الجهاز التنفسي

Respiratory system الجهاز التنفسي:

الجهاز التنفسي: يعتبر الجهاز التنفسي هو الجهاز المسؤول عن التبادل الغازي بين الغازات الموجوده في الاسناخ الرئوية والذائبه في الدم ضمن الاوعية الدموية الشعيريه المطموره في جدار الاسناخ الرئويه، حيث يقوم بتزويد خلايا الجسم بالأكسجين الضروري لأنشطتها ، ويخلصها من ثاني أكسيد الكربون. وتعد الرئتان العضوين المسؤولان عن التنفس، وهما تركيبان مرنان داخل تجويف الصدر. تحتوي كل رئة على ملايين الأكياس أو الغرف الهوائية تسمى الأسناخ (الحويصلات الهوائية)، وتوجد شبكة من الأوعية الدقيقة تسمى الشعيرات الدموية بين جدران كل حويصلة. وهناك تركيبات أخرى هامة للجهاز التنفسي، وهي جدار الصدر والحجاب الحاجز. يشتمل جدار الصدر على الاضلاع التي تشكِّل قفصًا يحمي تجويف الصدر والعضلات التي بين الاضلاع . ويتكون الحجاب الحاجز من جدار من العضلات على شكل قُبَّة تفصل بين تجويفي الصدر والبطن.




التنفس هو مجموعة العمليات الفيزيائية والكيميائية التي تؤدي إلى تحرير الطاقة الكيمياوية الموجودة في المادة الغذائية بأكسدة جزيئاتها العضوية.
والتنفس نوعان: تنفس يؤمن استخلاص الأكسجين من الوسط وطرح ثنائي أكسيد الكربون، ويسمى التنفس الخارجي أو التبادل الغازي، وتنفس يتم على مستوى الخلايا (التنفس الخلوي).
يتم التبادل الغازي بين الخلايا والوسط الخارجي، سواء كان هوائياً أو مائياً، بوساطة جهاز خاص يسمى جهاز التنفس. ولكي تتأمن حركة غازي الأكسجين وثنائي أكسيد الكربون بين الوسط الخارجي والاعضاء التنفسية، لابد من توفر سطوح تنفسية يتم تبادل هذين الغازين عبرها. ولكي يحدث هذا التبادل بفعالية، يجب أن تحقق هذه السطوح التنفسية الصفات الآتية:
النفوذية: إذ يجب أن تكون هذه السطوح ذات نفوذية بحيث تستطيع الغازات أن تمر عبرها، وهذا يتطلب أن تكون رطبة أيضاً.
السمك: يجب أن تكون ذات سمك رقيق جدا، لأن انتشار الغازات عبرها يحدث بكفاءة عبر مسافة رقيقة جدا
المساحة السطحية: يجب أن تكون واسعة بحيث يجري تبادل كميات كبيرة من الغازات تفي بمتطلبات المتعضية.حيث ان معدل التبادل الغازي يتناسب طرديا مع المساحة السطحية.
وتحصل الحيوانات على الأكسجين إما مباشرة من الهواء الجوي في الحيوانات البرية، وإما من الأكسجين المنحل في الماء في الحيوانات المائية. فهناك فرق واضح في تركيز المحتوى الأكسجيني للهواء والماء، فوحدة الحجم من الهواء تحتوي على أكسجين أكثر بكثير مما يحتويه الحجم نفسه من الماء. وينتج من ذلك أن متعضية مائية كالسمكة يجب أن تُمَرِّر على سطح تبادلها الغازي كميات من الماء أكبر بكثير مما تمرره متعضية اليابسة، لكي تحصل على ما يكفيها من الأكسجين لسد حاجاتها الاستقلابية
أنماط أعضاء التنفس

الغلاصم الخارجية لدى سمادل الماء.

مقطع عرضي في الجمبري يبين مواقع الغلاصم نسبة للأعضاء الأخرى.
يتمتع سطح الجسم لدى بعض الحيوانات بخصائص الغشاء التنفسي، وهذه حالة الحيوانات الصغيرة أو رقيقة الجسم. إلا أن معظم الحيوانات يقتصر وجود هذا الغشاء على جزء من جسمها فيما يسمى جهاز التنفس. يميز من هذه الأجهزة: الغلاصم (الخياشيم)، والأسناخ الرئوية، والقصبات الهوائية.[2]
فالغلاصم عبارة عن لواحق تمتد خارج الجسم بشكل صفائح أو خيوط غلصمية، إما أن تبقى خارج الجسم، كما في سمادل الماء، وإما أن تكون محمية ضمن غرف غلصمية، كما في الأسماك.
أما الرئات فهي أكياس كبيرة نسبياً تمتد ضمن أجسام الحيوانات تظهر في بدايات أنبوبها الهضمي، يتوسع سطحها الداخلي غالباً بتشكل جيوب فرعية غزيرة تسمى الأسناخ الرئوية. في حين أن القصبات الهوائية الموجودة لدى الحشرات، هي انخفاضات أنبوبية تمتد إلى داخل الجسم أيضاَ، إلا أنها تختلف عن الرئات بعددها الكبير الذي ينتشر على طول الجسم، وعلى الجانبين، بحيث تصل فروعها إلى معظم خلايا الجسم.
وتوجد الأنماط الأربعة سابقة الذكر (التنفس الجلدي، والتنفس الغلصمي، والتنفس الرئوي، والتنفس القصبي) لدى الحيوانات المائية والبرية على السواء. إلا أنه يغلب وجود التنفس الجلدي والتنفس الغلصمي لدى الحيوانات المائية، في حين تعد القصبات والرئات من مزايا الحيوانات البرية.


