معلومة

ما هي الغازات التي يحتاجها الإنسان للتنفس؟


سأبدأ مشروعًا علميًا حول استدامة الحياة في المحطات الفضائية. أنا أعلم بالفعل أن الأكسجين النقي ضار بالبشر ، لكن هل سيكون $ O_2 $ + $ CO_2 $ كافٍ للبشر للتنفس أو هل يحتاج البشر أيضًا إلى غازات أخرى؟


لماذا لا ننظر إلى محطة الفضاء الحالية كمثال. محطة الفضاء الدولية (ISS) ، مقالة أولية بعنوان "التنفس بسهولة على محطة الفضاء" (ناسا) ، بينما لا تناقش هذه المقالة كميات المواد الكيميائية المختلفة ، فإنها تبحث في العملية المتعلقة بكيفية الحفاظ على التوازن الكيميائي - وهو النقطة المهمة المتعلقة بسؤالك هي تصفية ثاني أكسيد الكربون بعيدًا.

المقال الثاني "التنفس في محطة الفضاء" (المهمات الإلكترونية) ، يناقش النسب المئوية الفعلية لكل مكون. تنص على أن التركيب الكيميائي لهواء المحطة الفضائية يشبه بشكل مثالي الغلاف الجوي للأرض. مع 78٪ نيتروجين و 21٪ أكسجين و 1٪ بخار ماء على المحطة الفضائية (الأرجون موجود في الغلاف الجوي للأرض ، لكن يبدو أنه غير ضروري في المحطة الفضائية).

آمل أن يساعد هذا.


13.36: عمليات التنفس

  • بمساهمة CK-12: مفاهيم علم الأحياء
  • مصدره مؤسسة CK-12

العنب. لماذا ا؟ ما الذي تشترك فيه هذه مع نفس الهواء؟

يوجد أدناه أجزاء من الرئتين حيث ينتقل الأكسجين من الرئتين إلى الدم. إذا كانت الحويصلات الهوائية أدناه أرجوانية ، يمكن أن تشبه حفنة من العنب. بالطبع ، نظرًا لوجود الحويصلات الهوائية في الرئتين ، يجب أن تكون صغيرة جدًا لتوفير مساحة كافية لتبادل الغازات. في الواقع ، هناك حوالي 300 مليون حويصلة في الرئة البالغة.


30.4 نقل الغازات في سوائل الجسم البشري

في هذا القسم سوف تستكشف الأسئلة التالية:

  • كيف يرتبط الأكسجين بالهيموجلوبين وينتقل إلى أنسجة الجسم؟
  • كيف يتم نقل ثاني أكسيد الكربون من أنسجة الجسم إلى الرئتين؟

اتصال لدورات AP ®

يحدث تبادل الغازات على مستوى الأنسجة أيضًا عن طريق الانتشار. ترتبط غالبية الأكسجين المنقول من الرئتين إلى أنسجة الجسم ببروتين يسمى الهيموجلوبين. الهيموجلوبين عبارة عن بروتين رباعي يتكون من أربع مجموعات تحتوي على الحديد ، وله قابلية كبيرة للأكسجين. (نحن نعلم هذا لأن الحديد يصدأ عند تعرضه للهواء).

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم تدعم المفاهيم الموضحة في الفكرة الكبيرة 4 من إطار منهج علم الأحياء AP ®. توفر أهداف التعلم AP ® المدرجة في إطار المناهج الدراسية أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

فكرة كبيرة 4 تتفاعل النظم البيولوجية ، وهذه الأنظمة وتفاعلاتها تمتلك خصائص معقدة.
الفهم الدائم 4 التفاعلات داخل النظم البيولوجية تؤدي إلى خصائص معقدة.
المعرفة الأساسية 4-أ 1 تحدد المكونات الفرعية للجزيئات البيولوجية وتسلسلها خصائص هذا الجزيء.
ممارسة العلوم 6.1 يمكن للطالب تبرير الادعاءات بالأدلة.
ممارسة العلوم 6.4 يمكن للطالب تقديم ادعاءات وتنبؤات حول الظواهر الطبيعية بناءً على النظريات والنماذج العلمية.
هدف التعلم 4.3 الطالب قادر على استخدام النماذج للتنبؤ وتبرير أن التغييرات في المكونات الفرعية للبوليمر البيولوجي تؤثر على وظائف الجزيء.

