גוף בפעולה
על האתרספריההעקרונותמה בתפריטקר בחרמוןעל גלגליםמתוק, מתוקחם בנגב
 

חמצן O2 - שיווי משקל דינמי, תרגיל אישי




רגע , עצרו את הכול!
שמתם לב? אתם נושמים?
את זה אל תעצרו !
חשבתם אי-פעם למה אנחנו שואפים אוויר ונושפים אותו? לפניכם תרגיל קצר; עדיף לבצעו בצמדים.

תרגול אישי



  1. ספרו כמה פעמים בדקה אתם שואפים ונושפים אוויר ורשמו את התוצאות:
    אחד מבני הזוג מודד משך זמן של דקה והשני סופר מספר נשימות.
    החליפו את התפקידים: מי שמדד זמן בסיבוב הראשון סופר את הנשימות של חברו בסיבוב השני.
  2. חזרו על פעולה זו במשך שלוש דקות ורשמו את מספר הנשימות בדקה.
    חשבו ממוצע של מספר הנשימות בדקה לאדם.
    בדרך כלל אינכם מבצעים פעולות שאינן הכרחיות; מכאן שלנשום זו פעולה הכרחית.
    חשבו ורשמו מדוע אנו מוכרחים לנשום ?

תוכלו לקרוא על כך בהמשך לשם הרחבת הידע. אל תשכחו להמשיך לנשום!
למרבה המזל, פעולת הנשימה אינה תלויה בנו. חשבו, האם זה עניין של מזל?

תוכלו לקרוא על כך בהמשך לשם הרחבת הידע. אל תשכחו להמשיך לנשום!
למרבה המזל, פעולת הנשימה אינה תלויה בנו. חשבו, האם זה עניין של מזל?

לראש העמוד

רקע כללי

עצרו רגע את הכול! כבר שמתם לב שאתם נושמים; את הנשימה אל תעצרו. חשבתם למה אנחנו שואפים, נושפים ומוכרחים לנשום?
לקיום חיים דרושה אנרגיה. האנרגיה מופקת בתהליכי נשימה בתא ובתהליכים אלה מעורב חמצן שמקורו באוויר. שאיפת האוויר אל הריאות היא הצעד הראשון במסלול מעברו של החמצן מהסביבה החיצונית אל הסביבה התוך-תאית ובהשתתפותו בתהליך הנשימה של התא. הצעדים הבאים הם מעבר החמצן למערכת הדם, נשיאתו בדם ומעברו מהדם לתאים.
החמצן חיוני מאוד לקיום החיים. יציבותה של רמת החמצן בדם נשמרת.
רמת החמצן (O2) ורמת הפחמן הדו-חמצני (CO2) נמדדת בדם, מדווחת למרכז בקרה ומפעילה את מנגנון הנשימה לפי הצורך.
יש מחלות הפוגעות בקליטת החמצן ובהובלתו בדם; על כך תוכלו ללמוד ולחשוב במדור "רגע חושבים".



לראש העמוד

חשיבות מאזן חמצן לקיום יצורים חיים

עתה נכריז על הפסקה במשחק. בואו והיכנסו אתנו לחדר ההלבשה של נבחרת הכדורגל של ברזיל.
מה שומעות אוזנינו? על מה מדברים שחקנים בהפסקה של המשחק?
על התוצאה במחצית? על המהלכים במחצית? על ההחמצות?

