الجهاز التنفسي

3-2 الجهاز التنفسي

Respiratory System

الأهداف

• تميز بين التنفس الداخلي والخارجي.
• توضح مسار الهواء في الجهاز التنفسي.
• تحدد التغيرات التي تحدث في الجسم خلال عملية التنفس.

مراجعة المفردات

ATP: جزيء حيوي يزود خلايا الجسم بالطاقة الكيميائية.

المفردات الجديدة

• الحركات التنفسية.
• التنفس الخارجي.
• التنفس الداخلي.
• القصبة الهوائية.
• القصيبات الهوائية.
• الرئة.
• الحويصلات الهوائية.

الفكرة الرئيسية

وظيفة جهاز التنفس تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الهواء الجوي الداخل للرئتين والدم من ناحية، وبين الدم وخلايا الجسم من ناحية أخرى.

الربط مع الحياة

تفصل مرشحات الهواء الغبار والمواد الأخرى عن الهواء قبل دخوله محرك السيارة. ويمنع هذا الأمر حدوث مشكلات في المحرك، كما يساعد على التأكد من تدفق الهواء الجيد. ويعمل جهاز التنفس بطريقة مشابهة للتأكد من دخول الهواء النقي إلى الرئتين.

أهمية التنفس

The Importance of Respiration

تحتاج خلايا الجسم إلى الأكسجين، حيث تستخدم الخلايا الأكسجين والجلوكوز لتنتج جزيئات ATP الطاقة التي يحتاج إليها الجسم للقيام بعمليات الأيض، عملياته الحيوية. وتسمى هذه العملية التنفس الخلوي، وهي تطلق طاقة وثاني أكسيد الكربون وماء.

الحركات التنفسية والتنفس

Breathing and Respiration

إن وظيفة جهاز التنفس هي استمرار التنفس الخلوي، بتزويد خلايا الجسم بالأكسجين، وتخليصها من ثاني أكسيد الكربون والفضلات. ويقوم جهاز التنفس بعمليتين، هما الحركات التنفسية Breathing، والتنفس Respiration.

ففي العملية الأولى يجب أن يدخل الهواء إلى الجسم عن طريق عمليتي الشهيق والزفير، وهما حركة الهواء الآتيان من الرئتين وإليهما. ويوضح الشكل 3-10 هواء الزفير الخارج من الرئتين.

أما في العملية الثانية فيتم تبادل الغازات في الجسم. ففي عملية التنفس الخارجي external respiration يتم تبادل الغازات بين هواء الحويصلات والدم في الرئتين. أما في عملية التنفس الداخلي internal respiration فيتم تبادل الغازات بين الدم وخلايا الجسم.

الشكل 3-10

يمكن رؤية هواء الزفير في ليلة باردة.
استنتج: فيم يختلف هواء الشهيق عن هواء الزفير؟

مسار الهواء

The Path of Air

يتكون الجهاز التنفسي من: الأنف، والبلعوم، ولسان المزمار والحنجرة، والقصبة الهوائية، والرئتين، والقصيبات الهوائية، والشعيبات الهوائية، والحويصلات الهوائية، والحجاب الحاجز.

وينتقل الهواء من خارج الجسم، البيئة المحيطة، إلى الرئتين، ثم إلى الحويصلات، كما في الشكل 3-11، حيث يدخل من الفم أو الأنف، فتقصي الشعيرات التي في الأنف، الشكل 3-12، الهواء من الغبار والمواد الكبيرة الحجم.

في حين تبطن الأهداب التي تشبه الشعر الممرات الهوائية في الأنف والأنابيب التنفسية كافة، فتلتقط المواد العالقة في الهواء، وتوجهها في اتجاه الحلق؛ حتى لا تدخل إلى الرئتين. كما تدفئ الأغشية المخاطية الموجودة تحت الأهداب في الممرات الهوائية الهواء وترطبه، بعد أن تخلصه من المواد العالقة فيه.

ويمر الهواء المرشح عبر الجزء العلوي للحلق الذي يسمى البلعوم. ويمنع لسان المزمار، وهو قطعة نسيج تغطي فتحة الحنجرة، جزيئات الطعام من دخول مجرى التنفس، لكنه يسمح للهواء فقط بالمرور من الحنجرة إلى أنبوب طويل في الصدر يسمى القصبة الهوائية trachea.

وتنقسم القصبة الهوائية إلى أنبوبين كبيرين يسمى الواحد منهما القصبة الهوائية bronchus، وهي تؤدي إلى الرئتين lungs. والرئتان أكبر عضو في الجهاز التنفسي، حيث يتم فيهما تبادل الغازات.

وتتفرع كل قصبة هوائية إلى أنابيب أصغر تسمى الشعيبات الهوائية bronchioles. وتستمر هذه الشعيبات في التفرع إلى حجرات هوائية أصغر تنتهي بأكياس هوائية تسمى الحويصلات الهوائية alveoli. ويتكون جدار الحويصلات من طبقة واحدة رقيقة من الخلايا، محاطة بشعيرات دموية رفيعة.