بمجرد أن ينتشر الأكسجين عبر الحويصلات الهوائية ، فإنه يدخل إلى مجرى الدم وينتقل إلى الأنسجة حيث يتم تفريغه ، وينتشر ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات الهوائية ليتم طرده من الجسم. على الرغم من أن تبادل الغازات عملية مستمرة ، يتم نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بواسطة آليات مختلفة.

نقل الأكسجين في الدم

على الرغم من أن الأكسجين يذوب في الدم ، إلا أنه يتم نقل كمية صغيرة من الأكسجين بهذه الطريقة. فقط 1.5 في المائة من الأكسجين في الدم يذوب مباشرة في الدم نفسه. يرتبط معظم الأكسجين - 98.5 بالمائة - ببروتين يسمى الهيموجلوبين وينقل إلى الأنسجة.

الهيموغلوبين

الهيموغلوبين، أو Hb ، هو جزيء بروتين موجود في خلايا الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء) يتكون من أربع وحدات فرعية: وحدتان فرعيتان ألفا ووحدتان فرعيتان بيتا (الشكل 30.19). كل وحدة فرعية تحيط المركزية مجموعة الهيم يحتوي على الحديد ويربط جزيء أكسجين واحدًا ، مما يسمح لكل جزيء هيموجلوبين بربط أربعة جزيئات أكسجين. الجزيئات التي تحتوي على المزيد من الأكسجين المرتبط بمجموعات الهيم تكون حمراء أكثر إشراقًا. نتيجة لذلك ، يكون الدم الشرياني المؤكسج حيث يحمل الهيموغلوبين أربعة جزيئات أكسجين أحمر فاتح ، بينما الدم الوريدي غير المؤكسج أحمر أغمق.

من الأسهل ربط جزيء الأكسجين الثاني والثالث بـ Hb من ​​الجزيء الأول. وذلك لأن جزيء الهيموجلوبين يغير شكله أو شكله حيث يرتبط الأكسجين. ومن ثم يصبح من الصعب ربط الأكسجين الرابع. يمكن رسم ارتباط الأكسجين بالهيموجلوبين كدالة للضغط الجزئي للأكسجين في الدم (المحور السيني) مقابل تشبع الهيموجلوبين النسبي (المحور الصادي). الرسم البياني الناتج - أ منحنى تفكك الأكسجين- هو السيني ، أو على شكل حرف S (الشكل 30.20). مع زيادة الضغط الجزئي للأكسجين ، يصبح الهيموجلوبين مشبعًا بشكل متزايد بالأكسجين.

اتصال مرئي

  1. ستنخفض درجة حموضة الدم وستزداد تقارب الهيموجلوبين للأكسجين.
  2. ستزداد درجة حموضة الدم وتنخفض ألفة الهيموجلوبين للأكسجين.
  3. ستنخفض درجة الحموضة في الدم وستنخفض ألفة الهيموجلوبين للأكسجين.
  4. ستزداد درجة حموضة الدم وستزداد أيضًا تقارب الهيموجلوبين للأكسجين.

العوامل التي تؤثر على ارتباط الأكسجين

ال القدرة على حمل الأكسجين من الهيموجلوبين يحدد كمية الأكسجين التي يتم حملها في الدم. بالإضافة إلى P O 2 P O 2 ، يمكن أن تؤثر العوامل والأمراض البيئية الأخرى على قدرة حمل الأكسجين وإيصاله.

أمراض مثل فقر الدم المنجلي والثلاسيميا تقلل من قدرة الدم على توصيل الأكسجين إلى الأنسجة وقدرتها على حمل الأكسجين. في فقر الدم المنجلي، شكل كريات الدم الحمراء على شكل هلال ، ممدود ، ومتصلب ، مما يقلل من قدرتها على توصيل الأكسجين (الشكل 30.21). في هذا الشكل ، لا يمكن لخلايا الدم الحمراء المرور عبر الشعيرات الدموية. هذا مؤلم عند حدوثه. الثلاسيميا هو مرض وراثي نادر ينتج عن خلل في الوحدة الفرعية ألفا أو بيتا من الهيموغلوبين. ينتج مرضى الثلاسيميا عددًا كبيرًا من خلايا الدم الحمراء ، لكن هذه الخلايا لديها مستويات أقل من الطبيعي من الهيموجلوبين. لذلك ، تقل قدرة حمل الأكسجين.

نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم

يتم نقل جزيئات ثاني أكسيد الكربون في الدم من أنسجة الجسم إلى الرئتين بإحدى الطرق الثلاث: الذوبان مباشرة في الدم ، أو الارتباط بالهيموجلوبين ، أو حمله كأيون بيكربونات. تؤثر العديد من خصائص ثاني أكسيد الكربون في الدم على انتقاله. أولاً ، ثاني أكسيد الكربون أكثر قابلية للذوبان في الدم من الأكسجين. يذوب حوالي 5 إلى 7 في المائة من ثاني أكسيد الكربون في البلازما. ثانيًا ، يمكن لثاني أكسيد الكربون أن يرتبط ببروتينات البلازما أو يمكن أن يدخل خلايا الدم الحمراء ويرتبط بالهيموجلوبين. هذا النموذج ينقل حوالي 10 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون. عندما يرتبط ثاني أكسيد الكربون بالهيموجلوبين ، يسمى الجزيء كاربامينوهيموغلوبين لقد تكون. يمكن عكس ارتباط ثاني أكسيد الكربون بالهيموجلوبين. لذلك ، عندما يصل ثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين ، يمكن أن ينفصل بحرية عن الهيموجلوبين ويطرد من الجسم.

فائدة نظام عازلة البيكربونات هو أن ثاني أكسيد الكربون "يُمتص" في الدم مع تغيير طفيف في درجة الحموضة في النظام. هذا مهم لأنه لا يتطلب سوى تغيير بسيط في الرقم الهيدروجيني الكلي للجسم حتى تحدث الإصابة الشديدة أو الوفاة. يسمح وجود نظام عازلة البيكربونات للأشخاص بالسفر والعيش على ارتفاعات عالية: عندما يتغير الضغط الجزئي للأكسجين وثاني أكسيد الكربون على ارتفاعات عالية ، يتم ضبط نظام عازلة البيكربونات لتنظيم ثاني أكسيد الكربون مع الحفاظ على الرقم الهيدروجيني الصحيح في الجسم .

التسمم بأول أكسيد الكربون

في حين أن ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يرتبط بسهولة وينفصل عن الهيموجلوبين ، فإن الجزيئات الأخرى مثل أول أكسيد الكربون (CO) لا يمكنها ذلك. أول أكسيد الكربون له انجذاب أكبر للهيموجلوبين من الأكسجين. لذلك ، عند وجود أول أكسيد الكربون ، فإنه يرتبط بالهيموجلوبين بشكل تفضيلي على الأكسجين. نتيجة لذلك ، لا يمكن للأكسجين الارتباط بالهيموجلوبين ، لذلك يتم نقل القليل جدًا من الأكسجين عبر الجسم (الشكل 30.22). أول أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون والرائحة ومن ثم يصعب اكتشافه. يتم إنتاجه بواسطة المركبات والأدوات التي تعمل بالغاز. يمكن أن يسبب أول أكسيد الكربون الصداع والارتباك والغثيان. إن إعطاء 100 في المائة من الأكسجين (النقي) هو العلاج المعتاد للتسمم بأول أكسيد الكربون. تؤدي إدارة الأكسجين النقي إلى تسريع عملية فصل أول أكسيد الكربون عن الهيموجلوبين.


ماذا يوجد في التنفس؟

يشكل النيتروجين الجزء الأكبر (78 في المائة) من الهواء الذي يتنفسه الإنسان ويخرجه ، مع الأخذ في الاعتبار أن أجسام البشر لا فائدة لها. المركز الثاني ينتمي إلى الأكسجين (21 بالمائة في ، 16 بالمائة خارج) وثاني أكسيد الكربون الثالث (0.04 بالمائة في ، أربعة بالمائة خارج). توجد العناصر النزرة الأخرى في هواء الزفير ، مثل الأرجون (0.09٪ في كلا الاتجاهين ، مرة أخرى لأن البشر لا يستخدمونه). يزفر البشر أيضًا بخار الماء ، وهو منتج ثانوي للتنفس الخلوي ، بمعدل يختلف باختلاف الشخص وصحته وعوامل أخرى.