גם על נושאים אלה, אבל לא רק עליהם. הם מדברים על ערכי ה- VO2max האישיים שלהם שנמדדו אתמול באימון. מה זה VO2max ?
VO2max אישי הוא נתון המשקף את יכולתם הפיזית של ספורטאים להגיע להישגים. נתון זה הוא אישי, ניתן למדידה ולשיפור ולכן הוא כמובן חשוב ומעניין.
VO2 הוא נפח החמצן שהגוף צורך בכל דקה במהלך תרגול פיזי כאשר נושמים אוויר בגובה פני הים. ככל שאנו מתאמנים יותר עולים ערכי ה- VO2 (עד גבול מסוים) ומאפשרים הובלת כמות גדולה יותר של חמצן לתאים והפקת אנרגיה רבה יותר הדרושה במאמץ. VO2 max הוא נפח החמצן המרבי שהגוף צורך בכל דקה במהלך תרגול פיזי כאשר נושמים אוויר בגובה פני הים. זהו ערך מרבי שבו ניתן לשהות זמן קצר ביותר, ערך נקודתי המציין את ההספק האירובי המרבי, כלומר את "תקרת" כושרו האירובי של האדם.
במהלך משחק כדורגל נדרש הכדורגלן לרוץ קילומטרים. מספר הקילומטרים שרץ שחקן כדורגל נעים בין שישה ק"מ ל-12 ק"מ, על פי תפקידו במגרש. הקַשָרים הם שגומאים את המרחק הגדול ביותר ואילו הבלמים והחלוצים גומאים את המרחק הקצר ביותר. חשוב להדגיש כי משחק הכדורגל בנוי מעשרות מאמצים קצרים הנמשכים שלוש עד חמש שניות. תפקידה העיקרית של המערכת האירובית הוא לאושש את השחקן בין מאמץ אחד לזה שאחריו. להבדיל מרצי סבולת הרצים למרחקים ארוכים, שאצלם המערכת האירובית צריכה לספק אנרגיה בהספק גבוה למשך של דקות ועד לעשרות דקות, במשחק הכדורגל אין רצף של פעילות אירובית, כמו למשל בריצה של עשרה קילומטרים. אף שרץ למרחק של עשרה קילומטרים ושחקן כדורגל גומאים בתחרות את אותו המרחק, מדובר על תכונות פיזיולוגיות שונות לחלוטין. במהלך הריצה פועלים רוב שרירי גופם ותהליך כיווץ השרירים המתחולל בתאי השריר דורש השקעת אנרגיה מרובה.
האנרגיה אצורה במזון הנקלט בגופנו באמצעות מערכת העיכול, אולם אנרגיה זו אינה מאפשרת הפעלת שרירים באופן ישיר או תהליכים אחרים הדורשים השקעת אנרגיה והמתרחשים בתאי הגוף. כדי להשתמש ביעילות באנרגיה האצורה במזון יש להמיר אותה בתאים בתהליך הנשימה התאית האירובית לבניית מולקולות ATP . בתהליך כיווץ השרירים נצרכת אנרגיה המתקבלת מפירוק מולקולות ATP.


החמצן הכרחי בתהליך הנשימה התאית האירובית ומכאן חשיבותו הגדולה בתהליכי הפקת אנרגיה בתא, כיווץ השרירים ויכולתו הפיזית של הכדורגלן.
דרישה שוטפת של הגוף לאנרגיה מחייבת שמירה על רמה יציבה של חמצן בדם .

לראש העמוד

חמצן- איפה, איך וכמה ?

היה היה איש אחד, לא מיוחד, אולי זה אתה, אולי אני או אולי כל אחד.



כדי שלא יישאר באלמוניותו, נכנה אותו בשם: מר הומאוסטזיס. בקיצור נכנה אותו מר HS.
כדי להבין איך נשמר מאזן החמצן בדם הצטרפו אלינו אל המסע בגופו של מר HS.
לפני שנצא לדרך הנה כמה הוראות כלליות:
  • אין צורך לקחת דבר - לא מים ולא נעלי הליכה.
  • אין צורך במפה או במצפן וגם לא בכובע. פשוט הניחו לנו להוביל אתכם.
כדי להצטרף למסלול יהא עליכם לעבור הקטנה שתאפשר לכם להיכנס לרכב השטח שלנו - הקופסית השקופה המצוידת במיטב השכלולים הננו-טכנולוגיים, במנוע חזק, במערכת ניווט, בציוד קשר, בתאורה מצוינת ובציוד מעבדה לצורך דגימות ומדידות שייעשו במהלך הסיור במקומות שונים בגוף.



