التنفس عند الإنسان

التنفس عند الإنسان

• جهاز التنفس البشري مُصمّم لاستيعاب كمية كبيرة من الأكسجين، وهو ضروري للعيش على اليابسة، حيث يفقد الكائن الحي الماء للبيئة المحيطة.
• تبادل الغازات في الجسم يتم بتنسيق بين جهازين:
  • جهاز تنفس لنقل وتبادل الغازات بين البيئة المحيطة والرئتين.
  • جهاز دم لنقل وتبادل الغازات بين الرئتين و خلايا الجسم.
• الفرق بين تبادل الغازات والتنفس الخلوي:
  • تبادل الغازات هو عملية دخول هواء غني بالأكسجين إلى الرئتين و خروج هواء غني بثاني أكسيد الكربون (بين الرئتين والبيئة الخارجية).
  • التنفس الخلوي هو تبادل الغازات داخل الخلايا، حيث تحتاج كل خلية إلى أكسجين لإنتاج الطاقة (تُستمد من الدم - كريات دم حمراء) و تطلق ثاني أكسيد الكربون.
• معادلة كيميائية للتفاعل:
  • A.T.P + 6 H2O + 6CO2 → 4O2 + C6H12O6

مُكونات جهاز التنفس

• فتحات للتنفس (مثل الأنف)
• أنابيب لنقل الهواء ( القصبة الهوائية )
• رئتين لتبادل الغازات مع الدم.

مُكونات الأنف

• الجيوب الأنفية: ممرات ملتوية داخل الأنف، تزيد من مساحة التلامس بين الهواء والمخاط.
• المخاطية الأنفية: طبقة تفرز سائلاً مخاطياً رطباً، يقوم بترطيب و تسخين الهواء والتقليل من تأثيرة على الرئتين.
• وظيفة السائل المخاطي:
  • ترطيب الهواء وإكسابه حرارة و بعض الرطوبة لتناسب البيئة الرئوية.
  • تنقية الهواء من البكتيريا والفيروسات والجسيمات الأخرى، حيث تلتصق بالجسيمات المخاطية.
• الأهداب: شعيرات دقيقة تتحرك بحركة موجية، تدفع السائل المخاطي مع الجسيمات إلى البلعوم ليُبتلع بالمريء.

القصبة الهوائية والشُعَيّبات الرئوية

• جدران سميكة، مساحة تلامس مع الهواء صغيرة، و الأوعية الدموية بها قليلة، وهذا لا يُمكن تبادل الغازات ناجعاً.
• تُغطى الجدران بالغضاريف والعضلات و خلاياٍ إبيثيليّة مُغطاة بأهداب، وبينها خلايا غدية تُدعى خلايا كأس تفرز مخاطاً يلتصق بالجسيمات الغريبة الداخلة إلى أنابيب الهواء.
• الأهداب تُبعد الجزيئات الغريبة باتجاه البلعوم.

حويصلات الرئة

• أكياس صغيرة رقيقة الجدران، عددها كبير لزيادة سطح تبادل الغازات.
• جدرانها رطبة تذيب الأكسجين، وتحيط بها شعيرات دموية كثيرة لتبادل الغازات.
• المبنى مُلائم جداً لعملية تبادل الغازات بين الهواء والدم.

القفص الصدري

• يُحدد تجويف الصدر.
• الأضلاع، عظام رفيعة موصولة بفقرات العمود الفقري.
• الحجاب الحاجز، عضلة عريضة تفصل تجويف الصدر عن تجويف البطن، تشبه القبة.

تبادل الغازات في الحويصلات الرئوية

• الأكسجين ينتقل من الحويصلات الرئوية إلى الدم، وثاني أكسيد الكربون ينتقل من الدم إلى الحويصلات الرئوية.
• سرعة عملية الانتقال هامة، لأنّ وقت بقاء الدم في الرئتين قصير جداً.
• عوامل مُساعدة:
  • مساحة سطح الحويصلات الرئوية والشعيرات الدموية كبيرة.
  • مسافة الانتشار قصيرة.
  • البيئة في الحويصلات الرطبة.
  • منحدر ضغوط جزئية للغازات بين الحويصلات الرئوية والاوعية الدموية.

عوامل تؤثر على وتيرة الانتشار

• فرق بين تراكيز المادة بين المحيطين.
• سطح التلامس بين الجسيمات والمحيط
• حرارة الجسيمات
• طول المسار

الغشاء البلوري

• غشاء مزدوج الطبقة يُغطي الرئتين، والطبقة الأخرى مُلتصقة بجدار قفص الصدر.
• طبقة السائل بين الغشاءين تساعد في إلصاق الرئتين بجدار تجويف الصدر.

عملية الشهيق والزفير

• تتم هذه العملية بمساعدة عضلات الصدر والحجاب الحاجز.
  • الشهيق : زيادة حجم تجويف الصدر وانخفاض ضغط الهواء داخل الرئتين.
    • يَدخل الهواء إلى الرئتين.
  • الزفير : انخفاض حجم تجويف الصدر وزيادة ضغط الهواء داخل الرئتين
    • يخرج الهواء من الرئتين.

تنظيم عملية التنفس

• مركز التنفس في المخ المستطيل يُراقب عملية التنفس.
• يُنظم مركز التنفس عملية التهوئة الرئوية، أي التوافق بين وتيرة التنفس وحجم التنفس واحتياجات الجسم.
• عوامل تؤثر:
  • تركيز الأكسجين.
  • تركيز ثاني أكسيد الكربون.
  • تركيز أيونات الهيدروجين (pH) في سوائل الجسم.
  • إنشداد جدار الرئتين.

العلاقة بين القلب والرئتين

• جهاز الدم ينقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الرئتين والخلايا.
• معظم الأكسجين يُحمل بواسطة خلايا الدم الحمراء مرتبطًا بجزيئات الهيموغلوبين.
• الهيموغلوبين هو جزء أساسي من خلايا الدم الحمراء، يتكون من أربعة سلاسل بروتينات و ذرات حديد تُسمى مجموعة هيم , تستطيع كل ذرة حديد الربط بجزيء أكسجين، لذلك يمكن لكل جزيء هيموغلوبين أن يربط أربعة جزيئات أكسجين.
• ثاني أكسيد الكربون ينتقل في الدم على شكل أيونات بيكربونات، أو مذابَ في بلازما الدم.

ملوثات الهواء

• ملوثات بيولوجية (احيائية): فيروسات وبكتيريا تهاجم الرئتين.
• ملوثات غير بيولوجية (غير احيائية): غازات سامة، نتيجة حرق الوقود غير الكامل.
  • أول أكسيد الكربون: يرتبط مع الهيموغلوبين بدل الأكسجين مما يضر بالجسم.
  • القطران: مادة سوداء سائلة لزجة، تُسبب مشاكل في الجهاز التنفسي وسرطان الرئة.
  • النيكوتين: يُتجمع في الحويصلات الرئوية و يُسبب سرطان و ضرراً على الD.N.A

التنفس عند الكائنات الحية الأخرى

• الأسماك: تتنفس بواسطة الخياشيم، مبنية من أغشية دقيقة جداً لتزيد سطح تبادل الغازات.

• الحشرات: تتنفس بواسطة فتحات هواء (تراكي) على امتداد أجسامها.

• البرمائيات (مثل الضفادع): تتنفس بواسطة الرئتين والجلد في حالة البالغين.

• نقاط مشتركة في أجهزة التنفس المختلفة: مساحة سطح واسعة، أغشية رقيقة، أغشية رطبة، مسار انتشار قصير، شبكة كثيفة من الشعيرات الدموية.