الشكل 3-11

يصل الهواء إلى الرئتين، حيث يتم تبادل الغازات عبر جدار الشعيرات الدموية.
اعمل مخططًا لتتبع مسار الأكسجين من الغلاف الجوي إلى الحويصلات الهوائية في الرئتين.

المفردات: أصل الكلمة

الحويصلة الهوائية Alveolus

جاءت من الكلمة اللاتينية alveus وتعني المكان الأجوف.

الشكل 3-12

الأهداب الشبيهة بالشعر تبطن الغشاء المخاطي لتجويف الأنف.

تبادل الغازات في الرئتين

Gas exchange in the lung

يصل الهواء إلى كل حويصلة؛ إذ ينتشر الأكسجين عبر جدار رطبة رقيقة إلى الشعيرات الدموية، ثم إلى خلايا الدم الحمراء، كما في الشكل 3-11. وينتقل الأكسجين بعد ذلك إلى خلايا أنسجة الجسم في أثناء عملية التنفس الداخلي.

كما ينتقل ثاني أكسيد الكربون في الاتجاه المعاكس نحو الحويصلات؛ أي من الدم إلى جدران الشعيرات الدموية، ثم ينتشر إلى الحويصلات لكي يعود إلى الجو خلال التنفس الخارجي.

ماذا قرأت؟

استنتج: لماذا يكون تبادل الغازات فعالًا في الحويصلات؟

الحركات التنفسية

Breathing

يتحكم الدماغ في معدل التنفس عندما يستجيب إلى منبه داخلي يشير إلى كمية الأكسجين التي يحتاج إليها الجسم. فعندما يرتفع تركيز ثاني أكسيد الكربون في الدم تزداد سرعة التنفس، بسبب حاجة الخلايا إلى الأكسجين.

الشهيق هو عملية إدخال الهواء إلى الرئتين. وكما في الشكل 3-13، تنقبض عضلة الحجاب الحاجز في أثناء عملية الشهيق، مما يؤدي إلى اتساع تجويف الصدر، فيسمح للهواء بالدخول إلى الرئتين.

أما في عملية الزفير فتنبسط عضلة الحجاب الحاجز، ويعود إلى وضعه الطبيعي، مما يقلل من حجم تجويف الصدر؛ بسبب ارتفاع الحجاب الحاجز إلى أعلى، فيندفع الهواء اندفاعًا طبيعيًا بسبب الضغط العالي في الرئتين.

تتبع الشكل 3-14، تتعلم كيف يعمل جهازا الدوران والتنفس معًا لتزويد الجسم بالأكسجين الذي يحتاج إليه، وتخليصه من ثاني أكسيد الكربون.

الشكل 3-13

تنقبض عضلات القفص الصدري والحجاب الحاجز، ثم تنبسط أثناء عملية التنفس.
حلل: ما دور ضغط الهواء في عملية التنفس؟

تجربة استهلالية

مراجعة: بناءً على ما قرأته حول التنفس، كيف يمكنك الآن الإجابة عن أسئلة التحليل؟

تجربة 3-2

تعرف السبب والنتيجة

هل تؤثر التمارين الرياضية في عمليات الأيض؟

عمليات الأيض هي جميع التفاعلات الكيميائية التي تحدث في خلايا الجسم. وفي هذه التجربة، ستكتشف كيف يؤثر التمرين الرياضي في جهازي الدوران والتنفس. استنتج كيف يؤثر هذا في عمليات الأيض في الجسم؟

خطوات العمل

• املأ بطاقة السلامة في دليل التجارب العملية.
• سجل عدد نبضات القلب وعدد مرات الشهيق في الدقيقة لعشرة من زملائك.
• دع الطلاب أنفسهم يمشون لمدة خمس دقائق في المكان نفسه. وفي نهاية الوقت سجل عدد نبضات القلب في الدقيقة، وعدد مرات التنفس في الدقيقة لكل طالب.
• بعد حصول الطلاب على استراحة مدة خمس دقائق، اطلب إليهم المشي السريع في المكان نفسه لمدة خمس دقائق، ثم سجل عدد ضربات القلب، وعدد مرات التنفس في الدقيقة.
• مثل النتائج بيانيًا على أن يمثل الإحداثي الأفقي عدد مرات التنفس/الدقيقة، والإحداثي العمودي عدد ضربات القلب/الدقيقة.

التحليل

• فسر ما العلاقة بين المتغيرين التابعين للتمرين؛ أي معدل ضربات القلب وعدد مرات التنفس؟
• استنتج هل يؤثر التمرين في عمليات الأيض؟ ولماذا؟
• كوّن فرضية: لماذا يختلف عدد نبضات القلب ومرات التنفس في الدقيقة لكل طالب عن غيره، على الرغم من أنهم يمارسون التمارين الرياضية نفسها، ويمشون فترة مماثلة؟

تبادل الغازات

Gas Exchange

الشكل 3-14

يتم تبادل الغازات في الرئتين، وفي خلايا أنسجة الجسم.

