מערכת הנשימה
בעלי החיים זקוקים לאנרגיה כדי לשרוד. איך קשור לכך החמצן, ומדוע מערכת הנשימה חשובה כל-כך?
דלק החיים
בעלי החיים זקוקים לאנרגיה כדי לשרוד. רוב היצורים החיים צריכים חמצן כדי להשלים את תהליך הפיכת הפחמימות שהם צורכים בצורת אוכל, לאנרגיה.
ככל שהייצור החי פעיל יותר (האדם, למשל, פעיל יותר לעומת הצמח) כך יצטרך יותר חמצן כדי לקיים את התהליך הזה.
תהליך זה, של הכנת האנרגיה שצריך גוף בעל החיים כדי לפעול ולקיים את עצמו, נקרא נשימה תאית. לבעלי החיים השונים יש איברים שונים, שנועדו לסייע לבעל החיים לבצע פעולה זו.
הנשימה התאית, כפי שמרמז שמה, מתרחשת בתוך התא.
כדאי לדעת! לא כל היצורים החיים זקוקים לחמצן כדי לאפשר נשימה תאית. אצל מיקרו-אורגניזמים שונים (בעיקר חיידקים) תהליך ייצור האנרגיה עושה שימוש במינרלים שונים במקום בחמצן. יצורים אלו, שאינם נושמים חמצן, הם יצורים חיים, אך אינם חלק ממלכת בעלי החיים.
ישנם יצורים מיקרוסקופיים שמורכבים מתא אחד בלבד, וישנם יצורים שמורכבים ממיליארדי תאים. בני האדם למשל.
מערכות הנשימה בין שלל המינים החיים שונות. בעוד שהאיבר הראשי במערכת הנשימה של האדם הוא הריאות, אצל דגים, למשל, יש זימים (להסבר מלא על האופן שבו עובדת מערכת הנשימה של הדגים, המשיכו לקרוא).
מערכת הנשימה היא אחת משלוש מערכות קיום החיים החשובות ביותר בגופו של בעל חיים, לצד מערכת הדם ומערכת העצבים. את שלוש מערכות אלו נהוג לכנות 'משולש החיים', משום שהן תלויות אחת בשניה. פגיעה באחת מהן תפגע גם בפעילות התקינה של שתי המערכות האחרות, ותסכן את חייו של בעל החיים.
מבט פנימה אל מערכת הנשימה
כיצד נראית מערכת הנשימה האנושית?
מערכת הנשימה של היונקים, והאדם ביניהם, נחשבת למערכת מפותחת למדי, ומורכבת ממספר איברים: האף, הפה, בית הבליעה, קנה הנשימה והריאות. ישנן שתי ריאות, ובהן מתבצעת תחלופת הפחמן הדו-חמצני שהצטבר בגוף בחמצן טרי.
הריאות אחראיות גם על הכנסת מולקולות החמצן ששאפנו אל מחזור הדם, כדי שאלו יגיעו אל תאי הגוף ויאפשרו את הנשימה התאית.
לחצו על התמונה להגדלה.
כיצד משתתפים השרירים בנשימה?
פעולת הנשימה מתבצעת בזכות שרירי הצלעות, שעוטפים את הריאות, ובעיקר בזכות הסרעפת. הסרעפת היא שריר גדול שנמצא ממש מתחת לריאות.
השאיפה מתרחשת כאשר כלוב הצלעות נפתח והסרעפת משתטחת ונעה כלפי מטה. מצב זה מאפשר לריאות לגדול לחלל גדול יותר. לחץ האויר שבתוך הריאות מתחיל לרדת, וכתוצאה מכך מתבצעת יניקה של אוויר, מחוץ לגוף אל תוך הריאות.
כדי להוציא אוויר אנו נושפים ע"י הגדלת שריר הסרעפת. הגדלת הסרעפת גורמת להקטנת החלל שבתוך הריאות, מה שדוחף את האוויר שנמצא בתוכן החוצה.
האם כדאי לשאוף דרך האף או דרך הפה?
