מחזור הריאות

מחזור הריאות (נקרא גם מחזור הדם הקטן) באדם הוא תהליך בגוף האדם שמטרתו להפוך דם דל בחמצן ועשיר בפחמן דו-חמצני, שהגיע ללב אחרי מחזור הדם הגדול, לדם עשיר בחמצן ודל בפחמן דו-חמצני. הדם מוזרם מהלב לריאות דרך עורק הריאה, המתפצל לשניים (עורק אחד לכל ריאה), ומובל לנאדיות הריאה שם הוא מועשר בחמצן (ומשחרר לנאדיות מהפחמן הדו-חמצני שהיה בו). מנאדיות הריאה הוא עובר לורידי הריאה, דרכם הוא זורם בחזרה אל העלייה השמאלית בלב לקראת כניסה למחזור הדם הגדול בו הדם יספק חמצן לכל הרקמות בגוף.

תפקיד מחזור הריאות
במהלך מחזור הדם הגדול ("המחזור הסיסטמי") הדם מוסר לרקמות חמצן לצורך פעולתן התקינה ואוסף מהן פסולת של פחמן דו-חמצני. המסירה והאיסוף של הגזים הללו מתבצעת בדיפוזיה בין הדם לרקמות עקב הפרש הריכוזים של החומרים בין הדם לבין רקמות. כלומר, המסירה והאיסוף מתבצעים כשורה כאשר החמצן בריכוז גבוה יותר בדם מאשר ברקמות והפחמן הדו-חמצני בריכוז נמוך יותר. כשהדם חוזר ללב בסיום מחזור הדם הגדול הוא עני בחמצן ועשיר בפחמן דו-חמצני ולכן לפני שייצא שוב למחזור נוסף עליו להעלות את ריכוז החמצן ולהוריד את ריכוז הפחמן הדו-חמצני. זהו בדיוק תפקידו של מחזור הריאות. במחזור הריאות (הנקרא גם "המחזור הקטן" כיוון שהריאות קרובות ללב ולכן המסלול שהדם עובר בו קצר ביחס למסלול שעליו לעבור בו במחזור הגדול) הדם יוצא מהלב אל הריאות. בנאדיות שבריאות, בתהליך דיפוזיה, הדם פורק את הפחמן הדו-חמצני ואוסף את החמצן. לאחר שהועמס בחמצן ממשיך הדם ללב, כך שכשהוא חוזר אל הלב בסוף המחזור הקטן הוא מוכן ליציאה למחזור הגדול כדי להעשיר את רקמות הגוף בחמצן.

מהלך מחזור הריאות
תחילת מחזור הריאות בלב
 מרכז|250px| מרכז|250px|<small>
איור 2: בשלב הרפיית הלב (משמאל) נכנס הדם לתוך הלב ועובר דרך המסתמים הצניפיים מהעליות לחדרים.
בשלב התכווצות הלב (מימין) עובר הדם דרך המסתמים הירחיים מהחדרים לעורקים ויוצא מתוך הלב.
הדם חוזר ממחזור הדם הגדול אל הלב דרך שני וורידים גדולים - הווריד הנבוב העליון שמנקז בעיקר את ורידי הראש, החזה והגפיים העליונות, והווריד הנבוב התחתון שמנקז בעיקר את איברי הבטן, האגן והגפיים התחתונות. וורידים אלה מתנקזים אל העלייה (או ה"פרוזדור") הימנית בלב. זהו אחד מארבעת המדורים בלב הכוללים גם את העלייה השמאלית ואת החדרים הימני והשמאלי (שימו לב ש"ימין" ו"שמאל" אנטומיים מתייחסים לנקודת המבט של בעל האיבר ולכן באיור 1 למשל, המצויר מנקודת המבט של העומד מול בעל האיבר, האיברים ה"ימניים" מופיעים משמאל).

