إضافة هذا النمط & # x0201cnanoknives & # x0201d إلى زيادة كمية التحلل. تم استخدام هذا الجهاز لاستخراج البروتين من داخل الخلية. تشير التقديرات إلى أن ما يصل إلى 99 ٪ من الخلية تم تحللها ولكن تم إطلاق 6 ٪ فقط من البروتين.

التحلل الميكانيكي باستخدام أسلات نانوية النطاق: (أ) جهاز ميكروفلويديك يظهر مداخل وقنوات مخرج مختلفة (ب) التخطيطي للأشواك (ج) سكاكين نانوية مصنعة من خلال النقش الأيوني التفاعلي العميق (DRIE) (د) صورة مكبرة للسكاكين النانوية المنقوشة باستخدام تقنية DRIE و (ه) أبعاد سكاكين النانو المستخدمة في تحلل الخلايا. مستنسخة بإذن من [52].

بدلاً من ذلك ، تم استخدام الاصطدام الميكانيكي من خلال التصادم أيضًا في المقياس المجهري [53،54،55]. تم تعليق الخلايا في محلول مع خرز زجاجي ووضعها على جهاز القرص المضغوط ميكروفلويديك (CD) ، والذي تم ضبطه بعد ذلك للدوران بسرعة عالية جدًا. تتسبب قوة الطرد المركزي الناتجة عن الدوران في حدوث تصادم واحتكاك بين الخلايا والخرز ، مما يؤدي إلى تحلل الخلية. تم تحليل أنواع مختلفة من الخلايا بما في ذلك الثدييات والبكتيريا والخميرة باستخدام هذه التقنية.

على الرغم من أن كفاءة التحلل الميكانيكي عالية جدًا ، إلا أن طرق التعطيل هذه لها بعض العيوب في التطبيق المجهري. يعتبر تصنيع هذه الأجهزة معقدًا ومكلفًا ، كما أن جمع المواد المستهدفة من خليط معقد أمر صعب للغاية.

4.2 التحلل الحراري

في التحلل الحراري ، يتم إمداد الخلايا بالحرارة لتفسد بروتينات الغشاء وتحلل الخلايا. تتمثل إحدى مزايا التحلل الحراري في سهولة دمج أجهزة ميكروفلويديك مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). يمكن إجراء التحلل الحراري في مثل هذه الأجهزة دون أي تعديل إضافي. يتم تسخين الخلايا بشكل عام فوق 90 ​​& # x000b0C ويتم تدوير المنتجات داخل الخلايا من خلال درجات حرارة مختلفة على سبيل المثال في جهاز PCR. تسوجيني وآخرون. [56] صنع جهازًا موائعًا دقيقًا يمكنه التقاط الخلايا واستخراجها. استخدموا التحلل الحراري عند 95 & # x000b0C لمدة 10 دقائق لالتقاط البكتيريا وتلاشيها. تم تصنيع الهياكل النانوية في بولي (ميثيل ميثاكريلات) باستخدام تقنية الطباعة الحجرية وتقنية النقش بالبلازما. تتكون أجهزة تفاعل البوليميراز المتسلسل ميكروفلويديك التي تضم تحلل الخلايا الحرارية [57،58،59] من حجرة زجاجية وسخان مقاوم لتسخين الغرفة.

بشكل عام ، يكون التحلل الحراري فعالًا في منصة ميكروفلويديك ، ومع ذلك ، فإن هذه الأجهزة ليست مناسبة لتحضير العينة حيث تكون العينة كبيرة الحجم ويجب فصل الخلايا من التدفق المستمر [29]. ومع ذلك ، يجب معالجة الخلايا باستخدام الليزوزيم من أجل كسر جدار الخلية وتكوين بكتيريا بروتوبلاست. تستغرق إضافة هذا الليزوزيم وقتًا طويلاً وتتطلب هياكل معقدة. علاوة على ذلك ، يصبح الحفاظ على الإنزيم داخل الجهاز مشكلة عندما يتعين استخدام الجهاز لفترة طويلة من الزمن. يعد وقت التحلل العالي واستهلاك الطاقة المرتفع من العوائق الأخرى لهذه الطريقة.

4.3 التحلل الكيميائي

تستخدم طرق التحلل الكيميائي كواشف كيميائية مثل المواد الخافضة للتوتر السطحي ومخازن التحلل والإنزيمات لإذابة الدهون والبروتينات في غشاء الخلية لإنشاء المسام وخلايا الليز. على الرغم من أن الطرق الكيميائية والإنزيمية تصنف بشكل منفصل في طريقة المقياس الكلي ، فإن هاتين الطريقتين مدمجتين في نفس المجموعة لتقنيات تحلل الخلايا على نطاق صغير. بوسر وآخرون. [60] البكتيريا موجبة الجرام المتحللة (Staphylococcus aureus) وفيروس RNA (الفيروس المخلوي التنفسي) باستخدام خليط إنزيم جاف (achromopeptidase). كانوا قادرين على التحلل في أقل من دقيقة ثم استخدموا سخانًا كيميائيًا يمكن التخلص منه لتعطيل إنزيم التحلل. كانوا قادرين على تضخيم (خارج الرقاقة) المحللة دون تنقية وأظهروا إثبات المبدأ لنقطة جهاز رعاية للتشخيص.

كاشياب وآخرون [61] طور مسبار ميكروفلويديك للتحلل الموضعي الانتقائي للخلايا الملتصقة (

300 خلية) لتحليل الحمض النووي. هول وآخرون. [62] استخدم جهازًا لتجربة تحلل الخلايا ، والذي يحتوي على بئري إمداد وبئر ضغط. تم التحكم في خلط محلول التحلل الخلوي عن طريق تعديل ضغط الآبار. تم استخدام ثلاثة أنواع مختلفة من المحلول & # x02014 محلول A يحتوي فقط على SDS (كاشف قائم على المنظفات) ، محلول B يحتوي على الفاعل بالسطح ، Triton X-100 ، Tween-20 مع إنزيم مثل الليزوزيم والبروتياز والبروتيناز K والمحلول C الذي يحتوي على مضاد حيوي يسمى polymyxin تم استخدام بكتيريا سالبة الجرام وموجبة الجرام للتحلل.استنتج أن المنظف وحده لم يكن مناسبًا للتحلل ، في حين أن المحلول B ، وهو خليط من المواد الكيميائية الخافضة للتوتر السطحي والكواشف البيولوجية ، يمكن أن يفكك غشاء الخلية ويحلل أنواعًا مختلفة من البكتيريا. ومع ذلك ، يمكن استخدام بوليميكسين ب في منصة تحلل الخلايا ميكروفلويديك فقط للبكتيريا سالبة الجرام.

كيم وآخرون. [63] أيضًا طور جهاز ميكروفلويديك بمدخلين ومنفذين من أجل تطوير كاشف تحلل مثالي للبكتيريا سالبة الجرام. هيو وآخرون. [64] أظهر مفاعلًا حيويًا يعتمد على موائع جزيئية والذي كان قادرًا على الاصطدام بكتريا قولونية باستخدام لصقات هيدروجيل. ثم تجمد بكتريا قولونية تم حله باستخدام SDS لأنه يمكن أن يخترق هيدروجيل. تم إنجاز تحلل الخلية في غضون 20 دقيقة. كان هذا الجهاز قادرًا على تحلل الخلايا باستخدام SDS فقط ، ومع ذلك ، لم يستطع الجهاز السابق بسبب انخفاض وقت التعرض في البيئة الكيميائية. في دراسة أخرى ، Sethu et al. [65] طور أيضًا شريحة ميكروفلويديك (الشكل 10) لتحليل خلايا الدم الحمراء من أجل عزل الكريات البيض. كان الانتعاش مائة بالمائة ممكنًا في غضون 40 ثانية. يتكون الجهاز من ثلاث خزانات مدخل وخزان مخرج واحد. تم استخدام مدخل واحد لتدفق الدم بأكمله. تم استخدام المدخل الثاني لمحلول التحلل الذي يحتوي بشكل أساسي على أكسيد الألومنيوم وتم توصيل قناتين جانبيتين بهذا المدخل الذي يتقارب لتوجيه الدم بأكمله إلى مجرى ضيق. هذا يزيد من الاتصال السطحي بين المخزن المؤقت للتحلل والخلايا. تم بعد ذلك تشغيل خليط الخلايا ومخزن التحلل عبر قناة طويلة بعدد من & # x0201cU & # x0201d المنعطفات لتحسين المخزن المؤقت. أخيرًا ، تم استخدام المدخل الثالث لتدفق المخزن المؤقت للفوسفات من أجل تخفيف العينة لاستعادة التركيز الفسيولوجي [66،67].

رسم تخطيطي لغرفة بسيطة وقناة موائع جزيئية سربنتين للتحلل الكيميائي. مستنسخة بإذن من [65].

على الرغم من أن طريقة التحلل الكيميائي تستخدم على نطاق واسع في العديد من أجهزة ميكروفلويديك ، إلا أن هذه الطريقة تتطلب خطوة إضافية تستغرق وقتًا طويلاً لتسليم الكواشف. لذلك ، هناك حاجة إلى هياكل ميكروفلويديك المعقدة بما في ذلك قنوات الحقن والخلاطات الدقيقة لمجانسة العينات [66،68]. بعد التحلل ، قد تتداخل هذه الكواشف مع مقايسة المصب لأنه من الصعب جدًا فصل الجزيئات المستهدفة [69]. بالإضافة إلى ذلك ، يعد تخزين هذه الكواشف مشكلة وهذا هو سبب عدم إمكانية استخدام الجهاز لفترة طويلة.

4.4 التحلل البصري

يتضمن التحلل البصري للخلايا استخدام الليزر وتقنيات العزل الكهربائي المستحث بصريًا (ODEP) لفتح غشاء الخلية. في تحلل الليزر ، تتسبب موجة الصدمة الناتجة عن فقاعة تجويف في تحلل غشاء الخلية. ينتج نبضة ليزر مركزة في واجهة محلول الخلية فقاعة التجويف هذه. في ODEP ، يتم تكوين قطب كهربي موصل وطبقة موصلة ضوئية (على سبيل المثال السيليكون غير المتبلور) على السطح العلوي للشريحة الزجاجية. يتم إنشاء مجال كهربائي غير منتظم عن طريق تسليط الضوء على الطبقة الضوئية التي تولد بعد ذلك إمكانات عبر الغشاء عبر غشاء الخلية مما يؤدي إلى تعطيل غشاء الخلية. هوانغ وآخرون. [70] طور شريحة ميكروفلويديك لتحلل الخلايا المستحث بصريًا لتحلل خلايا HEK293T واستخراج نواة سليمة. أبلغوا عن كفاءة تحلل الخلايا وكفاءة فصل النواة بنسبة 78٪ و 80٪ على التوالي باستخدام هذا الجهاز.

كريمر وآخرون [71] الخلايا المفحمة باستخدام إعداد البصريات الكهربائية. كانوا قادرين على تحليل الخلايا المختارة بناءً على شكل الخلية. استخدموا ODEP ليحلوا خلايا الدم الحمراء في مزيج من خلايا الدم الحمراء والبيضاء. لقد طوروا طريقة مكّنت انتقائية الشكل بحيث تتواجد الخلايا ذات الأشكال الهندسية المختلفة في مزيج من أنواع الخلايا. تحرض الخلية ذات الشكل المختلف على مجال كهربائي غير منتظم يستخدم للتحلل. يوضح الشكل 11 التخطيطي لشريحة التحلل وتحلل الخلايا ذات الأشكال المختلفة.

جهاز تحلل الخلايا الضوئية: (أ) رقاقة تحلل الخلايا باستخدام العزل الكهربائي المستحث بصريًا (ODEP) (ب& # x02013د) تحلل خلايا الدم الحمراء في خليط من خلايا الدم البيضاء والحمراء و (ه& # x02013ز) تحلل خلايا الدم الحمراء في خليط من خلايا الدم الحمراء والمثقبيات. مستنسخة بإذن من [71].

كما تمت محاولة استخدام ضوء الليزر للحث على التحلل في أجهزة ميكروفلويديك. في إحدى الحالات ، تم تحفيز التحلل البصري عن طريق تطبيق نبضة ليزر نانو ثانية تبلغ 532 نانومتر [72] والتي تولد بلازما مكروية محليًا. إنهيار البلازما مما يسبب التجويف وتمدد الفقاعات وانهيارها كما هو موضح في القسم السابق هو السبب الرئيسي لتحلل الخلايا الناجم عن الليزر. أنواع مختلفة من خطوط الخلايا مثل ابيضاض الدم القاعدي للجرذان (RBL) [73] وخلايا الكلى الظهارية الجرذ الكنغر (Potorous tridactylis) وخلايا الكلى الظهارية (PtK2) [74] وإنترلوكين الفئران المعتمد على المؤيد B (BAF-3) [75] ] باستخدام هذه الطريقة التي يسببها الليزر. ومع ذلك ، تم إجراء كل هذه التجارب لتحليل خلية واحدة. لقد وجد أنه عندما تم دمج التحلل القائم على الليزر مع polydimethylsiloxane (PDMS) ، انخفضت كفاءة القناة الدقيقة للتحلل [75]. اقترح أن هذا قد يكون بسبب تشوه جدران PDMS التي تبدد الطاقة الميكانيكية من انهيار الفقاعة. لهذا السبب ، كانت الطاقة العالية مطلوبة.

