ملخص الوحدة الثامنة: تبادل الغازات لمادة الاحياء للصف الحادي عشر الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني

نقدم لكم ملخص الوحدة الثامنة: تبادل الغازات لمادة الاحياء للصف الحادي عشر الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني

الدرس الأول: الرئتان

تركيب الجهاز التنفسي

يبدأ الهواء رحلته في الجهاز التنفسي عبر الأنف أو الفم، ثم الحنجرة، ثم القصبة الهوائية (Trachea) وهي أنبوب يمتد من الحنجرة إلى الرئتين. تتفرّع القصبة الهوائية إلى شعبتين هوائيتين (Bronchi) كل منهما يمتد إلى رئة. تتفرّع كل شعبة هوائية إلى شعيبات هوائية (Bronchioles) أصغر حتى نصل إلى الشعيبات الهوائية النهائية الدقيقة جداً.

تنتهي الشعيبات الهوائية النهائية بالحويصلات الهوائية (Alveoli) وهي كيسات هوائية صغيرة جداً يتم فيها تبادل الغازات. تبلغ مساحة السطح الكلية للحويصلات الهوائية في الرئتين نحو 70-75 متر مربع في الإنسان البالغ، وهو ما يجعل الرئتين كفؤتين جداً في تبادل الغازات.

تحتوي القصبة الهوائية والشعب الهوائية على غضروف (Cartilage) حلقي يمنع انهيارها وانسدادها أثناء التنفس. ويُبطّن الجهاز التنفسي نسيج طلائي يحتوي على أهداب (Cilia) وخلايا كأسية (Goblet cells) تُفرز المخاط.

تركيب الحويصلة الهوائية

تتكوّن جدران الحويصلات الهوائية من طبقة واحدة رقيقة جداً من الخلايا الطلائية الحرشفية المبطّنة. تُحاط كل حويصلة بشبكة كثيفة من الشعيرات الدموية الرئوية. هذا البناء يضمن أن المسافة بين الهواء في الحويصلة والدم في الشعيرات صغيرة جداً (أقل من 1 ميكرومتر) مما يُسرّع انتشار الغازات. يتناسب هذا البناء مع وظيفة تبادل الغازات بامتياز: مساحة السطح الكلية هائلة، وجدران رقيقة جداً، وغشاء مبلّل يُذيب الغازات، وشبكة واسعة من الشعيرات الدموية تضمن استمرار تجديد الدم.

الدرس الثاني: تدفئة الهواء وتنظيفه

وظيفة الجهاز التنفسي العلوي

قبل وصول الهواء إلى الحويصلات الهوائية، يمرّ بمراحل تحضيرية في الجهاز التنفسي العلوي. يُدفَّأ الهواء داخل الأنف لأن الغشاء المخاطي المبطّن للأنف مروي بالدم، فتُعادل درجة حرارة الهواء الداخل درجة حرارة الجسم. كذلك تُرطَّب الهواء بالبخار المتصاعد من المخاط.

يُنظَّف الهواء أيضاً من الجزيئات الغريبة والميكروبات. تُحبسها الطبقة المخاطية التي تُبطّن الأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية. ثم تعمل الأهداب التي تُبطّن مجرى الهواء على دفع هذا المخاط (وما عالق فيه) باتجاه الأعلى نحو الحلق، حيث يُبتلع إلى المعدة. وتحمي خلايا الدم البيضاء البلعمية الكبيرة الرئتين من العدوى، فهي تبتلع الجسيمات الصغيرة والبكتيريا الدقيقة التي تصل إلى الحويصلات الهوائية.

آلية التنفس (الشهيق والزفير)

التنفس هو العملية الميكانيكية لإدخال الهواء إلى الرئتين وإخراجه. يحدث الشهيق (Inspiration) عند انقباض عضلة الحجاب الحاجز (Diaphragm) التي تنبسط وتتسطح إلى الأسفل، وانقباض العضلات الوربية (Intercostal muscles) الخارجية التي ترفع القفص الصدري للأعلى والخارج. يزيد حجم تجويف الصدر فيَنخفض الضغط داخله عن الضغط الجوي الخارجي، فيندفع الهواء إلى الرئتين.

