تنفس

تنفّس (respiration)
فرآیندی سوخت وسازی در موجودات زنده. طی آن، مولکول های غذا، هیدرات کربن، مخصوصاً گلوکز، برای آزادکردن انرژی می شکنند.موجودات زنده دو نوع تنفس سلولی دارند. هوازی و بی هوازی. یاخته های همۀ موجودات زنده مدام نیاز به تأمین انرژی دارند. در بیشتر گیاهان و جانوران، انرژی از طریق تنفس هوازیبه دست می آید. تنفس هوازی فرآیند پیچیده ای از واکنش های شیمیایی است که در آن، از اکسیژن برای شکستن گلوکز و تولید دی اکسیدکربنو آب استفاده می شود و انرژی به شکل مولکول های حامل انرژی، ای تی پی، آزاد می شود. تنفس سلولی بعضی اوقات بدون اکسیژن صورت می گیرد که به تنفس بی هوازی معروف است. در این حالت، گلوکز به صورت ناقص شکسته می شود و محصولات نهایی نیز انرژی و اسیدلاکتیک، یا انرژی و اتانول و دی اکسیدکربن اند. فرآیند اخیر را تخمیرمی نامند.
تنفس داخلی و خارجی. تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن بین بافت های بدن و محیط را تنفس خارجی یا تهویه (← تبادل_گاز) می نامند. در مهره داران دارای تنفس هوایی، تبادل درکیسه های هوایی شش هاصورت می گیرد و حرکات ماهیچه های تنفسی به فرآیند کمک می کند. تنفس یاخته ای تنفس داخلی است و در همه موجودات عالی، در میتوکندری هاصورت می گیرد. این فرآیند دو مرحله دارد: مرحلۀ اول نیازی به اکسیژن ندارد و شکلی از تنفس بی هوازی است. مرحلۀ دوم، که مرحلۀ تولید اصلی انرژی است، به اکسیژن نیاز دارد و آن را چرخۀ کربس می نامند.
تولید اِی تی پی. بسیاری از فرآیند های سوخت وساز درون یاخته ها به آنزیم ها وابسته اند. تنفس، مجموعۀ پیچیده ای از واکنش هاست که حدود ۷۰ آنزیم گوناگون در آن نقش کاتالیزوری دارند. انرژی در این فرآیند طی چند مرحله آزاد می شود که حدود سه چهارم از آن به شکل گرماست. انرژی گرمایی، که یاخته آن را استفاده نمی کند، هدر می رود، ولی انرژی غیرگرمایی آزادشده به صورت مادۀ آماده و قابل دسترسی با نام اِی تی پی، آدنوزین تری فسفات، در یاخته ذخیره می شود. در تنفس هوازی، مولکول های گلوکز کاملاً می شکنند و همۀ انرژی مفید را آزاد می کنند. دی اکسیدکربن و آب محصولات جانبی این فرآیندند: انرژی + آب + دی اکسیدکربن → اکسیژن + گلوکز در تنفس بی هوازی، مولکول های گلوکز فقط تا حد مشخصی می شکنند، به قسمی که فقط بخشی از این انرژی آزاد می شود و به جای دی اکسید کربن و آب، محصولات جانبی دی اکسیدکربن و اتانول یا اسید لاکتیک پدید می آید: انرژی + دی اکسیدکربن + اتانول → گلوکز انرژی + اسید لاکتیک → گلوکز بنابراین، در حالی که در تنفس هوازی یک مولکول گلوکز ممکن است ۳۸ مولکول اِی تی پی تولید کند، در تنفس بی هوازی فقط دو مولکول اِی تی پی به ازای هر مولکول گلوکز تولید می شود.
تأمین گلوکز. بنا به معادلات بالا، مادۀ ضروری و لازم برای تولید انرژی گلوکز است. گیاهان قادرند گلوکز را از طریق فتوسنتز تولید کنند، ولی جانوران چنین توانایی ندارند و نیازمند دستیابی غیرمستقیم به گلوکز و هیدرات های کربن تولیدشده در گیاهان اند. بنابراین، گیاهان تولیدکننده و جانوران مصرف کننده اند.
تأمین اکسیژن. اکسیژن این معادلات از روش های گوناگون به دست می آید. گیاهان و جانوران اکسیژن خود را مستقیماً از محیط اطرافشان به دست می آورند. بخشی از موجود زنده، که اکسیژن از آن جا وارد می شود، «سطح تنفسی» نام دارد. دی اکسیدکربن، که محصول جانبی این معادله است، از سطح تنفسی بدن موجود زنده خارج می شود. به این فرآیند تبادل گازی می گویند.
