ریه‌ها چطور نفس می‌کشند؟

ریه‌ها با کمک دیافراگم هوا را به داخل می‌کشند و در میلیون‌ها کیسهٔ ریز هوایی اکسیژن را به خون می‌دهند و دی‌اکسید کربن را بیرون می‌فرستند. این مقاله مسیر هوا، سازوکار دم و بازدم، تبادل گازها، حمل اکسیژن، کنترل تنفس توسط مغز، دفاع ریه، آسیب دخانیات و آلودگی، بیماری‌های رایج، اکسی‌متر و مراقبت از ریه را توضیح می‌دهد.

۱. ریه‌ها چرا لازم‌اند؟

سلول‌های بدن برای تولید انرژی از غذا به اکسیژن نیاز دارند. در این فرایند دی‌اکسید کربن به‌عنوان پسماند ساخته می‌شود و باید از بدن خارج شود. ریه‌ها جایی هستند که این دو گاز با هوا و خون مبادله می‌شوند. بدون ریه، بدن نه می‌تواند اکسیژن کافی بگیرد و نه گاز زائد را دفع کند.

نیاز بدن به اکسیژن فوری است. بدن غذا را ساعت‌ها و آب را روزها می‌تواند ذخیره کند، ولی اکسیژن را فقط برای چند دقیقه. اگر مغز بیش از چند دقیقه اکسیژن نبیند، سلول‌هایش آسیب می‌بینند. به همین دلیل تنفس خودکار است و در خواب و بیداری، بدون فکر کردن، ادامه دارد. ما فقط گاهی آن را آگاهانه تغییر می‌دهیم.

ریه‌ها در قفسهٔ سینه و زیر استخوان‌های دنده قرار دارند. ریهٔ راست سه بخش و ریهٔ چپ دو بخش دارد، چون قلب جای کمی از سمت چپ را می‌گیرد. دور هر ریه دو لایهٔ نازک به نام پرده‌های جنب است که بین آن‌ها مایع کمی وجود دارد. این مایع باعث می‌شود ریه روی دیواره سر بخورد و هنگام تنفس اصطکاک نداشته باشد.

ریه‌ها ماهیچه ندارند و خودشان باز و بسته نمی‌شوند. حرکت آن‌ها را ماهیچه‌های اطراف، مخصوصاً دیافراگم، انجام می‌دهند. ریه مانند بادکنکی نرم است که با تغییر حجم قفسهٔ سینه گشاد و تنگ می‌شود. در بخش‌های بعد، مسیر هوا را از بینی تا عمیق‌ترین کیسه‌های ریز دنبال می‌کنیم.

۲. هوا از کدام مسیر به ریه می‌رسد؟

هوا معمولاً از بینی وارد می‌شود. بینی هوا را گرم و مرطوب می‌کند و موهای ریز و مخاط آن ذره‌های درشت گرد و غبار را می‌گیرند. تنفس از راه دهان ساده‌تر است ولی این تصفیه را انجام نمی‌دهد. در ورزش سنگین یا گرفتگی بینی ناچار از دهان هم استفاده می‌کنیم. در هوای سرد و خشک، تنفس بینی برای مجاری مفیدتر است.

هوا پس از بینی از حلق و حنجره می‌گذرد. حنجره جعبهٔ صدا و دربان راه تنفس است. هنگام بلعیدن، دریچه‌ای به نام اپی‌گلوت راه نای را می‌بندد تا غذا به ریه نرود. اگر غذا یا آب وارد راه هوا شود، سرفهٔ شدید رخ می‌دهد. در موارد انسداد کامل راه هوا، کمک‌های اولیه ضروری است و باید فوراً با ۱۱۵ تماس گرفت.

نای لوله‌ای حدود ده تا دوازده سانتی‌متر است که حلقه‌های غضروفی آن را باز نگه می‌دارند. نای در پایین به دو شاخه به نام نایژه تقسیم می‌شود و هر کدام به یک ریه می‌رود. نایژه‌ها بارها دوشاخه می‌شوند و لوله‌های باریک‌تری به نام نایژک می‌سازند. این شبکه شبیه درخت وارونه است و به همین دلیل آن را درخت تنفسی می‌نامند.

