التنفس

(تم التحويل من تنفس)
تصوير بالرنين المغناطيسي في الوقت الحقيقي للصدر عند التنفس
فيديو بالأشعة السينية لقاطور أمريكي تمساح أثناء التنفس.

التنفس (أو التهوية ) هو عملية نقل الهواء من وإلى الرئتين لتسهيل تبادل الغازات مع البيئة الداخلية ، وذلك في الغالب عن طريق جلب الأكسجين وطرد ثاني أكسيد الكربون .

تحتاج جميع المخلوقات الهوائية إلى الأكسجين للتنفس الخلوي ، الذي يستخدم الأكسجين لتكسير الأطعمة من أجل الطاقة وينتج ثاني أكسيد الكربون كمنتج نفايات. التنفس أو "التنفس الخارجي" يجلب الهواء إلى الرئتين حيث يحدث تبادل الغازات في الحويصلات الهوائية من خلال الانتشار . ينقل الجهاز الدوري في الجسم هذه الغازات من وإلى الخلايا ، حيث يحدث "التنفس الخلوي".[1][2]

يتكون تنفس جميع الفقاريات بالرئتين من دورات متكررة من الشهيق والزفير من خلال نظام متفرع للغاية من الأنابيب أو الممرات الهوائية التي تؤدي من الأنف إلى الحويصلات الهوائية.[3] عدد دورات الجهاز التنفسي في الدقيقة هو التنفس أو معدل التنفس ، وهو أحد العلامات الحيوية الأساسية الأربعة للحياة..[4] في الظروف العادية ، يتم التحكم في عمق التنفس ومعدله تلقائيًا ، ودون وعي ، من خلال العديد من الاستتباب التي تحافظ على الضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الدم الشرياني ثابتة. الحفاظ على الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني دون تغيير في مجموعة متنوعة من الظروف الفسيولوجية ، يساهم بشكل كبير في السيطرة الصارمة على الرقم الهيدروجيني للسوائل خارج الخلية (ECF). يؤدي الإفراط في التنفس ( فرط التنفس ) وقصر التنفس ( نقص التهوية ) ، اللذين ينقصان ويزيدان الضغط الجزئي الشرياني لثاني أكسيد الكربون على التوالي ، الي ارتفاع درجة الحموضة في السوائل خارج الخلية في الحالة الأولى ، وخفض درجة الحموضة في الثانية. كلاهما يسبب أعراضًا مزعجة.


التنفس له وظائف مهمة أخرى. يوفر آلية للكلام والضحك والتعابير المشابهة للعواطف. كما أنها تستخدم لردود الافعال مثل التثاؤب والسعال والعطس . الحيوانات التي لا تستطيع التنظيم الحراري عن طريق العَرَق ، لأنها تفتقر إلى الغدد العرقية الكافية ، قد تفقد الحرارة بسبب التبخر من خلال اللهاث.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ميكانيكا التنفس

"مقبض مضخة" و "حركات مقبض دلو" من الأضلاع
تأثير عضلات التنفس في توسيع القفص الصدري. يسمى الإجراء الخاص الموضح هنا حركة مقبض المضخة في القفص الصدري.
في هذا المنظر للقفص الصدري ، يمكن رؤية المنحدر السفلي للأضلاع السفلية من خط الوسط إلى الخارج بوضوح. يسمح هذا بحركة مشابهة لـ "تأثير مقبض المضخة" ، ولكن في هذه الحالة ، يطلق عليه حركة مقبض الجرافة. يشير لون الأضلاع إلى تصنيفها وهو غير ذي صلة هنا.
تنفس
عضلات التنفس في وضع الراحة: الاستنشاق على اليسار ، الزفير على اليمين. تظهر العضلات المنقبضة باللون الأحمر. استرخاء العضلات باللون الأزرق. انقباض الحجاب الحاجز يساهم بشكل عام في توسيع تجويف الصدر (أزرق فاتح). ومع ذلك ، في نفس الوقت ، تسحب العضلات الوربية الضلوع إلى الأعلى (يشار إلى تأثيرها بواسطة الأسهم) مما يتسبب أيضًا في القفص الصدري للتوسع أثناء الاستنشاق (انظر الرسم التخطيطي على جانب آخر من الصفحة). يؤدي استرخاء جميع هذه العضلات أثناء الزفير إلى عودة القفص الصدري والبطن (اللون الأخضر الفاتح) إلى وضعيهما في الراحة. قارن هذه الرسوم البيانية بفيديو التصوير بالرنين المغناطيسي في أعلى الصفحة.
عضلات التنفس القوي (الاستنشاق والزفير). رمز اللون هو نفسه الموجود على اليسار. بالإضافة إلى انقباض أكثر قوة وشمولًا في الحجاب الحاجز ، فإن العضلات الوربية مدعومة بالعضلات الإضافية للاستنشاق للمزايدة في حركة الأضلاع إلى أعلى ، مما يتسبب في توسيع أكبر للقفص الصدري. أثناء الزفير ، وبصرف النظر عن استرخاء عضلات الاستنشاق ، تنقبض عضلات البطن بنشاط لسحب الحواف السفلية للقفص الصدري لأسفل مما يقلل حجم القفص الصدري ، بينما في نفس الوقت يدفع الحجاب الحاجز إلى أعلى في الصدر.

