الجهاز التنفسي: ملاحظات مفيدة على الجهاز التنفسي للحيوانات المختلفة
ملاحظات مفيدة على الجهاز التنفسي للحيوانات المختلفة!
تمثل الأسماك الغضروفية النظام الخيشومي الأكثر بدائية. في Scoliodon ، هناك خمسة أزواج من الشقوق الخيشومية خلف القوس اللامي.
يتم تقليل الشق الخيشومي أمام القوس اللامي إلى معجزة ذات فتحة صغيرة للغاية في البلعوم ، ويتم إغلاق فتحةها الخارجية وعدم الوصول إلى السطح. التنفس الجلدي غائب في سمك القرش.
Amphibia - رنا (الضفدع):
في Amphibia ، التنفس الجلدي هو الدعامة الأساسية. يبقى الجلد رطبًا دائمًا ويفرز الجلد الغدي مخاط غزير للحفاظ على رطوبة البشرة دائمًا. هناك أيضًا تنفس رئوي على الرغم من أن النسبة المئوية للأكسجين المأخوذ من خلال الرئتين ضئيلة.
تظهر مراحل اليرقات التنفس الخيشومي كما هو الحال في الشرغوف. يشمل الجهاز التنفسي من الضفادع nares الخارجية ، غرف الأنف ، الداخلية nares ، تجويف البوق أو البلعوم ، المزمار وغرفة الحنجرة-القصبة الهوائية. الشقوق الخيشومية والحقائب الخيشومية غائبة.
الزواحف - Calotes (السحلية):
الزواحف هي حيوانات أرضية تماما. يتنفسون الهواء من خلال فتحتي الأنف والهواء ويدخلون الرئتين عبر البلعوم والذبابة والقصبة الهوائية. يتم رمي جدار الرئتين في الحويصلات الهوائية الشبيهة بالجيب والتي توجد في جدرانها شعيرات دموية. ومن داخل هذه الحويصلات يحدث تبادل الغازات. كل الإلهام وكذلك الإنقراض يتم إحضارهما بواسطة الأضلاع والعضلات الوربية.
أفيس-كولومبا (بيجون):
في الطيور ، لا يوجد سوى التنفس الرئوي. في الحمام ، القصبة الهوائية ما دامت الرقبة وحلقات القصبة الهوائية عظمية وكاملة. يتم دعم القصبات الهوائية الأساسية أيضًا عن طريق حلقات غضروفية على شكل حرف C. يعرف العضو الذي ينتج الصوت باسم الحنجرة الذيلية أو syrinx. والرئتين صلبتان إلى حد ما ، وغير قابلتين للإمساك ، وأقل مرونة ، وصغيرة.
تحتوي الرئتان كذلك على تسعة أكياس هوائية ، زوج واحد من عنق الرحم ، زوج واحد من الصدر الأمامي ، زوج واحد من الصدر الخلفي ، زوج واحد من البطن ووسيط الهواء الوسيط داخل الترقوة. هذه الأكياس الهوائية تساعد على تخفيف وزن الطائر وتخدم أيضاً لإحداث أكسجين للهواء أثناء انتهاء الصلاحية.
عندما يحدث الأوكسجين في الدم خلال الإلهام والإنقضاء ، يقال أن التنفس في الطيور يكون تنفسًا مزدوجًا. الإلهام والانتهاء يحدثان بسبب نشاط القص والعضلات الوربية وعضلات البطن. إن وجود الشعيرات الدموية في الهواء الطلق والحاويات الهوائية وغياب الهواء البارد المتبقي يجعل رئة الطيور أكثر فاعلية بين جميع الفقاريات.
الثدييات - Oryctolagus (أرنب):
لدى الثدييات نظام تنفس جيد التأقلم مع البيئة الأرضية. يتم وضع الرئتين في الصدر فوق الحجاب الحاجز العضلي. توجد مساحة صغيرة جدًا بين جدار الصدر والرئتين.
