دستگاه تبادلات گازی؛ آزمون های آنلاین فصل سوم زیست شناسی دهم

فصل تبادلات گازی

نفس کشیدن، یکی از ویژگی‌های آشکار در بسیاری از جانوران است. اما آیا در همۀ جانوران به یک شکل انجام می‌شود؟ هدف از آن چیست؟
در ذهن بسیاری از ما، نفس کشیدن به معنای زنده بودن است. برای تشخیص اینکه آیا فردی زنده است یا نه، غالباً نگاه می‌کنیم که آیا نفس می‌کشد یا خیر. به نظر می‌رسد این فرایند، کاری حیاتی را برای ما انجام می‌دهد. اما این کارِ حیاتی چیست؟
هوای آلوده به کدام بخش دستگاه تنفسی آسیب می‌رساند؟ افرادی که به دخانیات روی می‌آورند، چگونه به بدن خود آسیب می‌رسانند؟ اینها فقط بخشی از پرسش‌هایی است که پاسخ آنها را با مطالعه این فصل به دست خواهیم آورد.

گفتار ۱: ساز و کار دستگاه تنفس در انسان

چرا نفس می‌کشیم؟

ارسطو، معتقد بود که نفس کشیدن باعث خنک شدن قلب می‌شود. او نمی‌دانست که هوا خود مخلوطی از چند نوع گاز است، بنابراین هوای دمی‌و بازدمی‌را از نظر ترکیب شیمیایی یکسان می‌دانست، اما آیا واقعا چنین است؟
مقایسۀ هوای دمی‌ و بازدمی‌ نشان می‌دهد که این دو هوا با هم متفاوت‌اند. هوای دمی، اکسیژن بیشتری دارد اما در هوای بازدمی، کربن‌دی‌اکسید نسبت به هوای دمی‌ بیشتر است. بنابراین، اهمیت فرایند تنفس از آنچه ارسطو می‌پنداشت فراتر است. درک این اهمیت، زمانی ممکن شد که آدمی‌توانست ارتباط دستگاه تنفس و دستگاه گردش خون را بیابد.
دستگاه گردش خون، خون را از اندام‌های بدن جمع‌آوری می‌کند و به سوی شش‌ها می‌آورد. این خون که به خون تیره معروف است اکسیژنِ کم، اما کربن دی‌اکسیدِ زیادی دارد، در شش‌ها خون، کربن دی‌اکسید را از دست می‌دهد و از هوا اکسیژن می‌گیرد و به خون روشن تبدیل می‌شود. خون روشن توسط دستگاه گردش خون به اندام‌ها و یاخته‌ها فرستاده می‌شود. به این ترتیب، همواره به یاخته‌های بدن اکسیژن می‌رسد و کربن دی‌اکسید از آنها دور می‌شود. اما این کار چه ضرورتی دارد؟

یاخته‌های بدن، گازهای تنفسی را با خون و خون این گازها را در شش‌ها با هوا مبادله می‌کنند.

در فصل قبل دیدیم که یاخته‌ها چگونه مواد مغذی را به دست می‌آورند. انرژی مواد مغذی، مثل گلوکز، باید ابتدا به انرژی ذخیره شده در ATP تبدیل شود.

.

.

.

گفتار ۲: تهویۀ شُشی

تهویه ششی شامل دو فرایند دم و بازدم است. برای درک چگونگی دم و بازدم، لازم است ابتدا با ساختار و عمل شش‌ها آشنا شویم.

شش‌ها

شش‌ها درون قفسه سینه و روی پرده ماهیچه‌ای میان‌بند قرار دارند. شش چپ به علت مجاورت با قلب، از شش راست قدری کوچک‌تر است. بیشتر حجم شش‌ها را کیسه‌های حبابکی به خود اختصاص داده‌اند و ساختاری اسفنج‌گونه را به شش می‌دهند. مویرگ‌های خونی فراوان، که اطراف کیسه‌های حبابکی را همچون تار عنکبوت احاطه کرده، دیگر بخش فراوان در شش‌ها است. بنابراین شش را می‌توان عمدتاً مجموعه ای از نایژه‌ها، نایژک‌ها، کیسه‌های حبابکی و رگ‌ها دانست که از بیرون بافت پیوندی آن را احاطه می‌کند.