إن الرئتين غير قادرة على نفخ نفسها ، وسوف تتوسع فقط عندما يكون هناك زيادة في حجم التجويف الصدري.[5][6] في البشر ، كما هو الحال في الثدييات الأخرى ، يتم تحقيق ذلك في المقام الأول من خلال انقباض الحجاب الحاجز ، ولكن أيضًا عن طريق تقلص العضلات الوربية التي تسحب القفص الصدري إلى أعلى وإلى الخارج كما هو موضح في المخططات على اليسار.[7] اثناء الاستنشاق القوي (الشكل على اليمين) ، عضلات الاستنشاق الإضافية ، التي تربط الأضلاع و عظم القص بالفقرات العنقية وقاعدة الجمجمة ، في كثير من الحالات من خلال مرفق وسيط في الترقوة ، تبالغ في مقبض المضخة وحركات مقبض الدلو (انظر الرسوم التوضيحية على اليسار) ، مما أدى إلى تغيير أكبر في حجم تجويف الصدر.[7] أثناء الزفير (التنفس للخارج) ، في وضع الراحة ، تسترخي جميع عضلات الاستنشاق ، وتعيد الصدر والبطن إلى وضع يسمى "وضع الراحة" ، والذي يتم تحديده من خلال مرونتها التشريحية.[7] في هذه المرحلة ، تحتوي الرئتان على السعة الوظيفية المتبقية للهواء ، والتي يبلغ حجمها لدى الإنسان البالغ حوالي 2.5-3.0 لتر.[7]

أثناء التنفس الشديد ( فرط التنفس ) ، على سبيل المثال ، أثناء التمرين ، يتم الزفير عن طريق استرخاء جميع عضلات الاستنشاق (بنفس طريقة الراحة) ، بالإضافة إلى عضلات البطن ، بدلاً من كونها سلبية ، تنقبض الآن بقوة مما يؤدي إلى سحب القفص الصدري لأسفل (الأمامي والجانبي).[7] هذا لا يقلل من حجم القفص الصدري فحسب ، بل يدفع أيضًا أعضاء البطن إلى أعلى مقابل الحجاب الحاجز مما يؤدي إلى انتفاخ عميق في الصدر. إن حجم الرئة الزفيري النهائي الآن أقل من الهواء من "السعة الوظيفية المتبقية ".[7] ومع ذلك ، في الثدييات الطبيعية ، لا يمكن إفراغ الرئتين تمامًا. في الإنسان البالغ ، لا يزال هناك على الأقل لتر واحد من الهواء المتبقي في الرئتين بعد أقصى زفير..[7]

يتسبب التنفس الحجابي في انتفاخ البطن وارجاعه. لذلك ، غالبًا ما يشار إليه باسم "التنفس البطني". غالبًا ما يتم استخدام هذه المصطلحات بالتبادل لأنها تصف نفس الإجراء.

عندما يتم تنشيط عضلات الاستنشاق الإضافية ، خاصة أثناء التنفس الجهدي ، يتم سحب الترقوة إلى أعلى ، كما هو موضح أعلاه. يُشار أحيانًا إلى هذا المظهر الخارجي لاستخدام العضلات الإضافية للاستنشاق باسم التنفس الترقوي ، الذي يُرى بشكل خاص أثناء نوبات الربو وفي الأشخاص الذين يعانون من مرض الإنسداد الرئوي المزمن .


مرور الهواء

الممرات الهوائية العلوية

يتم تسخين الهواء المستنشق وترطيبه بواسطة الغشاء المخاطي الأنفي الدافئ الرطب ، والذي يبرد ويجف. عندما يتم استنشاق الهواء الرطب الدافئ من الرئتين من خلال الأنف ، يعيد المخاط الاسترطابي البارد في الأنف البارد والجاف التقاط جزء من الدفء والرطوبة من هواء الزفير. في الطقس البارد جدًا ، قد تتسبب المياه المعاد التقاطها في "نازف الأنف".
بعد ذلك من الرسم البياني أعلاه ، إذا تم استنشاق هواء الزفير من خلال الفم في ظروف باردة و رطبة ، فسوف يتكثف بخار الماء إلى سحابة أو ضباب مرئي.

عادة ، يتم استنشاق الهواء من خلال الأنف . تجاويف الأنف (بين الخياشيم والبلعوم ) ضيقة جدًا ، أولاً من خلال تقسيمها إلى قسمين عن طريق الحاجز الأنفي ، وثانيًا عن طريق الجدران الجانبية التي تحتوي على عدة طيات طولية ، أو أرفف ، تسمى محارة الأنف,[8] وبالتالي تعريض مساحة كبيرة من الغشاء المخاطي للأنف الي الهواء عند استنشاقه (وزفيره). يؤدي ذلك إلى امتصاص الهواء المستنشق للرطوبة من المخاط الرطب ، والدفء من الأوعية الدموية المبطنة ، بحيث يكون الهواء مشبعًا تقريبًا ببخار الماء ويكون في درجة حرارة الجسم تقريبًا عند وصوله إلى الحنجرة.[7] يتم استعادة جزء من هذه الرطوبة والحرارة مع خروج هواء الزفير من المخاط المجفف جزئيًا والمبرد في الممرات الأنفية ، أثناء التنفس. يقوم المخاط اللزج أيضًا باحتجاز الكثير من الجسيمات التي يتم تنفسها ، مما يمنعها من الوصول إلى الرئتين[7][8]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الممرات الهوائية السفلية

