Skip to main content
Global

39.1: أنظمة تبادل الغاز

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196110

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    المهارات اللازمة للتطوير

    • وصف مرور الهواء من البيئة الخارجية إلى الرئتين
    • شرح كيفية حماية الرئتين من الجسيمات

    تتمثل الوظيفة الأساسية للجهاز التنفسي في توصيل الأكسجين إلى خلايا أنسجة الجسم وإزالة ثاني أكسيد الكربون، وهو منتج نفايات الخلايا. الهياكل الرئيسية للجهاز التنفسي البشري هي تجويف الأنف والقصبة الهوائية والرئتين.

    تتطلب جميع الكائنات الهوائية الأكسجين للقيام بوظائفها الأيضية. على طول الشجرة التطورية، ابتكرت كائنات مختلفة وسائل مختلفة للحصول على الأكسجين من الغلاف الجوي المحيط. تحدد البيئة التي يعيش فيها الحيوان بشكل كبير كيفية تنفس الحيوان. يرتبط تعقيد الجهاز التنفسي بحجم الكائن الحي. مع زيادة حجم الحيوان، تزداد مسافات الانتشار وتنخفض نسبة مساحة السطح إلى الحجم. في الكائنات أحادية الخلية، يكون الانتشار عبر غشاء الخلية كافيًا لتزويد الأكسجين للخلية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). الانتشار هو عملية نقل بطيئة وسلبية. من أجل أن يكون الانتشار وسيلة مجدية لتوفير الأكسجين للخلية، يجب أن يتطابق معدل امتصاص الأكسجين مع معدل الانتشار عبر الغشاء. بمعنى آخر، إذا كانت الخلية كبيرة جدًا أو سميكة، فلن يتمكن الانتشار من توفير الأكسجين بسرعة كافية لداخل الخلية. لذلك، يظل الاعتماد على الانتشار كوسيلة للحصول على الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون ممكنًا فقط للكائنات الحية الصغيرة أو تلك ذات الأجسام شديدة التسطيح، مثل العديد من الديدان المفلطحة (Platyhelminthes). كان على الكائنات الحية الأكبر حجمًا تطوير أنسجة تنفسية متخصصة، مثل الخياشيم والرئتين والممرات التنفسية مصحوبة بأنظمة الدورة الدموية المعقدة، لنقل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم.

    تُظهر الصورة خلية خضراء مستديرة ذات سطح أملس ولامع. تشبه الخلية منطادًا.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): تعد خلية الطحالب أحادية الخلية Apitinaria petinosa واحدة من أكبر الخلايا المعروفة، حيث يصل قطرها إلى واحد إلى خمسة سنتيمترات. مثل جميع الكائنات أحادية الخلية، تتبادل بكتيريا V. البطينين الغازات عبر غشاء الخلية.

    الانتشار المباشر

    بالنسبة للكائنات الصغيرة متعددة الخلايا، يكون الانتشار عبر الغشاء الخارجي كافيًا لتلبية احتياجاتها من الأكسجين. يعتبر تبادل الغازات عن طريق الانتشار المباشر عبر الأغشية السطحية فعالاً للكائنات الحية التي يقل قطرها عن 1 مم. في الكائنات الحية البسيطة، مثل السينداريين والديدان المفلطحة، تكون كل خلية في الجسم قريبة من البيئة الخارجية. يتم الاحتفاظ بخلاياها رطبة وتنتشر الغازات بسرعة عن طريق الانتشار المباشر. الديدان المفلطحة هي ديدان صغيرة ومسطحة حرفيًا، «تتنفس» من خلال الانتشار عبر الغشاء الخارجي (الشكل\(\PageIndex{2}\)). يزيد الشكل المسطح لهذه الكائنات من مساحة السطح للانتشار، مما يضمن أن تكون كل خلية داخل الجسم قريبة من سطح الغشاء الخارجي ولديها إمكانية الوصول إلى الأكسجين. إذا كانت الدودة المسطحة ذات جسم أسطواني، فلن تتمكن الخلايا الموجودة في المركز من الحصول على الأكسجين.

