مروری بر دستگاه تنفس
مجاري تنفسي، يكسري لولههايي هستند كه از يكسو با هواي محيط و از سوي ديگر با ششها ارتباط دارند و موجب انتقال گازهاي تنفسي بين محيط و ششها ميشوند.
حفره بيني به وسيله يك تيغه مياني به دو بخش تقسيم شده است.
● تيغه مياني در پايين از جنس غضروف و در بالاي استخواني است.
● مخاط حفره بيني داراي رگهاي خوني، غدههاي مخاطي و مژكهاي جنبنده فراوان است.
- رگهاي خوني، هواي تنفسي را گرم ميكنند.
- غدههاي مخاطي، با ترشحات خود، هواي تنفسي را مرطوب ميكنند.
- مژكها، ذرات گردو غبار و ميكروبهايي را كه به مخاط مرطوب بيني ميچسبند به طرف حلق ميرانند تا در حين بلع آب دهان، فرو برده شوند
هوا پس از عبور از بيني به حلق ميرسد.
حلق، فضايي است پوشيده از مخاط، اما عمل مخصوصي در تنفس ندارد فقط هوا را اندكي گرم و مرطوب ميكند
هوا پس از حلق، وارد حنجره ميشود.
● حنجره در ابتداي ناي قرار دارد و محل توليد صداست.
● حنجره غضروفهايي دارد كه باعث باز نگه داشتن آن ميشود. استخوان لامي در ساختمان حنجره به كار رفته است.
● حنجره، جز آنكه معبر هواست، كاري در تنفس انجام نمي دهد.
هوا پس از حنجره، وارد ناي ميشود.
● ناي، لوله ضخيمي است به طول تقريباَ ده سانتيمتر.
● لايه مخاطي ناي غدههاي فراواني دارد و سلولهاي پوششي آن مژكدار هستند.
● ترشحات غدههاي لايه مخاطي، باعث ميشود تا ذرات و باكتريهاي ريز، هنگام عبور از ناي به اين ترشحات بچسبند و به ششها نرسند.
● مژههاي سلولهاي پوششي، همواره با نوعي حركت پارويي، ذرات و باكتريهاي موجود در هوا را به طرف حلق ميراند. به اين ترتيب از ورود اينگونه ذرات به ششها جلوگيري ميشود.
● مواد موجود در هواي آلوده و نيز مواد حاصل از سيگار كشيدن ميتوانند با از كار انداختن اين مژكها، باعث عفونت دستگاه تنفسي و بروز بيماريهاي تنفسي شوند
ناي در انتهاي تحتاني خود به دو لوله كوچكتر به نام نايژه تقسيم ميشود.
● هر نايژه همراه با رگهاي خوني و اعصاب وارد يكي از ششها ميشود.
● لايه مخاطي نايژه نيز داراي ترشحات مخاطي و سلولهاي پوششي مژكدار است و از اين نظر مشابه ناي است
ششها، دو توده اسفنج مانند قابل ارتجاع هستند كه درون سينه جاي دارند.
● هر شش، هرمي شكل است كه رأس آن در بالا و قاعده آن روي ديافراگم قرار دارد.
● شش راست، بزرگتر از شش چپ است زيرا شش چپ در سطح داخلي خود يك فرورفتگي دارد كه جايگاه قلب است.
● به هر شش، يك نايژه وارد ميشود
نايژه، بعد از ورود به شش به انشعابات كوچكتري به نام نايژك تبديل ميشود.
● نايژكها نيز به انشعابات باريكتري به نام نايژكهاي انتهايي وارد ميشوند.
● هر نايژك انتهايي، به يك يا چند كيسه كوچك به نام كيسه هوايي ختم ميشود
كيسههاي هوايي از يك لايه بافت پوششي ساخته شده اند وسطح بسيار وسيعي دارند.
● ديواره كيسههاي هوايي، نازك و مرطوب است و اطراف هر كيسه هوايي را شبكه اي از مويرگهاي خوني احاطه كرده است. گازهاي تنفسي، در كيسههاي هوايي بين شش و خون مبادله ميشوند
شش در هر دم و بازدم، همواره منقبض و منبسط ميشود.