ينتقل الأكسجين المستنشق إلى الشعيرات الدموية في الرئتين، ثم إلى خلايا الجسم. ويخرج غاز CO2 من الشعيرات الدموية خارج الرئتين عن طريق عملية الزفير.

ينتقل الأكسجين O2 في أنسجة الجسم، ومنها النسيج العضلي، من الشعيرات الدموية إلى خلايا النسيج. وينتقل ثاني أكسيد الكربون CO2 الناتج عن عملية التنفس الخلوي من الخلايا إلى الشعيرات الدموية، ثم إلى الرئتين.

بيانات الشكل

• التجويف الأنفي.
• لسان المزمار.
• البلعوم.
• القصبة الهوائية.
• القصيبة الهوائية.
• الرئتان.
• الحنجرة.
• عضلة هيكلية.
• الحويصلة الهوائية.
• الشعيرة الدموية.
• خلايا الدم الحمراء.
• خلايا عضلية.
• شريان.
• وريد.
• O2.
• CO2.

أمراض الجهاز التنفسي

Respiratory Disorders

تسبب بعض الأمراض تهيج الجهاز التنفسي والتهابه وإصابته بالعدوى، كما في الجدول 3-2، مما يؤدي إلى تلف الأنسجة، فتنخفض فاعلية القصيبات والحويصلات الهوائية. وعندما تتلف هذه الأنسجة يصبح التنفس صعبًا.

كما يسبب التدخين أيضًا تهيجًا مزمنًا في الأنسجة التنفسية، ويمنع عمليات الأيض في الخلايا. وأخيرًا، يسبب التعرض لمواد في الهواء، ومنها حبوب اللقاح، مشكلات تنفسية ناتجة عن تفاعلات الحساسية لبعض الناس.

الجدول 3-2

أمراض الجهاز التنفسي الشائعة

| المرض | الوصف |
| -------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ |
| الربو | تتهيج الممرات الهوائية، مما يؤدي إلى انقباض القصيبات الهوائية وتضيقها. |
| التهاب القصبات | تصاب الممرات الهوائية التنفسية بالعدوى، فينتج عن ذلك السعال والمخاط. |
| انتفاخ الرئة | تتحطم الحويصلات الهوائية، فتقل مساحة السطح اللازم لتبادل الغازات مع شعيرات الدم حول الحويصلات. |
| التهاب الرئة | إصابة الرئتين بالعدوى، مما يسبب تجمع المواد المخاطية في الحويصلات الهوائية. |
| السل الرئوي | تصيب بكتيريا معينة الرئتين، فتقل مرونة الشعيرات الدموية المحيطة بالحويصلات، مما يؤثر في فاعلية تبادل الغازات بين الهواء والدم. |
| سرطان الرئة | تنمو في أنسجة الرئة بصورة غير منتظمة، يؤدي إلى سعال مستمر، وضيق التنفس، والتهاب القصبات والرئة، وقد يؤدي إلى الموت. |

إرشادات الدراسة

اكتب قائمة بالأضرار الناتجة عن استخدام السجائر الإلكترونية على الجهاز التنفسي؟

مهن مرتبطة مع علم الأحياء

اختصاصي العلاج التنفسي

Respiratory Therapy

يقوم الاختصاصي بدور كبير في فحص وتقييم الرئة ووظائفها، والمحافظة على جهاز تنفسي سليم بضمان سلامة أجزائه، والمحافظة على نسبة الأكسجين في الدم، والعناية بالدورة الدموية الرئوية.

كما يكون له دور كبير في إعادة تأهيل المرضى المصابين بأمراض مزمنة أو حادة في الجهاز التنفسي.

التقويم 3-2

الخلاصة

• الحويصلات الهوائية يحدث فيها تبادل الغازات بين جهازي التنفس والدوران.
• تبدأ ممرات الهواء من الفم أو الأنف، وتنتهي عند الحويصلات الهوائية داخل الرئتين.
• الشهيق والزفير عمليتان تؤديان إلى إدخال الهواء وإخراجه.
• يعمل جهازا التنفس والدوران معًا للحفاظ على الاتزان الداخلي.
• قد تمنع الأمراض التنفسية حدوث التنفس.

فهم الأفكار الرئيسية

• الفكرة الرئيسية: حدد الوظيفة الرئيسة للجهاز التنفسي.
• ميّز بين التنفس الداخلي والتنفس الخارجي.
• تتبع مسار الهواء ابتداءً من الأنف، حتى وصوله إلى الدم.
• صف آلية حدوث الشهيق والزفير.
• استنتج كيف يعوض الجهاز التنفسي أي خلل يصيب جهاز الدوران؟
• صف ثلاثة أمراض تصيب الجهاز التنفسي.

التفكير الناقد

• كوّن فرضية حول فائدة تسخين الهواء وترطيبه قبل أن يصل إلى الحويصلات.

• الرياضيات في علم الأحياء: مساحة سطح الحويصلات الكلية في الرئتين حوالي 70 m²، فإذا كانت الرئة الواحدة تحتوي 300 مليون حويصلة هوائية تقريبًا، فما مساحة سطح الحويصلة الهوائية الواحدة بوحدة cm²؟