אצל רוב היונקים, כניסת האוויר למערכת הנשימה נעשית דרך האף. הנשימה דרך האף מחממת את האויר, ומעבירה אותו סינון, שמתבצע על ידי שערות האף וממברנות הריר. תפקידן הוא ללכוד אבק וחומרים מזיקים, ולמנוע מהם להיכנס למערכת הנשימה שלנו.
חלל מעבר האוויר בפה קטן מחלל מעבר האוויר באף (וכידוע לנו, חלל הפה אינו מכוסה שיער), ולכן האוויר שאנו שואפים דרך הפה לא עובר ניקוי או חימום כפי שקורה באף.
היונקים הימיים נושמים גם הם בעזרת ריאות, אך ישנם כמה הבדלים. כדי למנוע ממים להיכנס לתוך מסלול האוויר, היונקים הימיים ניחנים בסגר לקנה הנשימה, ואוטמים אותו כאשר הם נמצאים מתחת למים. היונקים הימיים מחליפים קרוב ל- 90% מהגזים שבגופם בנשימה אחת. כך ביכולתם לאגור כמויות גדולות יותר של חמצן ולהיפטר מיותר תוצרי לוואי בבת אחת.
אחד ממיני הלוויתן מסוגל, בזכות נשימה אחת, לשהות 138 דקות שלמות מתחת למים.
לשם השוואה, סוסים נושמים 12 פעמים בדקה, וחזירים 40 פעמים בדקה.
ניסוי: נסו לספור כמה פעמים אתם נושמים בדקה!
כוונו שעון עצר ל-60 שניות, וספרו כמה נשימות מלאות אתם מבצעים עד לסיום 60 השניות. חשוב לספור נשימות מלאות – מחזור נשימה מלא כולל שאיפה ונשיפה.
זהו אינו תרגיל פשוט. מדוע?
עצם העובדה שאנו יודעים שאנו נמצאים תחת מבחן, גורמת לנו להתרגש. כשאנחנו מתרגשים, קצב הנשימה שלנו משתנה וקורה אחד מהשניים: גופנו מתחיל לנשום בכבדות, או שהוא מתחיל לנשום במהירות. כך או כך, יהיה לנו קשה מאוד לדעת מהו קצב הנשימה הרגיל שלנו!
מה אפשר לעשות? אפשר לספור כמה פעמים בדקה נושם אדם קרוב אלינו – בן משפחה או חבר, אך חשוב לעשות זאת מבלי שהוא יודע שאנו מודדים את קצב נשימתו 
פגיעה במערכת הנשימה
מערכת הנשימה מאוד פגיעה בנוכחותם של רעלים ומחלות. מחלות שונות כדוגמת דלקת ריאות יכולות לגרום לריאות להתמלא בנוזל. במצב שכזה, הגוף לא מסוגל למלא את ריאותיו במספיק חמצן לקיום הנשימה התאית.
הקשר ההדוק שקיים בין מערכת הדם ובין מערכת הנשימה גורם לכך שמלבד חמצן ופחמן דו חמצני, עלולות לחדור למערכת הדם גם תרכובות מזהמות: וירוסים, חיידקים, רעלים שונים (תוצרי עישון או תוצרי אוויר מזוהם), ועוד.
הנה שתי תמונות של ריאות. תוכלו לנחש איזה זוג ריאות הן הריאות החולות ששייכות לאדם מעשן, ואיזה זוג ריאות הן הבריאות, ששייכות לאדם לא מעשן?
אנשים מעשנים עלולים לסבול מהצטברות של זפת בריאות, ועקב כך, להקטין את כמות החמצן שיכולה להיקלט בריאות ולעבור אל התאים בגוף.
אם שמתם לב שאנשים מעשנים מתקשים לנשום לאחר מאמץ פיזי, כמו עליה במדרגות, וזוהי בדיוק הסיבה. בזמן מאמץ פיזי, תאי השרירים שלנו עובדים קשה יותר, ולכן נזקקים לכמויות חמצן גדולות יותר לצורך הנשימה התאית.