الجهاز التنفسي في الفقاريات:
تكونت رئات الفقاريات من جيوب تظهر في بداية أنبوب الهضم، تستعملها بعض الأسماك التي تعيش في مستنقعات الأوساط الاستوائية قليلة الأكسجين. أما الأسماك الأخرى فقد تحولت الرئات لديها، إلى كيس هوائي (مثانة هوائية) يقوم بدور مهم في التوازن في أثناء السباحة لدى الحيوان، لذا يطلق على هذا الكيس أيضاً اسم «الكيس السباحي»، الذي يحتوي على نسبة كبيرة من الأكسجين، الأمر الذي يجعله خزاناً احتياطياً يستعمله الحيوان حين تُقَصِّر الغلاصم في وظيفتها.
عند الثدييات
الحيوانات المائية

بنية الغلاصم عند الأسماك.

تتنفس الحيوانات المائية بالغلاصم التي توجد لدى شوكيات الجلد والقشريات والرخويات والأسماك وسمادل الماء من البرمائيات.
وتتألف الغلاصم لدى الأسماك، سواء كانت عظمية أو غضروفية، من أقواس غلصمية ترتكز عليها خيوط غلصمية، تتوضع عليها من الأعلى والأسفل صفائح أخرى ثانوية، يتم تبادل الغازات عبر سطوحها. ويلاحظ دوماً أن جريان الدم في صفائح الغلاصم هو بعكس تيار الماء بين الصفائح. ولهذا الترتيب من «الجريان المتعاكس» أهميته، لأنه يوفر كفاءة أكبر في التبادل بين الوسطين الدموي والمائي، بعكس ما إذا كان التيار يتم بشكل متواز.

الحيوانات البرية:

بنية القصبة الهوائية.

من مزايا الوسط البري وفرة الأكسجين فيه مقارنة مع الوسط المائي. إلا أن الحياة على اليابسة تسبب للمتعضيات التي تعيش عليها مشكلة تتمثل بإمكانية خسارة كميات كبيرة من ماء الجسم عبر السطوح التنفسية الرطبة الرقيقة النفوذة والغنية بالأوعية الدموية. لذا فإن معظم الحيوانات البرية كَيّفَت نفسها لتتلاءم مع الوسط البري، فطورت أجهزةً تنفسيةً خاصة تتمثل بالقصبات الهوائية والرئات التي تكون أغشيتها التنفسية عميقة ضمن الجسم بحيث تتوفر نسبة كبيرة من الرطوبة، مع أقل خسارة ممكنة من الماء، لتكون هذه الخسارة في حدودها الدنيا.





عند الإنسان:

Human Respiratory System:

يتكون الجهاز التنفسي وظيفيا من :
الرئتين LUNGS : وهما العضوان اللذان يتم بهما تبادل الغازات.
المضخة التي تضخ الهواء إلى الرئتين وتتألف من : 1.جدار الصدر 2.العضلات التنفسية التي تزيد وتنقص حجم الجوف الصدري 3.المناطق الدماغية التي تتحكم بهذه العضلات 4.السبل والأعصاب التي تربط بين هذه المناطق في الدماغ وتلك العضلات.
ويمكن أيضا تقسيم الجهاز التنفسي عند الإنسان Anatomy of respiratory system in human:
الجهاز التنفسي العلوي (الطرق التنفسية العلوية) وتتألف من : 1.الأنف 2.الأعضاء الملحقة بجوف الأنف 3.البلعوموهو طريق مشترك لكل من الجهازين الهضمي و التنفسي.
الجهاز التنفسي السفلي (الطرق التنفسية السفلية) وتتألف
من : 1.الحنجرة 2.الرغامى 3.القصبة 4.الرئة. [3]

جهاز التنفس لدى الطيور:.