والرئتين في الأرانب 4-الفصوص على اليمين: الأمامي المزجج ، العلوي أو القمي ، الحق الأمامي ، الحق الخلفي الخلفي الأيمن و 2-الفصوص على اليسار: ترك الفص الخلفي الأيسر واليسار الخلفي. يدخل الهواء من خلال الممر الأنفي الذي يفتح إلى الخارج بواسطة المجرات الخارجية وإلى البلعوم بواسطة المجرات الداخلية ، وهذه الأخيرة قادرة على أن تغلق بجزء نهاية الحنك الرخو لمنع أي جزيء غذائي من دخول الممر الأنفي. . ثم يمر الهواء من خلال البلعوم ومن هنا يدخل إلى المزمار ومن خلال الحنجرة والقصبة الهوائية تصل إلى القصبات الهوائية والشعب الهوائية داخل الرئتين.
عندما يتضخم تجويف الصدر عن طريق زيادة الأضلاع والقص وتخفيض الحجاب الحاجز ، تكشف الرئتان أيضًا مصّ الهواء من الخارج. انتهاء الصلاحية هو عملية عكسية. جدار الحويصلات مليء بالدم. لذا يحدث تبادل الغازات هنا.
تبادل الغازات:
يصل الهواء إلى الحويصلات الرئوية في الرئة أثناء الإلهام. يحتوي الهواء الجوي
الأكسجين 20.9 في المائة ثاني أكسيد الكربون 0.04 في المائة
النيتروجين والغازات الخاملة الأخرى 79 في المائة بخار الماء المتغير.
(1) تنتشر الغازات دائما من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة التركيز الأقل.
(2) الغازات تمارس الضغط دائما على جميع جدران الحاوية الخاصة بها وتعبئتها بالكامل.
(3) تكون جزيئات الغازات دائمة الحركة. أثناء التنفس ، لا تكون الرئتين والجهاز التنفسي مطلقًا من الهواء. بدلا من ذلك ، هناك حجم المد والجزر من الهواء (حوالي 500 مل).
الغازات التنفسية مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون تتحرك بحرية من خلال عملية الانتشار. تتناسب عملية الانتشار بشكل مباشر مع الضغط الناتج عن الغاز وحده. يسمى الضغط الذي يمارسه غاز فردي بالضغط الجزئي. وهي ممثلة في PO2 ، PCO2 ، PN2 للأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين على التوالي.
تبادل الغازات يحدث في الرئتين وأنسجة الجسم.
(أ) تبادل الغازات في الرئتين:
وتحمل الشرايين الرئوية الدم غير المؤكسج (الوريدي) إلى الرئتين ، بينما تحمل الأوردة الرئوية الأوكسجين (الشرياني) الدم من الرئتين. في الرئتين ، يحدث تبادل الغازات بين الحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية. وهذا ما يسمى أيضا التنفس الخارجي.
جدار الحويصلات رقيق جداً وله شبكة غنية من الشعيرات الدموية. ونتيجة لذلك ، يبدو أن الجدار السنخي عبارة عن ورقة من الدم المتدفق ويطلق عليه اسم الغشاء التنفسي (= غشاء ذو شعرية). يتكون الغشاء التنفسي بشكل رئيسي من (أ) ظهارة سنوية (ب) الغشاء القاعدي الظهاري ، (ج) مساحة خلالية رقيقة (د) الغشاء القاعدي الشعري و (ه) البطانة الشعرية.
كل هذه الطبقات تشكل غشاء بسمك 0.2 مم. غشاء الجهاز التنفسي لديه حد للتبادل الغازية بين الحويصلات الهوائية والدم الرئوي. يطلق عليه قدرة نشر. تعرف سعة الانتشار بأنها حجم الغاز الذي ينتشر خلال الغشاء في الدقيقة الواحدة بفارق ضغط مقداره 1 مم زئبق.
وهو يعتمد كذلك على قابلية الذوبان للغازات المنتشرة. وبعبارة أخرى عند فرق ضغط معين ، فإن انتشار ثاني أكسيد الكربون أسرع 20 مرة من الأكسجين ، وأن الأكسجين أسرع مرتين من النيتروجين. الضغط الجزئي للأكسجين (PO 2 ) في الحويصلات الهوائية أعلى من ذلك في الدم غير المؤكسج في الشعيرات الدموية للشرايين الرئوية. عندما تنتشر الغازات من أعلى إلى تركيز أقل ، تكون حركة الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الدم.