تم استخدام مجموعة الضوء فوق البنفسجي (UV) مع أكسيد التيتانيوم لتحليل الخلية [76]. يمتلك أكسيد التيتانيوم خصائص التحلل الضوئي وطاقة الإثارة التي تقع ضمن نطاق الأشعة فوق البنفسجية. عندما يتم إثارة أكاسيد التيتانيوم بمصفوفة ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، فإن الإلكترونات الموجودة في نطاق التكافؤ تكون متحمسة لإجراء نطاق أيوني ينتج عنه إلكترون & # x02013 أزواج ثقوب. في البيئة المائية ، تتفاعل أزواج الثقوب والإلكترون هذه مع الجزيئات المحيطة وتولد الجذور الحرة مثل OH و O و O2 & # x02212. تتفاعل هذه مع غشاء الخلية وتتلاشى الخلية. بكتريا قولونية تم تفكيك الخلايا باستخدام التقنية المذكورة أعلاه. كان العيب الأساسي للتحلل فوق البنفسجي هو أن الوقت اللازم لتحليل الخلية كان مرتفعًا جدًا (45 دقيقة).

4.5 تحلل صوتي

في التحلل الصوتي ، يتم إنشاء موجة صوتية عالية الطاقة تستخدم لتحلل الخلايا. يتم إنتاج هذه الموجة الصوتية السطحية (SAW) على ركيزة كهرضغطية. يمكن استخدام محول رقمي (IDT) لإنتاج SAW كهربائيًا مع انتشار الموجة على السطح بعيدًا عنه. Taller et al. [77] استخدمت في تحلل الموجات الصوتية على سطح الرقاقة للكشف عن الحمض النووي الريبي الخارجي لدراسة سرطان البنكرياس. حققوا معدل تحلل 38٪ باستخدام هذه التقنية. يوضح الشكل 12 الجهاز المُصنع مع محول الطاقة SAW.

جهاز تحلل الموجات الصوتية السطحية (SAW) الموائع الدقيقة: (أ) تجميع الجهاز و (ب,ج) كجهاز مُصنَّع بمدخل ومخرج سائل للتحلل الخارجي. مستنسخة بإذن من [77].

أفادوا أن تحلل exosomes ممكن بسبب تأثيرات قوة الإشعاع الصوتي وقوة العزل الكهربائي التي تعمل على الجسيمات الصغيرة [78،79]. تم تصنيع جهاز SAW باستخدام تقنية الطباعة الحجرية القياسية. تم تصميم عشرين زوجًا من أقطاب الألومنيوم المصنوعة من التيتانيوم فوق ركيزة نيوبات الليثيوم الكهروضغطية لتشكيل محول SAW أحادي الاتجاه أحادي الطور. يمكن لمحول الطاقة هذا توليد SAW في اتجاه واحد فقط. تم تعريض الوسائط الخام لـ SAW لمدة 30 ثانية عند 1 واط من الطاقة من أجل lysing. أفاد المؤلفون أن كفاءة التحلل بنسبة 38 ٪ التي تحققت باستخدام هذه الطريقة كانت كافية للحصول على ما يكفي من الحمض النووي الريبي الخارجي للكشف.

مارينتيس وآخرون [80] حللت الخلية حقيقية النواة وكذلك البكتيريا باستخدام صوتنة. يتكون هذا الجهاز من قناة ميكروفلويديك مع محول طاقة متكامل. تم عمل القناة على ركيزة زجاجية وتم عمل محول كهربائي انضغاطي عن طريق ترسيب أكسيد الزنك والذهب على ركيزة الكوارتز. كانت محولات الطاقة مدفوعة بمصدر جيبي في نطاق 360 ميجاهرتز. تم الحصول على تحلل 80٪ من HL-60 وتحلل 50٪ من جراثيم Bacillus Subtilis باستخدام هذا الجهاز. تم تخفيف ارتفاع درجة الحرارة بسبب الصوتنة باستخدام كيس الثلج والإصبع البارد. يقترن طرف القرن بالموجات فوق الصوتية والمنطقة السائلة في شريحة ميكروفلويديك عن طريق زيادة ضغط فلويديك من أجل زيادة كفاءة التحلل [81].

Reboud et al. [82] طوروا شريحة ميكروفلويديك يمكن التخلص منها للكشف عن طفيلي الملاريا القوارض المتصورة البرغي في الدم. استخدموا SAW لتحليل خلايا الدم الحمراء والخلايا الطفيلية في قطرة دم. أبلغوا عن كفاءة تحلل الخلايا بأكثر من 99.8 ٪ باستخدام أجهزتهم. Xueyong et al. [83] صنعوا جهاز موائع جزيئية SAW يمكنه تحليل خلايا الدم الحمراء بكفاءة عالية (95٪).

ومع ذلك ، فإن الصوتنة لها قيود مثل توليد الحرارة ، والآلية المعقدة وكذلك عملية التصنيع باهظة الثمن. بسبب هذا التوليد الحراري المفرط تمسخ البروتين وقد لوحظ الانتشار المفرط لمحتويات الخلية [8،84]. لتقليل وقت العملية ، عولجت الخلايا أولاً ببعض المنظفات الضعيفة مثل الديجيتونين [8،85] قبل التعرض بالموجات فوق الصوتية. أضعف الديجيتونين غشاء الخلية ويسهل التحلل.

4.6 التحلل الكهربائي

في الطريقة الكهربائية ، يتم فصل الخلايا عن طريق تعريضها لمجال كهربائي قوي. يتم تطبيق مجال كهربائي عبر غشاء الخلية مما يخلق إمكانات عبر الغشاء. مطلوب إمكانات أعلى من عتبة الإمكانات لتشكيل مسام في غشاء الخلية. إذا كانت قيمة الإمكانات أقل من قيمة العتبة ، يمكن للخلية أن تغلق المسام. من ناحية أخرى ، يمكن للإمكانات العالية بدرجة كافية أن تتفكك الخلية تمامًا. في مثل هذه الفولتية العالية ، وجد أن المجال الكهربائي ليس له أي تأثير على المكونات داخل الخلايا [86]. المجال الكهربائي هو المعلمة الحاسمة لخلية الخلية. نظرًا لأن المجال الكهربائي العالي مطلوب لتحلل الخلية ، فإن مولد الجهد العالي مطلوب لتوليد هذا المجال الكهربائي العالي في النطاق الكبير. وبالتالي ، فإن هذه الطريقة ليست شائعة في النطاق الكبير. ومع ذلك ، في النطاق المجهري نظرًا لصغر حجم الأجهزة ، يمكن الحصول على مجال كهربائي أعلى بجهد أقل. لهذا السبب وكوسيلة لإجراء سريع وغير كاشف للتحلل ، حقق التحلل الكهربائي شعبية كبيرة في مجتمع ميكروفلويديك.

العامري وآخرون. [87] استخدم مصدر تيار مباشر (DC) لتحليل الخلايا في شريحة ميكروفلويديك. يوضح الشكل 13 مبدأ التصنيع والعمل لشرائحهم. يتكون أجهزتهم من شريحة زجاجية مغطاة بطبقة من أكسيد القصدير الإنديوم منقوشة للأقطاب الكهربائية. يتم تصنيع مصفوفات 6400-Microwell باستخدام بوليمر SU-8 باستخدام تقنية الطباعة الحجرية الضوئية. يتم إنشاء قنوات المدخل والمخرج باستخدام بوليمر PDMS ويتم ختمها باستخدام شريحة زجاجية مع إلكترود ITO لقياس المعاوقة. يتم نقل خلايا الدم الحمراء (10 7 خلايا / مل) عبر الجهاز بسرعة 20 & # x003bcL / دقيقة ويتم استخدام العزل الكهربائي (DEP) لشل حركة الخلايا في المصفوفة الدقيقة. تم تطبيق جهد تيار مستمر قدره 2 فولت لمدة 10 ثوانٍ على الخلية للتحلل. تمت مراقبة عملية التحلل باستخدام قياس الممانعة قبل التحلل وبعده ، وأشار انخفاض المقاومة إلى تحلل كامل للخلايا. أبلغوا عن كفاءة تحلل بنسبة 87 ٪ في أجهزتهم. اقترح المؤلفون جهازًا لتحليل الخلايا عن طريق المجالات الكهربائية والمراقبة البصرية الحرة لعملية التحلل على منصة ميكروفلويديك والتي يمكن أن يكون لها استخدام محتمل في مجال التشخيص الطبي.

جهاز تحلل الخلايا الكهربائية: (أ) بروتوكول تلفيق الجهاز (ب) مبدأ عمل الجهاز و (ج) جهاز ميكروفلويديك المستخدم في الدراسة لتحلل خلايا الدم الحمراء. مستنسخة بإذن من [87].

جيانغ وآخرون. [88] طور جهاز ميكروفلويديك منخفض التكلفة لتحلل الخلايا باستخدام المجالات الكهربائية. قاموا بتطبيق نبضة مربعة 10 فولت على خلايا ليز بكفاءة 50 ٪. لقد أبلغوا عن جهاز لديه القدرة على تحليل الخلايا بجهد أقل بكثير مقارنة بجهاز كهربائي متاح تجاريًا يعمل عند 1000 فولت إلى 200 & # x003bcL من خلايا PK15. لاحظوا تكون الفقاعات في أجهزتهم أثناء تحلل الخلية بسبب تأثير تسخين الجول. De Lange et al. [89] لديها خلايا فاسدة في قطرات باستخدام المجالات الكهربائية. أظهروا تقنية جديدة قوية لتحليل الخلايا الخالية من المنظفات في القطيرات. في أجهزتهم ، تم تطبيق المجال الكهربائي على بكتيريا الليز مباشرة قبل دمج تيار الخلية مع الليزوزيم وتغليف الخليط في قطرات. لقد أفادوا أنه باستخدام الليزوزيم وحده ، تكون كفاءة التحلل ضعيفة (أقل من 50 ٪) ولكن عند دمجها مع المجالات الكهربائية ، تمكنوا من الحصول على ما يصل إلى 90 ٪ من كفاءة تحلل الخلايا. يوضح الشكل 14 جهاز الموائع الدقيقة الخاص بهم لتحلل الخلايا في القطيرات. يقترح المؤلفون أنه يمكن استخدام أجهزتهم في التطبيقات حيث يمكن أن يؤدي استخدام منظفات تحلل الخلايا إلى إعاقة تحليل الخلية مثل فحوصات الربط أو دراسة النشاط الكيميائي للبروتينات وفي دراسات التحليل الطيفي الشامل حيث يمكن لعوامل التحلل الكيميائي أن تعوق النتائج.

جهاز ميكروفلويديك لتحلل الخلايا الكهربائية: (أ) تخطيطي للتحلل الكهربائي ورقاقة موائع جزيئية لتوليد قطرات التدفق المشترك (ب) الصورة الفعلية لجزء توليد القطيرات و (ج) تحلل كهربائي كامل مع قنوات التثقيب الكهربائي. مستنسخة بإذن من [89].

إسكوبيدو وآخرون. [90] أظهر تحللًا كهربائيًا للخلايا داخل شريحة ميكروفلويديك باستخدام جهاز إكليل محمول باليد. لقد كانوا قادرين على تحليل خلايا الكلى للهامستر (BHK) ، وخلايا البروتين البشري الفلورية الخضراء المحسنة (eGFP HCP) 116 وخلايا سرطان الدم K562 غير الملتصقة تمامًا داخل قناة ميكروفلويديك. تم تضمين قطب كهربائي معدني داخل القناة والذي تم استخدامه لتفريغ 10 إلى 30 كيلو فولت لتحليل الخلايا في أقل من 300 مللي ثانية. تم تقييم التحلل من خلال مراقبة الصور قبل وبعد للخلايا باستخدام المجال الساطع والمجهر عالي السرعة وأيضًا عن طريق مجسات التألق للخلية. كما أبلغوا أيضًا عن عدم تكوين الفقاعات أثناء التحلل مما يشير إلى عدم وجود تأثير تسخين الجول ، مما يجعل هذه الطريقة مناسبة لتحليل البروتينات الحساسة والمكونات داخل الخلايا. يوضح الشكل 15 إعداد الدراسة ونتائجها.

التحلل الكهربائي عن طريق جهاز البلازما المحمول: (أ) التخطيطي للجهاز. تم تفكيك الخلايا باستخدام جهاز إكليل محمول باليد عن طريق تطبيق مجال كهربائي في مدخل الجهاز (ب) المجال الساطع وصور الفلورسنت قبل وبعد تحلل خلايا K562. مستنسخة بإذن من [90].

