دستگاه تنفسي (‌بيني )

تنفس فرايندي است كه از طريق آن،‌ بدن اكسيژن كسب مي كند (براي توليد انرژي) و دي اكسيد كربن (محصول دفعي اصلي) را دفع مي كند. هوا از طريق بيني يا دهان وارد شده، از طريق ناي (لوله هوا) به طرف برونش ها (راه هاي هوايي تحتاني) و برونشيول ها (راه هاي هوايي كوچكتر) در ريه ها مي رود. برونشيول ها به كيسه هايي به نام آلوئول ختم مي شوند كه در اطراف آنها رگ هاي خوني قرار دارد. اينجا اكسيژن وارد خون و دي اكسيد كربن وارد ريه ها مي شود تا به خارج دميده شود. تنفس توسط ديافراگم (يك عضله) و عضلات بين دنده اي انجام مي شود. دستگاه

تنفسي شامل حلق (گلو)، حنجره و اپي گلوت نيز هست. لوزه ها و آدنوئيدهـاي واقع در حـلق به مبارزه با عفونت ها كمـك مي كنند. حنجره، حاوي طناب هاي صوتي است كه براي توليد صدا به لرزش در مي آيند. اپي گلوت در طول بلع، ناي را مي بندد تا غذا وارد ريه ها نشود

تنفس چگونه انجام مي شود؟
تنفس عملي است كه به وسيله آن بدن هوا را وارد و خارج مي كند. جريان هوا به درون و بيرون از بدن، به خاطر حركت هوا از نواحي پرفشار به كم فشار صورت مي گيرد. براي تنفس به درون (دم)، ديافراگم و عضلات بين دنده ها منقبض شده، قفسه سينه را بزرگ مي كنند. در نتيجه، فشار هوا در ريه ها كاهش پيدا مي كند، به طوري كه كمتر از فشار هواي اطراف مي شود و هوا وارد ريه ها مي گردد. براي تنفس به بيرون (بازدم)، عضلات شل شده، حجم ريه را كاهش مي دهند. فشار هوا در ريه ها بيش از هواي اطراف مي شود و باعث خروج هوا از بدن مي شود.

 

تبادل گاز در بدن
بافت هاي بدن، دايماً اكسيژن رااز خون مـي گيرند و دي اكسيد كربن را در خون آزاد مي كنند. اكسيژن محيط وارد ريه ها مي شود و از آلوئول ها (كيسه هاي نازك) وارد رگ هاي خوني به نام مويرگ مي گردد كه در آنجا به ماده اي به نام هموگلوبين كه درگلبول هاي قرمز وجود دارد، متصل مي شود. در همين زمان، دي اكسيد كربن از پلاسما (قسمت مايع خون) وارد آلوئول ها مي شود تا با بازدم خارج گردد. درمويرگ هاي بافت ها، گلبول قرمز اكسيژن را آزاد مي كند در حالي كه دي اكسيد كربن وارد پلاسما مي شود.

اطلاعات اوليه
دستگاه تنفسي ، اکسيژن براي سلولهاي بدن را تامين مي‌کند و دي‌اکسيد کربن موجود در بافتها را به خارج از بدن دفع مي‌کند. دستگاه تنفس شامل ريه‌ها ، مجاري هوايي و قفسه سينه است که ريه‌ها را در خود جاي داده است. در هنگام دم ، ريه‌ها بزرگ مي‌شوند، فشار درون ريه کاهش مي‌يابد. اختلاف فشار بين ريه و هواي بيرون افزايش مي‌يابد و باعث مي‌شود که هوا به درون ريه‌ها راه يابد. در هنگام بازدم حجم ريه کمتر مي‌شود فشار درون ريه افزايش يافته و اختلاف فشار با هواي بيرون بيشتر شده و هوا از ريه‌ها خارج مي‌شود.