מתחילים! לחצו על כפתור המזעור העצמי, קפצו לתוך הקופסית, והנה אנחנו כבר נסחפים בזרמי האוויר הנשאף לריאות. זהירות, עוד שנייה והנה אנו עוברים את תאי נאדית הריאה יחד עם מולקולות החמצן - הציגו-נא דרכונים. עתה עזבנו את מערכת הנשימה ואנחנו משייטים במערכת הדם.
אנחנו נמצאים בנימי הדם הצרים הצמודים לנאדיות הריאה. המעבר קשה ממש - הקוטר כאן צר מאוד. אנחנו יכולים לראות את תאי הדם האדומים, עוברים מקופלים וצמודים לדופנות הנימה. רגע רגע, הטילו עוגן; עצרו למרות הסחף: זו תחנת המדידה הראשונה שלנו - נימי הריאה. כאן נבצע שתי בדיקות.
לביצוע הבדיקות לחצו על כפתור ה-:
  1. קישור חמצן להמוגלובין, כלומר סטורציה


  2. לחץ חלקי של חמצן - של החמצן המסיס בפלזמת הדם. 



הניווט בנימי הדם קשה במיוחד משום שהם צרים מאוד ומתאחדים ומתפצלים בנקודות רבות. הסירו דאגה מלבכם - לא נאבד את הדרך כי המסלול הוא מעגלי (בתנאי כמובן שמר HS שבגופו אנו מטיילים לא ייפצע ויאבד דם). שימו לב, המדריך מדבר: אנחנו זורמים מן הנימה לכלי דם רחב יותר, שאליו מגיעות נימים נוספות. המבנה שלו נראה ורידי; לכל אורך הדרך אנו נתקלים בשסתומי כיס.
שיט קצר ביותר מוביל אותנו אל הלב.
עצרו לבדיקה נוספת: אתם כבר מכירים את השיטה. הנה תחנת מדידה מספר 2 : וריד הריאה.
לביצוע הבדיקות לחצו על כפתור ה-:
  1. קישור חמצן להמוגלובין, כלומר סטורציה


  2. לחץ חלקי של חמצן - החמצן המסיס בפלזמת הדם. 



הגענו לעלייה השמאלית, ומיד לאחר התכווצות העליות בלב נדחסנו לתוך החדר השמאלי. לא הספקנו לנשום וכיווץ עז ביותר השליך אותנו מהחדר לאבי העורקים.
המדריך מסביר שעתה נפנה לכיוון העורק הקרוטי המגיע אל הראש.
הגענו. עוצרים שוב למדידה בתחנה מספר 3. בתחנה זו נמצאים דרך קבע חיישנים של מערכת העצבים המעבירים מידע שוטף למוח באמצעות תאי עצב .
החיישנים רגישים ללחצים החלקיים של חמצן פחמן דו-חמצני ולרמת החומציות.
לביצוע הבדיקות לחצו על כפתור ה-:
  1. קישור חמצן להמוגלובין, כלומר סטורציה


  2. לחץ חלקי של חמצן - החמצן המסיס בפלזמת הדם. 


  3. לחץ חלקי של פחמן דו-חמצני. 


  4. רמת חומציות( pH ).



אנו ממשיכים, הזמן דוחק ודרך ארוכה לפנינו. נחלוף במהירות בצינורות הדם אל המוח וממנו אל חלקו הימני של הלב, משם אל הריאות (כבר היינו פה. זוכרים ? ) ואל חלקו השמאלי של הלב. באבי העורקים נזרום הפעם עם הדם היורד אל עורקי הרגל, נעבור דרך אחד מנימי הדם המזינים את שרירי הרגל, והנה אנחנו בתחנה מדידה מספר 4 - הקצה הוורידי של נימת שריר הרגל.
לביצוע הבדיקות לחצו על כפתור ה-:
  1. קישור חמצן להמוגלובין, כלומר סטורציה. 


