معلومة

8.4: عملية التنفس - علم الأحياء


أهداف التعلم

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على:

  • صف الآليات التي تدفع التنفس
  • ناقش كيف يرتبط الضغط والحجم والمقاومة
  • قائمة بالخطوات المتبعة في التهوية الرئوية
  • ناقش العوامل الجسدية المتعلقة بالتنفس
  • ناقش معنى حجم وقدرات الجهاز التنفسي
  • تحديد معدل التنفس
  • حدد الآليات الكامنة وراء التحكم في التنفس
  • وصف مراكز الجهاز التنفسي في النخاع المستطيل
  • وصف مراكز الجهاز التنفسي في الجسر
  • ناقش العوامل التي يمكن أن تؤثر على معدل التنفس

التهوية الرئوية هو فعل التنفس ، والذي يمكن وصفه بأنه حركة الهواء داخل وخارج الرئتين. الآليات الرئيسية التي تدفع التهوية الرئوية هي الضغط الجوي (صماكينة الصراف الآلي) ؛ ضغط الهواء داخل الحويصلات الهوائية ، ويسمى الضغط السنخي (صألف) ؛ والضغط داخل التجويف الجنبي ، يسمى الضغط داخل الجنبة (صIP).

آليات التنفس

تعتمد الضغوط السنخية والجافية على بعض السمات الجسدية للرئة. ومع ذلك ، فإن القدرة على التنفس - لدخول الهواء إلى الرئتين أثناء الشهيق وترك الهواء يغادر الرئتين أثناء الزفير - تعتمد على ضغط الهواء في الغلاف الجوي وضغط الهواء داخل الرئتين.

علاقات الضغط

يعتمد الشهيق (أو الاستنشاق) والزفير (أو الزفير) على الاختلافات في الضغط بين الغلاف الجوي والرئتين. في الغاز ، الضغط هو قوة ناتجة عن حركة جزيئات الغاز المحصورة. على سبيل المثال ، يحتوي عدد معين من جزيئات الغاز في حاوية سعة 2 لتر على مساحة أكبر من نفس العدد من جزيئات الغاز في حاوية سعة لتر واحد. في هذه الحالة ، تكون القوة التي تمارسها حركة جزيئات الغاز على جدران الحاوية سعة 2 لترًا أقل من القوة التي تمارسها جزيئات الغاز في الحاوية سعة لتر واحد. لذلك ، يكون الضغط أقل في الحاوية سعة 2 لتر وأعلى في الحاوية سعة لتر واحد. عند درجة حرارة ثابتة ، يؤدي تغيير الحجم الذي يشغله الغاز إلى تغيير الضغط ، وكذلك تغيير عدد جزيئات الغاز. قانون بويل يصف العلاقة بين الحجم والضغط في غاز عند درجة حرارة ثابتة. اكتشف بويل أن ضغط الغاز يتناسب عكسياً مع حجمه: إذا زاد الحجم ، ينخفض ​​الضغط. وبالمثل ، إذا انخفض الحجم ، يزداد الضغط. الضغط والحجم يرتبطان عكسيا . لذلك ، فإن الضغط في الحاوية سعة لتر واحد (نصف حجم الحاوية سعة 2 لتر) سيكون ضعف الضغط في الحاوية سعة 2 لتر. يتم التعبير عن قانون بويل بالصيغة التالية:

ص1الخامس1 = ص2الخامس2

في هذه الصيغة ، ص1 يمثل الضغط الأولي و الخامس1 يمثل الحجم الأولي ، في حين يتم تمثيل الضغط والحجم النهائيين ص2 و الخامس2، على التوالى. إذا تم توصيل الحاويات سعة 2 لتر و 1 لتر بواسطة أنبوب وتم تغيير حجم إحدى الحاويات ، فإن الغازات ستنتقل من ضغط أعلى (حجم أقل) إلى ضغط منخفض (حجم أعلى).

تعتمد التهوية الرئوية على ثلاثة أنواع من الضغط: الضغط الجوي ، وداخل السنخية ، وبين الجنبة. الضغط الجوي هو مقدار القوة التي تمارسها الغازات في الهواء المحيط بأي سطح معين ، مثل الجسم. يمكن التعبير عن الضغط الجوي من حيث وحدة الغلاف الجوي ، أو اختصار atm ، أو بوحدة ملليمتر من الزئبق (mm Hg). واحد atm يساوي 760 ملم زئبق ، وهو الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر. عادة ، بالنسبة للتنفس ، تتم مناقشة قيم الضغط الأخرى فيما يتعلق بالضغط الجوي. لذلك ، الضغط السلبي هو ضغط أقل من الضغط الجوي ، في حين أن الضغط الإيجابي هو ضغط أكبر من الضغط الجوي. يتم التعبير عن الضغط الذي يساوي الضغط الجوي على أنه صفر.

الضغط داخل السنخية هو ضغط الهواء داخل الحويصلات ، والذي يتغير خلال مراحل التنفس المختلفة (الشكل 2). نظرًا لأن الحويصلات الهوائية متصلة بالغلاف الجوي عبر أنابيب المسالك الهوائية (على غرار الحاويات سعة 2 لتر واحد لتر في المثال أعلاه) ، فإن الضغط الرئوي للحويصلات الهوائية دائمًا ما يعادل الضغط الجوي.

الضغط داخل الجنبة هو ضغط الهواء داخل التجويف الجنبي ، بين الجنبة الحشوية والجدارية. على غرار الضغط داخل السنخ ، يتغير الضغط داخل الجنبة أيضًا خلال مراحل التنفس المختلفة. ومع ذلك ، نظرًا لخصائص معينة للرئتين ، يكون الضغط داخل الجنبة دائمًا أقل من الضغط داخل السنخية أو سلبيًا له (وبالتالي الضغط الجوي أيضًا). على الرغم من أنه يتقلب أثناء الشهيق والزفير ، يظل الضغط داخل الجنبة حوالي -4 ملم زئبق طوال دورة التنفس.

تتسبب القوى المتنافسة داخل القفص الصدري في تكوين الضغط السلبي داخل الجنبة. ترتبط إحدى هذه القوى بمرونة الرئتين - فالأنسجة المرنة تسحب الرئتين إلى الداخل بعيدًا عن جدار الصدر. التوتر السطحي للسائل السنخي ، والذي يتكون في الغالب من الماء ، يخلق أيضًا سحبًا داخليًا لأنسجة الرئة. يتم مواجهة هذا التوتر الداخلي من الرئتين من خلال قوى متعارضة من السائل الجنبي وجدار الصدر. التوتر السطحي داخل التجويف الجنبي يسحب الرئتين للخارج. إن كثرة السائل البِلّوري أو النقص فيه من شأنه أن يعيق خلق الضغط السلبي داخل الجنبة ؛ لذلك ، يجب مراقبة المستوى عن كثب بواسطة الخلايا الظهارية واستنزافها بواسطة الجهاز اللمفاوي. نظرًا لأن غشاء الجنب الجداري متصل بجدار الصدر ، فإن المرونة الطبيعية لجدار الصدر تتعارض مع السحب الداخلي للرئتين. في النهاية ، يكون السحب إلى الخارج أكبر قليلاً من السحب الداخلي ، مما ينتج عنه ضغط داخل الجنبة بمقدار 4 مم زئبق بالنسبة إلى الضغط داخل السنخ. الضغط عبر الرئوي هو الفرق بين الضغط داخل الجنبة والضغوط داخل السنخية ، ويحدد حجم الرئتين. يتوافق الضغط الرئوي الأعلى مع حجم الرئة الأكبر.

العوامل الفيزيائية التي تؤثر على التهوية

بالإضافة إلى الاختلافات في الضغوط ، يعتمد التنفس أيضًا على تقلص واسترخاء ألياف العضلات في كل من الحجاب الحاجز والصدر. تكون الرئتان سلبيتين أثناء التنفس ، مما يعني أنهما لا تشاركان في خلق الحركة التي تساعد على الشهيق والزفير. هذا بسبب الطبيعة اللاصقة للسائل الجنبي ، والذي يسمح بسحب الرئتين إلى الخارج عندما يتحرك جدار الصدر أثناء الشهيق. يؤدي ارتداد جدار الصدر أثناء الزفير إلى ضغط الرئتين. يسبب تقلص واسترخاء الحجاب الحاجز والعضلات الوربية (الموجودة بين الضلوع) معظم تغيرات الضغط التي تؤدي إلى الشهيق والزفير. تؤدي حركات العضلات وتغيرات الضغط اللاحقة إلى اندفاع الهواء إلى الرئتين أو إجباره على الخروج من الرئتين.

تؤثر الخصائص الأخرى للرئتين على الجهد المبذول للتهوية. المقاومة هي القوة التي تبطئ الحركة ، في هذه الحالة ، تدفق الغازات. حجم مجرى الهواء هو العامل الأساسي الذي يؤثر على المقاومة. يجبر قطر أنبوبي صغير الهواء عبر مساحة أصغر ، مما يتسبب في تصادم المزيد من جزيئات الهواء مع جدران الممرات الهوائية. تساعد الصيغة التالية في وصف العلاقة بين مقاومة مجرى الهواء وتغيرات الضغط:

كما ذكرنا سابقًا ، هناك توتر سطحي داخل الحويصلات الهوائية ناتج عن الماء الموجود في بطانة الحويصلات الهوائية. يميل التوتر السطحي هذا إلى منع تمدد الحويصلات الهوائية. ومع ذلك ، فإن الفاعل بالسطح الرئوي الذي تفرزه الخلايا السنخية من النوع الثاني يختلط مع ذلك الماء ويساعد في تقليل التوتر السطحي. بدون الفاعل بالسطح الرئوي ، سوف تنهار الحويصلات الهوائية أثناء الزفير.

امتثال جدار الصدر هي قدرة جدار الصدر على التمدد أثناء الضغط. يمكن أن يؤثر هذا أيضًا على الجهد المبذول في عملية التنفس. ولكي يحدث الإلهام ، يجب أن يتمدد التجويف الصدري. يؤثر تمدد التجويف الصدري بشكل مباشر على قدرة الرئتين على التمدد. إذا كانت أنسجة جدار الصدر غير متوافقة تمامًا ، فسيكون من الصعب توسيع الصدر لزيادة حجم الرئتين.

التهوية الرئوية

يقود الاختلاف في الضغوط التهوية الرئوية لأن الهواء يتدفق إلى أسفل منحدر ضغط ، أي أن الهواء يتدفق من منطقة ذات ضغط أعلى إلى منطقة ذات ضغط منخفض. يتدفق الهواء إلى الرئتين إلى حد كبير بسبب اختلاف الضغط ؛ الضغط الجوي أكبر من الضغط داخل السنخية ، والضغط داخل السنخية أكبر من الضغط داخل الجنبة. يتدفق الهواء من الرئتين أثناء الزفير بناءً على نفس المبدأ ؛ يصبح الضغط داخل الرئتين أكبر من الضغط الجوي.

تتكون التهوية الرئوية من خطوتين رئيسيتين: الشهيق والزفير. إلهام هي العملية التي تتسبب في دخول الهواء إلى الرئتين ، و انتهاء الصلاحية هي العملية التي تجعل الهواء يخرج من الرئتين (الشكل 3). أ دورة التنفس هو تسلسل واحد من الشهيق والانتهاء. بشكل عام ، يتم استخدام مجموعتين من العضلات أثناء الشهيق الطبيعي: الحجاب الحاجز والعضلات الوربية الخارجية. يمكن استخدام عضلات إضافية إذا لزم التنفس بشكل أكبر. عندما ينقبض الحجاب الحاجز ، فإنه يتحرك بشكل أدنى نحو تجويف البطن ، مما يخلق تجويفًا صدريًا أكبر ومساحة أكبر للرئتين. يؤدي تقلص العضلات الوربية الخارجية إلى تحريك الأضلاع للأعلى وللخارج ، مما يتسبب في تمدد القفص الصدري ، مما يزيد من حجم التجويف الصدري. بسبب القوة اللاصقة للسائل الجنبي ، فإن تمدد التجويف الصدري يجبر الرئتين على التمدد والتوسع أيضًا. تؤدي هذه الزيادة في الحجم إلى انخفاض الضغط داخل السنخ ، مما يؤدي إلى ضغط أقل من الضغط الجوي. نتيجة لذلك ، يتم إنشاء تدرج ضغط يدفع الهواء إلى الرئتين.

عملية الزفير الطبيعي هي عملية سلبية ، مما يعني أن الطاقة ليست مطلوبة لدفع الهواء خارج الرئتين. بدلاً من ذلك ، تتسبب مرونة أنسجة الرئة في ارتداد الرئة ، حيث يرتاح الحجاب الحاجز والعضلات الوربية بعد الإلهام. في المقابل ، ينخفض ​​حجم التجويف الصدري والرئتين ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط الرئوي. يرتفع الضغط بين الرئتين فوق الضغط الجوي ، مما يخلق تدرجًا في الضغط يتسبب في مغادرة الهواء للرئتين.

هناك أنواع أو أوضاع مختلفة للتنفس تتطلب عملية مختلفة قليلاً للسماح بالاستنشاق والزفير. التنفس الهادئ، المعروف أيضًا باسم eupnea ، هو نمط من التنفس يحدث أثناء الراحة ولا يتطلب التفكير المعرفي للفرد. أثناء التنفس الهادئ ، يجب أن يتقلص الحجاب الحاجز والأضلاع الخارجية.

يتطلب التنفس العميق ، الذي يسمى التنفس الحجابي ، انقباض الحجاب الحاجز. عندما يرتاح الحجاب الحاجز ، يغادر الهواء الرئتين بشكل سلبي. التنفس الضحل ، الذي يسمى التنفس الساحلي ، يتطلب تقلص العضلات الوربية. عندما تسترخي العضلات الوربية ، يغادر الهواء الرئتين بشكل سلبي.

