בברכת שנה מעניינת ומאתגרת שי פישביין מנהל ההדרכה במגמה המדעית -הנדסית

Transcript

1 שנה"ל תשע"א מורים ותלמידים יקרים, המגמה המדעית הנדסית מיועדת למי שיוביל את המדע וההנדסה בישראל, ולעוסקים בהנדסה ביו-רפואית גם את הרפואה. תלמידי המגמה מיועדים להשתלב באקדמיה המדעית וההנדסית המתקדמת ביותר, ואף מקבלים בונוסים לקבלה למוסדות האקדמיים. הלמידה במגמה מתבססת על מספר עקרונות: למידה מערכתית רב-תחומית, למידה בין- תחומית באמצעות אנלוגיות וביצוע פרויקטים בעבודת צוות. אין ספק שתחום ההנדסה הביו- רפואית עונה לקטגוריות הנ"ל, תחום מוביל באקדמיה, בתעשייה וברפואה. החוברת המונחת לפניכם היא פרי כתיבה ועריכה של מספר מורי המגמה, במטרה ליצור מקור מידע משותף, מקובל, אמין ואסטטי להוראת הנושאים המגוונים במגמה. חוברת זו היא המהדורה השנייה של החוברת והיא כוללת תיקונים, הערות והארות של מורי המגמה שהתנסו במהדורה הראשונה. מהדורה זו היא אינה האחרונה. לכן אנחנו מזמינים שוב גם את המורים וגם את התלמידים להאיר ולהעיר לגבי המידע שנמצא בספר, דרך ההצגה שלו, מידת הקושי, או מידת הבהירות של החומר. רצף הנושאים בחוברת אינו מתיימר להיות רצף הוראה מחייב. כל צוות מורים במגמה מוזמן ליצור לעצמו את רצפי ההוראה שלו שמתאימים לבית הספר ולנושאי ההוראה במערכות אלקטרוניות ואלגוריתמיקה שהם תחומים נוספים הנלמדים בהתאמה עם ביורפואה. ברצוני להודות למורים שלקחו חלק במיזם זה והשקיעו עבודה רבה וזמן רב למען המשימה: ד"ר יוסי רוטביין תיכון מעיין שחר, עין החורש, דבי סומך - תיכון שש שנתי ע"ש מקסים לוי, לוד, ד"ר תמי קפה אברמוביץ אולפנת אורט נווה שרה הרצוג, בני ברק. מאיה כהן תיכון ע"ש רבין, תל מונד. כמו כן תודה ליאיר טלמון - המכללה לחינוך גופני ולספורט ע"ש זינמן במכון וינגייט, ולמאור קדוש מקיף מעין שחר, על תרומתם הרבה לכתיבת פרק הביומכניקה. ברצוני להודות לעינת מקוב על החומרים הטובים שכתבה למגמה, שעברו שכתוב על ידי הכותבים. כמו כן ברצוני להודות לראובן דינוביץ ואהרון רזנוב אשר חומר הלימוד שהכינו על בקרה שימש לבסיס כתיבת הפרק בנושא זה. בברכת שנה מעניינת ומאתגרת שי פישביין מנהל ההדרכה במגמה המדעית -הנדסית עמוד 1

2 תוכן ענעניינים הנושא פרק 1 גוף האדם כמערכת והומיאוסטזיס מערכות בהנדסה ביו-רפואית א. וויסות הטמפרטורה ב. התפתחות מד הטמפרטורה ג. פעילויות לנושא ויסות טמפרטורה ד. למידת עמיתים בנושא חום וטמפרטורה ה. העשרה חום וטמפרטורה בעולם בעלי החיים ו. פרק 2 מערכת הובלת דם מבוא א. רקמת הדם ב. תפקוד מערכת ההובלה ג. מצבים פתולוגיים במערכת ההובלה סטייה מהומיאוסטזיס ד. טכנולוגיה לאבחון וטיפול במחלות הקשורות למערכת ההובלה ה. פעילויות לנושא מערכת ההובלה ו. מערכת ההובלה כשדה זרימת נוזל ז. פרק 3 מערכת הנשימה בגוף האדם תפקידי מערכת הנשימה א. מבנה מערכת הנשימה ב. תפקוד מנגנון הנשימה או תהליך הנשימה ג. מצבים של סטייה מהומיאוסטזיס ומחלות מערכת הנשימה ד. פתרונות טכנולוגיים לאבחון וטיפול במחלות ה. פעילויות לנושא מערכת הנשימה ו. פרק 4 מערכת העצבים בגוף האדם מבוא מערכת העצבים ותפקידיה א. מבנה מערכת העצבים ב. תפקוד מערכת העצבים ג. כמה נתונים על המוח ד. מצבי של סטייה מהומיאוסטזיס ומחלות של מערכת העצבים ה. פתרונות טכנולוגיים במחלות מערכת העצבים ו. פעילויות לנושא מערכת העצבים ז. עמוד עמוד 2

3 הנושא פרק 5 מערכת השלד מבוא מהי מערכת השלד א. תפקידיה של מערכת השלד ב. מבנה מערכת השלד ג. מצבים של סטייה מהומיאוסטזיס ומחלות של מערכת השלד ד. פעילויות לנושא מערכת השלד ה. פרק 6 מערכת השרירים תפקידי מערכת השרירים א. מבנה מערכת השרירים ב. מבנה שרירי השלד ופעולתם ג. מבנה השריר ומנגנון ההתכווצות ד. עוד כמה עובדות מעניינות על השרירים ותפקודם ה. מצבים של סטייה מהומיאוסטזיס ומחלות של מערכת השרירים ו. פעילויות לנושא מערכת השרירים ז. פרק 7 ביומכניקה של מפרק פשוט מבוא השלד והשרירים שותפים ביצירת תנועה א. תנועה של מפרקים היא תנועה היא תנועת מנופים ב. כוחות ומומנטים ג. שלושה סוגי מנופי תנועה ד. הכוח האפקטיבי של השריר ה. המפרקים כמנופים ו. הגורמים המשפיעים על מומנט ההתנגדות ז. השתנות מומנט הכוח במהלך תנועת המפרק ח. סכום הפרק ט. בקרה במערכות טכנולוגיות וטבעיות בקרה מהי? א. וויסות הטמפרטורה בתנור האפייה ב. תיאור מערכת באמצעות תרשים מלבנים ג. בקרה בחוג פתוח ובחוג סגור ד. משוב חיובי ומשוב שלילי במערכות בקרה ה. רצפטורים ביולוגיים ומשוב ו. עמוד עמוד 3

4 הנושא פרק 9 התא האנימלי - הרחבה א. מבוא התא כיחידת חיים ב. אחידות ושנוני במבנה התאים ג. אבני היסוד של התאים ד. האנזימים חלבונים המזרזים תהליכי חיים ה. הפקת אנרגיה בתא ו. קרום התא מילון מונחים ביבליוגרפיה דוגמאות לשאלוני בגרות )מדעי ההנדסה א' וב'( עמוד מס תאריך לוח מבחנים נושא המבחן מדעי ההנדסה בהצלחה!!! עמוד 4

5 פרק 1 - א - מערכות בהנדסה ביו-רפואית והומיאוסטזיס גוף האדם כמערכת בחיי היום יום אנו מוקפים במערכות רבות: בבית, ברחוב, בבית הספר, בתעשייה ובכל מקום. אנו רואים במערכת משהו מובן מאליו. מה מבטא המושג מערכת? השימוש במושג מערכת מבטא עיסוק במשהו מורכב הכולל מספר מרכיבים ותהליכים הקשורים ביניהם. אנו נעסוק בשני סוגי מערכות: מערכות טבעיות, המערכות או תת-המערכות בגוף האדם ומערכות טכנולוגיות אשר נוצרו על ידי האדם בכדי להשיג מטרות. המערכות הטכנולוגיות העוסקות בהנדסה ביו רפואית פיסיולוגיים בגוף האדם. משמשות בעיקר למניעה, לאבחון, להדמיה, לטיפול, לשמירה, הקלה או הצלת מצבים ניקח לדוגמא את המערכת הטבעית: מערכת השלד והשרירים בגוף האדם, מרכיבי במערכת הם עצמות, שרירים, גידים, מפרקים ועוד. התהליכים המתרחשים במערכת מאפשרים לנו לבצע תנועה: לעמוד, ללכת, לרוץ ולקפוץ. אך, לפעמים קיימות בעיות במערכת השלד ובכדי לאבחן בעיות בעצמות אנו משתמשים במערכת טכנולוגית המצלמת את העצמות באמצעות קרינה אלקטרומגנטית מתחום הרנטגן, ומשתמשים במערכת טכנולוגית אחרת כגון הליכון בכדי להקל על ההליכה. המושג תת-מערכת מייצג מרכיב במערכת אשר הוא עצמו יכול לענות להגדרה של מערכת: המכיל גוף מספר מרכיבים, הפועלים באמצעות תהליכים במטרה משותפת, במערכות טבעיות נשתמש לפעמים במושג תיפקוד המערכת במקום המושג מטרת המערכת. איור - 1 דוגמאות לתת-מערכות בגוף האדם עמוד 5

6 הקלט של גוף האדם הפלט של גוף האדם א 1. כלים לניתוח מערכת ניתן לייצג מערכות ותת-מערכות באמצעות שלושה מאפיינים: קלט: הערכים, החומרים או האנרגיות המוזנות למערכת או לתת מערכת. תהליך: סדרת פעולות המתבצעות באמצעות רכיבי המערכת על הקלט בכדי לקבל פלט. פלט : התוצרים שהמערכת מפיקה כתוצאה מהתהליך המתבצע על הקלטים. מערכות שלמות מיוצגות באמצעות תרשים הנקרא תרשים מלבנים. שתי אבני יסוד לשיטה זו: מלבן המיצג מערכת או תת מערכת פיסית )תהליך(. חץ המייצג קלט או פלט ואת כיוון מעברו. מהאמור ניתן לשרטט תרשים מלבנים כללי של מערכת: מידע נוסף אודות ייצוג מערכת באמצעות תרשים מלבנים מופיע בחומרי הלימוד של תחום מערכות אלקטרוניות. סביבת המערכת מערכת אינה יכול להתקיים בנפרד מהסביבה בה היא נמצאת, ומקיימת אתה יחסי קלט-פלט. פעילות המערכת תלויה באספקת אנרגיה, מידע או חומרים. אך, הסביבה יכולה להשפיע על המערכת בהפרעות להן צריכה המערכת להגיב בהתאם, הטיפול בהפרעות הסביבה יורחב בפרק העוסק בבקרה במערכות. בנוסף, פולטת המערכת אנרגיה, מידע או חומרים לסביבה, ולפעמים פלטים אלה אינם רצויים כגון: רעש, פסולת וכו'. המערכת איור - 2 תהליכי קלט ופלט בגוף האדם עמוד 6

7 א 2. הומיאוסטזיס המושג הומאוסטזיס הוא מצב של איזון )באנגלית:,)Homeostasis הוא תהליך ביולוגי, שבו גוף חי שומר על יציבותו הפנימית גם כאשר הסביבה החיצונית משתנה, ואת זאת הוא עושה בעזרת מנגנונים שונים. מצב זה נשמר הודות לניטור )בדיקה( מתמיד של המדדים השונים הקיימים בגוף )המצב המצוי( והשוואתם למצב הרצוי. במידה ויש הבדל משמעותי בין המצב המצוי למצב הרצוי יש צורך לתקן את המצב של הסטייה. מקור המילה הומיאוסטאזיס הוא ביוונית: הומו )פירושו "דומה"(, סטאזיס )פירושו "מצב"(. המושג הומיאוסטזיס לא מתייחס רק למצב טמפרטורה הגוף אלא לכל המדדים השונים של גופינו, כמו למשל רמת הגלוקוז בדם, ריכוז הפד"ח בדם, ריכוז הסידן בדם ועוד. מצב איזון כרוך במספר גורמים: נקודת ציון point(,)set או ערך מטרה, למצב הפנימי האידיאלי. אות חושי האומד את המצב הפנימי הממשי. השוואה בין נקודת הציון והאות החושי. תגובה המביאה את המצב הפנימי הממשי קרוב יותר לנקודת המטרה. ויסות חום הגוף ויסות חום הגוף הוא דוגמה למצב איזון. המשתנה המו וסת הוא הטמפרטורה של הדם, וחיישנים לכך ממוקמים בחלקים שונים של הגוף, לרבות ההיפותלמוס. התגובות לשינויים בטמפרטורה הן תגובות פיזיולוגיות אוטומטיות או התנהגויות רצוניות, כגון ישיבה שפופה בחביקת ברכיים להקטנת שטח הפנים החשוף לטמפרטורה נמוכה, הפעלת חום( בתנאי עומס חום. התבוננו בתיאור גרפי של הומיאוסטזיס לאורך זמן: תנור חימום כאשר קר או הפחתת פעילות )המייצרת איור - 3 תיאור גרפי של הומיאוסטזיס עמוד 7

8 הסבר על הגרף: ציר X מתאר את הזמן שחולף. ציר Y את המדדים השונים )טמפ' הגוף, לחץ דם, רמת גלוקוז בדם ועוד(. קן A מסמל את הערך התחתון של המדד. ירידה מתחת לערך זה מחייבת את מערכות התיקון להיכנס לפעולה. קו B מסמל את הערך העליון של המדד. עלייה מעל לערך זה מחייבת את מערכות התיקון להיכנס לפעולה. לאורך הזמן רואים תנודות בתוך גבול הנורמה של הערכים. בנקודה מסוימת, מסיבה כלשהי נוצרת סטייה של הערך מעבר לגבול. במצב זה מנגנוני הבקרה השונים נכנסים לפעולה ודואגים להחזיר את הערכים למצב תקין. לאחר הפעולה של מערכות התיקון הערכים שוב חוזרים לגבול הנורמלי. התבוננו באיור המתאר את הוויסות של רמת הגלוקוז בדם. איור - 4 מנגנוני בקרה של רמת הגלוקוז עמוד 8

9 שאלות הסבירו מה הקשר בין שני תרשימי הזרימה באיור 4 לבין עצמם, ומה הקשר בינם לבין איור 3? העתיקו את הטבלה הבאה למחברת שלכם והשלימו אותה בהתאם לידע שלכם. ניתן להיעזר.1.2 בספר הלימוד של מגמת ביולוגיה )ביולוגיה של גוף האדם(: הנשימה המערכת תפקיד עיקרי מערכת זו משפיעה על המערכות הבאות מערכת זו מושפעת מהמערכות הבאות ההובלה ההפרשה החיצונית )מע' השתן( ההפרשה הפנימית )הורמונים( הלימפה חיסונית )הגנה( העיכול העצבים הרבייה השלד והשרירים מה המסקנה העיקרית מטבלה זו? מהו הסימן החיצוני של הגוף לסטייה מההומיאוסטזיס? לפניכם רשימת תת-מערכות בגוף האדם )המהוות כל אחת מערכת בפני עצמה(. מיינו את המערכות לכאלה המקיימות קשר ישיר לסביבה החיצונית ולמערכות שאינן מקיימות קשר ישיר לסביבה החיצונית. המערכת מקיים קשר ישיר עם הסביבה החיצונית מערכת העיכול מערכת ההובלה מערכת שלד מערכת הרבייה מערכת השרירים מערכת הלימפה מערכת ההפרשה הפנימית )הורמונים( המערכת החיסונית מערכת ההפרשה החיצונית )מע' השתן( מערכת הנשימה מערכת העצבים 6. מההיכרות היום יומית שלכם עם הגוף שלכם, הציעו שלושה שיפורים, שכלולים או שדרוגים "דמיוניים" של תיפקוד הגוף כך שחיינו יהיו קלים יותר. הסבירו כיצד כל הצעה תשפר את חיינו. עמוד 9

10 ב. כדוגמה למנגנון הומיאוסטטי ויסות הטמפרטורה בגוף ב 1. הטמפרטורות המתאימות לחיים "חם לי, אולי נפעיל את המזגן?", "תתלבש טוב יותר כי קר בחוץ!", הן רק שתיים מהאמירות שאנו נוהגים לומר לעתים תכופות. הטמפרטורה של הסביבה בה אנו חיים אכן משפיעה עלינו. בכל בוקר כשאנו מתעוררים אנו נוהגים לתכנן את האופן שבו נתלבש על פי הטמפרטורות הצפויות לנו, ולעתים אנו אף מאזינים לשם כך לתחזית מזג האוויר בכלי התקשורת. לעתים, כאשר אנו חשים שלא בטוב, אנו נוהגים לבדוק האם יש לנו חום? )מדידה שהיא למעשה מדידה של הטמפרטורה של גופנו!( באמצעות "מד-חום" )שהוא למעשה מד-טמפרטורה!(, ויש שמתברר לנו כי אכן "יש לנו חום" )כלומר, טמפרטורת גופנו גבוהה מהטמפרטורה הרגילה(. במצב כזה סביר שנחוש שלא בטוב, נישאר במיטה במקום ללכת לבית הספר, ואולי אף ניקח תרופה ש"תווריד לנו את החום", למעשה תחזיר את טמפרטורת הגוף למצב הנורמלי. מה אנו יכולים ללמוד מהניסיון שצברנו עד כה בחיינו לגבי המושגים חום וטמפרטורה? ראשית, בחיי היום יום שני המושגים משמשים אותנו לעתים קרובות בערבוביה, וכדי להבין את התהליכים הקשורים בהם בגופנו חשוב "לעשות סדר" ולהבין מה מבטא כל מושג מבחינה מדעית נכונה ומהם הקשרים ביניהם. שנית, החום והטמפרטורה קשורים קשר הדוק לתהליכי החיים המתרחשים בגופנו, ויש להם השפעה הן על תיפקודנו הפיזיולוגי )כמה קשה להתרכז בשיעור כאשר בכתה חם מאד או קר מאד?( והן על הרגשתנו. )כמה קשה לתפקד כאשר הטמפרטורה של גופנו עולה, ולו רק במעלה אחת מעל הטמפרטורה הרגילה? או כמה קשה לתפקד כשקר לנו?( לטמפרטורת הגוף ולטמפרטורת סביבה מתאימה, יש השפעה רבה ומיידית על יכולתנו לבצע את המטלות היומיומיות שלנו, בגופנו קיימים מנגנונים המסייעים לנו לווסת את טמפרטורת הגוף, כדי שלא תשתנה במידה רבה, גם כאשר תנאי הסביבה משתנים. מנגנונים אלה אנו מסייעים באמצעות פתרונות טכנולוגיים שהומצאו על ידי האדם באמצעות הלבוש, הבית בו אנו גרים ואף באמצעים מתקדמים כגון המזגנים שקשה כיום לתאר את חיינו בלעדיהם. ב 2. טמפרטורה וחום בטרם נעסוק בשמירת טמפרטורת הגוף, חיוני להבחין בין שני מושגי היסוד המתקשרים לתהליך זה: הטמפרטורה והחום. טמפרטורה - תכונה של החומר, מדד לרמת האנרגטיות )מהירות התנועה =אנרגיה קינטית( של החלקיקים מהם בנוי החומר. הפרש טמפרטורות בין גופים הנמצאים במגע גורם לזרימת אנרגיה בין הגופים, בצורת חום, עד למצב של שוויון טמפרטורות. הגוף שהיה חם העביר חום לגוף הקר עמוד 10

11 וטמפרטורת הגוף שלו ירדה, ואילו הגוף הקר קיבל חום ולכן טמפרטורת גופו עלה. חשוב מאוד לציין שבמדע אין מושג של קור אפשר לומר "קר לי" אבל קור הוא לא מושג פיזיקלי כמו חום ולכן "קור" לא יכול לעבור בין גופים. גם לגוף בטמפרטורה של 10-0 C יש חום, והוא יכול להעביר חום לגוף שהטמפרטורה שלו יותר נמוכה. טמפרטורה נמדדת )ב"מד טמפרטורה"( במעלות צלזיוס, פרנהייט או קלווין. ישנם מספר סוגים של מדי טמפרטורה, נרחיב בנושא בהמשך. כאשר אנו משתמשים ב"מד חום", אנו בודקים למעשה את טמפרטורת הגוף, ועל כן ראוי לקרוא למכשיר זה בשם "מד-טמפרטורה" או תרמומטר. חום סוג של אנרגיה המתבטא באנרגית תנועה )הנקראת גם אנרגיה קינטית( של חלקיקי החומר. כאשר חומר קולט אנרגית חום מסביבתו, עולה מהירות תנועת החלקיקים שלו, ובאם נמדוד את הטמפרטורה שלו נבחין שהיא עלתה. תהליך הפוך יקרה באם חומר יאבד אנרגית חום לסביבתו. במקרה כזה תנועת החלקיקים שלו תואט ונוכל להיווכח שהטמפרטורה שלו ירדה. החום נמדד בג'אול וקלוריות. אנרגית החום עוברת תמיד מחומר או גוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לחומר או גוף בעל טמפרטורה נמוכה יותר, עד שהטמפרטורות בשני החומרים )גופים( תהיה זהה, כלומר ייווצר שוויון טמפרטורות. באם נחזור לדוגמא של מדידת "חום גופנו", כאשר אנו חשים שלא בטוב, ומשתמשים במד טמפרטורה, אנו בודקים את מצב גופנו, כלומר את הטמפרטורה שלו, ולא את כמות האנרגיה העוברת בין שני גופים, ועל כן נכון לומר שאנו בודקים את הטמפרטורה של גופנו בעזרת מד- טמפרטורה, המציג לנו את הנתונים במעלות צלזיוס )כמקובל בישראל(. ועוד כמה מלים על הקשר בין חום וטמפרטורה ככל שחומר קולט יותר אנרגיה, כך עולה הטמפרטורה שלו. סוג כזה של קשר בין שתי תופעות נקרא קשר ליניארי )ככל שמדד אחד עולה גם המדד השני עולה(. במקרה של החום והטמפרטורה ניתן לבטא את הקשר במשוואה הבאה: Q=MCΔT כאשר = Q אנרגיית חום, = C קיבול חום סגולי של החומר, = M מסת החומר ו- ΔT מבטא את הפרש הטמפרטורות שחל בחומר עקב מעבר האנרגיה. מהמשוואה עולה כי ככל שמסת החומר גדולה יותר, והפרש הטמפרטורות של החומר )לפני ואחרי מעבר האנרגיה( הינם גדולים יותר, כך גדולה יותר כמות האנרגיה שנקלטה או נפלטה מהחומר. הגורם C במשוואה, הינו קיבול החום הסגולי של החומר, והוא ייחודי לכל סוג של חומר, ומבטא את הקשר שבין קליטת אנרגיה בחומר לבין העלייה בטמפרטורה של אותו חומר, וליתר דיוק את כמות אנרגית החום הדרושה כדי להעלות את הטמפרטורה במעלת צלזיוס אחת. ככל שקיבול החום הסגולי נמוך יותר, כך תגרום כמות מסוימת של אנרגיה לעליה גדולה יותר בטמפרטורה. קיבול החום גדל עם מסת הגוף. כך לדוגמה, למים הנמצאים בדלי גדול יש קיבול חום גדול יותר מים ממלאים כוס קטנה. על ידי חלוקת קיבול החום במסת הגוף מקבלים את קיבול החום הסגולי, המתאר את כמות החום שיש להשקיע ביחידת מסה של אותו חומר על מנת להעלות את עמוד 11

12 הטמפרטורה שלה במעלה אחת. היחידות של קיבול חום סגולי הן ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס או מעלות קלווין(. לדוגמא קיבול החום הסגולי של מים הוא כ ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס, וקיבול החום הסגולי של ברזל הוא 460 ג'אול לקילוגרם למעלת צלזיוס. כלומר, קיבול החום של מים גדול כמעט פי 10 מזה של ברזל )נדרשת כמות גדולה פי 10 של קלוריות }חום{ כדי להעלות כמות של קילוגרם אחד של מים לטמפרטורה אליה תגיע כמות של קילוגרם אחד של ברזל!(. למשוואה המציגה את הקשר שבין החום והטמפרטורה יש להוסיף הסתייגות, כי המשוואה מתייחסת לשינויים החלים בטמפרטורה של חומר שאינו נמצא בתהליך של שינוי מצב צבירה - כגון ממצב מוצק למצב נוזלי ולהיפך, או ממצב צבירה נוזלי למצב לצבירה גזי ולהיפך. כאשר מתרחש תהליך של שינוי מצב צבירה של חומר, יש לקחת בחשבון את החום הכמוס של החומר, המבטא את האנרגיה הנקלטת, או האנרגיה הנפלטת מהחומר במהלך שינוי מצב הצבירה שלו. דוגמא מוחשית לתהליך זה בחיי היום יום הוא כאשר אנו מחממים קרח - עד שיהפוך כולו למים נוזליים תושקע אנרגיה רבה, מבלי שתעלה הטמפרטורה של המים. תהליך זה מתרחש גם כאשר אנו מרתיחים מים בכלי פתוח טמפרטורת המים הרותחים )וטמפרטורת הכלי( לא תעלה עד שלא יתאדו כל המים בכלי, והחום המושקע ברתיחה )כלומר בהתאדות המים( נקרא "החום הכמוס של המים". שאלות 1. לפניכם משפטים שגויים על חום וטמפרטורה. תקנו את המשפטים. א. תסגור את החלון הקור נכנס. ב. מדדתי חום אתמול בערב ולא היה לי חום. ג. יוסי תלבש מעיל לפני שאתה יוצא כדי שלא תתקרר. ד. כשקר לי בחורף אני נכנס למיטה ומתכסה בשמיכה שמחממת אותי. מהו קיבול החום הסגולי של חומר? מהו החום הכמוס של חומר? דנה העמידה מים לרתיחה בסיר קטן, לאחר מספר דקות המים הגיעו לטמפרטורת הרתיחה. אם דנה תמשיך להרתיח את המים עוד חמש דקות האם טמפרטורת המים תמשיך לעלות? הסבירו. שני גושי קרח זהים בגודלם היו במגע )ראו איור להלן(. א. מאיפה לאיפה יעבור החום? ב. בהנחה שהגושים נמצאים בבידוד מטמפרטורת הסביבה, מה תהיה הטמפרטורה הסופית של גושי הקרח? קרח בטמפרטורה של C קרח בטמפרטורה של C עמוד 12

13 ב 3. מקורות החום של הגוף ואיבוד חום לסביבה עתה, לאחר שהבהרנו לעצמנו את המושגים חצי חום וטמפרטורה, נוכל להשתמש בהם באופן הנכון ולשאול את עצמנו שאלות הקשורות למשמעותם של המושגים לתיפקוד גופנו. טמפרטורת גופנו נשמרת בדרך כלל בתחום צר, בדרך כלל בסביבות 37 מעלות צלזיוס עם סטייה של מעלה או מטה, ואנו חשים בנוח בטמפרטורות סביבה יציבות טמפרטורת גופנו. יחד עם זאת, אופטימאלי מסוימות, בהן אנו מצליחים לשמור על ויסות הטמפרטורה של גופנו, מאפשר לגוף לתפקד באופן )מיטבי(, גם כאשר טמפרטורת הסביבה משתנה באופן קיצוני, בזכות מנגנונים מיוחדים בגופנו, מנגנונים פיזיולוגיים והתנהגותיים, בהם נעסוק בהמשך. שמירת טמפרטורת גופנו בתחום צר נקראת "הומיאוסטאזיס של הטמפרטורה". כיצד מצליח גופנו לשמור על טמפרטורה קבועה, כלומר לקיים מצב של הומיאוסטאזיס של טמפרטורה? כפי שציינו קודם לכן, טמפרטורה של חומר )במקרה שלנו גוף האדם( תלויה בהפרש הטמפרטורות בינו לבין הסביבה, אך במקרה של גוף האדם מעורב בכך גורם מרכזי נוסף גופנו אמנם מקיים חילופי אנרגיית חום עם סביבתו )מתרחשים בו תהליכים של קליטת חום מסביבתו החיצונית, ואיבוד חום לסביבה זו(, אך בנוסף לכך מתרחשים בו תהליכים של הפקת חום, ולחום המופק בגופנו יש השפעה רבה על שמירת יציבות הטמפרטורה. ניתן אם כן לומר כי טמפרטורת הגוף תלויה במאזן החום שלו, כלומר במאזן בין החום המופק בגוף, ובין חילופי החום עם הסביבה. כיצד מופק חום בגוף? בגופנו מתרחשים תהליכים רבים של פירוק והרכבה של חומרים. תהליכים אלה נקראים "תהליכים מטבוליים" דוגמא לתהליך מטבולי ידוע הוא תהליך הנשימה התאית, תהליך בו מתפרקים בתא חומרי מזון, כגון סוכרים ושומנים תוך כדי התקשרות עם מולקולות חמצן. בתהליך הנשימה התאית משתחררת אנרגיה רבה המשמשת לכל תהליכי החיים של גופנו שלצורך קיומם דורשים אנרגיה, כגון התכווצות שרירים, רבייה, עיכול המזון ועוד. חלק מאנרגית החום הנוצרת בתהליך הנשימה התאית משתחרר כאנרגיית חום מהגוף ומאפשרת לשמור על טמפרטורת גוף יציבה ולעיתים יכולה גם לגרום לעליית הטמפרטורה של גופנו. למעשה, כל תהליך מטבולי מפיק חום, וככל שקצב המטבוליזם בתא גבוה יותר, כן מופקת בו כמות גדולה יותר של אנרגית חום. בכל אחד ממיליארדי התאים בגוף מופק חום. אילו הצטבר כל החום בתוך הגוף, הייתה טמפרטורת הגוף עולה ללא הפסקה. אולם, גוף חם )בעל טמפרטורה גבוהה( נוטה לאבד חום אל הסביבה הקרירה ממנו. טמפרטורת פנים הגוף נשארת יציבה כאשר נוצר איזון בין קצב איבוד החום לבין קצב ייצור החום בגוף. מקורות החום של האדם ושל כלל בעלי החיים הינם חיצוניים ופנימיים. מקורות חיצוניים: הגוף קולט חום מהסביבה ופולט חום לסביבה, ובכך מתנהג ככל גוף פיסיקלי אשר מחליף חום עם הסביבה בדרך של הולכה, הסעה, וקרינה. מקורות פנימיים: הגוף מפיק ומייצר בעצמו את אנרגיית החום. עמוד 13

14 בעלי חיים בעלי טמפ' גוף קבועה, שומרים על טמפ' גופם בזכות יכולתם לקיים מאזן חום, כך שכמות החום הנקלטת והמופקת )מיוצרת(, שווה לכמות החום הנפלטת. לקיומו או אי קיומו של מאזן חום זה חלק נכבד בהשפעה על אורח חייהם, התנהגותם, ומבנה גופם של בעלי החיים. טמפרטורת הגוף )בכל רגע נתון( הוא ביטוי למאזן בין כמות החום הנקלט בגוף )מהסביבה ומתהליכי חילוף החומרים( לכמות החום העוזב אותו )כ- 80% מכלל האנרגיה המופקת בגוף מתבטאת באנרגיית חום(. על פי עקרונות פיזיקאליים בסיסיים, כשטמפרטורת הסביבה יורדת מתחת לטמפרטורת העור, הגוף פולט חום באמצעות הולכה והסעה. טמפרטורת הגוף של מרבית היונקים c c אצל האדם, טמפרטורת הגוף התקינה, הנמדדת בפה, c c בשעת מחלה, עבודה מאומצת, התרגשות ושינויי סביבה קיצוניים עשויה טמפרטורת הגוף לחרוג מהטווח הנורמלי. עלייה מעל ל- c 42 0 או ירידה מתחת ל- c 33 0 גורמת לתהליכים שסופם עלול להיות קטלני. טמפרטורת הרקמות החיצוניות מושפע יותר מטמפרטורת הסביבה. מפל הטמפרטורות בין ההיקף לליבה מאפשר איבוד חום מהגוף. הקטנת זרימת הדם לרקמות ההיקפיים מאפשרת הקטנה של איבוד החום במקרה הצורך. מדוע יציבות הטמפרטורה היא חיונית לתיפקוד הגוף? על מנת לענות על שאלה זו עלינו להזכיר את האנזימים הפועלים בגופנו. האנזימים הינם חלבונים המבצעים פעילויות של פירוק והרכבת חומרים בגוף. בגופנו אנזימים רבים, וכל אחד מהם חיוני להתרחשותו של תהליך כלשהו. באם האנזימים אינם מתפקדים כהלכה, נפגע תיפקודו של הגוף, עד כדי סכנה לקיומו. ניתן לומר כי גופנו מורכב ממיליארדי תאים אשר ריאקציות אנזימטיות שונות מתרחשות בכל אחד מהם בכל רגע. ומה הקשר בין האנזימים לטמפרטורה? מתברר כי תיפקודם של האנזימים בגופנו תלוי בטמפרטורה שלו. האנזימים מתפקדים באופן אופטימאלי בטמפרטורות סביב 37. o C בטמפרטורות שמעל ל- 41, o C משתנה המבנה שלהם )נשברים הקשרים הכימיים האחראים למבנה המולקולרי שלהם, ותיפקוד האנזימים נפגע(. משום כך, תהליכי חילוף החומרים )המטבוליזם(, ואף עצם החיים, תלויים בשמירת הטמפרטורה של פנים הגוף בתחום התיפקוד של אנזימי הגוף. טמפרטורת פנים הגוף היא טמפרטורת הליבה temperature( core טמפרטורת הגוף הפנימי( היא הטמפרטורה של האיברים והמערכות הפנימיים, ובדרך כלל היא גבוהה יותר במקצת מהטמפרטורה של הרקמות הסמוכות לפני הגוף, היא נעה בטווח של C )מעלה ומטה( הטמפרטורה הנמדדת בפה. ציינו כבר כי בגופנו מופקת ללא הפסקה אנרגיית חום, אנרגיה זו מעלה את הטמפרטורה של רקמות הגוף, אך טמפרטורה זו תלויה גם בטמפרטורת הסביבה. כדי שנבין כיצד נשמרת טמפרטורת הגוף בתחום הצר האופטימלי לתיפקודו, נבחן את הדרכים בהן מתרחש חילוף חום בין הגוף לסביבתו. עמוד 14

15 ב 4. מעבר חום בין גופים מעבר חום בין גופים הנמצאים במגע לסביבה מתרחשים בארבע דרכים קרינה, הולכה, הסעה והתאדות. קרינה )Radiation( פליטה של קרניים אלקטרומגנטיות באורכי גל שונים. כאשר הקרינה הנפלטת מגוף אחד נקלטת בגוף אחר, היא מומרת לאנרגיית חום. גוף האדם קולט ופולט קרינה. הקרינה העיקרית הנפלטת מהמעטה החיצוני של הגוף היא קרינה אינפרא אדומה )תת-אדומה(. קרינה אינפרא אדומה נפלטת גם מעצמים אחרים אל הגוף. קרינה זו מתרחשת ללא צורך בתווך מסייע, ומתרחשת בין שני עצמים שאינם צמודים. איבוד חום בדרך זו מהגוף משמעותי במיוחד כאשר טמפרטורת הסביבה נמוכה, כלומר - הפרש הטמפרטורות בין הגוף לסביבתו גדול, ובתקופת החורף מהווה את הדרך העיקרית לאיבוד חום מגוף האדם לסביבתו. הולכת חום )Conduction( מעבר חום המתרחש כאשר הגוף בא במגע ישיר עם עצם מוצק, עם נוזל או עם גז. כיוון זרימת החום תלוי בכיוון מפל הטמפרטורה - חום נע במורד הטמפרטורה. ככל שהפרש הטמפרטורה בין הגופים גדול יותר כך קצב איבוד החום הולך ועולה. כאשר אדם עומד או הולך, שטח המגע שלו עם עצמים אחרים הן כפות הרגלים עם האדמה וכל שאר הגוף עם האוויר מסביבו. מכיוון שלרוב אנו נועלים נעלים ולובשים בגדים, אין איבוד החום בהולכה משמעותי מאחר שהאוויר הינו מוליך חום גרוע, אלא כאשר האדם שוכב על קרקע או טובל במים. יש לציין שהולכת החום מתקיימת גם בחומר עצמו, ולא רק במעבר בין גופים. לדוגמה כאשר אנו מכניסים כפית מתכת לכוס תה, אחרי מספר דקות הכפית חמה. החום מהתה עבר לחלק הכפית הטבול בתה, ובתוך הכפית עצמה הייתה הולכה מהאזור החם )הטבול בתה( לאזור הקר )החשוף(. הסעת חום )Convection( מעבר חום באמצעות תנועה של תווך גזי או נוזלי, על- ידי תנועת מסה של אוויר או מים )כגון רוח וזרמי מים(. גם הולכה לוקחת חלק בתהליך, כייוון שלפני ההסעה מועבר חום אל התווך המסיע אותו. כאשר האוויר המקיף את גופנו, המתחמם מהגוף בתהליך של הולכה, מתחלף באוויר קר יותר, עקב תנועה של רוח, משל, מתרחש למעשה תהליך של הסעה האוויר שקלט חום מגופנו מסיע עימו את אנרגיית החום שקלט מהגוף. עמוד 15

16 דוגמא נוספת לתהליך של הסעה היא העברת חום המופק באזורים הפנימיים של גופנו )למשל בלב, בכליות ובמערכת העיכול( אל העור באמצעות מערכת ההובלה. התאדות )Evaporation( הפיכה של נוזל לגז, בדרך כלל הפיכת מים לאדים. מולקולות המים המתאדות מהעור )מהזיעה(, או מריריות הפה, האף ומערכת הנשימה, נושאות עימן אנרגית חום מהגוף הדרושה להם על מנת לשנות את מצב הצבירה שלהן מנוזל לגז, ולפיכך הן מקררות את הגוף. יש לציין כי ההתאדות היא הדרך היחידה בה מאבד הגוף חום לסביבה בה הטמפרטורות גבוהות )קרובות לטמפ' הגוף או אף גבוהות ממנה(. קצב ההתאדות של המים מהגוף תלוי בלחות האוויר ובקצב תנועתו ככל שהלחות היחסית של האוויר נמוכה יותר, כך יגבר קצב ההתאדות. אם האוויר הסמוך לגוף כבר רווי מים )כלומר, לחות האוויר היא 100%(, לא יתאדו כלל מים מהגוף! שאלות 1. לקיבול החום הסגולי הגבוה של המים יש תרומה רבה ליציבות הטמפרטורה בגוף. התוכלו להסביר מדוע? 2. כאשר אדם שוחה במי ים, באיזה כיוון ינוע החום המגיע לעור שלו )מהסביבה אל הגוף או מהגוף לסביבה(? 3. באיזה כיוון ינוע החום המגיע לעור כאשר אדם יחף דורך על חול בצהרי יום קיץ? 4. כיצד מסייע תהליך ההסעה לוויסות הטמפרטורה בגוף? בהסברך השתמש במושגים: נשימה תאית, מערכת הדם, האיברים הפנימיים ועור הגוף. 5. כשאנו נמצאים מחוץ לבית ביום חורף, מדוע "קר לנו" יותר כאשר נושבת רוח, בהשוואה למצב בו לא נושבת רוח כלל? 6. מתי, לדעתכם, גדול יותר איבוד החום מגופו של אדם, במגע עם אוויר או במגע עם מים? )בתשובתכם תוכלו להיעזר במידע הנמצא בפעילות "וויסות טמפרטורת הגוף" שבאתר ההנדסה הביו-רפואית. 7. התאדות היא הדרך היחידה בה יכול הגוף לפלוט חום לסביבה בה הטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת הגוף. הסבירו תופעה זו. ב 5. שמירה על טמפרטורת גוף קבועה נסכם לעצמנו, מדוע השמירה על טמפרטורת קבועה חיונית לתיפקודו של הגוף. שמירה על טמפרטורת גוף קבועה )הומיאוסטאזיס של הטמפרטורה( מאפשרת תנאי קיום מלא ומדויק של כל מנגנוני הגוף. חריגה מתחום זה כרוכה בפגיעה בתיפקוד הגוף, פגיעה המתגברת ככל שהחריגה גדלה. עליית הטמפרטורה מעל 42, o C או ירידתה מתחת ל- C 33, o גורמת הידרדרות מהירה, העשויה להסתיים במוות תוך זמן קצר. טמפרטורת הגוף תלויה במאזן הקליטה והאיבוד של החום, כפי שמתואר במשוואה הבאה: )חום מופק + חום נקלט מבחוץ( חום נפלט = שינוי טמפרטורת הגוף עמוד 16

17 שאלה 8. שמירת טמפרטורת גוף פנימית קבועה, פחות או יותר, פירושה שהשינויים בטמפרטורת הגוף יהיו קטנים מאד, וינועו סביב הטמפרטורה האופטימלית. התבוננו במשוואה של שינוי טמפרטורת הגוף וענו - אילו תנאים נדרשים לשמירת טמפרטורת גוף פנימית קבועה? ב 6. בעלי חיים וויסות טמפרטורת הגוף בעלי החיים מתחלקים לשתי קבוצות בהתאם ליכולתם לשמור על טמפרטורת גוף יציבה. חלקם אינם שומרים על טמפרטורה יציבה, וטמפרטורת גופם עוקבת באופן פסיבי אחר טמפרטורת הסביבה שלהם והם נקראים בעלי חיים פויקילותרמיים. הקבוצה השנייה הם בעלי חיים השומרים על טמפרטורה יציבה בגבולות צרים והם נקראים בעלי חיים הומיאותרמיים. בקבוצת ההומיאותרמיים נכללים היונקים והעופות. כל שאר בעלי החיים שייכים לקבוצת הפויקילותרמיים. אחת הדוגמאות לוויסות, בקרה ושמירה על הומיאוסטזיס היא השמירה על טמפרטורת גוף קבועה בבעלי חיים הומיאותרמיים. פנו להעשרה בסוף הפרק. פנו לאתר המגמה למספר מצגות בנושא. ב 7. בקרה על טמפרטורת הגוף בהיפותלמוס שבמוח נמצא המרכז לוויסות טמפרטורת הגוף, והוא מחולק לשני אזורים: אחד מהם מגיב לעליה בטמפרטורת הגוף מעבר לטמפרטורה התקינה, והשני מגיב לסטייה כלפי מטה. טמפרטורת הגוף הנורמלית היא "הטמפרטורה התקנית" נקודת הייחוס point(.)set החיישנים שבמעגל המשוב קולטים מידע על שינויי הטמפרטורה, הן כלפי מעלה והן כלפי מטה, משני מקורות עיקריים: חיישנים היקפיים הפזורים בכל הגוף )בעור, בעמוד השדרה ובאיברים פנימיים( וחיישנים מרכזיים המצויים בהיפותלמוס עצמו. חיישנים אלה מגיבים לשינויים בטמפרטורת הדם המגיעה אליהם. במרכזי ההיפותלמוס מעובד המידע המתקבל תוך כדי השוואה לטמפרטורה התקנית. עם קביעת הסטייה מופעלים איברי המטרה, בהתאם לאופייה, לתיקון הסטייה. הפעלה זו נעשית במסלולים אחדים, האופייניים לדרך פעולתו של ההיפותלמוס: כגון מסלולים פיזיולוגיים )כגון השפעה על פעילות האיברים הפנימיים כגון לב, ריאות ומערכת העיכול(, מסלולים סומטומוטוריים )השפעה על שרירי השלד, כגון רעד שרירים ושינויים התנהגותיים(, וכן מסלולים אנדוקריניים )השפעה על הפרשת ההורמונים, כגון אדרנלין, המגביר את קצב חילוף החומרים(. עמוד 17

18 בקרה על ויסות טמפרטורת הגוף בסביבה בעלת טמפרטורות נמוכות כשטמפרטורת הגוף יורדת מתחת לערך מסוים, מופעלים מנגנונים להגברת ייצור החום בגוף ולהקטנת איבוד החום מהגוף: 1. התכווצות כללית של כלי דם בעור והצמדות הוורידונים בחלקים הפנימיים סביב העורקים. העורקים מביאים דם חם מפנים הגוף ובדרך של מחליפי חום, חלק מהחום עובר לוורידים החוזרים לגוף, ובכך נמנע איבוד חום מיותר. 2. סימור שערות, ובכך הגדלת שכבת האוויר העוטפת את הגוף ומבודדת אותו מהסביבה )מנגנון משני אצל האדם(. 3. רעד שרירים, צמרמורת )בעת רעד מרבי יכול ייצור החום להיות גדול פי 4-5 מייצור החום הבסיסי(. רעד שרירים צורך אנרגיה, המופקת בתהליך הנשימה התאית. חלק מהאנרגיה המופקת, היא אנרגיית חום, המשמשת להעלאת טמפרטורת הגוף. 4. הגברת הקצב המטבולי )קצב חילוף החומרים כגון הנשימה התאית( בהשפעת ההורמון אדרנלין, או כתוצאה מהשפעת ההורמון תירוקסין המופרש מבלוטת התריס. 5. חילוף חום בזרימה נגדית: מנגנון המאפשר להקטין את איבוד החום מאיברים שאינם מבודדים, כגון הרגליים של עופות ויונקים החיים בסביבה שבה הטמפרטורות נמוכות. במעבר החום בין העורקים והוורידים. הערכים הם במעלות של פרנהייט, אך אין לזה חשיבות מאחר וניתן לראות את מעבר החום בין העורקים והוורידים. בתרשים ניתן לראות שככל שהדם מתקדם בעורק הטמפרטורה יורדת מאחר וחלק מהחום עובר לווריד וחוזר חזרה לגוף. איור - 6 תרשים המתאר את מעבר החום בין כלי דם בגוף שאלה 9. עיינו באיור 6 והסבירו במה שונה ארגון כלי הדם )העורקים והוורידים( באיבר הנמצא בסביבה קרה )משמאל( מזה הנמצא בסביה חמה )מימין(, וכיצד מסייע ארגון זה לוויסות הטמפרטורה של הגוף? עמוד 18

19 בקרה על ויסות טמפרטורת הגוף בסביבה בעלת טמפרטורות גבוהות כשטמפרטורת הגוף עולה מעל ערך מסוים )"טמפרטורה גבוהה"(, מופעלים מספר מנגנונים להגברת איבוד החום: 1. קו ההגנה הראשון שמפעיל גופנו כדי להווריד את טמפרטורת הגוף הוא הבאת דם רב ככל האפשר אל השטח החיצון שלו, אל העור. כלי הדם הנמצאים קרוב לעור מתרחבים, וכך דם רב מאבד חום לסביבה והטמפרטורה של הגוף יורדת. העור ייראה אדמדם. מנגנון הקרינה הוא הפועל כאן בעיקר להווריד את טמפרטורת הגוף. שימו לב שמנגנון זה עשוי להיות יעיל רק כל עוד טמפרטורת הסביבה נמוכה מטמפרטורת הגוף! 2. מנגנון משוכלל נוסף הפועל לקרר את גופנו כאשר הטמפרטורה עולה יתר על המידה הוא מנגנון "קירור מים", מנגנון ההזעה. בתהליך האידוי צריך להשקיע אנרגיה, ולפיכך המים ההופכים לאדים מוציאים את אנרגית החום של הגוף החוצה, והטמפרטורה של המשטח )עור האדם, במקרה זה( יורדת. בלוטות הזיעה נמצאות בשכבת העור הפנימית שלנו בריכוז ממוצע של בלוטות זיעה בסמ"ר עור. הזיעה מופרשת דרך צינור דקיק אל שכבת העור החיצונית )ראו איור מס' 6(, הגלויה, כל אימת שחום הגוף עולה מעל התחום המותר. הזיעה מתאדה ומקררת את הגוף )זאת בתנאי שלא נפריע לאידוי: אם נלבש בגד אטום, הזיעה לא תתאדה וחום הגוף יעלה, ואילו אם נלבש חולצת כותנה דקה ואוורירית, היא תגן עלינו מפני החימום של קרינת השמש הישירה - ומנגנון האידוי לא ייחסם(. אידוי של כ- 100 מ"ל של זיעה מביא לידי ירידה של מעלת צלסיוס אחת בחום הגוף. הזעה היא תהליך יעיל ביותר, והיא המנגנון היחיד העשוי לגרום לאיבוד חום מהגוף בסביבה בה הטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת הגוף, אבל היא גם מוגבל במקצת. איור - 7 למרות האמרה "הזיעה חתך רוחב בעור נשפכה כמים", אין להשוות כלל זיעה למים. הגוף מסוגל לייצר כליטר זיעה לשעה, ולהתמיד בכך לא יותר מכמה שעות. יתר על כן, בסביבה לחה מאוד )כמו בקרבת חוף הים בתל אביב, למשל( אין האידוי יעיל, וההזעה גורמת אי-נוחות. עמוד 19

20 שאלות 11. באזור שפלת החוף יש לעתים קרובות לחות גבוהה באוויר, והדבר מכביד וגורם לאי נוחות רבה בחודשי הקיץ החמים )תופעה המכונה "עומס חום כבד"(. התוכלו להסביר מדוע מקשה הלחות הגבוהה באוויר על ויסות טמפרטורת הגוף בקיץ? 11. במצבים של מנוחה, או פעילות גופנית מתונה, עיקר החום בגוף מופק באיברי הגוף הפנימיים, כגון הלב, הכבד, מערכת העיכול והכליות. התוכלו להסביר מדוע? 12. הקליטה והאיבוד של החום מתרחשים על ידי חילופים ב"משטחים החיצוניים של הגוף". מהם? 13. התוכלו להסביר מדוע הטמפרטורה של ה"משטחים החיצוניים של הגוף" נמוכה מזו של האיברים הפנימיים? 14. כיצד עובר החום מאיבריו הפנימיים אל המשטחים החיצוניים? 15. למערכת הובלת הדם יש, אכן, תפקיד חשוב בשמירה על טמפרטורת הגוף. באמצעות הדם מתרחשת הובלת חום מהאיברים הפנימיים אל המשטחים החיצוניים, ובמיוחד אל פני העור של הגפיים, האוזניים והאף. 16. מדוע מאדימים פני העור בעת פעילות גופנית נמרצת, או כאשר נמצא בסביבה חמה )ביום קיץ חם או "סתם" בעת מקלחת חמה? 17. אילו מנגנונים פיזיולוגיים מסייעים לגוף למנוע את ירידת הטמפרטורה שלו בסביבה בה הטמפרטורה נמוכה? ב 8. בקרת חום התנהגותית סטייה גדולה מידי בחום הליבה גורם לכך שההיפותלמוס ישדר אותות תחושה של אי נוחות, וכתוצאה מכך האדם יפעל באופן מודע ליצירת תנאים נוחים יותר. בפני האדם עומדות מספר אפשרויות התנהגותיות לשיפור תחושת הגוף ולקירור הגוף. התנהגות האדם תלויה במקור של שינויים בטמפרטורת הגוף. אם השינוי נובע ממחלה תגובת האדם תהיה שונה מאשר אדם הנמצא בחדר סגור והמזגן מקולקל. ב 9. הפרעות בוויסות הטמפרטורה עליית הטמפרטורה )"חום"( כתוצאה ממחלה - עלייה בחום הגוף נעשית כתגובת הגנה לזיהום ולפציעה. חומרים הגורמים לעליית טמפרטורת הגוף נקראים חומרים פירוגנים. חומרים אלה מופרשים מתאים במערכת החיסון, מהחיידקים או הנגיפים שחדרו לגוף. החומרים הפירוגנים גורמים לכיוונון מחדש POINT( )SET של ההיפותלמוס לטמפרטורה גוף גבוהה יותר. אחד התפקידים של העלאת טמפ' הגוף היא התמודדות יעילה יותר של הגורמים הזרים שחדרו. כאשר אנחנו לוקחים תרופות להורדת חום, התרופה למעשה משפיעה על ההיפותלמוס לשנות את ה- POINT SET עמוד 20

21 לטמפרטורה נורמאלית. מיד הגוף נכנס לפעולה על מנת להוריד את הטמפרטורה על ידי המנגנונים הידועים. מכת חום כשאדם נתון בתנאים בהם נמנע איבוד חום יעיל לסביבה, כגון המצאות בסביבה בה הלחות היחסית של אדי מים באוויר גבוהה או בשעת מאמץ גופני העולה על יכולת הגוף להיפטר מעודפי החום. במצב זה נזק רב נגרם לרקמות הגוף, בעיקר המוח. ניכרים בלבול, הזיות, בחילה והקאות ואף אובדן הכרה. כושר וויסות החום הנורמלי נפגם וללא טיפול מהיר האדם עלול למות. נזקי קור מצב הנוצר כאשר יצירת החום ויכולת השמירה עליו פחותים מאיבוד החום. מצב זה יכול להיווצר כאשר אדם נקלע למזג אוויר קשה וקר ואינו מוגן על ידי מחסה או בגדים מתאימים. )לאדם הנקלע למצב כזה מומלץ להמשיך בתנועה כל העת כדי שגופו ייצר חום ולא הגוף יגיע למצב של איבוד חום מהיר מדי לסביבה. תזכורת: ככל שהפרש הטמפרטורות בין האדם לסביבה גדול יותר כך קצב איבוד החום לסביבה יהיה מהיר יותר.( מנגנוני השמירה על חום הגוף נפגמים כשטמפרטורת הגוף יורדת ל- C האדם מאבד את הכרתו, קצב חילוף החומרים מואט ביותר וקיימת סכנת מוות. ברוב המקרים סיבת המוות נובעת מעצירת פעולת הלב, אך בנוסף מופר האיזון החומצי-בסיס, נגרמים נזקים לשרירים ולמוח. שאלות 18. כאשר הגוף נמצא בסביבה שהטמפרטורה שלה נמוכה, יש סכנה של איבוד חום לסביבה ואז הטמפרטורה שלו תרד באופן מסוכן. לפניך טבלה שבה מתוארות תגובות הגוף לעקת קור )מתוך הספר: ביולוגיה, האחידות והמגוון של החיים, האונ' הפתוחה, עמ' 921( עיין בנתונים שבטבלה, וענה על השאלות שלאחריה. תגובות על עקת קור טמפרטורת פנים התגובות הגוף תגובת רעד, הגברת הנשימה, הגברת ייצור החום המטבולי. היצרות כלי 36 o C 34 o C הדם ההיקפיים מנתבת את הדם לעומק הגוף. מופיעות סחרחורות ובחילות. 33 o C 32 o C תגובת הרעד נפסקת. ייתור החום המטבולי פוחת. אובד הכושר לבצע תנועות קיצוניות. הרפלקסים של העיניים ושל הגידים 31 o C 30 o C העלמים. איבוד ההכרה. פעילות שריר הלב נעשית בלתי סדירה. 26 o C 24 o C פרפור חדרי הלב ולאחר מכן מוות. א. ב. מהי הסכנה שבירידת טמפרטורת הגוף? מהו ההסבר הפיזיולוגי לסכנה שבירידת הטמפרטורה? עמוד 21

22 ג. ד. ה. מדוע מסוכנת במיוחד ירידת הטמפרטורה של הלב? מדוע סכנת ירידת הטמפרטורה גבוהה ביותר דווקא בסביבה של מים קרים )בהשוואה לסביבה של אוויר קר, למשל(? בסביבה קרה, עשוי צבע העור להשתנות לכחול, כתוצאה מהקטנת זרימת הדם אליו. כיצד תורם מנגנון זה של הקטנת זרימת הדם אל העור להגברת סיכויי ההישרדות של אדם בסביבה בה הטמפרטורות נמוכות? איור - 8 מפת קווי הטמפרטורה )איזותרמות( של הגוף בטמפרטורה חיצונית נמוכה ובטמפרטורה חיצונית. 19. התבוננו בשני האיורים של אדם הנכללים באיור 8 2. מה ניתן ללמוד מההבדלים בין האיורים על "סדרי העדיפויות" של הגוף מבחינת שמירת הטמפרטורה בסביבה בה הטמפרטורה נמוכה? א. האם יש לכך ערך הישרדותי לגוף? ב. אנשים הנמצאים בסביבה בעלת טמפרטורה נמוכה נוטים לשתות אלכוהול על מנת "להתחמם". זמן קצר לאחר שתיית האלכוהול מאדים עורו של השותה ומציפה אותו תחושה של חמימות, מבלי שיגדל קצב ייצור החום בגופו. I. התייחסו לאיור 2 וענו, כיצד צפויה להשתנות מפת הטמפרטורה של אדם ששתה אלכוהול?.II מה עלולות להיות ההשלכות של שינויים אלה על תיפקודו בטווח הקצר ולטווח הארוך בסביבה זו? 21. אילו מנגנונים פיזיולוגיים מסייעים לגוף למנוע את עליית הטמפרטורה שלו בסביבה בה הטמפרטורה גבוהה? 21. כיצד מווסת ההיפותלמוס שבמוח את טמפרטורת הגוף? בהסברך התייחס למנגנוני המשוב בהם מעורבים החיישנים השונים, למערכת העצבים ולמערכת ההורמונלית. 22. ציין מצבים בהם הגוף מתקשה לשמור על טמפרטורה קבועה, והסבר לגבי כל מצב: א. מדוע מתקשה הגוף לשמור על יציבות הטמפרטורה במצב זה? ב. אילו נזקים עלולים להיגרם לגוף באם מצב זה יתמשך? עמוד 22

23 23. איזה יתרון מקנה לאדם, ולבעלי חיים אחרים, אורגניזמים היכולת לווסת את הטמפרטורה שלהם? 24. אילו פעולות התנהגותיות יכול האדם לבצע כשהוא נמצא בסביבה חמה או קרה על מנת לשפר את מצבו? ג. התפתחות מד הטמפרטורה הרפואי ערך: שי פישביין 2008 "אני זוכר היטב את חדרו של רופא בית הספר, ד"ר פלדבלום. במרכז עגלת הציוד שעמדה בפינת החדר, לצד לוח בדיקת העיניים, ניצבו במכל עם נוזל חיטוי שלושה מדי חום שחרצו גורלות - מי הביתה למיטה ומי חזרה לכיתה. עד היום, המדחום )תרמומטר( הוא אחד הסמלים המזוהים יותר עם רפואה. יחד עם הסטטוסקופ שתלוי על הצוואר והמקל לבדיקת הגרון הוא פריט הכרחי בכל מרפאה ובכל בית עם ילדים. מדידת חום לילד חולה היא פעולה אוטומטית כמעט. כה "טבעית", עד כי נראה שמדובר במנהג שהיה קיים מאז ומעולם. גם המספרים - 37 מעלות צלזיוס בעבור חום גוף תקין או 38 מעלות ומעלה בעבור חום גוף גבוה מדי - נראים ברורים מאליהם, אולם מעטים יודעים כיצד התקבעו הפרמטרים האלה בתודעה. כמו כן, למונח "חום" אין כלל הגדרה מדויקת: הוועדה הבינלאומית למדידת חום, הגדירה חום בעת מחלה כ"עלייה של טמפרטורת הליבה מעבר לערך הרגיל". מהיפוקרטס עד גלילאו ההיסטוריה של מדידת החום בכלל ומדידת חום הגוף בפרט רצופה שינויים רבים. כבר ב- 460 לפנה"ס החשיב היפוקראטס חום כסימן האבחנתי החשוב ביותר אצל חולה. בהמשך דעכה קרנה של מדידת החום ופינתה מקומה למדידת הדופק - הקלה יותר לביצוע. רק במאה ה- 17 לאחר הבנת הפיסיולוגיה של פעולת הלב ומחזור הדם התעורר בה עניין מחודש. במאה ה- 16 ייצר גלילאו גליליי שני סוגי מכשירים למדידת חום - האחד מבוסס על אוויר והשני על אלכוהול - אולם הם לא היו שימושיים במיוחד. מדידת החום האנושית הראשונה נזקפת לזכותו של המדען האיטלקי סנקטוריוס, שפרסם ב מחקר בנושא. ב- 250 השנים הבאות ידעה טכניקת מדידת החום עליות וירידות - אך לא קנתה לעצמה אחיזה של ממש כחלק לגיטימי בבדיקת החולה והליך האבחנה. זאת, משום שלא היו בנמצא מדרגים מוסכמים של מדידת חום ושרר בלבול מוחלט בתחום. ב בנה דניאל גבריאל פרנהייט מדחום המבוסס על כספית, ובהמשך את סקלת הטמפרטורה הנושאת כיום את שמו. הוא התייחס לטמפרטורת חלל הפה באדם בריא כנקודת הייחוס לסקאלה שלו, וקבע עוד נקודות לפי תכונות הקפיאה והרתיחה של מים. בתחילה שאף להגיע לסקאלה שבה הערך 100 יהיה חום הגוף האנושי הרגיל, אך לבסוף נקבע זה על 96 )בטעות, כפי שתוכיח ההיסטוריה(, טמפרטורת קפיאת המים על 32 ונקודת רתיחת המים על 212. עמוד 23

24 סקלת המדידה של אנדרס צלזיוס פורסמה מאוחר יותר, ב בקירוב, והסקאלה האבסולוטית של לורד קלווין הוצגה רק ב האחרונה הביאה ליצירת אמות מידה מוצקות לכוונון מדי הטמפרטורה. כבר במאה ה- 17 צברו רופאים ידע רב על הקשר בין חום למחלות. המדענים בקרל וברשט השתמשו ב באמצעי מדידה רגישים יחסית כדי למדוד את הטמפרטורה במקומות שונים בגוף, ומצאו שבאיברים בהם יש סימני דלקת וזיהום הייתה הטמפרטורה גבוהה יותר. הם גם היו הראשונים לטעון שטמפרטורת הגוף התקינה היא 37 מעלות צלזיוס או 98.6 מעלות פרנהייט )ולא 96 כפי שחשב פרנהייט(. ד. פעילויות לפרק על ויסות טמפרטורה פעילות בנושא ויסות חום עמוד 24

25 ה. למידת עמיתים בנושא חום וטמפרטורה עליכם לבחור את אחד הנושאים הבאים ולהביא אותו ללמידת עמיתים )תלמידים מלמדים תלמידים(: התחלקו לזוגות, כל זוג יבחר תופעה או מערכת ויסביר את התופעה מההיבטים הבאים: תרשים מלבנים של המערכת, מעבר האנרגיה במערכת, תנועת החום במערכת. המערכות או התופעות המוצעות: 1. טיסת דאון או מעוף החסידות 2. דוד שמש: דגש למיקום פתחי יציאת המים וכניסת המים לדוד, מיקום הקולטים ביחס לדוד 3. אפקט החממה 4. חימום המים באמצעות קומקום חשמלי: דגש למיקום גוף החימום, תנועת המים במהלך החימום, החומרים ממנו בנוי הקומקום. 5. חומרים פירוגנים קיימים שלושה מדי טמפרטורה כיום, כל אחד פועל באמצעות עקרונות שונים, הסבירו את פעולת כל אחד ממדי הטמפרטורה, יתרונות חסרונות ונסו להסביר את ההתפתחות המדעית טכנולוגית שאפשרה את התקדמות המודדים: 6. מד טמפרטורה כספית 7. מד טמפרטורה אלקטרוני 8. מד טמפרטורה "אוזן", )הכוונה למד טמפרטורה המודד טמפרטורה באוזן( תלמיד המעוניין לבחור נושא אחר יבקש את אישורו של המורה לפני שיתחיל לעבוד. מקורות מידע: / יש לבנות מצגת שבה לכל היותר 10 שקופיות. כמו כן יש להכין דף מידע של עמוד אחד לתלמידי הכיתה. כל קבוצה תתבקש להציג במליאה את המצגת שלה ותהיה מוכנה לענות על שאלות התלמידים. עמוד 25

26 ו. העשרה - חום וטמפ' בעולם בעלי החיים המקור: כאשר אנו דנים בהשפעת הטמפ' על בעלי החיים, עלינו להבין מספר מושגי יסוד, אשר הינם בעלי חשיבות רבה להבנת הקשר : חום - טמפ' - בעלי חיים. על פי טמפ' גופם ניתן לחלק את בעלי החיים לשתי קבוצות: בעלי טמפ' גוף משתנה )נייעי חום, פויקילותרמיים( - רוב בעלי החיים. ובעלי טמפ' גוף קבועה וגבוהה )קבועי חום, הומיאותרמיים( - עופות ויונקים. אין ספק שהצלחתם של העופות והיונקים, נובעת מעצם היותם בעלי טמפ' גוף קבועה. מנגנון זה הוא שהביא להגדלת טווח התפוצה של נציגי שתי הקבוצות הללו, כך שאנו פוגשים אותם באזורי אקלים שונים, החל במדבריות החום ועד מדבריות הקרח. יתר על כן יש הטוענים שתכונה זו עודדה ותרמה להופעת הטיפול בצאצאים, התקשורת בין זכרים לנקבות, ומכאן למוח מפותח יחסית, ולפיתוח דגמי התנהגות מורכבים. מקורות החום שלנו ושל כלל בעלי החיים הינם חיצוניים ופנימיים. חיצוניים: הגוף קולט חום מהסביבה ופולט חום לסביבה, ובכך מתנהג ככל גוף פיסיקלי אשר מחליף חום עם הסביבה בדרך של הולכה, הסעה, וקרינה. פנימיים: הגוף מפיק ומייצר בעצמו את אנרגיית החום. בעלי חיים בעלי טמפ' גוף קבועה, שומרים על טמפ' גופם בזכות יכולתם לקיים מאזן חום כך שכמות החום הנקלטת והמופקת )מיוצרת(, שווה לכמות החום הנפלטת. לקיומו או אי קיומו של מאזן חום זה חלק נכבד בהשפעה על אורח חייהם, התנהגותם, ומבנה גופם של בעלי החיים. ההבדל בין יונק לזוחל: הביטו בתמונות שלפניכם של עכבר שדה וחרדון. מה ההבדל בכיסוי הגוף בין העכבר לחרדון? א. מההיכרות שלכם של עולם החי, איזה מבעלי החיים הוא יותר פעיל, העכבר או החרדון? ב. איזה מבעלי החיים מותאם יותר לחיים בטמפרטורות סביבה קיצוניות? ג. איזה מבעלי החיים הוא ההומיאותרמי ואיזה הפויקילותרמי? נמק! ד. עמוד 26

27 האם תגובה )ריאקציה( כימית של פירוק חומר אורגאני משפיעה על הטמפ'? ציוד: 2 כוסות, 2 מדי טמפ', קרקע עשירה בחומר אורגאני, גולות מתכת או זכוכית, מי חמצן. קחו כוס ובה קרקע המכילה חומר אורגאני ומדדו את הטמפ' בעומק של 1 ס"מ. קחו כוס ובה גולות ומדדו את הטמפ' בעומק 1 ס"מ. טפטפו כ- 30 טיפות מי חמצן בקרבת מד הטמפ' בשתי הכוסות. כעת קראו את הטמפ' בכל כלי, ותארו את המתרחש. ממה לדעתכם נובע ההבדל בין שני הכלים? שריפת חומר אורגאני כנגד שריפת חומר אנאורגאני. ציוד: בוטן, נר, אבן בגודל בוטן, מלקטת. הדליקו את הנר, החזיקו את הבוטן באמצעות מלקטת והחזיקו את הבוטן מעל הלהבה מספר דקות. חזרו על התהליך עם האבן. מה התרחש במקרה של הבוטן? מה התרחש במקרה של האבן? ממה לדעתכן נובע ההבדל בין המקרים? בניסויים אלו אנו ניתן ללמוד שפירוק ו / או שריפה של חומר אורגאני מלווים בתהליך של ייצור חום. כאן המקום לציין שהגוף מייצר אנרגיה בתהליכים של חילוף חומרים )מטבוליזם(. הפקת האנרגיה מתבצעת בתהליך הנשימה התאית, בו חומרים אורגאניים )לדוגמא גלוקוז( מפורקים למרכיבים הפשוטים ביותר ( 2 COומים(. יש לזכור שפירוק זה נעשה בנוכחות חמצן. במהלך הפירוק חלק מהאנרגיה הכימית הופכת לאנרגיה של חום. לכן שמירה על חום הגוף מחייבת: א. תזונה - אספקה מתמדת וקבועה של מזון, כחומר בעירה לחילוף החומרים. ב. מערכת אספקה יעילה של חמצן - כלומר מערכות נשימה ודם משוכללות. ג. בידוד - פיתוח כיסוי גוף המבודד מהסביבה )שומן, פרווה(. ד. מנגנוני וויסות טמפ' - פיתוח של מנגנונים מבניים, התנהגותיים, ופיסיולוגיים המאפשרים להגיב לכל שינוי סביבתי בטמפרטורה. עמוד 27

28 א. מבוא מערכת בהם, פרק 2 הובלת הדם מערכת הובלת הדם system(,)the cardiovascular היא המקשר המורכבת מהלב, מכלי הדם ומהדם הזורם הראשי בין מערכות הגוף, והמוביל המרכזי של חומרים ממקום למקום בגוף, ומהווה לכן מרכיב מרכזי וחיוני בתפקודו של הגוף ובשמירת היציבות של הסביבה הפנימית )הומיאוסטאזיס( בגוף. מטעמי נוחיות נכנה את המערכת מעתה "מערכת ההובלה". הלב הוא משאבה שרירית היוצרת את הלחץ המניע את זרימת הדם, וכלי הדם הם צינורות המשמשים כנתיבים להובלת הדם בין חלקי הגוף השונים. מערכת ההובלה נחשבת למערכת סגורה, כיוון שהדם אינו יוצא מכלי הדם )פרט לנוזל הפלסמה ולחומרים שונים המומסים בה(, והיא למעשה רציפה ומחזורית הדם עובר באופן רציף ובמחזוריות בין הלב וכלי הדם )העורקים, הנימים והוורידים( המובילים אותו מהלב לחלקי הגוף השונים ובחזרה ללב תפקידיה העיקריים של מערכת ההובלה: העברת חמצן מהריאות לתאי הגוף ו- CO 2 מתאי הגוף לריאות. העברת מולקולות מזון ומים ממערכת העיכול לתאי הגוף. העברת פסולת מתאי הגוף לכליה ולכבד )באמצעותם מסולקים הרעלים מהגוף(. העברת הורמונים מהבלוטות המפרישות אותן אל תאי המטרה בגוף. ויסות הטמפרטורה -.6 ההיקפיים בגוף )העור, הגפיים, הראש(. התגוננות בפני מחלות הדם הלבנים. הסעת אנרגית חום, המופקת בעיקר באיברים הפנימיים, אל האיברים המערכת החיסונית איור - 1 איור סכמטי של מחזור הדם הכפול באדם )מחזורי הדם "לב-גוף" ו"לב-ריאה"(. פעילה בעיקר במערכת ההובלה, באמצעות תאי הרכב ומבנה מערכת ההובלה למערכת ההובלה שלושה מרכיבים עיקריים: רקמת הדם הזורמת במערכת ההובלה ומנוזל הנקרא פלסמת הדם. מורכבת מתאי דם.1 עמוד 28

