وظائف الجهاز التنفسي
للجهاز التنفسيّ (بالإنجليزية: Respiratory System) أو المجرى التنفسيّ (بالإنجليزية: Respiratory Tract) العديد من الوظائف التي يقوم بها، ويمكن بيانها بشكلٍ مفصل كما يأتي:
التنفس
التنفّس (بالإنجليزية: Breathing)، أو التهوية الرئويّة (بالإنجليزية: Pulmonary Ventilation)، هي عمليةٌ تصف قدرة الجهاز التنفسي على نقل الهواء من وإلى الرئتين مما يسهّل تبادل الغازات.
كيف يحدث التنفس
يعد الأكسجين غاز ضروري تحتاجه خلايا الجسم للبقاء على قيد الحياة، وفي الجهة المقابلة فإنّ ناتج ما تقوم به الخلايا من عمل للبقاء على قيد الحياة هو غاز ثاني أكسيد الكربون، وكما ذكرنا أنّ وظيفة الجهاز التنفسي هو السماح بدخول الأكسجين إلى الجسم، وإخراج ثاني أكسيد الكربون منه، ليكون نتاج عملية التنفس حركة الأكسجين من الهواء إلى الدم، وحركة ثاني أكسيد الكربون بالاتجاه المعاكس، والتنفس عملية ذات مراحل متعددة تبدأ باستنشاق الهواء عبر الأنف أو الفم، وتنتهي بالزفير الذي يتضمّن خروج ثاني أكسيد الكربون من الجسم، وفيما يأتي بيانٌ لمراحل التنفس بشكلٍ مفصّل:
- يُستنشق الهواء عبر الفم أو الأنف، ليمرّ بعدها عبر أسفل الحنجرة وصولًا إلى القصبة الهوائية (بالإنجليزية: Trachea).
- يمر الهواء بعدها بأنابيب الشعب الهوائيّة (بالإنجليزية: Bronchial Tubes) والتي تتفرع عن القصبة الهوائية في كِلا الرئتين، ولضمان حدوث عملية التنفس بالشكل المطلوب يجب أن تكون هذه الممرات الهوائية مفتوحةً دون وجود أيّ التهاب، أو انتفاخ، أو مخاطلزائد .
- ينتقل الهواء بعد ذلك من الشعب الهوائية إلى عدّة شُعيبات أو قُصيباتٍ هوائيّة (بالإنجليزية: Bronchioles) أصغر حجمًا من الشُعب الهوائية، وتنتهي هذه القُصيبات بأكياسٍ هوائيّة صغيرة تُشبه البالون تُعرف باسم الحُويصلات الهوائيّة (بالإنجليزية: Alveoli)؛ حيث يحتوي جسم الإنسان على عدد هائل من الحويصلات الهوائية يصِل عددها إلى ما يقارب 600 مليون.
- يصِل الهواء إلى الحويصلات الهوائية المُحاطة بشبكة من الشعيرات الدمويّة (بالإنجليزية: Capillaries)، ليتمّ تمريره من الحويصلة الهوائية إلى الشُعيرة الدموية، وبهذا يكون الهواء قد وصل إلى مجرى الدم في الجسم.
- يتمّ التقاط الأكسجين وحمله على خلايا الدم الحمراء عند وصوله إلى مجرى الدم بواسطة بروتين الهيموجلوبين (بالإنجليزية: Hemoglobin)، ويتدفق هذا الدم الغني بالأكسجين إلى القلب، ليقوم القلب بوظيفته المتمثلة بضخ الدم المؤكسج (بالإنجليزية: Oxygenated Blood) إلى جميع أنحاء الجسم.
- يتم تحرير الأكسجين من الهيموجلوبين وتمريره إلى الخلايا وذلك من خلال شبكة الشعيرات الدموية الصغيرة الموجودة بالقرب من خلايا الجسم المختلفة، وتكون هذه العملية مصحوبةً أيضًا بنقل ثاني أكسيد الكربون الذي تتمّ إذابة معظمه في بلازما الدم ليصِل إلى القلب عبر الأوردة.
- يقوم القلب بضخ الدم الغني بثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين ، ليمر عبر الحويصلات الهوائيّة وينتهي به الأمر بالزفير الذي يعني خروجه من الجسم.