فى المقابل، التنفس القسري، المعروف أيضًا باسم فرط التنفس ، هو نمط من التنفس يمكن أن يحدث أثناء التمرين أو الإجراءات التي تتطلب التلاعب النشط بالتنفس ، مثل الغناء. أثناء التنفس القسري ، يحدث كل من الشهيق والزفير بسبب تقلصات العضلات. بالإضافة إلى تقلص الحجاب الحاجز والعضلات الوربية ، يجب أن تنقبض العضلات الملحقة الأخرى أيضًا. أثناء الشهيق القسري ، تتقلص عضلات الرقبة ، بما في ذلك المقاييس ، وترفع جدار الصدر ، مما يزيد من حجم الرئة. أثناء الزفير القسري ، تنقبض عضلات البطن الملحقة ، بما في ذلك العضلة المائلة ، مما يدفع أعضاء البطن إلى الأعلى مقابل الحجاب الحاجز. يساعد ذلك على دفع الحجاب الحاجز إلى داخل القفص الصدري ودفع المزيد من الهواء للخارج. بالإضافة إلى ذلك ، تساعد العضلات الملحقة (بشكل أساسي العضلات الوربية الداخلية) على ضغط القفص الصدري ، مما يقلل أيضًا من حجم التجويف الصدري.

أحجام وقدرات الجهاز التنفسي

حجم الجهاز التنفسي هو المصطلح المستخدم للأحجام المختلفة من الهواء التي تحركها أو ترتبط بالرئتين في نقطة معينة من الدورة التنفسية. هناك أربعة أنواع رئيسية من أحجام الجهاز التنفسي: المد والجزر ، والمتبقي ، والاحتياطي الشهيق ، والاحتياطي الزفير (الشكل 4).

حجم المد والجزر (تلفزيون) هي كمية الهواء التي تدخل عادة إلى الرئتين أثناء التنفس الهادئ ، والتي تبلغ حوالي 500 مليلتر. حجم احتياطي الزفير (ERV) هي كمية الهواء التي يمكنك إخراجها بقوة بعد انتهاء المد والجزر الطبيعي ، حتى 1200 مليلتر للرجال. حجم احتياطي الشهيق (IRV) يتم إنتاجه عن طريق الاستنشاق العميق ، بعد إلهام المد والجزر. هذا هو الحجم الإضافي الذي يمكن إدخاله إلى الرئتين أثناء الشهيق القسري. الحجم المتبقي (RV) هو الهواء المتبقي في الرئتين إذا قمت بإخراج أكبر قدر ممكن من الهواء. الحجم المتبقي يجعل التنفس أسهل عن طريق منع انهيار الحويصلات الهوائية. يعتمد حجم الجهاز التنفسي على مجموعة متنوعة من العوامل ، ويمكن أن يوفر قياس الأنواع المختلفة من أحجام الجهاز التنفسي أدلة مهمة حول صحة الجهاز التنفسي للشخص (انظر الجدول 1).

الجدول 1. اختبار وظائف الرئة
اختبار وظائف الرئةأداةالإجراءاتوظيفة
قياس التنفسمقياس التنفسالسعة الحيوية القسرية (FVC)حجم الهواء الذي يتم زفيره بعد أقصى استنشاق
حجم الزفير القسري (FEV)حجم الهواء الزفير في نفس واحد
تدفق الزفير القسري ، 25-75تدفق الهواء في منتصف الزفير
ذروة تدفق الزفير (PEF)معدل الزفير
التهوية الطوعية القصوى (MVV)حجم الهواء الذي يتم إلهامه وتنتهي صلاحيته في دقيقة واحدة
قدرة حيوية بطيئة (SVC)حجم الهواء الذي يمكن زفيره ببطء بعد استنشاقه بعد حجم المد والجزر
سعة الرئة الكلية (TLC)حجم الهواء في الرئتين بعد أقصى استنشاق
القدرة الوظيفية المتبقية (FRC)حجم الهواء المتبقي في الرئتين بعد الزفير الطبيعي
الحجم المتبقي (RV)حجم الهواء في الرئتين بعد الزفير الأقصى
سعة الرئة الكلية (TLC)الحجم الأقصى للهواء الذي يمكن أن تحتفظ به الرئتان
حجم احتياطي الزفير (ERV)حجم الهواء الذي يمكن زفيره بعد الزفير الطبيعي
انتشار الغازمحلل غازات الدمغازات الدم الشريانيتركيز الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم

السعة التنفسية هي مزيج من حجمين أو أكثر من الأحجام المختارة ، والتي تصف كذلك كمية الهواء في الرئتين خلال فترة زمنية معينة. على سبيل المثال ، إجمالي سعة الرئة (TLC) هو مجموع أحجام الرئة (TV و ERV و IRV و RV) ، والتي تمثل إجمالي كمية الهواء التي يمكن للشخص الاحتفاظ بها في الرئتين بعد الاستنشاق القوي. تبلغ كمية TLC حوالي 6000 مل من الهواء للرجال ، وحوالي 4200 مل للنساء. السعة الحيوية (VC) هي كمية الهواء التي يمكن للشخص أن ينتقل إليها داخل أو خارج رئتيه ، وهي مجموع كل الأحجام باستثناء الحجم المتبقي (TV ، و ERV ، و IRV) ، والذي يتراوح بين 4000 و 5000 ملليلتر. سعة الشهيق (IC) هي أقصى كمية من الهواء يمكن استنشاقها بعد انتهاء المد والجزر الطبيعي ، وهي مجموع حجم المد والجزر وحجم احتياطي الشهيق. من ناحية أخرى ، فإن القدرة الوظيفية المتبقية (FRC) هي كمية الهواء التي تبقى في الرئة بعد انتهاء المد والجزر الطبيعي ؛ هو مجموع حجم احتياطي الزفير والحجم المتبقي.

شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد عن أحجام الرئة ومقاييس التنفس. اشرح كيف يمكن استخدام نتائج اختبار قياس التنفس لتشخيص أمراض الجهاز التنفسي أو تحديد فعالية علاج المرض.

تم استبعاد عنصر YouTube من هذا الإصدار من النص. يمكنك مشاهدته على الإنترنت هنا: pb.libretexts.org/aapii/؟p=132

بالإضافة إلى الهواء الذي يخلق أحجامًا تنفسية ، يحتوي الجهاز التنفسي أيضًا على مساحة تشريحية ميتة ، وهو الهواء الموجود في مجرى الهواء الذي لا يصل أبدًا إلى الحويصلات الهوائية وبالتالي لا يشارك أبدًا في تبادل الغازات. الفضاء الميت السنخي يتضمن الهواء الموجود داخل الحويصلات الهوائية غير القادرة على العمل ، مثل تلك المتأثرة بالمرض أو تدفق الدم غير الطبيعي. إجمالي المساحة الميتة هو الفضاء الميت التشريحي والفضاء الميت السنخي معًا ، ويمثل كل الهواء في الجهاز التنفسي الذي لا يتم استخدامه في عملية تبادل الغازات.

معدل التنفس والتحكم في التهوية

يحدث التنفس عادة دون تفكير ، على الرغم من أنه في بعض الأحيان يمكنك التحكم فيه بوعي ، مثل عندما تسبح تحت الماء أو تغني أغنية أو تنفخ الفقاعات. معدل التنفس هو إجمالي عدد مرات التنفس ، أو دورات التنفس ، التي تحدث كل دقيقة. يمكن أن يكون معدل التنفس مؤشرًا مهمًا للمرض ، حيث قد يزيد المعدل أو ينقص أثناء المرض أو في حالة المرض. يتم التحكم في معدل التنفس من خلال مركز الجهاز التنفسي الموجود داخل النخاع المستطيل في الدماغ ، والذي يستجيب بشكل أساسي للتغيرات في مستويات ثاني أكسيد الكربون والأكسجين ودرجة الحموضة في الدم.

ينخفض ​​معدل التنفس الطبيعي للطفل منذ الولادة وحتى سن المراهقة. يبلغ معدل التنفس الطبيعي للطفل الذي يقل عمره عن سنة واحدة بين 30 و 60 نفسًا في الدقيقة ، ولكن عندما يبلغ الطفل حوالي 10 سنوات ، يكون المعدل الطبيعي أقرب إلى 18 إلى 30 عامًا. في سن المراهقة ، يكون معدل التنفس الطبيعي هو على غرار البالغين ، من 12 إلى 18 نفسًا في الدقيقة.

مراكز التحكم في التهوية

يعد التحكم في التهوية تفاعلًا معقدًا لمناطق متعددة في الدماغ تشير إلى انقباض العضلات المستخدمة في التهوية الرئوية (الجدول 2). وتكون النتيجة عادةً معدل تهوية منتظم ومتسق يزود الجسم بكميات كافية من الأكسجين ، بينما يزيل ثاني أكسيد الكربون بشكل كافٍ.

الجدول 2. ملخص لائحة التهوية
مكون النظاموظيفة
مستأجر الجهاز التنفسي النخاعييضبط الإيقاع الأساسي للتنفس
مجموعة الجهاز التنفسي البطني (VRG)يولد إيقاع التنفس ويدمج البيانات القادمة إلى النخاع
المجموعة التنفسية الظهرية (DRG)يدمج المدخلات من مستقبلات التمدد والمستقبلات الكيميائية في المحيط
مجموعة الجهاز التنفسي البابوية (PRG)يؤثر ويعدل وظائف النخاع المستطيل
جسم الأبهريراقب الدم PCO2، ص2، ودرجة الحموضة
جسم الشريان السباتييراقب الدم PCO2، ص2، ودرجة الحموضة
الغدة النخاميةيراقب الحالة العاطفية ودرجة حرارة الجسم
المناطق القشرية للدماغتحكم في التنفس الإرادي
المستقبِلاتأرسل نبضات بخصوص حركات المفاصل والعضلات
ردود الفعل الرئوية المهيجةحماية مناطق الجهاز التنفسي للنظام من المواد الغريبة
منعكس التضخميحمي الرئتين من الانتفاخ الزائد

الخلايا العصبية التي تعصب عضلات الجهاز التنفسي هي المسؤولة عن التحكم في التهوية الرئوية وتنظيمها. مراكز الدماغ الرئيسية المشاركة في التهوية الرئوية هي النخاع المستطيل ومجموعة الجهاز التنفسي الجسري (الشكل 5).

يحتوي النخاع المستطيل على المجموعة التنفسية الظهرية (DRG) والمجموعة التنفسية البطنية (VRG).يشارك DRG في الحفاظ على إيقاع تنفس ثابت عن طريق تحفيز عضلات الحجاب الحاجز والعضلات الوربية على الانقباض ، مما يؤدي إلى الإلهام. عندما يتوقف النشاط في DRG ، فإنه لم يعد يحفز الحجاب الحاجز والعضلات الوربية على الانقباض ، مما يسمح لهم بالاسترخاء ، مما يؤدي إلى انتهاء الصلاحية. يشارك VRG في التنفس القسري ، حيث تعمل الخلايا العصبية في VRG على تحفيز العضلات الإضافية المشاركة في التنفس القسري للانقباض ، مما يؤدي إلى الإلهام القسري. يحفز VRG أيضًا العضلات الملحقة المتضمنة في انقباض الزفير القسري.

يقع المركز التنفسي الثاني للدماغ داخل الجسور ، وتسمى مجموعة الجهاز التنفسي الجسري ، وتتكون من مراكز توقف التنفس ومراكز التنفس. مركز انقطاع التنفس هو مجموعة مزدوجة من أجسام الخلايا العصبية التي تحفز الخلايا العصبية في DRG ، وتتحكم في عمق الإلهام ، خاصة للتنفس العميق. مركز استرواح الهواء هو شبكة من الخلايا العصبية التي تمنع نشاط الخلايا العصبية في DRG ، مما يسمح بالاسترخاء بعد الشهيق ، وبالتالي التحكم في المعدل العام.

العوامل التي تؤثر على معدل وعمق التنفس

يتم تنظيم معدل التنفس وعمق الشهيق من خلال النخاع المستطيل والجسور ؛ ومع ذلك ، فإن هذه المناطق من الدماغ تفعل ذلك استجابة لمحفزات جهازية. إنها علاقة جرعة - استجابة ، وردود فعل إيجابية ، وكلما زاد الحافز ، زادت الاستجابة. وبالتالي ، تؤدي زيادة المنبهات إلى التنفس القسري. عوامل جهازية متعددة تشارك في تحفيز الدماغ لإنتاج التهوية الرئوية.

من المستغرب أن العامل الرئيسي الذي يحفز النخاع المستطيل والجسر لإنتاج التنفس ليس تركيز الأكسجين ، بل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الدم. كما تتذكر ، فإن ثاني أكسيد الكربون هو منتج نفايات للتنفس الخلوي ويمكن أن يكون سامًا. يتم استشعار تركيزات المواد الكيميائية بواسطة المستقبلات الكيميائية. المستقبل الكيميائي المركزي هو أحد المستقبلات المتخصصة الموجودة في الدماغ وجذع الدماغ ، في حين أن المستقبل الكيميائي المحيطي هو أحد المستقبلات المتخصصة الموجودة في الشرايين السباتية والقوس الأبهري. تغيرات التركيز في بعض المواد ، مثل ثاني أكسيد الكربون أو أيونات الهيدروجين ، تحفز هذه المستقبلات ، والتي بدورها تشير إلى مراكز التنفس في الدماغ. في حالة ثاني أكسيد الكربون ، مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الدم ، ينتشر بسهولة عبر الحاجز الدموي الدماغي ، حيث يتجمع في السائل خارج الخلية. كما سيتم شرحه بمزيد من التفصيل لاحقًا ، تؤدي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة مستويات أيونات الهيدروجين وتقليل الرقم الهيدروجيني. تؤدي الزيادة في أيونات الهيدروجين في الدماغ إلى تحفيز المستقبلات الكيميائية المركزية لتحفيز مراكز الجهاز التنفسي لبدء تقلص الحجاب الحاجز والعضلات الوربية. ونتيجة لذلك ، يزداد معدل وعمق التنفس ، مما يسمح بطرد المزيد من ثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى إدخال المزيد من الهواء إلى الرئتين وخارجهما مما يؤدي إلى انخفاض مستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم ، وبالتالي أيونات الهيدروجين في الدم. في المقابل ، يؤدي انخفاض مستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم إلى انخفاض مستويات أيونات الهيدروجين في الدماغ ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل وعمق التهوية الرئوية ، مما ينتج عنه تنفس ضحل وبطيء.

هناك عامل آخر له دور في التأثير على نشاط الجهاز التنفسي للدماغ وهو التركيزات النظامية لأيونات الهيدروجين في الشرايين. يمكن أن تؤدي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة مستويات H + ، كما ذكر أعلاه ، بالإضافة إلى الأنشطة الأيضية الأخرى ، مثل تراكم حمض اللاكتيك بعد التمرينات الشاقة. تستشعر المستقبلات الكيميائية الطرفية للقوس الأبهري والشرايين السباتية مستويات أيونات الهيدروجين في الشرايين. عندما تشعر المستقبلات الكيميائية الطرفية بانخفاض أو زيادة حمضية مستويات الأس الهيدروجيني ، فإنها تحفز على زيادة التهوية لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الدم بمعدل أسرع. تساعد إزالة ثاني أكسيد الكربون من الدم على تقليل أيونات الهيدروجين ، وبالتالي زيادة درجة الحموضة الجهازية.