بيسانت وآخرون [91] اكتشف جزيئات الرنا المرسال من بكتريا قولونية بواسطة تقنية التحلل الكهروكيميائي. قاموا بتطبيق جهد 20 فولت ، والذي بدأ تحلل الخلية عن طريق إنتاج أيونات الهيدروكسيد من الماء عند الكاثود لتفكيك الأغشية البكتيرية. تم وضع أقطاب المستشعر على بعد 50 & # x003bcm وهو ما يكفي لاكتشاف جزيئات mRNA في 10 دقائق. أبلغوا عن تحلل وكشف بكتريا قولونية مرنا بتركيزات منخفضة تصل إلى 0.4 CFU / & # x003bcL في دقيقتين والتي كانت ذات صلة بالتطبيق السريري في كل من الحساسية والوقت.

Gabardo et al. [92] طور طريقة سهلة ومنخفضة التكلفة لتصنيع أقطاب ثلاثية الأبعاد متعددة المقاييس يمكن استخدامها في التحلل البكتيري باستخدام مجموعة من الوسائل الكهروكيميائية والكهربائية. يمكن وضع نماذج أولية لهذه الأقطاب ذات الحجم الميكروني بسرعة باستخدام تقطيع الحرف اليدوية ، وتقنيات التجاعيد التي يسببها البوليمر ، وتقنيات الترسيب الكهربائي. وذكروا أن أداء هذه الأقطاب الكهربائية القابلة للضبط أفضل مقارنة بالأقطاب الكهربائية المعدة بالطباعة الحجرية. كانوا قادرين على استخراج الأحماض النووية المستخرجة من البكتيريا المتحللة على منصة ميكروفلويديك بنجاح. أبلغوا عن كفاءة تحلل بنسبة 95 ٪ عند 4 فولت باستخدام أقطابهم الكهربائية. يوضح الشكل 16 هياكل الجهاز والإلكترود.

جهاز التحلل البكتيري: (أ) التخطيطي لجهاز التحلل (ب) مسح الصور المجهرية الإلكترونية لـ: (أنا) مستو (ثانيا) متجعد و (ثالثا) الأقطاب الكهربائية المترسبة (ج) فحص دوري الفولتميتر للأقطاب. مستنسخة بإذن من [92].

لي وآخرون. [93] طور جهازًا مزدوجًا لتحليل الخلايا الكهربية النانوية من أجل خلايا عصبية مفردة. وبالمثل ، Wassermann et al. [94] أظهر تحللًا خاصًا بالخلية يصل إلى 75٪ من إجمالي خلايا الدم البشرية باستخدام SiO2 إلكترودات تحلل الخلايا الكهربائية المخدرة بجهد مطبق يبلغ 8 & # x0201320 V. Ma et al. [95] أبلغ عن زيادة قدرها 10 & # x0201320 ضعفًا في الرنا المرسال المستخرج من M. smegmatis باستخدام التحلل الكهربائي في منصة ميكروفلويديك مقارنة بأداة زخرفة الخرز التجارية. لقد استخدموا شدة مجال 4000 & # x020138000 V / سم لتحليل البكتيريا ذات النبضات الطويلة (5 ثوان). لقد أفادوا أن أجهزتهم يمكن أن تكون فعالة في إطلاق الرنا المرسال من الخلايا الصلبة.

الإسلام وآخرون. [96] أظهر إثبات مفهوم جهاز ميكروفلويديك بسيط للتحلل الكهربائي لأحجام أكبر من العينة. استخدموا غشاءًا نانويًا محصورًا بين قناتين من موائع جزيئية للحبس والليز بكتريا قولونية عن طريق تطبيق 300 فولت ، أبلغوا عن كفاءة تحلل بنسبة 90 ٪ في أقل من 3 دقائق. يوضح الشكل 17 التخطيطي للجهاز المستخدم للتحلل في دراستهم.

جهاز ميكروفلويديك لتحلل الخلايا الكهربائية: (أ) التخطيطي لجهاز تحلل الخلايا و (ب) الإعداد التجريبية. مستنسخة بإذن من [96].

تم استخدام أنواع مختلفة من الفولتية مثل التيار المتردد (AC) [97،98] ، ونبضات التيار المستمر [99،100،101] والجهد المستمر المستمر [102] من أجل تحليل الخلايا. إلى جانب المجال الكهربائي ، يعد وقت تعرض الخلايا داخل هذا المجال الكهربائي أيضًا معلمة مهمة لتحلل الخلية. لقد وجد أن الخلايا يمكن أن تتحلل باستخدام مجال كهربائي أعلى لفترة زمنية قصيرة بالإضافة إلى مجال كهربائي منخفض لفترة طويلة من الزمن [103]. لهذا السبب ، هناك حاجة إلى نبضات AC و DC لحقل كهربائي أعلى مقارنة بالمجال الكهربائي المستمر المستمر. نظرًا لأن المجال الكهربائي يعتمد على المسافة بين الأقطاب الكهربائية ، فقد تم استخدام الأقطاب الكهربائية الدقيقة أثناء نبضات التيار المتردد أو التيار المستمر. يتم عرض نظرة عامة على أجهزة التحلل الكهربائي المختلفة وخصائص النظام المصمم في الجدول 4.

الجدول 4

أجهزة التحلل الكهربائي المختلفة المستخدمة في تحلل الخلايا.

المرجعيصنفنوع الخليةحجم الخلية (& # x003bcm)قطب كهربائينوع الجهد (AC / DC)الجهد ليسينغ (V)
[104]بشرHT-2910ذهبتيار متردد8.5
[97]بشرA43110ذهبتيار متردد20
[98]-حويصلة محملة بـ FITC-BSA50ايتوتيار متردد5
[99]-الكريات البيض-ثلاثي الأبعادنبض العاصمة10
[100]بشرخلايا الدم الحمراء6 & # x020138سلك حزب العمالتيار مستمر / تيار متردد30 & # x02013170
[105]بكتيريابكتريا قولونية-ذهبنبض العاصمة50
[106]الهامسترCHO10 & # x0201316سلك حزب العمالنبض العاصمة1200
[106]بكتيريابكتريا قولونية سلك حزب العمالالعاصمة930
[102]بشرخلايا الدم الحمراء6 & # x020138سلك حزب العمالالعاصمة50
[87]بشرخلايا الدم الحمراء6 & # x020138ايتوالعاصمة2
[96]بكتيريابكتريا قولونية-سلك حزب العمالالعاصمة300

لو وآخرون. [104] طور منصة التثقيب الكهربائي ميكروفلويديك من أجل تحليل خلية HT-29 البشرية. تم استخدام مصفوفة أقطاب المنشار ذات الأسنان الدقيقة لتكثيف المجال الكهربائي بشكل دوري على طول القناة. تم الحصول على كفاءة أربعة وسبعين بالمائة لجهد تشغيلي 8.5 فولت. ومع ذلك ، فإن وضع التحلل هذا غير مناسب للبكتيريا نظرًا لأحجامها وأشكالها.بالمقارنة مع خلايا الثدييات ، هناك حاجة إلى مجال كهربائي عالي وتعرض أطول للبكتيريا الليزرية. قامت روزا [105] بتطوير شريحة للبكتيريا تتكون من مجموعة من الأقطاب الكهربائية الدائرية الذهبية. تم استخدام نبضات التيار المستمر وتحلل بكفاءة 17٪ باستخدام جهد تشغيلي 300 فولت. تمت زيادة هذه الكفاءة حتى 80٪ بعد إضافة الإنزيم بمحلول الخلية. في عام 2006 ، قام Wang et al. [107] مقترح لتطبيق جهد مستمر مستمر على طول القناة لتحلل الخلية. يتكون الجهاز من قناة واحدة ذات عمق موحد وعرض متغير. نظرًا لأن المجال الكهربائي يتناسب عكسًا مع عرض القناة ، يمكن الحصول على مجال كهربائي عالي في القسم الضيق من القناة. وبالتالي ، يحدث التحلل في جزء محدد مسبقًا من الجهاز. يمكن ضبط وقت تعرض الخلية للمجال الكهربائي عن طريق تغيير طول هذا القسم الضيق. تم تحسين تكوين الجهاز وتحلل كامل بكتريا قولونية كانت البكتيريا ممكنة عند 930 فولت. لوحظ التفكك الكامل لغشاء الخلية عندما كان المجال الكهربائي أعلى من 1500 فولت / سم. كان هذا الجهاز بسيطًا جدًا ولا يحتاج إلى أي أقطاب كهربائية دقيقة الصنع. تم استخدام أسلاك Pt كأقطاب كهربائية. كانت هناك حاجة إلى مولد طاقة فقط لتشغيله. ومع ذلك ، لا يمكن القضاء على مشكلة توليد الفقاعات وتسخين الجول تمامًا. تم استخدام نوع مماثل من الأجهزة بواسطة Lee [102] حيث تم تعديل طول وعرض المقطع الضيق من أجل خلية الثدييات. باو وآخرون. [108] كما طور جهاز ليز بكتريا قولونية باستخدام نبضات التيار المستمر. لوحظ إطلاق المواد داخل الخلايا عندما كان المجال الكهربائي أعلى من 1000 فولت / سم.

في الختام ، تقدم الطريقة الكهربائية إجراءً بسيطًا وسريعًا وأقل تحللًا كاشفًا لتحليل أنواع مختلفة من الخلايا. هذه الطريقة مناسبة أيضًا للتحليل الانتقائي وتتوافق مع فحوصات المصب الأخرى مثل التضخيم والفصل. على الرغم من أن متطلبات الجهد العالي تمثل مشكلة في هذا الإجراء ، إلا أنه يمكن التغلب عليها عن طريق تقليل الفجوة بين الأقطاب الكهربائية من خلال التصنيع الدقيق. ومع ذلك ، فإن توليد الحرارة وتشكيل الفقاعات يمثل مشكلة رئيسية لطريقة التحلل الكهربائي.

4.7 مقارنة بين تقنيات ميكروفلويديك المختلفة لتحلل الخلايا

تتم مقارنة تقنيات ميكروفلويديك المختلفة لتحلل الخلايا في الجدول 5. يتم سرد مزايا وعيوب الطرق المختلفة لكل تقنية.

الجدول 5

مقارنة بين طرق تحلل ميكروفلويديك المختلفة. تم تحديد كفاءة تحلل الخلية من خلال حساب متوسط ​​كفاءات التحلل من المراجع المذكورة. منخفض: 0٪ & # x0201350٪ متوسط: 50٪ & # x0201380٪ مرتفع: 80٪ & # x02013100٪.


الحفظ بالتبريد للجنين: تفاعل بين علم الأحياء التثبيتي الأساسي والتجريبي

في العقد الذي تلا الحفظ الناجح للحيوانات المنوية للثدييات في عام 1949 ، تم إجراء عدد من المحاولات لحفظ ملقحات وأجنة الثدييات قبل الزرع بالتبريد. فشل كل شيء. أعلى نسبة بقاء تم الإبلاغ عنها بناءً على الانقسام كانت 1٪ بالنسبة للأرانب الملقحة المجمدة ببطء في 15٪ من الجلسرين [63]. في عام 1971 ، تحول Whittingham إلى polyvinylpyrrolidone (PVP) باعتباره مادة واقية من التجمد ، وذكر أنه باستخدام التبريد السريع عند 60 درجة مئوية / دقيقة ، تمكن من الحصول على بقاء أجنة الفئران المكونة من 8 خلايا والتي تم تبريدها إلى -79 درجة مئوية وعقد لمدة 30 دقيقة. [64]. ومع ذلك ، بعد عام ، Whittingham et al. [4] ، وبعد ذلك آخرون [65 ، 66] ، لم يتمكنوا من تكرار هذه النتائج.

في العقد السابق ، بين عامي 1963 و 1971 ، ظهرت درجة من الفهم الميكانيكي للضرر البيولوجي في التجميد. في عام 1963 ، نشر مازور [67] نموذجًا رياضيًا يعتمد على الاعتبارات الفيزيائية والكيميائية التي توضح أن احتمال IIF في الخلية يعتمد على درجة تعرضها للجفاف التناضحي أثناء التبريد ، وهذا بدوره يعتمد على نفاذية الماء في الخلية. الخلية ، معامل درجة الحرارة أو طاقة التنشيط لنفاذية الماء ، والسطح: نسبة حجم الخلية. أدت التجارب اللاحقة مع الخميرة وخلايا الدم الحمراء البشرية إلى ما يسمى بفرضية العامل الثاني [68] وهي أن الخلايا المبردة بسرعة كبيرة يتم قتلها بواسطة IIF والخلايا التي يتم تبريدها ببطء شديد يتم قتلها من خلال إصابة تأثير المحلول. نتيجة التفاعل بين هذين العاملين هو أن مؤامرات البقاء على قيد الحياة مقابل معدل التبريد لها شكل "يو" معكوس. مثال على تأثيرات المحلول هو زيادة تركيز الملح عن طريق تكوين الجليد التي تم وصفها كميًا بواسطة Lovelock [69] قبل 12 عامًا. أظهر Lovelock [70] أيضًا أن الحماية من أضرار التجميد بواسطة المركبات ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، مثل الجلسرين أو ثنائي ميثيل سلفوكسيد ، كانت بسبب قدرتها على خفض تركيز الملح بشكل جماعي عند درجة حرارة تحت الصفر. ثم في عام 1970في عام 1971 ، أظهرت الملاحظات التجريبية أن مخططات بقاء الخلايا الجذعية لنخاع الفأر [71] وخلايا الهامستر V79 [72 ، 73] ، كدالة لمعدل التبريد ، أظهرت أيضًا حرف U مقلوبًا ، مع أعلى معدلات البقاء على قيد الحياة بمعدل وسيط ومثالي. قدمت هذه البيانات أول دعم تجريبي مباشر لإمكانية تطبيق فرضية العاملين على خلايا الثدييات ذات النواة.