29 תאי הדם מתחלקים לשלושה סוגים: א. תאי דם אדומים,)Erythrocytes( המובילים את החמצן מהריאות לרקמות הגוף השונות. ב. תאי דם לבנים,)Leukocytes( המתפקדים במערכת ההגנה כנגד אורגניזמים וחומרים זרים החודרים לרקמות הגוף. ג. טסיות )לוחיות( דם )תרומבוציטים(, המתפקדות בתהליך קרישת הדם, התהליך העוצר יציאת דם מכלי הדם לאחר פגיעה בהם. הלב הוא משאבה שרירית היוצרת את הלחץ המניע את זרימת הדם בכלי הדם. כלי הדם הם צינורות המשמשים כנתיבים להובלת הדם בין חלקי הגוף השונים. מערכת ההובלה נחשבת למערכת סגורה, כיוון שהדם אינו יוצא מכלי הדם )פרט לנוזל הפלסמה ולחומרים שונים המומסים בה(, והיא למעשה רציפה ומחזורית הדם עובר באופן רציף ובמחזוריות בין הלב וכלי הדם )העורקים, הנימים והוורידים( המובילים אותו מהלב לחלקי הגוף השונים ובחזרה ללב..2.3 ב. רקמת הדם - הרכב ותפקוד )הרחבה( רקמת הדם מכילה תאי דם ופלסמה, המהווה את החומר הבין תאי של רקמת הדם. היחס התקין בין נוזל הדם )הפלסמה( לבין תאי הדם הוא: 55% פלסמה ו- 45% תאי דם. בדיקת המטוקריט,)HTC( נועדה לבדוק שאכן יחס זה נשמר. ב 1. הפלסמה פלסמת הדם הינה נוזל הדם, בו נמצאים תאי הדם השונים, והיא מורכבת בעיקרה ממים, מחלבונים שונים )כגון הנוגדנים( החיוניים להגנת הגוף בפני האורגניזמים והחומרים הזרים החודרים לגוף, חלבונים החיוניים לתהליך קרישת הדם ולתיפקודים נוספים. כמו כן מכילה הפלסמה חומרי מזון )סוכרים, חומצות אמיניות, שומנים, ויטמינים ומלחים שונים( המועברים לרקמות, וחומרי פסולת המועברים לאיברים המסלקים אותם מהגוף, כגון CO 2 המועבר מתאי הגוף לריאות, השתנן המועבר לכליות ועוד. למרכיביה השונים של הפלסמה תפקידים שונים בגוף האדם. הפלסמה שומרת על הומיאוסטאזיס בהרכבה הקבוע, כולל הומיאוסטאזיס של חומרי מזון שונים, הגזים חמצן ו- CO 2 )ראו פרק הנשימה(, שמירה על טמפרטורת גוף קבועה )ראו פרק ויסות חום הגוף( ועוד. בטבלה הבאה מצוינים מרכיביה העיקריים של הפלסמה וריכוזם בה: החומרים מינרלים )נתרן, אשלגן, סידן, מגנזיום, נחושת, כלוריד, יוני חומצה פחמתית, יוני חומצה זרחתית ואחרים.( החומרים ריכוזם בפלסמה ריכוזם בפלסמה 0.9% עמוד 29

30 חלבונים אלבומינים גלובולינים פיברינוגן אנזימים שונים תוצרי עיכול מזון גלוקוז חומצות אמינו +שומנים שתנן הורמונים סה"כ 9%-7% 4%-5% 2%-3% 0.2%-0.4% פחות ממאית אחוז )mg%80-120( 0.1% משתנה לפי קצב חילוף חומרים וזמני ארוחות 0.03% ריכוזים זעירים ומשתנים להלן פירוט תיפקודם של כמה מהמרכיבים העיקריים של הפלסמה: המינרלים: למינרלים שונים תפקידים ייחודיים בתהליכים המתרחשים בתאים, לכן ישנה תחלופה שלהם בין פלסמת הדם לנוזל הבין תאי והתאים, כלומר הפלסמה משמשת כמקור למינרלים בתאים, והיא קולטת מינרלים המופרשים מהם. תיפקודי המינרלים בפלסמה: 1. שמירה על הלחץ האוסמוטי הכללי בפלסמה, כך שיהיה זהה ללחץ האוסמוטי של התאים. 2. שמירה על רמת חומציות ניטראלית בדם ph( בסביבות 7(. חד-סוכרים, חומצות אמינו ושומנים: תוצרים של מזונות שעוכלו, המועברים ממערכת העיכול אל כל הרקמות. תחלופתם בפלסמה היא גבוהה מכיוון שהתאים זקוקים להם לתהליכי חילוף החומרים. תרכובות חנקניות: תוצרי פירוק שונים אשר יסולקו בשתן. השתנן הוא התוצר העיקרי ואם ריכוזו עולה - האדם נמצא בסכנת חיים. אלבומינים: משפחה של חלבונים אשר להם תפקיד חשוב בשמירה על המאזן האוסמוטי בין הפלסמה לבין התאים. האלבומינים הן מולקולות גדולות שאינן עוברות דרך דפנות התאים, כלומר אינן יוצאות ממערכת ההובלה. נוכחותם בדם חשובה כגורם המונע יציאה של מים מהדם לנוזל הבין תאי. כל עוד ריכוזם נמצא בגדר הנורמה, נשמר גם ריכוז המים בפלסמה בגבולות הנורמה ואין "בריחה" מוגזמת של מים מהפלסמה לרקמות הגוף. מחסור באלבומינים בדם מאפשר למים לצאת מהפלסמה לנוזל הבין-תאי ומקטין את החזרת המים מהנוזל הבין-תאי לפלסמה, והדבר עלול להוביל להיווצרות בצקות באיברי גוף שונים. חלבוני הגלובולינים: מרכיבים את הנוגדנים המשתתפים בהגנה על הגוף. החלבון פיברינוגן: קשור, יחד עם חלבונים נוספים, לקרישת הדם )ראו סעיף טסיות הדם(. עמוד 30

31 ב 2. תאי הדם א. תאי דם אדומים תפקידם של תאי הדם האדומים הוא בעיקר בהובלת החמצן מהריאות לכל תאי הגוף. נוטלים חלק בהובלת הפחמן הדו חמצני מהתאים אל הריאות. בנוסף הם תאי דם אדומים איור - 2 תמונה של תאי דם אדומים )מימין(, איור של מולקולת החלבון המוגלובין, הנמצאת בתא דם אדום, ושל מולקולת הם הקושרת את מולקולות החמצן, ואשר ארבע כמוה קשורות לכל מולקולת ההמוגלובין. מאפייניהם של תאי הדם האדומים: מספרם במילימטר מעוקב הוא כ- 4-5 מיליון תאים )!( מקום בו נוצרים: מח העצם, וקצב ייצורם הוא כמיליון )!( תאים בכל שנייה. אורך חיים הממוצע של תא דם אדום הוא כ- 120 יום. מקום פירוקם: טחול וכבד. מבנה: חסרי גרעין. נוצרים עם גרעין אך הגרעין נעלם לפני יציאת התא ממח העצם לדם. לתאי הדם האדומים צורת דיסקוס קעור משני צדדיו, וצורה זו מגדילה את שטח פניהו של כל תא ובכך מגדילה את שטח הפנים הזמין לחילופי גזים. לתאי הדם האדומים קרום גמיש המאפשר להם לשנות את צורתם בעת המעבר בנימים הצרים. מולקולות ההמוגלובין מהוות 90% מהנפח היבש של התא )35% מכלל הנפח של הדם(. הקטן, להיעדר הגרעין, ולגמישות מבנה תאי הדם האדומים מותאם לתפקידם בתכונות רבות: היחס בין שטח הפנים לנפחם מוגדל בשתי דרכים: 1. צורת הדיסקוס הדו קעור. 2. גודלם הקטן ומספרם הגדול. יכולת מעברם בנימים הדקים מתאפשרת הודות לגודלם הגדולה של הקרום שלהם. עמוד 31

32 במעברם בנימים הם נוגעים בדופן הנים ובכך מיעלים את מעבר החמצן בדיפוזיה מתאי הדם האדומים לתאי הרקמה. יעילות קליטת החמצן והובלתו מתבצעת הודות למולקולות ההמוגלובין )Hb( המהוות כשליש מנפחו של תא הדם האדום. החמצן נקלט ונקשר למולקולת הברזל )הם( המצויה במרכז מולקולת ההמוגלובין. התוצר המתקבל נקרא אוקסיהמוגלובין. מידע על הולכת החמצן, קשירתו ושחרורו נמצא בפרק העוסק במערכת הנשימה. ב. תאי דם לבנים תאי הדם הלבנים מתפקדים במערכת ההגנה כנגד אורגניזמים וחומרים זרים החודרים לרקמות הגוף מספרם בממ"ק: 4,500 11,000 באדם בריא. כאמור, קיימים סוגים רבים של תאי דם לבנים. כל סוג מותאם במבנהו לתפקידו במערכת החיסון )עליה לא נלמד במסגרת לימודי המגמה(. מספר תאי הדם הלבנים משתנה בהתאם למצב הגוף. סטיות מהיחסים המספריים מעידות על מחלות מסוימות וימצאו בבדיקת דם הקרויה "ספירה מבדלת" בה יברר הרופא אם נשמר יחס מספרי תקין בין הסוגים השונים של תאי הדם הלבנים. מקום בו נוצרים: מח העצם )בעיקר(, בקשרי לימפה ומקצתם בטחול. מבנה: בעלי גרעין, חסרי צבע. קיימים מספר סוגים של תאי דם לבנים. תאי דם לבנים נעים כל הזמן בין הרקמות לדם. מספר תאי הדם הלבנים משתנה בהתאם למצב הגוף. איור - 3 תמונות של תאי דם לבנים שונים. שימו לב לגרעין התא הגדול יחסית, במרכזו של כל תא. איור - 4 טסיות דם במחזור הדם ג. טסיות הדם )תרומבוציטים( תפקידן קשור באופן ישיר לתהליך קרישת הדם. יצירת קריש דם הוא תהליך החשוב לשמירה על נפח הדם בעקבות פציעה. מספר בממ"ק:.250, ,000 מקום בו נוצרות: מח העצם. מבנה: נוצרות מתא הקרוי מגקריוציט. כאשר הוא בא במגע עם זרם הדם הוא מתפורר למספר רב של טסיות. עמוד 32

33 תהליך הקרישה מסוכם בתרשים הבא: איור - 5 תרשים זרימה המתאר את תהליך קרישת הדם )מימין( ואת עצירת הדימום )משמאל למעלה( טסיות הדם מכילות חלבונים שונים המעורבים במנגנון ההגנה כנגד אובדן דם ממערכת ההובלה, כגון התרומובלסטינוגן )אנזים הפעיל במנגנון הקרישה( וסרוטונין )הגורם להתכווצות נימי הדם שנקרעו ולהקטנת הדימום(. הטסיות רגישות לכל הפרעה בזרימת הדם וכל מכשול יגרום להן להתפורר ולשחרר את תכולתן לפלסמת הדם, המכילה, בין היתר, גם חלבוני קרישה, כגון פיברינוגן, במצב בלתי פעיל. שחרור תכולת הטסיות במקום הפציעה מתחיל תהליך שרשרת מהיר שבסופו נוצרים ממולקולות הפיברינוגן סיבי פיברין הלוכדים בתוכם תאי דם ומהווים את קריש הדם. ג. תיפקוד מערכת ההובלה בחלק זה נעבור על התהליכים המתרחשים בלב ובכלי הדם. ג 1. הלב 1. מבנה הלב הלב מתפקד כמשאבה בעלת מבנה פשוט, יחסית, והוא דוחף את הדם לתוך כלי הדם )ישירות לעורקים, ומהם לנימים ולוורידים(, ובכך גורם לזרימתו במחזור הדם. הלב מורכב משני חצאים )השמאלי והימני(, הנפרדים זה מזה לחלוטין באמצעות מחיצה )פרט לשלב העוברי, בו עדיין לא מתפקד המחזור "לב-ריאה" ובו מתקיים מעבר בין העלייה הימנית לשמאלית(. למעשה, כל אחד משני חצאי הלב מהווה משאבה נפרדת, המורכבת מעליה ומחדר, אך שני החצאים פועלים בתיאום ומתכווצים יחד: בתחילה מתכווצות שתי העליות ולאחריהן שני החדרים. עמוד 33

34 בצידו השמאלי של הלב עליה וחדר הדוחפים את הדם לאבי העורקים ובאמצעותו לכלל רקמות הגוף )פרט לריאות( ל"מחזור הדם הגדול".)הנקרא גם "מחזור לב-גוף"( ראו פירוט בסעיף על מחזור הדם הכפול. בצידו הימני של הלב עליה וחדר הדוחפים את הדם לעורק הריאה, ובאמצעותו לשתי הריאות ל"מחזור הדם הקטן" )הנקרא גם מחזור לב-ריאה"(. איור - 6 איור סכמטי של מבנה הלב בין כל עליה וחדר, ובין החדרים לעורקים הראשיים היוצאים מהם )אבי העורקים היוצא מהחדר השמאלי, ועורק הריאה היוצא מהחדר הימני( נמצאים מסתמים חד כיווניים, המאפשרים את זרימת הדם רק בכיוון אחד, מהעלייה לחדר ומהחדר לעורק. פעולת ההתכווצות המתואמת של שריר הלב בעליות, ולאחר מכן בחדרים, בשילוב עם פעולת המסתמים החד-כיווניים, גורמת לדחיפתו של הדם במחזור הדם )ראו פירוט בסעיף "כיצד דוחף הלב את הדם?"(. 2. המסתמים בלב בלב נמצאים מסתמים הנפתחים ונסגרים לסירוגין, ומאפשרים את זרימת הדם בכיוון אחד בלבד: מהעליות לחדרים ומהחדרים לעורקים )ראו איור בהמשך(. בלב נמצאים מסתמים משני סוגים )כפי שניתן לראות באיור הבא(: 1. מסתמי מפרש ממוקמים בין העליות לחדרים. מסתמים אלה מחוברים לדופן החדרים ברצועות גידיות דקות. 2. מסתמי כיסים ממוקמים בין החדרים לעורקים )עורק הריאה/ אבי העורקים(. מסתמים אלה בנויים משלושה כיסים, כאשר החלק הקמור )האטום( פונה לחדר והחלק הקעור )הפתוח( כלפי העורק. בהאזנה ללב, נשמעים שני קולות בזה אחר זה ולאחריהם הפסקה. שני הקולות, המהווים את "פעימת הלב" הניתנת לשמיעה, הינם קולות המסתמים הנסגרים בעת פעילות הלב: הקול הראשון סגירת מסתמי המפרש. הקול השני סגירת מסתמי הכיסים. עמוד 34

35 3. קוצב הלב הלב הוא איבר אוטונומי, המתכווץ באופן עצמאי גם ללא גירוי חיצוני )לב צפרדע, למשל, יכול להמשיך ולפעום גם אחרי שהורחק מגוף החיה(. את פעולתו העצמאית של הלב מפעיל "קוצב הלב",)pacemaker( אזור בשריר הלב הנמצא ליד העלייה הימנית. תאי הקוצב הם תאי שריר שעברו התמחות והם יוצרים באופן ספונטאני גירויים חשמליים העוברים במערכת ההולכה החשמלית של הלב ומפעילים את הלב. קוצב הלב מייצר דחפים חשמליים בקצב מסוים )60-70 פעימות לדקה(, ודחפים אלה עוברים בדופן הלב אל חלקי הלב האחרים וגורמים להתכווצויות שרירי העליות והחדרים באופן מתואם. את קוצב הלב, והמסלולים של הובלת הדחפים החשמליים למדורי הלב, ניתן לראות באיור הבא: איור 7 איור של מערכת קוצבי פעימות הלב. SA קשר הסינוס, קוצב ראשי. AV קוצב משני. 1 מסילת היס במחיצת הלב. 2 צרור שמאלי של מסילת היס. 3 צרור ימני של מסילת היס. החיצים מראים את מעבר הדחפים. למעשה קיימים בדופן שריר הלב שני קוצבים, המסומנים באיור בראשי בתיבות שלהם SA ו- AV : א. קוצב הלב הראשי נמצא בדופן האחורית של העלייה הימנית. נקרא קשר הסינוס (Sinus-(.Atrial node מייצר דחפים בקצב קבוע דחפים לדקה. ב. קוצב הלב המשני נמצא בחלק התחתון של העלייה הימנית במחיצה הבין עלייתי, במקום חיבורה למחיצה בין החדרים ונקרא Atriol-Ventricular node )ראו איור למעלה(. קוצב הלב המשני מקבל את הגירויים החשמליים מקוצב הלב הראשי ומעביר אותם לחדרים מייצר גם הוא דחפים, אך בקצב איטי יותר. פועל עצמאית רק כשלא מקבל דחפים מהקוצב הראשי דחפי הקוצב הראשי מדכאים את פעילות המשני. הדחפים שנוצרים בקוצב הלב הם ספונטניים, ומערכות הבקרה של הגוף עשויות להאיץ או להאט את תדירותם. במקרים של פגיעה בתפקודו של קוצב הלב ניתן כיום להשתיל בגוף קוצב לב מלאכותי במסייע ללב בתפקודו )ראו בהמשך(. עמוד 35

36 4. תא שריר הלב שריר הלב הוא שריר אירובי ולכן אינו מתעייף. תאי שריר הלב עשירים במיטוכונדריה המספקת אנרגיה לתאי שריר הלב. מבנה תאי שריר הלב הוא מבנה ייחודי ואינו כמבנה שאר שרירי הגוף. על מבנה שריר הלב נלמד בהמשך, בפרק על השרירים. ג 2. כלי הדם מבנה כלי הדם 1. כלי הדם המובילים את הדם הינם משלושה סוגים: כלי דם המובילים דם )arteries( עורקים מהלב, ועורקיקים )Arteriole( המתפצלים מהם והופכים בהמשך לנימים. כלי דם המקשרים בין )capillaries( נימים העורקים לוורידים. דרכם מתבצע חילוף חומרים לבין הרקמות סביבה, מערכת ההובלה בין איור - 8 איור סכמטי המתאר את הקשר בין העורקים לוורידים. ולמעשה בין הנימים לבין הנוזל הבין תאי שהוא הנוזל הנמצא בין התאים ברקמות הגוף. אל הלב. מהנימים אל הוורידים מובל הדם בתחילה כלי דם המובילים דם וורידים )veins( באמצעות וורידונים,)Venule( המתעבים בהמשך והופכים לוורידים. הדם יוצא מהלב דרך העורקים, שהם כלי דם גמישים המתפצלים לעורקים דקים יותר הנקראים עורקיקים, ואלה הופכים בהמשך לנימים. בין הדם העובר בנימים לבין הרקמות המקיפות אותם מתבצע חילוף חומרים, ובהמשך הולכים הנימים ומתעבים והופכים לוורידונים המתלכדים לוורידים המחזירים את הדם אל הלב. את הקשר בין כלי הדם השונים ניתן לראות באיור 9: איור - 9 איור סכמטי של הקשר בין כלי דם בגוף: העורקים, הורידים והנימים המקשרים ביניהם עמוד 36

37 לכל אחד מסוגי כלי הדם יש מבנה ייחודי המתאים לתיפקודו במערכת ההובלה. הרקמות העיקריות המרכיבות את דופן העורקים הן רקמת אנדותל, רקמת שריר חלק, ורקמת חיבור אלאסטי )גמישה(, כפי שניתן לראות למעלה. המבנה של שלושת סוגי כלי הדם 2. העורקים העורקים הם כלי דם המוליכים דם מהלב. מאחר והדם מוזרם אל העורקים ישירות מהלב בלחץ גדול דופן עבה יחסית )ראו בהמשך פירוט על לחץ הדם(, עליהם להיות חזקים וגמישים. לעורקים המורכבת מארבע שכבות: השכבה החיצונית. 1. ומאפשרת את התרחבותם בשעה שהלב חשובה לגמישות העורקים, - השכבה האלסטית 2. מתכווץ ומזרים אליהם את הדם. לאחר ההתכווצות חוזר העורק ומתכווץ בזכות השכבה האלסטית, וכך נוצר גל הדופק המאפשר זרימה רציפה ויעילה של הדם )פירוט בסעיף על גל הדופק בהמשך(. שכבת השרירים העבה, מורכבת משריר חלק המופעל )מתכווץ( באופן לא רצוני, ע"י המערכת 3. האוטונומית, ובכך משנה את קוטרם של העורקים. שינוי קוטרם של העורקים מאפשר לווסת את חלוקת הדם לרקמות, על פי צורכי הגוף )פירוט בסעיף "בקרת חלוקת הדם לרקמות", בהמשך( וכמו כן לבקרה על לחץ הדם הצרת העורקים גורמת לעליית לחץ הדם בהם, והרחבתם תגרום לירידה בלחץ הדם )פירוט בסעיף על לחץ הדם בהמשך(. שכבת תאים פנימית דקיקה, חד-תאית )המורכבת משכבה יחידה של תאים( המאפשרת זרימה 4. חלקה של הדם. הנימים הנימים הם כלי דם המקשרים בין העורקים לוורידים. דרכם מתבצע חילוף חומרים בין מערכת ההובלה לבין הרקמות סביבה. דופן הנימים הינה דקה מאד, ובנויה משכבת תאים אחת בלבד המאפשרת מעבר חומרים בין הנימים לבין רקמות הגוף - יציאה של מים וחומרים מומסים אל רקמות הגוף, ולאחר מכן חזרה של חלק ממרכיבים אלה אל הנימים. הוורידים הוורידים הם כלי דם המובילים דם אל הלב. לחץ הדם בוורידים הינו נמוך מאד ולכן הדופן שלהם הינה דקה יחסית, וכך גם שכבת השרירים שבה. בדופן הפנימית של הוורידים יש שסתומי כיסים המאפשרים לדם לזרום בכיוון אחד בלבד מרקמות הגוף אל הלב. עמוד 37

38 לחץ הדם בוורידים נמוך מאד, מאחר והדם מגיע אליהם לאחר שזרם בנימים הרבות שהתפצלו מהעורקיקים )ראו בהמשך בסעיף העוסק בהשתנות לחץ הדם בגוף(, ולמעשה ללחץ הדם שיוצר הלב, לחץ הגורם לזרימת הדם בעורקים, אין השפעה על זרימת הדם בוורידים! על המנגנונים הגורמים לדם לנוע בוורידים נרחיב בהמשך הפרק. כלי הדם הכליליים הלב הינו שריר המבצע פעילות נמרצת במשך כל חייו של הגוף. די בכך שנחשב את מספר ההתכווצויות שמבצע בשעה אחת של לב בגוף הנמצא המנוחה )כ- 70 פעימות לדקה, במשך 60 דקות(, כדי לקבל מושג על המאמץ הרב הכרוך בכך, ולא כל שכן במשך יממה, שנה... תנאי יסודי לקיום פעילותו הנמרצת של שריר הלב הוא קיומה של אספקה סדירה של דם, המביא עימו לשריר הלב חמצן וחומרי הזנה, ומסלק מהתאים את מולקולות ה- CO 2 וחומרי הפסלות שנוצרו בו. כלי הדם המובילים דם אל שריר הלב נקראים כלי דם כליליים, ובאנגלית Coronary blood vessels )העורקים נקראים "עורקים כליליים" והוורידים נקראים "וורידים כליליים"(. במבט על הלב נראים כלי הדם הכליליים המסועפים המקיפים את שריר הלב מכל עבריו )ראו, למשל, באיור הבא(. ממבנה זה של כלי הדם הכליליים נגזר שמם: "כלילה" היא מילה נרדפת לכתר, מאחר והם נראים כמכתרים את הלב מכל עבריו. זהו גם מקור השם בלטינית: Corona בלטינית הוא "כתר". בין העורקים הכליליים מקשרת רשת של כלי דם צדדיים קטנים הנקראים מעקפונים כליליים. המעקפונים מאפשרים להעביר דם מעורק כלילי אחד לאחר, באם חלה הפרעה בזרימת הדם באחד העורקים, ובכך מוגדלת אספקת הדם לאזורים בשריר הלב אשר העורק המוביל אליהם דם נחסם )ראו בהמשך על טרשת עורקים(. לפניכם איור של הלב המוקף בכלי הדם הכליליים המסועפים. באיור ניתן לראות את התפצלות שני העורקים הכליליים הראשיים מאבי העורקים, בסמוך ליציאתו מהחדר השמאלי. איור - 10 הלב וכלי הדם הכליליים העוטפים אותו עמוד 38

39 ג 3. מערכת ההובלה מאורגנת כמחזור דם כפול כפי שכבר ציינו, מערכת ההובלה מורכבת מכלי דם בהם נע הדם ברציפות מהלב: עורקים עורקיקים נימים וורידונים וורידים, ובחזרה אל הלב. למעשה קיימים בגוף שני מחזורי דם נפרדים, אשר את שניהם מפעיל הלב המתפקד כמשאבה כפולה וניתן לראות בו שתי משאבות נפרדות הפועלות באופן מתואם: המדור הימני של הלב מזרים את הדם לכלי דם המובילים אל הריאות, אל המחזור לב-ריאה, אשר למעשה מחמצן מחדש את הדם הלא-מחומצן החוזר מהרקמות עשיר ב-,CO 2 ובאמצעותו נפלט עודף ה- CO 2 מהגוף דרך הריאות. המדור השמאלי של הלב מזרים את הדם לכלי דם המעבירים אותו אל רקמות הגוף )אל כולן, פרט לריאות(, אל המחזור לב-גוף, אשר מספק לרקמות הגוף את החמצן הדרוש לנשימה התאית, ומסלק מהן את ה- CO 2 הנוצר בתהליך זה. הדם נע ברציפות בין שני מחזורי הדם: הדם היוצא מהמדור הימני אל עורק הריאה וממנו מתפצל לשתי הריאות, חוזר מהריאות בוורידי הריאה אל המדור השמאלי של הלב, והדם היוצא מהמחזור השמאלי של הלב, באמצעות אבי העורקים, חוזר אל המדור הימני של הלב באמצעות הווריד החלול )נבוב( התרשים הסכמטי הבא מתאר את זרימת הדם במחזור הכפול של הגוף. איור - 11 המסלול בו נע הדם ברציפות בשני מחזורי הלב. מתוך "הגוף ותיפקודו", זהר ושפירא. למעשה, במחזור הדם לב-גוף )"מחזור הדם הגדול"( קיימים גם שני מחזורים נוספים )"מחזורים תיפקודיים(, כפי שניתן לראות באיור הבא. 1. מחזור השער של הכבד. הכבד מקבל דם וורידי, באמצעותו מועברים אליו חומרים שנקלטו ממערכת העיכול. חלק ממולקולות המזון עוברות עיבוד ראשוני בכבד, כגון מולקולות גלוקוז הנאגרות בו כגליקוגן. חלק מהמולקולות הרעילות המגיעות לכבד ממערכת העיכול מפורקות בו, ובכך נמנע נזק לגוף. עמוד 39

40 מערכת מחזור פקעית הכליה, באמצעותה מוחזר הדם שעבר סינון בכליה אל העורקים, וממשיך לזרום בהם אל הרקמות השונות בגוף. איור - 12 איור של מחזור הדם הכפול, כולל מחזורי הכבד והכליה. מתוך "הגוף ותיפקודו", זהר ושפירא. עמ' 41.2 פעילות: היכנסו לאתר "לב וליבה", בצעו את הפעילויות השונות הממחישות את פעילות הלב ואת זרימת הדם, ובחנו את עצמכם בשאלון הרב-ברירתי שבאתר. כתובת האתר: שאלות 1. בבדיקת עובי שריר הלב נמצא ששריר החדר השמאלי עבה יותר משריר החדר הימני, ומשמעות הדבר הוא כי עוצמת ההתכווצות של שריר החדר השמאלי גדולה בהרבה מזו של שריר החדר הימני. התוכלו להסביר כיצד קשור ההבדל בעובי השרירים לשוני בתיפקודיהם? 2. תאר את המסלול שעובר במחזור הדם תא אדום היוצא מהחדר השמאלי בלב ועד לחזרתו לחדר זה. 3. בבדיקה רפואית הזריקו לאדם חומר בעל טעם מר לווריד בזרוע היד, ולאחר כמה שניות הוא חש טעם מר בפה. תאר את המסלול שעבר החומר במערכת ההובלה מהווריד בזרוע ועד ללשון, וציין כמה פעמים עבר החומר בלב. 4. קיומו של מחזור דם כפול בגוף מייעל מאד את אספקת הדם לרקמות. התוכלו להסביר את ההיגד? בהסברכם התייחסו למצב תיאורטי שבו היה קיים מחזור דם יחיד, כלומר הדם היה ממשיך מהריאות ישירות לרקמות הגוף )או מרקמות הגוף ישירות לריאות(, בלא לעבור דרך הלב. עמוד 40

41 ג 4. תיפקוד הלב כיצד דוחף הלב את הדם? כיצד גורם לחץ הדם לזרימת הדם בעורקים היוצאים מהלב ומסתעפים אל חלקי הגוף השונים? שריר הלב, המרכיב את דפנות העליות והחדרים, יכול לבצע פעילות אחת בלבד התכווצות. כאשר שריר הלב מתכווץ, הוא מפעיל לחץ על הדם הנמצא בתוכו )בחללי העליות והחדרים(, אך המסתמים החד כיווניים מאפשרים לדם לזרום רק בכיוון אחד, מהעלייה לחדר ומהחדר לעורק. פעולת ההתכווצות המתואמת של שריר הלב בעליות, ולאחר מכן בחדרים, בשילוב עם פעולת המסתמים החד-כיווניים, גורמת, אם כן, לדחיפתו של הדם אל העורקים היוצאים מהלב, ובאמצעותם מוזרם הדם לכל חלקי הגוף. פעולת המסתמים מומחשת בשלבים באיור הבא: בשלב א' דם פורץ דרך המסתם מעליה לחדר בעת התכווצות העליות, בשלב ב' המסתם שבין העלייה והחדר נסגר ואינו מאפשר חזרת דם לעליה כאשר החדר מתכווץ, בשלב ג' דם פורץ מחדר לעורק כאשר החדרים מתכווצים, ובשלב ד' דם אינו יכול לחזור מהעורק לחדר בזמן שהחדרים במנוחה, בשל סגירתו של המסתם שבין החדר לעורק )ראו פירוט בהמשך(. איור - 13 פעולת מסתמי הלב. מתוך "הגוף ותיפקודו", זהר ושפירא. עמ' 39 שלבי פעולת הלב בפעולת הלב כמשאבה ניתן להבחין במספר שלבים המתרחשים בזה אחר זה באופן מחזורי בכל פעימת לב, כלומר החל מרגע כניסתו של הדם ללב ועד לרגע יציאתו מהלב. 1. הרפיה )דיאסטולה( הלב במנוחה ושריר הלב רפוי. העליות מתמלאות בדם. דם עשיר ב- O 2 )חמצן( זורם מוורידי הריאות לעלייה השמאלית, ודם עשיר ב- CO 2 )פחמן דו חמצני( זורם בוורידים החלולים )באמצעותם הגיעו מרקמות הגוף( אל העלייה הימנית. המסתמים בין עמוד 41

42 העליות לחדרים פתוחים, ודם זורם דרכם מהעליות לחדרים. שלב זה נמשך כ- 0.4 שניות )כמתואר באיור הבא(. 2. התכווצות העליות והחדרים )סיסטולה( שלב זה, הנמשך כ- 0.4 שניות, כולל שני תת- שלבים המתרחשים בזה אחר זה: התכווצות העליות ומילוי החדרים העליות הימנית והשמאלית מתכווצות ודוחפות את שארית הדם שנותר בהן לתוך החדרים. התכווצות החדרים החדרים המלאים בדם מתכווצים. לחץ הדם גורם לסגירת המסתמים בין העליות לחדרים )הנקראים מסתמי מפרש( ולפתיחת המסתמים בין החדרים לעורקים )הנקראים מסתמי כיסים(, והדם זורם מהחדר השמאלי לאבי העורקים, ובמקביל מהחדר הימני לעורק הריאה. לחץ הדם היוצא מהחדרים גורם להתרחבות מקומית של העורק, בחלקו הצמוד למסתמים, וגורם לסגירה של המסתמים המפרידים בין החדר לעורק, סגירה המונעת את חזרת הדם מהעורק לחדר. ההתרחבות המקומית של העורק, שנוצרה בעקבות התכווצות החדרים )הסיסטולה(, תמשיך בתנועה בכיוון מהלב והלאה, וכך נוצר גל הדופק )ראו הרחבה בסעיף על גל הדופק(. איור - 14 מחזור הפעילות של הלב. המחשות באנימציה של פעולת ההתכווצות של מדורי הלב תוכלו לראות באתרים שונים באינטרנט. עמוד 42

43 שאלות 5. מדוע סגורים מסתמי הכיסים כאשר חדרי הלב נמצאים בהרפיה, ומדוע הם נפתחים כאשר שרירי הלב מתכווצים? 6. מדוע נסגרים מסתמי המפרש כאשר חדרי הלב מתכווצים? 7. למסתמים החד-כיווניים בלב יש תפקיד מרכזי בתיפקודו של הלב כמשאבה. הסבירו היגד זה, תוך התייחסות לכך שמשאבת הלב מורכבת למעשה משריר אשר פעולתו )ככל שריר אחר( הינה התכווצות בלבד. 8. התוכלו להסביר כיצד עשויים הסימפטומים הנ"ל להתקשר לתיפקוד לקוי של המסתמים בלב? ג 5. בקרת על פעילות הלב קצב פעימות הלב נקבע ע"י שני גורמים: א. ויסות פנימי - דחפים עצמוניים )ספונטאניים( הנשלחים מקוצב הלב )60-70 לדקה(. ב. ויסות חיצוני - הגברה או האטה של קצב יצירת הדחפים הנוצרים על ידי קוצב הלב, באמצעות מערכת העצבים המבצעת "בקרה עליונה" על פעולת הלב. הוויסות החיצוני של פעילות מאפשר להתאים את קצב פעימות הלב לצרכי הגוף, בעיקר להובלת חמצן ומזון לרקמות, וסילוק פסולת מהן. הבקרה העליונה מתבצעת במוח המוארך, באזור שנקרא מרכז הלב )הנמצא באזור העורף(. מרכז הלב מפקח על פעילות קוצב הלב באמצעות מערכת העצבים האוטונומית, מערכת האחראית לתיפקוד האוטונומי )העצמאי( של מערכות הגוף הפנימיות. מערכת העצבים האוטונומית מורכבת מעצבים המקשרים בין מרכז הלב לקוצב הלב, ובאמצעותה מועברים לקוצב הלב אותות עצביים והורמונליים הגורמים לו להאט או להחיש את קצב הלב. מערכת העצבים האוטונומית מורכבת משני חלקים שפעילותם מנוגדת: 1. המערכת הסימפתטית מחישה את קצב פעימות הלב. 2. המערכת הפאראסימפתטית מאטה את קצב פעימות הלב. השפעתם המנוגדת של שני חלקי המערכת האוטונומית נובעת מתיפקודם המנוגד במערכת העצבים האוטונומית: המערכת הסימפתטית מכינה את הגוף למצבי חירום, למאמץ, ואחראית על תגובות מהירות ובלתי רצוניות המסייעות לתפקד בשעת לחץ. העצבים בה מפרישים את הנוירו-הורמון נוראדרנלין. בניגוד למערכת הסימפתטית, המערכת הפאראסימפתטית אחראית לשמירת התיפקוד התקין של הגוף במצב מנוחה, והזרמת דם למערכות העיכול וההפרשה. מערכת זו גורמת להאטה כללית בפעולות הלב, ולחסכון באנרגיה בגוף. העצבים במערכת זו מפרישים את הנוירו-הורמון אצטילכולין. עמוד 43

44 הבקרה העליונה על ויסות קצב הלב מתרחשת, כאמור, במרכז הלב במוח, שם נקלטים אותות מחיישנים שונים בגוף, כגון חיישנים הבודקים את רמת ה- CO 2 בדם, הטמפרטורה או לחץ הדם. אותות נוספים שעשויים להגיע הנם גירויים ממרכזים במוח המעבירים מידע לגבי מצבי לחץ שונים, כגון סכנה המאיימת על האדם, או כאשר נדרש ביצוע מאמץ גופני גדול, מצבים המצריכים התגייסות הגוף למאמץ, או לחילופין, גירויים הנושאים "מסר מרגיע", שמשמעותו כי הגוף יכול להירגע ולנוח. הכנה למאמץ - כאשר מרכז הלב במוח "מקבל החלטה" על גיוס הגוף למאמץ )"הלחם או ברח"(, הוא מעביר ללב גירויים באמצעות עצבים של המערכת הסימפתטית, וגירויים מגיעים אל קוצב הלב באמצעות המתווך העצבי נוראדרנלין, וגם באמצעות ההורמון אדרנלין, המופרש לדם מבלוטת יותרת הכליה. המתווך העצבי גורם לקוצב הלב להגביר את קצב הפעימות ואת עוצמת ההתכווצויות, וכתוצאה מכך גדלה תפוקת הלב. הכנה למנוחה - כאשר מרכז הלב "מקבל החלטה" על גיוס הגוף למנוחה, הוא מעביר ללב גירויים באמצעות עצבים של המערכת הפאראסימפתטית, וגירויים מגיעים אל קוצב הלב באמצעות המתווך העצבי אצטילכולין, הגורם לקוצב הלב להגביר את קצב הפעימות ואת עוצמת ההתכווצויות, וכתוצאה מכך גדלה תפוקת הלב. יש לציין כי בנוסף לוויסות קצב הלב, משפיעות המערכת הסימפתטית והפאראסימפתטית על ויסות חלוקת הדם לרקמות, בהתאם למצב הפעילות הנדרש )לדוגמא - לקראת מאמץ מופנית כמות דם גדולה לשרירי השלד, "על חשבון" מערכות העיכול וההפרשה(. הרחבה על תיפקודן זה של שני חלקי מערכת העצבים האוטונומית נמצאת בסעיף העוסק בוויסות חלוקת הדם לרקמות. ג 6. תפוקת הלב כאשר אדם נמצא במנוחה, בכל פעם שהלב מתכווץ )כלומר בכל פעימה( יוצאת מכל אחד מחדרי הלב כמות דם בנפח של כ- 70 סמ"ק. כמות דם זו נקראת נפח פעימה. באם נניח שקצב הדופק של האדם במנוחה הוא כ- 70 פעימות לדקה, הרי שנפח הדם היוצא בדקה מן הלב אל הגוף הוא כ- 5 ליטר. נפח זה של הדם נקרא תפוקת הלב, וניתן לחשב אותו כמכפלה של מספר פעימות הלב במשך דקה בנפח הפעימה: תפוקת הלב = נפח הפעימה מספר הפעימות בדקה שימו לב, כי כמות זו של דם הינה בקירוב כלל נפח הדם בגוף )כ- 5 ליטר דם(, והדבר ממחיש עד כמה מאומצת פעולתו של הלב כמשאבה. תפוקת הלב מבטאת את פעילות הלב, והיא מותאמת לפעילות שמבצע האדם. לדוגמא בזמן שינה תפוקת הלב תהיה נמוכה, כאשר מתעוררים וקמים מהמיטה תפוקת הלב עולה. עצמת תפוקת הלב עשויה להשתנות כתוצאה מהשתנות שני גורמים: 1. קצב הפעימות )מספר פעימות בדקה(. 2. נפח הפעימה. עמוד 44

45 אמנם, בעת מאמץ עולים קצב הפעימות של הלב ואף נפח הפעימה עולה, אך לעלייתם יש מגבלות באם קצב פעימות הלב עולה מעל מקצב פעימות מסוים )בדרך כלל מעל 180 פעימות לדקה( קטנה תפוקת הלב כיוון שנפח כל אחת מהפעימות הולך ונעשה קטן יותר )משך הפעימה אינו מספיק להרפיית שריר הלב במלואו(. בשלב מסוים, קצב הפעימות הוא גדול עד כדי כך שהלב מתכווץ ונרפה לסירוגין בלא שיצליח לשלוח דם לעורקים! במצב זה הלב מבצע "פרפורים", ומצב זה הינו מסוכן ואף עלול להיות קטלני. בקצב לב של 250 פעימות לדקה נפח הפעימה יורד לאפס! נמצא שקיים הבדל בכל הקשור בשריר הלב ופעילותו, בין ספורטאים, העוסקים בפעילות אירובית באופן סדיר, לבין אנשים שאינם עוסקים בספורט. התברר שכאשר ספורטאים מבצעים פעילות גופנית, קצב פעימות הלב שלהם נמוך מאוד בהשוואה לקצב הלב של אנשים שאינם מבצעים פעילות ספורטיבית סדירה. כמו כן נמצא שלבו של ספורטאי העוסק בפעילות מאומצת משתנה במשך הזמן: שריר הלב של הספורטאי הולך ומתחזק ונפח החדרים הולך וגדל. בנוסף נמצא כי לליבו של הספורטאי נוספו כלי דם כליליים רבים. בדיקות הראו כי נפח הפעימה של הספורטאי גדול משמעותית מנפח הפעימה של אדם שאינו עוסק בספורט, וכי במאמץ מתון יכול הספורטאי להגדיל אספקת הדם לשרירי גופו באמצעות הגדלת נפח הפעימה, וזאת כמעט מבלי להגדיל את קצב פעימות ליבו. שאלות 9. נמצא כי הגברה בהזרמת דם ללב, עליה בפעילות הגופנית, גורמת להגברת קצב ההתכווצויות של הלב. לאור ממצא זה ענו על הסעיפים הבאים: א. מדוע גורמת הגברת הפעילות הגופנית להגברת הזרימה של הדם בוורידי הלב? בהסברכם התייחסו למבנה הוורידים ולשרירים המקיפים אותם. ב. כיצד תורם מנגנון זה לשמירה על הומיאוסטאזיס בגוף? 11. נפח הדם היוצא במשך דקה מהחדר השמאלי זהה לזה היוצא בדקה מהחדר הימני לריאות. התוכלו להסביר זאת? 11. באם נפח הפעימה של כל אחד מהחדרים הוא כ- 71 סמ"ק, מדוע הדופן השרירית של החדר השמאלי עבה באופן משמעותי מזו של החדר הימני? 12. תפוקת הלב של אישה בהריון גבוהה מתפוקת הלב של אותה אישה כאשר אינה נמצאת בהריון. הסבירו מדוע. 13. ציין מצבים נוספים בהם עולה תפוקת הלב, והסבר מהו היתרון של עליה בתפוקת הלב במצבים אלו. 14. בעת מאמץ גופני עולה תפוקת הלב בהשוואה למנוחה. פי כמה גבוהה תפוקת הלב של רץ אשר נפח הפעימה שלו הוא 141 מ"ל וקצב הפעימות שלו )הדופק( הינו 181 פעימות לדקה, בהשוואה לתפוקת הלב שלו במנוחה )כ- 5 ליטר(? עמוד 45

46 ספורטאי המתאמן לאורך זמן ואדם שאינו עוסק בפעילות ספורטיבית מתבקשים לבצע אותה פעילות נמרצת. בבדיקת קצב הלב בזמן הפעילות מתברר שהדופק של הספורטאי נמוך יותר. הסבירו מדוע. ספורטאי מסוגל להתמיד במאמצים גופניים מוגברים וממושכים ביתר קלות מאדם שאינו מאומן הסבירו מדוע ג 7. זרימת הדם בכלי הדם זרימת הדם בנימים בגופנו נמצאת כמות עצומה של נימים, מספרם המצטבר הוא כ- 100,000 ק"מ )פעמיים וחצי היקף כדור הארץ(. נימי הגוף מגיעים סמוך לכמעט כל תא בגופינו. מסלול זרימת הדם בנימים הוא תמיד מהקצה העורקי לקצה הוורידי. בנימים מתקיימים חילופי הגזים, המזון והפסולת בין הדם לתאי הגוף. תחילה מתבצע תהליך הסינון החוצה, מהנים לתאים - אליהם נכנסים חומרי מזון, חמצן וחומרים חיוניים נוספים. בהמשך מתרחשת ספיגה חוזרת מהתאים לנימים יציאה של חומרי פסולת, פחמן דו-חמצני ותוצרי פירוק נוספים. הנימים מותאמים לחילוף חומרים יעיל בין הדם הזורם בהם לבין הנוזל הבין-תאי המקיף את תאי רקמות הגוף הודות למספר התאמות מבניות: לנימים דופן חד שכבתית דקה המורכבת מרקמת אנדותל בלבד. המאפשרים מעבר ישיר של נוזל במקומות החיבור של תאי האנדותל יש נקבים זעירים הפלסמה אל הנוזל הבין תאי ובחזרה ממנו לנוזל הפלסמה. מהירות הזרימה האיטית של הדם בנימים מגדילה את האפשרות למסירה יעילה של חמצן וחומרי מזון לתאים )דרך הנוזל הבין-תאי( ולקליטה יעילה של פד"ח וחומרי פסולת. קוטרם הדק של הנימים )בערך כקוטרו של תא דם אדום יחיד!(: מגדיל את שטח המגע בין דפנות תאי הדם האדומים ודפנות הנימים, ובכך מגדיל מאד א( את יעילות חילוף הגזים בין תאים. מעלה את היחס בין שטח פנים לנפח. ב( מספרם העצום של הנימים ברקמות. קרבת הנימים לתאי הגוף. זרימת הדם בוורידים כפי שניתן לראות באיור 21, המתאר את לחץ הדם ומהירות זרימתו בכלי הדם, בוורידים לחץ הדם הוא נמוך מאוד, ובכל זאת מהירות זרימתו של נוזל הדם בוורידים עולה ככל שהדם הולך וקרב אל הלב. את זרימת הדם בוורידים אי אפשר להסביר בלחץ המופעל על ידי שריר הלב, כפי שהדבר נעשה בעורקים ובנימים. בנוסף עלינו לזכור כי במקרים רבים הדם זורם בוורידים אל הלב מחלקי גוף עמוד 46

47 הנמוכים מהלב )מהרגליים ללב, למשל(, כלומר כנגד כוח המשיכה. באם לחץ הדם בוורידים נמוך מאד, כיצד אם כן זורם בהם הדם בכיוון הלב, ואף כנגד כוח המשיכה? מהם הכוחות המניעים את ההחזר הוורידי? הגורמים המאפשרים זרימת דם בוורידים החזר וורידי: 1. לאורך הווריד פזורים מסתמי כיסים המאפשרים זרימת הדם בכיוון אחד בלבד - אל הלב. 2. "משאבת שרירים" - הוורידים מוקפים בשרירי השלד )השרירים המאפשרים את תנועת הגוף(, וכאשר שרירי השלד מתכווצים באזור מסוים )כגון בשוק הרגל( הם לוחצים על הוורידים הסמוכים להם )"סוחטים" אותם(, כפי שניתן לראות באיורים הבאים. עקב קיומם של המסתמים החד-כיווניים, נוצר באזור שנסחט ע"י השרירים לחץ דם גבוה שגורם לפתיחת המסתמים- דם זורם כלפי מעלה- המסתמים שמתחת לאזור הלחץ נסגרים- הכיסים מתמלאים בדם, נצמדים זה לזה וחוסמים את המעבר חזרה, ובכך מתאפשרת תנועת הדם רק בכיוון אחד כיוון הלב. בנוסף למנגנון השרירים-מסתמים, תורמים לזרימת הדם בוורידים עוד שני גורמים: 1( "משאבת בטן חזה"- בשאיפה- התכווצות הסרעפת מעלה את הלחץ בחלל הבטן וגורם ל"סחיטת" הדם שבוורידי הבטן לכיוון הלב. 2( "משאבת עליות הלב"- כשדם נדחף בעוצמה לעורקים, יורד באופן חד הלחץ בעליות ולמעשה נגרמת יניקת דם מהוורידים, בהם הלחץ גבוה יותר בהשוואה לזה שבעליות. שני האיורים הבאים )22 ו- 23 ( ממחישים את פעולת השרירים והמסתמים, שהם המנגנון העיקרי המזרים את הדם בוורידים: האיור מתוך "הגוף ותיפקודו", זהר ושפירא. עמ' 55 איור - 22 איור המתאר את פעולת השרירים הלוחצים )"סוחטים"( את הוורידים, ובכך גורמים לזרימת הדם בכיוון הלב, תודות לפעולת השסתומים החד-כיווניים בוורידים. עמוד 47 איור - 23 איור המתאר את פעולת המסתמים החד-כיווניים בוורידים.

48 שאלות 17. כאשר עומדים על הראש זמן ממושך, ניתן להבחין בהתנפחות של וורידי הצוואר והסמקה של הפנים. כאשר חוזרים למצב של ישיבה או עמידה "רגילים", נעלמות התופעות הנ"ל. כיצד ניתן להסביר תופעות אלה בשני המצבים? 18. חיילים העומדים זמן ממושך במסדר, עלולים לחוש בראשם חולשה וסחרחורת ואף להתעלף. כדי להימנע ממצבים אלה, מתבקשים החיילים העומדים במסדר להניע לעתים קרובות את אצבעות רגליהם. התוכלו להסביר מדוע עלולים החיילים לחוש בסחרחורת בעת המסדר, וכיצד עשויה תנועת אצבעות הרגליים לסייע למנוע את התופעה? זרימת דם בכלי הדם הכליליים העורקים הכליליים הם העורקים המזינים את שריר הלב עצמו. הם מתפצלים מאבי העורקים, קרוב למקום יציאתו מהלב. לעורקים הכליליים יש התאמות ייחודיות לתפקודם: הם בעלי חלל גדול, יחסית, המאפשר זרימה רציפה וחופשית של הדם. הם בעלי ריפוד פנימי חלק המורכב מרקמת אנדותל המקטינה את החיכוך של הדם בדפנות, ובכך מונעת יצירת קרישי דם. הם גמישים מאד, על מנת לאפשר זרימה רציפה גם כאשר הלב פועם בקצב מהיר. הם מתרחבים כאשר שריר הלב מתאמץ וזקוק לאספקה מוגדלת של דם. זרימת הדם בעורקים העורקים קולטים את הדם ישירות מהחדרים בעת התכווצותם. ככל שעורק קרוב יותר ללב, כך הוא רחב יותר, הן בקוטר חללו והן בעובי הדופן. סיבים אלסטיים וסיבי השריר החלק מאפשרים לעורק לעמוד בלחצים הגבוהים המופעלים עליו כאשר הלב מתכווץ. כמו כן, גמישותם של העורקים, המוקנית להם בעיקר באמצעות השכבה האלסטית שבדופן שלהם, תורמת גם היא ליעילות ולרציפות זרימת הדם )ראו פירוט בהמשך על "גל הדופק"(. העורקיקים מווסתים את זרימת הדם באברי הגוף. הם צרים מהעורקים ומכילים כמות רבה יותר של שרירים טבעתיים אך פחות סיבים אלסטיים. בתגובה לגורמים חיצוניים יתכווצו או יתרחבו השרירים הטבעתיים בדופן העורקיקים. כך משתנה נפחם הפנימי, מהירות זרימת הדם וכמות הדם בעורקיקים. השינויים ברוחב השרירים הטבעתיים בעורקיקים משפיעים על לחץ הדם ועל ההתנגדות ההיקפית לזרימת הדם. התכווצות השריר הטבעתי בעורקיק גורמת להגדלת ההתנגדות ההיקפית, עליה בלחץ הדם בעורקיק, ואילו הרפיית השריר הטבעתי בעורקיק גורמת הקטנת ההתנגדות ההיקפית ולירידת לחץ הדם בעורקיק. הבנת המבנה והתיפקוד של העורקים והעורקיקים חשובים להבנת תופעת גל הדופק, ויסות זרימת הדם לאיברים השונים במצבים השונים, וכן למדידת לחץ הדם, עליהם נפרט להלן. עמוד 48

49 גל הדופק הדופק )Pulse( הינו תופעה של התרחבות והתכווצות קצבית של עורקים הנובעת מהתכווצות הלב. ההתרחבות הראשונית המקומית של אבי העורקים נוצרת בעקבות התכווצות החדר השמאלי )הסיסטולה(, ולאחר מכן, בעת הרפיית הלב )הדיאסטולה( חוזר אבי העורקים, בשל גמישותו לקוטרו הקודם. תנועה זו מייצרת בדופן אבי העורקים גל, הנע לאורך דפנות העורקים במהירות של 5 מטרים לשנייה )!( מהלב אל האזורים המרוחקים ממנו, עד לראש, לקצות הידיים והרגליים. חשוב לזכור כי מהירות גל הדופק מבטאת את תנועת האנרגיה של דופן העורקים המתרחבת ומתכווצת באלסטיות, ולא את מהירות זרימת הדם שהיא איטית בהרבה )30 עד 50 ס"מ בשנייה(. לתופעה של גל הדופק יש חשיבות מעשית רבה בתיפקודו של מחזור הדם, מאחר והיא גורמת לכך שהזרימה של הדם היא רציפה למרות שהלב אינו דוחף את הדם באופן רציף, מאחר והוא נח לאחר כל פעימה, אך על כך נרחיב בהמשך הפרק. הדופק ניתן למישוש כאשר נוגעים במקומות שונים בגוף, בהם העורקים קרובים אל פני העור. המקום המקובל ביותר לבדיקת דופק הוא העורק שליד פרק היד, כפי שניתן לראות באיור הבא. כמו כן ניתן לחוש את הדופק מאחורי תנוכי האוזניים, במפשעה ובמקומות נוספים. שאלה.19 ציין יתרון אחד ומגבלה אחת של מדידת קצב הלב באמצעות מדידת דופק ידנית. ג 8. לחץ הדם לחץ הדם pressure( )blood הוא הכוח שמפעיל הדם על דופן כלי הדם. לחץ הדם נוצר עקב פעולת הלב הדוחס את הדם לתוך כלי הדם. כתוצאה מדחיסת הדם על ידי הלב, ויצירת לחץ הדם, נוצרת זרימת הדם בכלי הדם מכיוון הלב אל רקמות הגוף השונות. כיצד גורם לחץ הדם לזרימת הדם בעורקים היוצאים מהלב ומסתעפים אל חלקי הגוף השונים? לחץ הדם שיוצרת התכווצות החדר בעורק, ככל לחץ שמפעיל נוזל, פועל בכל הכיוונים: הן בכיוון שריר הלב היוצר אותו )"לאחור"(, הן בכיוון דפנות כלי הדם, והן בכיוון המשך חלל העורק )"לפנים"(. שריר הלב המתכווץ, ולאחר מכן המסתם החד כיווני, אינם מאפשרים לדם הנדחס לזרום לאחור, חזרה אל הלב. לעומת זאת, לחץ הדם הנוצר בעת התכווצות שריר הלב, גורם להתמתחות של מסוימת הדפנות הגמישים של העורקים, אך בעיקר גורם לזרימה של הדם בכיוון "קדימה", לכיוון בו ההתנגדות היא הקטנה ביותר, כלומר להמשך חלל צינורות העורקים, ולאחריהם לנימים ולוורידים. הלחץ שמפעיל הדם על דפנות אבי העורקים ביציאה מהלב מגיע לכ- 2 ק"ג על שטח של 1 סמ"ר, אך בהמשך פוחת הלחץ איור - 15 מישוש הדופק בעורק שליד שורש כף היד בהדרגה, ככל שהדם מתרחק מהלב, וככל שכלי הדם מתפצלים והופכים עמוד 49

50 לעורקיקים ולנימים )בכך נעסוק בהמשך(. בעורק הזרוע, בו נהוג למדוד את לחץ הדם, ערכו של לחץ הדם בזמן התכווצות הלב הוא כעשירית מערכו של הלחץ שיוצר הלב המתכווץ ביציאה לעורק הראשי, ועומד על כ- 160 גרם לכל סמ"ר. לחץ הדם נמדד בדרך כלל בעורק הזרוע, מעל למרפק, בגובה הלב. מסיבות היסטוריות ומעשיות )ראו הרחבה במילון המושגים( נהוג למדוד את לחץ הדם בערכים של מילימטר כספית mmhg( או ממ"כ(. לדוגמא בבוגר צעיר במנוחה, לחץ הדם הנוצר בעורק הזרוע כתוצאה מהתכווצות הלב הוא כ- 120 מ"מ כספית )לחץ השווה בערך ללחץ שמפעילים 160 גרם לסמ"ר(. לחץ זה הוא הלחץ שיכול לדחוף עמוד כספית לגובה של 120 מ"מ בתוך צינור זכוכית דק. לחץ הדם בעורקים אינו קבוע, והוא משתנה על פי פעילות הלב )בהתכווצות ובהרפיה(: א( לחץ דם סיסטולי לחץ הדם הנוצר כאשר חדרי הלב מתכווצים )תהליך הנקרא סיסטולה( ודוחסים את הדם לעורקים. לחץ זה הוא הלחץ המרבי הנוצר בעורקים. ב( לחץ דם דיאסטולי - לחץ הדם הנוצר כאשר חדרי הלב נמצאים בהרפיה )תהליך הנקרא דיאסטולה( ואינם מזרימים דם לעורקים. לחץ זה הוא הלחץ הנמוך ביותר הנוצר בעורקים. 1. מדידת לחץ הדם לחץ הדם נמדד לראשונה, בשנת 1733, על ידי הכומר סטפן היילס שהחדיר צינורית זכוכית לעורק הצוואר של סוס ומדד את הגובה שאליו הגיע הדם. היילס מצא שלחץ הדם משתנה בהתאם לפעימות ליבו של הסוס. כיום מודדים את לחץ הדם בשיטה עקיפה ולא פולשנית, בעורק הזרוע באמצעות מד לחץ דם. איור - 16 מד לחץ דם עם מנומטר כספית. עיקרון הפעולה של מד לחץ הדם מבוסס על יצירת לחץ חיצוני על עורק הזרוע באמצעות שרוול מתנפח המחובר למכשיר מדידה המציג בכל זמן נתון את הלחץ שבתוך השרוול. בסמוך לשרוול, בצידו הפנימי של המרפק, מניחים סטטוסקופ )בעברית - מ ס כ ת(, המאפשר לשמוע את אוושת הדם הזורם בפעימות כאשר הלחץ בשרוול יורד מתחת ללחץ הסיסטולי, כפי שמודגם באיור הבא. פעולת המדידה מתבצעת במספר שלבים: 1. מנפחים את השרוול המתנפח עד שהוא מפעיל על עורק הזרוע לחץ העולה על לחץ הדם הסיסטולי שבעורק. במצב זה הוא חוסם לחלוטין את זרימת הדם באזור העורק שבו מופעל הלחץ, כפי שמודגם באיור הבא. עמוד 50

51 משחררים באיטיות את לחץ האוויר שבשרוול, ומיד לאחר שלחץ זה יורד מתחת ללחץ הדם הסיסטולי שבעורק, מצליח הדם לפרוץ את החסימה שיצר השרוול, וכל פעימה של הלב גורמת לפרץ של דם דרך העורק )יש לזכור כי לחץ הדם בשרוול גבוה עדיין מלחץ הדם הדיאסטולי, ולכן זרימת הדם אינה מתרחשת בדיאסטולה ואינה רציפה עדיין. את קולות הערבול )הנקראים גם "איושה"( של הדם הפורץ בזמן הסיסטולה דרך מחסום השרוול, ניתן לשמוע בסטטוסקופ, ובאמצעותם נקבע ערכו של לחץ הדם הסיסטולי )לדוגמא 120 מ"מ כספית(. שימו לב! קולות הערבול נשמעים רק כל עוד הלחץ שמפעיל השרוול נמוך מהלחץ הסיסטולי וגבוה מהלחץ הדיאסטולי. כאשר הלחץ שיוצר השרוול על עורק הזרוע ממשיך לרדת, ומגיע מתחת לערכו של הלחץ הסיסטולי, מתחדשת בעורק זרימת הדם גם כאשר הלחץ הוא סיסטולי, ולמעשה זרימת הדם חוזרת להיות רציפה )כלומר שכבתית(. כאשר זרימת הדם רציפה, ולא מערבולתית )כפי שהייתה בין הלחץ הסיסטולי ללחץ הדיאסטולי(, לא נשמעים עוד קולות בסטטוסקופ, ובנקודה זו נקבע ערכו של לחץ הדם הדיאסטולי )לדוגמא 80 מ"מ כספית(. שלבי המדידה של לחץ הדם באמצעות מנומטר כספית ומסכת, מתוארים באיור הבא:.2.3 איור - 17 שלבי מדידת לחץ דם בעורק היד. שאלה 21. התבוננו באיור הבא, בו מתוארים השינויים בלחץ הדם בעורק במהלך הירידה בלחץ האוויר שבשרוול, והסבירו: עמוד 51

52 א. ב. מדוע לא נשמעת במסכת איושה בתחילת המדידה, כאשר לחץ האוויר בשרוול גבוה, ובסוף המדידה, כאשר לחץ האוויר בשרוול נמוך. איזה לחץ נמדד בשרוול כאשר נשמעים בו לראשונה קולות של זרימת הדם, ואיזה לחץ נמדד כאשר הקולות נעלמים? נמקו את תשובתכם. איור - 18 השינויים בלחץ הדם בעורק במהלך הירידה בלחץ האוויר שבשרוול 2. לחץ דם תקין )"נורמלי"(, לחץ דם גבוה ולחץ דם נמוך מהי המשמעות הפיזיולוגית של לחץ דם תקין? לחץ דם תקין )לחץ של מתחת ל- 140/90 מ"מ כספית( מאפשר אספקת דם סדירה לרקמות הגוף )שמשמעותה אספקת חומרי הזנה חיוניים וחמצן, וסילוק חומרי פסולת ו- )CO 2 מבלי לאמץ יתר על המידה את שריר הלב ומבלי לגרום לסכנה של פגיעה בכלי הדם. בלחץ הדם מתחוללים, אמנם, שינויים חדים במהלך כל מחזור של פעילות הלב, אך חשוב ששינויים אלה יהיו בגבולות מסוימים. חריגות מערכי לחץ הדם התקין )"לחץ דם גבוה" או "לחץ דם נמוך"( עלולות לגרום לשיבושים בתיפקוד מערכות חיוניות בגוף. לחץ דם גבוה )קרוי גם "יתר לחץ דם"( במצב זה הלחץ עולה לאורך זמן מעל ערכים של 140/90 מ"מ כספית. מצב זה עלול לגרום לבעיות משני סוגים: 1. התפוצצות כלי דם )בעיקר נימים( ברקמות ופגיעה באיברים חיוניים. הסכנה חמורה במיוחד באם נגרם פיצוץ של כלי דם ברקמות רגישות כגון רקמת העצבים במוח, שריר הלב, ורקמות בעין. פיצוץ כלי הדם עלול לגרום הן לנזק באזור המוצף בדם, והן לנזק ברקמות שאליהן נפסקת אספקת הדם עקב הרס כלי הדם. הפסקה באספקת דם לרקמת העצבים במוח מכונה שבץ מוחי או אירוע מוחי, והיא עלולה לגרום לשיתוק מערכות בגוף ואף למוות. הפסקת אספקת הדם לשריר הלב גורמת לאירוע של שבץ לב, העלול לגרום לנזק בלתי הפיך בתיפקודו של הלב ואף למוות, ואירוע של דימום מכלי הדם בעין עלול לגרום לירידה בראייה ואף לעיוורון. לחץ דם גבוה עלול לפגוע גם בתיפקודן החיוני של הכליות, ולגרום לאי-ספיקה כלייתית, כלומר למצב בו הכליות מפסיקות לסנן את הדם ולייצר שתן. 2. עומס רב על הלב, אשר צריך להשקיע מאמץ רב מהרגיל כדי להזרים את הדם לחלקי הגוף השונים. עמוד 52

53 את לחץ הדם הגבוה מכנים לרוב "הרוצח השקט", שכן, האדם הסובל ממנו לעתים קרובות אינו מודע לכך שמצבו מסוכן ודורש שינוי שיחזירו לנורמה. מצב של לחץ דם נמוך מצב בו לחץ הדם יורד מתחת לערכים של 100/60 מ"מ כספית. לחץ דם נמוך מהתקין עלול לגרום לכך שלא יוזרם מספיק דם לאיברי הגוף השונים ובמיוחד לאלה הרחוקים מהלב, כגון: 1. אצבעות הידיים והרגליים. 2. הראש, אשר במצבי ערות נמצא גבוה מהלב. 3. כמו כן לא יגיע דם בלחץ המספיק לתיפקודם של איברים חיוניים כגון הכליות. במצב בו הדם מגיע אל הכליות בלחץ נמוך מדי )פחות מ- 60 מ"מ כספית( הן אינן יכולות לבצע את תפקידן, שהוא סינון הדם, ולמעשה מפסיקות לתפקד. 4. לחץ דם נמוך עלול לגרום לסחרחורת, בחילה ואף אובדן הכרה. 5. לחץ דם נמוך כרוני מוביל לעייפות יתר ולבעיה ביכולת הריכוז. שאלות מהי הסכנה שבמאמץ יתר קבוע של שריר הלב? 21. התוכלו להסביר כיצד עשוי ביצוע ההמלצות לאדם החש סחרחורת מומלץ לשתות ולשכב. 22. האלה לשפר את הרגשתו? מדוע עלול כל אחד מהגורמים הבאים לגרום לעלייה בלחץ הדם: צריכה גבוהה של מלח במזון, 23. מתח נפשי, רמות גבוהות של כולסטרול בדם. 3. הגורמים המשפיעים על לחץ הדם לחץ הדם בעורקים תלוי במספר גורמים: 1. תפוקת לב - זהו נפח הדם שהלב מזרים לעורק ליחידת זמן. 2. ההתנגדות ההיקפית - התנגדות היקפית הנה ההתנגדות לזרימת הדם בעורקיקים, שמתגברת ככל שהם הולכים ונעשים צרים. ההתנגדות ההיקפית עשויה להשתנות בהתאם לשינויים המתרחשים בקוטרם של העורקיקים. בדפנות העורקיקים יש שרירים שמסוגלים להתכווץ ולהתרפות, ובכך מווסתים את זרימת הדם לרקמות הגוף. כאשר מצטמצם קוטרם של העורקיקים, גדלה ההתנגדות ההיקפית ולחץ הדם עולה, ולהפך. על חשיבותו של ויסות ההתנגדות ההיקפית לחלוקת הדם לרקמות במצבי פעילות שונים, נרחיב בסעיף העוסק ב"ויסות חלוקת הדם לרקמות" 3. היחס בין נפח הדם לנפח כלי הדם - הדם זורם במערכת סגורה, ועל כן אחד הגורמים המשפיעים על לחץ הדם הוא היחס בין נפח הדם לנפח המערכת בו הוא זורם. גורמים שמשנים את היחס הזה, עלולים לגרום לירידה מהירה בלחץ הדם, או לעלייה שלו. דוגמא למצבים הגורמים לירידה בלחץ הדם: עמוד 53

54 א. יציאת דם מהמערכת, כגון איבוד דם עקב פציעה או תרומת דם, גורמת לירידה בלחץ הדם. ב. הרחבה פתאומית של כלי הדם, עקב הרחבה של הוורידים, כתוצאה מחשיפה פתאומית לחום או לזיהומים, או הרחבה של עורקיקים רבים בגוף )עקב התרגשות רבה, או פעילות גופנית נמרצת לאחר אכילת ארוחה גדולה(, שמשמעותה ירידה מהירה בהתנגדות ההיקפית של הגוף. גורמים אלה עלולים לגרום לסחרחרות ואף אבדן הכרה. כאשר השינויים בנפח הדם הם הדרגתיים )למשל עליה קלה בנפח הדם עקב שתייה מרובה, או ירידה קלה בנפח כתוצאה מהזעה מרובה ואי שתייה מספקת ביום חם(, מווסת נפח הדם באמצעות מנגנונים עצביים והורמונליים המפקחים על תיפקודן של הכליות. השינויים בנפח הדם נקלטים על ידי חיישנים עצביים הרגישים ללחץ הדם, מחיישנים אלה מועבר מידע למרכזים במוח, ומהם מועברות "פקודות" הורמונאליות ועצביות הגורמות לכליה להגדיל את הפרשת המים בשתן לאחר עליה בנפח הדם, או להקטינה באם מתרחשת ירידה בנפח הדם. צמיגות הדם - צמיגות הדם עולה ככל שיש יותר תאי דם, על אותה כמות של נוזל הדם )הפלסמה(. ככל שצמיגות הדם תעלה, כך תגדל ההתנגדות של הדם לזרימתו, ויעלה לחץ הדם, ולהיפך. )הצמיגות מתארת את התנגדותו הפנימית של הזורם לזרימה, וניתן לחשוב עליה כעל מידה של חיכוך. לדוגמה, מתנול הוא "דליל", כלומר בעל צמיגות נמוכה, ושמן או דבש הם "סמיכים" )או צמיגים( כי יש להם התנגדות גבוהה לשינוי צורה.( גמישות העורקים - גמישות )אלסטיות( גבוהה של העורקים חיונית לתיפקודם. ירידה בגמישות העורקים, כתוצאה, למשל, מהסתיידות דופנותיהם, המקטינה את האלסטיות שלהן ועקב כך מגדילה את התנגדותן למתיחה בזמן שהלב מזרים אליהם את הדם, וכתוצאה מכך עולה לחץ הדם הסיסטולי. ירידה בגמישות העורקים, אשר אינם מסוגלים להגדיל את קוטרם, גורמת לעלייה גם בלחץ הדיאסטולי, מאחר והיא גורמת לעליה בהתנגדות ההיקפית של העורקים. כוח הכובד - לחץ הדם מושפע מההפרשים בין גובה העורק בו זורם הדם, לגובה הלב. ככל שהעורק ממוקם גבוה מעל ללב, קטן בו לחץ הדם, וככל שהעורק נמוך מהלב לחץ הדם בו עולה גורמי סיכון ללחץ דם גבוה 4. לחץ דם גבוה עלול, כאמור, לגרום לנזקים חמורים בגוף, ובמיוחד ללב, למוח, לעיניים ולכליות. גורמים עיקריים הנחשבים כתורמים לעליית לחץ הדם: השמנת יתר. 1. הסתיידות )טרשת( עורקים, בדרך כלל עקב רמות גבוהות של כולסטרול בדם. 2. צריכה גבוהה של מלחים )שמקורם במזון מלוח(. 3. מתח נפשי )שנגרם כתוצאה מעבודה, או מסיבות אחרות(. 4. קיימים, ככל הנראה, גם גורמים גנטיים המעלים את לחץ הדם. 5. עמוד 54

