جهاز تنفسي

الجهاز التنفسي أو جهاز التنفس يزود خلايا جسم الإنسان بالأكسجين الضروري لأنشطتها، ويخلصها من ثاني أكسيد الكربون (نتاج عملية الأكسدة فيها).[2][3][4] يمر هواء الشهيق عبر الرغامى والقصبتين (شعبتيه الأضيق اللَّتَين تتفرعان منه قبل الدخول للرئتين) إلى الرئتين. وتشمل كل رئةٍ كثيراً من القصيبات، والتي تتفرع إلى شُعيبات تنتهي بعددٍ كبير من الحويصلات الهوائية (أو الأسناخ) المبطنة بأغشيةٍ رقيقةٍ جداً يجري عبرها تبادل الغازات بينها وبين الشعيرات الدموية التي تحيط بالأسناخ. وتعمل العضلات الوربية (بين الضلوع) والحجاب الحاجز (تحت الرئتين) على تشغيل الرئتين كالكير (منفاخ الحداد)، تسحب الهواء إليهما ثم تدفعه خارجهما في فتراتٍ منتظمة.

يتم الحصول على الأكسجين بواسطة عملية التنفس التي يقوم بها الجهاز التنفسي.

وتشتمل على سلسلة من الأعضاء تنقل الهواء إلى الرئتين وهذه الأعضاء هي كل من

الأنف هو جهاز غضروفي يتصل مع الخارج بالفتحتين الأنفيتين وهما مبطنتان بغشاء مخاطي مهدب يرطب ويسخن الهواء وينقيه. يقوم الأنف بدور أساسي في عملية التنفس وكذلك الشم وهو يقع في مقدمة الوجه ويتكون من هيكل عظمي وغضروفي مغطى بالجلد، ويغطي سطح التجويف الأنفي مادة مخاطية وشعيرات دموية وشعر صغير ليحمي الأنف من كل أشياء غريبة تدخل إليه.

البلعوم هو الممر المباشر والممتد من ممر الأنف من الخلف، الجزء الأمامي منه مبطن بغشاء مخاطي والجزء الخلفي عبارة عن ممر مشترك للغذاء والهواء معا، تتصل به من الأمام القصبة الهوائية ومن الخلف المريء، ويمر من البلعوم خلال فتحة المزمار إلى الحنجرة.

وهو عضو غضروفي تمتد في داخله ثنيات غشائية عضلية تكون الحبال الصوتية، فتهتز هذه الحبال بتأثير الهواء الصاعد من الرئتين فتنشأ عنهما الأصوات، فالحنجرة هي عضو الصوت، تفتح الحنجرة بفتحة المزمار، ويسدها عند البلع غضروف لسان المزمار.

وهي أنبوب يتكون من غضاريف شبه دائرية تدعم الناحية الأمامية بينما يوجد في الناحية الخلفية التي يستند إليها المريء عضلات ملساء وأربطة ليفية مارنة (fibroelastic ligaments) تصل نهايات الغضاريف ببعضها؛ فتكون وظيفة الغضاريف منع توسع تجويف الرغامى فوق المطلوب، كما أن العضلات والأربطة تحافظ على قطر مناسب لتجويف الرغامى، وانقباض هذه العضلات وبالتالي تضَيُّق تجويف الرغامى يلعب دوراً في السعال كما يساهم انقباض العضلات في تنظيف مجرى التنفس. يبطن القصبة غشـاءٌ مخاطي ذو أهداب مهتزة مخاطية تستوقف الغبار، والجزيئات التي ترافقه، ويدفعها نحو الخارج فهذه الأهداب تعمل كالمكنسة.

تتفرع الرغامى بعد مسافة من الحنجرة إلى قصيبات أصغر كأغصان الشجرة ويشكل مجموعها الشجرة القصبية.

وتوجد الرئتان في الفراغ الصدري محاطتين بالغشاء البلوري الحشوي داخل حجرة جدارها من الضلوع والقص والعمود الفقري ودعامتهما الحجاب الحاجز. وهما عضوان إسفنجيان مرنان يشتملان على الشجرة القصيبية التي نتجت عن الحويصلات الرئوية. وينقسم جوف كل حويصلة إلى عدد من التحدبات هي الأسناخ الهوائية التي تزيد من سعة السطح الداخلي للهواء. تجتمع الأسناخ لتشكل حويصلات، وتجتمع الحويصلات لتشكل كتلا هرمية الشكل تدعى الفصيصات الرئوية. وتجتمع الفصوص الرئوية وعددها ثلاثة في الرئة اليمنى وفصّان فقط في الرئة اليسرى.

يحيط بكل رئة غشاء ذو ورقتين يدعى الغشاء الجنبي، تلتصق الوريقة الداخلية بالرئة بينما تلتصق الوريقة الخارجية بالوجه الداخلي للقفص الصدري ويفصلها. تتصل الرئتان بالقفص الصدري.