● انقباض و انبساط شش در قفسه سينه، باعث ايجاد اصطكاك بين ديواره شش و ديواره قفسه سينه ميشود. وجود اصطكاك تنفس را مشكل ميكند.
● در بسياري از جانوران، بين ششها و قفسه سينه يك پرده دو لايه به نام پرده جنب قرار گرفته است.
- لايه خارجي پرده جنب به قفسه سينه و لايه داخلي آن به سطح داخلي ششها چسبيده است.
- بين دو لايه پرده جنب، مايع لغزنده اي به نام مايع جنب قرار گرفته است.
● در نتيجه وجود مايع جنب، حركت ششها آسان ميگردد و دم و بازدم به راحتي انجام ميگيرد
قفسه سينه شبيه اتاقي مخروطي است كه ديواره آن را دندهها و ماهيچههاي بين دنده اي و كف آن را ماهيچه ديافراگم تشكيل ميدهد.
- تعداد دندهها 12 جفت است. همه دندهها از پشت به ستون مهرهها و بيشتر آنها از جلو به جناغ سينه متصل هستند.
- ماهيچه ديافراگم قفسه سينه را از محوطه شكم جدا ميكند و نقش مهمي در تنفس دارد.
گنجايش ششهاي هر فرد محدود است اما بسته به نوع نفس كشيدن ميزان تبادل هوا با محيط فرق ميكند.
● در هر دم و بازدم عادي، حدود نيم ليتر هوا به ششها وارد و از آن خارج ميشود. اين نيم ليتر هوا را هواي جاري ميگويند.
● اگر پس از يك بازدم عادي، يك بازدم عميق انجام شود ميتوان مقدار 5/1 ليتر هوا را از ششها خارج كرد. به اين 5/1 ليتر هواي اضافي خارج شده هواي ذخيره بازدمي ميگويند.
● پس از يك دم عادي، با يك دم عميق ميتوان مقدار 2 تا 5/2 ليتر هوا را به ششها وارد كرد. اين 2 تا 5/2 ليتر هواي اضافي وارد شده را هواي مكمل يا هواي ذخيره اي ميگويند.
● بنابر آنچه كه گفته شد، يك فرد ميتواند پس از يك دم عميق و بازدم عميق در حدود 5 ليتر هوا را از ششهاي خود خارج كند. به كل هوايي كه يك فرد پس از يك دم عميق، طي يك بازدم عميق تا حد ممكن بيرون ميدهد، ظرفيت حياتي گفته ميشود.
● از آنجا كه ششها هميشه نيمه باز هستند (چرا؟) مقداري هوا همواره در ششها هست كه حتي با بازدم عميق نيز خارج نمي شود. اين مقدار هوا را، هواي باقيمانده مينامند.
● مقداري هوا همواره در مجاري تنفسي باقي ميماند و به ششها نمي رسد. اين مقدار هوا را هواي مرده مينامند. در هر نفس عادي، مقدار هواي مرده، هواي جاري است.
● هواهاي تنفسي را به وسيله دستگاهي به نام اسپيرومتر اندازه ميگيرند
● تعداد حركات تنفسي در همه حالات برابر نيست. مثلاَ تعداد حركات دم و بازدم در هنگام ورزش افزايش و هنگام خواب كاهش مييابد.
● به طور متوسط، يك فرد بالغ در حال استراحت، 12 بار در دقيقه نفس ميكشد.
● در هنگام فعاليت و ورزش، لازم است هواي بيشتري بين كيسههاي هوايي و محيط بيرون مبادله شود.
● افزايش ميزان تبادل هوا از دو راه ممكن است:
-افزايش سرعت تنفس (تعداد دم و بازدم در دقيقه).
-افزايش عمق تنفس (افزايش مقدار هواي وارد شده به ششها).
