الجهاز التنفسي: التركيب والوظيفة وبعض مشكلاته

يتكوّن الجهاز التنفسي من أعضاء وتراكيب مرتبطة بها تسمح للأكسجين بالانتقال من الهواء الجوي إلى الدم، وتسمح لثاني أكسيد الكربون بالانتقال من الدم إلى الهواء، أنظر الشكل (18).

عندما أتنفس يدخل الهواء من الأنف أو الفم، ثم يمر بالقصبة الهوائية، فالشعبتين الهوائيتين، فالشعيبات الهوائية التي تتفرّع إلى شعيبات أصغر منها تنتهي بالحويصلات الهوائية.

الفكرة الرئيسة: ينقل الجهاز التنفسي الأكسجين من الهواء الجوي إلى دم الإنسان، ويُخلِّص الجسم من ثاني أكسيد الكربون.

نتاجات التعلّم:

• أُحدّد تركيب أجزاء الجهاز التنفسي ووظيفة كل جزء منها.
• أشرح عملية تبادل الغازات في الجسم.
• أصف بعض مشكلات الجهاز التنفسي.

المفاهيم والمصطلحات:

• الأوكسيهيموغلوبين Oxyhemoglobin
• الضغط الجزئي للأكسجين Partial Pressure of Oxygen
• تأثير بور The Bohr shift
• كاربامينوهيموغلوبين Carbaminohemoglobin

1. ❤️ الربط بالصحة: في أثناء حدوث نوبة الرَّبو تتقلّص العضلات الملساء في جدران القصبات الهوائية، ممّا يؤدّي إلى تضيّقها (التضيّق القصبي)، وتتورّم الأنسجة المبطنة للممرات الهوائية مؤديةً إلى حدوث التهاب وإفراز المخاط فيها.
2. ويؤثّر تضيق القصبات على كمية الهواء التي تصل الحويصلات الهوائية.

1. القصبة الهوائية Trachea أنبوب يخرج من الحنجرة في العنق، ويتفرّع طرفه السفلي إلى شعبتين هوائيتين Bronchi لهما تركيب مُشابه له.
2. تمتاز بتجويف عريض نسبيًا، يظل مفتوحًا بسبب الغضاريف Cartilages الموجودة في جدرانها؛ إذ تمنع هذه الغضاريف التي تكون على شكل حرف C التصاق جدران القصبة الهوائية، أو توسّع تجويفها توسّعًا كبيرًا نتيجة تغيُّرات ضغط الهواء المفاجئة في أثناء التنفس السريع.
3. تحتوي جدران الشعبتين الهوائيتين أيضًا على غضاريف، ويعمل الانقباض والانبساط للعضلات الملساء الموجودة في جدران القصبة الهوائية والشعبتين الهوائيتين على تغيير قُطر التجويف في أثناء عملية التنفس؛ إذ يؤدي انبساط هذه العضلات إلى توسّع التجويف.
4. ما يسمح بتدفّق كمية أكبر من الهواء، أنظر الشكل (19).

تُبطّن القصبة الهوائية والشعبتين الهوائيتين خلايا طلائية على سطحها أهداب Ciliated Epithelial Cells، تعمل مع المخاط الذي تُفرزه خلايا طلائية مُتخصّصة تُسمّى الخلايا الكأسية Goblet Cells على التخلّص من الجسيمات الغريبة التي تدخل الجسم، مثل: الغبار، والبكتيريا، والفيروسات، وأبواغ الفطريات؛ إذ تتحرّك الأهداب لتحريك المخاط الذي تَعلق فيه الجسيمات الغريبة، ويُبتلَع عن طريق الحلق، ليصل إلى المعدة، ثم يتخلّص الجسم من كل ذلك بطرحه مع الفضلات الصُّلبة، أنظر الشكل (20). تتفرّع الشعبتان الهوائيتان إلى شعيبات هوائية Bronchioles تنتهي بحويصلات هوائية Alveoli.

