hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
جهاز تنفسي آلية التنفس
يحدث الاستنشاق نتيجة تقلص الحجاب الحاجز. الذي هو عبار عن صفيحة عضلية محدبة إلى الأعلى تفصل التجويف الصدري عن تجويف البطن. عندما تتقلص عضلة الحجاب الحاجز (أي تتحرك لأسفل) تتحول إلى وضع التسطح، مما يزيد من حجم التجويف الصدري في المحور الخلفي الأمامي. يدفع الحجاب الحاجز المتقلص أعضاء البطن إلى أسفل. ولكن لأن قاع الحوض يمنع أعضاء البطن السفلية من التحرك في هذا الاتجاه، فإن محتويات البطن المرنة تتسبب في انتفاخ البطن إلى الأمام والجانبين، لأن عضلات البطن المرتخية لا تقاوم هذه الحركة. يُشار أحيانًا إلى هذا الانتفاخ السلبي تمامًا (والانكماش أثناء الزفير) في أثناء التنفس الطبيعي باسم "التنفس البطني"، على الرغم من أن "التنفس البطني"، غير مرئي من خارج الجسم. تستخدم الثدييات عضلات بطنها فقط أثناء الزفير.
جهاز تنفسي آلية التنفس
عندما ينقبض الحجاب الحاجز، يتوسع التجويف الصدري في نفس الوقت عن طريق سحب الأضلاع لأعلى بواسطة العضلات الوربدية. جميع الأضلاع مائلة إلى أسفل من الخلف إلى الأمام؛ لكن الأضلاع السفلية تميل أيضًا للأسفل من خط الوسط إلى الخارج. وهكذا يمكن زيادة القطر العرضي للقفص الصدري بنفس الطريقة التي يتم بها زيادة القطر الخلفي من خلال ما يسمى بحركة مقبض المضخة.
جهاز تنفسي آلية التنفس
يؤدي توسع التجويف الصدري الصدري رأسيًا عن طريق تقلص الحجاب الحاجز، وأفقيًا عن طريق رفع مقدمة وجوانب الأضلاع- إلى انخفاض الضغط داخل الصدر. تكون الأجزاء الداخلية للرئتين منفتحة على الهواء الخارجي وكونها مرنة يمكنها سحب الهواء إلى الداخل لملء هذا الفراغ، ويساعد سائل غشاء الجنب بين غشاء الجنب المزدوج الرئتين على تقليل الاحتكاك أثناء توسعهما وتقلصهما. يحدث تدفق الهواء إلى الرئتين عبر الشعب الهوائية التنفسية. تبدأ هذه الممرات الهوائية بالأنف وتنتهي بأكياس هوائية تسمى الحويصلات الهوائية، والتي تكون مفتوحة دائمًا، على الرغم من أن أقطارها يمكن تغيره باستمرار عن طريق الجهاز العصبي السمبثاوي والباراسمبثاوي. لذلك، يكون ضغط الهواء السنخي دائمًا قريبًا من ضغط الهواء الجوي (حوالي 100 كيلو باسكال عند مستوى سطح البحر) في حالة الراحة، ومع هذا التغير في الضغط الناتج عن تقلص الرئتين وتمددهما يندفع الهواء داخل الرئتين وخارجهما أثناء التنفس. وتستمر فترة الزفير ضعف مدة الشهيق.
جهاز تنفسي آلية التنفس
أثناء الزفير، يرتخي الحجاب الحاجز والعضلات الصدرية مما يعيد الصدر والبطن إلى وضعهما الطبيعي. تحتوي الرئتان على سعة هواء وظيفية متبقية تبلغ حوالي 2.5 - 3.0 لتر.
جهاز تنفسي آلية التنفس
في وضع الراحة يبلغ حجم الهواء الداخل إلى الرئتين حوالي 500 مل لكل نفس. في نهاية الزفير تكون الممرات الهوائية تحوي على 150 مل من الهواء السنخي وهو أول هواء يتم استنشاقه مرة أخرى في الحويصلات الهوائية أثناء الاستنشاق. يُعرف حجم الهواء الذي يتم استنشاقه من الحويصلات الهوائية والعودة إلى الداخل مرة أخرى باسم تهوية الفراغ الميت، والذي ينتج عنه استنشاق 500 مل في الحويصلات الهوائية مع كل نفس 350 مل فقط (500 مل - 150 مل) = 350 مل وهو هواء منعش، دافئ، ومبلل. نظرًا لكون 350مل من الهواء النقي يتم خلطه جيدًا وتخفيفه عن طريق الهواء الذي يبقى في الحويصلات الهوائية بعد الزفير الطبيعي (أي السعة المتبقية الوظيفية التي تبلغ حوالي 2.5 - 3.0 لتر)، فمن الواضح أن تكوين الهواء السنخي يتغير بشكل كبير قليلًا أثناء دورة التنفس. يظل الضغط الجزئي للأكسجين قريبًا من 13-14 كيلو باسكال (حوالي 100 ملم زئبق)، وثاني أكسيد الكربون قريب جدًا من 5.3 كيلو باسكال (أو 40 ملم زئبق). يتناقض هذا مع الهواء الخارجي الجاف عند مستوى سطح البحر، حيث يبلغ الضغط الجزئي للأكسجين 21 كيلو باسكال (أو 160 ملم زئبق) وثاني أكسيد الكربون 0.04 كيلو باسكال (أو 0.3 ملم زئبق).
