چند موضوع اولیه

ارسطو معتقد بود نفس کشیدن باعث خنک شدن قلب می‌شود. او نمی‌دانست که هوا مخلوطی از چند نوع گاز است، بنابراین هوای دمی و بازدمی را از نظر ترکیب شیمیایی یکسان می‌دانست.

مقایسه هوای دمی و بازدمی نشان می‌دهد که این دو هوا با هم متفاوت هستند. هوای دمی اکسیژن بیشتری دارد اما در هوای بازدمی کربن دی‌اکسید نسبت به هوای دمی بیشتر است.

دستگاه گردش خون، خون را از اندام‌های بدن جمع‌آوری می‌کند و به سوی شش‌ها می‌آورد. این خون به خون تیره معروف است. خون تیره در شش‌ها کربن‌دی‌اکسید را از دست می‌دهد، از هوا اکسیژن می‌گیرد و به خون روشن تبدیل می‌شود.

خون روشن توسط دستگاه گردش خون به اندام‌ها و سلول‌ها فرستاده می‌شود. به این ترتیب همواره به سلول‌های بدن اکسیژن می‌رسد و کربن‌دی‌اکسید از آن‌ها دور می‌شود.

چرا سلول‌ها نیاز به اکسیژن دارند؟

انرژی مواد مغذی مثل گلوکز باید به انرژی ذخیره شده در ATP تبدیل شود. واکنش خلاصه شده این تبدیل به این صورت است:

ATP + آب + کربن‌دی‌اکسید <—- ADP و فسفات + اکسیژن + گلوکز

این واکنش تنفس سلولی نام دارد و دلیل نیاز ما به اکسیژن را توجیه می‌کند.

چرا کربن‌دی‌اکسید باید دور شود؟

یکی از علت‌های زیان بار بودن کربن‌دی‌اکسید این است که می‌تواند با آب واکنش داده، کربنیک اسید تولید کند و PH را کاهش دهد. این تغییر PH باعث تغییر ساختار پروتئين‌ها می‌شود که می‌تواند عملکرد پروتئين‌ها را مختل کند.

چرا عملکرد پروتئین‌ها مهم است؟

از آنجا که بسیاری از فرایندهای سلولی را پروتئين‌ها انجام می‌دهند؛ از بین رفتن عملکرد آن‌ها اختلال گسترده‌ای را در کار سلول‌ها و بافت‌ها ایجاد می‌کند. درواقع افزایش کربن‌دی‌اکسید خطرناک‌تر از کاهش اکسیژن است.

بررسی شکل

۱-شش چپ کمی کوچکتر است و در آن یک فرو رفتگی وجود دارد که محل قرارگیری قلب است.

بخش‌های عملکردی دستگاه تنفس

از نظر عملکرد می‌توان دستگاه تنفس را به دو بخش اصلی به نام‌های بخش هادی و بخش مبادله‌ای تقسیم کرد.

بخش هادی

بخش هادی از مجاری تنفسی‌ای تشکیل شده است که هوا را به درون و بیرون دستگاه تنفسی هدایت می‌کنند. این بخش هوای ورودی را از ناخالصی‌ها، مثل میکروب‌های بیماری‌زا و ذرات گرد و غبار، پاکسازی و نیز، گرم و مرطوب می‌کنند تا برای مبادله گازها با خون آماده شود. از بینی تا نایژک انتهایی به بخش هادی تعلق دارد.

ابتدای مسیر ورود هوا در بینی از پوست نازکی پوشیده شده است که موهای آن، مانعی در برابر ورود ناخالصی‌های هوا ایجاد می‌کند. با پایان یافتن این پوست، مخاط مژک‌دار در بینی آغاز می‌شود که در سراسر مجاری هادی ادامه پیدا می‌کند. این مخاط، سلول‌های مژک‌دار فراوان و ترشحات مخاطی دارد. در این ترشحات مواد ضد میکروبی وجود دارد.

ترشحات مخاطی، ناخالصی‌های هوا را ضمن عبور به دام می‌اندازد. مژک‌ها با حرکت ضربانی خود، ترشحات مخاطی و ناخالصی‌های به دام افتاده در آن را به سوی حلق می‌رانند. در آنجا یا به دستگاه گوارش وارد شده،‌ شیره معده آن‌ها را نابود می‌کند یا به خارج از بدن هدایت می‌شوند.

ترشحات مخاطی هوا را مرطوب می‌کنند. مرطوب کردن هوا برای تبادل گازها ضرورت دارد. گازهای تنفسی تنها در صورتی که محلول در آب باشند می‌توانند بین شش‌ها و خون مبادله شوند.

