13.3 : التنفس وتبادل الغازات

يعد التفاعل المعقد بين الجهاز القلبي الوعائي والجهاز التنفسي أمرًا بالغ الأهمية لنقل غازات الجهاز التنفسي بكفاءة في جميع أنحاء الجسم. دعونا نستكشف الوظائف المتعددة الأوجه لنظام القلب والأوعية الدموية، مع التركيز على دوره المحوري في تبادل الغازات.

يتضمن التنفس تبادل الغازات، وخاصة الأكسجين (O_2) وثاني أكسيد الكربون (CO_2)، بين الحويصلات الهوائية وخلايا الجسم، وهي عملية تسهلها الدورة الدموية. ونتيجة لذلك، فإن نظام القلب والأوعية الدموية، الذي يشمل القلب والأوعية الدموية، ضروري لتبادل الغازات بكفاءة. دعونا نبدأ بفحص تشريح القلب.

القلب، وهو مضخة عضلية مخروطية الشكل، هو العضو المركزي في الجهاز القلبي الوعائي. يحتوي على أربع حجرات مجوفة: أذينان في الأعلى وبطينان في الأسفل. الأذينان (المفرد: الأذين) هما المداخل التي تستقبل الدم من الأوردة، وهي الوريد الأجوف العلوي والسفلي والأوردة الرئوية اليسرى واليمنى. البطينان هما المنافذ التي تضخ الدم المؤكسج بقوة عبر الشرايين، بما في ذلك الشرايين الرئوية والشريان الأبهر. تقوم هذه الشرايين بتزويد الجسم بالدم الغني بالأكسجين وتحمل الدم غير المؤكسج إلى الرئتين من أجل الأوكسجين.

إن البنية الفريدة للقلب، مع وجود صمامات أحادية الاتجاه عند المداخل (ثلاثية الشرفات والتاجي) والمخارج (الرئوية والأبهرية) لكل بطين، تضمن تدفق الدم في الاتجاه الصحيح، مما يمنع التدفق العكسي ويحافظ على كفاءة النظام.

تشكل شبكة الأوعية الدموية الواسعة دائرة مغلقة، مما يسهل نقل الدم بين القلب وخلايا الجسم. تنقل الشرايين والشرايين الدم بعيدًا عن القلب، وتوجهه نحو الشعيرات الدموية، بينما تعيد الأوردة والأوردة الدم إلى الأذينين.

الشعيرات الدموية، وهي أصغر الأوعية الدموية، ضرورية لتبادل المواد بين الدم وخلايا الجسم. في الرئتين، ينتقل الدم غير المؤكسج - منخفض الأكسجين وعالي ثاني أكسيد الكربون - من الجانب الأيمن للقلب إلى الرئتين. هنا، في الحويصلات الهوائية، ينتشر الأكسجين من الهواء المستنشق إلى الدم، بينما ينتشر ثاني أكسيد الكربون، وهو أحد النفايات، من الدم إلى الحويصلات الهوائية ليتم زفيره. تصطف الحويصلات الهوائية بطبقة رقيقة من سائل الفاعل بالسطح، والتي بدونها ستنهار الحويصلات الهوائية. تعمل المادة الخافضة للتوتر السطحي، التي تنتجها الخلايا السنخية، على تقليل التوتر السطحي للسائل، مما يمنع الحويصلات الهوائية من الانهيار ويسهل تبادل الغازات. بعد الحصول على الأكسجين وإطلاق ثاني أكسيد الكربون، يعود الدم الغني بالأكسجين إلى الجانب الأيسر من القلب. يتم توزيع هذا الدم المؤكسج، الذي يحتوي الآن على نسبة منخفضة من ثاني أكسيد الكربون، في جميع أنحاء الجسم، لتوصيل الأكسجين إلى الأنسجة المختلفة.

يتطلب فهم نقل الأكسجين أيضًا التعرف على أدوار البلازما وخلايا الدم الحمراء (كريات الدم الحمراء). في حين أن كمية صغيرة من الأكسجين تذوب في البلازما، فإن معظمها يرتبط بالهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء، على شكل أوكسي هيموجلوبين، بسبب تقارب الهيموجلوبين العالي للأكسجين. يحمل الهيموجلوبين أيضًا ثاني أكسيد الكربون، بشكل أساسي في شكل كربوكسي هيموجلوبين.

أثناء التنفس الداخلي، يتم تبادل الأكسجين [O_2] وثاني أكسيد الكربون [CO_2] بين خلايا الأنسجة والدم. أي خلل في تكوين الدم يمكن أن يؤثر بشكل كبير على هذه العملية. على سبيل المثال، النزف، الذي يتميز بالنزيف المفرط، يقلل من النتاج القلبي ويقلل من الدم المتاح لتوصيل الأكسجين. يمكن أن يؤدي إلى نقص الأكسجة في الأنسجة، وهي حالة لا تتلقى فيها أنسجة الجسم كمية كافية من الأكسجين. فقر الدم، وهو حالة أخرى، تتميز بانخفاض عدد كريات الدم الحمراء، مما يؤدي إلى عدم كفاية الهيموجلوبين لنقل الأكسجين وعدم كفاية أكسجة الأنسجة. ومن ناحية أخرى، فإن ممارسة التمارين الرياضية بانتظام تعمل على تحسين كفاءة عضلات القلب وزيادة كمية الأكسجين التي تصل إلى الأنسجة. يمكن أن تؤثر أيضًا حالات أخرى، مثل أمراض الجهاز التنفسي أو الارتفاعات العالية، على تبادل الغازات، مما يسلط الضوء على التوازن الدقيق المطلوب للحفاظ على التوازن.