زیست دهم؛ ناحیه تنفسی شامل چه بخشهایی است؟

دنیای جدید، دنیای اینترنت است که به عنوان منبعی برای همه و به ویژه دانش‌آموزان تبدیل شده است که با استفاده از آن هم می‌توانند پاسخ بسیاری از پرسش‌های خود را پیدا کنند و هم درس‌های خود را بهتر یاد بگیرند.

تحریریۀ مدرسه آنلاین تلاش می‌کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.

امروز بحث ناحیۀ تنفسی در درس زیست دهم را با هم می‌خوانیم.

ناحیۀ تنفسی

اندام‌هایی که در بحث قبل بررسی کردیم مسیرهای هدایت و پالایش هوای ورودی به بدن بودند. اما بخش اصلی فرایند تنفس از انتهای نایژه‌ها شروع می‌شود. مجرای آلوئولی و دسته‌های کیسه هوایی در این بخش از دستگاه تنفس قرار گرفته‌اند.

مجرای آلوئول: مجرای آلوئولی لوله‌ای‌ است که از بافت ماهیچه صاف و پینودی تشکیل و در انتهای آن دسته‌ای از کیسه‌هایی هوایی قرار می‌گرند.

کیسه هوایی یا آلوئول: هر یک از کیسه‌های بسیار کوچک (دو میکرومتری) شبیه به دانه انگور است که از بافت پوششی مکعب تک‌لایه تشکیل می‌شود. غشای این کیسه در تماس با غشای نازک مویرگ است و تبادل اکسیژن و دی‌اکسید کربن در این ناحیه انجام می‌شود. حفره آلوئولی موجود در این کیسه بین آلوئول‌ها ارتباط برقرار می‌کند و فشار این بخش از دستگاه تنفس و ریه را متعادل نگه می‌دارد. این آلوئول‌ها ساختارهای خوشه‌ای می‌سازند که کیسه آلوئولی نام دارد.

ساختار آلوئول

دیواره تک‌لایه کیسه‌های هوایی از سه نوع سلول مختلف تشکیل می‌شود. سلول‌های آلوئولی نوع I یا نومونوسیت I، سلول‌های پوششی مکعبی ساده‌ای هستند که بیشتر سطح این کیسه‌ها را به خود اختصاص می‌دهند. این سلول‌ها حدود ۲۵ نانومتر ضخامت و نفوذپذیری زیادی بهO2 و CO2 دارند. سلول‌های آلوئولی نوع II یا نومونوسیت II، بین سلول‌های نوع I قرار دارند و سورفاکتانت ریه (ترکیبی از پروتئین و فسفولیپید) را می‌سازند که کشش سطحی ریه را کاهش می‌دهد. ماکروفاژهای آلوئولی سلول‌های ساختاری این بخش از دستگاه تنفس نیستند، اما در فاصله بسیار کم از سلول‌های دیوراه کیسه‌های هوایی قرار می‌گیرند. این ماکروفاژها میکروب‌هایی که تا این بخش از مسیر تنفسی حذف نشده‌اند را فاگوسیت می‌کند. ناحیه تنفسی، انتهای درخت برونشیال قرار دارد.

نقش سورفاکتانت در کاهش کشش سطحی

در سطح داخلی هر آلوئول لایه‌ای از مولکول‌های آب قرار دارد که با مولکول‌های آب اطراف و سلول‌های دیواره برهم‌کنش می‌دهد. برهم‌کنش قوی بین مولکول‌های آب سبب کشیده شدن این مولکول‌ها به سمت لایه سلولی و دورتر شدن مولکول آب از گازهای موجود در آلوئول می‌شود. سلول‌های سطحی دیواره برای مقابله با فشار ایجاد شده به‌وسیله مولکول‌های آب، نیرویی در جهت خلاف نیروی این مولکول‌ها به مرکز آلوئول وارد می‌کنند (کشش سطحی) که سبب ایجاد فشار برای خروج هوا (فشار کولپس)، روی هم افتادن دیواره و جمع شدن آلوئول می‌شود. کشش سطحی آلوئول را می‌توان از فرمول زیر به دست آورد. که در آن T، کشش سطحی دیواره آلوئول، r شعاع آلوئول و P فشار کولپس یا فشار خروجی گاز از آلوئول است.