مستويات الأكسجين في الدم مهمة أيضًا في التأثير على معدل التنفس. المستقبلات الكيميائية الطرفية مسؤولة عن استشعار التغيرات الكبيرة في مستويات الأكسجين في الدم. إذا أصبحت مستويات الأكسجين في الدم منخفضة جدًا - حوالي 60 ملم زئبق أو أقل - فإن المستقبلات الكيميائية الطرفية تحفز زيادة نشاط الجهاز التنفسي. المستقبلات الكيميائية قادرة فقط على استشعار جزيئات الأكسجين المذابة ، وليس الأكسجين المرتبط بالهيموجلوبين. كما تتذكر ، فإن غالبية الأكسجين مرتبط بالهيموجلوبين. عندما تنخفض مستويات الأكسجين المذابة ، يطلق الهيموجلوبين الأكسجين. لذلك ، هناك حاجة إلى انخفاض كبير في مستويات الأكسجين لتحفيز المستقبلات الكيميائية للقوس الأبهري والشرايين السباتية.

تلعب منطقة ما تحت المهاد ومناطق الدماغ الأخرى المرتبطة بالجهاز الحوفي أيضًا أدوارًا في التأثير على تنظيم التنفس من خلال التفاعل مع مراكز الجهاز التنفسي. تشارك منطقة ما تحت المهاد والمناطق الأخرى المرتبطة بالجهاز الحوفي في تنظيم التنفس استجابةً للعواطف والألم ودرجة الحرارة. على سبيل المثال ، تؤدي زيادة درجة حرارة الجسم إلى زيادة معدل التنفس. الشعور بالإثارة أو استجابة القتال أو الهروب سيؤدي أيضًا إلى زيادة معدل التنفس.

اضطرابات الجهاز التنفسي: انقطاع النفس النومي

انقطاع النفس النومي هو اضطراب مزمن يمكن أن يحدث عند الأطفال أو البالغين ، ويتميز بانقطاع التنفس أثناء النوم. قد تستمر هذه النوبات لعدة ثوانٍ أو عدة دقائق ، وقد تختلف في معدل تكرارها. يؤدي انقطاع النفس أثناء النوم إلى قلة النوم ، وهو ما ينعكس في أعراض التعب ، والقيلولة في المساء ، والتهيج ، ومشاكل الذاكرة ، والصداع الصباحي. بالإضافة إلى ذلك ، يعاني العديد من الأشخاص المصابين بانقطاع النفس النومي من جفاف الحلق في الصباح بعد الاستيقاظ من النوم ، والذي قد يكون بسبب الشخير المفرط.

هناك نوعان من انقطاع النفس النومي: انقطاع النفس الانسدادي النومي وانقطاع النفس النومي المركزي. يحدث انقطاع النفس الانسدادي النومي بسبب انسداد مجرى الهواء أثناء النوم ، والذي يمكن أن يحدث في نقاط مختلفة في مجرى الهواء ، اعتمادًا على السبب الكامن وراء الانسداد. على سبيل المثال ، قد ترتخي عضلات اللسان والحلق لبعض الأفراد المصابين بانقطاع النفس الانسدادي النومي بشكل مفرط ، مما يتسبب في دفع العضلات إلى مجرى الهواء. مثال آخر هو السمنة ، وهي عامل خطر معروف لتوقف التنفس أثناء النوم ، حيث أن الأنسجة الدهنية الزائدة في منطقة الرقبة يمكن أن تدفع الأنسجة الرخوة نحو تجويف مجرى الهواء ، مما يؤدي إلى تضييق القصبة الهوائية.

في انقطاع النفس النومي المركزي ، لا تستجيب المراكز التنفسية للدماغ بشكل صحيح لارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون وبالتالي لا تحفز تقلص الحجاب الحاجز والعضلات الوربية بانتظام. ونتيجة لذلك ، لا يحدث الشهيق ويتوقف التنفس لفترة قصيرة. في بعض الحالات ، يكون سبب الإصابة بانقطاع النفس النومي المركزي غير معروف. ومع ذلك ، فإن بعض الحالات الطبية ، مثل السكتة الدماغية وفشل القلب الاحتقاني ، قد تسبب تلفًا في الجسر أو النخاع المستطيل. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لبعض العوامل الدوائية ، مثل المورفين ، أن تؤثر على مراكز الجهاز التنفسي ، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التنفس. تتشابه أعراض انقطاع النفس النومي المركزي مع أعراض انقطاع النفس الانسدادي النومي.

عادة ما يتم تشخيص الإصابة بانقطاع التنفس أثناء النوم أثناء دراسة النوم ، حيث تتم مراقبة المريض في معمل النوم لعدة ليال. يتم مراقبة مستويات الأكسجين في الدم ومعدل ضربات القلب ومعدل التنفس وضغط الدم ، وكذلك نشاط الدماغ وحجم الهواء الذي يتم استنشاقه وزفيره. عادة ما يتضمن علاج انقطاع النفس النومي استخدام جهاز يسمى جهاز ضغط مجرى الهواء الإيجابي المستمر (CPAP) أثناء النوم. تحتوي آلة ضغط المجرى الهوائي الإيجابي المستمر على قناع يغطي الأنف ، أو الأنف والفم ، ويدفع الهواء إلى مجرى الهواء على فترات منتظمة. يمكن أن يساعد هذا الهواء المضغوط في إجبار مجرى الهواء برفق على أن يظل مفتوحًا ، مما يسمح بحدوث المزيد من التهوية الطبيعية. تشمل العلاجات الأخرى تغييرات في نمط الحياة لتقليل الوزن ، والتخلص من الكحول والأدوية الأخرى لتوقف التنفس أثناء النوم ، والتغييرات في وضع النوم. بالإضافة إلى هذه العلاجات ، قد يحتاج مرضى انقطاع النفس النومي المركزي إلى أكسجين إضافي أثناء النوم.

مراجعة الفصل

التهوية الرئوية هي عملية التنفس التي تحركها اختلافات الضغط بين الرئتين والجو. الضغط الجوي هو القوة التي تمارسها الغازات الموجودة في الغلاف الجوي. تسمى القوة التي تمارسها الغازات داخل الحويصلات الهوائية بالضغط داخل السنخ (داخل الرئة) ، في حين أن القوة التي تمارسها الغازات في التجويف الجنبي تسمى الضغط داخل الجنبة. عادةً ما يكون الضغط داخل الجنبة أقل أو سلبيًا من الضغط داخل السنخية. يسمى الفرق في الضغط بين الضغط داخل الجنبة والضغوط داخل السنخ بالضغط عبر الرئوي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الضغط داخل السنخية سوف يتساوى مع الضغط الجوي. يتحدد الضغط بحجم المساحة التي يشغلها الغاز ويتأثر بالمقاومة. يتدفق الهواء عند إنشاء تدرج ضغط ، من مساحة ذات ضغط أعلى إلى مساحة ذات ضغط أقل. يصف قانون بويل العلاقة بين الحجم والضغط. يكون الغاز عند ضغط منخفض في حجم أكبر لأن جزيئات الغاز لديها مساحة أكبر للتحرك فيها. تؤدي نفس الكمية من الغاز في حجم أصغر إلى ازدحام جزيئات الغاز معًا ، مما يؤدي إلى زيادة الضغط.

يتم إنشاء المقاومة من خلال الأسطح غير المرنة ، وكذلك قطر الشعب الهوائية. المقاومة تقلل من تدفق الغازات. يؤثر التوتر السطحي للحويصلات الهوائية أيضًا على الضغط ، لأنه يعارض تمدد الحويصلات الهوائية. ومع ذلك ، فإن الفاعل بالسطح الرئوي يساعد على تقليل التوتر السطحي بحيث لا تنهار الحويصلات الهوائية أثناء الزفير. تلعب قدرة الرئتين على التمدد ، والتي تسمى امتثال الرئة ، دورًا أيضًا في تدفق الغاز. كلما زادت قدرة الرئتين على التمدد ، زاد الحجم المحتمل للرئتين. كلما زاد حجم الرئتين ، انخفض ضغط الهواء داخل الرئتين.

تتكون التهوية الرئوية من عملية الشهيق (أو الاستنشاق) ، حيث يدخل الهواء إلى الرئتين ، والزفير (أو الزفير) ، حيث يغادر الهواء الرئتين. أثناء الشهيق ، ينقبض الحجاب الحاجز والعضلات الوربية الخارجية ، مما يتسبب في تمدد القفص الصدري وتحركه للخارج ، وتوسيع التجويف الصدري وحجم الرئة. هذا يخلق ضغطًا أقل داخل الرئة من ضغط الغلاف الجوي ، مما يتسبب في سحب الهواء إلى الرئتين. أثناء الزفير ، يرتخي الحجاب الحاجز والأضلاع الوربية ، مما يتسبب في ارتداد الصدر والرئتين. يزداد ضغط الهواء داخل الرئتين إلى ما يزيد عن ضغط الغلاف الجوي ، مما يتسبب في دفع الهواء للخروج من الرئتين. ومع ذلك ، أثناء الزفير القسري ، قد تشارك العضلات الوربية الداخلية وعضلات البطن في إخراج الهواء من الرئتين.

يصف حجم الجهاز التنفسي كمية الهواء في مساحة معينة داخل الرئتين ، أو التي يمكن أن تحركها الرئة ، ويعتمد على مجموعة متنوعة من العوامل. يشير حجم المد والجزر إلى كمية الهواء التي تدخل الرئتين أثناء التنفس الهادئ ، في حين أن حجم احتياطي الشهيق هو كمية الهواء التي تدخل الرئتين عندما يستنشق الشخص حجم المد والجزر. حجم احتياطي الزفير هو الكمية الزائدة من الهواء التي يمكن أن تغادر مع الزفير القسري ، بعد انتهاء المد والجزر. الحجم المتبقي هو كمية الهواء المتبقية في الرئتين بعد طرد حجم احتياطي الزفير. القدرة التنفسية هي مزيج من مجلدين أو أكثر. يشير الفضاء الميت التشريحي إلى الهواء داخل الهياكل التنفسية التي لا تشارك أبدًا في تبادل الغازات ، لأنها لا تصل إلى الحويصلات الهوائية الوظيفية. معدل التنفس هو عدد الأنفاس التي يتم أخذها في الدقيقة ، والتي قد تتغير أثناء بعض الأمراض أو الحالات.

يتم التحكم في معدل التنفس والعمق من خلال مراكز التنفس في الدماغ ، والتي يتم تحفيزها بواسطة عوامل مثل التغيرات الكيميائية ودرجة الحموضة في الدم. يتم استشعار هذه التغييرات بواسطة المستقبلات الكيميائية المركزية الموجودة في الدماغ والمستقبلات الكيميائية الطرفية الموجودة في قوس الأبهر والشرايين السباتية. يؤدي ارتفاع ثاني أكسيد الكربون أو انخفاض مستويات الأكسجين في الدم إلى زيادة معدل التنفس والعمق.

الاختيار الذاتي

أجب عن السؤال (الأسئلة) أدناه لمعرفة مدى فهمك للموضوعات التي تم تناولها في القسم السابق.

أسئلة التفكير النقدي

  1. صِف ما هو المقصود بمصطلح "امتثال الرئة".
  2. حدد الخطوات المتبعة في التنفس الهادئ.
  3. ما هو معدل التنفس وكيف يتم التحكم فيه؟

[تكشف-الإجابة q = ”381334 ″] إظهار الإجابات [/ تكشف-الإجابة]
[إجابة مخفية أ = ”381334 ″]

  1. يشير توافق الرئة إلى قدرة أنسجة الرئة على التمدد تحت الضغط ، والتي يتم تحديدها جزئيًا عن طريق التوتر السطحي للحويصلات الهوائية وقدرة النسيج الضام على التمدد. يلعب امتثال الرئة دورًا في تحديد مدى تغير الرئتين في الحجم ، مما يساعد بدوره في تحديد الضغط وحركة الهواء.
  2. يحدث التنفس الهادئ أثناء الراحة وبدون تفكير نشط. أثناء التنفس الهادئ ، يعمل الحجاب الحاجز والعضلات الوربية الخارجية بدرجات مختلفة ، حسب الحالة. للإلهام ، يتقلص الحجاب الحاجز ، مما يتسبب في تسطيح الحجاب الحاجز وسقوطه باتجاه تجويف البطن ، مما يساعد على توسيع التجويف الصدري. تتقلص العضلات الوربية الخارجية أيضًا ، مما يتسبب في تمدد القفص الصدري ، ويتحرك القفص الصدري والقص للخارج ، مما يؤدي أيضًا إلى توسيع التجويف الصدري. يؤدي توسع التجويف الصدري أيضًا إلى تمدد الرئتين ، بسبب التصاق السائل الجنبي. نتيجة لذلك ، ينخفض ​​الضغط داخل الرئتين إلى ما دون ضغط الغلاف الجوي ، مما يتسبب في اندفاع الهواء إلى الرئتين. في المقابل ، الزفير هو عملية سلبية. مع استرخاء عضلات الحجاب الحاجز والعضلات الوربية ، ترتد الرئتان وأنسجة الصدر ، ويقل حجم الرئتين. يؤدي هذا إلى زيادة الضغط داخل الرئتين فوق ضغط الغلاف الجوي ، مما يتسبب في مغادرة الهواء للرئتين.
  3. يتم تعريف معدل التنفس على أنه عدد الأنفاس التي يتم أخذها في الدقيقة. يتم التحكم في معدل التنفس عن طريق مركز الجهاز التنفسي الموجود في النخاع المستطيل. يمكن للفكر الواعي أن يغير معدل التنفس الطبيعي من خلال التحكم بالعضلات الهيكلية ، على الرغم من أنه لا يمكن للمرء أن يوقف هذا المعدل تمامًا بوعي. يبلغ معدل التنفس غير المعتاد أثناء الراحة حوالي 14 نفسًا في الدقيقة.

