מערכת הנשימה: פונקציות, חלקים, תפקוד - ביולוגיה - 2025

מערכת הנשימה או מערכת הנשימה כוללת סדרה של איברים מתמחה בתיווך חילוף הגזים, אשר כוללת את ספיגת החמצן ואת הסרת פחמן דו חמצני.

יש סדרת שלבים המאפשרים הגעת חמצן לתא וחיסול הפחמן הדו-חמצני, כולל חילופי אוויר בין האטמוספרה לריאות (אוורור), ואחריהם התפשטות והחלפת גזים על פני הריאה , הובלת חמצן והחלפת גז ברמה התאית.

מאת LadyofHats, Jmarchn, באמצעות Wikimedia Commons

זוהי מערכת מגוונת בממלכת החיות, המורכבת ממבנים שונים בהתאם לשושלת המחקר. לדוגמא, לדגים יש מבנים פונקציונליים בסביבה מימית כמו זימים, ליונקים יש ריאות, ולרוב חסרי החוליות יש קנה הנשימה.

בעלי חיים חד-תאיים, כמו פרוטוזואה, אינם דורשים מבנים מיוחדים להנשמה והחלפת גז מתרחשת על ידי דיפוזיה פשוטה.

אצל בני אדם המערכת מורכבת ממעברי האף, הלוע, הגרון, קנה הנשימה והריאות. האחרונים מסועפים ברציפות לסמפונות, ברונכיולות ואלוואולי. החלפה פסיבית של מולקולות חמצן ופחמן דו חמצני מתרחשת באלוויולי.

הגדרת הנשימה

ניתן להגדיר את המונח "נשימה" בשני אופנים. באופן חד-משמעי, כשאנחנו משתמשים במילה לנשום, אנו מתארים את הפעולה של נטילת חמצן וחיסול פחמן דו-חמצני לסביבה החיצונית.

עם זאת, מושג הנשימה מקיף תהליך רחב יותר מכניסה ויציאה פשוטה של ​​אוויר בכלוב הצלעות. כל המנגנונים הכרוכים בניצול חמצן, הובלת דם וייצור פחמן דו חמצני מתרחשים ברמה התאית.

דרך שנייה להגדרת המילה נשימה היא ברמה התאית ותהליך זה נקרא הנשימה תאית, שם התגובה של חמצן מתרחשת עם מולקולות אורגניות המייצרות אנרגיה בצורה של ATP (אדנוזין טריפוספט), מים ופחמן דו חמצני.

לפיכך, דרך מדויקת יותר להתייחס לתהליך הכניסה והגירוש של האוויר באמצעות תנועות ביתיות היא המונח "אוורור".

מאפיינים

תפקידה העיקרי של מערכת הנשימה הוא לתזמר את תהליכי ספיגת החמצן מבחוץ באמצעות מנגנוני אוורור ונשימה סלולרית. אחד הפסולת מהתהליך הוא דו תחמוצת הפחמן שמגיעה לזרם הדם, עוברת לריאות ומוסרת מהגוף לאטמוספירה.

מערכת הנשימה אחראית על תיווך של כל התפקודים הללו. באופן ספציפי, היא אחראית על סינון והלחות האוויר שייכנס לגוף, בנוסף לסינון מולקולות לא רצויות.

זה גם אחראי על ויסות החומציות של נוזלי הגוף - בעקיפין - לשלוט על ריכוז ה- CO ₂ , או לשמור עליו או לחסל אותו. מצד שני, זה מעורב בוויסות הטמפרטורה, הפרשת ההורמונים בריאה ומסייע למערכת הריח באיתור ריחות.

בנוסף, כל אלמנט במערכת מבצע פונקציה ספציפית: הנחיריים מחממים את האוויר ומספקים הגנה על חיידקים, הלוע, הגרון והקנה הנשימה מתווכים את מעבר האוויר.

