تبادلات گازی (علوم تجربی)

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$V_A=(V_T-V_D)f=4200\ \text{mL\,min}^{-1}$» درست است؛ تهویهٔ آلوئولی از کسرِ هوای مرده از حجمِ جاری و سپس ضرب در تعدادِ تنفس به دست می‌آید: $(500-150)\times12=4200$. «$V_A=V_T f=6000\ \text{mL\,min}^{-1}$» نادرست است؛ این مقدار بدونِ کسرِ هوای مرده محاسبه شده و در واقع $V_E$ است، نه $V_A$. «$V_A=V_D f=1800\ \text{mL\,min}^{-1}$» نادرست است؛ این فقط هوای مردهٔ کل در دقیقه است، نه هوای رسیده به حبابک. «$V_A=3000\ \text{mL\,min}^{-1}$ با تقریب آزاد» نادرست است؛ این عددی تقریبی و بدونِ مبنای محاسباتیِ درست است. تلهٔ تستی این سؤال، فراموش‌کردنِ کسرِ هوای مرده پیش از ضرب در تعدادِ تنفس است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«حجم تنفسی در دقیقه بیشتر و تهویه آلوئولی بسیار کمتر می‌شود» درست است. گامِ ۱ — حالتِ اول: $V_E=V_T\times f=500\times12=6000$ و $V_A=(V_T-V_D)f=(500-150)\times12=350\times12=4200$ (میلی‌لیتر در دقیقه). گامِ ۲ — حالتِ دوم: $V_E=250\times30=7500$ و $V_A=(250-150)\times30=100\times30=3000$. گامِ ۳ — مقایسه: $V_E$ از ۶۰۰۰ به ۷۵۰۰ بالا رفته (بیشتر شده) اما $V_A$ از ۴۲۰۰ به ۳۰۰۰ افت کرده (بسیار کمتر شده). وارسیِ مستقل (حالتِ حدی): اگر عمقِ هر نفس تا خودِ هوای مرده کم شود ($V_T\to150$)، هرچقدر هم تندتر نفس بکشیم $V_A=(150-150)f=0$ می‌شود، در حالی که $V_E$ می‌تواند هر عددِ بزرگی باشد؛ پس بزرگ‌شدنِ $V_E$ به‌هیچ‌وجه بزرگ‌شدنِ $V_A$ را تضمین نمی‌کند و این با نتیجهٔ گامِ ۳ هم‌جهت است. «حجم تنفسی و تهویه آلوئولی هر دو برابر می‌مانند» نادرست است؛ هیچ‌کدام برابر نمانده‌اند: $V_E$ از ۶۰۰۰ به ۷۵۰۰ رفته و $V_A$ از ۴۲۰۰ به ۳۰۰۰. «تهویه آلوئولی افزایش می‌یابد چون تعداد نفس بیشتر است» نادرست است؛ تعدادِ نفس تنها یکی از دو عاملِ حاصل‌ضرب است؛ افتِ $(V_T-V_D)$ از ۳۵۰ به ۱۰۰ (کمتر از یک‌سوم) بر افزایشِ $f$ از ۱۲ به ۳۰ (۲٫۵ برابر) غلبه می‌کند. «هوای مرده کاهش می‌یابد و کارایی بهتر می‌شود» نادرست است؛ $V_D$ در هر تنفس همان $150$ میلی‌لیترِ ثابت است؛ آنچه عوض شده سهمِ نسبیِ آن است: در حالتِ اول ۳۰٪ و در حالتِ دوم ۶۰٪ از هر نفس هدر می‌رود. تلهٔ تستی این سؤال، یکی گرفتنِ $V_E$ با $V_A$ است؛ نفس‌های تند و کم‌عمق می‌توانند حجمِ کلِ بیشتری جابه‌جا کنند و در همان حال هوای مؤثرِ کمتری به حبابک‌ها برسانند.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$V_A$ تقریباً افزایش می‌یابد چون سهم مؤثر هر دم بیشتر شده» درست است؛ محاسبه: حالتِ اول $(500-150)\times12=4200$؛ حالتِ دوم $(800-150)\times8=5200$؛ با وجودِ کاهشِ تعدادِ تنفس، بزرگ‌ترشدنِ حجمِ جاری سهمِ هوای مرده را نسبتاً کوچک‌تر کرده و $V_A$ افزایش یافته است. «$V_A$ کاهش می‌یابد چون تعداد نفس کمتر شده است» نادرست است؛ تعدادِ تنفس به‌تنهایی تعیین‌کننده نیست؛ بزرگ‌شدنِ همزمانِ حجمِ جاری این کاهش را جبران و حتی فراتر می‌برد. «$V_A$ تقریباً ثابت می‌ماند و بدون تغییر است» نادرست است؛ محاسبهٔ دقیق نشان می‌دهد تغییرِ واقعی (افزایش) رخ داده است. «$V_A$ به مقدار نامعلوم تغییر می‌کند» نادرست است؛ با اعدادِ داده‌شده، مقدارِ دقیقِ تغییر کاملاً قابلِ‌محاسبه است. تلهٔ تستی این سؤال، قضاوتِ عجولانه بر اساسِ تغییرِ فقط یکی از دو متغیر ($f$) بدونِ محاسبهٔ اثرِ ترکیبیِ هر دو متغیر ($V_T$ و $f$) است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«افزایش $V_T$ با کاهش $f$ می‌تواند $V_A$ را افزایش دهد» درست است؛ طبقِ فرمولِ $V_A=(V_T-V_D)f$، افزایشِ $V_T$ سهمِ هوای مؤثر را در هر تنفس بیشتر می‌کند؛ حتی با کاهشِ $f$، اگر افزایشِ $(V_T-V_D)$ به‌اندازهٔ کافی بزرگ باشد، حاصل‌ضربِ نهایی می‌تواند افزایش یابد. «افزایش $V_D$ با اسنورکل $V_A$ را بهبود می‌دهد» نادرست است؛ افزایشِ $V_D$ طبقِ همین فرمول $V_A$ را کاهش می‌دهد، نه بهبود. «کاهش $V_T$ در نفس‌های سریع $V_A$ را افزایش می‌دهد» نادرست است؛ کاهشِ $V_T$ (به‌ویژه نزدیک‌شدن به $V_D$) $V_A$ را کاهش می‌دهد. «$f$ تنها تعیین‌کننده $V_A$ است» نادرست است؛ طبقِ فرمول، $(V_T-V_D)$ نیز به همان اندازه در تعیینِ $V_A$ نقش دارد. تلهٔ تستی این سؤال، محدودکردنِ نادرستِ عواملِ مؤثر بر $V_A$ فقط به یکی از سه متغیرِ فرمول است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$CO$ با ایجاد هیپوکسی ممکن است تحریک تنفس کند اما مخاطره اصلی کاهش ظرفیت حمل $O_2$ است» درست است؛ اگرچه کاهشِ اکسیژن‌رسانیِ ناشیِ از $CO$ می‌تواند در نهایت تا حدی تنفس را تحریک کند، خطرِ اصلی و مستقیمِ $CO$ کاهشِ ظرفیتِ حملِ $O_2$ توسطِ هموگلوبین است، نه اثرِ مستقیم بر شاخص‌های تهویه. «$CO$ مستقیم $V_E$ را افزایش می‌دهد» نادرست است؛ $CO$ به‌طورِ مستقیم و قوی محرکِ تهویه نیست، چون فشارِ جزئیِ $O_2$ خون (که گیرنده‌های محیطی به آن حساس‌اند) در مسمومیتِ $CO$ طبیعی می‌ماند. «$CO$ $V_D$ را کم می‌کند» نادرست است؛ $CO$ ارتباطی به حجمِ هوای مرده ندارد. «$CO$ باعث افزایش سورفاکتانت می‌شود» نادرست است؛ چنین ارتباطی وجود ندارد. تلهٔ تستی این سؤال، خلط‌کردنِ مخاطرهٔ اصلیِ $CO$ (ظرفیتِ حملِ $O_2$) با شاخص‌های تهویه‌ای است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$V_E$ ممکن است با کار بیشتر حفظ شود اما $V_A$ کاهش می‌یابد» درست است؛ افزایشِ مقاومتِ نایژکی می‌تواند با تلاشِ بیشترِ ماهیچه‌های تنفسی، حجمِ کلیِ تنفسی ($V_E$) را تا حدی حفظ کند، اما چون رساندنِ هوا به بخشِ مبادله‌ای دشوارتر شده، تهویهٔ آلوئولیِ واقعی ($V_A$) کاهش می‌یابد. «هر دو بدون تغییر می‌مانند» نادرست است؛ حداقل $V_A$ تحتِ تأثیر قرار می‌گیرد. «$V_A$ افزایش می‌یابد» نادرست است؛ این دقیقاً برعکسِ پیامدِ افزایشِ مقاومت است. «$V_D$ حذف می‌شود» نادرست است؛ هوای مرده هرگز حذف نمی‌شود؛ این ادعا بی‌پایه است. تلهٔ تستی این سؤال، برابر دانستنِ حفظِ $V_E$ ظاهری با حفظِ کاراییِ واقعیِ تهویه ($V_A$) است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«غلظت $HCO_3^-$ در خوناب ورودی به بافت‌ها» درست است؛ زیرا در نبود کربنیک‌انیدراز، واکنش $CO_2+H_2O\rightleftharpoons H_2CO_3\rightleftharpoons HCO_3^-+H^+$ در گویچه‌های قرمز عملاً متوقف می‌شود؛ از آنجا که بخش عمده‌ی $CO_2$ خون از همین مسیر و به شکل $HCO_3^-$ منتقل می‌شود، بیشترین افت نسبت به حالت طبیعی متوجه همین مقدار خواهد بود. «حجم $CO_2$ حمل‌شده به صورت محلول در خوناب» نادرست است؛ چون این مسیر (حل‌شدن مستقیم $CO_2$ در خوناب) اصلاً به کربنیک‌انیدراز وابسته نیست و با انسداد مسیر تبدیل به $HCO_3^-$، ممکن است مقدار آن نسبت به حالت عادی افزایش هم بیابد، نه کاهش. «غلظت $H_2CO_3$ در گویچه‌های قرمز» نادرست است؛ چون $H_2CO_3$ در حالت طبیعی هم غلظت بسیار ناچیز و گذرایی دارد و افت مطلق آن در مقایسه با افت غلظت $HCO_3^-$ (که سهم اصلی حمل $CO_2$ را دارد) چشمگیر نیست. «میزان $CO_2$ متصل به هموگلوبین در گویچه‌های قرمز» نادرست است؛ چون اتصال $CO_2$ به هموگلوبین (کربامینوهموگلوبین) واکنشی مستقیم و مستقل از کربنیک‌انیدراز است و با نبود این آنزیم دچار اختلال نمی‌شود. تلهٔ تستی این سؤال، تصور این‌که کربنیک‌انیدراز روی همه‌ی مسیرهای حمل $CO_2$ به یک اندازه اثر می‌گذارد، در حالی‌که این آنزیم فقط مسیر تبدیل به $HCO_3^-$ را کنترل می‌کند.