دستگاه تنفسی (Respiratory System)

​

یک فرد عادّی، روزانه تقریباً 23 هزار بار و در طول عمر خود تقریباً 500 میلیون بار نفس می‌کشد.

اکسیژن نقش مهمی در سلامت و تندرستی کل بدن دارد. بخش اعظم فرآیندهای سوخت و سازی بدن-از جمله هضم غذا، مبارزه با عفونت و بیماری، و تولید انرژی-به اکسیژن وابسته‌اند. در انسان، توانایی فکرکردن، احساس‌کردن، و عمل‌کردن، همگی به دسترسی به اکسیژن وابسته‌اند.

عملکرد دستگاه‌های تنفسی و قلبی عروقی خیلی درهم‌تنیده است. این دستگاه‌ها ارتباط تنگاتنگی باهم دارند و هدف آن‌ها تأمین اکسیژن و دفع دی‌اکسید کربن است. گفته می‌شود دستگاه تنفسی نقش‌های دیگری نیز دارد: در تولید صدا و گفتار تأثیر دارد؛ احساس بویایی (و بنابراین چشایی) را باعث می‌شود؛ و، ضمناً از راه تنظیم تعادل اسید-باز به حفظ هومئوستاز بدن کمک می‌کند. دستگاه تنفسی به دو بخش (مسیر) تقسیم می‌شود؛ دستگاه تنفسی فوقانی (نواحی آبی) و دستگاه تنفسی تحتانی (نواحی سبز).

دستگاه تنفسی فوقانی، ساختارهایی را در بر می‌گیرد که خارج حفره سینه‌ای (توراسیک) قرار گرفته‌اند. ساختارهای دستگاه فوقانی عبارتند از: حفره بینی (نازال) و فارنکس، که خود فارنکس شامل نازوفارنکس (گلوی بینی)، اروفارنکس (گلوی دهانی)، و لارنگوفارنکس (گلوی حنجره ای). ساختارهای دستگاه تنفسی فوقانی، هوای دمی را گرم و مرطوب می‌کنند. ساختارهای دستگاه تنفسی به‌ غیر از نقشی که در بلع غذا دارند، مسئول حواس بویایی و چشایی نیز به شمار می‌روند.

دستگاه تنفسی تحتانی، ساختارهایی را شامل می‌شود که درون حفره سینه‌ای (توراسیک) قرار گرفته‌اند؛ این ساختارها عبارتند از: نای، نایژه‌ها (برونش‌ها)، و ریه‌ها. نای و برونش‌ها، هوا را در نواحی داخلی ریه‌ها توزیع می‌کنند؛ موضوعی که باعث می‌شود تبادل گازی در عمق ریه‌ها رخ دهد.

البته، از نظر عملکردی، دستگاه تنفسی شامل ساختارهای دیگری نیز می‌شود: حفره دهانی، قفسه سینه (دنده‌ها)، و عضلات تنفسی (که مهم‌ترین آن‌ها دیافراگم است).

اطلاعات اجمالی!

♦ انسان می‌تواند تقریباً 40 روز بدون غذا و 3 تا 5 روز بدون آب زنده بماند، امّا بدون اکسیژن تنها چند دقیقه زنده می‌ماند.

دستگاه تنفسی فوقانی

شامل: حفره بینی (نازال) و فارنکس، که خود فارنکس شامل نازوفارنکس (گلوی بینی)، اروفارنکس (گلوی دهانی)، و لارنگوفارنکس (گلوی حنجره ای).

بینی و حفره‌های بینی (نازال)

ورود و خروج هوا به دستگاه تنفسی از راه بینی انجام می‌شود. دُرست درون سوراخ‌های بینی، موهای ریزی به نام مژک (سیلیا؛ Cilia) قرار دارند که گرد و غبار و ذرات خارجی را فیلتر می‌کنند. حفره بینی (نازال) دُرست بالای دهان قرار دارد و توسط ساختار استخوانی به‌ نام کام (Plate) از دهان جدا می‌شود. دیواره‌ای عمودی-به‌ نام سپتوم-که جنس آن از استخوان و غضروف است، حفره بینی را به دو نیمه تقسیم می‌کند. حفره بینی، با اپی‌تلیوم پوشیده شده است و غنی از سلول‌های گابلت (جامی؛ Goblet) است. سلول‌های گابلت، مخاط (موکوس) تولید می‌کنند.

سه استخوان از دیواره جانبی هر حفره بینی به‌سمت داخل بیرون زده است، این سه استخوان را شاخک‌ها (کونکای؛ Conchae) یا توربینت‌های بینی (Turbinates) می‌نامند؛ کونکای فوقانی، میانی، و تحتانی. این استخوان‌ها، مجرای استخوانی را شکل می‌دهند و باعث می‌شوند بخش اعظم هوا با غشای مخاطی موجود در مسیر تماس داشته باشد. بنابراین، هوای موجود در مسیر، رطوبت و گرما را از مخاط می‌گیرد. در عین حال، گرد و غبار نیز به مخاط می‌چسبد و در آن گیر میفتد. این گرد و گبار بعدها بلعیده می‌شود. همچنین، شاخه‌های عصب بویایی (الفکتوری؛ Olfactory)-که مسئول حس بویایی‌اند-به حفره بینی وارد می‌شوند و سپس به مغز می‌روند. سینوس‌های پارانازال (سینوس‌های اطراف بینی) عبارتند از: سینوس پیشانی یا فرونتال (Frontal)، سینوس فکی یا ماگزیلاری (Maxillary)، و سینوس پرویزنی یا اتموئید (Ethmoid). سینوس پروانه‌ای یا اسفنویید (Sphenoid) که در بخش پایینی شکل سمت راست نشان داده شده است، دُرست مثل سینوس‌های پارانازال، مخاط را به‌ درون حفره بینی (نازال) تخلیه می‌کند.

گلو (فارنکس؛ Pharynx)

دُرست پشت حفره‌های بینی و دهانی، لوله‌ای عضلانی قرار دارد که آن را گلو می‌نامند. گلو-که معمولاً حلق نیز نامیده می‌شود-به سه ناحیه تقسیم می‌شود:

1. گلوی بینی (نازوفارنکس؛ Nasopharynx): از پشت سوراخ‌های بینی شروع می‌شود و تا نرم‌کام ادامه می‌یابد. همچنین مجرایی برای لوله‌های استاش (شنیداری) راست و چپ نیز می‌باشد. لوله استاش، نوعاً فشار هوا را بر پرده گوش متعادل می‌کند. همچنین، حفره گوش میانی را به گلوی بینی وصل می‌کند و مخاط گوش میانی را به‌ درون نازوفارنکس خالی می‌کند.

2. گلوی دهانی (اروفارنکس؛ Oropharnyx): فضایی است بین نرم‌کامه و ریشه زبان (دوسوّم پشتی زبان که به گلو نزدیک است و در واقع زبان از آن‌جا شروع می‌شود). دُرست مثل لوزه‌های زبانی، لوزه‌های کامی (همان‌هایی که در تونسیلکتومی یا عمل جراحی لوزه‌برداری، برداشته می‌شوند) نیز در گلوی دهانی قرار دارند و در ریشه زبان یافت می‌شوند.

3. گلوی حنجره‌ای (لارنگوفارنکس؛ Laryngopharynx): از پشت حنجره می‌گذرد و به مری وصل می‌شود. به‌طور مشخص، لارنگوفارنکس همان نقطه‌ای است که در آن گلو به دو بخش تقسیم می‌شود: از جلو به حنجره، و از پشت به مری.

نکته مهم:

♦ از نازوفارنکس فقط هوا می‌گذرد، در حالی که از اروفارنکس و لارنگوفارنکس، هم هوا عبور می‌کند و هم غذا.

حنجره (لارنکس؛ Pharynx)

حنجره، حفره‌ای است که دیواره‌های غضروفی و عضلانی آن را شکل داده‌اند و دُرست بین ریشه زبان و بخش فوقانی نای قرار دارد. از آنجایی که تارهای صوتی در حنجره قرار دارند، آن را جعبه صدا نیز می‌نامند؛ با وجود این، حنجره ۳ عملکرد دارد:

۱. مانع ورود غذا و مایعات به نای می‌شود

۲. نوعی مسیر هوایی بین گلو و نای است

۳. صدا را تولید می‌کند

حنجره از 9 قطعه غضروفی شکل گرفته است که آن را از کلاپس (فروافتادگی) حفظ می‌کنند؛ گروهی از لیگامنت‌ها (رباط‌ها)، قطعه‌های غضروفی را به‌ یکدیگر پیوند می‌دهند و ساختارهای غضروفی گردن را نزدیک به‌ هم نگه می‌دارند. این قطعه‌های غضروفی عبارتند از:

• اپی‌گلوت، فوقانی‌ترین غضروف از این 9 قطعه است و هنگام غذاخوردن، روی حنجره را می‌بندد تا غذا و مایعات به مری هدایت شوند.
• بزرگ‌ترین غضروف، غضروف تیروئید است که آن را سیب گلو نیز می‌نامند.
• غضروف انگشترمانندی به‌نام غضروف حلقوی (کریکوئید)، حنجره را به نای وصل می‌کند.