غالبًا ما يوصف تشريح الجهاز التنفسي للثديات ، أسفل التراكيب عادة بين "الممرات الهوائية العليا" (تجاويف الأنف والبلعوم والحنجرة) ، على أنه شجرة تنفسية أو شجرة القصبة الهوائية (الشكل على اليسار). تؤدي الممرات الهوائية الأكبر إلى فروع أضيق قليلاً ، ولكنها أكبر من الممر الهوائي "الجذع" الذي يؤدي إلى ظهور الفروع. قد تتكون شجرة الجهاز التنفسي البشري ، في المتوسط ، من 23 فرعًا في ممرات هوائية أصغر تدريجيًا ، بينما تحتوي شجرة الجهاز التنفسي للفأر على ما يصل إلى 13 فرعًا. تعمل التقسيمات القريبة (تلك الأقرب إلى أعلى الشجرة ، مثل القصبة الهوائية والشعب الهوائية) بشكل رئيسي لنقل الهواء إلى الشعب الهوائية السفلية. الأقسام اللاحقة مثل القصيبات التنفسية والقنوات السنخية والحويصلات الهوائية متخصصة في تبادل الغازات [9]

القصبة الهوائية والأجزاء الأولى من الشعب الهوائية الرئيسية خارج الرئتين. بقية فروع "الشجرة" داخل الرئتين ، وتمتد في نهاية المطاف إلى كل جزء من الرئتين .

الحويصلات الهوائية هي النهايات الطرفية العمياء "للشجرة" ، مما يعني أن أي هواء يدخلها يجب أن يخرج عبر نفس المسار الذي استخدمه لدخول الحويصلات الهوائية. نظام مثل هذا يخلق مساحة ميتة ، حجمًا من الهواء يملأ الشعب الهوائية (المساحة الميتة) في نهاية الاستنشاق ، ويتم زفيره ، دون تغيير ، خلال الزفير التالي ، ولم يصل أبدًا إلى الحويصلات الهوائية. وبالمثل ، يتم ملء المساحة الميتة بالهواء السنخي في نهاية الزفير ، وهو أول هواء يتنفس في الحويصلات الهوائية ، قبل أن يصل أي هواء نقي إلى الحويصلات الهوائية أثناء الاستنشاق. يبلغ حجم المساحة الميتة للإنسان البالغ النموذجي حوالي 150 مل.

تبادل الغازات

الغرض الأساسي من التنفس هو إدخال الهواء الجوي (بجرعات صغيرة) إلى الحويصلات الهوائية حيث يتم تبادل الغازات مع الغازات في الدم. يحدث توازن الضغط الجزئي للغازات في الدم السنخي والهواء السنخي عن طريق الانتشار . في نهاية كل زفير ، لا تزال الرئة البشرية البالغة تحتوي على 2500-3000 مل من الهواء ، وقدرتها المتبقية الوظيفية أو FRC. مع كل نفس (استنشاق) يضاف فقط حوالي 350 مل من الغلاف الجوي الدافئ والمبلل ، ويخلط جيدًا مع القدرة الوظيفية المتبقية. وبالتالي ، يتغير تكوين غاز القدرة الوظيفية المتبقية قليلًا جدًا أثناء دورة التنفس. نظرًا لأن الدم الشعري الرئوي يتوازن مع هذا الخليط غير المتغير تقريبًا من الهواء في الرئتين (والذي له تركيبة مختلفة تمامًا عن الهواء المحيط) ، فإن الضغوط الجزئية لغازات الدم الشريانية لا تتغير أيضًا مع كل نفس. وبالتالي لا تتعرض الأنسجة لتقلبات في ضغوط الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم أثناء دورة التنفس ، ولا تحتاج المستقبلات الكيميائية الطرفية والمركزية إلى "اختيار" النقطة في دورة التنفس التي تحتاج إلى قياس غازات الدم فيها والمستجيبة لذلك وبالتالي فإن التحكم في الاستتباب في معدل التنفس يعتمد ببساطة على الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني. هذا يحافظ أيضًا على ثبات درجة الحموضة في الدم.[7]