55 לאנשים מבוגרים, מעל גיל חמישים, ואף לפני כן, מומלץ לערוך בדיקות תקופתיות של לחץ הדם, על מנת לוודא שהוא ברמה תקינה. גורמים התורמים להפחתת לחץ דם גבוה: הטיפול הניתן כיום לאנשים שאובחנו כבעלי לחץ דם גבוה הוא קודם כל טיפול תרופתי. לרשות הרופאים עומד כיום מגוון רחב של תרופות להורדת לחץ דם. אמנם, התרופות להורדת לחץ דם מוכיחות ברוב המקרים את יעילותן, אך במקביל לנטילתן מומלץ לאנשים בעלי לחץ דם גבוה לשמור על "אורח חיים בריא", בו מופחתים ככל האפשר הגורמים לעליית לחץ הדם, שעליהם ניתן להשפיע. לדוגמא: 1. תזונה בריאה, הכוללת הימנעות משומנים רוויים ומסוגים מסוימים של כולסטרול, והימנעות מצריכה רבה של מלח. 2. הפחתה במשקל, לבעלי משקל יתר. 3. ביצוע פעילות גופנית. לאדם מבוגר מומלץ לבצע "פעילות גופנית מתונה" )כגון הליכה ברמת מאמץ בינונית ומעלה( לפחות ארבע שעות בשבוע. 4. הפחתת מתחים נפשיים, ככל הניתן. במחקרים שונים נמצא שפעילות גופנית, ותזונה נכונה, עשויים לתרום תרומה משמעותית להפחתת לחץ הדם, עד כדי ביטול הצורך בנטילת תרופות! 5. הלב מתכווץ במחזוריות, אך זרימת הדם היא רציפה כאשר חדרי הלב מתכווצים ודוחסים את הדם לעורקים, נוצר בעורקים לחץ הדם הסיסטולי, והוא לחץ הדם המרבי. לחץ הדם הסיסטולי גורם למתיחת דפנות העורק הגמישים )ל"התנפחותם"(, וכן לזרימת הדם בכיוון מהלב אל רקמות הגוף. יש לציין כי לחץ הדם הסיסטולי המרבי הנחשב לתקין אצל אדם מבוגר הוא 140 מ"מ כספית. כאשר חדרי הלב נמצאים בהרפיה, ואינם דוחסים דם לעורקים, מתרחשת ירידה מיידית של לחץ הדם בעורקים ונוצר לחץ הדם הדיאסטולי, שהוא לחץ הדם המינימלי. יש לציין כי לחץ הדם הדיאסטולי הנחשב לתקין אצל אדם מבוגר הוא מ"מ כספית. כאן נשאלת השאלה, באם הלב פועל במחזוריות של התכווצות והרפיה, מדוע לא נעצרת זרימת הדם כאשר הלב נמצא בהרפיה? כיצד נמשכת זרימה רציפה של הדם גם כאשר הלב נח לאחר כל התכווצות? זרימת הדם בכלי הדם לא נפסקת גם כאשר לחץ הדם הוא נמוך )דיאסטולי(, מפני שכאשר מתרחשת הדיאסטולה חוזרת דופן העורקים הגמישה לקדמותה )לאחר שנמתחה קודם לכן במהלך הסיסטולה(, והתכווצותה המקומית של דופן העורקים יוצרת לחץ הממשיך להזרים את הדם בכיוון מהלב והלאה. גם לאחר חזרת הדופן לקדמותה, לחץ הדם אינו יורד לאפס, מפני שההרפיה נמשכת זמן קצר בלבד )פחות ממחצית שנייה(, ומיד לאחריה מתרחשת ההתכווצות הבאה של החדרים הגורמת לעלייה מיידית חוזרת של לחץ הדם. עמוד 55

56 גמישות העורקים, הבאה לידי ביטוי בהתרחבות מקומית של העורק עקב לחץ הדם הנוצר בהתכווצות הלב )בסיסטולה(, וחזרה לקוטר הטבעי כשהלב במצב הרפיה )בדיאסטולה(, גורמת לתופעת גל הדופק )עליה נרחיב בהמשך( ויש לה חשיבות פיזיולוגית רבה, מאחר והיא מאפשרת זרימה רציפה של דם בעורקי הגוף, זאת למרות העובדה שהלב אינו פועל ברציפות, אלא נח לאחר כל התכווצות. 6. מודל להמחשת מנגנון הזרימה הרציפה בעורקים כדי להמחיש את תרומת גל הדופק ליצירת הזרימה הרציפה של הדם, ניעזר באיור הבא, בו מתוארת משאבה דמוית מזרק )1( הדוחסת נוזל לצינור דק שבקצהו פיה צרה המגבירה את ההתנגדות לזרימה. נתאר לעצמנו מצב שבו דוחפים את הבוכנה בכל פעם למרחק קצר מסוים. בכל פעם כאשר דוחפים מעט את הבוכנה של המשאבה, )ובכך מדמים התכווצות אחת של החדרים( נדחס הנוזל הנמצא בה לצינור הדק )"לעורק"( ואינו יכול לחזור לאחור, עקב פעולת המסתם )2(. איור - 19 מערכת המדגימה את זרימת הדם בעורקים מתוך "הגוף ותיפקודו", זהר ושפירא. עמ' 49 כתוצאה מדחיסת הנוזל לצינור עולה הלחץ בצינור, ומאחר ובקצה הצינור יש היצרות המגדילה את ההתנגדות לזרימה )"התנגדות היקפית"(, גורם הלחץ להתנפחותו של בלון גמיש )3(, המדמה את הדפנות הגמישים של העורקים. כאמור, מיד לאחר דחיפתה של הבוכנה היא נעצרת לזמן קצר )עצירה המדמה את "הרפיית הלב"(, ובזמן שהיא נעצרת מפעילים דפנות הבלון המתוחות לחץ על הנוזל וגורמים לדחיסתו חזרה אל הצינור, והמשך הזרימה בכיוון היחיד האפשרי, לכיוון הפיה הצרה )"מהלב והלאה"(. למעשה, הלחץ שהפעילו דפנות הבלון על הנוזל שבצינור גרם לזרימה רציפה של הנוזל בצינור, גם בזמן בו פסקה פעולת הדחיסה של הבוכנה עצמה, ובאם חוזרים ודוחפים את הבוכנה, מיד התכווצות הבלון, מתחדש הלחץ שהיא מפעילה על הנוזל בצינור, ודפנות הבלון חוזרים להתנפח. לאחר מהלך מחזורי זה של דחיסת הנוזל שבצינור, פעם על ידי הבוכנה של המשאבה )"שריר הלב"( ופעם על ידי דפנות הבלון הגמישים )"דפנות העורקים"(, גורם לזרימה רציפה של הנוזל שבצינור, ובכך מדמה את הזרימה הרציפה של הדם בעורקים. עמוד 56

57 שאלה 24. עיינו באיור 21 שלפניכם, בו מתוארות שתי מערכות של לב וכלי דם, האחת עם צינורות קשיחים, והשנייה עם צינורות גמישים, וענו על הסעיפים א' עד ד' שלאחריהן': איור - 20 איור סכמטי המתאר את הלב וכלי הדם בשני מצבים: "כלי דם קשיחים" )הצמודים ללב 1( וכלי דם גמישים" )הצמודים ללב 2( א. ב. ג. ד. באיזה מהעורקים, זה היוצא מלב 1 או זה היוצא מלב 2, יהיה לחץ דם גבוה יותר? נמקו תשובתכם. איזה מהלבבות, לב 1 או לב 2, עובד קשה יותר, על מנת להזרים את הדם המערכת? נמקו תשובתכם. הסבירו את המבנה של העורק היוצא מלב 2. בהסברכם השתמשו במושג "גל הדופק". האם בשתי מערכות העורקים תהיה זרימת הדם רציפה? נמקו תשובתכם 7. השינוי בערכי לחץ הדם ומהירות זרימת הדם בגוף לחץ הדם בגוף אינו קבוע, והוא משתנה הן על פי פעילות הלב )בהתכווצות ובהרפיה(, והן על פי המרחק של הדם מהלב, כלומר בשני ממדים "מימד הזמן" ו"מימד המקום": 1. על פי פעילות הלב )מימד הזמן( לחץ הדם מגיע לשיא כאשר חדרי הלב מתכווצים )סיסטולה(, ויורד לערך הנמוך ביותר שלו כאשר חדרי הלב נמצאים בהרפיה, ואינם מוציאים דם לעורקים )דיאסטולה(. 2. על פי המרחק מהלב )מימד המקום( בהתאמה למרחק מהלב ולסוג כלי הדם. הלחץ הגבוה ביותר הוא הלחץ באבי העורקים, בחלקו הקרוב ללב, והוא הולך ופוחת ככל שהדם מתרחק מהלב ונכנס לעורקיקים ולאחריהם לנימים ולוורידים. מדוע יורד לחץ הדם ככל שהדם מתרחק מהלב? לירידה בלחץ הדם ככל שהדם מתרחק מהלב יש מספר גורמים: 1. החיכוך בין הדם הזורם ובין הדופן הפנימי של כלי הדם, גורם להפסד של חלק מהאנרגיה, וכתוצאה מכך לחץ הדם בקצהו המרוחק מהלב של כלי דם נמוך מלחץ הדם שבתחילתו. בנוסף, ככל שקוטרם של כלי הדם הולך וקטן )במעבר מעורקים לעורקיקים ועד הנימים(, כך גדל החיכוך של הדם עם הדפנות, מפני שכמות גדולה יחסית של דם באה במגע ישיר עם דפנות כלי הדם. העלייה בחיכוך מתבטאת בעליה בהתנגדות ההיקפית של כלי הדם לזרימת הדם. עמוד 57

58 2. האנרגיה המושקעת ביצירת גל הדופק, כלומר במתיחת הדפנות הגמישים של העורקים, מפחיתה אף היא את לחץ הדם. 3. העלייה בשטח הכולל של חתך כלי הדם. לגורם זה השפעה רבה על הירידה בלחץ הדם ככל שהדם מתרחק מהלב. כאשר הדם יוצא מהלב, הוא זורם באבי העורקים, שקוטרו גדול, יחסית לקוטרם של כלי הדם האחרים. בהמשך הזרימה מתפצל אבי העורקים לעורקים המובילים את הדם לחלקי הגוף השונים, ואלה מתפצלים בהמשך לעורקים נוספים, ובהמשך לעורקיקים ולנימים. ככל שהדם זורם ומתרחק מהלב, קטן אמנם קוטר כל אחד מכלי הדם בהם הוא זורם, אך באם מצרפים את שטח החתך הכולל של כל כלי הדם, במרחק נתון מהלב, מוצאים שהוא הולך וגדל. ניתן לדמות את התופעה של עליה בשטח החתך של כלי הדם, עם ההתרחקות מהלב, לשינויים המתרחשים במספר מסלולי הכביש העומדים לרשותם של כלי הרכב הנכנסים לעיר גדולה. נתאר לעצמנו כביש מהיר ורחב מאד הנכנס לעיר גדולה ובו ארבעה מסלולי נסיעה בכל כיוון. בכניסה לעיר מתפצל הכביש לכבישים קטנים יותר, המובילים לחלקי העיר השונים, ואלה מתפצלים לכבישים צרים ברחובות שבהם מסלול נסיעה אחד בכל כיוון. אמנם, בכל אחד מהכבישים ברחובות יש מסלול נסיעה יחיד, אך עומדים לרשות המכוניות מסלולי נסיעה רבים מאד בכל רחובות העיר, וכתוצאה מכך עומס התנועה בכל אחד מהרחובות הצרים )"לחץ הדם" ב"עורקיק" או ב"נים דם"(, נמוך בהרבה מעומס התנועה בכניסה לעיר )"לחץ הדם" ב"עורק"(. באיור 21 מתוארים השינויים המתרחשים בלחץ הדם הממוצע החל מזרימתו בעורקים ועד הוורידים, וכמו כן השינויים המתרחשים במקביל במהירות הזרימה של הדם בכלי הדם. בנוסף מתואר בגרף גם שטח החתך הכללי של כלי הדם. עיינו באיור וענו על השאלות שלאחריו. איור 21 - השינוי בשטח חתך רוחב כללי של כלי הדם, מהירות זרימת הדם ולחץ הדם הממוצע לאורך מסלול זרימת הדם בכלי הדם השונים. עמוד 58

59 שאלות 25. התבוננו באיור 21 ותארו את השינויים המתרחשים בלחץ הדם מהעורקים ועד הוורידים. 26. מדוע התנודות בלחץ הדם הולכות וקטנות ככל שהדם מתרחק מהלב? 27. קיים חוק פיזיקלי לפיו, ככל שצינור רחב יותר, מהירות זרימת הנוזל בתוכו קטנה יותר. העקום מראה שמהירות הזרימה של הדם בנימים היא הנמוכה ביותר. האם עובדה זו נוגדת את החוק הפיזיקאלי הנ"ל? נמק. 28. כיצד ניתן להסביר שלמרות שלחץ הדם הולך ויורד בהדרגה מהעורקים ועד לוורידים, הרי שמהירות זרימת הדם, לאחר שירדה במעבר מהעורקים לנימים, עולה שוב כאשר הדם זורם בוורידים? ג 9. חלוקת הדם לרקמות כפי שראינו, שינויים בפעילות הגופנית משפיעים על תפוקת הלב והגברת הפעילות הגופנית גורמת לעלייה בתפוקת הלב, בבקרה של המערכת הסימפתטית. למדנו כי בגוף יש כ- 5 ליטרים דם בלבד, אך בשעת מאמץ גופני נמרץ יכול הגוף הלב יכול להזרים לעורקים עד 25 ליטר לדקה )פי חמישה מנפח הדם בגוף!(. יחד עם זאת, נוכחנו לדעת גם כי לעליה בתפוקת הלב יש מגבלות, ומעל קצב פעימות מסוים, לא רק שהתפוקה אינה עולה, אלא שהיא אף יורדת באופן משמעותי ועלול להיווצר מצב המסכן את האדם. מכאן, שאין אפשרות )והדבר גם אינו יעיל( לספק לכל רקמות הגוף כמות רבה של דם מחומצן בו זמנית. מגבלות העלייה בתפוקת הלב מציבות בפני הגוף בעיה, והפתרון לבעיה זו מגיע מכיוון של התייעלות וקביעת סדרי עדיפויות בסיפוק צרכי הרקמות השונות בגוף בעת מאמץ. מתברר, כי בגוף קיים מנגנון המסוגל לשנות את כמויות הדם המוזרמות לרקמות שונות בגוף בעת מנוחה ובעת מאמץ גופני. באם ישאלו אתכם, אילו רקמות זקוקות לאספקת הדם דווקא בשעת חירום של מאמץ גופני, לא תתקשו להציב בראש סדרי העדיפויות את שרירי השלד ושריר הלב, אותן רקמות המבצעות את המאמץ הגופני )שרירי השלד(, ורקמת הלב התומכת את ביצוע המאמץ הגופני על ידי הזרמה מוגברת של דם המספק לשרירי השלד חמצן וגלוקוז, ומסלק מהם CO 2 ופסולת המצטברת בהם. יש לזכור כי הפעילות המאומצת עשויה להיות חיונית מאד לפרט המבצע אותה )בבחינת "הילחם או ברח"(, ולעתים יש לה משמעות הישרדותית של ממש. במצב זה רצוי שלא "לבזבז" את הדם החיוני לפעילות השרירים על פעילויות "הניתנות לדחייה", לפחות לזמן מה, כגון עיכול המזון ומערכת ההפרשה המסננת את הדם בכליה. לעומת זאת, כאשר הגוף נמצא במנוחה ואינו מבצע מאמץ גופני, שרירי השלד זקוקים לכמות קטנה יחסית של דם, וזו ההזדמנות המתאימה להפנות חלק גדול, יחסית, מהדם הזורם במחזור הדם לפעילותן של מערכות כגון מערכת העיכול ומערכת ההפרשה, אותן המערכות שפעילותן נדחתה עקב מצב החירום. עמוד 59

60 הפתרון שנמצא לוויסות חלוקת הדם לרקמות הוא פשוט ואלגנטי, ומעורבות בו אותן שתי המערכות המהוות יחד את המערכת האוטונומית, אך פועלות באופן מנוגד: המערכת הסימפתטית והמערכת הפאראסימפתטית. שתי המערכות המווסתות את קצב פעימות הלב בהתאם לצרכי הגוף, מעורבות גם בהפניית המשאבים המוגבלים של הדם אל הרקמות הזקוקות לו ביותר, בכל אחד ממצבי הפעילות השונים. את הפעולה הזו הן מבצעות על ידי בקרה של ההתנגדות ההיקפית בעורקיקים כל אחת מהמערכות גורמת, באופן מנוגד, להיצרות או להרחבה של השרירים החלקים שבדופן העורקיקים המובילים לרקמות, ובכך משנה את ההתנגדות ההיקפית לזרימת הדם לאותן הרקמות. במצב חירום לדוגמא גורמת המערכת הסימפתטית, לא רק להאצת פעילות הלב ובכך להגדלת תפוקתו, אלא גם להקטנת ההתנגדות ההיקפית לזרימת הדם לשרירים ובכך אליהם, ובמקביל להגברת זרימת הדם גורמת להגדלת ההתנגדות ההיקפית לזרימת הדם למערכת העיכול ולכליות, ובכך מקטינה את זרימת הדם למערכות אלה. בטבלה הבאה מסוכמות ההשפעות המנוגדות של המערכת הסימפתטית והמערכת הפאראסימפתטית על חלקי מערכת ההובלה. קצב הלב הגורם המושפע השפעת המערכת הסימפתטית הגברה השפעת המערכת הפאראסימפתטית האטה לחץ הדם קוטר העורקיקים המוליכים דם לשרירי השלד קוטר העורקיקים המוליכים דם למערכת העיכול ולמערכת ההפרשה הגברה הרחבה היצרות ירידה היצרות הרחבה הלב כמות הדם המוזרמת מהלב לגוף מתחלקת בין המערכות בגוף על פי צרכיהן, ולא על פי משקלן היחסי. לדוגמא - במצב מנוחה מקבלים המוח והכליות יחד כ- 40% )!( מאספקת הדם. בטבלה שלפניכם מוצגים נתונים ממוצעים של מחזור הדם בגבר בעל משקל של 70 ק"ג: האיבר זרימת דם באיבר במצב מנוחה )סמ"ק\דקה( 250 זרימת דם מקסימלית שיכולה לעבור דרך האיבר )סמ"ק\דקה( , , , המוח שרירים פעילים שרירים לא פעילים העור איברי הגוף הפנימיים תפוקת הלב )לדקה( עמוד 60

61 קצב הלב הממוצע במנוחה הוא 75 פעימות בדקה, ובמצב זה מוצאים בכל פעימה מהחדר השמאלי למחזור הדם הכללי כ- 85 סמ"ק )"נפח פעימה"(. במצב של מאמץ רב, קצב הלב עשוי לעלות עד לכ- 180 פעימות לדקה, ונפח פעימה יכול לגדול עד לכ- 140 סמ"ק לדקה. שאלות 29. התוכלו להסביר מדוע במצב מנוחה גדל מאד כמות הדם המגיע דווקא אל האיברים הפנימיים? מה ניתן לומר על צריכת הדם במוח במצבי מנוחה ופעילות? מה המסקנה? במצב חירום נדרש המוח לקבלת החלטות גורליות, ולכן נראה סביר שאספקת הדם לשריר הלב לא תפחת, בהשוואה לזו שהוא מקבל בזמן מנוחה. יחד עם זאת מסתבר שבמצב חירום קטן אחוז הדם המגיע אל המוח, בהשוואה לכלל הדם היוצא מהלב. האם פירוש הדבר הוא כי הלב מקבל בשעת חירום פחות דם מאשר בשעת מנוחה? הסבירו תשובתכם. האם כל האיברים יכולים לעבוד בקצב מרבי באותו הזמן? נמקו על סמך הנתונים. באילו איברים תהיה עלייה בזרימת הדם בזמן מאמץ גופני? נמקו. באילו איברים תהיה עלייה בזרימת הדם בזמן מנוחה? נמקו. הסבירו כיצד מתבצע בעורקיקים ויסות הזרמת הדם אל האיברים השונים. בהסברכם השתמשו במושג התנגדות היקפית. מדוע נוהגים לומר "לא טוב לרוץ אחרי הארוחה", ו"מסוכן לשחות בבריכה לאחר ארוחה"? הסבירו את תשובתכם תוך שימוש במושגים מערכת סימפתטית ומערכת פארהסימפטית ד. מצבים פתולוגיים במערכת ההובלה סטייה מההומיאוסטזיס בסעיף זה נתייחס למספר מצבים פתולוגיים במערכת ההובלה, בדגש על מחלות כלי הדם והלב, אך גם על מצבים של שיבושים בתיפקוד מנגנון קרישת הדם. על מחלות הקשורות ללחץ דם לא תקין עמדנו כבר בפרק על לחץ הדם. ד 1. בעיות בתיפקודם של המסתמים בלב לעתים המסתמים אינם תקינים, ואינם מונעים את חזרת הדם בעת התכווצות שריר הלב. פגיעה בתקינות המסתמים עלולה להיגרם, למשל, על ידי דלקת )שהתרחשה בו כתוצאה מחיידקים שחדרו אליו( הגורמת לאבדן הגמישות של המסתם. תיפקוד לא תקין של מסתמי הלב עלול לגרום נכות קשה, המתבטאת במוגבלות ביכולת הגוף לעמוד במאמצים, ובמקרים קיצוניים אף למוות. אנשים שהמסתמים בלבם אינם תקינים מתלוננים לעתים על קרובות סימפטומים של טמפרטורת גוף נמוכה ועוד. חולשה מתמשכת, קשיים בהליכה בכלל עמוד 61 ועלייה במדרגות בפרט,

62 למרבה המזל, לעתים קרובות ניתן לטפל באי תיפקוד מסתמים באופן יעיל, מאחר והמסתמים הינם מנגנונים פשוטים הפועלים באופן פסיבי נפתחים ונסגרים עקב הפרשי לחצים הפועלים עליהם. כיום יש שיטות להחלפת מסתמים פגועים במסתמים מלאכותיים המאפשרים לחולים רבים לחזור לחיים תקינים. אחד המסתמים המלאכותיים הנפוצים כיום דומה במבנהו לעקרון של הכדור החוסם חדירת מים ל"בשנורקל" צלילה. באיור הבא מוצגים דגמים של מסתמים מלאכותיים )מימין( ואופן התקנתו של מסתם מלאכותי בלב )מימין(. דגמים שונים של מסתמים מלאכותיים ללב התקנת מסתם מלאכותי בלב איור - 24 דגמים של מסתמים מלאכותיים )מימין( והתקנת מסתם מלאכותי בלב )משמאל( לעתים מלווים קולות הלב באוושה. האוושה מעידה על כך שהמסתמים אינם נסגרים באופן מושלם, וחלק מהדם "מצליח" לעבור דרכם חזרה בעת ההתכווצויות. האוושה מתגלה בבדיקה רפואית, באמצעות סטטוסקופ )מסכת( ובמקרים בהם היא מופיעה דרושה אבחנה של רופא מומחה אשר יקבע את משמעותה לתיפקודו של האדם. לעתים קרובות אין לאיושה כל משמעות רפואית ממשית, והאדם יכול לחיות למעשה ללא מגבלות כלשהן. ד 2. טרשת עורקים ומחלות לב כליליות העורקים הכליליים, באמצעותם מתבצעת אספקת החמצן וחומרי ההזנה לשריר הלב עצמו, הינם חיוניים לתיפקודו של שריר זה, וכל פגיעה בתיפקודם עלולה לגרום לנזק בשריר ולפגיעה בתיפקודו של הלב כמשאבה המזרימה את הדם בגוף. טרשת עורקים אחת הסכנות הגדולות ביותר לתיפקודו של שריר הלב הוא תהליך של היווצרות משקעים על הדופן הפנימית של העורקים הכליליים, משקעים הגורמים להיצרות החלל הפנימי של העורקים, ובכך חוסמים באופן חלקי או אף מלא, את זרימת הדם בהם. מצב זה נקרא טרשת עורקים, ולמעשה מהווה את הגורם העיקרי למחלות לב וכלי דם. המשקעים הנוצרים על דפנות העורקים מורכבים בעיקר ממולקולות שומניות )כגון כולסטרול(, סידן, קרישי דם ועוד. משקעים אלה מתרבדים למעשה עמוד 62

63 בעורקים אחרים בגוף, אלא שבעורקים האחרים ההפרעות לזרימת הדם אינן משפיעות באופן כה קיצוני על תיפקוד הגוף, כפי שמשפיעה חסימה בעורקים הכליליים. באיור הבא ניתן לראות בצד ימין חתך בעורק כלילי שחללו מוצר, וחסום כמעט לגמרי עקב תהליך טרשתי, ובצד שמאל סדרה של חתכים בעורקים: למעלה עורק נקי לחלוטין ממשקעים, באמצע עורק עם תהליך טרשתי מתקדם, ולמטה קריש דם אשר הגיע עם זרם הדם אל האזור הטרשתי, "נתקע" בו עקב קוטרו המוצר וחוסם לחלוטין את זרימת הדם בעורק זה. איור - 25 איור סכמטי של עורקים במצבים שונים של טרשת עורקים. בצד ימין עורק מוצר עקב תהליך טרשתי. בצד שמאל שלבים שונים של התפתחות טרשת עורקים. מחלות לב כליליות מחלות לב כליליות הן קבוצת מחלות הנוצרות כתוצאה מהיצרות העורקים הכליליים, היצרות שגרמה לפגיעה ביכולת התיפקוד של שריר הלב. הפגיעה ביכולת התיפקוד של שריר הלב גורמת לתופעה הנקראת אי ספיקת לב, שמשמעותה היא כי הלב אינו יכול לספק לגוף את כמות הדם הנדרשת לו. תעוקת חזה כאשר החסימה חלקית, וקטנה אספקת הדם לשריר הלב, הוא עשוי להמשיך לתפקד אך באופן חלקי בלבד, והאדם חש בלחץ בבית החזה, תופעה הקרויה תעוקת לב, או תעוקת חזה. במצב זה עלול להיגרם לאדם קושי לבצע פעולות הדורשות מאמץ גופני, אפילו טיפוס במדרגות. תעוקת חזה באה לידי ביטוי גם בכאבים, אשר מקורם ככל הנראה בשינויים המתרחשים בשריר הלב כתוצאה מהמחסור בחמצן: המחסור בחמצן גורם לשריר הלב לעבור לנשימה אל-אווירנית, כתוצאה מכך מצטברת בשריר כמות גדולה של חומצת חלב, ועקב כך יורדת רמת ה- ph בשריר, ירידה הגורמת לתחושת הכאב. תעוקת הלב יכולה לבוא לידי ביטוי בכאבים באזור החזה, או בכאבים המופיעים באזורים אחרים בגוף, כגון בכתפיים ובזרועות )כתוצאה מ"הקרנה" של הכאב(, ובסימנים נוספים. תופעות אלה מהוות מעין "אות אזעקה" של הלב, המעיד על מצוקה ההולכת וגוברת, ומעידים על צורך באבחון הבעיה על ידי רופא ובקביעת טיפול מתאים, גם אם הכאבים נפסקים לאחר זמן מה, כאשר הגוף חוזר למנוחה. עמוד 63

64 התקף-לב )אוטם שריר הלב( באם מתרחשת חסימה מוחלטת של עורק כלילי, או עורקיק המסתעף ממנו, הרי שאותו חלק משריר הלב המוזן באמצעות כלי דם זה לא יקבל כלל אספקת דם, הכוללת חמצן ומזון, ופעולתו נפסקת. חלק השריר אשר אספקת הדם אליו פסקה הינו "אטום", ועלול להינזק ולמות בתוך זמן קצר. הפסקה פתאומית של זרימת הדם לשריר עלולה להיגרם מסתימה של עורק כלילי צר )בדרך כלל עורק שהוצר עקב רובד טרשתי שנוצר בו( על ידי קריש דם, או קרע ברובד הטרשתי - גוש של חומר שניתק מהשכבה הטרשתית והחל לנוע עם זרם הדם )ראו באיור 26(. איור 26 -התהליכים המתרחשים בשעת התקף לב. נזקים לשריר הלב בעקבות התקף לב המצב אליו נקלע שריר הלב כתוצאה מאי אספקת חמצן לחלק מהשריר, נקרא התקף לב, או אוטם שריר הלב. באם המחסור באספקת חמצן נגרם לחלק גדול משריר הלב, או למשך זמן ממושך, או באם הלב נכנס למצב של פרפור חדרים שלא טופל, הלב עלול להפסיק להתכווץ, מצב המכונה דום לב. במצב של דום לב נראה תרשים הא.ק.ג. כקו ישר )נפסקת הפעילות החשמלית בלב(, והוא מכונה מוות קליני. במצב של מוות קליני ניתן עדיין להציל את החולה בעזרת טיפול החייאה, אם הוא נעשה בדקות הראשונות לאחר שהתרחש דום הלב. מעבר ל- 4 דקות נגרם נזק בלתי הפיך למוח, עקב אי זרימת דם אליו. אירוע של התקף לב עלול לגרום לשריר הלב נזק בלתי הפיך אשר חומרתו תלויה בגודל השריר שניזוק. אזור השריר שנפגע הופך לצלקת שאינה יכולה להתכווץ, ואינה מוליכה גירויים חשמליים מקוצב הלב, מצב המכביד על תיפקוד חלקי השריר שלא נפגעו. באם נפגעו 40% ומעלה משריר הלב, הלב כמעט שאינו מסוגל להמשיך ולמלא את תפקידו בהזרמת דם לגוף. נזק נוסף העלול להיגרם ללב לאחר התקף לב מתבטא באי סדירות של הגירויים החשמליים המופקים על ידי קוצב הלב, או בהולכת הגירויים מהקוצב לעליות ולחדרים. במצב קיצוני עלול להיגרם אף פרפור חדרים, במהלכו מפסיק הלב להזרים דם, מצב שאם לא יטופל במהירות )על ידי הלם חשמלי(, עלול לגרום לדום לב ולמוות. אפשרויות הטיפול במצבים של היצרות העורקים עקב טרשת )עפ"י וליצקר, 2002, מעמ' 246( עמוד 64

65 בין הטיפולים העיקריים המשמשים לטיפול במצב בו נוצרה טרשת בעורקים הכליליים הם: 1. תכשירים תרופתיים: תרופות המרחיבות את כלי הדם הכליליים. תרופות להורדת רמת השומנים והכולסטרול בדם. תרופות נוגדות יצירת קרישי דם, כגון אספירין. תרופות להמסת קרישי דם. תרופות להורדת לחץ הדם, כגון תרופות משתנות )המגבירות את כמות השתן הנוצרת בגוף(. 2. טיפולים פולשניים: הרחבת בלון - הרחבת כלי דם שהוצרו עקב טרשת עורקים באמצעות בלון. הבלון מוחדר לעורק באמצעות צנתר, ומנופח באזור ההיצרות. הניפוח מרחיב את ההיצרות, הורס את הרובד הטרשתי ובכך פותח את החסימה. השתלת תומך תותב )Stent( הרחבת העורק באמצעות תותב מתכתי המוכנס לעורק באמצעות צנתר, ולאחר מכן מתרחב בתוכו ומספק תמיכה קשיחה חיתוך הרובד הטרשתי באמצעות להב או מקדחות זעירות המוחדרים באמצעות צנתר. ניתוח מעקפים שיפור זרימת הדם לשריר הלב על ידי חיבור "מעקף" )שתל מעור או ווריד( העוקף את העורק הכלילי החסום. 3. ריפוי גנטי: הריפוי הגנטי כולל מגוון של שיטות ניסיוניות חדישות, באמצעותן מנסים לטפל ביצירת טרשת העורקים תוך ניצול גורמים גנטיים שונים. גורמי סיכון למחלות לב את גורמי הסיכון המאיצים את התפתחות וטרשת העורקים ניתן לחלק לשלוש קבוצות : 1. גורמים הפוגעים בשכבת האנדותל הפנימית של העורק. לתאי האנדותל תפקיד במניעת קרישה. הם רגישים מאד לגורמים שונים כגון: יתר לחץ דם, מתח נפשי מוגבר, שינויים כימיים הנגרמים על ידי ניקוטין ו- CO בעשן סיגריות, שומנים וכולסטרול- LDL בדם, זיהומים הנגרמים על ידי חיידקים או נגיפים, נטייה תורשתית וגיל. 2. רמות גבוהות של שומני דם וכולסטרול LDL, והגברת השקעתם בדופן העורקים: עלייה ברמת הכולסטרול- LDL בדם גורמת להידבקות התאים הבלענים )סוג של תאי דם לבנים( לתאי האנדותל ולהפיכתם לתאי קצף מתחת לשכבת האנדותל. בין הגורמים המאיצים תהליכים אלה נמנים עישון סיגריות, היעדר פעילות גופנית, מתח נפשי ממושך, יתר לחץ-דם ונטייה תורשתית. 3. גורמים המעודדים קרישיות יתר של הדם עישון סיגריות, תזונה עשירה בשומנים והשמנה, יתר לחץ-דם, מתח נפשי מוגבר וממושך )מלווה בהפרשת ההורמונים אדרנלין ונוראדרנלין(, נטילת גלולות נגד הריון וסוכרת. פעילות גופנית מקטינה את הסיכון ללקות במחלות לב. עמוד 65

66 בסעיף העוסק בגורמי הסיכון למחלות לב צוין כי היעדר פעילות גופנית מעלה את הסיכון ללקות בטרשת עורקים, אך תרומתה של פעילות גופנית להקטנת הסיכון ללקות במחלות לב עשויה להיות רחבה בהרבה, וקשורה בתהליכים הנגרמים בלב הספורטאי בהשפעת הפעילות הגופנית. נמצא כי בלב הספורטאי, בהשפעת המאמץ הגופני הסדיר והנמרץ, בנוסף להגדלת שריר הלב ונפח הפעימה, מתרבים גם כלי הדם הכליליים, והם נעשים מסועפים יותר וקוטרם גדל. שאלות 37. טיפול תרופתי הניתן לאנשים הסובלים מתעוקת לב הוא כדורים המכילים חומרים המרחיבים את כלי הדם הכליליים. הסבירו מדוע. 38. הסבירו לגבי כל אחת מדרכי הטיפול, כיצד היא עשויה לשפר את תפקודו של שריר הלב. 39. כיצד ניתן להסביר את הסיכוי הנמוך, יחסית, של ספורטאי ללקות בהתקף לב, בהשוואה לאדם שאינו עוסק בפעילות גופנית סדירה? ד 3. בעיות קרישת דם בעיות בקרישת הדם יכולות לנבוע מכמה סיבות: א. מחסור בוויטמין K החיוני לקרישה. ב. המופיליה- מחלה תורשתית בה תאי הכבד אינם מייצרים את אחד מגורמי הקרישה. החולים במחלה זו עלולים לסבול מדימומים מסוכנים, במיוחד דימומים פנימיים הקשים לאבחון ולטיפול. בעבר נחשבה מחלה זו לקטלנית, והלוקים בה היו מתים בדרך כלל בגיל צעיר. כיום ניתן לטפל בחולים ביעילות, ע"י הזרקת גורם הקרישה החסר ישירות למערכת ההובלה, ותוחלת החיים עלתה מאד. ג. תרומבוזה )פקקת(- קרישות מקומיות בכלי דם קטנים ללא סיבה ברורה. הקרישים יכולים להפריע בזרימת הדם בכלי הדם )ראו איור להלן(. קרישי דם בכלי הדם ברגליים, ובאיברים אחרים עלולים לגרום לכאבים, אך אם יגיעו למקום רגיש כמו הלב, המוח, או הריאה קיימת סכנה ממשית של פגיעה בתיפקוד האיברים עד כדי סכנת חיים )ראו איור קודם על אוטם שריר הלב(. אנשים החולים במחלה זו מקבלים באופן קבוע תרופות המקטינות את יעילותו של תהליך הקרישה. קריש דם שגורם לסתימת העורק ולהפסקת זרימת הדם איור 27: התפתחות תרומבוזה עמוד 66

67 ה. טכנולוגיה לאיבחון וטיפול במחלות הקשורות למערכת ההובלה ה 1. קוצב לב מלאכותי כאשר קוצב הלב אינו מתפקד כנדרש, ניתן להשתיל קוצב לב מלאכותי, המופעל על ידי סוללות, וממנו יוצאות אלקטרודות המשגרות דחפים חשמליים שגורמים להתכווצויות שריר הלב, כפי שניתן לראות באיור משמאל. קוצב לב מלאכותי אלקטרודה המגרה את שריר הלב להתכווצות איור - 28 קוצב לב מלאכותי. ה 2. בדיקת א.ק.ג. )E.C.G.( רישום הפעילות שריר הלב א.ק.ג. )אלקטרוקרדיוגרם,Electrocardiogram בקיצור - ECG או E.K.G. מגרמנית( הינו רישום של השינויים במתחים החשמליים הנוצרים בשריר הלב בזמן פעולתו, כאשר עוברים בו הדחפים החשמליים שמקורם בקוצב הלב. את הא.ק.ג. בודקים באמצעות מכשיר הנקרא אלקטרוקרדיוגרף. המתח הנוצר בשריר הלב מועבר אל המכשיר באמצעות אלקטרודות המוצמדות לגופו של הנבדק. בדיקת הא.ק.ג. הינה בדיקה חיצונית, פשוטה, יעילה וזולה לאבחון בעיות בתיפקוד הלב )בעיות קרדיולוגיות(. עקרון הפעולה של רישום הא.ק.ג מתבסס על כך שלמעשה, לכל תא חי יש פוטנציאל חשמלי הנוצר עקב הבדלים בריכוזי יונים שונים )אטומים של יסודות שונים, הטעונים חשמלית( הנמצאים משני צידי קרום התא, כלומר בתוך התא ובסביבה החיצונית לו. לשרירים, שהם תאים גדולים יחסית, פוטנציאל הניתן בקלות יחסית למדידה, ולשרירים המרכיבים את קוצב הלב יכולת לייצר דחפים חשמליים בעוצמה גבוהה, דחפים הנעים לאורך שריר הלב ונקלטים באלקטרודות המוצמדות במקומות שונים בגוף. איור האק"ג, מתקבל על גבי סרט נייר מילימטרי הנע במהירות קבועה בכיוון אופקי, והוא נראה כסדרה של גלים שונים המופיעים בסדר מסוים בכל מחזור של התכווצות. לכל גל כינוי של אות. הגל הראשון בכל מחזור נקרא גל P, וארבעת הגלים העוקבים אחריו מכונים על פי האותיות הבאות אחרי ו- T. S,R,Q בסדר האלפביתי P הגלים המופיעים ברישום האק"ג )משמאל(: P גל המבטא את העברת הדחף על פני העליות בעת התכווצות העליות.,Q,R S גלים המבטאים את התפשטות הדחף החשמלי על פני החדרים בשעה שהם מתכווצים. T גל המבטא את התרפות שריר הלב )חזרה למצב הרפיה(. איור - 29 רישום אק"ג. עמוד 67

68 איור 30: מחזור נורמלי של פעילות הלב, כפי שהוא בא לידי ביטוי בתרשים א.ק.ג. כיצד עורכים את בדיקת הא.ק.ג.? בדיקת א.ק.ג. נעשית בשכיבה, או תוך כדי מאמץ, או אף על ידי חיבור הנבדק למערכת ניידת הקולטת את הנתונים במשך 24 שעות. מדידה בשכיבה מדידה במאמץ מדידה בתקופה של 24 שעות (Holter) איור 31 דרכים שונות לבדיקות אק"ג. בזמן הבדיקה מחברים את הנבדק למספר אלקטרודות )בדרך כלל 5(, 2 לחזה, אחת לכל יד ולרגל. יחד עם זאת יש דרכים שונות לחיבור האלקטרודות, בהתאם לסוג המכשיר ולסוג המדידה הנדרשת. מה ניתן לאבחן ישירות ברישום הא.ק.ג.? מהו קצב פעולת הלב. אי סדירות בקצב פעולת הלב. שינויים במחזור פעולת הלב. עוצמת האותות החשמליים בלב. איור - 32 רישום אק"ג עם ציון הזמן בציר ה- X )שניות(. מה ניתן להסיק על הלב על פי רישום הא.ק.ג.? עמוד 68

69 מרישום האק"ג ניתן ללמוד על תיפקודו של הלב האם הוא תקין, או שחלו שינויים בתיפקודו. שינויים בתפקוד שריר הלב, עקב אירוע של התקף לב, למשל, עשויים לבוא לידי ביטוי בתרשים האק"ג כשינויים בתדירות ההתכווצויות שלו או בעוצמת ההתכווצויות. כמו כן יבואו בתרשים א.ק.ג לידי ביטוי גם שינויים אחרים הקשורים לשינויים בהולכת הדחף בין חלקי השריר, כגון בין העליות והחדרים. להלן מספר דוגמאות לשינויים בתרשים אק"ג: הארכת המרחק בין הגלים P ו- Q מעידה על פגם בהולכת הדחף בין העליות והחדרים. שיבוש במכלול,QRS עליית קטע S-T או היפוך בגל T עשוי להעיד על התקף לב. שינוי בקטע S-T עשוי להעיד על ליקוי באספקת דם לשריר הלב. "צניחה" בגלי S ו- T עשויה להעיד על תעוקת לב. אחת הדרכים לאבחון בעיות בתיפקוד הלב היא בדיקת א.ק.ג. במאמץ. במהלך בדיקה זו מחובר הנבדק לאלקטרודות ומבצע פעילות מאומצת על גבי מסלול הליכה מכני, או אופני כושר. שאלות 41. איזו מגבלה עלול להציב קיומו של קוצב לב מלאכותי לאדם הנושא אותו, מבחינת השמירה על הומיאוסטאזיס, וכיצד ניתן )באופן עקרוני( לפתור מגבלה זו? 41. מהו היתרון שיש לבדיקת א.ק.ג. במאמץ, על פני בדיקת א.ק.ג. במנוחה? בתשובתכם השתמשו במושג תעוקת חזה )ראו במילון המושגים על מערכת ההובלה, וכן בסעיף העוסק בכלי הדם הכליליים(. ו. פעילויות לפרק על מערכת ההובלה א. הלב ומחזור הדם פעילות באתר המגמה ב. פעילות מדידת דופק, לחץ דם ונשימה במנוחה ובמאמץ באתר המגמה ג. פעילות לחץ דם באתר המגמה ד. פעילויות מובחרות עם מערכת.NOVA עמוד 69

70 ז. מערכת ההובלה כשדה זרימת נוזל אחד התנאים הבסיסיים ביותר לקיומה של מערכת הובלה תקינה הוא זרימת דם אחידה וחלקה, המאפשרת ספיקה גבוהה של דם חיוני המגיע מהלב לרקמות הגוף, חוזר מהן אל הלב וממנו לריאות ובחזרה ללב, וכן הלאה. פרק זה מתמקד בתופעות הקשורות לזרימת הדם במערכת ההובלה בתופעות פיסיקליות הקשורות לספיקת הדם ובמאפייני הזרימה שלו בכלי הדם, ובכך מתקשר לפרק על מערכת הובלת הדם. בפרק נכלל חומר מהפעילויות "מדידת ספיקה א" ו"מערכת ההובלה כשדה זרימת נוזל" באתר המגמה המדעית הנדסית. ספיקת הדם flow( )blood הינו נפח הדם העובר בנפח מסוים )אזור, איבר וכו'( ביחידת זמן, והיא מבוטאת ביחידות של מ"ל לשנייה או ליטר לדקה. קיימים מספר גורמים עיקריים המשפיעים על ספיקת הדם, והם מתוארים במפת המושגים שלפניכם: ספיקת הדם מ... מושפעת הזרימה אופי בכלי הדם ההתנגדות לזרימה הדם לחץ מושפעת מ... החתך שטח הדם של כלי צמיגות הדם כלי אורך הדם כלי אלסטיות הדם כלי להלן נתייחס לכל אחד מגורמים אלו המשפיעים על ספיקת הדם. ז 1. השפעת לחץ הדם על ספיקת הדם הדם זורם במערכת סגורה, כלומר זורם לאורך כל מסלולו בתוך צינורות, וזרימת הדם הינה תוצאה של הפרש לחצים במערכת ההובלה. הפרש הלחצים נוצר כתוצאה מפעולת התכווצותו של הלב והשסתומים החד-כיווניים המאפשרים זרימה רק בכיוון אחד: מהעליות לחדרים ומהחדרים לכלי הדם לעורקים. הלב מפעיל כוח על נוזל הדם הממלא אותו. בכך הוא מתפקד, אם כן, כמשאבה הדוחסת את הדם לתוך כלי הדם, והוא מקור האנרגיה של המערכת. ידוע לנו כי כוח מתפשט במידה שווה לכל הכיוונים, ומאחר שבכלי הדם יש התנגדות לכוח המופעל על ידי הלב, נוצר בו לחץ בעת התכווצות הלב, הוא "לחץ הדם". עמוד 70

71 תנועת הנוזל הינה תמיד במורד הלחץ )מלחץ גבוה ללחץ נמוך(, ולכן הדם זורם מהלב אל כלי הדם, ובאמצעותם אל כל חלקי הגוף. כיווניות הזרימה של הדם מתאפשרת, כאמור, הודות למסתמים שבלב, אך גם בוורידים קיימים מסתמים המסייעים בהחזרת הדם אל הלב. הפרש הלחצים המניע את זרימת הדם לאורך כלי דם שבגוף משפיע על ספיקת הדם. כאמור, זרימת הנוזל מתרחשת תמיד מאזור של לחץ גבוה לאזור של לחץ נמוך, וזרימתו במערכת ההובלה מושפעת מן ההפרש שבין לחץ הכניסה )העורקי( של המערכת לבין לחץ היציאה )הוורידי( ממנה. ספיקת הדם תעלה ככל שיגדל מפל הלחצים בין שתי נקודות לאורך מערכת ההובלה )לדוגמא צד עורקי בכניסה לאיבר לעומת צד וורידי ביציאה מהאיבר(. בהנחה של זרימה ישרה )ראו בהמשך הפרק(, הספיקה נתונה ביחס ישר להפרש שבין הלחץ בכניסה ללחץ ביציאת הצינור. Q ספיקה P לחץ בכניסת הצינור לחץ ביציאת הצינור P 0 באיור 1 מוצגים ארבעה מצבים רגעיים המתארים שני מיכלים שמחוברים ביניהם ע"י צינור. במיכלים השונים נמצאות כמויות שונות של נוזל. איור - 33 מצבים שונים של ספיקה בדוגמא א' במיכל אחד נמצאים מים עד לגובה h ומיכל שני נותר ריק. הלחץ ביציאה מהצינור יהיה שווה ללחץ אטמוספרי, הלחץ בכניסה לצינור יהיה שווה ללחץ האטמוספרי בתוספת הלחץ של עמוד המים. הכפלת גובה הנוזל במיכל )דוגמא ג'( תגרום להגדלת הספיקה גם פי- 2. עמוד 71

72 יש לציין כי בגוף הבדלי הלחץ מושפעים גם מכוח הכבידה. כמו כן, זרימת הדם ברגליים שונה מאוד במצבי עמידה ושכיבה. באדם עומד לחץ הדם העורקי ברגליים גבוה בהרבה מזה שבעורקי החזה. שיעור ההבדל בלחץ הדם תלוי, כמובן, בגובהו של העומד. שאלות 42. תארו והסבירו את הלחצים היחסיים המתקיימים במיכלים ב' ו-ד' ברגע המתואר באיורים אלה, בהשוואה ללחץ במיכל א'. 43. אילו בעיות הייתם מצפים שיהיו לג'ירפה, בשל גובהה? אופי הזרימה זרימה ישרה וזרימה מערבולתית מבחינת אופי הזרימה של הדם נתייחס לשני סוגי זרימה: זרימה ישרה וזרימה מערבולתית )ראו איור 2(. איור - 34 אופי זרימת נוזל הדם: זרימה ישרה )צד ימין( וזרימה מערבולתית )צד שמאל(. ז 2. זרימה ישרה בזרימה ישרה flow( )Laminar מולקולות הנוזל נשארות במרחק קבוע מדופן הצינור, וככל שהמולקולה רחוקה יותר מדופן הצינור )קרובה יותר למרכז החלל( כך מהירותה גבוהה יותר. בצורה כזו הנוזל נע כסדרה של גלילים )צילינדרים( בעלי מרכז משותף )קונצנטרי( והזרימה שקטה. זרימת הדם היא בעיקרה זרימה שכבתית, המאפיינת נוזל הנע כסדרה של שכבות דקיקות. שכבת הנוזל הצמודה לדופן אינה נעה, השכבה השכנה לה )כלפי פנים( נעה מעט מהר יותר וכל שכבה כלפי פנים נעה מהר יותר מזו של שכנותיה. אין תנועה לכוון רדיאלי או היקפי. פרופיל מהירויות הזרימה הוא בצורת פרבולה. מרכיבי הנוזל נעים בקו ישר, לאורך הצינור. יש לשים לב לכך שנוזל הדם אינו נוזל אחיד, וזרימתו אינה אחידה: בדופן הפנימי של כלי הדם קיימת דחייה חשמלית של החלק התאי בדם, ולכן החלק התאי זורם יותר קרוב למרכז הצינור. בזרימה שכבתית )ישרה( הפרש הלחץ נמצא בקירוב ביחס ישר לספיקה. עמוד 72

73 ז 3. זרימה מערבולתית במהלך הזרימה דרך הצינור, עלולות להיווצר תנועות לא סדירות של מרכיבי הנוזל והן אינן מוגבלות לשכבה מסוימת, אלא מתערבבות במהירות עם חלקים הנעים בכוון רדיאלי והיקפי. זרימה זו היא זרימה מערבולתית flow(.)turbulent זרימה מערבולתית מופיעה כאשר הנוזל )במקרה של הגוף, נוזל הדם( זורם במהירות גבוהה, או כאשר יש הפרעות בזרימה הישרה, כתוצאה מדפנות לא חלקות, למשל, או זווית חדה בצינור בו מתרחשת הזרימה. בזרימה מערבולתית התבנית הרגילה של התנועה נהרסת ומולקולות הנוזל נעות באי-סדר. כאשר זרימת הנוזל היא מערבולתית דרוש לחץ רב יותר כדי לקיים את זרימת הנוזל בצינור מאשר כשהזרימה היא שכבתית. באם הלחץ אינו עולה כאשר נוצרת זרימה מערבולתית, אי הסדר של תנועת המולקולות מקטין את מהירות הזרימה ובכך מפחית את יעילות המערכת. כאשר זרימת הנוזל היא מערבולתית, כתוצאה מהיווצרות משקעים על דפנות כלי הדם, נחוץ לחץ רב יותר כדי לקיים את זרימת הנוזל בצינור מאשר כשהזרימה היא שכבתית. בזרימה מערבולתית הפרש הלחץ נמצא בקירוב ביחס ישר לריבוע של הספיקה. לכן, כאשר נוצרות מערבולות בעורקים, הלב נדרש להשקעת עבודה רבה יותר על מנת לקיים ספיקה בשיעור מסוים, בהשוואה להשקעה בקיום אותה ספיקה כאשר הזרימה אינה מערבולתית. זרימה מערבולתית במערכת ההובלה, עלולה, לכן, להביא לירידה באספקת הדם המחומצן לרקמות, ו\או למאמץ מוגבר של הלב במטרה לפצות על המחסור שנוצר בחמצן. שימוש בתופעת הזרימה המערבולתית למדידת לחץ הדם ותקינות השסתומים בלב זרימה מערבולתית הינה רועשת, ותכונתה זו מנוצלת לקביעת הערכים של לחץ הדם. בבדיקת לחץ דם מופעל לחץ על העורקים, באמצעות שרוול מתנפח, והלחץ גורם לחסימת זרימת הדם. עמוד 73 עקב כך יורד לחץ הדם באזור הנמדד, וכאשר הלחץ בשרוול נמוך מהלחץ הסיסטולי וגבוה מהדיאסטולי, פורץ הדם את מחסום השרוול ונוצרת זרימה מערבולתית זמנית אותה ניתן לשמוע בקלות כ"אוושה" באמצעות סטטוסקופ )בעברית מ ס כ ת(. עיקרון הפעולה של מד לחץ הדם, המתואר בפירוט בפרק העוסק במערכת ההובלה, מבוסס כאמור, על יצירת לחץ חיצוני על עורק הזרוע באמצעות שרוול מתנפח המחובר למכשיר מדידה המציג בכל זמן נתון את הלחץ שבתוך השרוול. בסמוך לשרוול, בצידו הפנימי של המרפק, מניחים סטטוסקופ, המאפשר לשמוע את אוושת הדם הזורם בפעימות כאשר הלחץ בשרוול יורד מתחת ללחץ הסיסטולי. רעש האוושות הוא למעשה רעש מערבולות הדם הנוצרות כאשר לחץ הדם מצליח "להתגבר" על הלחץ שמפעיל השרוול המתנפח על העורקים.

74 כאשר הלחץ בשרוול הולך ויורד בהדרגה, קטן קולן של האוושות עד שהן נעלמות לגמרי, מאחר וזרימת הדם בעורקים חוזרת להיות ישרה )וחלקה(. המושג "אוושה" מתקשר למערכת ההובלה גם בהקשר של פעולת הלב. רופאים בודקים את הלב באמצעות מסכת )או ציוד משוכלל יותר(, ובאם מתלווה אוושה לקולות סגירת המסתמים של הלב, עשוי הדבר להצביע על דליפת דם דרך השסתומים החד כיווניים שבלב. במקרים שהסתומים אינם נסגרים כראוי, הדבר עשוי לגרום לכך שדם החוזר דרכם יוצר מערבולות הנשמעות כאוושות. לעתים קרובות הדליפה הינה קטנה בלבד ואינה דורשת התערבות רפואית, אך במקרים קיצוניים יש צורך בהתערבות ניתוחית לתיקון מסתמי הלב, ואף להחלפתם )ראו הרחבה בפרק על מערכת ההובלה(. ז 4. ההתנגדות בכלי הדם לזרימה ההתנגדות של כלי הדם לזרימה - ספיקת הדם תעלה ככל שתפחת התנגדות כלי הדם לזרימה בהם. התנגדות כלי הדם לזרימה תלויה בארבעה מרכיבים עיקריים: שטח החתך של צינור הדם, צמיגות הדם, אורך כלי הדם ואלסטיות הדפנות של כלי הדם. השפעת שטח החתך של כלי הדם על הספיקה ככל ששטח חתכו של כלי הדם קטן יותר גדלה התנגדותו לספיקה. מהירות הזרימה של הדם פוחתת בהדרגה ככל שהוא עובר מאבי העורקים לעורקים, לעורקיקים ולבסוף לנימים, למרות ששטחי החתכים של כל אחד מהצינורות הולכים וקטנים. בדרך חזרה מהנימים לוורידונים, לוורידים ואח"כ בוורידים החלולים מהירות זרימת הדם חוזרת וגוברת. כפי שכבר למדתם, ככל ששטח החתך של צינור קטן יותר, מהירות הזרימה בו תהיה גדולה יותר. מכאן שניתן היה לצפות כי בנימים, שקוטרם כ מ"מ, מהירות הזרימה תהיה הגבוהה ביותר, בהשוואה לאבי-העורקים, שקוטרו הפנימי בממוצע הנו 26 מ"מ. אולם, כשמודדים את מהירות הזרימה בכלי הדם השונים, ניתן לראות כי ההיפך הוא הנכון: בנימים מהירות הזרימה היא האיטית ביותר. מבחינה ביולוגית יש לכך יתרון עצום, מכיוון שרק בנימים נעשה חילוף החומרים בין מערכת ההובלה לרקמות, ולכן זרימה איטית, יחסית, בכלי דם אלה, תאפשר מעבר חומרים יעיל, אך כיצד ניתן לפתור את הסתירה הפיסיקלית המתקבלת? ההסבר: מכיוון שאבי העורקים הולך ומתפצל לעורקים ולעורקיקים ולבסוף לנימים, טעות היא להחשיב את הנים הבודד כהמשך של אבי העורקים, ולכן יש להסתכל על החתך של כלל הנימים, המתפצל בסופו של דבר מהעורק. כשבוחנים זאת מנקודת המבט החדשה ניתן לראות כי קוטר סך כל הצינורות בנימים הוא בערך פי 100 מזה של אבי העורקים! ואכן, זרימת הדם מקיימת את חוקי הטבע: בעוד ששטח החתך של הצינור הדמיוני המאחד את כלל הנימים הוא 4,500 סמ"ר ומהירות הזרימה בו איטית ונעה בין 0.5 ל- 0.8 מ"מ בשנייה, הרי ששטח החתך של אבי העורקים, שגודלו עמוד 74

75 4.5 סמ"ר, ומהירות הדם הזורמת בו, כ- 200 מ"מ לשנייה, גבוהה פי 1,000 ממהירות הזרימה בנימים. )להסבר נוסף אנא פנו לפרק 5 העוסק במערכת ההובלה, בסעיף העוסק בהשתנות לחץ הדם ומהירות זרימת הדם בגוף.( ז 5. השפעת צמיגות נוזל הדם על הספיקה )הרחבה( זרימת הנוזל מושפעת מהתכונות של הנוזל עצמו. צמיגות היא חיכוך פנימי בנוזל מולקולות הנוזל(. את מקדם הצמיגות מסמנים באות היוונית η )הגייה: מי ו(. )כלומר, בין הספיקה נמצאת ביחס הפוך למקדם הצמיגות. היחס הזה מאפיין את הזרימה השכבתית של רוב הנוזלים ההומוגניים )כלומר אחידים(. כשנוזלים אינם הומוגניים, ובמיוחד אם הם תרחיפים כמו הדם, הם אינם מתנהגים כמו נוזלים הומוגניים ושימוש בנוסחה למעלה ייתן שגיאה גדולה. כוחות הצמיגות מתנגדים לתנועה של רובד אחד של נוזל על-פני רובד סמוך. כאשר נוזל הוא צמיג, מהירות הזרימה שונה בנקודות שונות של חתך רוחב. החלק החיצוני ביותר של הנוזל נצמד אל דפנות הצינור ומהירותו שווה ל- 0. הדפנות מפעילות על רובד זה כוח חיכוך אחורה והוא מצידו גורר אחורה גם רובד פנימי יותר הסמוך אליו. כשמדברים על דם, אין למונח "צמיגות" משמעות אחת. מקובל להשתמש במונח "צמיגות נצפית" לאפיון צמיגות הדם, תוך ציון התנאים המסוימים בהם נערכה המדידה. בדם שני המרכיבים העיקריים הם תאי הדם המרחפים בפלזמה, לכן הצמיגות הנצפית של הדם משתנה כפונקציה של יחס המטוקריט היחס בין נפח תאי הדם האדומים לבין נפח הדם כולו. צמיגות הדם עולה עם עליית יחס ההמטוקריט. צמיגות הדם תלויה בקוטר הצינור. כאשר קוטר הצינור קטן מ- 0.3 מ"מ צמיגות הדם יורדת בהדרגה. קיימת נטייה להפחתת הצמיגות ככל שקוטר הצינור קטן. הקטנת קוטר הצינור מקטינה את ההתנגדות לזרימת הדם ברקמות ביולוגיות. כאשר דם עובר מצינור רחב לצינור צר חל שינוי בהרכב הדם. בצינורות דקים תאי הדם האדומים מצטברים באזור הציר המרכזי המהיר יותר של זרם הדם. מכיוון שהתאים האדומים עוברים בצינור במהירות גבוהה מזו של הפלזמה, יחס ההמטוקריט יורד והצמיגות קטנה. קוטר ממוצע של תא אדום באדם הוא כ- 7 מיקרומטר ובכל זאת התאים האלה מסוגלים לעבור דרך פתחים שקוטרם 3 מיקרומטר בלבד. כאשר מהירת הזרימה הולכת וגדלה התאים נוטים להתעוות יותר ויותר. עיוותי הצורה האלה מפחיתים את הצמיגות. הצמיגות קטנה ככל שגדל שיעור הגזירה. שיעור הגזירה הוא המהירות שבה שכבת הנוזל נעה בצינור יחסית לשכנותיה. תאי דם אדומים מצטברים בשכבת הנוזל המהירה שבמרכז. עמוד 75

76 כאשר שיעור הגזירה נמוך נוטים תאי הדם האדומים שבתרחיף להתקבץ יחד והדבר מגביר את הצמיגות. נטייה זו פוחתת ככל שגוברת הזרימה. השפעת אורך כלי הדם על הספיקה הספיקה נמצאת ביחס הפוך לאורך הצינור, ובמקרה של מערכת ההובלה - לאורך כלי הדם. ככל שכלי הדם ארוך יותר, כך דפנות כלי הדם. גדלה התנגדותו לזרימה שכן נוצר שטח חיכוך רב יותר של הדם עם ז 6. השפעת האלסטיות של כלי הדם על הספיקה בחלק זה של הפרק נדון בזרימה בצינורות קשיחים ובצינורות אלסטיים, ועל השפעת סוגי הזרימה השונים על תיפקוד מערכת ההובלה. הלב מתכווץ, כידוע, במחזוריות: כאשר האדם נמצא במנוחה פועם הלב כ- 70 פעימות בדקה, כשבכל פעימה מתרחשים התכווצות העליות, התכווצות החדרים )סיסטולה( והרפיה )דיאסטולה(. יחד עם זאת, זרימת הדם היא רציפה, כלומר אינה נעצרת עם כל הרפיה של הלב )דיאסטולה(. כאן נשאלת השאלה, באם הלב פועל במחזוריות של התכווצות והרפיה, מדוע לא נעצרת זרימת הדם כאשר הלב נמצא בהרפיה? כיצד נמשכת זרימה רציפה של הדם גם כאשר הלב נח לאחר כל התכווצות? התשובה היא כי רציפות זרימת הדם נשמרת כתוצאה מאלסטיות העורקים, כלומר מיכולת דפנות העורק להתרחב ולהתכווץ לסירוגין. לפני שנבחן כיצד שומרת האלסטיות של העורקים על רציפות הזרימה בהם, נבחן בקצרה מהם מאפייניה של זרימה בצינורות אלסטיים flow(,)elastic tube שהיא זרימה מורכבת בהשוואה לזרימה בצינורות קשיחים, אך נתאר אותה להלן באופן פשטני ואיכותי. בצינורות קשיחים, המוכרים לכם מחיי היום יום כצינורות המובילים מים לבתיכם, למשל, קוטר הצינור אינו משתנה גם כאשר מופעל על הדפנות שלו לחץ, וזרימת הנוזל )זרימה ישרה או מערבולתית( הינה בכיוון האחד האפשרי - על פי מפל הלחצים. לעומת זאת, מאפיין מרכזי של זרימה בצינורות אלסטיים הוא שקוטרם עשוי להשתנות כתוצאה מלחץ הנוזל המופעל עליהם. כאשר הצינור המוביל את הנוזל הינו אלסטי, ולחץ הנוזל בו נמצא בעליה, ניתן לראות את הנוזל כאילו הוא זורם גם ל"רוחב" הצינור. הגדלת לחץ הנוזל בצינור אלסטי יכולה לגרום להתמתחות הדפנות שלו, ובכך גדלים קוטרו והנפח שלו. הגדלת נפח הצינור ממתנת באופן רגעי )במהלך ההתרחבות( את העלייה בלחץ הנוזל, בהשוואה ללחץ הנוצר במערכת דומה בה הצינור קשיח. כדי להמחיש זאת לעצמכם דמיינו את עמוד 76

77 עצמכם מנסים לנפח שני בלונים העשויים מאותו החומר - בלון אחד שדופנותיו דקות, ובלון שני שדופנותיו עבות יותר. איזה בלון יהיה קל יותר לניפוח? ז 7. זרימת הדם בעורקים לחץ משתנה בצינורות אלסטיים זרימת הדם בעורקים הגמישים של האדם הינה מורכבת אף יותר מהמערכת שתוארה לעיל, מאחר ולחץ הדם בצינורות אלה משתנה באופן מחזורי בהתאם למחזוריות פעימות הלב. לחץ הדם בעורקים עולה כאשר הלב מתכווץ )סיסטולה(, ויורד כאשר הלב נמצא בהרפיה )דיאסטולה(. כאשר הלב מתכווץ, נדחסת לעורק כמות של דם הגורמת להתנפחות חלקו הקרוב ללב של העורק הגמיש. כאשר הלב נמצא במנוחה, באה לידי ביטוי האלסטיות של הדפנות שבאזור שנמתח בעורק בזמן התכווצות הלב )האזור הסמוך לחדר(: האנרגיה האלסטית שנאגרה בדפנות המתוחות, גורמת להן להתכווץ )בדומה לקפיץ השב ומתכווץ לאחר מתיחתו( תוך כדי המרת האנרגיה האלסטית באנרגית התנועה )האנרגיה הקינטית( של מולקולות נוזל הדם, ואנרגית התנועה של מולקולות אלה גורמות לדם להפעיל לחץ על הדופן בהמשכו של העורק ולגרום להימתחותה, וחוזר חלילה. אלסטיות העורקים וגל הדופק תהליך זה, של התכווצות דפנות העורק והרפייתן לסירוגין, תוך כדי המרת אנרגית תנועה באנרגיה אלסטית ואנרגיה אלסטית באנרגית תנועה, מתבטא בכך שהאנרגיה מועברת בכיוון מהלב והלאה, לכיוון האיברים הפנימיים והפריפריות בצורה של גל המתקדם במהירות מהלב לפריפריות, תופעה הנקראת "גל הדופק" wave(.)pulse לתיאור גל הדופק היחיד יש להוסיף כי התכווצות חדרי הלב )הסיסטולה( הבאה, המתרחשת כעבור כשנייה )או אף פחות(, גורמת לדחיסה מחודשת של כמות נפח דם לעורק, וכך נגרמת התרחבות מחודשת של הדפנות האלסטיים, התרחבות שגם היא מתחילה לנוע לאורך העורק, ויוצרת "גל דופק" עוקב נוסף, וכך נוצרים בזה אחר זה "גלי דופק" הנעים לאורכו של העורק. לאלסטיות העורקים, הבאה לידי ביטוי בהתרחבות מקומית של העורק עקב לחץ הדם הנוצר בהתכווצות הלב )בסיסטולה(, וחזרה לקוטר הטבעי כשהלב במצב הרפיה )בדיאסטולה(, יש חשיבות פיזיולוגית רבה, מאחר והיא גורמת לכך שזרימת הדם בכלי הדם לא נפסקת גם כאשר לחץ הדם הוא נמוך )דיאסטולי(. כאשר מתרחשת הדיאסטולה חוזרת דופן העורקים האלסטית לקדמותה )לאחר שנמתחה קודם לכן במהלך הסיסטולה(, והתכווצותה המקומית של דופן העורקים יוצרת לחץ הממשיך להזרים את הדם בכיוון מהלב והלאה. במילים אחרות - אלסטיות העורקים, המאפשרת את היווצרות תופעת גל הדופק, גורמת לכך שזרימת הדם בעורקי הגוף תהיה רציפה למרות העובדה שהלב אינו פועל ברציפות, אלא נח לאחר כל התכווצות. שימו לב כי גם לאחר חזרת הדופן לקדמותה לחץ הדם אינו יורד לאפס, מפני שההרפיה נמשכת זמן קצר בלבד )פחות ממחצית שנייה(, ומיד לאחריה מתרחשת ההתכווצות הבאה של החדרים הגורמת לעלייה מיידית חוזרת של לחץ הדם. עמוד 77

78 הדופק ניתן למישוש כאשר נוגעים במקומות שונים בגוף, בהם העורקים קרובים אל פני העור. המקום המקובל ביותר לבדיקת דופק הוא העורק שליד פרק היד. כמו כן ניתן לחוש את הדופק מאחורי תנוכי האוזניים, במפשעה ובעוד מקומות. המחשה מאוירת לגל הדופק ותיפקודו ברציפות זרימת הדם, נמצאות בפרק על מערכת ההובלה, וכוללות מודל מאויר של מזרק ובלון, וכן איור של השוואה בין השפעת הלב על צינורות גמישים וצינורות קשיחים. לאלסטיות של העורקים יש חשיבות רבה לא רק לשמירת רציפות זרימת הדם, אלא גם לוויסות לחץ הדם בגבולות מסוימים במהלך התכווצות הלב והרפייתו. כפי שצוין בפרק על מערכת ההובלה, גמישות העורקים )האלסטיות שלהם( חיונית לתיפקודם, וירידה בגמישות העורקים, כתוצאה, למשל, מתהליכי הזדקנות רקמות דפנות העורקים, או מהסתיידותן, מגדילה את התנגדות של דפנות אלה למתיחה בזמן שהלב מזרים אליהן את הדם, וכתוצאה מכך עולה הלחץ הדם הסיסטולי. ירידה באלסטיות העורקים, אשר אינם יכולים להגדיל את קוטרם, גורמת לעלייה גם בלחץ הדיאסטולי, מאחר והיא גורמת לעליה בהתנגדות ההיקפית של העורקים. שאלה 44. כיצד טרשת עורקים יכולה להשפיע על זרימת הדם בכלי הדם? פעילויות לפרק על מערכת ההובלה כשדה זרימת נוזל עמוד 78