غشا مخاطی که حنجره را پوشانده است، دو جفت چین‌خوردگی را شکل می‌دهد. جفت فوقانی را چین‌خوردگی‌های وستیبولار می‌نامند، یا گاهاً به آن تارهای صوتی کاذب نیز می‌گویند. این جفت، نقشی در گفتار ندارند. هنگام غذاخوردن، چین‌خوردگی‌های وِستیبولار، گلوت را می‌بندند (فضای باز بین تارهای صوتی) تا مانع از ورود غذا و مایعات به راه‌های هوایی شوند.

• جفت تحتانی را تارهای صوتی می‌نامند. هنگام بازدم، که هوا آن‌ها عبور می‌کند، باعث تولید صدا می‌شوند.
• فضای باز بین تارهای صوتی را گلوت می‌نامند.

بیش‌تر بدانیم؛ بدن انسان چگونه کار می‌کند؟

♦هنگام بازدم، عبور هوا از بین تارهای صوتی باعث تولید صدا می‌شود. بلندی صدا به نیروی هوا بستگی دارد: هرچه هوا نیرومندتر خارج شود، صدا بلندتر است. فقط تارهای صوتی، صدا تولید می‌کنند؛ با وجود این، گلو، حفره دهانی، زبان، و لب‌ها به صدا چارچوب می‌دهند تا واژه‌ها بیان شوند.  صداهای زیر زمانی تولید می‌شوند که تارهای صوتی نسبتاً سفت‌اند؛ بنابراین هرچقدر تارهای صوتی شُل‌تر باشند، صداهای تولیدی بَم‌تر می‌شوند. معمولاً تارهای صوتی مردان، کشیده‌تر و ضخیم‌ترند و لرزش آهسته‌تری دارند، موضوعی که باعث می‌شود صدای تولیدی در مردان، بَم‌تر از زنان شود.

دستگاه تنفسی تحتانی

شامل: نای، نایژه‌ها (برونش‌ها)، و ریه‌ها.

نای (تِراشه؛ Trachea)

نای، لوله سفتی است که تقریباً 4.5 اینچ (11 سانتی‌متر) طول و 1 اینچ (2.5 سانتی‌متر) عرض دارد و درست در جلوی مری قرار دارد. نای، لوله‌ای ناقص است، زیرا از غضروف‌های حلقوی ناکامل (نیم‌دایره‌ای) تشکیل شده است. این غضروف‌های حقلوی، تقریباً C-شکل‌اند و دور نای پیچیده شده‌اند تا آن را تقویت کنند و مانع از کلاپس (روی‌هم‌افتادگی) نای هنگام دم شوند. بخش بازِ این غضروف‌های C-شکل، به‌سمت پشت قرار دارد، یعنی بخش خلفی نای غضروف ندارد؛ موضوعی که باعث می‌شود هنگام غذاخوردن، مری فضای کافی برای اتساع داشته باشد.

نای از حنجره شروع می‌شود و تا برآمدگی غضروفی به‌ نام کارینا ادامه می‌یابد. کارینا، آخرین غضروف نای است که بین دهانه‌های ورودی برونش‌های اصلی راست و چپ قرار دارد. در تصویر رادیوگرافی، از نمای پشت تقریباً بین مهره‌های T5 و T4 دیده می‌شود.

درخت برونشی (نایژه‌ای)

در سطح کارینا، نای به دو برونش اصلی تقسیم می‌شود. درست مثل خود نای، غضروف‌های حقلوی C-شکل نیز برونش‌ها را احاطه کرده‌اند. همچنین، در همه بخش‌های درخت برونشی نیز بافت پیوندی الاستیک قرار دارد.

برونش سمت راست کمی عریض‌تر و کشیده‌تر است تا برونش سمت چپ، موضوعی که باعث می‌شود ذرات غذایی و اشیا کوچکی که استنشاق می‌شوند (به‌اشتباهی از مسیر تنفسی عبور می‌کنند)، به‌احتمال زیاد در برونش سمت راست قرار گیرند.

بلافاصله پس از آنکه برونش‌های اصلی وارد ریه‌ها می‌شوند، به برونش‌های ثانویه تقسیم می‌شوند: به هر یک از لوب‌های ریه، یک برونش ثانویه می‌رود. از آنجایی که ریه چپ فقط از دو لوب تشکیل شده است، دو برونش ثانویه نیز دارد؛ بنابراین، ریه راست که سه لوب دارد، سه برونش ثانویه نیز دارد.

برونش‌های ثانویه، به برونش‌های ثالث کوچک‌تر تقسیم می‌شوند. غضروف حلقوی اطراف برونش‌های ثالث نوعاً ناقص‌تر و کم‌تر می‌شود و در برونشیول‌ها (نایژک‌ها) کاملاً از بین می‌رود.

برونش‌های ثالث، همچنان به منشعب می‌شوند و به راه‌های هوایی خیلی کوچکی به‌نام برونشیول‌ها (نایژک‌ها) تقسیم می‌شوند. برونشیول‌ها کم‌تر از 1 میلی‌متر عرض دارند و هیچ غضروف حمایتی اطراف خود ندارند. این برونشیول‌ها آنقدر منشعب می‌شوند تا به مسیرهایی به‌نام مجراهای آلوئولی تقسیم شوند. دیواره این مجراهای آلوئولی خیلی نازک است.

مجراهای آلوئولی در سرتاسر ریه‌ها به دسته‌هایی از آلوئول‌ها می‌رسند که آن‌ها را کیسه‌های آلوئولی می‌نامند. کیسه‌های آلوئولی، ساختارهای اصلی ویژه تبادل گازی‌اند.

اطلاعات اجمالی!

♦ نای و دو برونش، در کنارِ شاخه‌های متعدد آن‌ها، شبیه درخت وارونه می‌شوند؛ به این دلیل است که اغلب آن را درخت برونشی (نایژه‌ای) می‌نامند.

بیش‌تر بدانیم؛ بدن انسان چگونه کار می‌کند؟

♦لایه مخاط محافظ، درخت برونشی را می‌پوشاند. این لایه مخاطی، هوای ورودی به مسیر تنفسی را تصفیه می‌کند. این مخاط نظافتی، از درخت برونشی به‌سمت بالا به‌سوی گلو امتداد می‌یابد. میلیون‌ها مژک (سیلیا) مو-مانند که بر روی این غشای مخاط تنفسی قرار گرفته‌اند، حرکت روبه‌جلوی مخاط را ممکن می‌سازند. مژک‌ها فقط یک‌طرفه عمل می‌کنند؛ یعنی فقط به‌طرف بالا، موضوعی که باعث می‌شود مخاط تا گلو به‌سمت بالا حرکت کند. سیگارکشیدن، این مژک‌ها را فلج می‌کند. در نتیجه، مخاط در بخش تحتانی درخت برونشی انباشته می‌شود، روندی که نوعاً باعث «سرفه سیگاری‌ها» می‌شود، زیرا ریه‌ها تلاش می‌کنند تا خود را از مخاط اضافی پاک کنند.