💡 أفكر: ما التراكيب التي تُفرز المخاط إضافةً إلى الخلايا الكأسية؟ ممّ يتكوّن المخاط؟ ما علاقة التدخين بكمية المخاط المتكونة؟

تنتهي الشعيبات الهوائية بالحويصلات الهوائية؛ وهي تراكيب يحدث فيها تبادل الغازات بعملية الانتشار، وتُبطّنها طبقة من الخلايا الطلائية. لا تحتوي جدران الحويصلات الهوائية على غضروف، أو عضلات ملساء؛ فجدرانها رقيقة جدًا، وهي تحوي أليافًا مرنة تتكوّن من بروتين اسمه إيلاستين Elastin، وتساعد الحويصلات الهوائية على الاتساع بتمدّد جدرانها عند الشهيق، والعودة إلى حجمها الطبيعي عند الزفير. يُسهِم شكل الحويصلة في زيادة مساحة سطح تبادل الغازات؛ إذ إنَّ سطوحها مستديرة، واتساع الحويصلة الهوائية الناتج من عملية الشهيق يزيد مساحة السطح، أنظر الشكل (21).

💡 أفكر: يبلغ طول القصبة الهوائية للشخص البالغ نحو ⁦11cm⁩، وتُحرّك الأهداب المخاط بسرعة متوسطة مقدارها ⁦5 mm/min⁩. ما الزمن الذي يستغرقه المخاط في الانتقال من أسفل القصبة الهوائية إلى أعلاها؟

من العوامل الأخرى التي تزيد من كفاءة تبادل الغازات في عملية الانتشار: جدران الحويصلات الهوائية الرقيقة، وكثافة وجود الشعيرات الدموية على السطوح الخارجية للحويصلات الهوائية، وجدران الأوعية الدموية الرقيقة التي تتيح تبادل الغازات بسهولة. يُبيّن الجدول (1) الآتي مُكوّنات كلّ من هواء الشهيق، وهواء الزفير:

💡 أفسّر: ما أثر نسب الغازات المختلفة في كلّ من هواء الشهيق وهواء الزفير في كفاءة عملية تبادل الغازات؟

💻 أنظم المعلومات التي تعلمتها عن تركيب أجزاء الجهاز التنفسي ووظائفها، ثم أعدّ فيلمًا قصيرًا عنها باستخدام برنامج movie maker، ثم أعرضه أمام زملائي/زميلاتي في الصف.

💡 أفكر: عندما يصل الهواء إلى الرئتين في أثناء الشهيق فإنّه يصبح دافئًا.

ما أثر ذلك في سرعة انتشاره في أثناء تبادل الغازات؟

يحدث تبادل للأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الحويصلات الهوائية والدم في الشعيرات الدموية المحيطة بها؛ إذ ينقل الدم الأكسجين من الرئتين إلى خلايا الجسم، ثم تتبادل خلايا الجسم والدم ثاني أكسيد الكربون والأكسجين، ثم يُنقل ثاني أكسيد الكربون من خلايا الجسم إلى الرئتين، ثم يُطرَح خارج الجسم.

ينتقل الأكسجين في الدم وهو ذائب في البلازما بما نسبته 2% فقط، في حين ينتقل معظمه عن طريق الهيموغلوبين، أنظر الشكل (22).

ويُمكن لذرة الحديد الموجودة في مجموعة الهيم الواحدة الارتباط بجزيء واحد من الأكسجين، ولهذا يُمكن لجزيء واحد من الهيموغلوبين الارتباط بأربعة جزيئات من الأكسجين لتكوين أكسيهيموغلوبين Oxyhemoglobin بحسب المعادلة الآتية:

علمًا أنَّ هذا الارتباط قابل للانعكاس، أنظر الشكل (23).

1. إذا ارتبط جزيء الهيموغلوبين بأربعة جزيئات أكسجين، فإنه يصبح مشبعًا بنسبة 100%. وإذا ارتبط بعدد أقل من الجزيئات، فإن نسبة إشباعه تنخفض.
2. أما إذا كان الأكسجين قليلًا، كما في الأنسجة، فإن الأكسيهيموغلوبين يتفكك، ويتحرر منه الأكسجين، أنظر الشكل (24).