لم يكن إجراء Whittingham المنشور عام 1971 [64] لأجنة الفئران متسقًا مع هذه المفاهيم. أشارت النمذجة الفيزيائية والكيميائية إلى أنه لتجنب IIF ، يجب تبريد مجموعة من الخلايا بالحجم وخصائص النفاذية المفترضة لأجنة الفئران عند 1 درجة مئوية / دقيقة ، وليس 60 درجة مئوية / دقيقة [67]. جادلت النظرية الكامنة وراء الحماية من إصابة تأثير المحلول بالتجميد البطيء بأن PVP سيكون CPA غير فعال بسبب وزنه الجزيئي المرتفع وما يترتب على ذلك من عدم نفاذية. عندما Whittingham et al. [4] أعادوا تصميم البروتوكول الخاص بأجنة الفئران مع وضع هذه الأساسيات في الاعتبار ، وحصلوا على الفور على نسبة عالية من البقاء على قيد الحياة.

لعدد من السنوات ، نشر إجراء حفظ جنين الفأر بواسطة Whittingham et al. [4] عمل كمعيار للمختبرات مثل معمل جاكسون. في عام 1977 ، قدم ويلادسن [74] تعديلاً بناءً على تجارب مع الأبقار والأغنام ، وبدلاً من تبريد الأجنة ببطء إلى -70 درجة مئوية ، قام بتبريدها ببطء إلى -36 درجة (0.3 درجة مئوية / دقيقة إلى -30 درجة) C ، ثم 0.1 درجة مئوية / دقيقة إلى -36 درجة مئوية) ، متبوعًا بانخفاض في النيتروجين السائل. كان هذا التعديل متوافقًا تمامًا مع الأساسيات الأساسية وقابل للتفسير. كان التبريد البطيء إلى -36 درجة مئوية كافياً لتدفق معظم المياه القابلة للتجميد داخل الخلايا خارج الخلية وتجميدها خارجيًا ، وبالتالي تشكل القليل من الجليد داخل الخلايا أثناء الغطس اللاحق في النيتروجين السائل. يبدو أن كمية صغيرة من الثلج أو الزجاج تتشكل أثناء الغطس ، لأن إجراء ويلادسن يتطلب عمومًا تدفئة الأجنة بسرعة. يقلل الاحترار السريع من إزالة التزجيج ويقلل من إعادة تبلور بلورات الثلج الصغيرة الموجودة مسبقًا. كما أفاد كل من Leibo و Songsasen [75] ، وكما أشار Leibo في ورشة العمل ، فقد تم استخدام إجراء Willadsen القياسي حاليًا لحفظ الأجنة بالتبريد بنجاح من حوالي 22 نوعًا من الثدييات. في حالة الأبقار والأغنام والفئران والبشر ، نما أكثر من مليون نسل من الأجنة المحفوظة بالتبريد بهذه الطريقة "البسيطة".

من هذا النجاح ، يمكن للمرء أن يستنتج أن مشكلة حفظ الأجنة بالتبريد قد تم حلها لجميع الأنواع ولكن هذا ليس هو الحال. الإجراء القياسي ، المشتق من أساسيات علم الأحياء المجهرية ، كان ولا يزال غير ناجح في عدد من الحالات ، وهذه الحالات مهمة في الحفاظ على البلازما الجرثومية. وهي تشمل أجنة الخنازير (مع استثناءات قليلة) والأسماك والحشرات. في كل من هذه الأنواع ، الأساسيات الأساسية ليست خاطئة ، لكنها مغطاة بعوامل ضارة أخرى أو حصار. ولعل أهم هذه "العوامل الأخرى" هو الإصابة الشديدة. إذا كان الجنين أو البويضة حساسة للغاية تجاه البرودة ، فإن معدل التبريد المنخفض المطلوب لمنع IIF قد ينتج عنه أوقات تعرض طويلة لدرجة حرارة منخفضة مما يؤدي إلى إصابة كبيرة بالبرودة. يبدو أن هذا الصراع ينطبق على أجنة الخنازير وسمك الزرد و ذبابة الفاكهةوالبويضات من العديد من الأنواع. كان العلاج المؤكد أو المقترح في جميع هذه الحالات هو "تجاوز" إصابة التبريد باستخدام معدلات تبريد عالية للمرور عبر منطقة درجة الحرارة الضارة بسرعة كبيرة بحيث لا يوجد وقت لحدوث الإصابة. ولكن نظرًا لأن معدلات التبريد المرتفعة عادةً ما تحفز IIF المميتة ، فيجب منع IIF عن طريق إدخال تركيزات متعددة الأقطاب من CPA للحث على تزجيج مياه الخلية. وهذا بدوره يمكن أن يؤدي إلى مشاكل خطيرة في الأسموزية والسمية.

في أنواع الخلايا لبعض الأنواع ، هناك عوامل ضارة أخرى ، وأحيانًا متعددة. عند الإباضة ، يتم إيقاف البويضات لمعظم أنواع الثدييات في الطور الثاني من الانقسام الاختزالي ، ويؤدي تبريدها إلى درجات حرارة قريبة من 0 درجة مئوية إلى تفكك الأنابيب الدقيقة وتعطل المغزل الانتصافي [76 ، 77]. علاوة على ذلك ، يبدو أن التركيزات العالية من CPA المطلوبة للتزجيج تعمل على تصلب المنطقة الشفافة ، مما يجعل من الصعب أو المستحيل على الحيوانات المنوية اختراق البويضة [78]. في أجنة الزرد ، هناك مشكلة رئيسية هي أن IIF يحدث في نفس درجة حرارة التجميد الخارجي [9]. بعبارة أخرى ، يمكن للماء في جنين الزرد أن يتحمل القليل جدًا من التبريد الفائق قبل أن يتجمد داخل الخلايا. بدون التبريد الفائق ، لا تنطبق الاعتبارات الأساسية ، ولن ينجح نهج التجميد البطيء الكلاسيكي. أخيرًا ، يتم تجزئة جنين الزرد ، وتمتلك المقصورات حواجز نفاذية كبيرة للمياه و CPA [79].

هذا يتركنا مع سؤال استراتيجي: هل سيؤدي البحث عن الأساسيات إلى مجموعات جديدة من المبادئ لشرح والتغلب على بعض أو كل هذه العوامل الضمنية الضارة ، وهي مبادئ ربما لا علاقة لها بالأسس الفيزيائية الكيميائية المطبقة سابقًا؟ أو على العكس من ذلك ، هل من المرجح أن تؤدي الدراسات التجريبية إلى حلول؟ إذا كانت الإجابة على هذا الزوج من الأسئلة معروفة ، فقد تم حل المشكلات بالفعل. من المثير للاهتمام في هذا الصدد أن هناك فجوة تبلغ 40 عامًا بين الحفظ بالتبريد للحيوانات المنوية للثور والفأر ، حيث تم إجراء البحث بشكل تجريبي ، ولكن هناك فجوة تبلغ عام واحد فقط بين الحفظ بالتبريد لأجنة الفئران والأبقار ، حيث كان النجاح في السابق هو على أساس الأساسيات.

نستشهد بأحد الأمثلة التي يمكن تصورها أن تكون مجموعة جديدة من المبادئ المطبقة على إصابات التبريد. هناك علاقة بين كمية الدهون داخل الخلايا أو الصفار التي تحتويها الأجنة وقابليتها للإصابة بالبرودة. على سبيل المثال ، تحتوي مراحل الانقسام المبكر لأجنة الأبقار والخنازير على كميات كبيرة من قطرات الدهون الداخلية وتظهر حساسية عالية لإصابة التبريد. تحتوي أجنة الفئران والأجنة البشرية على عدد قليل من قطرات الدهون الظاهرة ، ولا تظهر أي إصابات تقشعر لها الأبدان. تحتوي أجنة الزرد على كميات كبيرة من صفار البيض وتظهر حساسية عالية تقشعر لها الأبدان. عندما يتم إزالة قطرات الدهون من أجنة الخنازير عن طريق الطرد المركزي التفاضلي و micropipetting [80] ، تنخفض حساسية التبريد بشكل ملحوظ. عندما تتم إزالة صفار أجنة الزرد من خلال إجراءات مماثلة ، تقل حساسية التبريد لديهم بشكل كبير [81]. ما هي العلاقة السببية بين الدهون داخل الخلايا وقابلية الإصابة بقشعريرة؟ هل يعمل نفس السبب والنتيجة مع صفار البيض داخل الزرد ، على الرغم من عدم وجود علاقة كيميائية ظاهرة بين الصفار وقطرات الدهون؟ الفرضية المفضلة هي أن إصابة التبريد تنشأ بسبب تغيرات طور الدهون في غشاء البلازما عند درجات حرارة منخفضة. إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا تؤثر الأحداث في قطرات الدهون داخل الهيولى على خصائص غشاء البلازما؟


دفاعات النبات ضد مسببات الأمراض

تدافع النباتات عن مسببات الأمراض بالحواجز والمستقلبات الثانوية والمركبات المضادة للميكروبات.

أهداف التعلم

تحديد استجابات دفاع النبات لمسببات الأمراض

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • تحتوي العديد من النباتات على حواجز لا يمكن اختراقها ، مثل اللحاء والجلد الشمعي ، أو التكيفات ، مثل الأشواك والعمود الفقري ، لحمايتها من مسببات الأمراض.
  • إذا اخترقت مسببات الأمراض حواجز النبات ، يمكن للنبات أن يستجيب مع المستقلبات الثانوية ، والتي غالبًا ما تكون مركبات سامة ، مثل غليكول السيانيد ، التي قد تضر بالعامل الممرض.
  • تنتج النباتات مواد كيميائية مضادة للميكروبات وبروتينات مضادة للميكروبات وأنزيمات مضادة للميكروبات قادرة على محاربة مسببات الأمراض.

ردود الدفاع ضد مسببات الأمراض

مسببات الأمراض هي عوامل المرض. هذه الكائنات الحية الدقيقة المعدية ، مثل الفطريات والبكتيريا والديدان الخيطية ، تعيش على النبات وتتلف أنسجتها. طورت النباتات مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات لتثبيط أو قتل المهاجمين.

خط الدفاع الأول في النباتات هو حاجز سليم وغير قابل للاختراق يتكون من اللحاء وبشرة شمعية. كلاهما يحمي النباتات من مسببات الأمراض.

يمكن أن تتعرض الحماية الخارجية للمصنع رقم 8217 للخطر بسبب التلف الميكانيكي ، والذي قد يوفر نقطة دخول لمسببات الأمراض. في حالة اختراق خط الدفاع الأول ، يجب أن يلجأ النبات إلى مجموعة مختلفة من آليات الدفاع ، مثل السموم والإنزيمات. المستقلبات الثانوية هي مركبات لا تُشتق مباشرة من التمثيل الضوئي وليست ضرورية للتنفس أو نمو النبات وتطوره. العديد من المستقلبات سامة ويمكن أن تكون قاتلة للحيوانات التي تتناولها.

بالإضافة إلى ذلك ، تمتلك النباتات مجموعة متنوعة من الدفاعات المحفزة في وجود مسببات الأمراض. بالإضافة إلى المستقلبات الثانوية ، تنتج النباتات مواد كيميائية مضادة للميكروبات وبروتينات مضادة للميكروبات وأنزيمات مضادة للميكروبات قادرة على محاربة مسببات الأمراض. يمكن للنباتات أن تغلق الثغور لمنع العامل الممرض من دخول النبات. يمكن أن تبدأ استجابة شديدة الحساسية ، حيث يختبر النبات موت الخلايا السريع لمحاربة العدوى ، من قبل النبات أو قد يستخدم مساعدة النبات الداخلي: تطلق الجذور مواد كيميائية تجذب البكتيريا المفيدة الأخرى لمحاربة العدوى.

تعمل هجمات الجرح الميكانيكي والحيوانات المفترسة على تنشيط آليات الدفاع والحماية في الأنسجة التالفة وتصدر إشارات بعيدة المدى أو تنشيط آليات الدفاع والحماية في المواقع البعيدة عن موقع الإصابة. تحدث بعض ردود الفعل الدفاعية في غضون دقائق ، بينما قد يستغرق البعض الآخر عدة ساعات.


