تاثیر درجه حرارت بر عملکرد مغز و رشد و تکثیر سلولهای مغز قسمت پنجم

دکتر سید سلمان فاطمی [ متخصص داخلی مغز و اعصاب ]آدرس وب سایت : www.dr-salmanfatemi.ir
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول تلفن مطب : 32223328 - 031

در قسمتهای قبلی بیان شد که گرما در حد قابل قبول، عامل حرکت و حیات سلول زنده است و افزایش درجه حرارت، نقش مهمی در حیات دارد.برای تاثیر حرارت در افزایش واکنشهای شیمیایی و فیزیکی، ثابت وانت هوف بیان شد ولی باز بيان شد که افزایش بیش از حد حرارت، تاثیر بدتری را بر سلولهای زنده دارد.برخی مطالب در قسمتهای قبل تکرار میشود (افزایش درجه حرارت در حد متعادل، منجر به بهبود عملکرد سلولهای مغزی می شود ولی افزايش درجه حرارت درون مغز به بالای چهل درجه، تاثیر برعکس دارد و این تاثیر مضر، به خصوص روی سلولهایی است که فعالیت بیشتری دارند.

ورزش شدید در هوای گرم منجر به آسیب دیدن سد بین خون و مغز می گردد. در حالت سرد شدن مغز میزان البوميني که از سد تخریب شده به داخل مغز نفوذ می کند به حدود دو برابر می رسد ولی در وضعیت هيپرترميک و گرم شدن شديد یعنی حدود 41 درجه، این نفوذ به 26 برابر می رسد.این آسیب به سد بین خون و مغز در کورتکس پيريفورميس به حداکثر میرسد. ( Thompson SM, Musakawa LM, Rince DA. Temperature dependence of intrinsic membrane properties and synaptic potentials in hippocampal CA1 neurons in vitro. J. Neurosci.1985;5:817824. [PubMed]))

بار دیگر با یک تضاد مواجهيم و با یک نیرویی که بر این تضاد فائق می آید تا حیات جریان یابد . گرمایی که حیات بخش به مغز است و گرمای سوزاني که کشنده حیات برای مغز است و همین که امروز مغز انسان باقی مانده است نشان دهنده قدرت بی مانندی است که سوپاپهاي بین حرارت و حیات و سوختن و مرگ را به صورت متعادل، نگه داشته است. اینکه بگوئیم جهان امروز از هیچ به وجود آمده است و نیاز به قدرتی برای ساختن آن نیست، قطعا عاقلان را قانع نخواهد کرد .

ایجاد هماهنگیهای عمیق بین اجزای مختلف و متضاد که مانند پیشرفته ترین دستگاهها بین فشار زیاد و کم ، انتخاب طبیعی و انتخاب جنسی و گرما و سرما توازن ایجاد میکند، لازمه حیات زمینی است و قطعا عقلی در پس این هماهنگیها هست.(جهت مطالعه بیشتر در مورد این سوپاپهای حیاتی به قسمت چهارم این بحث مراجعه شود)پیش از پایان بحث درباره تاثیر حرارت بر مغز ، نگاهی سطحی بر تاثیر حرارت بر حیات به صورتي کلی می اندازيم.

در این قسمت گامی فراتر به سوی ریشه های حیات زميني یعنی هوا و آب برداشته میشود و به بخش مهمی از حيات يعني جریانهای همرفتی در هوا و دریا میپردازیم که نقش بسیار مهمی را در ایجاد باد و امواج دريا دارد. با گرم شدن اکثر گازها و مایعات، چگالی گاز و مایع کمتر میشود و مایع یا گاز گرمتر به روي قسمت سردتر می آید. این تغییر چگالی در نتیجه حرارت، یکی از شگفتی های خلقت است. و مانع از ايستايي آبها میشود.

این عدم ايستايي آبها به خصوص در مورد آبهای جاری شیرین، مهمتر است. این آبها اگر ساکن باشند به مرور زمان دچار فساد میشوند زیرا نمک آب دریاها را ندارند و عدم وجود نمک، محیط مناسبی را برای رشد باکتریها و ویروسها فراهم مي کند. جاری بودن این آبها از فساد جلوگیری میکند.به نظر میرسد با شیوع سد سازیهای گسترده و تجمع آبهای شیرین در پشت این سدها این جریان طبیعی مختل شده است. ولی در واقع اینطور نیست.

