كتاب الاحياء الخامس العلمي PDF
Document Details
Uploaded by violet004
Tags
Summary
This textbook, for the 5th grade science in high school, covers the topic of respiration and gas exchange. It details an introduction, cellular respiration, respiration in plants, and respiration in animals. It also explains various respiration mechanisms and concepts in animals and plants.
Full Transcript
الفصل الثاني 2 التنفس والتبادل الغازي ()Respiration & Gas Exchange المحتويات مقدمة 1-2 التنف س الخلوي 2-2...
الفصل الثاني 2 التنفس والتبادل الغازي ()Respiration & Gas Exchange المحتويات مقدمة 1-2 التنف س الخلوي 2-2 التنف س في النباتات 3-2 التنف س في الحيوانات 4-2 ا سئلة الف صل 55 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي النواتج التعليمية يكون الطالب قادرًا على أن: -1يعرف التنف س الخلوي. -2ي شرح م ضمون التنف س الخلوي من خالل مراحل اك سدة الكلوكوز االربعة. -3يقارن بين عمليتي البناء ال ضوئي والتنف س في النباتات. -4ي شرح ميكانيكيات التبادل الغازي في النباتات. -5يعرف الثغور والعدي سات ويقارن بينهما. -6يقارن بين التنف س الخارجي والتنف س الداخلي. -7يو ضح مفهوم التنف س الخلوي الهوائي. -8ي شرح ميكانيكيات التنف س في الحيوانات. -9يعرف التنف س الرغاموي (الق صيبي). -10ي شرح م ضمون التنف س الجلدي في الفقريات. -11ي شرح ميكانيكيات التنف س في الطيور. -12يعدد اجزاء الجهاز التنف سي في االن سان. -13بين وظيفة كل جزء من اجزاء الجهاز التنف سي. -14ي شرح آلية عملية ال شهيق والزفير في االن سان. -15يبين تركيب الحوي صالت الهوائية في الرئتين. -16ي شرح عملية انتقال الغازات في الدم. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 56 الفصل الثاني ()Respiration and Gas Exchange آلتنفس والتبادل آلغازي .1-2مقدمة المعروف ان االحياء البدائية كانت ت ستخل ص الطاقة من جزيئات ال سكر من خالل التحلل ال سكري ( )Glycolysisوالذي ي ؤدي إلى ان شطار جزيئة ال سكر إلى جزيئتين من حام ض ع ضوي ،ويتحرر عند حدوث هذا االن شطار جزء من الطاقة من ال سكر ،والتزال كل خلية ت ستعمل هذه الطريقة المنتجة للطاقة ،وهناك العديد من الخاليا التي تح صل على جميع طاقتها من التحلل ال سكري.واالحياء المبكرة على مايبدو كانت تقوم بدورة م ؤلفة من البناء ال ضوئي والتحلل ال سكري.بالرغم من ان لها العديد من نقاط ال ضعف ومنها: 1تطلق عملية التحلل ال سكري اقل من ٪0.1من الطاقة المخزونة في الكلوكوز بعملية البناء ال ضوئي. 2تكون التراكيز العالية من منتجات التحلل ال سكري سامة للخاليا ب ضمنها الخلية المكونة لها. 3ان االوك سجين المنطلق كناتج عر ضي لعملية البناء ال ضوئي هو الآخر سام للعديد من الخاليا اذا ماتجاوز في تركيزه حدود معينة. 4اليقدم التحلل ال سكري عادة ماي سد النق ص في ثنائي اوك سيد الكاربون الم ستعمل النجاز عملية البناء ال ضوئي ،والذي اليمكن ان ي ستمر بدونه البناء ال ضوئي. 57 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي ان البناء ال ضوئي والتحلل ال سكري والتنف س الخلوي هي م سالك رئي سة لدورة ضخمة تن ساب فيها ذرات الكاربون با ستمرار خالل ا شكال الحياة الموجودة على االر ض ( شكل .)1-2 أضف إلى معلوماتك يت ضمن التنف س عملية التبادل الغازي بين خاليا الكائن الحي والمحيط الخارجي وهو ي شتمل التزويد باالوك سجين وازالة ثنائي اوك سيد الكاربون الناتج من الفعاليات الحيوية التي تجري داخل الخلية.وت ستطيع االحياء وحيدة الخلية والمتعددة الخاليا ال صغيرة الحجم الح صول على شكل (.)1-2االتجاهات الرئي سة لدورة الكاربون كفايتها من االوك سجين وذلك باخذه من المحيط عن طريق تحتاج الكائنات الحية الطاقة ال ضوئية النجاز فعالياتها الحيوية، سطح الج سم والتخل ص من وتتحرر هذه الطاقة من تجزئة جزيئات الطعام بو ساطة عمليات االك سدة ثنائي اوك سيد الكاربون بالطريقة حيث يعمل الأوك سجين كم ستقبل نهائي لاللكترونات ،واك سدة جزيئات نف سها ،اما في االحياء االكبر الغذاء تو صف ب أنها ازالة لاللكترونات ،ولي ست اتحاد لجزيئات حجم ًا فان التبادل الغازي يكون الأوك سجين الجزيئي مع جزيئات الوقود.واثناء ا ستخدام الأوك سجين ممكن ًا لوجود عدد من التكيفات بو ساطة خاليا الج سم ينتج ثنائي أوك سيد الكاربون ( )CO2وهذه الخا صة التي ت ضمن و صول االوك سجين الى جميع خاليا العملية ت سمى التنف س. الج سم. يمكن ان تقاوم بع ض الحيوانات الجوع لعدة شهور حيث تتغذى على الدهون المخزونة في اج سامها ،ولكنها التتمكن من العي ش بدون أوك سجين حتى لفترة ق صيرة وذلك الن هذا الغاز اليخزن في الج سم. وتح صل معظم الحيوانات على الأوك سجين من محيطها. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 58 والمعروف ان الحياة ن ش أت في البحار حيث ما زالت تعي ش فيه ماهو األيض ؟ العديد من الحيوانات ،وهذه الحيوانات منذ ن ش أتها ومازالت تتنف س يق صد باالي ض الخلوي كل الهواء المذاب في الماء ،ولكن ظهرت في فترات جيولوجية سابقة العمليات الكيميائية التي تحدث في حيوانات تركت الماء إلى الياب سة وا صبحت برية المعي شة مما تطلب الخلية ،وغالب ًا ما ت سمى عمليات منها امتالك تكيفات لتنف س الهواء الحر ،ولعل هذا التغير في محيط اي ضية و سطية ،وذلك ان تبادل المعي شة تبعته تغيرات كثيرة في االع ضاء التنف سية وكذلك في الطرق المادة والطاقة بين الخلية وبيئتها يتم بخطوات خالل م سارات التنف سية.