בדופן העליון של העלייה הימנית נמצא קוצב הלב (או "צומת הסינוס והעלייה" - SA node), המחולל באופן עצמוני פוטנציאל פעולה כ-70 פעמים בדקה במבוגר. כשהפוטנציאל מתפשט במורד שריר העלייה הוא גורם להתכווצותו. ההתכווצות מעלה את הלחץ של הדם בעלייה ולחץ זה גורם לפתיחת מסתם בין העלייה הימנית לחדר הימני (מסתם "העלייה והחדר" או המסתם "התלת-פסיגי" - בלועזית הטריקוספידלי), ובכך מאפשר לדם למלא את החדר הימני. אחרי מעבר הדם, יורד הלחץ בעלייה ומסתם העלייה והחדר נסגר כדי למנוע זרימה חזרה של הדם אל העלייה. תוך כדי מעבר הדם מהעלייה לחדר הימני ממשיך הדם לזרום מהוורידים הנבובים אל העלייה וגם לחדר. זה מתאפשר כיוון שאין מסתמים בכניסת הוורידים אל העלייה וכיוון שכווץ העלייה לא חוסם את המעבר. לפי מחקרים אחדים סידור זה מעלה את התפוקה של זרימת הדם.
שמאל|ממוזער|250x250 פיקסלים|איור 3: אנימציה ממוחשבת המראה את התכווצות העליות והחדרים והפתיחה המתואמת של המסתמים המאפשרים את זרימת הדם בין העלייה לחדר הימניים, ובין החדר לעורק הריאה (למעלה)
בזמן שהדם מספיק למלא את החדר הימני, האות החשמלי מגיע אל קשר הפרוזדור והחדר (או "צומת העלייה והחדר" - AV node) הנמצא סמוך למסתם בין העלייה לחדר. האות מתפשט במורד המחיצה המפרידה בין החדרים ועולה משם מעלה בדפנות שני החדרים. אות זה גורם להתכווצות החדרים מלמטה למעלה בתנועת סחיטה. לחץ הדם בחדר עולה ולחץ זה גורם לפתיחת מסתם נוסף ("סהרוני" בשל צורתו) בין החדר הימני לעורק הריאה ("מסתם עורק הריאה" - בלועזית "המסתם הפולמונרי"). התכווצות החדר חזקה מהתכווצות העלייה כיוון שעכשיו על הלחץ שנוצר לגרום לזרימת הדם עד הריאות (בעוד שכווץ העלייה רק היה צריך להספיק להעברת הדם אל החדר הסמוך). לכן שריר החדר הימני עבה וחזק משריר העלייה. שריר החדר השמאלי עבה וחזק עוד יותר כיוון שעליו לשלוח את הדם אל כל רחבי הגוף. כשהדם עובר אל עורק הריאה, הלחץ בחדר הימני יורד והמסתם נסגר כדי למנוע זרימה חזרה של הדם אל החדר. שימו לב שכלי הדם המובילים דם מהלב נקראים עורקים, ואלה המחזירים דם ללב נקראים וורידים - הן במחזור הקטן והן במחזור הגדול של הדם. אך במחזור הגדול, העורקים מובילים דם עשיר בחמצן והוורידים מחזירים דם עני בחמצן, בעוד שבמחזור הקטן העורקים (ובראשם עורק הריאה) מובילים דם עני בחמצן והוורידים מחזירים דם עשיר בחמצן.

מעבר הדם לריאות והמתרחש שם
בלחץ התכווצות החדר הימני הדם נכנס כאמור לעורק הריאה, שדפנותיו הגמישים תופחים. כשהלחץ מתרפה, הדפנות מתיישרים ודוחפים את הדם עוד מעט הלאה לכוון הריאות. לאחר מרחק קצר כלפי מעלה מתפצל עורק הריאה לשני עורקי ריאה - הימני והשמאלי הנושאים כל אחד את הדם אל הריאה המתאימה. בריאות, העורקים מתפצלים לעורקיקים קטנים יותר ולבסוף למעין "עץ" המתפשט בריאה עם עורקיקים המתפצלים לנימים זעירים רבים (ראו איור 1). עץ זה של כלי דם בריאה מקביל לעץ הסימפונות בריאה המכיל את האוויר הנישאף. קנה הנשימה מתפצל לשני צינורות (הנקראות סימפונות - bronchi) שבתורן מתפצלות לעץ של סמפונונות קטנות יותר. כחלק ממחזור הנשימה, התכווצות שריר הסרעפת שמתחת לריאות והתכווצות של השרירים הבין-צלעיים גורמים להגדלת נפח הריאות ולזרימת האוויר הממלא את עץ הסימפונות.