● بهترين راه افزايش ميزان تبادل هوا، افزايش عمق تنفس است. با افزايش عمق تنفس، مقدار هوايي كه به ششها وارد ميشود، افزايش مييابد. در اين حالت، نسبت هوايي كه در هر دم به ششها وارد ميشود به هواي مرده بيشتر است. بنابراين مقدار هوايي كه به كيسههاي هوايي ميرسد افزايش خواهد يافت. در حالي كه اگر نفسها كوتاه و سريع باشد، بيشتر هواي مرده جا به جا ميشود و هواي كمتري به كيسههاي هوايي ميرسد
اولين مرحلهي فراهم آوردن انرژي، تغذيه است كه طي آن جاندار غذا را از محيط خود دريافت ميكند.
● مرحلهي بعد، آزادسازي انرژي ذخيره شده در پيوندهاي شيميايي مولكولهاي غذاست.
● مهمترين راه آزاد كردن انرژي موجود در پيوندهاي شيميايي مولكولها، اكسيداسيون آنهاست.
- تركيب مواد با اكسيژن را اكسيداسيون مينامند.
- اكسيداسيون را سوختن نيز مينامند.
● وقتي ماده اي ميسوزد، انرژي حاصل از اكسيداسيون آن به صورت گرما آزاد ميشود.
● در سلولها، آنزيمهاي ويژه اي وجود دارند كه مقداري از انرژي حاصل از اكسيداسيون مواد را در ATP ذخيره ميكنند و با اين كار از اتلاف انرژي به صورت گرما جلوگيري ميكنند.
● اين آنزيمها عمدتاَ در ميتوكندري هستند. به همين سبب، ميتوكندري با ذخيره انرژي در ATP، نقش مهمي در تأمين انرژي مورد نياز سلول دارد.
● مهمترين و فراوانترين منبع سوخت سلولي، قند گلوكوز است.
● واكنش اكسيداسيون كامل يك مولكول گلوكوز (6O12H6C) را ميتوان به صورت زير نشان داد:
● از واكنش بالا چنين نتيجه ميشود كه طي آزاد سازي انرژي، با دو نوع گاز سرو كار داريم:
- گاز اكسيژن
- گاز دي اكسيد كربن
● بدن، گاز اكسيژن را از محيط ميگيرد تا آن را براي اكسيداسيون مواد، مصرف كند.
● مقادير زياد گاز دي اكسيدكربن براي بدن خطرناك و سمي است. بنابراين، بدن گاز دي اكسيدكربن حاصل از سوختن مواد را به محيط بازميگرداند.
● گرفتن اكسيژن از محيط و دفع دي اكسيدكربن به محيط را تنفس مينامند.
● تنفس واقعي، در سلولها انجام ميشود، چون ATP سازي در سلولها انجام ميگيرد. سلولها اكسيژن را از خون ميگيرند و دي اكسيدكربن حاصل از اكسيداسيون غذاها را به خون باز ميگردانند. به اين فرايند، تنفس سلولي گفته ميشود.
● در جانوران پرسلولي گرفتن اكسيژن از محيط و دفع دي اكسيد كربن به محيط را دستگاهي به نام دستگاه تنفس برعهده دارد.
