علوم الطبيعة والحياة — التنفس وتبادل الغازات عند الإنسان: تركيب الجهاز التنفسي وآلية التنفس (الشهيق والزفير) وتبادل الغازات في الحويصلات — الأولى ثانوي — المنهاج الجزائري

الأهداف التعليمية

• التعرف على أعضاء الجهاز التنفسي عند الإنسان
• فهم آلية الشهيق والزفير
• شرح تبادل الغازات (الأكسجين وثاني أكسيد الكربون) في الحويصلات الهوائية
• ربط التنفس الخلوي بالتنفس الخارجي

1. تركيب الجهاز التنفسي

يتكون الجهاز التنفسي عند الإنسان من:

• الأنف والفم: مدخل الهواء، يعمل الأنف على تدفئة الهواء وترطيبه وتنقيته من الشوائب
• البلعوم والحنجرة: ممر مشترك للهواء والطعام، تحتوي الحنجرة على الأحبال الصوتية
• القصبة الهوائية: أنبوب غضروفي ينقسم إلى قصبتين رئيسيتين
• الشعيبات الهوائية: شبكة من الأنابيب الدقيقة داخل الرئتين
• الحويصلات الهوائية: أكياس مجهرية توجد في نهاية الشعيبات، سطحها كبير جداً (≈ 100 م²) يسمح بتبادل الغازات

2. آلية التنفس

تتم عملية التنفس بفضل حركة الحجاب الحاجز والعضلات الوربية:

الشهيق (Inspiration):

• ينقبض الحجاب الحاجز فيتسطح وينزل إلى الأسفل
• تنقبض العضلات الوربية فترتفع الأضلاع
• يزداد حجم التجويف الصدري فينخفض الضغط داخله
• يدخل الهواء إلى الرئتين

الزفير (Expiration):

• يرتخي الحجاب الحاجز فيتقوس ويرتفع
• ترتخي العضلات الوربية فتنخفض الأضلاع
• يقل حجم التجويف الصدري فيرتفع الضغط
• يخرج الهواء من الرئتين

3. تبادل الغازات في الحويصلات الهوائية

يتم تبادل الغازات بين الهواء في الحويصلات والدم في الشعيرات الدموية المحيطة بها عن طريق الانتشار البسيط:

• الأكسجين (O₂) ينتقل من الحويصلات (حيث تركيزه مرتفع) إلى الدم (حيث تركيزه منخفض)
• ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ينتقل من الدم (حيث تركيزه مرتفع) إلى الحويصلات (حيث تركيزه منخفض)

يتحد الأكسجين مع الهيموغلوبين في كريات الدم الحمراء ليشكل أوكسي هيموغلوبين الذي ينقل الأكسجين إلى جميع خلايا الجسم.

4. التنفس الخارجي والتنفس الخلوي

التنفس الخارجي: تبادل الغازات بين الجسم والبيئة الخارجية (الشهيق والزفير + تبادل الغازات في الحويصلات).

التنفس الخلوي: تفاعلات كيميائية داخل الخلايا تستعمل الأكسجين وتحلل الجلوكوز لإنتاج الطاقة (ATP) ويطرح CO₂ و H₂O.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + طاقة (ATP)

5. تمرين بكالوريا محلول

تمرين: يبلغ حجم هواء الشهيق عند شخص بالغ في حالة راحة حوالي 500 mL (حجم مدي). التردد التنفسي هو 12 نفساً في الدقيقة.

1) احسب حجم الهواء الذي يدخل الرئتين في دقيقة واحدة.

2) إذا علمت أن الهواء الجوي يحتوي على 21% O₂ وأن الهواء المزفور يحتوي على 16% O₂، احسب كمية الأكسجين الممتصة في الدقيقة.

الحل:

1) حجم الهواء في الدقيقة = الحجم المدى × التردد التنفسي = 500 × 12 = 6000 mL = 6 L.

2) كمية O₂ في الهواء الشهيقي = 21% × 6 = 1.26 L.

كمية O₂ في الهواء الزفيري = 16% × 6 = 0.96 L.

كمية O₂ الممتصة = 1.26 – 0.96 = 0.3 L في الدقيقة.

خلاصة

الجهاز التنفسي يؤدي وظيفة حيوية أساسية هي تزويد الجسم بالأكسجين اللازم للتنفس الخلوي والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. تتكيف آلية التنفس مع حاجة الجسم للطاقة (أثناء المجهود الرياضي مثلاً يزداد التردد التنفسي والحجم المدى).

دروس مشابهة (قد تهمك)

• الدورة الدموية عند الإنسان: تركيب القلب والأوعية الدموية — علوم الطبيعة والحياة — الأولى ثانوي
• الخلية الحية: تركيبها ووظائفها — علوم الطبيعة والحياة — الأولى ثانوي