تنفس ریوی: سفر اکسیژن در بدن
ریه: ایستگاه اصلی تبادل گاز
ریهها۲ اندامهای اسفنجیشکل هستند که در قفسهٔ سینه قرار گرفتهاند. هوایی که از طریق بینی یا دهن وارد میشود، پس از گذر از نای۳ و نایژهها۴، در نهایت به ساختارهای کوچک و کیسهمانندی به نام آلوئول۵ میرسد. دیوارهٔ آلوئولها بسیار نازک است و توسط شبکهای متراکم از مویرگهای خونی۶ احاطه شدهاند. این طراحی هوشمندانه، شرایط ایدهآلی برای تبادل گازها فراهم میکند.
| بخش | وظیفه | مشخصات کلیدی |
|---|---|---|
| نای (تراشه) | هدایت هوا به سمت نایژهها | لولهای با حلقههای غضروفی برای جلوگیری از بسته شدن |
| نایژهها (برونشها) | تقسیم مسیر هوا به هر ریه | شاخهشاخه میشوند و به نایژکهای کوچکتر تبدیل میشوند |
| آلوئولها | محل اصلی تبادل گازهای اکسیژن و دیاکسید کربن | دارای دیوارهای به ضخامت تنها یک سلول؛ سطح گسترده برای تبادل کارآمد |
مراحل تنفس ریوی: از دم تا بازدم
تنفس ریوی یک چرخهٔ فعال و غیرفعال است که به دو مرحلهٔ اصلی تقسیم میشود:
دم (Inspiration): در این مرحله، ماهیچههای بین دندهای۷ و دیافراگم۸ منقبض میشوند. انقباض دیافراگم باعث صاف شدن آن و حرکت به سمت پایین میشود. همزمان، انقباض ماهیچههای بین دندهای، قفسهٔ سینه را به سمت بالا و بیرون میکشد. این حرکات حجم قفسهٔ سینه را افزایش میدهند. از آنجایی که فشار هوا در داخل ریهها (فشار درونریوی۹) کمتر از فشار هوای بیرون میشود، هوا از طریق مجاری تنفسی به داخل ریهها کشیده میشود. این فرآیند را میتوان با عمل کشیدن هوا داخل یک سرنگ تشبیه کرد.
بازدم (Expiration): در حالت عادی، بازدم یک فرآیند غیرفعال است. ماهیچههای دیافراگم و بین دندهای شل میشوند. دیافراگم به شکل گنبدی خود برمیگردد و قفسهٔ سینه به سمت پایین و داخل حرکت میکند. این امر حجم قفسهٔ سینه را کاهش داده و فشار درونریوی را افزایش میدهد. در نتیجه، هوای حاوی دیاکسید کربن از ریهها به بیرون رانده میشود. در هنگام ورزش یا سرفه، بازدم میتواند با انقباض فعال ماهیچههای دیگر، مانند ماهیچههای شکم، همراه شود.
تبادل گازها: سفر مولکولهای اکسیژن و دیاکسید کربن
مهمترین بخش تنفس ریوی در سطح آلوئولها رخ میدهد. تبادل گازها بر اساس اصل انتشار۱۰ صورت میگیرد. در این پدیده، مولکولهای گاز از ناحیهای با غلظت بالاتر به ناحیهای با غلظت پایینتر حرکت میکنند.
هوای دمی غنی از اکسیژن (O2) است. بنابراین، در آلوئولها غلظت اکسیژن بالا است. در مقابل، خون ورودی به مویرگهای اطراف آلوئولها، که از بافتهای بدن بازگشته، غلظت پایینی از اکسیژن و غلظت بالایی از دیاکسید کربن (CO2) دارد. بنابراین:
- اکسیژن از هوای داخل آلوئول (غلظت بالا) به داخل خون مویرگها (غلظت پایین) منتشر میشود.
- دیاکسید کربن از خون مویرگها (غلظت بالا) به داخل هوای آلوئول (غلظت پایین) منتشر میشود.