  2. לחץ חלקי של חמצן - החמצן המסיס בפלזמת הדם. 


  3. לחץ חלקי של פחמן דו חמצני. 


  4. רמת חומציות (pH)



רגע, מה מתרחש פה? מהירות השיוט, לחץ הדם קצב פעימות הלב וקצב הנשימות – כל אלה עולים. לאחר דיווח במערכת הקשר הכול ברור: מר HS התחיל את תרגילי החימום לפני משחק הכדורגל. צר לנו, מפה לא נוכל לצפות בו משחק.
אבל מעניין אילו שינויים יחולו בלחץ חלקי של החמצן ושל הפחמן הדו-חמצני בדם בתחנות הבדיקה השונות בגוף.
מנגנונים לחישה, לדיווח, לעיבוד ולתגובה
בשעת מאמץ עולה הדרישה לאנרגיה זמינה ולכן עולה הדרישה לחמצן. קצב הנשימה התאית גובר ורמת הפחמן הדו-חמצני והחומציות עולות. כל השינויים האלו מדווחים למוח.



שינויים ברמת החמצן בדם משפיעים על היכולת לייצר ATP בכמות הנדרשת. לכן, ולמרות השינויים, יש חשיבות רבה לשמירה על רמת החמצן יציבה בדם בערכים מסוימים.
שמירת היציבות אפשרית באמצעות מנגנונים הדוגמים בו-זמנית את הלחץ החלקי של החמצן, של הפחמן הדו-חמצני ושל רמת החומציות בדם. שינויים ברמת חומרים אלה במקומות שונים בדם נקלטים על ידי חיישנים ייחודיים המצויים על תאי עצב, הבאים במגע עם נוזל הדם והרגישים באופן ייחודי לחומרים השונים. את תוצאות "המדידה" הם מעבירים למוח באמצעות תאי העצב.
התגובה לשינוי באה לידי ביטוי בשינוי קצב הנשימה, בשינוי קצב אוורור הריאות ובשינויים פיזיולוגים נוספים. חיישני הלחצים החלקיים של החמצן ושל הפחמן הדו-חמצני מצויים במערכת העצבים המרכזית במוח המוארך ובמערכת העצבים ההיקפית בגופים הנקראים קרוטיים המצויים בהתפצלות העורק הקרוטי המוביל דם לראש. החיישנים לחמצן רגישים לחמצן המומס בדם ולא לזה הקשור להמוגלובין בתאי הדם האדומים (אך רמת החמצן המומסת מותאמת לזו הקשורה לחלבון ההמוגלובין). לחץ חלקי של החמצן המומס בדם מושפע מלחץ החמצן בסביבה. כל שינוי בלחץ החמצן החלקי בסביבה משפיע על לחצו החלקי בדם ומשפיע על אופן התקשרותו להמוגלובין בתאי הדם האדומים הנושאים אותו בדם.
השינוי המשפיע מידית הוא לחץ הפחמן הדו-חמצני. שינויים קטנים בלחץ הפחמן הדו-חמצני בעורק (PaCO2) גורמים לשינויים באוורור הריאה, כלומר משפיעים על קצב הנשימה. עלייה מ-40 מ"מ כספית ל- 45- 55 מ"מ כספית היא גירוי הסף הגורם לשינוי באוורור הריאה.
חיישנים נוספים במוח המוארך מגיבים לשינויים ברמת החומציות של הנוזל הבין-רקמתי המקיף את גזע המוח. שינוי בחומציות הוא תוצאה של עלייה ברמות הפחמן הדו-חמצני בדם כתוצאה של הגברת קצב הנשימה התאי. התגובה של אוורור הריאה רגישה יותר לשינויים בלחץ החלקי של הפחמן הדו-חמצני.
החיישנים לחמצן רגישים פחות לשינויים. רק ירידה מתחת ל-70 מ"מ כספית (לחץ חלקי עורקי של חמצן= PaO2) גורמת לשינויים באוורור הריאה.