בנוסף, הלוע מעורב במעבר מזון והגרון בתהליך הפונציה. בסופו של דבר, באלוואולי מתרחש תהליך החלפת הגז.

אברי נשימה בממלכת החיות

אצל בעלי חיים קטנים, פחות מ- 1 מ"מ, יכול חילופי גז להתרחש דרך העור. למעשה, שושלות מסוימות של בעלי חיים, כמו פרוטוזואה, ספוגים, צנידרים וכמה תולעים מבצעות את תהליך החלפת הגז באמצעות דיפוזיה פשוטה.

בבעלי חיים גדולים יותר, כמו דגים ודו-חיים, קיימת גם נשימה בעור, על מנת להוסיף את הנשימה שמבצעים הזימים או הריאות.

לדוגמא, צפרדעים יכולות לבצע את כל תהליך החלפת הגז דרך העור בשלבי שינה, מכיוון שהן שקועות לחלוטין בבריכות. במקרה של סלמנדרות, ישנם דגימות שחסרות לחלוטין ריאות ונושמות דרך העור.

עם זאת, עם העלייה במורכבות בעלי החיים, נוכחותם של איברים מתמחים להחלפת גז נחוצה בכדי לעמוד בדרישות האנרגיה הגבוהות של בעלי חיים רב תאיים.

להלן פירוט האנטומיה של האיברים המתווכים בין חילופי גזים בקבוצות בעלי חיים שונים:

קנה הנשימה

מאת ברוסבלוס. בעת שימוש בתמונה זו במקורות חיצוניים ניתן לציין אותה: צוות Blausen.com (2014). "גלריה רפואית של בלוזן מדיקל 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , מתוך Wikimedia Commons

לחרקים וכמה פרוקי רגליים יש מערכת נשימה יעילה וישירה מאוד. זה מורכב ממערכת של צינורות, המכונים קנה הנשימה, המשתרעים על כל גופו של בעל החיים.

קנה הנשימה נובע לצינורות צרים יותר (בקוטר של כ- 1 מיקרומטר) המכונים קנה הנשימה. הם תפוסים על ידי נוזלים ומסתיימים בקשר ישיר עם קרומי התא.

לפי תענוגות (קובץ: Throat Diagram.svg), באמצעות Wikimedia Commons

אוויר נכנס למערכת דרך סדרה של פתחים דמויי שסתום, הנקראים חורים מכה. אלה יכולים להיסגר בתגובה לאובדן מים למניעת ייבוש. כמו כן, יש לה פילטרים למניעת כניסה של חומרים לא רצויים.

חרקים מסוימים, כמו דבורים, יכולים לבצע תנועות גוף המכוונות לאוורור מערכת קנה הנשימה.

זימים

הזימים, הנקראים גם זימים, מאפשרים נשימה יעילה בסביבות מימיות. בצינורות הם מורכבים משלוחה של פני גופם, ואילו בתולעים ימיות ודו-חיים הם ציצים או ציצים.

היעילים ביותר הם בדגים ומורכב ממערכת של זימים פנימיים. מדובר במבנים חוטים עם אספקת דם מספקת המנוגדת לזרם המים. באמצעות מערכת "זרם נגדי" זו, ניתן להבטיח את שאיבת החמצן המרבית מהמים.

אוורור הזימים קשור לתנועות החיה ופתיחת הפה. בסביבות יבשתיות, הזימים מאבדים את התמיכה הצפה של המים, הם מתייבשים והחוטים מתלכדים, מה שמוביל לקריסת המערכת כולה.

מסיבה זו, דגים נחנקים כשהם מחוץ למים, למרות שיש להם כמויות גדולות של חמצן סביבם.

ריאות

ריאות חוליות הם חללים פנימיים, המסופקים בכלי שפע שתפקידם לתווך חילופי גזים בדם. בכמה חסרי חוליות אנו מדברים על "ריאות", אם כי מבנים אלה אינם הומולוגיים זה לזה והינם הרבה פחות יעילים.