اکسیژن پس از ورود به خون، به مولکول هموگلوبین۱۱ موجود در گلبولهای قرمز میچسبد و بهصورت اکسی هموگلوبین به تمام سلولهای بدن حمل میشود. دیاکسید کربن نیزعمدتاً به سه شکل در خون حمل میشود: حل شده در پلاسما، به صورت بیکربنات (HCO3-)، و متصل به هموگلوبین.
تنفس در عمل: هنگام ورزش و در ارتفاعات
بدن انسان توانایی شگفتانگیزی در تنظیم تنفس مطابق با نیاز دارد. دو موقعیت جالب توجه، ورزش کردن و حضور در ارتفاعات بالا است.
هنگام ورزش: سلولهای ماهیچهای برای تولید انرژی بیشتر به اکسیژن بیشتری نیاز دارند و در نتیجه دیاکسید کربن بیشتری تولید میکنند. افزایش سطح CO2 در خون توسط مرکز تنفس در مغز (بصلالنخاع۱۲) تشخیص داده میشود. این مرکز بلافاصله پیامهایی را برای افزایش سرعت و عمق تنفس میفرستد. به همین دلیل است که هنگام دویدن، سریعتر و عمیقتر نفس میکشیم تا اکسیژن مورد نیاز تأمین و دیاکسید کربن اضافی دفع شود.
در ارتفاعات بالا: با افزایش ارتفاع، فشار هوا و در نتیجه فشار جزئی اکسیژن کاهش مییابد. این امر باعث میشود انتشار اکسیژن از آلوئولها به خون با دشواری مواجه شود. بدن برای جبران این وضعیت، چندین سازگاری ایجاد میکند: تعداد تنفس افزایش مییابد، تعداد گلبولهای قرمز خون برای حمل اکسیژن بیشتر، طی چند روز یا هفته افزایش مییابد، و ضربان قلب سریعتر میشود. کوهنوردان قبل از صعود به قلههای بسیار مرتفع، روزها را در اردوگاههای مختلف میگذرانند تا بدنشان بتواند خود را با شرایط کماکسیژن تطبیق دهد.
مقایسهای کوتاه با دیگر جانوران
اگرچه تنفس ریوی در پستانداران و پرندگان مشترک است، اما تفاوتهای ساختاری جالبی وجود دارد. ریههای پرندگان از نوع جریان یکطرفه هستند. هوا به جای رفت و برگشت در کیسههای هوایی، در یک جهت ثابت از میان ریه جریان مییابد. این طراحی کارایی تنفس را حتی در هوای رقیق ارتفاعات بالا بسیار افزایش میدهد و به پرندگان امکان پرواز در ارتفاع زیاد را میدهد. در مقابل، ریههای پستانداران از نوع جریان رفت و برگشتی (کولاک) است که هوای تازه و هوای مصرف شده در آلوئولها تا حدی با هم مخلوط میشوند.
پرسشهای متداول و اشتباهات رایج
پاسخ: خیر. این کار خطرناک است و میتواند باعث کاهش خطرناک اکسیژن رسانی به مغز شود. بهترین راه برای تقویت سلامت ریهها، فعالیت بدنی منظم مانند شنا، دوچرخهسواری و پیادهروی است.
پاسخ: هوای بازدمی گرم و مرطوب است. وقتی این هوا با هوای سرد بیرون برخورد میکند، بخار آب موجود در آن به سرعت سرد شده و به قطرات ریز آب (شبیه به یک ابر کوچک) تبدیل میشود که ما آن را به صورت بخار سفیدرنگ میبینیم. این پدیده میعان نام دارد.
پاسخ: خیر. اگرچه دیاکسید کربن محصول زائد تنفس سلولی است، اما وجود آن در خون برای تنظیم اسیدیته (pH) خون و همچنین برای تحریک مرکز تنفس در مغز برای نفس کشیدن حیاتی است. افزایش بیش از حد آن در بدن میتواند خطرناک باشد.
پاورقی
۱ Pulmonary Respiration
۲ Lungs
۳ Trachea
۴ Bronchi
۵ Alveoli
۶ Blood Capillaries
۷ Intercostal Muscles
۸ Diaphragm
۹ Intrapulmonary Pressure
۱۰ Diffusion
۱۱ Hemoglobin
۱۲ Medulla Oblongata