در نتیجه افزایش کشش سطحی، فشار کولپس آلوئول را افزایش و کاهش آن، فشار کولپس را کاهش می‌دهد. حالتی را در نظر بگیرید که قطر نایژه انتهایی و در نیجه جریان هوای ورودی به آلوئول به دلیل ترشح زیاد موکوز کاهش می‌یابد. در این شرایط شعاع آلوئول به دلیل کاهش تهویه، کاهش و کشش سطحی بر اساس فرمول بالا افزایش می‌یابد. در این شرایط جریان هوا بین منافذ دو آلوئول مجاور، به حفظ ساختار آلوئول کمک و از روی هم افتادن دیواره‌ها جلوگیری می‌کند. اگر مکانیسم‌های جبران نتواند از روی هم خوابیدن، فشرده و کوچک شدن آلوئول جلوگیری کند، فشار ایجاد شده مثل یک پمپ خلا پلاسمای موجود در مویرگ‌ها را داخل آلوئول می‌کشد. تجمع مایع با افزایش ضخامت غشای تنفسی، تبادل گازها را کاهش می‌دهد. اما سورفاکتانت ترشح شده از سلول‌های نوع II آلوئول از به وجود آمدن این شرایط جلوگیری می‌کند.

سورفاکتانت ترکیبی است که از فسفاتیدیل کولین‌ها با اسیدهای چرب ۱۶ کربنه (۹۰٪) و پروتئین‌های آلبومین، ایمونوگلوبین A و آپوپروتئین‌ها (۱۰٪) تشکیل شده است. تشکیل و ترشح این ترکیب در هفته ۲۴ام بارداری شروع می‌شود و در هفته ۳۴ام به دلیل افزایش ترشح هورمون کورتیزول در بدن مادر افزایش می‌یابد. سورفاکتانت تولید شده در وزیکول‌های دخیره‌ای سیتوپلاسم سلول‌های نوع ۲ (Lamellar Bodies) ذخیره می‌شوند و به‌وسیله اگزوسیتوز از سلول خارج می‌شوند. این مولکول‌ها از سمت فسفاتیدیل کولین (بخش قطبی) بین مولکول‌های آب قرار می‌گیرند و انتهای اسید چرب ان‌ها (بخش غیرقطبی) کنار مولکول‌های گاز قرار می‌گیرد. برهم‌کنش اسیدهای چرب با مولکول‌های گاز، نیروی رو به بالایی ایجاد می‌کند که سر فسفاتیدیل را بالا می‌کشد. از آن‌جایی که سر فسفاتیدیل با مولکول‌های آب برهم‌کنش دارد، نیروی روبه بالا را به مولکول‌های آب منتقل می‌کند.

در نتیجه نیروی وارد شده از طرف مولکول‌های آب به سلول‌های دیواره و در نتیجه کشش سطحی دیواره آلوئول کاهش می‌یابد. به علاوه ترشح و تراکم سورفاکتانت در آلوئول‌هایی که شعاع بیشتری دارند (کشش سطحی کمتر) کمتر از آلوئول‌هایی است که شعاع کوچک‌تری دارند (کشش سطحی بیشتر).

ریه

ریه اندام اصلی دستگاه تنفس است که بخش‌های هدایت‌کننده هوا و ناحیه تنفسی در آن قرار دارند. این اندام محیط و ساختارهای لازم برای تبادل اکسیژن و دی‌اکسید کربن بین بدن انسان و اتمسفر را به وجود می‌آورد. به همین دلیل مساحت سطح ریه بسیار زیاد (۷۰ متر مربع) است.

ریه اندامی مخروطی و جفت است که به‌وسیله دو نایژه چپ و راست به ریه متصل می‌شوند و دیافراگم چسبیده به سطح پایینی آن‌ها قرار دارد. ریه راست کوتاه‌تر اما عرض آن از ریه چپ بیشتر است. به همین دلیل ریه چپ حجم کمتری از قفسه سینه را اشغال می‌کند. خمیدگی ساختار ریه چپ (Cardiac Notch)، جایگاه قلب را مشخص می‌کند.

آناتومی ریه

هر ریه از چند بخش عملکردی تشکیل شده است.

هر ریه از واحد‌های کوچک‌تری به نام لوب تشکیل شده است که نایژه‌‌ها، رگ‌های خونی و رشته‌های عصبی متفاوتی دارند. ریه چپ از دو لوب و ریه راست از سه لوب تشکیل می‌شود. به علاوه هر لوب به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم می‌شود که هوا را از نایژه سوم متفاوتی دریافت می‌کنند. لوب‌ها به‌وسیله بافت پیوندی به نام غشای بین لوبولی از هم جدا می‌شوند.