العكس هو الحال بالنسبة لثاني أكسيد الكربون. يكون الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون (PCO 2 ) أعلى في الدم غير المؤكسد (46 ملم زئبقي) منه في الحويصلات الهوائية (40 مم زئبق) ، وبالتالي ، يمر ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات الهوائية.
الضغط الجزئي للنيتروجين (PN 2 ) هو نفسه (573 ملم زئبق) في الحويصلات الهوائية كما هو في الدم. يتم الحفاظ على هذا الشرط بسبب عدم استخدام النيتروجين كغاز من قبل الجسم.
(ب) تبادل الغازات في الأنسجة:
يتم إرسال الدم المؤكسج من الشعيرات الدموية إلى القلب. القلب يوزع. هذا الدم المؤكسج إلى أجزاء الجسم المختلفة من خلال الشرايين. تنقسم الشرايين من الشرايين. هذه الأخيرة تنقسم لتشكيل الشعيرات الدموية.
يحدث تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بين الشعيرات الدموية في خلايا الدم وخلايا الأنسجة التي تسمى أيضًا التنفس الداخلي. الضغط الجزئي للأكسجين أعلى (95 مم زئبق) من خلايا الجسم (20 ملم زئبق) والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون أقل (46 ملم زئبق) من خلايا الجسم (52 ملم زئبق).
لذلك ، ينتقل الأكسجين من الدم الشعري إلى خلايا الجسم من خلال سوائل الأنسجة ، وينتشر ثاني أكسيد الكربون من خلايا الجسم في الدم الشعرية عبر مائع الأنسجة. الآن يصبح الدم غير مؤكسج. يتم نقل الأخير إلى القلب ومن ثم إلى الرئتين.
نقل الغازات في الدم:
يحمل الدم الأكسجين من الرئتين إلى القلب ومن القلب إلى أجزاء الجسم المختلفة. كما يجلب الدم ثاني أكسيد الكربون من أجزاء الجسم إلى القلب ثم إلى الرئتين.
أ. نقل الأوكسجين:
(1) كغاز مذاب:
حوالي 3 في المائة من الأكسجين في الدم يذوب في البلازما التي تحمل الأوكسجين إلى خلايا الجسم.
(2) كما oxyhaemoglobin:
يتم نقل حوالي 97 ٪ من الأكسجين مع الهيموغلوبين من كريات الدم الحمراء. يندمج الأكسجين والهيموجلوبين في تفاعل سهل عكسه لتشكيل أوكسي هيموجلوبين.
تحت الضغط الجزئي العالي ، يرتبط الأكسجين بسهولة مع الهيموجلوبين في الشعيرات الدموية الرئوية (الرئة). عندما يصل هذا الدم المؤكسج إلى الأنسجة المختلفة ، ينخفض الضغط الجزئي للأكسجين ، وتصبح الروابط التي تحمل الأكسجين إلى الهيموغلوبين غير مستقرة. نتيجة لذلك ، يتم تحرير الأكسجين من الشعيرات الدموية.
الشخص العادي لديه حوالي 15 جرام من الهيموجلوبين لكل 100 مل من الدم 1 جرام من الهيموجلوبين يربط حوالي 1.34 مل من الأكسجين. وهكذا في المتوسط 100 مل من الدم يحمل حوالي 20 مل (19.4 مل بالضبط) من O 2 . ومن ثم في الظروف العادية ، يتم نقل حوالي 5 مل من الأكسجين بمقدار 100 مل من الدم.
أثناء ممارسة الرياضة أو في ظل ظروف شاقة ، تستهلك خلايا العضلات كمية أكبر من الأكسجين. ينخفض الضغط الجزئي للأكسجين في النسيج ، ونتيجة لذلك ، فإن الدم على مستوى الأنسجة يحتوي فقط على 4.4 مل من الأكسجين / 100 مل من الدم. وهكذا يتم نقل 15 مل من الأكسجين بالهيموغلوبين أثناء التمرين.
