دستگاه تنفس در انسان
هدف‌های رفتاری: فراگیر پس از پایان این بخش خواهد توانست:
١- دستگاه تنفس و چگونگی دم و بازدم را در انسان توضیح دهد.
٢- مفهوم لایه تنفسی و اختصاصات کلی آن را شرح دهد و همانند کلی آن را در جانداران مختلف بیان کند.
٣- چگونگی انتقال و تبادل گازهای تنفسی را شرح دهد.
همه فعالیت‌های حیاتی مانند حرکت، رشد و تولید مثل احتیاج به انرژی دارند. در جانوران این انرژی فقط از غذا بدست می آید. در جریان تنفس سلولی انرژی نهفته در مواد غذایی در اثر اکسیداسیون آزاد شده و به مصرف اعمال حیاتی و نیز گرم کردن بدن می‌رسد. در تنفس سلولی اکسیژن مصرف می‌شود و دی اکسید کربن به عنوان ماده زاید تولید می‌گردد. بنابراین باید همه سلول‌های بدن بتوانند اکسیژن دریافت کنند و دی اکسید کربن حاصل از تنفس را از بدن خود خارج کنند. در بدن انسان و بیشتر جانوران مهره دار، مانند دوزیستان بالغ، خزندگان، پرندگان و پستانداران دستگاهی بنام دستگاه تنفس وجود دارد که اکسیژن را از هوا دریافت می‌دارد و آن را به خون می‌دهد و خون، آن را به همه سلول‌های بدن می‌رساند.
ساختمان دستگاه تنفس
دستگاه تنفس انسان شامل مجاری تنفس و شش‌ها است. مجاری تنفسی از حفرات بینی، حلق، حنجره، نای و نایژکها تشکیل می‌شود شکل (۱).
شکل ۱- نمایش شش‌ها
ساختمان شش‌ها
شش‌ها در قفسه سینه قرار دارند. آن‌ها دو کیسه اسفنجی هستند که در موقع باز شدن قفسه سینه از هوا پر می‌شوند و در موقع بسته شدن قفسه سینه تقریبا خالی می‌شوند. شش‌ها به وسیله لوله‌ای بنام نای به عقب حلق متصلند. در قسمت بالای نای، حنجره قرار دارد که محل تولید صوت است. نای در قسمت پایین به دو شاخه باریکتر به نام نایژه منشعب می‌شود و آن‌ها وارد شش‌ها می‌گردند، سپس انشعابات بسیار زیادی بنام نایژک در درون شش بوجود می‌آورند. این انشعابات رفته رفته باریکتر می‌شوند و بالأخره به نایژکهای باریکی به قطر ۰/۲ میلیمتر می‌رسند. به انتهای این نایژکها کیسه‌های چین خورده کوچکی بنام کیسه هوایی متصل هستند شکل (۲).
در ساختمان حنجره، نای و نایژه قطعات غضروفی وجود دارد که از بسته شدن آن‌ها جلوگیری می‌کند. بافت پوششی داخلی
شکل ۲- ساختمان شش
نای، نایژه‌ها و نایژکها از سلول‌های مژه دار تشکیل شده اند. ضمنا در بین این سلول‌ها، سلول‌های ترشح کننده مایع مخاطی وجود دارند. مایع مخاطی لایه نازکی را در سطح داخلی مجاری تنفسی تشکیل می‌دهد که با حرکت یکنواخت مژه‌های سلول‌های پوششی به سمت خارج از شش‌ها جریان دارد. جریان این مایع سبب می‌شود که ذرات گرد و غبار، که به شش‌ها وارد می‌شوند به خارج از شش‌ها بیایند و در حلق به همراه آب دهان بلعیده شوند. کیسه‌های هوایی دیواره نازک و قابل ارتجاع دارند. که از یک لایه سلول پوششی درست شده است. دور کیسه‌های هوایی را یک شبکه مویرگی فرا می‌گیرد.
در درون خونی که به دور کیسه‌های هوایی می آید دی اکسید کربن وجود دارد که حاصل اکسیداسیون موادغذایی در درون سلول‌هاست. در درون کیسه‌های هوایی نیز اکسیژن زیاد است. در اینجا این دو گاز بین هوا و خون مبادله می‌شوند. تقریبا ۳۵۰ میلیون کیسه هوایی در شش‌های ما وجود دارند که سطح تماس همه آن‌ها با خون حدود ۹۰ متر مربع است. این سطح امکان تبادل گاز اکسیژن و دی اکسید کربن را بخوبی فراهم می‌آورد.