پرده جنب

پرده جنب، غشایی از جنس بافت پیوندی (سروزی) است که اطراف هر یک از ریه‌ها را می‌پوشاند. «بخش احشایی» (Visceral) یا درونی این لایه روی بخش خارجی ریه قرار می‌گیرد و «بخش آهیانه» (Parietal Pleura) یا جداری، بخش خارجی این غشا است که به استخوان‌های قفسه سینه و دیافراگم متصل می‌شود. مایع جنب فضای بین این دولایه را پر می‌کند و هیلوم ریه محل اتصال این دو لایه به هم است.

لایه احشایی و آهیانه پرده جنب را سلول‌های مزوتلیالی تشکیل می‌دهند که وظیفه سنتز و ترشح مایع جنب بر عهده آن‌ها است. مایع جنب ترکیبی شبیه به سرم خون با پروتئین‌ها و آب فراوان است که اصطحکاک بین دولایه جنب در حرکات تنفسی را کاهش می‌دهد.

ماهیچه های تنفسی

ماهیچه‌های تنفسی یا پمپ ماهیچه‌ای تنفس از دو دسته ماهیچه‌های اصلی و فرعی تشکیل می‌شوند. همه این ماهیچه‌ها، ماهیچه‌های اسکلتی هستند که انقباض و انبساط آن‌ها سبب ورود هوا به ریه در دم و خروج آن در بازدم می‌شود.

ماهیچه‌های اصلی: دیافراگم و ماهیچه‌های بین‌دنده‌ای خارجی، ماهیچه‌های اصلی تنفس هستند که رشته عصبی واگ انقباض (دم) و انبساط (بازدم) آن‌ها را کنترل می‌کند. ماهیچه‌های بین دنده‌ای داخلی در بازدم‌های عمیق به کاهش حجم قفسه سینه و خروج هوا کمک می‌کنند.

ماهیچه‌های فرعی: این گروه شامل ماهیچه‌های شکمي، ماهیچه‌های گردن و سر می‌شوند که در فعالیت‌های فیزیکی به دستگاه تنفس برای افزایش تعداد و عمق تنفس کمک می‌کنند. انقباض این ماهیچه‌ها سبب بالاکشیده شدن اندام‌های شکمی، فشار به دیافراگم و کاهش حجم قفسه سینه می‌شود.

دیافراگم

دیافراگم بافتی گنبدی شکل از جنس ماهیچه اسکلتی و بافت پیوندی است که قفسه سینه پستانداران را از حفره شکمی جدا می‌کند. انقباض و انبساط این ماهیچه حجم قفسه سینه را تغییر می‌دهد و نقش مهمی در حرکات تنفسی دارد. تعداد بسیار زیاد میتوکندری در سیتوپلاسم سلول‌های این بافت ماهیچه‌ای و مویرگ‌های فراوان، نشان می‌دهد میزان مصرف اکسیژن در این بافت بسیار زیاد است. بخش انتهایی این بافت نزدیک استخوان انتهایی قفسه سینه و برآمدگی گنبدی شکل آن پایین دنده ششم قرار می‌گیرد. سه حفره در این بخش از دستگاه تنفسی قرار دارد که محل عبور آئورت، مری و سیاهرگ ونا کاوا است.

ماهیچه های بین دنده ای

دیافراگم ماهیچه اصلی پمپ تنفسی است. اما نمی‌تواند به تنهایی و بدون کمک ماهیچه‌های بین دنده‌ای حجم و فشار لازم برای ورود هوا به ریه را فراهم کند. در قفسه سینه هر انسان بالغ و سالم، ۱۱ جفت ماهیچه اسکلتی بین دنده‌ها قرار دارند.

دستگاه تنفس انسان چگونه کار می کند؟

تهویه ریوی و تبادل گازها دو بخش تنفس هستند. تهویه ریوی شامل دم و بازدم است که هوای را وارد بدن (دم) و از بدن خارج (بازدم) می‌کند. تبادل گازها در دو سطح انجام می‌شود. مویرگ‌ها دی‌اکسیدکربن را از بافت‌های داخلی دریافت (تنفس داخلی) و آن را در ریه با اکسیژن موجود در کیسه‌های هوایی مبادله می‌کنند (تنفس خارجی).

دم و بازدم دو حرکت اصلی دستگاه تنفس هستند که به کمک بافت‌های مختلف و با تغییر فشار هوا در این مسیرهای تنفسی و ریه، اکسیژن و دی‌اکسید کربن را مبادله می‌کنند. دیافراگم و ماهیچه‌های بین دنده‌ای (ماهیچه‌های تنفسی) دو نوع ماهیچه اسکلتی شرکت‌کننده در فرایند تنفس هستند. دم حرکتی است که به‌وسیله انقباض این دو ماهیچه هوا را وارد مسیرهای تنفسی و ریه می‌کند.