نکته مهم در تاثیرات درجه حرارت بر حرکات همرفتی آب این دریاچه هاست. همانطور که میدانیم آب تازه وارد شده به این دریاچه ها معمولا از چشمه ها و رودخانه هاست و درجه حرارت آن پایین است بنابراین با ورود آب سرد به دریاچه های سد یا دریاچه های طبیعی معمولا به دلیل چگالی بالاتر به قسمت پایین دریاچه ميرود و آب قدیمی تر و گرمتر به سطح می آید و چون معمولا تخلیه این دریاچه ها از کف آن صورت نمی گيرد بلکه بیشتر از قسمتهای سطحی تخلیه ميشوند، پس آبهای قدیمی تر که شاید اگر جاری نشوند فاسد گردند، سریعتر تخلیه میشوند و آبهای جدید و سرد در قسمت تحتانی دریاچه قرار می گیرد و باز با گرم شدن این آبها، آب گرمتر به سطح آب می آید و آبهای سرد رودخانه یا چشمه به قسمت پائینتر میرود.

دریاها که سطح آنها بسیار پایین است و تخلیه اي ندارند برای جلوگیری از فسادشان لازم است شور باشند ولی در همین دریاها هم وجود جریانات آبهای گرم سطحی و سرد عمقی وجود دارد و در کل، حرکات امواج آب بر اثر بادهایی که میوزد باعث جنبش سطح آب و حل شدن مقدار زیادی اکسیژن در آب ميشود.افزایش جریانهای اعماق دریا از اختلاف در دما و میزان نمک حاصل میشوند. جریانهای سطحی نیز از اصطکاک موجهای تولید شده در اثر وزش باد و جزر و مد پدیدار میشوند.
Gordon, Arnold. "Ocean Circulation" in The Climate System. Columbia University (New York), 2004. Accessed 6 July 2013.)
( Stewart, Robert H. Introduction To Physical Oceanography, pp. 23. Texas A & M University, 2008. Accessed 15 Sept. 2013.)

دمای دریا عمدتاً بر میزان تابش خورشیدی جذب شده وابسته است. در استوا، جایی که نور خورشید به طور مستقیم میتابد، دمای لایههای سطح میتواند تا ۳۰ درجه سانتیگراد افزایش یابد؛ در اطراف قطبها، دما در نقطه ذوب با یخ دریا در تعادل دمایی است. شوری آب دمای ذوب را کمتر از دمای ذوب آب شیرین کرده است (معمولا -۱٫۸). این اختلاف دما به گردش مداوم آب در دریا کمک میکند. جریانهای سطحی گرم با دور شدن از استوا سرد میشوند و با متراکمتر شدن، در آب فرومیرود. آب سرد در اعماق دریا، پیش از بالا آمدن سطح، به سمت استوا بازمیگردد. در سراسر جهان آب دریای در اعماق، دمایی بین -۲ تا ۵ درجه سانتیگراد دارد.
( Russell, F.S. & al. The Seas, pp. 225227. Frederick Warne, 1928.)

جریانهای دریایی وابسته به حرارت را در اینجا میبینم يعنی اگر گرمای خورشید عالم تاب نبود، آب دریاها ایستا میشد و در نتیجه عدم وجود موج ، میزان اکسیژن آن بسیار کاهش می یافت. پس می بینیم حرارت خورشید چه نقش برجسته ای در ایجاد حیات بر کره زمین دارد. البته نکته مهم تفاوتهای حرارتی و گرمایشی و اختلاف فشار هوا و آب در قسمتهای مختلف زمین است. و این تفاوتها سبب ایجاد باد و موج در آب و هوا میشود. (باز تضادی بین سرما و گرما که اگر توازنی در این تضادها ایجاد نشود ،حیاتی شکل نميگيرد).

در دریاهای منجمد، کریستالهای یخ در سطح دریا شروع به شکل گیری میکنند و جریانات زیر یخ ها باز باقی ميماند. خود این تشکیل یخ در سطح آب، نقش بسیار مهمی در ادامه حیات دارد و از شگفتترين پدیده هاست . آب سرد معمولا سنگینتر است و پایین میرود که نقش مهم آن را در تخلیه آبهای شیرین مانده و قدیمی و جایگزین شدن آن با آب سرد و تازه چشمه ها دیدیم. ولی با ادامه سرد شدن آب، و رسیدن به دمای انجماد ، چگالی یخ کاهش می یابد و یخ روی آب میماند و تشکیل یخ روی آب سبب میشود به عنوان عايقي ، آب روان زیر ، گرمتر بماند و موجودات آبزی در آب زیر لایه های یخی باقی بمانند .