راه‌های هوایی

برخلاف استروما، بخش عملکردی هر اندامی را پارانشیم آن اندام می‌نامند. در پارانشیم ریه، راه‌های هوایی کوچک و بزرگی قرار دارند که جریان هوا از آن‌ها می‌گذرد، این راه‌ها عبارتند از: آسینوس‌ها، برونشیول‌ها یا همان نایژک‌های تنفسی، مجراهای آلوئولی، و آلوئول‌ها. آسینوس‌ها‌ در واقع جمع کلمه Acinus است که به آن آسینی (Acini) هم گفته می‌شود. اجتماع و خوشه‌ای از سلول‌ها را آسینوس می‌نامند. برای درک ساده‌تر، خوشه انگور را فرض کنید که هر خوشه از چند دانه انگور تشکیل شده است. در مبحث دستگاه تنفسی، هر آسینوس را واحد آناتومیکی و تنفسی یا واحد فیزیولوژیکی پارانشیم ریه می‌نامند. آسینوس، بخشی از ریه است که دیستال به برونشیول انتهایی است و از برونشیول‌های تنفسی، مجراهای آلوئولار، کیسه‌های آلوئولار، آلوئول‌ها، و عروق ریوی موضعی تشکیل شده است. قطر هر آسینوس تقریباً 7 تا 8 میلی‌متر-و بعضاً تا 2/1 سانتی‌متر-است و تقریباً 3 هزار تا 4 هزار آلوئول را در بر می‌گیرد. در کل ریه تقریباً 15 هزار تا 20 هزار آسینوس وجود دارد. از آنجایی که در کلاس‌های دانشگاهی کم‌تر به آسینوس‌ها پرداخته می‌شود، فهم دقیق آن‌ها مهم است. بنابراین، نخست باید بدانیم برونشیول انتهایی چیست. ویبِل (Weibel)، آناتومیست سوئدی، راه‌های هوایی موجود در دستگاه تنفسی را به ۲۴ نسل تقسیم کرد؛ به‌طوری که تِراشه یا همان نای، نسل صفر و آلوئول‌ها نیز نسل 23 هستند. ویژگی نسل صفر تا 10 آن است که در آن‌ها غضروف وجود دارد. نسل 11 تا 16 برونشیول غیرتنفسی‌‌اند و نواحی هدایتی نام دارند. نسل 17 تا 19 برونشیول تنفسی، نسل 20 تا 22 مجراهای آلوئولی، و 23 نیز خودِ آلوئول‌ها هستند. نسل 16 را برونشیول انتهایی می‌نامند. به‌طور خلاصه، از نای تا برونشیول انتهایی را ناحیه هدایتی و از برونشیول‌های تنفسی تا کیسه‌های آلوئولار-نسل 17 تا 23-را ناحیه انتقالی و تنفسی می‌نامند. حال به آسینی‌ها باز می‌گردیم؛ از بخش پایانی هر برونشیل انتهایی تا انتهای نسل‌های پس از آن را، یک واحد تنفسی یا یک آسینوس می‌نامیم. شروع تبادل‌های تنفسی از جایی شروع می‌شود که به برونشیول‌های تنفسی می‌رسیم، یعنی همان‌جایی که برونشیول تنفسی از برونشیول انتهایی انشعاب می‌گیرد؛ از نسل 16 به بعد یا بهتر بگوییم، نسل 17 تا 23 که آن‌ها را نواحی تنفسی می‌نامند. در این مسیر، تبادل گازی از نظر کمیت و کیفیت فرق می‌کند.

آلوئول‌ها (حبابچه‌ها)

هدف راه‌های هوایی موجود در ریه، خدمت به آلوئول‌ها است، زیرا در آلوئول‌ها است که تبادل گازی رخ می‌دهد. به‌یاد داشته باشد که خون بدونِ‌اکسیژن از راه شریانچه‌های ریوی به آلوئول‌ها می‌رسد، و خون اکسیژن‌دار، آلوئول‌ها را از راه وریدچه‌های ریوی ترک می‌کند. آلوئول‌ها توسط لایه بافتی نازکی از یکدیگر جدا می‌شوند. شبکه‌ای از مویرگ‌های ریوی هر آلوئول را احاطه می‌کند. دیواره‌های به‌شدّت نازک آلوئول‌ها و نزدیکی مویرگ‌ها به آن‌ها باعث می‌شود تبادل گازی بسیار کارآمد انجام شود. فیبرهای الاستیک این امکان را به آلوئول‌ها می‌دهند تا هنگام دم متسع شوند و هنگام بازدم مثل فنر به‌حالت اولیه خود بازگردند.

هنگام دم، هوا به‌درونِ آلوئول‌ها جریان می‌یابد، گویی دُرست مثل بالون باد می‌شوند. آلوئول‌ها هنگام پرشدن از هوا، متسع می‌شوند و هنگام خارج‌کردن هوا، به‌حالت اولیه خود باز می‌گردند، این توانایی منحصربه‌فرد به الاستیسیته (ویژگی کشسانی) خود آلوئول‌ها و همچنین کمپلیانس بافت ریه (میزان اتساع ریه) بستگی دارد. اگر بافت ریه سفت باشد و فاقد کمپلیانس باشد، در مقابل اتساع آلوئول‌ها مقاومت می‌کنند، موضوعی که توانایی متسع‌شدن آلوئول‌ها را محدود می‌کند.

به محض آنکه آلوئول‌ها از اکسیژن پُر شدند، اکسیژن از آلوئول‌ها خارج می‌شود، از غشای تنفسی-که شامل اپی‌تلیوم  آلوئولی، اندوتلیوم مویرگی، و غشاهای پایه مشترک آن‌ها است-عبور می‌کند، و وارد سلول‌های قرمز خونی در مویرگ‌های احاطه‌کننده آلوئول‌ها می‌شود. به‌محض آنکه سلول‌های قرمز خونی اکسیژن را برداشتند، دی‌اکسید کربن را رها می‌کنند، و سپس دی‌اکسید کربن به‌درونِ آلوئول‌ها می‌رود. هنگام بازدم، آلوئول‌ها هوای خود را خالی می‌کنند، محتوی دی‌اکسید کربن خود را خارج می‌کنند، و سپس دی‌اکسید کربن به راه‌های هوایی فوقانی‌تر برمی‌گردد تا از ریه‌ها دفع شود.

اطلاعات اجمالی!

♦برآورد می‌شود ریه‌ها تقریباً 300 میلیون آلوئول دارند.

ریه‌ها

ریه‌ها، اندام‌های بزرگ، اسنفجی، و مخروطی شکلی‌اند که حفره پلورال (جنبی) را پر می‌کنند: ریه‌ها دُرست از بالای ترقوه‌ها شروع می‌شوند و تا دیافراگم ادامه دارند و بین دنده‌های جلویی و پشتی محفوظ می‌شوند. برونش‌های اصلی و رگ‌های خونی ریوی از راه مجرای موجود بر روی سطح میانی هر ریه به‌نام هیلوم (ناف ریه) وارد می‌شوند. بخش فوقانی-یا آپکس-هر ریه، تقریباً نیم اینچ (1.3 سانتی‌متر) بالای هر ترقوه قرار دارد. همچنین، قاعده هر ریه بر روی دیافراگم قرار دارد.

ریه راست

ریه راست کوتاه‌تر، پهن‌تر، و بزرگ‌تر از ریه چپ است. ریه راست، سه لوب دارد: فوقانی، میانی، تحتانی. ریة راست، 55 درصد تبادل گازی را بر عهده دارد. ریه راست دو شیار (فیشِر) دارد:

• شیار افقی
• شیار مایل

ریه چپ

از آنجایی که قلب به‌ سمت چپ کشیده می‌شود، ریه چپ فقط دو لوب دارد: فوقانی و تحتانی. سطح میانی ریه چپ، فرورفتگی دارد که آن را شکاف قلبی می‌نامند. شکاف قلبی، قلب را در خود جای می‌دهد. ریة چپ، 45 درصد تبادیل گازی را بر عهده دارد و فقط یک شیار (فیشِر) دارد:

• شیار مایل

پلورا (پرده جنب)

پلورا یا همان پرده جنب، دو لایه دارد: پلورای احشایی و پلورای جداری. بین این دو لایه، حفره پلورا (فضای جنبی) قرار دارد. در این فضا مایع پلورا یا همان مایع جنبی قرار دارد تا سطوح پلورا را لغزنده و مرطوب کند. پلورای احشایی، کمی نازک‌تر از پلورای جداری است.

غشایی سروزی-به‌نام پلورای احشایی-سطح ریه‌ها را می‌پوشاند و تا داخل شیارهای ریوی ادامه می‌یابد.

پلورای جداری، همه حفره توراسیک را می‌پوشاند.

فضای بین پلورای احشایی و جداری را حفره پلورا می‌نامند. حفره پلورا صرفاً نوعی فضای بالقوه است؛ یعنی در این فضا، دو لایه پلورا توسط مقداری مایع پلورای لغزنده از یکدیگر جدا می‌شوند.

مایع موجود در فضای پلورا دو کار مهم را انجام می‌دهد:

۱. سطوح پلورایی را مرطوب و رَوان می‌کنند، موضوعی که باعث می‌شود دو لایه احشایی و جداری بدون هیچ‌گونه درد بر روی هم سُر بخورند و بلغزند تا ریه‌ها بتوانند متسع و منقبض شوند.

