الاستئصال

الاستئصال ( من اللاتينية : ablatio - إزالة) هو إزالة أو تدمير مادة ما من جسم ما عن طريق التبخر أو الاحتكاك أو عمليات التآكل أو غيرها من الوسائل. وقد يُزال الجسم بالكامل عن طريق الاستئصال. وفيما يلي أمثلة على الاستئصال في سياق مختلف الصناعات، بما في ذلك مواد المركبات الفضائية المستخدمة في الصعود والدخول إلى الغلاف الجوي ، والجليد والثلج في علم الجليد ، والأنسجة البيولوجية في الطب ، ومواد الحماية السلبية من الحرائق .

في مجال الذكاء الاصطناعي ، وخاصةً التعلم الآلي ، يُقصد بالاستئصال إزالة أحد مكونات نظام الذكاء الاصطناعي. ^{[ 1 ]} ويُستدل على ذلك من علم الأحياء: إزالة مكونات الكائن الحي.

الاستئصال البيولوجي هو إزالة بنية أو وظيفة بيولوجية.

الاستئصال الجيني مصطلح آخر لكبت الجينات ، حيث يتم فيه إيقاف التعبير الجيني من خلال تغيير أو حذف معلومات التسلسل الجيني . أما في استئصال الخلايا، فتُدمر أو تُزال خلايا فردية من مجموعة أو مزرعة خلوية. ويمكن استخدام كلتا الطريقتين كأدوات تجريبية، كما هو الحال في تجارب فقدان الوظيفة . ^{[ 2 ]}

في الطب، يُعرف الاستئصال بأنه إزالة جزء من الأنسجة الحيوية ، وعادةً ما يتم ذلك جراحيًا . يُمكن إجراء استئصال سطح الجلد ( التقشير الكيميائي ، ويُسمى أيضًا تجديد سطح الجلد لأنه يُحفز التجدد ) باستخدام مواد كيميائية (الاستئصال الكيميائي)، أو الليزر ( الاستئصال بالليزر )، أو التجميد ( الاستئصال بالتبريد )، أو الكهرباء ( الكيّ ). يهدف هذا الإجراء إلى إزالة البقع الجلدية، وعلامات تقدم السن ، والتجاعيد ، وبالتالي تجديد البشرة. كما يُستخدم استئصال سطح الجلد في طب الأنف والأذن والحنجرة في العديد من العمليات الجراحية، مثل جراحة علاج الشخير .

يُستخدم هذا المصطلح أيضًا في سياق الاستئصال بالليزر ، وهي عملية يتم فيها كسر الروابط الجزيئية للمادة باستخدام الليزر . ولكي يتمكن الليزر من استئصال الأنسجة، يجب أن تكون كثافة الطاقة أو التدفق عالية، وإلا سيحدث التخثر الحراري، وهو ببساطة تبخر الأنسجة بفعل الحرارة.

في طب القلب ، يمكن استخدام الاستئصال بالترددات الراديوية (RFA) لعلاج مجموعة متنوعة من اضطرابات نظم القلب مثل تسرع القلب فوق البطيني ، ومتلازمة وولف-باركنسون-وايت (WPW)، وتسرع القلب البطيني ، ومؤخراً كعلاج للرجفان الأذيني .

يُعدّ الاستئصال الدوراني نوعًا من أنواع تنظيف الشرايين، ويتضمن إدخال أداة دقيقة تشبه المثقاب، ذات رأس ماسي، في الشريان المصاب لإزالة الترسبات الدهنية أو اللويحات. يُستخدم هذا الإجراء في علاج أمراض القلب التاجية لاستعادة تدفق الدم.

الاستئصال بالميكروويف (MWA) يشبه الاستئصال بالترددات الراديوية (RFA) ولكن بترددات أعلى من الإشعاع الكهرومغناطيسي.

يعمل الاستئصال بالموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (HIFU) على إزالة الأنسجة من داخل الجسم بطريقة غير جراحية.

استئصال نخاع العظم هو عملية يتم فيها التخلص من خلايا نخاع العظم البشري تمهيداً لزراعة نخاع العظم . ويتم ذلك باستخدام العلاج الكيميائي عالي الكثافة والإشعاع الكلي للجسم . ولذلك، لا علاقة له بتقنيات التبخير المذكورة في بقية هذا المقال.