يمكن أن توجد مواد كيميائية أخرى في الهواء يستنشقها الإنسان ويزفرها ، وبعضها يمكن أن يضر بصحة الإنسان. يمكن أن تسبب الجسيمات الناتجة عن الصناعات ودخان السجائر والمواد الكيميائية الأخرى مثل الكبريت وأكاسيد النيتروجين ضررًا للرئتين. يتم التقاط بعض أشكال المواد الخطرة ، مثل الجراثيم والجسيمات ، من خلال الزوائد الشبيهة بالشعر التي تبطن الممر إلى حلق الشخص. تسمى الأهداب ، وهي تساعد في حماية الناس من هذه العناصر الموجودة في هواء الأرض ، ولكنها ليست نظامًا مثاليًا وفي بعض الأحيان يمكن أن تصل الأشياء إلى بقية الرئتين وتعلق في الحويصلات الهوائية. يمكن أن تسبب الجراثيم ، على سبيل المثال ، التهابات.


حماية الجهاز التنفسي

الشكل ( PageIndex <7> ): تساعد الحركة الكاسحة الصاعدة للأهداب التي تبطن الجهاز التنفسي على إبقائها خالية من الغبار ومسببات الأمراض والمواد الضارة الأخرى.

قد تكون قادرًا على البقاء على قيد الحياة لأسابيع بدون طعام ولأيام بدون ماء ، ولكن يمكنك البقاء على قيد الحياة بدون أكسجين لبضع دقائق فقط إلا في ظل ظروف استثنائية. لذلك ، فإن حماية الجهاز التنفسي أمر حيوي. هذا & rsquos هو السبب في أن التأكد من أن المريض لديه مجرى هواء مفتوح هو الخطوة الأولى في علاج العديد من حالات الطوارئ الطبية. لحسن الحظ ، الجهاز التنفسي محمي بشكل جيد بواسطة القفص الصدري للجهاز الهيكلي. ومع ذلك ، فإن المساحة الواسعة للجهاز التنفسي معرضة بشكل مباشر للعالم الخارجي وجميع أخطارها المحتملة في الهواء المستنشق. لذلك ، لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن الجهاز التنفسي لديه مجموعة متنوعة من الطرق لحماية نفسه من المواد الضارة مثل الغبار ومسببات الأمراض في الهواء.

الطريقة الرئيسية التي يحمي بها الجهاز التنفسي نفسه تسمى السلم الكهربائي المخاطي الهدبي. من الأنف عبر القصبات الهوائية ، يُغطى الجهاز التنفسي بالظهارة التي تحتوي على خلايا كؤوس تفرز المخاط. يحبس المخاط الجزيئات ومسببات الأمراض في الهواء الداخل. يتم تغطية ظهارة الجهاز التنفسي أيضًا بإسقاطات خلوية صغيرة تسمى الأهداب (المفرد ، الهدب) ، كما هو موضح في الشكل ( فهرس الصفحة <7> ). تتحرك الأهداب باستمرار في حركة كاسحة لأعلى باتجاه الحلق ، وتحريك المخاط والجسيمات العالقة ومسببات الأمراض بعيدًا عن الرئتين باتجاه خارج الجسم.

ماذا يحدث للمادة التي تتحرك صعودًا في المصعد المخاطي الهدبي إلى الحلق؟ يتم إزالته بشكل عام من الجهاز التنفسي عن طريق تطهير الحلق أو السعال. السعال هو استجابة لا إرادية للجهاز التنفسي تحدث عندما تتهيج الأعصاب المبطنة للممرات الهوائية. تؤدي الاستجابة إلى طرد الهواء بقوة من القصبة الهوائية ، مما يساعد على إزالة المخاط وأي حطام يحتوي عليه (يسمى البلغم) من الجهاز التنفسي العلوي إلى الفم. قد يبصق البلغم (مقشع) ، أو قد يبتلعه ويتلف بواسطة أحماض المعدة.

العطس هو استجابة لا إرادية مماثلة تحدث عندما تهيج الأعصاب المبطنة لمجرى الأنف. ينتج عنه طرد قوي للهواء من الفم ، مما يؤدي إلى رش ملايين القطرات الصغيرة من المخاط وغيره من الحطام من الفم إلى الهواء ، كما هو موضح في الشكل ( فهرس الصفحة <8> ). وهذا يفسر سبب أهمية العطس في الكم بدلاً من الهواء للمساعدة في منع انتقال مسببات الأمراض التنفسية.

الشكل ( فهرس الصفحة <8> ): ينتج عن العطس جزيئات صغيرة من الفم يتم إخراجها بقوة في الهواء.


