الجهاز التنفسي

يُؤدي الجهاز التنفسي دورًا أساسيًّا في تزويد الجسم بالأكسجين والتخلّص من ثاني أكسيد الكربون. ويتكوّن من أعضاء متكاملة تشمل الأنف، والقصبة الهوائية، والشعب الهوائية، والرئتين، والحجاب الحاجز، التي تعمل بتناغم لدعم عملية التنفّس (breathing). يُنقل الأكسجين إلى الرئتين، حيث ينتشر عبر الحويصلات الهوائية إلى مجرى الدم، بينما يُطرح ثاني أكسيد الكربون خارج الجسم. ويُسهم هذا التبادل الغازي في دعم التنفّس الخلوي (cellular respiration)، الذي يُزوّد خلايا الجسم بالطاقة اللازمة لأداء وظائفها. ويُساعد فهم هذا النظام على توضيح كيفية احتفاظ الثدييات بالطاقة، وتكيّفها مع البيئات المختلفة، واستجابتها للظروف مثل التمرين، أو المرض، أو التلوّث.

ممارسات العلوم والهندسة (SEP): تطوير النماذج واستخدامها

يعتمد العلماء على النماذج لتوضيح كيفية انتقال الهواء داخل الجهاز التنفسي، وآلية تبادل الغازات داخل الحويصلات الهوائية. ومن خلال بناء النماذج واختبارها، يستطيع المتعلمون فهم وظيفة كل جزء من هذا الجهاز، والتعرّف على التأثيرات الناتجة عن حالات مرضية مثل الربو، أو التغيّرات البيئية كارتفاعات الضغط الجوي، أو الجهد البدني الزائد.

أفكار للأنشطة:

• نموذج عملي للتنفس – أنشئ نموذجًا تشبيهيًّا للرئة باستخدام بالونات وزجاجات بلاستيكية لشرح كيف يُساعد الحجاب الحاجز على انتفاخ الرئتين وانكماشهما.
• رسم تخطيطي لتبادل الغازات – ارسم مخططًا تفصيليًّا للحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية، موضحًا كيف يتم نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون داخل وخارج الدم.
• تتبّع معدل التنفّس – قِس معدل التنفّس قبل أداء تمرين بدني وبعده، وناقش كيف يستجيب الجسم لزيادة احتياجه من الأكسجين.

المفهوم الشامل (CCC): الأنظمة والنماذج النظامية

يُسهم التفكير في الأجهزة البيولوجية المُعقّدة، مثل الجهاز التنفسي، كنظام يتكوّن من أجزاء مترابطة تعمل معًا، في تحسين فهم كيفية عمل هذه الأجهزة كوحدة متكاملة. وتمثيل هذه الأنظمة من خلال نماذج يساعد في تحليل الوظائف، وتحديد نقاط الخلل، والتنبؤ بالتأثيرات الناتجة عن العوامل الخارجية.

الأنظمة: يتكوّن الجهاز التنفسي من أجزاء مترابطة تشمل الممرات الأنفية، والقصبة الهوائية، والشعب الهوائية، والحويصلات الهوائية، والرئتين، والحجاب الحاجز. ويجب أن تعمل هذه الأجزاء بتناغم لضمان نقل الهواء، وتبادل الغازات بكفاءة، وتنظيم توازن الحموضة في الدم.

نماذج النظام: يُطوّر العلماء نماذج لفهم كيفية تدفّق الأكسجين داخل الرئتين، وآلية تبادل الغازات، وتأثير الاضطرابات مثل انسداد المجاري الهوائية على كفاءة التنفّس. وتُستخدم هذه النماذج أيضًا لتوقّع تأثير التغيّرات البيئية أو السلوكية، مثل التلوّث أو النشاط البدني، على صحة الجهاز التنفسي.