التحكم

يتمالتحكم في معدل وعمق التنفس تلقائيًا بواسطة مراكز التنفس التي تتلقى معلومات من المستقبلات الكيميائية الطرفية والمركزية . تراقب هذه المستقبلات الكيميائية باستمرار الضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الدم الشرياني. المستشعرات هي ، أولاً ، مستقبلات كيميائية مركزية على سطح النخاع المستطيل لجذع الدماغ وهي حساسة بشكل خاص للأس الهيدروجيني وكذلك الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم السائل الدماغي الشوكي.[7] المجموعة الثانية من المستشعرات تقيس الضغط الجزئي للأكسجين في الدم الشرياني. يُعرف هذا الأخير معًا بالمستقبلات الكيميائية الطرفية التي تقع في الشريان الأبهر والأجسام السباتية.[7] يتم نقل المعلومات من جميع هذه المستقبلات الكيميائية إلى مراكز الجهاز التنفسي في الجسر و النخاع المستطيل ، والتي تستجيب للانحرافات في الضغوط الجزئية لثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الدم الشرياني من الطبيعي عن طريق تعديل معدل وعمق التنفس ، في مثل هذا طريقة لاستعادة الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون إلى 5.3 كيلو باسكال (40 مم زئبق) ، الرقم الهيدروجيني إلى 7.4 ، وبدرجة أقل ، الضغط الجزئي للأكسجين إلى13 كيلو باسكال (100 مم زئبق)..[7] علي سبيل المثال ، تزيد التمرينات الرياضية من إنتاج العضلات النشطة لثاني أكسيد الكربون. ينتشر ثاني أكسيد الكربون هذا في الدم الوريدي ويزيد في النهاية الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني. يتم استشعار هذا على الفور من خلال المستقبلات الكيميائية لثاني أكسيد الكربون في جذع الدماغ. تستجيب مراكز الجهاز التنفسي لهذه المعلومات عن طريق التسبب في زيادة معدل التنفس وعمقه إلى حد يعود فيه الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون والأكسجين في الدم الشرياني إلى نفس المستويات تقريبًا عند الراحة. تتواصل المراكز التنفسية مع عضلات التنفس عبر الأعصاب الحركية ، والتي تكون الأعصاب الحجابية ، التي تعصب الحجاب الحاجز ، هي الأكثر أهمية.[7]

يمكن تجاوز التنفس التلقائي إلى حد محدود عن طريق الاختيار البسيط ، أو لتسهيل السباحة أو الكلام أو الغناء أو التدريب الصوتي الآخر. من المستحيل كبح الرغبة في التنفس إلى حد نقص الأكسجة ولكن التدريب يمكن أن يزيد من القدرة على حبس النفس ؛ على سبيل المثال ، في فبراير 2016 ، حطم غطاس حر إسباني محترف الرقم القياسي العالمي لحبس النفس تحت الماء في أكثر من 24 دقيقة بقليل.[10]

توجد ردود فعل تلقائية أخرى للتحكم في التنفس ، ويؤدي انغطاس ، خاصة الوجه ، في الماء البارد إلى إثارة رد فعل يسمى منعكس الغوص.[11][12] ينتج هذا أولاً عن إغلاق الممرات الهوائية مقابل تدفق المياه. يتباطأ معدل الاستقلاب لأسفل. ويقترن ذلك بتضييق الأوعية الشديدة للشرايين في الأطراف والأحشاء البطنية. يحجز هذا الأكسجين الموجود في الدم والرئتين في بداية الغوص بشكل حصري تقريبًا للقلب والدماغ.[11] منعكس الغوص هو استجابة غالبًا ما تستخدم في الحيوانات التي تحتاج بشكل روتيني للغوص ، مثل طيور البطريق والأختام والحيتان.[13][14] كما أنه أكثر فعالية عند الرضع والأطفال الصغار منه عند البالغين.[15]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التكوين

تم استنشاق الهواء بحجم 78.08٪ نيتروجين و 20.95٪ أكسجين وكميات صغيرة من الغازات الأخرى بما في ذلك أرگون وثاني أكسيد الكربون والنيون والهليوم والهيدروجين.[16]

غاز الزفير هو 4 ٪ إلى 5 ٪ من حجم ثاني أكسيد الكربون ، أي حوالي 100 أضعاف زيادة عن الكمية المستنشقة. يتم تقليل حجم الأكسجين بكمية صغيرة ، من 4٪ إلى 5٪ ، مقارنة بالأكسجين المستنشق. التكوين النموذجي هو:[17]

  • 5.0–6.3% بخار ماء
  • 74.4% نيتروجين
  • 13.6–16.0% اكسجين
  • 4.0–5.3% ثاني أكسيد الكربون
  • 1% أرگون
  • أجزاء من المليون (جزء في المليون) من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون ، 1 جزء في المليون من الأمونيا
  • تتبع المركبات العضوية المتطايرة النزرة بما في ذلك إيزوپرين ، ميثيل ستيرين ، النفثالين ، 2،5-سيكلو هكساديين-1،4-ديون ، 2،6-مكرر (ثلاثي البيوتيل) -1-ميثيل نفتالين ، 2-ميثيل بوتان ، رباعي الإيثان ، خماسي البروم ، دوديكان. في بعض الحالات ، يشير وجود مركبات عضوية معينة إلى المرض ، على سبيل المثال البنتان[18]

بالإضافة إلى الهواء ، يمكن للغواصين تحت الماء الذين يمارسون الغوص التقني أن يتنفسوا مخاليط غاز التنفس الغنية بالأكسجين أو المستنفدة للأكسجين أو الغنية بالهليوم. يُعطى الأكسجين وغازات التخدير بعض الأحيان للمرضى تحت الرعاية الطبية. الغلاف الجوي في بذلات الفضاء هو الأكسجين النقي.[19] مع ذلك ، يتم الاحتفاظ بهذا عند حوالي 20 ٪ من الضغط الجوي الأرضي لتنظيم معدل الشهيق.