يستخدم استئصال أنسجة المخ لعلاج بعض الاضطرابات العصبية ، وخاصة مرض باركنسون ، وأحيانًا لعلاج الاضطرابات النفسية أيضًا.

أفاد بعض الباحثين مؤخرًا بنتائج ناجحة في مجال الاستئصال الجيني. ويُعدّ الاستئصال الجيني، على وجه الخصوص، طريقةً أكثر فعاليةً لإزالة الخلايا غير المرغوب فيها، مثل الخلايا السرطانية ، نظرًا لإمكانية إنتاج أعداد كبيرة من الحيوانات التي تفتقر إلى خلايا مُحددة. ويمكن الحفاظ على السلالات المُستأصلة جينيًا لفترة طويلة ومشاركتها مع المجتمع البحثي. وقد أفاد باحثون في جامعة كولومبيا بإعادة تكوين الكاسبيزات المُستخلصة من ديدان C. elegans والبشر، والتي تحافظ على درجة عالية من التخصص في استهداف الخلايا السرطانية. وقد تُثبت تقنيات الاستئصال الجيني الموصوفة فائدتها في مكافحة السرطان. ^{[ 3 ]}

الاستئصال الكهربائي هو عملية تزيل المواد من قطعة العمل المعدنية لتقليل خشونة السطح .

يخترق الاستئصال الكهربائي أسطح الأكسيد عالية المقاومة، مثل تلك الموجودة على التيتانيوم والمعادن والسبائك النادرة الأخرى، دون صهر المعدن أو السبيكة غير المؤكسدة الموجودة أسفلها. وهذا يسمح بتشطيب السطح بسرعة كبيرة.

تتميز هذه العملية بقدرتها على توفير تشطيب سطحي لمجموعة واسعة من المعادن والسبائك الغريبة والشائعة الاستخدام، بما في ذلك: التيتانيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ، والنيوبيوم، والكروم والكوبالت، والإنكونيل ، والألومنيوم، ومجموعة من أنواع الفولاذ والسبائك المتوفرة على نطاق واسع.

تعتبر عملية الاستئصال الكهربائي فعالة للغاية في تحقيق مستويات عالية من تشطيب الأسطح في الثقوب والوديان والأسطح المخفية أو الداخلية على قطع العمل المعدنية (الأجزاء).

تُعدّ هذه العملية مناسبة بشكل خاص للمكونات المصنّعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل المعادن المطبوعة ثلاثية الأبعاد. عادةً ما تُصنّع هذه المكونات بمستويات خشونة سطحية تتجاوز 5-20 ميكرون. يمكن استخدام الاستئصال الكهربائي لتقليل خشونة السطح بسرعة إلى أقل من 0.8 ميكرون، مما يسمح باستخدام هذه العملية اللاحقة في عمليات تشطيب الأسطح للإنتاج بكميات كبيرة.

في علم الجليد والأرصاد الجوية ، يشير مصطلح "الذوبان" - وهو عكس "التراكم" - إلى جميع العمليات التي تزيل الثلج أو الجليد أو الماء من نهر جليدي أو حقل ثلجي. ^{[ 4 ]} ويشمل الذوبان ذوبان الثلج أو الجليد المتدفق من النهر الجليدي، والتبخر ، والتسامي ، وانفصال الكتل الجليدية، أو إزالة الثلج بفعل الرياح. عادةً ما تكون درجة حرارة الهواء هي العامل المسيطر على الذوبان، بينما يكون لهطول الأمطار تأثير ثانوي. في المناخ المعتدل خلال موسم الذوبان، يبلغ متوسط ​​معدلات الذوبان حوالي 2  ملم/ساعة. ^{[ 5 ]} عندما يكون الإشعاع الشمسي هو السبب الرئيسي لذوبان الثلج (على سبيل المثال، إذا كانت درجات حرارة الهواء منخفضة تحت سماء صافية)، فقد تتشكل على سطح الثلج أنماط مميزة للذوبان مثل "التجاويف الشمسية " و "التلال الجليدية". ^{[ 6 ]} يمكن أن يشير الذوبان إلى فقدان الكتلة من السطح العلوي للنهر الجليدي أو ذوبان الجليد الناتج عن المحيط وانفصال الكتل الجليدية على واجهة نهاية النهر الجليدي. ^{[ 7 ]}

يمكن أن يشير مصطلح التآكل إما إلى عمليات إزالة الجليد والثلج أو إلى كمية الجليد والثلج التي تمت إزالتها.