    تُظهر الصورة دودة ذات جسم مسطح يشبه الشريط، ترتكز على الرمال. الدودة سوداء مع بقع بيضاء.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): تعمل عملية تنفس الدودة المسطحة هذه عن طريق الانتشار عبر الغشاء الخارجي. (تصوير: ستيفن تشايلدز)

    الجلد والخياشيم

    تستخدم ديدان الأرض والبرمائيات بشرتها (التكامل) كعضو تنفسي. توجد شبكة كثيفة من الشعيرات الدموية أسفل الجلد مباشرة وتسهل تبادل الغازات بين البيئة الخارجية والجهاز الدوري. يجب أن يظل سطح الجهاز التنفسي رطبًا حتى تذوب الغازات وتنتشر عبر أغشية الخلايا.

    تحتاج الكائنات الحية التي تعيش في الماء إلى الحصول على الأكسجين من الماء. يذوب الأكسجين في الماء ولكن بتركيز أقل منه في الغلاف الجوي. يحتوي الغلاف الجوي على ما يقرب من 21 بالمائة من الأكسجين. في الماء، يكون تركيز الأكسجين أصغر بكثير من ذلك. طورت الأسماك والعديد من الكائنات المائية الأخرى خياشيم لامتصاص الأكسجين المذاب من الماء (الشكل\(\PageIndex{3}\)). الخياشيم عبارة عن خيوط نسيجية رقيقة متفرعة ومطوية للغاية. عندما يمر الماء فوق الخياشيم، ينتشر الأكسجين المذاب في الماء بسرعة عبر الخياشيم إلى مجرى الدم. يمكن لنظام الدورة الدموية بعد ذلك نقل الدم المؤكسج إلى الأجزاء الأخرى من الجسم. في الحيوانات التي تحتوي على سائل كوليمي بدلاً من الدم، ينتشر الأكسجين عبر الأسطح الخيشومية إلى السائل الكوليمي. توجد الخياشيم في الرخويات والحلقات والقشريات.

    تُظهر الصورة نوعًا من الكارب مع إسفين من الجلد في الجزء الخلفي من الرأس مقطوعًا، مما يكشف عن وجود خياشيم وردية.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): يحتوي هذا الكارب الشائع، مثل العديد من الكائنات المائية الأخرى، على خياشيم تسمح له بالحصول على الأكسجين من الماء. (مصدر الصورة: «Guitardude012" /ويكيميديا كومنز)

    توفر الأسطح المطوية للخياشيم مساحة سطحية كبيرة لضمان حصول الأسماك على كمية كافية من الأكسجين. الانتشار هو عملية تنتقل فيها المواد من مناطق التركيز العالي إلى التركيز المنخفض حتى يتم الوصول إلى التوازن. في هذه الحالة، يدور الدم ذو التركيز المنخفض لجزيئات الأكسجين عبر الخياشيم. تركيز جزيئات الأكسجين في الماء أعلى من تركيز جزيئات الأكسجين في الخياشيم. ونتيجة لذلك، تنتشر جزيئات الأكسجين من الماء (التركيز العالي) إلى الدم (تركيز منخفض)، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{4}\). وبالمثل، تنتشر جزيئات ثاني أكسيد الكربون في الدم من الدم (التركيز العالي) إلى الماء (تركيز منخفض).

    يُظهر الرسم التوضيحي سمكة، مع صندوق يشير إلى موقع الخياشيم، خلف الرأس. تظهر الصورة المقربة الخياشيم، التي تشبه كل منها دودة ريشية. ترتبط مجموعتان من الخياشيم ببنية تُسمى القوس الخيشومي العمودي، وتشكل شكل V. وينتقل الماء من خارج حرف V، بين كل خيشوم، ثم ينتقل خارج الجزء العلوي من V. وتنتقل الأوردة إلى الخيشومية من قاعدة القوس الخيشومي، وتنتقل الشرايين مرة أخرى إلى الخارج على الجانب الآخر. تُظهر صورة مقرّبة لخيشومة واحدة أن الماء ينتقل فوق الخيشوم، ويمر فوق الأوردة غير المؤكسجة أولاً، ثم فوق الشرايين المؤكسجة.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): عندما يتدفق الماء فوق الخياشيم، يتم نقل الأكسجين إلى الدم عبر الأوردة. (ائتمان «سمكة»: تعديل العمل من قبل دوان رافر، NOAA)

    أنظمة القصبة الهوائية

    تنفس الحشرات مستقل عن نظام الدورة الدموية؛ لذلك لا يلعب الدم دورًا مباشرًا في نقل الأكسجين. تمتلك الحشرات نوعًا عالي التخصص من الجهاز التنفسي يسمى نظام القصبة الهوائية، والذي يتكون من شبكة من الأنابيب الصغيرة التي تنقل الأكسجين إلى الجسم بأكمله. نظام القصبة الهوائية هو الجهاز التنفسي الأكثر مباشرة وكفاءة في الحيوانات النشطة. الأنابيب في نظام القصبة الهوائية مصنوعة من مادة بوليمرية تسمى الكيتين.