جهاز تنفسي آلية التنفس
أثناء التنفس الثقيل، على سبيل المثال، أثناء التمرين، يحدث الاستنشاق من خلال تقلص أقوى للحجاب الحاجز، بالإضافة إلى ذلك، فإن عضلات الاستنشاق الوربية تتقلص بشكل أكبر. عضلات الاستنشاق هذه عضلات تمتد من فقرات عنق الرحم وقاعدة الجمجمة إلى الضلوع العلوية والقص، أحيانًا من خلال ارتباطها إلى الترقوة. عندما تنقبض، يزداد الحجم الداخلي للقفص الصدري إلى حد أكبر بكثير مما يمكن تحقيقه عن طريق تقلص العضلات الوربية وحدها. يُعرف أحيانًا ارتفاع الترقوة أثناء الشهيق الثقيل من خارج الجسم باسم التنفس الترقوي، ويُرى بشكل خاص أثناء نوبات الربو وفي الأشخاص المصابين بمرض الانسداد الرئوي المزمن.
أثناء التنفس الثقيل، يحدث الزفير بسبب استرخاء جميع عضلات الاستنشاق. في نفس الوقت تنقبض عضلات البطن بقوة فتسحب الحواف السفلية للقفص الصدري إلى أسفل (الأمام والجانبين). لا يؤدي هذا إلى تقليل حجم القفص الصدري بشكل كبير فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى دفع أعضاء البطن إلى أعلى في مواجهة الحجاب الحاجز الذي يؤدي بالتالي إلى تضيق في التجويف الصدري. حجم الرئة في نهاية الزفير هو أقل بكثير من منتصف وضع الراحة وتحتوي على هواء أقل بكثير من "السعة المتبقية الوظيفية". ومع ذلك، في الثدييات الطبيعية، لا يمكن إفراغ الرئتين تمامًا. في الإنسان البالغ، لا يزال هناك دائمًا ما لا يقل عن لتر واحد من الهواء المتبقي في الرئتين بعد أقصى مدة زفير.
التنفس المنتظم الأوتوماتيكي للداخل والخارج، يمكن أن ينقطع عن طريق السعال، والعطس التي تعتبر من أشكال الزفير القوي كذلك في حالات الضحك، والتنهد، والصراخ، والكلام، والغناء، والصفير، ولعب آلات النفخ. كل هذه الإجراءات تعتمد على العضلات الموصوفة أعلاه، وتأثيراتها على حركة الهواء داخل وخارج الرئتين.
على الرغم من أنها ليست شكلاً من أشكال التنفس، إلا أنها مناورات تشمل عضلات الجهاز التنفسي. فتعتبر جهد زفيري قوي للغاية ضد المزمار المغلق بإحكام، بحيث لا يمكن للهواء الهروب من الرئتين. بدلاً من ذلك، يتم تفريغ محتويات البطن في الاتجاه المعاكس، من خلال الفتحات الموجودة في قاع الحوض. تنقبض عضلات البطن بقوة شديدة، مما يؤدي إلى ارتفاع الضغط داخل البطن والصدر إلى مستويات عالية للغاية. يمكن إجراء مناورة فالسالفا طوعًا، لكنها بشكل عام رد فعل منعكس عند محاولة إفراغ البطن أثناء التغوط، أو أثناء الولادة، على سبيل المثال. يتوقف التنفس أثناء هذه المناورة.
جهاز تنفسي الوظيفة
المحافظة على حرارة الجسم: نتيجة لعمليات الاحتراق والهدم والبناء داخل الجسم ترتفع درجة حرارة الجسم الداخلية فيعمل بعدة طرق للتخلص من الحرارة الزائدة وهذه الطرق والوسائل هي: الجهاز العصبي، الغدد الصماء، الرئتان.