پرسش‌ها
۱- جاهای مختلف دستگاه تنفس را بر حسب ترتیب ورود هوا به آن‌ها مشخص کنید. نایژک – نای – حفرات بینی – کیسه هوایی
۲- چه نوع سازگاری در ساختار شش‌ها و روده وجود دارد که آن‌ها را به ترتیب برای عمل جذب اکسیژن و غذا مناسب می‌کند؟
تهویه ششی – دم و بازدم
داخل شدن هوا به شش‌ها و خارج شدن آن را دم و بازدم می‌گوییم. این عمل باعث ورود هوای اکسیژن دار به درون شش‌ها و خروج هوای دی اکسید کربن دار از شش‌ها می‌شود. شش‌ها فاقد عضله هستند. باز و بسته شدن شش‌ها در اثر باز و بسته شدن قفسه سینه است. دور قفسه سینه را دنده‌ها فرا می‌گیرند که بین آن‌ها عضلات بین دنده‌ای وجود دارد. در پایین قفسه سینه یک پرده عضلانی بنام دیافراگم وجود دارد که شکم را از قفسه سینه جدا می‌کند. انقباض عضلات بین دنده‌ای و دیافراگم موجب افزایش حجم قفسه سینه و کم شدن فشار درون آن می‌شود، در نتیجه هوا به درون شش‌ها کشیده می‌شود. کاهش حجم قفسه سینه که با پایین آمدن دنده‌ها و بالا آمدن دیافراگم همراه است، باعث افزایش فشار درون سینه و خروج هوا از شش‌ها می‌شود.
پرده جنب: دور شش‌ها را پرده‌ای دو لایه می پوشاند که به آن پرده جنب می‌گوییم. لایه داخلی پرده جنب به روی شش‌ها چسبیده و لایه خارجی آن به داخل قفسه سینه متصل است. بین این دو لایه مایع بسیار کمی‌بنام مایع جنب وجود دارد. کارهایی که به پرده جنب نسبت داده می‌شود عبارتند از :
۱- موجب تسهیل در عمل دم و بازدم می‌شود.
۲- چون فشار موجود بین دو لایه پرده جنب کمتر از فشار اتمسفر است، بنابراین شش‌ها همیشه کمی‌باز می مانند و هوای داخل آن‌ها در هنگام بازدم به طور کامل خالی نمی‌شود.
٣- پرده جنب شش‌ها را از یکدیگر و نیز از سایر اندام‌های داخل قفسه سینه مانند قلب و رگ‌های خونی جدا می‌کند.
شکل ۳- نمایش باز و بسته شدن قفسه سینه و عمل دم و بازدم
تنظیم هوا در موقع صحبت کردن
وقتی ما حرف می زنیم و یا آواز می خوانیم و یا سرفه و عطسه می‌کنیم، عضله جلو شکم را منقبض می‌کنیم. در نتیجه فشار به معده و روده وارد می‌شود، معده و روده به دیافراگم فشار وارد می‌کند. با بالا آمدن دیافراگم شش‌ها فشرده می‌شوند و هوا از آن‌ها بیرون می آید. در این موقع تنگ شدن شکاف موجود در حنجره (که گلوت نامی‌ده می‌شود) موجب کنترل مقدار هوای خارج شده از شش‌ها می‌شود.
گنجایش شش‌ها: در یک آدم بالغ وقتی شش‌ها به طور کامل از هوا پر می‌شوند حدود ۵ لیتر هوا در خود دارند. ولی در نفس کشیدن عادی که در موقع استراحت و یا خواب صورت می‌گیرد فقط نیم لیتر هوا داخل و خارج می‌شود. در موقع ورزش ۳ لیتر هوا داخل و خارج می‌شود و حدود ۱/۵ لیتر هوا همیشه در شش‌ها وجود دارد که هیچ وقت نمی‌توان آن را خارج کرد.
پرسش‌ها
١- ماهیچه‌های تنفسی را نام ببرید.
۲- اعمال زیر را بترتیبی که انجام می‌گیرند ذکر کنید. باز شدن شش‌ها – بالا آمدن دنده‌ها – ورود هوا به شش‌ها – انقباض عضلات بین دنده‌ای – افزایش حجم قفسه سینه.
۳- گنجایش شش‌ها چقدر است – در دم و بازدم عادی و دم و بازدم عمیق چند لیتر هوا وارد و خارج می‌شوند؟
تبادل گازهای تنفسی
منظور از تهویه ششی وارد و خارج شدن هوا از شش‌ها است ولی تبادل گازهای تنفسی به مبادله شدن اکسیژن و دی اکسید کربن بین هوا و خون گفته می‌شود.