۲. از آنجایی که فشار موجود در حفره پلورا کم‌تر از فشار اتمسفر (جَو) است، باعث تولید شیب فشاری می‌شود که به اتساع ریه کمک می‌کند.

میکروبیوتا ریه (Lung Microbiota)

ابتدا باید تعریفی از میکروبیوتا و میکروبیوم (Microbiome) ارائه داد. با این که در منابع ممکن است این دو را به‌جای‌هم استفاده کنند، امّا از نظر علمی تفاوت‌هایی دارند. به طور خلاصه، میکروبیوتا به همه جمعیت میکروارگانیسم‌های موجود در یک محل معین اشاره دارد، در حالی که میکروبیوم به ماده و آرایش ژنتیکی و سایر عوامل وابسته به میکروارگانیسم‌ها اشاره دارد. بنابراین، تفاوت اصلی بین میکروبیوتا و میکروبیوم در نوع عواملی است که هریک به آن‌ها می‌پردازد.

تا مدت‌ها پژوهشگران تصور می‌کردند ریه‌ها اندامی استریل‌اند و هیچ‌گونه باکتری یا میکروارگانیسم دیگری در آنجا وجود ندارد. با وجود این، در حال حاضر پژوهشگران نشان داده‌اند ریه‌های سالم، اکوسیستم میکروبی پیچیده‌ای دارند که شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، و قارچ‌ها است. در مقایسه با محیط روده، تراکم جمعیتی میکروبیوتا ریه خیلی کم‌تر است، زیرا محیط ریه خیلی مطلوب و پذیرنده باکتری‌ها نیست. حتی با این حال نیز مطالعات نشان می‌دهند تغییر در ترکیب جمعیت میکروبی ریه می‌تواند مرحله پیشرفت خیلی از بیماری‌های مزمن تنفسی را مشخص می‌کند؛ بیماری‌هایی مثل آسم و بیماری مزمن انسداد ریوی (COPD).

جمعیت میکروبی ریه خیلی شبیه به دهان است (و همچنین برخلاف حفره نازال/بینی است). پس از مطالعه درباره چگونگی مهاجرت میکروب‌ها از دهان به ریه‌ها، دانشمندان فهمیدند میکروب‌ها هنگام دَم وارد ریه‌ها می‌شوند، یعنی زمانی که قطره‌های خیلی کوچکی از بزاق وارد مسیر تنفسی می‌شود. پس از استنشاق این قطره‌های ریز، میکروب‌ها اطراف کارینای ریه جمع می‌شوند. از این ناحیه، باکتری‌ها به نواحی عمقی مهاجرت می‌کنند و وارد بخش تحتانی مسیر تنفسی می‌شوند، به طوری که حتی تا آلوئول‌ها (کیسه‌های هوایی) می‌رسند.

ترکیب میکروبیوتا ریه کم‌تر پایدار است تا ترکیب میکروبیوتا روده؛ موضوعی که البته منطقی نیز به نظر می‌رسد، زیرا ما پیوسته ویروس‌ها، باکتری‌ها، و آلرژن‌های گوناگونی را تنفس می‌کنیم. حتی با این که میکروبیوتا ریه ماهیتی متغیر دارد، اما باید تعادل معینی داشته باشد، به طوری که اختلال در این تعادل می‌تواند باعث ابتلا به بیماری‌های تنفسی شود. به‌علاوه، به نظر می‌رسد با ابتلا به بیماری‌های تنفسی، ترکیب میکروبیوتا ریه نیز بر شدت بیماری و پاسخ به درمان تأثیر می‌گذارد.

مطالعات بی‌شُماری تأیید می‌کنند که بین میکروبیوتا ریه و روده ارتباط وجود دارد (محور روده-ریه). عوامل بی‌شُماری از فرضیه ارتباط متقابل بین ریه‌ها و روده حمایت می‌کنند:

• در مبتلایان به اختلال‌های مزمن ریه، نه تنها میکروبیوتا ریه تغییر می‌کند، بلکه میکروبیوتا روده‌ای نیز دچار تغییرات می‌شود.
• در ریه‌های سالم، جمعیت میکروبیوتا را دو شاخه (فیلا) باکتریایی تعیین می‌کنند: فیرمیکوت‌ها و باکتروئیدها. همچنین، این دو شاخه باکتریایی نیز بر روده‌های افراد سالم حکم‌فرمایی می‌کنند.
• مبتلایان به آسم، COPD، فیبروز کیستیک، و حتی سرفه مزمن معمولاً دچار نوعی اختلال روده‌ای (مثل بیماری ریفلاکس معده‌ای-روده‌ای) نیز می‌شوند.
• با پیشرفت شدّت برخی بیماری‌های ریه، میکروبیوتا روده نیز تغییر می‌کند.
• نشان داده شده است تغییر میکروبیوتا روده‌ای از راه رژیم غذایی می‌تواند در برخی بیماری‌های ریه-مثل آسم-مفید واقع شود.
• بین تنوع میکروبی کم روده‌ای در اوایل دوران نوزادی و ابتلا به آسم هنگام کودکی همبستگی قوی وجود دارد.

اطلاعات اجمالی!

♦ عواملی مثل عفونت، استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها، و سیگارکشیدن می‌توانند میکروبیوتا ریه‌ها را مختل کنند؛ موضوعی که به‌نوبة خود می‌تواند از راه محور روده-ریه، به اختلال در میکروبیوتا روده و ابتلا به اختلال‌های معده‌ای-روده‌ای منجر شود.

تهویه ریوی (ونتیلاسیون ریوی؛ Polmunary Ventilation)

تهویه ریوی، همان نفس‌کشیدن است: فرآیند پی‌درپی فروبردن هوا (دم) و خارج‌کردن هوا (بازدم). هر دوی این اعمال به عملکرد عضلات تنفسی و تفاوت فشار هوای موجود در درونِ ریه‌ها و فشار هوای خارج از بدن بستگی دارد. چرخه تنفسی عبارت است از یک دم و یک بازدم.

عضلات تنفسی

تولید جریان هوا به عمل عضلات اسکلتی تنه بستگی دارد؛ به‌ویژه دیافراگم و عضلات بین‌دنده‌ای (اینترکوستال). عضلة اصلی که تهویه ریوی را بر عهده دارد، دیافراگم است: عضله‌ای گُنبدی‌شکل که حفره‌های سینه‌ای (توراسیک) و شکمی را از یکدیگر جدا می‌کند.

اطلاعات اجمالی!

♦ در بزرگسالان، نرخ تنفس عادی بین ۱۲ تا ۲۰ بار بر دقیقه است.

عضلات دَمی

• عضلات بین‌دنده‌ای خارجی، دنده‌ها را سمت بالا و بیرون می‌کشند، روندی که باعث می‌شود حفره سینه‌ای وسیع‌تر شود.
• عضلات بین‌دنده‌ای داخلی، دنده‌ها را به‌سمت بالا می‌کشند.
• عمل عضله دیافراگم آن است که منقبض می‌شود، صاف می‌شود، و مقعّر می‌شود، روندی که باعث می‌شود اندام‌های شکمی به‌سمت پایین هُل داده شوند و حفرة سینه‌ای بزرگ‌تر شود.
• هوا بدان دلیل وارد ریه‌ها می‌شود تا فشار درون‌ریوی و برون‌ریوی را برابر کند.  

عضلات بازدمی

• آرمیدگی عضلات بین‌دنده‌ای باعث می‌شود دنده‌ها به‌سمت پایین کشیده شوند.
• در زمان بازدم، عضله دیافراگم آرمیده می‌شود، به‌ سمت بالا قوس پیدا می‌کند و به قاعده ریه فشار وارد می‌کند، روندی که باعث می‌شود انداه حفره سینه‌ای کاهش یابد.
• در این مرحله، هوا از ریه‌ها خارج می‌شود.

عضلات کمکی تنفس (Accessory Muscle of Breathing)

هنگام تنفس اجباری یا هنگامی که فرد با تلاش زیادتری نفس می‌کشد، عضلات دیگری به‌ نام عضلات کمکی تنفس به فرآیند نفس‌کشیدن کمک می‌کنند. برای مثال:

• هنگام دَم عمیق، عضلات گردن (عضلات جناغی‌چنبری‌پستانی و نردبانی) و عضلات سینه (عضلة سینه‌ای کوچک) نیز منقبض می‌شوند تا به بالاکشیدنِ قفسه سینه کمک کنند.
• هنگام بازدم اجباری-مثل زمان آوازخواندن یا فریادزن-انقباض عضلات راست شکمی و مایل شکمی باعث می‌شود تا دنده‌های پایینی را به‌سمت پایین کشیده شوند و هم‌زمان عضلات بین‌دنده‌ای داخلی نیز سایر دنده‌ها را به‌سمت پایین می‌کشند. این روند اندازة سینه را بیش از پیش کاهش می‌دهد و باعث می‌شود هوا سریع‌تر از ریه‌ها خارج شود.  