جهاز تنفسي تبادل الغازات
يحتوي الهواء الموجود داخل الحويصلات الهوائية على حجم شبه دائم من الهواء يبلغ حوالي 2.5-3.0 لترًا والذي يُحيط تمامًا بالدم الشعري السنخي. وهذا يضمن أن تكون موازنة ضغوط الغازات في الجزأين فعالة للغاية وتحدث بسرعة كبيرة. الدم الذي يخرج من الشعيرات الدموية السنخية ويتم توزيعه في نهاية المطاف إلى جميع أنحاء الجسم، وبالتالي فإن ضغط الأكسجين يبلغ 13-14 كيلو باسكال (100 مم زئبق)، وضغط ثاني أكسيد الكربون يبلغ 5.3 كيلو باسكال (40 مم زئبق) (أي نفس ضغط الأكسجين. توترات غازات الأكسجين وثاني أكسيد الكربون كما هو الحال في الحويصلات الهوائية). كما هو مذكور في القسم أعلاه، فإن الضغوط الجزئية المقابلة للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الهواء المحيط عند مستوى سطح البحر هي 21 كيلو باسكال (160 ملم زئبق) و0.04 كيلو باسكال (0.3 ملم زئبق) على التوالي.
جهاز تنفسي تبادل الغازات
يمكن الحفاظ على هذا الاختلاف الملحوظ بين تكوين الهواء السنخي وتلك الخاصة بالهواء المحيط لأن القدرة الوظيفية المتبقية موجودة في أكياس مسدودة متصلة بالهواء الخارجي عن طريق أنابيب ضيقة وطويلة نسبيًا (الممرات الهوائية: الأنف والبلعوم والحنجرة والقصبة الهوائية والشعب الهوائية وفروعها وصولاً إلى القصيبات )، والتي من خلالها يجب أن يتنفس الهواء للداخل والخارج (أي لا يوجد تدفق أحادي الاتجاه كما هو الحال في رئة الطيور). هذا التشريح النموذجي للثدييات جنبًا إلى جنب مع حقيقة أن الرئتين لا يتم تفريغهما وإعادة نفخهما مع كل نفس (تاركًا حجمًا أكبر من الهواء، حوالي 2.5-3.0 لتر، في الحويصلات الهوائية بعد الزفير)، يضمن تكوين الحويصلات الهوائية يتم إزعاج الهواء بشكل طفيف فقط عند خلط 350 مل من الهواء النقي مع كل استنشاق. وهكذا يتم تزويد الحيوان بهواء، يختلف تكوينه بشكل كبير عن الهواء المحيط.
جهاز تنفسي تبادل الغازات
يتم التحكم في الضغط الشرياني الجزئي الناتج عن الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. إن ارتفاع الضغط الشرياني الجزئي لثاني أكسيد الكربون، وبدرجة أقل، انخفاض الضغط الشرياني الجزئي لـ O 2 ، سيؤدي إلى تنفس أعمق وأسرع حتى توتر غازات الدم في الرئتين ، وبالتالي الدم الشرياني، العودة إلى وضعها الطبيعي. يحدث العكس عندما ينخفض توتر ثاني أكسيد الكربون، أو مرة أخرى، بدرجة أقل ، يرتفع توتر الأكسجين: ينخفض معدل التنفس وعمقه حتى يعود غاز الدم إلى طبيعته.
جهاز تنفسي تبادل الغازات
نظرًا لأن الدم الذي يصل إلى الشعيرات الدموية السنخية له ضغط جزئي يبلغ في المتوسط ، 6 كيلو باسكال (45 ملم زئبق) ، في حين أن الضغط في الهواء السنخي هو 13-14 كيلو باسكال (100 ملم زئبق) ، سيكون هناك انتشار صافي للأكسجين إلى الدم الشعري . وبالمثل ، فأن الدم الذي يصل إلى الشعيرات الدموية السنخية يحتوي على ضغط جزئي من ثاني أكسيد الكربون تبلغ 6 كيلو باسكال (45 مم زئبق) ، في حين أن الهواء السنخي 5.3 كيلو باسكال (40 مم زئبق) ، فيندفع ثاني أكسيد الكربون خارج الشعيرات الدموية إلى الحويصلات الهوائية. التغييرات التي أحدثتها هذه التدفقات الصافية للغازات الفردية داخل وخارج الهواء السنخي تستلزم استبدال حوالي 15٪ من الهواء السنخي بالهواء المحيط كل 5 ثوانٍ أو نحو ذلك. يتم التحكم في هذا بإحكام شديد من خلال مراقبة غازات الدم الشرياني (التي تعكس بدقة تكوين الهواء السنخي) بواسطة مستقبلات على الشربان الأبهر والسباتي وكذلك عن طريق غاز الدم ومستشعر الأس الهيدروجيني على السطح الأمامي للنخاع المستطيل في الدماغ. توجد أيضًا مستشعرات للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الرئتين ، لكنها تحدد بشكل أساسي أقطار القصيبات والشعيرات الدموية الرئوية ، وبالتالي فهي مسؤولة عن توجيه تدفق الهواء والدم إلى أجزاء مختلفة من الرئتين.