• عمل تنفس به دو شكل هوازي (با دخالت اكسيژن) و غير هوازي (بدون حضور اكسيژن) صورت ميگيرد. جانداران غيرهوازي، اصولاّ جز آغازيان و بيش از همه، اقسامي از باكتريها را شامل ميشوند ، اما گياهان و جانوران، تنفس هوازي دارند. البته، در مواقعي كه فعاليت بدني ما شديد باشد و اكسيژن به حد كافي در اختيار ماهيچهها قرار نگيرد، گلوكز به طريقي غيرهوازي (ناقص) ميسوزد و مقدار كمي انرژي حاصل ميآورد
از لحظهي كه يك مولكول اكسيژن هوا وارد دستگاه تنفس ميشود تا زماني كه به درون يكي از سلولهاي بدن برسد، مراحل زير طي ميشود:
1- انتقال از هوا به شش 2- انتقال از شش به خون (تبادل) 3- انتقال در خون 4- انتقال از خون به بافتها (تبادل) عكس اين حالات در مورد دي اكسيد كربن نيز صادق است
هنگام دم، در اثر اتساع ششها، فشار هواي درون آنها تقليل مييابد و در نتيجه هواي خارج وارد ششها ميشود. در بازدم برعكس، فشار هواي درون ششها بيش تر از فشار هواي خارج ميشود و در نتيجه، هواي داخل ششها به بيرون رانده ميشود. پس انتقال گازهاي تنفسي از هوا به ششها تابع اختلاف فشار بين هواي خارج و هواي داخل ششهاست. در دم اين اختلاف منفي است و در بازدم مثبت
اكسيژن موجود در كيسههاي هوايي به صورت گاز است و براي ورود به خون، بايد ابتدا در مايع مخاطي اطراف كيسههاي هوايي حل شود و سپس در حالت محلول از جدار تنفسي عبور كند. حركت اكسيژن محلول از طريق انتشار انجام ميگيرد و عامل مؤثر در اين حركت، اختلاف فشار اكسيژن بين كيسههاي هوايي و خون است. فشار اكسيژن در كيسههاي هوايي و خون نسبت مستقيم با غلظت اين ماده در اين دو مكان دارد. در مجاورت كيسههاي هوايي مويرگهاي خوني وجود دارند كه از يك سوي آنها خون تيره يعني خوني كه داراي اكسيژن كم و دي اكسيد كربن زياد است وارد ميشود و از سوي ديگر در اثر مبادلهي گازها با كيسه هوايي، خون روشن كه داراي اكسيژن زياد و دي اكسيدكربن كم است خارج ميشود. فشار اكسيژن در خون تيره خيلي كم تر از فشار اين گاز در كيسههاي هوايي است و از اين رو اكسيژن از كيسههاي هوايي به خون تيره منتقل ميشود. بدين ترتيب، خون تيره از اكسيژن غني شده، خون روشن را ايجاد ميكند. دي اكسيد كربن برعكس در خون تيره داراي فشار بيش تري نسبت به كيسههاي هوايي است، پس اين گاز در جهت عكس حركت كرده وارد كيسههاي هوايي ميشود
معمولاَ فشار اكسيژن در بافتها بين 20 تا 40 ميلي متر جيوه است، در حالي كه اين فشار در خون سرخرگي كه به مجاورت بافتها ميرسد در حدود 100 ميلي متر جيوه است . بنابراين، در مجاورت بافتها ابتدا اكسيژن محلول در پلاسما و بعد به تدريج اكسيژن از اكسي هموگلوبين جدا شده به درون بافتها انتشار مييابد. چون سلولهاي بدن مرتباَ در حال سوزاندن مواد غذايي و مصرف اكسيژن هستند، بالاتر بودن فشار اكسيژن در مويرگ نسبت به فشار اكسيژن در بافت هميشه حفظ ميشود و در نتيجه، اكسيژن مرتباَ از اكسي هموگلوبين جدا ميشود و به سوي بافت انتشار مييابد. هموگلوبين آزاد باقيمانده وقتي از طريق جريان خون به جدار كيسههاي هوايي رسيد، مجدداَ با اكسيژن تركيب ميشود و اكسي هموگلوبين توليد ميكند.در مجاورت كيسههاي هوايي
هموگلوبين با بعضي مواد مشابه مولكول اكسيژن نيز تركيب ميشود. يكي از اين مواد مونواكسيد كربن (CO) است. چون ميل تركيبي هموگلوبين به اين گاز 200 برابر بيش تر از ميل تركيبي آن با اكسيژن است، تركيب اين دو كه كربوكسي هموگلوبين ناميده ميشود تركيبي است بسيار پايدار. اين پايداري موجب ميشود كه در صورت تنفس گاز مونواكسيد كربن، به زودي ظرفيت حمل اكسيژن خون شديداَ كاهش يابد و موجب مسموميت شديد شود. مقدار مونواكسيدكربن در هواي تنفسي اگر به نسبت يك درصد باشد، در حدود ده درصد از هموگلوبين خون تبديل به كربوكسي هموگلوبين ميشود و لذا تنفس آن زيانبخش است.
