التنفس وكيف تتم هذه العملية داخل جسم الإنسان؟

ما هو التنفس ؟

عندما نسمع عن التنفس، فإن أول ما يخطر لنا هو دخول وخروج الهواء إلى جسمنا أثناء الشهيق والزفير. وهذا صحيح جزئيًّا، لأن المقصود بالتنفس من الناحية العلمية هو عملية تبادل الغازات (خاصة الأوكسجين وغاز ثاني أوكسيد الكربون) في الجسم. وعندما نقوم بالشهيق، فإننا نُدخِل الهواء إلى الرئة، أما في الزفير فإننا نُخرِج الهواء من الرئة إلى خارج الجسم. فالوصف الصحيح لعمليتَي الشهيق والزفير هو التهوية، أي دخول الهواء إلى الجسم وخروجه. أما تبادل الغازات فيَحدث داخل الرئة عبر الجدران الرقيقة جدًّا في الحويصلات الرئوية وعبر جدران الشعيرات الدموية التي تحيط بهذه الحويصلات، ليتم تبادل الغازات بين الهواء الموجود داخل حويصلات الرئة، والدم الموجود داخل الشعيرات الدموية. يسمى تبادل هذه الغازات في الرئة (التنفس الخارجي)، وهناك نوع آخر من تبادل هذه الغازات يحدث بين الدم والخلايا، ويسمى (التنفس الداخلي). ولكن، كيف يصل الهواء إلى الحويصلات الرئوية؟

جهاز التنفس عند الإنسان

يتألف جهاز التنفس عند الإنسان من الطُّرق الهوائية المغلقة التي تبدأ عند فتحتَي الأنف والفم، وتنتهي في الحويصلات الرئوية، وهي عبارة عن كهوف صغيرة جدًّا، وذات جدران رقيقة جدًّا، تحيط بها شبكة متفرعة من أوعية دموية صغيرة جدًّا (الشعيرات الدموية). إذا كانت الطُّرق التنفسية شبكة مغلقة من أنابيب خاصة، فكيف يتم دخول الهواء إليها وخروجه منها؟ كيف تتم تهوية الرئة؟

مَسار الهواء في الشهيق والزفير

يدخل الهواء إلى الرئة أثناء عملية الشهيق، ويخرج منها أثناء عملية الزفير.

• الشهيق:

يدخل الهواء الخارجي أثناء الشهيق عادة عبر فتحتَي الأنف، ويمكن أن يدخل أحيانًا عن طريق الفم. يلتقي تجويفا الفم والأنف في الجزء الخلفي من الفم فيما يسمى البلعوم، حيث يجتمع مسار الهواء مع مسار الطعام. ثم ينفصل البلعوم إلى مَسار التنفس نحو الحنجرة، ومسار بلع الطعام نحو المريء. توجَد في الحنجرة الحبال الصوتية التي تمكّننا من الكلام وإصدار الأصوات عن طريق التحكم باهتزازاتها عند مرور الهواء. تتَّصل الحنجرة بالقصبة الهوائية (الرُّغامَى)، وهي أنبوب يبلغ طوله نحو 15 سنتيمترًا، وقطره نحو 2.5 سنتيمتر. وجدار الرُّغامَى مدعم بحلقات هلالية غضروفية تبقيه منفتحًا بشكل دائم. تتفرع الرغامى داخل الصدر إلى فرعَين رئيسيَين: القصَبة اليمنى إلى الرئة اليمنى، والقصَبة اليسرى إلى الرئة اليسرى. يستمر تفرع القصبات الهوائية إلى فروع أصغر فأصغر داخل نسيج الرئتين مثل فروع شجرة متعددة الأغصان. تنتهي تفرعات جميع القصبات في كهوف صغيرة جدًّا ذات جدران رقيقة جدًّا تسمى الحويصلات الرئوية، وهي التي تعطي الرئة قوامها الإسفنجي. إذًا نعرف من هذا أنه لا يوجد مخرج آخر لهواء الشهيق، ولا بد من عودته عبر الطرق التنفسية ذاتها من الحويصلات الرئوية إلى الأنف والفم أثناء عملية الزفير.