שמאל|ממוזער|250px|איור 4: נאדיות הריאה - נימים כחולים עם דם עני בחמצן שהגיע מהלב; נימים אדומים עם דם עשיר בחמצן שנקלט מהנאדיות;
 סיבים אלסטיים (מסומנים בירוק) כדי לאפשר את התנפחות הנאדיות בזמן השאיפה.
ימין|ממוזער|250px|איור 5: חילופי גאזים בנאדיות הריאה. פחמן דו-חמצני עובר בדיפוזיה מהנים לנאדית וחמצן עובר בדיפוזיה מהנאדית לנים.
הסימפונונות הקטנות ביותר מסתיימות בקבוצות של שקיקים זעירים, הנאדיות (alveoli), המתנפחים באוויר בזמן השאיפה. הנאדיות והנימים הנצמדים אליהן הם בעלי דפנות דקות ביותר (אפיתל בנאדיות ואנדותל בנימים) כדי לאפשר חילופי גאזים ביניהם בדיפוזיה (ראו איורים 4 ו-5). הנאדיות מוקפות ברשת של סיבים אלסטיים המאפשרים את מתיחתם בזמן ההתנפחות והן מפרישות חומר סיכה (surfactant) כדי למנוע את קריסת הנאדיות כשנפחן קטן. כדי לאפשר חילוף חומרים מקסימלי בין הנאדיות לנימים, הנאדיות הן בעלות שטח פנים כולל גדול ביותר - באדם בוגר יש בין 300 ל-450 מיליון נאדיות עם שטח פנים כולל של בין 80 ל-120 מטרים רבועים.

לחץ החמצן באוויר שהגיע מהאטמוספירה לנאדיות גבוה מלחץ החמצן בדם שבעורקי הריאה, מה שגורם למעבר חמצן בדיפוזיה מהנאדיות לדם שבנימים. החמצן נקשר ליוני הברזל שבקבוצות ה"הם" במולקולת ההמוגלובין שבדם. קשר זה הוא רופף מספיק כדי לאפשר אחר כך להמוגלובין לשחרר את החמצן כשהדם יגיע לרקמות במחזור הדם הגדול.

הפחמן הדו-חמצני שנספג בדם במהלך מחזור הדם הגדול נשמר בו בעיקר בצורה של ביקרבונט -HCO3 (כ-60%, השאר בפלסמה ובמולקולות המוגלובין). כשהדם מגיע לנימים הצמודים לנאדיות, הביקרבונט מפורק בחזרה לפחמן דו-חמצני (בעזרת אותו אנזים, קרבוניק אנהידרז, שיצר את הביקרבונט מלכתחילה). לחץ הפחמן הדו-חמצני בנימים כעת גבוה מאשר בנאדיות והוא זורם אליהן בדיפוזיה.

חזרת הדם מהריאות אל הלב
בנאדיות מסתיימת תנועת הדם הלאה מהלב והדם עובר למערכת וורידים המובילה אותו בחזרה אל הלב - הפעם כשהוא עשיר בחמצן ועני בפחמן דו-חמצני. מספר וורידים סימפונים מתנקזים אל ארבעה וורידי ריאה גדולים - שניים מכל ריאה. וורידי הריאה (העוברים מאחורי הלב) מנקזים את הדם אל העלייה השמאלית של הלב (ראו איורים 1 ו-2). כאן, בדומה ובמקביל לתהליך שתואר למעלה בקשר למתרחש בעלייה הימנית, העלייה השמאלית מתכווצת כתוצאה של האות החשמלי מקוצב הלב, לחץ הדם בעלייה עולה ונפתח מסתם העלייה והחדר השמאלי (המסתם הצניפי או המיטרלי) כדי לאפשר לדם למלא את החדר השמאלי. המסתם הצניפי נסגר על ירידת הלחץ בעלייה ושריר החדר השמאלי עכשיו מקבל את האות החשמלי ומתכווץ בחוזקה כדי לשלוח את הדם בלחץ גבוה דרך מסתם אבי העורקים שנפתח אל אבי העורקים ומשם לרקמות הגוף במחזור הדם הגדול.