[/ إجابة مخفية]

قائمة المصطلحات

الفضاء الميت السنخي: الفضاء الجوي داخل الحويصلات الهوائية غير القادرة على المشاركة في تبادل الغازات

الفضاء الميت التشريحي: المجال الجوي الموجود في مجرى الهواء الذي لا يصل أبدًا إلى الحويصلات الهوائية وبالتالي لا يشارك أبدًا في تبادل الغازات

مركز انقطاع التنفس: شبكة من الخلايا العصبية داخل الجسور التي تحفز الخلايا العصبية في المجموعة التنفسية الظهرية ؛ يتحكم في عمق الإلهام

الضغط الجوي: مقدار القوة التي تمارسها الغازات في الهواء المحيط بأي سطح معين

قانون بويل: العلاقة بين الحجم والضغط كما هو موضح بالصيغة: P1V1 = P2V2

المستقبلات الكيميائية المركزية: أحد المستقبلات المتخصصة الموجودة في الدماغ والتي تستشعر التغيرات في تركيز أيون الهيدروجين أو الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون في الدماغ

المجموعة التنفسية الظهرية (DRG): منطقة النخاع المستطيل التي تحفز تقلص الحجاب الحاجز والعضلات الوربية للحث على الإلهام

انتهاء الصلاحية: (أيضًا الزفير) عملية تجعل الهواء يغادر الرئتين

حجم احتياطي الزفير (ERV): كمية الهواء التي يمكن إخراجها بقوة بعد الزفير المد والجزر العادي

التنفس القسري: (أيضًا ، فرط التنفس) وضع التنفس الذي يحدث أثناء التمرين أو عن طريق التفكير النشط الذي يتطلب تقلص العضلات لكل من الشهيق والزفير

القدرة المتبقية الوظيفية (FRC): مجموع ERV و RV ، وهو كمية الهواء التي تبقى في الرئتين بعد انتهاء المد والجزر

وحي - الهام: (أيضًا ، الاستنشاق) عملية تؤدي إلى دخول الهواء إلى الرئتين

القدرة الشهيقية (IC): مجموع التلفزيون و IRV ، وهو مقدار الهواء الذي يمكن استنشاقه إلى أقصى حد بعد انتهاء صلاحية المد والجزر

حجم احتياطي الشهيق (IRV): كمية الهواء التي تدخل الرئتين بسبب الشهيق العميق الذي يتجاوز حجم المد والجزر

الضغط داخل السنخية: (الضغط داخل الرئة) ضغط الهواء داخل الحويصلات الهوائية

الضغط داخل الجنبة: ضغط الهواء داخل التجويف الجنبي

مستقبلات كيميائية محيطية: أحد المستقبلات المتخصصة الموجودة في القوس الأبهري والشرايين السباتية التي تستشعر التغيرات في درجة الحموضة وثاني أكسيد الكربون ومستويات الأكسجين في الدم

مركز ضغط الهواء: شبكة من الخلايا العصبية داخل الجسور تثبط نشاط الخلايا العصبية في المجموعة التنفسية الظهرية ؛ يتحكم في معدل التنفس

التهوية الرئوية: تبادل الغازات بين الرئتين والغلاف الجوي ؛ عمليه التنفس

التنفس الهادئ: (أيضًا ، eupnea) وضع التنفس الذي يحدث أثناء الراحة ولا يتطلب التفكير المعرفي للفرد

الحجم المتبقي (RV): كمية الهواء التي تبقى في الرئتين بعد الزفير الأقصى

الدورة التنفسية: تسلسل واحد من الشهيق والانتهاء

معدل التنفس: إجمالي عدد الأنفاس المأخوذة كل دقيقة

حجم الجهاز التنفسي: كميات متفاوتة من الهواء داخل الرئة في وقت معين

امتثال جدار الصدر: قدرة جدار الصدر على التمدد أثناء الضغط

حجم المد والجزر (تلفزيون): كمية الهواء التي تدخل عادة إلى الرئتين أثناء التنفس الهادئ

إجمالي المساحة الميتة: مجموع الفضاء الميت التشريحي والفضاء الميت السنخي

سعة الرئة الكلية (TLC): إجمالي كمية الهواء التي يمكن الاحتفاظ بها في الرئتين ؛ مجموع التلفزيون ، ERV ، IRV ، و RV

الضغط عبر الرئوي: فرق الضغط بين الضغط داخل الجنبة وداخل السنخية

المجموعة التنفسية البطنية (VRG): منطقة النخاع المستطيل التي تحفز تقلص العضلات الإضافية المشاركة في التنفس للحث على الشهيق والزفير القسري

القدرة الحيوية (VC): مجموع TV و ERV و IRV ، وهو جميع الأحجام التي تشارك في تبادل الغازات


8.4: عملية التنفس - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات.يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


8.4: عملية التنفس - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


8.1 نظرة عامة على التمثيل الضوئي

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • اشرح أهمية التمثيل الضوئي للكائنات الحية الأخرى
  • وصف الهياكل الرئيسية المشاركة في عملية التمثيل الضوئي
  • حدد ركائز ومنتجات التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي ضروري لجميع أشكال الحياة على الأرض التي تعتمد عليها كل من النباتات والحيوانات. إنها العملية البيولوجية الوحيدة التي يمكنها التقاط الطاقة التي تنشأ من ضوء الشمس وتحويلها إلى مركبات كيميائية (كربوهيدرات) يستخدمها كل كائن حي لتشغيل عملية الأيض. كما أنه مصدر للأكسجين الضروري للعديد من الكائنات الحية. باختصار ، يتم "التقاط" طاقة ضوء الشمس لتنشيط الإلكترونات ، التي يتم تخزين طاقتها بعد ذلك في الروابط التساهمية لجزيئات السكر. ما هي مدة واستقرار تلك الروابط التساهمية؟ تمثل الطاقة المستخرجة اليوم عن طريق حرق الفحم والمنتجات البترولية طاقة ضوء الشمس التي تم التقاطها وتخزينها عن طريق التمثيل الضوئي منذ 350 إلى 200 مليون سنة خلال العصر الكربوني.

النباتات والطحالب ومجموعة من البكتيريا تسمى البكتيريا الزرقاء هي الكائنات الحية الوحيدة القادرة على إجراء عملية التمثيل الضوئي (الشكل 8.2). ولأنهم يستخدمون الضوء لتصنيع طعامهم ، فإنهم يطلق عليهم اسم photoautotrophs (حرفيا ، "المغذيات الذاتية باستخدام الضوء"). الكائنات الحية الأخرى ، مثل الحيوانات ، والفطريات ، ومعظم البكتيريا الأخرى ، تسمى الكائنات غيرية التغذية ("مغذيات أخرى") ، لأنها يجب أن تعتمد على السكريات التي تنتجها كائنات التمثيل الضوئي لاحتياجاتها من الطاقة. تقوم مجموعة ثالثة مثيرة للاهتمام من البكتيريا بتجميع السكريات ، ليس باستخدام طاقة ضوء الشمس ، ولكن عن طريق استخراج الطاقة من المركبات الكيميائية غير العضوية. لهذا السبب ، يشار إليها باسم chemoautotrophs.

لا تكمن أهمية التمثيل الضوئي في قدرته على التقاط طاقة ضوء الشمس فقط. بعد كل شيء ، يمكن للسحلية التي تتشمس في يوم بارد أن تستخدم طاقة الشمس للتدفئة في عملية تسمى التنظيم الحراري السلوكي. في المقابل ، يعتبر التمثيل الضوئي أمرًا حيويًا لأنه تطور كوسيلة لذلك تخزين الطاقة من الإشعاع الشمسي (الجزء "الضوئي") إلى الطاقة في روابط الكربون والكربون لجزيئات الكربوهيدرات (جزء "التخليق"). هذه الكربوهيدرات هي مصدر الطاقة الذي تستخدمه الكائنات غيرية التغذية لتشغيل تخليق ATP عن طريق التنفس. لذلك ، تعمل عملية التمثيل الضوئي على تشغيل 99٪ من النظم البيئية للأرض. عندما يفترس مفترس كبير ، مثل الذئب ، غزال (الشكل 8.3) ، يكون الذئب في نهاية مسار الطاقة الذي ينتقل من التفاعلات النووية على سطح الشمس إلى الضوء المرئي إلى التمثيل الضوئي إلى الغطاء النباتي والغزلان وأخيرا الذئب.

الهياكل الرئيسية وملخص التمثيل الضوئي

التمثيل الضوئي هو عملية متعددة الخطوات تتطلب أطوال موجية محددة من ضوء الشمس المرئي وثاني أكسيد الكربون (منخفض الطاقة) والماء كركائز (الشكل 8.4). بعد اكتمال العملية ، يطلق الأكسجين وينتج جليسيرالديهيد -3 فوسفات (G3P) ، وكذلك جزيئات كربوهيدرات بسيطة (عالية الطاقة) يمكن تحويلها بعد ذلك إلى جلوكوز أو سكروز أو أي عشرات من جزيئات السكر الأخرى. تحتوي جزيئات السكر هذه على الطاقة والكربون المنشط الذي تحتاجه جميع الكائنات الحية للبقاء على قيد الحياة.

فيما يلي المعادلة الكيميائية لعملية التمثيل الضوئي (الشكل 8.5):

على الرغم من أن المعادلة تبدو بسيطة ، إلا أن العديد من الخطوات التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي معقدة للغاية في الواقع. قبل تعلم تفاصيل كيفية تحويل الصورة الضوئية لضوء الشمس إلى طعام ، من المهم التعرف على الهياكل المعنية.

الهياكل الأساسية للتمثيل الضوئي

يحدث التمثيل الضوئي في النباتات عمومًا في الأوراق التي تتكون من عدة طبقات من الخلايا. تحدث عملية التمثيل الضوئي في طبقة وسطى تسمى الطبقة المتوسطة. يحدث تبادل الغازات لثاني أكسيد الكربون والأكسجين من خلال فتحات صغيرة منظمة تسمى الثغور (المفرد: ستوما) ، والتي تلعب أيضًا أدوارًا في تنظيم تبادل الغازات وتوازن الماء. توجد الثغور عادةً على الجانب السفلي من الورقة ، مما يساعد على تقليل فقد الماء بسبب درجات الحرارة المرتفعة على السطح العلوي للورقة. كل فغرة محاطة بخلايا حراسة تنظم فتح وإغلاق الثغور عن طريق التورم أو الانكماش استجابة للتغيرات التناضحية.

في جميع حقيقيات النوى ذاتية التغذية ، يحدث التمثيل الضوئي داخل عضية تسمى البلاستيدات الخضراء. بالنسبة للنباتات ، توجد الخلايا المحتوية على البلاستيدات الخضراء في الغالب في الطبقة الوسطى. تحتوي البلاستيدات الخضراء على غلاف غشائي مزدوج (يتكون من غشاء خارجي وغشاء داخلي) ، وهي مشتقة من الأسلاف من البكتيريا الزرقاء القديمة التي تعيش بحرية. داخل البلاستيدات الخضراء توجد هياكل على شكل قرص مكدسة تسمى ثايلاكويدات. جزء لا يتجزأ من غشاء الثايلاكويد هو الكلوروفيل ، وهو صبغة (جزيء يمتص الضوء) مسؤولة عن التفاعل الأولي بين الضوء والمواد النباتية ، والعديد من البروتينات التي تشكل سلسلة نقل الإلكترون. يحيط غشاء الثايلاكويد بمساحة داخلية تسمى تجويف الثايلاكويد. كما هو مبين في الشكل 8.6 ، تسمى كومة من الثايلاكويد جرانوم ، والمساحة المملوءة بالسائل المحيطة بالحبيبة تسمى السدى أو "السرير" (لا ينبغي الخلط بينه وبين الفغرة أو "الفم" ، وهي فتحة على سطح الورقة) .

اتصال مرئي

في يوم حار وجاف ، تغلق الخلايا الحامية للنباتات ثغورها للحفاظ على المياه. ما هو تأثير ذلك على عملية التمثيل الضوئي؟

جزئين من التمثيل الضوئي

يحدث التمثيل الضوئي على مرحلتين متتاليتين: التفاعلات المعتمدة على الضوء والتفاعلات المستقلة عن الضوء. في التفاعلات المعتمدة على الضوء ، يمتص الكلوروفيل الطاقة من ضوء الشمس ويتم تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كيميائية مخزنة. في التفاعلات المستقلة للضوء ، تعمل الطاقة الكيميائية التي يتم حصادها أثناء التفاعلات المعتمدة على الضوء ، على دفع تجميع جزيئات السكر من ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، على الرغم من أن التفاعلات المستقلة للضوء لا تستخدم الضوء كمتفاعل ، إلا أنها تتطلب عمل نواتج التفاعلات المعتمدة على الضوء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنشيط العديد من إنزيمات التفاعلات المستقلة عن الضوء بواسطة الضوء. تستخدم التفاعلات المعتمدة على الضوء جزيئات معينة لتخزين الطاقة مؤقتًا: يشار إليها باسم ناقلات الطاقة. يمكن اعتبار ناقلات الطاقة التي تنقل الطاقة من التفاعلات المعتمدة على الضوء إلى التفاعلات المستقلة عن الضوء على أنها "ممتلئة" لأنها غنية بالطاقة. بعد إطلاق الطاقة ، تعود حاملات الطاقة "الفارغة" إلى التفاعل المعتمد على الضوء للحصول على المزيد من الطاقة. يوضح الشكل 8.7 المكونات داخل البلاستيدات الخضراء حيث تحدث التفاعلات المعتمدة على الضوء والمستقلة عن الضوء.

ارتباط بالتعلم

انقر فوق الارتباط لمعرفة المزيد حول التمثيل الضوئي.

اتصال يومي

التمثيل الضوئي في محل بقالة

يتم تنظيم متاجر البقالة الرئيسية في الولايات المتحدة في أقسام ، مثل منتجات الألبان واللحوم والمنتجات والخبز والحبوب وما إلى ذلك. يحتوي كل ممر (الشكل 8.8) على مئات ، إن لم يكن الآلاف ، من المنتجات المختلفة للعملاء لشرائها واستهلاكها.

