מערכת הנשימה איך היא פועלת?

מבלי להרגיש כמעט, עוברים בגופנו כשבעה ליטרים אוויר בכל דקה. מה קורה עם האוויר מהרגע שהוא נכנס לגופנו?

11.12.2011 מאת: פורטל הכרמל והצפון
מערכת הנשימה איך היא פועלת?

איך ומדוע הופך החמצן לדו תחמוצת הפחמן? ועוד כמה עובדות ונתונים על פעולתה המופלאה של מערכת הנשימה

תפקידה של מערכת הנשימה
ככל היצורים החיים אנו זקוקים לחמצן כדי להפיק את האנרגיה הנדרשת לקיומנו. כל אחד מתאי גופנו יודע להפיק תרכובות עתירות אנרגיה (ATP) מחומרי המזון המגיעים אליו, בתהליך הנקרא 'נשימה תאית' ((Respiration. לצורך כך זקוקים התאים לחמצן, שאותו הם לא יכולים לקבל ישירות מהאוויר. מי שאחראית להעביר את האוויר המכיל חמצן אל תאי הגוף היא 'מערכת הנשימה'. היא עושה זאת באמצעות הכנסת האוויר אל הריאות, משם הוא עובר לנימי הדם שסביב בועיות הריאות. תאי-הדם האדומים המצויים בנימי הדם, מובילים את החמצן אל כל תא בגוף.

האוויר שאנו נושמים אל הריאות מורכב ברובו מחנקן וחמצן. אולם, האוויר שאנו נושפים מתוך הריאות החוצה, מכיל בעיקר פחמן דו-חמצני ( 2 CO), שנוצר בתהליך הפקת האנרגיה, וכמובן הרבה פחות חמצן (בו הרי השתמש הגוף להפקת האנרגיה). זהו התהליך הנקרא 'חילוף גזים'.

מבנה הריאות
 הריאות הן האיבר המרכזי של מערכת הנשימה. האוויר מגיע אליהן דרך קנה הנשימה, הנמצא רוב הזמן במצב פתוח (פרט כאשר נבלע בפה מזון ועובר לוושט). הדפנות הפנימיות של קנה הנשימה מצופות בתאים שעליהם ריסים, הדוחפים בתנועה גלית כלפי מעלה את הריר העמוס בחלקיקים, ובכך מסייעים בסינון האוויר בדרך לריאות.

בהמשך, הקנה מסתעף לשני צינורות הנקראים 'סמפונות', שאחד נכנס (ודרכו זורם האוויר) לריאה הימנית והשני לשמאלית. כל סמפון מסתעף בתוך הריאה לצינורות (סמפונות) נוספים, הממשיכים להסתעף עוד ועוד לסמפונות יותר קטנים ועוד יותר דקים, כמו ענפים של עץ הפוך שהגזע שלו (קנה הנשימה) למעלה, עד להתפצלות לסמפונות הקטנים ביותר. אלה נגמרים בקצותיהם בשקיקים כדוריים קטנטנים, דמויי אשכולות ענבים, העטופים בנימי דם רבים מאוד. כל שקיק שכזה נקרא 'נאדית' וברקמה של ריאה ממוצעת יש כ-300 מיליון 'נאדיות' שכאלה.

הריאות מחולקות ל'אונות' (Lobe), כשבריאה השמאלית יש שלוש ובימנית שתיים. האונות מתחלקות ל'אוניות' (Lobules), שכל אחת מהן מהווה יחידה עצמאית מבחינת אספקת דם.

דרכו של החמצן
הנאדיות הן אולי האיבר החשוב במערכת הנשימה כי דרך הדופן שלהן מתבצע תהליך חילוף הגזים. החמצן שהגיע לריאות מהאוויר, מפעפע (על בסיס עקרון הדיפוזיה) דרך דופן הנאדית אל נימי הדם, ומשם הוא מגיע אל זרם הדם. הדם נכנס אל הריאה דרך עורק הריאה כשהוא עני בחמצן ועשיר בפחמן דו חמצני, והוא יוצא מוורידי הריאה עשיר בחמצן ועני בפחמן דו חמצני. בכל דקה עוברים דרך נימי הריאות כ- 5 ליטר דם. 
הפחמן הדו-חמצני עובר מסלול הפוך מזה של החמצן - מתאי הגוף הוא מפעפע אל הדם, ומשם לאוויר שבנאדיות עד שהוא נפלט החוצה.

הנשימה
הנשימה מורכבת משני שלבים: שאיפה ונשיפה. הכניסה והיציאה של האוויר לריאות ומהריאות מתבססת על שינוי לחצים בחלל בית החזה במהלך פעולות הנשימה.