اثار ضغط الهواء المحيط

التنفس في مستوي مرتفع

الشكل.4 الضغط الجوي

ينخفض الضغط الجوي مع الارتفاع فوق مستوى سطح البحر (الارتفاع) وبما أن الحويصلات الهوائية مفتوحة للهواء الخارجي من خلال الممرات الهوائية المفتوحة ، فإن الضغط في الرئتين ينخفض أيضًا بنفس المعدل مع الارتفاع. في الارتفاع ، لا يزال هناك حاجة إلى فرق الضغط لدفع الهواء من وإلى الرئتين كما هو في مستوى سطح البحر. تتطابق آلية التنفس عند الارتفاع بشكل أساسي مع التنفس عند مستوى سطح البحر ولكن مع الاختلافات التالية:

ينخفض الضغط الجوي بشكل كبير مع الارتفاع ، إلى النصف تقريبًا مع كل 5,500 مترs (18,000 قدم) زيادة في الارتفاع .[20] و مع ذلك ، يكون تكوين الهواء الجوي ثابتًا تقريبًا تحت 80 كم ، نتيجة لتأثير الخلط المستمر للطقس.[21] بالتالي ينخفض تركيز الأكسجين في الهواء (ملي مول أكسجين لكل لتر من الهواء) بنفس معدل الضغط الجوي..[21] عند مستوى سطح البحر ، حيث يبلغ الضغط المحيط حوالي 100 كيلو باسكال ، يساهم الأكسجين بنسبة 21 ٪ من الغلاف الجوي والضغط الجزئي للأكسجين ( PO2 ) هو 21 كيلوباسكال (أي 21٪ من 100كيلو باسكال)..[21] لذلك، يجب استنشاق كمية أكبر من الهواء على ارتفاع أكثر من مستوى سطح البحر من أجل التنفس بنفس كمية الأكسجين في فترة معينة.

أثناء الاستنشاق ، يتم تسخين الهواء وإشباعه ببخار الماء أثناء مروره عبر الأنف والبلعوم قبل دخوله الحويصلات الهوائية. يعتمد ضغط بخار الماء المشبع فقط على درجة الحرارة ؛ عند درجة حرارة قلب الجسم 37 درجة مئوية يكون 6.3 كيلو باسكال (47.0 مم زئبقي) ، بغض النظر عن أي تأثيرات أخرى ، بما في ذلك الارتفاع..[22] و بالتالي ، على مستوى سطح البحر ، يتكون الهواء الرغامي (مباشرة قبل دخول الهواء المستنشق إلى الحويصلات الهوائية) من: بخار الماء ( PH2O = 6.3 كيلو باسكال) ، نيتروجين ( PN2 = 74.0 كيلو باسكال) ، الأكسجين ( PO2 = 19.7 كيلو باسكال) وكميات ضئيلة من ثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى مجموعها 100كيلو باسكال. في الهواء الجاف ، يكون ضغط الاكسجين PO2 عند مستوى سطح البحر 21.0 كيلو باسكال ، مقارنة بـ ضغط الاكسجين PO2 عند 19.7 كيلوباسكال في هواء القصبة الهوائية (21٪ من [100 - 6.3] = 19.7كيلو باسكال). في قمة جبل إيفرست ، ضغط الهواء الرغامي الكلي يبلغ 33.7كيلو باسكال ، منها 6.3 كيلو باسكال هو بخار الماء ، مما يقلل ضغط الاكسجين PO2 في هواء القصبة الهوائية إلى 5.8 كيلوباسكال (21٪ من [33.7 - 6.3] = 5.8كيلو باسكال) ، بعد ما يتم حسابه عن طريق تخفيض الضغط الجوي وحده (7.1 كيلو باسكال).