 

هدف تنفس مبادلات گازها بين بدن و محيط خارج است. براي انجام اين کار تنفس را مي‌توان به ۴ بخش تقسيم کرد: تهويه ريوي که به معني ورود و خروج هوا بين محيط و حبابچه‌هاست ، ديفوزيون اکسيژن و دي‌اکسيد کربن بين حبابچه‌ها و خون ، انتقال اکسيژن و دي‌اکسيد کربن در خون و مايعات بدن به سوي سلولها و بر‌عکس و تنظيم تنفس. سيستم عصبي بطور طبيعي ميزان تهويه حبابچه‌اي را بسته به نيازهاي بدن تنظيم مي‌کند. بطوري که فشار اکسيژن و دي‌اکسيد کربن خون شرياني حتي در جريان فعاليت عضلاني متوسط تا طاقت فرسا و انواع استرسهاي تنفسي به سختي تغيير مي‌کند.
مرکز تنفسي
مرکز تنفسي از چندين گروه نورونها تشکل شده که بطور دو‌ طرفه در بصل‌النخاع و پل مغزي قرار گرفته‌اند. مرکز تنفسي به سه مجموعه عمده از نورونها تقسيم مي‌شود.

• يک گروه تنفسي پشتي که در ناحيه پشتي بصل‌النخاع قرار داشته و بطور عمده موجب عمل دم مي‌شوند. اين گروه نقش اصلي را در کنترل تنفس دارند.

• يک گروه تنفسي شکمي که در بخش شکمي – جانبي بصل‌النخاع قرار داشته و بسته به اينکه کدام نورونها در اين گروه تحريک شوند، مي‌تواند موجب عمل دم و بازدم شود.
• مرکز پنوموتاکسيک که در ناحيه پشتي در بخش فوقاني پل مغزي واقع شده و به کنترل فرکانس و طرح تنفس کمک مي‌کند.

تخليه‌هاي دمي ريتميک از گروه تنفسي پشتي
ريتم پايه تنفس بطور عمده در گروه نورونهاي تنفسي پشتي توليد مي‌شود. هر گاه تمام اعصاب حسي که وارد بصل‌النخاع مي‌شوند و نيز تنه مغزي هم در بالا و هم در پايين بصل‌النخاع قطع شوند، اين گروه از نورونها کماکان دسته‌هاي تکراري از پتانسيلهاي عمل دمي از خود صادر مي‌کنند. علت اصلي اين تخليه‌هاي ريتميک روشن نيست. در حيوانات ابتدايي ، شبکه‌هاي عصبي پيدا شده‌اند که در آنها فعاليت يک گروه از نورونها ، فعاليت گروه ديگر را تحريک مي‌کند که آن نيز به نوبه خود ، فعاليت گروه اول را مهار مي‌کند.

 

سپس بعد از گذشت مدتي اين مکانيزم خود را تکرار مي‌کند و در سراسر عمر حيوان اين جريان ادامه مي‌يابد. بيشتر فيزيولوژيستها معتقد هستند که شبکه مشابهي از نورونها که بطور کامل در داخل بصل‌النخاع قرار گرفته و احتمالا نه تنها شامل گروه نورونهاي تنفسي پشتي ، بلکه همچنين نواحي مجاور از بصل‌النخاع را شامل هستند، مسئول توليد ريتم پايه تنفس است.
سيگنال افزايش يابنده دمي
سيگنال عصبي که به عضلات دمي اصلي از قبيل ديافراگم ارسال مي‌گردد، يک دسته پتانسيل عمل آني نيست. بلکه در تنفس عادي بطور ضعيف شروع مي‌شود و براي حدود ۲ ثانيه به روش يک سطح شيبدار بطور مداوم بر شدت آن افزوده مي‌گردد و آنگاه بطور ناگهاني براي تقريبا ۳ ثانيه بعد قطع مي‌شود. و اين عمل تحريک ديافراگم را قطع مي‌کند و به بازگشت ارتجاعي جدار سينه و

ريه‌ها اجازه مي‌دهد تا موجب بازدم شود. سپس سيگنال دمي يک دوره ديگر را آغاز مي‌کند و اين عمل مرتبا تکرار مي‌شود در حاليکه بازدم در بين اين دوره‌ها انجام مي‌شود. به اين ترتيب گفته مي‌شود که سيگنال دمي افزايش‌ يابنده يا بالا رونده است.