يخرج الشريان الرئوي من البطين الأيمن فينقسم إلى قسمين ينفذ كل منهما إلى رئة ويسير محاذيا للقصبة الهوائية ويتفرع مثل تفرعها حتى ينتهي في محيط الأسناخ. فيتشكل حولها شبكات شعرية غزيرة، وينتج عن اجتماع الشعيرات فروع وريدية تتلاقى فتشكل وريدين في كل رئة وتخرج الأوردة الرئوية الأربعة وتصب في القلب في الأذين الأيسر وبما أن جدران الأسناخ الرئوية رقيقة جدا فيكون الدم فيها وهواء الأسناخ على اتصال مباشر بسطح واسع جدا وتتم عندها التبادل الغازي الرئوي.

يقوم التنفس بالوظائف التالية:

يتم تجديد الهواء داخل الرئتين بواسطة ظواهر ميكانيكية، أولها حركة العضلات التنفسية التي تعمل على تغيير حجم القفص الصدري أثناء الشهيق والزفير، والتغلب على مقاومة الممرات الهوائية والجنبة الرئوية. وتنقسم عملية التنفس إلى مرحلتين متتابعتين بشكل متلاحق ومستمر هما الشهيق والزفير:

معدّل التنفس: يكون وقت الشهيق أطول من وقت الزفير، كما نلاحظ لحظة توقف عند نهاية الشهيق. ويتراوح معدل التنفس عند الرجل السوي بين 13- 18 دورة في الدقيقة وفي المتوسط 16 دورة في الدقيقة ويزداد هذا المعدل في حالات الحرارة والعمل، وهو عند المرأة أكثر منه عند الرجل بدورتين.

ليست الممرات الهوائية مجرد قنوات صافية، وإنما تلعب دوراً في عمليتي الشهيق والزفير، فأثناء الشهيق تتطاول وتتسع إلى أقصى حد لتسهّل مرور الهواء، بينما وقت الزفير يقل طولها وقطرها بفعل ارتفاع الضغط داخل القفص الصدري للإسراع في طرح الهواء وكذلك تقوم بطرح وإخراج الإفرازات التي يبلغ حجمها الطبيعي 150 مللتر يومياً ويزداد في الحالات المرضية.

تعمل بورقتيها الجدارية والحشوية على دعم الرئتين والجدار الصدري وهي تسمح للرئتين بالتمدد الأعظمي، كما تسمح لها بالحركة التي تنقلها لهما من جدار القفص الصدري وبناء على ذلك فإن الضغط داخل الفجوة بين ورقتي الجنبة أثناء الزفير يستخدم سلبياً وهو يساوي –3 ضغط جوي ويزداد سلبية أثناء الشهيق إذ يتراوح ما بين 6-10، أما في حالة الزفير الإجباري قد يصل إلى +4 بينما ينخفض أثناء الشهيق الإجباري إلى 30 ضغط جوي.

تلعب الأسناخ دوراً هاماً وذلك بفضل مطاطية جدرانها والألياف العضلية بين الأسناخ وخاصة بفعل تأثير «فاعل السطح» (فاعل السطح أو surfactant هو سائل يحتوي على مواد مختلفة من ليبيدات مفسفرة وبروتينات وأيونات، وتفرزه خلايا خاصة في الأسناخ، وهو السبب في عدم انكماش الأسناخ عند الزفير؛ فلو أغلقت الأسناخ يصعب فتحها من جديد بطرق عادية)، ومن أهم وظائف الأسناخ أنها مكان تبادل الغازات بين الرئتين والدم لنقله لباقي أعضاء الجسم.

تشكل الأسناخ أو الحويصلات الرئوية المكان الذي يتم فيه تبادل الغازات بين الهواء الجوي والأوعية الدموية، والطبيعة الفسيولوجية والتشريحية للأسناخ تسمح بهذا التبادل ذلك أن الأسناخ ذات جدار رقيق جداً، ومحاطة بشبكة من الشعيرات الدموية مساحتها حوالي 70 م2 تحتوي خلايا تفرز مادة خاصة وهي «فاعل السطح» أو surfactant (تحافظ على مطاطية الرئة واتساعها)، وخلايا بالعة، وأنسجة خاصة، وثقوب لكل هذه العوامل تعمل على تسهيل مرور الهواء من وإلى الأسناخ وتمر عملية التبادل الغازي بأربع مراحل هي:

تأثير ثاني أكسيد الكربون الموجود في هواء الجو:

تأثير نقص الأكسجين في هواء الجو:

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 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 و 40% لفترة طويلة دون أن يسبب أضراراً صحية.

