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.
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.
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.
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.
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).
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.