ففي مختلف الحيوانات تخ ص صت اع ضاء واجهزة للتنف س كيميائية مكونة من العديد من والتي منها غطاء الج سم أو الجلد او الخيا شيم او الرئات وفي كل منها الو سائط ،او النواتج االي ضية. يوجد غ شاء رطب ونا ضح تدخل من خالله جزيئات الأوك سجين وتطرح جزيئات ثنائي أوك سيد الكاربون. .2-2التنفس الخلوي (:)Cellular Respiration يمكن ان يعرف التنف س الخلوي ب أنه احد العمليات الخلوية التي تتطلب الأوك سجين وتعطي ثنائي أوك سيد الكاربون ( ،)CO2وهي تذكر تت ضمن تك سير (تجزئة) كاملة لجزيئة الكلوكوز ( )Glucoseإلى ثنائي * التنفس الخارجي أوك سيد الكاربون ( )CO2وماء ( )H2Oوكذلك الى الطاقة. يت ضمن التنف س الخلوي حاجة الخلية نف سها إلى طاقة ()External Respiration( )Energy هو عملية التبادل الغازي بين وهذه ت أتي عن طريق سل سلة من العمليات تح صل على نواتج ه ضم الطعام الدم والمحيط الخارجي. والمتمثلة ب سكر الكلوكوز والحوام ض الدهنية والكلي سرول والحوام ض أالمينية ،وهذه ال سل سلة من التفاعالت كثيرة التعقيد ي شترك بها العديد * التنفس الداخلي من االنزيمات ف ض ًال عن االنزيمات الم ساعدة ( )Coenzymesا ضافة ()Internal Respiration إلى بع ض االيونات. هو عملية التبادل الغازي بين وجزيئة الكلوكوز تكون عالية الطاقة ونواتج تجزئتها المتمثلة بثنائي الدم ومختلف خاليا الج سم. أوك سيد الكاربون والماء تكون واطئة الطاقة وعليه يمكن ان نتوقع ان هذه العملية سوف تحرر طاقة. ان عملية تجزئة جزيئة الكلوكوز تعني ازالة االلكترونات من المادة اال سا س وا ستالمها من قبل ذرة الأوك سجين والتي تتحد فيما بعد مع الهيدروجين ( )Hلتنتج ماء ( )H2Oوالمعادلة الآتية تقدم تو ضيح ًا لهذا التفاعل: 59 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي ان مركب االدينو سين ثالثي الفو سفات ( )ATPهو غاية في االهمية واليمكن للحياة ان توجد بدونه ،فهو يوفر الطاقة الالزمة للتقل ص الع ضلي ولالفرازات الغدية ونقل االيعازات والحوافز الع صبية وكذلك هل تعلم ؟ في النقل الفعال لمعظم المواد عبر االغ شية الخلوية ،كما تفيد هذه ان ج سم االن سان ي ستطيع الطاقةفي ت صنيع مواد ذات جزيئات معقدة من المركبات الب سيطة ان ي ستخل ص ٪39من الطاقة كت صنيع البروتين وبناء االن سجة بمختلف انواعها من خالل ارتباط المتوفرة في الكلوكوز وي ستخدمها االحما ض االمينية.وبذلك يتحول االدينو سين ثالثي الفو سفات ()ATP في فعالياته ،بينما اليمكن لل سيارة خالل هذه العمليات إلىادينو سين ثنائي الفو سفات (.)ADP ان ت ستخل ص اكثر من 30-20 ان هذا ي ؤ شر الحاجة إلى طاقة م صدرها التفاعالت المحررة للطاقة ٪من طاقة الوقود (زيت الغاز) اثناء تحلل المواد الغذائية ،وبما ان الكلوكوز هو اهم م صدر للطاقة وتحوله إلى حركة. فعملية حرقه تبد أ داخل الخلية عن طريق ف سفرته (ا ضافة الف سفوراليه) أو ًال وتليها عمليات اخرى اخرها ان شطار جزيئته إلى جزيئتين من حام ض البايروفيك ( )Pyruvic Acidوتدعى هذه العملية بالتنف س الالهوائي ( )Anaerobic Respirationحيث الي ستعمل الأوك سجين وت سمى اي ض ًا بتحلل الكلوكوز أو التحلل ال سكري (.)Glycolysis .1-2-2مراحل ألتنفس الخلوي (:)Phases of Cellular Respiration تت ضمن عملية أك سدة الكلوكوز بو ساطة ازالة ذرات الهيدروجين أربع مراحل ( شكل .)2-2وعملية تجزئة الكلوكوز تح صل في مراحلها االولى خارج مايتوكوندريا الخلية والتحتاج لوجود الأوك سجين ،وعليه ف أن عملية تحلل الكلوكوز عملية الهوائية (.)Anaerobicوالمراحل الثالث االخرى للتنف س الخلوي تح صل الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 60 داخل المايتوكوندريا عندما يكون الأوك سجين هو المتقبل النهائي لاللكترونات ،ويمكن ايجاز هذه المراحل بالآتي: 1المرحلة الأولى :خالل عملية تحليل الكلوكوز يح صل تجزئة لجزيئة الكلوكوز في سايتوبالزم الخلية إلى جزيئتين من البايروفيت ( .)Pyruvateوعملية االك سدة هذه تزيل ذرات الهيدروجين الناتجة في ( Nicotinamide Adenine Dinucleotide )NADHوهو انزيم م ساعد يجهز طاقة كافية لتكوين جزيئتين من ( .)ATP 2المرحلة الثانية :خالل مرحلة تفاعل االعداد يدخل البايروفيت إلى المايتوكوندريا ويت أك سد إلى مجموعة ا ستيل ثنائي الكاربون ) (2-Carbon Acetyle groupيحمل بو ساطة االنزيم الم ساعد (،)CoA ويتكون NADHوناتج المخلفات من CO2يزال.وتنتهي عملية تحليل الكلوكوز مع جزيئتين من البايروفيت ،وعملية تفاعل االعداد تحدث مرتين لجزيئة الكلوكوز. شكل(.)2-2المراحل االربعة الكمال عملية تحليل جزيئة الكلوكوز.وت شمل عملية تحلل جزيئة الكلوكوز في سايتوبالزم الخلية حيث تنتج البايروفيت ( )Pyruvateوالذي يدخل الى المايتوكوندريا اذا توفر الأوك سجين. تفاعل االعداد ودورة حام ض ال ستريك التي تح صل داخل المايتوكوندريا.كذلك يح صل داخل المايتوكوندريا انتقال االلكترونات وفيها ت ستلم االلكترونات المزالة من جزيئة الكلوكوز.ونتيجة تحلل جزيئة الكلوكوز تنتج ATP 38-36تبع ًا لخ صو صيات الخلية. 61 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 3مرحلة دورة حام ض ال ستريك ( )Citric Acid Cycleوتتمثل ب سل سلة دائرية لتفاعالت االك سدة تتم في قالب المايتوكوندريا والتي تنتج FADH2, NADHويطرح فيها ثنائي أوك سيد الكاربون وتنتج ATP واحدة.ودورة حام ض ال ستريك تح صل مرتين وذلك لدخول جزيئتين من اال ستيل -االنزيم الم ساعد A ( )CoAلكل جزيئة كلوكوز ،وككل ف أن دورة حام ض ال ستريك تف سر تكون 2ATPلكل جزيئة كلوكوز. 4المرحلة الرابعة :تمثل هذه المرحلة سل سلة انتقال االلكترون وتتم داخل غ شاء المايتوكوندريا ،وفيها تنقل االلكترونات المزالة من الكلوكوز والعابرة من حامل إلى آخر و صو ًال إلى النهاية حيث ت ستقبل بو ساطة الأوك سجين والذي بدوره يتحد مع ايون الهيدروجين وينتج الماء.