79 פרק 3 מערכת הנשימה בגוף האדם - מערכת הנשימה היא אחת מהמערכות בגוף האדם ותפקידה הוא לאפשר את חמצון הדם, הדרוש לצורך הפקת אנרגיה ואת פליטת הפחמן הדו-חמצני שהוא תוצר לוואי לתהליך זה. מערכת הנשימה מורכבת מדרכי אוויר העליונות, ודרכי האוויר התחתונות. דרכי האוויר העליונות כוללות את האף, הפה, ותחילת קנה הנשימה. דרכי האוויר התחתונות כוללות את קנה הנשימה, את הסימפונות ואת הריאות. בית החזה עצמו כולל גם את הצלעות )בין כל צלע- )סט רנום( ואת השרירים הבין-צלעיים והסרעפת. ווריד, עורק, עצב(, את עצם החזה א. תפקידי מערכת הנשימה מערכת הנשימה מורכבת מפתחי הנשימה )האף וחלל הלוע(, מהצינורות להובלת האוויר )קנה הנשימה והסימפונות( ומהריאות, ותפקידה העיקרי הוא ביצוע יעיל של חילוף גזים בין הגוף לבין האוויר האטמוספרי שבסביבתו החיצונית. תפקידיה העיקריים של מערכת הנשימה: 1. חילוף הגזים עם האוויר בסביבת הגוף - העברת חמצן ( 2 O( מחלל הריאות לדם ופחמן דו- חמצני )פד"ח, )CO 2 מהדם לחלל הריאות. 2. השתתפות בייצוב רמת החומציות של נוזלי הגוף, על ידי ויסות רמת הפחמן הדו-חמצני. הפד"ח הוא חומר מוצא לייצור חומצה פחמתית ( 3 H(. 2 CO מולקולת החומצה הפחמתית יכולה לקבל או למסור יוני מימן ( + H(, ובכך להשפיע על החומציות )רמת ה- ph ( של הנוזלים בגוף. קצב נשימה מוגבר מרחיק מן הגוף כמות גדולה יותר של פד"ח, ובכך גורם לירידה בחומציות )עליה ב- ph (. ירידה בקצב הנשימה משפיעה בכיוון הפוך פד"ח מצטבר בדם, נוצרת כמות גדולה יותר של חומצה הפחמתית והחומציות בגוף עולה )ירידה ב- ph (. 3. ויסות הטמפרטורה מאפשרת פליטת אנרגית חום מהגוף באמצעות אוויר, במצבים בהם האוויר הנכנס לגוף הינו בטמפרטורה נמוכה יותר מטמפרטורת הגוף. יש לציין כי יש בעלי חיים )כגון עופות, וכן יונקים כגון הכלבים( בהם מתבצע ויסות טמפרטורה באמצעות מנגנון הלחתה,)Panting( שבמהלכו מתאדים נוזלים מחלל הפה לאוויר, ומתרחש איבוד חום לסביבה בדומה למנגנון ההזעה המתרחש בגוף שלנו על פני העור. 4. דיבור והשמעת קולות שונים באמצעות מיתרי הקול שבגרון, באמצעות הלשון, השפתיים ובאמצעות התהודה שבחללי האף. שאלות מדוע לא רצוי לנשום לאורך זמן דרך הפה? 1. באילו מצבים עדיפה "נשימת אף", ומתי "נשימת פה"? 2. עמוד 79

80 כאשר אדם מדבר ואוכל בו זמנית, עלולים להיכנס חלקיקי מזון, או טיפות נוזלים, לגרונו ולגרום לגירויים ואף לקשיי נשימה. במצב בכזה נהוג לומר שהאדם "הקדים קנה לוושט". מדוע עלול לקרות מצב כזה דווקא כאשר "משיחין בסעודה"? בתשובתכם.i התייחסו לתפקידו של האפיגלוטיס במערכת הנשימה. מהי הסכנה של מצב זה לתיפקוד מערכת הנשימה?.ii.3 חילופי גזים ונשימה תאית לעתים קרובות נעשה שימוש לא מדויק במושג "נשימה". ייתכן כי מקור הבלבול הוא השימוש הנעשה בשפה העברית למושג נשימה )בניגוד לשפה האנגלית, למשל( בשני מובנים שונים זה מזה: המובן הראשון של המושג נשימה הוא לאיוורור הריאות) Ventilation,)Lungs או "נשימה פיזיולוגית" )Breathing( במובן של חילופי גזים בין הגוף לסביבה החיצונית )איור 1(, והמובן השני של המושג נשימה הוא לתהליך הפקת האנרגיה המתרחש בתוך תאי הגוף )באנגלית,Respiration אוRespiration.)Cellular איור - 1 איוורור הריאות )נשימה פיזיולוגית( נראה שהמשמעות הנפוצה יותר של מושג הנשימה מכוונת לנשימה הפיזיולוגית, לחילופי גזים בין הגוף לסביבה החיצונית, כלומר למנגנון חילוף הגזים שבאמצעותו מוחדר חמצן לגוף, ומסולק ממנו פד"ח, באמצעות איוורור הריאות. במנגנון זה משתתפים האף, הפה, קנה הנשימה והסימפונות, הריאות ושרירים המגדילים ומקטינים את נפח בית החזה. מנגנון זה חיוני לגופנו מפני שקיום החיים תלוי באספקת אנרגיה לתהליכי החיים, וגופנו נזקק לכמויות גדולות של חמצן לצורך הפקת האנרגיה. לעומת הנשימה הפיזיולוגית, תהליך הפקת האנרגיה מתרחש, כאמור, בתאים והוא נקרא נשימה תאית. רוב האנרגיה מופק בתאים בתהליך הנשימה התאית האווירנית ( Cellular Anaerobic,)Respiration שהוא התהליך העיקרי בהפקת האנרגיה בתאים. בתהליך הנשימה התאית עמוד 80

81 האווירנית נעשה שימוש במולקולות חמצן ונוצרות מולקולות של פד"ח, אותו יש צורך להרחיק מהגוף. במהלכה של הנשימה התאית האווירנית מתחמצנות מולקולות אורגניות)= תרכובות אורגניות, )Organic Compounds בשלמות לפד"ח ולמים, ולמעשה זהו מסלול המורכב ממספר שלבים )עליו ניתן למצוא בפרק על התא(, אך ניתן לסכמו בנוסחה הכללית הבאה:,C 6 H 12 O 6 + O 2 CO 2 + H 2 O בו מתואר חימצון שלם של מולקולת הסוכר גלוקוז לפד"ח ולמים. בצמוד לתהליך החימצון של התרכובות האורגניות נוצרות מולקולות ATP )ראו הרחבה בפרק על התא(, ומולקולות אלה מהוות מקור אנרגיה לתהליכים דורשי האנרגיה בתאים, כגון התכווצות שרירים, העברה פעילה של חומרים דרך קרום התא, הרכבת מולקולות ועוד. כל תאי הגוף צורכים חמצן ומייצרים פד"ח, וללא אספקת חמצן הם מתים תוך זמן קצר. הרגישים ביותר למחסור בחמצן הם תאי המוח, המתים לאחר כ- 7 דקות ללא אספקת חמצן. נזק מוחי בלתי הפיך עלול להיגרם כבר לאחר כ- 4 דקות ללא אספקת חמצן למוח. נציין כי בתאים מתקיים גם סוג אחר של נשימה תאית, תהליך שבמהלכו חל פירוק וחמצון של תרכובות אורגניות ללא נוכחות חמצן, ולכן הוא נקרא נשימה תאית אל-אווירנית ( Anaerobic.)Respiration בתהליך זה מופקת פחות אנרגיה מפירוק כל מולקולה אורגנית, בהשוואה לתהליך של נשימה אווירנית בגופנו נעשה בו שימוש בעת מאמץ רב הנעשה למשך זמן קצר, כאשר השרירים חייבים להפיק אנרגיה )לצורך הימלטות מסכנה, או מרדף להשגת מזון, למשל( ואין להם די חמצן לצורך נשימה אווירנית )על נשימה קיימת הרחבה בפרק "התא"(. הקשר בין שני תהליכי הנשימה )הנשימה הפיזיולוגית והנשימה התאית( הוא שבאמצעות הנשימה הפיזיולוגית נקלט בגוף, באמצעות הריאות, החמצן הדרוש לנשימה התאית המתרחשת בתאי הגוף, וכמו כן מסולק הפד"ח, הנוצר במהלך הנשימה התאית, על ידי הריאות. כפי שכבר למדתם, בין הריאות ותאי הגוף מועברים ה"גזים" באמצעות מערכת הדם. להלן איור 2 המסכם את הקשר בין הנשימה הפיזיולוגית והנשימה התאית. איור 2 איור של הקשר, באמצעות מערכת הדם, בין הנשימה הפיזיולוגית בריאות והנשימה התאית בתאי הגוף. מתוך כהנא, 2006, עמ' 92. שימו לב כי בלמידת פרק זה מושם דגש על תהליך חילוף הגזים בין התאים לבין האוויר )הסביבה החיצונית לגוף(, ולהלן, השימוש במושג "נשימה" מכוון אליו, אלא אם כן מצוין אחרת. עמוד 81

82 לאחר שראינו כי תאי הגוף זקוקים לחמצן לתהליך הנשימה התאית, ושעליהם לפלוט פחמן דו-חמצני הנוצר בתהליך הנשימה, נראה כיצד מתפקדת מערכת הנשימה ומבצעת חילוף גזים יעיל עם הסביבה, כלומר עם האוויר שבאטמוספרה. ב. מבנה מערכת הנשימה תפקידה העיקרי של מערכת הנשימה הוא ביצוע יעיל של חילוף גזים בין הגוף לבין האוויר האטמוספרי שבסביבתו החיצונית, באמצעות הובלת אוויר מהאטמוספרה לחלל הריאות והגדלת היחס שטח פנים לנפח בריאות. למערכת הנשימה יש שלושה מרכיבים עיקריים )כפי שניתן לראות באיור 3(: פתחי הנשימה - פתחים באמצעותם נכנס האוויר לגוף ויוצא ממנו מערות האף וחלל הלוע. 1. והסימפונות קנה הנשימה )הכולל את מיתרי הקול(, הגרון - צינורות להובלת האוויר 2. המתפצלות לסימפוניות. הריאות המורכבות מנאדיות האוויר. 3. איור 3 איור סכמטי של מערכת הנשימה מתוך: ://images.google.co.il/images?gbv=2&ndsp=20&hl=iw&q=respiratory+system&start=60&sa=n עמוד 82

83 להלן פירוט של מבנה ותיפקודי מרכיביה של מערכת הנשימה: 1. פתחי הנשימה אף )nose( האף, הבנוי ממספר חללי אוויר, שהקדמיים שבהם )אליהם נכנס האוויר העובר דרך הנחיריים( נקראים מערות האף Cavities(.)Nasal חלל מערות האף מצופה ברקמת אפיתל מיוחדת הנקראת רירית הנשימה Mucosa( Respiratory (המכילה שני סוגי תאים: תאים המכילים שערות זעירות הנקראות ריסים )Cilia( הפונות כלפי חלל האף ותאים המייצרים ריר המצפה את רירית הנשימה. למערות האף מספר תיפקודים: 1. סינון האוויר באזור הנחיריים נמצאות שערות שמטרתן למנוע מחלקיקים גדולים לחדור לתוך מערות האף. כמו כן, חלקיקים מזהמים שבאוויר נדבקים לקירות המצופים רירי צמיג. חלקיקים מזהמים שבאוויר נצמדים לריר שמפרישה הרקמה ומוסעים בעזרת הריסים לכיוון הלוע, ממנו הם עוברים למערכת העיכול שבאמצעותה הם מנוטרלים. 2. חימום האוויר מאחר ורוב הזמן טמפרטורת הסביבה נמוכה יותר מטמפרטורת הגוף יש צורך להתאים את טמפרטורת האוויר לטמפרטורת הגוף, לכן יש צורך לחמם את האוויר. 3. הוספת לחות לאוויר האוויר העובר במערות האף סופג לחות מהריר המצפה את דפנותיהן. להוספת הלחות לאוויר יש חשיבות רבה מפני שהיא מונעת הגעת אוויר יבש לריאות, תופעה שהייתה עלולה לגרום להתייבשות נאדיות הריאה ולפגיעה בתיפקודן. אחר שהאוויר עובר את מערות האף הוא יוצא נקי יחסית, לח ובטמפרטורה המתאימה. 4. חוש הריח - בחלקו העליון של חלל האף מרוכזים תאי חוש הריח, אשר יחד עם חוש הטעם מהווים את שני החושים הכימיים של הגוף. 5. בנוסף לתפקידים הנ"ל משתתף האף ביצירת תהודה לקולות - זוכרים כיצד נשמע אדם שאפו סתום? לאור כל האמור לעיל מובן מדוע יש חשיבות לנשימה דרך האף על נשימה דרך הפה כי כאשר אדם נושם דרך הפה עובר האוויר דרך קצרה יותר, ותפקידי האף אינם מבוצעים במלואם. חלל הלוע )Pharynx( חלל הלוע משתרע מהפה ועד לפתח הוושט. לחלקו העליון מתחברים חללי האף ופתחי חצוצרות האוזן )חללים מוארכים המקשרים אותו לאוזניים(, ומחלקו התחתון יוצאים שני פתחים: הפתח הקדמי הוא הגרון, המוביל לקנה ולריאות, והפתח האחורי הוא הושט, המקשר את חלל הפה לקיבה. מעל פתח הגרון מצויה לשונית )Epiglottis( אשר סוגרת בזמן בליעה את המעבר למערכת הנשימה )כלומר, לגרון(, ובכך מונעת כניסת מזונות מוצקים ונוזלים לריאות. עמוד 83

84 ה- הגרון )Larynx( הגרון הוא הפרוזדור לכניסת חמצן לריאות ומזון למערכת העיכול והאיבר האחראי על יצירת קולות.הגרון הוא, למעשה, הפתח היחיד בגוף שדרכו נכנסים חומרים החיוניים לחיים. עקב זאת, עשויים לעבור דרכו לתוך הגוף גם חומרים לא רצויים כמו מיקרואורגניזמים העלולים לגרום נזק לבריאות. לכן קיימים "שומרים" העומדים על המשמר בפה ובלוע. בפה נמצא הרוק, המכיל מוצין,שהוא ריר שלוכד חיידקים; ברוק מצויים גם ליזוזומים שתפקידם לפרק חיידקים ונגיפים, ואימונוגלובולינים שהם חלבונים שמתפקדים כנוגדנים שמסייעים למערכת החיסון לחסל גורמים מזיקים. משני צידי הלוע נמצאים שני קשרי לימפה, בלוטות לימפה גדולות המכונות "שקדים", אשר מהוות חלק בלתי נפרד ממערכת הלימפה ומערכת החיסון;תפקידם הוא ללכוד ולחסל חיידקים ונגיפים. עקב העמידה המתמדת בפני זיהומים, עלולים ה"שומרים" עצמם להזדהם, להתלקח ולהתנפח למצב הידוע בשם דלקת גרון או דלקת הלוע( Laryngitis (Acute. קנה הנשימה )Trachea( והסימפונות Bronchi( ברבים, Bronchus ביחיד( קנה הנשימה הינו צינור אוויר באורך כ- 10 ס"מ המוליך את האוויר מהגרון אל הסימפונות. דופן קנה הנשימה מחוזק על ידי טבעות סחוסיות בצורת פרסה )ראו איור 4(. טבעות אלה מונעות מקנה הנשימה לקרוס פנימה כאשר בשלב השאיפה נוצר תת-לחץ בריאות והאוויר נשאב אליהן ועובר דרך הקנה לסמפונות )ניסיתם פעם לשתות משקה באמצעות קש שדופנותיו קורסות, כלומר לחוצות זו לזו?(.יש לציין כי למבנה הפרסה של טבעות הסחוס יש חשיבות, מאחר וחלקן הפתוח והגמיש פונה לאחור, אל צינור הושט הצמוד לקנה, ומאפשר את המעבר של גושי מזון גדולים הדוחקים אותו בעת מעברם אל הקיבה. לקנה יש גם תפקיד במניעת חדירתם של גורמים מזהמים: הרירית שבגרון, בקנה ובסמפונות הראשיים רגישה לגופים זרים החודרים פנימה וגורמת לרפלקס השיעול המוציא אותם החוצה. כמו כן, הקנה והסימפונות מצופים בשכבת אפיתל רירית המכילה גם שערות זעירות, ובדומה למנגנון הקיים במערות האף, גם ריר זה לוכד בתוכו חלקיקים מזהמים ומוסע לכיוון הלוע )כלפי מעלה!(, וממנו אל מערכת העיכול. איור 4 קנה המסתעף לסמפונות. מתוך תמיר, 2005, עמ' 46. עמוד 84

85 הסימפונות) Bronchus, ברביםBronchi ( הינם נתיבי האוויר המקשרים בין הקנה לנאדיות הריאה. שני צינורות המסתעפים מהקנה צינור אחד לכל אחת מהריאות, ובהמשכם מתפצלים לצינורות דקים יותר )הסימפוניות,.)Bronchiole בסך הכל מתפצלים צינורות האוויר כ- 22 פעמים, ויוצרים מבנה דמוי עץ. עם פיצול קטן והולך של קוטר צינורות האוויר, והקטנים שבהם )בקוטר מיקרוסקופי( מסתיימים בנאדיות הריאה. הריאות )Lungs( בריאות מתרחש למעשה חילוף הגזים בין האוויר )הזורם לריאות( ובין הסביבה הפנימית של הגוף, ובאופן ישיר עם מערכת הדם המובילה את החמצן והפד"ח בין הריאות ובין תאי הגוף. הריאות נמצאות בבית החזה והן איבר זוגי. יש לציין כי הריאה השמאלית קטנה יותר מהימנית, משום שמרביתו של הלב ממוקמת בצידו השמאלי של החזה. כל ריאה מורכבת מאונות )הריאה הימנית משלוש אונות והשמאלית משתיים בלבד, ובמקרה של מחלות ריאה מסוימות ניתן לכרות אונה )לסילוק מחולה או להשתלה בגוף חולה( מבלי לפגוע באונות האחרות. איור - 5 איור סכמטי של הריאות, הצלעות והסרעפת כפי שניתן לראות באיור 5, הריאות מורכבות משלושה מרכיבים עיקריים: 1. צינורות האוויר )הסימפונות( המובילים אוויר מהקנה לנאדיות ובחזרה. 2. נאדיות הריאה )=נאדיות האוויר, Alveoliברבים, Alveolusביחיד( שנמצאות בקצה צינורות האוויר. הנאדיות מורכבות משכבה דקה ולחה של רקמת אפיתל.)Epithelium( לחות השכבה של האפיתל חיונית למעבר הגזים באוויר כיוון שהם מתמוססים במים הנמצאים על דופן הנאדית וכך נעים בהתאם למפלי הריכוזים מחלל הריאה לנימים )כלומר, הלחצים שלהם, כפי שנפרט בהמשך(. למעשה, הנאדיות הן שקיקי אוויר מיקרוסקופיים שבהן מתרחש תהליך חילוף הגזים בין הדם לחלל הריאה המכיל אוויר. מספר הנאדיות בריאות אדם הוא כ- 300 מיליון, ושטחן הכולל עמוד 85

86 דומה לזה של מגרש טניס )כ- 300 מטרים רבועים!(. שטח פנים גדול זה מייעל מאד את תהליך חילוף הגזים. גורמים שונים כמו עישון, דלקת ריאות או ציסטיק פיברוסיס)ראו פירוט בהמשך הפרק(, מקטינים את שטח הפנים הזמין לחילופי הגזים ופוגע באיכות תהליך חילוף הגזים. כלי דם עורקי הריאה מובילים את הדם מהחדר הימני של הלב אל הנאדיות ומתפצלים לנימי דם היוצרים מעין רשת העוטפת את הנאדיות ודרכם מתבצע חילוף הגזים בין האוויר שבנאדיות לבין הדם הזורם בהם )ראו איור 6(. רשת נימי הדם מתנקזת לוורידים זעירים אשר הולכים ומתחברים לוורידים גדולים יותר ומובילים את הדם לשני וורידים גדולים הנקראים וורידי הריאה ומובילים את הדם העשיר בחמצן בחזרה ללב )לחלקו השמאלי(..3 איור - 6 כלי הדם המקיפים את נאדיות הריאה. מתוך תמיר, 2005, עמ' 49. על חילופי הגזים בין האוויר שבריאות לבין מערכת הדם, נפרט בהמשך )בסעיף ו(. שאלות כיצד נוצר הקשר בין החמצן הנקלט בריאות לחמצן הדרוש לתאים? 4. מהן הדרכים השונות שבהן הגוף מגן על כניסת חיידקים וגורמי זיהום אחרים לתוך הגוף? 5. מדוע בימים של זיהום אוויר גבוה מהרגיל מומלץ לילדים, חולים כרוניים וזקנים לא לצאת 6. מהבית? ג. תיפקוד מנגנון הנשימה או תהליך הנשימה הריאות מגדילות, כאמור, את השטח הזמין לחילופי גזים בין הגוף לסביבתו, אך כדי שחילוף הגזים בריאות יהיה יעיל ויספק את צרכי הגוף, יש הכרח במנגנון שיחליף את האוויר בריאות שיכניס לריאות אוויר "עשיר" בחמצן ויוציא מהן את האוויר ה"עשיר" בפד"ח. למעשה, בתהליך הנשימה מתרחשים היפוכים מחזוריים של מפלי לחץ האוויר. המנגנון הגורם להתחלפות האוויר בריאות הוא מנגנון הנשימה. מנגנון זה מכניס לריאות אוויר בשלב השאיפה )Inhalation( ומוציא מהן אוויר בשלב הנשיפה.)Exhalation( כניסת האוויר לריאות עמוד 86

87 ויציאתו מהן מתרחשות בגלל הבדלי לחצים הנוצרים בין הלחץ של האוויר באטמוספרה לבין הלחץ בדרכי הנשימה. האוויר זורם מאזור בו הלחץ גבוה לאזור בו הלחץ נמוך עד להשוואת הלחצים, כפי שמודגם באיור 7, המתאר מודל של כניסת אוויר למזרק ויציאתו ממנו. כאשר מושכים את בוכנת המזרק אחורה )משמאל(, נוצר בחלל המזרק תת-לחץ. הגורם לכניסת אוויר לתוכו בהתאם למפל הלחצים, וכאשר דוחפים את בוכנת המזרק קדימה )מימין(, גדל הלחץ בחלל המזרק ואוויר יוצא מהמזרק בהתאם למפל הלחצים. בזמן שאיפה גדל נפח בית החזה, כתוצאה מכך יורד בו לחץ האוויר והוא נעשה קטן מהלחץ האטמוספרי, מצב זה גורם לכניסת אוויר לריאות עד להשוואת הלחצים )ראו פירוט בתרשים זרימה בהמשך(. בזמן נשיפה קטן נפח בית החזה, כתוצאה מכך נוצר בו לחץ אוויר הגדול מהלחץ האטמוספרי, ואוויר יוצא מריאות עד להשוואת הלחצים עם האוויר שבסביבת הגוף. איור - 7 מודל לזרימת האוויר בריאות. מתוך תמיר, 2005, עמ' 51. נשאלת השאלה, מה גורם לירידת הלחץ בריאות בזמן שאיפת האוויר, ומה גורם לעלייתו של הלחץ בזמן הנשיפה? למעשה הריאה היא איבר סביל בתהליך הנשימה, הריאות עצמן מורכבות מסימפונות ונאדיות, ואין בהן שרירים העשויים לגרום להן לשנות את נפחן להתרחב ולהתכווץ. כיצד, אם כן, משתנה נפחן של הריאות? נפחן של הריאות משתנה כתוצאה מפעולת מנגנונים של איברי עזר המקיפים אותן: שינוי נפח בית החזה )המורכב מהצלעות והשרירים הבין-צלעיים, המקיפים אותן מהצדדים ומלמעלה, ומהסרעפת התוחמת את חלקו התחתון של בית החזה( מקטין ומגדיל את נפח הריאות המוקפות בקרומי האדר. השינויים בנפח בית החזה במהלך השאיפה והנשיפה מתרחשים כתוצאה מהתכווצות שלוש מערכות שרירים אלה )ביחד או לחוד(: 1. שרירי הסרעפת )Diaphragm( מחיצה שרירית דקה בצורת כיפה הנמצאת בתחתית בית החזה, וצמודה ללב ולקרום האדר )ראו איור 9(. הסרעפת יוצרת הפרדה בין חלל בית החזה חלל הבטן כאשר יש פתח בסרעפת שדרכו עובר הושט. כאשר הסרעפת נמצאת במצב רפוי היא בולטת לתוך בית החזה, ובכך גורמת להקטנת נפחו, וכאשר היא מתכווצת ומתיישרת חלל בית החזה גדל )ראו איור 8(. עמוד 87

88 איור - 8 הסרעפת מתוך תמיר, 2005, עמ' השרירים הבין-צלעיים )IntercostalMuscles( שרירים המחברים את הצלעות ומשתתפים בתהליך הנשימה. יש שרירים ובהתכווצם גורמים להתרוממות הצלעות כלפי מעלה )התרחקותן מעמוד השדרה( ובכך להגדלת נפח בית החזה, ויש כאלה הגורמים לירידת הצלעות )להתקרבותן לעמוד השדרה( ובכך להקטנת בית החזה. 3. שרירי קיר הבטן שרירים המקיפים את איברי הבטן הפנימיים. התכווצות שרירים אלה גורמת לאיברי הבטן ללחוץ על הסרעפת ולהקטין את נפח בית החזה. יש לשים לב כי שלוש מערכות השרירים האלה גורמות לשינוי נפח הריאות תודות לקרומי האדר,Pleura( הנקרא גם צדר(.שני קרומי האדר )ראו איור 9( עוטפים את הריאות, ויוצרים מצב של תת- לחץ בינן לבין בית החזה ובכך גורמים לנאדיות הריאה )שהן בסך הכל שקיקים זעירים בעלי דפנות דקיקים( להיות תמיד במצב פתוח. כמו כן גורמים קרומי האדר לנאדיות להתרחב ולהתכווץ בהתאם לשינויים בנפח בית החזה. שני קרומי האדר הם קרום האדר החיצוני, המחובר בחוזקה לצד הפנימי של דופן בית החזה )המורכב מהצלעות והשרירים הבין-צלעיים( לסרעפת ולקרום הלב, וקרום האדר הפנימי המחובר בחוזקה למשטחים החיצוניים של הריאות. שני הקרומים צמודים זה לזה וביניהן נמצא מעט נוזל, וכך נוצר ביניהן תת-לחץ. הנוזל מצמיד את שני הקורמים זה לזה כפי ששני משטחי זכוכית נצמדים זה לזה ששיש ביניהן שכבת מים )ניסיתם פעם להפריד בין שני כוסות שנצמדו זה לזה באמצעות מים? לבטח הרגשתם עד כמה הם צמודים זה קרום האדר לזה בחוזקה(. קרום האדר איור - 9 שני קרומי האדר העוטפים את הריאות כאשר מתחוללים שינויים בנפח בית החזה, גורמים קרומי האדר לריאות להתרחב או להתכווץ בהתאם לשינויים אלה. בזמן שאיפה, בית החזה מתרומם והסרעפת נעשית שטוחה, וקרום האדר החיצוני הצמוד אליהם נמתח יחד עימם ומושך אחריו את הקרום הפנימי המחובר בחוזקה לריאות. כתוצאה מכך גדל נפח הריאות, הלחץ בהן קטן ונכנס אליהן אוויר. בזמן נשיפה קטן נפח בית החזה, עמוד 88

89 גדל הלחץ על הריאות, נפחן קטן וגורם לגדילת לחץ האוויר בהן, וכתוצאה מכך יוצא אוויר מהריאות אל האטמוספרה )ראו איור 10(. איור - 10 קרומי האדר והסרעפת בעת שאיפה ונשיפה מתוך תמיר, 2005, עמ' 53. השינויים בנפח בית החזה יגרמו לשינויים בנפח הריאות רק כל עוד קרום האדר שלם ויוצר שכבה העוטפת את הריאות הפסיביות, מצמיד אותן לדפנות בית החזה ומאפשר יצירת תת-לחץ בבית החזה. תת-הלחץ בבית החזה מחזיק את נאדיות הריאות מלאות באוויר, והכרחי לקיום השאיפה והנשיפה. ההיפוכים בלחצי האוויר בריאות כניסת האוויר אל הריאות, בעת השאיפה, ויציאתן מהריאות בעת הנשיפה, מתרחשים, כאמור, כתוצאה משינויים במפלי לחץ האוויר בין הריאות לאוויר שבאטמוספרה שמחוץ לגוף. הלחץ האטמוספרי הוא סכום הלחץ החלקי של כל הגזים שבאטמוספרה, ובגובה פני הים הוא 760 מילימטר כספית. בין שני קרומי האדר והריאות קיים לחץ הנמוך מעט מהלחץ האטמוספרי, כ- 756 מ"מ כספית, אך מפל לחצים קטן זה מספיק כדי למתוח את הריאות ולהצמידן לדופן בית החזה, ומונע מהן להתרוקן לחלוטין גם בעת נשיפה. באיור 11 ניתן לראות שבמצב מנוחה, בין נשיפה לשאיפה הבאה, משתווה הלחץ שבריאות לזה שבאטמוספרה. ובמהלך השאיפה והנשיפה מתרחשים מפלי לחצים בין הלחץ שבריאות ללחץ שבאטמוספרה. איור 11 שינויים בנפח הריאות ובלחץ הנאדיות במהלך מחזור נשימה מצבי נשימה שונים מבחינת תיפקוד מערכת הנשימה ניתן להבחין בשלושה מצבי נשימה עיקריים, המותאמים כל אחד למצבים פיזיולוגיים שונים של הגוף:.1 מתוך סטאר וטגארט, עמ' 867 נשימת סרעפת- "נשימה קלה" המתבצעת על ידי כיווץ והרפיה של שרירי הסרעפת בלבד. נשימה זו מתרחשת בעיקר במצבים של מנוחה, או פעילות קלה, כאשר הגוף אינו נזקק לאספקה עמוד 89

90 רבה של חמצן, ובמקביל לסילוק כמות גדולה של פד"ח. במצב זה השאיפה היא פעילה )התכווצות שריר הסרעפת( והנשיפה סבילה )הרפיית שריר הסרעפת(. לעתים קרובות נשימת הסרעפת מתבצעת במהלך פעולות שגרתיות )כמו בעת קריאת קטע זה!( בלא שאנו שמים לב לה כלל. נשימת חזה- נשימה המתבצעת באמצעות השרירים הבין צלעיים )ראו איור 12 (.במצב מנוחה )בעת נשימת סרעפת( שמוטות קשתות הצלעות כלפי מטה. התכווצות חלק מהשרירים הבין צלעיים גורמת להרמת הצלעות ועקב כך גדל נפח בית החזה, וכאשר שרירים אלה מתרפים, יורדות הצלעות ונפח בית החזה קטן. שרירים אחרים גורמים בהתכווצותם להקטנת בית החזה. נשימת החזה )בשילוב עם פעולת הסרעפת( מאפשרת להגדיל את נפח האוויר המתחלף בריאות, ובכך מתאפשרת אספקת חמצן מוגברת במצבים של מאמץ גופני. באופן זה גדלים הן נפח האוויר הנכנס לריאות והן נפח האוויר המוצא מהן..2 איור - 12 איור הממחיש את השינויים בנפח בית החזה במהלך שאיפה ונשיפה, כתוצאה משינויים במצבם של שריר הסרעפת והצלעות )מימין(, וכן את האופן בו גורמת הכווצות השרירים הבין צלעיים להתרוממות הצלעות ולהגדלת נפח בית החזה )משמאל(. 3. נשימת בטן בנשימת בטן מתכווצים שרירי קיר הבטן ולוחצים על איברי הבטן, אשר כתוצאה מכך מפעילים לחץ על הסרעפת ובכך מקטינים את נפח בית החזה. זוהי למעשה פעולה הפוכה לפעולת כיווץ שריר הסרעפת. נשימת הבטן מאפשרת להגדיל את כמות האוויר המתחלפת בריאות בעת מאמץ גופני. במצב של נשימת בטן, בניגוד לנשימת סרעפת ונשימת חזה, גם הנשיפה הינה פעילה. יש לציין כי במהלך נשימות עמוקות במיוחד מתכווצים גם שרירי הצוואר ומרימים את עצם החזה ואת הצלעות העליונות המחוברות אליה. שלבי פעולת הנשימה במנגנון הנשימה ניתן להבחין, כאמור בשני שלבים: שאיפה ונשיפה, ובכל שלב ניתן להבחין בחמישה תת-שלבים עיקריים: שלבי פעולת השאיפה: 1. הסרעפת מתכווצת ויורדת לכיוון הבטן. עמוד 90

91 השרירים בין הצלעות מתכווצים והצלעות מתרוממות. 2. נפח חלל בית החזה גדל. 3. לחץ האוויר בחלל החזה יורד. 4. אוויר זורם מחוץ לגוף לתוך הריאות. 5. שלבי פעולת הנשיפה: הסרעפת מתרפה ומתרוממת כלפי בית החזה. 1. השרירים בין הצלעות מתרפים והצלעות יורדות. 2. נפח חלל בית החזה קטן. 3. לחץ האוויר בחלל החזה עולה. 4. אוויר זורם מהריאות אל מחוץ לגוף. 5. נפחי הריאות ומשמעותם ככל שנפח האוויר בריאות גדול יותר, כך מתאפשר חילוף גזים יעיל יותר בין הגוף לסביבתו החיצונית. נפח האוויר בריאות של אדם מושפע ממינו, מגילו, מבנה גופו ומצב בריאותו. לדוגמא, נפח הריאות של גבר צעיר ובריא הוא עד כ- 5.7 ליטרים אוויר בממוצע )ראו איור 13(, ושל אישה צעירה ובריאה עד כ- 4.2 ליטרים. את נפחי האוויר המתחלפים בתהליך איוורור הריאות ניתן למדוד באמצעות מכשיר הנקרא ספירומטר meter( )Spiro )ראו איור 18 בהמשך, בסעיף העוסק בפתרונות טכנולוגיים לאבחון וטיפול(.כאשר בודקים את נפחי האוויר הנכנסים והיוצאים מהריאות במצבים פיזיולוגיים שונים )ראו איור 15(, מוצאים כי במצב מנוחה נכנס אל הריאות עם כל שאיפה אוויר בנפח של כ- 0.5 ליטר. נפח זה נקרא הנפח המתחלף Volume(,)Tidal והוא מספק את כל החמצן הדרוש בנשימה רגילה. מספר הנשימות לדקה בזמן מנוחה נע בין 12 לבין 16. שימו לב כי מתוך נפח האוויר המוכנס לריאות בשאיפה, כ- 150 סמ"ק ממלאים את צינורות הנשימה והשאר נכנסים לנאדיות. נפח האוויר הממלא את צינורות הנשימה )כ- 150 מ"ל( נקרא נפח מת Space( )Dead מפני שאינו תורם לחילוף הגזים. אוויר זה הוא האוויר הנשאף אחרון בכל נשימה, נשאר בתוך הקנה והסימפונות ונפלט ראשון עם הנשיפה. אם נתאמץ לשאוף עמוק ככל יכולתנו, נוכל לשאוף עוד כ- 2.5 ליטרים אוויר בנוסף על 0.5 הליטר שבנשימה הקלה שנשאף בנשימה רגילה. אוויר זה נקרא נפח שאיפה מאומצת, או נפח מלאי שאיפתי Volume(.)Inspiratory Reserve אם בתום נשיפה רגילה נתאמץ ונמשיך להוציא אוויר ככל יכולתנו, נוכל לנשוף עוד כ- 1 ליטר, ואוויר זה נקרא נפח שאיפה מאומצת, או נפח מלאי נשיפתי Volume(.)Expiratory Reserve עמוד 91

92 כדאי לשים לב לכך שהריאות לעולם אינן מתרוקנות לחלוטין, וגם בתום הנשיפה המאומצת ביותר לא יוצא כל האוויר מנאדיות הריאה )וטוב שכך!(. כאשר אוויר זורם החוצה ונפח הריאות קטן, דפנות דרכי הנשימה הקטנות ביותר קורסים ומונעים יציאה נוספת של אוויר. נפח האוויר הנשאר בתוך הריאות לאחר הוצאת כל האוויר שניתן בנשיפה מאומצת נקרא,)Volume ונפחו כ- 1.5 ליטר. להוצאה נפח שארי ( Residual מהנתונים שהזכרנו עד כה עולה כי אדם הנמצא בפעילות גופנית מסוגל להחליף בנשימה מאומצת עד כ- 4.5 ליטרים אוויר. בנפח זה נכללים נפח האוויר המתחלף )0.5 ליטר(, אוויר המלאי השאיפתי )כ- 2.5 ליטרים( ואוויר המלאי הנשיפתי )כ- 1.5 ליטרים(. נפח אוויר מכסימלי זה נקרא קיבולת חיונית Capacity(.)Vital יחד עם זאת, רק לעתים נדירות מנצלים בני אדם יותר ממחצית הקיבולת החיונית של ריאותיהם, אפילו כשהם נושמים נשימות עמוקות מאד בזמן פעילות גופנית נמרצת. באם האדם ילך ויגביר את המאמץ הגופני )למשל, בריצה מהירה ומתמשכת(, הוא עלול לחוש בקוצר-נשימה,)Dyspnea( כלומר לחוש במחסור באוויר. קוצר נשימה זה עלול להופיע גם במצבי מחלה בהם יש הפרעה באיוורור הריאות, כגון באסטמה, בה קוטר הסימפונות נעשה צר יותר )ראו פירוט בהמשך(, או באי-ספיקת לב, מצב בו קיימת הפרעה בהובלת החמצן מהריאות לרקמות. למדידת כמות האוויר המתחלפת בנשימה )הקיבולת החיונית( יש חשיבות לאבחון של פעילות הריאות מאחר שבמחלות ריאה ולב היא קטנה. איור - 13 נפחי הריאות במהלך נשימה קלה, בשאיפה מאומצת ובנשיפה מאומצת. מתוך סטאר וטגארט, עמ' 868 חילוף הגזים בין האוויר שבריאות לבין הדם, ובין הדם לתאי הגוף מנגנון איוורור הריאות, בו עסקנו עד כה, הוא תהליך פעיל הנגרם על ידי התכווצויות שרירים, אך חילופי הגזים חמצן ופד"ח בין האוויר שבנאדיות הריאות ובין הדם שבנימים המקיפים אותן, ובין הדם המגיע לרקמות הגוף לבין תאי רקמות אלו, אינו תהליך פעיל מאחר וחילוף הגזים נעשה בהתאם למפל הלחצים. לחץ החמצן באוויר גבוה יותר מלחצו בנימים של דפנות הריאה, ולכן הוא עובר מהאוויר אל תאי דופן הריאה ואל הנימים במקיפים את הנאדית. לעומת זאת, לחץ הפד"ח גבוה יותר בתאי הרקמות מאשר בדם, מפני שבתאים אלה הוא נוצר בתהליך הנשימה התאית, ולכן הפד"ח עובר בדיפוזיה מהתאים לדם, ומועבר באמצעות מערכת ההובלה, אל הריאות ומהן אל האוויר. חילוף הגזים בין האוויר, הדם והרקמות מבוסס על תנועה של שני הגזים )חמצן ופד"ח המומסים במים( במורד מפלי הלחצים שלהם, המבטאים למעשה את מפלי הריכוזים שלהם, והוא נעשה עמוד 92

93 בהתאם לחוקי הדיפוזיה. למעשה, את כמות הגזים מקובל למדוד ביחידות של לחץ )כגון מ"מ כספית(, ולא ביחידות של ריכוז. כאשר בודקים בברומטר כספית )או ברומטר אחר( את הלחץ שמפעיל כלל האוויר סביבנו, נמצא כי הלחץ האטמוספרי בגובה פני הים הוא 760 מ"מ כספית. את הלחץ הזה מפעילות המולקולות של כל הגזים המרכיבים את האוויר, וכל גז תורם ללחץ זה את חלקו על פי חלקו היחסי באוויר. הלחץ שמפעיל כל אחד מהגזים נקרא הלחץ החלקי Pressure( )Partial של הגז. לחצו החלקי של החמצן למשל )המהווה 21% מכלל האוויר(, הוא 160 מ"מ כספית )= מ"מ(. ריכוזי הגזים באוויר הנשאף והננשף ריכוזי הגזים באוויר הינם כמעט קבועים בכל מקום באטמוספרה הפתוחה. ריכוז החמצן באוויר הנשאף לריאות הוא כ- 21% מכלל האוויר וריכוז הפד"ח הוא 0.038%. הריכוז הגבוה ביותר באטמוספרה הוא של החנקן )כ- 78% (, ואחוז אחד ממנה מהווים הגזים האחרים )בעיקר גזים אצילים שונים(. לעומת זאת, כאשר בודקים את האוויר הננשף מהריאות, מתברר שריכוזי הגזים שבו הם שונים. לדוגמא: ריכוז החמצן 16%, ריכוז הפד"ח 5%, אך ריכוזי החנקן והגזים האצילים נותר כ- 79%. כמו כן יש לקחת בחשבון כי האוויר הננשף מכיל אדי מים, אשר גם להם לחץ חלקי, ולכן ריכוזי הגזים האחרים באוויר זה שונים מעט מהצפוי על פי ריכוזם באוויר היבש. חילוף הגזים בנאדיות הריאה בכל אחת מהנאדיות שבריאות מתרחשת דיפוזיה סבילה של חמצן ופד"ח דרך קרום הנאדית, במורד מפלי הלחצים החלקיים שלהם. הדיפוזיה של מולקולות הגזים בין האוויר שבנאדיות ונוזל הדם שבנימים הצמודים לנאדיות היא מהירה, מאחר שעליהן לעבור דרך קצרה מאד - שתי שכבות תאים )קרום הנאדית ודופן הנים(, ושתיהן יחד מהוות את קרום הנשימה. תהליך חילוף הגזים חמצן ופד"ח בריאות )בכיוונים הפוכים, כמובן( הינו יעיל מאד, הודות לשלושה גורמים עיקריים: 1. לשטח הפנים הגדול הזמין לחילופי גזים בריאותיו של אדם יש כ- 300 מיליון נאדיות ששטחן הכולל מגיע ל- 80 מ"ר )פי 40 משטח עורו של האדם!(. 2. למרחק הקטן שעל הגזים לעבור בדיפוזיה דרך קרום הנשימה. 3. למפלי הלחצים בין האוויר שבנאדיות לדם שבנימים. עמוד 93

94 באיור 14 מתואר באופן סכמטי תהליך הדיפוזיה של החמצן והפד"ח בין האוויר שבנאדיות הריאה לדם שבנימים. איור - 14 חתך של דופן נאדית ראיה וכלי דם )נים( הצמוד אליו, להמחשת חילופי הגזים בין נאדית בריאה ותאי הדם האדומים בנימים. להלן איור מסכם של מחזור הדם ובו מתוארים הלחצים החלקיים של החמצן )משמאל, בכל צמד מספרים( ושל הפד"ח )מימין( באוויר היבש הנשאף )האוויר שבאטמוספרה(, באוויר הנאדיות, בדם העורקי, בתאים, בדם הוורידי ובאוויר הלח הננשף )במ"מ כספית(. איור - 15 מפלי הלחצים החלקיים של חמצן ופד"ח לאורך מסלול הנשימה ומחזור הדם. מתוך סטאר וטגארט, עמ' 870 עמוד 94

95 הובלת הגזים בדם - בין הריאות לתאי הגוף החילוף היעיל של הגזים בין תאי הגוף לסביבתו החיצונית של הגוף, תלוי לא רק בשטח הפנים הזמין שבריאות, ובדיפוזיה היעילה בין הריאות לדם, אלא גם ביעילותה של הובלת הגזים במערכת הדם, המקשרת בין הריאות ותאי הגוף. קיים שוני רב בין הובלת החמצן בדם לבין הובלת הפד"ח בו - בעוד שהחמצן מובל ברובו בתאי הדם האדומים, כשהוא קשור להמוגלובין,)Hemoglobin( הרי שהפד"ח מובל ברובו בנוזל הדם, הפלזמה, בצורת חומצה פחמתית )ולכן משפיע על חומציות הדם(. הובלת החמצן בדם החמצן מתמוסס בפלסמת הדם )ובמים בכלל( בקושי, וברובו )98.5%( מובל באמצעות חלבון ההובלה, ההמוגלובין, שכל מולקולת המוגלובין מורכבת מארבע שרשראות חלבון וקבוצות חנקניות המכילות ארבע אטומי ברזל(. ההמוגלובין מגביר מאד את קצב חילוף הגזים עמוד 95 בין הדם לסביבתו. כאשר ההמוגלובין שבדם זורם בנימי הנאדיות שבריאות, שם ריכוז החמצן גבוה יחסית, סמוך לאוויר הנמצא בחלליהן, נעשה קישור רופף בין החמצן למולקולת ההמוגלובין)פי 65 יותר מהחמצן שעשוי היה להיכנס לדם זה בדיפוזיה רגילה!(. המוגלובין שקשור אליו חמצן נקרא או.HbO 2,)Oxyhemoglobin( אוקסיהמוגלובין הקשר בין החמצן להמוגלובין הינו הפיך, וכאשר ריכוז החמצן נמוך )באזור רקמות הגוף(, הזיקה בין ההמוגלובין לחמצן נמוכה יותר, והחמצן משתחרר ממנו ועובר אל הרקמה, בכיוון מפל הריכוזים שלו. את התהליך ההפיך של קשירת החמצן להמוגלובין ניתן לסכם במשוואה: הובלת הפחמן הדו-חמצני בדם Hb + 4O 2 Hb(O 2 ) 4 לעומת החמצן, המובל ברובו באמצעות ההמוגלובין שבתאי הדם האדומים, הרי 70% ממולקולות הפד"ח מובלות בפלסמה של הדם. רוב מולקולות הפד"ח שבפלסמה )כ- 60% ( מובלות כשהן בצורת חומצה פחמתית ( 3,)H 2 CO ורק כ- 10% מהן מומסות בפלסמה כ-.CO 2 רק כ- 30% הפד"ח מובלות באמצעות קשירה להמוגלובין שבתאי הדם האדומים. את תהליך יצירת החומצה הפחמתית בפלסמה ניתן לסכם באופן הבא: במשוואת התגובה ניתן לראות כי מולקולת CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + CO 2 מגיבה עם מולקולת ממולקולות מים ונוצרת מולקולת חומצה - פחמתית ( 3 H(, 2 CO אשר כשלעצמה מתפרקת ליון שלילי של דו-פחמה )ביקרבונט, )HCO 3 ויון חיובי של מימן ( + H(. כפי שניתן לראות על פי כיווני החיצים, התהליכים המתוארים במשוואה הינם הפיכים, ותלויים בלחצו החלקי של הפד"ח. באזור הרקמות נוצרת כמות גדולה יחסית של חומצה פחמתית, ובאזור הריאות מתהפך הכיוון ומולקולות ה- CO 2 הנוצרות עוברות בדיפוזיה מהפלזמה של הדם אל האוויר שבחלל הנאדיות. לחומצה הפחמתית, הנוצרת כתוצאה מהתמוססות ה- CO 2 בדם יש תרומה חשובה בוויסות רמת החומציות של נוזל הדם, וכמו כן יש לה השפעה על ויסות הנשימה )ראו בהמשך(.

96 קצב זרימת האוויר בריאות )איוורור הריאות( משתנה בהתאם לצרכי הגוף ומווסת על ידי מערכת העצבים המרכזית השולטת בקצב הנשימה )מספר הנשימות לדקה( ובעומק הנשימה )בגודל הנפח המתחלף בכל נשימה(. למעשה קיים תיאום בין קצב זרימת האוויר בריאות וקצב זרימת הדם בגוף. קצב האוורור של הריאות, כלומר תנועות הנשימה, מבוקר על ידי מרכז הנשימה ( Respiratory )Center הנמצא במוח המוארך Oblongata(.)Medulla מרכז הנשימה מגיב בראש ובראשונה לריכוז הפד"ח בדם )כלומר לריכוז החומצה הפחמתית בו(: עלייה בריכוז הפד"ח בדם גורמת מיד להגברת תדירות הנשימות ולהעמקתה. ירידה בריכוזו של הפד"ח גורמת לירידה בתדירות הנשימות, עד שהריכוז ישוב ויעלה. נשאלת השאלה, כיצד משפיע ריכוז הפד"ח על קצב הנשימה? השפעתו היא באמצעות תאי קולטנים כימיים )כימו רצפטורים( המפוזרים בכלי הדם ובמוח, תאים הרגישים לריכוז הפד"ח ולריכוז ליוני מימן ( + H( שמקורם בחומצה הפחמתית שנוצרה מהתמוססות הפד"ח בפלסמה. עלייה בריכוז יוני המימן, או ה-,CO 2 מגרה את הכימורצפטורים במוח ובכלי הדם, ואלו שולחים גירויים עצביים אל מרכז הנשימה וגורמים לו לשלוח גירויים עצביים אל שרירי הנשימה )הסרעפת והשרירים הבין צלעיים(, אשר מגבירים את תדירות התכווצויותיהם ואת עוצמת ההתכווצויות. הגברת קצב האיוורור מווריד את ריכוז ה- CO 2 בדם ומעלה את ריכוז החמצן. גורמים נוספים המשפיעים על קצב הנשימה הם: 1. שינויים בריכוז החומציות בדם )רמז - חומציות הדם מושפעת, בין היתר, מריכוז החומצה הפחמתית בפלסמה(. 2. שינויים בריכוז החמצן בדם - ריכוז החמצן בדם גבוה, יחסית, גם בדם העורקי וגם בדם הוורידי, עקב הקשירה היעילה של החמצן למולקולות ההמוגלובין. ריכוז החמצן בדם משפיע על קצב הנשימה רק כאשר הוא יורד מאד. 3. שינויים בטמפרטורת הגוף - עליית טמפרטורת הגוף מגבירה את קצב הנשימה. 4. שינויים במתח של קרום האדר - כאשר מתח הקרום עולה )עקב התרחבות בית החזה(, מועבר גירוי למרכז הנשימה, ועומק הנשימה מופחת. 5. שינויים בפעילות בשרירים, בגידים ובמפרקים - נקלטים על ידי קולטנים הנמצאים בהם משפיעים על מרכז הנשימה בתחילת מאמץ וגורמים לו להגביר באופן מיידי את האוורור הריאתי. עצירת הנשימה- יכולתנו לעצור את הנשימה באופן רצוני היא מוגבלת מאד, בדרך כלל למשך דקה אחת או שתיים בלבד )למשל בצלילה(. הפסקת הנשימה גורמת לעליית ריכוז ה- CO 2 בדם והריכוז הגבוה של ה- CO 2 גורם למרכז הנשימה גירוי חזק יותר מאשר הגירוי הרצוני להפסקת הנשימה, והאדם חוזר לנשום. גם במצבים בהם גורמת עצירת הנשימה לאיבוד ההכרה, ישתלט הגירוי להתחלת הנשימה על הגירוי לעצירתה והאדם ישוב לנשום. עמוד 96

97 באיור 16 מתוארים באופן סכמטי סוגי הגירויים העיקריים )כימיים ועצביים( המשפיעים על מרכז הנשימה. שאלות איור 16 השפעת גירויים כימיים ועצביים על מרכז הנשימה מתוך המאמר "הריאות מבנה ופעולה", מאתר מערך ההדרכה של אורט ותל-השומר למכשור רפואי 7. תארו )במלים שלכם( את השינויים בלחצי האוויר המתרחשים בעת שאיפה ונשיפה )כפי שבאים לידי ביטוי באיור 11(, והסבירו כיצד גורמים שינויים אלה להתחלפות האוויר בריאות. 8. איזה סוג נשימה מופעל כאשר אתם מנפחים בלון? נמקו את תשובתכם. 9. מה היתרון של קיום מצבי הנשימה השונים? השתמשו בתשובתכם בדוגמאות. 11. מדוע הנפח המת אינו תורם לחילוף הגזים בריאות? 11. בהנחה שבכל שאיפה בנשימה רגילה )במנוחה( נכנסים למערכת הנשימה 511 סמ"ק אוויר, מהו נפח האוויר "הטרי" הנכנס בפועל לתוך נאדיות הריאה? הסבירו את דרך החישוב. 12. חשבו מהי כמות האוויר הטרי שנכנס לנאדיות הריאה במשך דקה אחת, בגופו של אדם הנושם 12 נשימות רגילות לדקה, ותארו את הדרך בה הגעתם לתוצאה זו. 13. אילו שריר, או שרירים, מפעילים את הנפח המתחלף? 14. סמנו באיור 13 את נפח האוויר המתחלף כתוצאה מהתכווצות והרפיה של הסרעפת בלבד, את נפח האוויר המתחלף כתוצאה מהתכווצות שריר הסרעפת והשרירים הבין-צלעיים, ואת נפח האוויר המתחלף כתוצאה מהתכווצות שרירי הבטן. 15. א. מהו נפח הדקה )נפח האוויר שהאדם נושם בדקה( של אדם במנוחה, בהנחה שקצב הנשימות שלו הוא 16 לדקה? ב. אותו אדם ביצע פעילות גופנית, ונמצא שקצב הנשימות שלו עלה ל- 32 לדקה ונשימות אלה היו "עמוקות יותר", ובכל אחת מהן התחלפו בריאותיו כ- 3.5 ליטרים אוויר. פי כמה גדל נפח הדקה של אדם זה בהשוואה לנפח הדקה שלו במנוחה? הסבירו את דרך החישוב. ג. לאור התוצאות שקיבלתם בחישוביכם בשתי הסעיפים הראשונים, הסבירו מהי החשיבות של השינוי שחל בנפח הדקה באדם זה במעבר ממנוחה לפעילות הגופנית. 16. קוצר נשימה יכול להופיע במצבים של מאמץ לא רב במיוחד, גם אצל אנשים צעירים המעשנים סיגריות. הסבירו מדוע. עמוד 97

98 איור - 17 נפחי הריאות במהלך מצבים פיזיולוגיים שונים. באיור 17 מתוארים נפחי הנשימה של אדם בוגר במצבים פיזיולוגיים שונים )בכיוון החץ משמאל לימין( תארו את השינויים שחלים עם הזמן בנפחי הריאות של אדם זה. הציעו סיבה אפשרית לשינויים אלה ונמקו את הצעתכם..17 חשבו את הלחץ החלקי של פד"ח באוויר הנשאף והננשף, ושל החמצן באוויר הננשף, והסבירו את דרך החישוב. עיינו באיור 15 והסבירו על פי נתוני לחץ הדם המוצגים בו את מעבר הגזים חמצן ופד"ח מהאוויר שבריאות עד לתאי הגוף, ומתאי הגוף עד לאוויר שבריאות. הסבירו את הקשר בין תהליך הנשימה התאית המתרחש בתאים ובין השינויים בלחץ החלקי של הגזים בדם העורקי ובדם הוורידי בגוף. מהו היתרון בכך שהקשר בין החמצן להמוגלובין הוא הפיך? ציינו מצבים של תיפקוד ריאות לקוי העלול לגרום למחסור של חמצן ברקמות, והסבירו לגבי כל מצב מדוע הוא עלול לגרום לכך. מהו "ההיגיון הביולוגי" בוויסות קצב הנשימה, ובהתאמתו לקצב זרימת הדם? ויסות תנועות הנשימה מתבצע הן באמצעות בקרה של קצב )=תדירות( הנשימה )מספר הנשימות ליחידת זמן(, והן באמצעות בקרה של עומק הנשימה. הסבירו מדוע. מנגנון ויסות הנשימה נחשב למנגנון משוב שלילי. הסבירו מדוע. מהו ההיגיון הביולוגי בהשפעתו של כל אחד מהגורמים על קצב הנשימה? מדוע יעיל יותר לבסס את הבקרה של הנשימה על ריכוז הפד"ח, ולא על ריכוז החמצן? עצירת הנשימה באופן רצוני אינה מסוכנת, בדרך כלל, אך עצירתה במהלך צלילה במים עלולה להסתיים באסון. התוכלו להסביר מדוע? תארו בתרשים זרימה את תיפקודו של מנגנון ויסות הנשימה והשפעתו על קצב הנשימות )איוורור הריאות( במהלך ריצת 3,111 בבית הספר, החל מתחילת הריצה, ועד ל- 11 דקות לאחריה. בתיאורכם היעזרו באיור 16 המתאר את השפעתם של גירויים כימיים ועצביים על מרכז הנשימה עמוד 98

99 ד. מצבים של סטייה מהומיאוסטאזיס ומחלות במערכת הנשימה פציעה בבית החזה נקב בקרום האדר, עקב פציעה חודרת בבית החזה, למשל, יגרום לכך שבעת הרחבת בית החזה ויצירת תת-הלחץ ייכנס אוויר מבחוץ ישירות לחלל קרום האדר ולא לחלל הריאות. אם לא תתבצע התערבות מהירה להצלת חיי הפגוע במצב זה, הקרוי "חזה אוויר") Pneumothorax (, לא יוחלף אוויר בריאות, והאדם עלול להפסיק לנשום. מצב כזה, המתואר באיור 17, עלול לגרום לקריסת הריאות. איור - 18 "חזה אוויר" הנוצר כתוצאה מפציעה חודרת בבית החזה. מתוך תמיר, 2005, עמ' 54. יש לציין שמצב של חזה אוויר יכול להיווצר גם באנשים בריאים, באופן ספונטני, וללא סיבה ברורה, ומתבטא בהצטברות אוויר בחלל האדר. מצב זה מתאפיין אצל החולה בכאבים בחזה ובקוצר נשימה, ומחייב התערבות רפואית מיידית, כיון שגם הוא עלול לגרום לקריסת הריאות. שיתוק שרירי הנשימה פגיעה בתיפקוד שרירי הנשימה )שריר הסרעפת או השרירים הבין צלעיים(, או אף שיתוק שלהם, עלולה להקשות על פעולת איוורור הריאות, או אף להפסיקה כליל. שיתוק שרירי הנשימה עלול להיגרם עקב מספר גורמים, לדוגמא: עקב פציעה בה נפגעים עצבים )כגון עצבים בחוט השדרה( המוליכים את הדחפים העצביים הנשלחים לשרירי הנשימה מהמוח, עקב מחלה ניוונית, כגון טרשת נפוצה, בה נפגע תיפקודם של העצבים הנ"ל, או עקב זיהום חיידקי הפוגע ישירות בתיפקודם של שרירים אלה, כגון מחלת הטטנוס, שמה הלועזי של מחלת הצ פ ד ת )=פ ל צ ת(. החיידק קלוסטרידיום טטני tetani( )Clostridium גורם המחלה מפריש רעלן המונע את הרפיית שרירי הגוף, כולל שרירי הנשימה, ועקב כך נגרמת התכווצות ממושכת של השרירים, הנקראת "התכווצות טטנית" )ראו עוד בפרק על תיפקוד השרירים(. עמוד 99

100 מחלות דרכי הנשימה אסטמה האסטמה,)Asthma( הנקראת גם גנחת הסימפונות )עקב קולות "הגניחה" שמשמיעים לעתים החולים בשעת התקף( או ברונכיטיס ספסטית. האסטמה מתבטאת בהיצרות נתיבי האוויר, מצב המקשה על הנשימה ודורש פיקוח רפואה היצרות נתיבי האוויר עלולה לבוא לידי ביטוי בשלושה תהליכים: התכווצות השריר החלק שבדפנות הסימפונות, הגורם להיצרות שלהם, הפרשה מוגברת של ריר לחלל הסימפונות ובצקת של דופן הסימפונות, המתבטאת בהתעבות הדופן, התעבות הגורמת להיצרות החלל שבהן. לאסטמה יש מספר גורמים אפשריים, ובין העיקריים שבהם נמנים אלרגיה, הנגרמת מרגישות יתר לחומרים שונים הנקראים אלרגנים )כגון אבקת פרחים, קרדית אבק הבית, שיער מפרוות חתולים או כלבים ועוד(, אשר נשאפים על ידי החולה וגורמים לתגובה אלרגית. הטיפול באסטמה מתבטא בעיקר בשימוש בתרופות מדכאות דלקת )האסטמה נחשבת כיום לדלקת כרונית(, ובתרופות שונות המרחיבות את הסימפונות. חלק מהתרופות נלקחות באמצעות משאף, והשפעתן היא לעתים מיידית. מחלת ריאות חסימתית כרונית )C.O.P.D( מחלת ריאות חסימתית כרונית Disease( )Chronic Obstructive Pulmonary נגרמת בדרך כלל עקב עישון כמות גדולה של סיגריות ביום במשך שנים רבות, וגם מזיהום אוויר משמעותי. הפ חי שבעשן הסיגריות "מתיישב" הן בנאדיות הריאות והן בסמפונות המובילות את האוויר לחלל הריאות. חלקיקי הפיח פוגעים בתיפקודן של השערות הזעירות שבתאי רירית הנשימה, אותן שערות שתפקידן לסלק את הלכלוך וההפרשות המצטברים בדרכי הנשימה, וכך מוגבר קצב זיהום הריאות על ידי העשן. עשן הסיגריות גורם גם להגברת הפרשת הריר בסמפונות, ומאחר ונפגע המנגנון המסלק את הריר )השערות הזעירות בסמפונות(, עלולות הסימפונות להיחסם באופן חלקי או אף מלא, לזרימת אוויר, ואיוורור הריאות עלול להיפגע עקב כך קשות. נפחת ריאות )אמפיזמה( במקרים קיצוניים של עישון עלולה להיגרם פגיעה קשה בנאדיות הריאה. החומרים מעשן הסיגריה החודרים לריאות עלולים לגרום להרס דופן הנאדיות, ובכך מוקטן מספר הנאדיות המבצעות את תהליך חילוף הגזים בצורה יעילה, וחלה ירידה משמעותית בשטח הזמין לחילוף גזים. מצב כזה מגביל מאד את תיפקודו של החולה, גורם לו סבל רב, כולל חולשה מתמדת עקב מחסור באספקת חמצן לתאים, ולעתים קרובות אף מחייב מתן אוויר מועשר בחמצן, דבר המגביל מאד את ניידותם של החולים. עמוד 100

101 ציסטיק פיברוסיס הציסטיק פיברוסיס CF( או )Cystic Fibrosis הינה מחלה גנטית הנפוצה בעיקר בקרב יהודים אשכנזים )אבל לא רק( ופוגעת בעיקר בדרכי הנשימה, אך גם באיברים אחרים בגוף. בתאים של מערכת הנשימה )והעיכול( של החולים מופרש ריר צמיג במיוחד שאינו מתפנה על ידי השערות הזעירות בדרכי הנשימה, ועל כן מצטבר בהם. החולים סובלים מקוצר נשימה כרוני )מתמשך(, משיעול ומדי פעם מזיהומים קשים בדרכי הנשימה. הטיפול היעיל היחיד במחלה הוא השתלת ריאות. דלקת ריאות דלקת ריאות )Pneumonia( נגרמת על ידי חיידקים או נגיפים )וירוסים( המתרבים בריאות, גורמים לדלקת המתבטאת בליחה מוגלתית הסותמת דרכי נשימה ואת הנאדיות, פוגעת ברקמות הריאה ובדרכי הנשימה. בעבר נגרמו מקרי מוות רבים מדלקת ריאות, בעיקר של קשישים ותינוקות, אך כיום, תודות לטיפולים באנטיביוטיקה, מקרי המוות הם נדירים. בצקת ריאות בצקת ריאות Edema( )Pulmonary הינה מצב שבו הנאדיות מתמלאות בנוזלים, על חשבון אוויר, ועקב כך נפגע כושרן לבצע חילוף גזים. הגורם הנפוץ ביותר לבצקת ריאות הוא אי ספיקה חריפה של צידו השמאלי של הלב )למשל כתוצאה מאספקת דם מוקטנת לשריר הלב עקב הסתיידות העורקים הכליליים(. כתוצאה מאי התיפקוד של המשאבה השמאלית של הלב, עולה הלחץ בווריד הריאה המוביל את הדם אל הלב, ועקב כך עולה הלחץ בנימים שבדופן הנאדיות, ועקב כך נגרמת דליפת נוזלים מהנימים לחלל הנאדיות המתמלא בנוזלים. ה. פתרונות טכנולוגיים לאבחון וטיפול במחלות במערכת הנשימה בדיקה לתיפקוד מערכת הנשימה באמצעות ספירומטר את נפחי האוויר המתחלפים בתהליך איוורור הריאות, ואת קצב התחלפותם ניתן למדוד באמצעות מכשיר הנקרא ספירומטר meter( )Spiro אליו מחובר צינור דרכו נושף הנבדק )ראו איור 18(. איור 19 ספירומטר במהלך בדיקת הספירומטר שואף הנבדק אוויר עד הגעה לקיבולת ריאות כוללת) TLC ( ואז נושף בכל הכוח עד להגעה לנפח שאריתי( RV ). בבדיקה זו ניתן לגלות בעיות שונות הקשורות לתיפקוד עמוד 101

102 מערכת הנשימה, כמו הנפח הכולל של הריאות, קצב האוורור הריאתי )נפח האוויר המתחלף בריאות ליחידת זמן( ועוד. הגרף המתקבל בבדיקת ספירומטר נקרא ספירוגרם )ראו איור 13(. הרכיב המודד את מהירות זרימת האוויר במכשיר הספירומטר נקרא פנ א ומ וט כ ומ ט ר. הפנאומוטכומטר מספק נתונים הן על מהירות זרימת האוויר בפה, והן על נפח הריאות של הנבדק. )כלומר, את קצב האוורור הריאתי(. לפניכם איור 20, ובו תיאור סכמטי של פנאומוטכומטר אשר מבוסס על טורבינה דו-כנפית המסתובבת כאשר זורם האוויר במכשיר, וכן תא פוטואלקטרי )תא סולרי( ומקור אור מלאכותי המכוון אליו. כאשר כנפי הטורבינה ניצבות למקור האור, נחסם האור בתא הפוטואלקטרי. קצב זרימת האוויר דרך הפה של הנבדק, ונפח הריאות שלו, מחושבים על פי קצב פעימות האור הנקלטות בתא הפוטואלקטרי. איור - 20 תיאור סכמטי של מבנה פנאומוטכומטר. ניתוח תוצאות בדיקת ספירומטר האיור שלפניכם מציג את תוצאות בדיקת ספירומטר של נבדק בריא. איור - 21 תוצאות בדיקת ספירומטר של נבדק בריא. עמוד 102

103 הערך )Forced Expiratory Volume( FEV מבטא מדידה של הוצאה מהירה של אוויר מהריאות כתלות בזמן. כדי למדוד אותו מתבקש הנבדק לנשוף "בכל הכוח", והערך המתקבל בגרף,,FEV 1 הוא נפח האוויר שהוצא מהריאות במשך השנייה ראשונה. ערכי FEVקטנים 1 מהנורמה עלולים להצביע על תיפקוד לא תקין של מערכת הנשימה, על היצרות בצינורות האוויר )כתוצאה מאסטמה, למשל(, על נפח ריאות מוקטן )כתוצאה מהצטברות ריר בריאות( עקב מחלת הציסטיק פיברוסיס, או הצטברות מים בריאות )כתוצאה מספיקת לב נמוכה או מסיבה אחרת(, או תיפקוד לקוי של שרירי הנשימה )הסרעפת או השרירים הבין צלעיים(. הנשמה מלאכותית במצבים בהם נגרמת פגיעה בתיפקודם של שרירי הנשימה, מבוצע איוורור הריאות לא על-ידי הגוף עצמו, אלא באמצעות עזרה חיצונית. העזרה החיצונית יכולה להתבצע בשתי דרכים: 1. על-ידי חיקוי פעולת שרירי הנשימה, על ידי לחץ על בית החזה והבטן. במכשיר הנשמה מסוג זה נמצא החולה בתוך גליל העוטף את בית החזה והבטן, וכשראשו נמצא מחוץ למכשיר. 2. על ידי הכנסה מאולצת של האוויר, באמצעות מכונת הנשמה או בהנשמה מפה לפה. במכונת הנשמה נעשה שימוש בטיפול נמרץ, למשל, לאחר פציעה או ניתוח, ובהנשמה מפה לפה נעשה שימוש במקרי חירום, במטרה להחזיר לאדם בהקדם את נשימתו העצמאית. בהנשמה מפה לפה שואף המנשים אוויר ונושף אותו לתוך דרכי האוויר של המונשם. פעולה זו מחייבת את המנשים לנשום מהר ועמוק ועל-ידי כך יש לו עודף אוויר להנשמה, ש"לא נוצל" על-ידיו. זיהוי רמת החימצון בדם באמצעות בליעה ספקטראלית מדוע למדוד את רמת החימצון בדם? רמת החימצון בדם מבטאת למעשה את קשירת החמצן על ידי מולקולות ההמוגלובין בתאי הדם האדומים. הדם מוביל כ- 600 ליטר חמצן ביום מן הרקמות לריאות. מאחר ומסיסותו של החמצן במים הינה נמוכה מאד, רוב החמצן מובל בדם באמצעות מולקולות ההמוגלובין )פי 65 בהשוואה לחמצן המומס בפלסמת הדם!(. תפקידו העיקרי של ההמוגלובין הוא ביצירת קשרים רופפים בלתי יציבים והפיכים עם החמצן שנקשר בריאות ולהעבירו באמצעות זרם הדם אל כל תאי הגוף. מהתאים נושא ההמוגלובין בחזרה אל הריאות חלק קטן מהפחמן הדו-חמצני )~15-20%( ואטומי מימן )אחראי לאיזון רמת החומציות ברקמות(. החמצן נקשר אל אטום הברזל של קבוצות ההם בהמוגלובין בעוד הפחמן הדו-חמצני נקשר לקצה האמיני כיון קרבמיד ואטומי המימן יוצרים אינטראקציות באתרי קישור אחרים בחלבון. בכל מולקולת המוגלובין יש ארבע שרשראות גלובין, שאל כל אחת מהן קשורה מולקולת הם. כל מולקולת הם קושרת אליה מולקולת חמצן אחת, כך שכל מולקולת המוגלובין יכולה לקשור אליה 4 מולקולות חמצן. עמוד 103