כפי שלמדנו, את החמצן שהם צריכים הם מקבלים ממערכת הנשימה, וכאשר מערכת הנשימה נפגמת, יכולתו של הגוף לעמוד במאמץ נפגמת.
נפלאות האבולוציה – מערכות הנשימה שהטבע בחר לעצב
כפי שאנו מבינים, כל היצורים בממלכת בעליל החיים זקוקים לחמצן כדי להתקיים. אך האם זה אומר שמבנה מערכת הנשימה של כל בעלי החיים הוא זהה? האם מערכת הנשימה בבעלי החיים השונים מתפקדת בדיוק באותה צורה?
יצאנו לבדוק!
1. מערכת הנשימה בחרקים
בחרקים, מערכת הנשימה כוללת מערכת של צינורות נשימה, שמאווררת את הרקמות בצורה ישירה. צינורות מערכת הנשימה מסתעפים עוד ועוד, לצינורות קטנים יותר ויותר, שמגיעים לכל אבריו של החרק. אפשר לדמות זאת לעורקים המסתעפים לורידים ולנימים זעירים יותר ויותר במערכת הדם הסגורה שלנו.
2. מערכת הנשימה בזוחלים
גם מערכת הנשימה של הזוחלים כוללת ריאות, בדומה ליונקים, אך הזוחלים בדרך כלל חסרי סרעפת, ולכן צורת נשימתם שונה. הזוחלים ישתמשו בשריריהם שמחוברים לצלעות, לשם הרחבת בית החזה בעת שאיפה, ולשם הקטנתו בעת נשיפה. בזמן פעילות גופנית מאומצת (למשל בריחה מטורף) ייאלצו הזוחלים לעצור את הנשימה שלהם, מכיוון שהם משתמשים באותם השרירים כאשר הם נמצאים בתנועה מהירה.
3. מערכת הנשימה בדו-חיים
פעמים רבות, יצורים דו חיים ניחנים ביכולת לבצע את תהליך הנשימה שלהם דרך העור. עורם של הדו-חיים מכיל כלי דם רבים, שקרובים מאוד לפני השטח של העור. כך מתאפשרת תחלופת הגזים (דיפוזיה) בקלות רבה דרך העור.
4. מערכת הנשימה בעופות
מערכת הנשימה של העופות משוכללת יותר מזו של יונקים, בזכות הבדל עיקרי אחד: המסלול שעובר האויר בתוך גוף הציפור כולל מעבר במערכת של שקי אוויר. לציפורים יש בגופן עד 9 שקי אוויר, שמתחלקים לשני סוגים:
- שקים אחוריים, שממוקמים בחלקו האחורי של הגוף ותפקידם הוא לאגור אוויר טרי למשך זמן קצרצר, לפני שייכנס אל הריאות.
- שקים קדמיים, שממוקמים בחלקו הקדמי של הגוף, ותפקידם הוא לאגור אוויר 'משומש' (שכבר עבר בריאות) למשך זמן קצרצר, לפני שייצא מגופה של הציפור.
כאשר הציפור שואפת ונושפת, שקי האוויר דוחפים את האוויר קדימה במערכת הנשימה, באופן שמזכיר מעט את פעולתו של המפוח. כיצד משרתים שקי האוויר את המערכת הנשימה?
כשציפור שואפת אוויר, האוויר עובר בעצם בשני מסלולים. חלקו עובר הישר אל הריאות (שם נכנסות מולקולות החמצן למחזור הדם) ומשם לשקי האוויר הקדמיים, אך חלקו האחר נכנס אל שקי האוויר האחוריים, לאגירה זמנית. כאשר היא נושפת, האוויר שמילא את השקים הקדמיים יוצא החוצה, אך האוויר שנאגר בשקים האחוריים (אוויר עשיר בחמצן שעדיין לא עבר בריאות), מועבר אל הריאות להעברת אספקה נוספת של חמצן למחזור הדם, ומשם יוצא אל השקים הקדמיים.