ولكون االلكترونات تعبر من حالة الطاقة العالية إلى الطاقة الواطئة ،ف أن الطاقة المتحررة فيما بعد ت ستخدم لتكوين ATPبو ساطة االوزموزية الكيميائية أو التنا ضح الكيميائي (.)Chemiosmosisوااللكترونات من جزيئة كلوكوز واحدة تنتج ATP 34-32معتمدة على ظروف معينة (الحظ ال شكل )2-2وتبين عدد ATPالمتكون خالل كامل عملية التحلل خارج المايتوكوندريا وداخلها. ()Respiration in Plants التنفس في النباتات .3-2 التمتلك النباتات اع ضاء تنجز عملية التنف س أو التبادل الغازي مع المحيط الخارجي ،إال إن هذه العملية قد تنجز ب أ ساليب متعددة تتنا سب وطبيعة أو خطة بناء الج سم في هذه االحياء ،ففي النباتات الوعائية تكون جميع الخاليا الحية تقريب ًا بتما س مع المحيط الخارجي وبذا ف أن الأوك سجين بامكانه الو صول مبا شرة إلى الخاليا وبطرق وميكانيكيات مختلفة فالثغور ت سمح بدخول الهواء إلى الأوراق وهكذا ينت شر الأوك سجين إلى داخل النباتات.وقد يذوب بع ض الأوك سجين في الماء وي صل إلى ال صفائح المنخلية وتنقله االنابيب المنخلية بدورها إلى مختلف اجزاء ال ساق والجذر.وتحتفظ خاليا الجذر ببع ض الأوك سجين الذي تح صل عليه وهو مذاب في ماء التربة ،ويذهب الغالب من الأوك سجين إلى أوعية الخ شب ومن ثم يتوزع إلى ن سيج ال ساق والأوراق.والبد من اال شارة إلى ان النباتات ذات ال سيقان الخ ضر تقوم الثغور فيها با ستخال ص الأوك سجين ،والن سيج االخ ضر في النباتات ينتج الأوك سجين بعملية البناء ال ضوئي فيكون م صدر ًا آخر لهذا الغاز. وفي اتجاه آخر ف أن ثنائي أوك سيد الكاربون الناتج من عملية التنف س في النباتات الوعائية ينت شر مبا شرة إلى المحيط الخارجي ومن خالل الخاليا التي تكون بتما س مع المحيط الخارجي (التربة والهواء).اما الخاليا التي تقع داخل ج سم النبات وبعيدة عن المحيط الخارجي فتحرر ثنائي أوك سيد الكاربون إلى أوعية الخ شب واالنابيب المنخلية ،ومن ثم يمر الغاز عبر الثغور ( Stomataومفردها )Stomaإلى الجو.وعليه ف أن عملية التبادل الغازي في النباتات تكون مبا شرة بمعظمها مادام الكثير من االن سجة الحية على ات صال مبا شر بالمحيط الخارجي. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 62 وتتم عملية التبادل الغازي في ال سيقان المعمرة بو ساطة العدي سات ( )Lenticelsحيث تحل محل الثغور والتي تتمزق مع الب شرة نتيجة النمو الثانوي لل سيقان. ميكانيكيات التبادل الغازي في النباتات: .1-3-2 تختلف عملية التبادل الغازي (التنف س) في النباتات عن عملية البناء ال ضوئي ،اذ ان عملية التبادل الغازي (التنف س) التي تحدث بين النباتات الخ ضر والجو المحيط تتم اثناء النهار والليل مع الأخذ بنظر االعتبار وجود بع ض الفروقات في ميكانيكيات انجاز هذه العملية.ففي النهار تحدث كل من عمليتي البناء ال ضوئي والتنف س في الأوراق فالبناء ال ضوئي ي ستخدم ثنائي أوك سيد الكاربون ويطلق الأوك سجين بينما ي ستهلك التنف س الأوك سجين ويحرر ثنائي أوك سيد الكاربون إلى الجو.وعادة تجري عملية البناء ال ضوئي بمعدالت ا سرع من المعدالت التي تجري بها عملية التنف س بحيث ي ستخدم ثنائي أوك سيد الكاربون الناتج من عملية التنف س مبا شرة في عملية البناء ال ضوئي بو ساطة االن سجة الخ ضراء ،اما الأوك سجين المتحرر في عملية البناء ال ضوئي فهو ي ستعمل في عملية التنف س وما يزيد عن حاجة عملية التنف س يطلق إلى الهواء. ان النباتات الخ ضر تعطي الأوك سجين وت أخذ ثنائي أوك سيد الكاربون خالل عملية البناء ال ضوئي ويح صل ذلك خالل النهار ،اما في الليل فتتوقف عملية البناء ال ضوئي وت ستمر عملية التنف س وفي هذه العملية يح صل العك س حيث تعطي النباتات الخ ضر ثنائي أوك سيد الكاربون وت أخذ الأوك سجين. توجد في النباتات بع ض التراكيب التي تلعب دور ًا مهم ًا وا سا سي ًا في ميكانيكية التبادل الغازي في كال عمليتي البناء ال ضوئي والتنف س ،وهي توجد في الأوراق وت سمى الثغور ( ( )Stomataشكل ،)3-2والتي لها القابلية على ان تفتح وتغلق ،وبفعل عملية االنغالق واالنفتاح يدخل الأوك سجين إلى الأوراق وينت شر في الف سح الهوائية ،ويذوب بع ضه في الماء وي صل إلى االنابيب المنخلية والتي بدورها تنقله إلى مختلف ان سجة ال سيقان والجذور. وكما ذكرنا سابق ًا ف أن ال سيقان المعمرة تحوي تراكيب يطلق عليها العدي سات ( ( )Lenticelsشكل ،)3-2حيث يدخل الأوك سجين من خاللها مار ًا إلى الأوعية الخ شبية ويذوب في الماء الذي ينقله إلى الأوراق، أو قد يذوب الأوك سجين في ماء االنابيب المنخلية والتي بدورها تنقله إلى الجذور.وفي النباتات المائية يدخل الأوك سجين عن طريق الجذور بعد ان يذوب في الماء ،أو من خالل سطوح ال سيقان المعر ضة للهواء الخارجي. 63 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي شكل (.)3-2الثغور والعدي سات في النباتات (.أ) ثغر في ورقة نبات( ،ب) عدي سة في الطبقة الفلينية من الب شرة المحيطية في ال سيقان المعمرة. .4-2التنفس في الحيوانات (:)Respiration in Animals تحتاج جميع الحيوانات االوك سجين النجاز العمليات االي ضية ( )Metabolic Processes والتخل ص من ثنائي اوك سيد الكاربون ،وتدعى عملية التبادل الغازي هذه مع العمليات المرافقة لها بالتنف س ( .)Respirationولكنها الت ستطيع ان تعي ش بدون اوك سجين حتى لفترة ق صيرة حيث اليوجد خزين له في الج سم. ان التباين في بيئات الحيوانات انتج تباين ًا تركيبي ًا كبير ًا في اجهزة وطرق تنف سها فبع ض الحيوانات تتنف س عن طريق جدار الج سم ( )Body Wallوالبع ض الآخر عن طريق الخيا شيم ،وهناك انواع تتنف س عن طريق الرئات (.)Lungsوهذه التراكيب متباينة في المظهر الخارجي اال انها تقوم بنف س الوظيفة ( شكل ،)4-2ففي كل منها هناك غ شاء رطب ونا ضح تنفذ من خالله جزيئات االوك سجين وثنائي اوك سيد الكاربون. مستويات التنفس (:)Levels of Respiration .1-4-2 يح صل التنف س في الحيوانات بثالثة م ستويات هي : 1التنف س الخارجي ( :)External Respirationيحدث التبادل الغازي لالوك سجين وثنائي اوك سيد الكاربون في هذا النوع بين ال سطح التنف سي الرطب لج سم الحيوان