في ما يأتي الحالات التي يُنقل فيها ثاني أكسيد الكربون من خلايا الجسم إلى الدم:

• الذوبان في البلازما (Dissolved in Plasma): يُنقل نحو 7% من ثاني أكسيد الكربون وهو ذائب في البلازما، أنظر الشكل (25/أ).
• الارتباط بالهيموغلوبين (Bounded to Hemoglobin): يُنقل ما نسبته 23% من ثاني أكسيد الكربون عن طريق الارتباط بالهيموغلوبين داخل خلايا الدم الحمراء، مُكوّنًا مركبًا يُسمى الكاربامينوهيموغلوبين (Carbaminohemoglobin). وعند وصول الدم إلى الرئتين يتحرر ثاني أكسيد الكربون في الشعيرات الدموية من الكاربامينوهيموغلوبين، وينتقل من خلايا الدم الحمراء إلى بلازما الدم، ومنها ينتشر إلى الحويصلات الهوائية، ثم إلى خارج الجسم عن طريق الزفير، أنظر الشكل (25/ب).
• أيونات الكربونات الهيدروجينية (HCO3-): يُنقل نحو 70% من ثاني أكسيد الكربون في صورة أيونات الكربونات الهيدروجينية في بلازما الدم؛ إذ يخرج ثاني أكسيد الكربون الذائب في سيتوسول الخلايا إلى السائل النسيجي (Tissue Fluid)، ثم ينتشر في بلازما الدم، ثم يتحد مع الماء داخل خلايا الدم الحمراء مُكوّنًا حمض الكربونيك ($H_{2}CO_{3}$)، أنظر الشكل (25/ج). يحدث هذا التفاعل ببطء شديد، ولكن خلايا الدم الحمراء تحوي إنزيم كربونيك أنهيدريز الذي يُحفز هذا التفاعل، ويُسرّعه كثيرًا كما في المعادلة الآتية:

بعد ذلك يتفكك حمض الكربونيك ($H_{2}CO_{3}$)، وينتج من هذا التفكك أيونات الهيدروجين (H+)، وأيونات الكربونات الهيدروجينية (HCO3-) كما في المعادلة الآتية:

ونظرًا إلى وجود أيونات الهيدروجين المذابة في سيتوسول خلايا الدم الحمراء؛ يتكوّن وسط حمضي يضرّ غالبًا بجسم الإنسان. غير أنَّ للهيموغلوبين قدرة كبيرة على الارتباط بأيونات الهيدروجين؛ ما يُقلّل من ضررها، وبذلك

يعمل الهيموغلوبين بوصفه مُنظّمًا؛ إذ يحافظ على بقاء الرقم الهيدروجيني pH في خلايا الدم الحمراء ثابتًا نسبيًا نتيجة ارتباط أيونات الهيدروجين به مُكوّنًا حمض الهيموغلوبينيك (HHb Haemoglobinic Acid):

تخرج أيونات الكربونات الهيدروجينية السالبة الشحنة من خلايا الدم الحمراء إلى بلازما الدم، ويدخل أيون واحد من الكلوريد (Cl-) مقابل كل أيون من أيونات الكربونات الهيدروجينية (HCO3-) للمحافظة على الاتزان الكهربائي على جانبي غشاء خلية الدم الحمراء، في ما يُعرّف بعملية إزاحة أيونات الكلور (Chloride Shift)، أنظر الشكل (25).

عند وصول الدم إلى الشعيرات الدموية المحيطة بالحويصلات الهوائية، تنتشر أيونات الكربونات الهيدروجينية (HCO3-) من بلازما الدم في الشعيرات الدموية المحيطة بالحويصلات الهوائية إلى خلايا الدم الحمراء، وترتبط بأيونات الهيدروجين مُكوّنة حمض الكربونيك الذي يتفكك، فينتج ماء وثاني أكسيد الكربون، ثم ينتقل ثاني أكسيد الكربون إلى بلازما الدم، ومنها إلى الحويصلات الهوائية، ثم إلى خارج الجسم عن طريق الزفير، أنظر الشكل (26).