نقص الأكسجين HYPOXEMIA المقصود بنقص الأكسجين هو النقص الحاصل عند مستوى خلايا أنسجة الجسم. أسباب نقص الأكسجين:

تخضع عملية التنفس إلى عدد من التغييرات التي تطرأ على جسم الإنسان وهذه العوامل والتغييرات هي:

أهمية الجهاز التنفسي: للتنفس دور كبير في المحافظة على استمرارية النشاحت داخل الجسم فبالتنفس يتم التخلص من ثاني اوكسيد الكربون الذي يعتبر تراكمه ضار لخلايا الجسم ويوازن فقدانه بالحصول على الأكسجين الذي يعتبر الوقود الذي لاتستمر الحياة بدونه لما له الدور الكبير في استمرارية العمليات الحيوية داخل الجسم وعملية التزويد بالأكسجين هي عملية مستمرة لاتنقطع. ونقصان الأكسجين يؤدي نقصان التروية إلى الدماغ وبالتالي تظهر اعراض الدوار والتعب على المريض عادة اما في حالة انقطاعه انقطاعا تاما فأنه يؤدي إلى إلى توقف عضلة القلب وبالتالي يعرض الإنسان إلى احتمالية كبيرة لفقده الحياة مالم يتم انعاش القلب والرئة من جديد في وقت محدد. اذن فالتنفس هي عملية ضرورية لامداد عضلة القلب بالأكسجين وبالتالي ضخ الأكسجين عن طريق الدم إلى سائر أعضاء الجسم وبالتالي تستمر عملية الحياة بانتظام داخل جسم الإنسان.

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.

يتكون الجهاز التنفسي النموذجي لدى البشر والثدييات الأخرى من السبيل التنفسي العلوي والسفلي. يشمل السبيل التنفسي العلوي الأنف، وتجويف الأنف، والجيوب الأنفية، والبلعوم، وجزء من الحنجرة يقع فوق الحبال الصوتية. بينما يشمل السبيل السفلي الجزء السفلي من الحنجرة، والرغامى، والقصبات الهوائية، والقصيبات، والحويصلات الهوائية.

غالبًا ما توصف الممرات الهوائية المتفرعة في السبيل التنفسي السفلي بالشجرة التنفسية أو الشجرة الرغامية القصبية. غالبًا ما يشار إلى الأماكن الفاصلة بين نقاط التفرع المتتالية على طول فروع الشجرة باسم الأجيال المتفرعة، والتي يوجد منها لدى الإنسان البالغ حوالي 23. تمثّل الأجيال الأولى (الجيل 0 إلى 16 تقريبًا) الرغامى، والقصبات التنفسية، وكذلك القصيبات الكبيرة التي تعمل ببساطة كقنوات هوائية، تنقل الأخيرة الهواء إلى القصيبات الهوائية الاصغر، والقنوات السنخية، والحويصلات الهوائية (الأجيال 17-23 تقريبًا)، حيث يتم تبادل الغازات. القصيبات هي عبارة مجاري هوائية صغيرة تفتقر إلى أي دعم غضروفي.[5]

أول القصبات الهوائية التي تتفرع من الرغامى هما القصبتَين الهوائيتين الرئيسيتين اليمنى واليسرى. يبلغ قطر الرغامى (1.8 سم)، تتفرع إلى قصبتَين يبلغ قطر كل منهما 1.4 سم، تدخل القصبة الرئة عبر النقير، وتتفرّع بدورها إلى قصبات ثانوية أضيق تُعرف باسم القصبات الفصية، وتتفرع هذه القصبات الفصية إلى القصبات الثالثية الأضيق المعروفة باسم القصبات الهوائية القطعية. تُعرف الفروع الإضافية للقصبات الهوائية القطعية (يتراوح قطرها من 1 إلى 6 مم) بالقصبات القطعية من الدرجة الرابعة، والخامسة، والسادسة على التوالي، أو تُعرَف مجتمعةً بالقصبات القطعية الثانوية.[6]

تتفرع الشجرة القصبية لدى الإنسان 23 مرة، بينما تتكون الشجرة القصبية لدى الفئران من 13 فرعًا فقط.

الحويصلات الهوائية هي المحطات الطرفية المسدودة لما يسمى بالشجرة التنفسية، ما يعني أن أي هواء يدخل إليها يجب أن يخرج عبر نفس الطريق. ينتج عن هذا نظام حيز ميت، أي حجم من الهواء (حوالي 150 مل لدى الإنسان البالغ) يملأ الشعب الهوائية بعد الزفير ويتم استنشاقه مرة أخرى في الحويصلات الهوائية قبل أن يصل إليها الهواء البيئي. وفي نهاية عملية الشهيق تمتلئ الممرات الهوائية بالهواء، الذي يُطرَح دون حدوث أي تبادل غازي عبر عملية الزفير.

فيديو توضيحي لتشريح الجهاز التنفسي