شکل ۴- تبادل گاز در کیسه هوایی
۱/۵ لیتر هوا در داخل کیسه‌های هوایی وجود دارد که در موقع بازدم خارج نمی‌شود. بنابراین در موقع دم هوا مستقیما به انتهای کیسه‌ها نمی‌رسد و اکسیژن از راه انتشار در کیسه هوایی جابه جا می‌شود و به خون می‌رسد. اکسیژنی که وارد خون می‌شود، با هموگلوبین موجود در گلبول‌های قرمز ترکیب شده اکسی هموگلوبین تولید می‌کند. اکسی هموگلوبین خون پس از رسیدن به بافتها چون فشار اکسیژن در بافتها کم است تجزیه می‌شود و اکسیژن آن در بافتها منتشر و مصرف می‌شود. در بافتها فشار دی اکسید کربن حاصل از تنفس افزایش می‌یابد. در نتیجه دی اکسید کربن در خون انتشار می‌یابد و قسمتی از آن با هموگلوبین خون ترکیب شده و به صورت کربو هموگلوبین در می آید که به شش‌ها منتقل می‌شود. مویرگ‌های کیسه‌های هوایی پس از اکسیژن گیری به یکدیگر پیوسته و سرانجام، سیاهرگ‌های ششی را تشکیل می‌دهند، و خون اکسیژن دار را به دهلیز چپ می‌برند. خون از دهلیز چپ به بطن چپ می‌ریزد و پس از انقباض بطن‌ها به همه بدن فرستاده می‌شود. در جریان تبادل گاز در کیسه هوایی همه اکسیژن هوا گرفته نمی‌شود. هوای دمی معمولا ۲۱ درصد و هوای باز دمی حدود ۱۶ درصد اکسیژن دارد.
| گاز | درصد هوای دمی | درصد هوای بازدمی |
| اکسیژن دی اکسید کربن بخار آب | ۲۱ ۰/۰۴ متغیر | ۱۶ ۴ اشباع شده |
۷۹ درصد باقیمانده حجم هوا را نیتروژن تشکیل می‌دهد، که در دم و بازدم تغییری در آن بوجود نمی آید. سطح داخل کیسه‌های هوایی را لایه نازکی از مایع مخاطی می پوشاند که اکسیژن در آن حل می‌شود. بخشی از این مایع تبخیر شده و باعث اشباع شدن هوای داخل کیسه هوایی از بخار آب می‌شود. بنابراین هوای بازدمی‌شما مقداری بخار آب و حرارت از بدن شما خارج می‌کند.
ساختار و عمل لایه تنفسی
تبادل گاز اکسیژن و دی اکسید کربن در یک سطح نسبتا وسیعی بنام لایه تنفسی صورت می‌گیرد. لایه تنفسی در شش از دو لایه سلول پوششی پهن و نازک تشکیل شده که یکی در جدار کیسه هوایی و دیگری در جدار مویرگ قرار دارند. کیفیت عمل در این لایه که در شش‌های جانوران خشکی زی و نیز در آبشش‌های ماهی وجود دارد، بر اساس انتشار دو گاز می‌باشد. خصوصیات ساختاری چنین لایه‌ای عبارت است از :
١- وسعت لایه‌ای که گازهای تنفسی با آن در تماس هستند، بسیار زیاد است.
۲- فاصله‌ای که گازها باید در آن انتشار یابند، و مبادله شوند بسیار کم است. یعنی لایه تنفسی بسیار نازک است.
٣- تفاوت زیادی بین تراکم گازها در دو طرف لایه تنفسی وجود دارد.
۴- در یک طرف لایه تنفسی مویرگ‌های بسیاری وجود دارد.
پرسش‌ها
١- تفاوت تهویه ششی و تنفس سلولی را شرح دهید و بگویید که کدام یک به دیگری وابسته است.
۲- مسیر اکسیژن، از شش‌ها تا رسیدن به سلول‌های بدن را ذکر کنید.
۳- علت انتشار گاز اکسیژن و دی اکسید کربن در دو جهت مخالف یکدیگر را توضیح دهید.
۴- در کمکهای اولیه، برای کسی که نفس کشیدنش قطع شده است، تنفس دهن به دهن داده می‌شود. چگونه هوای خارج شده از شش‌های یک فرد می‌تواند برای دیگری مفید باشد؟
سیگار
کشیدن سیگار در کوتاه مدت موجب تنگی نایژکها و بی حرکت شدن مژکهای سلول‌های پوششی نایژه‌ها می‌شود. ضمنا موجب افزایش تولید مایع مخاطی می‌شود که ممکن است به برونشیت بیانجامد. عوارض بلند مدت سیگار بسیار شدیدتر است که ممکن است منجر به بیماری‌های قلبی و حتی مرگ شوند.
سرطان ریه
گرچه هر نوع هوای آلوده ممکن است، موجب سرطان شود ولی مطالعات عملی نشان می‌دهد که ۹۰ درصد از سرطانهای ریه در اثر کشیدن سیگار ایجاد می‌شوند.
سکته قلبی
یکی از بیماری‌های شایع و خطرناک قلبی، تنگ شدن رگ‌های خود قلب است (سرخرگ‌های کرونر) این بیماری ممکن است به سکته قلبی و مرگ منجر شود. عامل اصلی ایجاد این بیماری افزایش چربی در خون است ولی بررسیها نشان می‌دهند که حدود از کسانی که در اثر تنگی کرونر می میرند، عامل اصلی بیماریشان کشیدن سیگار است.