عضلات عصبی تنفس

برخلاف عضلات قلبی که ضربان‌سازهای ذاتی دارند، عضلات مورد استفاده در تنفس از نوع عضلات اسکلتی‌اند، و می‌دانیم عضلات اسکلتی برای انقباض به تحریک عصبی نیاز دارند. هرچند عوامل گوناگونی بر نرخ و ریتم تنفس تأثیر می‌گذارند، امّا مراکز تنفسی که مسئول تنفس خودکار و ناخودآگاه‌اند، در بصل‌النخاع (مِدولا) و پُل‌مغزی (پونْز) قرار دارند. بصل‌النخاع و پُل‌مغزی بخش‌هایی از ساقة‌مغز هستند.

در بصل‌النخاع، دو مرکز به‌هم‌پیوسته قرار دارند که تنفس را کنترل می‌کنند: مرکز دَمی و مرکز بازدمی.

مرکز دَم، مرکز اصلی تنفس است. این مرکز، دم را مستقیم و بازدم را غیرمستقیم کنترل می‌کند. مرکز دم بدین‌گونه عمل می‌کند:

۱. مرکز دَم، تکانه‌هایی (ایمپالس‌هایی) را به عضلات بین‌دنده‌ای (از راه عصب بین‌دنده‌ای) و دیافراگم (از راه عصب فِرنیک) می‌فرستد.

۲. انقباض عضلات تنفسی باعث دَم می‌شود.

۳. سپس، برون‌ده عصبی ناگهان متوقف می‌شود، موضوعی که باعث آرمیدگی عضلات تنفسی می‌شود. ویژگی بازگشت به حالت اولیه ارتجاعی قفسه سینه باعث تولید بازدم می‌شود.

هرچند بصل‌النخاع مرکز اصلی تنفس است، امّا در پل‌مغزی نیز دو مرکز قرار دارند که بر ریتم پایه تنفس تأثیر می‌گذارند:

• مرکز آپنوستیک (Apneustic)، مرکز تنفسی را تحریک می‌کند تا طول و عمق دَم را افزایش دهد.
• مرکز پنوموتاکسیک (Pneumotaxic)، مرکز آپنوستیک و مرکز تنفسی-هر دو-را مهار می‌کند و به نوعی آنتاگونیست آپنوستیک به شمار می‌رود؛ این روند در ریتم تنفس طبیعی نقش دارد و از هایپراینفلیشن (پُرهوایی) ریه‌ها جلوگیری می‌کند.

اگر به بازدم‌های نیرومندتری نیاز باشد، مثل هنگام فعالیت ورزشی، مرکز تنفسی تکانه‌هایی را به عضلات شکمی و دیگر عضلات کمکی تنفس می‌فرستد.

بیش‌تر بدانیم؛ بدن انسان چگونه کار می‌کند؟

♦کورتکس مغزی این امکان را فراهم می‌کند تا بتوانیذ نرخ و ریتم تنفس را ارادی کنترل کنید یا حتّی بتوانید نفس خود را نگه دارید. با وجود این، اگر نفس خود را نگه دارید، CO₂ از راه تنفس خارج نمی‌شود و بنابراین مقادیر آن در خون افزایش می‌یابد. CO₂ محرّک قوی تنفس است. اگر CO₂ تا مقادیر معیّنی افزایش یابد، مراکز تنفسی بر عمل ارادی شما چیره می‌شوند و باعث می‌شوند نفس‌کشیدن از سر گرفته شود.

متغیرهای تنفس

به‌جز درون‌داد عصبی (Neural Input)، سایر اُلگوهای تنفس ثابت نیستند. نرخ و ریتم تنفسی در برخی شرایط فرق می‌کند: هنگام درد، غلبه احساسات (مثل ترس، عصبانیت، یا اضطراب)، فعالیت ورزشی، و تغییرات در وضعیت فیزیکی بدن. این تغییرات بدان دلیل رخ می‌دهند که مراکز تنفسی درون‌داد‌هایی را از گیرنده‌های حسی فراوان در سرتاسر بدن دریافت می‌کنند، موضوعی که باعث می‌شود تنفس با توجه به نیازهای بدنی تغییر کند.

اطلاعات اجمالی!

♦ تنظیم‌کننده اصلی تنفس، دی‌اکسید کربن است و نه اکسیژن. زیرا دی‌اکسید کربن می‌تواند به‌راحتی از سد خونی‌مغزی (BBB) گذر کند.

فشار و جریان هوا

دلیل ورود و خروج هوا به ریه‌ها همان دلیلی است که باعث می‌شود خون جریان پیدا کند: وجود شیب فشاری. فشاری که باعث تنفس می‌شود، فشار اتمسفر (جَو) است: یعنی همان وزن هوای اطراف ما.

اگر فشار درونِ ریه‌ها کم‌تر از فشار اتمسفر شود، هوا از ناحیة پُرفشارتر (هوای خارج بدن) به ناحیه کم‌فشارتر (ریه‌ها) جریان می‌یابد؛ این روند را دم می‌گویند. اگر فشار درونِ ریه‌ها از فشار اتمسفر فراتر رود، هوا از ریه‌ها خارج می‌شود (بازدم) و این خروج هوا تا زمانی ادامه می‌یابد که فشار دو طرف برابر شود. از آنجایی که دم فرآیندی فعال است و در آن باید از عضلات استفاده شود، بنابراین بازدم طبیعی فرآیندی غیرفعال است و در اثر بازگشت به حالت اولیه بافت الاستیک ریه‌های سالم رخ می‌دهد. توالی طبیعی رویدادهای چرخه دم و بازدم را با توجه به تغییرات فشار هوایی می‌توانید در زیر ببینید:

• عضلات بین‌دنده‌ای منقبض می‌شوند، دنده‌ها را به‌سمت بالا و بیرون می‌کشند؛ دیافراگم منقبض می‌شود و به‌سمت پایین حرکت می‌کند. این روند، حفره سینه‌ای را در همه جهت‌ها بزرگ می‌کند.
• به دلیل وجود دو لایه پلورا (پرده جنب)، ریه‌ها نیز هم‌زمان با قفسه سینه متسع می‌شوند.
• پلورای جِداری خیلی محکم به دنده‌ها چسیبده است؛ و پلورای احشایی ریه‌ها را می‌پوشاند.
• هرچند این دو لایه به‌یکدیگر نچسبیده‌اند، اما لایه نازکی از مایع بین دو پلورا قرار دارد که باعث می‌شود این دو لایه پلورا مثل دو تکه کاغذ خیس به ‌یکدیگر بچسبند.
• به‌علاوه، فضای بالقوه‌ای که بین این دو لایه پلورا وجود دارد باعث می‌شود فشار نسبتاً کم‌تر از فشار اتمسفر حفظ شود (فشار منفی ایجاد می‌کند). این را فشار درون‌جنبی (درون‌پلورایی) می‌نامند. هنگامی که دنده‌ها متّسع می‌شوند و پلورای جداری نیز به‌عقب کشیده می‌شود، فشار درون‌جنبی در این زمان بیش از پیش منفی می‌شود. این موضوع تأثیری شِبه‌مَکشی ایجاد می‌کند، یعنی باعث می‌شود پلورای احشایی حتّی سفت‌تر از پیش به پلورای جدای بچسبد.
• پلورای احشایی به‌دنبال پلورای جداری کشیده می‌شود، روندی که باعث می‌شود ریه‌ها نیز به‌دنبال آن روند و متسع شوند.
• هنگامی که ریه‌ها متّسع می‌شوند، حجم هوای موجود در ریه‌ها در سرتاسر ریه بزرگ‌شده، پخش می‌شود. این موضوع باعث می‌شود فشار موجود در برونش‌ها (نایژه‌ها) و آلوئول‌ها (فشار درون‌ریوی) کاهش یابد. این را قانون بویل می‌نامند. قانون بویل می‌گوید «در دمای ثابت، فشار مقدار معیّنی گاز با حجم آن نسبت معکوس دارد.» به‌زبان ساده‌تر، حجم معیّنی گاز، فشار زیادتری را در فضای کوچک‌تر اِعمال می‌کند تا در فضای بزرگ‌تر.  • هنگامی که فشار درون‌ریوی کم‌تر از فشار اَتمسفر می‌شود، با توجه به شیب فشاری موجود، هوا به ناحیه کم‌فشار جریان می‌یابد و وارد ریه‌ها می‌شود..
• دیافراگم و عضلات بین‌دنده‌ای خارجی آرمیده می‌شوند، و قفسه سینه به‌اندازه اولیه خود بازمی‌گردد.
• دنده‌های قفسه سینه، ریه‌ها را می‌فشارند.
• فشار درون‌ریوی افزایش می‌یابد.
• هوا به‌سمت ناحیه با شیب فشاری کم جریان می‌یابد و از ریه‌ها خارج می‌شود.   