این درخت حدود بیست و سه بار دوشاخه می‌شود و در پایان به کیسه‌های بسیار ریز هوایی می‌رسد. لوله‌های بزرگ‌تر فقط راه عبور هوا هستند و تبادل گاز در آن‌ها انجام نمی‌شود. بنابراین بخشی از هوای هر دم در لوله‌ها می‌ماند و به کیسه‌ها نمی‌رسد. به همین دلیل نفس‌های بسیار سطحی و کوتاه، تهویهٔ مؤثر کمتری دارند.

۳. دیافراگم چطور هوا را به داخل می‌کشد؟

زیر ریه‌ها ماهیچه‌ای گنبدی‌شکل به نام دیافراگم قرار دارد. هنگام دم، این ماهیچه منقبض و صاف‌تر می‌شود و به پایین می‌رود. هم‌زمان ماهیچه‌های بین دنده‌ای دنده‌ها را بالا و به بیرون می‌برند. در نتیجه حجم قفسهٔ سینه بزرگ می‌شود و ریه‌ها را با خود باز می‌کند.

بزرگ‌شدن حجم، فشار هوای داخل ریه را از فشار هوای بیرون کمتر می‌کند. هوا همیشه از فشار بیشتر به کمتر می‌رود و در نتیجه از بینی و دهان به داخل می‌آید. این قاعده در فیزیک با قانون بویل توضیح داده می‌شود: وقتی حجم گاز بیشتر شود، فشارش کم می‌شود. ریه‌ها هوا را نمی‌مکنند؛ فشار پایین‌تر داخل آن‌ها باعث ورود هوا می‌شود.

بازدم در حالت آرام معمولاً غیرفعال است. ماهیچه‌ها شل می‌شوند، دیافراگم به بالا برمی‌گردد و ریه با خاصیت کشسانی خود جمع می‌شود. حجم قفسه کم می‌شود، فشار بالا می‌رود و هوا بیرون می‌رود. فقط هنگام ورزش یا فوت‌کردن، ماهیچه‌های شکم و بین‌دنده‌ای به بازدم کمک می‌کنند. بلوک زیر حجم هوای جابه‌جاشده در یک روز را با اعداد نمونه برآورد می‌کند.

tidal_volume = 0.5      # litres per breath (rough)
breaths_per_min = 14

per_minute = tidal_volume * breaths_per_min
per_day = per_minute * 60 * 24
print(per_minute, 'L/min')   # 7.0 L/min
print(int(per_day), 'L/day') # 10080 L/day

«نفس‌کشیدن خودکار است، ولی پشت هر دم، هماهنگی دقیقی میان ماهیچه‌ها، مغز و خون جریان دارد.»

در حالت استراحت، بزرگسال سالم در هر دم حدود نیم لیتر هوا جابه‌جا می‌کند و در دقیقه حدود دوازده تا بیست نفس می‌کشد. این اعداد فقط تقریبی‌اند و با سن، قد، ورزش و بیماری فرق می‌کنند. ظرفیت حیاتی ریه، یعنی بیشترین هوایی که می‌توان بیرون داد، چند لیتر است و از جوانی کم‌کم کاهش می‌یابد.

۴. کیسه‌های هوایی چه کار می‌کنند؟

انتهای هر نایژک به خوشه‌ای از کیسه‌های بسیار ریز به نام آلوئول می‌رسد. در هر ریه صدها میلیون کیسه از این نوع وجود دارد و مجموعاً سطحی در حدود پنجاه تا هفتاد متر مربع می‌سازند. این سطح بزرگ در فضای کوچک قفسهٔ سینه جا گرفته است و تبادل گاز را بسیار مؤثر می‌کند.

دیوارهٔ آلوئول فقط یک سلول ضخامت دارد و دور آن را شبکه‌ای از مویرگ‌ها گرفته است. فاصلهٔ هوا و خون کمتر از یک میکرون است. اکسیژن به‌سبب اختلاف غلظت از هوا به خون و دی‌اکسید کربن از خون به هوا می‌رود. این فرایند را پخش می‌نامند و انرژی خاصی لازم ندارد.