לראש העמוד

מנגנוני הסתגלות - עד כמה ?

יציבות של רמת החמצן בדם הכרחית להספקת אנרגיה. השאלה היא, האם אפשר להסתגל לשינויים בלחץ חלקי של החמצן?
מכירים את הסיפור על הדג? ובכן, היה דג שיום יום נלקח על ידי בעליו לטיול על שפת הברֵכה. ביום הראשון נמשך הטיול כמה שניות, ובכל יום התארך זמן הטיול עד שלמעשה התרגל הדג לנשום ביבשה. יום אחד טייל הדג על שפת הברֵכה הרטובה, החליק וטבע…



זה כמובן רק סיפור, והאמת היא שדג אינו מותאם לקליטת חמצן מהאוויר כי אם לקליטת חמצן המומס במים.
בני אדם ובעלי חיים יבשתיים עשויים להיחשף לסביבות שבהן רמת החמצן נמוכה. האם אנחנו יכולים להסתגל לכך ולהישאר בחיים?
הישרדותנו בתנאים החדשים תלויה בקצב שינוי הלחצים החלקיים של החמצן בסביבה ובלחץ החלקי של חמצן הנמוך ביותר שבו עדין נוכל לקלוט חמצן המספיק לצורך הפקת האנרגיה הדרושה בתאים.
מסיסות החמצן בדם נמוכה מאוד ורובו קשור לחלבון ההמוגלובין המצוי בתוך תאי הדם אדומים . כל תא דם אדום מכיל מאגר עצום של חלבון ההמוגלובין הקושר חמצן. בכל תא דם אדום כ-280 מיליון תאי הדם אדומים מולקולות המוגלובין התופסות 99% מנפח ציטופלזמת התא. כל אחת מהן יכולה לקשור ארבע מולקולת חמצן. באזור הריאות מתבצע קישור החמצן להמוגלובין ותפוסת החמצן הופכת להיות מלאה, כלומר 100% רוויה (סטורציה). בנוסף, חלק מהחמצן שעבר בדיפוזיה לזרם הדם הוא מסיס בפלזמת הדם ולחצו החלקי הוא 100 מ"מ כספית באזור זה.
בואו ננסה להבין את הדבר באופן אישי: לו הייתם תא דם אדום הייתם נוצרים במוח העצמות. יחד אתכם היו נוצרים במהלך יממה עוד שני מיליארד תאי דם אדומים.



אורך החיים שלכם היה כ-120 יום. בזמן זה הייתם מספיקים לגמוא מסע בן 300,000 ק"מ!!! בכל יום הייתם עוברים פעמים רבות דרך הלב ובכל ארבע שניות הייתם מסיימים לבצע מחזור דם שלם במנוחה. בזמן מאמץ מהירותו של מחזור דם אחד גדולה יותר!
תפקידכם היה לשאת חמצן מהריאות לרקמות הגוף באמצעות כמות עצומה של חלבון המוגלובין שיש בתוככם. את הפחמן הדו-חמצני תפנו באופן חלקי (על בסיס מקום פנוי...) מהרקמות ואל הריאות. צורתכם כדיסקית שטוחה ושקע קעור משני צדיה, קוטרכם כ-7 מיקרומטר. צורה זו מקנה לכם גמישות רבה במעבר בנימים צרות ומגדילה את היחס בין שטח הפנים שלך ובין הנפח שלכם ובכך משפרת את דיפוזיית הגזים אליכם וממכם.
חלבון ההמוגלובין שיש בך הוא מולקולה המורכבת מארבע שרשרות חלבון שכל שתיים מהן זהות (אלפא וביתא). כל שרשרת מכילה קבוצה כימית הנקראת Haem ובמרכזה אטום ברזל הקושר את החמצן המולקולרי (O2).
אתם חסרי גרעין ומיטוכונדריה ובכך שונה מכל שאר תאי הגוף. למרבה האירוניה, אף שאתם קושרים כמויות חמצן גדולות הנשימה התאית שלכם (ואל תיעלבו) עלובה מאוד ואינה צורכת חמצן.
והנה עוד כמה עובדות מעניינות: אתם מוקפים קרום תאי המורכב מארבע שכבות הקשורות לשלד התא. מבנה זה וצפיפות החומרים בתא מאפשרים את שינוי הצורה ואת הגמישות הדרושים לעמידה בלחצים שונים של הזרימה בצינורות ההובלה השונים ובמעברכם בנימים.
בגלל היעדר גרעין ומיטוכונדריה אתם חסרי יכולת לתקן פגמים. לאחר מסע של כ-300,000 ק"מ שנמשך כאמור כ- 120 יום בתוך מערכת הדם, צפיפות החומרים בתא עולה, ההתייבשות גוברת וקרום התא נפגע. גורמים אלה משפיעים על גמישותכם ומפחיתים את יכולתכם לעבור דרך כלי דם דקים במיוחד ומזרזים את הזדקנותכם.