على الرغم من وجود تنوع كبير ، يمكن ربط كل عنصر في النهاية بعملية التمثيل الضوئي. ترتبط اللحوم ومنتجات الألبان ، لأن الحيوانات كانت تتغذى على الأطعمة النباتية. يأتي الخبز والحبوب والباستا إلى حد كبير من الحبوب النشوية ، وهي بذور نباتات تعتمد على التمثيل الضوئي. ماذا عن الحلويات والمشروبات؟ تحتوي كل هذه المنتجات على السكر — السكروز منتج نباتي ، ثنائي السكاريد ، جزيء كربوهيدرات ، يتم إنشاؤه مباشرة من عملية التمثيل الضوئي. علاوة على ذلك ، فإن العديد من العناصر مشتقة بشكل أقل وضوحًا من النباتات: على سبيل المثال ، المنتجات الورقية هي بشكل عام منتجات نباتية ، والعديد من البلاستيك (وفير كمنتجات وتغليف) مشتق من "الطحالب" (كائنات نباتية وحيدة الخلية ، والبكتيريا الزرقاء). تم إنتاج كل أنواع التوابل والنكهات تقريبًا في ممر التوابل بواسطة النبات كأوراق أو جذر أو لحاء أو زهرة أو فاكهة أو ساق. في النهاية ، يرتبط التمثيل الضوئي بكل وجبة وكل طعام يستهلكه الشخص.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: ماري آن كلارك ، ماثيو دوغلاس ، جونغ تشوي
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology 2e
    • تاريخ النشر: 28 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • عنوان URL للقسم: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/8-1-overview-of-photosynthesis

    © 7 يناير 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    كم مرة يجب أن أستخدم هذه التقنية؟

    يشجع Landolfi الناس على ممارسة أسلوب التنفس 4-7-8 (أو ببساطة التوقف لأخذ أنفاس عميقة قليلة) عدة مرات على مدار اليوم.

    المفتاح في أسلوب 4-7-8 هو أن العد يساعد في الحفاظ على تركيزك ، مما يترك مجالًا صغيرًا للأفكار المقلقة لترسيخها.

    في حين أن هذا التمرين يمكن أن يهدئك ويريحك بسرعة ، حتى على الفور ، فإن التأثيرات تراكمية ، وتقول. & ldquo يمكنك أخذ استراحات التنفس هذه أثناء الاستحمام ، في كل مرة تذهب فيها إلى الحمام ، وكلما دخلت وخرجت من سيارتك أو كرسي أو سريرك ، قبل وبعد كل وجبة ، أو ببساطة عن طريق ضبط أربعة منبهات يومية لتذكيرك للقيام بذلك. و rdquo


    محتويات

    الكلمة بالكهرباء مشتق من اليونانية القديمة ήλεκτρο- (ē الكهربائية-) ، البادئة المتعلقة بالكهرباء ، و λυτός (ليتوس) ، وتعني "قادرة على أن تكون غير مقيدة أو مفكوكة".

    في أطروحته عام 1884 ، قدم سفانت أرينيوس تفسيره للأملاح البلورية الصلبة التي تنفصل إلى جزيئات مشحونة مقترنة عند انحلالها ، والتي فاز بها بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1903. [1] [2] [3] [4] كان تفسير أرهينيوس هو أنه عند تكوين المحلول ، يتفكك الملح إلى جزيئات مشحونة ، والتي أطلق عليها مايكل فاراداي اسم "الأيونات" قبل سنوات عديدة. كان يعتقد فاراداي أن الأيونات يتم إنتاجها في عملية التحليل الكهربائي. اقترح أرينيوس أنه حتى في حالة عدم وجود تيار كهربائي ، فإن محاليل الأملاح تحتوي على أيونات. وهكذا اقترح أن التفاعلات الكيميائية في المحلول كانت تفاعلات بين الأيونات. [2] [3] [4]

    تتشكل المحاليل المنحل بالكهرباء بشكل طبيعي عندما يوضع الملح في مذيب مثل الماء وتتفكك المكونات الفردية بسبب التفاعلات الديناميكية الحرارية بين جزيئات المذيب والمذابة ، في عملية تسمى "الذوبان". على سبيل المثال ، عند وضع ملح الطعام (كلوريد الصوديوم) ، NaCl ، في الماء ، يذوب الملح (مادة صلبة) في أيونات مكوناته ، وفقًا لتفاعل التفكك

    من الممكن أيضًا أن تتفاعل المواد مع الماء وتنتج الأيونات. على سبيل المثال ، يذوب غاز ثاني أكسيد الكربون في الماء لإنتاج محلول يحتوي على أيونات الهيدرونيوم ، والكربونات ، وكربونات الهيدروجين.

    يمكن أن تكون الأملاح المنصهرة أيضًا إلكتروليتات ، على سبيل المثال ، عندما يذوب كلوريد الصوديوم ، فإن السائل يوصل الكهرباء. على وجه الخصوص ، السوائل الأيونية ، وهي عبارة عن أملاح مصهورة ذات نقاط انصهار أقل من 100 درجة مئوية ، [5] هي نوع من الإلكتروليتات غير المائية عالية التوصيل ، وبالتالي وجدت المزيد والمزيد من التطبيقات في خلايا الوقود والبطاريات. [6]

    يمكن وصف المنحل بالكهرباء في محلول بأنه "مركّز" إذا كان يحتوي على تركيز عالي من الأيونات ، أو "مخفف" إذا كان يحتوي على تركيز منخفض. إذا انفصلت نسبة عالية من المذاب لتكوين أيونات حرة ، يكون الإلكتروليت قويًا إذا لم ينفصل معظم المذاب ، يكون الإلكتروليت ضعيفًا. يمكن استغلال خصائص الإلكتروليتات باستخدام التحليل الكهربائي لاستخراج العناصر المكونة والمركبات الموجودة داخل المحلول.

    تشكل معادن الأرض القلوية هيدروكسيدات تكون إلكتروليتات قوية ذات قابلية محدودة للذوبان في الماء ، بسبب التجاذب القوي بين الأيونات المكونة لها. هذا يحد من تطبيقها في الحالات التي تتطلب قابلية عالية للذوبان. [7]

    في علم وظائف الأعضاء ، الأيونات الأولية للإلكتروليتات هي الصوديوم (Na +) ، البوتاسيوم (K +) ، الكالسيوم (Ca 2+) ، المغنيسيوم (Mg 2+) ، الكلوريد (Cl -) ، فوسفات الهيدروجين (HPO4 2−) وكربونات الهيدروجين (HCO3 -). [8] يشير رمزا الشحنة الكهربائية الموجب (+) والناقص (-) إلى أن المادة أيونية بطبيعتها ولها توزيع غير متوازن للإلكترونات نتيجة التفكك الكيميائي. الصوديوم هو المنحل بالكهرباء الرئيسي الموجود في السائل خارج الخلية والبوتاسيوم هو المنحل بالكهرباء الرئيسي داخل الخلايا [9] ويشارك كلاهما في توازن السوائل والتحكم في ضغط الدم. [10]

    تتطلب جميع أشكال الحياة متعددة الخلايا المعروفة توازنًا بالكهرباء دقيقًا ومعقدًا بين البيئات داخل الخلايا وخارجها. [11] على وجه الخصوص ، من المهم الحفاظ على التدرجات التناضحية الدقيقة للشوارد. تؤثر هذه التدرجات على ترطيب الجسم وتنظمه وكذلك درجة حموضة الدم ، وهي ضرورية لوظيفة الأعصاب والعضلات. توجد آليات مختلفة في الأنواع الحية التي تحافظ على تركيزات الإلكتروليتات المختلفة تحت سيطرة محكمة.

    تعتبر كل من الأنسجة العضلية والخلايا العصبية أنسجة كهربائية للجسم. يتم تنشيط العضلات والخلايا العصبية عن طريق نشاط الإلكتروليت بين السائل خارج الخلية أو السائل الخلالي والسائل داخل الخلايا. قد تدخل الإلكتروليتات أو تغادر غشاء الخلية من خلال هياكل بروتينية متخصصة مدمجة في غشاء البلازما تسمى "القنوات الأيونية". على سبيل المثال ، يعتمد تقلص العضلات على وجود الكالسيوم (Ca 2+) والصوديوم (Na +) والبوتاسيوم (K +). بدون مستويات كافية من هذه الإلكتروليتات الرئيسية ، قد يحدث ضعف في العضلات أو تقلصات عضلية شديدة.

    يتم الحفاظ على توازن الكهارل عن طريق الفم ، أو في حالات الطوارئ ، عن طريق الحقن الوريدي (IV) للمواد المحتوية على الإلكتروليت ، ويتم تنظيمه بواسطة الهرمونات ، بشكل عام مع طرد الكلى للمستويات الزائدة. في البشر ، يتم تنظيم توازن الكهارل بواسطة هرمونات مثل الهرمونات المضادة لإدرار البول والألدوستيرون وهرمونات الغدة الدرقية. قد تؤدي اضطرابات الكهارل الخطيرة ، مثل الجفاف والإفراط في الماء ، إلى مضاعفات قلبية وعصبية ، وما لم يتم حلها بسرعة ، ستؤدي إلى حالة طبية طارئة.

    تحرير القياس

    قياس الإلكتروليت هو إجراء تشخيصي يتم إجراؤه بشكل شائع ، ويتم إجراؤه عن طريق اختبار الدم باستخدام أقطاب كهربائية انتقائية أو تحليل البول بواسطة التقنيين الطبيين. تفسير هذه القيم لا معنى له إلى حد ما دون تحليل التاريخ السريري وغالبًا ما يكون مستحيلًا بدون قياسات موازية لوظيفة الكلى. غالبًا ما تكون الإلكتروليتات المقاسة هي الصوديوم والبوتاسيوم. نادرًا ما يتم قياس مستويات الكلوريد باستثناء تفسيرات غازات الدم الشرياني نظرًا لارتباطها بطبيعتها بمستويات الصوديوم. أحد الاختبارات المهمة التي يتم إجراؤها على البول هو اختبار الجاذبية النوعية لتحديد حدوث خلل في الإلكتروليت.

    تحرير معالجة الجفاف

    في علاج الجفاف عن طريق الفم ، تعوض مشروبات الإلكتروليت المحتوية على أملاح الصوديوم والبوتاسيوم الماء وتركيزات الكهارل في الجسم بعد الجفاف الناجم عن التمارين الرياضية ، والإفراط في استهلاك الكحول ، والتعرق (التعرق الشديد) ، والإسهال ، والقيء ، والتسمم أو الجوع. الرياضيون الذين يمارسون الرياضة في ظروف قاسية (لمدة ثلاث ساعات أو أكثر بشكل مستمر ، على سبيل المثال سباق الماراثون أو الترياتلون) والذين لا يستهلكون الشوارد معرضون للجفاف (أو نقص صوديوم الدم). [12]

    يمكن صنع مشروب إلكتروليت منزلي الصنع باستخدام الماء والسكر والملح بنسب دقيقة. [13] من المهم تضمين الجلوكوز (السكر) لاستخدام آلية النقل المشترك للصوديوم والجلوكوز. تتوفر أيضًا المستحضرات التجارية [14] للاستخدام البشري والبيطري.

    توجد الإلكتروليتات بشكل شائع في عصائر الفاكهة والمشروبات الرياضية والحليب والمكسرات والعديد من الفواكه والخضروات (كاملة أو في شكل عصير) (مثل البطاطس والأفوكادو).

    عندما توضع أقطاب كهربائية في إلكتروليت ويتم تطبيق جهد ، فإن المنحل بالكهرباء سيوصل الكهرباء. عادة لا تستطيع الإلكترونات المنفردة المرور عبر الإلكتروليت بدلاً من ذلك ، يحدث تفاعل كيميائي عند الكاثود ، مما يوفر الإلكترونات للكهارل. يحدث تفاعل آخر عند الأنود ، حيث يستهلك الإلكترونات من الإلكتروليت. نتيجة لذلك ، تتطور سحابة سالبة الشحنة في المنحل بالكهرباء حول القطب السالب ، وتتطور شحنة موجبة حول القطب الموجب. تعمل الأيونات الموجودة في الإلكتروليت على تحييد هذه الشحنات ، مما يمكّن الإلكترونات من الاستمرار في التدفق واستمرار التفاعلات.

    على سبيل المثال ، في محلول ملح الطعام العادي (كلوريد الصوديوم ، كلوريد الصوديوم) في الماء ، سيكون تفاعل الكاثود

    وغاز الهيدروجين سوف ينبعث منه فقاعات تفاعل الأنود

    وسيتم تحرير غاز الكلور إلى محلول حيث يتفاعل مع أيونات الصوديوم والهيدروكسيل لإنتاج هيبوكلوريت الصوديوم - مبيض منزلي. سوف تتفاعل أيونات الصوديوم موجبة الشحنة Na + تجاه الكاثود ، معادلة الشحنة السالبة لـ OH - هناك ، وأيونات هيدروكسيد سالبة الشحنة OH - سوف تتفاعل تجاه الأنود ، معادلة الشحنة الموجبة لـ Na + هناك. بدون الأيونات من الإلكتروليت ، فإن الشحنات حول القطب ستبطئ انتشار تدفق الإلكترون المستمر لـ H + و OH - عبر الماء إلى القطب الآخر يستغرق وقتًا أطول من حركة أيونات الملح الأكثر انتشارًا. تنفصل الإلكتروليتات في الماء لأن جزيئات الماء عبارة عن ثنائيات أقطاب وتتجه ثنائيات الأقطاب بطريقة مواتية بقوة لإذابة الأيونات.

    في الأنظمة الأخرى ، يمكن أن تتضمن تفاعلات القطب معادن الأقطاب الكهربائية وكذلك أيونات الإلكتروليت.

    تُستخدم الموصلات الإلكتروليتية في الأجهزة الإلكترونية حيث ينتج عن التفاعل الكيميائي في واجهة الإلكتروليت المعدني تأثيرات مفيدة.


    كل نفس تأخذه: شرح عملية التنفس

    يعد التنفس أمرًا أساسيًا في الحياة ، لأنه يسمح لجسم الإنسان بالحصول على الطاقة التي يحتاجها للحفاظ على نفسه وأنشطته. ولكن كيف يعمل؟

    الملخص

    يستخدم التنفس عمليات كيميائية وميكانيكية لجلب الأكسجين إلى كل خلية من خلايا الجسم والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. يحتاج جسمنا إلى الأكسجين للحصول على الطاقة لتغذية جميع عمليات حياتنا. ثاني أكسيد الكربون هو منتج نفايات لتلك العملية. ينقل الجهاز التنفسي ، بمناطقه التنفسية والتوصيلية ، الهواء من البيئة إلى الرئتين ويسهل تبادل الغازات في كل من الرئتين وداخل الخلايا. يحتاج الممرضون إلى فهم قوي لكيفية عمل التنفس ، وللعلامات الحيوية لأنماط التنفس والتنفس ، حتى يكونوا قادرين على رعاية المرضى الذين يعانون من مشاكل في الجهاز التنفسي ويحتمل أن ينقذوا الأرواح في المواقف الحادة.

