تبادل اکسیژن و دی‌اکسیدکربن در ریه‌ها یک فرآیند بیولوژیکی است که از طریق آن گازها از طریق غشای سلولی برای ورود یا خروج از خون منتقل می‌شوند. سلول‌ها به طور مداوم به اکسیژن برای تنفس سلولی هوازی مورد نیاز دارند و همین فرآیند بی‌وقفه دی‌اکسیدکربن را به عنوان یک محصول زائد تولید می‌کند. تبادل گاز بین خون و سلول‌ها در سراسر بدن صورت می‌گیرد و اکسیژن از خون خارج می‌شود و وارد سلول‌ها می‌شود و دی‌اکسیدکربن از سلول‌ها خارج می‌شود و وارد خون می‌شود. تبادل گاز نیز بین خون و هوا در ریه‌ها انجام می‌شود و اکسیژن از هوای استنشاقی داخل ریه‌ها وارد خون می‌شود و دی‌اکسیدکربن از خون خارج شده و وارد هوا می‌شود تا از ریه‌ها بازدم شود.
| در مورد دستگاه تنفس و مکانیزم عملکرد آن بیشتر بدانیم. |
آلوئول‌ها واحدهای عملکردی اصلی ریه‌ها هستند که در آن تبادل گاز بین هوا و خون انجام می‌شود. آلوئول‌ها کیسه‌های هوایی کوچکی هستند که از بافت همبند و اپیتلیال (Epithelial Tissues) تشکیل شده‌اند. بافت همبند شامل الیاف الاستیکی است که به آلوئول‌ها اجازه می‌دهد تا در حین استنشاق با هوا پر، کشیده و منبسط شوند. در حین بازدم، فیبرها به آلوئول‌ها اجازه می‌دهند که به عقب برگردند و هوا را خارج کنند. سلول‌های خاصی در دیواره آلوئول‌ها لایه‌ای از مواد چرب به نام سورفکتانت ترشح می‌کنند. این ماده از فروریختن و چسبیدن دیواره آلوئول‌ها در هنگام خروج هوا جلوگیری می‌کند. سلول‌های دیگر در آلوئول‌ها عبارتند از ماکروفاژها، که رفتگرهای متحرکی هستند که ذرات خارجی را که در هوای استنشاقی به ریه‌ها می‌رسند، را بلعیده و از بین می‌برند.
شکل 1- آلوئول‌ها در گروه‌هایی مانند خوشه‌های انگور قرار گرفته‌اند
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، آلوئول‌ها در گروه‌هایی مانند خوشه‌های انگور قرار گرفته‌اند. هر آلوئول با بافت اپیتلیومی پوشیده شده است که ضخامت آن فقط یک سلول است. اطراف آن را بستری از مویرگ‌های ریوی احاطه کرده است که هر کدام دیواره ای از اپیتلیوم ضخامت یک سلول دارند (شکل 2). در نتیجه، گازها باید فقط از دو سلول بین آلوئول و مویرگ‌های اطراف آن عبور کنند.
شکل 2- هر آلوئول با بافت اپیتلیومی پوشیده شده است که ضخامت آن فقط یک سلول است
خوشه‌های کیسه‌های آلوئولی بیشتر بافت عملکردی ریه‌ها را تشکیل می‌دهند. توجه داشته باشید که خون اکسیژن‌دار به رنگ قرمز و خون بدون اکسیژن به رنگ آبی نشان داده شده‌اند.
شریان ریوی (همچنین که در شکل 1 نیز نشان داده شده است) خون بدون اکسیژن را از قلب به ریه‌ها می‌برد. سپس، خون از بسترهای مویرگی ریوی عبور می‌کند، جایی که اکسیژن را می‌گیرد و دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کند. سپس خون اکسیژن‌دار از ریه‌ها خارج شده و از طریق سیاهرگ‌های ریوی به قلب باز می‌گردد. چهار ورید ریوی (دو ورید برای هر ریه) وجود دارد و هر چهار ورید خون حاوی اکسیژن را به قلب می‌برند. سپس خون اکسیژن‌دار از قلب به سلول‌های سراسر بدن پمپاژ می‌شود.
