دستگاه تنفس

وظیفه دستگاه تنفس تامین اکسیژن برای سلولهای بدن و دفع دی‌اکسید کربن (گاز کربنیک) حاصل از متابولیسم است. تمام حیوانات پرسلولی به نوعی دستگاه تنفس دارند که در جاندران ساکن آب محل تبادل گازها را آبشش و در پستانداران و پرندگان شش می‌نامند. در جانورانی مانند کرم خاکی تنفس از نوع تنفس پوستی و در حشرات دستگاه تنفس از نوع تنفس نایی است. در این مقاله فقط به بررسی دستگاه تنفس انسان که مشابه اغلب پستانداران است می‌پردازیم.
اعضای این دستگاه عبارتند از: بینی، حنجره، نای (تراشه)، ریه‌ها.
آناتومی دستگاه تنفس
بینی : بینی خارجی از استخوانها و غضروف‌ها تشکیل شده‌است. حفره‌های بینی از مخاط و عروق خونی پوشیده شده‌اند که هوا را قبل از رسیدن به ریه‌ها گرم و مرطوب می‌کنند و با کمک موها و مژک‌ها گرد و غبار آن را می‌گیرند.
حنجره : حنجره که در جلوی گردن قرار گرفته (در موازات سومین تا ششمین مهره گردنی) هم‌راهی برای عبور هوا است و هم صدا را تولید می‌کند. ساختمان حنجره از چندین غضروف و عضله تشکیل شده‌است.
نای : لوله تنفسی که پس از حنجره قرار گرفته نای است. ساختمان نای از غضروف‌هایی به شکل حلقه ناقص () تشکیل شده. نای ۱۲–۱۰ سانتی‌متر طول دارد و قطر داخلی آن ۲–۱/۵ سانتی‌متر است. این لوله از محاذات (مقابل و روبرو) ششمین مهره گردن به سمت پایین می‌آید و بعد به دو شاخه راست و چپ تقسیم می‌شود که این شاخه‌ها نایژه (برونش) نامیده می‌شود. نایژه راست ۲/۵ سانتی‌متر طول دارد و وارد ریه راست می‌شود. نایژه چپ ۵ سانتی‌متر طول دارد و وارد ریه چپ می‌شود. نایژه‌ها در داخل ریه‌ها به شاخه‌های کوچکتری به نام نایژک (برونشیول) تقسیم می‌شوند. داخل نای و برونش‌ها سلول‌های مژکدار وجود دارند که با حرکت خود به سمت دهان ذرات موجود در هوا را بیرون می‌رانند و مانع رسیدن آن‌ها به ریه‌ها می‌شوند.
ریه‌ها: ریه‌ها به شکل نیمه مخروطی هستند و قسمت‌های طرفی حفره سینه را پر می‌کنند. قاعده ریه‌ها روی پرده دیافراگم (عضله‌ای که حفره سینه و حفره شکم را از هم جدا می‌کند) قرار گرفته و قله ریه‌ها مجاور دنده اول است. ریه کودکان صورتی رنگ است ولی ریه بزرگسالان به علت ذرات زغال وارد شده از راه تنفس خاکستری رنگ می‌باشد.
ریه راست از ۳ قطعه (لوب) وریه چپ از ۲ قطعه (لوب) تشکیل شده‌است. نایژک‌ها در ریه‌ها به حفره‌های هوایی کوچکی به نام آلوئول ختم می‌شوند. آلوئول‌ها دارای مویرگ‌های فراوانی هستند و تعویض اکسیژن هوا با دی‌اکسید کربن خون داخل این حفره‌ها انجام می‌شود.
پرده جنب : پرده‌ای دو لایه به نام پرده جنب هر ریه را به‌طور جداگانه از بیرون می‌پوشاند. بین این دو لایه مقداری مایع (مایع جنب) وجود دارد که باعث لغزندگی و نرم شدن حرکات می‌شود.
ریه‌ها ساختمان ارتجاعی دارند و تمایل دارند تا مثل بادکنکی بدون هوا روی خود بخوابند ولی فشار منفی که بین دو پرده جنب وجود دارد باعث باز نگه داشتن ریه‌ها می‌شود.
فیزیولوژی
تهویه
در فیزیولوژی تنفس، تهویه (یا نرخ تهویه) روندی است که در آن هوا وارد یا خارج ششها می‌شود. این تعریف را بصورت زیر دسته‌بندی می‌توان کرد:
سنجش
معادله
تعریف
تهویه آنی (دقیقه‌ای)
حجم کشندی X تعداد نفس‌گیری
حجم کلی هوای وارد شونده به ششها در دقیقه.