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 العدد الإجمالي للأنفاس ، 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 عن طريق مركز التنفس 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.

العوامل التي تؤثر على معدل وعمق التنفس

يتم تنظيم معدل التنفس وعمق الشهيق من خلال مراكز التنفس في الدماغ: النخاع المستطيل والجسور. تستجيب هذه المراكز للمنبهات الجهازية باستخدام علاقة التغذية الراجعة الإيجابية التي كلما 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. توجد المستقبلات الكيميائية المركزية في الدماغ وجذع الدماغ ، بينما توجد المستقبلات الكيميائية الطرفية في الشرايين السباتية وقوس الأبهر. 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 ، كتركيز ثاني أكسيد الكربون2 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 ، ترتبط غالبية الأكسجين بالهيموغلوبين عندما تنخفض مستويات الأكسجين المذابة ، ويطلق 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 بمزيد 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.


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

نحتاج 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 ، حيث 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 تكسير 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 تكون مبللة.

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 تصبح غير ملتصقة ، 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 من الهواء 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). بالمقابل ، 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 عند 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 ضغط الهواء خارج الرئتين - نحن نزفر.

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 يملك الأطفال المبتسرون ما يكفي من الفاعل بالسطح الرئوي ، لذا فهم بحاجة 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. It enters the right side of the heart and is pumped into the pulmonary system. Carbon dioxide diffuses into the lungs and is expelled as we exhale.

While the deoxygenated blood travels in the veins, detectors in the brain and blood vessels (chemoreceptors) measure the blood’s pH. The peripheral chemoreceptors – although sensitive to changes in carbon dioxide levels and pH, as well as oxygen levels – mainly monitor oxygen. The central chemoreceptors, located in the brain constitute the control centres for breathing, as they are especially sensitive to pH changes in the blood. As carbon dioxide levels rise, blood pH falls this is picked up by the central chemoreceptors and, through feedback mechanisms, signals are sent to alter breathing.

Altering breathing

We change our breathing to match our activity. When we move skeletal muscles, we use energy and therefore need more sugar and oxygen. Muscles have a good blood supply, bringing oxygen and glucose and taking away carbon dioxide. As muscles move more – for example, if we go from walking to running – the heart pumps faster (increased heart rate) to increase the blood supply and we breathe more quickly (increased respiratory rate) to get more oxygen into the blood.

The respiratory rate can be increased or decreased to suit the amount of oxygen needed. To increase the respiratory rate, effectors in the lungs are triggered to ventilate (inhale and exhale) faster, so carbon dioxide is removed and oxygen brought in more quickly. At the same time, the brain sends messages to the heart to beat faster, pumping oxygenated blood to the cells more quickly. The depth of breathing can also be altered so that a larger or smaller volume of air is taken into the lungs.

Respiratory rate is one of the respiratory vital signs (Box 1). To diagnose any respiratory problem, these vital signs need to be measured at rest and at work (Cedar, 2017). Respiratory rate is hard to measure, because when patients are told it is going to be measured, they usually start to breathe slower or faster than normal. It may be beneficial for nurses to tell patients that they are going to measure their temperature, and then measure their respiratory rate at the same time.

Box 1. Vital signs of breathing

  • Respiratory rate (RR) – number of breaths taken per minute. Adults breathe in and out approximately 12-18 times per minute
  • Tidal volume (TV) – amount of air inhaled and exhaled per breath (about 500ml in adults)
  • Expiratory reserve volume (ERV) – volume of air that can be exhaled after normal breathing
  • Inspiratory reserve volume (IRV) – volume of air that can be inhaled after normal breathing
  • Residual volume (RV) – the air that remains in the lungs the lungs are never completely empty, otherwise they would collapse and stick together
  • Lung capacities (depth and volume of breathing), which can be measured using a spirometer:
    • Vital capacity = ERV + TV + IRV
    • Inspiratory capacity = TV + IRV
    • Functional residual capacity = ERV + RV
    • Total lung capacity = RV + ERV + TV + IRV

    Accurately measuring breathing rate and depth at rest gives a key measure of pulmonary function and oxygen flow. Changes in breathing rate and depth at rest not only tell us about physical changes in the body, but also about mental and emotional changes, as our state of mind and our feelings have an effect on our breathing.

    A lifetime of breathing

    Our respiratory vital signs not only change during the course of one day according to our activities, but also during the course of our lifetimes.