عوامل مؤثر بر جریان هوا

دو عامل بر جریان هوای ریه‌ها مؤثرند: فشار و مقاومت. دُرست مثل جریان خون، در این باره نیز هرچقدر مقاومت زیادتر باشد، جریان هوا آهسته‌تر است. عواملی که بر مقاومت-و در نتیجه بر جریان هوا تأثیر می‌گذارند-عبارتند از: قطر برونشیول‌ها (نایژک‌ها)، کُمپلیانس ریوی، و تنش سطحی آلوئولی.

قطر برونشیول‌ها (نایژک‌ها)

برای کنترل مقاومت، قطر برونشیول‌ها (نایژک‌ها) خیلی راحت تغییر می‌کند. افزایش قطر برونشیول‌ها را، برونکودیلاسیون (اتّساع برونش یا نایژه‌گشایی) می‌نامند. کاهش قطر را نیز برونکوکانستریکشن (انقباض برونش) می‌نامند. اپی‌نفرین و اعصاب سمپاتیک، برونکودیلاسیون را تحریک می‌کنند، موضوعی که باعث افزایش جریان هوا می‌شود. اعصاب پاراسمپاتیک، هیستامین، هوای سرد، و محرّک‌های شیمیایی، باعث انقباض برونش می‌شوند، موضوعی که جریان هوا را محدود می‌کند.

کمپلیانس ریوی

کُمپلیانس ریوی به الاستیسیته (ویژگی ارتجاعی) بافت ریه اشاره دارد. تهویه زمانی رخ می‌دهد که ریه‌ها و همه حفره سینه‌ای متسع شوند و مهم‌تر از آن، پس از اتساع، دوباره به‌حالت اولیه خود بازگردند.

کشش سطحی آلوئولی

برای آنکه یک گاز بتواند وارد سلول شود یا از سلول خارج شود، باید درون مایعی حل شده باشد. از این رو، سطح داخلی هر آلوئول (کیسه هوایی) با لایه نازکی آب پوشیده شده است. با وجود این، ملکول‌های آب نیز با نوعی کِشش الکتریکی به‌یکدیگر چسبیده‌اند، نیرویی مثل آهن‌ربای ضعیف. اگر این وضعیت درون آلوئول دست‌نخورده باقی بماند، باعث می‌شود ملکول‌های آب موجود در داخل آلوئول به‌سمت یکدیگر حرکت کنند. این موضوع، نیرویی را تولید می‌کند که آلوئول را دچار کُلاپس می‌کند (یعنی باعث می‌شود دیواره آلوئول به‌سمت داخل بیُفتد و تنگ شود). اگر آلوئول دچار کلاپس شود، تبادل گازی دیگر رخ نمی‌دهد. برای جلوگیری از این مشکل، سلول‌های آلوئولی مادّه‌ای را به‌اسم سورفَکتانت (Surfactant) ترشح می‌کنند. سورفکتانت، لیپوپروتئینی است که کِشش الکتریکی بین ملکول‌های آب را قطع می‌کند. این موضوع باعث می‌شود تنش سطحی کم‌تر شود و از کُلاپس آلوئولی پیشگیری شود.

سنجش‌های تهویه

سنجش ظرفیت ریه اطلاعاتی را درباره سلامت ریه‌های فرد فراهم می‌کند. این اطلاعات را معمولاً باید با استفاده از دستگاه اسپیرومتر به‌دست آورد. در زیر، مقادیر اسپیروگرافیک متعلق به فرد بزرگسال سالم جوان است.​​​​​​

• حجم جاری (VT): مقدار هوایی که با یک دَم به ریه‌ها وارد و با یک بازدم از ریه‌ها خارج می‌شود. مقادیر آن معادل ۵۰۰ میلی‌لیتر است.
• حجم ذخیره دمی (IRV): حداکثر حجم هوایی که می‌توان در انتهای یک دم عادی، با یک دم عمیق وارد ریه‌ها کرد. مقادیر آن معادل ۳۰۰۰ میلی‌لیتر است.
• حجم ذخیره بازدمی (ERV): حجم هوایی که می‌توان بعد از پایان یک بازدم عادی، با یک بازدم قوی از ریه‌ها خارج کرد. مقادیر آن معادل ۱۲۰۰ میلی‌لیتر است.
• حجم باقی‌مانده (RV): حجم هوایی که حتی با شدیدترین بازدم نیز در ریه‌ها باقی می‌ماند و مانع از کلاپس آلوئول‌ها می‌گردد و باعث می‌شود حتّی بین نفس‌کشیدن نیز تبادل گازی در ریه‌ها انجام شود. مقادیر آن معادل ۱۳۰۰ میلی‌لیتر است.
• ظرفیت حیاتی (VC): مقدار هوایی که فرد می‌تواند پس از یک دم عمیق، با یک بازدم عمیق آن را از ریه‌ها خارج کند. عبارت است از مجموع حجم جاری و حجم ذخیره دمی و حجم ذخیره بازدمی. (VC = VT + IRV + ERV). مقادیر آن معادل ۴۷۰۰ میلی‌لیتر است.
• ظرفیت کل ریه (TLC): حداکثر هوایی که بعد از یک دم کاملا عمیق در ریه‌ها جمع می‌شود. به‌زبان ساده‌تر، بیش‌ترین مقدار هوایی است ریه‌ها می‌توانند در خود جای دهند. عبارت است از مجموع همه چهار حجم ریوی یا حاصل‌جمع ظرفیت حیاتی و حجم باقی‌مانده (TLC = VC + RV). مقادیر آن معادل ۶۰۰۰ میلی‌لیتر است.

با هر تنفس، تقریباً 150 میلی‌لیتر هوا در مسیرهای هوایی باقی می‌ماند. از آنجایی که این هوا به آلوئول‌ها نمی‌رسد، بنابراین این هوا نمی‌تواند در تبادل گازی نقش داشته باشد. این‌گونه گفته می‌شود که این حجم هوا در فضای مُرده آناتومیکی است: یعنی به‌جای آنکه در آلوئول‌ها باشد، در مسیرهای هوایی است.

فضای مُرده فیزیولوژیکی عبارت است از همه هوای موجود در مسیرهای هوایی (فضای مرده آناتومیکی) + هوای موجود در آلوئول‌ها که انتشار ضعیفی دارد و در تبادل گازی کارآمد نیست.  

بیش‌تر بدانیم؛ بدن انسان چگونه کار می‌کند؟

♦ظرفیت حیاتی (VC) به چند عامل بستگی دارد، از جمله: اندازه بدن فرد، ساختار قامتی، و سلامت کلی. در کل، افراد قدبلند، ریه‌های بزرگ‌تری دارند تا افراد کوتاه‌قد. بنابراین، ظرفیت حیاتی این افراد زیادتر است. همچنین، صاف ایستادن نیز ظرفیت حیاتی را افزایش می‌دهد، در حالی که خم‌شدن یا درازکشیدن باعث کاهش ظرفیت حیاتی می‌شود.

اطلاعات اجمالی!

♦ چاقی باعث انباشت بافت آدیپوز اطراف دنده‌ها و شکم می‌شود. این بار اضافی، همه حجم‌های ریه را کاهش می‌دهد، موضوعی که عملکرد مطلوب تنفسی را مختل می‌کند.

متغیرهای ریتم تنفسی

وضعیت‌های گوناگون مثل فعالیت ورزشی، اضطراب، و بسیاری از بیماری‌ها بر نرخ و ریتم تنفسی تأثیر می‌گذارند. در زیر، نام برخی متغیرهای متداول تنفسی و تعاریف آن‌ها آورده شده است.