تدرج الضغط الذي يدفع الهواء الي الرئتين يتم تقليله أثناء الاستنشاق بواسطة الارتفاع. مضاعفة حجم الرئتين يقلل الضغط في الرئتين إلى أي ارتفاع. ينتج عن ضغط الهواء في مستوى سطح البحر (100 كيلو باسكال) تدرج ضغط يبلغ 50 كيلو باسكال ولكنه يفعل نفس الشيء عند 5500 م ، حيث الضغط الجوي هو 50 كيلو باسكال ، مضاعفة حجم الرئتين ينتج عنها تدرج ضغط فقط 25 كيلو باسكال. من الناحية العملية ، لأننا نتنفس بطريقة هادئة ودورية تولد تدرجات ضغط تبلغ 2-3 كيلوباسكال فقط ، فإن هذا له تأثير ضئيل على معدل التدفق الفعلي إلى الرئتين ويمكن تعويضه بسهولة عن طريق التنفس بشكل أعمق قليلاً.[23][24] تسمح اللزوجة المنخفضة للهواء في الارتفاع للهواء بالتدفق بسهولة أكبر وهذا يساعد أيضًا على تعويض أي خسارة في تدرج الضغط. عادة ما يتم استيعاب جميع التأثيرات المذكورة أعلاه لضغط الهواء المنخفض على التنفس عن طريق زيادة حجم الجهاز التنفسي بالدقيقة (حجم الهواء الذي يتنفس في - أو خارج - في الدقيقة) ، وتكون آلية القيام بذلك تلقائية. يتم تحديد الزيادة الدقيقة المطلوبة من خلال الاستتباب، التي تنظم ضغط الاكسجين وثاني اكسيد الكربون في الشرايين PO2 و PCO2 . هذه الآلية المتجانسة تعطي الأولوية لتنظيم ضغط ثاني اكسيد الكربون PCO2 الشرياني على الأكسجين عند مستوى سطح البحر. وهذا يعني، عند مستوى سطح البحر يتم الحفاظ على ضغط الاكسجين في الشرايين PCO2 لدرجة وثيقة للغاية إلى 5.3كيلو باسكال (أو 40 مم زئبقي) تحت مجموعة واسعة من الظروف ، على حساب ضغط الاكسجين في الشرايين PO2 ، والذي يسمح له بالتنوع ضمن نطاق واسع جدًا من القيم ، قبل إثارة استجابة تهوية تصحيحية. ومع ذلك ، عندما ينخفض الضغط الجوي (وبالتالي ضغط الاكسجين في الغلاف الجوي PO2 ) إلى أقل من 75 ٪ من قيمته عند مستوى سطح البحر ، يتم إعطاء توازن الأكسجين أولوية على توازن ثاني أكسيد الكربون. يحدث هذا التبديل على ارتفاع حوالي 2,500 مترs (8,200 قدم) . إذا حدث هذا التغيير بشكل مفاجئ نسبيًا ، فإن فرط التنفس على ارتفاع عالٍ سيؤدي إلى انخفاض حاد في ضغط الاكسجين في الشرايين PCO2 مع ارتفاع لاحق في الرقم الهيدروجيني للبلازما الشريانية مما يؤدي إلى قلاء تنفسي . هذا هو أحد المساهمين في داء المرتفعات . من ناحية أخرى ، إذا كان التحول إلى استتباب الأكسجين غير مكتمل ، فقد يؤدي نقص الأكسجة إلى تعقيد الصورة السريرية مع نتائج قاتلة محتملة.

التنفس في مستوي عميق

جهد تنفس نموذجي عند التنفس من خلال منظم للغوص

يزداد الضغط مع عمق الماء بمعدل حوالي ضغط جوي واحد - أكثر بقليل من 100 كيلو باسكال ، أو بار (وحدة) واحد لكل 10 أمتار. الهواء الذي يتنفسه الغواصون تحت الماء هو تحت الضغط المحيط للمياه المحيطة وهذا له مجموعة معقدة من الآثار الفسيولوجية والكيميائية الحيوية. إذا لم تتم إدارته بشكل صحيح ، فقد يؤدي تنفس الغازات المضغوطة تحت الماء إلى العديد من اضطرابات الغوص التي تشمل الرضح الضغطي الرئوي ، ومرض تخفيف الضغط ، ومخدر النيتروجين ، وسمية الأكسجين . إن تأثيرات تنفس الغازات تحت الضغط تزداد تعقيدًا باستخدام واحد أو أكثر من خليط الغاز الخاص .

يتم توفير الهواء من خلال منظم الغوص ، مما يقلل من الضغط العالي في اسطوانة الغوص إلى الضغط المحيط. يعتبر أداء التنفس للمنظمين عاملاً عند اختيار منظم مناسب لنمط الغوص الذي سيتم القيام به. من المستحسن أن التنفس من المنظم يتطلب جهدًا منخفضًا حتى عند توفير كميات كبيرة من الهواء. يوصى أيضًا بتزويد الهواء بسلاسة دون أي تغييرات مفاجئة في المقاومة أثناء الاستنشاق أو الزفير. في الرسم البياني ، على اليمين ، لاحظ الارتفاع الأولي في الضغط في الزفير لفتح صمام العادم وأن الانخفاض الأولي في الضغط في الاستنشاق سرعان ما يتم التغلب عليه حيث تم تصميم تأثير فينتوري في المنظم للسماح بسحب الهواء بسهولة. العديد من المنظمين لديهم تعديل لتغيير سهولة الاستنشاق بحيث يكون التنفس سهلاً.

اضطرابات التنفس

Breathing Patterns
Breathing abnormalities.svg
رسم بياني يوضح أنواعًا مختلفة من أنماط التنفس المرضية.

تتضمن أنماط التنفس غير الطبيعية تنفس تنفس كوسماول تنفس بيو تنفس تشاين-ستوكس .