פעולת השאיפה: הסרעפת, שהיא שריר הנשימה העיקרי, מתכווצת ויורדת כלפי מטה לעבר הבטן, מה שגורם לצלעות להתרומם בכיוון מעלה והחוצה. כתוצאה מכך מתרחב בית החזה כשהוא מושך אחריו את הריאות ומרחיב אותן. הקרום העוטף את הריאות ומצפה מבפנים את בית החזה, נקרא 'פלואורה' (בעברית צדר). בעקבות התרחבות בית החזה, נמשכות הריאות אחריו, נפח הריאות העולה, לחץ האוויר בהן יורד ואוויר מהחוץ זורם אל תוך הריאות.

פעולת הנשיפה: מיד לאחר השאיפה, הסרעפת מורפית ומתרוממת כלפי בית החזה (מעלה). השרירים שבין הצלעות מורפים, הצלעות יורדות, חלל בית החזה מצטמצם והריאות שבות לנפחן הקודם. בשל ירידת נפח הריאות גדל לחץ האוויר בתוכן והאוויר נדחף מן הריאות החוצה.

רוב הזמן אנו נושמים בדרך בלתי רצונית, אך ניתן גם 'לקחת פיקוד' על התהליך ולנשום באופן מודע ורצוני. קצב ועומק הנשימה תלויים במאמץ שהגוף נדרש לבצע והמנגנון שמווסת אותם מסתמך בעיקר על רמת הפחמן הדו חמצני ( 2 CO) בדם. כאשר רמת דו תחמוצת הפחמן בגוף עולה, נשלח מסר לתאי חישה בגזע המוח, הרגישים לריכוז דו תחמוצת הפחמן בדם, להגביר את קצב הנשימה וכך מתגברת שאיפת האוויר והחמצן, ולהפך.

כמה עובדות ונתונים על הריאות

בכל דקה אנו קולטים ופולטים כשבעה ליטרים של אוויר ומכניסים ומוציאים אוויר מן האף 14 פעמים בממוצע.

כ-300 מיליון הנאדיות שבריאות יוצרות שטח מגע גדול מאוד בין האוויר שבריאות לבין נימי הדם שמסביב. וכך, למרות שנפח הריאות קטן יחסית, שטח הפנים שלהן הוא עצום, דבר המאפשר לכמות גדולה של חמצן לפעפע אל הדם. אילו היינו פורשים את כל הנאדיות זו ליד זו, הן היו מכסות שטח של מגרש טניס!

הריאה השמאלית קטנה יותר מהריאה הימנית, משום שמרבית שריר הלב חבוק בתוככי הריאה השמאלית.

חילוף החומרים בזמן השאיפה אורך כ-0.75 שנייה.

האוויר שאנו נושמים מורכב מתערובת של כ-78% חנקן, כ- 21%חמצן, כ-0.03% פחמן דו חמצני והשאר (פחות מאחוז אחד) גזים נוספים. הרכב האוויר (הקרוב לאדמה) זהה בכל מקום על פני כדור הארץ. אמנם, החמצן מהווה רק כחמישית מהאוויר, אך גופנו מותאם לתנאים הללו וריכוז גבוה יותר של חמצן באוויר או נמוך יותר, עלולים להיות מסוכנים.

תנורי חימום, בעיקר תנורי נפט, גז ותנורי עצים, פולטים כמויות גדולות של פחמן דו חמצני) ולעיתים גם פחמן חד חמצני שהוא גז רעיל ביותר), וגורמים לשינוי ניכר בהרכב האוויר בחדר בו הם פועלים. כל חורף מתרחשות תאונות קטלניות כתוצאה מהשארת תנורי חימום בחדרים סגורים. לכן, חשוב מאוד להשאיר חלון פתוח כשמפעילים תנור חימום כזה כדי להבטיח את תחלופת האוויר.

לא כל החמצן שבאוויר נקלט על ידי הגוף. באוויר שאנו נושפים החוצה יש עדיין כ-16% חמצן (לעומת כ-21% חמצן באוויר הנשאף), וטוב שכך, כי החמצן שנשאר באוויר שאנו נושפים, מאפשר ביצוע של הנשמה מלאכותית.

הסמפון נקרא גם "ברונכוס" ומבנה הסמפונות כולו (מבנה של עץ הפוך), נקרא "העץ הברונכיאלי". דלקת של הסמפונות, המתאפיינת בשיעול רב, נקראת "ברונכיטיס" ואסטמה, שגם היא מחלה של הסמפונות, נקראת "גנחת הסמפונות".

מאמר של בית החולים רמב"ם.

תגובות

מומלצים