أظهرت الدراسات أن الأنهار الجليدية المغطاة بالحطام تؤثر بشكل كبير على عملية الذوبان. إذ تتشكل طبقة رقيقة من الحطام على سطح الأنهار الجليدية، مما يزيد من سرعة الذوبان تحت الجليد. تُقسم الأجزاء المغطاة بالحطام من النهر الجليدي الذي يتعرض للذوبان إلى ثلاث فئات: المنحدرات الجليدية، والبرك، والحطام. تُمكّن هذه الأقسام الثلاثة العلماء من قياس كمية الحرارة التي تمتصها المنطقة المغطاة بالحطام، والتي تُحسب بناءً على مساحة المنطقة المغطاة بالحطام وكمية الحرارة الصافية الممتصة فيها. تُجرى هذه الحسابات على العديد من الأنهار الجليدية لفهم وتحليل أنماط الذوبان المستقبلية. ^{[ 8 ]}

تتحرك المورينات (الحطام الجليدي) بفعل العمليات الطبيعية التي تسمح بانزلاق المواد على سطح النهر الجليدي. ويُلاحظ أنه إذا كان انحدار النهر الجليدي شديدًا، فإن الحطام سيستمر في التحرك على طول النهر الجليدي إلى موقع أبعد. تختلف أحجام ومواقع الأنهار الجليدية حول العالم، لذا فإن أنواع الحطام قد تختلف تبعًا للمناخ والجغرافيا الطبيعية. يعتمد حجم الحطام وكميته على مساحة النهر الجليدي، وقد يتراوح من شظايا بحجم الغبار إلى كتل بحجم منزل. ^{[ 9 ]}

أُجريت العديد من التجارب لتوضيح تأثير الحطام على سطح الأنهار الجليدية. صمّم يوشيوكي فوجي، الأستاذ في المعهد الوطني لأبحاث القطب الشمالي ، تجربةً أظهرت تسارع معدل الذوبان تحت طبقة رقيقة من الحطام، وتباطؤه تحت طبقة سميكة، مقارنةً بسطح الثلج الطبيعي. ^{[ 10 ]} يكتسب هذا العلم أهميةً بالغةً نظرًا لأهمية توافر موارد المياه على المدى الطويل، وتقييم استجابة الأنهار الجليدية لتغير المناخ . ^{[ 11 ]} يُعدّ توافر الموارد الطبيعية دافعًا رئيسيًا وراء الأبحاث التي تُجرى فيما يتعلق بعملية الذوبان، والدراسة الشاملة للأنهار الجليدية.

يتأثر الاستئصال بالليزر بشكل كبير بطبيعة المادة وقدرتها على امتصاص الطاقة، لذا يجب أن يكون لطول موجة ليزر الاستئصال عمق امتصاص أدنى. ورغم أن هذه الليزرات قد تُنتج طاقة متوسطة منخفضة، إلا أنها توفر ذروة شدة وكثافة طاقة تُحددان بالعلاقة التالية:

${\displaystyle {\begin{aligned}{\text{الشدة}}(\mathrm {W} /\mathrm {cm} ^{2})&={\frac {{\text{متوسط ​​القدرة}}(\mathrm {W} )}{{\text{مساحة البؤرة}}(\mathrm {cm} ^{2})}}\\[5pt]{\text{ذروة الشدة}}(\mathrm {W} /\mathrm {cm} ^{2})&={\frac {{\text{ذروة القدرة}}(\mathrm {W} )}{{\text{مساحة البؤرة}}(\mathrm {cm} ^{2})}}\\[5pt]{\text{التدفق}}(\mathrm {J} /\mathrm {cm} ^{2})&={\frac {{\text{طاقة نبضة الليزر}}(\mathrm {J} )}{{\text{مساحة البؤرة }}(\mathrm {cm} ^{2})}}\end{aligned}}}$

بينما تبلغ ذروة الطاقة

${\displaystyle {\text{Peak power }}(\mathrm {W} )={\frac {{\text{pulse energy }}(\mathrm {J} )}{{\text{pulse duration }}(\mathrm {s} )}}}$

أصبح استئصال سطح القرنية إجراءً شائعًا في العديد من جراحات تصحيح النظر، باستخدام نظام ليزر الإكسيمر ( ليزك ولازك ). ولأن القرنية لا تنمو مجددًا، يُستخدم الليزر لإعادة تشكيل خصائصها الانكسارية لتصحيح أخطاء الانكسار ، مثل الاستجماتيزم وقصر النظر وطول النظر . كما يُستخدم استئصال القرنية بالليزر لإزالة جزء من جدار الرحم لدى النساء اللواتي يعانين من مشاكل في الدورة الشهرية وداء البطانة الرحمية ، في عملية تُسمى استئصال بطانة الرحم .