دو روش وجود دارد که توسط آنها سيگنال افزايش يابنده دمي کنترل مي‌شود که عبارتند از:

• کنترل سرعت افزايش سيگنال افزايش يابنده ، بطوري که در جريان تنفس شديد ، مرحله افزايش يابنده به سرعت افزايش مي‌يابد و لذا ريه‌ها را نيز به سرعت از هوا پر مي‌کند.
• کنترل نقطه پايان که در آن مرحله افزايش يابنده ناگهان قطع مي‌شود. اين عمل روش معمول براي کنترل فرکانس تنفس است، به اين معني که هر چه مرحله افزايش يابنده زودتر قطع شود، مدت دم کوتاهتر خواهد بود. اين عمل مدت بازدم را نيز کوتاهتر مي‌کند به اين ترتيب فرکانس تنفس افزايش مي‌يابد.

عمل مرکز پنوموتاکسيک
عمل اين مرکز در اصل محدود کردن دم است. اين عمل يک اثر ثانويه در افزايش دادن فرکانس تنفس دارد زيرا محدود شدن دم ، مرحله بازدم و تمامي دوره تنفس را نيز کوتاه مي‌کند. يک سيگنال پنوموتاکسيک قوي مي‌تواند فرکانس تنفس را تا ۴۰-۳۰ تنفس در دقيقه افزايش دهد، در حالي که يک سيگنال پنوموتاکسيک ضعيف ممکن است فرکانس تنفس را فقط به چند نفس در دقيقه کاهش دهد.
عمل نورونهاي تنفسي شکمي
عمل اين گروه نوروني از چندين نظر مهم با عمل گروه تنفسي پشتي تفاوت دارد.

• نورونهاي گروه تنفسي شکمي تقريبا بطور کامل در جريان تنفس آرام عادي بدون فعاليت مي‌مانند.
• نورونهاي اين گروه در توليد نوسان ريتميک پايه که تنفس را کنترل مي‌کند شرکت ندارند. هنگامي که تحريک تنفسي براي افزايش تهويه ريوي از حد طبيعي بيشتر مي‌شود سيگنالهاي تنفسي از مکانيزم نوسان کننده پايه ناحيه تنفسي پشتي به داخل نورونهاي تنفسي شکمي گسترش مي‌يابند. در نتيجه ناحيه شکمي در اين حال سهم خود را در تحريک تنفس ادا مي‌کند.

• تحريک الکتريکي بعضي از نورونهاي موجود در گروه تنفسي شکمي موجب دم مي‌شود، در حالي که تحريک بعضي ديگر موجب بازدم مي‌شود. اين نورونها به ويژه در تامين سيگنالهاي بازدمي قوي به عضلات شکمي در جريان بازدم اهميت دارند. اين ناحيه در هنگامي که مقادير افزايش يافته‌اي از تهويه ريوي مورد نياز باشند، به صورت يک مکانيزم تحريک کننده شديد عمل مي‌کند.
کنترل شيميايي تنفس
هدف نهايي تنفس حفظ غلظتهاي مناسب اکسيژن ، دي‌اکسيد کربن و يونهاي هيدروژن در مايعات بدن است.

• زيادي دي‌اکسيد کربن يا يونهاي هيدروژن بطور عمده خود مرکز تنفس را تحريک مي‌کنند و موجب افزايش شديد قدرت سيگنالهاي دمي و بازدمي صادره به عضلات تنفسي مي‌شوند.
• از طرف ديگر اکسيژن اثر مستقيم قابل ملاحظه‌اي بر روي مرکز تنفسي مغز از نظر کنترل تنفس نداشته بلکه بطور تقريبا کامل بر روي گيرنده‌هاي شيميايي محيطي واقع در اجسام آئورتي و سباتي عمل مي‌کند و اينها به نوبه خود سيگنالهاي عصبي مناسب را جهت کنترل تنفس به مرکز تنفسي ارسال مي‌کنند.