والذي يكون بتما س مع المحيط الخارجي والدم في الأوعية الدموية القريبة من ال سطح ( شكل .)5-2 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 64 2التنف س الداخلي ( :)Internal Respirationتتم عملية التبادل الغازي في هذا النوع من التنف س بين الخاليا والدم ( شكل .)5-2 3التنف س الخلوي الهوائي ( :)Aerobic Cellular Respirationيح صل في هذا النوع ا ستهالك لالوك سجين وتحرير ثنائي اوك سيد الكاربون من الخلية نف سها ولذلك يدعى بالتنف س الخلوي والذي يكون ناتجه اال سا سي تكوين الطاقة (.)Energy وهناك بع ض الطفيليات المعوية وبع ض الالفقريات االخرى يكون محيطها بدون اوك سجين أو قد يوجد بن سبة قليلة ,وهذه الحيوانات تتنف س تنف س ًا الهوائي ًا ( )Anaerobic Respirationوتح صل على الطاقة في غياب االوك سجين من خالل عملية تحليل ال سكر (الكلوكوز) (.)Glycolysis شكل (.)4-2التنوع في ال سطوح التنف سية في الحيوانات المختلفة (لالطالع) (.أ) الرئتان في اال سد( ،ب) الخيا شيم او الغال صم في اال سماك( ،جـ) الخيا شيم الخارجية في ال سلمندر (نوع من البرمائيات)( ،د) الجهاز الرغاموي (الق صيبي) في الخنف ساء( ،هـ) سطح الج سم في اال سفنجيات. 65 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي أضف إلى معلوماتك ينت شر كل غاز بمعزل عن الآخر وح سب قوانين انت شار الغازات ،ففي حالة االختالف في ال ضغط االنت شاري ( )Diffusion Pressureبين خارج غ شاء الخلية وداخله فان المزيد من الجزيئات تنتقل باتجاه المنطقة ذات ال ضغط الجزيئي الواطئ ،وان ال ضغط الجزيئي لالوك سجين في الهواء والماء هو اكثر بكثير من ضغطه داخل ج سم الكائنات الحية ولهذا فان االوك سجين يميل للنفاذ عبر سطح غ شاء الخلية الى داخلها ،اما ال ضغط الجزيئي لثنائي اوك سيد الكاربون فهو اكثر بكثير داخل الخلية منه خارجها ولهذا يميل للنفاذ خارج ًا منها ،وهذان التبادالن يح صالن في وقت واحد. شكل (.)5-2التنف س الخارجي والتنف س الداخلي ميكانيكيات التنفس (:)Breathing Mechanisms .2-4-2 تظهر االحياء ميكانيكيات تنف سية متنوعة يترتب عليها تكيفات تركيبية تتنا سب والو سط المحيط بها.ففي االحياء وحيدة الخلية تح صل عملية التبادل الغازي باالنت شار الب سيط.اما االحياء االكبر فتحتاج إلى جهاز كاف للمتطلبات االي ضية ،واالحياء االكثر ن شاط ًا تتطلب تنف سي ذو سطوح غ شائية رطبة تهيء سطح انت شاري ٍ جهاز دوران (جهاز دموي) لنقل الغازات بين االغ شية التنف سية والخاليا. فاالحياء المائية تمتلك تراكيب تنف سية ت ستطيع ان ت ستخل ص االوك سجين من الو سط ال سائل ،حيث ان كمية االوك سجين في الماء تكون قليلة (تبلغ ن سبتها في الماء أقل مما هي في الهواء) وكلما كانت درجة حرارة الماء عالية كلما انخف ضت كمية االوك سجين فيه.وتكون عادة ال سطوح التنف سية اكبر ن سبي ًا في الحيوانات المائية مما هي عليه في الحيوانات االر ضية. ت ضم ال سطوح التنف سية سطح الج سم ( ،)Body Surfaceواالجهزة الرغاموية (الق صيبية) (Tracheal ،)systemsوالخيا شيم ( ،)Gillsوالرئات ( ،)Lungsوكل منها متكيف للح صول على االوك سجين من البيئة التي يعي ش فيها الحيوان. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 66 (:)Respiration in Invertebrates التنفس في الالفقريات .3-4-2 تظهر الالفقريات تباين ًا كبير ًا في ا شكال اج سامها وطرق التبادل الغازي فيها وكما ي أتي: -1التنف س الجلدي (:)Cutaneous Respiration تتم عملية التبادل الغازي في االحياء وحيدة الخلية بطريقة االنت شار الب سيط ،حيث يكون غ شاء الخلية لهذه االحياء بتما س مع المحيط الخارجي وبالتالي ت ستطيع ان تح صل على كفايتها من االوك سجين. وت ستخدم الالفقريات متعددة الخاليا ستراتيجيات مختلفة لتبادل الغازات.واحدى هذه ال ستراتيجيات هو ان تكون اج سامها م سطحة بحيث يالم س سطح الج سم البيئة المحيطة الغنية باالوك سجين مثال ذلك في الهايدرا ( )Hydraوالبالناريا ( )Planariaحيث تح صل هذه االحياء على االوك سجين باالنت شار عبر جدار ج سمها الرقيق وامتدادته ( شكل .)6-2 الهايدرا ()Hydra وت ستطيع الالفقريات االكبر مثل الحلقيات (دودة االر ض) الح صول على االوك سجين بميكانيكية مختلفة ،حيث تتم عملية التبادل الغازي بين الخاليا و سطح الج سم بو ساطة جهاز الدوران فيها. شكل (.)6-2التبادل الغازي وعالقته ب شكل الج سم (لالطالع) (.أ) البالناريا ( )Planariaشكل الج سم الم سطح ي سمح لح صول التبادل الغازي في معظم الخاليا في سطح الج سم( ،ب) الهايدرا ( )Hydraكل خلية في الج سم قريبة من م صدر االوك سجين. 67 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي -2التنف س الخي شومي (:)Gill Respiration تمثل الخيا شيم اع ضاء تنف سية لالحياء في البيئة المائية وهي أضف إلى معلوماتك تكون عادة ب شكل تراكيب ب سيطة ممثلة بامتدادات خارجية من سطح تعرف الخيا شيم بانها عبارة الج سم مثل الحليمات الجلدية كما هو الحال في نجم البحر أو ب شكل عن لواحق ج سمية مخت صة ب شكل عناقيد خي شومية كما في الديدان البحرية. رئي س بعملية التبادل الغازي، وهي تعد اع ضاء تنف س نموذجية -3التنف س الرغاموي أو الق صيبي (:)Tracheal Respiration بالن سبة للحيوانات المائية. يحدث مثل هذا التنف س في مف صليات االرج ــل االر ضيـ ــة تكون الخيا شيم على نوعين االول هو الخيا شيم الخارجية التي ( )Terrestrial Arthropodsب ضمنها الح شرات ،وعديدة تن أش كبروزات مجوفة من سطح االرجل والعناكب وهذه ذات هيكل خارجي يحميها من الماء.تمتلك الج سم ،أو خيا شيم داخلية وهذه هذه الحيوانات جهاز انبوبي متفرع يطلق عليه الجهاز الرغاموي (الق صيبي) ( ( )Trachealشكل )7-2وهذه االنابيب تكون توجد داخل ردهات بلعومية. ب سمك صف واحد من الخاليا مغطاة بالكيوتكل يمنع انكما شها، والرغامى تفتح إلى الخارج من خالل زوج من الفتحات يطلق عليها المتنف س ( )Spiracleعلى طول القطع الج سمية للحيوان.