تبادل گاز با انتشار در غشاهای سلولی انجام می شود. مولکول‌های گاز به‌طور طبیعی از ناحیه‌ای با غلظت بالاتر به ناحیه‌ای با غلظت پایین‌تر حرکت می‌کنند. این یک فرآیند غیرفعال است که نیازی به انرژی ندارد. برای انتشار در غشاهای سلولی، ابتدا گازها باید در مایع حل شوند. اکسیژن و دی‌اکسیدکربن به صورت محلول در خون به سراسر بدن در گردش هستند. هر دو گاز به پروتئین هموگلوبین موجود در گلبول‌های قرمز متصل می‌شوند (شکل 3)، اگرچه اکسیژن این کار را مؤثرتر از دی‌اکسیدکربن انجام می‌دهد. مقداری دی‌اکسیدکربن نیز در پلاسمای خون حل می‌شود.
شکل 3- گلبول‌های قرمز حامل‌های اکسیژن و دی‌اکسیدکربن برای تبادل گازی در ریه و بافت‌های بدن هستند
همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، اکسیژن موجود در هوای استنشاقی از آلوئول به داخل یک مویرگ ریوی و دی‌اکسیدکربن موجود در مویرگ ریوی در جهت مخالف به آلوئول نفوذ می‌کند.
شکل 4- یک آلوئول منفرد ساختار کوچکی است که برای تبادل گاز بین هوای استنشاقی و خون در مویرگ‌های ریوی است
تبادل گاز از طریق نفوذ به داشتن سطح وسیعی بستگی دارد که گازها می‌توانند از آن عبور کنند. اگرچه هر آلوئول کوچک است، اما صدها میلیون از آنها در ریه‌های یک فرد بالغ سالم وجود دارد، بنابراین کل سطح برای تبادل گاز بسیار زیاد است. تخمین زده می‌شود که این سطح ممکن است به بیش از 100 متر مربع باشد. اغلب ما ریه‌ها را به عنوان بادبادک در نظر می‌گیریم، اما این نوع ساختار دارای سطح بسیار محدودی است و فضای کافی برای تماس خون با هوا در سطح ریه وجود نخواهد داشت. ساختار آلوئول‌ها در ریه‌ها بیشتر شبیه یک توده غول پیکر از حباب‌های صابون است – میلیون‌ها محفظه کوچک یک جرم بزرگ را تشکیل می‌دهند - این همان چیزی است که سطح را افزایش می‌دهد و باعث می‌شود خون فضای زیادی برای تماس نزدیک برای تبادل گازها از طریق انتشار داشته باشد.
تبادل گاز از طریق انتشار همچنین به حفظ یک تفاوت غلظت زیاد برای اکسیژن و دی‌اکسیدکربن بستگی دارد. جریان خون مداوم در مویرگ‌ها و تنفس مداوم این تفاوت غلظت را حفظ می‌کند.
تبادل گاز فرآیندی بیولوژیکی است که از طریق آن گازها از طریق غشای سلولی برای ورود یا خروج از خون منتقل می‌شوند. تبادل گاز به طور مداوم بین خون و سلول‌های بدن و همچنین بین خون و هوای داخل ریه‌ها انجام می‌شود.
تبادل گاز در ریه‌ها در آلوئول‌ها، که کیسه‌های هوایی کوچکی هستند که توسط شبکه‌های مویرگ احاطه شده‌اند، صورت می‌گیرد. شریان ریوی خون بدون اکسیژن را از قلب به ریه‌ها می‌برد، جایی که از طریق مویرگ‌های ریوی حرکت می‌کند و اکسیژن را می‌گیرد و دی‌اکسیدکربن آزاد می‌کند. سپس خون اکسیژن‌دار از طریق سیاهرگ‌های ریوی از ریه‌ها خارج می‌شود. این تبادل گازی از طریق نفوذ به سطح وسیعی که توسط صدها میلیون آلوئول در ریه‌ها ایجاد می‌شود و همچنین به شیب غلظت اکسیژن و دی‌اکسیدکربن بستگی دارد. این تفاوت غلظت با جریان خون مداوم و تنفس مداوم حفظ می‌شود.
تبادل گازی بین خون و سلول‌های بدن هم از طریق نفوذ در غشاهای سلولی صورت می‌گیرد. مولکول‌های گاز به‌طور طبیعی از یک محیط با غلظت بالاتر به ناحیه‌ای با غلظت پایین‌تر حرکت می‌کنند. این یک فرآیند غیرفعال است که نیازی به انرژی ندارد.
| جهت اطلاعات بیشتر می‌توانید فیلم آموزشی کوتاهی در باره تبادل گازی را ببینید. |
https://humanbiology.pressbooks.tru.ca/chapter/15-4-gas-exchange
