تبادل الغازات - الجلسة الثانية

لقد درسنا أن cartilage rings توجد في أجزاء معينة من الجهاز التنفسي. ما هي وظيفة هذه cartilage rings؟. cartilage rings مصنوعة من hyaline cartilage. Hyalin cartilage هو نوع من الغضاريف التي تتميز بالصلابة والمرونة إلى حد ما. تبدو Cartilage rings على شكل الحرف C عند مشاهدتها في مقطع عرضي. يسمح هذا الشكل بالدعم الهيكلي مع استيعاب حركة الهياكل المحيطة أيضًا.

تتواجد Cartilage rings في القصبة الهوائية والشعب الهوائية. cartilage rings غير مكتملة من الناحية الخلفية، مما يعني أن نهايات شكل C لا تلتقي في الجزء الخلفي من مجرى الهواء. وبدلاً من ذلك، فهي متصلة بشريط من العضلات الملساء يسمى العضلة القصبية. يسمح هذا الترتيب بالمرونة والتوسع في مجرى الهواء أثناء التنفس والبلع.

الوظيفة الأساسية cartilage rings هي الحفاظ على انفتاح مجاري الهواء. تعمل الحلقات على منع انهيار القصبة الهوائية والشعب الهوائية. وهي تعمل على ضمان بقاء هذه الممرات الهوائية مفتوحة لمرور الهواء من وإلى الرئتين. في حين أن cartilage rings توفر الاستقرار والدعم للمجرى الهوائي، فإن تصميمها غير المكتمل يسمح بقدر معين من المرونة والحركة. وتعتبر هذه المرونة مهمة لأفعال مثل البلع. أثناء البلع، قد تحتاج القصبة الهوائية والشعب الهوائية إلى تعديل وضعهما قليلاً لاستيعاب مرور الطعام عبر المريء.

تتواجد العضلات الملساء في جميع أنحاء الجهاز التنفسي. وهي تتواجد بكثرة في جدران القصبات الهوائية والقصيبات الهوائية. عندما تنقبض العضلات الملساء في جدران الشعب الهوائية والقصيبات الهوائية، فإنها تتسبب في انخفاض قطر مجرى الهواء. يُعرف هذا التضييق في مجرى الهواء باسم bronchoconstriction.

يؤدي bronchoconstriction إلى تقليل قطر مجاري الهواء، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة تدفق الهواء. ونتيجة لذلك، يمكن أن يمر كمية أقل من الهواء عبر مجاري الهواء الضيقة، مما يؤدي إلى انخفاض تدفق الهواء من وإلى الرئتين. يمكن للمواد التي يتم إطلاقها أثناء التفاعلات التحسسية أو التهابات الجهاز التنفسي أن تؤدي إلى bronchoconstriction. يمكن أن يؤدي التعرض لمسببات الحساسية أو الملوثات أو الدخان أو المهيجات الأخرى أيضًا إلى تضيق bronchoconstriction كاستجابة وقائية.

يحدث bronchodilation عندما تسترخي العضلات الملساء في مجرى الهواء. يؤدي bronchodilation إلى توسيع مجاري الهواء، مما يقلل من مقاومة تدفق الهواء. وهذا يسمح بزيادة تدفق الهواء إلى داخل وخارج الرئتين، مما يسهل التهوية. يمكن للأدوية المضادة للالتهابات مثل الكورتيكوستيرويدات أيضًا أن تساعد في استرخاء العضلات الملساء وتوسيع مجرى الهواء عن طريق تقليل الالتهاب.

تتواجد Elastic fibers في الأنسجة الضامة في الجهاز التنفسي، بما في ذلك جدران القصبة الهوائية والشعب الهوائية والقصيبات الهوائية والحويصلات الهوائية. تتكون Elastic fibers في المقام الأول من بروتين الإيلاستين، الذي يمنحها المرونة والقدرة على التحمل. يتم ترتيب هذه الألياف في شبكة تسمح لها بالتمدد والارتداد، مما يوفر الدعم الهيكلي للجهاز التنفسي. تساعد Elastic fibers على الحفاظ على انفتاح مجاري الهواء من خلال توفير الدعم الهيكلي. إنها تمنع انهيار مجاري الهواء أثناء الزفير عن طريق الارتداد بعد التمدد أثناء الاستنشاق.

تساهم Elastic fibers في جدران الحويصلات الهوائية في ارتداد الرئة. إن ارتداد الرئة ضروري لعملية الزفير السلبي للهواء من الرئتين. أثناء الاستنشاق، يؤدي توسع الرئتين إلى تمدد الألياف المرنة، مما يؤدي إلى تخزين الطاقة الكامنة. أثناء الزفير، تتراجع هذه الألياف، مما يساعد على دفع الهواء خارج الرئتين.

تتكون Ciliated epithelium من خلايا ظهارية أسطوانية أو شبه طبقية. تكون هذه الخلايا طويلة ومتراصة بشكل وثيق. إنها تشكل طبقة مستمرة تبطن سطح الجهاز التنفسي. تتواجد Ciliated epithelium في تجويف الأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية والقصيبات الهوائية الأكبر حجمًا.