• الزفير:

يخرج الهواء من الحويصلات الرئوية عائدًا من خلال تفرعات القصبات إلى الرُّغامَى، ثم يمر عبر الحنجرة، فالبلعوم، ليخرج عن طريق الأنف أو الفم. ولكن ما الذي يحرك الهواء دخولًا إلى الرئة في الشهيق، وخروجًا منها في الزفير؟

عضلات التنفس

هناك عضلات متخصصة في جسم الإنسان للقيام بعمليتَي الشهيق والزفير، وتتجمع هذه العضلات في مجموعات ثلاث:

• عضلة الحجاب الحاجز:

وهي عضلة كبيرة قوية أفقية واسعة تفصل بين تجويف الصدر وتجويف البطن، وهي من عضلات التنفس الرئيسية التي تزيد حجم تجويف الصدر عندما تنقبض، مما يخلق ضغطًا سالبًا في تجويف الصدر يحرك الهواء الخارجي للدخول إلى الطُّرق التنفسية حتى يصل إلى الحويصلات الرئوية.

• العضلات بين الأضلاع:

وهي عضلات كثيرة توجَد بين الأضلاع، وتُساعد في الشهيق والزفير عندما تُباعد أو تُقارب بين الأضلاع، وتزيد أو تنقص حجم تجويف الصدر.

• عضلات الصدر الخارجية:

وهي عضلات قوية توجَد في الجهة الأمامية من الصدر، وتُعتبر عضلات تنفس إضافية تُساعد في الشهيق والزفير عند الحاجة.

• عضلات الرقبة:

وهي عضلات متعددة توجَد في الجهة الأمامية والجانبية من الرقبة، وتُعتبر أيضًا بمثابة عضلات تنفس إضافية تُساعد في الشهيق والزفير عند الحاجة.

كيف يتم تبادل الغازات في الحويصلات الرئوية؟

ذكَرنا أن جدران الحويصلات الرئوية رقيقة جدًا، وكذلك جدران الشعيرات الدموية التي تحيط بها، ويتم تبادل الأوكسجين وثاني أوكسيد الكربون والماء بين الهواء الموجود داخل الحويصلات الرئوية، والدم الموجود داخل الشعيرات الدموية عبر جدرانها الرقيقة جدًا. يكون الهواء الموجود داخل الحويصلات الرئوية غنيًّا بالأوكسجين (تقريبا 21%) مثل تركيزه في الهواء الخارجي، كما يكون تركيز ثاني أوكسيد الكربون في الحويصلات الرئوية منخفضًا، بينما يكون تركيز الأوكسجين في الدم داخل الشعيرات الدموية منخفضًا، وتركيز ثاني أوكسيد الكربون مرتفعًا. ينتقل الأوكسجين من الحويصلات الرئوية إلى الدم لأن تركيزه يكون أعلى في الحويصلات الرئوية، وبفضل وجود خضاب الدم الذي يميل لِحمل الأوكسجين في كريات الدم الحمراء. في الوقت نفسه، ينتقل ثاني أوكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات الرئوية لأن تركيزه يكون أعلى في الدم. يُسبّب تبادل هذه الغازات تغيّر لون الدم في الشعيرات الدموية من اللون الأحمر الغامق إلى اللون الأحمر الفاتح (لون دم الغزال) الغني بالأوكسجين (المؤكسَج). ينتقل هذا الدم المؤكسَج في الشعيرات الدموية التي تتجمّع إلى أوردة رئوية صغيرة، تلتقي في أوردة رئوية أكبر، تجتمع إلى 4 أوردة رئوية تصبّ أخيرًا في الأذَين الأيسر من القلب، وتتم بذلك عملية التنفس الخارجي.