منحنى تفكك الأكسجين للهيموغلوبين:
وتسمى نسبة الهيموجلوبين المرتبطة بـ O 2 نسبة تشبع الهيموغلوبين في المائة. يعتمد على PO 2 في الدم. PO 2 في الدم المؤكسج الذي يترك الرئتين حوالي 95 إلى 97 ملم زئبق ، وفي هذا P02 الهيموغلوبين حوالي 97 ٪ مشبعة مع O 2 .
إن P0 2 في الدم غير المؤكسد العائدين من أنسجة الجسم هو 40 مم فقط Hg وعند هذا PO 2 ، فإن الهيموغلوبين يكون حوالي 70٪ إلى 75٪ مشبعًا بـ O 2 . هذه العلاقة بين PO 2 والنسبة المئوية لتشبع الهيموجلوبين مع O 2 يتم تمثيلها بيانياً بمنحني يسمى منحنى انحلال الهيموغلوبين بالأكسجين ، وهو سِميني نموذجي بسبب هذه العلاقة. بمعنى آخر ، يوضح هذا المنحنى كيفية تحميل الأكسجين وتفريغه بسبب الضغط الجزئي. يعتمد هذا المنحنى على PO 2 و PCO 2 ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة.
تأثير بور:
في الأكسجين الحمضي المتوسطة تنقسم بسهولة أكبر من الهيموجلوبين. يدعى تأثير زيادة الحموضة على الهيموغلوبين باسم تأثير بوهر المسمى بعد الفيزيولوجيا الدنماركية كريستيان بور. يسهّل تأثير بوهر إطلاق 0 2 من أوكسي هيموجلوبين في الأنسجة حيث يخفض إنتاج ثاني أكسيد الكربون من درجة الحموضة.
باء - نقل ثاني أكسيد الكربون:
في أكسدة الطعام ، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة. وينتشر غاز ثاني أكسيد الكربون في شكل غازي من الخلايا إلى الشعيرات الدموية ، حيث يتم نقله بثلاث طرق.
(1) كغاز مذاب:
وبسبب قابليته العالية للذوبان ، يذوب حوالي 7٪ من ثاني أكسيد الكربون في بلازما الدم ويتم نقله في شكل حل إلى الرئتين.
يكون الدم غير المؤكسج (Venous) (PCO 2 40 مم زئبقي) والأكسجين (الشرياني) الدم (PCO 2 هو 40 ملم زئبقي) تحمل حوالي 2.7 مل و 2.4 مل من CO 2 لكل 100 مل من الدم في حالة الذائبة في البلازما على التوالي. وبالتالي يتم نقل حوالي 0.3 (2.7 ناقص 400 مل ، 2.4) مل من CO 2 لكل 100 مل من الدم في الحالة المنحلة في بلازما الدم. هذا هو حوالي 7 ٪ من جميع CO 2 المنقولة بالدم من الأنسجة إلى الرئتين.
(2) كأيونات البيكربونات:
يتفاعل ثنائي أكسيد الكربون المذاب في الدم مع الماء من حمض الكربونيك. هذا التفاعل بطيء جدا في بلازما الدم ، لكنه يحدث بسرعة كبيرة داخل كرات الدم الحمراء ، لأن الإنزيم المحتوي على الزنك ، الأنهيدراز الكربوني ، الموجود في كرات الدم الحمراء ، يسرع معدله حوالي 5000 مرة. ونتيجة لذلك ، يدخل حوالي 70٪ من CO 2 (حوالي 2.5 مل لكل 100 مل من الدم) ، المستلمة بالدم من الأنسجة ، إلى كرات الدم الحمراء حيث تتفاعل مع الماء لتكوين حمض الكربونيك (H 2 CO 3 ).
تقريبا بالسرعة التي تشكلت ، كل حمض الكربونيك من كرات الدم الحمراء يتفكك في الهيدروجين (W) وأيونات البيكربونات (H 2 CO 3 - ).
ثم تتحد معظم أيونات الهيدروجين مع الهيموجلوبين في كرات الدم الحمراء ، لأن الهيموجلوبين عبارة عن عازلة قوية القاعدة الحمضية. في المقابل ، تنتشر العديد من أيونات البيكربونات في بلازما الدم بينما تنتشر أيونات الكلوريد في كرات الدم الحمراء.
