دستگاه تنفس و مکانیزم عملکرد آن

دستگاه تنفس چیست؟

دستگاه تنفس قسمتی از بدن انسان است که اکسیژن مورد نیاز سلول‌ها را فراهم آورده و دی‌­اکسیدکربن تولید شده توسط سلول‌­ها را از بدن خارج می‌­کند. دستگاه تنفس انسان شامل حفره بینی (Nasal Cavity)، گلو (Pharynx)، اپی­گلوت (Epiglottis)، حنجره (Larynx)، نای (Trachea)، نایژه (Bronchi)، نایژک (Bronchioles) و کیسه‌‌های هوایی (Alveoli) می‌شود.

 

مکانیزم تنفس

تنفس، اکسیژن موجود در هوا را به درون ریه‌­ها برده و در تماس نزدیک با خون، اکسیژن به خون انتقال یافته و توسط دستگاه گردش خون به تمامی قسمت‌­های مختلف بدن منتقل می‌گردد. در همین زمان، دی­‌اکسیدکربن (CO₂) موجود در خون که از تمامی قسمت‌های بدن جمع ­آوری می‌گردد به ریه‌ها منتقل شده و با بازدم از دستگاه تنفس خارج می­‌شود.

 

سیستم تنفس شامل ۴ فرایند اصلی است:

1. تهویه ریوی (Pulmonary Ventilation): حرکت هوا به درون شش­‌ها و تخلیه آن و تبادل پیوسته گازها.
2.  تنفس بیرونی (External Respiration): حرکت اکسیژن از شش‌­ها به خون و دی‌اکسیدکربن از خون به ریه‌ها.
3.  انتقال گازهای تنفسی (Transport of Respiratory Gases): انتقال اکسیژن از شش‌ها به سلول‌های بافت‌­های بدن و دی‌اکسیدکربن از این سلول‌ها به ریه‌­ها. این انتقال با سیستم گردش خون تکمیل می‌شود.
4.  تنفس درونی (Internal Respiration): حرکت اکسیژن از خون به سلول­‌ها و دی­‌اکسیدکربن از سلول‌ها به خون.

ریه‌­ها

ریه بخشی از دستگاه تنفس است که تبادل اکسیژن و دی‌اکسیدکربن در آن صورت می‌پذیرد و در برگیرنده نایژک‌ها، کیسه‌های هوایی می‌باشد. ریه از دو بخش ریه سمت راست و ریه سمت چپ تشکیل شده است. ریه سمت راست به سه قسمت اصلی و ریه سمت چپ به دو قسمت اصلی تقسیم می‌شود.

 

ساختار را­ه‌های هوایی

نای که از گلو تا ریه‌ها ادامه دارد، به دو بخش تقسیم می‌­گردد و سپس در ریه سمت راست به ۳ قسمت و در ریه سمت چپ به دو قسمت تقسیم شده تا هوا به بخش­‌های مختلف ریه منتقل گردد. راه‌های هوایی ساختاری درخت­ مانند دارند.

 

این مسیر آنقدر به بخش‌های کوچکتر تقسیم می­‌شود تا بتوانند هوا را به کیسه‌های هوایی (Alveoli) برسانند. یک مدل از راه‌های هوایی در شکل بالا دیده می‌­شود.

دم (Inhale) و بازدم (Exhale)

مهمترین ماهیچه سیستم تنفسی دیافراگم است. حرکت عضلات دیافراگمی و بین دنده‌­ای باعث ایجاد اختلاف فشار و تغییر حجم ریه‌­ها می‌‌شود. در زمان دم، دیافراگم به سمت پایین حرکت کرده و دنده‌­ها اتساع می‌­یابند. در نتیجه، فشار درون ریه‌­ها کاهش یافته و هوا به درون ریه‌ها جاری می­‌گردد. در بازدم طبیعی به فعالیت ماهیچه‌ه­ای نیازی نیست. وقتی دیافراگم آزاد می‌­گردد، نیروی الاستیکی (کشسانی) ریه ­ها و راه‌های هوایی با اعمال فشار معکوس باعث خروج هوا از ریه‌­ها به دلیل تفاوت فشار می‌­گردد. درست همانند آنچه که در باد کردن یا خالی کردن بادکنک مشاهده می­‌کنیم. پر کردن بادکنک نیازمند اعمال نیروی بیرونی است در حالی که تخلیه آن به دلیل حالت کشسانی آن به صورت خودکار انجام می­‌گیرد.

 

جریان هوا در دستگاه تنفس

در راه­‌های هوایی جریان هوا می‌تواند هموار یا آشفته باشد. وقتی که جریان هوا با سرعت زیاد در راه­‌های هوایی به ویژه با دیواره ­های نامنظم جریان می‌­یابد آشفته می‌­شود و این مسئله بیشتر در راه‌­های هوایی بزرگتر مشاهده می‌گردد. وقتی سرعت کم است و از لوله ­های باریک عبور می­‌کند، جریان هموار می‌گردد. زیرا سطح مقطع مؤثر راه‌های هوایی با کوچکتر شدن راه‌های هوایی به دلیل افزایش بسیار این راه‌ها، افزایش می­‌یابد. بنابر این سرعت جریان هوا کاهش یافته و جریان هموارتر می­‌گردد. جریان هموار بهترین بازدهی را برای انتقال اکسیژن دارد.

 

تبادل گازی

 

 

کار اصلی ریه تبادل اکسیژن و دی‌­اکسیدکربن بین خون و هوای استنشاق شده است. رگ‌های خونی در ریه­‌ها نیز ساختاری شبیه راه‌­های هوایی دارند. بنابراین خون سیاهرگی که حاوی دی‌­اکسیدکربن می‌باشد در مجاورت کیسه‌­های هوایی، دی‌اکسیدکربن را به کیسه‌های هوایی منتقل و با جذب اکسیژن به خون سرخرگی تبدیل شده و با پمپاژ به تمامی قسمت­‌های بدن منتقل می‌گردد. مکانیزم جمع­‌آوری خون سرخرگی در این قسمت برعکس ساختار راه‌­های هوایی است و در هر مرحله به رگ­‌های بزرگ­تر منتقل شده تا توسط شاهرگ به قلب منتقل ­گردد.

دور دیواره کیسه‌های هوایی مویرگ‌­هایی وجود دارد که خون از درون آن­ها عبور می­‌کند. بافت ظریف جداره کیسه­‌های هوایی و مویرگ‌ها و همچنین عبور مویرگ‌ها از مجاورت کیسه­‌های هوایی، امکان تبادل دی‌اکسیدکربن و اکسیژن را فراهم می‌سازد. اکسیژن از جداره کیسه­‌های هوایی و مویرگ­‌ها عبور کرده و به هموگلوبین­ (گلبول قرمز) چسبیده و در خون جریان می‌یابد.

دی‌اکسیدکربن در پلاسمای خون حل شده و حدود ۷۰٪ آن یون بی­کربنات (HCO₃^–) تولید می­‌کند. قسمتی از دی‌­اکسیدکربن هم جذب هموگلوبین شده و انتقال می‌یابد. به این ترتیب یکی از حیاتی‌ترین مکانیزم‌های بدن شکل می‌گیرد که تاکنون جانشینی برای آن یافت نشده است.