    Before birth, the embryo and then the foetus draw oxygen from the mother’s blood through the placenta. Haemoglobin changes take place to enable the embryo/foetus to take oxygen from blood at lower concentration than it will find in the air after birth. Immediately after birth, the newborn has to switch from drawing oxygen from the blood to inflating its lungs and taking air into them (Schroeder and Matsuda, 1958 Rhinesmith et al, 1957).

    Babies have a much faster heart rate and respiratory rate than adults: they take about 40 breaths per minute because they have smaller lungs (Royal College of Nursing, 2017). Heart rate and respiratory rate slow down with advancing age, partly because the lungs become less able to expand and contract. Becoming less elastic with age, all our muscles – not only skeletal muscle but also smooth muscle and cardiac muscle – reduces the speed at which they expand and contract (Sharma and Goodwin, 2006).

    When we die, one of the signs of death is the cessation of breathing. Oxygen stops diffusing into the blood and, as ATP is used up and we are unable to synthesise more, we become cyanotic. We run out of energy and all of the body’s processes cease. In the brain, the potential difference (measured in volts) becomes the same inside and outside the neurons, and electrical activity stops. The brain ceases all activity, including the involuntary activity that is needed to sustain life.

    Respiratory conditions

    Health professionals are likely to encounter patients with breathing problems in any setting. Common respiratory conditions are:

    • Asthma – often caused by certain chemicals or pollution, asthma affects the bronchioles, which become chronically inflamed and hypersensitive
    • Chronic obstructive pulmonary disorder – often caused by smoking or pollution
    • Pneumonia – usually caused by a bacterial infection, pneumonia is the swelling of tissues in one or both lungs
    • Lung cancers – the predominant tissue in the lungs is epithelial tissue, so lung cancers are mostly carcinomas (squamous cell carcinomas, adenocarcinomas, small cell carcinomas), which are cancers of epithelial tissue.

    Lung disease can appear at any age but susceptibility increases with age because, as we age:

    • The elasticity of our lungs decreases
    • Our vital capacity decreases
    • Our blood-oxygen levels decrease
    • The stimulating effects of carbon dioxide decrease
    • There is an increased risk of respiratory tract infection.

    Respiratory emergencies

    Patients who are rapidly deteriorating or critically ill must be assessed immediately, and nursing interventions can go a long way to ensure recovery (Fournier, 2014). In an acute situation, one of the first interventions is to ensure the airways (upper respiratory tract) are clear so air can be drawn into the lungs. This is the first step of the ABCDE checklist. ABCDE stands for:

    The ABCDE approach is outlined in more detail here.

    An inability to breathe normally is extremely distressing and the more distressed a person becomes, the more likely it is that their breathing will be compromised. If one of our lungs collapses, we can manage without it, but we do need at least one functioning lung. We have about 90 seconds worth of ATP stored in our bodies, which we constantly use, so we need to be able to get oxygen.

    A solid understanding of vital respiratory signs, as well as human breathing patterns (Box 2) is key. Armed with such know-ledge, nurses can react quickly to acute changes, potentially saving lives and restoring health (Fletcher, 2007).

    Box 2. Breathing patterns

    • Regular breathing: breaths are similar in amplitude, duration, wave shape and frequency
    • Irregular breathing: breaths vary in one or more of the following: amplitude, duration, wave shape and frequency
    • Hypopnea: breathing at reduced breath (tidal) volume and/or frequency
    • Apnoea: cessation of breathing
    • Periodic breathing: a sequence of several breaths followed by apnoea, then a sequence of breaths, then apnoea, and so on
    • Cheyne-Stokes breathing: similar to periodic breathing breath amplitude starts low and gradually increases, then decreases to apnoea, and the pattern repeats

    Source: Adapted from Neuman (2011)

    النقاط الرئيسية

    • Energy in our bodies is obtained by breaking the chemical bonds in molecules
    • Oxygen sourced from the air is a vital ingredient in the process of energy synthesis
    • The respiratory system is designed to facilitate gas exchange, so that cells receive oxygen and get rid of carbon dioxide
    • Breathing changes throughout the day according to our activities
    • In an acute situation, one of the first interventions is to check the airways are clear so air can be drawn into the lungs

    Cedar SH (2017) Homeostasis and vital signs: their role in health and its restoration. أوقات التمريض 113: 8, 32-35.

    Fletcher M (2007) Nurses lead the way in respiratory care. أوقات التمريض 103: 24, 42.

