تبادل الغازات - الجلسة 1

نستنشق الهواء و نزفره. يستخدم جسمنا الأكسجين من الهواء الذي نستنشقه. في حين يتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من جسمنا. وبكلمات بسيطة، يحدث تبادل الغازات بين جسمنا والبيئة. كيف تتم عملية تبادل الغازات هذه؟.

في الكائنات وحيدة الخلية، يحدث تبادل الغازات من خلال الغشاء البلازمي. أما عند الإنسان، فإن تبادل الغازات يحدث عن طريق الجهاز التنفسي. يتكون الجهاز التنفسي البشري من العديد من الأعضاء والهياكل التي تعمل معًا لتسهيل التنفس وتبادل الغازات. دعونا نستكشف كل مكون من مكونات الجهاز التنفسي.

يبدأ الجهاز التنفسي بالأنف والتجويف الأنفي. يعتبر الأنف بمثابة نقطة الدخول الرئيسية للهواء إلى الجهاز التنفسي. يتم تبطين تجويف الأنف بغشاء مخاطي. يحتوي الغشاء المخاطي على خلايا تفرز المخاط وعدد كبير من الهياكل الصغيرة التي تشبه الشعر والتي تسمى الأهداب.

عندما يدخل الهواء إلى تجويف الأنف، فإنه يمر عبر هذه الأغشية المخاطية. يقوم المخاط بحبس الغبار وحبوب اللقاح والبكتيريا والجزيئات الغريبة الأخرى الموجودة في الهواء. ثم تتحرك الأهداب في موجات منسقة. يقومون بنقل الجزيئات المحاصرة نحو الحلق حيث يتم بلعها أو إخراجها من خلال السعال أو العطس. تساعد عملية الترشيح هذه على حماية الأنسجة الحساسة في الجهاز التنفسي من الضرر المحتمل الناجم عن الجسيمات المستنشقة.

يمكن أن يؤدي الهواء الجاف إلى تهيج الجهاز التنفسي والتسبب في الشعور بعدم الراحة. يساعد المخاط الموجود في الغشاء المخاطي على ترطيب الهواء الداخل. تساعد الشبكة الواسعة من الأوعية الدموية داخل الأغشية المخاطية في نقل الحرارة من الجسم إلى الهواء الداخل. يؤدي هذا إلى تسخين الهواء ليصبح قريبًا من درجة حرارة الجسم. تعتبر عملية التسخين بالغة الأهمية لأن الهواء البارد قد يؤدي إلى إتلاف الأنسجة الحساسة في الجهاز التنفسي.

من تجويف الأنف، يتجه الهواء إلى الأسفل في البلعوم. البلعوم هو الممر المشترك للهواء والطعام. تقع الحنجرة أسفل البلعوم وتحتوي على الحبال الصوتية. يلعب دورًا أساسيًا في إنتاج الصوت للكلام. ويمنع دخول الطعام والسوائل إلى مجرى الهواء أثناء البلع.

بعد مروره عبر الحنجرة، يدخل الهواء إلى القصبة الهوائية. القصبة الهوائية عبارة عن أنبوب صلب يتكون من حلقات غضروفية. يمتد من الحنجرة إلى تجويف الصدر. تعمل القصبة الهوائية كقناة لدخول الهواء إلى الرئتين وخروجه منها. تُسمى القصبة الهوائية أيضًا بالقصبة الهوائية.

تتفرع القصبة الهوائية إلى شعبتين رئيسيتين. كل رئة لديها القصبة الهوائية الخاصة بها. تحتوي الرئة اليمنى على قصبة هوائية رئيسية يمنى وتحتوي الرئة اليسرى على قصبة هوائية رئيسية يسرى. تحتوي القصبات الهوائية أيضًا على حلقات غضروفية. الوظيفة الأساسية للشعب الهوائية هي نقل الهواء من وإلى الرئتين.

تعمل القصبات الهوائية كممرات رئيسية يتدفق من خلالها الهواء، وتوزعه على الممرات الهوائية الأصغر داخل الرئتين. الرئتان هما الأعضاء الأساسية في الجهاز التنفسي المسؤولة عن تبادل الغازات بين الغلاف الجوي ومجرى الدم. تقع داخل تجويف الصدر، على جانبي القلب. إنهم محميون بواسطة القفص الصدري.

