تبادل الغازات

يحتاج جسمك إلى إدخال الأكسجين والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. يحدث هذا التبديل في نظام تبادل الغازات. يسير الهواء عبر هذا المسار إلى الجسم:

• عبر القصبة الهوائية (أنبوب التنفس)،
• إلى قصبتين هوائيتين (قصبات) (واحدة لكل رئة)،
• إلى عدد كبير من الأقنية الفرعية الأصغر،
• وأخيراً إلى حويصلات هوائية صغيرة تسمى الحويصلات الهوائية، بعمق داخل الرئتين. كل حويصلة محاطة بشبكة من الشعيرات الدموية، بحيث يتم تقريب الهواء والدم من بعضهما البعض جداً.

كل الحويضة الهوائية محاطة بشبكة من الشعيرات الدموية، بحيث يتم تقريب الهواء والدم من بعضهما البعض بشكل كبير.

تعمل الأهداب والخلايا الكأسية والغدد المخاطية معاً للحفاظ على نظافة وصحة الرئتين: المخاط يمسك بالأوساخ والجراثيم، والأهداب تنقله للخارج ليتم بلعه.

تُعد الحويصلات الهوائية أسطحاً ممتازة لتبادل الغازات، لأنها تمتلك:

• مساحة سطحية كلية كبيرة جداً (ملايين الحويصلات الصغيرة)،
• جدران رقيقة جداً — النسيج الطلائي للحويصلة وجدار الشعيرة الدموية كل منهما سمكه خلية واحدة فقط، لذا فإن المسافة عبورها ضئيلة جداً،
• إمداد دموي غني من شبكة الشعيرات الدموية،
• بطانة رطبة، sehingga تذوب الغازات قبل عبورها.

تتحرك الغازات عن طريق الانتشار نزولاً على تدرجات التركيز الخاصة بها:

• يكون الأكسجين بتركيز عالٍ في هواء الحويصلات وبتركيز منخفض في الدم، لذلك ينتشر من الهواء إلى الدم.
• يكون ثاني أكسيد الكربون بتركيز عالٍ في الدم وبتركيز منخفض في هواء الحويصلات، لذلك ينتشر من الدم إلى الهواء ليتم زفيره.

تحت المجهر، يبدو نسيج الرئة الحقيقي كنوع من الدانتيل الوردي الرفيع. المساحات المفتوحة الكثيرة هي الحويصلات الهوائية، والخطوط الوردية الرقيقة بينها هي الجدران التي يحدث فيها تبادل الغازات:

يحافظ التنفس على وجود هواء طازج في الحويصلات، ويستمر الدم الجاري في حمل الغازات بعيداً. كلا هذين العاملين يحافظان على ثبات التدرجات التركيزية، مما يجعل تبادل الغازات سريعاً.

مثال محلل. استخدم قانون فيك لتفسير سبب السماح للحويصلات بتبادل غازات سريعاً جداً. يجعل قانون فيك معدل الانتشار متناسباً مع

لذا فإن المعدل السريع يتطلب عمل جميع الحدود الثلاثة معه. مساحة السطح: الملايين من الحويصلات توفر مساحة كلية ضخمة، تقارب $70\ \text{m}^2$. مسافة الانتشار: النسيج الطلائي للحويصلة والنسيج البطاني للشعيرة الدموية كل منهما سمكه خلية مسطحة واحدة، لذا يعبر الأكسجين في أقل من $1\ \mu\text{m}$. الاختلاف في التركيز: عملية التهوية تجددها الهواء باستمرار بينما تدور الدورة الدموية وتحمل الدم المؤكسج بعيداً باستمرار، لذا يُحافظ على تدرج مركز حاد. ربط كل تكيف بـ حد من المعادلة الذي يخدمه - يعد ذكر "مساحة سطح كبيرة، جدران رقيقة، إمداد دموي جيد" دون ربطها بقانون فيك هو إجابة أضعف.

• ربط كل ميزة حويصلية بالانتشار السريع: مساحة سطح كبيرة، جدران رقيقة (خلية واحدة)، سطح رطب، إمداد دموي جيد - إجابة "مساحة سطح، مسافة قصيرة، تدرج مركز حاد".
• مطابقة نسيج الممر الهائي بالوظيفة: الغضروف (يحتفظ بالممرات مفتوحة)، الأهداب + الخلايا الكأسية (تمسك وتدفع المخاط)، العضلات الملساء والألياف المرنة.
• صياغة الإجابات باستخدام مفاهيم قانون فيك: المعدل $\propto$ مساحة السطح $\times$ فرق التركيز $\div$ المسافة.