التنفس: العملية والوظيفة

ما هو التنفس؟

التنفس هو العملية الحيوية التي يتم من خلالها امتصاص الأكسجين من الهواء (التنفس الخارجي) ونقله إلى جميع خلايا الجسم، حيث يستخدم لتوليد الطاقة (التنفس الداخلي). وهذا ينتج الماء وثاني أكسيد الكربون. يتم إطلاق الأخير في الهواء ليتم زفيره في الرئتين وبالتالي إزالته من الجسم. لكن كيف يعمل التنفس البشري بالتفصيل؟

التنفس الخارجي

التنفس الخارجي (التنفس الرئوي) يحدث في الرئتين. ويشير إلى تناول الأكسجين من الهواء الذي نتنفسه وإطلاق ثاني أكسيد الكربون في الهواء الذي نتنفسه. يتم التحكم في العملية برمتها عن طريق مركز التنفس في الدماغ. وتفصيلاً، يتم التنفس الخارجي على النحو التالي:

يتدفق هواء التنفس الغني بالأكسجين إلى القصبة الهوائية عبر الفم والأنف والحنجرة، حيث يتم تدفئته وترطيبه وتنقيته في طريقه. ومن القصبة الهوائية، يستمر في القصبات الهوائية وفروعها الأصغر، القصيبات. في نهاية القصيبات، يدخل الهواء الذي نتنفسه إلى ما يقرب من 300 مليون كيس هوائي (الحويصلات الهوائية). لها جدران رقيقة جدًا ومحاطة بشبكة من الأوعية الدموية الدقيقة جدًا (الشعيرات الدموية). هذا هو المكان الذي يحدث فيه تبادل الغازات:

ينقل الهيموجلوبين الأكسجين المرتبط بمجرى الدم إلى جميع الأعضاء والخلايا التي تحتاج إليه لتوليد الطاقة.

وبالمناسبة، فإن مساحة سطح الحويصلات الهوائية، التي يتم من خلالها تبادل الغازات، تغطي مساحة إجمالية تتراوح بين 50 إلى 100 متر مربع. أي حوالي خمسين مرة أكبر من مساحة سطح الجسم.

التنفس الداخلي

يُعرف التنفس الداخلي أيضًا باسم تنفس الأنسجة أو التنفس الخلوي. يصف العملية الكيميائية الحيوية التي يتم من خلالها تغيير (أكسدة) المواد العضوية بمساعدة الأكسجين من أجل إطلاق الطاقة المخزنة في المواد وجعلها قابلة للاستخدام على شكل ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات). ATP هو الشكل الأكثر أهمية لتخزين الطاقة داخل الخلايا.

أثناء عملية التنفس الداخلي، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات. يتم نقله من الدم إلى الرئتين ويتم زفيره هناك (كجزء من التنفس الخارجي).

عضلات الجهاز التنفسي

يحتاج الجسم إلى عضلات الجهاز التنفسي لاستنشاق الهواء وزفيره. أثناء التنفس أثناء الراحة، والذي عادة ما يكون التنفس من الصدر، يكون الحجاب الحاجز هو أهم عضلة للاستنشاق. تساعد أيضًا عضلات رفع الأضلاع الثلاثة المرتبطة بالفقرات العنقية. تعمل العضلات الوربية فقط على تثبيت جدار الصدر أثناء التنفس أثناء الراحة.

ينقل الهيموجلوبين الأكسجين المرتبط بمجرى الدم إلى جميع الأعضاء والخلايا التي تحتاج إليه لتوليد الطاقة.

وبالمناسبة، فإن مساحة سطح الحويصلات الهوائية، التي يتم من خلالها تبادل الغازات، تغطي مساحة إجمالية تتراوح بين 50 إلى 100 متر مربع. أي حوالي خمسين مرة أكبر من مساحة سطح الجسم.

التنفس الداخلي

يُعرف التنفس الداخلي أيضًا باسم تنفس الأنسجة أو التنفس الخلوي. يصف العملية الكيميائية الحيوية التي يتم من خلالها تغيير (أكسدة) المواد العضوية بمساعدة الأكسجين من أجل إطلاق الطاقة المخزنة في المواد وجعلها قابلة للاستخدام على شكل ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات). ATP هو الشكل الأكثر أهمية لتخزين الطاقة داخل الخلايا.

أثناء عملية التنفس الداخلي، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات. يتم نقله من الدم إلى الرئتين ويتم زفيره هناك (كجزء من التنفس الخارجي).

عضلات الجهاز التنفسي

يحتاج الجسم إلى عضلات الجهاز التنفسي لاستنشاق الهواء وزفيره. أثناء التنفس أثناء الراحة، والذي عادة ما يكون التنفس من الصدر، يكون الحجاب الحاجز هو أهم عضلة للاستنشاق. تساعد أيضًا عضلات رفع الأضلاع الثلاثة المرتبطة بالفقرات العنقية. تعمل العضلات الوربية فقط على تثبيت جدار الصدر أثناء التنفس أثناء الراحة.

إذا شعر شخص ما أنه لا يحصل على ما يكفي من الهواء، يشار إلى ذلك بضيق التنفس أو ضيق التنفس. غالبًا ما يحاول المصابون تغطية احتياجاتهم من الأكسجين عن طريق التنفس بسرعة وضحلة (فرط التنفس) أو عن طريق التنفس بشكل أعمق.

هناك العديد من الأسباب المحتملة لضيق التنفس. في بعض الأحيان يكون سببه مرض في الرئة مثل الربو أو مرض الانسداد الرئوي المزمن أو الالتهاب الرئوي أو الانسداد الرئوي. أمراض القلب مثل قصور القلب أو النوبة القلبية يمكن أن تسبب أيضًا ضيقًا في التنفس. وفي حالات أخرى، تكون إصابات الصدر (مثل كسور الأضلاع) أو التليف الكيسي أو تفاعلات الحساسية أو التهابات الجهاز التنفسي (مثل الخناق) هي السبب. أخيرًا، هناك أيضًا ضيق التنفس النفسي: هنا، يحدث ضيق التنفس بسبب التوتر أو الاكتئاب أو اضطرابات القلق، على سبيل المثال.

إذا انخفض محتوى الأكسجين في الدم نتيجة لخلل في الجهاز التنفسي، فإن هذا يسمى نقص الأكسجة. وسرعان ما يصبح الأمر مهددًا للحياة عندما يتوقف التنفس تمامًا (انقطاع التنفس): بعد حوالي أربع دقائق بدون الأكسجين، تبدأ خلايا الدماغ في الموت، مما يؤدي إلى تلف الدماغ والموت في النهاية.