تهویه آلوئولی
(حجم کشندی – حجم فضای مرده) X تعداد نفس‌گیری
حجم هوایی که در واحد زمانی به آلوئول‌ها می‌رسد.
تهویه فضای مرده
فضای مرده * تعداد نفس‌گیری
حجم هوایی که در واحد زمان و بین هر تنفس در فضای مرده دستگاه تنفسی (حلق، نای، نای‌چه و غیره) جابجا می‌شود و نقشی در تهویه سلولی ندارد.
کنترل
تهویه یا ونتیلاسیون زیر کنترل بخش خودکار دستگاه عصبی شامل ساقه مغز، پیاز مغز و پل مغز انجام می‌پذیرد. این بخش‌های مغز با همکاری و هماهنگی مرکز کنترل تنفس را پدیدآورده و دستورهای لازم را به ماهیچه‌های درگیر تنفس می‌فرستند. زیربخش‌های مرکز کنترل به دو بخش خلفی (دورسال) و بطنی تقسیم می‌شوند و در دوران کودکی بسیار حساس می‌باشند بطوری‌که در صورت تکان یا ضربه شدید به کودک این زیربخش‌ها صدمه دیده و حتی خطر مرگ را بدنبال دارند.
کنترل سرعت تنفس به میزان غلظت دی‌اکسید کربن خون بستگی دارد.
استنشاق
عمل دم یا استنشاق توسط دیافراگم آغاز و توسط عضلات بین دنده‌ای خارجی پشتیبانی می‌گردد. تعداد یا نرخ تنفس طبیعی در حال استراحت ۱۰ تا ۱۸ تنفس در دقیقه، با مدت زمانی حدود ۲ ثانیه صورت می‌گیرد. هنگام تنفس شدید (با نرخ بیش از ۳۵ تنفس در دقیقه)، یا در ابتلا به نارسایی تنفسی، ماهیچه‌ها و اجزای جانبی تنفسی برای کمک و پشتیبانی شامل استرنوکلیدوماستوئید و پلاتیسما و اسکالن گردنی وارد عمل می‌شوند. ماهیچه‌های جانبی پشتیبان شامل ماهیچه سینه‌ای و عضله پشتی بزرگ می‌باشند.
بازدم
بازدم به‌طور کلی یک فرایند منفعل است بااین وجود، بازدم فعال یا ارادی را می‌توان توسط شکم و عضلات بین دنده‌ای داخلی را انتظار داشت. بازدم طبیعی، پروسه اجباری و غیرفعال بیرون فرستادن هوای تنفس شده بواسطه نیروی الاستیسیته در شش‌ها و ماهیچه‌های تنفسی است.
تبادل گازی
عملکرد عمده سیستم تنفسی تبادل گاز بین محیط خارجی و سیستم گردش خون در یک موجود یا ارگانیسم زنده‌است. در انسان و سایر پستانداران، این تبادل گازی شامل اکسیژن‌دهی خون و گرفتن همزمان دی‌اکسید کربن و سایر مواد زائد حاصل از سوخت و ساز بدن از گردش خون است. به همراه این تبادل گازی، تعادل اسید و باز بدن نیز به عنوان بخشی از حفظ هموستاز بدن صورت می‌گیرد. اگر تنفس کامل و مناسب نباشد دو وضعیت متضاد می‌تواند رخ دهد، اسیدوز تنفسی که یک بیماری تهدیدکننده زندگی است، و آلکالوز تنفسی دیگر وضعیت ناهماهنگ در بدن است.
سامانه ایمنی
سلول‌های اپیتلیال در مجرای تنفسی می‌توانند انواع مولکولها را برای کمک به ایمنی شش‌ها ترشح نمایند. ایمونوگلوبولین تراوشی یا IgA و کالکتین (شامل سورفاکتانت نوعA و D) و دیگر پپتیدها و پروتئازها، گونه‌های اکسیژن واکنش پذیر و نوعی نیتروژن واکنش پذیر همه توسط سلول‌های اپی‌تلیال مسیر و لوله تنفسی ساخته و تراوش می‌گردند.
بیماری‌ها
بیماری‌های دستگاه تنفسی به چهار گروه اصلی تقسیم است
شرایط انسدادی (مانند بیماری مزمن انسدادی ریه، برونشیت، آسم)
شرایط بازدارندگی و محدودکننده (مانند افیوژن مایع جنب، سارکوئیدوز، فیبروز)
بیماری‌های شریانی‌وریدی (مانند ادم ریه، آمبولی ریه)
بیماری‌های عفونی، زیست‌محیطی و غیره (مانند سینه‌پهلو، سل، آزبستوز، آلودگی هوا)
شش
دستگاه تنفسی