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«طول مدت هر چرخهٔ دم و بازدم» درست است؛ مرکز تنفس ثانویه در پل مغزی وظیفهٔ محدودکردن و خاتمه‌دادن به دم را برعهده دارد؛ با از کار افتادن آن، دم طولانی‌تر شده و نظم چرخهٔ تنفسی مختل می‌شود. «تولید پیام عصبی برای انقباض ماهیچه‌های دمی» نادرست است؛ این وظیفه برعهدهٔ مرکز تنفس اصلی در بصل‌النخاع است که سالم مانده. «حساسیت گیرنده‌های شیمیایی به $CO_2$» نادرست است؛ این گیرنده‌ها مستقل از مرکز پل مغزی عمل می‌کنند. «سرعت انتشار $CO_2$ از خون به حبابک‌ها» نادرست است؛ این یک فرایند فیزیکی مستقل از مراکز عصبی تنفس است. تلهٔ تستی این سؤال، خلط‌کردن نقش مرکز تنفس اصلی (بصل‌النخاع، صدور پیام) با مرکز تنفس ثانویه (پل مغزی، تنظیم مدت دم) است.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$4200$» درست است. گامِ ۱ — تعدادِ تنفس: $f=V_E/V_T=6000/500=12$ بار در دقیقه. گامِ ۲ — هوای مؤثرِ هر تنفس: $500-150=350$ میلی‌لیتر. گامِ ۳ — تهویهٔ حبابکی: $350\times12=4200$ میلی‌لیتر در دقیقه. وارسیِ مستقل (از راهی دیگر): کلِ هوای مردهٔ یک دقیقه $150\times12=1800$ میلی‌لیتر است، پس $6000-1800=4200$؛ هر دو راه به یک عدد می‌رسند. «$5850$» نادرست است؛ این $6000-150$ است، یعنی هوای مرده فقط یک بار (نه در هر ۱۲ تنفس) کسر شده. «$4500$» نادرست است؛ این $6000-150\times10$ است، یعنی هوای مرده برای ۱۰ تنفس حساب شده در حالی که فرد ۱۲ بار نفس می‌کشد. «$4800$» نادرست است؛ این $(500-100)\times12$ است، یعنی هوای مرده به‌اشتباه $100$ به‌جای $150$ میلی‌لیتر گرفته شده. تلهٔ تستی این سؤال، کسرِ یک‌بارهٔ هوای مرده از تهویهٔ دقیقه‌ای است؛ هوای مرده در هر تنفس یک بار هدر می‌رود، پس باید در تعدادِ تنفس ضرب شود.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«$4200$» درست است؛ چون حجم هوای مرده‌ی تشریحی $150\,\text{mL}$ از حجم جاری $500\,\text{mL}$ کم می‌شود ($500-150=350\,\text{mL}$) تا هوای تازه‌ی رسیده به بخش مبادله‌ای در هر دم به دست آید، و این مقدار در تعداد تنفس ضرب می‌شود: $350\times12=4200$. «$5400$» نادرست است؛ چون این عدد از ضرب مستقیم حجم جاری کامل (بدون کسر هوای مرده) در تعداد تنفس به دست نمی‌آید و با محاسبه‌ی درست ($350\times12$) همخوانی ندارد. «$1800$» نادرست است؛ چون این عدد از محاسبه‌ای ناقص به دست می‌آید که هوای مرده را به‌جای کسر از حجم جاری، به‌اشتباه با تعداد تنفس ترکیب می‌کند و با تهویه‌ی حبابکی واقعی مطابقت ندارد. «$420$» نادرست است؛ چون این عدد معادل یک‌دهم مقدار درست است و از خطای محاسباتی (مانند جابه‌جایی رقم اعشار یا کسر تعداد تنفس) ناشی می‌شود، نه از فرمول صحیح تهویه‌ی حبابکی. تلهٔ تستی این سؤال، فراموش‌کردن کسر حجم هوای مرده از حجم جاری پیش از ضرب در تعداد تنفس، و استفاده‌ی مستقیم از کل حجم جاری برای محاسبه‌ی هوای رسیده به بخش مبادله‌ای است.