وهذا ممكن بفضل وجود بروتين حاملة لكلوريد بيكربونات خاص في غشاء RBC الذي يحرك أيوناتهما في اتجاهين متعاكسين بسرعات سريعة. وبالتالي ، فإن محتوى الكلوريد من كرات الدم الحمراء الوريدية (غير المؤكسج) أكبر من محتوى كرات الدم الحمراء الشريانية (المؤكسجة).
تحول كلوريد (= ظاهرة همبرغر). خروج أيونات البيكربونات يغير بشكل ملحوظ التوازن الأيوني بين البلازما وكريات الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء). لاستعادة هذا التوازن الأيوني ، تنتشر أيونات الكلوريد من البلازما إلى كريات الدم الحمراء.
تسمى حركة أيونات الكلوريد بتحويل الكلوريد (= ظاهرة همبرغر). هذا الأخير يحافظ على توازن القاعدة الحمضية من الرقم الهيدروجيني 7.4 للدم والتوازن الكهروكيميائي بين كريات الدم الحمراء والبلازما. أيونات الكلوريد (CI - ) في الداخل
تجمع RBC مع أيون البوتاسيوم (K + ) لتشكيل كلوريد البوتاسيوم (KC1) ، في حين أن أيونات كربونات الهيدروجين (HCO 3 ) في بلازما الدم تتحد مع Na + لتشكيل كربونات الهيدروجين الصوديوم (NaHCO 3 ).
(3) كما الكاربامينوهيموجلوبين:
بالإضافة إلى التفاعل مع الماء ، يتفاعل ثاني أكسيد الكربون أيضًا مباشرة مع الجذور الأمينية (NH 2 ) للهيموجلوبين لتشكيل مركب غير مستقر من كربامينو هيموجلوبين (CO 2 HHb ، يكتب أيضًا HbCO 2 ). هذا هو رد فعل عكسها. كما تتفاعل كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون بنفس الطريقة مع بروتينات البلازما. يتم نقل حوالي 23 في المائة من ثاني أكسيد الكربون بالاشتراك مع هيموجلوبين وبروتينات البلازما.
إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الحويصلات الرئوية:
تحمل الشرايين الرئوية الدم غير المؤكسج إلى الرئتين. يحتوي هذا الدم على ثاني أكسيد الكربون كما هو مذاب في بلازما الدم ، مثل أيونات البيكربونات وكاربومينو هيموجلوبين.
(ط) ثاني أكسيد الكربون أقل قابلية للذوبان في الدم الشرياني منه في الدم الوريدي. ولذلك ، فإن بعض ثاني أكسيد الكربون ينتشر من بلازما الدم من الشعيرات الدموية الرئوية إلى الحويصلات الهوائية الرئوية.
(2) من أجل إطلاق ثاني أكسيد الكربون من بيكربونات تحدث سلسلة من التفاعلات العكسية. عندما يأخذ الهيموغلوبين من الشعيرات الدموية في الرئة O 2 ، يتم تحرير W منه. بعد ذلك ، يتم إطلاق Cl - و HCO 3 - أيونات من الدم KC1 ، و NaHCO 3 في RBC على التوالي. بعد HCO 3 - يتفاعل مع H + لتشكيل H 2 CO 3 . ونتيجة لذلك ، ينقسم H 2 CO 3 إلى ثاني أكسيد الكربون والماء في وجود إنزيم anhydrase الكربوني ، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون إلى الحويصلات الهوائية في الرئتين.
(3) ارتفاع PO 2 في الشعيرات الدموية في الرئة بسبب الأكسجين من الهيموجلوبين لصالح فصل ثاني أكسيد الكربون من carbaminohaemoglobin.
هالدين تأثير:
يميل تجليد الأكسجين بالهيموجلوبين إلى إزاحة ثاني أكسيد الكربون من الدم. يسمى هذا التأثير تأثير هالدين (JS Haldane ، وهو فيزيولوجي اسكتلندي). وهو أكثر أهمية من الناحية الكمية في تعزيز نقل ثاني أكسيد الكربون من تأثير بوهر في تعزيز نقل الأكسجين.