    الاقتباس: Cedar SH (2018) كل نفس تأخذه: شرح عملية التنفس. أوقات التمريض [عبر الإنترنت] 114: 1 ، 47-50.

    مؤلف: SH Cedar هو أستاذ مشارك وقارئ في علم الأحياء البشرية في كلية الصحة والرعاية الاجتماعية ، جامعة لندن ساوث بانك ، ومؤلف كتاب علم الأحياء من أجل الصحة: ​​تطبيق أنشطة الحياة اليومية.

    مقدمة

    السؤال الأول الذي يطرح في حالة الطوارئ هو: "هل الشخص يتنفس؟" غالبًا ما يكون أيضًا أول سؤال يُطرح عن الأطفال حديثي الولادة وآخر سؤال يُطرح عن الموت. لماذا التنفس مهم جدا؟ ما هو في التنفس الذي نحتاجه كثيرا؟ ماذا يحدث عندما نتوقف عن التنفس؟ قد تبدو هذه أسئلة واضحة ، لكن آليات التنفس غالبًا ما تكون غير مفهومة جيدًا ، وغالبًا ما يتم إغفال أهميتها في التقييمات والتشخيصات الصحية. توضح هذه المقالة تشريح ووظائف التنفس.

    التعاون مع النباتات الخضراء

    نحن بحاجة إلى الطاقة لتغذية جميع الأنشطة في أجسامنا ، مثل تقلص العضلات والحفاظ على إمكانية الراحة في أعصابنا ، وعلينا العمل للحصول على الطاقة التي نستخدمها.

    تأخذ النباتات الخضراء طاقتها مباشرة من ضوء الشمس وتحولها إلى كربوهيدرات (سكريات). لا يمكننا فعل ذلك ، لكن يمكننا استخدام الطاقة المخزنة في الكربوهيدرات لتغذية جميع التفاعلات الأخرى في أجسامنا. للقيام بذلك ، نحتاج إلى الجمع بين السكر والأكسجين. لذلك نحتاج إلى تكديس كل من السكر والأكسجين ، الأمر الذي يتطلب منا العمل. في الواقع ، نحن ننفق الكثير من طاقتنا في الحصول على السكر والأكسجين الذي نحتاجه لإنتاج الطاقة.

    نحن نحصل على الكربوهيدرات من النباتات الخضراء أو الحيوانات التي أكلت النباتات الخضراء ، ونصدر الأكسجين من الهواء. تطلق النباتات الخضراء الأكسجين كمنتج نفايات لعملية التمثيل الضوئي ، نستخدم هذا الأكسجين لتغذية تفاعلاتنا الأيضية ، وإطلاق ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات. تستخدم النباتات نفاياتنا كمصدر للكربون للكربوهيدرات.

    كسر الروابط الكيميائية

    للحصول على الطاقة ، يجب علينا إطلاق الطاقة الموجودة في الروابط الكيميائية للجزيئات مثل السكريات. يتم هضم الأطعمة التي نأكلها (مثل الكربوهيدرات والبروتينات) في الجهاز الهضمي لدينا إلى جزيئات (مثل السكريات والأحماض الأمينية) صغيرة بما يكفي لتمريرها إلى الدم. ينقل الدم السكريات إلى الخلايا ، حيث تقوم الميتوكوندريا بتفكيك روابطها الكيميائية لتحرير الطاقة التي تحتويها. تحتاج الخلايا إلى الأكسجين لتتمكن من تنفيذ هذه العملية. نظرًا لأن كل خلية في أجسامنا تحتاج إلى طاقة ، فإن كل خلية تحتاج إلى الأكسجين.

    يتم تخزين الطاقة المنبعثة في مركب كيميائي يسمى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، والذي يحتوي على ثلاث مجموعات فوسفاتية. عندما نحتاج إلى طاقة للقيام بنشاط ما ، يتم تقسيم ATP إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) ، الذي يحتوي على مجموعتين فقط من الفوسفات. يؤدي كسر الرابطة الكيميائية بين مجموعة الفوسفات الثالثة و ATP إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة.

    التنفس الداخلي والخارجي

    تزود الرئتان الأكسجين من الهواء الخارجي للخلايا عبر الدم ونظام القلب والأوعية الدموية لتمكيننا من الحصول على الطاقة. عندما نتنفس ، يدخل الأكسجين إلى الرئتين وينتشر في الدم. يؤخذ إلى القلب ويضخ في الخلايا. في الوقت نفسه ، تنتشر نفايات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن تحلل السكريات في خلايا الجسم في الدم ثم تنتشر من الدم إلى الرئتين ويتم طردها أثناء الزفير. يتم تبادل غاز واحد (أكسجين) بآخر (ثاني أكسيد الكربون). يحدث هذا التبادل للغازات في كل من الرئتين (التنفس الخارجي) وفي الخلايا (التنفس الداخلي). يلخص الشكل 1 تبادل الغازات بين البشر.

    إدخال الهواء إلى الرئتين

    يتكون نظامنا التنفسي من منطقة توصيل ومنطقة تنفسية. تجلب منطقة التوصيل الهواء من البيئة الخارجية إلى الرئتين عبر سلسلة من الأنابيب التي يمر الهواء من خلالها. هؤلاء هم:

    • تجويف أنفي
    • البلعوم (جزء من الحلق خلف الفم وتجويف الأنف) ،
    • الحنجرة (صندوق الصوت) ،
    • القصبة الهوائية (القصبة الهوائية)
    • القصبات والشعيبات.

    بصرف النظر عن توصيل الهواء إلى الرئتين ، فإن هذه الأنابيب أيضًا:

    • تدفئة الهواء القادم
    • تصفية الجزيئات الصغيرة منه
    • بللها لتسهيل تبادل الغازات في الرئتين.

    يحتوي تجويف الأنف على عدد كبير من الشعيرات الدموية الدقيقة التي تجلب الدم الدافئ إلى الأنف البارد. ينتشر دفء الدم في الهواء البارد الذي يدخل الأنف ويدفئها.

    تحتوي بطانة البلعوم والحنجرة (التي تشكل الجهاز التنفسي العلوي) وبطانة القصبة الهوائية (الجهاز التنفسي السفلي) على خلايا صغيرة مع القليل من الشعر أو الأهداب. تحبس هذه الشعيرات الجزيئات الصغيرة المحمولة في الهواء ، مثل الغبار ، وتمنعها من الوصول إلى الرئتين.

    تحتوي بطانة تجويف الأنف والجهاز التنفسي العلوي والجهاز التنفسي السفلي على خلايا كؤوس تفرز المخاط. يعمل المخاط على ترطيب الهواء فور دخوله ، مما يجعله أكثر ملاءمة لبيئة الجسم الداخلية. كما أنه يحبس الجسيمات ، التي تكتسحها الأهداب بعد ذلك لأعلى وبعيدًا عن الرئتين حتى يتم ابتلاعها في المعدة من أجل الهضم ، بدلاً من أن تعلق في الرئتين. تُعرف آلية تحريك الجسيمات المحاصرة بهذه الطريقة باسم السلم الكهربائي المخاطي الهدبي.

    تشبه الرئتان البالونات إلى حد ما: فهي لا تنتفخ من تلقاء نفسها ، ولكنها تفعل ذلك فقط إذا تم نفخ الهواء فيها. يمكننا النفخ في الرئتين وتضخيمهما - وهي إحدى الطريقتين المستخدمتين للإنعاش القلبي الرئوي - لكن هذا لا يحدث في الحياة اليومية الطبيعية للأشخاص الأصحاء. علينا أن نستنشق ونزفر الهواء بأنفسنا. كيف نفعل ذلك؟

    التحكم في حجم الهواء في الرئتين

    لدينا رئتان (يمين ويسار) موجودتان في التجويف الصدري (الصدر). تحيط الضلوع بالرئتين ، والتي لا تحميها من التلف فحسب ، بل تعمل أيضًا كمراسي للعضلات الوربية. يوجد تحت الرئتين عضلة كبيرة على شكل قبة تسمى الحجاب الحاجز. كل هذه العضلات متصلة بالرئتين عن طريق الأغشية الجدارية والحشوية (وتسمى أيضًا غشاء الجنب الجداري والحشوي).

    الغشاء الجداري متصل بالعضلات والغشاء الحشوي متصل بالرئتين. السائل الموجود بين هذين الغشاءين ، السائل الجنبي ، يلتصق بهما معًا تمامًا كما تلتصق ألواح الزجاج ببعضها عندما تبتل.

    بما أن الغشاء الحشوي يغطي الرئتين وهو جزء منه ويعلق بالسائل الجنبي في الغشاء الجداري ، عندما تتحرك عضلات القفص الصدري تتحرك الرئتان معها. إذا تسرب الهواء بين الأغشية ، فإنها تنفصل ، وعلى الرغم من أن العضلات لا تزال قادرة على الانقباض والاسترخاء ، إلا أنها لم تعد متصلة بالرئة - ونتيجة لذلك ، تنهار الرئة. هذا التجمع غير الطبيعي للهواء في الفراغ الجنبي يسمى استرواح الصدر. إذا أصيب السائل الجنبي بالعدوى ، يصاب الشخص بالتهاب الجنبة.

    عندما تنقبض العضلات الوربية ، فإنها تتحرك صعودًا وبعيدًا عن التجويف الصدري. عندما ينقبض الحجاب الحاجز ، فإنه يتحرك لأسفل باتجاه البطن. تؤدي حركة العضلات هذه إلى تمدد الرئتين وامتلائهما بالهواء ، مثل المنفاخ (الاستنشاق). على العكس من ذلك ، عندما تسترخي العضلات ، يصبح التجويف الصدري أصغر ، ويقل حجم الرئتين ، ويطرد الهواء (الزفير).

    معادلة الضغط

    عندما تنقبض عضلات الصدر ، يتسع حجم الرئتين وبالتالي يقل الضغط بداخلهما فجأة. يحتوي الهواء الموجود بالفعل في الرئتين على مساحة أكبر ، لذا فهو لا يضغط على جدران الرئة بنفس الضغط. لموازنة الضغط ، يندفع الهواء للداخل حتى يتساوى الضغط في الداخل والخارج. على العكس من ذلك ، عندما تسترخي العضلات ، ينخفض ​​حجم الرئتين ، ويكون للهواء في الرئتين مساحة أقل وهو الآن تحت ضغط مرتفع ، لذلك يتم طرد الهواء حتى يتم معادلة الضغط. باختصار:

    • عندما يزداد الحجم (V) ، ينخفض ​​الضغط (P) ، مما يؤدي إلى اندفاع الهواء إلى الرئتين - نستنشق
    • عندما ينخفض ​​V ، يزداد P ، مما يؤدي إلى خروج الهواء من الرئتين - نقوم بالزفير.

    تبادل الغازات

    تتمثل وظيفة منطقة التوصيل في إدخال الهواء إلى الرئتين أثناء تسخينه وترطيبه وتصفيته في الطريق. بمجرد دخول الهواء إلى المنطقة التنفسية (المكونة من القنوات السنخية والحويصلات الهوائية) ، يمكن أن يحدث تبادل الغازات الخارجية (الشكل 2).

    تحتوي الرئتان على طبقات رقيقة من الخلايا تشكل أكياسًا هوائية تسمى الحويصلات الهوائية ، وكل منها محاطة بشعيرات دموية رئوية مرتبطة بالشرايين الرئوية الخارجة من القلب. يتم إبقاء الحويصلات مفتوحة عن طريق إفرازات سائلة (خافض للتوتر السطحي الرئوي) حتى لا تلتصق ببعضها البعض عند طرد الهواء من الرئتين. لا يوجد لدى الأطفال المبتسرين ما يكفي من الفاعل بالسطح الرئوي ، لذلك يحتاجون إلى رش بعضه في رئتيهم.

    أثناء الاستنشاق ، تستقبل كل الحويصلات الهوائية الهواء الذي يحتوي على غازات مختلفة: النيتروجين (حوالي 80٪) والأكسجين (20٪ تقريبًا) والغازات الأخرى بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون بنسبة 0.04٪. يتم بعد ذلك التبادل الغازي الخارجي ، باستخدام مبدأ الانتشار:

    • ينتشر الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الشعيرات الدموية الرئوية بسبب وجود تركيز عالٍ من الأكسجين في الرئتين وانخفاض تركيزه في الدم
    • ينتشر ثاني أكسيد الكربون من الشعيرات الدموية الرئوية إلى الحويصلات الهوائية بسبب وجود تركيز عالٍ لثاني أكسيد الكربون في الدم وانخفاض تركيزه في الرئتين
    • ينتشر النيتروجين في كلا الاتجاهين.

    بمعنى آخر: نستنشق تركيزات عالية من الأكسجين الذي ينتشر بعد ذلك من الرئتين إلى الدم ، بينما تنتشر تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الرئتين ، ونزفر. بمجرد دخول الدم ، يرتبط الأكسجين بالهيموجلوبين الموجود في خلايا الدم الحمراء ، حيث يتم نقله عبر الوريد الرئوي إلى القلب ، ثم يتم ضخه في نظام الأوعية الدموية الجهازية ، وأخيراً يتم نقله إلى جميع خلايا الجسم.

    التحكم في التنفس

    الإشارة الرئيسية إلى أننا لا نتنفس ليس نقص الأكسجين بقدر ما هو تراكم ثاني أكسيد الكربون. عندما تقوم عضلاتنا بالأنشطة ، يتم استهلاك الأكسجين ويتراكم ثاني أكسيد الكربون - منتج النفايات - في الخلايا. زيادة نشاط العضلات يعني زيادة استخدام الأكسجين ، وزيادة إنتاج الـ ATP المكون للجلوكوز ، وبالتالي زيادة مستويات ثاني أكسيد الكربون.

    ينتشر ثاني أكسيد الكربون من الخلايا إلى الدم. يتم نقل الدم غير المؤكسج عن طريق الأوردة نحو القلب. يدخل إلى الجانب الأيمن من القلب ويتم ضخه في الجهاز الرئوي. ينتشر ثاني أكسيد الكربون في الرئتين ويتم طرده أثناء الزفير.