رئتا خروف متصلتان بالقصبة الهوائية، صينية تشريح، مقص، قفازات، مسطرة، أدوات تشريح، كأس زجاجية.

• استعمال أدوات التشريح بحذر.
• غسل اليدين بالماء والصابون، أو استعمال مُعقّم اليدين قبل إجراء التجربة وبعدها.

1. ألاحظ شكل الرئتين، ومظهرهما، ولونهما.
2. أقدّر حجم الرئتين باستخدام المسطرة.
3. ألاحظ القصبة الهوائية، وأتفحصها، ثم أدوّن ملاحظاتي.
4. أتفحص الأنابيب التي تدخل الرئتين، وألاحظ كيف تنقسم.
5. ألاحظ الأوعية الدموية التي تدخل الرئتين، وتخرج منهما.
6. أتفحص أي غشاء يحيط بالرئتين.
7. إذا كانت الحنجرة لا تزال متصلة بالرئة، أحاول دفع الهواء في الحنجرة بالضغط عليها بقوة.
8. أجرّب: أقطع جزءًا من أنسجة الرئة، وألاحظ تركيب النسيج المقطوع، ثم أسقطه في كأس فيها ماء، وألاحظ التغيرات التي تطرأ عليه.

1. أصف شكل الرئتين، ومظهرهما، ولونهما.
2. ما الأوعية الدموية الرئيسة التي تدخل الرئتين، وتخرج منهما؟
3. أذكر نوع الغشاء المحيط بالرئة.
4. أتوقع: ما التغيرات التي تطرأ على نسيج الرئتين عند إسقاطه في الماء؟

1. زاد الاعتماد على تقنيات الجراحة الآلية في المستشفيات.
2. ذلك أنها تساعد الأطباء على إجراء عمليات جراحية دقيقة ومُعقدة.
3. وفيها يتحكّم الجراحون/ الجراحات في الجهاز المُخصّص للجراحة عن طريق كاميرا وأذرع ميكانيكية؛ ما يمنحهم رؤية دقيقة جدًا للعضو المصاب.

1. تشمل الأعراض الشائعة: التهاب الحلق، وسيلان الأنف أو احتقانه، والحمى، والسعال، والصداع، وآلام العضلات، والشعور بالتعب الشديد.
2. ويمكن الوقاية منها عن طريق غسل الأيدي باستمرار، وارتداء الكمامات في الأماكن المزدحمة، وتغطية الأنف والفم عند السعال والعطس. ويوصى بأخذ مطعوم الإنفلونزا السنوي.

1. من أسبابه الرئيسة: التدخين، والتعرّض للمواد الكيميائية، والعلاج الإشعاعي المستمر، وتلوّث الهواء.
2. تشمل أعراض الإصابة به: ألمًا في الصدر، وسعالًا مصحوبًا بالدم، وبحّة في الصوت، وصعوبة في التنفس.
3. ويعتمد علاجه على الجراحة، والعلاج الكيميائي أو الإشعاعي.

أشارت نتائج دراسة أعدّها المركز الوطني للسكري والغدد الصم والوراثة، بالتعاون مع كلية الطب في جامعة العلوم والتكنولوجيا الأردنية، إلى ارتفاع معدّلات السمنة في السنوات الأخيرة بالأردن، وازدياد معدّلاتها مع التقدّم في العمر، وبخاصة بين النساء، وكذلك ارتباط السمنة بعدد من الاضطرابات الأيضية والمشكلات الصحية، مثل: السكري من النوع الثاني، وارتفاع ضغط الدم، والكولسترول الضار، وتراكم الدهون الثلاثية على جدران الأوعية الدموية.