التحكّم بعملية التنفس
يتولّى الدماغ مهمّة التحكّم بالإيقاع الأساسي للتنفس (بالإنجليزية: Basic Rhythm of Breathing)، وتعُد منطقة جذع الدماغ (بالإنجليزية: Brainstem) هي حجر الأساس في ذلك؛ إذ إنّها مُخصصة للحفاظ على نمط التنفس عن طريق إرسال النبضات العصبيّة التي تتحكم بتقلصات الحجاب الحاجز وعضلات التنفس الأخرى، وعلى الرغم من أنّ التحكّم بالتنفس من قِبل جذع الدماغ أمرٌ خارجٌ عن الوعي والإدراك؛ إلّا أنّه يُمكن التحكّم الواعي بالتنفس بحبسه أو تغيير نمطه بتفعيل أجزاءٍ أخرى من الدماغ تُبطِل سيطرة جذع الدماغ بشكلٍ مؤقت، ومن الجدير ذكرهُ وجود خلايا عصبية تُعرف بالمستشعرات (بالإنجليزية: Sensors) تنتشر في أنحاء الجسم وتوفّر للدماغ معلوماتٍ عن معدل التنفس وعمقه، كما أنها تُراقب مستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم، فعند ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون في الدم يسعى الجسم إلى تقليل مستويات هذا الغاز وإعادتها إلى مداها الطبيعي؛ ويتضمّن ذلك قيام الخلايا العصبية الاستشعارية بإرسال النبضات الكهربائية للدماغ، بما يُحفّزه لإرسال المزيد من الإشارات الكهربائية إلى عضلات التنفس، ويترتب على ذلك تغيّر نمط التنفس ليُصبح أعمق وأسرع في محاولةٍ لإخراج الزائد من ثاني أكسيد الكربون خارج الجسم.
تنقية وترشيح الهواء الداخل إلى الجسم
يتنفّس الأشخاص العاديون الذين يُمارسون أنشطتهم بشكلٍ طبيعي كمياتٍ كبيرةٍ من الهواء تصِل إلى ما يقارب 20 ألف لتر خلال عملية التنفس المستمرة على مدار اليوم والساعة، ومن الطبيعي أن تحتوي هذه الكمية الكبيرة من الهواء على مكوناتٍ أخرى غير هواء التنفس؛ كالغبار، والغازات، والجزيئات التي قد تكون ضارة، والعفن، والفطريات، والفيروسات، والبكتيريا، وعند دخول هذه المواد المختلفة إلى المجرى التنفسي فإنّها تترسّب على جدرانه وعلى الأسطح السنخيّة (بالإنجليزية: Alveolar Surfaces)، ولهذا لا بدّ من توافر أنظمة ووسائل دفاعيّة تحمي الجهاز التنفس من جميع هذه المواد التي قد تكون ضارّة، وتتميّز وسائل الدفاع في الجهاز التنفسي بقدرتها على التخلص من جميع المواد الضارّة عدا تلك التي يقلّ قطرها عن 3-5 ميكرون والتي تتمتع بقدرتها على اختراق أعماق الرئة، وأمّا وسائل الجهاز التنفس الدفاعية فيمكن بيانها على النحو التالي:
- الأهداب: (بالإنجليزية: Cilia)، والتي تُمثل أحد الوسائل الدفاعية الموجودة في الجهاز التنفسي، وتتخذ الأهداف شكل نتوءات عضليّة صغيرة تُشبه الشعر تُبطن المجرى الهوائي، وتعدّ من أهمّ الوسائل الدفاعية التي قد يتسبب تعطلّها نتيجة استنشاق الموادّ الضارّة كالدخان بمشاكلٍ صحية متعددة؛ مثل التهاب الشعب الهوائية (بالإنجليزية: Bronchitis)، وتعتمد الأهداب في عملها كوسيلة دفاعية على تلك الطبقة السائلة التي توفرها على سطح المجرى الهوائي بما يحول دون تسلل الجزيئات المختلفة عبر أغشية المجرى التنفسي ووصولها إلى الرئتين، وتكتمل العملية بالسعال الذي يحمل المخاط المليء بالجزيئات الضارّة إلى خارج الجسم، أو يتخذ المخاط طريقًا نحو الفم ليتمّ بلعه.
