الجهاز التنفسي

يُشير الجهاز التنفسي العلوي إلى أجزاء الجهاز التنفسي الواقعة فوق الأحبال الصوتية ، أو فوق الغضروف الحلقي . ^{[ 4 ] [ 5 ]} ويُعتبر الحنجرة أحيانًا جزءًا من كلٍّ من الجهاز التنفسي العلوي والسفلي. ^{[ 6 ]} ويُطلق على الحنجرة أيضًا اسم صندوق الصوت، ولها الغضروف المُصاحب لها الذي يُنتج الصوت. ويتكون الجهاز التنفسي من تجويف الأنف والجيوب الأنفية ، والبلعوم ( البلعوم الأنفي ، والبلعوم الفموي، والبلعوم الحنجري )، وقد يشمل الحنجرة أيضًا.

ينشأ الجهاز التنفسي السفلي أو مجرى الهواء السفلي من المعي الأمامي النامي ، ويتكون من القصبة الهوائية ، والشعب الهوائية (الأولية والثانوية والثالثية)، والشعيبات الهوائية (بما في ذلك الشعيبات الطرفية والتنفسية)، والرئتين (بما في ذلك الحويصلات الهوائية ). ^{[ 7 ]} ويشمل أحيانًا الحنجرة أيضًا.

يُطلق على الجهاز التنفسي السفلي أيضًا اسم الشجرة التنفسية أو الشجرة الرغامية القصبية ، وذلك لوصف البنية المتفرعة للممرات الهوائية التي تزود الرئتين بالهواء، وتشمل الرغامي والشعب الهوائية والشعيبات الهوائية. ^{[ 8 ]}

• قصبة هوائية
  • القصبة الهوائية الرئيسية (قطرها حوالي 1 - 1.4  سم عند البالغين) ^{[ 9 ]}
    • القصبة الهوائية الفصية (قطرها حوالي 1  سم)
      • القصبة الهوائية القطاعية (قطرها من 4.5 إلى 13  مم) ^{[ 9 ]}
        • الشعبة الهوائية الفرعية (قطرها من 1 إلى 6  مم) ^{[ 9 ]}
          • القصيبات الموصلة
            • القصيبات الطرفية
              • القصيبات التنفسية
                • القناة السنخية
                  • الكيس السنخي
                    • الحويصلة الهوائية

عند كل نقطة تفرع أو جيل ، يتفرع مجرى هوائي واحد إلى مجرىين هوائيين أصغر. قد يتكون الجهاز التنفسي البشري في المتوسط ​​من 23 جيلاً، بينما يصل عدد الأجيال في الجهاز التنفسي للفأر إلى 13 جيلاً. تعمل التفرعات القريبة (الأقرب إلى قمة الجهاز التنفسي، مثل القصبات الهوائية) بشكل أساسي على نقل الهواء إلى المجاري الهوائية السفلية. أما التفرعات اللاحقة، بما في ذلك القصيبات التنفسية والقنوات السنخية والأسناخ، فهي متخصصة في تبادل الغازات .

القصبة الهوائية هي أكبر أنبوب في الجهاز التنفسي، وتتكون من حلقات غضروفية زجاجية . تتفرع إلى قصبتين رئيسيتين، قصبة رئيسية يسرى وقصبة رئيسية يمنى . تتفرع القصبات إلى أقسام أصغر داخل الرئتين، تُسمى القصيبات الهوائية . تُشكل هذه القصيبات الهوائية الحويصلات الهوائية في الرئتين . ^{[ 10 ]}