• آپنه = توقف موقفتی تنفس.
• تنفس بیوت = اُلگوی تنفس ناگهانی غیرمنظم که در آن دوره‌های آپنه با یک‌سری دوره‌های تنفسی همراه است که نرخ و عمق ثابتی دارند؛ این وضعیت اغلب در اثر افزایش فشار درون‌جمجمه‌ای (اینتراکرانیال) رخ می‌دهد.
• بِرادی‌پنه = تنفس آهسته غیرطبیعی.
• تنفس شین-اِستوکس = اُلگوی تنفسی چرخشی که با افزایش نرخ و عمق تنفس‌ها شروع می‌شود (اثر کِرسِندو)، پس از آن نرخ و عمق تنفس‌ها تدریجی کاهش می‌یابد (اثر دِکرسندو)، و پیش از آنکه دوباره این اُلگوی چرخشی تکرار شود، دوره‌‌ای کوتاه از آپنه رخ می‌دهد؛ این وضعیت اغلب در بزرگسالان مبتلا به آسیب مغزی دیده می‌شود.
• دیس‌پنه (تنگی نفس) = تنفس سخت و با تقلا.
• یوپنه = تنفس آرام و کامل.
• هایپرپنه = افزایش نرخ تنفس؛ می‌تواند دلیل فیزیولوژیک (مثل فعالیت ورزشی) یا پاتولوژیک (مثل عفونت شدید) داشته باشد.
• هایپرونتیلاسیون (پُرتهویه‌ای) = افزایش نرخ تنفس‌ها که به کاهش مقادیر دی‌اُکسید کربن خون منجر می‌شود؛ اغلب در اثر اضطراب رخ می‌دهد.
• هیپوونتیلاسیون (کم‌تهویه‌ای) = کاهش نرخ و عمق تنفس‌ها، نوعاً باعث افزایش مقادیر دی‌اُکسید کربن خون می‌شود.
• تنفس کوسمال = تنفس‌های خیلی عمقیق و بُریده‌بُریده که با کتواسیدوز دیابتی ارتباط دارد.
• اُرتوپنه (راست‌دَمی) = تنفسی سختی که هنگام خوابیدن برای فرد رخ می‌دهد، امّا با ایستادن یا نشستن بهتر می‌شود؛ علامت کلاسیک نارسایی بطن چپ قلب است.
• تاکی‌پنه = تنفس سریع.

تبادل گازی

هدف نفس‌کشیدن، رساندن اکسیژن به اندام‌ها و بافت‌های بدن و دفع دی‌اکسید کربن از آن‌ها است. این تبادل گازها در ریه‌ها و بافت‌های بدن-هر دو-به اختلاف فشار موجود بین دو سوی غشا بستگی دارد.

فشار هوایی که تنفس می‌کنیم، معادل 760 میلی‌متر جیوه است؛ این فشار همان فشار کلّی اتمسفر (جَو) است. اتمسفر تقریباً از 78 درصد نیتروژن، 21 درصد اکسیژن، و ۱ درصد سایر گازها (که تقریباً  ۰/۰۳ درصد آن دی‌اُکسید کربن می‌باشد) تشکیل شده است. هر یک از این گازها در تولید فشار کلّی اتمسفر شرکت دارد. سهم یک گاز معیّن در مخلوطی از گازها را فشار سهمی می‌نامند. نماد فشار سهمی یک گاز را با حرف «P» نشان می‌دهند، مثل PCO₂.

برای درک بهتر این موضوع، در نظر بگیرید در مخلوطی از گازها، فشار سهمی یک گاز با غلظت آن گاز رابطi مستقیم دارد. برای مثال، اکسیژن تقریباً ۲۱ درصد هوای اتمسفر را تشکیل می‌دهد. برای آنکه بتوان فشار سهمی اکسیژن را محاسبه کرد، باید ۰/۲۱ (درصد اکسیژن در هوای اتمسفر) را ضربدر 760 (فشار کلّی اتمسفر) کرد. عدد حاصله معادل ۱۵۹/۶ خواهد بود. یعنی در هوایی که ما نفس می‌کشیم، فشار سهمی اکسیژن معادل ۱۵۹/۶ میلی‌متر جیوه است.

فرآیند تبادل گازی

در هوایی که تنفس می‌کنیم، در آلوئول‌ها، در خون شریانی، و در خون وریدی، فشارهای سهمی اکسیژن و دی‌اُکسید کربن فرق می‌کند. این تغییرات در فشار، جذب اکسیژن و دفع دی‌اکسید کربن را برای بدن ما ممکن می‌سازد. نکته کلیدی آن است گاز تا زمانی از ناحیة پُرفشار به ناحیة کم‌فشار انتشار می‌یابد که فشار هر دو ناحیه برابر شود. در بخش زیر می‌توانید توالی رویدادهای تبادل گازی را با توجه به فشارهای گازی دو طرف غشا آلوئولی، مویرگی، و بافتی ببینید:

• PO₂ هوای دمی معادل 159 میلی‌متر جیوه و PCO₂ هوای دمی معادل 0.3 میلی‌متر جیوه است.
• در آلوئول‌ها، PO₂ هوا معادل 104 و PCO₂ معادل 40 است.
• در سوی دیگر غشای نازک آلوئول‌ها، مویرگ‌های ریوی قرار دارند که PO₂ هوا در آن‌ها معادل 40 و PCO₂ معادل 46 است.
• اختلاف در فشار سهمی O₂ و PCO₂ در دو سوی غشای تنفسی باعث می‌شود O₂ از آلوئول‌ها خارج شده و وارد مویرگ‌ها شود و هم‌زمان CO₂ نیز از مویرگ‌ها به‌درونِ آلوئول‌ها رود. (به‌بیان دیگر، سلول‌های قرمز خونی موجود در مویرگ‌ها، CO₂ را تخلیه و اکسیژن را بارگیری می‌کنند.) سپس، CO₂ هنگام بازدم از ریه‌ها خارج می‌شود.
• در این مرحله، PO₂ و PCO₂ خون موجود در مویرگ‌ها به‌ترتیب معادل 100 و 40 میلی‌متر جیوه است.
• این خون غنی از اکسیژن به بطن چپ قلب می‌رود، و از آنجا به همة بافت‌های بدن پمپاژ می‌شود.
• سلول‌های موجود در بافت‌های بدن برای تولید انرژی از اکسیژن استفاده می‌کنند و CO₂ را به‌عنوان محصول جانبی سوخت و ساز خود تولید می‌کنند. در مایعی که سلول‌ها را احاطه کرده است، PO₂ معادل 40 و PCO₂ معادل 46 است.
• هنگامی که خون از بطن چپ (با PO₂ معادل 100) به بافت‌ها (با PO2 معادل 40) می‌رسد، اکسیژن از درون خون به درون بافت‌ها انتشار می‌یابد. هم‌زمان، دی‌اکسید کربن نیز از بافت‌ها (با PCO₂ معادل 46) به‌درونِ خون (با PCO₂ معادل 40) انتشار می‌یابد.
• به‌محض آنکه خون مویرگی، اکسیژن خود را به‌درون بافت‌ها رها کرد و CO₂ را از آن‌ها جذب کرد، PO₂ آن معادل 40 و PCO₂ آن معادل 46 می‌شود. مویرگ‌های سیستمی، این خون خالی‌شده از اکسیژن را از بافت‌ها می‌گیرد و به بطن راست قلب می‌برد و از آن‌جا دوباره به ریه‌ها پمپاژ می‌شود.  

جفت‌شدگی تهویه- خون‌رسانی (جفت‌شدگی ونتیلاسیون-پرفیوژن)

برای آنکه ریه‌ها بتوانند اکسیژن مورد نیاز بافت‌های بدن را فراهم کنند، باید آلوئول‌ها با جریان هوای پایدار و خون کافی تأمین شوند. نسبت موجود بین مقدار جریان هوایی که به آلوئول‌ها می‌رسد (ونتیلاسیون یا تهویه) و مقدار خونی که در مویرگ‌های احاطه‌کنندة آن‌ها جریان می‌یابد (خون‌رسانی یا پرفیوژن) را جفت‌شدگی تهویه-خون‌رسانی می‌نامند.

برای برقراری این تهویه-خون‌رسانی، بدن سازوکارهای بسیار دقیقی دارد:

• اگر جریان هوا در قسمتی از ریه‌ها مناسب نباشد، مقادیر اکسیژن در رگ‌های خونی آن ناحیه اُفت می‌کند.
• در پاسخ، رگ‌های ریوی در آن ناحیه منقبض می‌شوند.
• این روند باعث می‌شود خون به‌سمت آلوئول‌هایی هدایت شود که تهویه بهتری دارند و در آن‌جا اکسیژن را بارگیری کند.