אצל דו חיים, הריאות פשוטות מאוד, דומה לשקית שקיימת בחלקה של צפרדעים. שטח הפנים הניתן להחלפה גדל בריאותיהם של זוחלים שאינם עופות, המחולקים למספר שקעים מחוברים זה לזה.

בשושלת הציפורים יעילות הריאות עולה הודות לנוכחותם של שקיות אוויר המשמשות מקום מרחב לאוויר בתהליך האוורור.

הריאות מגיעות למורכבותן המרבית אצל יונקים (ראו פרק הבא). הריאות עשירות ברקמות חיבור ומוקפות בשכבה דקה של אפיתל הנקראת pleura visceral, שממשיכה ב pleura visceral, מיושר עם דפנות בית החזה.

דו-חיים משתמשים בלחץ חיובי בכניסה לאוויר לריאות, ואילו זוחלים, עופות ויונקים שאינם עופות משתמשים בלחץ שלילי, שם אוויר נדחף לריאות על ידי התרחבות כלוב הצלעות.

חלקים (איברים) של מערכת הנשימה בבני אדם

בבני אדם, ובשאר יונקים מערכת הנשימה מורכבת מהחלק העליון, המורכב מהפה, חלל האף, הלוע והגרון; החלק התחתון המורכב מקנה הנשימה והסימפונות ובחלק מרקמת הריאה.

החלק העליון או דרכי הנשימה העליונות

נחיריים הם המבנים דרכם נכנס אוויר, ואחריהם נכנס תא האף מרופד על ידי אפיתל המפריש חומרים ריריים. הנחיריים הפנימיים מתחברים עם הלוע (מה שאנו מכנים בדרך כלל הגרון), שם מתרחש חציית שני מסלולים: העיכול והנשימה.

אוויר נכנס דרך פתיחת הגלוטיס, בעוד המזון עושה את דרכו בוושט.

האפיגלוטיס נמצא על הגלוטיס, במטרה למנוע כניסה של מזון לדרכי הנשימה, להקים גבול בין האוריפינקס - החלק שנמצא מאחורי הפה - לבין הגרון הגרוע - החלק הנמוך ביותר. הגלוטיות נפתחות לתוך הגרון ("תיבת קול") וזה בתורו מפנה את מקומו לקנה הנשימה.

החלק התחתון או דרכי הנשימה התחתונות

קנה הנשימה הוא צינור בצורת צינור, בקוטרו 15-20 מ"מ ואורך 11 ס"מ. הקיר שלו מחוזק ברקמה סחוסית, על מנת למנוע קריסת המבנה, בזכות זה מדובר במבנה גמיש למחצה.

הסחוס ממוקם בצורת סהר ב 15 או 20 טבעות, כלומר הוא לא מקיף לחלוטין את קנה הנשימה.

השלווה מסתעפת לשני ברונכיות, אחת לכל ריאה. הימין אנכי יותר בהשוואה לשמאל, כמו גם קצר יותר ותפזורת. לאחר חלוקה ראשונה זו, חלוקות חלוקות המשנה ברציפות ב parenchyma הריאה.

מבנה הסמפונות דומה לקנה הנשימה עקב נוכחותם של סחוס, שריר ורירית, אם כי הצלחות הסחוסיות פוחתות עד שנעלמותן, כאשר הסמפונות מגיעות לקוטר של 1 מ"מ.

בתוכם, כל ברונכוס מתחלק לצינורות קטנים הנקראים ברונכיולות, המובילים לצינור האליאולרי. לזקיקים שכבת תאים אחת דקה מאוד המאפשרת חילופי גזים עם מערכת הנימים.

רקמת הריאות

מקרוסקופית, הריאות מחולקות לאונות על ידי בקיעים. הריאה הימנית מורכבת משלוש אונות ולשמאל רק שתיים. עם זאת, היחידה הפונקציונלית של חילופי גז אינה הריאות, אלא היחידה alveolocapillary.

