מערכת הנשימה

מערכת הנשימה באדם אחראית לחימצון הדם ולפליטת פחמן דו-חמצני. הדם המחומצן מספק חמצן לתאים, שם הוא משתתף בתהליכים של נשימה תאית.

האף, ממלא תפקיד בסינון ובחימום האוויר. בתוך האף יש חלל גדול מחולק למחיצת אף, ובו שלוש קונכיות בעצם שמצופות רירית ריסנית. ריסים אלה תופסים חלקיקי אבק ומזהמים. המבנה המפותל מגדיל את שטח המגע עם האוויר, וכך האוויר מתחמם ומלחלח. מעבר האוויר דרך הפה קטן ופחות יעיל, לכן עדיף לנשום דרך האף.

קנה הנשימה, צינור בין הגרון לסימפונות. בפתח הקנה יש את האפיגלוטיס (מכסה הגרון) שמונע כניסת מזון לקנה בזמן בליעה. הקנה מתחזק על ידי טבעות סחוס בצורת פרסה, מה שעוזר לשמור אותו פתוח. מיתרי הקול נמצאים בקנה והם יוצרים קול בעת תנועה. אורכו של קנה הנשימה כ-10 ס"מ והוא מתפצל לשתי סימפונות, אחת לכל ריאה.

הריאות והפליאורה, כל סימפוניה מתפצלת לברונכיאולות ולבסוף לנאדיות (alveoli), שקיקים זעירים של אוויר. הריאות עטופות בשני קרומי פליאורה; ביניהם נוזל שמאפשר לקרומים להיצמד. כשהסרעפת ושרירי בית החזה מתכווצים נפח בית החזה גדל, הקרומים מושכים את הריאות, הלחץ בריאות קטן ואוויר נכנס.

הנאדיות (alveoli), שקיקים קטנים בעלי דופן דקה מאוד, שמוליכים את החמצן לדם דרך נימי הדם והפחמן הדו-חמצני החוצה. עובי המחיצה בין האוויר לדם מאד קטן, ולכן חילוף הגזים מתרחש במהירות. יש כ-300 מיליון נאדיות בשתי הריאות, וסך השטח שלהן כ-100 מטרים רבועים. נאדיות מקובצות לאונות; בכל ריאה יש מספר אונות (בימנית שלוש, בשמאלית שתי אונות).

הבקרה, נשימה מווסתת בעיקר לפי ריכוז הפחמן הדו-חמצני (CO2) בדם. יש קולטנים בדם שמודיעים למוח המוארך לשלוט בקצב ובעומק הנשימה.

שאיפה, כאשר CO2 גבוה, המוח מפעיל את הסרעפת והשרירים הבין-צלעיים. הסרעפת מתיישרת והופכת לשטוחה, ונפח בית החזה גדל. בעקבות זאת הריאות נמתחות, הלחץ בתוכן יורד ואוויר נכנס עד לנאדיות. שם נעשה חילוף הגזים לפי הבדלי הריכוזים.

נשיפה, בדרך כלל תהליך פסיבי. קולטני לחץ בריאות שולחים אותות למרכז הנשימה, השרירים נרפים, הסרעפת חוזרת לעמדה קעורה, הנפח קטן ולחץ עולה, ואז האוויר יוצא. בזמן מאמץ מופעלים שרירים נוספים לנשיפה.

הריאה אינה מנצלת את כל החמצן בכל שאיפה. לכן האוויר הנשוף עדיין מכיל חמצן, והעובדה הזאת מאפשרת הנשמה באוויר נשוף.

דרכי האוויר מחולקות למערכת הולכה, מערכת ביניים (בה נמצאות הברונכיאולות הרספירטוריות) ולמערכת נשימה שבה נמצאים תעלות ונאדיות. לאורך דרכי ההולכה יש שכבות אפיתל (רירית) ושריר חלק; בקרבה לסחוס שכבות הסחוס מצטמצמות בהדרגה. האפיתל המצפה את דרכי האוויר הוא אפיתל פסאודו-רב שכבתי (תא אחד שנראה כרב שכבתי). יש תאי ריס (ciliated) ותאי גביע (goblet) שמייצרים ריר. בצברי רקמה יש גם צברי לימפוציטים הנקראים BALT, שמבצעים תפקיד חיסוני.

בחלק הנשימתי האפיתל נעשה דק ולבסוף חד שכבה שטוח, כדי לאפשר העברה יעילה של גזים.

המערכת מתפתחת בתוך הרחם בתנאים מימיים. העובר מקבל חמצן מדמם של האם בעזרת הדיפוזיה והמערכת אינה פעילה עד הלידה. הנשימה האמתית הראשונה מתרחשת בלידה. הריאות ממשיכות להתפתח אחרי הלידה במהלך הינקות והילדות.

ביצורים מאוד קטנים חילוף הגזים נעשה בדיפוזיה ישירה דרך המשטח. בעלי חיים גדולים יותר פיתחו פתרונות שונים:
- דגים נושמים דרך זימים. מים זורמים על עלעלי הזימים והחמצן עובר לדם בעזרת זרימה נגדית (countercurrent).
- דו-חיים צעירים (ראשנים) נושמים בזימים; במבוגרים יש גם ריאות. דו-חיים רבים גם נושמים דרך העור; העור חייב להיות לח ודק.
- זוחלים נושמים בריאות, לרוב אין להם סרעפת, ולכן שרירים בין הצלעות מזיזים את בית החזה.
- עופות משתמשים בריאות ושקי אוויר. שקי האוויר והמבנה יוצרים זרימת אוויר בכיוון קבוע והריאה נהנית מאוויר עשיר בחמצן גם בנשיפה.
- חרקים נושמים בצינוריות (טרכיאות) שמובילות את האוויר ישירות לרקמות. הטרכיאות מסתעפות עד לטרכיאולות קטנות, ובקצותיהן נמצא נוזל שבו החמצן מומס ומפעפע לרקמות.

מערכת הנשימה נותנת חמצן לדם ומאפשרת לפלוט פחמן דו-חמצני.

האף מסנן ומחמם את האוויר. בתוך האף יש ריסים קטנים שתופסים אבק. עדיף לנשום דרך האף כי האוויר שם מתנקה ומתחמם.

קנה הנשימה הוא צינור שאורכו כ-10 ס"מ. יש עליו טבעות סחוס ששומרות אותו פתוח. באפיגלוטיס (מכסה הגרון) נסגרת בזמן בליעה כדי שהאוכל לא יכנס לקנה.

הריאות הן שני איברים שנכנס אליהם אוויר מהקנה. בתוך הריאות יש נאדיות - שקיקים קטנים של אוויר. נאדיות הן מקום חילוף הגזים. יש בערך 300 מיליון נאדיות בשתי הריאות. שטח המשקל שלהן גדול, כ-100 מטרים רבועים.

כאשר הסרעפת (שריר גדול מתחת לריאות) מתכווצת, נפח בית החזה גדל והאוויר נכנס. כשזה נרפא, האוויר יוצא החוצה.

דגים נושמים עם זימים. זימים לוקחים חמצן מהמים.

דו-חיים צעירים יש להם זימים. מבוגרים יכולים לנשום בריאות ולעיתים גם דרך העור.

עופות משתמשים גם בשקי אוויר כדי לשמור על זרימת אוויר קבועה. זה עוזר להם לקבל הרבה חמצן.

חרקים נושמים בצינוריות קטנות שנכנסות לכל חלקי הגוף. האוויר מגיע ישר לרקמות דרך הצינוריות האלה.