104 ההמוגלובין קושר ומשחרר חמצן בסביבות שונות כפונקציה של תנאים )חומציות, ריכוזים וכדומה(. בנימי הריאות נקשר החמצן להמוגלובין אך מאחר והדרישה לחמצן בשרירים וברקמות האחרות היא גבוהה, יש צורך שלהמוגלובין תהיה יכולת שחרור גבוהה ובמקביל יכולת קישור גבוהה לפסולת הגזית של הנשימה התאית. בהגיעו שוב לריאות התנאים משתנים וכן גם העדיפות בקישור: שחרור פחמן דו-חמצני וקישור חמצן. להמוגלובין שני מצבים יסודיים: המוגלובין )Hb( ואוקסיהמוגלובין ) 4 2,Hb(O והמעבר בין שני מצבים אלה הוא הפיך ומתרחש הן בריאות והן ברקמות הגוף האחרות )בכיוונים הפוכים, כמובן(. באיור 21 מתוארים באופן סכמטי שני מצבי ההמוגלובין: המוגלובין ואוקסיהמוגלובין. יש מצבים, כגון אצל אנשים עם תיפקוד ריאות לקוי, שבהם רמת החימצון של ההמוגלובין אינה גבוהה מספיק כדי לספק את דרישות הרקמות, ובגוף נוצר מחסור בחמצן. מחסור בחמצן בגוף עלול לפגוע בתיפקודו של הגוף, החל מחולשת שרירים, תחושת עייפות וסחרחורות, ועד לבעיות בתיפקודן של מערכות גוף פנימיות שונות. המידע על רמת החימצון של ההמוגלובין בדם הינו חיוני לאבחון בעיות נשימה ותיפקוד הגוף, עשוי לסייע לבחירת טיפול מתאים לחולה ולעקוב אחרי השפעת הטיפול ואחרי תיפקודו היומיומי. זיהוי רמת החימצון בדם עשוי לסייע לחולה לאבחן את מצבו, לקבל את הטיפול המתאים ולהימנע מיצירת נזקים לרקמות ולאיברים בגוף. המידע על רמת חימצון הדם עשוי להיות קריטי לא רק לגבי חולים, אלא גם לגבי אנשים בריאים הנקלעים לתנאים של מחסור בחמצן כגון בטיפוס להרים גבוהים, בטיסה ועוד. אבחון של רמת חימצון הדם עשוי להיות חיוני גם להצלת אנשים הנקלעים למצבים של מחסור בחמצן במקומות סגורים, עקב שריפה ועוד. בעבר, זיהוי רמת החימצון בדם חייב בדיקות פולשניות איטיות, יחסית, שבמהלכן נלקחו מהחולה דגימות דם, ולדגימות דם אלה נערכו בדיקות לזיהוי רמת החימצון שלהן. כיום, באמצעות מכשור חדיש המתבסס על העיקרון של בליעה ספקטראלית, מתקבל המידע על רמת החימצון בדם בבדיקה עמוד 104

105 לא פולשנית, מהירה ומדויקת, באמצעות מכשור זמין וזול יחסית, המוחזק ומתופעל אף על ידי החולה עצמו. מהי בליעה ספקטראלית? )הרחבה( בליעה ספקטראלית הינה מדד של בליעת קרינה נראית על ידי מוצקים, נוזלים או גזים, בהתאם לבליעת הקרינה באורכי גל שונים, כלומר לבליעת הקרינה באזורים השונים של ספקטרום הקרינה )בדרך כלל קרינה נראית או תת-אדומה(. דוגמאות לבליעה ספקטראלית של מולקולות ביולוגיות חשובות: מולקולת ההמוגלובין הינה בעלת צבע אדום, מאחר והיא בולעת את רוב אורכי הגל, ומחזירה את אורכי הגל האדומים, הנקלטים על ידי העין. לעומתה, מולקולת הכלורופיל בצמחים מחזירה בעיקר אורכי גל בתחום הירוק, ועל כן צבעה ירוק. בעזרת מכשור מתאים ניתן לזהות את אורכי הגל הנבלעים או המוחזרים מחומרים שונים, ולקבל מידע על הבליעה הספקטראלית של חומרים אלה. השימוש בעיקרון של בליעה ספקטראלית לזיהוי רמת החימצון בדם המכשיר הבודק את רמת הרוויה של החמצן בדם נקרא אוקסימטר,)Oximeter( ופעולתו מתבססת על עיקרון הבליעה הספקטראלית השונה של ההמוגלובין בשני מצביו היסודיים: המוגלובין )Hb( ואוקסיהמוגלובין ) 4 2.Hb(O נמצא כי להמוגלובין ואוקסיהמוגלובין יש בליעה שונה של אורכי גל שונים, כפי שניתן לראות באיור שלהלן: להמוגלובין בליעה רבה יותר באורך גל אדום, בהשוואה לאוקסיהמוגלובין, ואכן צבעו של האוקסיהמוגלובין הוא אדום בהיר, בהשוואה לצבעו הכהה של ההמוגלובין. בתחום של תת-אדום )אינפרא אדום( המצב מתהפך, והבליעה של האוקסיהמוגלובין רבה יותר. איור - 22 מתאר את הבליעה של ההמוגלובין והאוקסיהמוגלובין באורכי גל שונים באור הנראה )אדום( ובאורכי גל תת-אדומים. שימו לב כי באורכי הגל האדומים הבליעה של האוקסיהמוגלובין הינה נמוכה במיוחד, תופעה הבאה לידי ביטוי בצבעו האדום בהיר של הדם המחומצן, בהשוואה לצבעו הכהה יותר של הדם הרווי בפד"ח. מתוך האתר: oximeter.holisticphysio.com/indexe.html מכשיר אוקסימטר מבוסס על בליעה בקרניים תת-אדומות המשוגרות ממקור אור אל הדם, ונקלטות על ידי חיישן. האותות הנקלטים בחיישן מועברים למעבד המחשב את אחוז בליעת הקרינה על ידי הדם, ובהתאם לאחוז הבליעה מספק מידע על אחוזי הרוויה של ההמוגלובין בדם. עמוד 105

106 מכשירי אוקסימטר בנויים כאצבעון המולבש על קצה האצבע של הנבדק, בדומה מאד למכשיר מד הדופק. למעשה, מכשירי האוקסימטר האלה יכולים לספק מידע גם על הדופק, ועל כן הם קרויים פאלס-אוקסימטר.)Puls-oximeter( מקור אור באצבעון המולבש על קצה האצבע )ראו איור 22( משגר קרניים העוברות דרך האצבע ונקלטות בחיישן אור בצידו השני של האצבעון. הפאלס אוקסימטר כולל מקור אור פולט 2 קרני אור בתדירות שונה. קרן אור אחת באורך גל הקרוב לתת אדום ]אינפרה רד[ ב- 940 ננומטר וכמו כן פולט קרן אור באורך גל של 660 ננומטר. קרני האור חודרות דרך הרקמה החיה ]אצבע[ אשר בה זורם דם עורקי ומנצלים את יכולת הספיגה של האוקסיהמוגלובין, וחלקן שאינו נבלע, נקלט על ידי החיישן ומעובד לאותות המועברים למעבד שבמכשיר. האותות הנקלטים על ידי החיישן מבטאים, כאמור, את היחסים בין בליעת האור על ידי מולקולות ההמוגלובין בדם, בהתאם לחלקן היחסי של אלה הרוויות חמצן ואלה שאינן קשורות לחמצן. האותות מועברים למכשיר המנתח ומעבד אותם ומציג על הצג ישירות את אחוז הרוויה של החמצן, כלומר את כמות החמצן אשר נישאת ע"י הדם העורקי ]אוקסיהמוגלובין[ כאחוז מהכמות המקסימאלית שהדם יכול לשאת. כמו כן הוא מדווח, כאמור, על קצב פעילות הלב. איור 23 מבנה סכמטי וצילום הפאלס-אוקסימטר. יתרונות בחיי היומיום לשימוש בבליעה הספקטרלית לזיהוי רמת החימצון בדם מאז שנות ה- 80, הפאלס אוקסימטר הפך לשיטה השנייה בחשיבותה למדידת רווית החמצן בדם, לאחר שיטות דגימות הדם המתבצעות בבתי חולים. כיום מד רווית החמצן הוא מכשיר קטן, לא פולשני, זול יחסית, נוח לתפעול, אמין ומדויק. מד החמצן והדופק האצבעי הנו מכשיר קטן ונוח לנשיאה המאפשר לאנשים שיש להם תיפקוד ריאות לקוי, כגון משתמשי חמצן )אנשים הנזקקים לתוספת חמצן לנשימתם( לבצע בדיקה יום יום לאחר פעולות כמו רחצה והתלבשות, פעולות אשר הינן שגרתיות לאנשים בריאים אך עבור חלק ממשתמשי החמצן פעולות אלו עלולות לגרום לקצב לב גבוה וקריאת רמת רוויה נמוכה. לחולים רבים המידע על רווית החמצן בדם הינו חיוני לתיפקודם היומיומי, כיוון שרבים מהם מושפעים מאד ממזג האוויר, הלחץ האטמוספרי, אבקת פרחים ואלרגנים אחרים העלולים לגרום לשינויים ברמת ריוויון החמצן בדם. נוסיף לזה את הזיהומים הריאתיים אשר עלולים לפקוד, בעיקר בתקופת עמוד 106

107 החורף או החמרה ביכולת הנשימתית כתוצאה מזיהום אווירי אשר גובר בימים מסוימים במהלך השנה. חשוב ומומלץ לדעת לזהות שינויים אלו באופן מיידי, ומכשיר הפאלס-אוקסימטר מאפשר זאת. באם מתקבלות באמצעות המכשיר תוצאות המעידות על ירידה בערכי הרוויה, על הנבדקים להתייעץ עם גורם רפואי ולנקוט בפעולה המתבקשת. כמו כן עשוי מד הרוויה להקל על הסובלים מבעיות נשימה את הניידות, כלומר את היציאה מהבית, כולל טיסות לחו"ל, ומאפשר להם לבחון בכל רגע את מצבם, לטפל בו בעצמם, או לפנות לעזרה רפואית בשעת הצורך. שאלות 31. הסבירו את האיור של "חזה אוויר" )איור 17(, ואיזה טיפול מיידי יש לתת לפצוע שמתרחש בו מצב זה? 31. מדוע נקב בקרום האדר משפיע על תיפקוד הריאות? 32. שרטטו תרשים זרימה של עקרון פעולת הטכומטר, כאשר הנבדק נושף אוויר לתוכו ועל צג המכשיר מוצג נפח הזרימה ביחידות של ליטר לשנייה. 33. הסבירו, באופן עקרוני, באילו מרכיבים מתמטיים יש להתחשב בזמן תכנות הפנאומוטכומטר כדי שניתן יהיה להציג, בנוסף לנתוני זרימת האוויר בפה, גם את נפח הריאות של הנבדק, ומהי חשיבותו של נתון זה לגבי מצבו הבריאותי של הנבדק? 34. הסבירו את ההבדל העקרוני במנגנון איוורור הריאות בין שתי הדרכים של הנשמה מלאכותית )חיקוי פעולת שרירי הנשימה והכנסה מאולצת של אוויר(. בהסברכם השתמשו במושג "הפרש לחצים". 35. הסבירו מדוע אישה שיש לה לק אדום על ציפורניה לא תוכל להיבדק במכשיר האוקסימטר? 36. חפשו מידע במקורות מידע ברשת על הרכבה של סיגריה רגילה והסבירו מדוע עישון סיגריות פוגע בצורה קשה במערכת הנשימה. 37. אנשים החולים באסטמה מחויבים לנוע עם משאף, בכל זמן, המכיל תרופה. א. איזה סוג תרופה יכול להיות בתוך המשאף? ב. מה לדעתכם פועל מהר יותר, המשאף או כדורים )כאשר הם פועלים על אותה מטרה(? הסבירו את תשובתכם. 38. מדוע חשוב שחולי אסטמה יהיו מצוידים במשאף כל הזמן? ו. פעילויות לנושא מערכת הנשימה פעילות מדידת דופק, לחץ דם ונשימה במנוחה ובמאמץ באתר המגמה. עמוד 107

108 פרק 4 א. מבוא מערכת העצבים ותפקידיה מערכת העצבים בגוף האדם - מבחן נהיגה! אתם נכנסים למכונית לקראת תחילתו של מבחן הנהיגה. מימינכם יושב הבוחן ורושם משהו בפנקסו. הבוחן מבקש מכם להתניע את המכונית ולהתחיל לנהוג. ההתרגשות גדולה, כל חושיכם מחודדים. עיניכם קולטות את הנעשה על הכביש עמוד 108 מכוניות הנוסעות לפניכם ומאחוריכם, אנשים העומדים בקצה המדרכה ומבקשים לחצות במעבר החצייה, תמרורים ורמזורים על דוושת הבלם ועוצרים המחליפים צבעים. אתם לוחצים בהדרגה בזהירות לפני מעבר החצייה ומאפשרים להם לעבור. לאחר מכן אתם ממשיכים בנסיעה, עוברים ברמזור ירוק, ופונים ימינה לפי הנחייתו של הבוחן. כל חושיכם האוחזות בהגה ומהרגל מחודדים, המוח מקבל את המידע הרב הזורם אליו מהעיניים, מהאוזניים מהידיים הלוחצת לסירוגין על דוושת הדלק ועל דוושת הבלם. כעבור כמה דקות נוספות התבקשתם לחנות בהילוך אחורי, וביצעתם גם את המטלה הזאת בהצלחה. מערכת העצבים שלכם אחראית לכל תהליכי החישה, לכל הזיכרונות, וכמעט לכל הפעולות שבזכותן עברתם בהצלחה את מבחן הנהיגה. היא האחראית למידע שזרם במהירות, ובכיוונים המתאימים, בין התאים הנקראים תאי עצב )נוירונים(. תאים אלה, בפעולתם המשותפת, מנטרים את התנאים השוררים בגוף ובסביבתו הקרובה, ומורים לגוף על תנועות שיועילו לגוף כולו. תאי העצב הם קווי התקשורת של המוח, מוח השדרה והעצבים. בגוף מתקבל מידע באמצעות גירוי מפנים הגוף ומהסביבה החיצונית, המידע מעובד והגוף מגיב אליו באופן הולם. תהליכים אלה מתבצעים באמצעות מערכת העצבים בגוף, אשר מהווה את כלי החישה המקשר את היצור אל סביבתו החיצונית והפנימית, באמצעותה מעובד המידע ובאמצעותה מתאפשרת גם התגובה למידע זה. מערכת העצבים מסוגלת גם לאגור חלק מהמידע, ולזהות אותו מאוחר יותר. איזה מידע נקלט על ידי מערכת העצבים? המידע הפנימי מהגוף כולל, לדוגמא, מידע על לחץ הדם, על רמת הפחמן הדו-חמצני בדם, על טמפרטורת הגוף, תחושת שיווי המשקל, על תנועת שרירים ומפרקים ועוד. המידע שמגיע לגוף מהסביבה כולל גירויים של אור, קול, גירויים של מגע )לחץ(, חום וקור וגירויים כימיים של ריח וטעם ועוד..1 איזו תועלת מפיק הגוף מהמידע הרב והמורכב שקולטת ומעבדת מערכת העצבים? שמירה על סביבה פנימית יציבה בגוף הנמצא בסביבה חיצונית משתנה כולל חילוף חומרים.2.3 תקין. שמירה על שלמות הגוף )הגנה על הגוף(. הגנה על מרחב המחייה שמירה על מקורות המזון.

109 רבייה מציאת בן-זוג, לתהליכי ההזדווגות ולטיפול בצאצאים. תקשורת בין פרטים באוכלוסייה. באדם ליצירת התרבות האנושית )כלל מרכיבי הציוויליזציה( כיצד מגיב הגוף, באמצעות מערכת העצבים, למידע הנקלט בה? מערכת העצבים מתרגמת את המידע המתקבל לפעילות גופנית או פיזיולוגית מתאימה )באמצעות מערכת הנשימה, מערכת הדם, מערכת העיכול, מערכת הפרשה פנימית ומנגנוני ויסות הטמפרטורה ועוד(, בין אם באופן מכוון ומודע ובין אם באורח אוטומטי. במערכת העצבים קיימת חלוקת תפקידים: היכולת לפרש את הדחפים קיימת הודות למוח ולחוט השדרה. היכולת להגיב על קבלת המידע מתבטאת בהפעלת שרירים או בלוטות. המוח, המהווה חלק ממערכת העצבים, נחשב למבנה המורכב ביותר הקיים. מבנה המוח ותיפקודו מהווים את אחד הנושאים המובילים במחקר המדעי מתחילת המאה העשרים ואחת, ויש המשערים כי לעולם לא נבין עד תום את דרכי תיפקודו, המאפשרים לנו לא רק לתפקד כיצורים חיים, אלא לבצע תיפקודים שכליים כמו מיון, חקר, ניתוח והבנה של העולם הסובב אותנו, וכמו הזיכרון, הדיבור, הכתיבה, המצאות טכנולוגיות ועוד. יחד עם זאת, כדי להבין את הבסיס הביולוגי של תיפקודי המוח, יש להכיר תחילה את המבנה והתיפקוד של תאי העצב, התאים המרכיבים את מערכת העצבים, אשר המוח הוא חלק ממנה. שאלות תנו שתי דוגמאות לגירויים פנימיים שהמוח מקבל ממערות גוף אחרות, ושתי דוגמאות של 1. גירויים שהמוח מקבל מהסביבה החיצונית. )השתדלו לתת דוגמאות שלא צוינו בטקסט.( מערכת העצבים מבצעת שלוש פעולות שונות: קליטה של מידע, עיבוד של המידע ותגובה. מה 2. יקרה אם אחת מהפעולות הבאות לא תוכל להתבצע בצורה נכונה? הסבירו והביאו דוגמה. שונה המוח האנושי מהמוח של הפרימטים האדם שייך לסדרת הפרימטים )קופאים(. במה 3. האחרים? ב. מבנה מערכת העצבים ב. 1. מבנה כללי של מערכת העצבים תא עצב, או אף עצב שלם, אינו פועל כשלעצמו, אלא כחלק ממערכת הכוללת עצבים רבים ושונים המתפקדים יחד ובאופן מתואם לעתים בכיוון אחד, כמו במהלך בריחה מסכנה, ולעתים בכיוונים שרירים מסוימים התכווצותם של מנוגדים, כגון במהלך הרמת יד, למשל, פעולה הדורשת את והרפייתם של שרירים אחרים. עמוד 109

110 האדם נמנה על החולייתנים, כמו בחולייתנים האחרים בעלי מערכת עצבים מפותחת ומורכבת, נהוג לחלק את מערכת העצבים שלו, הן מהבחינה התיפקודית, והן מהבחינה המבנית, לשני חלקים עיקריים: מערכת העצבים המרכזית ומערכת העצבים ההיקפית. מערכת העצבים המרכזית )ראו איור 1( מורכבת מהמוח וממוח השדרה, ומוגנת על ידי הגולגולת ועמוד השדרה, ומערכת העצבים ההיקפית, מורכבת מסיבי תאי העצב התחושתיים והתנועתיים, מקשרת בין איברי תחושה )חיישים( לאיברי תגובה )שרירים ובלוטות( המצויים מחוץ למערכת העצבים המרכזית. מערכת העצבים ההיקפית כוללת, למעשה, שתי מערכות: מערכת העצבים הסומטית, ומערכת העצבים האוטונומית, המתחלקת כשלעצמה לשתי תת-מערכות : המערכת הסימפתטית והמערכת הפאראסימפתטית. )ראו תרשים בעמוד הבא(. מערכת העצבים המרכזית מוחות הגולגולת מוח השדרה מערכת העצבים ההיקפית איור - 1 מערכת העצבים באדם, הכוללת את מערכת העצבים המרכזית ואת מערכת העצבים ההיקפית. מתוך:... commons.wikimedia.org/wiki/image:nervous_syst עמוד 110

111 לפניכם מפת מושגים המתארת את מערכת העצבים: מרכיביה והיחסים ביניהם. תרשים מס' - 1 מבנה תיפקודי של מערכת העצבים ב. 2. מערכת העצבים המרכזית מערכת העצבים המרכזית, מורכבת ממוחות הגולגולת, או בקיצור המוח,)Brain( וממוח השדרה. המוח, על חלקיו השונים מהווה את מרכז העיבוד והבקרה המורכב ביותר במערכת העצבים, כולל בקרה על מנגנוני החיים הבסיסיים )כגון נשימה, שמירת טמפרטורה ועוד(, וכן התיפקודים הגבוהים של תפיסת הסביבה, למידה וזיכרון. מוח השדרה Cord(,)Spinal נמצא בעמוד השדרה, דרכו עוברים עצבים תחושתיים ותנועתיים היוצרים תגובות רפלקס, שאינן מערבות בשלב פעולתן את המוח, וכן עצבים )מסילות עצביות( המוליכות אותות אל המוח וממנו, ומקשרים את המוח לגפיים ולחלקי גוף אחרים. במוח ובמוח השדרה נמצאים בעיקר תאי עצב מקשרים, המוליכים מידע מתאי עצב תחושתיים לתאי עצב תנועתיים, או בינם לבין עצמם. המוח הוא המרכז העיקרי של מערכת העצבים, ובו נעשה העיבוד המורכב ביותר של מידע המוח קולט, מעבד ומסכם את הקלט החישתי, ושולח הוראות לתגובות מתאימות לשרירים ולבלוטות. במוח נמצאים מרכזים שבהם מעובד מידע מסוגים שונים: ראייה, שמיעה, תחושה וכו'. מרכזים אחרים אחראים לתיאום פעולות בין מערכות הגוף השונות, ולוויסות, כגון קצב הלב, קצב הנשימה, הפרשת הורמונים. בנוסף קיימים מרכזי הפעלה שבאמצעותם מופעלות מערכות בגוף, כגון מערכת שרירי השלד. במוח נמצאים גם מרכזים האחראים על הלמידה, הזיכרון, הרגשות, התיפקוד המיני ועוד. ב. 3. מערכת העצבים ההיקפית מערכת העצבים ההיקפית System( )Peripheral Nervous מערכת העצבים המקשרת בין המוח ומוח השדרה לבין איברי הגוף. באמצעות העצבים התחושתיים של מערכת זו מתקבל במוחות מידע עמוד 111

112 מאיברי תחושה )חיישנים( ובאמצעות העצבים התנועתיים מועברים אותות לאיברי תגובה )שרירים ובלוטות(. המידע הנקלט במערכת העצבים ההיקפית, מקורו בגירויים חיצוניים ופנימיים מגוונים, כגון גירויים כימיים של ריח, טעם, רמת חמצן ופחמן דו-חמצני בדם, חומציות, גירויים מכניים כגון מגע, מתח ולחץ )גם מהשרירים ומאיברים פנימיים(, גירויי קול, גירויים של גלי אור וגירויים של כאב. כל הגירויים השונים נקלטים בתאי הקולטנים )תאי חוש( ומומרים לדחפים עצביים המועברים באמצעות אקסונים למערכת העצבים המרכזית. במערכת העצבים ההיקפית נכללים גם גנגליונים,)Ganglions( קבוצות של תאי עצב הממוקמות מחוץ למוח ולמוח השדרה. מערכת העצבים של חסרי חוליות רבים מורכבת בעיקר מגנגליונים הקשורים ביניהם על ידי סיבי עצבים. באדם, כמו אצל חולייתנים אחרים, מצויים הגנגליונים במערכת העצבים ההיקפית. תאי העצב התנועתיים מתחלקים לשתי תת-מערכות: 1. מערכת העצבים הסומטית) System )Somatic Nervous הכוללת את העצבים המקשרים בין מערכת העצבים המרכזית לבין שרירי השלד. הפעלת שרירי השלד היא רצונית, ובכך מתאפשרים, למשל, בחירת סוג התנועה, כיוונה ומהירותה, וכן דיבור. 2. מערכת העצבים האוטונומית) System )Autonomic Nervous - החלק ממערכת העצבים ההיקפית המעצבב את איברי הגוף הפנימיים שתיפקודם אוטונומי, כלומר מופעלים באמצעות בקרה של רפלקסים ולא באמצעות בקרה רצונית. במערכת זו נכללים כל העצבים )התחושתיים והתנועתיים( המקשרים בין מערכת העצבים המרכזית לבין השרירים החלקים, שריר הלב והבלוטות. מערכת העצבים האוטונומית מתחלקת לשתי חטיבות עיקריות מבחינה תיפקודית: המערכת הסימפתטית והמערכת הפאראסימפתטית, שפעילותן מנוגדת: א( החטיבה הסימפתטית) Sympathetic ( - החטיבה המכינה את הגוף לקראת מצבי פעילות נמרצת, כגון מצבי חירום, של לחץ ואיום פתאומי, הדורשים תגובה של "הילחם או ברח" שמטרתה התמודדות עם מצב החירום. במצב כזה ישנו ניתוב של אנרגיה לשרירי השלד כדי שיהיה להם מספיק כוח להגיב בצורה פתאומית ומהירה. פעילויות עיכול מופסקות וכן פעילויות של עצירת שתן. בזמן פעילות המערכת הסימפתטית ישנם שינויים בזרימת הדם ומופרש ההורמון אדרנלין הגורם להאצת פעילות הלב, הזרמת דם למוח, לשרירי השלד ועוד. ב( החטיבה הפאראסימפתטית) Parasympathetic ( החטיבה האחראית על "האחזקה" השוטפת, השגרה, של פעולות בלתי רצוניות בגוף, כאשר הגוף אינו נתון במאמץ מיוחד, פעילויות כגון עיכול, הפרשה, הגדלת מאגרי אנרגיה, התחדשות של תאים, הפרשת הורמונים וגדילה. הפעלתה של החטיבה הפאראסימפתטית גורמת להזרמה מוגברת של עמוד 112

113 דם לאיברים אותם היא מפעילה, כגון מערכות העיכול וההפרשה, ושומרת על הסביבה הפנימית של הגוף. פועלת באמצעות הנוירוטרנסמיטור אצטילכולין. ראינו ששתי החטיבות של המערכת האוטונומית הסימפתטית והפרסימפתטית, נפרדות זו מזו מבחינה אנטומית )כלומר, מבחינת העצבים הפועלים בהן(, ונבדלות בסוגי הנוירוטרנסמיטרים המופרשים מתאי העצב שלהן ובאופי תיפקודן, וניתן לומר שהן משלימות זו את זו, ובמקרים רבים פעולתן אנטגוניסטית )מנוגדת(. ב. 4. מבנה תא עצב )נוירון( היחידה הבסיסית הפועלת במערכת העצבים היא תא העצב, הנקראת גם נוירון.)Neuron( תא העצב מעביר גירויים עצביים מתא אחד לתא אחר, ובכך הוא מקשר בין תאי עצבים אחרים )במוח למשל(, או בין תא עצב לתא עצב, בין תאי חוש לתאי עצב, או בין תאי עצב לבין שרירים או בלוטות. בזכות תאי העצב אנו מסוגלים לחוש את הסביבה, להגיב אליה במהירות וביעילות, לזכור, ללמוד, להרגיש ולחשוב. תאי-העצב הם התאים הפעילים הזקנים ביותר בגוף. בעוד תאים אחרים מתים ומתחדשים, לתאי-העצב שבמוח אין ככל הנראה תחליף. בניגוד לרוב התאים בגוף, תאי עצב לא מתחדשים. כלומר, אדם נולד עם מספר תאי העצב שיהיו לו כל החיים, ולכן, תאי-העצב במוחו של אדם זקן, הם אותם תאי עצב שעימם נולד!! יתר על כן, מדי יום מתים כמה מאות תאי עצב, וככל שמתבגרים גדל קצב התמותה. לתאי העצב צורות רבות, ואופני התנהגות שונים, אך קיימות כמה תכונות המאפיינות כמעט את כל תאי העצב. תאי העצב הם קודם-כל תאים, ככל שאר התאים בגוף )ראה איור 2(. כל תא עצב עטוף בקרום תא המפריד בינו לבין סביבתו. תא העצב מכיל ציטופלסמה, מיטוכונדריה, ושאר גופיפים תאיים, כולל כמובן, גרעין תא העצב, המכיל בתוכו את המידע הגנטי. מגוף תא העצב יוצאים סיבים מיוחדים משני סוגים: 1. שלוחות הנקראות דנדריטים,)Dendrite( הקולטות גירויים הנשלחים מתא אחר )"תא משדר"(, המופרד ממנו באמצעות מרווח זעיר הנקרא סינפסה, 2. אקסון, שהוא שלוחה המעבירה את הגירויים מתא העצב לתא אחר )"התא הקולט"(, אשר גם הוא מופרד ממנו באמצעות מרווח הסינפסה. בחלק מתאי העצב )כמו זה המיוצג באיור 2( האקסון עטוף במעטפת מיאלין, המקוטעת על ידי קשרי רנווייה )על מעטפת המיאלין נרחיב בהמשך(. איור - 2 מבנה תא העצב -היחידה הבסיסית של מערכת העצבים עמוד 113

114 באיור הסכמטי של תא העצב )איור 2( ניתן להבחין בשלושה חלקים עיקריים: גוף התא )Soma( הוא יחידת עיבוד הנתונים המרכזית של תא העצב, ובמרכזו גרעין התא המכיל את המידע הגנטי של התא. גוף התא אחראי על חילוף החומרים וגדילת התא, וכמו כל תא בגוף הוא מכיל גם אברונים נוספים האחראיים לתיפקודו השוטף. גוף התא הכרחי לקיומו ולגידולו של התא, ואם נפגע גוף תא עצב הוא אינו משתקם, בניגוד למצב בו נפגעת שלוחה של התא אקסון או דנדריט. הדנדריטים )Dendrite( הם יחידת הקלט של תא העצב, והם נראים כמעין עץ הבנוי ממספר שלוחות המתפצלות מגוף התא. הדנדריטים קולטים את הגירוי החשמלי ומעבירים אותו לגוף התא, וממנו לאחר עיבוד הם עוברים לאקסון. האקסון ) Axon (הוא שלוחה יחידה וארוכה של תא העצב, שאורכה נע החל ממיקרונים בודדים )מיקרון=אלפית המ"מ( ועד לאורך מטר אחד )בצוואר הג'ירפה עוברים אקסונים באורך מספר מטרים!(, ולכן הם נחשבים לתאים הארוכים ביותר בגוף. האקסון מתפקד כ"יחידת הפלט" של תא העצב, החלק המוסר את המידע, ותפקידו להעביר את הדחף העצבי מתא העצב לדנדריט של תא עצב שכן, או לתא שריר או לתא בלוטה. לקראת קצהו, מתפצל האקסון לשלוחות המתחברות לתאי העצב האחרים. בקצות כל שלוחה ישנה התרחבות )"כפתור"( המתפקדת בהעברת המידע מתא לתא באמצעות הסינפסה. האקסון עטוף במעטפת העשויה מחומר שומני לבן ומבריק הנקרא מיילין. תפקידו של המיילין הוא לבודד את האקסון )בדומה לאופן בו מבודדים חוט חשמל(, למנוע קצרים בין תאי עצב שכנים, אך גם להגביר את מהירות ההולכה של הדחף העצבי. כפי שניתן לראות באיור 12 )עמ' 126(, מעטפת המיילין, העשויה מתאי שוואן המלופפים סביב האקסון, אינה רצופה אלא בנויה מקטעים שאורכם מילימטר אחד או מילימטרים אחדים, וביניהם מרווחים. המרווחים נקראים קשרי רנווייה, ועל תפקידם כמגבירי מהירות ההולכה נפרט בהמשך. יש לציין כי בתאי עצב בהם האקסון דק במיוחד )פחות ממיקרון(, וכן באלה הבאים במגע עם שריר או בלוטה, אין שכבת מיילין. בנוסף לתאי העצב קיימים במערכת העצבים תאים נוספים, אשר אינם מעבירים דחפים עצביים, והנקראים תאי נוירוגלייה cell(.)neuroglia תאים אלה מספקים לתאי העצב תמיכה מבנית ומטבולית, ותופסים כמחצית מנפחה של מערכת העצבים. מה, אם כן, המיוחד בתאי-העצב, המבדיל אותם מתאי הגוף האחרים? תאי העצב מסוגלים לקלוט ולהעביר מידע לתאי עצב אחרים, ולתאי שריר ובלוטות באמצעות תהליכים אלקטרו-כימיים )עליהם נפרט בהמשך(, ולשם-כך יש להם מבנה ותכונות ייחודיים. באיור 3 מתוארים תא עצב המקשר בין שני תאים )תא משדר ותא קולט( והסינפסות שלו, המרווחים בינו לבין התאים האחרים, בהם מועברים הדחפים העצביים באמצעות מתווכים עצביים )נוירוטרנסמיטרים (. עמוד 114

115 איור - 3 תיאור סכמטי של תא עצב, וכן תרשים זרימה של מעבר הדחף העצבי מהתא המשדר אליו, דרך תא העצב )הנוירון(, אל התא אליו הוא מעביר את הדחף העצבי, התא הקולט. יש להבחין בין המושג תא עצב )Neuron( לבין המושג עצב.)Nerve( תא העצב הוא, כאמור, היחידה הבסיסית המעבירה מידע במערכת העצבים. יחד עם זאת, תאי העצב במערכת העצבים ההיקפית, וכן חלק מתאי העצב במערכת המרכזית )במוח ובמוח השדרה(, מאורגנים בצרורות. כל צרור נקרא עצב. כל אחד מהאקסונים הנכללים בעצב)ראו איור 4( נתון בעטיפה של רקמת חיבור הנקראת נוירולמה,)Neurolemma( אשר נקראת גם מעטפת המיילין Sheath(.)Myelin מעטפת המיילין עוטפת כמעט כל אחד מהאקסונים שבמערכת העצבים )פרט לקטנים ביותר(. מעטפת המיילין מכסה את האקסון בשכבות מבודדות העשויות מחלבונים וליפידים )ראו איור 4(, והיא עשויה מתאי שוואן המלופפים סביב האקסון, ותפקידה לבודד אותו מסביבתו, בדומה לבידודם של חוטי חשמל דקים המרכיבים יחד כבל חשמלי עבה, וכמו כן יש לה תפקיד בהגברת מהירות ההולכה העצבית ובחסכון באנרגיה. באיור 4 ניתן גם לראות כי צרורות האקסונים כשלעצמם עטופים במעטפת נוספת של רקמת חיבור, וכך גם סיב העצב כולו, המורכב ממספר צרורות של אקסונים, מעטפות המגבירות את הבידוד של כל אקסון ואת ההגנה על הסיב עצמו. מעטפת הנוירולמה )המיילין( המורכבת מתאי שוואן. איור - 4 האקסונים שבעצב ארוזים בצרורות, וביניהם מפוזרים כלי דם המזינים אותם ומסלקים מהם פסולת. מתוך סטאר וטגארט, עמ' 699 עמוד 115

116 העצבים במערכת העצבים ההיקפית אחראים לתקשורת ארוכת הטווח בין המוח ומוח השדרה ובין שאר הגוף, והם מורכבים מאקסונים של תאי עצב תנועתיים, מאקסונים ומדנדריטים של תאי עצב תחושתיים, או מכל אלה גם יחד. מבנים דומים במוח ובמוח השדרה מכונים מסילות. ב. 5. סוגי תאי העצב לפי הצורה והתפקוד נהוג להבחין בין סוגים שונים של תאי עצב, וניתן לקשר בין הצורה של תא עצב לבין תיפקודו. הבחנה בין תאי העצב על פי צורתם לפי הצורה שבה יוצאים האקסונים והדנדריטים )כלומר על פי מספר השלוחות היוצאות מגוף תא העצב( מבחינים בין שלושה סוגים עיקריים של תאי עצב )ראו איור 5(: א. תא עצב רב-קוטבי ב. תא עצב דו-קוטבי ג. תא עצב חד-קוטבי איור - 5 סוגים שונים של תאי עצב, על פי מספר השלוחות היוצאות מגוף התא. מתוך קארלסון, עמ' 22 ו- 24. תא עצב רב-קוטבי Neuron( )Multipolar תא עצב בעל אקסון אחד, אשר לעתים )כפי שניתן לראות באיור( מתפצל בהמשכו למספר שלוחות, ודנדריטים מרובים היוצאים מגוף התא שלו )ראו איור 5 א(. זהו טיפוס תא העצב הנפוץ ביותר במערכת העצבים המרכזית, אך הוא נמצא גם במערכת העצבים ההיקפית )לדוגמא תאי עצב תנועתיים(. תא עצב דו-קוטבי Neuron( )Bipolar תא עצב בעל שתי שלוחות עצביות היוצאות משני קצוות נגדיים של גוף התא )ראו איור 5 ב(. תא עצב כזה הוא בדרך כלל תא עצב תחושתי, כלומר הדנדריט שלו מבחין באירועים החלים בסביבה ומעביר את הדחף לגוף התא, וממנו באמצעות האקסון, נשלח המידע למערכת העצבים המרכזית, כפי שמודגם באיור 17 המציג את קשת הרפלקס. תא עצב חד-קוטבי Neuron( )Unipolar תא עצב שמגוף התא שלו יוצא אקסון אחד בלבד )ראו איור 5 ג(. האקסון מתפצל - ענף אחד שלו מתפצל בהמשכו לדנדריטים הקולטים מידע חושי, והענף עמוד 116

117 השני שולח את המידע שנקלט מהסביבה למערכת העצבים המרכזית. תא עצב חד-קוטבי, בדומה לתא העצב הדו-קוטבי, מעביר מידע מהסביבה אל מערכת העצבים המרכזית. הדנדריטים של תאי עצב חד-קוטביים קולטים בדרך כלל גירויי מגע, שינויי טמפרטורה ואירועים תחושתיים אחרים החלים בעור או במפרקים, בשרירים ובאיברים הפנימיים שלנו. מבנה זה של תא העצב מאפשר זרימת מידע מהירה באקסון, מאחר שהמידע עובר בתא עצב כזה ישירות מהדנדריטים לאקסון, וגוף התא בעצם אינו מעורב בתהליך העברת הדחף העצבי עצמו. שאלות 4. הסבירו, תוך שימוש בדוגמאות מתאימות, את המשפט: "היכולת להגיב על קבלת המידע מתבטאת בהפעלת שרירים או בלוטות". 5. תא העצב, בנוסף לפעילותו בהעברת דחפים עצבים, מקיים גם תהליכים "רגילים" כמו תאי רקמות אחרות. אילו אברונים מאברוני התא חייבים להיות בכל תא עצב פעיל? 6. איזה חלק בתא עצב מיצג כל מספר באיור 6? איור - 6 תא עצב. כיצד מותאם תא העצב לתפקידו? במה דומה ובמה שונה תא העצב מתאים אחרים בגוף? מה ההבדל בין תא עצב לסיב עצב? השלימו את התפקיד של כל אחת מהחלקים השונים של מערכת העצבים: החלק במע' העצבים מערכת העצבים ההיקפית מערכת העצבים המרכזית מוח השדרה המע' האוטונומית המע' הסומטית המע' הסימפטטית המע' הפראסימפטטית התפקיד עמוד 117

118 ג. תיפקוד מערכת העצבים במערכת העצבים מועברים שני סוגים עיקריים של אותות )"דחפים עצביים"( לאורכו של כל תא עצב מועברים שינויים כימיים-חשמליים, ובין התאים, בסינפסות, מועברים אותות כימיים בלבד באמצעות מתווכים עצביים )נוירוטרנסמיטרים (. בתחילה נעסוק בהולכת הדחף העצבי לאורכו של תא העצב, ולאחר מכן בהולכתו בין תאים, בסינפסות. ג. 1. הולכת הדחף העצבי לאורכו של תא העצב)הרחבה( הדחף העצבי העובר לאורכו של תא העצב הוא למעשה גל נע של שינויים פיזיקאליים וכימיים, שינויים החלים עקב מעבר יונים משני צידי קרום תא העצב. כיוון הדחף העצבי בתא העצב הוא תמיד אחד - מהדנדריט אל גוף התא, ומשם לאורך האקסון עד קצהו, עד הסינפסה המקשרת את תא העצב לתא אחר )תא עצב אחר, תא שריר או תא בלוטה(. מהם השינויים הכימיים-חשמליים בקרום תא העצב וכיצד הם נוצרים? פוטנציאל המנוחה של הקרום - המתח החשמלי משני צידי קרום התא כדי להבין מהם השינויים הכימיים-חשמליים המהווים את הדחף העצבי, יש לדעת כי משני צידי קרום התא )בכל התאים, לא רק בתאי העצב!( נשמר פוטנציאל חשמלי, כלומר מתח חשמלי, הנוצר כתוצאה מהפרשים במטענים החשמליים בין שני הצדדים של הקרום, בין הציטופלסמה של התא לבין הסביבה החיצונית. את הפרשי המתח משני צידי קרום התא ניתן למדוד באמצעות מד מתח המציג את ההפרשים ביחידות של מיליוולט,)mV( כאשר מחדירים אלקטרודה זעירה אחת לציטופלסמה של התא ואלקטרודה זעירה אחרת לנוזל הבין-תאי )ראו איור 7(. איור - 7 מדידה של מתח הקרום במצב מנוחה באקסון של תא עצב מתוך בכר וברנהולץ, עמ' 92 באיור 7 ניתן לראות כי צידו הפנימי של קרום התא, כלומר פנים התא, טעון במטען חשמלי שלילי, ואילו צידו החיצוני של קרום התא טעון במטען חיובי, כך שקרום התא הינו מקוטב. מדידת הפרשי המטענים החשמליים היוצרים את המתח משני צידי הקרום מראה כי הפרש המתח הוא 70 מיליוולט, עמוד 118

119 כלומר המתח בצידו הפנימי של הקרום הוא 70- מיליוולט. המתח משני צידי קרום התא נקרא פוטנציאל המנוחה של הקרום Potential(.)Resting Membrane מה גורם ליצירת פוטנציאל המנוחה של הקרום? המתח החשמלי משני עברי קרום התא, נגרם כתוצאה מהפרשים בריכוזי היונים משני צידי הקרום. הפרשים אלה בריכוזי היונים הם תוצאה של איזון בין שני כוחות מנוגדים שפועלים על כל יון: א. האיזון החשמלי או - הלחץ האלקטרוסטטי - זהו הכוח המופעל על ידי המשיכה או הדחייה של יונים חיוביים או שליליים בין שני צידי הקרום, והוא מניע יונים ממקום למקום: יונים חיוביים )קטיונים( נמשכים ליונים שליליים )אניונים(, וכמו כן יונים חיוביים נדחים ממקום בו יש עודף יונים חיוביים, ויונים שליליים נדחים ממקום בו יש עודף של יונים שליליים. ב. דיפוזיה הנטייה להשוואת ריכוזי היון משני צידי הקרום. ביצירת מתח הקרום מעורבים סוגים רבים של יונים, ובאיור 8 מוצגים המטענים והריכוזים של מספר יונים חשובים, והכוחות הפועלים עליהם: יוני נתרן ( +,)Na יוני אשלגן ( + K(, יוני כלור ( - )Cl וכמו כן יונים אורגניים בעלי מטען שלילי, המסומנים ב) - A(. הגורם המניע הראשוני ליצירת ההפרשים בריכוזי היונים משני צידי הקרום הוא פעולת ההעברה הפעילה של המשאבות בקרום התא, תוך השקעת אנרגיה. הבדלי ריכוזים אלה נוצרים כתוצאה מפעולתן של המשאבות בקרום התא, המעבירות יונים כנגד מפלי הריכוזים שלהם. באמצעות המשאבות נשאבים אל תוך התא יוני אשלגן, ואילו יוני נתרן נדחפים החוצה. יש תאי עצב שריכוז יוני הנתרן בציטופלסמה שלהם נמוך פי 10 מריכוזם מחוץ לתא, וריכוז יוני האשלגן בתוך התא גבוה כמעט פי 30 מריכוזם מחוץ לתא! אחת ממשאבות היונים שבקרום התא הינה משאבת נתרן-אשלגן, והיא מעבירה את שני היונים נתרן ואשלגן, אך בכיוונים מנוגדים )כלומר, מחליפה ביניהם( - מוציאה שלושה יוני נתרן על כל שני יוני אשלגן שהיא מכניסה לתא, כפי שניתן לראות באיור 8. איור - 8 משאבת נתרן ואשלגן הנמצאת בקרום התא. מתוך קארלסון, עמ' 42 בנוסף יש לציין כי ההעברה הפעילה אינה הדרך היחידה בה יכולים היונים לעבור דרך קרום התא. יש יונים, כמו + K, העוברים )"דולפים"( דרך קרום התא באמצעות תעלות הנוצרות אף הן על ידי חלבוני העברה בקרום, אם כי המעבר דרך התעלות הוא איטי בהרבה מקצב פעולתן של המשאבות. עמוד 119

120 לעומתם, יונים אחרים, כגון היונים האורגניים השונים ( - A(, אינם יכולים לעבור כלל דרך הקרום, וריכוזם בתוך הציטופלסמה גבוה בהרבה מזה שמחוץ לתא. למשאבות תפקיד חיוני ביצירת פוטנציאל הקרום, והפסקת פעולתן תגרום תוך זמן קצר ליצירת שוויון ריכוזים של היונים משני צידי קרום התא, ועקב כך להיעלמות המתח החשמלי. ההפרשים בין ריכוזי היונים השונים משני צידי הקרום, גורמים, לכן, לפעולת שני הכוחות המנוגדים שציינו למעלה כוח הדיפוזיה - גורם לנטייתם של היונים לנוע על פי מפלי הריכוזים, ואילו הכוח האלקטרוסטטי גורם לדחייה של היונים זה מזה, או מגביר את המשיכה ביניהם, לעתים בניגוד למפל הריכוזים, כפי שניתן לראות באיור 9. לדוגמא - ריכוזם של יוני ה- + K גבוה יותר בתוך התא, ועל כן כוח הדיפוזיה דוחף לתנועה שלהם נטו אל מחוץ לתא, אך המטען החיובי של צידו החיצוני של קרום התא גורם לדחייה שלו מהצד החיצוני, וכך גם המשיכה שלו למטענים השליליים הרבים יותר שבתוך התא, וזאת בניגוד לכוח הדיפוזיה. עודף המטענים השליליים בתוך התא מונע המשך בריחת יוני האשלגן החיוביים החוצה )יוני ה- + K "נתקעים" בתוך התעלות עקב המשיכה החשמלית(. איור - 9 ריכוזים יחסיים של מספר יונים חשובים בתוך תא העצב ומחוצה לו, והכוחות הפועלים עליהם. מתוך קארלסון, עמ' 40 כפי שכבר ציינו, הכוחות המנוגדים הפועלים על כל יון נוצרים באמצעות משאבות, דרכן נעשית העברה פעילה של יונים בניגוד למפל הריכוזים שלהם, וכן מושפעים מהתעלות החלבוניות )Pores( בקרום, דרכן מתרחשת העברה סבילה של יונים מסוימים. נמצא כי החדירות של התעלות למעבר היונים)מידת הפתיחה והסגירה שלהן( יכולה להשתנות בהשפעת מפלי הריכוזים והמתח החשמלי. במצב של פוטנציאל מנוחה: התעלות פתוחות למעבר חופשי של יוני אשלגן ( + K( חיוביים, כלומר ליציאתם אל מחוץ לתא, בהתאם למפל הריכוזים שלהם, אך סגורות למעבר יוני נתרן ( + )Na או יוני כלור ( - )Cl מהסביבה החיצונית אל התא. מעניין לציין כי הנוזל המקיף את תאי גופנו דומה בהרכבו למי ים, שהם בעיקרם תמיסה של מלח בישול,.NaCl אבותיהם הקדמונים של התאים בגופנו חיו באוקיאנוס, ולכן מי הים היו הנוזל החוץ תאי שלהם. מכאן, שהנוזל החוץ תאי שלנו דומה למי ים, והוא מיוצר ומתוחזק בתהליכי ויסות תאיים. עמוד 120

121 ניתן להיעזר בידיעת היבט זה של הנוזל החוץ תאי, כדי לזכור אילו יונים נמצאים בריכוזים גבוהים מחוץ לתא, ואילו מהם בתוכו: יון הנתרן ( + )Na ויון הכלור ( - )Cl נמצאים בריכוזים גבוהים מחוץ לתא )כמו ריכוזם בים(, ויון האשלגן ( + K( נמצא בריכוז גבוה בתוך התא. ג. 2. פוטנציאל הפעולה - שינוי בחדירות הממברנה גורר שינויים במתח החשמלי )הרחבה( כפי שכבר צוין, במצב של פוטנציאל מנוחה, שני הכוחות הפועלים על היונים, כוח הדיפוזיה והלחץ האלקטרוסטטי, דוחפים את יוני הנתרן ( + )Na אל תוך התא, אך במצב זה קרום התא אינו חדיר ליונים אלה. לשינויים בתיפקוד התעלות יש השפעה על פוטנציאל המנוחה, כלומר על המתח משני צידי קרום התא. פתיחת התעלות )כגון התעלה המאפשרת מעבר סביל של יוני + )Na יכולה לגרום לזרימת היונים לפי מפל הריכוזים שלהם, ובכך לגרום תוך פרק זמן קצר מאד לביטול המתח החשמלי בין שני צידי הקרום, או אף להתהפכות כיוונו, כך שצד הקרום הפונה לציטופלסמה יהיה טעון חיובית! אכן, מתברר שפתיחת התעלות גורמת להתפרצות של יוני + Na מהסביבה החיצונית אל תוך הציטופלסמה של התא, ומיד לאחריה חלה גם פתיחה רגעית של תעלות ה- + K, המאפשרת ליונים אלה לזרום אל מחוץ לתא. זרימת היונים דרך התעלות בקרום התא היא מהירה מאד - בקרום תא העצב יש מיליוני תעלות אשר כל אחת מהן מסוגלת להעביר מיליונים של יוני + Na בשנייה! ההיפוך הפתאומי של הפרש המתחים היציב בין שני צידי קרום התא )כלומר, של פוטנציאל המנוחה של הקרום( בתאי עצב נקרא פוטנציאל פעולה Potential(,)Action ובמהלכו משתנה פוטנציאל הקרום מ-) 70 -( ל-) 40 +( מיליוולט )ראו איור 10(. מצב זה של התהפכות מתח הקרום נקרא דפולריזציה. מה גורם ליצירת פוטנציאל הפעולה? פוטנציאל הפעולה נגרם על ידי שינוי במתח קרום התא, כתוצאה מאות חשמלי, כלומר מגירוי הנקלט בתא העצב, שמקורו עשוי להיות תא חוש, לדוגמא. איור - 10 תנועת היונים במהלך פוטנציאל פעולה. המתח מייצג את הפרש הפוטנציאל בין פנים האקסון לבין הנוזל הבין-תאי הנמצא מחוץ האקסון. מתוך קארלסון, עמ' 43 עמוד 121

122 חשוב לשים לב כי לא כל שינוי במתח קרום התא גורם לפתיחת תעלות היונים ולהיווצרות פוטנציאל הפעולה. רק שינוי מערך מסוים ומעלה יגרום לכך, ומתח זה נקרא, לכן, מתח סף העירור, או בקיצור מתח הסף. שינויי מתח נמוכים ממתח הסף ידעכו מבלי שיגרמו להיווצרות פוטנציאל פעולה. השינויים המתרחשים בחדירות התעלות בקרום ליוני +,Na שינויים המעורבים בהיווצרות פוטנציאל הפעולה, מתוארים באיור 10, ובמקביל מתוארים באיור זה שלבים עיקריים בשינויים במתח החשמלי משני צידי קרום התא, שינויים הנגרמים על ידי מעברי היונים משני צידי הקרום. שלבי מהלך פוטנציאל הפעולה + Na + Na ויוני 1. עליה במתח הקרום עקב עירור הגבוה מסף הפעולה גורמת לפתיחת תעלות מתחילים להיכנס לתא. 2. בפיגור מסוים נפתחות תעלות + K ויוני + K מתחילים לצאת מהתא. 3. פוטנציאל הפעולה מגיע לשיאו )כעבור כאלפית השנייה!(, תעלות + Na נחסמות, ונפסקת כניסת יוני + Na לתא. 4. יוני + Kמתחילים לצאת מהתא וגורמים לירידת פוטנציאל הקרום. 5. כאשר פוטנציאל הפעולה חוזר לערכו של פוטנציאל המנוחה, תעלות האשלגן נסגרות, וזרימת האשלגן אל מחוץ לתא נעצרת. 6. ירידה זמנית של מתח הקרום מתחת לערך המנוחה )70- מיליוולט(, מפני שיוני ה- + K שיוצאים מהתא במהלך פוטנציאל הפעולה מצטברים בצידו החיצוני של הקרום, אך כעבור פרק זמן קצר הם מתפזרים ופוטנציאל הקרום חוזר לערך המנוחה. המצב הזמני בו חלה ירידת מתח הקרום מתחת לערך המנוחה, נקרא היפרפולריזציה )קיטוב יתר(. מה גורם להתפשטות של פוטנציאל הפעולה? לאחר שעמדנו על טיבו של פוטנציאל הפעולה, המהווה את הדחף העצבי, נשאלת השאלה, מה גורם לפוטנציאל זה לנוע כגל של שינויים כימיים-חשמליים לאורך תא העצב? התפשטות פוטנציאל הפעולה הינה תוצאה של השפעת שינויי המתח הנגרמים על ידו. היווצרות פוטנציאל פעולה בקטע קרום מסוים, המהווה "הפרעת מתח", גורמת לפתיחת תעלות היונים בקטע קרום סמוך ולהיווצרות פוטנציאל פעולה באזור התעלות שנפתחו, והשראה חשמלית זו נמשכת הלאה ומתפשטת לאורך התא במהירות, קטע אחרי קטע. הפרעות המתח הגורמות לפוטנציאל הפעולה מתקדמות מעצמן לאורך קרום תא העצב ועוצמתן אינה דועכת, עד שהן מגיעות לקצה האקסון, אל הסינפסה )ראו פירוט על הסינפסה בהמשך(. תקופת האתנח וכיוון ההולכה של הדחף העצבי לאחר שפוטנציאל הפעולה הסתיים בקטע מסוים, עובר על קטע זה פרק זמן מסוים של חוסר רגישות לגירוי. תעלות ה- + Na בקטע זה חסומות והיונים אינם יכולים לעבור דרכן. תקופת חוסר הרגישות עמוד 122

123 לגירוי נקראת אתנ ח, או התקופה הרפרקטורית Period(,)Refractory תקופה הנמשכת מספר אלפיות שנייה )בדומה למשך פוטנציאל הפעולה(. כפי שניתן לראות באיור 1 ב, יוני הנתרן שחדרו לתא נעים בדיפוזיה לאזור שבו עדיין נמצא האקסון במתח מנוחה, ועקב כך גורמים לדפולריזציה מקומית שמגיעה למתח הסף. הדפולריזציה גורמת לפתיחת תעלות נתרן תלויות המתח, ויוני נתרן נוספים זורמים לאזור ומגבירים את פוטנציאל הפעולה. זהו משוב חיובי שיוצר מתח פעולה. יוני הנתרן נעים בדיפוזיה גם "לאחור", כלומר הם מגיעים לאזור שממנו הגיע מתח הפעולה, אבל שם לא נפתחות תעלות הנתרן. הסיבה לכך היא, שתעלות + Na נסגרות 0.5 אלפית שנייה לאחר שהן נפתחות, וכ- 1 אלפית שנייה לאחר הסגירה, הן אינן נפתחות ולא משנה מהו מתח הקרום. הזמן הזה של אלפית שנייה נקרא תקופת החלמה או תקופה רפרקטורית או תקופת אתנח. לתקופת האתנח יש, אם לכן, השפעה על כיוון ההולכה של הדחף העצבי, מפני עקב קיומה פוטנציאלי פעולה אינם יכולים לחזור אחורה על עקבותיהם, אלא להתקדם רק בכיוון אחד. איור 11 א איור 11 ב איור - 11 תנועת פוטנציאל הפעולה לאורך האקסון איור 11 ג החזרת ריכוזי הנתרן והאשלגן לרמתם הקבועה משני צדי קרום התא, והמשך תיפקודו של תא העצב לאחר התרחשות פוטנציאל הפעולה ותקופת האתנח, נעשית באמצעות מערכת ההעברה הפעילה של משאבות הנתרן-אשלגן. עמוד 123

124 ג. 3. הולכת פוטנציאל הפעולה, חוק "הכל או לא כלום" וההבחנה בין עוצמות גירוי שונות איורים 11 א' עד 11 ג' מציגים באופן סכמטי את פיזור המטענים סביב קרום של קטע מאקסון. הפרש המטענים נוצר כתוצאה מריכוזי יונים משני צידי קרום האקסון: משאבת נתרן, הממוקמת על קרום האקסון, מוציאה יוני נתרן )יונים חיוביים( מתוך התא אל מחוץ לתא. מצב זה נקרא מתח המנוחה )פוטנציאל המנוחה(. תא העצב יגיב לגירוי, רק אם הגירוי יהיה בעל עוצמה מינימלית. כל גירוי שהוא מתחת לסף זה )גירוי תת-ספי(, לא יפעיל את פוטנציאל הפעולה, והמתח הנוצר בקרום דועך מבלי שיתקדם לאורך העצב. גם גירוי החזק הרבה יותר מהסף המינימלי, לא יגרום להבדל בשיעור התגובה של תא העצב. העיקרון הפועל כאן הוא "הכל או לא כלום" העצב "מגיב" או "אינו מגיב", אבל אין הבדל בשיעור התגובה, כלומר אין דרגות ביניים של הופעת פוטנציאל פעולה. לעוצמה המינימלית של מתח הגורמת לפוטנציאל פעולה קוראים מתח סף או סף העירור )ראו איורים 10 ו- 11 (. היבט נוסף של העיקרון הכל או לא כלום בא לידי ביטוי בהולכת הדחף העצבי לאורך תא העצב - כאשר בודקים את עוצמתו של פוטנציאל הפעולה, מהרגע שנוצר פוטנציאל בקצהו האחד של תא עצב, ועד הגיעו לקצה המרוחק של האקסון, מוצאים שהוא מתפשט לאורך התא בלא שיחולו שינויים בעוצמתו, כלומר פוטנציאל הפעולה שומר תמיד על גודל קבוע ועוצמתו לעולם אינה גדלה או פוחתת. הסיבה לתופעה זו טמונה בכך שהאנרגיה הדרושה להובלת הדחף לאורך תא העצב מקורה בתהליכים המתרחשים בעצב עצמו, תהליכים בהם מושקעת אנרגיה, והגירוי רק מעורר אותם. נשאלת השאלה, לאור החוק של "הכל או לא כלום" כיצד בכל זאת מתאפשרת ההבחנה בין עוצמות גירוי שונות? כל אחד מאתנו יודע מניסיונו האישי כי גירוי עצבי, כגון תחושה של גובה הטמפרטורה של סיר חם, והן התגובה של היד )מהירות התגובה ועוצמתה(, לאור המידע על הטמפרטורה, אינם פועלים על פי הכלל של "הכל או לא כלום" ויש להם ערכים רבים ורציפים. נשאלת אם כן השאלה, כיצד יכול העצב להעביר מידע תחושתי על טמפרטורות שונות, או להעביר הוראה לשינויים רציפים בתגובת שרירי היד, כלומר להעביר גירויים בעוצמות שונות? ההבחנה בין עוצמות גירוי שונות, תלויה בשני הגורמים הבאים: 1. תדירות יצירת מתח הפעולה - עוצמתו של כל דחף עצבי היא אמנם זהה, אך המידע על גדלים משתנים מיוצג על ידי מספר פוטנציאלי הפעולה המועברים בתא העצב ליחידת זמן, כלומר תדר הירי של האקסון. תדר ירי גבוה גורם להתכווצות שריר חזקה יותר מאשר תדר ירי נמוך. התדירות של מעבר הדחפים העצביים דרך סיב עצב אחד יכולה להשתנות ממאות דחפים בשנייה לדחפים בודדים בלבד, ותדירות גבוהה יותר של דחפים המגיעים למוח מתורגמת בו לתחושה חזקה יותר. העיקרון שלפיו שינויים בעוצמתו של גירוי )הדחפים( המועבר באקסון מיוצגים באמצעות תדירותם של הגירויים נקרא חוק התדר Low(.)Rate עמוד 124

125 2. מספר תאי העצב )Neurons( בעצב )Nerve( הקולטים את הגירוי משתנה בהתאם לעוצמת הגירוי - ככל שעוצמת הגירוי חזקה יותר, כך יופעלו בו זמנית יותר תאי עצב. תאי חישה מעבירים מידע למספר רב של תאי עצב. ככל שעולה עוצמת הגירוי, הוא יהווה גירוי ספי ליותר תאי עצב, כך שייווצר פוטנציאל פעולה ביותר תאי עצב. כאשר יותר תאי עצב מעבירים מידע אל המוח, מתורגם המידע כעוצמת גירוי גבוהה יותר. ג. 4. מהירות הולכת הדחף העצבי מהירות ההולכה של הדחף העצבי דרך סיב עצב מסוים, קבועה וגודלה עשרות מטרים בשנייה. המהירות נקבעת על-ידי תכונות הממברנה וגם על ידי קוטר האקסון. מהירות ההולכה של אקסון בעל קוטר גדול גדולה מזו של אקסון בעל קוטר קטן. גורם נוסף, פרט לקוטר האקסונים, המשפיע על מהירות ההולכה של הדחף העצבי היא מעטפת המיילין Sheath( )Myelin העוטפת כמעט כל אחד מהאקסונים שבמערכת העצבים )פרט לקטנים ביותר(, עליה פירטנו קודם לכן. למעטפת המיילין תפקיד כפול בהולכה: 1. הגדלת מהירות ההולכה של הדחף העצבי לאורך האקסונים )בהשוואה לאקסונים ללא מעטפת מיילין( - מעטפת המיילין כרוכה באופן הדוק סביב האקסון, וביניהם אין נוזל בין תאי המכיל יונים. משמעות הדבר היא כי באזור המעטפת לא יכול להתרחש מעבר יונים משני צידי קרום האקסון, גם לא זרימת יוני + Na מהחוץ פנימה. כיצד, אם כך, מתקדם הפוטנציאל החשמלי לאורך אקסון המכוסה במעטפת מיילין? מתברר שההולכה של הפוטנציאל החשמלי נעשית בקפיצות, כאשר פוטנציאל הפעולה "מדלג" בין האזורים החשופים ממעטפת המיילין, ביניהם נותרים על קרום העצב מרווחים חשופים קצרים קשרי רנווייה, שאינם מכוסים במעטפת המיילין, כפי שניתן לראות באיור 12. ההולכה בקפיצות Conduction( )Salutatory של פוטנציאל הפעולה מהירה בהרבה )120 מטרים לשנייה!( מאשר בתאי עצב חשופים )סדר גודל של כ- 30 מטרים בלבד לשנייה(. מדוע ההולכה בקפיצות מהירה בהרבה? מפני שהיא אינה נעשית באופן רציף, הכולל פתיחה הדרגתית של תעלות היונים, בזו אחר זו, אלא באמצעות הפרעה )השראה( חשמלית באמצעותה גורם פוטנציאל פעולה במרווח אחד ליצירת פוטנציאל פעולה במרווח הסמוך לו, ומהירות ההפרעה החשמלית "הקופצת" גבוהה בהרבה ממהירות ההולכה הכימית-חשמלית, כפי שמודגם באיור - 12 בכל אחד מקשרי רנווייה יש מערכים צפופים של תעלות נתרן. כאשר חודרים יוני נתרן במרווח ג', מתחולל פוטנציאל שהשפעתו החשמלית מדלגת ומתפשטת לאורך האקסון ומגיעה עד למרווח הבא, מרווח ד', וגורמת בו לכניסת יוני נתרן, וליצירת פוטנציאל פעולה המדלג למרווח ה' וכך הלאה. אמנם, השפעתו של פוטנציאל הפעולה המתפשט ממרווח אחד, נחלשת מעט עד הגיעה אל המרווח שלאחריו, אך היא עדיין מספיקה לחולל בו פוטנציאל חשמלי )לפי העיקרון של הכל או לא כלום(, כך שהולכת הדחף העצבי לאורך האקסון איננה נחלשת. עמוד 125

126 איור - 12 הולכה מהירה של הדחף העצבי דרך קשרי רנווייה שבין מקטעי מעטפת המיילין מתוך סטאר וטגארט, עמ' חסכון באנרגיה - נשאי הנתרן והאשלגן צורכים אנרגיה כדי לסלק את עודפי ה- + Na הנכנסים לאקסון במהלך פוטנציאל הפעולה, ובאקסון בעל מיילין פעילים הרבה פחות נשאים כאלה, מאחר והם נמצאים רק במרווחים שבין מעטפת המיילין, אשר רק בהם חודרים יוני + Na לתאים. באיור 13 יש השוואה בין ההולכה בשני סוגי אקסונים בין ההולכה הרציפה באקסון חשוף ממיילין )למעלה(, ובין ההולכה בקפיצות באקסון עטוף במיילין )למטה(. איור - 13 השוואה בין הולכת פוטנציאל פעולה באקסון חשוף )א( מיאלין לעומת אקסון חשוף )ב(. ג. 5. הסינפסה התקשורת בין תאי עצב עד כה עסקנו בהעברת הדחף העצבי לאורך האקסון, ולמדנו כי הדחף העצבי מתבטא בפוטנציאל פעולה הנוצר כתוצאה משינויים כימיים וחשמליים המתקדמים לאורכו של תא העצב, מהדנדריטים, דרך גוף התא, ועד לקצה המרוחק של האקסון, אותו ניתן לכנות "אזור הפלט של תא העצב". אולם, עמוד 126

127 מאחר וידוע לנו כי במערכת העצבים תאי עצב מתקשרים ביניהם )ראו איור 14(, נשאלת השאלה כיצד מתקשרים ביניהם שני תאי עצב, או כיצד עובר הדחף העצבי מתא עצב אחד לתא הסמוך לו? איור - 14 סינפסה במקום הקישור של שני תאי עצב. כאשר בוחנים את מקום המפגש של תאי עצבים, נמצא כי קרומי התאים אינם צמודים זה לזה, וקיים ביניהם מרווח זעיר הנקרא סינפסה.)Synapse( מרווחים כאלה מצויים גם בין קצות האקסונים לבין שרירים ובלוטות. הגירויים עוברים מתא עצב אחד לשני דרך הסינפסה, מקצה האקסון של עצב אחד )הצד הקדם סינפטי( אל קצה הדנדריט של עצב שני )הצד האחר סינפטי או בתר סינפטי(, כפי שניתן לראות באיור 14. אולם, מרווח הסינפסה, אינו מאפשר לדחף העצבי לעבור באופן בו הוא עובר לאורך קרום התאים, כלומר, הוא אינו יכול להמשיך ולהתקדם כגל של שינויים חשמליים )כהיפוך קצרצר של הפרש המתחים משני צידי הקרום, כתוצאה ממעברי יונים בקרום(. הדחף אינו יכול לעבור מתא לתא בדרך זו של שינויים חשמליים. כיצד, אם כן, עובר הדחף החשמלי בסינפסה? כיצד יכול הגירוי העצבי "לדלג" מעל המרווח ולהפעיל את השריר או את הסיב העצב שאחריו? נמצא כי את המרווח הקיים בין שני תאי העצב עובר המסר העצבי באמצעות חומרים הנקראים מתווכים עצביים, או נויוטרנסמיטורים.)Neurotransmitters( כפי שניתן לראות באיורים 15 ו- 16, מולקולות הנוירוטרנסמיטור משתחררות מקצות האקסון של תא העצב בתגובה לגירוי של דחף עצבי, פועלות באזור המגע בין התאים )בסינפסה( ומסייעות בהעברת מידע מתא עצב אחד לתא עצב אחר, לשריר או לבלוטה. מולקולות הנוירוטרנסמיטור נקשרות לקרום של תאים סמוכים ומשפיעות על המתח החשמלי על פניהן, כלומר גורמות ליצירת דחף עצבי בתא, או בתאים, שלאחר הסינפסה. לאחר שמולקולות הנוירוטרנסמיטור גורמות להעברת הדחף העצבי, הן מתפרקות או ממוחזרות במהירות. דוגמאות לנוירוטרנסמיטרים הם: נוראדרנלין, ואצטילכולין. במצב של מנוחה )בין העברת דחף עצבי אחד למשנהו( אגורות מולקולות הנוירוטרנסמיטור בבועיות מיוחדות בקצה האקסון. כשמגיע הגירוי העצבי לאזור קצה האקסון הוא גורם לחלק מהבועיות להתקרב עוד יותר לקצה האקסון ולפלוט את תוכנן למרווח הסינפסה. החומרים מפעפעים לאורך המרווח ונקשרים לרצפטורים מיוחדים הנמצאים על קרום הדנדריט של התא הסמוך. התקשרות זו עמוד 127

