دستگاه تنفس و تبادل گاز
مسیر هوا را تا کیسههای هوایی دنبال میکنیم و میبینیم چرا ۱۵۰ میلیلیتر از هر دم اصلاً به مقصد نمیرسد.
در پایان این درس میتوانید
- مسیر هوا را از بینی تا کیسههای هوایی به ترتیب نام ببری.
- نقش دیافراگم و ماهیچههای میاندندهای را در دم و بازدم شرح دهی.
- تبادل گاز را بر پایهٔ انتشار و اختلاف غلظت توضیح دهی.
- تهویهٔ دقیقهای و تهویهٔ مؤثر را با در نظر گرفتن فضای مرده حساب کنی.
- با شبیهساز نشان دهی چرا تنفس تند و کمعمق کمفایده است.
یک نفس عمیق بکش و نگهش دار. هوایی که تازه وارد کردهای همهاش به مقصد نمیرسد؛ بخشی از آن در نای و نایژهها میماند و بیآنکه کاری کرده باشد در بازدم بعدی بیرون میرود. همین جزئیات کوچک تعیین میکند که تنفس تو مفید باشد یا فقط پرصدا.
مسیر هوا
هوا از بینی وارد میشود، گرم و مرطوب و تمیز میشود، از حلق و حنجره میگذرد و به نای میرسد. نای به دو نایژه تقسیم میشود، هر نایژه بارها شاخهشاخه میشود تا به نایژکهای بسیار باریک برسد، و در انتهای هر نایژک خوشهای از کیسههای هوایی (حبابک) قرار دارد. شمار این کیسهها به صدها میلیون میرسد و اگر همه را باز کنیم و کنار هم بگذاریم، سطحی نزدیک به یک زمین تنیس میسازند. تبادل گاز فقط و فقط همینجا انجام میشود؛ نای و نایژهها فقط لولهٔ عبورند.
دیافراگم، پمپ تنفس
ششها ماهیچه ندارند و خودشان نمیتوانند هوا بکشند. دیافراگم، ماهیچهٔ گنبدیشکل زیر ششها، منقبض میشود و پایین میرود؛ ماهیچههای میاندندهای هم دندهها را بالا و بیرون میبرند. حجم قفسهٔ سینه زیاد میشود، فشار درون آن از فشار هوای بیرون کمتر میشود و هوا خودش به درون میآید. این دم است. در بازدم آرام هیچ نیرویی لازم نیست: دیافراگم شل میشود و بافت کشسان شش جمع میشود.
در کیسههای هوایی، اکسیژن از هوا به خون و کربندیاکسید از خون به هوا میرود. هیچکدام رانده نمیشوند؛ هر گاز خودبهخود از جایی که غلظتش بیشتر است به جایی که کمتر است انتشار مییابد. اکسیژنِ رسیده به خون به هموگلوبین گلبول قرمز میچسبد و درصد جایهای پرشدهٔ هموگلوبین را اشباع اکسیژن مینامیم؛ همان عددی که دستگاه کوچک نوک انگشت نشان میدهد و در حالت سالم نزدیک ۹۸ درصد است.
یک مثال عددی کاملاً حلشده
تعداد تنفس ۱۴ بار در دقیقه و حجم جاری ۵۰۰ میلیلیتر است. از هر دم ۱۵۰ میلیلیتر در نای و نایژهها میماند و هرگز به کیسههای هوایی نمیرسد؛ به این بخش فضای مرده میگویند.
- تهویهٔ دقیقهای: ۱۴ × ۵۰۰ برابر ۷۰۰۰ میلیلیتر، یعنی ۷ لیتر بر دقیقه.
- هوای مؤثر هر دم: ۵۰۰ منهای ۱۵۰ برابر ۳۵۰ میلیلیتر.
- تهویهٔ مؤثر: ۱۴ × ۳۵۰ برابر ۴۹۰۰ میلیلیتر، یعنی ۴٫۹ لیتر بر دقیقه.
- حالا تنفس تند و کمعمق: ۲۸ بار در دقیقه با حجم ۲۵۰. تهویهٔ دقیقهای باز هم ۷ لیتر است، اما هوای مؤثر هر دم تنها ۱۰۰ میلیلیتر میشود و تهویهٔ مؤثر به ۲٫۸ لیتر میافتد.
- و تنفس آرام و عمیق: ۷ بار در دقیقه با حجم ۱۰۰۰. باز هم ۷ لیتر، اما تهویهٔ مؤثر ۷ × ۸۵۰ یعنی نزدیک ۶ لیتر میشود.
سه حالت، یک عدد یکسان برای تهویهٔ دقیقهای، و سه نتیجهٔ کاملاً متفاوت برای هوایی که واقعاً به خون میرسد. فضای مرده از هر دم مقدار ثابتی برمیدارد، پس هرچه دم کمعمقتر باشد سهم بزرگتری از آن هدر میرود.
کاربرد در دنیای واقعی
وقتی کسی از ترس تند و کمعمق نفس میکشد حس خفگی میکند، در حالی که هوای فراوانی جابهجا کرده است؛ راهحل، آرام و عمیق نفس کشیدن است نه تندتر نفس کشیدن. در ارتفاع بلند هم درصد اکسیژن هوا همان ۲۱ میماند، اما فشار هوا کمتر است و اشباع پایین میآید؛ به همین دلیل کوهنورد نفسنفس میزند و بدنش پس از چند روز گلبول قرمز بیشتری میسازد. پزشک بیهوشی و مربی شنا هم با همین دو عدد کار میکنند.
رابطههای کلیدی
مأموریت شبیهسازی
دیافراگم را در دم و بازدم تماشا کن و دو عدد تهویه را با هم بسنج تا سهم فضای مرده را ببینی.
- تعداد تنفس را روی ۱۴، حجم جاری را روی ۵۰۰، اکسیژن هوا را روی ۲۱ درصد و حالت بدن را روی «استراحت» بگذار و هر دو عدد تهویه را یادداشت کن.
- اختلاف ۷ و ۴٫۹ را با کمکردن ۱۵۰ میلیلیتر فضای مرده از هر دم توضیح بده.
- تعداد تنفس را ۲۸ و حجم جاری را ۲۵۰ کن؛ تهویهٔ دقیقهای همان ۷ میماند ولی تهویهٔ مؤثر به ۲٫۸ میافتد.
- حالا تعداد تنفس را ۷ و حجم جاری را ۱۰۰۰ بگذار و ببین تهویهٔ مؤثر به حدود ۶ لیتر میرسد.
- تنظیمها را به حالت نخست برگردان و حالت بدن را روی «ارتفاع بلند» بگذار؛ عدد اشباع اکسیژن را بخوان.
آزمون این درس
۵ پرسش چهارگزینهای. پس از ثبت، پاسخ درست و توضیح هر پرسش را میبینید. میتوانید هر چند بار که خواستید تلاش کنید؛ بهترین نمره در کارنامه ثبت میشود.