צורתו של תא דם אדום, מבנה התא והרכבו הכימי מותאמים לנשיאת החמצן בדם. אף שאורך חייו מוגבל, הדם מכיל תאי דם אדומים שמספרם יציב. עובדה זו מצביעה על מנגנוני הומאוסטזיס המפקחים על ייצור תאי דם אדומים. במנגנונים אלו מעורב ההורמון אריתרופוייטין EPO .


כאשר מטפסים על הר גבוה או מאבדים דם יורדת רמת החמצן בדם. בתגובה לכך מוגברת הפרשת ההורמון אריתרופוייטין EPO מהכליה.



ההורמון מגרה ייצור של תאי רטיקולוציטים (Reticuloyte) מתאי מוצא אריטרואידים במוח העצמות . בסוף תהליך ההתמיינות הם יהפכו לתאי דם אדומים. תאי דם אדומים לא בוגרים אלה נכנסים לזרם הדם. לתאים הצעירים צפיפות נמוכה ויכולת שינוי צורה (גמישות) גבוהה יותר ולכן הם יעילים יותר בנשיאת חמצן לשרירים במצב של היפוקסיה בנימים צרות. תהליך זה מבקר את ייצור תאי הדם האדומים ונקרא אריתרופויזיס (Erythropoiesis).
בכל שנייה נוצרים 2.5 מיליון תאי דם אדומים במוח העצמות במטרה להחליף את התאים המושמדים.
מכיוון שרוב החמצן מועבר בדם על ידי תאי דם אדומים, בעת ירידת רמת החמצן בא הפיצוי בייצור יתר של תאי דם אדומים המתבטא בעליית ההמטוקריט . כשמספר תאי הדם האדומים גדול דיו, מואט קצב הפרשת ההורמון אריטרופייטין EPO מהכליה. למעשה מופעל כאן מנגנון של משוב שלילי - רמת חמצן גבוהה בדם מדכאת הפרשה של הורמון אריטרופוייטין EPO.
כך אפוא נשמרת ומבוקרת יכולת נשיאת החמצן אל התאים בתנאים שונים כתוצאה מהפעלת מנגנונים המווסתים את מספר תאי הדם האדומים.
נוסף לעלייה במספר תאי הדם האדומים עולים קצב הלב, לחץ הדם, קצב הנשימה וקצב אוורור הריאה וכל אלה מאפשרים הספקת חמצן יעילה יותר.

לראש העמוד

   
חזרה

חם בנגב | מתוק, מתוק | על גלגלים | קר בחרמון | מה בתפריט | העקרונות | ספריה | על האתר | לדף הראשי

כל הזכויות שמורות © משרד החינוך התרבות והספורט

האתר נבנה בידי סנונית
הומאוסטזיס בגוף האדם