جهاز تنفسي تبادل الغازات
نتيجة للمحافظة الدقيقة على تكوين 3 لترات من الهواء السنخي يتم تصريف بعض ثاني أكسيد الكربون مع كل نفس في الغلاف الجوي ويتم امتصاص بعض الأكسجين من الهواء الخارجي. في حالة فقدان المزيد من ثاني أكسيد الكربون بسبب فترة قصيرة من فرط التنفس ، فسيتم إبطاء التنفس أو توقفه حتى يعود الضغط الجزئي السنخي لثاني أكسيد الكربون إلى 5.3 كيلو باسكال (40 ملم زئبق). لذلك من غير الصحيح بالمعنى الدقيق للكلمة أن الوظيفة الأساسية للجهاز التنفسي هي تخليص الجسم من ثاني أكسيد الكربون بشكل كلي. من المحتمل أن يُنظر إلى ثاني أكسيد الكربون الذي يتم استنشاقه مع كل نفس على أنه منتج ثانوي لثاني أكسيد الكربون السائل خارج الخلية في الجسم واستتباب الأس الهيدروجيني .
جهاز تنفسي تبادل الغازات
إذا تم خرق هذه الألية فسيحدث حماض تنفسي ، أو قلاء تنفسي . على المدى الطويل يمكن تعويضها عن طريق الكلية عن طريق تغير تركيزات H + وHCO 3 في البلازما ؛ ولكن نظرًا لأن هذا يستغرق وقتًا طويلًا .قد تحدث متلازمة فرط التنفس ، على سبيل المثال ، عندما يتسبب القلق في جعل الشخص يتنفس بسرعة وبعمق مما يتسبب في قلاء تنفسي نتيجة دفع الكثير من ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الهواء الخارجي.
للأكسجين قابلية ذوبان منخفضة جدًا في الماء ، وبالتالي يتم حمله في الدم بشكل غير محكم مع الهيموجلوبين . يتم حمل الأكسجين بواسطة أربع مجموعات من الحديد التي توجد في كل جزيء هيم من الهيموجلوببن. عندما تحمل جميع مجموعات الهيم جزيء الأكسجين، يُقال الدم في حالة "تشبع" ، ولن تؤدي أي زيادة أخرى في الضغط الجزئي للأكسجين إلى زيادة تركيز الأكسجين في الدم. يُنقل معظم ثاني أكسيد الكربون في الدم على هيئة أيونات بيكربونات (HCO3 - ) في البلازما. ومع ذلك ، فإن تحويل ثاني أكسيد الكربون المذاب إلى HCO3 -(من خلال إضافة الماء) بطيء جدًا بالنسبة لمعدل دوران الدم عبر الأنسجة من ناحية، ومن خلال الشعيرات الدموية السنخية من ناحية أخرى. لذلك يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم كربونيك أنهيدراز، وهو إنزيم يوجد داخل خلايا الدم الحمراء . يمكن أن يذهب التفاعل في كلا الاتجاهين اعتمادًا على الضغط الجزئي السائد لثاني أكسيد الكربون . يتم حمل كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون على مجموعة كاربامينو الموجود في الأحماض الأمينية المكونة للهيموجلوبين. التركيز الكلي لثاني أكسيد الكربون (على شكل أيونات بيكربونات ، وثاني أكسيد كربون مذاب، ومجموعات الكاربامينو) في الدم الشرياني (أي بعد موازنته مع الهواء السنخي) يبلغ حوالي 26 ملم (أو 58 مل / 100 مل) ، مقارنة بتركيز الأكسجين في الدم الشرياني المشبع بحوالي 9 ملم ( أو 20 مل / 100 مل دم).
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
تُنظم عملية التنفس في الثدييات عبر مراكز الجهاز التنفسي في النخاع المستطيل وجذع الدماغ . تشكل هذه المناطق سلسلة من المسارات العصبية التي تتلقى معلومات حول الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني . تحدد هذه المعلومات بالضبط مُعدل تهوية الحويصلات الهوائية في الرئتين ، للحفاظ على هذه الضغوط ثابتة . يقوم المركز التنفسي بذلك عن طريق الأعصاب الحركية التي تنشط الحجاب الحاجز وغيرها من عضلات التنفس فيزاد أو يقل معدل التنفس حسب الحاجة.
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
يزداد معدل التنفس عندما يزداد الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم. يتم الكشف عن ذلك عن طريق المستقبلات الكيميائية المركزية لغازات الدم على السطح الأمامي للنخاع المستطيل . ومستقبلات كيميائية لغازات الدم المحيطي على الشريان الأورطي والشريان السباتي والتي تعتبر حساسة بشكل خاص للضغط الجزئي الشرياني لـ O 2 على الرغم من أنها تستجيب أيضًا ، ولكن بقوة أقل ، للضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون . عند مستوى سطح البحر ، في ظل الظروف العادية ، يتم تحديد معدل التنفس والعمق بشكل أساسي من خلال الضغط الشرياني لثاني أكسيد الكربون بدلاً من الضغط الشرياني للأكسجين .