تنظيم التنفس:
التنفس تحت كل من التنظيم العصبي والكيميائي.
تنظيم عصبي للتنفس:
التنفس الطبيعي الهادئ يحدث بشكل لا إرادي. يتنفس البشر البالغون من 12 إلى 14 مرة في الدقيقة ، لكن الرضع يتنفسون حوالي 44 مرة في الدقيقة. في كل أنفاس في البشر ، يستهلك الإلهام حوالي اثنين وينتهي لمدة ثلاث ثوانٍ تقريبًا.
يتكون "المركز التنفسي" من مجموعات من العصبونات الموجودة في النخاع المستطيل والبونسفولي. ينظم المركز التنفسي معدل وعمق التنفس. ينقسم المركز التنفسي إلى ثلاث مجموعات رئيسية من العصبونات.
1. المجموعة الظهرية التنفسية:
وهي تقع في الجزء الظهري من النخاع المستطيل. تحفز النبضات العصبية من المجموعة الظهرية التنفسية عضلات الحجاب الحاجز (عضلة الشهيق الأولية) لتسطيح الأخير والعضلات الوربية الخارجية لرفع الأضلاع. هذا يجلب الإلهام. وبالتالي فإن المجموعة التنفسية الظهرية تسبب الإلهام في المقام الأول.
2. المجموعة التنفسية الباطنية:
وهي تقع في الجزء البطني الجانبي من النخاع المستطيل. تصدر إشارات لكل من الإلهام (إلى الحجاب الحاجز والعضلات الوربية الخارجية) وانتهاء الصلاحية (للعضلات الوربية الداخلية وعضلات جدار البطن). وهكذا يمكن أن تتسبب المجموعة التنفسية البطنية إما في الإلهام أو الإنقضاء ، وهذا يتوقف على الخلايا العصبية في المجموعة التي يتم تحفيزها.
3. مركز pneumotoxic:
وهي تقع في الجزء الظهري من pons varolii. فإنه يصدر النبضات لجميع الخلايا العصبية من مجموعة الظهرية التنفسية وفقط إلى الخلايا العصبية الشهيبة من مجموعة التنفّس البطني. هذه الدوافع تنظم وقت الإلهام في التنفس الطبيعي وغير الطبيعي. التأثير الأساسي لهذه هي السيطرة على نقطة "إيقاف تشغيل" من إشارة الشهيق. لذلك ، فإن وظيفة المركز الهوائي هي في المقام الأول للحد من الإلهام.
هناك مركز غريب آخر يسمى مركز apneustic ، وتقع "في الجزء السفلي من الفصيلة الفصيلة. ويعتقد أنه يعمل بالتعاون مع مركز pneumotoxic للسيطرة على عمق الإلهام.
4. التنظيم الكيميائي للتنفس:
يقع أكبر عدد من المستقبلات الكيميائية في الهيئات السباتية. ومع ذلك يوجد عدد كبير من المستقبلات الكيميائية في أجسام الأبهر. تقع أجسام الشريان السباتي بشكل ثنائي في تشعب الشرايين السباتية المشتركة وتنتقل أليافها العصبية عبر الأعصاب القحفية البلعومية ومن هناك إلى المنطقة التنفسية الظهارية من النخاع المستطيل. توجد الجثث الأبهرية على طول قوس الشريان الأورطي وتنتشر أليافها العصبية عبر الأعصاب القحفية المغنطيسية الغامضة ومن ثم إلى المنطقة التنفسية الظهرية.
يتم تحفيز هذه المستقبلات الكيميائية لجسم السباتي والأبهري من خلال زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون وبزيادة تركيز أيونات الهيدروجين (pH) في الدم الشرياني. زيادة ثاني أكسيد الكربون يقلل من درجة الحموضة الناتجة عن الحماض. هذه المستقبلات الكيميائية ترسل إشارات إلى مراكز الشهيق والزفير. وبالتالي يتم زيادة معدل التنفس.
لكن لا يبدو أن الأكسجين له تأثير كبير على مركز الجهاز التنفسي.
