عرف التلميذ التنفس في الابتدائي بأنه شهيق وزفير، وفي المتوسطة بأنه دخول الأكسجين وخروج ثنائي أكسيد الكربون مع بخار الماء، وأن مقره الأسناخ الرئوية حيث تتم المبادلات الغازية بين الهواء والشعيرات الدموية. فهل هذا هو المعنى الكامل للتنفس؟ الدرس 18 (الصفحتان 64 و65) يجيب بتعريف أعمق: التنفس مصدر للطاقة. تعرض الصفحة معطياته وتفسيره، وتنتهي بالتعريف وتمارين.
الوضعية: التنسيق بين الوظائف
لكي يحافظ الجسم على نشاطه الحيوي يجب أن يتغذى باستمرار. وتتطلب التغذية تنسيقا بين عدة وظائف تحدث متزامنة: الإمداد بالمغذيات، والاستعمال، وإنتاج الطاقة، والإطراح. والسؤال: كيف تتنسق الشدة التنفسية مع الحاجة إلى الغذاء وتوفير الطاقة عند ارتفاع نشاط العضوية؟ أي ما العلاقة بين التنفس والغذاء والطاقة؟
الوثيقة 1: نشاط الإنسان والتنفس
يبين الجدول تغير سرعة المشي (بالكيلومتر في الساعة) مع استهلاك ثنائي الأكسجين (باللتر في الساعة) والوتيرة التنفسية (عدد الحركات التنفسية في الدقيقة).
- الوتيرة التنفسية هي عدد الحركات التنفسية، والحركة التنفسية الواحدة شهيق وزفير معا، لا شهيق وحده ولا زفير وحده.
- عند سرعة مشي 2 كم في الساعة يبلغ استهلاك الأكسجين نحو 27 لترا في الساعة، والوتيرة نحو 15 حركة في الدقيقة، وكلما زادت سرعة المشي ازداد استهلاك الأكسجين وارتفعت الوتيرة.
الاستنتاج: توجد علاقة طردية: كلما زاد نشاط الإنسان زاد استهلاكه لثنائي الأكسجين، ولهذا ترتفع الوتيرة التنفسية. وكذلك تزداد حاجته إلى الطاقة وإلى الجلوكوز؛ فهذه العناصر الثلاثة (الأكسجين والطاقة والجلوكوز) تسير بعلاقة طردية مع النشاط.
الوثيقة 2: ماذا يحدث في العضلة؟
يترجم الجدول استهلاك الجلوكوز (غذاء بسيط يسمى سكر العنب) وثنائي الأكسجين في عضلة أثناء الراحة وأثناء النشاط، بمقارنة الدم الداخل إلى العضلة بـالدم الخارج منها (لكل 100 مللتر من الدم).
| الدم الداخل | الدم الخارج في الراحة | الدم الخارج في النشاط | |
|---|---|---|---|
| الجلوكوز (ملغ) | 90 | 80 | 50 |
| ثنائي الأكسجين (مللتر) | 20 | 15 | 11 |
| ثنائي أكسيد الكربون (مللتر) | 49 | 54 | يزيد أكثر |
التفسير
- في الراحة: نقص الجلوكوز والأكسجين قليلا في الدم الخارج وزاد ثنائي أكسيد الكربون، لأن العضلة استعملت الجلوكوز والأكسجين لإنتاج طاقة قليلة حتى وهي في حالة راحة.
- في النشاط: نقصت كميتا الجلوكوز والأكسجين نقصا كبيرا (من 90 إلى 50 ومن 20 إلى 11)، لأن العضلة تحتاج طاقة أكبر لتقلصها ونشاطها.
- ثنائي أكسيد الكربون فضلة تطرح، فتزداد كميته في الدم الخارج.
المعنى الحقيقي للتنفس
الطاقة التي تحتاجها العضلة تأتي من أكسدة الجلوكوز، والأكسدة (من كلمة أكسجين) معناها اتحاد الأكسجين مع الجلوكوز لتحرير الطاقة:
الجلوكوز زائد الأكسجين يعطي طاقة زائد ثنائي أكسيد الكربون زائد بخار الماء.
فالتنفس ليس شهيقا وزفيرا فقط، بل هو أكسدة الجلوكوز لإنتاج الطاقة الضرورية لمختلف نشاطات العضوية كالمشي والسباحة. والشهيق والزفير مظهران من مظاهر التنفس. والجلوكوز (الغذاء) والأكسجين (الغاز) شرطان ضروريان لحياة الإنسان.
تمارين
- ما العلاقة بين سرعة المشي واستهلاك الأكسجين؟ (علاقة طردية)
- لماذا زاد ثنائي أكسيد الكربون في الدم الخارج من العضلة؟ (لأنه فضلة ناتجة عن أكسدة الجلوكوز)
- ما معنى الأكسدة؟ (اتحاد الأكسجين بالجلوكوز لتحرير الطاقة)
- هل الشهيق والزفير هما التنفس؟ (لا، هما مظهران له)
نصائح
- اقرأ الجدول بمقارنة الداخل بالخارج.
- احفظ المعادلة الكلامية للتنفس.
- فسر كل زيادة أو نقصان بسبب علمي.
أخطاء شائعة
- تعريف التنفس بأنه شهيق وزفير فقط.
- القول إن ثنائي أكسيد الكربون يستعمله الجسم.
- الخلط بين الدم الداخل والخارج.
الشرح المصوّر
لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، تقدم قناة «دروس العلوم dz» في فيديو «الدرس 18: المعنى الحقيقي للتنفس السنة أولى متوسط» هذا الدرس في نحو ست عشرة دقيقة.