اقرأ أيضاً

ما أسباب ضيق التنفس وأنواعه؟

ما هو التنفس الداخلي؟

تسمى عملية تبادل الأوكسجين وثاني أوكسيد الكربون بين الدم وخلايا الجسم بعملية التنفس الداخلي. وهي تتم في مَسار ينتقل عكس مَسار التنفس الخارجي، إذ يَصدر الدم الغني بالأوكسجين عن القلب في الشريان الأبهر الذي يتفرع إلى شرايين تغذي كافة أعضاء الجسم. تتفرع الشرايين الأكبر إلى شرايين أصغر وأصغر حتى تصل إلى شعيرات دموية صغيرة جدًا وذات جدران رقيقة جدًا. تتغلغل الشعيرات الدموية بين خلايا الجسم كافة، ويتم التنفس الداخلي بخروج الأوكسجين من الدم المؤكسَج ليمدَّ الخلايا بما تحتاج إليه، وبانتقال ثاني أوكسيد الكربون من الخلايا إلى الدم. يشكّل ثاني أوكسيد الكربون الناتج الأخير لكثير من التفاعلات الكيميائية الحيوية في جميع الخلايا الحية، وإذا تراكَمَ هذا الغاز داخل الخلايا يَحدث فيها احمضاض، أي يرتفع داخلها تركيز الهيدروجين (حموضة الدم والخلايا)، وتؤدي زيادة الحموضة في الخلية الحية إلى اضطرابات شديدة في التفاعلات الكيميائية الحيوية قد تسبب موتها. ولذلك فإن التخلص من ثاني أوكسيد الكربون من الخلايا إلى الدم في عملية التنفس الداخلي ضروري للحياة، وكذلك إمداد الخلايا بالأوكسجين الضروري لحياتها. يتغيّر لون الدم في الشعيرات الدموية من اللون الأحمر الفاتح إلى اللون الأحمر الغامق الفقير بالأوكسجين. ينتقل هذا الدم الوريدي في الشعيرات الدموية التي تتجمع إلى أوردة صغيرة، تلتقي في أوردة أكبر، تجتمع إلى وريدَين كبيرَين يصبّان أخيرًا في الأذَين الأيمن من القلب، وتتم بذلك عملية التنفس الداخلي.

ما الذي يحرك الدم في عملية التنفس الخارجي والداخلي؟

عرفنا أن الهواء يتحرك باستمرار في عملية التهوية في الرئتين بفضل عضلات التنفس، ولكي يستمر تبادل الغازات لا بد من أن يتحرك الدم باستمرار أيضًا، ويتحرك الدم في الجسم بفضل انقباض وانبساط عضلة القلب القوية التي تقوم بضخ الدم إلى الرئتين فيما يسمى بالدورة الدموية الصغرى، وإلى كافة أعضاء الجسم فيما يسمى بالدورة الدموية الكبرى.

ما الذي ينظّم عملية التهوية في الرئتين؟

ينظّم عمليتَي الشهيق والزفير مركزُ التنفس العصبي الذي يوجَد في جَذع الدماغ، ويقوم بتنشيط عضلات التنفس وتهدئتها بحسب تركيز الأوكسجين وثاني أوكسيد الكربون في الدم الذي يصل إلى مركز التنفس، بحيث يؤدي ارتفاع أو تراكم ثاني أوكسيد الكربون إلى تنشيط مركز التنفس، فيقوم بإصدار أوامر عصبية لا إرادية ليحفز سرعة وعمق الشهيق والزفير، ويزيد بذلك تهوية الرئة. يحدث هذا أيضًا عند انخفاض تركيز الأوكسجين في الدم، وبذلك عندما نقوم بنشاط رياضي، أو عند حدوث انفعال نفسي شديد، أو عند وجود الحمى في أجسامنا ... يزداد تنفسنا عمقًا وسرعة لكي يقوم جسمنا بعمليتَي التنفس بكفاءة أعلى، ليمدَّ خلايانا بما تحتاجه من أوكسجين، ويأخذ عنها ما يتراكم فيها من ثاني أوكسيد الكربون.