ماهیچه بین دنده‌ای: سه لایه داخلی، درونی (عمقی) و خارجی از ماهیچه اسکلتی بین دنده‌ها وجود دارند. انقباض ماهیچه‌های بین دنده‌ای خارجی در دم دنده‌ها و جناغ سینه را سمت بالا می‌کشد و قطر عقبی-جلویی این بخش را افزایش می‌دهد.

دیافراگم: انقباض این ماهیچه در دم سبب صاف شدن بخش گنبدی، پایین کشیده شدن ماهیچه و افزایش طول بالایی-پایینی قفسه سینه می‌شود.

 

طبق قانون بویل، در یک محفظه بسته و در دمای ثابت، افزایش حجم منجر به کاهش فشار گاز می‌شود. تبدل گازها در مسیرهای تنفسی و ریه از این قانون پیروی می‌کند. در دم، افزایش حجم حاصل از انقباض ماهیچه‌ها، سبب کاهش فشار ریه نسبت به محیط خارجی و ورود هوا در جهت شیب فشار (فشار بیشتر به کمتر) به این بخش از دستگاه تنفسی می‌شود.

در بازدم تمام این فرایند در جهت عکس انجام می‌شود. ماهیچه‌های تنفسی منبسط می‌شوند. حجم ریه کاهش و فشار آن افزایش می‌یابد و هوا از مسیرهای تنفسی خارج می‌شود. انبساط دیافراگم طول بالایی-پایینی قفسه سینه و انبساط ماهیچه‌های بین دنده‌ای قطر جلویی-عقبی قفسه سینه را کاهش می‌دهد. در بازدم عمیق ماهیچه‌های بین دنده‌ای خارجی منبسط و ماهیچه‌های بین دنده‌ای داخلی منقبض می‌شوند. انقباض این ماهیچه‌ها به کاهش حجم قفسه سینه کمک می‌کند.

حجم تنفسی

حجم تنفسی یا ظرفیت تنفسی، حجم هوای موجود در سیستم تنفسی بالایی و پایینی در مراحل مختلف تنفس است. به کمک اندازه‌گیری این حجم‌ها می‌توان وضعیت مکانیکی ریه، سلامت ماهیچه‌های تنفسی، مقاومت مسیرهای هوایی و کارایی تبادل گازهای تنفسی در آلوئول را با روش‌های ساده و غیرتهاجمی بررسی کرد. «اسپیرومتری» (Spirometry) تست ساده‌ای است که برای سنجش حجم و ظرفیت ریه استفاده می‌شود. «حجم تیدال» (Tidal Volume)، «حجم تنفسی ذخیره دمی» (Inspiratory Reserve Volume)، «حجم تنفسی ذخیره بازدم» (Expiratory Reserve Volume) و «حجم باقی‌مانده» (Residual Volume/Reserve Volume) حجم‌های تعریف شده برای مراحل مختلف تنفس هستند.

حجم تیدال: حجم هوایی است که در یک دم و بازدم طبیعی و آرام وارد ریه و از ریه خارج می‌شود. میانگین حجم تیدال در یم فرد بالغ که ریه سالمی دارد حدود نیم لیتر است. این حجم در بارداری افزایش می‌یابد.

حجم تنفسی ذخیره دمی: حداکثر حجم هوایی (حدود ۲٫۵ لیتر) است که در یک دم عمیق وارد ریه‌ها می‌شود. این حجم به قدرت انقباضی ماهیچه‌ها و میزان کشسانی بافت ریه بستگی دارد.

حجم تنفسی ذخیره بازدم: حداکثر حجم هوایی (۱٫۵ لیتر) است که در یک بازدم عمیق از ریه‌ها خارج می‌شود. این حجم به قدرت ماهیچه‌ها و میزان مقاومت مسیرهای هوایی بستگی دارد. حجم ذخیره بازدمی در افراد باردار، گرفتگی مسیرهای هوایی و افراد با اضافه وزن کاهش می‌یابد.

حجم هوای باقی‌مانده: حجم هوایی (حدود ۱٫۵ لیتر) را نشان می‌دهد که پس از هر بازدم عمیق در ریه یا مسیرهای تنفسی باقی می‌ماند.

منبع: فرادرس