عندما تدخل الشعب الهوائية الرئيسية إلى الرئتين، فإنها تنقسم إلى شعب هوائية أصغر وشعب هوائية صغيرة. إنها تشكل بنية متفرعة تعرف باسم الشجرة القصبية. تفتقر القصيبات الهوائية إلى حلقات الغضاريف الموجودة في القصبات الهوائية الأكبر حجمًا. وهذا يجعلها أكثر مرونة واستجابة للتغيرات في تدفق الهواء.

بدلاً من الغضاريف، تكون القصيبات محاطة بعضلات ملساء. يمكن لهذه العضلات أن تنقبض أو تسترخي لتنظيم قطر مجرى الهواء. وبما أن القصيبات الهوائية تصبح أصغر حجمًا، فإنها في النهاية تؤدي إلى مجموعات من الأكياس الهوائية تسمى الحويصلات الهوائية. الحويصلات الهوائية هي هياكل صغيرة تشبه العنب في نهاية القصيبات الهوائية.

تُحيط شبكة من الأوعية الدموية بالحويصلات الهوائية. وهذا يسمح بتبادل فعال للغازات بين الجهاز التنفسي والجهاز الدوري. يعتبر تركيب الحويصلات الهوائية متخصصًا للغاية لتسهيل تبادل الغازات. وهي مبطنة بطبقة رقيقة من الخلايا الظهارية. هذه الخلايا الظهارية محاطة بشبكة كثيفة من الشعيرات الدموية. يسمح هذا الحاجز الرقيق بالانتشار السريع للغازات عبر جدار الحويصلات الهوائية.

تنقسم كل رئة إلى فصوص. تحتوي الرئة اليمنى على ثلاثة فصوص. تحتوي الرئة اليسرى على فصين. تحيط الرئتين بغشاء مزدوج الطبقة يسمى الغشاء الجنبي. وتسمى الطبقة الخارجية بالجنبة الجدارية. إنه يبطن جدار الصدر.

وتسمى الطبقة الداخلية بالجنبة الحشوية. يغطي سطح الرئتين. تسمى المساحة الموجودة بين طبقتي الجنب بالتجويف الجنبي. يحتوي التجويف الجنبي على كمية صغيرة من السائل الجنبي الذي يعمل على تزييت وتقليل الاحتكاك أثناء حركات التنفس. والآن دعونا نرى كيف تتم آلية التنفس.

يتكون التنفس من الاستنشاق والزفير. الاستنشاق هو العملية النشطة لاستنشاق الهواء، والتي تجلب الهواء الغني بالأكسجين إلى الرئتين. يبدأ الأمر بانقباض الحجاب الحاجز. الحجاب الحاجز هو عبارة عن عضلة على شكل قبة تقع أسفل الرئتين.

عندما ينقبض الحجاب الحاجز، فإنه يتحرك إلى الأسفل، مما يزيد من حجم التجويف الصدري. في نفس الوقت، تبدأ العضلات الوربية الخارجية الموجودة بين الأضلاع بالانقباض. ويؤدي هذا إلى توسع القفص الصدري. مع توسع التجويف الصدري، ينخفض الضغط داخل الرئتين نسبة إلى الضغط الجوي. يؤدي هذا إلى إنشاء تدرج الضغط. يتدفق الهواء من منطقة ذات ضغط أعلى إلى منطقة ذات ضغط أقل.

الزفير هو العملية السلبية لإخراج الهواء. يقوم بإزالة الهواء الغني بثاني أكسيد الكربون من الرئتين. يحدث عندما يسترخي الحجاب الحاجز والعضلات الوربية الخارجية. وهذا يسمح للقفص الصدري بالعودة إلى وضع الراحة. مع انخفاض حجم التجويف الصدري، يزداد الضغط داخل الرئتين نسبة إلى الضغط الجوي. يتدفق الهواء من منطقة ذات ضغط أعلى إلى منطقة ذات ضغط أقل. يؤدي هذا إلى طرد ثاني أكسيد الكربون من الرئتين.