ما هو الغرض من التنفس؟

التهوية الرئوية ، المصطلح الطبي للتنفس ، تحدث عندما يتدفق الهواء إلى الرئتين أثناء الشهيق (الشهيق) ويخرج من الرئتين أثناء الزفير (الزفير). هذه العملية الطبيعية والأساسية لا تحتاج إلى تفكير وعادة ما تكون مجهودًا ضئيلًا للغاية. لكن التنفس أكثر تعقيدًا بكثير من مجرد قول "شهيق وزفير".

التنفس يحرك الهواء الغني بالأكسجين من وإلى الرئتين يصف التنفس كيف تستخدم الخلايا الأكسجين لإطلاق الطاقة وتوليد ثاني أكسيد الكربون وطرده كمنتج نفايات.

قد لا يكون الأمر بديهيًا ، لكن التنفس هو في الواقع جزء لا يتجزأ من عملية التمثيل الغذائي. تستخدم معظم الكائنات متعددة الخلايا على الأرض ، حتى تلك التي لا تحتوي على رئة أو هياكل شبيهة بالرئة ، الإمدادات الوفيرة من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمساعدة في دعم إنتاج الطاقة. هذا صحيح بالنسبة للنباتات والحشرات والعديد من أشكال الحياة الأخرى.

عندما يتنفس البشر ، تتمدد كلا الرئتين على جانبي القلب إلى الخارج للسماح بدخول الأكسجين. داخل الرئتين توجد أكياس صغيرة تتكون من مجموعات من الحويصلات الهوائية ، ملفوفة في الأوعية الدموية. هنا ينتشر الأكسجين في الدم مقابل ثاني أكسيد الكربون المرتبط بالهيموجلوبين. يمكن لأربعة جزيئات أكسجين أن ترتبط بخلية دم حمراء واحدة. ثم يُضخ الأكسجين إلى القلب عبر الشريان الرئوي ويُرسل إلى باقي الجسم.

سرعان ما يدخل الأكسجين الشعيرات الدموية للأنسجة وينتشر بشكل سلبي في كل خلية بسبب انخفاض تركيز الأكسجين داخل غشاء الخلية. يتم إيصال الأكسجين إلى الميتوكوندريا ، التي تشبه نوعًا ما قوة الخلية ، في نهاية عملية التمثيل الغذائي. بعد أن قاد بالفعل إنتاج ATP ، الناقل الرئيسي للطاقة ، والإلكترونات الحرة وأيونات الهيدروجين (الجسيمات المشحونة من الهيدروجين) تحتاج إلى شيء لتلتصق به ، وإلا فإن العملية بأكملها سوف تطحن إلى وقف. يمكن أن ترتبط هذه الجسيمات بالأكسجين بحرية ، مما ينتج الماء كمنتج ثانوي.

في وقت سابق من عملية التمثيل الغذائي ، تم إنشاء ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي بسبب إعادة الترتيب المستمر للجزيئات. بعد ذلك يجب أن يغادر ثاني أكسيد الكربون الجسم ، في رحلة معاكسة تمامًا لتلك التي قام بها الأكسجين. ينتشر الغاز خارج الخلية مباشرة إلى بلازما الدم عبر الشعيرات الدموية كشكل من أشكال أيون البيكربونات. عندما يصل إلى الرئتين ، يتم استبداله بالأكسجين ثم يتم طرده في الهواء.

نظرًا لأن إنتاج الطاقة نشاط ثابت تقريبًا في الخلايا ، فإن التنفس يكون ثابتًا تقريبًا أيضًا (بعض الحيوانات مثل الحيتان يمكنها الحفاظ على الأكسجين لفترات طويلة من الزمن). هذا يعني أن النشاط المجهد والمجهد يزيد من معدل التنفس وتدفق الدم من أجل إدخال الأكسجين إلى الخلايا لإنتاج طاقة أعلى. يتم تنظيم هذا المعدل بعناية من قبل الدماغ.