اگر دوره های یخ بنداني را که زمین با آن مواجه بوده است در نظر بگیریم خواهیم فهمید، این سیستم شگفت انگیز یخ زدن آب است که امکان ادامه حیات را در زیر لایه های یخی فراهم کرده است. اگر مایعی غیر از آب روی زمین وجود داشت، امکان ادامه حیات در دور های یخ بندان نبود.میزان نور خورشیدی که به داخل دریا نفوذ میکند، به زاویه خورشید، آبوهوای محلی، و کدری دریا بستگی دارد. از نوری که به سطح دریا میرسد، بیشتر آن از سطح دریا بازتاب میشود، و طول موج قرمز در چند متر بالایی مشاهده میگردد. زرد و سبز تا اعماق بیشتر نفوذ میکند، و طول موجهای آبی و بنفش تا حدود ۱۰۰۰ متر نفوذ مینماید.( ↑ Russell, F.S. & al. The Seas, pp. 225227. Frederick Warne, 1928.)

میزان اکسیژن موجود در آب دریا در درجه اول به دما و موجودات زنده فتوسنتز کننده مانند جلبک، فیتوپلانکتون، و گیاهانی مانند علف دریایی بستگی دارد که در آن زندگی میکنند. در طول روز، فعالیت فتوسنتزی آنها اکسیژن تولید میکند، این اکسیژن در آب دریا حل میشود و حیوانات دریایی از آن استفاده میکنند. اشباع آب از اکسیژن در طول شب و در اعماق زیاد کمتر روی میدهد. باز در اینجا نقش مهم گرما و نور خورشید را در ادامه حیات می بینیم و وقتي بدانيم ابتداي سیر تکامل موجودات که نهایتا به مغز امروزی رسیده است، در آبها بوده است نقش حرارت و نور خورشید را در ادامه حیات در می یابیم.( ↑ Jeffries, Martin. "Sea ice" in the Encyclopædia Britannica Online. Britannica Online, 2012. Accessed 21 April 2013.)

گفته میشود که گرمشدن زمین اکسیژن سطح و عمق دریا را کاهش خواهد داد. باز متوجه نقش مهم تنظیمات درجه حرارت میشویم.حرارت نقش مهمی را در ایجاد و حفظ حیات داشته است ولی افزایش بیش از حد درجه حرارت میتواند میزان اکسیژن محلول در آب را کاهش دهد. این میزان کم شدن اکسیژن محلول اینگونه است
15 . mg/L at 0ºC to 8 mg/L at 30ºC ولی مانع دیگری با سرد شدن بیشتر حاصل میشود تشکیل یخ روی آب به عنوان عايق از میزان اکسیژن زیر آب می کاهد .http://www.ramp-alberta.org/river/water+sediment+quality/chemical/temperature+and+dissolved+oxygen.aspx

باید توجه شود که نقش اکسیژن در عملکرد سلولهای معزی بسيار بالاست و سلولهاي مغزی بیش از همه سلولهای ديگر بدن، اکسیژن میسوزانند و در سیر تکاملی موجودات، لازمه بزرگ شدن مغز میزان بالای اکسیژن محیط است به طوری که در سیر تکاملی خلقت، موجودات آبزی ابتدایی برای رشد بیشتر مغزشان مجبور شدند از آب بیرون بیاید تا از اکسیژن بیشتر هوای آزاد استفاده کنند.

افزایش حرارت آبها میتواند با افزایش رشد گیاهان فتوسنتز کنند میزان اکسیژن آب را بیشتر کند ولی با افزایش بيشتردرجه حرارت آب میزان اکسیژن محلول درآب کاهش می یابد که به نوبه خود میتواند از اکسیژن محلول در آب بکاهد و میزان اکسیژن موجود درهوا را بیشتر کند. باز توازن برقرار کردن بین گرما و سرما بسیار حساس است. زندگی آبزیان و هوازيان و میزان اکسیژن در دسترس آنها در گرما و سرما، و در نتیجه رشد مغز آنها در طول قرون آینده با شرایط پارادوکس بسیاری مواجه است که لازم است توازنی بین آنها قرار شود.در همین جا مبحث تاثیر دما بر حیات و رشد سلولهای مغزی به پایان میرسد . امید است نقدهای سازنده اي روی این بحث از طرف همراهان گرامی انجام شود.