يُعد الأوكسجين عنصراً مهماً للحفاظ على الحياة، ويوفر الجهاز التنفسي السبيل لجمع الأوكسجين من البيئة المحيطة ونقله إلى الجسم، حيث تتمثل وظيفة الجهاز التنفسي في توفير الهواء من البيئة الخارجية وإيصاله إلى الرئتين وهما العضوان الرئيسيان في الجهاز التنفسي.
تستنشق الرئتان الهواء بعملية الشهيق ليتم استخلاص الأوكسجين منه وإيصاله إلى مجرى الدم، كما يسمح الجهاز التنفسي أيضاً بإزالة ثاني أوكسيد الكربون من الدم عبر الرئتين، ليتم التخلص منه بعملية الزفير.
تركيبة الجهاز التنفسي
أنظر الشكل رقم (23) لتتعرف على تركيبة الجهاز التنفسي، كما يوضح الجدول رقم (17) وظيفة البنى التشريحية التي يتكون منها الجهاز التنفسي.
آلية التنفس
يُعتبر التنفس عملية ميكانيكية تتم عبر آليتي الشهيق والزفير وبسبب اختلاف الضغط بين البيئة الخارجية والبيئة الداخلية وتغيُّر حجم الرئتين أثناء عملية التنفس، يتم تحريك الهواء إلى داخل أو خارج الجسم.
التنفس الطبيعي والتنفس العميق
يحدث الشهيق على شكلين، الشهيق الطبيعي (الهادئ) والذي يحدث في حالة الراحة والشهيق العميق (الشديد أو القسري) والذي يحدث أثناء ممارسة التمارين الرياضية، وفي كلتا الحالتين فإن عملية الشهيق تحتاج إلى نشاط عضلي، أي انقباض العضلات المسؤولة عن التنفس والتي تنقسم إلى عضلات أساسية وعضلات ثانوية مساعدة. تشمل العضلات الأساسية عضلة الحجاب الحاجز والعضلات الوربية الخارجية، أما العضلات الثانوية المساعدة فتشمل عضلات العنق المساعدة (الاخمعِّية) والعضلة القصية الترقوية الخشائية والعضلة الصدرية الصغرى.
يتطلب التنفس الطبيعي في مرحلة الشهيق نشاط عضلات التنفس الأساسية فقط، في حين يتطلب التنفس العميق نشاط العضلات التنفسية الثانوية أيضاً.
أما بالنسبة للزفير، فأثناء التنفس الطبيعي وفي حالة الراحة، يكون الزفير طبيعياً ويعرف بالزفير السلبي لأنه ينتج عن ارتخاء العضلات التنفسية الأساسية ولا يحتاج إلى أي انقباض عضلي، أما أثناء التنفس العميق فيحدث الزفير نتيجة لنشاط عضلات البطن والعضلات الوربية الداخلية التي -وعند انقباضها- تضغط التجويف الصدري ليندفع الهواء من الرئتين وإلى خارج الجسم.
تبادل الغازات
تتم عملية تبادل الغازات بين الحويصلات الهوائية و الشعيرات الدموية المحيطة بها، حيث ينتقل الأوكسجين من الحويصلات الهوائية التي تحتوي على هواء غني بالأوكسجين بإتجاه الشعيرات الدموية خلال عملية الانتشار، ليتم إيصاله عبر الدم إلى القلب ومنه إلى سائر أنحاء الجسم، كما وينتقل ثاني أوكسيد الكربون في الاتجاه المعاكس، أي من الشعيرات الدموية -حيث يكون تركيزه فيها مرتفعاً- إلى الحويصلات الهوائية ليتم التخلص منه بعملية الزفير.
عمل الجهاز التنفسي خلال التمرين
يزداد نشاط الجهاز التنفسي مع ازدياد النشاط العضلي وشدة التمرين، وذلك لكي تتمكن الرئتين من تلبية الطلب المتزايد على الأوكسجين وللتخلص من ثاني أوكسيد الكربون كي لا يتراكم ويصل إلى مستويات تؤثر سلباً على حالة التوازن الداخلي وعلى درجة حموضة الدم.
و تتمثل الزيادة في نشاط الجهاز التنفسي بازدياد التهوية الرئوية (Pulmonary Ventitalion) ، وتُمثل التهوية الرئوية حجم الهواء الذي يتم تبادله في الدقيقة، فعند الشخص العادي تبلغ تقريبا 6 لترات/الدقيقة في وضعية الراحة، إلا أنها يمكن أن تصل أثناء ممارسة التمرينات الهوائية الشديدة إلى 150 لتر/الدقيقة، وتُعزى هذه الزيادة إلى الارتفاع في:
معدل التنفس (Respiration Rate)، والذي يُمثل عدد المرات التي يتم فيها الشخص دورة كاملة من الشهيق والزفير في الدقيقة ، والتي يمكن أن ترتفع من 18-12 نفس/الدقيقة أثناء الراحة لتصل إلى 40-50 نفس/الدقيقة أثناء التمرين.
الحجم الموجي أو المدي (Tidal Volume)، أي حجم الهواء الداخل والخارج من الرئتين مع كل نفس أثناء الشهيق والزفير والذي يبلغ 0.5 لتر أثناء الراحة.
يخضع عمل الجهاز التنفسي لسيطرة الجهاز العصبي حيث تتحكم مراكز خاصة في الدماغ بالحركات التنفسية ومعدل التهوية الرئوية، فعند المباشرة بممارسة التمرين تحدث زيادة في التهوية الرئوية نتيجة للتحفيز المباشر للعضلات المسؤولة عن عملية التنفس من قبل الجهاز العصبي، كما ويتأثر عمل الجهاز التنفسي بهرمونات جهاز الغدد الصمّاء، ويستجيب للتغييرات الكيميائية التي تحدث في الدم عند ممارسة التمارين الرياضية والتي تتمثل بزيادة نسبة ثاني أوكسيد الكربون وقلة تركيز الأوكسجين وزيادة تركيز حامض اللاكتيك الذي يؤدي إلى خفض درجة حموضة الدم الـ (pH) .