در این مطلب فیزیولوژی دستگاه تنفس مورد بررسی قرار می گیرد.اولین بحث در بررسی دستگاه تنفس، تنفس می باشد.تنفس یعنی انتقال اکسیژن از هوا به بافت های بدن و انتقال دی اکسید کربن از بافت های بدن به هوای بیرون.اکسیژن با مجموعه های سلولی بدن تماس مستقیم ندارد، بنابراین شبکه ای پر شاخه از لوله های هوا را به بدن وارد می کند و دی اکسید کربن زاید را به بیرون می فرستد.

این لوله ها که هوا را تا اندام های اصلی دستگاه تنفسی یعنی ریه ها( کیسه های هوایی) به طور رفت و برگشت هدایت می کنند«مجاری تنفسی» نامیده می شوند.برای اینکه هوا وارد ریه ها شود، ابتدا باید اکسیژن از بینی و بعضی مواقع از دهان عبور کند. در هر یک از این دو حالت هوا در حلق جریان می یابد.

نای بعد از حنجره ( محفظه صوت) قرار گرفته و در پایین گردن به دو نایژه اصلی تقسیم می شود که هر کدام به یکی از ریه ها منتهی می گردند.درون هر ریه، نایژه ها به دفعات به شاخه های کوچکتر یا نایژک ها انشعاب می یابند تا به صورت نایژک های انتهایی در می آیند.هر نایژک انتهایی به دو نایژک تنفسی سپس به شاخه های کوچکتر تقسیم می شود و مجاری کیسه های هوایی را تشکیل می دهد.نایژک ها به ساختمان های کیسه مانندی به نام «حبابچه» منتهی می شوند. تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن عملا" بین هوای درون حبابچه ها و خونی که در مویرگ های مجاور آن ها جریان دارد به وقوع می پیوندند. سایر اجزایی که ذکر شد فقط نقش راه عبور هوا را دارند و تبادل گاز در آن ها صورت نمی گیرد.

تنفس داخلی، تنفس خارجی و تنفس سلولی

 فرایند تنفس به لحاظ ویژگی عمل، به سه مرحله تقسیم می شود :«تنفس خارجی»، یعنی روندی که در آن گازها بین خون و هوا تغییر می کنند( انتقال اکسیژن از حبابچه ها به خون و انتقال دی اکسید کربن از خون به حبابچه ها). فرایندی که موجب تغییر گازها بین خون و سلول ها می شود،«تنفس داخلی» نام دارد( انتقال اکسیژن از خون به سلول ها و دریافت دی اکسید کربن از سلول ها توسط خون)، و «تنفس سلولی» که روندی است که در آن ها سلول ها از اکسیژن برای سوخت و ساز استفاده می کنند. حاصل این فرایند تولید گاز زایدی چون دی اکسید کربن نیز هست.

چگونگی تنفس

دو حرکت اصلی در تنفس وجود دارد که عبارت است از عمل دم که در جریان آن هوا به داخل ریه ها آورده می شود و عمل بازدم که در طی آن هوا از ریه ها بیرون رانده می شود.

عمل دم

عمل دم با انقباض عضله دیافراگم و عضلات بین دنده ای خارجی شروع می شود.حرکت دیافراگم مسئول ۷۵ درصد تغییرات ایجاد شده و در حجم داخل قفسه سینه در جریان دم آرام عادی است. انقباض دیافراگم سبب می شود که این عضله گنبدی شکل به طرف پایین حرکت کند و قفسه سینه را از بالا به پایین بزرگ کند.عضلات شکمی به تدریج که دیافراگم پایین می آید شل می شوند. در همین حال، انقباضات عضلات بین دنده ای، دنده ها را بالا می کشد.این عمل قفسه سینه را از طرفین و نیز از جلو به عقب بزرگ می کند.

همراه با اتساع قفسه سینه بر حجم ریه ها نیز افزوده می گردد.هرگاه سریعا" بر حجم گازی افزوده شود، پراکندگی ملکول های موجود در گاز بیشتر و در نتیجه از فشار آن ها کاسته می شود. پس، هنگام دم فشار درون ریوی به کمتر از فشار جو تنزل می یابد و هوا به داخل ریه ها رانده می شود. با پر شدن ریه ها از هوا، فشار درون ریوی افزایش می یابد و هنگامی که دوباره با فشار جو برابر شد( در پایان دم)، جریان هوا به داخل ریه ها متوقف می گردد.

عمل بازدم

عمل بازدم بیشتر عملی غیر فعال است که در شرایط معمولی استراحت، به علت رفع انقباض از عضلات دمی( دیافراگم و عضلات بین دنده ای خارجی) و بازگشت آن ها و ریه ها به حالت اول، صورت می گیرد.به هر حال، ما دارای عضلات بازدمی نیز هستیم، ولی از این عضلات فقط در فعالیت های بسیار شدید عضلانی یا برای انجام یک بازدم شدید و قوی مثل باد کردن یک بادکنک یا توپ فوتبال استفاده می کنیم.