    تحتوي أجسام الحشرات على فتحات تسمى الفتحات على طول الصدر والبطن. تتصل هذه الفتحات بالشبكة الأنبوبية، مما يسمح للأكسجين بالمرور إلى الجسم (الشكل\(\PageIndex{5}\)) وتنظيم انتشار ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء. يدخل الهواء ويخرج من نظام القصبة الهوائية من خلال الفتحات. يمكن لبعض الحشرات تهوية نظام القصبة الهوائية بحركات الجسم.

    يُظهر الرسم التوضيحي نظام القصبة الهوائية للنحلة. تظهر فتحات تسمى الفتحات على طول جانب الجسم. تمتد الأنابيب العمودية من الفتحات إلى أنبوب يمتد على طول الجزء العلوي من الجسم من الأمام إلى الخلف.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): تقوم الحشرات بالتنفس عبر نظام القصبة الهوائية.

    أنظمة الثدييات

    في الثدييات، تحدث التهوية الرئوية عن طريق الاستنشاق (التنفس). أثناء الاستنشاق، يدخل الهواء الجسم من خلال تجويف الأنف الموجود داخل الأنف مباشرة (الشكل\(\PageIndex{6}\)). عندما يمر الهواء عبر التجويف الأنفي، يتم تسخين الهواء لدرجة حرارة الجسم وترطيبه. يتم تغطية الجهاز التنفسي بالمخاط لإغلاق الأنسجة من الاتصال المباشر بالهواء. المخاط يحتوي على نسبة عالية من الماء. عندما يعبر الهواء أسطح الأغشية المخاطية هذه، فإنه يلتقط الماء. تساعد هذه العمليات على موازنة الهواء مع ظروف الجسم، مما يقلل من أي ضرر يمكن أن يسببه الهواء البارد والجاف. تتم إزالة الجسيمات العائمة في الهواء في الممرات الأنفية عن طريق المخاط والأهداب. تعتبر عمليات التسخين والترطيب وإزالة الجسيمات آليات وقائية مهمة تمنع تلف القصبة الهوائية والرئتين. وبالتالي، فإن الاستنشاق يخدم عدة أغراض بالإضافة إلى جلب الأكسجين إلى الجهاز التنفسي.

    آرت كونيكشن

    يوضح الرسم التوضيحي تدفق الهواء عبر الجهاز التنفسي البشري. التجويف الأنفي عبارة عن تجويف واسع فوق الخياشيم وخلفها، والبلعوم هو الممر خلف الفم. ينضم تجويف الأنف والبلعوم ويدخلان القصبة الهوائية عبر الحنجرة. الحنجرة أوسع إلى حد ما من القصبة الهوائية ومسطحة. تحتوي القصبة الهوائية على أخاديد متحدة المركز تشبه الحلقات، مما يمنحها مظهرًا وعرًا. تتفرع القصبة الهوائية إلى قصبتين أساسيتين، وهما محززان أيضًا. تدخل القصبات الهوائية الأولية الرئتين وتتفرع إلى القصبات الثانوية. تتفرع القصبات الثانوية بدورها إلى العديد من القصبات الهوائية الثالثة. تتفرع القصبات الهوائية الثالثة إلى القصبات الهوائية التي تتفرع إلى القصبات الهوائية الطرفية. تنتهي كل قصبة طرفية في كيس سنخي. يحتوي كل كيس سنخي على العديد من الحويصلات الهوائية المجمعة معًا، مثل عناقيد العنب. القناة السنخية هي ممر الهواء إلى الكيس السنخي. الحويصلات الهوائية مجوفة، والهواء يفرغ فيها. تجلب الشرايين الرئوية الدم غير المؤكسج إلى الكيس السنخي (وبالتالي تظهر باللون الأزرق)، وتعيد الأوردة الرئوية الدم المؤكسج (وبالتالي تظهر باللون الأحمر) إلى القلب. تشكل الشعيرات الدموية شبكة حول كل سنخ. الحجاب الحاجز هو غشاء يندفع ضد الرئتين.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): يدخل الهواء الجهاز التنفسي من خلال تجويف الأنف والبلعوم، ثم يمر عبر القصبة الهوائية إلى القصبات الهوائية، مما يجلب الهواء إلى الرئتين. (الائتمان: تعديل العمل من قبل NCI)