يتعقد الأمر لدى الطيور بتكون تسعة أكياس هوائية، ممتدة بين العضلات والعظام، تسهم، إلى جانب عملها في المبادلات الغازية، في تخفيف وزن الحيوان وخفض وزنه النوعي ليساعده في الطيران وخفض درجة حرارة العضلات في أثناء ذلك.
البرمائيات:








.
أما للبرمائيات فمراحلها اليرقانية تتنفس بوساطة الغلاصم، في حين تستعمل مراحلها البالغة (عدا السمادل) رئات مكونة من أكياس بسيطة تبرز في سطحها الداخلي انثناءات خفيفة، تزداد غزارتها في الزواحف. أما في الثدييات فقد ازدادت الانثناءات بشكل واسع مكونة أسناخاً رئوية تعطي الرئة بنية إسفنجية.
أهمية الجهاز التنفسي:
إن للتنفس ودوران الدم من أثر حيوي مباشر في الحفاظ على الحياة إذ إن إمداد خلايا الجسم بالأكسجين إمداداً مستمراً غير منقطع أبداً له أهميته في قيام كل خلية من خلايا الجسم بوظائفها.
إن توقف دورة الأكسجين في الجسم لمدة لا تتجاوز الدقائق المعدودة نتيجة للاختناق مثلاً مات الإنسان إذ أن مركز التنفس في المخ لن يعود إلى استئناف عملية التنفـس بعد توقفها، ولكن التنفـس الصناعي قد ينجح أحياناً - إذا لم تكن مدة ذلك التوقف قد تجاوزت حدودها المعقولة – في استعادة حركات التنفس الطبيعية واستمرار الحياة.