ناحيه حساس شيميايي مرکز تنفسي
هيچکدام از سه مرکز عصبي که ذکر شد مستقيما تحت تاثير تغييرات غلظت دي‌اکسيد کربن خون يا غلظت يون هيدروژن قرار نمي‌گيرند بلکه يک ناحيه نوروني ديگر موسوم به ناحيه حساس شيميايي نسبت به تغييرات فشار دي‌اکسيدکربن يا غلظت يون هيدروژن خون بسيار حساس بوده و به نوبه خود ساير قسمتهاي مرکز تنفسي را تحريک مي‌کند.
جواب نورونهاي حساس شيميايي به يونهاي هيدروژن
نورونهاي گيرنده در ناحيه حساس شيميايي به ويژه توسط يونهاي هيدروژن تحريک مي‌شوند. در واقع معتقد هستند که يونهاي هيدروژن شايد تنها محرک مستقيم مهم براي اين نورونها باشند. اما يونهاي هيدروژن به آساني از سد بين خون و مغز يا سد بين خون و مايع مغزي – نخاعي عبور مي‌کنند. به اين دليل تغييرات غلظت يون هيدروژن در خون در مقايسه با تغييرات دي‌اکسيد کربن اثر بسيار کمتري در تحريک نورونهاي حساس شيميايي دارند. با وجود اين دي‌اکسيد کربن اين نورونها را بطور ثانويه با تغيير دادن غلظت هيدروژن تحريک مي‌کند.
اثر دي‌اکسيد کربن خون در تحريک ناحيه حساس شيميايي
اگر چه CO2 اثر مستقيم اندکي بر روي تحريک نورونهاي ناحيه حساس شيميايي دارد اما يک اثر غير مستقيم بسيار پر قدرت اعمال مي‌کند. CO2 اين کار را بوسيله واکنش با آب بافتها و تشکيلHCO3 انجام مي‌دهد. اين ماده به نوبه خود به يونهاي هيدروژن و يونهاي بي‌کربنات تجزيه مي‌شود و آنگاه يونهاي هيدروژن يک اثر تحريکي پر قدرت مستقيم دارند.

ساير عواملي که بر تنفس تاثير دارند
کنترل ارادي تنفس
تنفس را بطور ارادي مي‌توان کنترل کرد و انسان مي‌تواند آنقدر زياد يا کم نفس بکشد که اختلالات شديدي در فشار دي‌اکسيد کربن ، PH و فشار اکسيژن در خون بوجود آيند. به نظر نمي‌رسد که کنترل ارادي تنفس با واسطه کنترل مرکز غير ارادي تنفسي در بصل‌النخاع به انجام برسد، بلکه مسير عصبي براي کنترل ارادي تنفس مستقيما از قشر و ساير مرکز بالا در جهت رو به پايين از طريق راه قشري نخاعي به نورونهاي نخاعي که عضلات تنفسي را فعال مي‌کنند، مي‌رسد.

اثر گيرنده‌‌‌هاي آسيبي در مجاري هوايي
اپيتليوم ناي ، پرونشها و برونشيولها داراي انتهاي عصبي حسي موسوم به گيرنده‌هاي آسيبي ريوي است که بوسيله بعضي مواد محرک و آسيب ‌رسان که وارد مجاري هوايي مي‌شوند، تحريک مي‌شوند. اين گيرنده‌ها موجب بروز سرفه و عطسه مي‌شوند. اينها همچنين احتمالا موجب تنگي برونشها در بيماريهاي آسم و آمفيزم مي‌گردند.

اثر خيز مغزي
فعاليت مرکز تنفس مي‌تواند بوسيله خيز مغزي حاد ناشي از ضربه مغزي تضعيف و يا کاملا غير فعال شود. به عنوان مثال ، سر ممکن است به يک جسم جامد برخورد کند که متعاقب آن بافتهاي مغزي متورم شده و شريانهاي مغزي را بر روي استخوان جمجمه فشار مي‌دهند و به اين ترتيب جريان خون مغزي را بطور کامل يا نسبي مسدود مي‌کنند در نتيجه نورونهاي مرکز تنفسي ابتدا غير فعال شده و سپس مي‌ميرند.

ناحيه هوايي دستگاه تنفسي
بخش بيروني ناحيه تنفسي دستگاه تنفس از حفره بيني تا نايژه‌ها داراي پوشش مطبق کاذب مژک‌دار با سلولهاي جامي شکل است. بافت پيوندي سست زيرين داراي تعداد زيادي غدد سروزي- موکوسي است. ترشحات غدد بوسيله مژه حمل مي‌شوند. مژه با حرکت موجي ترشحات را به طرف حفره بيني هدايت مي‌کند. آستر مخاط داراي سلولهاي ائوزينوفيل ، ماکروفاژ و فوليکولهاي لنفاوي است.