    بينما ينتقل الدم غير المؤكسج في الأوردة ، تقيس أجهزة الكشف في الدماغ والأوعية الدموية (المستقبلات الكيميائية) درجة الحموضة في الدم. المستقبلات الكيميائية الطرفية - على الرغم من حساسيتها للتغيرات في مستويات ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحموضة ، وكذلك مستويات الأكسجين - تراقب بشكل أساسي الأكسجين. تشكل المستقبلات الكيميائية المركزية الموجودة في الدماغ مراكز التحكم في التنفس ، لأنها حساسة بشكل خاص لتغيرات درجة الحموضة في الدم. مع ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون ، ينخفض ​​الرقم الهيدروجيني في الدم ، يتم التقاط هذا بواسطة المستقبلات الكيميائية المركزية ، ومن خلال آليات التغذية الراجعة ، يتم إرسال إشارات لتغيير التنفس.

    تغيير التنفس

    نغير تنفسنا ليناسب نشاطنا. عندما نحرك عضلات الهيكل العظمي ، فإننا نستخدم الطاقة وبالتالي نحتاج إلى المزيد من السكر والأكسجين. تتمتع العضلات بإمداد جيد بالدم ، مما يجلب الأكسجين والجلوكوز ويزيل ثاني أكسيد الكربون. عندما تتحرك العضلات أكثر - على سبيل المثال ، إذا انتقلنا من المشي إلى الجري - يضخ القلب بشكل أسرع (زيادة معدل ضربات القلب) لزيادة تدفق الدم ونتنفس بشكل أسرع (زيادة معدل التنفس) للحصول على المزيد من الأكسجين في الدم.

    يمكن زيادة معدل التنفس أو تقليله ليناسب كمية الأكسجين المطلوبة. لزيادة معدل التنفس ، يتم تشغيل المؤثرات في الرئتين للتهوية (الشهيق والزفير) بشكل أسرع ، بحيث تتم إزالة ثاني أكسيد الكربون وجلب الأكسجين بسرعة أكبر. في الوقت نفسه ، يرسل الدماغ رسائل إلى القلب لينبض بشكل أسرع ، ويضخ الدم المؤكسج إلى الخلايا بسرعة أكبر. يمكن أيضًا تغيير عمق التنفس بحيث يتم إدخال كمية أكبر أو أصغر من الهواء إلى الرئتين.

    يعد معدل التنفس من العلامات الحيوية للجهاز التنفسي (الإطار 1). لتشخيص أي مشكلة في الجهاز التنفسي ، يجب قياس هذه العلامات الحيوية أثناء الراحة وفي العمل (Cedar ، 2017). من الصعب قياس معدل التنفس ، لأنه عندما يتم إخبار المرضى أنه سيتم قياسه ، فإنهم عادة ما يبدأون في التنفس بشكل أبطأ أو أسرع من المعتاد. قد يكون من المفيد للممرضات إخبار المرضى بأنهم سيقيسون درجة حرارتهم ، ثم يقيسون معدل التنفس في نفس الوقت.

    الإطار 1. العلامات الحيوية للتنفس

    • معدل التنفس (RR) - عدد الأنفاس المأخوذة في الدقيقة. البالغون يتنفسون ويخرجون حوالي 12-18 مرة في الدقيقة
    • حجم المد والجزر (TV) - كمية الهواء المستنشق والزفير لكل نفس (حوالي 500 مل في البالغين)
    • حجم احتياطي الزفير (ERV) - حجم الهواء الذي يمكن زفيره بعد التنفس الطبيعي
    • حجم احتياطي الشهيق (IRV) - حجم الهواء الذي يمكن استنشاقه بعد التنفس الطبيعي
    • الحجم المتبقي (RV) - الهواء الذي يبقى في الرئتين لا يكون فارغًا تمامًا أبدًا ، وإلا فسوف ينهاران ويلتصقان ببعضهما البعض
    • قدرات الرئة (عمق وحجم التنفس) ، والتي يمكن قياسها باستخدام مقياس التنفس:
      • القدرة الحيوية = ERV + TV + IRV
      • قدرة الشهيق = TV + IRV
      • القدرة المتبقية الوظيفية = ERV + RV
      • إجمالي سعة الرئة = RV + ERV + TV + IRV

      يوفر القياس الدقيق لمعدل التنفس والعمق أثناء الراحة مقياسًا رئيسيًا لوظيفة الرئة وتدفق الأكسجين. التغييرات في معدل التنفس والعمق أثناء الراحة لا تخبرنا فقط عن التغيرات الجسدية في الجسم ، ولكن أيضًا عن التغيرات العقلية والعاطفية ، حيث تؤثر حالتنا الذهنية ومشاعرنا على تنفسنا.

      عمر من التنفس

      لا تتغير علاماتنا الحيوية في الجهاز التنفسي فقط خلال يوم واحد وفقًا لأنشطتنا ، ولكن أيضًا خلال مسار حياتنا.

      قبل الولادة ، يقوم الجنين ثم الجنين بسحب الأكسجين من دم الأم عبر المشيمة. تحدث تغييرات الهيموجلوبين لتمكين الجنين / الجنين من أخذ الأكسجين من الدم بتركيز أقل مما سيجده في الهواء بعد الولادة. بعد الولادة مباشرة ، يتعين على المولود التحول من سحب الأكسجين من الدم إلى نفخ رئتيه وإدخال الهواء فيها (Schroeder and Matsuda، 1958 Rhinesmith et al، 1957).

      يتمتع الأطفال بمعدل ضربات قلب ومعدل تنفس أسرع بكثير من البالغين: يأخذون حوالي 40 نفسًا في الدقيقة لأن رئتيهم أصغر (الكلية الملكية للتمريض ، 2017). يتباطأ معدل ضربات القلب ومعدل التنفس مع تقدم العمر ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الرئتين تصبحان أقل قدرة على التمدد والتقلص. عندما تصبح أقل مرونة مع تقدم العمر ، فإن جميع عضلاتنا - ليس فقط عضلات الهيكل العظمي ولكن أيضًا العضلات الملساء وعضلات القلب - تقلل من سرعة تمددها وتقلصها (Sharma and Goodwin، 2006).

      عندما نموت ، فإن إحدى علامات الموت هي توقف التنفس. يتوقف الأكسجين عن الانتشار في الدم ، ومع استنفاد ثلاثي فوسفات الأدينوسين ونحن غير قادرين على تخليق المزيد ، نصبح مزرقين. تنفد طاقتنا وتتوقف جميع عمليات الجسم. في الدماغ ، فرق الجهد (يقاس بالفولت) يصبح هو نفسه داخل وخارج الخلايا العصبية ، ويتوقف النشاط الكهربائي. يوقف الدماغ كل نشاطه ، بما في ذلك النشاط اللاإرادي اللازم لاستمرار الحياة.

      أمراض الجهاز التنفسي

      من المرجح أن يواجه المهنيون الصحيون مرضى يعانون من مشاكل في التنفس في أي مكان. حالات الجهاز التنفسي الشائعة هي:

      • الربو - غالبًا ما ينتج عن مواد كيميائية معينة أو تلوث ، ويؤثر الربو على القصيبات ، والتي تصبح ملتهبة بشكل مزمن وتكون شديدة الحساسية
      • اضطراب الانسداد الرئوي المزمن - غالبًا ما ينتج عن التدخين أو التلوث
      • الالتهاب الرئوي - يحدث عادةً بسبب عدوى بكتيرية ، والالتهاب الرئوي هو تورم الأنسجة في إحدى الرئتين أو كلتيهما
      • سرطانات الرئة - النسيج السائد في الرئتين هو النسيج الظهاري ، لذا فإن سرطانات الرئة هي في الغالب سرطانات (سرطان الخلايا الحرشفية ، أورام غدية ، سرطانات الخلايا الصغيرة) ، وهي سرطانات الأنسجة الظهارية.

      يمكن أن تظهر أمراض الرئة في أي عمر ولكن تزداد الحساسية مع تقدم العمر لأننا مع تقدمنا ​​في العمر:

      • تقل مرونة رئتينا
      • تقل قدرتنا الحيوية
      • تنخفض مستويات الأكسجين في الدم لدينا
      • تنخفض التأثيرات المحفزة لثاني أكسيد الكربون
      • هناك خطر متزايد للإصابة بعدوى الجهاز التنفسي.

      حالات الطوارئ التنفسية

      يجب تقييم المرضى الذين يتدهورون بسرعة أو في حالة حرجة على الفور ، ويمكن للتدخلات التمريضية أن تقطع شوطًا طويلاً لضمان التعافي (فورنييه ، 2014). في الحالات الحادة ، يكون أحد التدخلات الأولى هو التأكد من أن الممرات الهوائية (الجهاز التنفسي العلوي) نظيفة بحيث يمكن سحب الهواء إلى الرئتين. هذه هي الخطوة الأولى في قائمة التحقق ABCDE. ABCDE تعني:

      تم توضيح نهج ABCDE بمزيد من التفاصيل هنا.

      عدم القدرة على التنفس بشكل طبيعي أمر مؤلم للغاية وكلما زاد شعور الشخص بالضيق ، زادت احتمالية تعرض تنفسه للخطر. إذا انهارت إحدى الرئتين ، فيمكننا التعامل معها بدونها ، لكننا نحتاج إلى رئة واحدة على الأقل تعمل. لدينا حوالي 90 ثانية من ATP مخزنة في أجسامنا ، والتي نستخدمها باستمرار ، لذلك نحتاج إلى أن نكون قادرين على الحصول على الأكسجين.

      يعد الفهم الراسخ لعلامات الجهاز التنفسي الحيوية ، فضلاً عن أنماط التنفس البشري (الإطار 2) أمرًا أساسيًا.مسلحين بهذه المعرفة ، يمكن للممرضات الاستجابة بسرعة للتغييرات الحادة ، مما قد ينقذ الأرواح ويعيد الصحة (فليتشر ، 2007).

      المربع 2. أنماط التنفس

      • التنفس المنتظم: الأنفاس متشابهة في السعة والمدة وشكل الموجة والتردد
      • التنفس غير المنتظم: تختلف الأنفاس في واحد أو أكثر مما يلي: السعة ، والمدة ، وشكل الموجة ، والتردد
      • ضعف التنفس: التنفس مع انخفاض حجم و / أو تردد التنفس
      • انقطاع النفس: توقف التنفس
      • التنفس الدوري: سلسلة من عدة أنفاس متبوعة بانقطاع النفس ، ثم سلسلة من الأنفاس ، ثم انقطاع النفس ، وهكذا.
      • تنفس Cheyne-Stokes: على غرار اتساع التنفس الدوري ، يبدأ منخفضًا ويزداد تدريجيًا ، ثم ينخفض ​​إلى انقطاع النفس ، ويتكرر النمط

      المصدر: مقتبس من Neuman (2011)

      النقاط الرئيسية

      • يتم الحصول على الطاقة في أجسامنا عن طريق كسر الروابط الكيميائية في الجزيئات
      • يُعد الأكسجين الذي يتم الحصول عليه من الهواء مكونًا حيويًا في عملية تخليق الطاقة
      • تم تصميم الجهاز التنفسي لتسهيل تبادل الغازات ، بحيث تتلقى الخلايا الأكسجين والتخلص من ثاني أكسيد الكربون
      • يتغير التنفس على مدار اليوم وفقًا لأنشطتنا
      • في الحالات الحادة ، يكون أحد التدخلات الأولى هو التحقق من أن المجاري الهوائية نظيفة حتى يمكن سحب الهواء إلى الرئتين

      سيدار SH (2017) الاستتباب والعلامات الحيوية: دورها في الصحة واستعادتها. أوقات التمريض 113: 8, 32-35.

      فليتشر م (2007) الممرضات تقود الطريق في رعاية الجهاز التنفسي. أوقات التمريض 103: 24, 42.

      فورنييه م (2014) رعاية مرضى الفشل التنفسي. ممرضة أمريكية اليوم 9: 11.

      نيومان إم آر (2011) علامات حيوية. نبض IEEE 2: 1, 39-44.

      Rhinesmith HS وآخرون (1957) دراسة كمية للتحلل المائي للغلوبين ثنائي النيتروفينيل البشري (DNP): عدد ونوع سلاسل البولي ببتيد في الهيموجلوبين البشري البالغ. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية 79: 17, 4682-4686.

      الكلية الملكية للتمريض (2017) معايير تقييم وقياس ومراقبة العلامات الحيوية عند الرضع والأطفال والشباب. لندن: RCN.

      شرودر WA ، ماتسودا جي (1958) مخلفات N- الطرفية للهيموجلوبين الجنين البشري. مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية 80: 6, 1521.

      شارما جي ، جودوين ج (2006) تأثير الشيخوخة على فسيولوجيا الجهاز التنفسي والمناعة. التدخلات السريرية في الشيخوخة 1: 3, 253-260.


      8.4: عملية التنفس - علم الأحياء

      التنفس الاختياري: تنشيط الحجاب الحاجز
      التجارب اليومية للتنفس لمعظم الأفراد غير المدربين غير متسقة أكثر مما قد يفترضه المرء. غالبًا ما تعلم الممارسات في اليوجا الأفراد أولاً مراقبة تنفسهم لتعريف الطالب في النهاية بأحاسيس التنفس. وبالتالي ، فإن أحد الجوانب المهمة في تعلم تقنيات التنفس هو الإدراك في الاختلاف في التنفس السلس وحتى التنفس غير المنتظم. تأتي التعديلات في أنماط التنفس بشكل طبيعي لبعض الأفراد بعد درس واحد ، ومع ذلك ، قد يستغرق الأمر ما يصل إلى ستة أشهر لاستبدال العادات السيئة ، وفي النهاية تغيير الطريقة التي يتنفس بها المرء (Sovik ، 2000). القاعدة العامة ، التي غالبًا ما يتم ملاحظتها في الدراسات ، ولا سيما التي لاحظها Gallego et al. (2001) أنه إذا تكرر الفعل التطوعي ، وحدث التعلم ، وقد تتغير العمليات العصبية الفسيولوجية والمعرفية التي تقوم عليها سيطرته. & # 148 Gallego et al. استمر في ذلك بينما يمكن إجراء بعض التغييرات ، إلا أن هناك ما يبرر الحاجة إلى دراسات طويلة الأجل لفهم أفضل للمراحل التي تتطلب الانتباه التي تنطوي عليها تغييرات التنفس هذه.