أظهر الباحثون تقنية ناجحة لاستئصال الأورام تحت السطحية بأقل قدر من الضرر الحراري للأنسجة السليمة المحيطة، وذلك باستخدام شعاع ليزر مركز من مصدر ليزر ثنائي نبضي فائق القصر. ^{[ 12 ]}

تُستخدم الدهانات المضادة للترسبات البحرية وغيرها من الطلاءات ذات الصلة بشكل روتيني لمنع تراكم الكائنات الدقيقة والحيوانات الأخرى، مثل البرنقيل، على قاع هياكل السفن الترفيهية والتجارية والعسكرية. وغالبًا ما تُستخدم الدهانات القابلة للتآكل لهذا الغرض لمنع تخفيف أو تعطيل عامل منع الترسبات. مع مرور الوقت، يتحلل الطلاء ببطء في الماء، كاشفًا عن مركبات جديدة مضادة للترسبات على السطح. ويمكن لتصميم عوامل منع الترسبات ومعدل التآكل أن يوفر حماية طويلة الأمد من الآثار الضارة للترسبات البيولوجية.

يمكن أن تكون منتجات إيقاف الحريق ومقاومته ذات طبيعة احتراقية. وهذا يعني مواد ماصة للحرارة ، أو مواد تُستهلك تدريجيًا عند تعرضها للحريق ، مثل منتجات السيليكون المقاومة للحريق. عند تعرضها للحريق أو الحرارة لفترة كافية، تتفحم هذه المنتجات وتتفتت وتختفي. الفكرة هي وضع كمية كافية من هذه المادة في مسار الحريق للحفاظ على مستوى معين من مقاومة الحريق ، كما يتضح من اختبار الحريق . عادةً ما تحتوي المواد الاحتراقية على تركيز عالٍ من المواد العضوية التي تتحول إلى رماد بفعل الحريق. في حالة السيليكون، يحيط المطاط العضوي بغبار السيليكا الناعم جدًا (تصل مساحة السطح الإجمالية لجميع جزيئات الغبار إلى 380 مترًا ^مربعًا لكل غرام من هذا الغبار ). عندما يتعرض المطاط العضوي للحريق، يحترق ويتحول إلى رماد، تاركًا وراءه غبار السيليكا الذي صُنع منه المنتج.

الأقراص الكوكبية الأولية هي أقراص دوارة تحيط بالنجوم الفتية حديثة التكوين، تتكون من غاز كثيف وغبار . بعد فترة وجيزة من تكوّن النجوم ، غالبًا ما يتبقى لديها مواد محيطة لا تزال مرتبطة بها بفعل الجاذبية، مُشكّلةً أقراصًا بدائية تدور حول خط استواء النجم، على غرار حلقات زحل . يحدث هذا لأن انخفاض نصف قطر المادة النجمية الأولية أثناء التكوين يزيد من الزخم الزاوي ، مما يعني أن هذه المادة المتبقية تُدفع بقوة لتُشكّل قرصًا نجميًا مُسطّحًا حول النجم. قد ينضج هذا القرص النجمي في النهاية ليُصبح ما يُعرف بالقرص الكوكبي الأولي: قرص من الغاز والغبار والجليد ومواد أخرى قد تتشكل منها أنظمة كوكبية . في هذه الأقراص، تبدأ المادة الدائرة بالتراكم في المستوى الأوسط البارد للقرص نتيجةً لالتصاق حبيبات الغبار والجليد ببعضها. تنمو هذه التراكمات الصغيرة من الحصى إلى الصخور إلى الكواكب الوليدة المبكرة، والتي تسمى الكواكب الأولية ، ثم الكواكب الأولية ، وفي النهاية الكواكب الكاملة . ^{[ 13 ]}