128 גורמת לתעלות היונים בדנדריט של התא השכן להיפתח. פעולת הנוירוטרנסמיטרים נעה שבין 0.5 ל- 1 אלפית השנייה. בטווח זמן איור - 15 איור סכמטי של סינפסה בה משתחררת מולקולת נוירוטרנסמיטור הפעלת הדחף העצבי על ידי הנוירוטרנסמיטור הנוירוטרנסמיטור המשתחרר מהקצה הקדם סינפטי של הסינפסה )קצה האקסון של התא המוסר( מגיע בדיפוזיה אל הקצה האחר-סינפטי של הסינפסה )קצה הדנדריט של התא המקבל, או של תאי שריר או תאי בלוטה(, ושם הוא נקשר לקולטנים הייחודיים הפזורים על פני קרום התא. התקשרות זו מעוררת גירוי עצבי בתא העצב הסמוך או גורמת לשריר או לבלוטה להתכווץ, כפי שמתואר באיור.16 איור - 16 מעבר הדחף החשמלי בסינפסה: מדחף חשמלי באקסון למידע כימי בסינפסה, באמצעות מולקולות הנוירוטרנסמיטור, ולדחף חשמלי בדנדריט של העצב הבא. הפסקת העברת המידע בסינפסה שינויים במתח החשמלי בקצה האחר סינפטי מתרחשים כל עוד נמצאות במרווח הסינפטי מולקולות של נוירוטרנסמיטור היכולות להקשר לקולטן המתאים. על מנת שהדחף העצבי בסינפסה לא ימשיך לעבור ללא הגבלה, ויהיה מתואם עם הדחפים המגיעים לסינפסה מהאקסון, או האקסונים, מסולקים מהסינפסה הנוירוטרנסמיטרים העודפים, שלא נקשרו לקולטנים, וכן אלו שהשתחררו מהקולטנים. עמוד 128

129 קיימות שתי דרכים עיקריות לסילוק הנוירוטרנסמיטור מהסינפסה: 1. פירוק הנוירוטרנסמיטור על ידי אנזים. 2. קליטה חוזרת של מולקולות הנוירוטרנסמיטור לקצה הקדם סינפטי, ממנו השתחררו קודם לכן, כשהגיע אליו דחף עצבי. באיורים 15 ו- 16 מתוארת העברת הדחף העצבי בסינפסה, באמצעות מולקולות הנוירוטרנסמיטור. נמצא שכל זמן שהנוירוטרנסמיטר קשור לקולטנים, הדחף העצבי יעבור, ולכן, שהגירוי העצבי הועבר, יש לסלק את הנוירוטרנסמיטור מהסינפסה. מהי חשיבותן של הסינפסות לתיפקודה של מערכת העצבים? הסינפסות הן צמתים של בקרה במערכת העצבים, ויש להן חשיבות רבה ביותר בתיפקודה. בעוד שהדחף העצבי העובר לאורך תאי העצב הוא אחיד במהותו, הרי שבסינפסות מתרחשים תהליכים שונים המאפשרים למערכת העצבים לבצע את תיפקודיה המורכבים. התיפקודים הייחודיים המתרחשים בסינפסות הינם, בין היתר, תוצאה של פעילות נוירוטרנסמיטרים עצביים שונים בסינפסות שונות. דוגמאות לבקרה עצבית המתרחשת באמצעות הסינפסות: 1. זירוז ועיכוב פעילות - נוירוטרנסמיטרים מעוררים ונוירוטרנסמיטרים מעכבים. נוכחותם של נוירוטרנסמיטרים מעוררים )כגון הנוראדרנלין( מגרה את תא העצב הפוסט-סינפטי ליצור אות חשמלי ולהעבירו הלאה דרך האקסון. בכך הם מאיצים את פעילותם של איברים בגוף, כמו הגברת קצב פעימות הלב. לעומתם הנוירוטרנסמיטרים המעכבים, מקטינים את יכולת תא העצב הפוסט-סינפטי לפתח דחף עצבי, והם מכונים נוירוטרנסמיטרים מעכבים, כגון האצטילכולין המאט את פעולת הלב. 2. קשרים רבי סינפסות קיימות סינפסות שעשויות לקשר בין מספר תאי עצב, ומתפקדות כצמתי בקרה. גוף התא האחר סינפטי מסכם את המתחים שהגיעו מכל הסינפסות שעליו. אם המתח המסתכם הוא על-ספי, יתפתח פוטנציאל פעולה בתא אחר סינפטי. באמצעות מנגנון זה של סיכום שינויי המתח, יש אפשרות לעבד מידע המגיע ממקורות רבים ושונים, וייתכן שיש לכך תפקיד גם בתהליכי למידה וזיכרון. 3. השפעה על למידה וזיכרון - יש דרכים שונות לוויסות העברת המידע בסינפסה, כגון על ידי הפעלת אנזימים המשפיעים על הזיקה בין הקולטן לנוירוטרנסמיטר. עליה בזיקת הקולטן לנוירוטרנסמיטר גורמת לעליה במספר התצמידים נוירוטרנסמיטור-קולטן הנוצרים ביחידת זמן, ובכך מוגדל שינוי המתח בקצה האחר-סינפטי כתגובה לגירוי נתון. ידוע שלוויסות כגון זה של העברת המידע במוח יש חשיבות רבה בתהליכי למידה וזיכרון. 4. מנגנון הפעולה של סמים רבים ותרופות- כגון של תרופות משכחות כאבים )אלחוש(, ושל חומרי הרדמה המשמשים בניתוחים, הוא בתחרות עם נוירוטרנסמיטרים טבעיים או בהשפעה על המטבוליזם שלהם )סינתזה, שחרור, פירוק וכו'(. לשימוש בסמים רבים יצא, ובצדק, מוניטין עמוד 129

130 רע, אך יש לזכור כי שימוש חשוב ביותר נעשה כיום ברפואה בטיפולים באנשים הנמצאים בדיכאון, באנשים בעלי פעילות יתר )היפראקטיביים( ועוד. מנגנוני פעולה של רעלים שונים בטבע, כולל ארס של חלק מהנחשים המסוכנים ביותר פועלים בשיטה דומה. את רעל הקוררה הקטלני, למשל, המופק מצמח הקוררה, הגדל בג'ונגלים שבאזור האמאזונס בברזיל, מורחים האינדיאנים על חיצים המיועדים לציד בעלי חיים. החיצים ננשפים בדייקנות, באמצעות קנה נשיפה מיוחד, פוגעים בבעל החיים, ומשתקים או אף ממיתים אותם מיידית. ג. 6. הבחנה בין תאי העצב על פי תיפקודם מבחינת התיפקוד מבחינים בשלושה סוגים עיקריים של תאי עצב: תא עצב תחושתי ותא עצב תנועתי, הנכללים במערכת העצבים ההיקפית, ותא עצב מקשר )או ביניים(, הנכלל בעיקר במערכת העצבים המרכזית. המבנה והתיפקוד של שלושת סוגי התאים מודגם באיור 17 המתאר קשת רפלקס. 1. תא עצב תחושתי neuron( )Sensor - תא עצב המוליך מידע על גירויים הנקלטים מהסביבה, או מאיברים פנימיים בגוף, אל המוח או אל מוח השדרה, כלומר מעביר דחף אל מערכת העצבים המרכזית. מבחינת המבנה זהו "תא עצב דו קוטבי", מפני שמשני הקצוות הנגדיים של גוף התא יוצאות שתי שלוחות עצביות האחת הינה למעשה דנדריט אחד ארוך, הנבדל מאקסון רק בכיוון העברת הדחף )בכיוון אל התא(, והשנייה היא האקסון. גוף התא של תא עצב תחושתי נמצא מחוץ למערכת העצבים המרכזית. 2. תא עצב תנועתי )מוטורי, )Motor neuron - תא עצב המעביר דחף ממערכת העצבים המרכזית אל תאי שריר, אל בלוטה, או לשניהם גם יחד, דרכו מועברים הדחפים הגורמים לשריר להתכווץ או לבלוטה להפריש. גוף העצב נמצא בתוך מערכת העצבים המרכזית, וממנו נשלח אקסון ארוך אל איבר המטרה. מבחינת המבנה זהו תא עצב רב-קוטבי. 3. תא עצב מקשר או ביניים) Interneuron ( - תא עצב הנמצא כולו במערכת העצבים המרכזית )המוח וחוט השדרה מורכבים בעיקר מסוג זה של תאי עצב(, ומשמש לקישור בין עצבים אחרים, כגון בין תא עצב תחושתי לתא עצב תנועתי בקשת הרפלקס, או בין נוירוני ביניים אחרים. האקסון שלו קצר בדרך כלל. נוירוני הביניים מעבדים את הקלט )מידע חדש ומידע אגור(, ומשפיעים על פעילותם של תאי עצב אחרים. ג. 7. קשת הרפלקס הרפלקס )Reflex( היא תגובה פשוטה ולא רצונית המתרחשת כתגובה על גירוי חישה ייחודי. תגובת הרפלקס שכיחה אצל רוב בעלי החיים שיש להם מערכת עצבים: גירוי כלשהו גורם לתגובה קבועה פשוטה ומיידית של שריר או בלוטה. הבנת תגובת הרפלקס חשובה כשלעצמה, אך גם עשויה להעמיק את ההבנה לגבי תיפקודה של מערכת העצבים בכלל. עמוד 130

131 דוגמאות לרפלקס בו מופעלים שרירים הוא מצבים בו מתקבל מידע חושי המעיד על נזק העלול להיגרם לגוף, כגון גוף הנע לכיוון העין גורם לסגירה "אוטומטית" של העפעף, אצבע החשה בטמפרטורה גבוהה של סיר מים רותחים תגרום לרתיעת היד לאחור. יחד עם זאת, רפלקס מפעיל שרירים גם במצבים שאינם מצבי חירום, כגון רפלקס המתיחה המסייע להחזקה יציבה של חפץ ביד, כגון צלחת עם מרק. הצלחת נשארת במצב יציב כתוצאה מתגובת רפלקס למתיחת השריר עקב משקלה של הצלחת, והתאמת הכוח שמפעילים שרירי היד לכוח הנדרש להחזקת הצלחת. דוגמאות לבלוטות המופעלות בתגובת רפלקס: בלוטות החלב המתכווצות ומוציאות חלב כתגובה ליניקת התינוק, בלוטות מערכת העיכול, המפרישות רוק ומיצי עיכול אחרים, כתגובה לאכילה, או אף להרחה בלבד של מזון, ובלוטות הזיעה המפרישות זיעה כתגובה למצב לחץ נפשיים, או לטמפרטורה גבוהה של הסביבה. לרפלקסים אחראים מסלולים עצביים ייחודיים, בהם מעורבים תאי עצב משלושת הסוגים: תחושתיים, ביניים ותנועתיים, והנקראים קשתות רפלקס Arches(.)Reflex קשתות הרפלקס הפשוטות ביותר כוללות את המרכיבים הבאים: חיישן )רצפטור( עצב תחושתי עצב מקשר בגנגליון עצב תנועתי שריר או בלוטה המבנה הפשוט של קשתות הרפלקס )ראו איור 17( תורם לקביעות התגובה ולמהירותה. איור 17- איור סכמטי של קשת רפלקס המקשרת בין תאי חוש בעור לשרירים המופעלים עקב המידע המתקבל בתאי חוש אלה, באמצעות עצבים הנמצאים במוח השדרה מבחינים בין שני טיפוסי רפלקס עיקריים: 1. רפלקס תורשתי )=מולד( - רפלקס הקיים בבע"ח מהיוולדו, וקיומו אינו מותנה בלמידה וברכישת ניסיון. לדוגמא רפלקס הברך )מכה על פיקת הברך גורמת לתנועה בלתי רצונית שלה(, רפלקס סגירת העפעף, כתגובה לגוף המתקרב אל העין, ורפלקס היניקה הבא לידי ביטוי עמוד 131

132 בתגובה של הוולד לגירוי בלחי ובשפתיים. דוגמאות נוספות של רפלקסים מולדים הן: רפלקס הנשימה ורפלקס הבליעה. רפלקס נרכש )= התניה, )Conditioning - תגובת רפלקס הנרכשת ע"י האורגניזם במשך חייו כתוצאה מניסיון. הקניית הכושר להגיב על גירוי מסוים בתגובת רפלקס הצמודה לגירוי אחר של רפלקס קיים. מושגת ע"י הפעלת שני גירויים בעת ובעונה אחת במשך זמן מה. לדוגמא, הרפלקס של קישור של אוכל עם צלצול פעמון אצל כלב, רפלקס שגילה פאבלוב, אשר הגדיר ראשון את תופעת הרפלקס. כמו כן נכללות במושג זה תגובות הנרכשות באילוף..2 שאלות 11. מדוע קרום התא נחשב למקוטב בפוטנציאל המנוחה? 12. בסוללה של פנס כיס המתח הוא 1.5 וולט. פי כמה, בערך, גדול מתח זה מפוטנציאל המנוחה של קרום התא? 13. תארו במלים שלכם מהם הכוחות המנוגדים הפועלים על היונים, וכיצד הם משפיעים על יוני האשלגן )+K(. 14. הסבירו כיצד גורמים ריכוזי היונים משני צידי הקרום ליצירת פוטנציאל המנוחה. 15. עיינו באיור 8 והסבירו מדוע במצב של פוטנציאל מנוחה, כוח הדיפוזיה והלחץ האלקטרוסטטי, דוחפים את יוני הנתרן אל תוך התא. 16. עיינו באיור 8 והסבירו מדוע פתיחת התעלות ליוני נתרן גורמת לשינוי בפוטנציאל ה קרום. 17. איזה יתרון יש בקיומו של מתח הסף לפעילותו התקינה של תא העצב? 18. כפי שמצוין בתיאור שלבי פוטנציאל הפעולה באיור 9, יוני +K יוצאים מהתא וגורמים לשינויים בהפרשי המטענים משני צידי הקרום. 19. הסבירו כיצד גורמים כוח הדיפוזיה והכוח האלקטרוסטטי ליציאת יוני +K מהתא במהלך פוטנציאל הפעולה. 21. מדוע גורמת יציאת יוני +K לחזרה של הפרשי המטענים למצבם בפוטנציאל המנוחה? 21. הסבירו מדוע תא העצב אינו יכול לתפקד בהעברת דחף עצבי בלא שתתקיים בו תקופת האתנח. 22. למרות קיומה של תקופת האתנח, פוטנציאל הפעולה, המתבטא בדחף העצבי, יכול לנוע מנקודת הגירוי באקסון לשני הצדדים שלו, אך בפועל הוא מתקדם רק בכיוון אחד. א. ב. הסבירו מדוע יכול פוטנציאל הפעולה להתפשט מנקודת הגירוי לשני הצדדים. הסבירו, על סמך ההגדרה של האקסון, מדוע בפועל מתקדם פוטנציאל הפעולה רק בכיוון אחד. עמוד א' עד איורים ג' מציגים באופן סכמטי את פיזור המטענים סביב קרום של קטע מאקסון. ציינו ליד כל איור האם הוא מייצג מצב של פוטנציאל מנוחה או של פוטנציאל פעולה, והסבירו את המתואר באיור.

133 תארו את העקום המוצג באיור רפולריזציה ותקופת האתנח. 18, והסבירו את התהליכים המתרחשים במהלכו: דפולריזציה,.24 איור - 18 שינויים במתח בין שני צידי קרום התא פוטנציאל הפעולה מתוך מערך ההדרכה למכשור רפואי בשיתוף תל-השומר הסבירו את ההיגד: "אין פוטנציאל פעולה חלקי בתגובה לגירוי חלקי". הסבירו מדוע עוצמתו של פוטנציאל הפעולה אינה תלויה באורכו של אקסון, והיא אינה משתנה, ללא תלות באורכו של האקסון )גם אם מדובר באקסון קצר, יחסית של עכבר או אקסון ארוך של ג'ירפה(, בעוד המתח הנוצר בחוט מתכת תלוי באורכו של החוט )עקב התנגדות המתכת להולכה(. הסבירו כיצד, למרות העיקרון של "הכל או לא כלום", העצבים מעבירים דחפים עצביים בעוצמות שונות? הסבירו במלים שלכם כיצד מתרחשת ה"הולכה בקפיצות" באקסון. עיינו באיור 12 וענו מדוע מהירות ההולכה באקסון עטוף במיילין הינה גבוהה יותר, בהשוואה למהירות ההולכה באקסון ללא מיילין? אילו יתרונות יש להולכה מהירה בעצבים? בתשובתכם התייחסו הן להולכה במערכת העצבים ההיקפית והן להולכה במערכת העצבים המרכזי. מדוע פוטנציאל הפעולה אינו משתנה במהלך מעברו באקסון, למרות שהוא דועך במקצת בכל קפיצה מקשר רנווייה אחד לזה שאחריו? מדוע אין הדחף עצבי יכול להתקדם דרך הסינפסה, כפי שהדבר נעשה לאורך האקסון? הסבירו מדוע הסינפסה מאפשרת העברת גירויים בכיוון אחד בלבד )מהאקסון של תא עצב אחד לדנדריט של תא עצב אחר, לשריר או לבלוטה(. עיינו באיור 16, והסבירו במלים שלכם, כיצד גורמות מולקולות הנוירוטרנסמיטור להעברת הדחף העצבי בסינפסה. מה עלולה להיות התוצאה של אי סילוק הנוירוטרנסמיטור מהסינפסה? עמוד 133

134 36. רשמו לגבי כל משפט נכון\לא נכון, ותקנו את המשפטים השגויים: הגורם א. ב. ג. ד. ה. ו. ז. שינויי מתח בקרום האקסון יכול לגרום לפתיחה ולסגירה של התעלות ליוני נתרן בכל האקסונים מהירות הולכת מתח הפעולה היא זהה לאורך האקסון יש השפעה על עוצמת מתח הפעולה קיים יחס ישר בין עוצמת הגירוי לעוצמת מתח הפעולה כאשר האקסון מעביר גירוי חזק יותר, עוצמת מתח הפעולה שלו תעלה מהירות ההולכה של פוטנציאל הפעולה תלויה בתדירות הגירוי ככל שעוצמת הגירוי גבוהה יותר, כך מופעלים יותר תאי עצב בסיב העצב נכון לא נכון תיקון משפטים שגויים ד. כמה נתונים על המוח )מתוך הפעילות "מבנה מערכת העצבים", אתר המגמה המדעית טכנולוגית) מספר תאי העצב )הנוירונים( במוח האדם הוא כ- 100,000,000,000,000 )מאה אלף מיליארדים!(. לשם השוואה, לתמנון לעומת-זאת, יש 170,000,000 תאי-עצב בלבד. כל אחד מתאי העצב קשור לעשרות אלפי תאי עצב אחרים. למרות המספר העצום של תאי העצב במוח, מרבית התאים במוח הם תאים אחרים הנקראים "תאי גליה", והם מספקים לתאי העצב שירותים שונים )מספרם של תאי הגליה גדול פי 10 עד פי 50 ממספר תאי העצב במוח(. מוח של תינוק שרק נולד שוקל כ- 350 עד 400 גרם. לעומת זאת מוח של מבוגר מגיע למשקל של כ- 1.3 עד 1.4 קילוגרם בממוצע )לשם השוואה, מוח של לוויתן מגיע בממוצע למשקל של כשמונה קילוגרם(. משקל המוח האנושי מהוה כשני אחוז ממשקל הגוף של אדם בוגר, בעוד שאצל הלוויתן, למרות גודל המוח, הוא מהווה פחות מאחוז ממשקל הגוף. ממדים ממוצעים של מוח אנושי הם: רוחב- 140 מילימטר, אורך- 167 מ"מ וגובה כ- 93 מ"מ. כאשר חקרו את מוחו של אלברט איינשטיין לאחר מותו, התברר שמשקל המוח היה ממוצע, אולם, מספר הקשרים בין תאי העצב שבו היה גבוה בהרבה מהממוצע. כ- 77% מנפח המוח תופסת "קליפת המוח" )אצל עכבר, למשל, היא תופסת רק כ- 30 אחוז(. השטח הכולל של קליפת המוח הוא כ- 2,200 סמ"ר!!! והיא מכילה כ- 2,600,000,000,000 תאי עצב.)2.6*10 12 ( המוח צורך בממוצע כעשרים אחוז מהחמצן בגוף במנוחה. חמישית מהדם היוצא מהלב מגיע למוח, בעוד שמשקלו של המוח מהווה, כזכור, 2 אחוז בלבד ממשקל הגוף! עמוד 134

135 ה. מצבים של סטייה מהומיאוסטאזיס ומחלות במערכת העצבים להלן תיאור מספר מחלות הנגרמות עקב פגיעה במערכת העצבים. בוטוליזם - מחלה של הרעלה הנגרמת על ידי החיידק קלוסטרידיום בוטולינום ( Clostridium )botulinum חי בדרך כלל בקרקע, אך כאשר הוא מגיע למזון שלא אוחסן או נשמר כראוי, ומתפתח בו, מופרש מהחיידק רעלן מסוכן הגורם למחלה הקטלנית בוטוליזם. הרעלן נקשר לתאי עצב היוצרים סינפסות עם תאי שריר וחוסם את הפרשת הנוירוטרנסמיטור אצטילכולין. הדבר מונע מן השרירים להתכווץ, והם עוברים תהליך הדרגתי של התרפות ושיתוק. החולה מת בתוך כעשרה ימים, על פי רוב מהפסקת תיפקודם של שרירי הלב והנשימה. יחד עם זאת, טיפול מהיר בנוגד-רעלן עשוי להביא להחלמה. טטנוס )צ פ ד ת( - מחלה הנגרמת על ידי חיידק הדומה לחיידק הגורם לבוטוליזם, הקלוסטרידיום טטני tetani(,)clostridium חיידק שאף הוא עלול לגרום לשיתוק שרירים כאשר הוא חודר למערכת העצבים, כתוצאה מפציעה. הרעלן של חיידק זה גורם למחלת הצ פ ד ת )צפיד נוקשה(, הידועה יותר בשמה הלועזי טטנוס,)Tetanus( מחלה קטלנית אף היא, כיוון שהרעלן פוגע בבקרה המתרחשת בסינפסה של עצבים תנועתיים על התכווצות השרירים, ועקב כך נגרמת התכווצות מתמדת של שרירים. התכווצותם המתמדת של שרירי הנשימה והלב גורמת למוות. בעבר חלו במחלה פצועי קרבות רבים, אך כיום מחסנים את כל האוכלוסייה )חיסון האנטי-טטנוס(, החל מהילדות, ובמהלך כל החיים, מדי מספר שנים, ובעולם המערבי המחלה נעלמה כמעט לחלוטין. טרשת נפוצה Sclerosis( Multiple או )MS - היא מחלה אוטואימונית, כרונית, של מערכת העצבים. במחלה נפגעת מעטפת המיילין שמבודדת את האקסונים בתא העצב. הפגיעה במיילין מובילה לפגיעה במעבר של פוטנציאל הפעולה בתא העצב ולכן פוגעת גם בתיפקוד המוח, חוט השדרה ועצב הראיה. טרשת נפוצה גורמת למגוון של תסמינים ובמצב הקשה לפגיעה בתנועה, לנכות, לשינויי מצבי-רוח, לעיוורון ועוד. ישנן מספר צורות בהן תוקפת המחלה, כאשר אצל כ- 80% מהחולים היא מתבטאת בהתקפים שמופיעים ונעלמים אחת לתקופה מסוימת. כיום קיימות מספר תרופות המיועדות לסייע לחולים במחלה. אלצהיימר )Alzheimer( - מחלה הנפוצה בקרב קשישים, ומתבטאת במוות של תאי עצב במח. במחלה זו חלה ירידה בתיפקוד החשיבתי והמעשי. הסימפטומים שלה כוללים בעיות בזיכרון לטווח קצר, הפרעות התנהגותיות, בעיות בדיבור, באכילה ועוד. גורם הסיכון המשמעותי ביותר הוא הגיל, כאשר בגיל 85 אחד מכל שלושה לוקה במחלה בצורה כלשהי. המחלה נמשכת כ- 10 שנים עד למות החולה. קיימות תרופות המאטות את ההידרדרות של המחלה, אך אין לה מרפא. כמו-כן, המחלה בדרך כלל מאובחנת בשלב מאוחר שלה, לאחר פגיעה של כ- 70% מתאי המוח, מכיוון שהמוח עדיין מסוגל לתפקד היטב גם לאחר פגיעה נרחבת של תאי עצב. פרקינסון - מחלה ניוונית של מערכת העצבים. הסימפטומים של המחלה הם בעיקר הפרעות מוטוריות )תנועתיות( שונות. הגורם למחלה הוא מחסור בנוירוטרנסמיטר דופמין, שנוצר בשל הרס עמוד 135

136 של נוירונים המפרישים דופמין במוח. הדופמין אחראי על הביצוע של התנועה בגוף. המחלה מתאפיינת על ידי רעד בלתי רצוני בשרירים, או נוקשות שרירים, חוסר שיווי משקל וחוסר יציבות בהליכה. קיימות מספר תרופות למחלה. )Amyotrophic Lateral Sclerosis( ALS - היא מחלת ניוון שרירים, שפוגעת בכל תאי העצב האחראיים לתנועה. המחלה חשוכת מרפא, ומקורה לא ידוע. בדרך כלל תוחלת החיים מרגע אבחון המחלה היא כ- 4 שנים, כ- 10% מהחולים חיים כ- 10 שנים מפרוץ המחלה, והפיזיקאי סטיבן הוקינג חולה בה מזה 45 שנים. ו. פתרונות טכנולוגיים במחלות מערכת העצבים )על פי בכר וברנהולץ, עמ' 144( ניתן לערוך, בשיטות שונות, את רישום הפעילות של תאי העצב, הן לצורכי מחקר, והן לצרכי אבחון וריפוי. להלן נתאר שלוש שיטות עיקריות: 1. בדיקה ישירה של מערכת העצבים באמצעות החדרת אלקטרודה לתאי העצב, או לסביבתם הקרובה - בשיטה זו מחדירים אלקטרודה דקיקה לאזורים במערכת העצבים של בעלי חיים או של בני אדם. האלקטרודה קולטת את השינויים החשמליים המתרחשים בתאי העצב כתוצאה מגירויים שונים שמקבל הנבדק, והמכשיר רושם את השינויים האלו. לדוגמא משמיעים לנבדק רעש, ומזהים את האזורים במוח המגיבים לגירוי זה. באופן זה נערך מיפוי יסודי של האזורים התיפקודיים במוח, וזוהו מרכזים האחראים על קליטת קולות, צבעים וצורות, על קליטה ועיבוד של מידע מילולי ועוד. 2. בדיקת - EEG רישום של פעילות המוח באזורים נרחבים, ללא החדרת אלקטרודה אל תאי העצב. מכשיר זה מודד את גלי המוח, כלומר את הפעילות החשמלית של המוח. הרישום נעשה על ידי הצמדת אלקטרודות אל עור הגולגולת מבחוץ. המכשיר הנפוץ והמוכר, המבצע פעילות זו, נקרא אלקטרואנצפלוגרף )אנקפלון ראש, אלקטרו-חשמל, גרף-רישום(. מכשיר זה מאפשר את ביצוע בדיקת ה- EEG,ElectroEncephaloGram( בעברית "רשמת מוח חשמלית"(, והוא פותח לראשונה ב על ידי הנס ברגר Berger(.)Hans Johanson רישום ה- EEG מאפשר להבחין בין דגמים שונים של פעילות חשמלית המאפיין את המוח במצבים שונים )כגון בערנות, בשינה, ועוד(. 3. בדיקת - PET הפעילות המטבולית של אזורים במוח. בבדיקת ה- PET Positron (,)Emission Tomography עוקבים אחר הפעילות המטבולית של אזורים במוח, על ידי הזרקת חומר הפולט קרינה )במינון נמוך דיו, כמובן, כדי לא לגרום נזק לנבדק(. כאשר נותנים לנבדק גירוי )באדם ניתן גם להציג בפני הנבדק אתגרים חשיבתיים שונים, קטע של סרט וכו'(, גוברת הפעילות באזורי המוח המופעלים על ידי הגירוי, ובעקבות זאת עולה בהם רמת הפעילות עמוד 136

137 המטבולית. בשיטה זו גילו אזורים מוח המעורבים בתיפקודים ייחודיים, כמו האזור המעורב "בתשוקה" לאלכוהול. שאלות 37. א. חפשו במקורות מידע והסבירו את העיקרון על פיו פועל גז העצבים. ב. כיצד מסייע האטרופין להקטין את הנזק הנגרם על ידי גז עצבים? 38. מהם, לדעתך, מנגנוני פעולתם האפשריים של סמים מרגיעים ושל סמים מעוררים שמנגנון פעולתם הוא בסינפסות? 39. כיצד עשוי חומר המתפקד כמתווך עצבי לשמש כחומר לשיכוך כאבים, או חומר להרדמה, ומדוע חייב השימוש בחומרים אלה להיעשות על פי ההוראות של היצרן ובפיקוח רפואי קפדני? 41. היכנסו למאמר "ארס עקרבים לשרותינו", קראו את המאמר, וענו על השאלה הבאה. כתובת המאמר: מהו העיקרון הביולוגי עליו מתבססים החומרים אותם מפתחת קבוצת החוקרים? סכמו, מהי חשיבותן של הסינפסות לתיפקודה של מערכת העצבים? תא העצב )נוירון( הוא יחידת המבנה והתיפקוד של מערכת העצבים. א. סכם במשפט אחד מהי הפעילות הייחודית העיקרית של תאי העצב, כאבני הבניין של מערכת תקשורת? ב. כיצד מותאם מבנה תא העצב להעברת מסרים? באיור 19 מוצגת תגובת "רפלקס הברך", המתרחשת כאשר במהלך בדיקה רפואית מכים בעדינות על פיקת הברך של הנבדק. עיינו באיור וענו: תגובת רפלקס הברך מתקיימת ללא פיקוח של המוח, ואף על פי כן, היא מגיעה לתודעה. כיצד מודע לאדם הנבדק שהופעל אצלו רפלקס הברך? איור - 19 תגובת רפלקס המופעלת במהלך בדיקה רפואית של מכת פטיש על פיקת הברך. 46. השלימו את המלים החסרות במלבנים שבתרשים הזרימה של הרפלקס: אצבע היד נוגעת במחבת לוהטת היד נרתעת לאחור מהמחבת עמוד 137

138 אילו תאי עצב משתתפים בהולכה של המידע מרגע שהפטיש מכה בפיקת הברך ועד לתגובת הקפיצה של הברך. כיצד תורם מנגנון הרפלקס המודגם בתרשים הזרימה לשמירת ההומיאוסטאזיס באדם? עיינו בטבלה שלפניכם, השלימו את המידע החסר בה, וענו לגבי כל אחת מפעילויות המערכות המתוארות מהו ההיגיון הביולוגי בהתרחשותה במסגרת המערכת תאי המטרה מערכת פאראסימפתטית מערכת סימפתטית הצרה \ הרחבה של הסימפונות בריאות האטה \ האצה של הלב הצרה \ הרחבה של כלי הדם האטה \ הגברה של הפרשת מיצי עיכול צמצום \ הרחבה של אישון העין האם אדם יכול להגיב בתגובת רפלקס בעת שהוא ישן? אם תשובתכם שלילית, נמקו מדוע. אם היא חיובית, הביאו דוגמאות מתאימות. הסבירו כיצד קיומן של מערכות התנהגות "אוטומטיות", קבועות ומהירות, מסייעות להישרדות או משפרות את יכולתו של האדם להסתגל לסביבתו. בגוף האדם כ- 5 ליטרים דם בממוצע, אך בזמן פעילות נמרצת מועברים לשרירי הגוף כ- 21 ליטר דם בכל דקה! הסבירו כיצד מווסת כל אחת מהמערכות, הסימפתטית והפאראסימפתטית, את זרימת הדם בגוף, ומהו ההיגיון הביולוגי בכך. איזו משתי המערכות שומרת על הומיאוסטזיס בגוף, ואיזו מסיטה את הגוף מהומיאוסטזיס? ציינו והסבירו מה ההיגיון הביולוגי בכל אחד מתיפקודים אלה ז. פעילויות לנושא מערכת העצבים הפעילות "מבנה מערכת העצבים" מתוך הנדסה ביו רפואית באתר המגמה מדעית טכנולוגית. הפעילות "העברת הדחף העצבי" מתוך הנדסה ביו רפואית באתר המגמה מדעית טכנולוגית. עמוד 138

139 פרק 55 ק מערכת השלד א. מבוא מהי מערכת השלד? החולייתנים, אשר להם שלד האדם שייך לתת-מערכת וסחוסים, יחד עם מחלקות הדגים, עצמות פנימי העשוי הוא נמנה, הדו-חיים, הזוחלים, העופות והיונקים, עליהם 1. המשותף לכל החולייתנים הוא עמוד שדרה ראו איור הבנוי מסדרת חוליות, והמשמש בסיס עמוד השדרה, המהווה חלק מהשלד, הוא החלק הקשיח במערכת הנושאת את משקל חלקו העליון של הגוף, ולאפשר חוט השדרה ותפקידיו העיקריים הם להגן על יציבות לגוף. איור 1 חמש כבכל החולייתנים האחרים, השלד הוא הבסיס לארגון צורת המחלקות במערכת לפניות האדם ולתנועתו הן להתקדמות במרחב והן ולפיתולים. השלד עשוי מעצמות המתחברות למערכת אחת באמצעות רקמת חיבור, כגון סחוס. כמו כן, ישנם חלקים בשלד, שאינם עשויים עצם אלא סחוס, כגון האוזן וחלקו התחתון של האף. התנועה מתרחשת באמצעות השרירים והשלד. בפרק זה מושם דגש על היכרות עם מבנה השלד, על סוגי העצמות והמפרקים. על מערכת השרירים, ועל הנעת השלד באמצעות השרירים יורחב בפרקים נפרדים. ב. תפקידיה של מערכת השלד 1. מנוף לתנועה - עצמות המחוברות על ידי מפרקים יוצרות מבנים דמויי מנוף המאפשרים תנועה. העצמות מסייעות לשרירי השלד לשמור על תנוחת חלקי הגוף או לשנותה. 2. תמיכה לרקמות הגוף - צורת השלד יוצרת את צורת הגוף. העצמות תומכות בשרירים ומספקות להם אתרי אחיזה. איברי הגוף נמצאים בתוך חללים שיוצרות העצמות )כגון איברי בית החזה ואיברי הבטן(, או מסביב למבנים שיוצרות העצמות )כגון הגפיים(. 3. הגנה על איברים פנימיים - יש עצמות היוצרות תיבות קשות הסוגרות על איברים פנימיים רכים ומגינות עליהם )לדוגמא - עצמות הגולגולת, הצלעות(. 4.איוורור הריאות - באמצעות הצלעות והשרירים הבין צלעיים המחברים אותן. 5. ייצור תאי דם - בחלק מן העצמות )בעיקר בעצם האגן, בחוליות ובעצם החזה( יש אזורים בהם מיוצרים תאי דם. אזורים אלה מכילים את רקמת מוח העצם. פגיעה במוח העצם )לדוגמא עקב קרינה חזקה( עלולה לגרום למוות. עמוד 139

140 6.מאגר מינרלים - העצמות משמשות כמאגר ליונים מינרלים, כגון יוני סידן וזרחן. כניסת היונים למאגר ויציאתם ממנו מסייעות בשמירה על ריכוזי היונים בגוף. ג. מבנה מערכת השלד ג. 1. חלקי השלד השלד בנוי, כאמור, מעצם )Bone( וסחוס,)Cartilage( שני סוגי רקמות עליהם נפרט בהמשך. את שלד האדם, ראו איור 2, ניתן לחלק לשני מרכיבים עיקריים: 1. ציר השלד, הכולל את עמוד השדרה, את עצמות הגולגולת ואת סל הצלעות. 2. שלוחות השלד, הכוללות את חגורת אגן הירכיים, חגורת הכתפיים, עצמות הזרוע, עצמות כף היד, עצמות הרגל ועצמות כף הרגל. איור 5 שלד האדם, הכולל שני מרכיבים עיקריים: ציר השלד ושלוחות השלד. מתוך תמיר, עמ' 88 להלן ציון מאפייניהן של חלק מהעצמות: עצמות הגולגולת bones( )cranial מקיפות את המוח ואת איברי החישה של הראש ומגינות עליהם. עצמות הפנים bones( )Facial משמשות כשלד לאזור הפנים ותומכות בשיניים. עמוד 140

141 עצמות חגורת הכתפיים והגפיים העליונות עצמות בעלות חיבורים רבים לשרירים, המאורגנות באופן המעניק להן חופש תנועה רב. כוללות את עצמם הבריח, עצם השכמה ועצמות היד. החוליות )Vertebrae( מקיפות את מוח השדרה ומגינה עליו. תומכות בגולגולת ובגפיים העליונות ומספקות אתרי אחיזה לשרירים. הדסקיות הבין-חולייתיות disks( )Intervertebral מבנים סיביים וסחוסיים בין החוליות )ראו הפרק על המפרקים(, הסופגים את המתח הנובע מן התנועה ומקנים גמישות לעמוד השדרה. עצמות סל הצלעות מערך עצמות באזור החזה, הסוגר ומגונן על האיברים הפנימיים הרגישים הריאות והלב, כולל את עמוד השדרה, הצלעות ועצם החזה, המקשרת בין הצלעות מלפנים. חגורת האגן griddle( )Pelvic מורכבת משש עצמות מאוחות ותומכת במשקל עמוד השדרה ומגנה על איברים הנמצאים בבטן התחתונה ובאגן, כגון שלפוחית השתן. עצם הירך )femur( העצם החזקה ביותר בגוף. נושאת משקל רב וקשורה לשרירים חזקים. ממלאת תפקיד חשוב בתנועה ובשמירת התנוחה הזקופה של הגוף. פיקת הברך )patella( מגנה על מפרק הברך ומסייעת בתנועת המנוף של העצמות והשרירים. שוקה )tibia( אחת משתי עצמות השוק. נושאת משקל. שוקית )fibula( אחת משתי עצמות השוק, אינה נושאת משקל. ג. 2. סוגי העצמות עצמות האדם מגוונות מאד בגודלן, החל מהעצמות הקטנטנות המשתתפות בתהליך השמיעה בעצם התיכונה, וכלה בעצמות הירך הגדולות. לעצמות השלד יש צורות שונות )כפי שניתן לראות באיור 3(: עצמות ארוכות Bones( )Long עצמות בעלות מבנה גלילי מאורך הנמצאות בגפיים. לדוגמא עצם הזרוע, עצם הירך ועצמות האצבעות. העצמות הארוכות בנויות כצינורות חלולים, שבהיקפם קליפת העצם )"דופן הצינור"( העשויה מרקמת-עצם צפופה. במרכזן מוח עצם, אך במקומות הזקוקים לתמיכה נוצרים מעין גשרים של המגבירים את התמיכה במבנה העצם, ובכך מסייעים לה לעמוד בעומסי הכוחות הגדולים בהם היא נתונה במהלך תנועה, סחיבת משאות וכו'. עצמות קצרות Bones( )Short עצמות בעלות מבנה קובייתי או מלבני. לדוגמא עצמות שורש כף היד ושורש כף הרגל. עצמות שטוחות Bones( )Flat עצמות בעלות מבנה של לוח עקמומי הבונות דפנות של חללים להגנת האברים שבתוכם. לדוגמא עצמות הגולגולת, האגן והצלעות ועצמות חגורת הכתפיים. העצמות השטוחות עשויות משני לוחות של רקמה צפופה, וביניהם שכבת רקמה ספוגית. עצמות מיוחדות Bones( )Special עצמות בעלות מבנה מסובך, כגון החוליות. עמוד 141

142 איור 3 ארבעת הסוגים העיקריים של עצמות עצמות ארוכות עצמות קצרות עצמות שטוחות עצמות מיוחדות לאחר שעמדנו על מבנה השלד והעצמות העיקריות המרכיבות אותו, נרחיב על מבנה העצמות ועל המפרקים המקשרים ביניהן, והמאפשרים להן לנוע זו ביחס לזו, כלומר מאפשרים את תנועת השלד. שאלה 1. הסבירו, תוך שימוש בדוגמאות, כיצד מותאמים סוגי העצמות השונים )ארוכות, קצרות ושטוחות( לתיפקודם. ג. 3. הרכב רקמת העצם העצם של אדם חי מורכבת מרקמת אפיתל ומרקמת עצם, שהיא סוג של רקמת חיבור מתמחה. רקמת העצם מכילה תאים חיים הנקראים תאי עצם, מסוגים שונים, וכן חומר בין תאי מוצק המכיל סיבי קולגן ומינרל )בעיקר סידן( המקשיח את העצם. תאי רקמת העצם תאי העצם נקראים אוסטאוציטים.)Osteocytes( תא האוסטיוציט )ראו איור 5( נמצא בתוך חלל קטן ברקמת העצם, חלל שממנו יוצאות בכל הכיוונים שלוחות דקות של ציטופלסמה המקשרות אותו עם אוסטאוציטים אחרים. השלוחות ציטופלסמטיות נוגעות זו בזו, אך אינן מחוברות. האוסטאוציטים מסודרים בשכבות בהיקף העצם, ובחלקה הפנימי. בנוסף לאוסטאוציטים קיימים שני סוגים עיקריים של תאי-העצם: אוסטיאובלסטים,)Osteoblats( תאים בוני עצם, ואוסטאוקלסטים,)Osteoclasts( תאים הורסי העצם. האוסטיאוקלסטים מתפקדים כתאים בלעניים, ויוצרים מחילות מיקרוסקופיות בתוך העצם, אשר לתוכן חודרים האוסטאובלסטים המייצרים חומר בין-תאי. ויסות פעולתם של שני סוגי התאים מביא לשמירת צורת העצם, לגידולה ולתיקונה בעת שבירה עמוד 142

143 א) החומר הבין-תאי בעצם העצם בנויה תאים הנתונים בתוך חומר בין תאי )חומר ביניים( מוצק המקנה לה את תכונותיה הפיזיות. מרכיביו העיקריים של החומר המוצק הם: 1. כ- 25% חומר אורגני, בעיקר חלבון % מלחים מינרלים, בעיקר זרחת-הסידן 3. כ- 30% מים. החומר האורגני הבין-תאי ברקמת העצם מכיל סיבים חלבוניים הנקראים סיבי קולגן, סיבים שלהם תרומה חשובה לחוזקה של העצם. החומר הבין-תאי מיוצר על ידי תאי עצם צעירים וסטאובלסטים(. בשלב מסוים מפסיקים התאים לייצר את החומר הבין-תאי והופכים לתאים בוגרים )אוסטאוציטים(. גבישי המינרלים, בעיקר זרחת הסידן, המשובצים בתוך סיבי הקולגן, מקנים לרקמת העצם את קשיחותה. במהלך חיי העצם חלה תחלופת רקמת עצם, כלומר מתרחשים תהליכים של בניה והרס מחזוריים של הרקמות המרכיבות אותה, ובמקביל תחלופה של המינרלים המרכיבים את העצמות בין העצמות ומחזור הדם. אספקת המינרלים מהעצמות לדם מאפשרת לגוף לווסת את כמות המינרלים הדרושה לרקמות הגוף השונות. פעילות גופנית מעודדת שקיעת סידן בעצמות בוגרות, ובכך מסייע להגדלת צפיפותן. שאלות העצמות הן החזקות ביותר מבין רקמות החיבור. מה מעניק להן את חוזקן? 2. מהו ההיגיון בכך שהעצם מתפקדת כמאגר של סידן לגוף? 3. לו היה חומר-הביניים בעצם עשוי מלחים מינרלים בלבד, הייתה העצם שבירה ופריכה מאוד, כמו 4. עצם שרופה. הסבירו מדוע. ילדים נופלים פעמים רבות בלי שעצמותיהם נפגעות. לעומת זאת, עצמותיהם של מבוגרים 5. שבירות יותר. במה שונות עצמות הילדים מאלה של המבוגרים? העצמות של אנשים הסובלים ממחלה האוסטיאופורוזיס שבירות מאד, והן עלולות להישבר גם 6. ללא סיבה חיצונית בולטת. מה גורם לשבירות הגדולה של עצמותיהם? מבנה רקמת העצם לכל העצמות מבנה משותף: חלק חיצוני הבנוי מעצם צפופה וחלק מרכזי הבנוי עצם ספוגית, אך הגבול ביניהן אינו תמיד ברור. השכבה החיצונית של העצם נקראת קרום העצם,)Periosteum( והיא מכילה עצבים רבים, ובעיקר כאלה המעבירים תחושת כאב. קרום העצם מכיל מאגר של תאי עמוד 143

144 עצם צעירים האחראים ליצירת רקמת עצם חדשה במסגרת התהליך המתמיד של הרס העצם ובנייתה, ובמסגרת בנייה מחדש של עצם לאחר שבר. איור 4 המבנה של עצם ארוכה מתוך: waynedennehy.com/science%206o.htm מתחת לקרום העצם נמצאת שכבה של רקמת עצם צפופה וקשה )= עצם קומפקטית, Compact,)Bone ובמרכז העצם נמצאת רקמת עצם ספוגית Bone(,)Spongy רקמה המזכירה בצורתה רקמת ספוג בנויה מחללים חללים שבתוכם נמצאת רקמת מוח העצם. רקמת העצם הצפופה רקמת העצם הצפופה )הקומפקטית( נמצאת בחלקה החיצוני של העצם )ראו איור 4(. החלק החיצוני, מקנה לעצם את עיקר הנוקשות הנחוצה לתיפקוד המכני, ומהווה 80% מעצמות השלד. עובייה של רקמה זו משתנה בהתאם למיקומה. רקמת העצם הצפופה בנויה מצירוף של תאי עצם, האוסטאוציטים, וביניהם שכבות של חומר בין תאי המורכב מסיבי קולגן שבתוכם משובצים גבישי זרחת הסידן. האוסטאוציטים מאורגנים במעגלים )"טבעות", או "שכבות גליליות"( שכל אחת מהן נקראת אוסטאון )או מבנה ה או רס(. כפי שניתן לראות באיור 4, במרכזו של כל אוסטאון יש תעלה שבה עוברים כלי דם, המזינים את רקמת העצם והעצבים המשולבים בה. במרכזו של כל אוסטאון )ראו איור 5( יש תעלה שצירה אורכי ומקביל לאורך העצם, ובתוכה עוברים כלי דם המאפשרים חילוף חומרים בין רקמת העצם לחלקי הגוף האחרים. פרט לתעלה האורכית יש גם תעלות שצירן מאונך לתעלות אלה והן מחברות ביניהן ומאפשרות גם לכלי לימפה ועצבים להגיע לחלקיה הפנימיים של העצם, כולל למוח העצם. עמוד 144

145 ממבנה האוסטאון ניתן ללמוד שאספקת הדם לעצם היא דלה, יחסית, לאספקת הדם לרקמות אחרות בגוף. בעצם, במקום רשת מסועפת של נימי דם, אספקת מזון וחמצן מתבצעת באמצעות שלוחות האוסטאוציטים. תא עצם )אוסטאוציט( בהגדלה, ממנו יוצאות שלוחות ציטופלסמטיות ארוכות איור 5 מבנה רקמת העצם הצפופה ותא עצם בהגדלה. באיור ניתן לראות כי תאי העצם נמצאים בתוך חללים קטנים ברקמת העצם, ונוגעים זה בזה באמצעות השלוחות הציטופלסמטיות הארוכות. כמו כן ניתן לראות באיור את מבנה האוסטאונים, שבמרכזו של כל אחת מהן תעלה שבתוכה כלי דם. מתוך תמיר, עמ' 89 אוסטיאון )מבנה ה או רס( - שכבות גליליות של רקמת עצם והאנאורגאני רקמת עצם ספוגית, אשר הרכב החומר האורגני רקמת העצם הספוגית בחלקן המרכזי של העצמות יש כפיסונים )טרבקולות, זהה לעצם הצפופה, אך המבנה שלה שונה. רקמה זו בנויה שבתוכה )Trabeculae )ראו איור 6( המאורגנים לאורך ולרוחב, וביניהם רקמת מוח העצם. הסידור הוא תאי העצם )האוסטאוציטים( מסודרים לאורך הכפיסונים, וניזונים ממוח העצם הסמוך אליהם. רקמת העצם הספוגית מהווה 20% מהשלד, והיא מסייעת להפחית את משקל העצם, מבלי שחוזקה יפחת באופן משמעותי. איור 6 עצם ספוגית. מימין, איור של קטע מעצם ספוגית, כולל הגדלה של חתך כפיסון )טרבקולה(, ומצד שמאל צילום חתך בעצם, הכוללת רקמת עצב ספוגית בחלקה הפנימי. עמוד 145

146 שאלות מהי תרומת העצם הצפופה לתכונותיה של העצם? 7. העצם הספוגית מהווה חלק גדול ממבנה העצם. מהי חשיבותה של תופעה זו לתיפקודו של 8. הגוף? סמן את התשובה, או התשובות הנכונות בשאלה שלפניך. החללים שבעצמות הארוכות: 9. תורמים לחוזקן. i. מפחיתים ממשקלן..ii משמשים מאגר מינרלים..iii ג 4. הסחוס רקמת הסחוס )cartilage( מורכבת מתאי-סחוס, מחומר בין-תאי ומסיבים של החלבון קולגן. הסיבים מונחים בין תאי-הסחוס, כשהחומר הבין-תאי השקוף ממלא את כל המרווחים שבין התאים לבין הסיבים. מבנה רקמת הסחוס דומה לרקמת העצם, אך ללא המינרלים )בעיקר סידן וזרחן( המעניקים לעצם את קשיותה. לרקמת הסחוס תיפקודים שונים במהלך חיי האדם מהלידה ועד גמר ההתגרמות, כלומר השלמת יצירת העצמות )בגילאי 18-21( נמצא הסחוס בעצמות הארוכות בין חלקן המרכזי לבין קצותיהן, וסחוס זה מהווה את מקום התארכות העצם וצמיחתה. במבוגר נותר סחוס במפרקים, בתנוכי האוזניים, באף ועוד. קיימים מספר סוגי סחוס, ואחד מהם, סחוס בעל סיבים עדינים cartilage(,)hyaline מצוי בקצות המפרקים הסינוביים בגוף בברכיים, בירכיים, בקרסוליים, במרפקים, בכתפיים ובשורשי הידיים. במפרקי השלד, אשר מאפשרים את תנועת הגוף, עוסק הפרק הבא. ג. 5. מפרקי השלד מפרק,Joint( )articulations הוא אזור החיבור בין שתי עצמות שונות. המפרקים הם אזורים של מגע, או כמעט-מגע, בין העצמות, שבהם מקשר בין העצמות גשר מיוחד של רקמת חיבור. למפרקים יש תיפקודים שונים, החל ממפרקים שאינם מאפשרים תנועה כלל, כגון המפרקים בין עצמות הגולגולת, ועד למפרקים המאפשרים כושר תנועה רב, כגון מפרק הכתף. מבחינים בשלושה סוגי מפרקים: 1. מפרק ללא יכולת תנועה, הנקרא מפרק סיבי Joint(.)Fibrous במפרק סיבי )ראו איור 7 א( החיבור בין העצמות הוא באמצעות סיבים קצרים מאד המשמשים כמעין דבק, ומצמידים בחוזקה את העצמות זו לזו. לדוגמא החיבור בין עצמות הגולגולת, ובין השיניים לבין הלסתות. עמוד 146

147 מפרק בעל תנועה מוגבלת, הנקרא מפרק סחוסי Joint(.)Cartilaginous החיבור בין שתי העצמות במפרק זה נעשה על- די י רקמת סחוס )Cartilage( המחוברת לכל אחת מהעצמות. לדוגמא המפרק שבין חוליות השדרה ובין הצלעות לעצם החזה. מפרק בעל כושר תנועה רב, הנקרא מפרק סינובי Joint( )Synovial למפרק זה )ראו איור 7 ג( מבנה מיוחד המאפשר תנועה תוך יצירת חיכוך מינימלי בין העצמות. קצוות העצמות היוצרות את המפרק מצופים ברקמת סחוס חלק מאד )סחוס מפרקי( וקיימת התאמה מושלמת לדוגמא מפרק הכתף ומפרק הברך. כאשר עצמות המפרק נעות, החיכוך בין שני משטחי הסחוס מוקטן באמצעות נוזל שמנוני Fluid( )Synovial המשמש כחומר סיכה. נוזל זה נוצר על ידי קרום המקיף את חלל המפרק, קרום השומר עליו בתוך חלל המפרק, והוא נחשב לחומר הסיכה הטוב ביותר עד היום לא הצליחו לייצר חומר כזה בצורה סינתטית. את המפרק עוטפת מעטפת רקמת חיבור הנקראת קופסית, אשר מחזיקה את שני חלקי המפרק צמודים זה לזה. שתי העצמות מחוזקות זו לזו בעזרת רצועות )Ligaments( גמישות המחוברות לקצה עצם אחת, עוברות על גבי המפרק ומתחברות לקצה העצם השנייה. לרצועות יש אלסטיות מסוימת המאפשרת להן להימתח בזמן תנועת המפרק. הרצועות כוללות תאים וכן חומר בין-תאי הכולל סיבי אלסטין, שהם סיבים חלבוניים בעלי כושר מתיחה. ניתן להגדיל את גמישות הרצועות במפרק על ידי אימון. קריעה של הרצועות עלולה לגרום לכך שהעצמות המרכיבות את המפרק יתנתקו זו מזו, וייווצר מצב הנקרא פריקת מפרק..2.3 איור 7 שלושת הסוגים העיקריים של המפרקים: מפרק סיבי, מפרק סחוסי ומפרק סינובי. מתוך מבחינים בסוגים שונים של מפרקים סינוביים בעלי כושר תנועה שונה, בהתאם לצורת המפרק, כפי שניתן לראות באיור 8: א. מפרק צירי Joint( )Hinge מפרק המאפשר תנועה במישור אחד בלבד כפיפה ויישור, למשל, מפרקי מרפק היד, ומפרקי הלסתות. עמוד 147

148 ב. מפרק כדורי Joint( )Ball and socket מפרק המאפשר לעצם לנוע בכל הכיוונים )"סיבוב העצם"(, וכן תנועת סיבוב על ציר העצם שנכנסת למפרק. למשל, מפרק הירך ומפרק הכתף. איור 8 סוגים שונים של מפרקים סינובייים ד. מצבים של סטייה הומיאוסטאזיס ומחלות במערכת השלד מצבי סטייה הומיאוסטאזיס מחלה במערכת השלד נגרמים מגורמים שונים ומגוונים, עקב מחלות, פציעות, מאמצים גופניים בלתי מבוקרים הפוגעים ביכולת הגוף לקיים הומיאוסטאזיס של מרכיבי העצם, ושינויים המתרחשים בגוף עם הגיל. להלן נתייחס לכמה מהמצבים השכיחים. פגיעות בעצמות שבר )Fracture( שבר מוגדר כפגיעה ברציפות העצם. שברים נגרמים ברוב המקרים כתוצאה מהפעלת כוח גדול על העצם, עקב נפילה או תאונת דרכים או תאונת עבודה. שבר כשלעצמו אינו מסכן חיים, אם כי עלול לגרום לסבל רב עקב כאבים. יחד עם זאת, שברים עלולים לגרום לסיבוכים מסכני חיים, באם הם גורמים למחיצה או לקריעת כלי דם ולדימום פנימי, או לפגיעה בעצבים המפקחים על איברים חיוניים לחיים, כגון שבר בחוט השדרה הפוגע בעצבים המפקחים על פעולת מערכת הנשימה. ברוב השברים בגפיים ניתן להחזיר את העצמות למקומן על ידי לחץ חיצוני, ולאחר מכן מקבעים את הגפה הפגועה באמצעות גבס למספר שבועות, עד להתאחות העצם. במקרים שאין אפשרות להחזיר את העצמות למקומן בלחץ חיצוני, מבצעים זאת באמצעות ניתוח, ולעתים גם מקבעים את העצמות השבורות זו לזו באמצעות ברגים מיוחדים, אשר בדרך כלל מוסרים לאחר שהאיחוי הושלם. שבר מאמץ Fracture( )Stress הוא סוג פציעה הנגרמת משחיקת העצם כתוצאה מעומסים רציפים המופעלים עליה בתחום יכולתה. זאת להבדיל משבר רגיל שנגרם מהפעלת כוח חד פעמי שגדול ממה שהעצם מסוגלת לשאת. בסלנג הצבאי קיבל שבר המאמץ את הכינוי "שבר הליכה", משום שהוא נפוץ בקרב חיילים מיחידות החי"ר )במיוחד בשלבי הכשרתם, החל מהטירונות( ונגרם לרוב ברגליים עקב המסעות המפרכים שהם עוברים. יחד עם זאת, שבאי מאמץ מתרחשים אף בקרב טיילים וכן בעלי מקצועות המחייבים הליכה ועמידה ממושכת ומאומצת, כגון אחיות בתי חולים. עמוד 148

149 שברי מאמץ מתרחשים כאשר על העצם מופעלים מאמצים בעל עצם שתדירות רבה מדי, ולכן הם שוחקים את העצם מהר יותר מכפי שהגוף יכול להספיק ולתקן את השחיקה. שברי הליכה נוצרים עקב הליכה או עמידה ממושכות מדי, זאת ביחס ליכולת הגוף לשקם את העצם ולספוח אליה סידן. כתוצאה מהפגיעה בשיקום העצם עלולים להיווצר בה שברים, בדרך כלל, שברים זעירים הגורמים לכאבים עזים ולירידה בכושר תיפקוד של הרגל. הסיכון ללקות בשבר הליכה גדל ככל שזמן ההליכה ארוך יותר, הקרקע עליה הולכים קשה יותר, והמטען שנושאים על הגוף כבד יותר. גורמים נוספים המעלים את הסיכון הם תזונה ענייה בסידן ומחסור בשינה. זאת משום שההורמונים המאפשרים ספיחת סידן לעצמות מופרשים רק בזמן השינה. גריעת סידן מהעצם עקה או פציעה גורמות לגריעת סידן מהעצם, וכמו כן, אוסטיאופורוזיס ירידה בצפיפות העצם במהלך ההזדקנות, או בגיל צעיר יותר, עקב מצבי מחלה, יורדת מסת העצמות בעמוד השדרה, במפרק הירך ובעצמות נוספות, במיוחד בנשים. לעתים התהליך של הידלדלות העצם )ירידה בצפיפות העצם( מתרחש במידה כזאת שהעצמות נחלשות באופן משמעותי, והוא נקרא אוסטיאופורוזיס.,)Osteoporosis( האוסטיאופורוזיס, אשר מואץ בעיקר אצל נשים לאחר תום המחזור, הינה למעשה מחלה שבעקבותיה עלולים להיגרם שברים בירך ובעצמות אחרות, ועמוד השדרה עלול להתעקל. כפי שכבר הזכרנו בפרק, העצם עוברת תהליך מתמיד של הרס )באמצעות אוסטאוקלסטים( ובנייה )באמצעות אוסטאובקלסטים(. בתקופת הילדות, קצב בניית העצם גדול מקצב ההרס, ולכן העצמות גדלות. בערך בגיל 30 מגיעה מסת העצם לערך המקסימאלי שלה, והחל מגיל זה מתחילה קצב ההרס של העצם גדול מקצב בנייתה, ומשמעות הדבר הינה ירידה הדרגתית )של כ- 0.7% לשנה( בצפיפות העצם ובחוזקה. יש לציין כי בציבור נפוצה תפיסה שגויה על פיה נגרמת היחלשות עצמות כתוצאה מ"בריחת סידן" )כלומר מירידה בתכולת הסידן( מהן, אך למעשה כמות הסידן בעצם אינה משתנה עקב הגיל. טיפול באוסטיאופורוזיס בנשים מתבטא בעיקר במתן הורמון נשי )אסטרוגן(, המאט, אך אינו עוצר, את הירידה בצפיפות העצם, וכן פעילות גופנית נושאת משקל )לא שחייה(. נטילת תרופות שונות המכילות סידן, עשויה לעזור במידה מסוימת, אך יעילותן המוחלטת עדיין לא הוכחה. פגיעות במפרקים המפרקים הנעים הינם מנגנונים רגישים המועדים לפגיעה עקב העומסים הרבים המוטלים עליהם במהלך התנועה. מפרק הברך למשל, בולם את הכוח שמופעל על ידי משקל גופו של אדם רץ בכל פעם שרגלו נוחתת על האדמה. מתיחה או סיבוב פתאומית וחזקה מדי של הברך, העלולה למתוח את המפרק ולגרום לקריעת רצועה או גיד, מצב הנקרא נקע. מצב של קריעת רצועה מחייב ניתוח לחיבור החלק המנותק בתוך עמוד 149

150 מספר ימים, כיוון שאזור הנתק שברצועה עלול להיפגע על ידי תאים בולענים, הנמצאים באופן טבעי בחלל המפרק, ומנקים אותו בעקבות השחיקה היומיומית. פריקה )Dislocation( תנועה לא נכונה, או הפעלת לחץ גדול על המפרק )במקרה של נפילה או תאונת דרכים, למשל( עלולה להוציא ממקומה את העצמות הקשורות במפרק, כגון במצב של "פריקת כתף". בעקבות הפריקה המפרק מאבד את יכולת התנועה שלו וכל ניסיון להניע את המפרק גורם לכאב חזק. הפריקה מלווה בדרך כלל בקרע של רצועות המפרק, אשר במפרק תקין מחזיקות את המפרק במקומו ומונעות פריקה. באנשים מאד גמישים )שאצלם הרצועות אלסטיות במיוחד(, תתכן פריקה כתוצאה מתנועות טבעיות, אך הם מסוגלים, בדרך כלל, להחזיר את המפרק למקומו. במקרה של פריקה אסור לנסות להחזיר את המפרק למקומו )אלא אם הנפגע בעצמו מנוסה בכך(, ויש לקבע את הגפה בתנוחה בה היא נמצאת ולהעביר את הנפגע לבית חולים, בו יצלמו את אזור הפריקה ויבחנו האם יש נזקים, בטרם יחזירו את המפרק למקומו. פגיעה מסוג אחר עולה להתרחש בעקבות דלקת מפרקים )=שגרון,,)Arthritis הנגרמת בעקבות זיהום חיידקי או נגיפי, או עקב נטייה תורשתית, ומתבטאת בהתנוונות הסחוס ובשקיעת עצם באזור המפרקים, ועלולה לגרום למגבלות תנועה קשות לחולה. כאב גב תחתון כאב גב תחתון היא אחת הבעיות הרפואיות הנפוצות ביותר בישראל ובעולם המערבי. כ- 80% מהאוכלוסייה סובלים לפחות פעם אחת במשך החיים מהבעיה, אם כי אצל רובם היא חולפת לאחר מספר ימים אף ללא כל טיפול, ורק ב- 10% מהמקרים הכאב הופך לכאב כרוני )קבוע(. הגורמים האפשריים לכאב גב תחתון הם רבים, לדוגמא: 1. כאבי הנובע מהתנוונות הדיסק והמפרקים הבין חולייתיים, הגורמת לפגיעה בכושרו של הדיסק לבלום זעזועים וללחץ על עצבים הנמצאים באזורים אלה. 2. כאב הנובע מ"פריצת דיסק". הדיסק הנמצא בין החוליות בנוי מטבעת סיבית ומג'ל הנמצא בתוך הטבעת. קרע בטבעת עלול לגרום לפריצת הג'ל אל מחוץ לדיסק, ועקב כך ללחץ על עצבים בחוט השדרה. 3. כאב הנובע משרירי הגב, כתוצאה מפגיעה בהם עקב מאמץ, וגרימת קרעים קטנים בשרירים אלה, או מפגיעה אחרת בהם. 4. כאב הנובע מגוף החוליה, כגון בעקבות שברים בה הנגרמים כתוצאה מתהליך האוסטיאופורוזיס או ממחלה אחרת )כגון סרטן או זיהום חיידקי(. 5. כאב הנובע מגורמים נפשיים, עקב מנגנון שאינו ידוע עדיין. טיפולים בכאב הגב הם מגוונים ועשויים לכלול מנוחה )שכיבה במיטה מקטינה את הלחץ על העצבים במקרה של פריצת דיסק, ומהווה מנוחה לשרירי הגב(, ניתוח לתיקון פריצת דיסק, תרופות שונות )הנלקחות נגד הפה או בזריקות( להרפיית שרירים, תרופות נוגדות כאבים, תרופות נגד דלקות )הנגרמות על ידי חיידקים או פגיעה אחרת( ב, טיפולים פיזיותרפיים ועוד. עמוד 150

151 שאלות 11. חלקים מסוימים של רבות מעצמות הגוף של הבוגר עשויים סחוס. הביאו לכך דוגמאות והסבירו את החשיבות של הסחוסים בדוגמאות שהבאתם. מהי חשיבות קיומו של המפרק הגמיש וכיצד מותאם מבנה לתיפקודו? 11. למה גורם נזק בסחוס המפרק? 12. למה עלול לגרום מחסור בנוזל השמנוני שבברך? 13. מדוע גורמת דלקת מפרקים לקשיים בתנועה? 14. ה. פעילויות לנושא מערכת השלד הפעילות שלד ושרירים, מתוך הנדסה ביו-רפואית באתר המגמה מדעית טכנולוגית: עמוד 151

152 א. תפקידי מערכת השרירים )1 )2 פרק 6 מערכת השרירים - השרירים )Muscles( הם רקמות שתאיהן מסוגלים להתכווץ ולפתח כוח ואחר כך לשוב ולהתרפות. רקמות השרירים מעורבות, בין היתר, התיפקודים הבאים: תנועה הנעת עצמות השלד. שמירה על יציבה עצמות השלד. - נשימה )3 )4 )5 בקרת התנועה של חילוף גזים )איוורור הריאות(, באמצעות הסרעפת והשרירים הבין-צלעיים ושרירי הבטן. הזרמת הדם באמצעות הלב, וויסותה לרקמות השונות )שינוי קוטר העורקים(. הובלת המזון ופירוקו המיכני במערכת העיכול ותנועות גליות של הובלת המזון בצינורות העיכול. - )6 )7 רבייה - ההזדווגות, ההיריון, הלידה, ההנקה. הראייה טחינתו הפיסית באמצעות השיניים והקיבה, הנעת גלגל העין, שינוי מפתח האישון והתאמת עדשת העין לראייה חדה במרחקים )8 )9 שונים, הגנת העיניים ושמירת לחותן )באמצעות העפעפיים(. הדיבור הנעת האוויר )נשימה(, מתיחת מיתרי הקול, והפעלת שרירי הלשון והשפתיים. ייצור חום התכווצות השרירים מלווה תמיד בשחרור אנרגיית חום. תאי רקמת שריר מתכווצים בתגובה על גירוי המגיע אליהם מתא עצב )נוירון(,.והתכווצותם מתואמת באמצעות מערכת העצבים המרכזית. בפרק זה מושם דגש על היכרות עם סוגי השרירים השונים, ועל מבנה ותיפקוד תאי השריר ברמה התאית. על הנעת השלד באמצעות השרירים יורחב בפרק נפרד. שאלה 1. מדוע חיוני שהפעלת השרירים תהיה מתואמת באמצעות מערכת העצבים המרכזית? בתשובתכם השתמשו בדוגמא של בקרה עצבית פשוטה של קשת רפלקס, ובקרה עצבית "גבוהה" בה מעורב מוח הגולגולת. עמוד 152

153 ב. מבנה מערכת השרירים מבחינים בין שלושה סוגים עיקריים של שרירים: שריר משורטט, שריר חלק ושריר הלב, כפי שניתן לראות באיור 1: איור 1 תיאור סכמטי של שלושת סוגי השרירים בגוף: שריר הלב, שריר משורטט )בזרוע( ושריר חלק )בקיבה( להלן תיאור תמציתי של שלושת סוגי השרירים: 1. שרירים משורטטים Muscle( )Striated שרירים אלה מהווים את שרירי השלד, שרירי הסרעפת ושרירי הפנים והלשון. השרירים המשורטטים נקראים כך מפני שבהסתכלות על תאי השריר במיקרוסקופ ניתן להבחין בפסים אחידים לרוחב סיבי השריר. שרירים אלה הם רצוניים, בניגוד לשני סוגי השרירים האחרים. השרירים המשורטטים חיוניים לתיפקודו של האדם כפרט עצמאי, בתנועה ממקום למקום, בהעברת חפצים ובשימוש בהם, בהפעלת מכונות ומכשירי חשמל, בתקשורת ישירה, הכוללת דיבור ותנועות שרירי הפנים וגוף כולו, בתקשורת עקיפה באמצעות טכנולוגיות שונות ועוד. פגיעה משמעותית בתיפקודם של השרירים עלולה להתבטא בנכות, כלומר בקושי, או באי יכולת לבצע פעולות חיוניות ובסיסיות באופן עצמאי שרירי השלד מסייעים לנו לקלוט גירויים מהסביבה, על ידי הפניית הראש והגוף כולו וגלגלי העין לכיוון ממנו מגיעים הגירויים, אך הם גם מסייעים לנו להגיב על שינויים בסביבה, על ידי הנעת הגוף כולו או חלקים ממנו על מבנה השריר המשורטט ועל תיפקודו, ראו הרחבה בהמשך הפרק. 2. שריר הלב Muscles( )Cardiac שריר ייחודי, הדומה במבנהו הבסיסי לשרירי השלד, אך הפעלתו איננה רצונית. שריר הלב פועל ללא הפסקה החל מהיווצרותו בעובר ועד למוות. שריר הלב הוא, אמנם, שריר משורטט, אך יש לליפים שלו מבנה מסתעף ולא מקביל, ויש לו שתי תכונות פיסיולוגיות ייחודיות: א. שריר הלב פועל כיחידה אחת, ולא כליפים בודדים )על המושג ליף ראו בהמשך הפרק ובמילון(. ולכן הוא מקיים את החוק "הכל או לא כלום" )ראו בהמשך פרק זה( במלואו, כפי שמקיים אותו ליף בודד בשריר משורטט )ראו בהמשך הפרק(. ב. תקופת ההשהיה הינה ארוכה ונמשכת עד תום ההרפיה, ומשום כך שריר הלב חייב להגיע להרפיה מלאה לפני שיוכל להתכווץ שוב. תקופת השהיה זו מבטיחה שחלל הלב יתמלא דם בזמן הדיאסטולה )הרפיית שריר הלב, מצב בו החדרים מתמלאים בדם(, לפני שיוכל עמוד 153

