فصل 15 (علوم تجربی هفتم)
این فصل دربارهٔ دادوستد بدن با محیط بیرون است: گرفتن اکسیژن و بیرون ریختن مواد زائد. سه دستگاه در این کار سهم دارند — تنفس، دفع ادرار، و پوست.
بخش اول: دستگاه تنفس
یاخته‌های بدن برای تأمین انرژی به اکسیژن نیاز دارند و در این فرایند کربن دی‌اکسید به‌عنوان مادهٔ زائد تولید میشود. بدون اکسیژن یاختهها در عرض چند دقیقه از کار می‌افتند. پس وظیفهٔ دستگاه تنفس دو چیز است: تأمین اکسیژن یاختهها و دفع کربن دی‌اکسید.
مسیر هوا: بینی / دهان ← حلق ← حنجره ← نای ← نایژهها ← نایژکها ← کیسههای هوایی
| بخش | توضیح |
|---|---|
| بینی | ورود اصلی هوا؛ هوا را گرم، مرطوب و تمیز میکند |
| حلق | چهارراه بین راه تنفسی و گوارشی |
| حنجره | محل تارهای صوتی؛ بعد از حلق و قبل از نای |
| نای | لولهٔ اصلی انتقال هوا، با حلقه‌های غضروفی |
| نایژهها | دو شاخهٔ نای که هرکدام به یک شش می‌روند |
| نایژکها | شاخه‌های ریزتر نایژهها درون شش |
| کیسههای هوایی | انتهای مسیر؛ محل تبادل گاز با خون |
دیوارهٔ نای، نایژهها و نایژکها قطعههای غضروفی دارد که از لهشدن مجاری تنفسی جلوگیری میکند و مسیر هوا را همیشه باز نگه می‌دارد. تنفس از بینی بهتر از دهان است، چون بینی هوا را گرم، مرطوب و از گرد و غبار پاک میکند.
کیسههای هوایی — محل اصلی تبادل گاز: هر شش میلیون‌ها کیسهٔ هوایی دارد و اطراف هر کیسه مویرگهای خونی فراوانی هست. اکسیژن از کیسه وارد خون و کربن دی‌اکسید از خون وارد کیسه میشود. چرا؟ چون هر گاز از جایی که غلظتش بیشتر است به جایی که کمتر است حرکت میکند (انتشار). تعداد زیاد کیسهها سطح تماس هوا و خون را بسیار بالا می‌برد و تبادل را کارآمد میکند.
دم و بازدم: دم یعنی ورود هوا به ششها و بازدم یعنی خروج آن. دیافراگم پرده‌ای ماهیچه‌ای در پایین قفسهٔ سینه است:
| حرکت دیافراگم | نتیجه |
|---|---|
| انقباض و پایین رفتن | حجم قفسهٔ سینه زیاد میشود ← دم |
| شل شدن و بالا آمدن | حجم قفسهٔ سینه کم میشود ← بازدم |
قفسهٔ سینه ۲۴ دنده (۱۲ جفت) دارد که از پشت به ۱۲ مهره و از جلو به جناغ سینه وصل‌اند و کف آن دیافراگم است. پردهٔ جنب پرده‌ای دولایه است که ششها را به دیوارهٔ داخلی قفسهٔ سینه وصل میکند و مایع جنب بین دو لایه، اصطکاک را کم میکند. هوای سالم حدود ۲۱ درصد اکسیژن دارد.
تولید صدا: درون حنجره دو تار صوتی هست. هنگام بازدم هوا از میان تارها عبور میکند، تارها مرتعش می‌شوند و صدا تولید میشود — یعنی حرف زدن هنگام بازدم انجام میشود، نه دم.
انتقال گازها در خون: گویچه‌های قرمز اکسیژن را حمل میکنند و خوناب (پلاسما) کربن دی‌اکسید را. اکسیژن در یاختهها در فرایند آزاد کردن انرژی از قندها و چربی‌ها شرکت میکند و کربن دی‌اکسید آزاد میشود.
آزمایش آهک: اگر در محلول آب آهک بدمیم، محلول کدر میشود؛ این نشان میدهد هوای بازدم کربن دی‌اکسید دارد، چون این گاز با آهک ترکیب میشود و رسوب سفید میدهد.
بخش دوم: دستگاه دفع ادرار
جز کربن دی‌اکسید، مواد زائد سمی دیگری هم در بدن ساخته می‌شوند. مهم‌ترینشان اوره است که از تجزیهٔ پروتئین‌ها به دست می‌آید. کلیهها این مواد را همراه نمک‌ها و آب اضافی به شکل ادرار دفع میکنند.