هر یک از شش‌ها را پرده‌ای دولایه به نام پرده جنب فراگرفته است. یکی از لایه‌های این پرده، به سطح شش چسبیده و لایه دیگر به سطح درونی قفسه سینه متصل است. درون پرده جنب، فضای اندکی است که از مایعی به نام مایع جنب، پر شده است. فشار این مایع از فشار جو کمتر است و باعث می‌شود شش‌ها در حالت بازدم، کاملاً جمع نشوند، در صورتی که قسمتی از قفسه سینه سوراخ شود، شش‌ها جمع می‌شوند.

شش‌ها و قفسۀ سینه

شش‌ها دو ویژگی مهم دارند: یکی پیروی از حرکات قفسه سینه و دیگری ویژگی کشسانی. هنگامی‌که حجم قفسه قفسه سینه افزایش می‌یابد، شش‌ها باز می‌شوند. در نتیجه، فشار هوای درون شش‌ها کم شده، هوای بیرون به درون شش‌ها کشیده می‌شود. اما باید توجه داشت که به علت ویژگی کشسانی، شش‌ها در برابر کشیده شدن، مقاومت نیز نشان می‌دهند و تمایل دارند به وضعیت اولیه خود بازگردند. ویژگی کشسانی شش‌ها در بازدم نقش مهمی‌دارد.

دم، فرایندی است که در نتیجه افزایش حجم قفسه سینه رخ می.دهد. در این رویداد، دو عامل دخالت دارد. اول، ماهیچه میان‌بند (دیافراگم) که در حالت استراحت، گنبدی شکل است اما وقتی منقبض می‌شود به حالت مسطح در می‌آید. دوم انقباض ماهیچه‌های بین دنده ای خارجی که دنده‌ها را به سمت بالا و جلو جابه جا می‌کند و جناغ را به جلو می‌راند.

در تنفس آرام و طبیعی، میان‌بند نقش اصلی را برعهده دارد. در دم عمیق، انقباض ماهیچه‌های ناحیه گردن نیز، به افزایش حجم قفسه سینه کمک می‌کند.

با به استراحت در آمدن ماهیچه میان‌بند و ماهیچه‌های بین دنده‌ای خارجی، و بر اثر ویژگی کشسانی شش‌ها، حجم قفسه سینه و در نتیجه، حجم شش‌ها کاهش می‌یابد و هوای درون آنها به بیرون رانده می‌شود. در بازدم عمیق، انقباض ماهیچه‌های بین دنده‌ای داخلی و نیز ماهیچه‌های شکمی، به کاهش حجم قفسه سینه کمک می‌کند.

.

.

.

گفتار ۳: تنوع تبادلات گازی

در تک‌یاخته‌ای‌ها و جانورانی مانند هیدر که همه یاخته‌های بدن می‌توانند آنها با محیط تبادلات گازی داشته باشند، ساختار ویژه‌ی برای تنفس وجود ندارد؛ اما در سایر جانوران، ساختارهای تنفسی ویژه‌ای مشاهده می‌شود که ارتباط یاخته‌های بدن را با محیط فراهم می‌کنند. در این جانوران، چهار روش اصلی برای تنفس مشاهده می‌شود که عبارت اند از تنفس نایدیسی، تنفس پوستی، تنفس آبششی و تنفس ششی.

تنفس از طریق انتشار در تک یاخته ای‌ها (پارامسی)

تنفس نایدیسی

نایدیس‌ها، لوله‌های منشعب و مرتبط به هم هستند که از طریق منافذ تنفسی، به خارج راه دارند. منافذ تنفسی در ابتدای نایدیس قرار دارند. نایدیس به انشعابات کوچکتری تقسیم می‌شود. انشعابات پایانی، که در کنار همه یاخته‌های بدن قرار می‌گیرند، بن بست بوده و دارای مایعی است که تبادلات گازی را ممکن می‌کند؛ حشرات چنین تنفسی دارند. در این جانوران دستگاه گردش مواد، نقشی در انتقال گازهای تنفسی ندارد.

تنفس نایدیسی

تنفس پوستی

در تنفس پوستی شبکه مویرگی زیرپوستی با مویرگ‌های فراوان وجود دارد و گازها با محیط اطراف از طریق پوست مبادله می‌شوند. سطح پوست در جانورانی که تنفس پوستی دارند، مرطوب نگه داشته می‌شود. کرم خاکی تنفس پوستی دارد. تنفس پوستی در دوزیستان نیز وجود دارد.

