כל הרווחים מפרסום נתרמים לצדקה
Brain Kingdom ביולוגיה
מהי מערכת הנשימה?

בכל תאי נגוף מתקיימות כל פעולות החיים ולשם כך זקוק התא לאנרגיה. האנרגיה מופקת בתאים עצמם בתהליך הנקרא נשימה תאית. תהליך זה דורש חמצן. החמצן מגיע מהסביבה החיצונית אל התאים באמצעות מערכת הדם והנשימה. תוך כדי תהליך הפקת האנרגיה נותר פחמן דו חמצני שהוא חומר רעיל לתא, ועל כן הוא צריך להיות מסולק מהגוף.

מערכת הנשימה (Respiratory System) מספקת למערכת הדם חמצן ומסלקת ממנה דו תחמוצת הפחמן. כאמור, בתהליך הפקת האנרגיה כמעט כל התאים בגוף צורכים חמצן ומייצרים דו תחמוצת הפחמן. [ התאים הרגישים ביותר לחוסר חמצן הם תאי המוח, המתים לאחר כשבע דקות ללא אספקת חמצן. לפיכך הפסקת פעולת מערכת הנשימה גורמת בד"כ למוות תוך שבע - עשר דקות.] מערכת הנשימה מורכבת ממערות האף, מחלל הלוע, מהגרון, מקנה הנשימה ומהריאות.

האוויר נכנס למערכת הנשימה דרך האף. הנחיריים הם דרך הכניסה של האויר והם מובילים אויר לשני חללי אויר גדולים הנמצאים מאחורי האף. חללים אלו נקראים מערות האף (Nasal cavities). נשימה דרך הפה מתבצעת רק כשיש צורך בכמויות אויר גדולות במיוחד, בזמן מאמץ גופני או כמעבר האויר דרך האף סתום. באזור הנחיריים נמצאות שערות שמטרתן למנוע כניסת חלקיקים גדולים לתוך מערות האף. למערות האף מספר תפקידים, הכוללים: סינון האויר - האויר נכנס למערות מתערבל ובא במגע בקירות המערה. החלקיקים המזהמים שבאויר נדבקים לקירות המצופים ריר צמיג. תפקיד שני הוא חימום האויר - פגיעת האויר בקירות מחממת את האויר לקראת כניסתו להמשך מעברי האויר בגוף. תפקיד נוסף הוא הוספת לחות לאויר, כך שהאויר היוצא מהחלק האחורי של מערות האף נקי יחסית, חם ולח.

ממערות האף מגיע האויר לקנה הנשימה (Trachea), שהוא צינור באורך של כ-10 ס"מ, אשר בדופנותיו קיימים כ-16 עד 20 סחוסים בצורת פרסה. סחוסים אלו משמשים כמסגרת קשיחה של קנה הנשימה ושומרות על קיומו של הקנה כצינור פתוח.בבית החזה , בתוך הריאה, מתפצל קנה הנשימה לשני סמפונות ראשיים (Main Bronchi). דופן הסמפונות מורכב משכבה פנימית המכילה רירית נשימה; שכבה שניה המכילה רצועות של שריר חלק המאפשר הגדלת והקטנת קוטר הסימפונות (הגדלת קוטר הסימפונות מאפשר מעבר של אויר רב יותר, בעת פעילות גופנית, למשל); ומשכבה שלישית המכילה רקמות חיבור.

הסמפונות הראשיים מתפצלים לסמפונות משניים ויוצרים את העץ הברונכיאלי (Bronchial Tree). קוטר הסימפונות הולך וקטן מפיצול לפיצול עד לגודל שלא ניתן לראותו בעין בלתי מזויינת. הסימפוניות המיקרוסקופיים נקראים Bronchioles ובסופם נמצאות הנאדיות. מספר הפיצולים הכולל של הסימפונות הוא כ-22 פעמים.

הנאדיות (Alveoli) הן שקיקי אוייר מיקרוסקופיים שבהם מתבצע תהליך חילוף הגזים בין הדם לאויר. מספר הנאדיות מוערך בכ-300 מליון ושטח הפנים שלהם שווה לזה של מגרש טניס. שטח פנים עצום זה מגביר מאוד את יעילות החלפת הגזים. במהלך זרימת הדם בנימים שבתוך דופן הנאדיות, חמצן עובר מחלל הנאדיות לתוך הנימים ודו תחמוצת הפחמן עוברת מהנימים לחלל הנאדית. מעבר הגזים נעשה מריכוזם הגבוה לריכוזם הנמוך.