حواجز طبيعية

تلعب الحواجز الفيزيائية دورًا مهمًا في منع الميكروبات من الوصول إلى الأنسجة المعرضة للعدوى. على المستوى الخلوي ، تتكون الحواجز من خلايا مرتبطة بإحكام لمنع الغزاة من العبور إلى الأنسجة الأعمق. على سبيل المثال ، تحتوي الخلايا البطانية التي تبطن الأوعية الدموية على تقاطعات شديدة الضيق من خلية إلى أخرى ، مما يمنع الميكروبات من الوصول إلى مجرى الدم. تتكون وصلات الخلية بشكل عام من بروتينات غشاء الخلية التي قد تتصل بالمصفوفة خارج الخلية أو ببروتينات مكملة من الخلايا المجاورة. الأنسجة في أجزاء مختلفة من الجسم لها أنواع مختلفة من تقاطعات الخلايا. وتشمل هذه الوصلات الضيقة ، و desmosomes ، وتقاطعات الفجوة ، كما هو موضح في الشكل ( PageIndex <1> ). قد تحاول الكائنات الحية الدقيقة الغازية تكسير هذه المواد كيميائيًا ، باستخدام إنزيمات مثل البروتياز التي يمكن أن تسبب أضرارًا هيكلية لإنشاء نقطة دخول لمسببات الأمراض.

الشكل ( PageIndex <1> ): هناك أنواع متعددة من تقاطعات الخلايا في الأنسجة البشرية ، ثلاثة منها موضحة هنا. تربط الوصلات الضيقة خليتين متجاورتين معًا ، مما يمنع أو يحد من تبادل المواد من خلال المسافات بينهما. تمتلك Desmosomes أليافًا وسيطة تعمل مثل أربطة الحذاء ، وتربط خليتين معًا ، مما يسمح للمواد الصغيرة بالمرور عبر الفراغات الناتجة. تقاطعات الفجوة هي قنوات بين خليتين تسمحان بالاتصال عبر الإشارات. (الائتمان: تعديل العمل لماريانا رويز فيلاريال)

حاجز الجلد

أحد أهم الحواجز المادية للجسم و rsquos هو حاجز الجلد ، والذي يتكون من ثلاث طبقات من الخلايا المكدسة بشكل وثيق. الطبقة العليا الرقيقة تسمى البشرة. طبقة ثانية أكثر سمكًا تسمى الأدمة وتحتوي على بصيلات الشعر والغدد العرقية والأعصاب والأوعية الدموية. توجد طبقة من الأنسجة الدهنية تسمى اللحمة أسفل الأدمة وتحتوي على الدم والأوعية الليمفاوية (الشكل ( فهرس الصفحة <2> )).

الشكل ( فهرس الصفحة <2> ): يتكون جلد الإنسان من ثلاث طبقات ، وهي البشرة والأدمة واللحمة ، والتي توفر حاجزًا سميكًا بين الميكروبات خارج الجسم والأنسجة العميقة. تتساقط خلايا الجلد الميتة الموجودة على سطح البشرة باستمرار ، وتأخذ معها الميكروبات على الجلد وسطح rsquos. (الائتمان: تعديل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة)

تتكون الطبقة العليا من الجلد ، البشرة ، من خلايا مليئة بالكيراتين. تظل هذه الخلايا الميتة كطبقة كثيفة متصلة بإحكام من قشور الخلايا المليئة بالبروتين على سطح الجلد. يجعل الكيراتين الجلد وسطح rsquos صلبًا ميكانيكيًا ومقاومًا للتحلل بواسطة الإنزيمات البكتيرية. يساعد الكيراتين أيضًا في جعل السطح الخارجي للبشرة مقاومًا للماء نسبيًا ، وهذا يساعد في الحفاظ على سطح الجلد جافًا ، مما يقلل من نمو الميكروبات. تخلق الأحماض الدهنية على الجلد وسطح rsquos بيئة جافة ومالحة وحمضية تمنع نمو بعض الميكروبات ومقاومة عالية للتحلل بواسطة الإنزيمات البكتيرية. الزهم من الغدد الدهنية في بصيلات الشعر هو وسيط داخلي ، يوفر طبقة إضافية من الدفاع عن طريق المساعدة على سد مسام بصيلات الشعر ، ويمنع البكتيريا الموجودة على الجلد وسطح rsquos من غزو الغدد العرقية والأنسجة المحيطة. يمكن لبعض أعضاء الميكروبيوم استخدام إنزيمات الليباز لتحطيم الدهون واستخدامها كمصدر للغذاء. ينتج عن هذا حمض الأوليك ، الذي يخلق بيئة حمضية خفيفة على سطح الجلد غير مضياف للعديد من الميكروبات المسببة للأمراض. حمض الأوليك هو مثال على وسيط ينتج خارجيًا لأنه ينتج عن طريق الميكروبات المقيمة وليس بواسطة خلايا الجسم مباشرة. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يتم التخلص من خلايا البشرة الميتة ، جنبًا إلى جنب مع أي ميكروبات قد تتشبث بها (التقشر). يتم استبدال خلايا الجلد المتساقطة باستمرار بخلايا جديدة من الأسفل ، مما يوفر حاجزًا جديدًا سيتم التخلص منه قريبًا بنفس الطريقة.

يوفر التعرق (العرق) بعض الرطوبة للبشرة ، مما يزيد من احتمالية نمو الميكروبات. لهذا السبب ، تم العثور على المزيد من الميكروبات في مناطق الجلد التي تنتج معظم العرق ، مثل جلد الإبط والفخذ. ومع ذلك ، بالإضافة إلى الماء ، يحتوي العرق أيضًا على مواد تمنع نمو الميكروبات ، مثل الأملاح والليزوزيم والببتيدات المضادة للميكروبات. يعمل الزهم أيضًا على حماية الجلد وتقليل فقد الماء. على الرغم من أن بعض الدهون والأحماض الدهنية في الزهم تمنع نمو الميكروبات ، إلا أن الزهم يحتوي على مركبات توفر التغذية لبعض الميكروبات.في الأذنين ، يُظهر شمع الأذن (شمع الأذن) خواصًا مضادة للميكروبات نظرًا لوجود الأحماض الدهنية التي تخفض درجة الحموضة إلى ما بين 3 و 5.

يمكن أن تحدث العدوى عندما يتضرر حاجز الجلد أو ينكسر. يمكن أن يكون الجرح بمثابة نقطة دخول لمسببات الأمراض الانتهازية ، والتي يمكن أن تصيب أنسجة الجلد المحيطة بالجرح وربما تنتشر إلى الأنسجة العميقة.

لاحظ مايك ، وهو بستاني من جنوب كاليفورنيا ، مؤخرًا نتوءًا أحمر صغيرًا على ساعده الأيسر. في البداية ، لم يفكر كثيرًا في الأمر ، لكنه سرعان ما نما حجمه ثم تقرح (انفتح) ، وأصبح آفة مؤلمة امتدت عبر جزء كبير من ساعده (الشكل ( فهرس الصفحة <3> )). ذهب إلى مركز للرعاية العاجلة ، حيث سأل أحد الأطباء عن وظيفته. عندما قال إنه منسق حدائق ، اشتبه الطبيب على الفور في حالة الإصابة بداء الشعريات المبوغة ، وهو نوع من العدوى الفطرية المعروفة باسم مرض البستنة الوردية ومرض الرسكوس لأنه غالبًا ما يصيب منسقي الحدائق وعشاق البستنة.

في معظم الظروف ، لا يمكن للفطريات أن تسبب التهابات جلدية لدى الأفراد الأصحاء. تنمو الفطريات في خيوط تعرف باسم الخيوط ، وهي ليست غازية بشكل خاص ويمكن إبعادها بسهولة عن طريق الحواجز الفيزيائية للجلد والأغشية المخاطية. ومع ذلك ، فإن الجروح الصغيرة في الجلد ، مثل تلك التي تسببها الأشواك ، يمكن أن توفر فتحة لمسببات الأمراض الانتهازية مثل Sporothrix schenkii, فطر مسكن في التربة ومسبب لمرض البستاني والورد. بمجرد أن يخترق حاجز الجلد ، S. schenkii يمكن أن تصيب الجلد والأنسجة الكامنة ، وتنتج آفات متقرحة مثل Mike & rsquos. ومما يضاعف الأمر أن مسببات الأمراض الأخرى قد تدخل الأنسجة المصابة مسببة التهابات جرثومية ثانوية.

لحسن الحظ ، يمكن علاج مرض البستاني الورود و rsquos. كتب له الطبيب مايك ورسكو وصفة طبية لبعض الأدوية المضادة للفطريات بالإضافة إلى دورة من المضادات الحيوية لمكافحة الالتهابات البكتيرية الثانوية. شُفيت آفاته في النهاية ، وعاد مايك للعمل بتقدير جديد للقفازات والملابس الواقية.

الشكل ( PageIndex <3> ): يمكن أن يحدث مرض البستاني الورود و rsquos عند ظهور الفطريات سبوروثريكس شينكي يخترق الجلد من خلال جروح صغيرة ، مثل التي قد تسببها الأشواك. (يسار الائتمان: تعديل العمل بواسطة Elisa Self Credit right: تعديل العمل بواسطة مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها)

حواجز في العين

على الرغم من أن العين والجلد لهما تشريح مميز ، إلا أنهما على اتصال مباشر بالبيئة الخارجية. أحد المكونات المهمة للعين هو نظام التصريف الأنفي الدمعي ، والذي يعمل كقناة لسائل العين ، وتسمى الدموع. تتدفق الدموع من العين الخارجية إلى التجويف الأنفي بواسطة الجهاز الدمعي ، والذي يتكون من الهياكل المشاركة في إنتاج الدموع (الشكل ( فهرس الصفحة <4> )). تفرز الغدة الدمعية ، فوق العين ، الدموع للحفاظ على رطوبة العين. هناك فتحتان صغيرتان ، واحدة على الحافة الداخلية للجفن العلوي والأخرى على الحافة الداخلية للجفن السفلي بالقرب من الأنف. تسمى كل من هذه الفتحات بالنقط الدمعي. تجمع هذه النقاط الدمعية معًا الدموع من العين والتي يتم نقلها بعد ذلك عبر القنوات الدمعية إلى خزان للدموع يسمى الكيس الدمعي, يُعرف أيضًا باسم كيس الدمع أو كيس الدمع.

من الكيس ، يتدفق السائل المسيل للدموع عبر القناة الأنفية الدمعية إلى الأنف الداخلي. تقع كل قناة أنفية دمعية تحت الجلد وتمر عبر عظام الوجه إلى الأنف. تساعد المواد الكيميائية الموجودة في الدموع ، مثل الديفينسين واللاكتوفيرين والليزوزيم ، على منع استعمار مسببات الأمراض. يشق الليزوزيم الرابطة بين NAG و NAM في الببتيدوغليكان ، وهو أحد مكونات جدار الخلية في البكتيريا. إنه أكثر فعالية ضد البكتيريا موجبة الجرام ، والتي تفتقر إلى الغشاء الخارجي الواقي المرتبط بالبكتيريا سالبة الجرام. يمنع اللاكتوفيرين نمو الميكروبات عن طريق ربط الحديد وعزله كيميائياً. يؤدي هذا فعليًا إلى تجويع العديد من الميكروبات التي تتطلب الحديد للنمو. بالإضافة إلى ذلك ، يسهل الميوسين إزالة الميكروبات من سطح العين.

الشكل ( PageIndex <4> ): يتضمن الجهاز الدمعي تراكيب العين المرتبطة بإفراز الدموع وتصريفها. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة & ldquoEvidence Based Medical Educator Inc. & rdquo / YouTube)

الأغشية المخاطية

توفر الأغشية المخاطية المبطنة للأنف والفم والرئتين والمسالك البولية والجهاز الهضمي حاجزًا آخر غير محدد ضد مسببات الأمراض المحتملة. تتكون الأغشية المخاطية من طبقة من الخلايا الظهارية مرتبطة بوصلات ضيقة. تفرز الخلايا الظهارية مادة لزجة رطبة تسمى المخاط ، والتي تغطي وتحمي طبقات الخلايا الأكثر هشاشة تحتها وتحبس الحطام والجسيمات ، بما في ذلك الميكروبات. تحتوي إفرازات المخاط أيضًا على ببتيدات مضادة للميكروبات.