تنفس پوستی

تنفس آبششی

ساده‌ترین آبشش‌ها، برجستگی‌های کوچک و پراکنده پوستی هستند، مانند آبشش‌های ستاره دریایی. در سایر بی‌مهرگان، آبشش‌ها به نواحی خاص محدود می‌شوند.
ماهیان و نوزاد دوزیستان نیز آبشش دارند. تبادل گاز از طریق آبشش، بسیار کارآمد است. جهت حرکت خون در مویرگ‌ها، و عبور آب در طرفین تیغه‌های آبششی، برخلاف یکدیگر است.

ساده‌ترین آبشش در ستاره دریایی

.

.

.

نمونه سوالات مهم فصل تبادل گازها

۱. کدام ماهیچه حفره شکم را از قفسه جدا می‌کند؟

دیافراگم

۲. چرا شش چپ از شش راست قدری کوچکتر است؟

شش چپ به علت مجاورت با قلب از شش راست قدری کوچک تر است.

۳. علت ساختار اسفنج‌گونه شش چیست؟

بیشتر حجم شش‌ها را از کیسه‌های حبابکی به خود اختصاص داده اند و ساختاری اسفنج گونه را به شش می‌دهند.

۴. علت ساختار تار عنکبوتی اطراف کیسه‌های حبابکی چیست؟

مویرگ‌های خونی فراوان که اطراف کیسه‌های حبابکی را همچون تار عنکبوت احاطه کرده، دیگر جزء فراوان در شش‌ها است.

۵. نام پرده احاطه کننده شش‌ها چیست؟

هر یک از شش‌ها را پرده دولایه به نام جنب فرا گرفته است.

۶. چه عاملی باعث می‌شود شش‌ها در حالت بازدم نیمه باز باشند؟

درون پرده جنب فضای اندکی است که از مایعی به نام مایع جنب، پر شده است. فشار این مایع از فشار جنب کمتر است و باعث می‌شود شش‌ها در حالت بازدم هم نیمه باز بمانند.

۷. در صورت سوراخ شدن قفسه سینه چه می‌شود؟

در صورتی که قسمتی از قفسه سینه سوارخ شود شش‌ها جمع می‌شوند.

۸. کدام ویژگی شش‌ها در بازدم نقش مهمی‌دارد؟

ویژگی کشسانی شش‌ها در بازدم نقش مهمی‌دارد.

۹. در فرایند دم کدام ماهیچه‌ها منقبض می‌شوند؟

دیافراگم – بین دنده ای خارجی

۱۰. در تنفس آرام و طبیعی کدام ماهیچه نقش اصلی را بر عهده دارد؟

در تنفس آرام و طبیعی، دیافراگم نقش اصلی را بر عهده دارد.

۱۱. در دم عمیق انقباض کدام ماهیچه‌ها به افزایش حجم قفسه سینه کمک می‌کند؟

در دم عمیق، انقباض ماهیچه‌های ناحیه گردن نیز، به افزایش ححم قفسه سینه کمک می‌کند.

۱۲. در بازدم عمیق انقباض کدام ماهیچه‌ها به کاهش حجم قفسه سینه کمک می‌کند؟

در بازدم عمیق، انقباض ماهیچه‌های بین دنده ای داخلی و نیز ماهیچه‌های شکمی‌به کاهش حجم قفسه سینه کمک می‌کند.

۱۳. حجم‌های تنفسی را به چه دستگاهی اندازه می‌گیرند؟

حجم‌های تنفسی را با دستگاه دم سنج (اسپیرومتر) اندازه می‌گیرند.

۱۴. نموداری که دم سنج رسم میکند چه نام دارد؟

نموداری که دم سنج از دم و بازدم‌های فرد رسم می‌کند، دم نگاره (اسپیروگرام) نامیده می‌شود.

۱۵. حجم جاری را تعریف کنید؟

مقدار هوایی که در یک دم عادی وارد یا در یک بازدم عادی خارج می‌شود حجم جاری می‌گویند.

۱۶. حجم جاری چقدر است؟

حجم جاری حدود ۵۰۰ میلی‌لیتر می‌باشد.

۱۷. حجم تنفس در دقیقه را چگونه بدست می‌آورند؟

از حاصل ضرب حجم جاری در تعداد تنفس در دقیقه، حجم تنفسی در دقیقه بدست می‌آید.