داخل آلوئول‌ها لایهٔ نازکی از مایع قرار دارد که کشش سطحی آن می‌تواند کیسه را بچسباند. ماده‌ای به نام سورفکتانت کشش را کم می‌کند و مانع چسبیدن کیسه‌ها می‌شود. نوزادان بسیار زودرس این ماده را کم دارند و دچار مشکل تنفسی می‌شوند. به همین دلیل مراقبت ویژه و درمان با سورفکتانت اهمیت دارد.

هوای دمی تقریباً بیست‌ویک درصد اکسیژن دارد. هوای بازدمی هنوز حدود شانزده درصد اکسیژن و حدود چهار درصد دی‌اکسید کربن دارد. به همین دلیل می‌توان با تنفس دهان‌به‌دهان در کمک‌های اولیه به فرد دیگر اکسیژن رساند. این عددها نشان می‌دهند که بدن فقط بخشی از اکسیژن هوا را جذب می‌کند.

۵. اکسیژن در خون چگونه حمل می‌شود؟

اکسیژن در آب خون کم حل می‌شود و بدن برای حمل آن به پروتئینی به نام هموگلوبین در گلبول‌های قرمز تکیه دارد. هر مولکول هموگلوبین می‌تواند چهار مولکول اکسیژن ببرد. در ریه که اکسیژن فراوان است، هموگلوبین پر می‌شود و در بافت‌ها که اکسیژن کم است، آن را رها می‌کند. این کار مثل بار زدن و تخلیهٔ بار است.

خون پراکسیژن از ریه‌ها با سیاهرگ‌های ریوی به قلب برمی‌گردد و قلب آن را به همهٔ بدن می‌فرستد. خون کم‌اکسیژن از بافت‌ها دوباره به سمت راست قلب می‌رود و به ریه‌ها می‌آید. بنابراین تنفس و گردش خون یک سامانه‌اند و ضعف هر کدام بر دیگری اثر می‌گذارد. بیماری قلب می‌تواند به تنگی نفس منجر شود، چنان‌که بیماری ریه به قلب فشار می‌آورد.

دی‌اکسید کربن بیشتر به‌شکل بی‌کربنات در خون حمل می‌شود و کمی هم به هموگلوبین می‌چسبد یا در خون حل می‌شود. وجود بی‌کربنات به تعادل اسیدی خون کمک می‌کند. به همین دلیل تنفس بر اسیدی خون اثر دارد: تنفس سریع‌تر اسیدیته را کم و تنفس کندتر آن را بالا می‌برد.

هموگلوبین به گاز مونوکسید کربن بسیار شدیدتر از اکسیژن می‌چسبد. به همین دلیل مسمومیت با این گاز خطرناک است، زیرا بدن را از اکسیژن محروم می‌کند در حالی که فرد نفس می‌کشد. گاز بی‌رنگ و بی‌بو است و از بخاری یا آبگرمکن معیوب منتشر می‌شود. در مواردی که خطر مسمومیت وجود دارد، به فضای باز بروید و با ۱۱۵ تماس بگیرید.

۶. مغز تنفس را چطور کنترل می‌کند؟

مرکز کنترل تنفس در ساقهٔ مغز است، نه در قشر آگاه. این مرکز مرتب به ماهیچه‌های تنفسی فرمان می‌دهد و ما خودمان نیازی به فکر کردن نداریم. بنابراین در خواب هم نفس می‌کشیم. البته می‌توانیم تا حدی آن را تغییر دهیم: نفس را نگه داریم، آهسته یا سریع کنیم، یا هنگام حرف‌زدن و آواز آن را تنظیم کنیم.

عجیب است که محرک اصلی تنفس کمبود اکسیژن نیست، بلکه افزایش دی‌اکسید کربن است. گیرنده‌های ویژه‌ای در مغز و رگ‌های بزرگ، میزان دی‌اکسید کربن و اسیدیتهٔ خون را می‌سنجند. اگر مقدار آن بالا برود، تنفس عمیق‌تر و سریع‌تر می‌شود. گیرنده‌های اکسیژن در شرایط شدیدتر، مثلاً در ارتفاع زیاد، وارد عمل می‌شوند.