הזקיקים הם שקיות קטנות המעוצבות כמו חבורות ענבים הנמצאות בסוף הסימפונות ותואמות את חלוקת המשנה הקטנה ביותר של דרכי הנשימה. הם מכוסים על ידי שני סוגים של תאים, I ו- II.

Alveoli

תאי מסוג I מתאפיינים בכך שהם דקים ומאפשרים דיפוזיה של גזים. אלו מסוג II הם יותר קטנים מהקבוצה הקודמת, פחות דקים ותפקידם להפריש חומר מהסוג פעילי שטח שמאפשר את התפשטות האלוויולוס באוורור.

תאי האפיתל שזורים בסיבים של רקמת חיבור, כך שהריאה אלסטית. באופן דומה, קיימת רשת רחבה של נימים ריאתיים בה מתרחש חילופי גז.

הריאות מוקפות בקיר של רקמת מזותליאה הנקראת pleura. רקמה זו נקראת לרוב מרחב וירטואלי, מכיוון שהיא אינה מכילה אוויר בפנים ויש בה רק נוזלים בכמויות דקות.

איור תלת ממדי של חלקיק מערכת הנשימה בקנה הנשימה של קנה הנשימה.

חסרונות הריאות

החיסרון של הריאות הוא שחילוף הגזים מתרחש רק באלוואולי ובתעלה האלווולרית. נפח האוויר שמגיע לריאות אך נמצא באזור בו לא מתרחש חילופי גז, נקרא מרחב מת.

לכן, תהליך האוורור בבני אדם אינו יעיל ביותר. אוורור רגיל יכול להחליף רק שישית מהאוויר שנמצא בריאות. באירוע נשימה מאולץ, 20-30% מהאוויר לכודים.

בית החזה

בית החזה

כלוב הצלעות מאכלס את הריאות ומורכב מסט שרירים ועצמות. מרכיב העצם מורכב מעמוד השדרה הצווארי והגבי, מכלוב הצלעות וחזה עצם החזה. הסרעפת היא שריר הנשימה החשוב ביותר, שנמצא בחלק האחורי של הבית.

ישנם שרירים נוספים המוחדרים לצלעות, הנקראים בין -ostal. אחרים משתתפים במכניקת נשימה כמו סטרנוקלידומסטואיד וקשקשת המגיעים מהראש והצוואר. אלמנטים אלה מוכנסים באזור עצם החזה ובצלעות הראשונות.

איך זה עובד?

ספיגת החמצן חיונית לתהליכי הנשימה התאית, כאשר ספיגת מולקולה זו מתרחשת לייצור ATP על בסיס חומרים מזינים המתקבלים בתהליך ההאכלה באמצעות תהליכים מטבוליים.

במילים אחרות, חמצן משמש לחמצון (לשרוף) מולקולות ובכך לייצר אנרגיה. אחד השאריות בתהליך זה הוא פחמן דו חמצני, אותו יש לגרש מהגוף. נשימה כוללת את האירועים הבאים:

אוורור

התהליך מתחיל בלכידת חמצן באטמוספירה דרך תהליך ההשראה. אוויר נכנס למערכת הנשימה דרך הנחיריים, עובר בכל מערך הצינורות שתואר, עד שהוא מגיע לריאות.

כניסת אוויר לנשימה - היא תהליך בלתי רצוני בדרך כלל אך יכולה לעבור מלהיות אוטומטית לרצון.

במוח, תאי עצב בחוט השדרה אחראים לוויסות הרגיל של הנשימה. עם זאת, הגוף מסוגל לווסת את הנשימה בהתאם לדרישות החמצן.

אדם ממוצע במצב מנוחה נושם בממוצע שישה ליטר אוויר בכל דקה, ונתון זה יכול לעלות ל 75 ליטר בתקופות של פעילות גופנית אינטנסיבית.