يحدث الزفير (Expiration) الهادئ بشكل سلبي: تسترخي عضلة الحجاب الحاجز والعضلات الوربية الخارجية، فيعود القفص الصدري إلى وضعه الطبيعي بفعل مرونة الرئتين والأنسجة. يقلّ حجم تجويف الصدر فيرتفع الضغط داخل الرئتين عن الضغط الخارجي، فيندفع الهواء للخارج.

تساعد العضلات الوربية الداخلية والعضلات البطنية على الزفير القسري أثناء الرياضة أو عند الحاجة. معدل التنفس الطبيعي في الراحة يتراوح بين 12-20 مرة في الدقيقة للإنسان البالغ.

تبادل الغازات في الحويصلات الهوائية

الغاز الذي يُنقَل من الحويصلات الهوائية إلى الدم هو الأكسجين، والغاز الذي ينتقل من الدم إلى الحويصلات هو ثاني أكسيد الكربون. كلا الغازين ينتقلان بالانتشار وفق منحدر تركيزهما:

• الأكسجين: ضغطه الجزئي في هواء الحويصلة (pO₂ = 13.9 kPa) أعلى منه في الدم الداخل إلى الشعيرات الرئوية (pO₂ = 5.3 kPa). لذا ينتشر الأكسجين من الحويصلة إلى الدم.
• ثاني أكسيد الكربون: ضغطه الجزئي في الدم (pCO₂ = 6.0 kPa) أعلى منه في هواء الحويصلة (pCO₂ = 5.3 kPa). لذا ينتشر ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلة.

الدرس الثالث: الحويصلات الهوائية

تكيّف الحويصلات لتبادل الغازات

تتمتع الحويصلات الهوائية بخصائص تجعلها مثاليةً لتبادل الغازات الفعّال:

• مساحة سطح كبيرة جداً: تبلغ مساحة الحويصلات مجتمعةً نحو 70-75 متر مربع، وهي مساحة ضخمة تُعادل مساحة ملعب تنس تقريباً.
• جدران رقيقة جداً: تتكوّن جدران الحويصلة من طبقة واحدة فقط من الخلايا الطلائية، لذا المسافة التي يجب أن تقطعها الغازات بالانتشار صغيرة جداً.
• الترطيب: السطح الداخلي للحويصلة مبلّل دائماً مما يُذيب الغازات ويُيسّر انتشارها.
• الشبكة الكثيفة للشعيرات الدموية: تُجدّد الشعيرات الدموية الكثيفة المحيطة بكل حويصلة الدم باستمرار، مما يحافظ على منحدر التركيز.
• التهوية المستمرة: تبقي حركة الشهيق والزفير الهواء متجدداً في الحويصلات، مما يحافظ على منحدر تركيز الأكسجين.

الحويصلات وخلايا الكأس والأهداب

الخلايا الكأسية (Goblet cells) منتشرة في بطانة الجهاز التنفسي وتُفرز المخاط. تُبطّن الخلايا الطلائية المهدّبة (Ciliated epithelial cells) الأنف والقصبة الهوائية والشعب الهوائية. الأهداب هي زوائد دقيقة تتحرك بحركة موجية باستمرار لدفع المخاط إلى الأعلى باتجاه الحلق.

في الشعيبات الهوائية والحويصلات لا توجد أهداب. بدلاً من ذلك، تحمي خلايا الدم البيضاء البلعمية الكبيرة الرئتين هنا. وأثناء الرياضة تتعاون خلايا البلعمية الكبيرة مع خلايا بلعمية أخرى محاطة لتغادر الشعيرات الدموية لمساعدة خلايا البلعمية الكبيرة في إزالة مسببات الأمراض.

الأمراض المرتبطة بالجهاز التنفسي

يمكن أن تُصاب الحويصلات الهوائية وتضعف قدرتها على تبادل الغازات بسبب أمراض مثل: الانتفاخ الرئوي (Emphysema) الذي يُدمّر جدران الحويصلات فتتحوّل إلى حويصلات أكبر بمساحة سطح أقل. والالتهاب الرئوي الذي يملأ الحويصلات بالسائل. والربو الذي يُضيّق مجاري الهواء ويجعل التنفس صعباً. والسرطان الرئوي الناتج عن التدخين الذي يُدمّر بنية الرئة ويُعيق وظيفتها.