این توضیح می‌دهد که چرا وقتی نفس را نگه می‌داریم، میل شدید به نفس‌کشیدن پیدا می‌کنیم. این میل را دی‌اکسید کربن ایجاد می‌کند و لزوماً نشانهٔ کمبود اکسیژن نیست. نگه‌داشتن نفس با تنفس تند و عمیق قبل از آن خطرناک است. چنین کاری در آب می‌تواند باعث غش بدون هشدار شود و غرق‌شدن را در پی داشته باشد.

تنفس با هیجان هم تغییر می‌کند. در اضطراب یا وحشت، تنفس سریع و سطحی می‌شود و دی‌اکسید کربن بیش از حد افت می‌کند. این حالت می‌تواند سرگیجه، گزگز دست و دور دهان و احساس تنگی نفس بدهد. تنفس آرام و آهسته با بازدم طولانی‌تر معمولاً کمک می‌کند. اگر این علائم تکرار می‌شوند یا با درد قفسهٔ سینه همراه‌اند، نباید فقط تنفس را مقصر دانست و باید پزشک بررسی کند.

۷. دفاع ریه: مخاط، مژک و سرفه

در هر نفس مقداری گرد و غبار، میکروب و ذرات دیگر وارد راه هوا می‌شود. ریه چند خط دفاعی دارد. نخست بینی و مو و مخاط آن؛ بعد لایه‌ای از مخاط که سطح نای و نایژه‌ها را می‌پوشاند و ذرات را می‌چسباند. این مخاط مثل چسب مگس‌گیر عمل می‌کند و ذرات و میکروب‌ها در آن گیر می‌افتند.

زیر مخاط، سلول‌هایی با مژک‌های میکروسکوپی قرار دارند که با ضربه‌های هماهنگ مخاط را به بالا، به سمت حلق، می‌رانند. این سازوکار را «بالابر مخاطی» می‌نامند. مخاط وقتی به حلق می‌رسد بلعیده می‌شود، بی‌آن که متوجه شویم. اگر این نظام درست کار کند، بیشتر ذره‌ها قبل از رسیدن به کیسه‌ها بیرون رانده می‌شوند.

سرفه و عطسه دفاع تکمیلی‌اند. گیرنده‌های راه هوا به محرک‌هایی مثل دود یا تکه‌ای غذا حساس‌اند و پیام را به مغز می‌فرستند. سرفه با بسته‌شدن لحظه‌ای حنجره و بازدم ناگهانی، هوا را با سرعت زیاد بیرون می‌راند. سرفهٔ گاهی‌وگاهی طبیعی است، ولی سرفهٔ بیش از چند هفته، سرفه با خون یا تنگی نفس نیاز به بررسی پزشکی دارد.

در عمق ریه، سلول‌های ایمنی ویژه‌ای به نام ماکروفاژ ذره‌ها و میکروب‌ها را می‌بلعند. اگر دفاع شکست بخورد، عفونت یا التهاب رخ می‌دهد. دود سیگار و قلیان مژک‌ها را از کار می‌اندازد و این دفاع را ضعیف می‌کند. به همین دلیل مصرف‌کنندگان دخانیات بیشتر سرفه می‌کنند و بیشتر به عفونت‌های ریوی مبتلا می‌شوند.

۸. سیگار، قلیان و آلودگی هوا چه بر سر ریه می‌آورند؟

دود دخانیات ترکیبی از هزاران ماده شیمیایی است و تعدادی از آن‌ها سرطان‌زا هستند. این دود مژک‌ها را فلج می‌کند، مجاری را ملتهب می‌سازد و دیوارهٔ کیسه‌های هوایی را به‌تدریج تخریب می‌کند. نتیجهٔ طولانی‌مدت آن بیماری مزمن انسدادی ریه، سرطان ریه و بیماری‌های قلبی است. ترک مصرف حتی در سنین بالا هم سودمند است.