السمة المميزة ciliated epithelium هي وجود العديد من الهياكل المجهرية التي تشبه الشعر والتي تسمى cilia. تتواجد Cilia على السطح القمي للخلايا الظهارية. كل cilium هو امتداد نحيف ومتحرك لغشاء الخلية. وهو يتألف من الأنابيب الدقيقة المرتبة في نمط تسعة زائد اثنين. يشير هذا الترتيب إلى تسعة أزواج من الأنابيب الدقيقة المحيطة بزوج مركزي. وهذا يوفر الدعم الهيكلي ويسمح بالحركة المنسقة.

الوظيفة الأساسية ciliated epithelium هي تسهيل حركة المخاط والجزيئات المحاصرة خارج مجاري الهواء. تلعب ciliated epithelium دورًا حاسمًا في حماية الجهاز التنفسي من المواد الضارة، مثل البكتيريا والفيروسات والحطام المستنشق. تساعد الحركة المستمرة cilia على إخراج هذه الجسيمات من مجاري الهواء. تساهم ciliated epithelium في ترطيب وتنقية الهواء المستنشق. عندما يمر الهواء فوق السطح الرطب للظهارة التنفسية، فإنه يلتقط الرطوبة ويتم تصفيته من الجسيمات. يؤدي هذا إلى توفير هواء رطب ونظيف للرئتين.

تكون Goblet cells عادةً على شكل قارورة أو عمودية في البنية. تتواجد Goblet cells بشكل رئيسي في بطانة الظهارة التي تبطن تجويف الأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية والقصيبات الهوائية الأكبر حجمًا. الوظيفة الأساسية goblet cells في الجهاز التنفسي هي إنتاج وإفراز المخاط. المخاط عبارة عن مادة لزجة تشبه الجل تتكون من الماء والأيونات والبروتينات mucins. Mucins هو عبارة عن جليكوبروتينات تنتجها goblet cells.

يلعب المخاط عدة أدوار مهمة، بما في ذلك حبس وإزالة الجسيمات المستنشقة، مثل الغبار وحبوب اللقاح والمسببات للأمراض من مجرى الهواء. ويساعد أيضًا على ترطيب الهواء وترطيبه. وهذا يحمي الخلايا الظهارية الحساسة التي تبطن الجهاز التنفسي من الجفاف. يشكل المخاط الذي تنتجه goblet cells، إلى جانب cilia الخلايا الظهارية الهدبية المجاورة، السلم المخاطي الهدبي. تعمل هذه الآلية على تسهيل حركة المخاط والجزيئات المحاصرة خارج مجرى الهواء. إن ضربات cilia المنسقة تدفع طبقة المخاط إلى الأعلى باتجاه الحلق، حيث يمكن بلعها أو طردها.

Squamous epithelial cells رقيقة ومسطحة. إنها تشبه البلاط أو المقاييس ذات الشكل غير المنتظم. تكون هذه الخلايا متراصة بشكل وثيق وتحتوي على الحد الأدنى من المواد الخلوية بينها. تحتوي Squamous epithelial cells على نواة تقع في المركز، والتي قد تبدو مسطحة بسبب رقة الخلية. تتواجد Squamous epithelium بشكل خاص في الحويصلات الهوائية للرئتين. الوظيفة الرئيسية squamous epithelium في الحويصلات الهوائية هي تسهيل تبادل الغازات بين الرئتين ومجرى الدم.

الشعيرات الدموية الرئوية تحيط بالحويصلات الهوائية. في الحويصلات الهوائية، تذوب جزيئات الأكسجين من الهواء المستنشق في طبقة رقيقة من الرطوبة التي تبطن جدران الحويصلات الهوائية. ويؤدي هذا إلى خلق تركيز عالي من الأكسجين في الحويصلات الهوائية. يتم ضخ الدم الخالي من الأكسجين من الشرايين الرئوية إلى الشعيرات الدموية الرئوية المحيطة بالحويصلات الهوائية. يتدفق الدم عبر هذه الشعيرات الدموية بالقرب من جدران الحويصلات الهوائية.

بسبب تدرج التركيز، تنتشر جزيئات الأكسجين من الحويصلات الهوائية عبر الغشاء السنخي وإلى مجرى الدم. تنتقل جزيئات الأكسجين من منطقة ذات تركيز عالي إلى منطقة ذات تركيز منخفض عن طريق الانتشار البسيط. بمجرد دخولها إلى مجرى الدم، ترتبط جزيئات الأكسجين بجزيئات الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء، لتشكل الأوكسي هيموجلوبين. ويتم بعد ذلك نقل الدم المؤكسج بعيدًا عن الرئتين عن طريق الأوردة الرئوية وتوزيعه على أنسجة الجسم.

يحتوي الدم الخالي من الأكسجين الذي يعود من أنسجة الجسم على مستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات لعملية التمثيل الغذائي الخلوي. يتم ضخ هذا الدم إلى الشعيرات الدموية الرئوية المحيطة بالحويصلات الهوائية. ينتشر ثاني أكسيد الكربون من مجرى الدم عبر الغشاء السنخي إلى الحويصلات الهوائية. بمجرد وصوله إلى الحويصلات الهوائية، يتم إخراج ثاني أكسيد الكربون من الرئتين أثناء الزفير، جنبًا إلى جنب مع بقية الهواء الموجود في الحويصلات الهوائية.