החלפת גז

חמצן באטמוספרה הוא תערובת של גזים, המורכבת מ -71% חנקן, 20.9% חמצן, וחלק קטן של גזים אחרים, כמו פחמן דו חמצני.

כאשר אוויר נכנס לדרכי הנשימה, הרכב משתנה מייד. תהליך ההשראה רווי את האוויר במים וכאשר האוויר מגיע לאלוויולי הוא מתערבב עם האוויר שנותר מההשראות הקודמות. בשלב זה הלחץ החלקי של החמצן יורד וזה של פחמן דו חמצני עולה.

ברקמות נשימה, הגזים נעים לאחר שיפועי ריכוז. מאחר והלחצים החלקיים של חמצן גבוהים יותר באלוואולי (100 מ"מ Hg) מאשר בדם של נימי הריאה, (40 מ"מ HG) חמצן עובר לנימים בתהליך דיפוזיה.

כמו כן, ריכוז הפחמן הדו-חמצני גבוה יותר בנימי הריאה (46 מ"מ ג"ג) מאשר באלוויולי (40 מ"מ ג"ג), ולכן דו תחמוצת הפחמן מתפזרת בכיוון ההפוך: מהנימים בדם, אל הגליבים שב ריאות.

מאת Fluid-fill_alveolus2_ja.svg: user: delldot (שונה על ידי Hatsukari715) עבודה נגזרת: OSH FPaD (Fluid-fill_alveolus2_ja.svg), באמצעות Wikimedia Commons

הובלת גז

במים המסיסות של החמצן היא כה נמוכה עד כי יש להתקיים אמצעי תחבורה בכדי לעמוד בדרישות המטבוליות. בכמה חסרי חוליות קטנים, כמות החמצן המומסת בנוזלים שלהם מספיקה בכדי לעמוד בדרישותיו של האדם.

עם זאת, אצל בני אדם החמצן המועבר בדרך זו יספיק רק בכדי לעמוד ב -1% מהדרישות.

מסיבה זו, החמצן - וכמות משמעותית של פחמן דו חמצני - נישא על ידי פיגמנטים בדם. אצל כל בעלי החוליות הפיגמנטים הללו מוגבלים לתאי דם אדומים.

בממלכת בעלי החיים, הפיגמנט השכיח ביותר הוא המוגלובין, מולקולת חלבון המכילה ברזל במבנהו. כל מולקולה מורכבת מ- 5% Heme, האחראית על צבע האדום של הדם וכריכה הפיכה עם חמצן, ו- 95% גלובין.

כמות החמצן שיכולה להיקשר להמוגלובין תלויה בגורמים רבים, כולל ריכוז החמצן: כאשר הוא גבוה, כמו בנימים, המוגלובין נקשר לחמצן; כאשר הריכוז נמוך, החלבון משחרר חמצן.

פיגמנטים נשימתיים אחרים

אף על פי שהמוגלובין הוא פיגמנט הנשימה הקיים בכל בעלי החוליות וחלק מחסרי החוליות, הוא אינו היחיד.

בחלק מהסרטנים המפורקים, סרטני הברכה והרכיכות יש פיגמנט כחול הנקרא המוציאנין. במקום ברזל, למולקולה זו שני אטומי נחושת.

בארבע משפחות של פוליאצ'טים יש את הפיגמנט כלורוקוראורין, חלבון שיש ברזל במבנהו וצבעו ירוק. זה דומה להמוגלובין במבנה ובתפקודו, אם כי אינו מוגבל למבנה תאי כלשהו והוא חופשי בפלזמה.

לבסוף, יש פיגמנט בעל יכולת נשיאת חמצן נמוכה בהרבה מזו של המוגלובין הנקרא המריטרין. צבעו אדום והוא קיים בקבוצות שונות של חסרי חוליות ימיים.

מחלות שכיחות

אַסְתְמָה

זוהי פתולוגיה המשפיעה על דרכי הנשימה, וגורמת לנפיחותה. בהתקף אסטמה, השרירים סביב דרכי הנשימה מודלקים וכמות האוויר שיכולה להיכנס למערכת מופחתת בצורה דרסטית.