قلیان در بعضی محافل بی‌خطرتر شمرده می‌شود، ولی چنین نیست. دود قلیان نیز مواد سمی و گاز مونوکسید کربن دارد و یک جلسه ممکن است چندین برابر دود یک نخ سیگار وارد ریه کند. آب قلیان دود را فقط خنک می‌کند و ترکیب‌های مضر را حذف نمی‌کند. استفاده مشترک از سر قلیان هم می‌تواند راه انتقال برخی عفونت‌ها باشد.

آلودگی هوا نیز بر ریه اثر می‌گذارد. ذره‌های بسیار ریز موسوم به پی‌ام دو و نیم می‌توانند به عمق ریه برسند و حتی وارد خون شوند. در روزهای آلودهٔ کلان‌شهرها و در طوفان‌های گرد و غبار، افراد مبتلا به آسم، بیماری قلبی، سالمندان، کودکان و زنان باردار بیشتر در خطرند. در چنین روزها فعالیت سنگین بیرون از خانه را کم کنید و از ماسک مناسب استفاده کنید.

دود حاصل از آتش هیزم، زغال و آشپزی در فضای بسته هم مضر است. تهویهٔ خوب و بخاری و آبگرمکن سالم لازم است. در محیط کار، گرد و غبار سیلیس، پشم شیشه و رنگ‌پاشی به ریه آسیب می‌زنند و ماسک مخصوص ضروری است. عکس ریه و آزمون‌های تنفسی دوره‌ای در مشاغل پرخطر می‌تواند آسیب را زود نشان دهد.

۹. تنگی نفس و بیماری‌های رایج ریه چه نشانه‌هایی دارند؟

تنگی نفس حس نفس‌کم‌آوردن یا دشواری تنفس است. گاهی عادی است، مثل پس از دویدن یا بالا رفتن از پله‌ها، ولی اگر در استراحت رخ دهد یا ناگهان تشدید شود، باید جدی گرفته شود. علت می‌تواند ریوی، قلبی، کم‌خونی یا اضطراب باشد و تشخیص نیاز به معاینه دارد. حدس زدن علت کافی نیست.

آسم با تنگ‌شدن دوره‌ای مجاری، خس‌خس سینه و سرفه شناخته می‌شود و محرک‌هایی مثل گرد و غبار، دود و حساسیت دارد. بیماری مزمن انسدادی ریه در سیگاری‌ها و سالمندان با سرفه و خلط مزمن و تنگی نفس پیشرونده بروز می‌کند. ذات‌الریه یا پنومونی عفونت کیسه‌هاست و با تب، سرفه، درد قفسهٔ سینه و ضعف همراه می‌شود. مصرف دارو و آنتی‌بیوتیک باید با نظر پزشک باشد.

ابزار مهم تشخیص اسپیرومتری است. فرد با قدرت در دستگاه فوت می‌کند و دستگاه حجم و سرعت هوا را می‌سنجد. پزشک با مقایسهٔ آن با مقدارهای مورد انتظار برای سن و قد می‌فهمد که مجاری تنگ‌اند یا ظرفیت کم شده است. عکس رادیوگرافی و سی‌تی‌اسکن نیز شکل ریه را نشان می‌دهند. تشخیص نهایی باید با پزشک باشد.

در موارد زیر باید فوراً کمک گرفت: تنگی نفس شدید در حال استراحت، ناتوانی در گفتن جملهٔ کامل، کبودی لب‌ها، درد قفسهٔ سینه، گیجی و خواب‌آلودگی غیرعادی. در این حالت‌ها با اورژانس ۱۱۵ تماس بگیرید و فرد را در وضعیت نیمه‌نشسته نگه دارید. اگر آسم دارید و دارو همراه شماست، طبق برنامهٔ پزشک آن را مصرف کنید.

۱۰. اکسی‌متر خانگی چه چیزی را می‌سنجد؟

اکسی‌متر انگشتی با نور از انگشت می‌گذرد و رنگ خون را تحلیل می‌کند تا درصد اشباع اکسیژن هموگلوبین را برآورد کند. این عدد را با «اس‌پی‌او‌دو» نشان می‌دهند. در افراد سالم معمولاً عدد بین نود و پنج تا صد درصد است. دستگاه همچنین ضربان قلب را نشان می‌دهد. اندازه‌گیری آسان و بدون درد است.