في العديد من مناطق الجسم ، تعمل الإجراءات الميكانيكية على طرد المخاط (جنبًا إلى جنب مع الميكروبات المحتجزة أو الميتة) من الجسم أو بعيدًا عن المواقع المحتملة للعدوى. على سبيل المثال ، في الجهاز التنفسي ، يمكن أن يجلب الاستنشاق الميكروبات والغبار وجراثيم العفن وغيرها من الحطام الصغير المحمول جواً إلى الجسم. تجويف الأنف مبطن بالشعر الذي يحبس الجزيئات الكبيرة ، مثل الغبار وحبوب اللقاح ، ويمنع وصولها إلى الأنسجة العميقة. كما أن تجويف الأنف مبطن بغشاء مخاطي وغدد بومان ورسكووس التي تنتج المخاط للمساعدة في حبس الجسيمات والكائنات الحية الدقيقة لإزالتها ، وهي طبقة تعرف باسم البطانية المخاطية الهدبية. تمنع اللزوجة والحموضة لهذا الإفراز الارتباط الميكروبي بالخلايا الأساسية. يخضع الجهاز التنفسي العلوي للمراقبة المستمرة من قبل الأنسجة اللمفاوية المرتبطة بالغشاء المخاطي (MALT) ، بما في ذلك اللحمية واللوزتين. تشمل دفاعات الغشاء المخاطي الأخرى الأجسام المضادة المُفرزة (IgA) ، الليزوزيم ، الفاعل بالسطح ، والببتيدات المضادة للميكروبات التي تسمى defensins. تسمى الخلايا الظهارية التي تبطن الأجزاء العلوية من الجهاز التنفسي بالخلايا الظهارية الهدبية لأنها تحتوي على أطراف تشبه الشعر تُعرف باسم الأهداب. تدفع حركة الأهداب المخاط المليء بالحطام للخارج بعيدًا عن الرئتين. ثم يبتلع المخاط المطرود ويتلف في المعدة ، أو يسعل أو يعطس (الشكل ( فهرس الصفحة <5> )). غالبًا ما يُطلق على نظام الإزالة هذا اسم السلم الكهربائي المخاطي الهدبي.


الشكل ( PageIndex <5> ): يُظهر هذا المسح الضوئي بالمجهر الإلكتروني الخلايا الظهارية الهدبية وغير المهدبة من القصبة الهوائية البشرية. يدفع المصعد المخاطي الهدبي المخاط بعيدًا عن الرئتين ، جنبًا إلى جنب مع أي حطام أو كائنات دقيقة قد تكون محاصرة في المخاط اللزج ، ويتحرك المخاط إلى المريء حيث يمكن إزالته عن طريق البلع.

يعتبر السلم الكهربائي المخاطي الهدبي حاجزًا فعالًا أمام الميكروبات لدرجة أن الرئتين ، الجزء السفلي (والأكثر حساسية) من الجهاز التنفسي ، كانت تعتبر لفترة طويلة بيئة معقمة لدى الأفراد الأصحاء. مؤخرًا فقط أشارت الأبحاث إلى أن الرئتين السليمتين قد تحتويان على ميكروبيوتا طبيعية صغيرة. يمكن أن يؤدي تعطيل السلم الكهربائي المخاطي الهدبي من خلال الآثار الضارة للتدخين أو الأمراض مثل التليف الكيسي إلى زيادة استعمار البكتيريا في الجهاز التنفسي السفلي والالتهابات المتكررة ، مما يبرز أهمية هذا الحاجز المادي للدفاعات المضيفة. أخيرًا ، السطح الخارجي للرئتين محمي بغشاء مزدوج الطبقات يحمي الرئتين ويوفر تزييتًا للسماح للرئتين بالتحرك بسهولة أثناء التنفس. كما أنها محمية بواسطة الضامة السنخية. تقتل هذه الخلايا البلعمية بكفاءة أي ميكروبات تنجح في التهرب من الدفاعات الأخرى.

مثل الجهاز التنفسي ، فإن الجهاز الهضمي هو بوابة دخول تدخل من خلالها الميكروبات إلى الجسم ، وتوفر الأغشية المخاطية المبطنة للجهاز الهضمي حاجزًا ماديًا غير محدد ضد الميكروبات المبتلعة. يبدو أن العديد من العوامل تعمل ضد جعل الفم مضيافًا لبعض الميكروبات. على سبيل المثال ، يسمح المضغ للميكروبات بالاختلاط بشكل أفضل مع اللعاب حتى يمكن ابتلاعها أو بصقها بسهولة أكبر. يحتوي اللعاب في تجويف الفم على وسطاء مثل إنزيمات اللاكتوبيروكسيديز والليزوزيم الذي يمكن أن يتلف الخلايا الميكروبية. يعتبر الليزوزيم جزءًا من خط الدفاع الأول في الجهاز المناعي الفطري ويقطع الروابط بين N-acetylglucosamine (NAG) وحمض N-acetylmuramic (NAM) في الببتيدوغليكان البكتيري. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إنتاج السوائل التي تحتوي على الجلوبولين المناعي والخلايا البلعمية في فراغات اللثة. المعدة هي بيئة حمضية للغاية (درجة الحموضة 1.5 & ndash3.5) بسبب عصارات المعدة التي تكسر الطعام وتقتل العديد من الميكروبات المبتلعة وهذا يساعد على منع العدوى من مسببات الأمراض. علاوة على ذلك ، فإن القناة المعوية مبطنة بالخلايا الظهارية ، تتخللها خلايا كأس إفراز المخاط (الشكل ( فهرس الصفحة <6> )). يختلط هذا المخاط مع المواد التي يتم الحصول عليها من المعدة ، فيحبس الميكروبات والحطام الذي تنتقل عن طريق الطعام.

الشكل ( PageIndex <6> ): تنتج الخلايا الكأسية المخاط وتفرزه. تشير الأسهم في هذه الصورة المجهرية إلى خلايا كأس إفراز المخاط (التكبير 1600 & # 10799) في ظهارة الأمعاء. (صورة مجهرية: صورة مجهرية مقدمة من Regents of University of Michigan Medical School & نسخة 2012)

الخلايا الكأسية ، والتي يتم تعديلها من الخلايا الظهارية العمودية البسيطة ، تبطن أيضًا الجهاز الهضمي (الشكل ( فهرس الصفحة <6> )). تفرز الخلايا الكأسية الميوسين المكون للهلام ، وهو المكون الرئيسي للمخاط. يساعد إنتاج طبقة واقية من المخاط على تقليل خطر وصول مسببات الأمراض إلى الأنسجة العميقة. تكتشف التكتلات الصغيرة من الأنسجة اللمفاوية الكامنة في الدقاق ، والتي تسمى بقع Peyer & rsquos ، مسببات الأمراض في الأمعاء عن طريق الخلايا الدقيقة (M) ، التي تنقل المستضدات من تجويف الأمعاء إلى الخلايا الليمفاوية على بقع Peyer & rsquos للحث على الاستجابة المناعية. تفرز بقع Peyer & rsquos بعد ذلك IgA والأجسام المضادة الأخرى الخاصة بمسببات الأمراض في تجويف الأمعاء للمساعدة في الحفاظ على الميكروبات المعوية عند مستويات آمنة.

تعمل الحركة الميكانيكية للتمعج ، وهي سلسلة من الانقباضات العضلية في الجهاز الهضمي ، على تحريك المخاط المتسلق والمواد الأخرى عبر الأمعاء والمستقيم والشرج ، مما يؤدي إلى إفراز المادة في البراز. في الواقع ، يتكون البراز من حوالي 25٪ من الميكروبات ، و 25٪ من الخلايا الظهارية المقشورة ، و 25٪ من المخاط ، و 25٪ من الطعام المهضوم أو غير المهضوم. أخيرًا ، توفر الجراثيم الطبيعية حاجزًا إضافيًا للعدوى عبر مجموعة متنوعة من الآليات. على سبيل المثال ، تتفوق هذه الكائنات على مسببات الأمراض المحتملة من حيث المساحة والمغذيات داخل الأمعاء. يُعرف هذا بالاستبعاد التنافسي. قد تفرز أعضاء الجراثيم أيضًا سموم بروتينية تعرف باسم البكتريوسينات القادرة على الارتباط بمستقبلات معينة على سطح البكتيريا الحساسة.

البطانة

تُعرف الخلايا الظهارية المبطنة للجهاز البولي التناسلي والأوعية الدموية والأوعية اللمفاوية وبعض الأنسجة الأخرى باسم البطانة. توفر هذه الخلايا المكدسة بإحكام حاجزًا أماميًا فعالًا بشكل خاص ضد الغزاة. البطانة البطانية للحاجز الدموي الدماغي ، على سبيل المثال ، تحمي الجهاز العصبي المركزي (CNS) ، الذي يتكون من الدماغ والنخاع الشوكي. يعد الجهاز العصبي المركزي من أكثر مناطق الجسم حساسية وأهمية ، حيث يمكن أن تؤدي العدوى الميكروبية للجهاز العصبي المركزي بسرعة إلى التهاب خطير ومميت في كثير من الأحيان. تعد التقاطعات الخلوية في الأوعية الدموية التي تنتقل عبر الجهاز العصبي المركزي من أكثرها إحكاما وصعوبة في الجسم ، مما يمنع أي ميكروبات عابرة في مجرى الدم من دخول الجهاز العصبي المركزي. هذا يحافظ على السائل الدماغي الشوكي الذي يحيط بالدماغ والحبل الشوكي ويغسلهما معقمًا في ظل الظروف العادية.

ومع ذلك ، تكون الكلى عند الرجال والنساء عقيمة. على الرغم من أن البول يحتوي على بعض المكونات المضادة للبكتيريا ، فإن البكتيريا ستنمو في البول المتروك في درجة حرارة الغرفة. لذلك ، فإن عملية التنظيف في المقام الأول هي التي تحافظ على الحالب والمثانة خالية من الميكروبات. يستخدم الجهاز التناسلي الأنثوي اللاكتات ، وهو وسيط كيميائي منتج خارجيًا ، لمنع نمو الميكروبات. تنتج الخلايا وطبقات الأنسجة المكونة للمهبل أيضًا الجليكوجين ، وهو بوليمر متفرع وأكثر تعقيدًا من الجلوكوز.

  1. صف كيف يعمل السلم الكهربائي المخاطي الهدبي.
  2. ما هي الدفاعات الأخرى التي تشترك فيها كل من مواقع الجسم؟
  3. اسم مكانين ستجد البطانية.

الببتيدات المضادة للميكروبات

الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs) هي فئة خاصة من الوسطاء المشتق من الخلايا غير النوعية مع خصائص مضادة للميكروبات واسعة الطيف. يتم إنتاج بعض AMP بشكل روتيني من قبل الجسم ، في حين يتم إنتاج البعض الآخر بشكل أساسي (أو إنتاجه بكميات أكبر) استجابة لوجود مسببات الأمراض الغازية. بدأ البحث في استكشاف كيفية استخدام AMPs في تشخيص المرض وعلاجه.

قد تحفز AMPs تلف الخلايا في الكائنات الحية الدقيقة بعدة طرق ، بما في ذلك عن طريق إلحاق الضرر بالأغشية ، أو تدمير DNA و RNA ، أو التدخل في تخليق جدار الخلية. اعتمادًا على آلية مضادات الميكروبات المحددة ، قد يمنع AMP معين مجموعات معينة فقط من الميكروبات (على سبيل المثال ، البكتيريا موجبة الجرام أو سالبة الجرام) أو قد يكون أكثر فاعلية على نطاق واسع ضد البكتيريا والفطريات والأوليات والفيروسات. تم العثور على العديد من AMPs على الجلد ، ولكن يمكن العثور عليها أيضًا في مناطق أخرى من الجسم.

يمكن إنتاج عائلة من AMPs تسمى defensins بواسطة الخلايا الظهارية في جميع أنحاء الجسم وكذلك عن طريق الدفاعات الخلوية مثل البلاعم والعدلات. قد يتم إفراز الديفينسين أو العمل داخل الخلايا المضيفة التي تكافح الكائنات الحية الدقيقة عن طريق إتلاف أغشية البلازما الخاصة بها. يتم إنتاج AMPs المسماة بكتريوسينات بشكل خارجي بواسطة أعضاء معينين من الجراثيم المقيمة داخل الجهاز الهضمي. غالبًا ما يتم نقل ترميز الجينات لهذه الأنواع من AMPs على البلازميدات ويمكن أن تنتقل بين الأنواع المختلفة داخل الكائنات الحية الدقيقة المقيمة من خلال نقل الجينات الأفقي أو الجانبي. هناك العديد من AMPs الأخرى في جميع أنحاء الجسم. يتم تلخيص خصائص عدد قليل من AMPs الأكثر أهمية في Table ( PageIndex <2> ).