در بینی، شبکه وسیع از رگ‌هایی با دیواره نازک وجود دارد که هوا را گرم می‌کند. این شبکه به سطح درونی بینی بسیار نزدیک است، بنابراین آسیب‌پذیری بیشتری دارد و آسان‌تر از دیگر نقاط دچار خون‌ریزی می‌شود.

بررسی شکل مخاط نای

۱-ضخامت ماده مخاطی در سراسر بخش هادی یکسان نیست.
۲-در شکل سه نوع سلول دیده می‌شود: سلول‌های استوانه‌ای بدون مژک، سلول‌های استوانه‌ای مژکدار و سلول‌هایی کوچکی که در کنار این‌ها قرار دارند. هر سه نوع سلول با غشای پایه در تماس هستند.
۳-سلول‌های کوچکی که در شکل با نام سلول‌های قاعده‌ای معرفی شده‌اند با ماده مخاطی در تماس نیستند.
۴-مژک سلول‌های مژکدار به طور کامل درون ماده مخاطی قرار دارد و با هوا در تماس نیست.

هوا با عبور از بینی دهان یا هر دو به حلق وارد می‌شود. حلق گذرگاهی ماهیچه‌ای‌ست که هم هوا و هم غذا از آن عبور می‌کند. انتهای حلق به یک دو راهی ختم می‌شود. در این دوراهی، حنجره در جلو و مری در پشت قرار دارد.

حنجره در بالای نای واقع است و در تنفس دو کار مهم انجام می‌دهد. یکی آنکه دیوار غضروفی آن، مجرای عبور هوا را باز نگه می‌دارد و دیگر آنکه درپوشی غضروفی به نام «برچاکنای» دارد که مانع ورود غذا به مجرای تنفسی می‌شود.

دیواره نای حلقه‌ّای غضروفی شبیه به نعل اسب یا حرف C دارد که مجرای نای ار همیشه باز نگه می‌دارند. دهانه غضروف (دهانه حرف C) به سمت مری قرار دارد. در نتیجه حرکت لقمه‌های بزرگ غذا در مری با مانعی روبه‌رو نمی‌شود.

بررسی شکل حلق و حنجره

۱-غضروف C شکل برای نای استفاده می‌شود نه حنجره.
۲-حنجره شامل برچاکنای و پرده‌های صوتی‌ست.
۳-نای در جلوی مری قرار دارد. تا زمانی که مری خالی باشد قطر نای از مری بیشتر است.
۴-ضخامت استخوان سقف دهان از جلو به عقب کاهش می‌یابد.
۵-پرده‌های صوتی دو عدد هستند که با برخورد هوا به آن‌ها صدا تولید می‌شود.

حلقه‌های غضروفی نای

۱-دقت کنید تمام سطح جلویی نای از غضروف پوشیده نشده و بین غضروف‌ها را بافت پیوندی پر می‌کند.

بررسی شکل ساختار بافتی دیواره نای

دیواره نای از چهار لایه تشکیل شده است:
۱-لایه بیرونی: این لایه از جنس بافت پیوندی‌ست. این لایه در بخشی از نای که در مجاورت مری قرار دارد، با لایه بیرونی مری یکی می‌شود.
۲-لایه غضروفی-ماهیچه‌ای: ضخیم‌ترین دیواره نای است. در این لایه ماهیچه در قسمتی از نای قرار دارد که با مری در تماس است. بخش غضروفی در این لایه C شکل است.
۳-لایه زیر مخاط: ضخامت آن به نسبت لایه غضروفی کمتر و به نسبت لایه مخاطی بیشتر است. در این لایه غدد ترشحی ماده مخاطی قرار دارند. این غدد ترشحات خود را از طریق مجرایی به سطح درونی نای می‌فرستند.
۴-لایه مخاطی: نازک‌ترین و داخلی‌ترین لایه دیواره نای است. بافت پوششی این لایه از نوع استوانه‌ای مژک‌دار است.

نای در انتهای خود به دو شاخه تقسیم می‌شود نایژه‌های اصلی را پدید می‌آورد. هر نایژه اصلی به یک شش وارد شده، در آنجا به نایژه‌های باریک‌تر تقسیم می‌شود. همچنان که از نایژه اصلی به سمت نایژه‌های باریک‌تر پیش می‌رویم، از مقدار غضروف کاسته می‌شود. انشعابی از نایژه که دیگر غضروفی ندارد، نایژک نامیده می‌شود.

به علت نداشتن غضروف نایژک‌ها می‌توانند تنگ و گشاد شوند. این ویژگی نایژگ‌ها به دستگاه تنفس امکان می‌دهد تا بتواند مقدار هوای ورودی یا خروجی را تنظیم کند. آخرین انشعاب نایژک در بخش هادی، نایژک انتهایی نام دارد.