154 להיכנס לסיסטולה חדשה, כלומר להתכווץ ולהזרים את הדם לגוף. התכווצויות רציפות )טטניות( היו גורמות לאי הזרמה של דם מהלב. פעולתו של שריר הלב, מבוססת, כפעולתו של כל שריר אחר בגוף, על התכווצות, אך תוצאת התכווצותו היא ייחודית - הזרמת הדם בגוף. שרירים חלקים Muscle( )Smooth שרירים שהתכווצותם נעשית במסגרת פעולת המערכות פנימיות בגוף ואינם קשורים בהנעת השלד. שרירים חלקים נמצאים בכלי הדם, בצינור העיכול, צינורות השתן, צינורות הנשימה ועוד. שמם של השרירים החלקים נובע מכך שבמיקרוסקופ לא ניתן לראות פספוס בליפים שלהם )כפי שנראה בשרירים המשורטטים(. הפעלת רוב השרירים החלקים אינה רצונית, ופעולתם ממושכת ואיטית, יחסית. לדוגמא היצרות הקוטר של כלי דם במסגרת ויסות זרימת הדם לאיברים השונים, באמצעות שכבת שריר חלק במשולבת בדופן העורקים )ראו איור 2(. כמו כן גורמים שרירים חלקים לשינויים בקוטרם של הסימפונות המובילים אוויר לריאות. והתכווצויות גליות )Peristalsis( הדוחפות את המזון במערכת העיכול, או מסייעות לפירוקו המכני בקיבה. שרירים טבעתיים מסוימים מתפקדים כסוגר,)Sphincter( ומפקחים על פתיחה וסגירה של פתחים בגוף, כמו על פי הטבעת )המפקח על שחרור הצואה מהגוף( ועל שלפוחית השתן. על שרירי הסוגר יש גם פיקוח רצוני. לכל אחת משערות גופנו מחובר שריר זעיר המסייע לה לשנות את תנוחתה ולסמור במצבים של טמפרטורת סביבה נמוכה, או במצבי עקה אחרים, כגון כאשר חשים בתחושה חזקה של פחד..3 איור - 2 חתך סכמטי של דופן עורק. בין הרקמה האלסטית לרקמת החיבור נמצאת רקמת שריר חלק. שאלות 2. באיור 2 מתואר חתך סכמטי של דופן עורק. עיינו בחתך והסבירו כיצד תורמת פעולת השרירים החלקים בדפנות העורקים לחלוקת הדם בין רקמות הגוף, ומהי חשיבותה של פעולה זו לתיפקודו התקין של הגוף. 3. פעולת השריר הינה התכווצות. הסבירו איך מתורגמת פעולת ההתכווצות של שריר הלב לזרימת הדם. עמוד 154

155 לשרירים יש חלק חשוב בשמירה על ויסות הטמפרטורה בגוף. כיצד תורמים השרירים לוויסות הטמפרטורה בגוף? בהסברכם התייחסו הן לייצור החום והן לשחרור חום מהגוף. כיצד מסייעים השרירים החלקים, הגורמים לסימור שערות בגוף היונקים לוויסות הטמפרטורה בגופם, ומדוע באדם מנגנון סימור השערות אינו יעיל?.4.5 ג. מבנה שרירי השלד ופעולתם שרירי השלד Muscles( )Skeletal נקראים כך, מאחר והם מניעים את העצמות ונותנים לגוף את היציבה שלו. רקמת שריר שלד בנויה ממאות עד אלפים רבים של תאי שריר משורטט, המאורגנים בצרורות ומוקפים ברקמת חיבור. רקמת החיבור נמשכת מעבר לשריר ויוצרת באופן זה את הגידים המחברים את השריר לעצם, וגורמים לעצם לנוע כאשר השריר מתכווץ ומתרפה. שרירי השלד הם שרירים רצוניים, כלומר מופעלים באופן מודע. בגוף האדם יש למעלה מ- 600 שרירי שלד, ומשקלם הוא כשתי חמישיות ממשקל הגוף )מהווים את "הבשר" בגוף(. רוב שרירי השלד מקשרים בין עצמות ובהתכווצותם מניעים, או מייצבים, אותן, וחלקם )כמו שרירי הפנים( מחוברים לעור ומאפשרים לנו למסור מידע, להביע רגשות, לפתוח את הפה, לעצום ולפקוח את העיניים ועוד. יש שרירים משורטטים המפעילים את תהליך הנשימה - שריר הסרעפת, הנמצא בתחתית בית החזה, השרירים הבין-צלעיים המחברים את הצלעות זו לזו, ואף שרירי דופן הבטן, המופעלים בעת נשיפה עמוקה. שריר שלד טיפוסי בנוי מחלק מרכזי רחב ובשרני, שמחובר לעצם בשני קצותיו על ידי חלק דמוי כבל, המכונה גיד, כפי שניתן לראות באיור 3 המציג את שרירי זרוע היד המקום בעצם )זו הקרובה יותר לציר השלד( אליו מחובר השריר באמצעות הגיד נקרא,Origin והמקום אליו מתחבר אותו שריר לעצם אחרת נקרא.Insertion גוף השריר נקרא.Belly הפעולה המכנית היחידה ששריר מסוגל לעשות היא להתכווץ, ולהקטין בכך את אורכו, כלומר למשוך ולא לדחוף. כיצד, אם כן, אנו מסוגלים לבצע תנועות רבות ומורכבות בכיוונים שונים, כמו תנועות הידיים הקולעות כדור לסל? התשובה הבסיסית לכך היא שמרבית שרירי השלד מסודרים בזוגות מנוגדים, בידיים ובכל הגוף. השרירים ממוקמים משני צידי העצם, כך שהעצם יכולה להימשך לשני כיוונים מנוגדים )ראו איור 3(. שרירי שלד רבים, כגון שרירים המניעים מפרקים, יוצרים כוחות משיכה מנוגדים והפעלתם המתואמת מתבצעת באמצעות מערכת העצבים המרכזית. מבין שני השרירים המפעילים כוחות מנוגדים במפרק, השריר שהתכווצותו גורמת לפעולה העיקרית של המפרק, כלומר לפעולת המאמץ, נקרא אגוניסט,)agonist( ואילו השריר המנוגד לו בפעולתו נקרא אנטגוניסט,(antagonist) באיור 3 מוצגים השרירים המנוגדים המפעילים את המרפק. לדוגמא, כאשר אתה מרים בידך אבן )איור 3(, שריר א', השריר הדו-ראשי,)Biceps( מבצע את המאמץ ומתכווץ, ולמעשה משמש כאגוניסט ושריר ב', השריר התלת-ראשי,)Triceps( משמש כאנטגוניסט לו. עמוד 155

156 יש לשים לב כי שריר א' משמש כאגוניסט הן בהרמת האבן והן בהורדתה, מפני שבשני המקרים הוא זה שמבצע את המאמץ בעת פעולת ההתכווצות )בהרמה(, ובעת פעולת ההורדה של האבן )פשיטת היד(, אותה הוא מבצע באופן מבוקר, כבולם הירידה )אמת היד אינה נופלת בנפילה חופשית... (. ראינו אם כן, כי שריר יכול להשקיע אנרגיה הן בהתכווצות )במקרה זה הוא מתפקד כשריר קונצנטרי המתכווץ אל מרכזו(, והן בהתארכותו )במקרה כזה הוא מתפקד כשריר אקסצנטרי, כלומר שריר המתארך ממרכזו לצדדים )ראו הרחבה בסעיף ה'(. אפילו תנועות הגוף הפשוטות מסתמכות על צוותים גדולים של שרירים אגוניסטים והשרירים האנטגוניסטים להם. בזמן חתירה בסירה לדוגמא, מופעלים יותר מחמישים שרירים בכל זרוע, יחד עם עשרות שרירים נוספים בחזה ובבטן, כל זאת בכדי לקדם את הסירה. איור - 3 שרירי זרוע היד והגידים המחברים אותם לעצמות. המרפק נע באמצעות שרירים מנוגדים בהרמת אבן, כלומר בכיפוף המרפק, שריר א' )השריר הדו-ראשי, משמש כאגוניסט, ושריר ב', השריר התלת-ראשי, משמש כאנטגוניסט. האיור מתוך תמיר, עמ' 115 שאלות מהו ההיגיון בכך שבעת הפעלת השריר האגוניסט נחלש הטונוס של שריר האנטגוניסט לו? 6. אדם מבצע "שכיבות סמיכה", מיהו השריר האגוניסט בפעולה זו, השריר הדו-ראשי )א'( או 7. השריר התלת-ראשי? )ב'(? הסבירו את תשובתכם. השרירים הבריאים פועלים תמיד! גם כשנמצאים במנוחה מוחלטת סיבים בודדים בכל שריר מתכווצים לסירוגין. פעילות מזערית מתמדת זו, שאינה מתבטאת בתנועה גלויה נקראת טונוס עמוד 156

157 השרירים, והיא חשובה לשמירת היציבה, למשל בעת עמידה במקום או ישיבה על כיסא. מתיחה פתאומית של השריר מעוררת רפלקס המגביר את הטונוס ומתנגד לתנועה הפתאומית. בזמן הפעלת שריר אנטגוניסט או פרק זמן קצר לאחר הפעלת השריר האגוניסט )עקב "זמן החלמה" של השריר מהכיווץ(. באיור הבא מוצגים כמה משרירי השלד העיקריים. שימו לב למיקומם של שרירים אנטגוניסטים, כגון השרירים המניעים את היד במרפק: שריר הזרוע הדו-ראשי )באיור השמאלי(, מכופף את היד במרפק, ואילו שריר הזרוע התלת-ראשי )באיור הימני( מיישר את היד במרפק. איור 4 כמה מהשרירים העיקריים בשלד. מתוך סטאר וטגארט, עמ' 797 על הנעת השלד באמצעות השרירים המשורטטים ראו כאמור בהרחבה בפרק על התנועה. עמוד 157

158 שאלות אילו קשיים עלולים להיגרם לאדם בעל טונוס שירים נמוך? 8. מהו ההיגיון הביולוגי בכך שבעת שמירת טונוס השרירים, ביציבה בעת מצב מנוחה, מתכווצים 9. לסירוגין סיבים בודדים בכל שריר? בתנועות הגוף של האדם )כמו גם בחולייתנים האחרים( שותפים השרירים והשלד. 11. מה תורם כל אחד מאלה לתנועות הגוף? 11. האם תיתכן תנועה של יצור חי ללא שלד או שרירים? 12. בסביבתו של הגוף, והסבירו מהי ציינו דוגמאות של הפעלת שרירי שלד כתגובה לשינויים 13. חשיבותה של כל תגובה להישרדות. מדוע תהליך הנשימה אינו יכול להתבצע ללא שרירי השלד? בתשובתכם ציינו קבוצות שרירים 14. שונות המתפקדות בתהליך הנשימה, והסבירו מהי תרומתו של כל שריר לנשימה. ד. מבנה שריר ומנגנון התכווצותו השרירים מורכבים מתאי שריר בעלי כושר התכווצות המוקנה להם על ידי קורי חלבון הנמצאים בתוכם. בפרק זה נתמקד במבנה ובתיפקוד של השרירים המשורטטים. המבנה והתיפקוד של שריר הלב דומה לזה תאי השרירים המשורטטים. ד. 1. מבנה השריר המשורטט, ומדוע הוא נקרא "שריר משורטט"? השרירים המשורטטים, מהווים, כאמור, את שרירי השלד )ראו איור 4(, שרירי הסרעפת ושרירי הפנים והלשון, נקראים כך מפני שבמיקרוסקופ הם נראים כסדרה של פסי רוחב כהים וביניהם פסי רוחב בהירים )ראו איור 5(. פספוס זה מקורו במבנה הפנימי של השריר, כפי שנפרט להלן. איור 5 צילום של חתך בשריר משורטט, כפי שהוא נראה במיקרוסקופ. ד. 2. מנגנון התכווצות של השריר המשורטט כדי להבין את מנגנון התכווצות של השרירים, יש ללמוד תחילה את המבנה המורכב למדי שלהם, מבנה הכולל צרורות של תאי שריר העטופים בתוך מעטפת של רקמת חיבור ( Connective )Tissue הנקראת סרקולמה.)Sarcolema( רקמת הסרקולמה מתעבה ומחוזקת בקצוות עד שהיא נעשית למעין גיד דקיק. גידיהם של הליפים הרבים, המסודרים זה לצד זה, מתאחדים ויוצרים יחד גיד עבה יותר המחבר את השריר לעצם. עמוד 158

159 כל אחד מתאי השריר מכיל מבנים חוטיים שכל אחד מהם נקרא ליף,)Fiber( פיבריל )Fibril( או מיופיבריל.)Myofibril( הליפים מאורגנים במקביל זה לזה, בצרורות, ואורכם נע בין מילימטרים ספורים עד 30 ס"מ. הליף נוצר מתא שגרעינו התחלק מספר רב של פעמים, מבלי שתתחלק הציטופלסמה, וכך הוא נוצר למעשה כמבנה רב גרעיני. צרור של ליפים מהווה שריר אנטומי. כל ליף מורכב מקורים )=סיבים( של חלבונים משני סוגים עיקריים: קורי אקטין )Actin( וקורי מיוזין.)Myosin( המבנה של קורי האקטין והמיוזין )ראו פירוט בהמשך( מאפשר את החלקתם אלה על אלה, ובכך מאפשר התקצרות השריר. מבנה זה מורכב מתת-יחידות רבות הנקראות סרקומרים Z(, Bands( Z במסודרים בזה אחר זה לאורכו, ונראות כפסים כהים, הנקראים קווי,)Sarcomers( המגדירים את שני קצותיו של הסרקומר. הסרקומרים הם המקנים לשריר את מראהו המפוספס, על שמו הוא נקרא "שריר משורטט". 6 באיור מוצג מבנהו של השריר ברמותיו השונות, החל מהשריר האנטומי בזרוע יד )למעלה(, ועד לסרקומרים הנוצרים ממבנה הקורים המרכיבים את הליפים שבתאי השריר )בתחתית האיור(. איור 6 מבט על מרכיבי שריר השלד, מארגון השרירים ביד ועד ליחידה המתכווצת הבסיסית, הסרקומר. מתוך סטאר וטגארט, עמ' 792. צרורות של תאי שריר עטופים ברקמת הסרקולמה )סוג של רקמת חיבור( תא שריר אחד ליף )מיופיבריל( אחד קטע מתא שריר בו נראים שני ליפים מקבילים ליף בודד עמוד 159 צילום במיקרוסקופ של חתך בליף ושניים מהסרקומרים המרכיבים אותו.

160 לפני שנכנס לפירוט מנגנון ההתכווצות ברמה המולקולארית, נחזור שוב אל השריר המתכווץ ומניע עצמות הזרוע של היד )איור 6(, ונתאר את מנגנון ההתכווצות בהכללה: העצמות נעות כאשר שרירי השלד המחוברים אליהן מתכווצים ומתקצרים, ומושכים אותן בעקבותיהן )ראו הרחבה בפרק מידע על התנועה(. שרירי השלד מתקצרים כאשר התאים המרכיבים אותם, תאי השריר, מתקצרים. כל תא שריר ותאי השריר מתקצרים כאשר מתקצרות היחידות הבסיסיות המרובות שבתוכם. היחידה הבסיסית המתכווצת בתא השריר נקראת סרקומר,)Sarcomer( ולכן, כדי להבין כיצד מתכווץ סיב שריר, יש להבין כיצד פועל מנגנון ההתכווצות בכל אחד מהסרקומרים שבליפים המרכיבים אותו, כפי שנפרט להלן. ד. 3. מבנה הסרקומר היחידה המתכווצת הבסיסית של השריר כפי שלמדנו, כל ליף מורכב לאורכו מרצף של סרקומרים, וכל סרקומר מהוה את היחידה המתכווצת הבסיסית של הליף. בכל ליף יש קורי חלבון המסודרים במקביל זה לזה, והבדלים בעובי ובמיקום שלהם מעניקים לשרירי השלד )וגם לשריר הלב( את המראה המפוספס שלהם )על שמו הם נקראים "שרירים משורטטים"(. קורי החלבון הם משני סוגי חלבונים: קורים דקים יחסית של אקטין )Actin( וקורים עבים יותר של מיוזין.)Myosin( ד. 4. מבנה קורי אקטין ומיוזין הקור הדק )הנראה באיור 7( דומה במבנהו לשתי מחרוזות כדורים המלופפות זו סביב זו. הכדורים הם מולקולות אקטין, ובקור הדק יש גם חוטים של חלבונים נוספים. איור 7 קור אקטין הקור העבה )ראו איור 8(, בנוי ממולקולות מיוזין המסודרות במקביל זו לזו. למולקולות המיוזין זנב ארוך וראש כפול, הבולט מפני הקור. איור - 8 קור מיוזין )למטה( והגדלה של מולקולת מיוזין אחת, מאלה המרכיבות את הקור )למעלה( עמוד 160

161 ד. 5. ארגון סיבי האקטין והמיוזין בסרקומר לאחר שלמדנו מהם סיבי האקטין והמיוזין, נבחן כיצד הם מאורגנים בסרקומר, ולאחר מכן נראה כיצד מתרחש מנגנון ההתכווצות של הסרקומר. כאשר בוחנים מבנה של סרקומר )ראו באיור 9(, ניתן לראות כי קורי האקטין והמיוזין מאורגנים במקביל זה לזה. סביב כל קור אקטין מסודרים שלושה קורי מיוזין. בין סרקומר אחד לשני מבדיל "קווי Z", כך שכל סרקומר תחום בין שני קווי Z. בכל קו Z נקשרים זה לזה קורי האקטין משני סרקומרים סמוכים. כמו כן ניתן להבחין בסרקומר באזורים בהם נמצאים רק קורי אקטין. במרכזו של כל אזור I נמצא קו Z האזורים בסרקומר הכוללים את קורי המיוזין נקראים אזור A. במרכז כל אזור A מבחינים באזור בהיר יותר, הנקרא אזור H, אשר בו נמצאים רק קורי מיוזין, ללא קורי אקטין. איור - 9 מבנה סכמטי של סרקומר בליף באיור 10 מוצג צילום של סרקומר בתא שריר משורטט, אליו צמוד איור תואם הממחיש את מבנה סיבי החלבונים המרכיבים את הסרקומר. איור 10 צילום ואיור של סרקומר בליף עמוד 161

162 ד. 6. מנגנון מודל הקורים המחליקים )=תיאוריית ההחלקה( נשאלת השאלה כיצד מתקצרים הסרקומרים וגורמים לשריר השלד להתכווץ, תוך השקעת אנרגיה? התשובה לשאלה זו הינה קודם כל, שקורי האקטין והמיוזין בסרקומר מחליקים זה על זה ומושכים- גוררים זה את זה. אורכן של מולקולות האקטין והמיוזין נשאר קבוע. התקצרות השריר נובעת מ"החלקת" הסיבים זה על גבי זה והקטנת המרווחים ביניהם. מערכת קורי המיוזין חופפת חלקית את מערכות האקטין, אך אינה מגיעה עד קווי ה- Z. בזמן ההתכווצות, קורי זירי המיוזין מחליקים ומושכים את שתי המערכות של קורי האקטין לעבר מרכז הסרקומר )ראו איור 11(, וכתוצאה מכך הסרקומר מתקצר, כך שזירי האקטין מתקרבים זה לזה ואזור H הולך ונעשה צר, עד שהוא נעלם בהתכווצות מקסימלית. איור - 11 התכווצות והרפיה של סרקומר, תוך כדי החלקת סיבי האקטין והמיוזין אלו על אלו והתקצרות אזור H ההחלקה מתבצעת תוך כדי היווצרות גשרי רוחב Formation( )Cross-Bridge בין פסי האקטין לפסי המיוזין באזור A. כל גשר רוחב הוא חיבור בין ראש המיוזין לאחד מאתרי הקשירה של קור האקטין הסמוך )ראו איור 11(. בשריר במנוחה קיימים כמה גשרי רוחב בין אקטין ומיוזין, באזור החפיפה ביניהם. כאשר הקורים מתחילים להחליק אלה על פני אלה, נוצרים ביניהם גשרי רוחב נוספים, בתגובה לאותות עצביים המגרים את תא השריר. תהליך החלקת הקורים דורש נוכחות יוני סידן ( ++.)Ca הגירוי העצבי המגיע לתא השריר, גורם לעליית ריכוז יוני הסידן אשר מגיעים בדיפוזיה אל הליף, נקשרים אל קורי האקטין ובכך מאפשרים לגשרי הרוחב להיווצר, מצב הגורם להתכווצות הסרקומר. שאלות כיצד מכווצים האקטין והמיוזין את השריר בלי שהם עצמם מתכווצים? 15. איזו תועלת מביאה העובדה שכל מרכיבי השריר מאורגנים במקביל זה לזה? 16. ד 7. כיצד מושקעת אנרגיה בתהליך ההתכווצות? בתגובה לגירוי העצבי של תא השריר, משתנה המבנה המרחבי של ראש המיוזין, כך שזווית הכיפוף בינו לבין הקור הנושא אותו קטנה, ושינוי הזווית גורם למשיכת-גרירת קורי האקטין משני עברי הסרקומר לעבר מרכזו, ובכך מקרבים את פסי Z זה לזה וגורמים להתקצרות הסרקומר. עמוד 162

163 באיור 12 מתוארים ארבעת השלבים המחזוריים על פי מודל הקורים המחליקים, המסביר את מנגנון התכווצות השריר כתוצאה של החלקת קורי האקטין הדקים וקורי המיוזין העבים זה על גבי זה, תוך כדי צריכת אנרגיה המשתחררת מפירוק מולקולות.ATP כפי שניתן לראות באיור 12, "כיפוף" גשרי הרוחב יוצר פעימת כוח, המושכת-גוררת את קורי האקטין על פני קורי המיוזין. מיד לאחר החלקת הקורים, כלומר לאחר שקורי האקטין מתקדמים מעט על פני קורי המיוזין, ניתקים גשרי הרוחב ונוצרים מחדש, ופעולה זו חוזרת על עצמה מספר רב של פעמים, ובכך נגרמת התכווצות רציפה של הסרקומרים של השריר, בהתאם לגירויים העצביים המגיעים אליהם. ככל שהחפיפה בין האקטין והמיוזין גדלה, כך נוצרים גשרי רוחב רבים יותר ועוצמת פעימת הכוח גדלה. עמוד 163

164 ד. 8. אספקת אנרגיה לשריר כפי שראינו, על פי מודל הקורים המחליקים נדרשת אנרגיה להחלקת-גרירת קורי המיוזין על קורי האקטין. התכווצות הליפים בשריר דורשת, כאמור, סדרה שלמה של פעימות כוח, והיא תימשך כל עוד יש אספקה סדירה של מולקולות,ATP המתפרקות ל- ADP ו- P, וגורמות לניתוקם של ראשי המיוזין מקור האקטין. ניתוק ראשי המיוזין מאפשר ליצור גשרי רוחב חדשים בין ראשי המיוזין וקור האקטין, וזמן קצר לאחר מכן לבצע את פעימת הכוח. מתיאור זה נובע כי תהליך כיפוף ראש המיוזין הינו פעיל, ובו מופקת אנרגיה מכנית הבאה לידי ביטוי בכוח המופעל על ידי השריר המתכווץ. האנרגיה המכנית הינה גלגול של האנרגיה הכימית שמקורה בפירוק מולקולת,ATP ובמהלך התכווצות השריר חלק מהאנרגיה שב- ATP אובד כחום. ד. 9. מה מקורן של מולקולות ה- ATP המושקעות בהתכווצות השרירים? האנרגיה הכימית ממולקולות ה- ATP תרכובות אורגניות המתרחש בתהליכי המשמשות להתכווצות השריר, מקורה, כמובן, בפירוק הנשימה התאית, בפני השריר המתכווץ יש בעיה, כיוון שצריכת ה- ATP יחסית לצריכת ATP האווירנית בתהליכים אחרים, ותהליכי הנשימה התאית והאל-אווירנית. יחד עם זאת, שלו גבוהה ביותר )פי עשרים עד פי מאה!(, אינם מסוגלים לייצר כה גבוה. כמו כן, לפני שהוא מתכווץ אין בתא השריר כמות מספקת של ATP לתהליך זה. הפתרון לפער זה בין זמינות ה- ATP בקצב ATP לבין צריכתו הוא בשימוש במולקולה מיוחדת, הנמצאת בתאי השריר בריכוז הגבוה פי חמישה מריכוז ה- ATP בו, מולקולה אשר מספקת ביעילות מולקולות פוספט למולקולות ה- ADP, והנקראת קריאטין פוספט Phosphate(.)Creatine את העברת הפוספט מהקריאטין פוספט מבצע אנזים מיוחד, והיא מספיקה לכמה התכווצויות של הליפים, עד שמערכות ייצור ה- ATP בתהליך להתכווצות )ראו איור 14(. הנשימה התאית נכנסות לפעולה, ומספקות את המשך מסלול 1: הסרת זרחה מקריאטין פוספט ה- ATP הנדרש חמצן מסלול 2: נשימה אווירנית מסלול 3: גליקוליזה בלבד איור 14 שלושה מהמסלולים המטבוליים המייצרים ATP בתאי שריר, והמופעלים כאשר מתרחשת פעילות גופנית הצורכת אנרגיה. מתוך סטאר וטגארט, עמ' 795 מסלול אספקת הפוספט באמצעות הקריאטין פוספט, מתחיל לפעול בתחילת כל מאמץ גופני, המסלול היחיד המספק אנרגיה למאמצים קצרים ונמרצים, כגון ריצת 100 מטר. והוא עמוד 164

165 בעת ביצוע פעילות גופנית לטווח ארוך יותר, מתחילים לפעול באופן נמרץ תהליכי הנשימה התאית, האווירנית והאל-אווירנית, ובאמצעותם נמשכת אספקת האנרגיה לשרירים. כאשר הפעילות הגופנית מאומצת עד כדי כך שמערכת הנשימה ומערכת הדם אינן מצליחות לספק לשרירים את החמצן בקצב הנחוץ להפקת הכמות הנדרשת של ה- ATP בנשימה אווירנית, תאי השריר עוברים להפקת אנרגיה בנשימה אל-אווירנית אולם, כפי שלמדנו, שלב הגליקוליזה בנשימה האל-אווירנית אינו יכולה להתרחש לאורך זמן בלא שהמימנים המשתחררים במהלך יצירת הפירובט ייקלטו על ידי מולקולה כלשהי. הפתרון שנמצא למצב זה הוא שמולקולות הפירובט, תוצר הגליקוליזה, קולטות בעצמן את המימנים ובכך הופכות למולקולות של חומצת חלב )= לקטט,Lactate( או )Lactic Acid יצירת חומצת החלב בשרירים מאפשרת לגוף לבצע מאמץ גופני נמרץ וקשה, והיא חיונית במיוחד במצבי חירום )מצבים של "הלחם או ברח"(. במהלך ביצוע המאמץ הגופני הנמרץ מצטברת בשרירים חומצת חלב ונוצר מחסור בקריאטין פוספט, ונוצר מצב המוגדר כ"חוב חמצן" Debt(.)Oxygen חוב זה מוחזר לגוף באמצעות ההתנשמות המהירה הנמשכת עוד זמן מה לאחר תום המאמץ, ובמהלכה מסולקת חומצת החלב שנוצרה בשרירים ונבנה מחדש מאגר הקריאטין פוספט. חומצת החלב המצטברת בשריר גורמת לכאב אופייני בשריר, כאב הנמשך עד שהפעילות הגופנית מתמתנת וחומצת החלב מנוקזת מהשריר. שאלות 17. בעת פעילות גופנית מתחמם הגוף. הסבירו מדוע. 18. כאשר השרירים פועלים בצורה נמרצת, יתכן מצב שבו החמצן המסופק על ידי הדם אינו מספיק למילוי דרישות השריר. כיצד פועלים השרירים בתנאים אלה? 19. תאי שריר יכולים לפעול זמן מה גם כאשר צריכת ה- ATP עולה על קצב ייצורו במיטוכונדריה. כיצד מתאפשר הדבר, ומהו היתרון ההישרדותי של מנגנון זה? 21. בגופם של רצים למרחקים ארוכים יש יותר תאי שריר עתירי מיטוכונדריה מאשר בגופם של רוב בני האדם. בגופם של אצנים )רצים למרחקים קצרים( יש יותר תאי שריר העשירים באנזימי גליקוליזה, אך מכילים פחות מיטוכונדריה. כיצד ההבדלים בין תאי השריר מותאמים למרחקי הריצה השונים? 21. זמן מה לאחר פעילות מאומצת של השריר חשים עייפות והשרירים אינם נענים ל"הוראות" להמשיך ולפעול. מה גורם לכך, ומדוע המשך ביצוע נשימות עמוקות מסייע להחזרת תיפקוד השרירים? ד. 10. הגירוי העצבי והתכווצות השריר השרירים מופעלים באמצעות מערכת העצבים ההיקפית, הסימפתטית והפאראסימפתטית, והליף פועל תחת פיקוח של עצב תנועתי. קצה של אקסון תנועתי מגיע לכל ליף, ומונח בשקע בקרום הליף עמוד 165

166 במקום המגע נוצר צומת הנקרא באיור 15(. צומת עצב-שריר junction(,)neuromuscular כפי ניתן לראות איור 15 יחידה מוטורית הכוללת קצה אקסון )חלק מתא עצב( המעצבב שלושה תאי שריר. כל קצה של האקסון יוצר צומת שריר-עצב עם תא שריר. מתוך תמיר, גוף האדם, עמ' 117 צומת עצב-שריר הוא למעשה סינפסה הפועלת בדומה לעקרון הפעולה של סינפסה בין שני עצבים, באמצעות מתווכים עצביים המשתחררים מקצות הסינפסה וגורמים ליצירת פוטנציאל פעולה בקרום התא השריר, כלומר להיפוך מתח פתאומי משני צידי הקרום כתוצאה מפתיחת תעלות וזרימה מואצת של יונים. אולם בצומת עצב-שריר היא שונה, והיא באה לידי ביטוי בהתפשטות מהירה של פוטנציאל הפעולה מהצומת לאורך שלוחות צינוריות קטנות של קרום התא, הקרויות צינוריות Transverse ( T )Tubule ומהן למערכת הרשתית הסרקופלסמית Reticulum( )Sarcoplasmic )ראו איור 16( שהיא מערכת של חללים עטופי קרומים המקיפה את הליף, קולטת יוני סידן ( 2+,)Ca אוגרת אותם ומשחררת אותם כתגובה לגירוי העצבי המגיע לשריר. כאשר פוטנציאל הפעולה מגיע לרשתית הסרקופלסמית, הוא גורם, כאמור לשחרור של יוני סידן האגורים בה, ויונים אלה נכנסים בדיפוזיה לתוך הליף, מגיעים אל קורי האקטין, גורמים לשינוי המבנה המרחבי של הקרום ובכך מאפשרים לגשרי הרוחב להתחבר, כלומר, מאפשרים לראשי המיוזין להתחבר לקרום האקטין ולגרום להתכווצות הליף. לאחר ההתכווצות מוחזרים יוני הסידן בהעברה פעילה לתוך הרשתית הסרקופלסמית. איור 16 ארבעה שלבים במסלול ההתקדמות של דחפים ממערכת העצבים אל השרירים. בשלב ד' נראים צינורות T, המעבירים את האותות מקרום תא השריר אל הרשתית הסרקופלסמית, וגורמים לרשתית להפריש יוני סידן החודרים אל תוך הליף ומביאים בכך להתכווצותו. מתוך סטאר וטגארט, עמ' 794 עמוד 166

167 שאלות לכיווץ תאי השריר דרושים, בנוסף ל- ATP, גם יוני סידן. 22. מהי החשיבות של יוני הסידן בתהליך התכווצות השריר? א. כיצד נמנעת השפעת יוני הסידן כאשר בשריר נמצא במנוחה? ב. ד. 11. בקרת מתח השריר כאשר שריר מתכווץ הוא יוצר מתח, ועוצמת המתח תלויה בשני גורמים עיקריים: במספר גשרי הרוחב שנוצרו בתאיו. 1. שהופעלו על ידי העצב. יחידה Unit(,)Motor במספר התאים, או היחידות המוטוריות 2. מוטורית אחת מורכבת מתא עצב תנועתי )מוטורי( יחיד ומכל תאי השריר שקצות האקסון שלו מעצבבים אותם. בשריר אחד יש הרבה מאוד יחידות מוטוריות; בממוצע, יש בכל יחידה 150 תאי שריר, אך יש כאלה הכוללות רק ארבע. סיבי השריר ביחידה מוטורית מתכווצים תמיד יחדיו, וכאשר מגיע אות דרך העצב, התאים המקבלים אותו מגיבים במלוא עוצמתם, בהתאם לחוק "הכל או לא-כלום", יחד עם זאת, למוח יש אפשרות להפעיל את השריר בעוצמות שונות על-ידי הפעלת מספר שונה של יחידות מוטוריות. ניתן לחקור את תגובת השריר לגירוי חשמלי על ידי קיבוע שריר בשתי קצותיו וגירויו באמצעות זרם חשמלי בעוצמות שונות. במערכת כזו ניתן להפעיל יחידה מוטורית אחת באמצעו גירוי חשמלי, ובכך לגרום להתכווצותה )ראו איור 17(. רישום של התכווצות כזו מראה כי המתח בשריר עולה במשך כמה אלפיות השנייה, מגיע לשיא ויורד. איור 77 רישום פעולת שריר על גבי תוף מסתובב. מתוך זהר ושפירא, עמ' 758 שריר א. אלקטרודות מגרות ב. ג. תוף מסתובב. ג. ספק זרם הגירוי. ד. רישום ההתכווצות 7. רישום משך הזמן. 5. רישום הגירוי 3. ד. 12. חוק "הכל או לא כלום" כשמבודדים ליף יחיד ומגרים אותו בגירוי חשמלי בודד, שעוצמתו הולכת וגוברת עם כל גירוי נוסף, נמצאה תלות בין עוצמת הגירוי וההתכווצות. בניסויים כאלה נמצא שכאשר עוצמת הגירוי נמוכה מסף מסוים, לא יתכווץ הליף כלל. כאשר מעלים את עוצמת הגירוי בהדרגה, נמצא שהחל מעוצמת גירוי עמוד 167

168 מסוימת הליף, שעד כה לא התכווץ כלל, מתכווץ התכווצות מקסימלית )ראו איור 19(. מסקנת החוקרים הייתה שגירוי חשמלי גורם להתכווצות מקסימלית או שאינו גורם לכל התכווצות שהיא. איור 79 התכווצות ליף בודד כתלות בעוצמת הגירוי עוצמת גירוי עולה מידת הכיווץ כשמגרים שריר שלם, המורכב מיחידות רבות של ליפים, ונמדוד עוצמת גירוי, ניתן לראות כי עד עוצמה מסוימת )גירוי הסף, כ- 20 יחידות( הגירוי לא הביא כלל להתכווצויות. מעבר לגירוי הסף, כאשר החלו התכווצויות, ככל שעוצמת הגירוי עלתה, עלתה עוצמת ההתכווצות, עד לגבול מסוים. לכאורה התופעה נוגדת את הכלל הכל או לא כלום. מידת הכיווץ איור 52 התכווצות שריר בודד כתלות בעוצמת הגירוי עוצמת גירוי עולה כיצד, אם כן, ניתן ליישב את התופעה הנראית בגרף עם העיקרון של "הכל או לא כלום?" ההסבר שנמצא לכך הוא שלכל אחד מהליפים הרבים מהם מורכב השריר יש סף גירוי שונה. כשמגרים את השריר בעוצמה 40 לדוגמא, מתכווצים בו כל הליפים בעלי סף הגירוי עד 40. מכאן שעוצמת ההתכווצות היא תוצאה של מספר הליפים שעברו התכווצות. אגב, כשהשריר מתכווץ באופן מקסימלי, הוא מגיע לשלוש חמישיות מאורכו כשהוא רפוי. ד. 13. הגברת הגירוי וקצב הגירויים מה קורה כאשר מפעילים שני גירויים רצופים? נמצא כי אם הגירוי השני בא לאחר שהשריר סיים את ההתכווצות הראשונה, תתרחש התכווצות שנייה נפרדת. אך אם מגיע גירוי נוסף עוד בטרם הסתיימה התגובה הראשונה, תתחיל התכווצות חדשה שתוצאתה התכווצות חזקה יותר שהיא סכום שני הגירויים! עם הגברת קצב הגירוי עולה עוצמת גירוי השריר, עד שהוא מגיע למצב של כיווץ מקסימלי שיימשך כל עוד נמשכים הגירויים התכופים. כיווץ מקסימלי זה נקרא טטנוס )Tetanus( או כיווץ טטני Contration(.)Tetenic במצב זה תאי השריר המשורטט אינם מספיקים להתרפות, ונשארים מתוחים במידה המרבית. טטנוס הוא גם שמה הלועזי של מחלת הצ פ ד ת המאופיינת בהתכווצויות טטניות, מחלה המסתיימת במוות, ועל כן נהוג לחסן את כל האוכלוסייה כנגד החיידק הגורם לה. עמוד 168

169 איור 21 מתאר תוצאות סידרת ניסויים שערכו חוקרים על תגובת שריר לגירויים שהגיעו אליו בתדירויות שונות. תגובה לגירוי יחיד שני גירויים בשנייה גורמים לסדרת תגובות שישה גירויים בשנייה גורמים לסיכום של התגובות כעשרים גירויים לשנייה גורמים להתכווצות טטנית )התכווצות מקסימלית רציפה( מתוך סטאר וטגארט, עמ' 797 איור 21 רישומים של תגובות שריר לגירויים שניתנו לשריר באופן מלאכותי בתדירויות שונות. אם הגירוי השני מגיע פחות מחמש אלפיות השנייה לאחר הגירוי הראשון, השריר לא יתכווץ שנית, משום שכתוצאה מהגירוי הקודם חלו בשריר שינויים כימיים המונעים בתקופה זו גירוי נוסף. פרק הזמן בו אין השריר מגיב לגירוי נוסף מכונה בשם "תקופת השהייה", או "תקופה רפרקטורית".)Refractory Period( מתח השריר והתעייפותו גירוי רצוני, בתדירות גבוהה, המחזיק את השריר בהתכווצות טטנית, גורם לבסוף להתעייפות השריר, כלומר לדעיכת המתח. אחרי מנוחה של מספר דקות השריר העייף מסוגל לשוב ולהתכווץ בתגובה על גירוי. מידת התאוששותו של השריר תלויה בתדירות ובמשך הגירויים הקודמים, וקשורה, ככל הנראה במנגנוני הפקת האנרגיה בתא, כגון בחסר בגליקוגן.)Glycogen( עמוד 169

170 שאלות 23. הסבירו במלים שלכם מדוע הממצאים המתוארים באיורים 19 ו- 21 נוגדים, לכאורה, את הכלל של "הכל או לא כלום", ומדוע נמצא כי למעשה אינם סותרים אותו כלל. 24. מהי הסכנה בכיווץ טטני? הסבירו תשובתכם. על איזו שאלת מחקר ניתן לענות באמצעות הגרפים שבאיור 21 הסבירו כיצד מבוקרת עוצמת.25 התכווצות השריר. 26. הסבירו, בעזרת הממצאים המתוארים באיור 21, כיצד מבוקרת עוצמת התכווצות השריר. ה. עוד כמה עובדות מעניינות על השרירים ותיפקודם ה. 1. יצירת גשרי הרוחב בין החלבונים בשריר אינה גורמת תמיד להתכווצות השריר! גשרי הרוחב הנוצרים בזמן ההתכווצות יוצרים את מתח השריר Tension(,)Muscle כלומר הכוח המכני ששריר מתכווץ מפעיל על גוף כלשהו, כגון עצם בשלד. בכיוון ההפוך למתח השריר פועל המ ע מ ס, כגון משקל של חפץ, או כוח הכבידה הפועל על השריר. תאי השריר מתכווצים רק כאשר מתח השריר גדול מהמאמץ! כאשר נוצר מתח שריר אך השריר אינו מתכווץ, ניתן להבחין בין שני מצבים יסודיים )על פי מקל, 2005, עמ' 238 עד,240, ראו איור 22(: 1. התכווצות איזומטרית contraction(,)isometric נקראת גם "התכווצות סטטית" - מצב בו מתח השריר גדל, אך השריר אינו מתקצר. במאמץ מסוג זה המפרק מקובע בזווית אחת בלבד בכל מהלך של ביצוע פעולה. מובן שבמצב זה אורך השריר יישאר קבוע גם הוא. דוגמאות להתכווצות איזומטרית - כאשר אדם מחזיק משקולת ביד מבלי להניעה, כאשר אדם דוחף קיר, או משקולת הכבדה מכפי יכולתו... התכווצות איזומטרית משמשת לסוגים שונים של פיתוח שרירים בסוגי ספורט שונים ובשיקום נפגעי שרירים. 2. התכווצות איזוטונית contraption( )Isotonic התכווצות דינמית הבאה לידי ביטוי בשינוי אורך השריר. מבחינים בין שתי צורות עיקריות שלהתכווצות איזוטונית: א. התכווצות איזוטונית קונצנטרית contraction( (Concentric - השריר מתכווץ ומתקצר תוך התגברות על המעמס, כלומר על התנגדות העומדת בפניו. לדוגמא, כאשר מרימים ומורידים את היד, עם או בלי משקולות. ב. התכווצות איזוטונית אקסצנטרית contraction(,)eccentric המכונה גם התכווצות מאריכה contraction( )Lengthening - השריר מתארך תוך כדי כניעה מבוקרת למשקל המופעל עליו, ובמהלך יצירת גשרי רוחב בין סיבי החלבון שבשריר. כלומר, למרות המאמץ שמפעיל השריר, הוא פועל ונע בכיוון ההפוך מהכיוון בו נע בהתכווצות הקונצנטרית, תוך התארכותו ולא קיצורו. מצב זה מתרחש כאשר המאמץ החיצוני גדול ממתח השריר. עמוד 170

171 לדוגמא התארכות שרירי הרגליים כאשר יורדים במדרגות. ההתכווצות המאריכה מאפשרת לבצע באופן פעולות של התארכות השריר באופן מבוקר, תוך כדי הפעלת כוח והשקעת אנרגיה. באימון ספורטיבי מתרחש כיווץ איזוטוני קונצנטרי, למשל בעת הורדת משקולת מעמדה גבוהה לעמדה נמוכה, כאשר השריר בולם את נפילתה, ומוביל את הורדתה האיטית תוך כדי התארכותו. אימון איזוטוני מייצג את צורת העבודה השכיחה ביותר לפיתוח כוח. ב. התכווצות איזומטרית השריר מתכווץ אך אינו מתקצר. ג. התכווצות קונצנטרית השריר מתכווץ ומתקצר. א. התכווצות אקסצטנרית )מאריכה( השריר מתארך במהלך ההתכווצות. איור 22 שלושת המצבים היסודיים של התכווצות השריר. ה. 2. השפעת הפעילות הגופנית על שרירי השלד תכונות השריר מושפעות מתדירות הפעלתו, ממשך הפעלתו ומעוצמת מאמציו. פעילות גופנית, או אימון גופני )כלומר, רמה מוגברת של פעילות התכווצות( אינה מגדילה את מספר תאי השריר, אך היא מגדילה מרכיבי שרירים אחרים, כגון רקמות חיבור העוטפות את השריר, מספר כלי הדם המספקים לשרירים דם, את מספר המיטוכונדריה בתאי השריר ואת אספקת הקריאטין פוספט לשריר. כתוצאה מכך השרירים המוגדלים מסוגלים לפעילות נמרצת יותר )להפקת אנרגיה מוגברת(, והם יכולים לפעול זמן ארוך יותר בלי להתעייף. לדוגמא - פעילות גופנית אווירנית )אירובית(, כגון הליכה למרחקים ארוכים, אינה מאומצת, אך היא ממושכת, וגורמת לעליית מספר המיטוכונדריה בתאי השרירים ומגדילה את מספר הנימים המגיעים אליהם. שינויים אלה משפרים את הס ב ול ת.)Endurance( עמוד 171

172 שאלות 27. התבוננו באיור 22 והסבירו מדוע, בכל אחד משלושת המצבים היסודיים של התכווצות השריר מתקבל מצב שונה של התכווצות השריר, למרות שבכולם מושקעת אנרגיה ונוצרים גשרי רוחב בין חלבוני השריר. תנו דוגמא נוספת לכל אחד משלושת המצבים, והסבירו את חשיבותו לתיפקודו של הגוף. הסבירו מדוע פעילות גופנית אווירנית משפרת את הס ב ול ת ה 3. עייפות השריר עייפות השריר, כלומר ירידה בכוח ההתכווצות, נובעת משלושה גורמים: 1. דלדול מיידי של אנרגיית השריר. 2. הצטברות מטבוליטים בתנאים אנ-ארוביים. 3. התעייפות צומת עצבי-שריר מעבר הגירוי. לצורך הפעלת הגוף כולו או איברי הגוף השונים, דרושה אנרגיה מכאנית. אנרגיה זו נוצרת על ידי תהליכים כימיים בשרירים, ההופכים אנרגיה כימית לאנרגיה מכאנית. כבכל פעולה כימית, רק חלק מהאנרגיה הכימית )כ- 30% ( הופכת לאנרגיה מכאנית, ואילו הנותר הופכת לחום. ה 4. עבודה ואנרגיה וכושר גופני גוף האדם מסוגל להחליף צורות של אנרגיה, ולהמיר אנרגיה בעבודה. מסלולי האנרגיה הם חד- כיווניים: אנרגיה כימית הופכת לאנרגיה מכנית, לאנרגיה חשמלית ולחום, אולם הגוף אינו יכול לבצע מעבר הפוך של אנרגית חום לאנרגיה כימית או מכנית, ואינו יכול להפוך אנרגיה מכנית לכימית. אנרגיה חשמלית באה לידי ביטוי במעבר דחפים עצביים וכמותה קטנה. בנוסף הגוף יכול להעביר אנרגיה כימית מתרכובת אחת לאחרת. האנרגיה הנדרשת לביצוע פעילות מקורה בפירוק המזון ובניצול מאגרי אנרגיה בשרירי האדם בפועל, אולם לא כל האנרגיה המשתחררת ממקורות האנרגיה בזמן הפעילות הופכת לאנרגיה מכנית. מרבית האנרגיה משתחררת ישירות כחום. כיצד ניתן להעריך את המחיר האנרגטי של ביצוע פעילות מוגדרת? אחת הדרכים היא למדוד את כמות החום עמוד 172

173 המשתחררת בשעת הפעילות. ודרך נוספת היא על ידי ע"י מדידה של צריכת חמצן. החמצן הנצרך ע"י השרירים והרקמות האחרות מועבר אליהן באמצעות הדם. ריכוז החמצן באוויר השאוף 21%. ריכוז החמצן באוויר הנשוף 17%-15% )בהתאם לנבדק ולעצימות הפעילות(. ההפרש הוא החמצן שנצרך ע"י התאים ונוצל במהלך הנשימה התאית. למעשה הערכה מדויקת של צריכת החמצן מחייבת מדידות נוספות, כמו נפח הפחמן הדו-חמצני הננשף. את החמצן שצורך הנבדק ניתן לבטא כנפח כללי של חמצן שנצרך לביצוע משימה מסוימת או במונחים של הספק, כלומר צריכת החמצן לדקת פעילות. ו. מצבים של סטייה מהומיאוסטאזיס ומחלות במערכת השרירים ו. 1. סטיות בטונוס שרירים במצבים של טונוס לא תקין, כאשר הטונוס חלש מדי, מצב הנקרא היפוטוניה,)hypotonia( או טונוס מוגבר הנקרא היפרטוניה,)hypertonia( היציבה של האדם נפגעת. מצב של היפוטוניה ניתן למצוא באנשים הסובלים מניוון שרירים קשה או במשותקים. הטונוס עלול להיחלש אצל זקנים לעומת צעירים ואצל כאלה שאינם מבצעים פעילות גופנית. טונוס לא תקין עלול להיווצר גם כתוצאה מרעלנים המופרשים על ידי חיידקים, כגון החיידק.Clostridium tetani כאשר החיידק חודר לרקמות הקוף, עקב פציעה, הוא מפריש רעלן המגיע אל מוח השדרה באמצעות מחזור הדם, ושם פוגע בתיפקודם של נוירוני ביניים )ראו הפרק על מערכת העצבים( המשתתפים בבקרת הנוירונים התנועתיים המפקחים ומעכבים בהתאם לצורך את פעילות השרירים. הנוירונים המוטוריים, כתוצאה מפעולת הרעלן מוסר העיכוב מפעולת הנוירונים התנועתיים ואלה מתחילים להעביר גירויים תכופים לשרירים, עד שהשרירים מגיעים למצב של כיווץ מקסימלי, הנמשך כל עוד נמשכים הגירויים התכופים. כיווץ מקסימלי זה נקרא טטנוס )Tetanus( או כיווץ טטני Contration(.)Tetenic במצב זה תאי השריר המשורטט אינם מספיקים להתרפות, ונשארים מתוחים במידה המרבית. טטנוס הוא גם שמה הלועזי של מחלת הצ פ ד ת המאופיינת בהתכווצויות טטניות, מחלה המסתיימת במוות, ועל כן נהוג לחסן את כל האוכלוסייה כנגד החיידק הגורם לה. ו. 2. קרעים בשריר קרעים בשריר עלולים להיגרם בעיקר עקב מאמצים חזקים של השריר, הן בפעילות ספורטיבית מאומצת והן בחיי יום יום )לדוגמא, עבודה מאומצת בגינה(. מבחינים בין שני סוגים עיקריים של קרעים בשריר על הסוג הראשון נמנים קרעים בסיבי השריר עצמם. קרעים אלה עשויים להתאחות שוב, ולחזור לפעילות מלאה, אם כי במקום האיחוי נותר אזור צלקתי. הסוג השני הם קרעים ברמות התומכות בשריר, כגון רקמת החיבור העוטפת את סיבי עמוד 173

174 השריר. קרעים אלה נחשבים לחמורים פחות והם מתרפאים במהירות רבה יותר, לעתים מספיקים לכך כמה ימי מנוחה. אחת הדרכים להימנע מקרעים בשריר, או לפחות להקטין את תדירותם ונזקיהם, היא לנהל את הפעילות הספורטיבית באופן מבוקר, בהשגחת בעלי מקצוע. ו. 3. השפעת ההזדקנות על השרירים מתח השרירים של בני אדם מתחיל לרדת בגיל שלושים עד ארבעים, אך יחד עם זאת פעילות גופנית ממשיכה להביא תועלת. פעילות אווירנית משפרת את זרימת הדם. כמו כן, אימוני כוח, גם אם הם מתונים, מאטים את הידלדלות רקמת השריר המתרחשת שהיא חלק מתהליך ההזדקנות. ז. פעילויות לפרק על מערכת השרירים הפעילות שלד ושרירים, מתוך הנדסה ביו רפואית באתר המגמה מדעית טכנולוגית: עמוד 174

175 א. פרק 7 ביומכניקה של מפרק פשוט - מבוא - השלד והשרירים שותפים ביצירת התנועה אדם הולך או רץ, יושב או שוכב, אוחז בעט או בהגה המכונית, מניע ראשו לצדדים וממצמץ בעיניו, מחייג בטלפון ומדבר, אוכל ושותה ומבצע עוד אינספור פעולות יומיומיות שהן כה מובנות מאליהן, עד שבלעדיהן לא נוכל לדמיין כלל את חיינו. פעולות אלה מתאפשרות בזכות תפקודם של השלד והשרירים, ובזכות יחסי הגומלין בין שתי מערכות חשובות אלה בגופנו. יתר על כן, השלד והשרירים, עליהם למדנו בשני הפרקים הקודמים, מהווים לא רק חלק נכבד ממסת גופנו ומאפשרים לנו לבצע פעולות חיים חיוניות, אלא שהם מהווים חלק מ"תעודת הזהות שלנו", בהיותם מעצבים, למעשה, את גופנו את הגובה שלנו, את מראה פנינו, את יציבת גופנו ואת תנועותינו. בפרק זה נתמקד בהיבט בסיסי של תנועת גופנו, בתנועת המפרקים של הגפיים, תנועה המאפשרת לנו לא רק לנוע ממקום למקום, אלא גם לבצע את הפעולות החיוניות הנדרשות לצורך תפקודנו היומיומי. את מנגנון התנועה של הגוף מהווים עצמות השלד והשרירים - אין כל אפשרות להפעיל את העצמות ללא הפעלת השרירים - ואף לא את השרירים ללא העצמות. עצם המוקפת שרירים היא מנוף רב עוצמה. יחד עם זאת, שריר ללא עצם אינו אלא בשר בלבד, ועצם ללא שריר היא כעין מקל שאין בו כל תועלת. השלד הוא למעשה מערכת מנופים תומכת שעליה פועלים רוב השרירים, ותאי שריר בגפיים מתחברים לשלד באמצעות גידים )tendons( או חיבורים מכאניים אחרים. פגיעה באחד ממרכיבי מערכת תנועה אלה, השלד, השרירים או הגידים, עלולה להקשות מאד על התנועה ועל ביצוע פעולות יומיומיות פשוטות ומורכבות, ודורשת התערבות רפואית, לסייע לריפויו של האיבר הפגוע ולשיקומו. לעיתים, כאשר הפגיעה בתפקודו של איבר תנועה הינה בלתי הפיכה, יש לתמוך בתפקודו באמצעים טכנולוגיים שונים, ובמקרים קיצוניים אף להחלפתו. על מנת לסייע לאנשים שמערכת התנועה שלהם נפגעה, עלינו להכיר את עקרונות היסוד של תפקודם המשותף של השלד והשרירים במנגנון התנועה, ולשם כך עלינו להכיר לא רק את המבנה והתפקוד של שתי מערכות אלה, אלא גם מספר עקרונות פיזיקליים, ובראשם מנגנוני מנוף. בפרק זה נעסוק בתנועה ברמה של תנועת מפרק פשוט, כלומר מפרק הנפתח ונסגר בעשותו תנועה במישור יחיד )כגון מפרק המרפק של היד(. במקרים שבהם נתייחס לתנועת מפרק הכתף, ננתח גם אותה בהתייחס לאותם מצבים בהם היא נעה במישור אחד בלבד. שאלות.1 בגופנו מערכת שלד ומערכת שרירים המשולבות זו בזו ומאפשרות לגוף לשאת את עצמו בתנוחות ותנועות המשתנות ללא הרף. הגוף מסוגל לנוע כיחידה אחת או להניע איברים שונים לפי הצורך. בתנועות הגוף שותפים השרירים והשלד. מהי תרומתם של השרירים, ומהי תרומתו של השלד לתנועה? עמוד 175

176 הפעולה המכנית היחידה שמסוגל שריר לעשות היא להתכווץ. כיצד ניתן להסביר את העובדה שאנו מסוגלים לסגור ולפתוח לסירוגין את כפות הידיים? הפעולה של פתיחת וסגירת כף היד לסירוגין דורשת תיאום בין אותות הנשלחים על ידי עצבים שונים. הסבר מדוע..2.3 ב. תנועה של מפרקים היא תנועת מנופים השלד והשרירים המחוברים אליו מאפשרים את תנועת חלקי הגוף, הן את התנועה של אלה ביחס לאלה )כגון הפניית הראש לצדדים(, והן של הגוף כולו במרחב )כגון הליכה, ריצה או קפיצה(. מאחר ועצמות השלד הן קשיחות, תנועת חלקי הגוף מתאפשרת באמצעות תנועה של המפרקים, עליהם למדנו כבר בפרק העוסק בשלד. בפרק על השלד הגדרנו מפרק כאזור החיבור בין שתי עצמות שונות, כגשר מיוחד של רקמת חיבור, ובפרק זה, העוסק בתנועה, מעניינים אותנו המפרקים המאפשרים כושר תנועה כגון מפרקי הידיים והרגליים, להם כושר תנועה רב. המפרקים בעלי יכולת התנועה הרבה מתחלקים לשני סוגים עיקריים: מפרקים ציריים, המאפשרים תנועה במישור אחד בלבד כפיפה ויישור, כגון מפרק המרפק, המחבר את עצם הזרוע עם עצמות האמה )החישור והגומד( ומפרק הברך, המחבר את עצם הירך עם עצמות השוק )השוקה והשוקית(, ומפרקים כדוריים, כגון מפרק הכתף, המאפשר לעצמות תנועה בשני מישורים )מעלה-מטה וימינה- שמאלה(. בתמונה שלהלן מודגמת תנועה של מפרק יד, תנועה בה מכופף אדם את מפרק ידו האוחזת במשקולת, כאשר הזרוע נשארת במקומה, והאמה נעה כלפי מעלה סביב ציר המפרק. איור - 1 תנועה זוויתית של מפרק. באיור 1 בא לידי ביטוי היבט מרכזי של תנועת הגוף, המתבצעת באמצעות מפרקים התנועה הינה סביב ציר. כיצד מתבצעת תנועה סביב ציר? עמוד 176

177 תנועה סביב ציר מתרחשת כאשר כוח מופעל על זרוע כלשהי המקובעת בציר, וגורם לתנועת הזרוע סביב הציר. במקרה של תנועת היד המתוארת באיור 1, שריר היד המחובר לאמה ולזרוע מתקצר, תוך כדי השקעת אנרגיה, וגורם לתנועה של האמה סביב מפרק החיבור ביניהן, המרפק, ולהתרוממות אמת היד. תנועת המפרק, כלומר תנועת העצמות סביב ציר המחבר ביניהן, הינה למעשה תנועה של מנוף, וכדי להכיר ולהבין את הכוחות והמומנטים הפועלים בה, יש להכיר ולהבין את עקרונות פעולתם של מנופים. ראשית נשאל מהו מנוף, ולאחר מכן נבחן כיצד באים עקרונות המנוף לידי ביטוי בתנועה של מפרקי הגוף. בהגדרתו מנוף )Lever( הוא מכונה מכנית פשוטה, אשר מתבססת על מוט שאפשר להניעו סביב נקודת משען והמשמש בעיקר )ולא תמיד!( לאיזון כוח רב בעזרת כוח מועט. על מנת להבין כיצד מתפקד המנוף, וכיצד הוא מאזן בין הכוחות, נכיר את מרכיביו היסודיים ואת עקרונות פעולתם. חלק המוט הנע סביב נקודת המשען, אותה נכנה מעתה ואילך "ציר", נקרא "זרוע המנוף", או בקיצור "זרוע", ובאיור 2 מתואר מנוף בעל שתי זרועות שוות באורכן הנעות סביב ציר. איור - 2 מנוף המורכב משתי זרועות הנעות סביב ציר. שתי הזרועות השוות באורכן נמצאות במצב מאוזן באם בקצוות שלהן מופעלים זה כנגד זה שני כוחות זהים בגודלם ובכיוונם: הכוח האחד )הימני( מושך את הזרוע בכיוון תנועת השעון, ואילו השני )השמאלי(, מושך אותה כנגד תנועת השעון, כפי שמודגם באיור 3: איור - 3 מנוף המורכב משתי זרועות הנעות סביב ציר, אשר בקצותיהן מופעלים כוחות זהים בגודלם ובכיוונם. במערכת טכנולוגית, אחד משני הכוחות הפועלים על המנוף מופעל במטרה להתגבר על הכוח השני ובכך לבצע פעולה מסוימת, תוך השגת יתרונות טכנולוגיים בהפעלתו. הכוח המושקע על ידי המערכת נקרא מאמץ )ומיוצג באיור הבא בצידו השמאלי של המנוף(, ואילו הכוח בצידו השני של המנוף נקרא התנגדות, והוא נובע, למשל, ממשא אותו מעוניין מפעיל המנוף להרים באמצעות השקעת המאמץ, או במקרה של הגוף )כפי שנלמד בהמשך( מהמסה של האיבר בגוף אותו מניע השריר. איור - 4 מנוף המורכב משתי זרועות הנעות סביב ציר, כאשר בקצה של זרוע אחת )משמאל( מופעל מאמץ המאזן את ההתנגדות המופעלת בקצה הזרוע השנייה )השמאלית(. עמוד 177

178 באיור 4 ההתנגדות זהה למאמץ, ועל כן זרועות המנוף הינן מאוזנות. יחד עם זאת, האיזון בין זרועות המנוף שבאיור זה אינו תלוי רק בכוחות המופעלים על שתי הזרועות, אלא גם באורכן של כל אחת מהזרועות, כלומר במרחקים מהציר בו פועלים ההתנגדות והמאמץ, ומרחקים אלה אינם תמיד זהים. ההבדלים בין אורך הזרועות עשויים להעניק למערכת המנוף המכנית את היתרונות הטכנולוגיים שלה, ובגוף האדם להעניק יתרונות פיזיולוגיים, כפי שנראה בהמשך. ג. כוחות ומומנטים במערכת המנוף בה מתרחשת תנועה סביב ציר, יש אכן משמעות גם למרחק מהציר, ומתברר כי ככל שמרחקו מהציר של כוח המופעל על הזרוע גדול יותר )כלומר הזרוע המופעלת על ידו ארוכה יותר(, כך גדל כושרו של הכוח לסובב את המנוף, כך שעל ידי שינוי היחס בין זרועות המנוף ניתן לאזן בין מאמץ קטן לבין התנגדות גדולה לדוגמא, באיור 5 נראה מאמץ קטן יחסית, המופעל בקצה זרוע ארוכה של מנוף ומאזן התנגדות גדולה בקצה זרוע קצרה של מנוף. תופעה זו באה לידי ביטוי גם בקריקטורה שבחלקו השמאלי של האיור, בו נראה אדם בודד אשר בעומדו בקצה של זרוע מנוף ארוכה מצליח לאזן ואף להרים קבוצת ילדים שמשקלה גדול משלו, העומדת על הזרוע הנגדית הקצרה של המנוף. איור - 5 מימין: מערכת מנוף בה מאזן מאמץ קטן, יחסית, המופעל בקצה זרוע ארוכה, התנגדות גדולה, יחסית, המופעלת בקצה זרוע קצרה, כמתואר בקריקטורה שמשמאל. תופעה זו, בה הסיבוב של זרוע סביב ציר תלוי הן בגודלו של הכוח, והן במרחק מהציר בו מופעל הכוח )כלומר באורכה של הזרוע המחוברת לציר(, מוסברת באמצעות מושג המומנט.)moment( מומנט הוא גודל וקטורי )כלומר בעל גודל וכיוון( המודד את הכושר של הכוח לסובב את הגוף שעליו הוא פועל. המומנט )M( מוגדר כמכפלה של רכיב הכוח )F(, הניצב לכיוון הזרוע במרחקו של הכוח מציר הסיבוב,)d( כלומר:.M = F d אמנם היחידות בהן נמדד המומנט הן יחידות הכוח, כוח כפול יחידות מרחק )יחידות של ניוטון-מטר(, אך מאחר ויחידות אלה מייצגות וקטורים, הן אינן מבטאות יחידות של אנרגיה )ג'אולים(, כפי שנהוג לגבי מצב בו המכפלה של כוח כפול מרחק מייצגת עבודה )עבודה, כידוע, אינה מיוצגת על ידי וקטורים, מאחר ובביצועה אין חשיבות לכיוון(. עמוד 178

179 באיור 6 נראית מערכת מנוף מאוזנת למרות ששני הכוחות המנוגדים המופעלים על הזרוע אינם זהים בגודלם. מצב זה מתאפשר בזכות שוויון בין שני המומנטים הנגדיים המופעלים על זרועות אלה: הכוח הגדול מופעל בקצה הזרוע הקצרה, והכוח הקטן בקצה הזרוע הארוכה. איור - 6 מערכת מנוף בה מאזן כוח המופעל על ידי התנגדות קטנה יחסית ( 2 F(, הנמצאת בקצה זרוע ארוכה )שאורכה D( 2, את הכוח המופעל על ידי התנגדות גדולה יחסית ( 1 F(, המופעלת בקצה זרוע קצרה )שאורכה D(. 1 מאחר והמומנטים המנוגדים הפועלים על זרועות המנוף הינם זהים, אנו יודעים כי המכפלה של אורך הזרוע הקצרה בכוח )הגדול יותר( המופעל עליה זהה למכפלה של אורך הזרוע הארוכה בכוח )הקטן יותר( המופעל עליה, וניתן לייצג זאת במשוואה הבאה: F 1 D 1 = F 2 D 2 באיור 6 לא הוגדר מי מהכוחות F 1 ו- F 2 הוא "המאמץ" ומי הוא "ההתנגדות", אך מהתבוננות באיור זה, ובמשוואה שלאחריו, ניתן להיווכח כי גודל כל אחד מהכוחות הנדרשים כדי לאזן את זרועות המנוף תלוי באורך הזרוע עליו הוא פועל, כלומר במרחק מהציר בו הוא פועל. מעניין לשים לב כי "התשלום" על הפעלת כוח מועט המצליח להניע התנגדות חזקה, הוא בתנועה ארוכה יותר של זרוע המנוף, כפי שניתן להיווכח כאשר בוחנים תנועה של זרועות נדנדה - קצה הזרוע הקצרה, עליה מופעל הכוח הגדול יותר, ינוע סביב הציר מרחק קצר יותר מאשר קצה הזרוע הארוכה. מהתבוננות באיור 6 ניתן להסיק כי באמצעות הפעלת כוח מאמץ קטן יחסית על זרוע ארוכה, הנעה מרחק גדול יחסית, ניתן להתגבר על התנגדות גדולה הנמצאת בקצה של זרוע קצרה, אשר תנוע מרחק קטן יחסית, תופעה זו מנוצלת במערכות טכנולוגיות רבות להשגת יתרון להזזה והנעה של גופים כבדים, וכן במנגנוני תנועה בגוף המאפשרים הנעה של איברים או הרמת משאות כבדים, או הזזת עצמים כבדים ממקומם באמצעות כוח מועט יחסית. ניתן לתאר בקלות גם מערכת מנוף שבה באמצעות הפעלת כוח מאמץ גדול על זרוע קצרה יחסית, הנעה למרחק קצר, ניתן להניע זרוע ארוכה שעליה מופעל כוח קטן, והרווח יהיה תנועה למרחק רב יחסית. מצב כזה קיים במערכות טכנולוגיות רבות, כגון מנוף המרים אנשים המתקינים או מחליפים נורות ברמזור, אך גם על פי עיקרון זה פועלים שרירים המניעים מפרקים בגופנו, כפי שנראה בהמשך הפרק. עמוד 179

180 שאלות 4. באיור 7 שלפניכם נראים ילדה וילד היושבים על שני זרועותיה המנוגדים של נדנדה. התבוננו באיור והסבירו מדוע הנדנדה נוטה לכיוונו של הילד, למרות שמשקלו זהה לזה של הילדה. איור - 7 ילד וילדה על נדנדה באיור 8 נראה מוט מתכת מעוקם בקצהו, שבעזרתו ניתן להזיז ממקומה אבן כבדה. מכשיר עתיק יומין זה, הנקרא בשפת העם לום )ובעברית תקנית: קנטר(, שימש רבות את החלוצים בסיקול אבנים משדות ובבניית כבישים. הסבירו את עקרון הפעולה של מכשיר זה כמנוף. בהסברכם השתמשו במושגים: מומנטים, מאמץ והתנגדות..5 איור - 8 הזזת אבן כבדה באמצעות מוט הנקרא לום. ד. שלושת סוגי מנופי התנועה עד כה תיארנו מערכת מנוף בה ציר התנועה נמצא בין המאמץ להתנגדות, אך למעשה, וכפי שמיד יתברר לכם כתופעה מוכרת מחיי היום יום, ציר התנועה במנוף אינו חייב להיות בין המאמץ להתנגדות. על פי מיקומו של הציר מבחינים בשלושה סוגים של מנופים, כאשר המנוף מסוג אחד הוא אכן המנוף בו הציר נמצא בין הכוח להתנגדות: מנוף מסוג 1: ציר התנועה נמצא בין ההתנגדות לבין נקודת הפעולה של הכוח. אורך זרוע המנוף ואורך זרוע ההתנגדות קובעים את גודל המומנטים ועל פיהם נקבע הכוח שצריך להשקיע על מנת להתגבר על מומנט ההתנגדות. מנוף מסוג 2: ההתנגדות נמצאת בין ציר התנועה לבין נקודת הפעולה של הכוח. זרוע הכוח ארוכה מזרוע ההתנגדות ולכן מספיק להפעיל כוח קטן מההתנגדות כדי להתגבר עליה. למנוף זה יתרון מכני. מנוף מסוג 3: נקודת הפעולה של הכוח נמצאת בין ציר התנועה לבין ההתנגדות. זרוע ההתנגדות ארוכה מזרוע הכוח ולכן יש להפעיל כוח גדול מן ההתנגדות כדי להתגבר עליה. למנוף זה יתרון תנועתי כיוון שכל תנועה קטנה באזור הכוח גורמת לתנועה גדולה בקצה זרוע המנוף. עמוד 180

181 שאלות לפניכם שלושה איורים ) 9 א' עד 9 ג'( של סוגי המנופים המתוארים למעלה. בהסבר לכל רשמו.6 איור את סוג המנוף המיוצג בו. איור - 9 שלושת סוגי המנופים לפניכם איורים )11 א' עד 11 ג'( של שלושה מכשירים טכנולוגיים פשוטים המשמשים בחיי היום יום. עיינו בכל אחד מהמכשירים ורשמו ליד כל חץ את האות המתאימה: מ )למאמץ( או ה )התנגדות(, לאחר מכן רשמו בכל הסבר את סוג המנוף אשר על פיו מופעל המכשיר )1, 2, או 3( ונמקו את בחירתכם..7 איור - 10 שלושה מכשירים טכנולוגיים שפעולתם מסתמכת על עקרונות שלושת המנופים. לפניכם איור 11 של עצמות יד וחלק מהשרירים המניעים אותן. פעולת השריר המאפשר כיפוף של מפרק המרפק של היד, ובכך גורם לאמה להתקרב אל הזרוע. פעולה זו של השריר, מאפשרת ליד להרים משא, תוך כדי הפעלת כוח. תאי השריר פועלים על הקצה הקצר של מנוף אמת היד..8 איור - 11 תנועה זוויתית של מפרק. א. ב. כפי שניתן לראות באיור, השריר פועל לרוב על הקצה הקצר של מנוף השלד. ציינו יתרון אחד וחיסרון אחד של תופעה זו לתיפקודם של השרירים. על איזו מגבלה של תיפקוד השריר מפצה חיבור השריר לקצה הקצר של מנוף עצמות אמת היד, כפי שמתואר באיור? נמקו תשובתכם. עמוד 181