۱۸. به مقدار هوایی که پس از یک بازدم معمولی با یک بازدم عمیق از شش‌ها خارج می‌شود چه می‌گویند؟

حجم ذخیره بازدمی

۱۹. چرا حبابک‌ها همیشه باز می‌مانند؟

حجم باقی مانده، اهمیت زیادی دارد چون باعث می‌شود حبابک‌ها همیشه باز بمانند.

۲۰. کدام حجم تنفسی تبادل گازها را در فاصله بین دو تنفس ممکن می‌سازد؟

باقی مانده

۲۱. هوای مرده را تعریف کنید و میزان آن چه قدر است؟

بخشی از هوای دمی‌در بخش‌هادی دستگاه تنفس می‌ماند و به بخش مبادله ای نمی‌رسد. به این هوا که حدوداً ۱۵۰ میلی‌لیتر است، هوای مرده می‌گویند.

۲۲. ظرفیت حیاتی مجموعه کدام حجم‌های تنفسی است؟

برابر با مجموع حجم جاری، ذخیره دمی‌و ذخیره بازدمی‌است.

۲۳. ظرفیت حیاتی مجموع کدام حجم‌های تنفسی است؟

برابر با مجموع حجم جاری، ذخیره دمی‌و دخیره بازدمی‌است.

۲۴. حجم ذخیره دمی‌چقدر است؟

۳۰۰۰ میلی‌لیتر

۲۵. حجم باقی مانده چقدر است؟

۱۲۰۰ میلی‌لیتر

۲۶. محل قرارگیری پرده‌های صوتی کجاست؟

حنجره

۲۷. سرفه و عطسه اعمال کدام دستگاه بدن است؟

تنفس

۲۸. مواد خارجی در واکنش‌های سرفه و عطسه به ترتیب از کدام بخش‌ها به بیرون رانده می‌شوند؟

در این حالت هوا با فشار از راه دهان (سرفه) یا بینی و دهان (عطسه) همراه با مواد خارجی به بیرون رانده می‌شود.

۲۹. علت سرفه‌های مکرر افراد مصرف کننده دخانیات چیست؟

در افرادی که دخانیات می‌کشند، به علت از بین رفتن یاخته‌های مژک دار مخاط تنفسی، سرفه راه موثرتری برای بیرون راندن مواد خارجی است و به همین علت این گونه افراد به سرفه‌های مکرر مبتلا هستند.

۳۰. انقباض کدام ماهیچه‌های تنفسی نیازمند صدور دستور از بصل النخاع می‌باشد؟

دیافراگم و بین دنده ای خارجی

۳۱. مراکز عصبی تنفس کدامند؟

پل مغزی و بصل النخاع

۳۲. چه چیزهایی مدت زمان لحظه توقف دم را تعیین می‌کند؟

تنفس مرکز دیگری هم دارد که در پل مغز، واقع است و با اثر بر مراکز تنفس در بصل النخاع، دم را خاتمه می‌دهد. عامل دیگری که درپایان دم موثر است، پیامی‌است که از شش‌ها ارسال می‌شود.

۳۳. پیام ارسالی از شش‌ها برای پایان دم از کدام بخش‌ها می‌باشد؟

اگر شش‌ها بیش از حد پر شوند، آنگاه ماهیچه‌های صاف دیواره نایژه‌ها و نایژک‌ها بیش از حد کشیده می‌شوند که، خطرناک است، دراین صورت، از این ماهیچه‌ها پیامی‌توسط عصب به مرکز تنفس در بصل النخاع ارسال می‌شود که بلافاصله ادامه دم را متوقف می‌کند.

۳۴. پیام ارسالی از شش‌ها برای پایان دم به کدام مرکز تنفسی می‌رسد؟

بصل النخاع

۳۵. گیرنده‌های حساس به افزایش  CO2 در کدام نقاط بدن وجود دارند؟

در بصل النخاع گیرنده‌های حساس به افزایش کربن دی اکسید وجود دارد که با تحریک آنها آهنگ تنفس افزایش می‌یابد.

۳۶. گیرنده‌های حساس به کاهش O2 در کدام نقاط بدن وجود دارند؟

در خارج از مغز، گیرنده‌هایی وجود دارند که به کاهش اکسیژن حساس اند. این گیرنده‌ها بیشتر در سرخرگ آئورت و سرخرگ‌های ناحیه گردن  که خون رسانی به سر و مغز را بر عهده دارند، واقع اند.