חלופות למחזור הריאות בבעלי חיים אחרים
מערכת מחזור הריאות אצל האדם שתוארה למעלה היא יעילה ביותר מבחינת אספקת דם עשיר בחמצן, ומערכות דומות (כלומר בעלות מחזור ריאתי נפרד וסגור המונע על ידי לב ארבע מדורי) קיימות אצל היונקים בעיקר מכיוון שהם אנדותרמיים (כלומר שומרים ומווסתים את חום גופם) וזקוקים לכמות חמצן גדולה הדרושה להפקת חום תמידית. בבעלי חיים עם דרישות אנרגטיות מוגבלות יותר או החיים בסביבות מסוג אחר ישנן מערכות חלופיות לאספקת חמצן וסילוק פסולת מהדם.

בחסרי חוליות מסוימים (כולל צורבים ותולעים שטוחות) חילוף הגזים נעשה ישירות בדיפוזיה מהסביבה דרך פני השטח של הגוף אל הנוזל הבין-רקמתי וממנו לרקמות. ביצורים כאלה, למשל במדוזה, נמצאים כל תאי הגוף בסמוך לפני השטח. לכל החולייתנים יש מערכת דם סגורה עם לב אחד. לדגים יש מחזור דם יחיד בו הלב הדו-מדורי (בעל עליה וחדר בודדים) מזרים את הדם לזימים שם הוא סופח חמצן מהמים המוזרמים בזימים בסמוך לנימי הדם. מהזימים, הדם מוזרם לנימי הגוף כדי לשחרר את החמצן לרקמות ומשם הוא מוזרם בחזרה ללב.

לחסרי חוליות יבשתיים, כמו חרקים ועכבישים, יש מערכת צינורות נשימה, טרכיאות, המובילות אוויר ממספר פתחי נשימה במעטה הגוף. אחרי הסתעפויות רבות הטרכיאות מגיעות ישירות לרקמות והחלפת הגזים נעשית בדיפוזיה דרך נוזל בקצה הצינורות. לעקרבים ולעכבישים יש גם ריאות "ספר" (הנקראות כך בשל צורתן בעלת דפי ריקמה רבים) בנוסף או במקום הטרכיאות. הדרישות האנרגטיות המוגברות של הדו-חיים ורוב הזוחלים נענו על ידי מחזור דם נפרד לצורך אספקת החמצן לדם. לאלה יש מחזור דם ריאתי נפרד ולב בעל שלושה מדורים, שתי עליות וחדר משותף אחד. התכווצות אחת מובילה את הדם במחזור הריאתי לצורך אספקת חמצן והתכווצות שנייה מובילה את הדם במחזור הגדול (הסיסטמי) כדי להעביר את החמצן לרקמות.

לעופות וליונקים לב ארבעה מדורי בו ישנם חדרים ועליות נפרדים עבור המחזור הריאתי והסיסטמי. כך הדם הזורם לרקמות במחזור הסיסטמי לא מעורבב עם שיירי דם עני בחמצן מהמחזור הסיסטמי הקודם. כמו כן, ניתן כך לכווץ את שני החדרים בעוצמות שונות - החדר המשרת את המחזור הסיסטמי (השמאלי אצל האדם) מכווץ בעוצמה כדי לשלוח את הדם לרחבי הגוף, והחדר המשרת את המחזור הריאתי (הימני אצל האדם) מכווץ פחות בחוזקה כדי שלא לפגוע ברקמות הריאה העדינות.

 ראו גם 
 גילוי מחזור הדם
 לב האדם
 מחזור הדם
 ריאה
 פולמונולוגיה - התמחות ברפואה העוסקת במחלות של הריאות
 פתולוגיה של מערכת הנשימה - ענף העוסק במגוון המחלות הקיימות במערכת הנשימה

קישורים חיצוניים

אתר לב וליבה של מטח ושל המרכז לחינוך מדעי וטכנולוגי
Pulmonary Circulation כתב עת בנושא המחזור הריאתי
בריאות הריאה באתר מרכז המידע למחלות ריאה ונשימה


 הערות שוליים 

*
דם