    Fournier M (2014) Caring for patients in respiratory failure. American Nurse Today 9: 11.

    Neuman MR (2011) Vital signs. IEEE Pulse 2: 1, 39-44.

    Rhinesmith HS et al (1957) A quantitative study of the hydrolysis of human dinitrophenyl(DNP)globin: the number and kind of polypeptide chains in normal adult human hemoglobin. Journal of the American Chemical Society 79: 17, 4682-4686.

    Royal College of Nursing (2017) Standards for Assessing, Measuring and Monitoring Vital Signs in Infants, Children and Young People. London: RCN.

    Schroeder WA, Matsuda G (1958) N-terminal residues of human fetal hemoglobin. Journal of the American Chemical Society 80: 6, 1521.

    Sharma G, Goodwin J (2006) Effect of aging on respiratory system physiology and immunology. Clinical Interventions in Aging 1: 3, 253-260.


    إظهار / إخفاء الكلمات المراد معرفتها

    Concentration: in chemistry the ratio of the mass or volume of one substance (solute) in the mass or volume of a solvent. For example saline is a concentration of salt (solute) in water (solvent).

    Diffuse: to spread out.

    Molecule: a chemical structure that has two or more atoms held together by a chemical bond. Water is a molecule of two hydrogen atoms and one oxygen atom (H2O). أكثر

    Paleozoic: period (era) in geological time from 544 million to 230 million years ago. أكثر

    Respiratory: process related to respiration (the action of breathing). The respiratory system is responsible for movement of gases in and out of animals. أكثر

    Trachea: in animals such as humans, a large tube that is the main passage for moving air to and from the lungs. The windpipe. In insects fine tubes that move air directly to tissues. أكثر


    Ask a scientist: Why do we breathe out carbon dioxide?

    When we take a breath, we pull air into our lungs that contains mostly nitrogen and oxygen. When we exhale, we breathe out mostly carbon dioxide. Why do we do this?

    Our bodies need oxygen to function. After we take a breath, the lungs transfer oxygen to our blood to be transported all over our bodies to help our cells work. Think about it — when you are running, you breathe more heavily to get more oxygen. Oxygen helps our cells work harder by breaking down the nutrients we get from food like sugars. With sugars and oxygen, our cells can create the energy they need to function.

    This process also produces carbon dioxide. The carbon dioxide produced is a waste product and needs to be removed. Just like oxygen, carbon dioxide is transferred to blood to be carried to the lungs, where it is removed and we breathe it out. This is important because if we couldn’t remove carbon dioxide from our blood, it would take up all the carrying capacity of our blood and we wouldn’t be able to get oxygen to the rest of our body. This is another reason you breathe heavier when exercising — you produce carbon dioxide faster and need to get it out of your body to make room for more oxygen.

    Fun fact: Plants use the carbon dioxide we breathe out and create the oxygen we breathe in!


    ملخص

    Hemoglobin is a protein found in red blood cells that is comprised of two alpha and two beta subunits that surround an iron-containing heme group. Oxygen readily binds this heme group. The ability of oxygen to bind increases as more oxygen molecules are bound to heme. Disease states and altered conditions in the body can affect the binding ability of oxygen, and increase or decrease its ability to dissociate from hemoglobin.

    Carbon dioxide can be transported through the blood via three methods. It is dissolved directly in the blood, bound to plasma proteins or hemoglobin, or converted into bicarbonate. The majority of carbon dioxide is transported as part of the bicarbonate system. Carbon dioxide diffuses into red blood cells. Inside, carbonic anhydrase converts carbon dioxide into carbonic acid (H2كو3), which is subsequently hydrolyzed into bicarbonate (HCO − 3) and H + . The H + ion binds to hemoglobin in red blood cells, and bicarbonate is transported out of the red blood cells in exchange for a chloride ion. This is called the chloride shift. Bicarbonate leaves the red blood cells and enters the blood plasma. In the lungs, bicarbonate is transported back into the red blood cells in exchange for chloride. The H + dissociates from hemoglobin and combines with bicarbonate to form carbonic acid with the help of carbonic anhydrase, which further catalyzes the reaction to convert carbonic acid back into carbon dioxide and water. The carbon dioxide is then expelled from the lungs.


    شاهد الفيديو: رحلة في الجهاز التنفسي #المختصر المفيد (كانون الثاني 2022).