تشمل اضطرابات التنفس الأخرى قصر التنفس (ضيق التنفس) ، والصرير ، وتوقف التنفس ، انقطاع النفس النومي (انقطاع النفس الانسدادي النومي الأكثر شيوعًا) ، وتنفس الفموي ، والشخير. ترتبط العديد من الحالات بالممرات الهوائية المسدودة. يشير نقص التنفس إلى التنفس الضحل المفرط. يشير فرط التنفس إلى التنفس السريع والعميق الناتج عن الحاجة إلى المزيد من الأكسجين ، على سبيل المثال عن طريق التمرين. يشير المصطلحان نقص التهوية وفرط التنفس أيضًا إلى التنفس الضحل والتنفس السريع والعميق على التوالي ، ولكن في ظروف أو أمراض غير مناسبة. ومع ذلك ، فإن هذا التمييز (بين ، على سبيل المثال ، فرط التنفس وفرط التهوية) لا يتم الالتزام به دائمًا ، بحيث يتم استخدام هذه المصطلحات بشكل متكرر بالتبادل..[25]

يمكن استخدام مجموعة من اختبارات التنفس لتشخيص أمراض مثل عدم تحمل النظام الغذائي. يستخدم مقياس ريانومان تقنية صوتية لفحص تدفق الهواء عبر الممرات الأنفية..[26]

المجتمع والثقافة

وتأتي كلمة "spirit" "روح" من الروح(spiritus) اللاتينية ، التي تعني التنفس. من الناحية التاريخية ، غالبًا ما يُنظر إلى التنفس من حيث مفهوم قوة الحياة. تشير التوراة إلى أن الله يتنفس روح الحياة في طين ليجعل آدم روحًا حية ( nephesh ). كما يشير إلى التنفس على أنه عودة إلى الله عندما يموت بشري. مصطلحات روح ، برانا ، والبولينيزية مانا ، والعبرية الروح و نفسية ترتبط في علم النفس لمفهوم التنفس..[27]

في T'ai chi ، يتم الجمع بين التمارين الهوائية وتمارين التنفس المحددة لتقوية عضلات الحجاب الحاجز وتحسين الوضع والاستفادة بشكل أفضل من Qi (الطاقة) في الجسم. أشكال مختلفة من التأمل ، واليوجا تدعو إلى أساليب التنفس المختلفة. تم تقديم شكل من أشكال گاوتاما بوذا يسمى anapanasati يقظة العقل من التنفس لأول مرة من قبل بوذا . يتم دمج تخصصات التنفس في التأمل ، وبعض أشكال اليوجا مثل البراناياما ، وتمرين بوتيكو كعلاج للربو وظروف أخرى..[28]

في الموسيقى ، يستخدم بعض مشغلات آلات النفخ تقنية تسمى التنفس الدائري . يعتمد المغنون أيضًا على التحكم في التنفس .

تشمل التعبيرات الثقافية الشائعة المتعلقة بالتنفس: "لالتقاط أنفاسي" ، "أخذ أنفاسي" ، "استنشاق" ، "لقط الانفاس" ، "استعادة أنفاسي".

التنفس والمزاج

تميل بعض أنماط التنفس إلى حدوث حالات مزاجية معينة. بسبب هذه العلاقة ، يعتبر الممارسون من مختلف التخصصات أنه يمكنهم تشجيع حدوث مزاج معين من خلال اعتماد نمط التنفس الذي يحدث بشكل شائع بالارتباط به. على سبيل المثال ، ولعل التوصية الأكثر شيوعًا هي أن التنفس العميق الذي يستخدم الحجاب الحاجز والبطن أكثر يمكن أن يشجع على مزاج أكثر استرخاء وثقة. غالبًا ما يفسر ممارسو التخصصات المختلفة أهمية تنظيم التنفس وتأثيره المدرك على المزاج بطرق مختلفة. قد يعتبر البوذيون أنه يساعد على تعجيل الشعور بالسلام الداخلي والمعالجين الشموليين أنه يشجع الحالة الصحية العام [29]مستشاري الأعمال التي توفر الراحة من الإجهاد القائم على العمل.

التنفس وممارسة الرياضة

أثناء التمرين البدني ، يتم تكييف نمط تنفس أعمق لتسهيل امتصاص الأكسجين بشكل أكبر. سبب إضافي لاعتماد نمط تنفس أعمق هو تقوية قلب الجسم. أثناء عملية التنفس العميق ، يتبنى الحجاب الحاجز الصدري وضعًا أقل في القلب مما يساعد على توليد ضغط داخل البطن مما يقوي العمود الفقري القطني.[30] عادة ، هذا يسمح بإجراء حركات بدنية أكثر قوة. على هذا النحو ، يوصى به كثيرًا عند رفع الأوزان الثقيلة لأخذ نفس عميق أو اعتماد نمط تنفس أعمق

