تهویه ششی (Pulmonary Ventilation): سفر اکسیژن به درون بدن
دستگاه تنفس: دروازهورود هوا
برای آنکه هوا بتواند به کیسههای هوایی برسد، باید مسیری را طی کند. این مسیر با بینی و دهان شروع میشود و پس از گذشتن از نای5 و نایژهها6، به ریهها میرسد. ریهها مانند دو اسفنج بزرگ هستند که از هزاران شاخهی کوچک و در انتها، میلیونها کیسهی هوایی بسیار ریز تشکیل شدهاند. دیوارهی این کیسهها آنقدر نازک است که گازها میتوانند از آن عبور کنند.
| عضو | عملکرد | تشبیه |
|---|---|---|
| بینی و دهان | ورودی هوا، گرم و مرطوب کردن و تصفیه آن | درگاه ورودی یک ساختمان با سیستم تهویه |
| نای (تراشه) | لولهای که هوا را به سمت ریهها هدایت میکند | لولهی اصلی انتقال آب به یک شهر |
| نایژهها (برونشها) | شاخههای کوچکتر نای که هوا را در ریه پخش میکنند | خیابانهای فرعی یک شهر |
| کیسههای هوایی (آلوئولها) | محل اصلی مبادله گازها با خون | حبابهای ریز داخل یک اسفنج |
مکانیسم تنفس: چگونه هوا جابهجا میشود؟
تهویه ششی بر اساس یک اصل فیزیکی ساده کار میکند: هوا همیشه از ناحیهای با فشار بیشتر به ناحیهای با فشار کمتر جریان مییابد. عمل تنفس از دو مرحله تشکیل شده است:
1. دم (Inspiration): در این مرحله، ماهیچهی گنبدی شکل دیافراگم و ماهیچههای بین دندهای منقبض میشوند. این انقباض باعث میشود قفسهی سینه بزرگتر شود و در نتیجه فشار درون ریهها از فشار هوای بیرون کمتر میشود. این اختلاف فشار باعث میشود هوای بیرون به درون ریهها مکیده شود، درست مانند وقتی که با یک نی، آبمیوه را بالا میکشید.
2. بازدم (Expiration): این مرحله معمولاً یک فرآیند غیرفعال و آرام است. ماهیچههای دیافراگم و بین دندهای شل میشوند. قفسهی سینه به حالت اولیهی خود برمیگردد و کوچک میشود. این کوچک شدن، به ریهها فشار وارد میکند و فشار درون آنها را از فشار هوای بیرون بیشتر میکند. در نتیجه، هوای حاوی CO2 از ریهها به بیرون رانده میشود، مانند فشردن یک بادکنک.
که در آن $P_1$ فشار خارج و $P_2$ فشار داخل ریه است. اگر $\Delta P$ منفی باشد (فشار خارج بیشتر از داخلی)، هوا به درون ریه جریان مییابد (دم). اگر مثبت باشد، هوا به بیرون جریان مییابد (بازدم).
حجمهای تنفسی: چقدر هوا جابهجا میشود؟
میزان هوایی که در هر بار تنفس وارد و خارج میشود، ثابت نیست و بستگی به فعالیت بدن دارد. این حجمهای مختلف را میتوان اندازهگیری کرد.
| نوع حجم | تعریف | حجم تقریبی (میلیلیتر) |
|---|---|---|
| حجوم جاری7 | مقدار هوایی که در یک تنفس عادی وارد یا خارج میشود. | 500 |
| حجوم ذخیره دمی8 | حداکثر هوایی که پس از یک دم عادی میتوانیم وارد ریه کنیم. | 3100 |
| حجوم ذخیره بازدمی9 | حداکثر هوایی که پس از یک بازدم عادی میتوانیم از ریه خارج کنیم. | 1200 |
| حجوم باقیمانده10 | هوایی که پس از یک بازدم حداکثری نیز در ریهها باقی میماند. | 1200 |
حجم کل هوایی که ریهها میتوانند در خود جای دهند (ظرفیت کل ریوی11) از جمع همهی این حجمها به دست میآید. مهمترین حجم برای محاسبهی کارایی تهویه، حجم دقیقهای12 است که نشان میدهد در هر دقیقه چه مقدار هوا وارد ریهها میشود. این حجم از ضرب حجم جاری در تعداد تنفس در دقیقه محاسبه میشود: $\text{حجم دقیقهای} = \text{حجم جاری} \times \text{تعداد تنفس}$.