يزيد التمرين من معدل التنفس بسبب ارتفاع ثاني أكسيد الكربون الناتج عن التمثيل الغذائي الذي يحدث في العضلات لإنتاج الطاقة. المعلومات الواردة من مستقبلات التمدد في الرئتين تحد من حجم المد عمق الاستنشاق والزفير.
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
إن عمل جميع أعضاء الجهاز التنفسي بشكل متناسق ومنسجم ومنتظم ومتواتر يتم تحت تأثير الجهاز العصبي الذي يحتوي على مراكز خاصة للتنفس في البصلة السيسيائية وفي الحدبة الموجودة في منطقة الجسر من الدماغ وتشترك عدة أجزاء عصبية وكيماوية في تكوين الجهاز العصبي المنظم للتنفس وهي المستقبلات والعصبونات التنفسية الحسية ومراكز التنفس الدماغية والأعصاب التنفسية الحركية.
المستقبلات التنفسية : وهي مستقبلات كيميائية حسية توجد على جدران الشريان الأبهر، والشريان السباتي الأصلي. وتتأثر بالتغيرات الكيميائية في الجسم مثل نقصان الأكسجين أو زيادة نسبة ثاني أكسيد الكربون أو زيادة درجة الحموضة (نقصان الرقم الهيدروجيني)
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
العصبونات التنفسية الحسية : وهي ألياف عصبية تصدر من المستقبلات ومن مراكز التخوية ومراكز النطخ في الرئتين، والمستقبلات الموجودة على العضلات الملساء في المسالك التنفسية لتصل إلى مراكز التنفس العليا في الدماغ. فيصدر من مستقبلات الشريان السباتي عصب الجيب السباتي ويصل إلى مراكز الشهيق في البصلة السيسيائية ويصدر من مستقبلات الشريان الأبهر العصب المثبط. ويصل إلى مركز الشهيق في البصلة، حيث يعمل هناك تشابكاً عصبياً حسياً ويتابع سيره إلى الأعلى ليصل إلى المركز الحدبي الناهي الموجود في الحدبة في منطقة الجسر الواقعة مباشرة فوق البصلة السيسيائية وتتعصب الرئتين والرغامى بالعصب الحائر (المبهم) الذي يصل إلى البصلة.
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
مراكز التنفس الدماغي: توجد مراكز التنفس في:
قشرة الدماغ وهي المراكز العليا
البصلة السيسيائية وهي:
مركز الشهيق: إثارة هذا المركز يؤدي إلى تقلص أو انقباض جميع عضلات الشهيق .
مركز الزفير: إثارة هذا المركز تحدث زفيراً طويلاً يستمر من دقيقتين إلى ثلاث دقائق ولا تؤدي إثارته المستمرة للموت حيث أنه بمجرد ارتفاع معدّل ثاني أكسيد الكربون في الدم يتنبه مركز الشهيق ويبدأ بالعمل فوراً وتحدث عملية الشهيق. وما تجب ملاحظته أن إثارة المركزين معاً تحدث تشنجاً شهيقياً ويتصلان فيما بينهما بأعصاب موصلة متبادلة.
الحدبة (الجسر)
مركز الشهيق العميق: يرسل هذا المركز التنبيهات إلى مركز الشهيق في البصلة لإطالة فترة الشهيق ويتم تنظيم هذا التأثير بطريقتين هما:
العصب الحائر (التائه)
المركز الحدبي الناهي الذي يثبط مركز الشهيق
المركز الحدبي الناهي: يتلقى هذا المركز التنبيهات من مركز الشهيق ويرسل تأثيراته وتنبيهاته إلى مركز الزفير لإثارته من أجل إيقاف الشهيق.
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
الأعصاب التنفسية الحركية : بعض هذه الأعصاب يصدر من قشرة الدماغ والبعض الآخر يصدر من منطقة الجسر وتعمل تشابكاً آخر في النخاع الشوكي لتعطي العصبونات النهائية التي تصل عضلات التنفس لتنقل إليها أوامر الاستجابة. فالعصب الحجابي الذي يعصب الحجاب الحاجز يعمل تشابكه الثاني في الفقرة العنقية السابقة، بينما العصب الوربي الذي يعصب العضلات الوريد بين الأضلاع يعمل تشابكه الثاني في الفقرة الصدرية الأولى، أما العضلات الهيكلية فتتعصب بالأعصاب القادمة من الدماغ.
الحويصلات الهوائية المفتوحة (عبر مجاري الهواء) إلى الغلاف الجوي ، تجعل ضغط الهواء السنخي مساوي لضغط الهواء الجوي . مع توسع الرئتين ، يحتل الهواء السنخي حجمًا أكبر ، وينخفض ضغطه ، مما يتسبب في تدفق الهواء عبر الممرات الهوائية ، حتى يعود الضغط في الحويصلات الهوائية مرة أخرى يساوي ضغط الهواء الجوي. يحدث العكس أثناء الزفير. هذه العملية (الشهيق والزفير) هي نفسها تمامًا عند مستوى سطح البحر ، أو في قمة جبل إيفرست ، أو في غرفة الغوص أو غرفة الضغط.