الجدول ( فهرس الصفحة <2> ): خصائص مجموعة مختارة من الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs)
AMP يفرزها موقع الجسم تمنع مسببات الأمراض طريقة عمل
البكتريوسينات الميكروبات المقيمة الجهاز الهضمي بكتيريا يعطل الغشاء
كاثليسيدين الخلايا الظهارية والضامة وأنواع الخلايا الأخرى جلد البكتيريا والفطريات يعطل الغشاء
ديفينسين الخلايا الظهارية ، الضامة ، العدلات في كل الجسد الفطريات والبكتيريا والعديد من الفيروسات يعطل الغشاء
ديرميسيدين الغدد العرقية جلد البكتيريا والفطريات يعطل سلامة الغشاء والقنوات الأيونية
الهستاتين الغدد اللعابية تجويف الفم الفطريات يعطل الوظيفة داخل الخلايا

لماذا تعتبر الببتيدات المضادة للميكروبات (AMPs) دفاعات غير محددة؟

الدفاعات الميكانيكية

بالإضافة إلى الحواجز المادية التي تمنع الميكروبات ، يمتلك الجسم عددًا من الدفاعات الميكانيكية التي تزيل فعليًا مسببات الأمراض من الجسم ، وتمنعها من الإقامة. لقد ناقشنا بالفعل العديد من الأمثلة على الدفاعات الميكانيكية ، بما في ذلك التخلص من خلايا الجلد ، وطرد المخاط عبر السلم الكهربائي المخاطي الهدبي ، وإخراج البراز من خلال التمعج المعوي. من الأمثلة المهمة الأخرى على الدفاعات الميكانيكية عملية التنظيف التي يقوم بها البول والدموع ، وكلاهما يعمل على نقل الميكروبات بعيدًا عن الجسم. تعتبر عملية تدفق البول مسؤولة إلى حد كبير عن البيئة المعقمة عادة للمسالك البولية ، والتي تشمل الكلى والحالب والمثانة البولية. خروج البول من الجسم يغسل الكائنات الحية الدقيقة العابرة ، ويمنعها من الإقامة. تحتوي العين أيضًا على حواجز فيزيائية وآليات ميكانيكية لمنع العدوى. تمنع الرموش والجفون الغبار والكائنات الدقيقة المحمولة في الهواء من الوصول إلى سطح العين. قد يتم التخلص من أي ميكروبات أو حطام يتجاوز هذه الحواجز المادية من خلال الحركة الميكانيكية للوميض ، والتي تغمر العين بالدموع ، وتزيل الحطام بعيدًا (الشكل ( فهرس الصفحة <7> )).

الشكل ( PageIndex <7> ): الدموع تطرد الميكروبات بعيدًا عن سطح العين. يقوم البول بغسل الميكروبات من المسالك البولية أثناء مرورها نتيجة لذلك ، يكون الجهاز البولي عادة معقمًا.

اسم اثنين من الدفاعات الميكانيكية لحماية العين.

ميكروبيوم

في مناطق مختلفة من الجسم ، تعمل الجراثيم المقيمة كخط دفاع أول مهم ضد مسببات الأمراض الغازية. من خلال احتلالها لمواقع الارتباط الخلوي والتنافس على العناصر الغذائية المتاحة ، تمنع الميكروبات المقيمة الخطوات المبكرة الحاسمة لربط مسببات الأمراض وانتشارها المطلوبة لتكوين العدوى. على سبيل المثال ، في المهبل ، يتنافس أعضاء الميكروبات المقيمة مع مسببات الأمراض الانتهازية مثل الخميرة الكانديدا. تمنع هذه المنافسة العدوى عن طريق الحد من توافر العناصر الغذائية ، وبالتالي تثبيط نمو الكانديدا, إبقاء سكانها تحت السيطرة. تحدث منافسات مماثلة بين الجراثيم ومسببات الأمراض المحتملة على الجلد والجهاز التنفسي العلوي والجهاز الهضمي. تساهم الجراثيم المقيمة أيضًا في الدفاعات الكيميائية لدفاعات العائل الفطرية غير المحددة.

يتم إبراز أهمية الجراثيم الطبيعية في دفاعات العائل من خلال زيادة التعرض للأمراض المعدية عندما يتم تعطيل أو التخلص من الجراثيم. يمكن أن يؤدي العلاج بالمضادات الحيوية إلى استنفاد الجراثيم الطبيعية في الجهاز الهضمي بشكل كبير ، مما يوفر ميزة للبكتيريا المسببة للأمراض لتستعمر وتسبب عدوى الإسهال. في حالة الإسهال الناجم عن المطثية العسيرة، يمكن أن تكون العدوى شديدة وقد تكون مميتة. استراتيجية واحدة للعلاج جيم صعب العدوى هي زرع برازي ، والذي يتضمن نقل مادة برازية من متبرع (يتم فحصها بحثًا عن مسببات الأمراض المحتملة) إلى أمعاء المريض المتلقي كطريقة لاستعادة الجراثيم الطبيعية ومكافحتها جيم صعب الالتهابات.

يوفر الجدول ( PageIndex <3> ) ملخصًا للدفاعات المادية التي تمت مناقشتها في هذا القسم.

الجدول ( فهرس الصفحة <3> ): الدفاعات الجسدية للمناعة الفطرية غير النوعية


كيف يقال "بسم الله" عند ذبح الدجاج بآلات ميكانيكية حديثة؟

صُعق الحيوان بالكهرباء قبل ذبحه قد يقتل الحيوان إذا كان الجهد عالياً ، أو يفقده وعيه دون أن يقتله ، إذا كان الجهد منخفضًا أو متوسطًا.

وإن قتلها فلا يجوز أكلها لأنها ميتة بإجماع الفقهاء. فإن لم يقتلها ، وذبحت شرعا بعد ذلك مباشرة ، فهي حلال ، ويجوز أكلها.

دكتور.قال محمد الأشقر حفظه الله:

إذا كانت الصدمة الكهربائية قاتلة ، فالحيوان مثل الضرب حتى الموت (وبالتالي حرام كما في المائدة 5: 3). فإن كان يفقده وعيه دون أن يقتله ، ثم يذبح بعده على الوجه الشرعي فهو حلال. فإن لم يذبح على الوجه الصحيح لكنه سلخ ومقطع بغير ذبح فهو لا يحل.

انتهى من مجلة مجمع الفقه الإسلامي. العدد لا. 10 ، المجلد. 1 ، ص. 339

وذهب مجمع الفقه الإسلامي (مجمع الفقه الإسلامي) إلى أنه لا يجوز صعق الدجاج بالكهرباء قبل ذبحه ؛ لأن التجربة قد أثبتت أن ذلك يؤدي إلى موت عدد كبير منها.

جاء في بيان مجمع الفقه الإسلامي الصادر خلال مؤتمره العاشر بجدة في المملكة العربية السعودية خلال الفترة 23-28 صفر 1418 هـ / 28/3/1997 م ما يلي:

الحيوانات التي تذبح بالطريقة الشرعية بعد صعقها حلال ويمكن أكلها إذا توافرت الشروط الفنية التي تثبت عدم موتها قبل ذبحها. وقد حددها الخبراء في الوقت الحاضر على النحو التالي:

1- يجب وضع الأقطاب الكهربائية على الصدغين أو على الجبهة ومؤخرة الرأس

2- يجب أن يكون الجهد بين 100 و 400 فولت

3.يجب أن يكون التيار بين .75 و 1 أمبير للأغنام ، وبين 2 و 2.5 أمبير للماشية.

4-يجب أن يتم تطبيق التيار الكهربائي لمدة تتراوح بين 3 و 6 ثوان.

(ج) لا يجوز صعق الحيوان المعد للذبح بمسدس مزلاج أو مسدس مزلاج أو بالغاز.

(د) لا يجوز صعق الدجاج بالصعق الكهربائي ، لما ثبت بالتجربة أن ذلك يؤدي إلى موت عدد كبير منها قبل الذبح.

(هـ) لا يحرم أكل الحيوانات التي ذبحت بشكل صحيح بعد صعقها بخليط من ثاني أكسيد الكربون والهواء أو الأكسجين ، أو باستعمال مسدس مزلاج غير مخترق لا يؤدي إلى موت الحيوان قبله. مذبوح بشكل صحيح. انتهى.

وأوضح د. محمد الهواري أن صعق الدجاج بالصعق الكهربائي يؤدي إلى سكتة قلبية في 90٪ من الحالات والوفاة في 10٪.

وانظر مجلة مجمع الفقه الإسلامي العدد رقم. 10 ، المجلد. 1 ، ص. 411 ، 583

بناءً على ذلك ، تحتاج إلى إلقاء نظرة على السؤال عن الصعق الكهربائي. وإن كان سيؤدي ، كما قال المجلس ، إلى نفوق عدد كبير من الدجاجات التي لم تنفصل عن الدجاج الحي ، فلا يجوز صعقها بالكهرباء. وأما إذا كان الصعق بالكهرباء بجهد منخفض لا يؤدي إلى ذلك ، فالذبح حلال.

والقول "بسم الله" شرط من شروط الذبح الحلال ، ولا يسقط في حالة النسيان أو الجهل على الراجح من أقوال العلماء. انظر جواب السؤال رقم: (12347). 85669.

الأصل في قول "بسم الله" أنه يجب أن يكون لكل حيوان على حدة بقصد الذبح على الوجه الصحيح.

أما في حالة الأجهزة الميكانيكية التي تذبح عددا كبيرا من الدجاج في مدة وجيزة ، فقد اختلف العلماء في طريقة قول "البسملة" التي لازمة للذبح الحلال. هناك عدة آراء:

1 - يكفي أن يقال "بسم الله" مرة واحدة من المشغل للآلة ، إذا ذبح عدد من الدجاج في فترة زمنية متواصلة. وهذا ما جاء في فتاوى اللجنة الدائمة وفي بيان مجمع الفقه الإسلامي.

2- يكفي أن يقال "بسم الله" مرة واحدة من قبل عامل الآلة ، بشرط أن تكون الدجاجات التي يذبحها أمامه ، كما لو كانت مصطفة على السير الناقل. وما شابه ذلك. وقد جاء ذلك في فتاوى للشيخ ابن عثيمين رحمه الله.

3- استحالة قول "بسم الله" عند استعمال هذه الآلات فلا يجوز استعمالها للذبح الحلال.

والراجح هو الأول للأسباب الآتية:

جاء في فتاوى اللجنة الدائمة:

ما حكم الذبح الميكانيكي حيث تذبح عشرات الدجاج بالآلات في نفس الوقت بقول "بسم الله" مرة واحدة فقط؟ إذا كان الإنسان يذبح عددا كبيرا من الدجاج باليد ، فهل يجوز له أن يقول بسم الله مرة واحدة فقط ، أم يلزمه أن يقولها لكل واحدة على حدة؟

أولاً: يجوز الذبح بالآلات الحديثة بشرط أن تكون (الشفرات) حادة وأن يقطع المريء والقصبة الهوائية.

ثانياً: إذا قامت الآلة بذبح عدد من الدجاج في نفس المدة المستمرة ، فيجوز لمن يشغل الآلة أن يقول "بسم الله" مرة واحدة عندما يبدأ في تشغيلها بنية الذبح ، طالما أن الإنسان. تشغيل الآلة هو مسلم أو كتابي (يهودي أو مسيحي).

ثالثا: إذا كان الإنسان يذبح باليد فعليه أن يقول بسم الله على حدة عن كل دجاجة يذبحها ، لأن كل دجاجة كيان منفصل.

رابعاً: يجب أن يتم الذبح في المسلخ ويقطع القصبة الهوائية وعرقين أو أحدهما.

بكر أبو زيد ، صالح الفوزان ، عبد الله بن غديان ، عبد العزيز بن عبد الله آل الشيخ.

انتهى من `` فتاوى اللجنة الدائمة '' (22/463)

كما جاء في (22/462): هل يجوز قول "بسم الله" عند تشغيل الآلة التي تقوم بحركة واحدة متكررة؟ علما أن المراد قوله "بسم الله" مرة واحدة فقط عند تشغيل آلة الذبح.

الجواب: يجوز لمن يشغل الآلة أن يقول بسم الله مرة واحدة عند تشغيلها لعدد من (الدجاج) بنية ذبحها ، بشرط أن يكون العامل بها مسلما أو يهودي أو مسيحي.

عبد الله بن غديان ، عبد الرزاق عفيفي ، عبد العزيز بن عبد الله بن باز. انتهى.

جاء في قرار مجمع الفقه الإسلامي السابق:

8. الأصل أن ذبح الدواجن والحيوانات الأخرى يتم باليد ، ولكن لا حرج في استخدام الأجهزة الميكانيكية لذبح الدواجن بشرط استيفاء شروط الذبح الشرعي المذكورة في الفقرة الثانية. ويجوز أن نقول "بسم الله" مرة واحدة عن كل دفعة تذبح في جلسة متواصلة ، أما إذا كان هناك انقطاع فيجب تكرار قول "بسم الله". انتهى.

لكن بيان المجلس لم يحدد أن عبارة "بسم الله" يجب أن تأتي من القائم بتشغيل الآلة.

قال د. محمد سليمان الأشقر: قول "بسم الله" في حال كثرة الذبح ، إذا كان يذبح باليد على الطريقة الإسلامية ، قد يكون مرهقا على الذبح. على سبيل المثال ، إذا كان على الشخص أن يذبح 1200 دجاجة في الساعة بمعدل دجاجة واحدة كل ثلاث ثوان ، فعليه أن يقول "بسم الله والله أكبر" 1200 مرة في الساعة وهذا أمر مرهق وصعب للغاية ، ومثل هذه الصعوبة المرهقة يجب تجنبها في الإسلام لقول الله تعالى (وَمَا كَانَ عَلَيْكُمْ فِي الدِّينِ شِقَّةً) [الحج 22: 78].

ومن هنا نص مجلس الفتوى في الكويت ، الذي كنت عضوا فيه وقت صدور هذه الفتوى ، على أنه عند ذبح عدد كبير من الدواجن يكفي أن نقول "بسم الله" عليها مرة واحدة ، في البداية ، إذا كانت المهمة للمضي قدما بشكل مستمر دون توقف. وإن كان هناك سكون لسبب ما ، فعلى القاتل أن يقول "بسم الله" الباقي.