الرئتان هما أكبر أعضاء الجهاز التنفسي السفلي. وهما معلقتان داخل التجويف الجنبي للصدر. يتكون الغشاء الجنبي من طبقتين رقيقتين، كل منهما مكونة من طبقة خلوية واحدة، تحيطان بالرئتين. يغطي الغشاء الجنبي الداخلي ( الجنبي الحشوي ) الرئتين، بينما يبطن الغشاء الجنبي الخارجي ( الجنبي الجداري ) السطح الداخلي لجدار الصدر. يفرز هذا الغشاء كمية صغيرة من السائل، مما يسمح للرئتين بالحركة بحرية داخل التجويف الجنبي أثناء التمدد والانقباض خلال التنفس. تنقسم الرئتان إلى فصوص مختلفة. الرئة اليمنى أكبر حجماً من اليسرى، نظراً لوجود القلب على يسار الخط المتوسط. تحتوي الرئة اليمنى على ثلاثة فصوص: علوي، ومتوسط، وسفلي (أو علوي، ومتوسط، وسفلي)، بينما تحتوي الرئة اليسرى على فصين: علوي وسفلي (أو علوي وسفلي)، بالإضافة إلى جزء صغير على شكل لسان من الفص العلوي يُعرف باسم اللسان. وينقسم كل فص بدوره إلى قطاعات تُسمى القطاعات القصبية الرئوية . تحتوي كل رئة على سطح ضلعي، وهو مجاور للقفص الصدري؛ وسطح حجابي، يواجه لأسفل باتجاه الحجاب الحاجز؛ وسطح منصف، يواجه مركز الصدر، ويقع مقابل القلب والأوعية الكبيرة والقصبة الهوائية حيث تتفرع الشعبتان الرئيسيتان من قاعدة القصبة الهوائية.

الحويصلات الهوائية هي أكياس هوائية دقيقة في الرئتين حيث يتم تبادل الغازات. يبلغ متوسط ​​عدد الحويصلات الهوائية في الرئة البشرية 480 مليون حويصلة. ^{[ 11 ]} عندما ينقبض الحجاب الحاجز، يتولد ضغط سلبي في التجويف الصدري، فيندفع الهواء لملء هذه الحويصلات. عندئذٍ، تمتلئ هذه الأكياس بالهواء، مما يؤدي إلى تمدد الرئة. الحويصلات الهوائية غنية بالشعيرات الدموية، وتُسمى الشعيرات الدموية السنخية. هنا، تمتص خلايا الدم الحمراء الأكسجين من الهواء، ثم تنقله عائدًا على شكل أوكسي هيموغلوبين لتغذية الخلايا. كما تنقل خلايا الدم الحمراء ثاني أكسيد الكربون (CO2) بعيدًا عن الخلايا على شكل كاربامينوهيموغلوبين، _وتطلقه في الحويصلات الهوائية عبر الشعيرات الدموية السنخية. عندما يسترخي الحجاب الحاجز، يتولد ضغط إيجابي في التجويف الصدري، فيندفع الهواء خارج الحويصلات الهوائية، طاردًا ثاني أكسيد الكربون.

يُغطى الجهاز التنفسي بنسيج طلائي يختلف تركيبه على امتداده. توجد في بعض أجزائه غدد ومخاط تُنتجه خلايا كأسية ، بالإضافة إلى عضلات ملساء وإيلاستين وغضاريف . يُغطى النسيج الطلائي من الأنف إلى القصيبات بنسيج طلائي عمودي كاذب الطبقات مُهدّب ، يُعرف عادةً بالنسيج الطلائي التنفسي . ^{[ 12 ]} تتحرك الأهداب في اتجاه واحد، دافعةً المخاط نحو الحلق حيث يُبتلع. عند النزول إلى القصيبات، تصبح الخلايا أكثر مكعبة الشكل، لكنها لا تزال مُهدّبة.

تكثر الغدد في الجزء العلوي من الجهاز التنفسي، بينما يقل عددها في الأجزاء السفلية، وتختفي تمامًا بدءًا من القصيبات الهوائية. وينطبق الأمر نفسه على الخلايا الكأسية، على الرغم من وجودها بشكل متفرق في القصيبات الهوائية الأولى.