اين قسمت ايمونوگلوبولين A توليد مي‌کند و به پوشش مخاطي مي‌رسد و باکتريها و ويروسها را مي‌کشد. استخوان ديواره‌هاي حفره بيني و غضروف حنجره و ناي و نايژه به دستگاه استحکام مي‌بخشد. تا در مقابل فشار هوا فشرده شده و يا بيش از حد منبسط نشوند. رشته‌هاي ارتجاعي باعث کشيده شدن لوله‌هاي هوايي به هنگام دم و کاهش آن به هنگام بازدم مي‌شود.

 

حفره بيني
حفره بيني بوسيله ديواره بيني به دو بخش قرينه تقسيم مي‌شود. کام سخت حفره بيني را از حفره دهاني جدا مي‌کند. پوشش اين ناحيه از بافت مطبق سنگفرشي غير شاخي همراه با مو ، غده‌هاي چربي و غده‌هاي عرق است. حفره بيني شامل بخش تنفسي و بويايي است. در نتيجه لايه سلولهاي پوششي مي‌تواند حفره بيني را مرطوب و به کمک رگهاي خوني خود آن را گرم کند.
حلق
حلق به دو بخش بيني- حلقي و دهاني- حلقي تقسيم شده است. کام نرم ، ناحيه بيني-حلقي را از حفره دهان جدا مي‌کند. ناحيه دهاني- حلقي راه تنفسي و گوارش است. مخاط ناحيه بيني- حلقي داراي سلولهاي مژه‌دار و غدد است و مخاط ناحيه دهاني- حلقي همراه با غدد موکوسي است. لوزه‌هاي حلقي در سقف ناحيه بيني- حلقي قرار دارند. زير مخاط حلق محتوي غدد موکوسي است. ماهيچه حلق مخطط و متشکل از دو طبقه طولي در درون و حلقوي در بيرون است.

حنجره
حنجره در عقب حفره بيني و در بالاي ناي قرار دارد. حنجره غضروفهايي دارد که باعث باز نگه داشتن آن مي‌شود. در حنجره تعدادي تار يا طناب صوتي وجود دارد که ارتعاش آنها بوسيله هواي بازدم باعث توليد صدا مي‌شود يک زايده غضروفي به نام اپي‌گلوت در هنگام بلع غذا دهانه حنجره را مي‌بندد و مانع ورود غذا به درون ناي مي‌شود. تارهاي صوتي از جنس بافت پيوندي ارتجاعي هستند خروج هوا را از ششها هنگام بازدم موجب ارتعاش اين تارها و توليد صدا مي‌شود.

ششها
شش به صورت جفت در داخل پرده جنب قرار دارد. بافت پيوندي درون شش داراي مقدار زيادي رشته‌هاي ارتجاعي و ماهيچه صاف است. نايژه‌هاي اصلي و رگهاي ششي از طريق ناف اين اندام وارد ششها مي‌شوند. شش سمت راست داراي سه لوب و شش سمت چپ داراي دو لوب است. هر لوب يک شاخه از نايژه از نايژه اصلي را دريافت مي‌کند. هر لوب به لوبولهايي تقسيم

 

شده است. ساختار دروني ششها داراي سيستمي شاخه‌اي است که به نام درخت نايژکي خوانده مي‌شوند. در فضاي ميان دو لايه جنب کمي مايع وجود دارد که حرکات ششها را آسان مي‌کند. حدود ۳۰۰ ميليون کيسه هوايي در مجموع دو شش وجود دارد و تبادل گازهاي تنفسي را به عهده دارند.

ناي
ناي داراي ۱۶ تا ۲۰ بند است و هوا پس از حنجره وارد ناي مي‌شود. هر يک از بندها قطعه‌اي به شکل U و داراي غضروف شفاف با پري‌کندرويوم است که بوسيله نوارهايي از ماهيچه صاف در ناحيه باز U به يکديگر متصل مي‌شوند. نوارهاي ماهيچه‌اي بطور طولي و مايل قرار گرفته‌اند. حلقه‌هاي غضروفي بوسيله بافت پيوندي متراکم بهم متصل مي‌شوند.