به تدریج که از عضلات دمی رفع انقباض می شود، حجم قفسه سینه کاهش می یابد.فشردگی حجم قفسه سینه باعث افزایش فشار درون ریوی می شود، به طوری که مقدار آن بیشتر از فشار جو می شود و هوا از ریه ها به خارج جریان می یابد.در پایان بازدم، فشار درون ریوی دوباره با فشار جو برابر می شود و جریان هوا از ریه ها به خارج توقف می یابد.

حجم ها و ظرفیت های ریوی

برای تعیین دقیق حجم های ریه در جریان تنفس، از «اسپیرومتر» استفاده می شود. منحنی به دست آمده به هنگام نفس کشیدن در اسپیرومتر «اسپیروگرام» نامیده می شود.اسپیرومتر دستگاهی است که شخص آزمایش شونده از راه لوله ای به درون سرپوش آن که بر محفظه ای آب شناور است، تنفس می کند. این محفظه آب سبب می شود که هوا در زیر سرپوش اسپیرومتر محبوس بماند.وقتی شخص یک دم انجام می دهد، سرپوش اسپیرومتر پایین می آید و وقتی شخص بازدم انجام می دهد، سرپوش بالا می رود.حرکات سرپوش با استفاده از قلم ثباتی که به وزنه تعادل متصل شده بر روی کاغذ مدرجی که برحسب میلی لیتر مدرج شده ثبت می گردد.

حجم های ریوی

حجم های ریوی را چهار حجم مختلف تنفسی به شرح زیر تشکیل می دهند:

حجم جاری

حجم هوایی که با حرکت تنفسی (دم یا بازدم) به داخل یا خارج ریه ها جریان می یابد حجم جاری نامیده می شود و تقریبا" 500 میلی لیتر (نیم لیتر) است.

حجم ذخیره دمی

حجم هوایی که به دنبال یک دم عادی با یک دم عمیق می توان به ریه ها وارد کرد به حجم ذخیره دمی موسوم است و مقدار آن معمولا" برابر ۳۰۰۰ میلی لیتر است.

حجم ذخیره بازدمی

ذخیره بازدمی مقدار هوایی است که می توان بعد از پایان یک دم عادی با یک بازدم عمیق از ریه ها خارج کرد و مقدار آن به طور طبیعی در حدود ۱۱۰۰ میلی لیتر است.

حجم باقیمانده

حجم باقیمانده، حجم هوایی است که متعاقب یک بازدم حداکثر عمیق در ریه ها باقی می ماند.این حجم در یک مرد جوان به طور متوسط، حدود ۱۲۰۰ میلی لیتر است. لازم به ذکر است که حجم باقیمانده مستقیما" توسط اسپیرومتر قابل اندازه گیری نیست.

ظرفیت های ریوی

ریه دارای ظرفیت های متفاوت به شرح زیر است:

ظرفیت دمی

این ظرفیت مرکب از دو حجم جاری و حجم ذخیره دمی است. این ظرفیت نمودار حداکثر مقدار هوایی است که شخص می تواند از سطح استراحت بازدمی با یک دم عمیق وارد ریه ها کند و آن ها را تا حداکثر ممکن متسع سازد. مقدار آن حدود ۳۵۰۰ میلی لیتر است.

ظرفیت باقیمانده عملی

پس از یک بازدم عادی، حداکثر هوایی که در ریه ها باقی می ماند و معادل مجموع حجم ذخیره بازدمی و حجم باقیمانده است، ظرفیت باقیمانده عملی خوانده می شود و مقدار آن ۲۳۰۰ میلی لیتر است.

ظرفیت حیاتی

به مقدار هوایی که شخص می تواند بعد از یک دم بسیار عمیق با یک بازدم کاملا" عمیق از ریه های خود خارج کند، ظرفیت حیاتی می گویند. این ظرفیت از سه حجم جاری، حجم ذخیره دمی و حجم ذخیره بازدمی تشکیل می شود. مقدار این ظرفیت معادل ۴۶۰۰ میلی لیتر است.

ظرفیت کل ریه

به حداکثر هوایی گفته می شود که بعد از یک بازدم کاملا عمیق در ریه وجود دارد. ظرفیت کل ریه تشکیل شده از چهار حجم جاری، حجم ذخیره دمی، حجم ذخیره بازدمی و حجم باقیمانده اشت و مقدار آن بین ۵ تا ۶ لیتر در افراد متفاوت است.باید توجه داشت که تمام حجم ها و ظرفیت های ریه در زنان ۲۰ تا ۲۵ درصد کمتر از مردان است و مقدار هر یک از آن ها در افراد درشت اندام و ورزشکاران بیشتر است.