سیستم های انتقال موجودات پریاخته ای. در موجودات تک یاخته ای اکسیژن سریعاً به مرکز موجود زنده راه می یابد، ولی در موجودات بزرگ تر و پیچیده تر، نظیر انسان، که دارای تعداد فراوانی یاخته اند، این کار عملی نیست و لذا، در این موجودات، دستگاه گردش خون، اکسیژن را به همۀ یاخته های بدن می رساند و دفع دی اکسیدکربن از آن ها را نیز برعهده دارد.
شش ها. مشکل دیگر موجودات بزرگ تر تدارک اکسیژن کافی برای فراهم کردن انرژی لازم برای بدن است. از آن جا که نسبت سطح به حجم با افزایش اندازۀ بدن کاهش می یابد، شش ها این مشکل را در موجودات بزرگ تر رفع می کنند و سطوح تنفسی وسیع تری را فراهم می کنند. هر شش تعداد فراوانی کیسه های هوایی کوچک دارد که در آن جا اکسیژن به خون انتشار می یابد. هوای اکسیژن دار هم از راه بینی و هم از راه دهان وارد بدن می شود و از نای عبور می کند. سپس، به بخش فوقانی بدن، قفسۀ سینه، می رود و در آن جا به دو شاخه تقسیم می شود: نایژۀ راست و نایژۀ چپ. هر نایژه به یک شش وارد می شود و سپس، به تعداد بسیاری لوله های کوچک، با نام نایژک، تقسیم می شود. در انتهای هر نایژک، کیسه های هوایی قرار دارند. این کیسه ها سطوح تنفسی اند که تبادل گاز در آن جا صورت می گیرد. هوا از طریق تنفس (دم و بازدم) به شش ها وارد و خارج می شود. دو دسته ماهیچه به این فرآیند کمک می کنند: ماهیچه های بین دنده ای، که بین دنده ها قرار دارند، و ماهیچۀ دیافراگم. هنگامی که این دو دسته از ماهیچه ها متناوباً منقبض و منبسط می شوند، هوا به شش ها وارد (دم) و از آن خارج می شود (بازدم). شش ها را دو غشا، با نام پرده جنب، می پوشاند که بین آن ها سیالی واقع است. مایع جنب شش ها را لیز می کند و احتمال سائیده شدن یا چسبیدن آ ن ها به قفسه سینه را در هنگام بالا و پایین شدن طی عمل دم و بازدم کاهش می دهد. اگر قفسۀ سینه براثر واقعه ای مانند تصادف سوراخ شود، فشار هوای مایع جنب با فشار هوا برابر می شود و درنتیجه، شش ها متلاشی می شوند.
قرض اکسیژن. اکسیژن از شش ها به سیستم گردش خون وارد می شود و از طریق رگ ها به همۀ یاخته ها در همۀ بخش های بدن انتقال می یابد. اِی تی پی، که میتوکندری ها آن را در ماهیچه ها تولید می کنند، توان لازم برای موجود زنده را فراهم می کند. زمانی که لازم است دسته ای از ماهیچه ها به سختی کار کنند، مثل عضلات پا در هنگام دویدن، لازم است تولید انرژی افزایش یابد. اگر انرژی لازم بیش از مقدار تولیدشده طی تنفس هوازی باشد، انرژی مازاد از طریق تنفس بی هوازی تولید می شود. در این حالت، گلوکز خون قبل از ترکیب با اکسیژن می شکند و اسید لاکتیک پدید می آید. هنگامی که فعالیت متوقف می شود و مقدار انرژی لازم به مقدار طبیعی خود برمی گردد، لازم است اسید لاکتیک تولیدشده از طریق اکسیژن شکسته شود. به همین دلیل، پس از فعالیت سرعت دم و بازدم و ضربان قلب افزایش می یابد. به انرژی مازادی که بدون اکسیژن به دست آمده است، قرض اکسیژن می گویند.
اختلالات. عملکرد مطلوب دستگاه تنفسی وابسته به دو عامل است: تأمین کافی مواد اصلی (اکسیژن و گلوکز)، و فعالیت مؤثر همۀ اندام ها، بافت ها، و فرآیند های سوخت وساز درگیر در آن ها. تغییر یا اختلال در هر یک از این عوامل بر کل فرآیند، و درنتیجه بر سلامتی بدن اثر می گذارد. اختلال ممکن است براثر تغییر در میزان جذب اکسیژن یا قند، و فساد یا خرابی اندام ها و بافت های بدن براثر تصادف، پیری یا بیماری رخ دهد.
سیگارکشیدن. دود سیگار تغییراتی اساسی در دستگاه تنفسی ایجاد می کند که هم به شش ها و هم به قلب و رگ های خونی آسیب می رساند.