همچنین، از سوی دیگر:

• اگر جریان هوا در قسمتی از ریه‌ها مناسب باشد، مقادیر اکسیژن در رگ‌های خونی آن ناحیه زیاد می‌شود.
• در پاسخ، رگ‌های ریوی در آن ناحیه گُشاد می‌شوند.
• این روند باعث می‌شود جریان خون به آن ناحیه افزایش یابد، بنابراین سلول‌های قرمز خونی زیادتری به آن ناحیه می‌روند تا انبوه اکسیژن موجود را برداشت کنند.

توجه کنید که در گردش خون سیستمی، دقیقاً برعکس این موضوع رخ می‌دهد. اگر شریان‌های سیستمی دچار کاهش اکسیژن شوند (هایپوکسی)، رگ‌های خونی در گُشاد می‌شوند تا خون بیش‌تری به آن ناحیه رود. باید بدانیم که هدف نیز مشابه شرایط پیشین است: اطمینان از آنکه اندام‌ها و بافت‌های بدن اکسیژن کافی دریافت می‌کنند.

انتقال گازها توسط خون

فرآیند حمل گازها از آلوئول‌ها به بافت‌ها و برعکس را انتقال گاز می‌نامند.

انتقال اکسیژن

از همه اکسیژنی که وارد بدن ما می‌شود، فقط ۱/۵ درصد آن در پلاسمای خون حلّ می‌شود. به‌زبان خیلی ساده، این چیزی است که بر سر آن ۹۸/۵ درصد باقی‌مانده از اکسیژن می‌آید:

• در ریه‌ها، اکسیژن پیوند ضعیفی را با بخش آهنی هموگلوبین برقرار می‌کند و اُکسی‌هموگلوبین تولید می‌شود.
• اکسی‌هموگلوبین از راه دستگاه گردش خون به بافت‌های بدن منتقل می‌شود.
• به‌محض آنکه اکسی‌هموگلوبین به بافت‌های بدن رسید، اختلاف pH موجود بین خون شریانی و وریدی، پیوند بین اکسیژن و هموگلوبین را می‌شکند.
• آنگاه، اکسیژن به‌درون بافت‌ها رها می‌شود.

باید بدانیم هرچند هر ملکول هموگلوبین ظرفیت پیوند با چهار ملکول اکسیژن را دارد، اما همیشه این‌گونه نیست. تعداد ملکول اکسیژنی که هر هموگلوبین برداشت می‌کند را اشباع اکسیژن می‌نامند، موضوعی که در هر شرایطی فرق می‌کند و به مقدار اکسیژن حلّ‌شده در مایع احاطه‌کننده سلول‌ها (فشار سهمی اکسیژن) بستگی دارد.

در ریه‌ها، فشار سهمی اکسیژن زیاد است و اکسیژن به‌راحتی به هموگلوبین پیوند می‌خورد. در بافت‌های بدن، فشار سهمی اکسیژن کم است و هموگلوبین، اکسیژن خود را آزاد می‌کند، موضوعی که باعث می‌شود هموگلوبین اشباع کم‌تری داشته باشد.

ابزاری که نشان می‌دهد هموگلوبین چقدر میل به ترکیب با اکسیژن و رهاسازی آن را دارد، منحنی تجزیه (اِنفکاف) اکسی‌هموگلوبین نام دارد. منحنی تجزیه اُکسی‌هموگلوبین، رابطه موجود بین فشار سهمی اکسیژن و اشباع اکسیژن را نشان می‌دهد. اشباع اکسیژن ۱۰۰ درصد فقط زمانی رخ می‌دهد که هر مولکول هموگلوبین، چهار مولکول اکسیژن را حمل کند.

افزایش سریع در منحنی تجزیه اُکسی‌هموگلوبین، فرآیند پیوند اکسیژن را با هموگلوبین نشان می‌دهد. به‌محض آنکه نخستین ملکول هموگلوبین با نخستین ملکول اکسیژن پیوند برقرار کرد، باعث می‌شود شکل ملکول هموگلوبین به‌گونه‌ای تغییر کند که برداشت دومین ملکول اکسیژن توسط گروه آهنی دیگر آن تسهیل شود. این روند به‌نوبه‌خود برداشت سومین و چهارمین ملکول اکسیژن را نیز افزایش می‌دهد. بنابراین، منحنی سریع روبه‌افزایش می‌گذارد. همین فرآیند نیز هنگام رهایش اکسیژن از همگلوبین رخ می‌دهد: جداشدنِ یک ملکول اکسیژن، جداشدنِ ملکول دوم را تسهیل می‌کند و به‌همین ترتیب.

هنگامی که PO₂ کم است-مثل هنگام فعالیت ورزشی-هموگلوبین، اکسیژن را به‌درون بافت‌ها رها می‌کند. در نتیجه، اشباع هموگلوبین کم‌تر می‌شود.

هنگام استراحت که PO₂ معادل 40 است، اشباع هموگلوبین معادل 75 درصد است.

در آلوئول‌ها که PO₂ زیاد است، هموگلوبین به راحتی اکسیژن را برداشت می‌کند و ۱۰۰ درصد اشباع می‌شود.

اطلاعات اجمالی!

♦ افزایش دما و کاهش pH، جداشدنِ اکسیژن را افزایش می‌دهد، موضوعی که باعث می‌شود منحنی به‌سمت راست منتقل شود. برعکس، کاهش دما و افزایش pH، جداشدنِ اکسیژن را کاهش می‌دهد، موضوعی که منحنی را به‌سمت چپ منتقل می‌کند.

انتقال دی‌اکسید کربن

دی‌اکسید کربن به سه روش از بافت‌ها به ریه‌ها منتقل می‌شود:

الف. ۱۰ درصد محلول در پلاسما.

ب. ۲۰ درصد در پیوند با هموگلوبین است و کربامینوهموگلوبین را تشکیل می‌دهد. (هموگلوبین می‌تواند O₂ و CO₂ را هم‌زمان حمل کند، زیرا به جایگاه‌های متفاوتی بر روی ملکول هموگلوبین پیوند می‌خورند. اکسیژن به اتم آهن هموگلوبین پیوند می‌خورد و دی‌اکسید کربن به گروه‌های آمینی هموگلوبین.)

ج. بخش اعظم-تقریباً 70 درصد-دی‌اکسید کربن به‌شکل یون بی‌کربنات (–HCO3) حمل می‌شود. دلیل این موضوع آن است که وقتی CO₂ در پلاسما حل می‌شود، با آب موجود در پلاسما واکنش می‌دهد و کربنیک اسید تشکیل می‌شود. آنگاه، کربنیک اسید به بی‌کربنات و یون‌های هیدروژن تجزیه می‌شود.

اطلاعات اجمالی!

♦ هموگلوبین میل ترکیبی شدیدتری به مونواکسید کربن دارد تا اکسیژن (200 تا 300 برابر). به‌همین دلیل است که مواجهه با مونواکسید کربن مرگبار است: به‌محض آنکه مونواکسید کربن با هموگلوبین پیوند خورد، دیگر نمی‌تواند اکسیژن را منتقل می‌کند. پیوند مونواکسید کربن با هموگلوبین باعث تشکیل کربوکسی‌هموگلوبین (COHb) می‌شود و پیوند اکسیژن به هموگلوبین را مهار می‌کند، زیرا هر دوی آن‌ها بر سر یک جایگاه پیوندی رقابت می‌کنند.

افزایش سن و دستگاه تنفسی

با افزایش سن، تغییرات بی‌شماری در دستگاه تنفسی رخ می‌دهد؛ برآیند همه این تغییرات، در کل کاهش کارآمدی تنفسی است. برخی از این تغییرات عبارتند از:

۱. کاهش جنبش‌پذیری دیواره قفسه سینه.

۲. افزایش سفتی ریه.

۳. کاهش تعداد و اتساع‌پذیری آلوئول‌ها.

۴. ضعیف‌شدن عضلات تنفسی.

۵. کاهش حجم مایعات محافظتی دستگاه تنفسی.

ضمن آنکه با گذشت زمان، این تغییرات باعث کاهش تدریجی استقامت می‌شوند. همچنین، بزرگسالان سالمند، توانایی کم‌تر در پاک‌سازی محرک‌ها و مخاط از ریه‌ها دارند، موضوعی که خطر مبتلاشدن به پنومونی (ذات‌الریه) را پس از ابتلا به بیماری‌های باکتریایی یا ویروسی در این افراد افزایش می‌دهد.  

--پایان مبحث آموزشی «دستگاه تنفسی»--

​

هرگونه سوال و ابهام درباره دستگاه تنفسی را می‌توانید در بخش نظرات بنویسید.

همچنین، می‌توانید از راه‌های ارتباطی با من در تماس باشید.