بررسی شکل انشعابات نای

۱-نایژه اصلی چپ طول بیشتر و نایژه اصلی راست قطر بیشتری دارد. نایژه اصلی راست زودتر منشعب می‌شود. نایژه راست انشعابات بیشتری می‌دهد.
۲-بخشی از دستگاه تنفس که خارج از قفسه سینه قرار دارد: بینی، حلق، حنجره و بخشی از نای.
۳-غضروف در نای C شکل است، در نایژه‌های اصلی به صورت حلقه‌های کامل قرار دارد و در بقیه نایژه‌ها به صورت قطعه قطعه قرار دارد.

بخش مبادله‌ای

بخش مبادله‌ای با حضور اجزای کوچکی به نام حبابک مشخص می‌شود. نایژکی را که روی آن حبابک وجود دارد، نایژک مبادله‌ای می‌نامیم. نایژک مبادله‌ای در انتهای خود به ساختاری شبیه به خوشه انگور ختم می‌شود که از اجتماع حبابک‌ها پدید آمده است. هر یک از این خوشه‌ها را یک کیسه حبابکی می‌نامند.

مخاط مژک‌دار در طول نایژک مبادله‌ای به پایان می‌رسد، بنابراین در محل حبابک‌ها، این مخاط وجود ندارد.

بررسی شکل بخش مبادله‌ای

۱-محل دو شاخه شدن نای بالاتر از قلب و خارج از شش‌ها قرار دارد.
۲-بخش ابتدایی نایژه اصلی خارج است شش قرار دارد.
۳-بخشی از نایژک‌های مبادله‌ای بالاتر از نایژه‌های اصلی قرار دارند.
۴-حبابک‌ها لزوما هم اندازه نیستند. همچنین حبابک‌ها لزوما در خوشه حبابکی حضور ندارند.
۵-در بخش مبادله‌ای نایژک‌ها هم با خون اکسیژن را مبادله می‌کنند.

مقایسه نایژه اصلی راست و چپ

*

نایژه اصلی چپ	نایژه اصلی راست
دیرتر منشعب می‌شود	زودتر منشعب می‌شود
در سطح پایین‌تری منشعب می‌شود	در سطح بالاتری منشعب می‌شود
قطر کمتری دارد	قطر بیشتری دارد
ابتدای آن در خارج از شش قرار دارد	ابتدای آن در خارج از شش قرار دارد
توانایی تنگ و گشاد کردن مجاری خود را ندارد	توانایی تنگ و گشاد کردن مجاری خود را ندارد

در حبابک‌ها، گروهی از سلول‌های دستگاه ایمنی بدن به نام درشت‌خوار مستقر شده‌اند. این سلول‌ها، باکتری‌ها و ذرات گرد و غباری را که از مخاط مژک‌دار گریخته‌اند نابود می‌کنند. در درشت‌خوارها سلول‌هایی با ویژگی بیگانه‌خواری و توانایی حرکت‌اند. این سلول‌ها نه فقط در کیسه‌ها حبابکی شش‌ها، بلکه در دیگر نقاط بدن نیز حضور دارند.

هنگام نفس کشیدن حجم کیسه‌های حبابکی تغییر می‌کند. لایه نازکی از آب، سطحی از حبابک را که در تماس با هواست پوشانده است؛ بنابراین حبابک به علت وجود نیروی کشش سطحی آب، در برابر باز شدن مقاومت می‌کند. ماده‌ای به نام عامل سطح فعال(سورفاکتانت) که از بعضی سلول‌های حبابک‌ها ترشح می‌شود، با کاهش نیروی کشش سطحی، باز شدن حبابک‌ها را آسان می‌کند. در بعضی از نوزادان که زودهنگام به دنیا آمده‌اند، عامل سطح فعال به مقدار کافی ساخته نشده است وبنابراین به سختی نفس می‌کشند.

اطراف حبابک‌ها را مویرگ‌های خونی فراوان احاطه کرده‌اند و به این ترتیب امکان تبادل گازها بین هوا و خون فراهم شده است.

دیواره حبابک از دو نوع سلول ساخته شده است. نوع اول سنگ‌فرشی و فراوان‌تر است. نوع دوم با ظاهری کاملا متفاوت به تعداد خیلی کمتر دیده می‌شود و ترشح عامل سطح فعال را بر عهده دارد. درشت‌خوارها با اینکه درون حبابک دیده می‌شوند اما جز سلول‌های دیواره حبابک طبقه بندی نمی‌شوند.