يوجد الغضروف حتى القصيبات الهوائية. في القصبة الهوائية، يتخذ شكل حلقات غضروفية زجاجية على هيئة حرف C ، بينما في الشعب الهوائية يتخذ شكل صفائح متداخلة. تبدأ العضلات الملساء في القصبة الهوائية، حيث تتصل بحلقات الغضروف على هيئة حرف C. وتمتد نزولاً إلى الشعب الهوائية والقصيبات الهوائية ، محيطةً بها تمامًا. وبدلًا من الغضروف الصلب، تتكون الشعب الهوائية والقصيبات الهوائية من نسيج مرن.

تتكون الرئتان من ثلاثة عشر نوعًا مختلفًا من الخلايا، أحد عشر نوعًا من الخلايا الظهارية ونوعين من الخلايا اللحمية المتوسطة . ^{[ 13 ]} تشكل الخلايا الظهارية بطانة القصبة الهوائية والشعب الهوائية، بينما تبطن الخلايا اللحمية المتوسطة الرئتين.

• 
  اختلافات في الخلايا على طول الجهاز التنفسي
• 
  مقطع عرضي لنسيج القصبة الهوائية . لاحظ أن الصورة تحمل تسمية خاطئة "ظهارة طبقية مهدبة" في أعلى اليمين.

التنفس هو عملية إيقاعية يتم فيها سحب الهواء إلى الحويصلات الهوائية في الرئتين عن طريق الشهيق ، ثم طرده عن طريق الزفير . عند الشهيق، ينتقل الهواء عبر القصبة الهوائية، ثم عبر الشعب الهوائية، وصولاً إلى الرئتين. يحمي القفص الصدري والعمود الفقري وعظم القص هذا الجهاز التنفسي بأكمله . في الرئتين، ينتقل الأكسجين من الهواء المستنشق إلى الدم، حيث ينتشر في جميع أنحاء الجسم. أما ثاني أكسيد الكربون (CO2 ₎ فينتقل من الدم العائد إلى حالته الغازية في الرئتين، ثم يُزفر عبر الجهاز التنفسي السفلي، ثم العلوي، ليكتمل بذلك التنفس .

على عكس القصبة الهوائية والشعب الهوائية ، فإن المجرى التنفسي العلوي عبارة عن أنبوب مرن قابل للانضغاط. ولذلك، يجب أن يكون قادراً على تحمل ضغوط الشفط الناتجة عن التمدد الإيقاعي للتجويف الصدري الذي يسحب الهواء إلى الرئتين. ويتحقق ذلك من خلال انقباض عضلات المجرى التنفسي العلوي أثناء الشهيق، مثل العضلة الذقنية اللسانية (عضلة اللسان) والعضلات اللامية . بالإضافة إلى التعصيب الإيقاعي من مركز التنفس في النخاع المستطيل ، تتلقى الخلايا العصبية الحركية التي تتحكم في العضلات أيضاً تعصيباً مستمراً يحدد مستوى أساسياً من الصلابة والحجم.

الحجاب الحاجز هو العضلة الرئيسية التي تسمح بتمدد وانقباض الرئتين. وتساعد العضلات الأصغر الموجودة بين الأضلاع، وهي العضلات الوربية الخارجية ، في هذه العملية.

تتخلل الخلايا الكأسية البطانة الظهارية للجهاز التنفسي العلوي، وهي خلايا تفرز مخاطًا واقيًا . يساعد هذا المخاط على ترشيح الفضلات، التي تُبتلع في النهاية إلى بيئة المعدة شديدة الحموضة أو تُطرد عن طريق البصق. تُغطى الظهارة المبطنة للجهاز التنفسي بأهداب دقيقة . تتحرك هذه الأهداب بإيقاع منتظم من الرئتين، دافعةً جزيئات المخاط الغريبة نحو البلعوم الحنجري صعودًا وخارجًا، في عملية تُسمى التصفية المخاطية الهدبية ، مما يمنع تراكم المخاط في الرئتين. تُعد البلاعم الموجودة في الحويصلات الهوائية جزءًا من الجهاز المناعي، وهي تبتلع وتهضم أي عوامل ضارة مستنشقة.