אם כך, גם אצל הציפור, הנשימה כרוכה בשתי פעולות שהציפור מבצעת: שאיפה ונשיפה. אך בזכות מערכת הנשימה המשוכללת שלה (בשונה ממערכת הנשימה של היונקים), עובר אוויר טרי דרך הריאות (ומספק חמצן למערכת הדם) לא רק כאשר הציפור שואפת, אלא גם כאשר היא נושפת אוויר!
מכאן שקצב אספקת החמצן למחזור הדם של הציפור הוא כפול!
5. מערכת הנשימה בדגים
בדגים, מערכת הנשימה פרימיטיבית יותר, ואינה מכילה איברים רבים, אלא איבר אחד – הזימים. הזימים נמצאים בסמוך לראש הדג, משני צידיו. הם באים במגע עם המים שבהם הדג חי, ואוספים את החמצן מהמים כדי שישמש את התאים בגוף הדג. הזימים מורכבים מקרומים דקים בצורת קשתות, שמכילות מאות סיבים כל אחת. בכל סיב כזה מתרחש חילוף הגזים. המוני נימי דם זעירים סופגים את החמצן שנמצא במים, ומכניסים את מולקולות החמצן ישירות אל מערכת הדם של הדגים. הזימים אחראיים גם על שחרור הפחמן דו חמצני ממערכת הדם של הדג, בחזרה למים.
אם כך, הדגים בעצם בולעים מים כדי לנשום! הם נושמים על-ידי בליעת מים דרך הפה ולהזרמתם אל מחוץ לגוף, דרך הזימים. הדגים חייבים להיות בתנועה מתמדת במים, כדי להמשיך ולהעביר מים דרך הזימים שלהם. כשהדגים אינם נעים, הם בעצם עוצרים את נשימתם.
איך ייתכן שהדגים נושמים חמצן בעודם נמצאים בתוך המים?
מהיכן מגיע החמצן? האם אלו בועות אוויר שבוקעות ממעמקי האוקיינוס, שאותן הדגים צריכים 'לתפוס'?
החמצן מגיע למים למעשה מהאוויר. לא רק מלחים מומסים במי הים (לכן מי הים מלוחים), גם גזים יכולים לעבור תהליך דומה. החמצן המומס במים מגיע, דרך הזימים, לדמם של הדגים, וכך מועבר לתאים לצורך ביצוע הנשימה התאית.
מעניין לדעת: אופן התפתחות מערכת הנשימה האנושית
מערכת הנשימה האנושית מתפתחת, למעשה, בסביבה של מים, ולא של אוויר. הדבר קורה במהלך ההיריון, כמובן
הפעם הראשונה שבה מערכת הנשימה האנושית תתפקד, באמצעות צריכת אוויר, היא בעת הלידה. זהו מבחן קשה לכל תינוק שנולד, וזהו הסממן שלו כולם מצפים בעת לידת התינוק – הבכי הראשון, שמסמן את התחלת הנשימה.
אם כך, על אף שמערכת הנשימה של היונקים מתפתחת במהלך ההיריון, היא אינה פעילה בזמן זה. ההתפתחות של מערכת זו מחולקת לשלושה שלבים:
- עד שבוע 16 של ההיריון – התפתחות הריאה, ללא התפתחות היכולת לבצע חילופי גזים בין האוויר שבריאות ובין הדם. נשימה לא אפשרית בשלב זה, והעוברים הנולדים בשלב זה של ההיריון למעשה לא יכולים לחיות, ולכן לא שורדים.
- משבוע 16 ועד שבוע 26 של ההיריון – נוצרים הסימפונות. הסימפונות הם שני הצינורות שדרכם חודר האוויר שאנו נושמים אל הריאות. בתום תקופה זו של ההיריון העובר כבר יהיה מסוגל לנשום אוויר, אבל רק מיעוט העוברים שיוולדו בתקופה זו ישרוד.
- משבוע 26 ועד סוף ההיריון – נוצרים תאי מערכת הנשימה ומתפתחת היכולת להעברה יעילה של חמצן למערכת הדם.
מערכת הנשימה ממשיכה להתפתח במהלך תקופת הינקות והילדות.