      على الرغم من أن الحجاب الحاجز هو أحد الأعضاء الأساسية المسؤولة عن التنفس ، يعتقد بعض اليوغيين أنه لا يعمل في كثير من الناس (Sovik ، 2000). وبالتالي ، غالبًا ما يتم التركيز على التنفس الحجابي ، بدلاً من استخدام عضلات الصدر المفرطة النشاط. من الناحية التشريحية ، يقع الحجاب الحاجز تحت الرئتين وفوق أعضاء البطن. هو الفصل بين تجاويف الجذع (العلوي أو الصدري والسفلي أو البطني). يتم تثبيته عند قاعدة الأضلاع والعمود الفقري والقص. كما ذكرنا سابقًا ، عندما يتقلص الحجاب الحاجز ، فإن الألياف الوسطى ، التي تتكون على شكل قبة ، تنزل إلى البطن ، مما يؤدي إلى زيادة حجم الصدر (وانخفاض الضغط) ، وبالتالي سحب الهواء إلى الرئتين. تهدف ممارسة تقنيات التنفس المناسبة إلى التخلص من سوء استخدام عضلات الصدر الإضافية ، مع التركيز بشكل أكبر على التنفس الحجابي.

      في التنفس البطني ، ينصب التركيز الأولي على تمدد البطن ، والذي يشار إليه أحيانًا بالتنفس البطني أو البطن. اطلب من العميل وضع يد واحدة على البطن فوق السرة ليشعر بدفعها للخارج أثناء الاستنشاق. بعد ذلك ، يشمل تركيز التنفس توسيع القفص الصدري أثناء الاستنشاق. لمساعدة الطالب على تعلم هذا ، حاول وضع حافة اليدين على طول جانب القفص الصدري (على مستوى القص) سوف يؤدي التنفس البطني الصحيح إلى تمدد جانبي ملحوظ للقفص الصدري. يجب ممارسة التنفس الحجابي في وضعية الاستلقاء ، والعرض ، والانتصاب ، لأن هذه هي المواقف الوظيفية للحياة اليومية. أخيرًا ، يتكامل التنفس الحجابي مع الحركات الجسدية ، الأساناس ، أثناء التأمل وأثناء الاسترخاء. على غرار راكب الدراجة المتمرس ، القادر على الحفاظ على التوازن دون عناء أثناء ركوب الدراجات ، يمكن للممارس المدرب في التنفس البطني تركيز الانتباه على أنشطة الحياة اليومية أثناء القيام بالتنفس البطني بشكل طبيعي. للتلخيص ، يقترح سوفيك أن خصائص التنفس الأمثل (أثناء الراحة) هي أنه حجابي ، أنفي (استنشاق وزفير) ، سلس ، عميق ، هادئ ، وخال من التوقفات.

      إجابات على بعض الأسئلة الشائعة عن التنفس
      فيما يلي بعض الإجابات على الأسئلة الشائعة حول التنفس مقتبسة من Repich (2002).
      1) كيف تأخذ نفسًا عميقًا؟
      على الرغم من أن العديد من الأشخاص يشعرون بأن التنفس العميق يأتي فقط من تمدد الصدر ، إلا أن التنفس الصدري (في حد ذاته) ليس أفضل طريقة لأخذ نفس عميق. للحصول على نفس عميق ، تعلم كيفية التنفس من الحجاب الحاجز مع توسيع الصدر في نفس الوقت.
      2) ماذا يحدث عندما تشعر بضيق في التنفس؟
      غالبًا ما يكون ضيق التنفس استجابة لرحلتك أو محاربة الهرمون والجهاز العصبي مما يؤدي إلى شد عضلات الرقبة والصدر. هذا يجعل التنفس مجهدًا ويمنح الشخص ذلك الشعور بضيق التنفس.
      3) ما هي متلازمة فرط التنفس؟
      تُعرف متلازمة فرط التنفس أيضًا باسم فرط التنفس. كثرة التنفس يسبب هذه الظاهرة. على الرغم من أنه يبدو وكأنه نقص في الأكسجين ، إلا أن هذا ليس هو الحال على الإطلاق. يتسبب الإفراط في التنفس في فقدان الجسم لثاني أكسيد الكربون. يؤدي فقدان ثاني أكسيد الكربون إلى ظهور أعراض مثل اللهاث والارتجاف والاختناق والشعور بالاختناق. وللأسف ، غالبًا ما يؤدي الإفراط في التنفس إلى استمرار الإفراط في التنفس ، مما يؤدي إلى خفض مستويات ثاني أكسيد الكربون بشكل أكبر ، وبالتالي يصبح تسلسلًا سيئًا. لاحظ Repich (2002) أن متلازمة فرط التنفس هذه شائعة في 10٪ من السكان. لحسن الحظ ، التنفس البطيء العميق يخفف من ذلك بسهولة. يساعد التنفس المتعمد والعميق على تحويل الشخص إلى نمط التنفس البطني المفضل.
      4) عندما تشعر بضيق في التنفس ، هل تحتاج إلى التنفس بشكل أسرع للحصول على مزيد من الهواء؟
      في الواقع ، العكس تماما. إذا كنت تتنفس بسرعة ، فقد تبدأ في التنفس بشكل مفرط وخفض مستويات ثاني أكسيد الكربون لديك. مرة أخرى ، يوصى بالتنفس البطئ العميق البطني.
      5) كيف تعرف أنك تعاني من فرط التنفس؟
      في كثير من الأحيان لا يدرك الشخص متى يكون شديد التنفس. عادة ما يتم التركيز بشكل أكبر على الموقف المثير للقلق الذي يسبب التنفس السريع. مع فرط التنفس ، يكون هناك تنفس صدري أسرع بكثير ، وبالتالي يتحرك الصدر والكتفين بشكل واضح أكثر. كذلك ، إذا كنت تأخذ حوالي 15-17 نفسًا في الدقيقة أو أكثر (في حالة عدم ممارسة الرياضة) ، فقد يكون هذا مقياسًا أكثر قابلية للقياس الكمي لارتفاع التنفس المحتمل.

      افكار اخيرة
      يتضح من البحث أن تمارين التنفس (مثل تنفس البراناياما) يمكن أن تعزز النغمة السمبتاوي (تمنع الاستجابات العصبية) ، وتقلل من النشاط العصبي الودي (الاستثاري) ، وتحسن وظائف الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية ، وتقلل من آثار الإجهاد ، وتحسن الصحة الجسدية والعقلية ( Pal ، Velkumary ، و Madanmohan ، 2004). يمكن لمتخصصي الصحة واللياقة البدنية الاستفادة من هذه المعرفة ودمج تمارين التنفس البطيء المناسبة بانتظام مع طلابهم وعملائهم في فصولهم ودوراتهم التدريبية.

      الشريط الجانبي 1. ما هو الربو؟ وخمسة خرافات شائعة مرتبطة به؟
      كلمة & quotasthma & quot مشتقة من الكلمة اليونانية التي تعني & quotto puff or pant. & # 148 تشمل الأعراض النموذجية للربو الصفير وضيق التنفس وضيق الصدر والسعال المستمر. تتطور نوبات الربو من استجابة لا إرادية لمسببات ، مثل غبار المنزل ، وحبوب اللقاح ، والتبغ ، والدخان ، وهواء الفرن ، وفراء الحيوانات.
      يثير الربو استجابة التهابية في الرئتين. تنتفخ بطانات مجرى الهواء وتتقلص العضلات الملساء المحيطة بها وينتج مخاط زائد. أصبح تدفق الهواء الآن محدودًا ، مما يجعل من الصعب على الأكسجين الوصول إلى الحويصلات الهوائية وإلى مجرى الدم. يتم تحديد شدة نوبة الربو من خلال مدى ضيق الشعب الهوائية. عندما تلتهب الممرات الهوائية لدى المصاب بالربو بشكل مزمن ، لا يتطلب الأمر سوى محفز طفيف للتسبب في رد فعل كبير في الشعب الهوائية. يمكن أن تصبح مستويات الأكسجين منخفضة ومهددة للحياة. فيما يلي بعض الخرافات الشائعة حول الربو.
      الخرافة 1) الربو مرض عقلي
      نظرًا لأن مرضى الربو غالبًا ما يتعرضون لهجمات عند مواجهة الإجهاد العاطفي ، فقد حدده بعض الأشخاص على أنه حالة نفسية جسدية. الربو هو حالة فسيولوجية حقيقية. ومع ذلك ، يمكن أن تكون المنبهات العاطفية بمثابة محفز للربو ، مما يؤدي إلى تفاقم نوبة الربو.
      الخرافة الثانية) الربو ليس حالة صحية خطيرة
      بل على العكس تماما! قد تستمر نوبات الربو عدة دقائق أو تستمر لساعات. مع تحريض الربو الممتد تصبح صحة الفرد في خطر متزايد. في الواقع ، إذا أصبح انسداد مجرى الهواء شديدًا ، فقد يعاني المريض من فشل في الجهاز التنفسي ، مما يؤدي إلى الإغماء واحتمال الوفاة.
      الأسطورة 3) سيخرج الأطفال من الربو عندما يكبرون حتى سن الرشد
      سيصاب به غالبية المصابين بالربو مدى الحياة ، على الرغم من أن بعض الأشخاص قد تخلصوا منه على ما يبدو.
      الأسطورة 4) يجب أن يمارس مرضى الربو & # 146t التمرين
      يمكن للمصابين بالربو ممارسة الرياضة ويجب عليهم ذلك. والأهم من ذلك أنه يجب عليهم العثور على أنواع التمارين التي يشعرون براحة أكبر معها وكذلك أفضل مكان ووقت للقيام بالتمرين.
      الخرافة الخامسة) عدم إصابة الكثير من الناس بالربو
      وفقًا للمركز الوطني للإحصاءات الصحية (2002) ، فإن 20 مليون شخص يعانون من الربو في الولايات المتحدة يمكن أن يهدد حياتهم حيث أودى بحياة ما يقرب من 4261 حالة وفاة في عام 2002. ولم يتضح الباحثون ما إذا كان هذا بسبب الرعاية الوقائية غير السليمة والمزمنة. الإفراط في استخدام أدوية الربو ، أو مزيج من كلا العاملين.
      نهاية

      مراجع:
      كولينز ، سي (1998). اليوجا: الحدس والطب الوقائي والعلاج. مجلة تمريض التوليد وأمراض النساء وحديثي الولادة ، 27 (5) 563-568.

      Gallego، J.، Nsegbe، E. and Durand، E. (2001). التعلم في التحكم في الجهاز التنفسي. تعديل السلوك ، 25 (4) 495-512.

      جوز ، أ. (1997). الدماغ والتنفس وضيق التنفس. فسيولوجيا التنفس. 109 ، 197-204.

      Jerath ، R. ، Edry JW ، Barnes ، V.A. ، and Jerath ، V. (2006). فسيولوجيا التنفس البرانايامي الطويل: قد توفر عناصر الجهاز التنفسي العصبي آلية تشرح كيف أن التنفس العميق البطيء يغير الجهاز العصبي اللاإرادي. الفرضية الطبية ، 67 ، 566-571.

      المركز الوطني للإحصاءات الصحية. (2002). وزارة الصحة والخدمات الإنسانية الأمريكية. مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها.
      http://www.cdc.gov/nchs/products/pubs/pubd/hestats/asthma/asthma.htm

      بال ، ج. فيلكوماري ، س ومادانموهان. (2004). تأثير الممارسة قصيرة المدى لتمارين التنفس على الوظائف اللاإرادية لدى متطوعين بشريين عاديين. المجلة الهندية للبحوث الطبية ، 120 ، 115-121.

      ريبيش ، د. (2002). التغلب على مخاوف التنفس. National Institute of Anxiety and Stress، Inc.

      ريتز ، ت. وروث ، دبليو تي (2003). التدخل السلوكي في الربو. تعديل السلوك. 27 (5) ، 710-730.

      سوفيك ، ر. (2000). علم التنفس & # 150 وجهة نظر اليوغي. التقدم في أبحاث الدماغ ، 122 (الفصل 34) ، 491-505.


      6 اتجاهات لأبحاث المستقبل

      يؤدي الحنك الرخو واللسان وظائف متعددة في التغذية والتنفس. أثناء المضغ والبلع ، يتم تنسيق حركات اللسان والحنك الرخو مؤقتًا مع حركة الفك. أثناء معالجة الطعام ، يتحرك اللسان والحنك الرخو بشكل دوري مع حركة الفك المضغ. أثناء النقل في المرحلة الثانية ، يضغط اللسان والحنك على بلعة الطعام إلى البلعوم الفموي. أثناء البلع البلعومي ، يرتفع الحنك الرخو ويتراجع اللسان ، ويغلق مساحة البلعوم. يلعب اللسان والحنك الرخو أيضًا دورًا مهمًا في التحكم في انفتاح مجرى الهواء العلوي. أثناء التنفس الأنفي ، يتم خفض الحنك الرخو وسحب قاعدة اللسان للأمام لتوسيع البرزخ البلعومي [17]. يمكن أن تتعارض هذه الحركات اللازمة لتوسيع البلعوم أثناء التنفس الأنفي مع تلك اللازمة للمضغ ونقل الطعام أثناء الأكل. لا تزال هناك فجوات كبيرة في فهمنا للتحكم العصبي في الحنك الرخو واللسان المرتبط بالتنفس والمضغ ، وفي آليات منع الشفط أثناء المضغ وتجميع البلعة.

      يعتبر تأخر بدء البلع أو التسرب المبكر للطعام في مجرى الطعام قبل البلع من الخصائص المتكررة للبلع غير الطبيعي [21 ، 82 ، 83]. ومع ذلك ، لا يتم تعريف البدء المتأخر في البلع ببساطة ، نظرًا لأن دخول البلعة قبل البلع في البلعوم يحدث في الأفراد الأصحاء الذين يشربون السوائل [84 & # x0201386] أو يتناولون الطعام الصلب [1 & # x020133]. إن وجود الطعام في البلعوم قبل البلع ليس بالضرورة أمرًا غير طبيعي ، ولكنه يمكن أن يزيد من خطر الطموح لدى الأفراد المصابين بعسر البلع الذين يعانون من ضعف حماية مجرى الهواء. هناك حاجة إلى مزيد من التحقيقات لتحديد أهمية الطعام المتبقي في البلعوم لفترة طويلة قبل البلع في الأفراد المصابين بعسر البلع.


      شاهد الفيديو: التنفس الخلوي رائع Cellular Respiration (كانون الثاني 2022).