يؤدي الشعر الموجود في فتحتي الأنف دورًا وقائيًا، إذ يحجز الجسيمات العالقة كالغبار. ^{[ 14 ]} هذه الشعيرات، التي تُسمى بالشعيرات الحسية، أكثر سمكًا من شعر الجسم، وتمنع بفعالية دخول الجسيمات الكبيرة إلى الجهاز التنفسي. كما أنها تزيد من مساحة سطح ترسب الجسيمات، مما يُحسّن قدرة الأنف على ترشيح مسببات الأمراض. ^{[ 15 ]} يعمل منعكس السعال على طرد جميع المهيجات الموجودة في الغشاء المخاطي إلى الخارج. تحتوي مجاري الهواء في الرئتين على حلقات عضلية. وعندما تُصاب هذه المجاري بالتهيج نتيجةً لمادة مُسببة للحساسية، تنقبض هذه العضلات.

بعض هذه السرطانات لها أسباب بيئية كالتدخين. فعند استنشاق منتجات التبغ، يُشلّ الدخان الأهداب، مما يؤدي إلى دخول المخاط إلى الرئتين. ومع مرور الوقت، يتسبب التدخين المتكرر في موت شعيرات الأهداب، فتفقد قدرتها على ترشيح المخاط. ويدخل القطران الموجود في الدخان المستنشق إلى الرئتين، فيحوّل لونهما الوردي إلى الأسود. وقد يؤدي تراكم هذا القطران في نهاية المطاف إلى الإصابة بسرطان الرئة ، أو مرض الانسداد الرئوي المزمن . ^{[ 7 ]}

مرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) هو مرض شائع يصيب الجهاز التنفسي السفلي، وقد ينجم عن التعرض لمواد كيميائية ضارة أو التدخين لفترات طويلة. هذا المرض مزمن ومتفاقم، والضرر الذي يلحق بالرئتين لا رجعة فيه، وقد يكون مميتًا في نهاية المطاف. يُدمر مرض الانسداد الرئوي المزمن الحويصلات الهوائية وأنسجة الرئة، مما يُصعّب التنفس بشدة، ويسبب ضيقًا في التنفس ، وفرطًا في التنفس ، وارتفاعًا في الصدر. يؤدي انخفاض عدد الحويصلات الهوائية إلى نقص إمداد الرئتين بالأكسجين، وزيادة تراكم ثاني أكسيد الكربون. يوجد نوعان من مرض الانسداد الرئوي المزمن: الأولي والثانوي. يُصيب النوع الأولي البالغين الأصغر سنًا، حيث يُؤدي إلى تدهور الحويصلات الهوائية وكتلة الرئة. أما النوع الثانوي، فيُصيب كبار السن المدخنين أو المدخنين سابقًا، ولديهم تاريخ من التهاب الشعب الهوائية. تشمل أعراض مرض الانسداد الرئوي المزمن انتفاخ الرئة والتهاب الشعب الهوائية المزمن . ^{[ 19 ]}

الشعب الهوائية هي الممرات الرئيسية إلى الرئتين اليمنى واليسرى. تنقل هذه الممرات الأكسجين إلى الشعيبات الهوائية داخل الرئتين. يمكن أن يؤدي التهاب الشعب الهوائية والشعيبات الهوائية إلى تورمها، مما قد يُسبب نوبة ربو . ينتج عن ذلك أزيز ، وضيق في الصدر، وصعوبة شديدة في التنفس. هناك أنواع مختلفة من الربو تؤثر على وظائف الشعب الهوائية. كما يمكن أن تُسبب الحساسية رد فعل تحسسي، مما يؤدي إلى تورم الشعب الهوائية؛ ونتيجة لذلك، يتورم الممر الهوائي أو ينسد تمامًا. ^{[ 20 ]}

بشكل عام، يُستنشق الهواء عن طريق الأنف . ويمكن استنشاقه عن طريق الفم إذا تعذر التنفس عن طريق الأنف. ومع ذلك، فإن التنفس المزمن عن طريق الفم قد يُسبب جفاف الفم ويؤدي إلى التهابات. ^{[ 21 ]}