1. في عام 2015 م، وافقت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (Food and Drug Administration: FDA) على استخدام جهاز جديد لعلاج السمنة يُمكن به التحكّم في الشعور بالشبع؛ إذ يُرسل الجهاز نبضات كهربائية إلى العصب المبهم، تقطع الإشارة العصبية بين الدماغ والمعدة، فلا تصل رسالة الشعور بالجوع إلى الدماغ.
2. يُزرع الجهاز بعملية جراحية تحت الجلد في البطن، ويُمكن للمريض إعادة شحنه، وتُضبط إعداداته باستخدام وحدات التحكّم الخارجية.

لكل فقرة من الفقرات الآتية أربع إجابات، واحدة فقط صحيحة، أُحدّدها:

1. العاصرة الفؤادية تتحكّم في:

• أ. انتقال الكيموس إلى الأمعاء الدقيقة.
• ب. إغلاق القصبة الهوائية في أثناء عملية البلع.
• ج. انتقال الطعام من المريء إلى المعدة، ومنع ارتداده.
• د. حركة الأمعاء الغليظة في أثناء طرح الفضلات.

2. الغُدّة التي تُفرز مادة لتوفير وسط قاعدي في الأمعاء الدقيقة هي:

• أ. الكبد.
• ب. البنكرياس.
• ج. الحوصلة الصفراوية.
• د. خلايا خاصة في جدار المعدة.

3. تتحوّل الدهون في الأمعاء الدقيقة إلى مستحلب بتأثير:

• أ. اللعاب.
• ب. العصارة المعدية.
• ج. العصارة الصفراوية.
• د. بيكربونات الصوديوم.

4. من العمليات التي تحدث في خلايا الدم الحمراء:

• أ. تحطيم الأجسام الغريبة.
• ب. الانتشار.
• ج. الانقسام.
• د. بناء البروتين.

5. الصف الذي يصف جزيء هيموغلوبين وصفًا صحيحًا في الجدول الآتي هو:

6. الثنائي الذي يحتوي على دم مؤكسج هو:

• أ. الأذين الأيسر، والبطين الأيسر.
• ب. الأذين الأيسر، والبطين الأيمن.
• ج. الأذين الأيمن، والبطين الأيسر.
• د. الأذين الأيمن، والبطين الأيمن.

7. الخلايا التي تكون نواها متعددة الفصوص هي:

• أ. خلايا الدم الحمراء.
• ب. الخلايا وحيدات النوى.
• ج. الخلايا المتعادلة.
• د. الخلايا اللمفية.

8. الوريد الوحيد في جسم الإنسان الذي يحمل الدم المؤكسج، هو:

• أ. الوريد الأجوف العلوي.
• ب. الوريد الأجوف السفلي.
• ج. الوريد الرئوي.
• د. الوريد البابي الكبدي.

يمثّل الرسم الآتي بعض أجزاء الجهاز الهضمي في الإنسان، أدرسه للإجابة عن الأسئلة (9–14):

9. الوظيفة التي يؤدّيها الجزء الذي يمثّله الحرف (أ):

• أ. الهضم.
• ب. تمرير الطعام للمعدة.
• ج. إغلاق القصبة الهوائية.
• د. خلط الطعام باللعاب.

10. الأزواج الرئيسة الثلاثة من الغُدد اللعابية في الفم، هي:

• أ. (أ، ب، جـ).
• ب. (هـ، جـ).
• ج. (أ، جـ، هـ).
• د. (ب، هـ).

11. الدور الذي تقوم به الأجزاء الممثّلة بالحرف (د)، هو:

• أ. طحن الطعام.
• ب. تحريك الطعام.
• ج. تقطيع الطعام وتمزيقه.
• د. تمرير الطعام.