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
ومع ذلك ، عندما يرتفع المرء فوق مستوى سطح البحر ، تنخفض كثافة الهواء إلى النصف تقريبًا عند ارتفاع 5500 مترًا . نظرًا لأن تكوين الهواء الجوي ثابت تقريبًا عند أقل من 80 كم ، ونتيجة لتأثير التغيرات المستمرة للطقس ، فإن تركيز الأكسجين في الهواء يكون (مليمول من الأكسجين/ لتر من الهواء المحيط) ينخفض في نفس الوقت معدل انخفاض ضغط الهواء مع الارتفاع. لذلك ، من أجل تنفس نفس كمية الأكسجين في الدقيقة ، يجب على الشخص أن يستنشق حجمًا أكبر نسبيًا من الهواء في الدقيقة عند ارتفاع أعلى من مستوى سطح البحر. يتم تحقيق ذلك عن طريق التنفس بشكل أعمق وأسرع (أي فرط التنفس).
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
ومع ذلك ، هناك من مضاعفات تزيد من حجم الهواء الذي يجب استنشاقه في الدقيقة لتوفير نفس كمية الأكسجين للرئتين على ارتفاع كما هو الحال عند مستوى سطح البحر. أثناء الاستنشاق يتم تسخين الهواء وتشبعه ببخار الماء أثناء مروره عبر ممرات الأنف والبلعوم . يعتمد ضغط بخار الماء المشبع على درجة الحرارة. فعند درجة حرارة الجسم الطبيعية ( 37 درجة مئوية)، يكون الضغط 6.3 كيلو باسكال (47.0 مم زئبق) ، بغض النظر عن أي تأثيرات أخرى ، بما في ذلك الارتفاع. وهكذا عند مستوى سطح البحر ، حيث يبلغ الضغط الجوي حوالي 100 كيلو باسكال ، يتدفق الهواء الرطب إلى الرئتين من القصبة الهوائية. ويتكون من بخار الماء (6.3 كيلو باسكال) والنيتروجين (74.0 كيلو باسكال) والأكسجين (19.7 كيلو باسكال) وكميات ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى (إجمالي 100 كيلو باسكال). في الهواء الجاف ، يكون الضغط الجزئي للأكسجين عند مستوى سطح البحر 21.0 كيلو باسكال (أي 21٪ من 100 كيلو باسكال) ، مقارنة بـ 19.7 كيلو باسكال في الأكسجين الذي يدخل الهواء السنخي. (الضغط الجزئي للأكسجين في القصبة الهوائية هو 21٪ ويكون يعادل حينها [100 كيلو باسكال - 6.3 كيلو باسكال] = 19.7 كيلو باسكال). عند قمة جبل إيفرست (على ارتفاع 8848 مترًا من مستوى سطح البحر) يبلغ إجمالي الضغط الجوي 33.7 كيلو باسكال ، منها 7.1 كيلو باسكال (أو 21٪) أكسجين. يبلغ إجمالي ضغط الهواء الداخل إلى الرئتين أيضًا 33.7 كيلو باسكال ، منه 6.3 كيلو باسكال بخار الماء (كما هو الحال عند مستوى سطح البحر). هذا من شأنه أن يقلل الضغط الجزئي للأكسجين الذي يدخل الحويصلات الهوائية إلى 5.8 كيلو باسكال (أو 21٪ من [33.7 كيلو باسكال - 6.3 كيلو باسكال] = 5.8 كيلو باسكال). وبالتالي فإن الانخفاض في الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء المستنشق أكبر بكثير مما يوحي به انخفاض الضغط الجوي الكلي عند الارتفاع (على جبل إيفرست: 5.8 كيلو باسكال مقابل 7.1 كيلو باسكال).