    أي من العبارات التالية عن الجهاز التنفسي للثدييات خاطئة؟

    1. عندما نتنفس، ينتقل الهواء من البلعوم إلى القصبة الهوائية.
    2. تتفرع القصيبات إلى القصبات الهوائية.
    3. تتصل القنوات السنخية بالحويصلات السنخية.
    4. يحدث تبادل الغازات بين الرئة والدم في الحويصلات الهوائية.

    من التجويف الأنفي، يمر الهواء عبر البلعوم (الحلق) والحنجرة (صندوق الصوت)، حيث يشق طريقه إلى القصبة الهوائية (الشكل\(\PageIndex{6}\)). تتمثل الوظيفة الرئيسية للقصبة الهوائية في توجيه الهواء المستنشق إلى الرئتين وعودة هواء الزفير إلى خارج الجسم. القصبة الهوائية البشرية عبارة عن أسطوانة طولها حوالي 10 إلى 12 سم وقطرها 2 سم تجلس أمام المريء وتمتد من الحنجرة إلى تجويف الصدر حيث تنقسم إلى القصبات الهوائية الأساسية في منتصف الصدر. وهي مصنوعة من حلقات غير مكتملة من الغضروف الهياليني والعضلات الملساء (الشكل\(\PageIndex{7}\)). يتم تبطين القصبة الهوائية بخلايا الكأس المنتجة للمخاط والظهارة الهدبية. تدفع الأهداب الجسيمات الأجنبية المحتبسة في المخاط نحو البلعوم. يوفر الغضروف القوة والدعم للقصبة الهوائية لإبقاء الممر مفتوحًا. يمكن أن تنقبض العضلات الملساء، مما يقلل من قطر القصبة الهوائية، مما يؤدي إلى اندفاع الهواء منتهي الصلاحية صعودًا من الرئتين بقوة كبيرة. يساعد الزفير القسري على طرد المخاط عند السعال. يمكن أن تنقبض العضلات الملساء أو تسترخي، اعتمادًا على المنبهات من البيئة الخارجية أو الجهاز العصبي للجسم.

    يوضح الرسم التوضيحي القصبة الهوائية أو القصبة الهوائية. الحنجرة عبارة عن طوق عريض في الجزء العلوي من القصبة الهوائية. في الجزء السفلي، تنقسم القصبة الهوائية إلى أنابيب أصغر، تسمى القصبات الهوائية الأولية، والتي تدخل الرئتين اليمنى واليسرى. داخل الرئتين، تتفرع القصبات الهوائية إلى القصبات الهوائية الأولية والثانوية، ثم إلى القصبات الهوائية.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): تتكون القصبة الهوائية والشعب الهوائية من حلقات غضروفية غير مكتملة. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة Gray's Anatomy)

    الرئتين: القصبات الهوائية والحويصلات الهوائية

    تتفرع نهاية القصبة الهوائية (تنقسم) إلى الرئتين اليمنى واليسرى. الرئتين ليست متطابقة. الرئة اليمنى أكبر وتحتوي على ثلاثة فصوص، بينما تحتوي الرئة اليسرى الأصغر على فصين (الشكل\(\PageIndex{8}\)). الحجاب الحاجز العضلي، الذي يسهل التنفس، أدنى من (أسفل) الرئتين ويمثل نهاية التجويف الصدري.

    يُظهر الرسم التوضيحي القصبة الهوائية، التي تبدأ من أعلى الرقبة وتستمر حتى الصدر، حيث تتفرع إلى القصبات الهوائية التي تدخل الرئتين. تحتوي الرئة اليسرى على فصين. يقع الفص العلوي أمام الفص السفلي وفوقه. تحتوي الرئة اليمنى على ثلاثة فصوص. يقع الفص العلوي في الأعلى، والفص السفلي في الأسفل، والفص الأوسط محصور بينهما. يضغط الحجاب الحاجز على الجزء السفلي من الرئتين ويظهر بمظهر الجلد الممتد فوق الجزء العلوي من الأسطوانة. تمتد اللوحات العريضة للحجاب الحاجز لأسفل على الجانبين الأمامي الأيسر والأيمن من الجسم. على الظهر، تمتد اللوحات الرقيقة من الحجاب الحاجز لأسفل على جانبي العمود الفقري.
    الشكل\(\PageIndex{8}\): تتفرع القصبة الهوائية إلى القصبات اليمنى واليسرى في الرئتين. تتكون الرئة اليمنى من ثلاثة فصوص وهي أكبر. لاستيعاب القلب، تكون الرئة اليسرى أصغر حجمًا وتحتوي على فصين فقط.