12. الحرف الذي يمثّل الغدة النكافية هو:

• أ. (هـ)
• ب. (جـ)
• ج. (ب)
• د. (أ)

13. الجزء الذي يستخدم الحركة الدودية في دفع الطعام هو:

14. البروتين الذي يحلل الكربوهيدرات المُعقَّدة التركيب، والجزء (الأجزاء) التي تفرزه على الترتيب:

• أ. HCL، (ب+هـ)
• ب. البيبسين، (ب+هـ)
• ج. التربسين، (هـ+جـ)
• د. ألفا أميليز، (هـ+جـ)

15. الجزء من القلب الذي يستقبل الدم المؤكسج (غني بـO₂) من الرئتين، هو:

• أ. البطين الأيمن.
• ب. البطين الأيسر.
• ج. الأذين الأيمن.
• د. الأذين الأيسر.

يمثّل الرسم الآتي تركيب الأوعية الدموية في الإنسان. أدرسه للإجابة عن الأسئلة (16–20):

16. الرمز الذي يمثّل الشريان، هو:

• أ. (أ)
• ب. (ب)
• ج. (جـ)
• د. (د)

17. الرمز الذي يمثّل الشعيرة الدموية، هو:

18. ما يمثّله الرمز (هـ)، هو:

• أ. الشريان.
• ب. الوريد.
• ج. الشعيرة الدموية.
• د. الصمام.

19. ما يمثّله الرمز (ب)، هو:

• أ. الطبقة الخارجية.
• ب. العضلات الملساء.
• ج. الطبقة الداخلية.
• د. النسيج الضام.

20. اتجاه حركة الدم عند عودته إلى القلب في الرسم أعلاه على الترتيب:

• أ. 3، 4، جـ، 2، 1
• ب. 1، 2، جـ، 3، 4
• ج. 3، 4، جـ، 1، 2
• د. 3، 4، جـ

يُسبّب الربو انقباض العضلات الملساء في الشعب الهوائية، ويعمل أحد الأدوية المستخدمة في علاج الربو على انبساط هذه العضلات. أُوضّح كيف يساعد هذا الدواء الأشخاص المصابين بالربو على التنفس بسهولة أكثر.

أدرس الشكل الآتي الذي يُبيّن أعضاء الجهاز الهضمي، ثم أُجيب عن السؤالين التاليين:

• (12-24) h
  • (5) h
• (1-5) h
  • (10) s

1. أكتب في المربع المجاور لكل عضو دوره في عملية الهضم، ومدّة بقاء الطعام فيه إن وجدت.
2. إذا مكث طعام داخل القناة الهضمية ⁦28 h⁩، فما النسبة المئوية للزمن الذي مكث فيه الطعام داخل الأمعاء الدقيقة من إجمالي مدّة عملية الهضم؟

أدرس الشكل التالي الذي يُبيّن نشاط إنزيم البيبسين في هضم البروتين، ثم أُجيب عن السؤالين الآتيين:

• أ. أصف شكل خلية الدم الحمراء.
• ب. أُوضّح التلاؤم بين تركيب خلايا الدم الحمراء ووظيفتها.

يوجد 3 × 10^13 تقريبًا من خلايا الدم الحمراء في الجسم.

إذا كان متوسط إجمالي حجم الدم للأشخاص البالغين ⁦5 L⁩، فما عدد خلايا الدم الحمراء في ⁦1 cm³⁩ من الدم؟

أُفسّر كلًا مما يأتي:

• أ. جدران الشرايين أكثر سُمكًا من جدران الأوردة التي لها الحجم نفسه.
• ب. وجود الصمامات في الأوردة لا في الشرايين.

يوجد 3 × 10^13 تقريبًا من خلايا الدم الحمراء في الجسم، ولكل خلية دم حمراء عمر مُحدّد بـ 120 يومًا قبل إزالتها من الدم.

فما عدد خلايا الدم الحمراء الجديدة التي يجب تصنيعها كل ثانية للحفاظ على العدد الإجمالي ثابتًا؟

أتنبأ: لماذا يحدث تبادل الغازات بين الهواء والدم في الحويصلات الهوائية، ولا يحدث في القصبة الهوائية؟

تؤدي إصابة الشخص ببعض الأمراض إلى إفرازه مخاطًا أكثر لزوجة من مخاط الشخص السليم. أتوقّع بعض المشكلات الناجمة عن ذلك.