دقت اکسی‌متر محدود است. انگشت سرد، لاک ناخن، لرزش دست، نور شدید محیط یا دستگاه بی‌کیفیت می‌تواند عدد را نادرست کند. در پوست تیره‌تر هم ممکن است دستگاه‌ها بیشتر خطا کنند. برای اندازه‌گیری، انگشت را گرم و دست را آرام نگه دارید و چند ثانیه صبر کنید تا عدد ثابت شود. تغییر روند چند اندازه‌گیری مهم‌تر از یک عدد است.

یک نکتهٔ مهم این است که اکسی‌متر مونوکسید کربن را تشخیص نمی‌دهد. دستگاه ممکن است در مسمومیت با این گاز عدد طبیعی نشان دهد، چون هموگلوبین پر از مونوکسید کربن شبیه هموگلوبین پر از اکسیژن دیده می‌شود. پس اگر سردرد، گیجی و تهوع دارید و مشکوک به گاز هستید، به عدد اتکا نکنید و فوراً به هوای آزاد بروید.

عدد دستگاه جای معاینه را نمی‌گیرد. اگر بیماری ریوی دارید، پزشک ممکن است حد هشدار شخصی بدهد. در غیر این صورت، اگر عدد مکرراً کمتر از حدود نود و دو درصد بود یا با تنگی نفس همراه شد، با پزشک مشورت کنید. حتی اگر عدد خوب باشد ولی حالتان بد است، به نشانه‌ها اعتماد کنید و کمک بگیرید.

۱۱. چطور از ریه‌ها مراقبت کنیم؟

مهم‌ترین کار برای سلامت ریه دوری از دود است. سیگار و قلیان را کنار بگذارید و در فضایی که دود تنباکو هست، نمانید. اگر ترک سخت است، از پزشک یا مراکز ترک دخانیات کمک بگیرید؛ برای بسیاری روش‌های دارویی و مشاوره‌ای وجود دارد. ترک دخانیات یکی از بهترین کارهای ممکن برای ریه و قلب است.

ورزش منظم ظرفیت تنفسی و کارایی قلب و ماهیچه‌ها را افزایش می‌دهد. پیاده‌روی تند، دویدن آهسته، شنا و دوچرخه‌سواری مناسب‌اند. ورزش، تنفس را عمیق‌تر می‌کند و مقاومت بدن را زیاد می‌کند. تمرین تنفس شکمی و بازدم آرام هم می‌تواند به کاهش اضطراب و بهبود کنترل تنفس کمک کند. افراد بیمار باید برنامهٔ ورزش را با پزشک هماهنگ کنند.

واکسن‌های توصیه‌شده، مثل واکسن آنفلوانزا و پنوموکوک برای گروه‌های پرخطر، خطر عفونت‌های جدی را کم می‌کنند. شست‌وشوی دست‌ها، تهویهٔ مناسب خانه و اجتناب از تماس نزدیک با بیماران هم مفید است. در روزهای آلودگی شدید از ماسک مناسب استفاده کنید. فهرست زیر نکته‌های اصلی را خلاصه می‌کند.

• از سیگار، قلیان و دود تنباکو دوری کنید
• ورزش هوازی منظم انجام دهید
• خانه را تهویه کنید و دود و بخار مضر را کم کنید
• در روزهای آلوده فعالیت سنگین بیرون را کم کنید
• واکسن‌های توصیه‌شده را بزنید
• سرفهٔ طولانی یا تنگی نفس تازه را به پزشک نشان دهید

ریه‌ها تا حدود بیست‌سالگی رشد می‌کنند و بعد به‌تدریج ظرفیتشان کم می‌شود. ولی عادت‌های سالم می‌توانند این کاهش را کند کنند. اگر سرفهٔ طولانی، تنگی نفس تازه یا خس‌خس سینه دارید، منتظر نمانید و به پزشک مراجعه کنید. تشخیص زودهنگام اغلب درمان را آسان‌تر می‌کند و کیفیت زندگی را بهتر نگه می‌دارد.