تهویه ششی در عمل: از خواب تا دویدن
میزان تهویه ششی کاملاً با نیازهای بدن تطبیق پیدا میکند. وقتی در حال استراحت یا خواب هستید، بدن به انرژی کمی نیاز دارد، بنابراین تنفس آرام و عمیق است. اما به محض شروع به فعالیت، مثلاً دویدن برای گرفتن اتوبوس، وضعیت تغییر میکند. سلولهای عضلات شما به سرعت شروع به سوزاندن انرژی میکنند و برای این کار به اکسیژن بیشتری نیاز دارند و همچنین CO2 بیشتری تولید میکنند. مغز این افزایش CO2 در خون را حس میکند و بلافاصله به ماهیچههای تنفسی دستور میدهد تا سریعتر و عمیقتر منقبض شوند. در نتیجه، تعداد تنفس و حجم جاری شما افزایش مییابد تا حجم دقیقهای بیشتری از هوا (و در نتیجه اکسیژن) وارد ریههایتان شود.
یک مثال ساده: فکر کنید ریههای شما یک کارخانه است. در حالت استراحت، کارخانه با حداقل نیرو کار میکند. اما وقتی شما ورزش میکنید، گویی سفارش بزرگی دریافت کرده است. برای تولید بیشتر، باید هم تعداد کارگران (تعداد تنفس) و هم میزان مواد اولیهای که هر کارگر پردازش میکند (حجم جاری) افزایش یابد تا خروجی نهایی (حجم دقیقهای) بیشتر شود.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. اگرچه دریافت اکسیژن بسیار مهم است، اما دفع دیاکسید کربن (CO2) نیز به همان اندازه حیاتی است. تجمع CO2 در خون میتواند باعث اسیدی شدن آن شده و بسیار خطرناک باشد. بنابراین تهویه ششی برای حفظ تعادل این دو گاز ضروری است.
پاسخ: زیرا بازدم در حالت عادی یک فرآیند غیرفعال است. ریهها و قفسهی سینه خاصیت ارتجاعی دارند، مانند یک کش. وقتی در پایان دم، این ساختارها کشیده میشوند، در مرحلهی بازدم بهطور طبیعی و بدون نیاز به انقباض ماهیچهای، به حالت استراحت خود برمیگردند و هوا را به بیرون میرانند. فقط در بازدم شدید (مثلاً هنگام فوت کردن شمع) ماهیچهها درگیر میشوند.
پاسخ: بینی یک فیلتر و رطوبتدهندهی طبیعی است. موهای ریز و مخاط بینی، گرد و غبار و ذرات موجود در هوا را فیلتر میکنند و هوای سرد و خشک را گرم و مرطوب میکنند تا برای ریهها مناسبتر باشد. بنابراین تنفس از بینی در حالت عادی ایدهآل است. اما در هنگام ورزش شدید که نیاز به حجم زیادی هوا داریم، بدن بهطور طبیعی از هر دو مسیر (بینی و دهان) استفاده میکند.
پاورقی
1 Pulmonary Ventilation
2 Alveoli
3 Diaphragm
4 Gas Exchange
5 Trachea
6 Bronchi
7 Tidal Volume (TV)
8 Inspiratory Reserve Volume (IRV)
9 Expiratory Reserve Volume (ERV)
10 Residual Volume (RV)
11 Total Lung Capacity (TLC)
12 Minute Ventilation