مسیر ادرار: کلیهها ← میزنای ← مثانه ← میزراه
کلیهها دو اندام لوبیایی‌شکل در طرفین ستون مهره‌ها و بالای ناحیهٔ کمرند. سرخرگ کلیوی (شاخه‌ای از آئورت) خون را برای تصفیه می‌آورد و سیاهرگ کلیوی خون تصفیه‌شده را بیرون می‌برد. درون کلیه از بیرون به داخل: بخش قشری، بخش مرکزی و لگنچه که ادرار در آن جمع میشود.
گردیزه (نفرون) لوله‌های پیچ‌درپیچ میکروسکوپی درون کلیه‌اند و کار اصلی کلیه را همین‌ها انجام می‌دهند؛ هر کلیه میلیون‌ها گردیزه دارد. خون از مویرگهای اطراف گردیزه می‌گذرد، گردیزه مواد زائد و نمک اضافی و مقداری آب را از آن می‌گیرد و ادرار می‌سازد؛ ادرار از لوله‌های جمع‌کننده به لگنچه و از آنجا به مثانه میرود.
تنظیم آب بدن یکی از مهم‌ترین کارهای کلیه است: در هوای گرم یا ورزش زیاد، تعریق بیشتر میشود و کلیه آب کمتری دفع میکند؛ با نوشیدن آب زیاد، کلیه آب بیشتری دفع میکند. راههای دفع آب: ادرار (اصلی‌ترین)، تعریق، بازدم و مدفوع.
سنگ کلیه و مثانه بسیار دردناک‌اند و می‌توانند خطرناک باشند؛ استفاده از آب آشامیدنی استاندارد و نگه‌نداشتن طولانی ادرار از آنها پیشگیری میکند.
بخش سوم: پوست
پوست جز محافظت، یک اندام دفعی هم هست. غدد عرق آب و نمک‌های اضافی را دفع میکنند و در تنظیم دمای بدن نقش دارند، چون تبخیر عرق بدن را خنک میکند.
پس سه اندام دفعی اصلی بدن: کلیهها (ادرار)، ششها (کربن دی‌اکسید) و پوست (عرق).
چند نکتهٔ خوب برای دانستن
دیالیز: اگر کلیهها از کار بیفتند، بیمار به دستگاه دیالیز وصل میشود که کار تصفیهٔ خون را انجام میدهد. انسان با یک کلیه هم می‌تواند زندگی کند، پس پیوند کلیه از فرد زنده ممکن است.
چرا تبخیر عرق خنک میکند؟ تبخیر فرایندی گرماگیر است؛ عرق برای بخار شدن انرژی را از سطح پوست می‌گیرد و دمای بدن پایین می‌آید. در هوای مرطوب که تبخیر سخت‌تر است، بدن گرمای بیشتری حس میکند.
تله‌های رایج
- تبادل گاز در همهٔ مسیر تنفسی رخ نمیدهد؛ فقط در کیسههای هوایی. نای و نایژهها فقط لولهٔ انتقال هوا هستند.
- ششها ماهیچه ندارند و خودشان منقبض نمیشوند؛ این دیافراگم است که با تغییر شکل خود هوا را به داخل می‌کشد یا بیرون می‌راند.
- حرف زدن هنگام بازدم است، نه دم.
- «گردیزه» و «نفرون» دو ساختار متفاوت نیستند؛ دو نام برای یک چیزند.
- نقش اصلی عرق تنظیم دمای بدن است؛ دفع آب و نمک اثر جانبی آن است.
نمونه سؤال
سؤال. فردی که به‌تازگی به منطقه‌ای در ارتفاع بسیار بالا نقل‌مکان کرده، پس از چند هفته می‌بیند آزمایش خونش تعداد گویچه‌های قرمز بیشتری نشان میدهد، بدون اینکه بیماری خاصی داشته باشد. کدام گزینه بهترین توضیح است؟
۱) هوای ارتفاعات اکسیژن بیشتری دارد، پس این افزایش تصادفی است.
۲) در ارتفاعات فشار هوا و غلظت اکسیژن کمتر است؛ بدن برای جبران، تعداد گویچه‌های قرمز (حامل اکسیژن) را بالا می‌برد.
۳) در ارتفاعات کلیهها آب بیشتری دفع میکنند و همین کمآبی گویچه‌ها را نسبتاً زیاد نشان میدهد.
۴) گویچه‌های قرمز در هوای سرد سریعتر تولیدمثل میکنند.
پاسخ: گزینهٔ ۲. هرچه ارتفاع بیشتر شود، فشار هوا و غلظت اکسیژن قابل‌دریافت کمتر میشود. یاختهها برای تولید انرژی به اکسیژن نیاز دارند، پس بدن برای اینکه با هوای کم‌اکسیژن هم اکسیژن کافی برساند، ظرفیت حمل اکسیژن خون را با ساختن گویچه‌های قرمز بیشتر بالا می‌برد. این یک سازگاری شناخته‌شدهٔ بدن است، نه اتفاق تصادفی یا نتیجهٔ کمآبی.