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
توجد مضاعفات طفيفة أخرى يمكن ان يتسبب بها الارتفاع. إذا تضاعف حجم الرئتين على الفور عند بداية الاستنشاق ، فإن ضغط الهواء داخل الرئتين سينخفض إلى النصف. يحدث هذا بغض النظر عن الارتفاع. وبالتالي ، يؤدي خفض ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر إلى النصف (100 كيلو باسكال) إلى ضغط هواء داخل الرئة بمقدار 50 كيلو باسكال. عند القيام بالشيء نفسه على ارتفاع 5500 مترًا ، حيث يكون الضغط الجوي 50 كيلو باسكال فقط ، ينخفض ضغط الهواء داخل الرئة إلى 25 كيلو باسكال. لذلك ، ينتج عن نفس التغيير في حجم الرئة عند مستوى سطح البحر اختلاف 50 كيلو باسكال في الضغط بين الهواء المحيط والهواء داخل الرئة ، بينما ينتج عنه اختلاف 25 كيلو باسكال فقط عند 5500 م. وبالتالي ، فإن الضغط الدافع الذي يدفع الهواء إلى الرئتين أثناء الاستنشاق ينخفض إلى النصف عند هذا الارتفاع. المعدل _وبالتالي فإن تدفق الهواء إلى الرئتين أثناء الاستنشاق عند مستوى سطح البحر يكون ضعف ما يحدث عند 5500 متر. ومع ذلك ، في الواقع ، يحدث الاستنشاق والزفير بشكل أكثر بساطة وأقل مفاجأة مما في المثال المذكور. الاختلافات بين الضغط الجوي وضغط الرئة ، الذي يدفع الهواء داخل وخارج الرئتين أثناء دورة التنفس ، في حدود 2-3 كيلو باسكال فقط. يمكن تحقيق مضاعفة أو أكثر من هذه الفروق الصغيرة في الضغط فقط من خلال تغييرات كبيرة جدًا في جهد التنفس على ارتفاعات عالية.
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
يتم استيعاب جميع التأثيرات المذكورة أعلاه للضغوط الجوية المنخفضة على التنفس بشكل أساسي عن طريق التنفس بشكل أعمق وأسرع . يتم تحديد الدرجة الدقيقة لفرط التنفس عن طريق غازات الدم ، والذي ينظم الضغط الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني. هذه الآلية تعطي الأولوية لتنظيم الضغط الشرياني الجزئي لثاني أكسيد الكربون على الأكسجين عند مستوى سطح البحر. هذا يعني أنه عند مستوى سطح البحر ، يتم الحفاظ على الضغط الشرياني الجزئي لثاني أكسيد الكربون عند مستوى قريب جدًا من 5.3 كيلو باسكال (أو 40 ملم زئبق) في ظل مجموعة واسعة من الظروف ، على حساب الضغط الشرياني الجزئي للأكسجين ، والذي يُسمح له بالتغير ضمن نطاق واسع جدًا من القيم ، قبل إثارة استجابة التنفس التصحيحية. ومع ذلك ، عندما ينخفض الضغط الجوي (وبالتالي الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء الجوي) إلى أقل من 50-75٪ عن قيمته عند مستوى سطح البحر ، تُعطى الأولوية لاستتباب الأكسجين على ثاني أكسيد الكربون. يحدث هذا التبديل على ارتفاع حوالي 2500 متر (أو حوالي 8000 قدم). إذا حدث هذا التبديل بشكل مفاجئ نسبيًا ، فإن فرط التنفس على ارتفاعات عالية سيسبب انخفاضًا حادًا في الضغط الشرياني الجزئي لثاني أكسيد الكربون ، مع ما يترتب على ذلك من ارتفاع في درجة الحموضة في بلازما الشرايين . ويعتبر أحد العوامل المساهمة في مرض المرتفعات العالية. من ناحية أخرى ، إذا كان التحول إلى توازن الأكسجين غير مكتمل ، فقد يؤدي نقص الأكسجين إلى تعقيد الصورة السريرية مع نتائج قاتلة.
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
إن النسبة المئوية للأكسجين في الهواء الجوي 20.95% فإذا انخفضت إلى أقل من 13% فإن التنفس سيزداد سرعة وعمقاً وبذلك تزداد كمية الأكسجين في الأسناخ الرئوية فتطرد كمية CO2 من الأسناخ فيقل عمق التنفس لفترة قصيرة يعود بعدها التنفس إلى عميقاً بسبب تجمع ثاني أكسيد الكربون ثانية، وهكذا يتغير عمق التنفس بصورة متناوبة بالزيادة والنقصان، ويدعى التنفس عندها بالتنفس الدوري المتناوب. إن ارتفاع نسبة CO2 في الدم يحدث أثناء الوقف التنفسي وفي نفس الوقت ينخفض تركيز الأكسجين في الدم، فتتنبه مراكز التنفس الدماغية فتتسبب في زيادة عمق التنفس وسرعته، فتحدث«زيادة التهوية» وبسبب هذا تزداد نسبة الأكسجين وينخفض تركيز CO2 في الدم فيزول تنبيه المراكز التنفسية الدماغية فتعود ثانية حالة الوقف التنفسي
جهاز تنفسي تنظيم عملية التنفس
إن هذا النوع من التنفس يدعى تنفس شاين ستول وهو تنفس دوري متناوب يدل على خطورة حالة الشخص، ويحدث في المناطق المرتفعة.إذا ارتفع الضغط الجزيئي للأكسجين في هواء الجو فإنه سيحدث تخريشات في أنسجة الرئة، لذلك لا يجوز أن يتنفس الشخص أكسجيناً نقياً لفترة تزيد عن بضع ساعات إلا أنه من الممكن أن يتنفس مزيجاً غازياً مكوناً من 60% أكسجين و40% لفترة طويلة دون أن يسبب أضراراً صحية.