نظرًا للاعتقاد السائد بأن النجوم الضخمة قد تلعب دورًا في تحفيز تكوين النجوم (عن طريق إحداث عدم استقرار جاذبي، من بين عوامل أخرى)، ^{[ 14 ]} فمن المحتمل أن تعيش نجوم فتية أصغر حجمًا ذات أقراص بالقرب نسبيًا من نجوم أقدم وأكثر ضخامة. وقد تأكد هذا بالفعل من خلال الملاحظات في بعض التجمعات النجمية ، مثل تجمع شبه المنحرف . ^{[ 15 ]} ولأن النجوم الضخمة تميل إلى الانهيار عبر المستعرات العظمى في نهاية حياتها، يبحث العلماء حاليًا في دور الموجة الصدمية لمثل هذا الانفجار، وبقايا المستعر الأعظم الناتجة عنه ، إذا ما حدث في مسار قرص كوكبي أولي. ووفقًا لمحاكاة حاسوبية، فإن اصطدام بقايا مستعر أعظم بقرص كوكبي أولي سيؤدي إلى تآكل كبير للقرص، وهذا التآكل سيزيل كمية كبيرة من المادة الكوكبية الأولية من القرص، ولكنه لن يدمر القرص بالكامل بالضرورة. ^{[ 16 ]} هذه نقطة مهمة لأن القرص الذي ينجو من مثل هذا التفاعل مع وجود كمية كافية من المواد المتبقية لتشكيل نظام كوكبي قد يرث كيمياء قرص متغيرة من بقايا المستعر الأعظم، مما قد يكون له آثار على الأنظمة الكوكبية التي تتشكل لاحقًا.

في تصميم المركبات الفضائية ، يُستخدم التبخير الحراري لتبريد وحماية الأجزاء الميكانيكية و/أو الحمولات التي قد تتضرر بفعل درجات الحرارة المرتفعة للغاية. ومن أبرز تطبيقاته الدروع الحرارية للمركبات الفضائية التي تدخل الغلاف الجوي للكواكب قادمةً من الفضاء، وتبريد فوهات محركات الصواريخ . ومن الأمثلة على ذلك وحدة القيادة في برنامج أبولو التي حمت رواد الفضاء من حرارة دخول الغلاف الجوي، ومحرك المرحلة الثانية من صاروخ كيستريل المصمم خصيصًا للاستخدام في بيئة فراغ الفضاء نظرًا لاستحالة انتقال الحرارة بالحمل .

بشكل أساسي، صُممت المواد المقاومة للحرارة بحيث لا تنتقل الحرارة إلى هيكل المركبة الفضائية، بل يتحمل سطحها الخارجي فقط الجزء الأكبر من تأثير التسخين. وتُستخدم المواد الخزفية لهذا الغرض. ^{[ 17 ]} يتفحم السطح الخارجي ويحترق ببطء شديد، كاشفًا تدريجيًا عن مادة واقية جديدة تحته. تحمل الغازات الناتجة عن عملية التآكل الحرارة بعيدًا عن المركبة الفضائية، ولا تخترق المادة السطحية أبدًا، مما يحافظ على درجة حرارة آمنة للهياكل المعدنية وغيرها من الهياكل الحساسة التي تحميها. ومع احتراق السطح وتناثره في الفضاء، تستمر المادة الصلبة المتبقية في عزل المركبة عن الحرارة المستمرة والغازات شديدة السخونة. ^{[ 17 ]} وقد حُسب سُمك طبقة التآكل ليكون كافيًا لتحمل الحرارة التي ستواجهها خلال مهمتها.

يوجد فرع كامل من أبحاث رحلات الفضاء يُعنى بالبحث عن مواد جديدة مقاومة للحريق لتحقيق أفضل أداء في مقاومة الاحتراق؛ وهذه الوظيفة بالغة الأهمية لحماية ركاب المركبة الفضائية وحمولتها من التعرض المفرط للحرارة. ^{[ 18 ]} وتُستخدم التقنية نفسها في بعض تطبيقات الحماية السلبية من الحرائق ، وفي بعض الحالات من قِبل الموردين أنفسهم، الذين يقدمون إصدارات مختلفة من هذه المنتجات المقاومة للحريق، بعضها مُخصص لقطاع الطيران والفضاء، وبعضها الآخر لحماية المباني من الحرائق .

• حروق ناتجة عن وميض القوس الكهربائي
• درع واقٍ

• التقشير الكيميائي . الجمعية الأمريكية لجراحة الأمراض الجلدية.
• جراحة الليزك للعيون . معلومات من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية.
• فيزياء الاستئصال بالليزر