انظر ايضا

المراجع

  1. ^ Hall, John (2011). Guyton and Hall textbook of medical physiology (12th ed.). Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier. p. 5. ISBN 978-1-4160-4574-8.
  2. ^ Pocock, Gillian; Richards, Christopher D. (2006). Human physiology : the basis of medicine (3rd ed.). Oxford: Oxford University Press. p. 311. ISBN 978-0-19-856878-0.
  3. ^ Pocock, Gillian; Richards, Christopher D. (2006). Human physiology : the basis of medicine (3rd ed.). Oxford: Oxford University Press. p. 320. ISBN 978-0-19-856878-0.
  4. ^ "Vital Signs 101". www.hopkinsmedicine.org (in الإنجليزية).
  5. ^ Pocock, Gillian; Richards, Christopher D. (2006). Human physiology : the basis of medicine (3rd ed.). Oxford: Oxford University Press. p. 316. ISBN 978-0-19-856878-0.
  6. ^ Levitzky, Michael G. (2013). Pulmonary physiology (Eighth ed.). New York: McGraw-Hill Medical. p. Chapter 1. Function and Structure of the Respiratory System. ISBN 978-0-07-179313-1.
  7. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص Tortora, Gerard J.; Anagnostakos, Nicholas P. (1987). Principles of anatomy and physiology (Fifth ed.). New York: Harper & Row, Publishers. pp. 556–582. ISBN 978-0-06-350729-6.
  8. ^ أ ب Williams, Peter L; Warwick, Roger; Dyson, Mary; Bannister, Lawrence H. (1989). Gray's Anatomy (Thirty-seventh ed.). Edinburgh: Churchill Livingstone. pp. 1172–1173, 1278–1282. ISBN 0443 041776.
  9. ^ Gilroy, Anne M.; MacPherson, Brian R.; Ross, Lawrence M. (2008). Atlas of Anatomy. Stuttgart: Thieme. pp. 108–111. ISBN 978-1-60406-062-1.
  10. ^ "Longest time breath held voluntarily (male)". Guinness World Records. Retrieved 2016-11-29.
  11. ^ أ ب Michael Panneton, W (2013). "The Mammalian Diving Response: An Enigmatic Reflex to Preserve Life?". Physiology. 28 (5): 284–297. doi:10.1152/physiol.00020.2013. PMC 3768097. PMID 23997188.
  12. ^ Lindholm, Peter; Lundgren, Claes EG (1 January 2009). "The physiology and pathophysiology of human breath-hold diving". Journal of Applied Physiology. 106 (1): 284–292. doi:10.1152/japplphysiol.90991.2008. PMID 18974367. Retrieved 4 April 2015.
  13. ^ Thornton SJ, Hochachka PW (2004). "Oxygen and the diving seal". Undersea Hyperb Med. 31 (1): 81–95. PMID 15233163. Retrieved 2008-06-14.
  14. ^ Zapol WM, Hill RD, Qvist J, Falke K, Schneider RC, Liggins GC, Hochachka PW (September 1989). "Arterial gas tensions and hemoglobin concentrations of the freely diving Weddell seal". Undersea Biomed Res. 16 (5): 363–73. PMID 2800051. Retrieved 2008-06-14.
  15. ^ Pedroso, F. S.; Riesgo, R. S.; Gatiboni, T; Rotta, N. T. (2012). "The diving reflex in healthy infants in the first year of life". Journal of Child Neurology. 27 (2): 168–71. doi:10.1177/0883073811415269. PMID 21881008.
  16. ^ "Earth Fact Sheet". nssdc.gsfc.nasa.gov.
  17. ^ P.S.Dhami; G.Chopra; H.N. Shrivastava (2015). A Textbook of Biology. Jalandhar, Punjab: Pradeep Publications. pp. V/101.
  18. ^ Phillips, Michael; Herrera, Jolanta; Krishnan, Sunithi; Zain, Mooena; Greenberg, Joel; Cataneo, Renee N. (1999). "Variation in volatile organic compounds in the breath of normal humans". Journal of Chromatography B: Biomedical Sciences and Applications. 729 (1–2): 75–88. doi:10.1016/S0378-4347(99)00127-9. PMID 10410929.
  19. ^ Biology. NCERT. 2015. ISBN 978-81-7450-496-8.
  20. ^ "Online high altitude oxygen calculator". altitude.org. Archived from the original on 29 July 2012. Retrieved 15 August 2007.
  21. ^ أ ب ت Tyson, P.D.; Preston-White, R.A. (2013). The weather and climate of Southern Africa. Cape Town: Oxford University Press. pp. 3–10, 14–16, 360. ISBN 9780195718065.
  22. ^ Diem, K.; Lenter, C. (1970). Scientific Tables (Seventh ed.). Basle, Switzerland: Ciba-Geigy. pp. 257–258.
  23. ^ Koen, Chrisvan L.; Koeslag, Johan H. (1995). "On the stability of subatmospheric intrapleural and intracranial pressures". News in Physiological Sciences. 10: 176–178.
  24. ^ West, J.B. (1985). Respiratory physiology: the essentials. Baltimore: Williams & Wilkins. pp. 21–30, 84–84, 98–101.
  25. ^ Andreoli, Thomas E., Dorland's Illustrated Medical Dictionary (30th ed.), Philadelphia, PA: Saunders, pp. 887, 891, 897, 900, http://dorlands.com/ 
  26. ^ E. H. Huizing; J. A. M. de Groot (2003), Functional Reconstructive Nasal Surgery, p. 101, ISBN 978-1-58890-081-4 
  27. ^ psych-, psycho-, -psyche, -psychic, -psychical, -psychically + (Greek: mind, spirit, consciousness; mental processes; the human soul; breath of life)
  28. ^ Swami Saradananda, The Power of Breath, Castle House: Duncan Baird Publishers, 2009
  29. ^ Hobert, Ingfried, 'Healthy Breathing – The Right Breathing' in Guide to Holistic Healing in the New Millenium, Munchen: Verlag Peter Erd, 1999, pp. 48–49
  30. ^ "Diaphragm function for core stability » Hans Lindgren DC".

قراءة اكثر

Wikiquote-logo.svg اقرأ اقتباسات ذات علاقة بالتنفس، في معرفة الاقتباس.