ההתקפה יכולה להיות מופעלת על ידי סדרה של חומרים הנקראים אלרגנים, כולל פרוות חיות מחמד, קרדית, אקלים קר, כימיקלים במזון, עובש, אבקה, ועוד.

בצקת ריאות

בצקת ריאה מורכבת מהצטברות נוזלים בריאות, דבר שמקשה על האדם לנשום. הגורמים קשורים בדרך כלל לאי ספיקת לב, כאשר הלב אינו שואב מספיק דם.

הלחץ המוגבר בכלי הדם דוחף את הנוזל לחללי האוויר שבתוך הריאות, ובכך מפחית את התנועה הרגילה של חמצן בריאות.

גורמים נוספים לבצקת ריאות הם אי ספיקת כליות, נוכחות של עורקים צרים המובילים דם לכליות, שריר הלב, הפרעות בקצב הלב, פעילות גופנית גבוהה מדי, שימוש בתרופות מסוימות, בין היתר.

התסמינים השכיחים ביותר הם קוצר נשימה, קוצר נשימה, התזה בקצף או בדם והעלאת קצב הלב.

דלקת ריאות

דלקת ריאות הינה זיהום של הריאות ויכולה להיגרם על ידי מגוון של מיקרואורגניזמים, כולל חיידקים כמו סטרפטוקוקוס פנאומוניאה, סטפילוקוקוס אאורוס, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae ו- Chlamydias pneumoniae, נגיפים או פטריות כמו Pneumocystis jiroveci.

היא מציגה כדלקת בחללים האלוואולריים. זוהי מחלה מדבקת ביותר, מכיוון שהגורמים הסיבתיים יכולים להתפשט באוויר ולהפיץ אותם במהירות דרך התעטשויות ושיעול.

האנשים הרגישים ביותר לפתולוגיה זו כוללים אנשים מעל גיל 65 ובעיות בריאות. התסמינים כוללים חום, צמרמורות, שיעול ליחה, קוצר נשימה, קוצר נשימה וכאבים בחזה.

מרבית המקרים אינם דורשים אשפוז וניתן לטפל במחלה באנטיביוטיקה (במקרה של דלקת ריאות חיידקית) הניתנת דרך הפה, מנוחה ושתיית נוזלים.

בְּרוֹנכִיטִיס

ברונכיטיס מתרחשת כתהליך דלקתי בצינורות המובילים חמצן לריאות, הנגרמת כתוצאה מזיהום או מסיבות אחרות. מחלה זו מסווגת כחריפה וכרונית.

התסמינים כוללים מחלה כללית, שיעול ריר, קוצר נשימה ולחץ בחזה.

לטיפול בברונכיט, מומלץ ליטול אספירין או אצטמינופן להורדת חום, לשתות כמויות גדולות של נוזלים ולנוח. אם זה נגרם על ידי סוכן חיידקי, נלקחים אנטיביוטיקה.

הפניות

1. French, K., Randall, D., & Burggren, W. (1998). אקרט. פיזיולוגיה של בעלי חיים: מנגנונים והתאמות. מק גראוו-היל אינטרמריקנה
2. גוטיירז, AJ (2005). אימונים אישיים: בסיסים, יסודות ויישומים. INDE.
3. היקמן, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). עקרונות משולבים של זואולוגיה (כרך 15). ניו יורק: מקגרו היל.
4. סמית-אגראדה, JM (2004). אנטומיה של אברי הדיבור, הראייה והשמיעה. פנמריקנית רפואית אד.
5. טיילור, נ.ב., & Best, CH (1986). הבסיס הפיזיולוגי של העיסוק הרפואי. פאן אמריקאי.
6. חי, À. מ '(2005). יסודות הפיזיולוגיה של פעילות גופנית וספורט. פנמריקנית רפואית אד.