انتهى من مجلة مجمع الفقه الإسلامي العدد رقم. 10 ، المجلد. 1 ، ص. 346.

وسئل الشيخ ابن عثيمين رحمه الله السؤال الآتي:

ذهبت لزيارة المزارع الوطنية للدواجن ورأيت كيف يذبحون الدجاج في البداية يعلقون الدجاج حتى لا يتمكنوا من الحركة ، ثم يمرون فوق الذبح الذي يذبحهم دون أن يقولوا "بسم الله". سألته: لماذا لا تقل "بسم الله"؟ قال: لأني أقول بسم الله إذا دخلت ولا أستطيع أن أقول لخمسمائة ألف دجاجة. لذلك عندما أبدأ أقول: "بسم الله ، الله أكبر" ، وهذا يكفي. قلت من سأل؟ قال: أفتى العلماء بذلك وأباحوا.

لا أدري يا شيخ هل هذا العمل جائز؟

فأجاب: لا بد من قول "بسم الله" على شيء معين ، سواء كان واحدًا أو أكثر. على سبيل المثال ، إذا كان يصطف ألف دجاجة ، فعند تشغيل الآلة قال "بسم الله" ، هذا كافٍ. ثم إذا اصطف ألف دجاجة أخرى ، على سبيل المثال ، وبدأ الآلة وبدأت السكاكين في التحرك ، فيكفي أن يقول "بسم الله" لهذه الدفعة. وإذا اصطفت له دفعة أخرى يقول لها بسم الله.

السائل: يقول: قلت بسم الله مرة وهذا يكفي؟

الشيخ: تقصد حتى تتوقف الآلة؟ لا ، لا يجوز ذلك ، لأن كلمة "بسم الله" يجب أن تقال على شيء معين.

السائل: سؤال آخر يا شيخ. كما ذهبنا لزيارة مزارع أسترا في تبوك حيث كانوا يذبحون السمان. ماذا يعملون؟ يعلقون هذه الطيور ، ثم بعد تعليقهم يمرون فوق آلة ترش الماء على الطيور وتصدمها بعض الشيء ، ثم يمرون فوق شيء مثل الجدار مكتوب عليه: بسم الله والله أكبر ، ثم يذهبون. إلى آلة تقطع رؤوسهم. قال المسؤول إن هذا مقبول. هل يصح تدوين عبارة "بسم الله والله أكبر"؟

الشيخ: كل هذا جهل والآن عليك أن تبارك الله ما رأيته أنت وإخوانك في بيان موقع وترسله إلى دار الإفتاء وتخبرهم إذا رأيت ذلك هل هو؟ كان هذا العام أو قبل بضع سنوات ، لتقوم بواجبك في هذا الأمر.

السائل: يا شيخ يقولون إن جماعة من المشايخ أفتوا بذلك.

الشيخ: لا ، بعض المشايخ أفتوا بغير هذا. ربما يكون قد أصدر فتوى بما قلته ، وهو أنه يجوز له جمع دفعة ثم تشغيل الآلة لهذه الدفعة ، حتى لو لم يقل "بسم الله" لكل طائر على حدة. وهي كالحالة التي يرى فيها قطيعاً من الطيور ويطلق عليها النار ويقول "بسم الله" ويسقط عشرون طائراً فيحلال.

الظاهر ، والله أعلم ، أن ما ذكره الشيخ رحمه الله من قوله "بسم الله" لكل دفعة معينة من الطيور لا يشترط ، لأن قوله "بسم الله". "مرة واحدة في هذه الحالة مماثلة لما يتم عند الصيد. عند الصيد ليس من الضروري أن نقول "بسم الله" لكل هدف محدد بدلاً من قول "بسم الله" مرتبطة بالسلاح. فلو قال الإنسان "بسم الله" على سلاحه بنية الصيد ، وأمسك بغير ما قصده فهو حلال.

ونستعرض هنا بعض الكلمات المفيدة للشيخ محمد تقي العثماني حفظه الله ، والتي تؤكد ما قلناه أعلاه في مبدأ أن تقال "بسم الله" على حيوان معين (أو دفعة) وهذا القول: بسم الله "مرة واحدة فقط من جانب الشخص الذي يقوم بتشغيل الآلة هو نوع من الامتياز يختلف عن المبدأ الأساسي ، قياسا على ما يحدث عند الصيد. ويوضح أنه لا فائدة من أن يقف شخص ما بجوار الآلة ويقول "بسم الله" عندما لا يقوم بتشغيلها بالفعل.

قال رحمه الله:

وأما موضوع قوله تعالى: "بسم الله": يصعب استعمال هذه الطريقة. المشكلة الأولى هي تحديد من يقوم بالذبح ، لأن البسملة واجبة على الذبح لدرجة أنه إذا قال الرجل "بسم الله" ثم قام آخر بالذبح ، فلا يجوز. فالسؤال: من هو الجزار في حالة هذه الآلة؟ ونستطيع أن نقول إن من بدأ تشغيل الآلة أول مرة يعتبر جزاحاً ، لأن وظيفة الآلة لا تنسب إلا لمن يشغلها ، لأن الآلات ليست كائنات واعية تنسب إليها الأفعال. فالعمل ينسب إلى من يستعملها ، فيصبح فاعلها بالآلة. لكن المشكلة هنا أن الشخص الذي يستخدم الآلة في بداية اليوم مثلاً يبدأ تشغيلها مرة واحدة فقط ، ثم تستمر الآلة في العمل خلال ساعات العمل ، وأحياناً تعمل لمدة أربع وعشرين ساعة ، ويقطع أعناق الآلاف. من الدجاج. فإذا قال الشخص الذي فتحه في أول النهار كلمة "بسم الله" مرة واحدة فقط ، فهل يكفي قول "بسم الله" لآلاف الدجاج التي تذبح طوال اليوم بعد تشغيل الآلة؟ فظاهر النص القرآني: (لا تأكلوا من اللحم الذي لم يلفظ به اسم الله) الأنعام: 121. ينطق بسم الله على حدة ويذبح بعد ذلك مباشرة. ومن هنا اشتق الفقهاء من أحكام الفقهاء التي تدل على ذكر اسم الله على كل حيوان أو لكل عمل.

وقد ذكرت هذه العبارات في بحثي وخلصت منها إلى أن جمهور الأئمة الذين اشترطوا لفظ اسم الله وقت الذبح يشترط أن يقال على حيوان معين ، وأن يكون عند الذبح. وقت الذبح ، ولا ينبغي أن يكون هناك فاصل كبير بين قول بسم الله وبين فعل الذبح. لم يتم استيفاء هذه الشروط في الطريقة الموضحة في حالة الآلات. إذا قال بسم الله مرة واحدة ، فهذا يعني أنه لم يقل بسم الله على حيوان معين ، وبين قوله "بسم الله" وذبحه لآلاف الدجاج قد يكون هناك فترة طويلة. فترة قد تستمر ليوم كامل أو يومين. لذلك يبدو أن هذا الكلام المنفرد "بسم الله" لا يكفي لذبح كل هذه الحيوانات.

ثم رأيت بعض المسالخ في كندا ، حيث يوجد رجل يقف بجانب السكاكين الدوارة ، ويقول باستمرار: "بسم الله أكبر". وفكرت: أما قوله "بسم الله" الذي يحمل ثقل شرعي فله المشاكل الآتية:

1- يجب أن ينطق الجزار بكلمة "بسم الله" ، فهذا الرجل الذي يقف بجانب السكين الدوارة لا علاقة له بعملية الذبح ، فهو لا يقوم بتشغيل الآلة أو تقليب السكين ، ولا يقترب الدجاج منه إلى أي مكان. بل هو رجل منفصل تماما عن الذبح ، ولفظه باسم الله لا يأتي من الذبح.

2- يأتي عدد من الدجاجات إلى السكين الدوارة في ثوانٍ ، ولا يستطيع هذا الرجل الواقف أن يقول اسم الله على كل واحدة من هذه الدجاجات دون فترات.

3. هذا الرجل الذي يقف هو إنسان وليس آلة أوتوماتيكية. لذلك لا يمكنه القيام بأي عمل سوى قول "بسم الله". قد يحتاج إلى القيام بأشياء من شأنها أن تشتت انتباهه عن قول "بسم الله" ، وخلال ذلك قد تمر عشرات الدجاجات عبر السكين الدوار.

وهناك قلق آخر يجب ملاحظته فيما يتعلق بموضوع قول "بسم الله" على الآلات ، وهو المقارنة بين تشغيل الآلة والإفراج عن كلب صيد. لا يجب أن نقول "بسم الله" عند موت الفريسة ، بل يجب أن يقال عند إطلاق سراح الكلب ، وقد يكون هناك فاصل طويل بين إطلاق الكلب وموت الفريسة ، وقد يقتل كلب الصيد. عدد من الحيوانات بعد إطلاق سراحهم مرة واحدة. فيبدو أن قول "بسم الله" مرة واحدة كافٍ ليكونوا جميعاً حلالاً. قال ابن قدامة رحمه الله: إذا قال الصياد "بسم الله" على فريسة (عند إفراج كلبه) ثم اصطاد أخرى فهو حلال ، وإن قال "بسم الله" على سهم واحد يطلق النار. ثم يأخذ آخر ويطلق عليه (بدون أن يقول بسم الله) فما يصطاده به (السهم الثاني) ليس حلالاً.

ما ذكرناه أعلاه له علاقة بالضرورة ، وفي الموضوع قيد البحث لا ضرورة له. لكن إذا فكرنا في ضرورة إنتاج كمية كبيرة خلال فترة وجيزة ، وذلك بسبب زيادة عدد السكان وارتفاع عدد المستهلكين وقلة الجزارين ، وكون الشرع تنازل عن الشرط. في تحديد الفريسة في الصيد لأنه مشقة للغاية كما قال ابن قدامة رحمه الله ، وفي مثل هذه الحالة تجيز الشريعة الرخص لدفع المشقة ، ففي هذه الحالة نقارن الأمر. قيد البحث في مسألة الضرورة (كما في الصيد) في ذكر اسم الله ، وذلك لدرء المشقة وتيسير الأمور على الناس. لكني لست متأكدا تماما من هذا الاستنتاج ، لكنني أردت طرحه للمناقشة من قبل العلماء للبت فيه ، ولم أصدر أي فتوى على هذا الأساس حتى الآن ، خاصة عندما يكون لدينا بديل مناسب عن ذلك. سكين دوار يلبي جميع احتياجات الإنتاج في نفس الوقت. البديل هو نزع السكين الدوارة من الآلة واستبدالها بأربعة رجال مسلمين يتناوبون على قطع حناجر الدجاج مع ذكر اسم الله في كل مرة يمر بها الدجاج المعلق.

هذا شيء اقترحته على مسلخ كبير في جزيرة ريونيون ، وقد فعلوا ذلك. تشير التجربة إلى أن هذا لم يقلل من معدل الإنتاج على الإطلاق ، لأن هؤلاء الناس قطعوا أعناق الدجاج في نفس الإطار الزمني للسكين الدوارة.

انتهى من فضيلة فضيلة الشيخ محمد تقي العثماني ، مجموعة مجمع الفقه الإسلامي ، العدد رقم. 10 ، المجلد. 1 ، ص. 541-544

1- يجب تجنب ذبح الدجاج بالصعق الكهربائي ، ولا يجوز للجهة المشرفة على الذبح السماح بذلك إلا إذا تأكدت من عدم تسببه في نفوق أي من الدجاج.

2- يكفي أن يقول عامل الآلة عند تشغيلها بسم الله ، ويجب تكرار ذلك بعد أي وقفة.

3. لا فائدة من أن يقول الرجال الخمسة بجانب الآلة "بسم الله" ، بل هذا مضيعة للوقت يجب إيقافه.

4 - على الجهات التي تشرف على الذبح الشرعي أن تراعي الشروط والضوابط في هذا الشأن ، وألا تتهاون في تطبيقها. وعليهم أن يحرصوا على ترتيب الذبح باليد بدلاً من الآلات ، على اقتراح الشيخ محمد تقي العثماني. وذلك للتخلص من المشاكل المتعلقة بالصعق الكهربائي وقول "بسم الله" ، وذلك لتجنب احتمال ذبح بعض الدجاج بشكل غير لائق عند المرور فوق السكين الدوار ، بسبب اختلاف الحجم. بين الدجاج. هذه مشكلة أشار إليها بعض الباحثين.


شاهد الفيديو: الصدمة النفسية واضطرابات ما بعد الخبرة الصادمة (قد 2022).


تعليقات:

  1. Terg

    انت على حق تماما. في ذلك شيء ممتاز أيضًا الفكرة ، يتفق معك.

  2. He Lush Ka

    الجواب الآمن ؛)

  3. Kizragore

    هل تعرف لماذا؟

  4. Padarn

    أعرف موقعًا مع إجابات على مثيرة للاهتمام لك سؤالًا.

  5. Kristoffer

    إذن ، ما هو التالي!

  6. Haraford

    أعتقد أنك مخطئ. أنا متأكد. يمكنني الدفاع عن موقفي.



اكتب رسالة