מנגנון הנשימה:

כניסת ויציאת אוויר מהריאות מתרחשת בגלל הבדלי לחצים הנוצרים בין הלחץ האטמוספירי לבין לחץ בדרכי הנשימה. בזמן שאיפה, נפח בית החזה גדל על ידי התכווצות שרירי הסרעפת והשרירים הבין-צלעיים, הלחץ בבית החזה ובדרכי הנשימה קטן יחסית ללחץ האטמוספירי, ואוויר נכנס לריאות. בזמן נשיפה, להבדיל, הלחץ בבית החזה גדל ביחס ללחץ האטמוספירי בעקבות הרפייתם של השרירים, והאוויר יוצא מן הריאות.

בצמוד לסמפון הראשי, לכל ריאה נכנס כלי דם גדול הנקרא עורק הריאה (Pulmonary Artery), המוביל דם עם ריכוז חמצן נמוך מהחדר הימני של הלב. עורק הריאה מלווה את הסימפונות וכל פיצול של הסמפונות מלווה בפיצול של עורק הריאה. עורק הריאה יוצר עץ עורקי הצמוד לעץ הברונכיאלי ולכל סימפון מיקרוסקופי צמוד גם עורקיק מיקרוסקופי. עורקיק זה חודר לדופן הריאות ומתפצל לרשת נימים העוברים בתוך דופן הנאדיות. רשת נימים זו מתנקזת לורידון מיקרוסקופי היוצא מדופן הנאדיות וחולף בצמוד לסמפון ולעורקיק המקרוסקופי. ורידונים אלו יוצרים ורידים גדולים יותר המלווים גם הם את הסמפונות עד ליצירת שני ורידים גדולים הנקראים ורידי הריאה המובילים דם עשיר בחמצן מהריאה לעליה השמאלית של הלב. כמו כן, לריאה נכנסים גם עורקים הנקראים Bronchial Arteries המספקים דם עשיר בחמצן לכל אותן רקמות בריאה שלא באות המגע ישיר עם האויר.

קרום הנאדיות ודופן הנימים יוצרים את קרום הנשימה הדק, שדרכו מפעפע החמצן מהנאדית לדם והפחמן הדו חמצני מפעפע מהדם לנאדית. למהירות מעבר הגזים דרך הקרומים נודעת חשיבות מרובה, משום שמשך שהיית הדם בריאות הוא קצר מאוד. כ-100 סמ"ק דם שוהים בריאות פחות משניה, ובזמן זה מתבצע תהליך חילוף הגזים.

כדי שתהליך הדיפוזיה (פעפוע של הגזים דרך הקרומים) יהיה יעיל, חייב להיות הפרש בלחצים החלקיים של הגזים משני צדי מערכת קרום הנשימה. הלחץ החלקי של החמצן בדם המגיע לריאות נמוך מהלחץ החלקי של החמצן המצוי בנאדיות הריאה, וכתוצאה מכך עובר החמצן מהנאדיות לדם. במקביל עובר הפחמן הדו חמצני, שלחצו החלקי בדם גבוה, אל נאדיות הריאה שבהן לחצו החלקי נמוך. הדם שעוזב את הנאדיות עשיר בחמצן ועני בדו תחמוצת הפחמן. זרימת הדם המתמדת שומרת על הפרש הלחצים ולפיכך, על המשך הדיפוסיה.

הנשימה היא בדרך כלל פעולה קצבית, בלתי רצונית, המפוקחת על ידי "מרכז הנשימה", המורכב משתי קבוצות קבוצות קבוצות תאים עצביים המצויים בחלקו האחורי של המוח המוארך. אדם מבוגר נושם כ-16 נשימות בדקה, וילד נושם הרבה יותר. גורמים שונים מביאים לשינוי קצב הנשימה בצורה בלתי רצונית, לדוגמה הגברת הפעילות הגופנית. שליטה רצונית, על עומק הנשימות ותדירותן, אפשרית אך לא באופן מוחלט.

כאשר יש מחסור בחמצן ועלייה בריכוז דו תחמוצת הפחמן, תאי חישה (כמורצפוטרים), המפוזרים באזורים שונים בגוף, קולטים את שינויים אלו וברגע שיש שינויים ברמת החמצן והפחמן הדו חמצני בדם, נוצר גירוי מקומי בגוף וכתוצאה מכך נשלחים אותות אל מרכז הנשימה, שהוא מנגנון אוטומטי ובלתי רצוני המווסת את קצב הנשימה.