وفي العديد من االنواع توجد صمامات تحمي المتنف س وقد تغلقه في البيئة الجافة لتبقي خاليا الرغامى رطبة. هل تعلم ؟ ان دودة الحرير ()Silkworm لها مليون ون صف من االنابيب الرغاموية. شكل (.)7-2الجهاز الرغاموي أو الق صيبي ( )Trachealفي الح شرات. (لالطالع) الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 68 تتفرع الرغامى إلى تفرعات انبوبية دقيقة يطلق عليها رغيمويات هل تعلم ؟ (نبيبات رغاموية) ( ،)Tracheolesوهذه تمد تفرعاتها حول الخاليا, ان دودة االر ض والعلق الطبي وقد تفتح الرغامى في كي س هوائي في بع ض مناطق الج سم كما في ويرقات اال سماك تعد امثلة تجويف الج سم وفي االرجل وهذه االكيا س الهوائية تخفف من وزن نموذجية لحيوانات ت ستطيع ج سم الكائن الحي لت سهيل حركته. الح صول على كفايتها من التنفس في الفقريات .4-4-2 االوك سجين عن طريق التنف س (:)Respiration in Vertebrates الجلدي ،وهناك بع ض الحيوانات مثل البرمائيات واال سماك تعتمد كما هو الحال في الالفقريات فان الفقريات هي االخرى لها طرق على التنف س الجلدي في الحاالت وتراكيب تنف سية خا صة بها تتنا سب وتنوع البيئة التي تعي ش فيها اال ضطرارية أو قد ي ستخدم هذا ومنها ماي أتي: النوع من التنف س لدعم التنف س -1التنف س الجلدي (:)Cutaneous Respiration الخي شومي والرئوي. ت ستخدم بع ض الفقريات الجلد كع ضو تنف س م ساعد كما هو الحال في بع ض اال سماك والبرمائيات ،فثعبان ال سمك (ال سمك الثعباني) يمكنه ان يتبادل %60من االوك سجين وثنائي اوك سيد الكاربون بداخله ،ومن جلده المليء باالوعية الدموية.ويلعب الجلد دور ًا مهم ًا في عملية التنف س في البرمائيات خ صو ص ًا خالل فترة ال سبات ال شتوي ,وي ساعدها في ذلك كون جلدها رقيق ًا جد ًا وذا تجهيز دموي غزير وغدد مخاطية منت شرة ب شكل ال سطح التنف سي في ال ضفدعة وا سع في الجلد لتقوم بترطيبه. 2 من جن س Ranaحوالي 20سم وب شكل عام يتم التبادل الغازي في الجلد بعملية االنت شار بين الجلد لكل 1سم 3من الهواء الموجود والمحيط المائي ،وي ساعد في انجاز هذه العملية وجود ال صبغات التنف سية. فيها ،مقارنة ب سطح م ساحته وقد تكون عملية التنف س الجلدي في بع ض البرمائيات مثل بع ض انواع ال سلمندرات هي الوحيدة كون هذه الحيوانات تنعدم فيها الخيا شيم والرئات. 300سم 2في االن سان. -2التنف س الخي شومي (:)Gill Respiration تمثل الخيا شيم اع ضاء التنف س الرئي سة في اال سماك ويرقات البرمائيات ،وقد تبقى بع ض البرمائيات محتفظة بالخيا شيم الخارجية ك أع ضاء تنف س طيلة حياة الحيوان كما هو الحال في بع ض ال سلمندرات ومنها حفار الطين ( شكل ،)8-2وتكون الخيا شيم الداخلية عادة اكثر ال سلمندر (تنف س جلدي) كفاءة كما هو الحال في اال سماك. 69 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي شكل (.)8-2نوعين من ال سلمندرات التي ت ستخدم الخيا شيم الخارجية كاع ضاء تنف س(.لالطالع). وخيا شيم اال سماك عبارة عن تراكيب خيطية رقيقة ،مزودة * توفر االوكسجين في المحيط باوعية دموية.وعملية التبادل الغازي لالوك سجين وثنائي اوك سيد الكاربون تتم عبر غ شاء تنف سي رقيق جد ًا و أوعية تختلف كمية االوك سجين المتوفرة شعرية ذات جدار مكون من صف مفرد من الخاليا.ويوجد للحيوانات ب أختالف االو ساط المحيطة تركيب يدعى غطاء الخيا شيم ( )Operculumيحمي الخيا شيم وعند ال ضغط الجوي الطبيعي ( 760 من الم ؤثرات الخارجية ،وا ستمرارية عملية التبادل الغازي ملم زئبق) يكون ال ضغط الجزئي تتطلب ا ستمرار دخول تيار الماء من الفم وخروجه عبر الفتحة لالوك سجين ( 159.2ملم زئبق) وهو الخي شومية بعد ان يمر على الخيا شيم (الخيوط الخي شومية)، ينخف ض كلما ارتفعنا عن م ستوى سطح و سريان (مجرى) الدم في الأوعية ال شعرية يكون في اتجاه البحر حيث ي صل عند قمة جبل ايفر ست م ضاد لحركة الماء ( ،)Countercurrent Flowوهو حوالي ( 45ملم زئبق) وهذه الكمية يحمل الدم على ا ستخراج اكبر كمية ممكنة من االوك سجين تكون غير كافية لتنف س الكائنات الحية، الذائب في الماء ،وي سري الماء فوق الخيا شيم في تيار لذا تكاد تكون الحياة معدومة عند قمم م ستمر وثابت ،مدفوع ًا بو ساطة الم ضخة الخي شومية الجبال العالية ويكون ال ضغط الجزئي الن شطة ،وغالب ًا مايتم ذلك بم ساعدة حركة ال سمكة إلى للماء أقل بكثير مما في الهواء وهو االمام خالل الماء ( شكل .)9 - 2 يت أثر بدرجة كبيرة بالمواد المذابة ودرجات الحرارة. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 70 شكل (.)9 - 2الخيا شيم في اال سماك (.أ).عند ازالة غطاء الخيا شيم يظهر وجود خيا شيم ري شية ال شكل في اال سماك على جانبي الر أ س حيث يوجد اربعة اقوا س خي شومية وكل منها يحوي العديد من الخيوط الخي شومية( ،ب) االوعية الدموية في الخيوط الخي شومية( ،جـ) اتجاه حركة الماء عبر ال صفائح الخي شومية الذي يعاك س اتجاه حركة الدم. -3التنف س الرئوي (:)Pulmonary Respiration بانتقال الفقريات من البيئة المائية إلى البيئة االر ضية (بيئة الياب سة) ابتد أ ظهور وتطور الرئات ()Lungs في تلك االحياء.ان مو ضع الرئات داخل الج سم ساعد في حفظ سطوحها رطبة لغر ض التبادل الغازي، ومع ظهور الرئات ظهرت م شكلة مفادها كيف يتحرك الهواء داخ ًال وخارج ًا ال ستمرار تجهيز هذه الرئات باالوك سجين ،؟ حيث كان ي سري ب شكل ب سيط وب أتجاه واحد عبر الغ شاء التنف سي في خيا شيم اال سماك ،اال ان ظهور الرئات والتراكيب الملحقة بها أوجدت ميكانيكية لحل هذه الم شكلة. كان أول ظهور للرئات في اال سماك مف ص صة الزعانف واال سماك الرئوية ،حيث تكونت لها رئات كبروز من البلعوم وبذا ا صبح التنف س مزدوجا في هذه اال سماك ،وهي ت ستخدم الرئتين باال ضافة إلى أو لتعو ض عن التنف س الخي شومي خالل ف صول الجفاف.