- البلاعم السنخيّة: (بالإنجليزية: Alveolar Macrophages)، تبرز الحاجة إلى البلاعم السنخيّة عند الحديث عن صعوبة تبطين الحويصلات الهوائيّة بالأهداب والمخاط؛ فالمخاط مادة سميكةٌ تقلل من سرعة تبادل الغازات في الحويصلات الهوائية، فما البلاعم السنخيّة إلّا نوع من خلايا الدم البيضاء المنتشرة على سطح الحويصلات الهوائية، والتي تلتقط أيّ جزيء مترسبٍ على سطح الحويصلات الهوائية وترتبط به، وتبتلعه في محاولة لقتل أيّ من الكائنات الحيّة أو الجزيئات الضارّة التي قد تصِل إلى الرئتين، وعند تعرض الجهاز التنفسي للهجوم الجرثومي فإنّ الجسم يقوم بتعزيز عدد الخلايا البيضاء الدفاعية في الدورة الدموية وخاصّة الخلايا المتعادلة (بالإنجليزية: Neutrophils) والتي تعتمد في عملها على ابتلاع مسببات الأمراض وقتلها.
- الغلوبولين المناعي "أ": (بالإنجليزية: Immunoglobulin A)، والذي يتمّ إفرازه من قِبل بعض أنواع الأغشية داخل الرئتين، وتتمثل وظيفته في حماية الرئتين ووقايتها من بعض أنواع العدوى.
تسهيل الكلام
من فوائد الجهاز التنفسي أيضًا دوره الذي لا يمكن تجاهله في تسهيل الكلام وخروجه من الفم؛ حيث يعتمد خروج الكلام على تمرير هواء الزفير فوق الحبال الصوتية داخل الحلق، وعند الحديث عن الكلام لا بدّ من الإشارة إلى أنّ صوت الكلام يعتمد بشكلٍ عام على شدّ الحبال الصوتيّة وطولها، وشكل الصدر، ومقدار الهواء الذي يخرج أثناء الزفير.
وظائف أخرى
يقوم الجهاز التنفسي بوظائف أخرى إلى جانب المذكورة سابقًا، ويتضمّن ذلك ما يأتي:
- الحفاظ على توازن درجة حموضة الجسم، فعند ارتفاع نسبة ثاني اكسيد الكربون في الجسم يُصبح الوسط في الجسم حمضيًا، وللتخلص من ذلك تتمّ زيادة معدل التنفس؛ حيث يتسبب زيادة معدل التنفس بطرد الكميات غير المرغوب بها من ثاني أكسيد الكربون عند ارتفاع حموضة الجسم.
- ترشيح خثرات الدم الصغيرة، وإزالة الصمة الهوائية (بالإنجليزية: Air Embolism) التي تُمثل فقاعات هوائية صغيرة من الدم في حال تشكّلها.
- المساعدة على امتصاص صدمات القلب في أنواع معينة من التصادم الذي قد يؤذي القلب.
- تمكين القلب من العمل بشكلٍ أكثر كفاءة، ورفع السّعة التخزينيّة للدم بما يتوافق مع حاجة الجسم؛ فعند ممارسة التمارين الرياضية يمكن أن ترتفع سعة الرئتين الدموية من 500 إلى 1000 ميليلتر للتكيّف مع حاجة الجسم خلال ممارسة الأنشطة.
- السيطرة على ضغط الدم ، ويتمّ ذلك من خلال تحويل المادة الكيميائية الأنجيوتنسين 1 (بالإنجليزية: Angiotensin 1) إلى الأنجيوتنسين 2.
- منح الهواء الداخل إلى الجسم درجة الحرارة والرطوبة المناسبتين للجسم.
- دعم حاسّة الشمّ لدى الشخص.
معلومات حول الجهاز التنفسي
يمكن تعريف الجهاز التنفسي على أنّه الجهاز الحيوي الموجود في الكائنات الحيّة، والذي تتمثّل وظيفته الرئيسيّة بإدخال غاز الأكسجين (بالإنجليزية: Oxygen) إلى الجسم وإخراج غاز ثاني أكسيد الكربون (بالإنجليزية: Carbon Dioxide) ضمن عملية تهدف إلى تلبية احتياجات الجسم من الطاقة.
ولمعرفة المزيد عن الجهاز التنفسي يمكن قراءة المقال الآتي: ( تعريف ومكونات الجهاز التنفسي ).