المقصود بنقص الأكسجين هو النقص الحاصل عند مستوى خلايا أنسجة الجسم.
أسباب نقص الأكسجين:
نقص الأكسجين بسبب نقص دخول الأكسجين للجسم. وذلك بفعل نقصان الضغط الجزيئي للأكسجين (PO2) في الدم ويحدث في الأحوال التالية:
في المرتفعات العالية حيث ينخفض الضغط الجزيئي للهواء بما فيه الأكسجين.
استنشاق هواء فاسد يحتوي على كمية ضئيلة من الأكسجين عند مستو سطح البحر.
التنفس السريع السطحي.
أمراض الرئتين.
أمراض القلب الخلقية التي فيها اتصال بين طرفي القلب الأيمن والأيسر.
نقص الأكسجين بسبب فقر الدم: وينتج بسبب نقصان الهيموجلوبين في الدم الذي يحمل الأكسجين ويكون الضغط الجزيئي للأكسجين ونسبة إشباعه طبيعيين ويحدث في جميع أنواع فقر الدم أو التسمم بغاز أول أكسيد الكربون الذي يتحد مع الهيموجلوبين بنفس طريقة الأكسجين ولكن بشراهة تفوق اتحاد الأكسجين بـ 21 مرة مما يؤدي إلى نقصان الأكسجين الواصل إلى الأنسجة.
نقص الأكسجين التسممي: وذلك بفعل تسمم الخمائر المؤكسدة الموجودة في الأنسجة بمادة سامة مثل السيانيد حيث تصبح الأنسجة نفسها معطلة وغير قادرة على الاستفادة من الأكسجين الذي يكون ضغطه الجزيئي طبيعياً ثم يرتفع في الأوردة ليصبح أعلى مما هو في الشرايين.
نقص الأكسجين الركودي: وهو ناتج عن بطئ دوران الدم عبر الأنسجة فالضغط الجزيئي للأكسجين في الدم الشرياني طبيعي وكمية الأكسجين المحمولة طبيعية، ولكن الضغط الجزيئي للأكسجين وكميته في الدم الوريدي منخفضة جداً، وذلك في حالة هبوط القلب لأحتقاني.
تخضع عملية التنفس إلى عدد من التغييرات التي تطرأ على جسم الإنسان وهذه العوامل والتغييرات هي:
عوامل عصبية مركزية:
منطقة تحت المهاد تلعب دوراً أكيداً في اضطراب عملية التنفس، ويمكن ملاحظة ذلك أثناء الانفعال حيث تزداد سرعة التنفس.
قشرة الدماغ: تلعب دوراً في تغيير عملية التنفس أثناء الضحك أو الكلام أو الانتباه.
عوامل كيميائية: إن حدوث أي تغيير كيميائي للدم يعمل على اضطراب المراكز التنفسية العصبية المركزية، ويؤثر بالتالي على عملية التنفس، ويتم هذا التأثير بطريقتين: إحداهما مباشرة على المراكز العصبية التنفسية والثانية غير مباشرة أي منعكس عن طريق المستقبلات الموجودة على جدران الشرايين الأبهر والسباتي العام. وأهم العوامل المؤثرة على التنفس هي درجة الحموضة (PH) ومع جهاز التنفس.
جهاز تنفسي الأهمية السريرية
يمكن تصنيف أمراض الجهاز التنفسي إلى انسداديةوهي الأمراض التي تعوق تدفق الهواء من وإلى الرئتين كما في الربو، أو مُقَيِّدة وهي الأمراض التي تتسبب في حدوث انخفاض في حجم الرئتين الوظيفي، كما في التليف الرئوي. أيضًا يمكن تصنيف أمراض الجهاز التنفسي إما أمراض تنفسية علوية أو أمراض تنفسية سفلية وهو التصنيف الأكثر شيوعًا في سياق أمراض الجهاز التنفسي المعدية.
الرَّضَّة الرئوية كدمةٌ تحدث بسبب الصدمة الصدريّة، تؤدِّي الرضَّة إلى نزف الأسناخ، مما سيؤدي إلى امتلائها بالسوائل وبالتالي إعاقة التنفُّس، وقد تكون هذه الحالة معتدلة أو شديدة. قد تتأثر وظيفة الرئتين كذلك بالانضغاط من السوائل في حالة انصباب السائل الجنبي في الجوف الجنبي، أو مواد أخرى كالهواء في حالة استرواح الصدر، أو الدم في حالة الصدر المُدمى، أو لأسباب أخرى نادرة. تُستخدم الاستقصاءات كالأشعة السينية للصدر أو التصوي المقطعي المحوسب، أو قد تتطلَّب الحالة إدخال أداة تصريف جراحية حتى يتم التعرُّ على السبب ومعالجته.