وب شكل عام يكون البناء التركيبي للرئات في اال سماك الرئوية ب سيط ًا ورئة ال سمكة الرئوية مزودة ب شبكة من ال شعيرات الدموية في جدرانها ولها جهاز تهوية بدائي لتحريك الهواء داخل الرئة وخارجها. 71 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي -1التهوية في البرمائيات (:)Ventilation in Amphibians ت ستخدم البرمائيات البالغة ثالث طرق النجاز التبادل الغازي وهي :أ.التنف س الجلدي ،ب.التنف س الفمي (عن طريق البطانة الظهارية للجوف الفمي) ،جـ.التنف س الرئوي.وقد تبقى بع ض البرمائيات محتفظة بالخيا شيم الخارجية ك أع ضاء تنف س. والرئات تظهر درجات نمو متباينة في مجاميع البرمائيات المختلفة واف ضل نمو للرئات يظهر في ال ضفادع والعالجيم حيث ان كليهما يظهران اعتماد ًا على التنف س الرئوي اكثر مما في غيرهما من البرمائيات. ورئات ال ضفادع عبارة عن اكيا س بي ضاوية ،مرنة تنق سم ا سطحها الداخلية بو ساطة شبكة من الحواجز، والتي تنق سم من خاللها إلى غرف هوائية نهائية صغيرة ت سمى الحوي صالت الهوائية والحوي صالت الهوائية في رئة ال ضفدع تكون كبيرة مقارنة بمثيالتها في الفقريات االكثر رقي ًا ،وعليه فان رئة ال ضفدع تكون ذات سطح ا صغر ن سبي ًا للتبادل الغازي. وال ضفدعة موجبة ال ضغط التنف سي حيث تم أل رئاتها بدفع الهواء فيها ،وهذا عك س نظام ال ضغط ال سالب الموجود في جميع الفقريات العليا ( شكل .)10-2 شكل (.)10 - 2التهوية في ال ضفدع (لالطالع) (.أ) على عك س معظم الزواحف والطيور والثدييات ذات ال ضغط التنف سي ال سالب نجد ان ال ضفدعة ذات ضغط تنف سي موجب وهي تدفع الهواء بقوة إلى الرئتين( ،ب) ت سحب ال ضفدعة الهواء بو ساطة الفتحات المنخرية الواقعة على ال سطح الظهري لمقدمة الر أ س ويتم ذلك بعد ان تغلق الفم( ،جـ) وبعد ان تغلق المناخر وترفع قاع الفم يندفع الهواء بقوة إلى الرئتين( ،د) ومع تقل ص جدار الج سم واعادة التفاف الرئتين يخرج الهواء. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 72 (:)Ventilation in Reptiles -2التهوية في الزواحف تظهر الرئات تباين ًا تركيبي ًا في مجاميع الزواحف المختلفة ،وبطانة الرئة تكون ذات حواجز في ال سالحف والتما سيح مما ي ؤ شر نمو ًا اف ضل لها ،وتوجد الحواجز في زواحف اخرى في اجزاء معينة من الرئة فمث ًال في بع ض الحيات تظهر الحواجز في الثلث الخلفي للرئة فقط وعلى العك س من ذلك يكون الجزء االمامي في بع ض العظايا هو االكف أ ومايتبقى من الرئة يمثل كي س لخزن الهواء. تختلف ميكانيكية التنف س في غالبية الزواحف عما هي عليه في البرمائيات حيث تلعب اال ضالع والع ضالت بين ال ضلعية دور ًا رئي سي ًا في عملية التنف س ،وي ستثنى من ذلك ال سالحف حيث تلتحم ا ضالعها مع الدرع الذي يحيط بج سمها ( شكل .)11-2 شكل (.)11-2التهوية في ال سالحف (لالطالع). -3التهوية في الطيور (:)Ventilation in Birds سبق وان در ست في كتاب ال صف الرابع العلمي ب أن الطيور تظهر العديد من التكيفات التركيبية لتخفيف وزن الج سم للم ساعدة على الطيران ومنها ان الرئة تكون ب شكل تراكيب صغيرة وهي غير قابلة للتو سع. وبالرغم من كون رئات الطيور صغيرة الحجم وتنعدم قدرتها على التو سع لمال صقة سطحها الظهري لال ضالع والفقرات ال صدرية ،اال انها تتميز بكفاءتها العالية وي ساعد الرئات في اداء عملها عدد من االكيا س الهوائية (راجع كتاب ال صف الرابع العلمي الذي در سته في العام الما ضي وا ستذكر ا سماء االكيا س الهوائية ومواقعها). تتم عملية التنف س اثناء راحة الطير بم ساعدة الع ضالت ال ضلعية الرئوية ،فعند ال شهيق ترتفع اال ضالع فيت سع حجم التجويف ال صدري والبطني ،ونتيجة لقلة ال ضغط في الداخل يدخل الهواء عبر المناخر إلى الرغامى ثم الق صبات والق صيبات ويالم س ال سطح الداخلي للرئة حيث يتم التبادل الغازي ،وفي نف س الوقت تذهب كمية كبيرة من الهواء إلى االكيا س الهوائية. اما عملية الزفير التي تعد عملية ن شطة في الطيور وتحتاج إلى بذل طاقة بخالف ما هو عليه الحال في الحيوانات االخرى ،تح صل بتقل ص الع ضالت ال صدرية والبطنية في ضيق التجويف ال صدري والبطني وي ضغط 73 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي على االكيا س الهوائية والرئتين فيندفع الهواء الموجود في الرئتين إلى االكيا س الواقعة في االمام في حين يدخل هواء االكيا س الخلفية إلى الرئتين ويتم التبادل الغازي مرة ثانية ،وعليه ف أن الطيور هي الفقريات الوحيدة التي يح صل فيها تبادل غازي اثناء عمليتي ال شهيق والزفير ( شكل .)12-2 اما خالل الطيران ف أن الطيور تلج أ إلى ا سلوب آخر في التنف س من خالل الآتي: زيادة سعة التجويف ال صدري البطني وتقليله بو ساطة الع ضالت ال صدرية اثناء الطيران. ضغط االح شاء على االكيا س الهوائية دافعة الهواء من االكيا س الهوائية إلى الرئتين. حركة عظم الق ص (الج ؤج ؤ) نحو العمود الفقري أو بعيد َا عنه هو الآخر ي ساعد في عملية التهوية. وبهذه الطريقة يتجدد الهواء ب أ ستمرار ،وتكون الطيور اال سرع طيراناَ هي اال سرع في دورة الهواء والتبادل الغازي في الرئتين. كي س هوائي خلفي شكل ( )12-2التهوية في الطيور (لالطالع) (.أ) تركيب الجهاز التنف سي في الطيور( ،ب) في أول شهيق (ا ستن شاق) ( )Inhalationمعظم الهواء يذهب إلى االكيا س الهوائية الخلفية (االكيا س البطنية أو الخلفية وال صدرية)( ،ج) خالل أول عملية زفير ( )Exhalationيمر الهواء من االكيا س الهوائية الخلفية إلى الرئتين وتح صل عملية تبادل غازي( ،د) الهواء قليل االوك سجين والمحمل بثنائي اوك سيد الكاربون يذهب إلى االكيا س الهوائية االمامية (االكيا س بين الترقوي واالبطية والعنقية) في اال ستن شاق الثاني( ،هـ) وختاماَ ف أن الهواء من االكيا س االمامية يطرح من ج سم الطير خالل الزفير الثاني. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 74 -4التهوية في الثدييات (:)Ventilation in Mammals سوف ندر س الجهاز التنف سي والتهوية في االن سان كنموذج للثدييات. يتكون الجهاز التنف سي في االن سان ( شكل .)13-2من الآتي: أ فتحتا االنف الخارجيتان (.)External Nares ب الردهة أو التجويف االنفي ( )Nasal Chamber or Cavityمبطنة بن سيج ظهاري يتخلله العديد من الخاليا الفارزة للمخاط. جـ فتحتا االنف الداخليتان ( )Internal Naresوهذه تقع بعيدا في الجوف الفمي مقابل البلعوم. شكل ( )13 - 2تركيب الجهاز التنف سي في االن سان د البلعوم ( )Pharynxوهو المنطقة التي توجد فيها ممرات الطعام والتنف س.ويوجد اي ض ًا ل سان المزمار (( )Glottisالذي يغطي الفتحة التي ت ؤدي الى الحنجرة) وهذا الغطاء يمنع الطعام من الدخول إلى الممرات التنف سية اثناء بلع الطعام. هـ الحنجرة ( )Larynxويطلق عليها صندوق ال صوت كونها الم س ؤولة عن ا صدار ال صوت لما تحتويه من حبال واغ شية مهتزة. و الرغامى ( )Tracheaوالتي تتفرع في نهايتها إلى الق صبات الهوائية ( )Bronchiوالتي يذهب كل منها إلى رئة وتنق سم كل ق صبة داخل الرئة إلى ق صيبات ( )Bronchiolesوالتي ت ؤدي إلى الحوي صالت الهوائية ( ،)Alveoliوهذه االخيرة ذات جدران رقيقة ورطبة لت سهل تبادل 75 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي الغازات بين الحوي صالت الهوائية وال شعيرات الدموية المال صقة لها وتكون الممرات الهوائية مبطنة بطبقة ظهارية مهدبة ( شكل )14-2يتخللها العديد من الخاليا الك أ سية الفارزة للمخاط ،وهي تلعب دور ًا مهما في ترطيب الهواء قبل و صوله إلى الحوي صالت الهوائية.وتوجد حلقات غ ضروفية غير كاملة في جدار الرغامى والق صبات الهوائية واحيان ًا في بع ض تفرعاتها لتمنع جدران هذه التراكيب من االلت صاق.والهواء الذي ي صل إلى الحوي صالت الهوائية ( شكل )15-2يجب ان يت صف بالموا صفات ا لآتية: يكون مر شحا من الغبار والمواد الغريبة االخرى. ان تتم تدفئته لدرجة تتنا سب وحرارة الج سم. يكون الهواء م شبع ًا بالرطوبة. شكل (.)14-2الن سيج الظهاري المبطن للممرات التنف سية ( أ) مخطط يبين الخاليا الظهارية المهدبة ومايتخللها من خاليا ك أ سية فارزة للمخاط( ،ب) صورة مجهرية للطبقة الظهارية في الممرات التنف سية. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 76 شكل (.)15-2الحوي صالت التنف سية في االن سان (لالطالع). * التنف س في االن سان (:)Respiration in Human تت ضمن عملية التنف س في االن سان حركات ع ضلية ،ينتج عنها تغير حجم التجويف ال صدري وبالتالي تغير حجم الرئتين اي ضا.ففي حالة ال شهيق ،ترتفع اال ضالع ال صدرية ويتحرك الحجاب الحاجز إلى اال سفل فيتو سع التجويف ال صدري ويقل ال ضغط داخل الرئتين ،فيدخل الهواء الخارجي الواقع تحت ال ضغط الجوي عن طريق الرغامى إلى الرئتين فتتو سع الرئتين.اما عملية الزفير فتحدث كعملية عك سية حيث تنب سط الع ضالت التي ت سيطر على اال ضالع والحجاب الحاجز ،فيتحرك الحجاب الحاجز إلى االعلى وتن ضغط الرئتان ويجبر الهواء على الخروج منهما ( شكل .)16-2 تغطى الرئتان من سطوحهما الخارجية بغ شاء مزيت هو الجنب الح شوي وهو غ شاء م شابه لغ شاء الجنب الجداري الذي يبطن التجويف ال صدري ،والرئتان تتحركان بحرية كون سطوحهما مزيتة بال سائل الجنبي. اما الحوي صالت الهوائية فتبطن بغ شاء مائي رقيق وتكون م شدودة (متوترة) دائما كنتيجة لظاهرة ال شد ال سطحي ،وتفرز الخاليا الحوي صلية مادة زيتية عند التحامها مع جزيئات الماء في غ شاء الحوي صالت وبذلك تقلل من امكانية الت صاقها مع بع ض. 77 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي ال شهيق الزفير شكل (.)16-2عمليتي ال شهيق والزفير في االن سان (لالطالع) تحتوي رئة االن سان 300مليون من الحوي ص ـ ــالت الهوائية والتي تقـ ـ ـ ــدر م ساحتها ال سطحيـة بحوال ــي 80 - 40م 2اي خم سين مرة اكثر من م ساحة الجلد.وتتخذ الرئة مظهر ًا ا سفنجيا وتكون الرئة اليمنى اكبر من الي سرى.والرئتان تقعان ضمن التجويف ال صدري ويحافظ ال ضغط الجوي للهواء الموجود في الحوي صالت الرئوية على ابقاء الرئتين ممتدتين داخل التجويف ال صدري ،وت شغل كل رئة تجويفها الجنبي ( )Pleural Cavityواذا حدث ثقب في هذا التجويف نتيجة لمر ض أو حادثة ف أن الرئتين تتقل صان وتنكم شان. .5-4-2التبادل الغازي في الرئتين (:)Gaseous Exchange in Lungs يتم انت شار الغازات طبق ًا لقوانين االنت شار الفيزيائية ،وبموجب هذه القوانين ف أن الغازات تنتقل من ال ضغط الجزيئي العالي إلى شكل ( )17-2تبادل الغازات التنف سية ال ضغط الجزيئي الواطئ.وتتحرك الغازات التنف سية في االن سجة وفق ًا في الرئتين وخاليا االن سجة (االرقام تعني ال ضغط الجزيئي ملم زئبق (.)mm Hg ل ضغوطها الجزيئية ( شكل .)17-2 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 78 محتوى هواء الشهيق والزفير والحويصالت الهوائية: .6-4-2 يعد هواء ال شهيق وهواء الحوي صالت الهوائية متماثلين ،اال ان الهواء في الحوي صالت يحتوي اوك سجين اقل وثنائي اوك سيد الكاربون اكثر مما هو عليه في الهواء الخارج من الرئتين.وهواء ال شهيق له نف س مكونات الهواء الجوي ،اما هواء الزفير فيكون خليط ًا من هواء الحوي صالت الهوائية وهواء ال شهيق (جدول .)1-2 جدول (.)1-2ن سب الغازات في هواء ال شهيق والزفير وهواء الحوي صالت الهوائية بخار الماء ثنائي اوك سيد الكاربون االوك سجين النتروجين H 2o Co2 O2 N2 - %0.03 %20.9 % 79 هواء ال شهيق %6.2 %5.2 %13.2 % 75.3 هواء الحوي صالت الهوائية %6.2 %3.7 %15.3 % 74.8 هواء الزفير .7-4-2السيطرة على عمليات التنفس: تتم ال سيطرة على معدالت التنف س من خالل المركز التنف سي الذي يتكون من مجموعة من الخاليا الع صبية الواقعة في النخاع الم ستطيل والقنطرة (الج سر) ل ساق الدماغ ،والذي ير سل حوافز منظمة. يزداد معدل التنف س خالل التمارين ال شاقة وذلك نتيجة تجمع كمية كبيرة من ثنائي اوك سيد الكاربون ب سبب الفعاليات االي ضية للع ضالت.