برای اینکه اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید بین هوا و خون مبادله شوند این مولکول‌ها باید از ضخامت دیواره حبابک‌ها و دیواره مویرگ‌ها عبور کنند. هر دو دیواره از بافت پوششی سنگ‌فرشی یک لایه ساخته شده‌اند که بسیار نازک است. در جاهای متعدد بافت پوششی حبابک و مویرگ هر دو غشای پایه مشترک دارند؛ در نتیجه مسافت انتشار گازها به حداقل ممکن رسیده است.

بررسی شکل ساختار حبابک‌ها

۱-یاخته‌های نوع دوم دارای زوائد غشایی هستند.
۲-یاخته‌ای که در حبابک دیده می‌شود ودارای زوائدی‌ست: ماکروفاژ و نوع دوم.
۳-یاخته‌ای که جز حبابک دیواره است و دارای زوائدی‌ست: نوع دوم.
۴-ماکروفاژ جز دیواره حبابک نیست.
۵-در دیواره حبابک منافذی برای ارتباط آن‌ها وجود دارد.
۶-در جایی از سلول نوع دوم که هسته وجود دارد سلول ضخیم‌تر است.
۷-هسته سلول سنگفرشی حبابک از مویرگ بزرگتر است.
۸-غشای پایه بین حبابک و مویرگ در همه جای شش یک لایه نیست.

حمل گازها در خون

کار دستگاه تنفس با همکاری دستگاه گردش خون کامل می‌شود. خون، اکسیژن را به سلول‌ها می‌رساند و کربن‌دی‌اکسید را از آن‌ها می‌گیرد وبه سمت شش‌ها می‌آورد تا از بدن خارج شود.

نقش گلبول قرمز در حمل گازهای تنفسی

گلبول قرمز سرشار از هموگلوبین است. غلظت اکسیژن خونی که از قلب به شش‌ها می‌رود کمتر از غلظت اکسیژن در هوای حبابک‌ها است؛ در نتیجه در شش‌ها اکسیژن به هموگلوبین می‌پیوندد و در مجاورت بافت‌ها که غلظت اکسیژن به علت مصرف شدن توسط سلول‌ها کاهش یافته است، اکسیژن از هموگلوبین جدا و به سلول‌ها داده می‌شود. پیوستن کربن‌دی‌اکسید به هموگلوبین و یا گسستن از آن نیز تابع غلظت کربن‌دی‌اکسید است. در بافت‌ها، کربن‌دی‌اکسید به هموگلوبین متصل و در شش‌ها از آن جدا می‌شود.

کربن‌مونوکسید، مولکول دیگری‌ست که می‌تواند به هموگلوبین متصل شود با این تفاوت که وقتی متصل شد، به‌آسانی جدا نمی‌شود. محل اتصال این مولکول به هموگلوبین، همان محل اتصال اکسیژن است. بنابراین کربن‌مونوکسید با اتصال به هموگلوبین مانع پیوستن اکسیژن می‌شود و چون به آسانی جدا نمی‌شود ظرفیت حمل اکسیژن را در خون کاهش می‌دهد. این وضعیت ممکن است چنان شدید باشد که منجر به مرگ شود. از این رو کربن مونوکسید گازی سمی به شمار می‌شود. تنفس این گاز باعث مسمومیت می‌شود و به گازگرفتگی شهرت دارد.

حمل اکسیژن و کربن‌دی‌اکسید در خون چگونه انجام می‌شود؟

۱-اکسیژن در خون به دو روش حمل می‌شود:

روش اول حل شدن در خوناب است که بخش کمی از اکسیژن به صورت محلول حمل می‌شود.

بیشترین مقدار حمل اکسیژن در خون نیز به وسیله هموگلوبین انجام می‌شود.

۲-کربن‌دی‌اکسید در خون به سه روش حمل می‌شود:

روش اول حل شدن خوناب است که بخش کمی از کربن‌دی‌اکسید به صورت محلول حمل می‌شود.

روش دوم حمل شدن توسط هموگلوبین است، اما هموگلوبین در ارتباط با حمل کربن‌دی‌اکسید نقش کمتری نسبت به حمل اکسیژن دارد.

بیشترین مقدار کربن‌دی‌اکسید نیز به صورت یون بی‌کربنات در خون حمل می‌شود. در گلبول قرمز، آنزیمی به نام کربنیک‌انیدراز هست که کربن‌دی‌اکسید را با آب ترکیب می‌کند و کربنیک‌اسید پدید می‌آورد. کربنیک‌اسید به سرعت به یون هیدروژن و بی‌کربنات تجزیه می‌شود. یون بی‌کربنات از گلبول قرمز خارج و به خوناب وارد می‌شود. با رسیدن به شش‌ها کربن‌دی‌اکسید از ترکیب یون بی‌کربنات آزاد می‌شود و از آنجا به هوا انتشار می‌یابد.