گردش خون و تنفس
چگونگی به دست آوردن اکسیژن و دفع دیاکسید کربن توسط حیوانات، و نحوه توزیع این مواد و سایر مواد توسط پمپها و رگها در بدن برای تأمین نیازهای متابولیکی.
Definition
تنفس در این مفهوم فیزیولوژیکی، تبادل اکسیژن و دیاکسید کربن بین یک حیوان و محیط آن و انتقال آنها به بافتها و از بافتها است؛ گردش خون حرکت تودهای خون یا همولنف توسط یک سیستم پمپ و رگ است که گازها، مواد مغذی، مواد زائد، هورمونها و گرما را در سراسر بدن توزیع میکند.
Scope
این حوزه فیزیولوژی مقایسهای تبادل گاز و انتقال داخلی را پوشش میدهد: سطوح تنفسی مانند آبششها، ریهها و نایها؛ اتصال و حمل اکسیژن توسط رنگدانههای تنفسی؛ ساختار و عملکرد قلبها و سیستمهای گردش خون؛ و تنظیم تنفس و گازهای خونی از جمله تعادل اسید و باز. این حوزه اصول فیزیکی انتشار و همرفت و تنوع راهحلهایی را که حیوانات در طول زندگی آبی، هوایی و خشکی تکامل دادهاند، در بر میگیرد. پوشش این حوزه مقایسهای و مکانیکی است تا بالینی.
Sub-topics
Core questions
- سطوح تنفسی چگونه تبادل گاز را در محیطهای مختلف مانند آب و هوا به حداکثر میرسانند؟
- رنگدانههای تنفسی چگونه اکسیژن را در جایی که فراوان است بارگیری میکنند و در جایی که مورد نیاز است آزاد میکنند؟
- سیستمهای گردش خون و قلبها چگونه سازماندهی شدهاند تا خون را به طور کارآمد در حیوانات با اندازهها و سبکهای زندگی مختلف حرکت دهند؟
- حیوانات چگونه گازهای خونی خود را حس و تنظیم میکنند و تعادل اسید و باز را حفظ میکنند؟
Key theories
- اتصال تعاونی اکسیژن و منحنی تفکیک سیگموئیدی
- رنگدانههای تنفسی مانند هموگلوبین اکسیژن را به صورت تعاونی متصل میکنند، که یک منحنی تفکیک سیگموئیدی ایجاد میکند که بارگیری کارآمد در سطح تنفسی و تخلیه در بافتهای فعال را ترویج میکند، با موقعیت منحنی که توسط دیاکسید کربن، pH و دما تغییر میکند.
- طراحی همرفت–انتشار انتقال گاز
- تبادل مؤثر گاز، تحویل همرفتی محیط و خون به و از یک سطح تنفسی نازک را با انتشار در سراسر آن ترکیب میکند، و ترتیباتی مانند جریان متقابل در آبششها، گرادیانهایی را که انتشار را هدایت میکنند، به حداکثر میرسانند.
Mechanisms
تبادل گاز به انتشار در سراسر سطوح تنفسی نازک و با مساحت زیاد بستگی دارد که با تهویه محیط خارجی و پرفیوژن خون تأمین میشوند. آبششها از جریان متقابل آب و خون برای حفظ گرادیانهای انتشار بالا استفاده میکنند؛ ریهها از جریان جزر و مدی یا در پرندگان، جریان یکطرفه استفاده میکنند؛ حشرات اکسیژن را مستقیماً از طریق نایها به بافتها میرسانند. اکسیژن عمدتاً به رنگدانههای تنفسی متصل میشود که اتصال تعاونی و حساسیت آنها به CO2، pH و دما، بارگیری و تخلیه را تنظیم میکند. قلبها فشار تولید میکنند تا خون را از طریق سیستمهای گردش خون باز یا بسته به حرکت درآورند، و مقاومت و ظرفیت عروقی جریان را توزیع میکنند. تنفس و گردش خون توسط گیرندههای شیمیایی که O2، CO2 و pH را پایش میکنند، تنظیم میشوند و تهویه و برونده قلبی را تنظیم میکنند، در حالی که بافرینگ و تبادل یون تعادل اسید و باز را حفظ میکنند.
Clinical relevance
کارهای مقایسهای بر روی پستانداران غواص، گونههای ارتفاعات بالا، و ماهیهای تنفسکننده هوا، محدودیتهای عملکرد قلبی-تنفسی انسان را روشن میکند و به تحقیقات در مورد هیپوکسی، ورزش، و عملکرد تنفسی و قلبی-عروقی کمک میکند. این مدخل آموزشی است و راهنمایی پزشکی ارائه نمیدهد.
History
مطالعات آگوست کروگ در مورد عملکرد مویرگی و تبادل گاز و کشف کریستین بور در مورد تأثیر دیاکسید کربن بر اتصال اکسیژن، پایههای فیزیولوژی تنفس را بنا نهاد. اشمیت-نیلسن و دیگران این حوزه را به سازگاریهای قابل توجه حیوانات بیابانی، غواص و ارتفاعات بالا گسترش دادند و گردش خون و تنفس را به عنوان مسائل طراحی تحت محدودیتهای فیزیکی مطرح کردند.
Key figures
- August Krogh
- Knut Schmidt-Nielsen
- Christian Bohr
- John B. West
Related topics
Seminal works
- schmidtnielsen1997
- hill2016
- westsd2012
Frequently asked questions
- چرا جریان متقابل در آبشش ماهیها مهم است؟
- جریان آب و خون در جهتهای مخالف، گرادیان اکسیژن را در تمام سطح آبشش حفظ میکند، بنابراین خون میتواند اکسیژن بسیار بیشتری را نسبت به حالتی که هر دو با هم جریان داشته باشند، جذب کند.
- چه چیزی باعث میشود منحنی تفکیک اکسیژن S شکل باشد؟
- هموگلوبین اکسیژن را به صورت تعاونی متصل میکند، بنابراین اتصال یک اکسیژن، اتصال بعدی را آسانتر میکند؛ این یک منحنی سیگموئیدی ایجاد میکند که بارگیری کامل در ریهها یا آبششها و تخلیه آسان در بافتهای فعال را ترجیح میدهد.