ويمكن ان يقطع الفرد تنف سه لفترة محدودة ،ولكن عندما يزداد ثنائي اوك سيد الكاربون في الدم ،ي صبح وجوده محفزا قويا للتنف س بال شكل الذي اليمكن مقاومته.ومعدل التنف س يخ ضع اي ضا لل سيطرة الع صبية كما هو الحال في االنفعاالت العاطفية مثل الغ ضب والمفاج آت وغير ذلك. .8-4-2انتقال الغازات في الدم (:)Transport of Gases in Blood تُحمل الغازات التنف سية في بع ض الالفقريات وهي مذابة في سوائل الج سم ،وب شكل عام يكون ذوبان االوك سجين في الماء منخف ضا جدا ،حيث يكفي فقط للحيوانات ذوات معدالت االي ض المنخف ضة ،ففي االن سان مثال % 1فقط من احتياجات االوك سجين يمكن ان يتم بهذه الطريقة ،ولذلك ففي الكثير من الالفقريات والفقريات يتم نقل كل االوك سجين تقريبا وكمية قليلة جد ًا من ثنائي اوك سيد الكاربون بو ساطة ال صبغات التنف سية (جدول .)2-2 79 الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي ان ال صبغة التنف سية االكثر انت شارا في المملكة الحيوانية هو الهيموغلوبين ( .)Haemoglobin وعند انتقال االوك سجين من هواء الحوي صالت إلى خاليا الدم في الأوعية الدموية المحيطة بالحوي صلة فيتحد مع الهيموغلوبين مكون ًا اوك سيهيموغلوبين ( )Oxyhaemoglobinوينتقل بعد ذلك في الدورة الدموية لي صل إلى االن سجة حيث يكون تركيز االوك سجين أوط أ مما هو عليه في الدم ال شرياني وهكذا يتحرر االوك سجين ليدخل مختلف خاليا الج سم ويعود الهيموكلوبين إلى الرئتين عن طريق الأوردة الرئوية ب شكل هيموغلوبين مختزل (غير م ؤك سج) ،والذي يتكون من اتحاد مايقرب من 1/3ثنائي اوك سيد الكاربون الموجود في مختلف خاليا الج سم. يجب ان يحمل نف س الدم الذي يحمل االوك سجين من الرئتين إلى االن سجة ثنائي اوك سيد الكاربون إلى الرئتين في رحلته عند العودة. وثنائي اوك سيد الكاربون الي شبه االوك سجين ،وهو ينقل بثالث طرق أضف إلى معلوماتك الهيموغلوبين مركب يحوي مختلفة وهي: %5هيم (حديد) ويعطي الدم اللون االحمر وماتبقى 1 %95ينقل %67تقريبا من ثنائي اوك سيد الكاربون بعد ان يحول داخل خاليا الدم الحمر بوجود عامل داخلي إلى ايونات غلوبين وهو بروتين عديم اللون. البيكاربونات والهيدروجين وكما ي أتي: CO2+H2O H2 CO3 هل تعلم ؟ حام ض الكاربونيك ي ستعمل ج سم االن سان في فترة وهذا التفاعل يبد أ ببطء شديد ،ولكن يوجد داخل خاليا الدم الحمر اال ستراحة حوالي 15لتر ًا من االوك سجين وت صل في حالة التمارين عامل داخلي يجعل من هذا التفاعل سريع ًا وكما ي أتي: ال شاقة 280لتر ًا. H++HCO-3 H2 CO3 أضف إلى معلوماتك 2يرتبط % 25تقريبا من ثنائي اوك سيد الكاربون عك سي ًا مع تكون ال صبغة التنف سية في معظم الهيموغلوبين ،ويحمل إلى الرئتين حيث يطلقه الهيموغلوبين النواعم ومف صلية االرجل هي الهيمو سيانين بالتبادل مع االوك سجين. (.)Haemocyaninوالتي تحتوي على 3يحمل % 8تقريبا من ثنائي اوك سيد الكاربون كغاز ذائب في النحا س ( )Copperبد ًال من الحديد، البالزما وخاليا الدم الحمر. ولذلك يكون الدم بعد الت أك سد بلون ازرق بد ًال من االحمر. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 80 جدول ( )2-2ال صبغات التنف سية في الحيوانات (لالطالع) املجاميع احليوانية املوقع ذرات املعادن اللون ال صبغة -1الهيموغلوبني الثدييات ،الطيور ،الزواحف ،الربمائيات ، Fe ++ ()Haemoglobin الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي خاليا الدم أحمر اال سماك ،الديدان احللقية ،بع ض النواعم حديد -2الهيمو سيانين Cu ++ بع ض النواعم والق رشيات البالزما أزرق ()Haemocyanin نحا س -3الكلوروكرورين Fe ++ الديدان احللقية عديدة االهالب البالزما أخ رض ()Chlorocruorin حديد Fe ++ -4الهيمريثرين الديدان احللقية خاليا الدم أحمر ()Haemerythrin حديد 81 تعريف ببعض المصطلحات التي وردت في الفصل (لإلطالع) التنف س الهوائي :عملية التنف س الهوائي التي تعتمد أخذ الأوك سجين. =Aerobic Respiration التنف س الالهوائي :عملية التعتمد الأوك سجين في التنف س. =Anaerobic Respiration حوي صالت :عبارة عن تجاويف صغيرة أو أكيا س ،كما هو الحال في Alveolusوجمعها = Alveoli الأكيا س الهوائية المجهرية في الرئات ،أو الأجزاء النهائية للغدد الحو صلية وغير ذلك. كاربوهيدرات :مركبات تتكون من ت آ صر للكاربون والهيدروجين =Carbohydrate والأوك سجين و صيغتها العامة (.)CH2O كاروتين :صبغة حمراء أو برتقالية أو صفراء تنتمي الى مجموعة أ شباه = Carotene الكاروتينات وهي أ صل الفيتامين . A انزيم م ساعد :مادة أ سا س في تفعيل أو تن شيط أنزيم ما. = Coenzyme الأنت شار :حركة الدقائق أو الجزيئات من منطقة ذات تركيز عالي للدقائق = Diffusion أو الجزيئات الى منطقة ذات تركيز واطيء. الأدخال الخلوي :أبتالع المادة بعملية البلعمة الخلوية والجزيئات =Endocytosis الكبيرة بعملية ال شرب الخلوي . عملية تحليل أو تجزئة الكلوكوز :عملية تجزئة الكلوكوز انزيميا وتحرير =Glycolysis الطاقة. هيموغلوبين :حديد يحتوي صبغة تنف سية موجودة في خاليا الدم = Haemoglobin الحمر في الفقريات وفي بالزما الدم للعديد من الالفقريات . مايتوكوندريا :ع ضية خلوية يح صل فيها الأي ض أو الفعاليات الحيوية = Mitochondria الهوائية. مخت صر Nicotinamide Adenine Dinucleotideوهو م ستقبل = NAD الكترونات أو مانح في العديد من التفاعالت الأي ضية. عملية الأك سدة :عملية يح صل فيها خ سارة اليكترون واحد بوا سطة ذرة =Oxidation أوك سجين. الفصل الثاني /التنفس والتبادل الغازي 82