    في الرئتين، يتم تحويل الهواء إلى ممرات أصغر وأصغر، أو القصبات الهوائية. يدخل الهواء الرئتين من خلال القصبات الهوائية الأساسية (الرئيسية) (المفرد: القصبات الهوائية). تنقسم كل قصبة إلى قصبات ثانوية، ثم إلى القصبات الهوائية الثالثة، والتي بدورها تنقسم، مما يؤدي إلى تكوين قصبات صغيرة ذات قطر أصغر عند انقسامها وانتشارها عبر الرئة. مثل القصبة الهوائية، تتكون القصبات الهوائية من الغضروف والعضلات الملساء. في القصبات الهوائية، يتم استبدال الغضروف بألياف مرنة. تُصاب القصبات الهوائية بأعصاب كل من الجهاز العصبي السمبتاوي والسمبتاوي الذي يتحكم في تقلص العضلات (السمبتاوي) أو الاسترخاء (الودي) في القصبات الهوائية والقصيبات الهوائية، اعتمادًا على إشارات الجهاز العصبي. في البشر، تعتبر القصيبات التي يقل قطرها عن 0.5 مم هي القصبات التنفسية. تفتقر إلى الغضاريف وبالتالي تعتمد على الهواء المستنشق لدعم شكلها. مع انخفاض قطر الممرات، تزداد الكمية النسبية للعضلات الملساء.

    تنقسم القصيبات الطرفية إلى فروع مجهرية تسمى القصبات التنفسية. تنقسم القصبات الهوائية التنفسية إلى عدة قنوات سنخية. تحيط العديد من الحويصلات الهوائية والحويصلات السنخية بالقنوات السنخية. تشبه الأكياس السنخية عناقيد العنب المربوطة بنهاية القصبات الهوائية (الشكل\(\PageIndex{9}\)). في منطقة الأسينار، يتم ربط القنوات السنخية بنهاية كل قصبة. يوجد في نهاية كل قناة ما يقرب من 100 كيس سنخي، تحتوي كل منها على 20 إلى 30 حويصلات يتراوح قطرها بين 200 و 300 ميكرون. يحدث تبادل الغازات فقط في الحويصلات الهوائية. تتكون الحويصلات الهوائية من خلايا متنية رقيقة الجدران، عادة ما تكون سميكة من خلية واحدة، وتبدو مثل فقاعات صغيرة داخل الأكياس. تتلامس الحويصلات الهوائية بشكل مباشر مع الشعيرات الدموية (ذات الخلية الواحدة) في الدورة الدموية. يضمن هذا الاتصال الحميم أن الأكسجين سينتشر من الحويصلات الهوائية إلى الدم ويتم توزيعه على خلايا الجسم. بالإضافة إلى ذلك، فإن ثاني أكسيد الكربون الذي تنتجه الخلايا كمنتج نفايات سينتشر من الدم إلى الحويصلات الهوائية ليتم الزفير. يؤكد الترتيب التشريحي للشعيرات الدموية والحويصلات الهوائية على العلاقة الهيكلية والوظيفية للجهاز التنفسي والدورة الدموية. نظرًا لوجود عدد كبير جدًا من الحويصلات الهوائية (حوالي 300 مليون لكل رئة) داخل كل كيس سنخي والعديد من الأكياس في نهاية كل قناة سنخية، تتمتع الرئتان بقوام يشبه الإسفنج. تنتج هذه المنظمة مساحة سطحية كبيرة جدًا متاحة لتبادل الغاز. تبلغ مساحة سطح الحويصلات الهوائية في الرئتين حوالي 75 م 2. تسمح هذه المساحة السطحية الكبيرة، جنبًا إلى جنب مع الطبيعة الرقيقة للخلايا المتنية السنخية، للغازات بالانتشار بسهولة عبر الخلايا.