التحكم في عملية التنفس:Controlling on the mechanism of respiration

ينظم التنفس بواسطة مركز التنفس وهو مجموعة من الخلايا العصبية في الدماغ. ترسل هذه الخلايا كل عدَّة ثوان دفعاتٍ من المنبِّهات إلى العضلات الضالعة في عملية الشهيق. وتحدد هذه المنبهات معدل عملية التنفس وعمقها. وهناك مجموعة أخرى من الخلايا الخاصة تسمى المستقبلات الكيميائية تتحسس مستوى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم والسائل الدماغي الشوكي المحيط بالدماغ. وتؤدي الزيادة أو النقصان الطفيف في ثاني أكسيد الكربون إلى تغير في حموضة سوائل الجسم، ويؤثر هذا التغير على وظائف الجسم المختلفة. وتُرسِل المستقبلات الكيميائية نبضاتٍ لمركز التنفس لإسراع أو إبطاء معدل التنفس. وبهذه الطريقة، تساعد هذه المستقبِلات على حفظ المستوى الطبيعي للأكسجين والحموضة في الجسم.
الشهيق:Inspiration
الشهيق هو عملية دخول الهواء من الجو الخارجي ثم يمر عبر القنوات الهوائية في الجهاز التنفسي حتى يصل إلى الأسناخ الرئوية (الحويصلات الهوائية) الموجودة في الرئتين. يمتاز هواء الشهيق بأنه غني بغاز الأكسجين ، علماً أن هذا الغاز تحتاجه الخلايا في التنفس الداخلي لانتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات. تعتبر عملية الشهيق معاكسة لعملية الزفير، وتعمل هاتان الآليتان معاً للحفاظ على الاتزان الداخلي للجسم.
عند حدوث الشهيق تنقبض عضلة الحجاب الحاجز دافعةً الرئتين للاتساع من الأعلى للأسفل، كما تنقبض عضلات الضلوع دافعةً الرئتين للاتساع من الأمام إلى الخلف، هاتان الحركتان تعملان معاً على زيادة حجم الرئتين فيقل ضغط الهواء فيهما، مما يؤدي لحدوث فرق بالضغط بين الضغط الجوي وضغط الهواء في الرئتين فيندفع الهواء نحو الرئتين.
الزفير:Expiration
الزفير هو عملية خروج الهواء من الأسناخ الرئوية (الحويصلات الهوائية) الموجودة في الرئتين ثم يمر بالقنوات الهوائية الموجودة في الجهاز التنفسي وأخيراً إلى الجو الخارجي. يمتاز هواء الزفير بأنه غني بغاز ثاني أكسيد الكربون ، علماً أن هذا الغاز ينتج بعد أن تطرده الخلايا في عملية التنفس الداخلي لانتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات.
يتكون التنفس من عمليتي الشهيق (النفس للداخل) والزفير (النفس للخارج). أثناء الشهيق أو الاستنشاق يُسحَب الهواء من الجو إلى الرئتين، وفي الزفير يُطرد الهواء من الرئتين.
يتم الشهيق عندما ينقبض الحجاب الحاجز وعضلات جدار الصدر. وهو يؤدي إلى زيادة طول وعرض القفص الصدري، الأمر الذي يؤدي إلى تمدُّد الرئتين. ويؤدي تمدد الرئتين إلى خفض قوة الشفط في الحويصلات فيُسحب الهواء النقي للرئتين. ويكوِّن الأكسجين نحو 20% من حجم الهواء، أما المتبقي منه فهو نيتروجين ونحو 0,3% ثاني أكسيد الكربون.
يحدث الزفير عندما ينبسط الحجاب الحاجز والعضلات الأخرى لتسمح للرئتين بالانكماش. ويؤدي هذا الانكماش إلى زيادة ضغط الهواء في الحويصلات عن الضغط الجوىّ، ونتيجة لهذا يمر الهواء من الرئتين إلى الخارج. ويُكوِّن ثاني أكسيد الكربون نحو خمسة بالمائة والأكسجين نحو 17 بالمائة من هذا الهواء.
وفي الحويصلات، يتم تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الرئتين والدم من خلال الجدران الرقيقة للشعيرات الدموية. والدم الذي يدخل هذه الشعيرات به قليل من الأكسجين وكثيرٌ من ثاني أكسيد الكربون. ويمر الأكسجين الذي تم استنشاقه إلى الدم بينما يتحرك ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات. وبين دورات التنفس، عندما يكون الجهاز التنفسي في حالة راحة، تظل الرئتان تحتويان على نصف هذا الهواء احتياطًا لاستمرار تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين دورات التنفس.
التنفس الداخلي: Internal respiration
يشير التنفس الداخلي إلى العملية التي يتم بوساطتها نقل الأكسجين لأنسجة الجسم وحمل ثاني أكسيد الكربون بعيدًا عنها. وتؤدي كريات الدم الحمراء الدور الأساسيّ في هذه العملية، حيث تحتوي على الهيموجلوبين (خضاب الدم)، وهو جزيء يستطيع أن يحمل كميةً كبيرةً من الأكسجين.كما أن كريات الدم الحمراء تحتوي على أنزيم الأنيدراز الكربوني الذي يساعد على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى أيونات البيكربونات وهو شكل يسهل حمله بواسطة الدم.
تجمع كريات الدم الحمراء الأكسجين أثناء مرورها من خلال الرئتين. ويضخ القلب هذا الدم الغني بالأكسجين من خلال الشرايين إلى الشعيرات الموجودة بأنسجة الجسم. وهناك يخرج الأكسجين من خضاب الدم ويمر من خلال جدار الشعيرات إلى خلايا الأنسجة. وفي نفس الوقت، يدخل ثاني أكسيد الكربون الذي نتج من خلايا الأنسجة. ويساعد أنزيم الأنيدراز الكربوني على تحويل معظم ثاني أكسيد الكربون إلى أيونات البيكربونات. لكن معظم أيونات البيكربونات تترك كريات الدم الحمراء وتُحمل بواسطة بلازما الدم. وما يتبقى من ثاني أكسيد الكربون الداخل للدم يرتبط مع جزيئات الخضاب أو يبقى ذائبًا في البلازما. وحين يصل الدم إلى شعيرات الحويصلات، تنعكس هذه التفاعلات ويخرج ثاني أكسيد الكربون إلى الهواء الموجود بالحويصلات.
التنفس الخارجي في الحيوانات غير الرئوية
لكثير من الحيوانات التي تعيش في الماء ـ وتشمل السمك والمحار ـ خياشيم لتبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون مع بيئتها. وعندما يأتي الماء ويلامس الخياشيم، يتحرك الأكسجين بسهولة من الماء ويمر من خلال غشاء رقيق يفصل دم الحيوان عن الماء. وفي نفس الوقت، يمر ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الماء. وتأخذ الأسماك الماء للداخل من فمها وتدفعه للخارج عن طريق الخياشيم.
والحيوانات الأخرى التي ليس لها رئتان لديها كذلك طرق خاصة للتنفس، فدودة الأرض مثلاً تتنفس من خلال جلدها، حيث تمتلك جهازًا من الشعيرات الدموية تحت جلدها مباشرة. ويتم تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الهواء الموجود بالتربة ودم الحيوان. وتمتلك الحشرات جهازًا من الأنابيب الهوائية الدقيقة ـ تُسمَّى الرغاميات (القصبات هوائية) ـ للتنفس. وتحمل هذه الأنابيب الهواء من البيئة مباشرةً إلى أجزاء الجسم المختلفة.
وهناك حيوانات ـ مثل البرمائيات ـ تستخدم أكثر من عضوٍ للتنفس أثناء حياتها. فالضفدعة، مثلاً، تتنفس من خلال الخياشيم عندما تكون في طور أبي ذنيبة، أما الضفادع البالغة فتتنفس أساسًا بالرئتين،كما أنها تتبادل الغازات مع البيئة من خلال الجلد.