    يُظهر الرسم التوضيحي أنبوبًا قصبيًا طرفيًا يتفرع إلى ثلاث قنوات سنخية. في نهاية كل قناة يوجد كيس سنخي يتكون من 20 إلى 30 حويصلات متجمعة معًا، مثل العنب. يتواصل المجال الجوي الموجود في منتصف الكيس السنخي، والذي يُطلق عليه الأذين، مع الفضاء الجوي داخل الحويصلات الهوائية بحيث يمكن للهواء أن ينتقل من الأذين إلى الحويصلات الهوائية. تحيط الشعيرات الدموية بكل سنخ، وهذا هو المكان الذي يحدث فيه تبادل الغازات. يمتد الشريان الرئوي (الموضح باللون الأزرق) على طول القصبات الهوائية الطرفية، حيث ينقل الدم غير المؤكسج من القلب إلى الحويصلات الهوائية. يؤدي الوريد الرئوي (الموضح باللون الأحمر) الذي يمتد على طول القصيبات إلى إعادة الدم المؤكسج إلى القلب. ترتبط الغدد المخاطية الصغيرة والمسطحة بالجزء الخارجي من أنابيب الشعب الهوائية.
    الشكل\(\PageIndex{9}\): ترتبط القصبات الهوائية الطرفية عن طريق القصبات التنفسية بالقنوات السنخية والحويصلات السنخية. يحتوي كل كيس سنخي على 20 إلى 30 حويصلات كروية وله مظهر مجموعة من العنب. يتدفق الهواء إلى أذين الكيس السنخي، ثم يدور في الحويصلات الهوائية حيث يحدث تبادل الغازات مع الشعيرات الدموية. تفرز الغدد المخاطية المخاط في الشعب الهوائية، مما يبقيها رطبة ومرنة. (الائتمان: تعديل العمل من قبل ماريانا رويز فيلاريال)

    رابط إلى التعلم

    شاهد الفيديو التالي لمراجعة الجهاز التنفسي.

    آليات الحماية

    يحتوي الهواء الذي تتنفسه الكائنات الحية على جسيمات مثل الغبار والأوساخ والجسيمات الفيروسية والبكتيريا التي يمكن أن تلحق الضرر بالرئتين أو تحفز الاستجابات المناعية التحسسية. يحتوي الجهاز التنفسي على العديد من آليات الحماية لتجنب المشاكل أو تلف الأنسجة. في التجويف الأنفي، يحبس الشعر والمخاط الجزيئات الصغيرة والفيروسات والبكتيريا والغبار والأوساخ لمنع دخولها.

    إذا تجاوزت الجسيمات الأنف، أو دخلت عن طريق الفم، فإن القصبات الهوائية والقصبات الهوائية في الرئتين تحتوي أيضًا على العديد من أجهزة الحماية. تنتج الرئتان المخاط - وهو مادة لزجة مصنوعة من الميوسين، وهو بروتين سكري معقد، بالإضافة إلى الأملاح والمياه - التي تحبس الجسيمات. تحتوي القصبات الهوائية والقصيبات على أهداب وإسقاطات صغيرة تشبه الشعر تبطن جدران القصبات الهوائية والقصبات الهوائية (الشكل\(\PageIndex{10}\)). تنبض هذه الأهداب في انسجام وتنقل المخاط والجزيئات من القصبات الهوائية والقصيبات إلى الحلق حيث يتم ابتلاعها والتخلص منها عن طريق المريء.

    في البشر، على سبيل المثال، يؤدي القطران والمواد الأخرى الموجودة في دخان السجائر إلى تدمير الأهداب أو شلها، مما يجعل إزالة الجسيمات أكثر صعوبة. بالإضافة إلى ذلك، يتسبب التدخين في إنتاج الرئتين لمزيد من المخاط، وهو ما لا تستطيع الأهداب المتضررة تحريكه. هذا يسبب السعال المستمر، حيث تحاول الرئتان التخلص من الجسيمات، ويجعل المدخنين أكثر عرضة لأمراض الجهاز التنفسي.

    في هذه الصورة المجهرية، تكون الأهداب عبارة عن نتوءات طويلة ورقيقة تشبه الشعر.
    الشكل\(\PageIndex{10}\): تحتوي القصبات الهوائية والقصيبات على أهداب تساعد على نقل المخاط والجزيئات الأخرى خارج الرئتين. (تصوير: لويزا هوارد، تعديل العمل من قبل مرفق دارتموث للميكروسكوب الإلكتروني)

    ملخص

    تم تصميم أنظمة التنفس الحيوانية لتسهيل تبادل الغازات. في الثدييات، يتم تسخين الهواء وترطيبه في تجويف الأنف. ثم ينتقل الهواء عبر البلعوم، عبر القصبة الهوائية، إلى الرئتين. في الرئتين، يمر الهواء عبر القصبات المتفرعة، ليصل إلى القصبات الهوائية التنفسية، التي تضم أول موقع لتبادل الغازات. تفتح القصبات الهوائية التنفسية في القنوات السنخية والحويصلات السنخية والحويصلات الهوائية. نظرًا لوجود العديد من الحويصلات الهوائية والحويصلات السنخية في الرئة، فإن مساحة سطح تبادل الغازات كبيرة جدًا. توجد العديد من آليات الحماية لمنع التلف أو العدوى. يشمل ذلك الشعر والمخاط في تجويف الأنف الذي يحبس الغبار والأوساخ والجسيمات الأخرى قبل أن تتمكن من دخول النظام. في الرئتين، تُحتجز الجسيمات في طبقة مخاطية وتنتقل عبر الأهداب إلى فتحة المريء في الجزء العلوي من القصبة الهوائية ليتم ابتلاعها.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{6}\): أي العبارات التالية عن الجهاز التنفسي للثدييات خاطئة؟

    1. عندما نتنفس، ينتقل الهواء من البلعوم إلى القصبة الهوائية.
    2. تتفرع القصيبات إلى القصبات الهوائية.
    3. تتصل القنوات السنخية بالحويصلات السنخية.
    4. يحدث تبادل الغازات بين الرئة والدم في الحويصلات الهوائية.
    إجابة

    ب

    مسرد المصطلحات

    القناة السنخية
    القناة التي تمتد من القصبات الطرفية إلى الكيس السنخي
    كيس سنخي
    هيكل يتكون من اثنين أو أكثر من الحويصلات الهوائية التي تشترك في فتحة مشتركة
    السنخ
    (صيغة الجمع: الحويصلات الهوائية) (أيضًا، الكيس الهوائي) المنطقة الطرفية للرئة حيث يحدث تبادل الغازات
    القصبات الهوائية
    (الجمع: القصبات الهوائية) فرع أصغر من الأنسجة الغضروفية التي تنبع من القصبة الهوائية؛ يتم توجيه الهواء عبر القصبات الهوائية إلى المنطقة التي يحدث فيها تبادل الغازات في الحويصلات الهوائية
    القصيبات
    مجرى الهواء الذي يمتد من القصبات الهوائية الثالثة الرئيسية إلى الكيس السنخي
    الحجاب الحاجز
    عضلة هيكلية على شكل قبة تقع تحت الرئتين تفصل التجويف الصدري عن التجويف البطني
    حنجرة
    صندوق صوت، ممر قصير يربط البلعوم والقصبة الهوائية
    موسين
    بروتين سكري معقد موجود في المخاط
    مخاط
    إفراز سائل لزج يحتوي على البروتين في الرئة يحبس الجسيمات ليتم طردها من الجسم
    تجويف أنفي
    فتح الجهاز التنفسي على البيئة الخارجية
    الجسيمات
    الجسيمات الصغيرة مثل الغبار والأوساخ والجسيمات الفيروسية والبكتيريا الموجودة في الهواء
    بلعوم
    الحلق: أنبوب يبدأ في الأنف الداخلي ويمتد جزئيًا إلى أسفل الرقبة، حيث ينفتح إلى المريء والحنجرة
    القصبات الهوائية الأولية
    (أيضًا، القصبات الهوائية الرئيسية) في مجرى الهواء داخل الرئة الذي يتصل بالقصبة الهوائية ويتفرع إلى كل رئة حيث يتفرع إلى القصبات الهوائية الثانوية
    القصيبات التنفسية
    الجزء الطرفي من شجرة القصيبات المتصلة بالقصيبات الهوائية الطرفية والقنوات الهوائية والحويصلات الهوائية والحويصلات السنخية والحويصلات الهوائية
    القصيبات الطرفية
    منطقة القصيبات التي ترتبط بالقصيبات التنفسية
    القصبة الهوائية
    أنبوب غضروفي ينقل الهواء من الحنجرة إلى القصبات الهوائية الأولية