182 ה. הכוח האפקטיבי של השריר תלוי בזווית בא הוא פועל על הזרוע כפי שציינו קודם לכן, הכוח שגורם לתנועה סיבובית של זרוע המנוף פועל אנכית כלפי זרוע המנוף. כוח מסובב זה נקרא גם "כוח אפקטיבי", מאחר והוא הגורם הישיר לתנועה הסיבובית. יחד עם זאת, חשוב לשים לב כי במערכות מנוף טכנולוגיות רבות, המאמץ המפעיל את הכוח על המנוף אינו פועל בניצב לתנועה הסיבובית, אלא בזווית לה, ועל כן רק חלק מהכוח המופעל על ידי מאמץ זה מתפקד בפועל ככוח אפקטיבי, וחלק אחר של הכוח מושך את הזרוע לכיוון הציר, ולכן נקרא "רכיב מקבע" )או בקיצור: ר.מ.( או "רכיב דוחס", כפי שניתן לראות באיור 12 המציג מנוף מסוג 3 בו המאמץ מופעל אלכסונית )בזווית ( ועל כן מפעיל על הזרוע גם רכיב מקבע. חשוב לציין כי כאשר הכוח מופעל אלכסונית בכיוון בו הוא מושך את הזרוע מהציר הוא נקרא "רכיב מפרק". איור 12: תיאור הכוחות הפועלים במנוף מספר 3 בו המאמץ אינו מופעל בניצב לתנועה הסיבובית. הזווית שבין המאמץ לבין הזרוע עליו היא מופעלת )הזווית באיור 12(, נקראת זוית היישום, והיא עשויה להיות בין 90 0 )המאמץ ניצב, כלומר אנכי, לזרוע המנוף(, מצב בו כל כוח המאמץ מתפקד ככוח אפקטיבי המסובב את זרוע המנוף, לבין 0, 0 בה המאמץ כולו מושקע בדחיפה של זרוע המנוף אל הציר. בזווית יישום 0 0 הכוח האפקטיבי הוא אפס. באיור 12 ניתן לראות כי המאמץ הוא שקול הכוחות של הרכיב המקבע והכוח האפקטיבי, והוא משתנה בכל זווית יישום ) (, כלומר הזווית הנוצרת בין המאמץ לזרוע אותה הוא מניע: ככל שהזווית בין המאמץ לזרוע גדלה, עד לזווית של 90 0 )מצב אנכי(, כך גדל הכוח האפקטיבי וקטן הרכיב המקבע שבכוח זה )אשר למעשה מושך את הזרוע אל הציר(, וככל שזווית המאמץ קטנה מ )ועד לזווית של 0( 0 הולך הכוח האפקטיבי וקטן, על חשבון גדילתו של הכוח המקבע. כפי שציינו לעיל, המאמץ הינו שקול הכוחות של הרכיב המקבע והכוח האפקטיבי )ראו איור 12(, ועל כן ניתן באמצעות חישובי טריגונומטריה פשוטים לחשב באמצעותו את גודלו של הכוח האפקטיבי, תוך שימוש בסינוס )היחס בין הניצב מול הזווית לבין היתר(, כך שמתקבל: ( ) = F sin כוח אפקטיבי עמוד 182

183 בהצבת הנתונים ניתן לראות כי אכן כאשר 90= 0 )המאמץ מופעל בניצב לזרוע(, 1=( ),sin ובמצב זה הכוח האפקטיבי זהה למאמץ, ואילו כאשר 0= 0 )המאמץ מופעל כולו לדחיפת הזרוע לכיוון הציר(, הרי גם 0=( ),sin ומשמעות הדבר היא שהכוח האפקטיבי הוא אפס. שאלה 9. בכל אחד מהאיורים 13 א' ו- 13 ב' הוסיפו את המאמץ בזווית יישום אחרת, ותארו באיור את הכוחות הפועלים בזווית זו, בהתאם לדוגמא שבאיור הקודם )11(. איור 13 א' - המאמץ פועל בזווית יישום של איור 13 ב' - המאמץ פועל בזווית יישום של איור 12: תיאור הכוחות הפועלים במנוף מספר 3 בו המאמץ מופעל בזוויות יישום שונות. ניתן לסכם ולומר כי המאמץ המושקע במנוף, במטרה להתגבר באמצעותו על ההתנגדות, תלוי בזווית היישום של הכוח המופעל, והוא משתנה ככל שמשתנה זווית היישום של המאמץ על זרוע המנוף. בהמשך הפרק נראה כי בדומה לתלות הכוח האפקטיבי המסובב את זרוע המנוף המכני )מעשה ידי אדם( בזווית היישום בה מופעל המאמץ על הזרוע, כך גם הכוח האפקטיבי של שריר המניע עצם מושפע מהזווית שבין השריר ובין העצם אותה הוא מניע, כלומר מזווית היישום בה נאחז השריר בעצם. ו. המפרקים כמנופים לאחר שלמדנו מהו מנוף, והגדרנו את שלושת סוגי המנופים, נבחן כיצד מתרחשת תנועת המנופים של מפרקי הגוף השונים. מפרקים בגוף, כמו מפרק היד שבאיור 1, פועלים כמנופים המופעלים על ידי שרירי השלד, ועקרונות פעולתם קשורים לשילוב של כוחות ומומנטים. עצמות השלד הנעות הן זרוע המנוף, המפרקים הם צירי התנועה והשרירים הם מקור הכוח. כוח השריר יוצר מומנט סביב המפרק, הפועל כנגד מומנט ההתנגדות הנוצר על ידי כוח הכובד. תנועת המפרקים, הפועלת על פי עקרונות המנופים השונים, תלויה, כאמור, במומנטים הנקבעים על ידי אורך זרועות המנוף, כוח המאמץ והזוויות בין הכוחות לבין הזרועות. תנועת המפרקים בגוף, המתפקדים כמנופים, נגרמת כידוע על ידי התכווצות שרירי השלד המפעילים את המאמץ על העצם הנעה, ולכן לכוח המופעל על ידי השרירים יש חשיבות רבה לביצוע פעולת התנועה. ככל שהשרירים מסוגלים להפעיל כוח רב יותר, כלומר לבצע מאמץ גדול יותר, כך מסוגל הגוף להתגבר על התנגדות גדולה יותר, כגון הנעתו של גוף בעל מסה גדולה, ובמהירויות משתנות, או הרמת משאות באמצעות שרירי הגוף. עמוד 183

184 על מנת לנתח את המאמץ של השרירים המניעים את היד הפועלת כמנוף, יש להתייחס אל שני המומנטים הפועלים במנוף היד זה כנגד זה: מומנט ההתנגדות ומומנט המאמץ. כאשר שריר מבצע מאמץ ומניע יד, עליו להתגבר על מומנט ההתנגדות הנוצר על ידי היד, ומומנט זה, כפי שכבר למדנו, הינו מכפלה של אורך זרוע ההתנגדות )הנוצרת על ידי היד הנעה( בכוח האפקטיבי של ההתנגדות, כלומר בכוח המופעל על היד ככוח מסובב המתנגד למאמץ שמופעל על ידי השריר. ובכך נעסוק בסעיף הבא )סעיף ז'(. מומנט המאמץ תלוי הן באורך זרוע המאמץ )מהמפרק ועד לנקודה בה מחובר השריר אל העצם באמצעות גיד,( הן במאמץ שמפעיל השריר המתכווץ והן בזוית היישום ( ) שבה מושך השריר את העצם, זווית המשפיעה על הכוח האפקטיבי המסובב את העצם סביב ציר המרפק. יחד עם זאת, חשוב לציין כי יכולת השרירים לפתח מאמץ משתנה בעת התכווצותם, אשר במהלכה מחליקים קורי האקטין והמיוזין אלה על אלה )כפי שלמדתם להכיר בפרק המוקדש לנושא(, והתופעה קשורה במידה רבה למידת החפיפה שבין קורים אלה בסרקומרים. בכך נעסוק בסעיף שלאחר מכן )סעיף ח'(. על הגורמים המשפיעים על מאמץ השריר נלמד באמצעות דוגמאות של שרירי המרפק והכתף המניעים את היד. שאלה 11. באיור 13 מוצגות דוגמאות של שלושת סוגי המנופים לעיל בגוף האדם: איור - 14 מערכות של מנופים מסוגים שונים בגוף האדם לגבי כל אחד משלושת מנגנוני התנועה ) 13 א' עד 13 ג'( ציינו על פי איזה סוג מנוף )ראשון, שני או שלישי( הוא פועל והסבירו את קביעתכם זו, תוך שימוש במושגים ציר, מאמץ והתנגדות. א. תנועת הגולגולת על עמוד השדרה ב. תנועת כף הרגל. ג. תנועת אמת היד. עמוד 184

185 ז. הגורמים המשפיעים על מומנט ההתנגדות עליה פועל השריר בסעיף זה נעסוק במומנט ההתנגדות הנוצר על ידי היד, שהינו מכפלה של אורך זרוע ההתנגדות )הנוצרת על ידי היד הנעה( בכוח האפקטיבי של ההתנגדות. ז. 1. השתנות אורך זרוע המנוף במהלך איור 14 ב' איור 14 א' תנועת מפרק מניסיון החיים שלכם אתם מכירים בוודאי את התופעה כי כאשר אוחזים בעצם כבד, החזקת אמת היד פשוטה לפנים )כמו באיור 15 א'( לאורך זמן, הינה מטלה קשה בהרבה מאשר במצב בו אמת היד מורמת וצמודה לגוף )איור 15 ב'(. נשאלת השאלה, מדוע? איור - 15 אורך הזרוע במצבי פתיחה שונים של מרפק היד. התשובה היא, כמובן, מתחום המנופים. אחד הגורמים המשפיעים על המומנט הנוצר בזרוע ההתנגדות הוא אורך זרוע ההתנגדות )d(. המומנט הנוצר על ידי זרוע המנוף הנוצרת על ידי אמת היד, כפי שניתן לראות באיור 14, שווה למכפלת הכוח המופעל על ידי ההתנגדות, כלומר המעמס הנוצר ע"י הקובייה המוחזקת ביד )נתעלם ממסת היד עצמה( באורך זרוע ההתנגדות. אורכה של זרוע ההתנגדות היא אורכו של הניצב )d( בין הציר האנכי של המנוף )העובר במפרק( לבין נקודת היישום של הכוח. מרחק זה, המהווה בפועל את אורך זרוע המנוף המייצרת את ההתנגדות, נקרא "אורך זרוע אפקטיבי", והוא משתנה ככל שמשתנית הזווית בין האמה למרפק. כאשר אמת היד פשוטה לפנים גודלו מכסימלי, וכאשר האמה צמודה לזרוע הוא קטן למינימום. מאחר ואורך הזרוע האפקטיבי של ההתנגדות הינו מכסימלי כאשר האמה פשוטה לפנים, הרי גם מומנט ההתנגדות הוא הגדול ביותר במצב זה, ואילו כאשר אמת היד צמודה לזרוע הצמודה לגוף אורך הזרוע האפקטיבי של ההתנגדות הוא הקטן ביותר, ועל כן גם מומנט ההתנגדות הוא הקטן ביותר, כך שהמאמץ הנדרש מהשריר המחזיק את העצם כאשר אמת היד פשוטה לפנים, הינו גדול יותר מאשר במצב בו אמת היד צמודה לזרוע. תופעה דומה מתגלית גם כאשר מנתחים את מומנט ההתנגדות הנוצר על ידי יד ישרה המחזיקה חפץ, כמתואר באיור 16. איור 16 ה- שפעת תנועה זוויתית של מפרק הכתף על המומנט שיוצר הצעצוע המוחזק ביד. איור 15 א' איור 15 ב' עמוד 185

186 באיור 16 ניתן לראות כי האורך האפקטיבי של זרוע ההתנגדות גדול יותר כאשר היד מושטת לפנים בניצב לציר האנכי של המנוף, כלומר ציר הגוף העומד ) 15 א'(, בהשוואה למצב בו היד הישרה מושטת באלכסון כלפי מטה ) 15 ב'(. כאשר היד מורמת בזווית של 90 0 לגוף, אורך הזרוע הוא מירבי, כיוון שהמרחק האנכי )d( שבין ציר התנועה לבין נקודת היישום של הכוח הוא הגדול ביותר, ולכן המומנט הנוצר הוא המירבי. ז. 2. השתנות הכוח האפקטיבי של ההתנגדות מומנט בא לידי ביטוי כמכפלת האורך האפקטיבי של זרוע ההתנגדות )ראו בסעיף הקודם(, בכוח המעמס המופעל על היד, ומביא לידי ביטוי הן את משקלו של החפץ בו היד אוחזת, והן את המשקל של היד עצמה. בדומה לאופן בו תיארנו את המאמץ הנדרש להפעלת המנוף, כך גם הכוח האפקטיבי המופעל על ידי ההתנגדות תלוי בזווית היישום שלו על זרוע ההתנגדות, והוא משתנה בזויות שונות של הרמת היד או של פתיחת המרפק. שאלות 11. שרטטו את זוויות היישום של הכוח המסובב שיוצר החפץ המוחזק ביד באיורים 15 א' ו- 15 ב', והסבירו באיזה מהם כוח ההתנגדות האפקטיבי הינו גדול יותר, והיכן גדול יותר הרכיב המפרק של כוח ההתנגדות )המעמס( שפועל על היד. 12. הסבירו מדוע מומנט ההתנגדות אשר נגרמת על ידי חפץ המוחזק ביד כאשר היא מושטת לפני בזווית של 91 1 לגוף אדם עומד, גדול בהשוואה למומנט ההתנגדות הנוצר כאשר היד צמודה לגוף והאמה צמודה לזרוע. ח. השתנות מומנט הכוח במהלך תנועת מפרק עד כה התמקדנו בהתנגדות מולה פועל השריר הגורם בהניעו את עצמות היד, ועתה נתייחס למומנט הכוח המתגבר על ההתנגדות שיוצרים היד והחפץ בו היא אוחזת, וניווכח שהוא מורכב משילוב של שלושה גורמים: מהכוח שמסוגל השריר להפעיל על העצם )כלומר, המאמץ(, מזווית היישום של השריר בנקודת חיבורו לעצם, ומאורכה של זרוע המאמץ. ח. 1. השפעת זווית היישום של המאמץ על הכוח האפקטיבי של השריר שריר המניע עצם ביד )במקרה שלנו, את האמה או הזרוע( מפעיל עליה, כאמור, כוח אפקטיבי, כלומר כוח המסובב את עצם היד, ובכך גורם לתנועתה. יחד עם זאת, בדומה למצב הקיים במנופים מכניים, גם שרירי השלד מפעילים על העצמות ברוב המקרים מאמץ שאינו אנכי לעצם המסתובבת במפרק, אלא בזווית יישום המשתנה במהלך התנועה של האיבר, ועל כן גם הכוח האפקטיבי המופעל על העצם משתנה במהלך התנועה. עמוד 186

187 בדומה למצב הקיים כאשר משתנה זוית היישום של הכוח המופעל על זרוע מנוף מעשה ידי אדם, )מצב אותו תיארנו קודם לכן(, גם בפעולת השרירים המניעים את עצמות הגוף, נקבע מומנט הכוח האפקטיבי בכל זווית במפרק בעת ביצוע פעולה, על ידי זווית היישום בה פועל השריר. במקרה של פעולת השריר זווית היישום היא הזווית שבה נאחז השריר בעצם באמצעות הגיד. באיור 17 יש תיאור סכמטי של הכוחות הנוצרים כאשר שריר הדלתא, )השריר המרים את הזרוע( מפעיל מאמץ על עצם הזרוע. איור - 17 חלוקת הכוח של שריר דלתא לכוח אפקטיבי )רכיב מסובב( ולרכיב מקבע. כפי שניתן לראות באיור 17, רק חלק מהכוח ששריר הדלתא מפיק בשעת המאמץ )כלומר הרכיב האנכי של הכוח( מבצע את פעולת הסיבוב ומרים את היד, ולכן נחשב לכוח האפקטיבי )או הכוח המסובב(. חלק אחר מהכוח המושקע על ידי השריר המרים את היד )כלומר הרכיב האחר של הכוח(, פועל לאורך זרוע המנוף והוא מקבע את עצמות המפרק, כלומר מושך את עצם הזרוע לכיוון הכתף, ולפיכך אינו תורם להתרוממותה של היד, כלומר להתרחקותה מהגוף. רכיב זה של הכוח, הפועל לאורך זרוע המנוף ו"מושך" את עצם הזרוע לכיוון המפרק, הוא הרכיב המקבע )או הדוחס(. במהלך התנועה של העצם משתנה זווית היישום של השריר. ככל שהזווית קרובה יותר ל- 90, 0 כך יותר מתח שמופק מן השריר ינוצל כרכיב אפקטיבי, ומשום כך המאמץ שעל השריר להשקיע כדי להתגבר על ההתנגדות יהיה קטן, יחסית. יחד עם זאת חשוב לשים לב כי במקרה של מפרק מרפק היד זווית היישום של השריר )המקשר שתי העצמות( אינה חופפת, כמובן לזווית המרפק עצמו איור - 18 השפעת הזווית )כפי שניתן לראות באיור 18 מימין(, והיא ישרה במפרק על זווית היישום כאשר זווית המפרק קטנה מ ח. 2. השפעת זווית המפרק האורך האפקטיבי של זרוע המאמץ בדומה לאורכה האפקטיבי של זרוע ההתנגדות, אותה תיארנו קודם לכן, גם אורכה של זרוע המאמץ הינו אורכו של הניצב )d( בין הציר האנכי של המנוף )העובר במפרק( לבין נקודת היישום של הכוח )ראו איור 17(. מרחק זה, נקרא "אורך זרוע אפקטיבי", ואף הוא משתנה, כמובן, ככל שמשתנית הזווית בין האמה למרפק. כאשר אמת היד פשוטה לפנים אורכה של זרוע המאמץ מקסימלי, וכאשר האמה צמודה לזרוע הוא קטן למינימום. עמוד 187

188 ח. 3. היחס בין אורך השריר למתח שהוא יכול לפתח בניגוד למנופים מכניים, אשר מופעלים באמצעות כוח שמקורו במנוע המפיק את הכוח הנדרש על מנת להתגבר על ההתנגדות )המעמס( בזוויות היישום השונות, המאמץ שמפעיל השריר על העצם, כלומר המתח שהשריר מסוגל להפיק, תלוי במצב התארכותו, כלומר באורכו היחסי למצבו במנוחה. כדי להסביר זאת, עלינו לחזור למידע אותו למדנו בפרק העוסק במבנה השרירים ובתפקודם, ועל פיו סיבי השרירים המתכווצים בעת הפעלת מתח מורכבים מרצף של סרקומרים אשר התארכותם והתקצרותם היא הגורמת לשינויים באורכו של השריר. השינויים באורכם של השרירים מתרחשים כתוצאה משינויים במצב החפיפה של קורי האקטין והמיוזין, שני החלבונים המחליקים אלה על אלה במהלך התכווצות השרירים והתארכותם. מתח השריר הנוצר כאשר קורי האקטין והמיוזין מחליקים אלה על אלה נגרם כתוצאה מיצירת גשרי רוחב ביניהם, תוך ניצול אנרגיה כימית שמקורה במולקולות.ATP השריר עצמו משנה, אם כן, את אורכו במהלך התנועה במפרק, ומתברר שלאורך השריר יש השפעה על המתח המופק בו. באיור 19 מתואר גרף התלות בין אורך השריר )המתבטא באורך הסרקומרים המרכיבים אותו( ובין המתח היחסי שהוא יכול לפתח. בגרף ניתן לראות כי המתח המקסימלי נוצר בשריר כאשר הוא "ב"אורך מיטבי", תחום בו קיימת חפיפה מיטבית בין קורי האקטין והמיוזין, חפיפה בה נוצרת הכמות הרבה ביותר של גשרי רוחב בין האקטין והמיוזין, אשר באמצעותם נוצר מתח השריר. תחום זה נחשב גם למצב המנוחה של השריר. איור - 19 גרף היחס אורך מתח בשריר: גרף המציג את המתח היחסי של השריר כתלות באורך הסרקומר. בתחום האורך המיטבי של הסרקומר קיימת חפיפה מיטבית בין קורי האקטין והמיוזין בסרקומר, חפיפה המאפשרת יצירה של מתח שריר מקסימלי. עמוד 188

189 חשוב לציין כי תחום אורכי הסרקומרים המיוצגים בציר ה- X אינו קיים כולו במצב השריר בגוף. אורכי הסרוקמרים בשרירי הגוף נעים בקירוב בין התחומים של סרקומר b וסרקומר d, ואילו הערכים הקטנים והגדולים יותר של אורכי סרקומרים התקבלו רק בניסויים במעבדה. ח. 3. עקום מומנט הכוח של המאמץ עד כה ראינו כי הכוח האפקטיבי )כלומר המסובב( המופעל על זרוע מנוף תלוי בזווית היישום שלו ובמתח שמייצר שריר בהתאם למצב התארכותו )אותו נכנה מעתה "אורך השריר"(, כלומר בחפיפה בין קורי האקטין והמיוזין בסרקומרים המרכיבים את סיבי השריר. אולם ביודענו כי גודלו של מומנט מתקבל מהמכפלה של הכוח האפקטיבי באורך האפקטיבי של הזרוע, יש לקחת בחשבון את שלושת המרכיבים הללו כאשר מנתחים את מומנט המאמץ הנוצר בעת תנועת היד, או עצמות שלד אחרות. באיור 20 ניתן לראות את עקומת מומנט הכוח )המאמץ( של השרירים המכופפים את המרפק בזוויות פתיחה שונות של המרפק, עם איורי הידיים להמחשת מצבן ותיאור הכוחות בכל אחת מזוויות המרפק. איור - 20 גרף התלות של מומנט הכוח, הנוצר כאשר השריר הדו-ראשי מתכווץ, בזוית המרפק, ותחתיו, לצורך איור - 19 עקומת מומנט המחשה, המאמץ איורים של בזוויותמספר יישום שונות מצביםשל של כפיפת המרפק.מרפק היד. עמוד 189

190 באיור 20 מוצגים חמישה מצבים של התכווצות השריר הדו-ראשי המכופף את מרפק היד, החל ממצב בו האמה צמודה לזרוע )זווית מרפק קרובה ל- 0( 0 ועד למצב בו האמה פשוטה באופן מקסימלי. באיור ניתן לראות כי בכל אחד מהמצבים אורכו של השריר הוא שונה, וכמו כן שונה זוית היישום של השריר על העצם ומשתנה אורכה של זרוע המאמץ. באיור 20 ניתן לראות כי כאשר זוית המרפק מינימלית )כלומר האמה צמודה לזרוע, כלומר קרובה מאד לציר הגוף(, מומנט הכוח הוא מינימלי, וכך גם במצב בו המרפק פתוח בזווית של קרוב ל- 180, 0 ולעומת זאת, כאשר המרפק פתוח בזווית ישרה )והזרוע מקבילה לציר האנכי של הגוף(, מומנט הכוח הוא מקסימלי. בהסברים להשתנות מומנט המאמץ יש לקחת בחשבון גם את תרומתם של השינויים במתח השריר כתוצאה משינויים באורכו. כך, למשל, בזווית מרפק של 90 0 קרוב המתח שיכול השריר לפתח לשיאו, ואילו כאשר המרפק סגור השריר מקוצר במידה רבה ולכן המתח שהוא יכול לייצר הינו קטן, יחסית. היבט מעשי של עקום מומנט הכוח קשור לפעילות גופנית, כגון הרמת משקולות, הינו שניתן להצליח בביצוע הפעילות כל עוד ההתנגדות המופעלת במהלכה אינה גדולה ממומנט המאמץ, כלומר מנקודת החולשה של מומנט זה. נקודת החולשה היא הזווית במפרק שבה השריר מפתח את המומנט הקטן ביותר, כתוצאה משילוב מסוים של מתח השריר, זווית היישום שלו ואורך זרוע המאמץ. לעומת זאת, הזווית במפרק שבה השריר מפתח את המומנט הגדול ביותר בטווח התנועה, נקראת זווית אופטימלית, הנובעת משילוב מיטבי בין שלושת מרכיבי המומנט. ט. סיכום הפרק לסיכום פרק זה העוסק בביומכניקה של מפרק פשוט, למדנו כי המפרק פועל כמנוף אשר על זרוע אחת שלו מופעל המאמץ המופק באמצעות מתח השריר המתכווץ, ומאמץ השריר מייצר כוח מסובב המתגבר על ההתנגדות )המעמס(, הכוללת כוח התנגדות שמקורו במסה אותה מניע השריר. השריר יכול לגרום לתנועת המפרק רק כאשר הכוח האפקטיבי )המסובב( שהוא מייצר גורם להיווצרותו של מומנט הגדול מהמומנט של ההתנגדות. מומנט ההתנגדות עליו צריך להתגבר השריר תלוי הן בכוח ההתנגדות, והן באורך זרוע ההתנגדות שהוא מקסימלי כאשר זווית היישום שלו היא 90, 0 ומינימלי כאשר זוית היישום היא 0. 0 ולבסוף, מומנט הכוח של השריר מביא לידי ביטוי שילוב של הכוח האפקטיבי שמייצר השריר המפעיל את המאמץ על העצם הנעה, תלוי בזווית היישום בה מושך השריר המתקצר את העצם, וכן באורכו היחסי של השריר המשפיע על המתח שהשריר יכול לפתח באמצעות גשרי הרוחב הנוצרים בין קורי האקטין והמיוזין המחליקים זה על זה בסרקומרים המרכיבים את סיבי השריר. עמוד 190

191 שאלות 13. סמנו בכל אחד מאיורי הידיים שבאיור 19 את זווית היישום של השריר, והסבירו באמצעותה את השתנות הכוח האפקטיבי בזוויות השונות. בהסברכם השתמשו במושגים: כוח אפקטיבי )או מסובב(, מאמץ, ורכיב מקבע. 14. תארו, על פי איור 19, את הקשר שבין זווית מפרק המרפק לבין המאמץ שעל השריר להפעיל על מנת לכופף את היד בזווית זו, והסבירו מדוע המומנט הוא הגדול ביותר בזווית של 91 1 ומדוע המומנט הולך וקטן )עד גבול מסוים( ככל שהזווית עולה על 91? מדוע קל יותר להחזיק ביד לאורך זמן עצם כבד כאשר האמה צמודה לזרוע, או כאשר היד פשוטה כלפי מטה, בהשוואה להחזקתו כאשר האמה ניצבת לזרוע? 16. הסבירו מדוע מתח השריר משתנה כאשר הוא עובר ממצב של מתיחה מירבית )כאשר אמת היד פשוטה לפנים( למצב של כיווץ מירבי )כאשר אמת היד צמודה למרפק(? 17. מדוע, כאשר מתאמנים עם משקולות בהפעלת מרפקי הידיים, יש לקחת בחשבון את נקודת החולשה? 18. בהסתמך על ההסבר ל"נקודת החולשה של השריר", הסבירו מהי "נקודת החוזק של שריר"? 19. מדוע פיתוח השריר הוא אופטימלי כאשר מבצעים את האימון בנקודת החוזק? 21. נתון מרחק החיבור של השריר לעצם לבין ציר המפרק הוא 5 ס"מ, אורך האמה עד מרכז כף היד הוא 31 ס"מ מה הכוח הדרוש מהשריר בכדי להרים משא של 21 ק"ג בכף היד בשלוש זוויות של מפרק היד: 91 1,61 1,31 1 ו-?121 1 עמוד 191

192 פרק 8 בקרה במערכות טכנולוגיות וטבעיות - פרק זה כולל עקרונות בתורת הבקרה ויישומם בהבנת מנגנוני בקרה בגוף האדם, בדגש על מערכת הדם. הקובץ מתבסס בעיקרו על חומר שכתבו וערכו ראובן דינוביץ ואהרון רזנוב, ומשולבות בו דוגמאות של מערכות טכנולוגיות ומערכות בגוף האדם. בתחילה נתייחס למספר עקרונות יסוד בתורת הבקרה, כולל שימוש בתרשים מלבנים לתיאור מערכות מבוקרות, ולאחר מכן ניישם את העקרונות על מספר מנגנונים מבוקרים בגוף האדם. א. בקרה מהי? בקרה היא אמצעי בעזרתו ניתן לשלוט על משתנה פיסיקלי של מערכת כלשהי כדי לגרום לו להגיע לערך רצוי. משתנה פיסיקלי זה נקרא המשתנה המבוקר. רוב מערכות הבקרה כוללות גם מנגנון משוב )Feedback( המספק למערכת מידע על התוצר של פעולתה, שהוא ערכו המצוי של הגודל הפיסיקלי המבוקר, ובכך מסייע לה לשלוט ברמה הרצויה של תוצר זה. לדוגמא: בגוף האדם פועל מנגנון בקרה שתפקידו לשמור על טמפרטורת גוף קבועה, ומנגנון זה מגיב כמנגנון משוב לשינויים בטמפרטורת הגוף, ובכך משמש כמנגנון הומיאוסטאטי, מנגנון השומר על הומיאוסטאזיס של טמפרטורת הגוף. בדוגמא זו המשתנה המבוקר הוא טמפרטורת הגוף והערך הרצוי הוא בקירוב 37 מעלות צלזיוס. דוגמא נוספת, מתחום הטכנולוגיה: מזגן הינו מערכת טכנולוגית עם מנגנון בקרה המאפשר להגיע באמצעותה לטמפרטורה הרצויה, שנקבעה ע"י המשתמש, ולשמור עליה. מנגנון בקרת הטמפרטורה של המזגן פועל כמנגנון משוב - המנגנון מודד את טמפרטורת החדר )הערך המצוי(, משווה אותה לטמפרטורה הרצויה ובאם התקבלה שגיאה מהטמפרטורה הרצויה, מוציא פלט אשר נועד לגרום למערכת )למזגן( לתקן את השגיאה כדי שבחדר תשרור הטמפרטורה הרצויה. השגיאה בתהליך הבקרה מוגדרת כחיסור הערך המצוי מהערך הרצוי של המשתנה המבוקר. ב. ויסות הטמפרטורה בתנור אפייה - דוגמא למערכת טכנולוגית מבוקרת כדי להמחיש כמה מהמושגים הבסיסיים בעקרונות תורת הבקרה נתייחס לדוגמא של תנור האפייה הביתי, מכשיר הכולל מערכת בקרה השומרת על טמפרטורה קבועה הנקבעת על ידי המשתמש. כדי לתאר ולהבין את מנגנון הפעולה של מערכת הבקרה בתנור האפייה נשתמש במושגים המקובלים לתיאור מערכות בקרה טכנולוגיות, ומושגים אלה ישמשו אותנו בהמשך גם לתיאור מערכות בקרה בגוף האדם. המקום הפיסי שבו מקבלים, מודדים ומבקרים את ערך המשתנה המבוקר נקרא "התהליך", ובמקרה שלפנינו הוא חלל תנור האפייה בו מתבצע תהליך האפייה, המשתנה המבוקר הוא טמפרטורת תנור האפייה. עמוד 192

193 עם הדלקת תנור האפייה, נקבעת על ידי המשתמש הטמפרטורה הרצויה לאפייה ולכן היא הערך הרצוי. בתנור האפייה קיים מנגנון המודד את הטמפרטורה בחלל התנור, שהיא הערך מצוי, מחסיר אותה מהטמפרטורה הרצויה. באם התקבלה שגיאה מהטמפרטורה הרצויה, מוציאה המערכת פלט אשר נועד לגרום למערכת )לתנור( לתקן את השגיאה כדי שבתנור תשרור הטמפרטורה הרצויה. טמפרטורת התנור היא הערך הפיסיקלי שעליו מתבצע תהליך הבקרה. מאחר ואת הטמפרטורה מודדים ומבקרים באמצעות מערכת הבקרה, היא נקראת המשתנה המבוקר, ומודדים אותה במוצא המערכת )כלומר בחלל התנור(. טמפרטורת התנור משתנה על ידי ההספק החשמלי הממוצע של גוף החימום. מאחר שההספק החשמלי של גוף החימום משפיע על טמפרטורת התנור )שהיא, כאמור, המשתנה המבוקר( הוא נקרא המשתנה מבקר. על סמך מה נקבע המשתנה המבקר, כלומר ההספק החשמלי הרצוי לגוף החימום? כדי לענות על שאלה זו עלינו להזכיר לעצמנו שתנור האפייה הינו מערכת טכנולוגית המיועדת לביצוע פעולות שונות של אפייה, בדרגות טמפרטורה שונות, וכן לחימום מזון והפשרתו. לביצועה של כל אחת מפעולות אלה נדרשת טמפרטורה אחרת, והיא נקבעת על ידי המשתמש. הטמפרטורה הנדרשת לביצוע פעולה מסוימת בתנור האפייה נקראת ערך רצוי, והיא מושפעת, כמובן, מתהליך האפייה הנדרש. אולם כאן נשאלת השאלה - האם טמפרטורת התנור מושפעת אך ורק מההספק החשמלי? ומה לגבי השפעת טמפרטורת המזון עצמו, וטמפרטורת החדר בו פועל תנור האפייה? שאלות כיצד עשויים טמפרטורת המזון וטמפרטורת החדר להשפיע על טמפרטורת תנור האפייה. 1. הסבירו - מתי תידרש הגדלת ההספק החשמלי על מנת להגיע לטמפרטורה הרצויה, בחדר 2. "קר" או בחדר "חם"? ציינו גורמים נוספים העשויים להשפיע על טמפרטורת תנור האפייה, והסבירו כיצד משפיע עליה 3. כל אחד מגורמים אלה. תארו את משתני הבקרה בתהליך כיוון טמפרטורת המים בעת רחצה במקלחת. מהם משתנה 4. הבקרה, הערך הרצוי, הערך המצוי והמשתנה המבקר? בפעולת הנשימה מתבצעת בקרה על משתנה פיסיקלי, מהו? 5. מהם משתני הבקרה במערכת כלי הדם השומרת על לחץ הדם בעורקים? 6. משתנה ההפרעה )עומס( - ערכים פיסיקליים המשפיעים באופן חיובי או שלילי על תנאי פעולה של מערכת הבקרה, אך למערכת הבקרה אין השפעה עליהם. בדוגמא שלנו, משתנה המשפיע על טמפרטורת חלל תנור האפייה כגון: טמפרטורת החדר, או טמפרטורת המזון אותו יש לאפות, נקרא "משתנה הפרעה", או "עומס". עמוד 193

194 שאלות מהם ההפרעות החיצוניות למערכת כלי הדם היכולות להשפיע על קצב הלב? 7. מהם ההפרעות החיצוניות למערכת בקרת הטמפרטורה בגוף האדם? 8. אדם נוסע במכונית ומנסה לשמור על מהירות נסיעה קבועה, מהם משתני הבקרה ומהם 9. משתני ההפרעה בתהליך הבקרה? מדידה השוואה ותיקון נניח שקיבלתם על עצמכם לאפות עוגת תפוחים, ובספר ההנחיות רשום כי לצורך אפיית עוגה זו נדרשת טמפרטורה של במקרה זה, הערך הרצוי של הטמפרטורה הוא 180 O C דקות. 45 במשך,180 O C ואתם מכוונים לערך זה באמצעות מנגנון ויסות הטמפרטורה של התנור. נשאלת השאלה - כיצד תישמר בתנור טמפרטורה רצויה זו במשך זמן האפייה? על מנת לשמור על הערך הרצוי של הטמפרטורה בתנור, מותקנת בו מערכת בקרה המודדת בכל רגע נתון את טמפרטורת התנור בפועל )כלומר, את הערך המצוי(, ומחזירה אותה לטמפרטורה הדרושה לאפייה )כלומר, לערך הרצוי(, וכל זאת באמצעות שליטה על ההספק החשמלי של גוף החימום. נשאלת השאלה אילו רכיבים נדרשים למערכת הבקרה המווסתת את טמפרטורת תנור האפייה, וכיצד היא פועלת? לפני שנתאר את מערכת הבקרה, נגדיר את הערך הרצוי והערך המצוי של המערכת: ערך רצוי: הערך של המשתנה המבוקר שמערכת הבקרה שואפת להגיע אליו. מסמנים באות 180. O C במקרה של אפיית עוגת תפוחים הוא, כאמור,.(reference) ערך מצוי: הערך הנוכחי הנמדד של המשתנה המבוקר. מסמנים באות.(controlled) c ניתן להבחין בין שלוש פונקציות עיקריות של מערכת בקרה: r מדידת ערך המשתנה המבוקר )הערך המצוי(. השוואה בין ערך מצוי )הנמדד( ובין ערך רצוי הנקבע על ידי המשתמש. ביצוע תיקון - במידה ויש שגיאה )הפרש( בין הערכים האלה, מערכת הבקרה מבצעת תיקון במטרה לבטל את השגיאה או לכל הפחות לצמצמה. יש לזכור שהמושג "תהליך" במערכת בקרה מייצג מקום פיזי, שבו מודדים ושולטים על ערך המשתנה המבוקר, ניתן להציג את שלוש הפונקציות של מערכת בקרה וקשריהן באופן סכמטי, כגון בציור הבא: אדם )או מעגל חשמלי( המפעיל את גוף החימום עמוד 194

195 תרשים מלבנים בסיסי של מערכת הבקרה משתנה הפרעה )עומס( יחידת חישוב השגיאה התהליך השגיאה ערך רצוי של המשתנה המבוקר r (+) b (-) ערך מצוי של המשתנה המבוקר משתנה מבקר תת-מערכת תיקון עליה יפורט בהמשך c מדידה )משוב( תת מערכת המדידה תת מערכת המדידה מבצעת שתי פעולות: מדידה של הערך המצוי )הטמפרטורה בפועל של חלל התנור( והעברת המידע למערכת התיקון המורכבת ממספר מנגנונים )עליהם נפרט בהמשך(, ואשר בה מתבצעת ההשוואה בין הערך הנמדד לערך הרצוי. תת מערכת התיקון במערכות בקרה, כמו במקרה של בקרת טמפרטורת תנור האפייה, חייבת להיות, אם כן, תת מערכת שקולטת מידע על ערכה של השגיאה, ובהתאם לשגיאה ולאלגוריתם הבקרה קובע את ערך המשתנה המבקר, מנגנון זה נקרא מערכת תיקון, והוא כולל תפוקה כמידע בלבד באשר לערכו הרצוי של בקר אשר תפקיד לקלוט את השגיאה להפיק המשתנה המבקר. הבקר ממומש לרוב באמצעות מחשב, ולכן אינו יכול לספק את האנרגיה הדרושה למשתנה המבקר, ולכן קיימת יחידה נוספת הנקראת "אלמנט בקרה סופי" המתפקד כ"מפעיל" במערכות אלקטרוניות. תפקיד אלמנט הבקרה הסופי הוא לקבל מידע מהבקר ואנרגיה או חומר ממקור חיצוני, ולקבוע את ערכו של המבקר. המשתנה המבקר משנה בפועל את ערכו הרצוי של המשתנה המבוקר. בדוגמא של תנור החימום, פעולת תיקון השגיאה מתקבלת באמצעות מידע אודות הפעלה או ניתוק גוף החימום על ידי הבקר )לרוב מעגל אלקטרוני(. אלמנט הבקרה הסופי הוא מפסק, לרוב ממסר חשמלי, השולט על ההספק החשמלי הוא המשתנה המבקר. משתנה מבקר מקור אנרגיה או חומר אלמנט בקרה סופי תפוקת הבקר )מידע( בקר המשתנה תרשים מלבנים של תת-מערכת התיקון השגיאה עמוד 195

196 ג. תיאור מערכת בקרה באמצעות תרשים בקרה מהסוג "תרשים מלבנים" תרשים מלבנים הינו דרך מקובלת לתיאור מערכות בכלל ומערכות בקרה בפרט. תרשים מלבנים מורכב בעיקר ממלבנים וחיצים, ומשמש לתיאור מבנה תיפקודי של מערכת קיימת או לארגן פיתוח מערכת חדשה. תרשים המלבנים מפרק את המערכת לתת-המערכות המרכיבות אותה במטרה ללמוד על היחסים התיפקודיים ביניהן. כל מלבן בתרשים מייצג רכיב אחר של המערכת. לכל רכיב של המערכת המיוצג באמצעות מלבן יש מבוא )קלט( ומוצא )פלט(. להלן סימנים מוסכמים בתרשים מלבנים: באופן כללי קלט ופלט יכולים להתמיין לשלושה תחומים עיקריים: מידע, אנרגיה וחומרים, בתוכנית הלימודים במערכות אלקטרוניות קיים פירוט נוסף לתרשים מלבנים. לפניכם תרשים מלבנים מפורט של מערכת בקרה: משתנה הפרעה )עומס( מקור אנרגיה או חומר תת-מערכת תיקון יחידת חישוב השגיאה ערך מצוי של המשתנה המבוקר התהליך בקר השגיאה ערך רצוי של המשתנה המבוקר r (+) b (-) משתנה מבקר אלמנט בקרה סופי תפוקת הבקר )מידע( c מדידה )משוב( להלן חזרה על תת המערכות העיקריות במערכת בקרה: 1. מערכת מדידה - מנגנון שתפקידו למדוד את הערך של המשתנה המבוקר ולהעביר מידע על הערך הנמדד למערכת התיקון. 2. יחידת חישוב השגיאה )או יחידת הסיכום( - מנגנון שתפקידו להשוות בין הערך הנמדד )מצוי( ובין הערך הרצוי, ולספק מידע על השגיאה, המסומנת באות.)error( e ערך השגיאה מתקבל מחיסור הערך המצוי )b( מהערך הרצוי )r(. עמוד 196

197 מערכת תיקון - מנגנון שתפקידו לשלוט על הערך הפיסיקלי המבוקר )משתנה מבוקר(, מערכת התיקון מורכבת משתי תת מערכות: א. בקר - מנגנון המקבל מיחידת חישוב השגיאה את המידע על גודל השגיאה, ומפיק תפוקה בהתאם לשגיאה. יש לשים לב כי התפוקה של הבקר הינה למעשה מידע המועבר לרכיב האחרון במערכת התיקון, הנקרא "אלמנט בקרה סופי". ב. אלמנט בקרה סופי )הנקרא גם מפעיל( - מנגנון המספק את התפוקה הנדרשת למערכת הטכנולוגית )ל"תהליך"( חשוב לציין כי אלמנט הבקרה הסופי מקבל אנרגיה או חומר, ממקור חיצוני, ומספק אותו למערכת בהתאם למידע שהגיע אליו מהבקר..3 כיצד בונים תרשים מלבנים? שלבים בבניית תרשים מלבנים של מערכת בקרה: לומדים את עיקרון פעולת המערכת. מזהים את משתני הבקרה: המשתנה המבוקר, המשתנה המבקר ומשתני ההפרעה. מתחילים את בניית התרשים מהסוף, כלומר החל מהמשתנה המבוקר. מזהים את תת מערכת המדידה. מציבים נקודות סיכום : פעם אחת ביחידת חישוב השגיאה ( סימנים '' + '' ו '' '' הם קבועים ) פעם נוספות לשילוב משתני ההפרעה )העומס( במידה וקיים. חובה לסמן את אספקת החומר ( או אנרגיה ) למערכת, כתנאי לתיפקודה. בתרשים מלבנים אפשר להבדיל בין שני מסלולים: מסלול קדמי - בין יחידת חישוב השגיאה של הבקר לנקודת פיצול של המשתנה מבוקר. מסלול משוב מדידה. - בין נקודת פיצול של המשתנה המבוקר ובין יחידת חישוב השגיאה, דרך מערכת שימו לב לאספקת חומר או אנרגיה, כלומר לכמות החומר או לכמות האנרגיה שחייבים לספק לאלמנט בקרה סופי על מנת להבטיח תחום עבודה מלא של המערכת. תרשים מלבנים של מערכת הבקרה בתנור אפייה: מערכת הבקרה בתנור האפייה תוארה בתחילת פרק זה, התרשים הבא מתאר את מרכיבי המערכת: אדם )או מעגל חשמלי( המפעיל את גוף החימום עמוד 197

198 עתה נבנה תרשים מלבנים למערכת תנור האפייה, ונניח כי הטמפרטורה הרצויה היא 180 O C וברגע נתון ערך הטמפרטורה המצוי הוא 160 O C מעלות צלזיוס: השגיאה: =20 זליגת חום מדלת תנור האפייה הספק חשמלי מחברת החשמל תת-מערכת תיקון יחידת חישוב השגיאה ערך רצוי של הבקר חלל ערך מצוי של )הפעל (+) r הטמפרטורה: בקר ממסר c ממסר( הטמפרטורה: התנור משתנה )מופעל( )התהליך( b (-) מבקר: הספק חשמלי לגוף החימום תפוקת מדידה )חיישן שאלות 10. בהנחה שהפעלת גוף החימום גורמת לעליית הטמפרטורה בתנור בקצב של 4OC לדקה, לכמה זמן יופעל גוף החימום? 11. בהנחה נוספת כי מדלת התנור יוצא אוויר חם הגורם לירידת הטמפרטורה בקצב של 1OC לדקה, לכמה זמן יופעל גוף החימום? 12. מה יהיו ערכי משתני הבקרה כאשר הערך המצוי של הטמפרטורה יהיה? 191OC להלן תקציר הגדרות המושגים במערכות בקרה שהוזכרו עד כה: המשתנה המבוקר - המשתנה הפיסיקלי שעל ערכו אנו רוצים לשלוט. המשתנה המבקר - משתנה פיסיקלי שבאמצעותו משפיעים על ערכו של המשתנה המבוקר. משתנה ההפרעה )עומס( - ערכים פיסיקליים המשפיעים באופן חיובי או שלילי על תנאי פעולה של מערכת הבקרה, אך למערכת הבקרה אין השפעה עליהם. )משתני ההפרעה מיוצגים ביחידות המשתנה המבקר( ערך מצוי - ערכו הנוכחי של המשתנה המבוקר. מסומן באות (controlled) c או לאחר המדידה מסומן באות.(feedback) b ערך רצוי - ערך המטרה של המשתנה המבוקר, אליו "שואפת" המערכת להגיע. מסומן באות r.(reference) שגיאה - ההפרש שבין הערך הרצוי לבין הערך המצוי של המשתנה המבוקר. מסומן באות.(error) e ומחושב על ידי הנוסחה: e r b תהליך - המקום הפיסי בו משפיע המשתנה המבקר על המשתנה המבוקר. עמוד 198

199 שימו לב כי יש הבדל בין המושג "תהליך" לבין המושג "תהליך הבקרה". משוב - תת-מערכת במערכת הבקרה בחוג סגור בה מתבצעים: מדידת הערך המצוי של המשתנה המבוקר והשוואתו לערך הרצוי בקר )controller( - תת-מערכת אלקטרונית, מכאנית או משולבת במערכת הבקרה המקבלת כקלט את גודל השגיאה של המשתנה המבוקר, מחשבת את גודל התיקון ומעבירה אותו לאלמנט הבקרה הסופי. אלמנט בקרה סופי - יחידה זו מקשרת בין המידע המופק בבקר לבין המשתנה המבקר באמצעות העברת כמות חומר או אנרגיה מתאימה. )מקביל ל"מפעיל" במערכות אלקטרוניות( הגבר - היחס בין שינוי אות המוצא מהרכיב לבין שינוי אות המבוא לרכיב. לדוגמא חיישן טמפרטורה החש טמפרטורה ופולט מתח חשמלי הגברתו יכול להיות ביחידות של Volt. C ד. בקרה בחוג פתוח ובקרה בחוג סגור במערכות בקרה מבחינים בין שני סוגים עיקריים של בקרה: בקרה בחוג פתוח ובקרה בחוג סגור. מערכת הבקרה של תנור אפייה, אשר תוארה קודם לכן, הינה מהסוג של בקרה בחוג סגור, כלומר מערכת שבה המידע המתקבל מהמערכת יכול להשפיע על תיפקודה. תהליך הבקרה במערכת כזו, מבוסס על מדידה מתמדת של המשתנה המבוקר )הערך המצוי(, השוואה בינו לבין הערך הרצוי, ותיקון מהיר ככל האפשר של הסטיות תוך כדי פעולת המערכת. כל המערכות שהוזכרו עד כה היו בעלות בקרה בחוג סגור. לעומת מערכת זו, מוכרות לכם מחיי היומיום מערכות רבות שבהן הבקרה הינה מהסוג של "בקרה בחוג פתוח", כפי שנפרט להלן. בקרה בחוג פתוח )"מערכת בקרה בחוג פתוח"( מערכת בקרה בחוג פתוח היא מערכת בקרה שאינה כוללת מנגנוני מדידה ומשוב של הערך המצוי של המשתנה המבוקר. דוגמאות - למערכות בקרה בחוג פתוח עמוד מערכת תאורה בחדר. במקרה זה המשתנה המבוקר הוא עוצמת האור בחדר. עוצמת ההספק החשמלי המועבר לנורה לא תלוי בעוצמת האור בחדר. פעולת מאוורר. במקרה זה המשתנה המבוקר הוא ספיקת האוויר המופקת ע"י המאוורר. תנועת פגז של תותח. במקרה זה המשתנה המבוקר הוא טווח נמדד מקום פגיעתו ולא ניתן לתקן שגיאות במעופו. הפגז. לאחר שיגור הפגז לא תנור חימום חשמלי "סלילים", למשל, המספק אותה כמות חום כל הזמן. במקרה זה המשתנה המבוקר הוא הטמפרטורה בחדר.

200 בקרה בחוג סגור )"מערכת בקרה בחוג סגור"( בניגוד לזו שבחוג פתוח, מערכת בקרה בחוג סגור control( )closed loop מסוגלת לשמור על הערך הרצוי של המשתנה המבוקר גם לאחר סטיות )שגיאות( הנגרמות למערכת על-ידי השפעות חיצוניות )הפרעות(. תהליך הבקרה מבוסס, כפי שכבר למדנו, על מדידה מתמדת של המשתנה המבוקר, השוואה בינו לבין הערך הרצוי של המשתנה המבוקר, ותיקון מהיר ככל האפשר של הסטיות תוך כדי פעולת המערכת. המנגנון בו המידע על תוצאותיהם של פעולה או תהליך, חוזר אל המערכת שבה התרחשו ועשוי להשפיע עליה נקרא מנגנון משוב.)feedback( על מנגנוני משוב במערכות בקרה בחוג סגור נרחיב בהמשך. דוגמאות למערכות בקרה בחוג סגור: תנור האפייה השומר על טמפרטורת אפייה קבועה פחות או יותר )בו עסקנו בפירוט קודם לכן(, המזגן, אשר מנסה לשמור על טמפרטורת החדר )חימום או קירור( אליה הוא מכוון על ידי חיישן הטמפרטורה הנמצא בתוך החדר )לרוב החיישן ממוקם בתוך השלט(, או אף מערכות מכניות פשוטות יחסית כגון מיכל המים בבית השימוש )ה"ניאגרה"( המתמלאת במים בכמות מוגדרת מראש, לאחר כל הפעלה שלה. שאלות ציינו יתרון אחד וחסרון אחד של בקרה בחוג פתוח. 13. הסבירו, באמצעות דוגמא לפי בחירתכם, מדוע מערכות הגוף המסייעות לשמירת 14. ההומיאוסטאזיס הינן מערכות בקרה בחוג סגור? האם בגוף קיימות מערכות בקרה בחוג פתוח? נמקו את תשובתכם. 15. ה. משוב שלילי ומשוב חיובי במערכות בקרה כפי שראינו בתרשים המלבנים, למנגנון משוב יש מקום מרכזי בתיפקודה של מערכת בקרה בחוג סגור. הבנת תפקידו של מנגנון המשוב היא אכן חיונית להבנת אופן תיפקודה של מערכת הבקרה בכלל, ועל כן נרחיב עליה להלן. ראשית, נגדיר את המושג משוב: משוב )feedback( הינו מידע על תוצאותיהם של פעולה או תהליך, החוזר אל המערכת שבה התרחשו ועשוי להשפיע עליה. את מנגנוני המשוב המתקיימים במערכות בקרה בחוג סגור, ניתן לחלק לשני סוגים: מנגנוני משוב שלילי ומנגנוני משוב חיובי. משוב שלילי mechanism( )negative feedback - מנגנון בקרה המגיב על שגיאה ממצבה המקורי של מערכת )מ"הנורמה"( בהפעלה של שרשרת אירועים במטרה להקטין את השגיאה. עמוד 200

201 כאשר מערכת ההשוואה הפועלת באמצעות מנגנון של משוב שלילי מגלה שגיאה במשתנה המבוקר )תוצר המערכת(, היא מתקנת אותה, כלומר השגיאה הולכת וקטנה עד להחזרה של המשתנה המבוקר לנורמה, כפי שניתן לראות באיור הסכמטי הבא: ערך רצוי: שימו לב כי הכוונה ב"משוב שלילי" אינה, כמובן, לשיפוט ערכי )כפי שניתן היה להבין בטעות מהשימוש במושג "שלילי", אלא, לכיוון תיקון השגיאה )סטייה(. מנגנוני משוב רבים, בגוף ומחוצה לו, הינם מהטיפוס של מנגנון משוב שלילי. דוגמאות מחיי היום יום של מנגנוני משוב שלילי הם בקרת הטמפרטורה בתנור האפייה, במיחם או במזגן, מנגנון מילוי המים במיכל שבבית השימוש ועוד ועוד. מנגנון בקרה שלילי עשוי להביא להתייצבות מערכת, כלומר לקיומו של הומיאוסטאזיס. משוב חיובי mechanism( )positive feedback מנגנון בקרה המגיב על שגיאה ממצבה המקורי של מערכת )"מהנורמה"( בהפעלה של שרשרת אירועים המגבירה את השגיאה. כאשר מערכת השוואה הפועלת באמצעות מנגנון של משוב חיובי מגלה שגיאה, היא מגדילה אותה, כלומר השגיאה הולכת וגדלה. ערך רצוי: לעומת מנגנון משוב שלילי, מנגנון משוב חיובי הוא מנגנון שבו עליה בתוצאה של התהליך מביאה להגברת פעילות המערכת כולה, ומכאן שמנגנון משוב חיובי פועל להרחקת תיפקוד המערכת "מהנורמה". מצב כזה איננו רצוי ברוב המקרים, כאשר מדובר בתאיו ובגופו של יצור חי, והוא אכן נדיר, יחסית למשוב השלילי, ובסופו של דבר מוגבל בהיקפו. לדוגמא - בתהליך הלידה מופרשים הורמונים הגורמים להגברת התכווצות שרירי הרחם של היולדת, והתכווצויות הרחם כשלעצמן גורמות להגברת ההפרשה של חומרים אלה כך שתהליך ההתכווצויות הולך וגובר במנגנון של משוב חיובי. עד מתי הוא גובר? באופן עקרוני, עד הלידה, אשר מיד לאחריה הולכות ההתכווצויות ונחלשות. גם בתהליך ההנקה קיים מנגנון משוב חיובי, הגורם לכך שככל שהתינוק מגביר את קצב היניקה, כך עמוד 201

202 מגדילה רקמת השד את קצב ייצור החלב והפרשתו, עד לגבול מסוים כמובן. מנגנון משוב חיובי זה מסייע להתאמת מנגנון ייצור החלב והפרשתו לצרכיו ההולכים וגדלים של התינוק המתפתח. דוגמא למשוב חיובי בחיי היומיום, המוכרת לכם בוודאי, מתרחשת כאשר מקרבים מיקרופון לרמקול במעגל הגברה: גלי הקול הנכנסים למיקרופון מוגברים ויוצאים ברמקול, בגלל הקרבה האותות המוגברים נכנסים שוב למיקרופון ומוגברים שוב וכן הלאה עד אשר נשמע צפצוף טורדני. הרחבנו בתיאור מנגנוני משוב חיוביים, כדי להמחיש את נחיצותם במקרים מסוימים, אך ברור שרוב מנגנוני המשוב המתרחשים בגופנו הינם מנגנוני משוב שליליים התורמים ליציבותן של מערכות הגוף ולשמירת ההומיאוסטאזיס. שאלות 16. הביאו דוגמא למערכת בקרה עם משוב, פרטו מהם משתני הבקרה וכיצד מתבצע המשוב. 17. הסבירו מדוע לשמירת הומיאוסטאזיס נדרש מנגנון משוב שלילי? בתשובתכם היעזרו במנגנון שמירת הטמפרטורה בגוף. ו. רצפטורים ביולוגיים ומשוב ו. 1. הבקרה חיונית לקיום הומיאוסטאזיס לגופנו יש יכולת, כפי שיש לכל יצור חי, לשמור הומיאוסטאזיס, כלומר על סביבה פנימית יציבה, בגבולות מוגדרים, השונה מתנאי הסביבה החיצונית, באמצעות מנגנונים ביוכימיים, פיזיולוגיים והתנהגותיים. שמירת ההומיאוסטאזיס מבטיחה את קיומם של תנאים אופטימאליים לתיפקודו של היצור החי, החל מרמת התא ועד לרמת היצור הרב-תאי השלם, במקרה שלנו - גוף האדם. שמירת הסביבה הפנימית היציבה, פחות או יותר, מתאפשרת בזכות מנגנוני משוב שליליים המתפקדים כמערכות בקרה בחוג סגור, מערכות בהן המידע על הפלט של המערכת נמדד באופן רציף, והמערכת משווה את המידע לערך הרצוי )לנורמה( ומגיבה על מידע זה במטרה לתקן את השגיאה שנוצרה, באם אכן נוצרה. לשמירת ההומיאוסטאזיס בגוף אחראים שלושה גורמים, הפועלים במשותף: רצפטורים )=קולטנים(, מעבדים ומבצעים. הרצפטורים, )חיישנים, קולטנים, )sensory receptors הם תאים, או חלקי תאים, המסוגלים לקלוט גירוי, כלומר שינוי מסוים בתנאי הסביבה )הפנימית או החיצונית(. לדוגמא - קולטני טמפרטורה הממוקמים בכלי הדם ובמוח. הקולטנים מתרגמים את שינויי טמפרטורת הדם לאותות עצביים הנשלחים אל המוח, הוא המעבד. המעבד )integrator( מעבד את האותות המגיעים אליו באמצעות עצבים או הורמונים. במוח נמצאים מרכזי בקרה שונים. כל מרכז בקרה קולט אותות ממקורות שונים, מסכם ומעבד את המידע ומחליט על תגובה הולמת. התגובה של המוח משוגרת באמצעות עצבים, או הורמונים, אל המבצעים עמוד 202

203 )effectors( שהם שרירים או בלוטות )או שניהם גם יחד(, וגורמת להם להגיב בהתאם, בדרך כלל תגובה של משוב שלילי, במטרה לתקן סטיות מהנורמה במטרה לשמור על ההומיאוסטאזיס בגוף. חשוב להדגיש כי הרצפטורים מספקים למוח מידע על הפעילות המתקיימת )ערך מצוי( בלבד. בנוסף לכך, המוח מקבל מידע על הפעילות הרצויה )ערך רצוי(, אשר מהווה את "נקודת הייחוס" שלו. כאשר התנאים הפיסיקליים או הכימיים, סוטים יתר על המידה מאחת מנקודות הייחוס, המוח פועל כדי להחזירם לתחום הנכון באמצעות שליחת אותות המורים לשרירים ולבלוטות מסוימים להגביר או לדכא את פעילותם. להלן נרחיב על הבקרה העצבית וההורמונלית בלב ובכלי הדם. ו. 2. בקרה הורמונלית ובקרה עצבית בלב ובכלי הדם כידוע, קצב פעימות הלב נקבע ע"י שני גורמים: א. ויסות פנימי - דחפים עצמוניים )ספונטאניים( הנשלחים מקוצב הלב )60-70 לדקה(. ב. ויסות חיצוני - הגברה או האטה של קצב יצירת הדחפים הנוצרים על ידי קוצב הלב, באמצעות מערכת העצבים המבצעת "בקרה עליונה" על פעולת הלב. הוויסות החיצוני של פעילות מאפשר להתאים את קצב פעימות הלב לצרכי הגוף, בעיקר להובלת חמצן ומזון לרקמות, וסילוק פסולת מהן. הבקרה העליונה מתבצעת במרכז הלב, אזור במוח המוארך )הנמצא באזור העורף(, אשר מפקח על פעילות קוצב הלב באמצעות מערכת העצבים האוטונומית, מערכת האחראית לתיפקוד האוטונומי )העצמאי( של מערכות הגוף הפנימיות. מערכת העצבים האוטונומית מורכבת מעצבים המקשרים בין מרכז הלב לקוצב הלב, ובאמצעותה מועברים לקוצב הלב אותות עצביים והורמונליים הגורמים לו להאט או להחיש את קצב הלב. מערכת העצבים האוטונומית מורכבת משני חלקים שפעילותם מנוגדת: 1. המערכת הסימפתטית מחישה את קצב פעימות הלב. 2. המערכת הפאראסימפתטית מאטה את קצב פעימות הלב. השפעתן המנוגדת של שני חלקי המערכת האוטונומית נובעת מתיפקודן המנוגד במערכת העצבים האוטונומית: המערכת הסימפתטית מכינה את הגוף למצבי חירום, למאמץ, ואחראית על תגובות מהירות ובלתי רצוניות המסייעות לתפקד בשעת לחץ. העצבים בה מפרישים את הנוירו-הורמון נוראדרנלין. בניגוד למערכת הסימפתטית, המערכת הפאראסימפתטית אחראית לשמירת התיפקוד התקין של הגוף במצב מנוחה, כמו פעולות העיכול וההפרשה. מערכת זו גורמת להאטה כללית בפעולות הלב, ולחסכון באנרגיה בגוף. העצבים במערכת זו מפרישים את הנוירו-הורמון אצטילכולין. הבקרה העליונה על ויסות קצב הלב מתרחשת, כאמור, במרכז הלב במוח, שם נקלטים אותות מחיישנים שונים בגוף, כגון חיישנים הבודקים את רמת ה- CO 2 בדם, הטמפרטורה או לחץ הדם, או גירויים ממרכזים במוח על "מצבי לחץ", כגון סכנה המאיימת על האדם, או כאשר נדרש ביצוע עמוד 203

204 מאמץ גופני גדול, מצבים המצריכים התגייסות הגוף למאמץ, או לחילופין, גירויים הנושאים "מסר מרגיע", שמשמעותו כי הגוף יכול להירגע ולנוח. הכנה למאמץ - כאשר מרכז הלב "מקבל החלטה" על גיוס הגוף למאמץ )"הלחם או ברח"(, הוא מעביר ללב גירויים באמצעות עצבים של המערכת הסימפתטית, וגירויים מגיעים אל קוצב הלב באמצעות המתווך העצבי נוראדרנלין, וגם באמצעות ההורמון אדרנלין, המופרש לדם מליבת יותרת הכליה, ואלה גורמים לקוצב הלב להגביר את קצב הפעימות ואת עוצמת ההתכווצויות, וכתוצאה מכך גדלה תפוקת הלב. הכנה למנוחה - כאשר מרכז הלב "מקבל החלטה" על גיוס הגוף למנוחה, הוא מעביר ללב גירויים באמצעות עצבים של המערכת הפאראסימפתטית, וגירויים מגיעים אל קוצב הלב באמצעות המתווך העצבי אצטילכולין, הגורם לקוצב הלב להאט את קצב הפעימות ואת עוצמת ההתכווצויות, וכתוצאה מכך קטנה תפוקת הלב. יש לציין כי בנוסף לוויסות קצב הלב, משפיעות המערכת הסימפתטית והפאראסימפתטית על ויסות חלוקת הדם לרקמות, בהתאם למצב הפעילות הנדרש. לדוגמא - לקראת מאמץ מופנית כמות דם גדולה לשרירי השלד, "על חשבון" מערכות העיכול וההפרשה. ויסות חלוקת הדם לרקמות מתרחש גם בתגובה לשינויי טמפרטורה בסביבה החיצונית, במטרה לסייע לשמירת טמפרטורה יציבה בגוף, תוך מתן עדיפות לאיברים הפנימיים החיוניים, כגון הלב, הכבד והכליות. כאשר טמפרטורת הסביבה יורדת, קט נה הזרמת הדם לפריפריות )לעור, לגפיים, לאוזניים, לאף(, במטרה להקטין את אבוד החום לסביבה, ולהיפך כאשר טמפרטורת הסביבה עולה, גדלה הזרמת הדם לפריפריות, במטרה להגדיל את איבוד החום לסביבה. להלן מובאות מספר דוגמאות של מנגנוני בקרה בעלי משוב שלילי הפועלים באמצעות בקרה עצבית של הלב וכלי הדם. ו. 3. בקרת הטמפרטורה בגוף האדם באמצעות שינוי קוטר כלי הדם לפניכם תרשים מלבנים המתאר את בקרת הטמפרטורה באמצעות שינויים בקוטר כלי הדם ההיקפיים: עמוד 204

205 המשתנה המבוקר הוא טמפרטורת גוף האדם, וחיישנים לכך ממוקמים בחלקים שונים של הגוף. ישנם כמה מנגנונים שפועלים תמידית על מנת לשמור על טמפרטורת הגוף, וביניהם שינוי קצב חילוף החומרים בגוף, הרחבה או הצרה של כלי הדם ההיקפיים )המובילים דם לפריפריות(, רעד שרירים והזעה )כפי שמתואר בהרחבה בפרק העוסק בוויסות הטמפרטורה של הגוף(. שאלות 18. הסבירו, תוך שימוש בתרשים המלבנים, כיצד ישפיע על המשתנה המבוקר כל אחד מהשינויים הבאים באלמנט הבקרה הסופי: א. היצרות כלי הדם ההיקפיים. ב. הרחבת כל הדם ההיקפיים. ג. הפעלת רעד שרירים. ד. הזעה. 19. בחרו באחד מהגורמים עליהם הסברתם בשאלה 18, והסבירו מדוע הוא נקרא "אלמנט בקרה סופי". 20. בחרו באחד מהגורמים עליהם הסברתם בשאלה 18, והסבירו את חשיבותו של אות המשוב )b( לוויסות המשתנה המבוקר. 21. לפניכם טבלה עם תיאור רצף האירועים המתרחש בעת הפעלת מנגנון הבקרה המתואר בתרשים המלבנים שבעמוד הקודם. רשמו בתרשים את המספר המתאים לכל אחד מהשלבים שבטבלה. השלב יציאה מבית מחומם לסביבה קרה )טמפרטורות סביבה נמוכות( קליטת הטמפרטורה על ידי חיישני טמפרטורה בכלי הדם ובמוח העברת מידע עצבי על הטמפרטורה למרכז בקרת הטמפרטורה במוח יחידת סיכום במוח בודקת את ההפרש בין טמפרטורת הדם בפועל לטמפרטורה הרצויה )36.6 O C( דחף עצבי נשלח לשרירים בכלי הדם ההיקפיים התוצאה איבוד חום מוגבר לסביבה )הפרעה( ירידת טמפרטורת המערכות הפנימיות בגוף. התכווצות השרירים החלקים בדופן העורקים המוליכים דם לפריפריות )עור, גפיים, אוזניים, אף( והקטנת הקוטר של כלי הדם בהם. עליית הטמפרטורה של מערכות הגוף הפנימיות )חזרה לנורמה( עמוד 205

206 ו. 4. תרשים מלבנים של בקרת לחץ הדם באמצעות תפוקת הלב לפניך תרשים מלבנים המתייחס לבקרת לחץ הדם בגוף. עיין בתרשים וענה על השאלות שלאחריו. שאלות 22. מהם המשתנה המבקר והמשתנה המבוקר בתרשים המלבנים? נמקו את קביעתכם. 23. מהו הקשר בין תפוקת הלב לבין לחץ הדם? בתשובתך תאר את הבסיס הפיזיולוגי לתיאור המובא בתרשים זה, והשתמש במושגים רצפטורים\חיישנים, מוח, עצבים\הורמונים. 24. הוסיפו לתרשים את היחידות המתאימות של תפוקת הלב. 25. מהו אות המשוב b? 26. בחרו מערכת אחרת בגוף בה נשמר הומיאוסטאזיס, ותארו אותה כתרשים מלבנים על פי הדוגמא של בקרת לחץ הדם באמצעות תפוקת הלב. 27. ציינו שלושה גורמים פנימיים שהגוף שומר על יציבותם, והסבירו את חשיבותו של כל אחד מהם לתיפקודו התקין של הגוף. עמוד 206

207 פרק 9 א. מבוא התא יחידת חיים )בע"ח( התא האנימלי - הרחבה - כל היצורים החיים מורכבים מתא אחד או יותר. בפרק זה נעסוק בתאים אנימליים, כלומר בתאים הבונים את בעלי חיים, אותה קבוצת אורגניזמים )"ממלכת בעלי החיים"( עליה נמנה האדם. תאים אלה שונים במספר מאפיינים מתאים של ממלכות אורגניזמים אחרות: תאיים והחיידקים. הצמחים, הפטריות, החד- פרק זה מתמקד בתכנים החשובים להבנת מספר היבטים מרכזיים בתהליכים המתרחשים בגופנו בהם אנו עוסקים בלימודי ההנדסה הביו-רפואית: ההומיאוסטאזיס בגוף, בדגש על אספקת אנרגיה לתהליכי החיים, חילופי הגזים בין הגוף לסביבתו, הטמפרטורה, הולכת הדחף העצבי ותיפקוד השרירים. מהם התאים? תא )Cell( הוא יחידת החיים הבסיסית, היחידה הביולוגית ויסות הנשימה הקטנה ביותר אשר יש לה את שמירת וויסות מאפייני החיים, והמשכיות החיים נובעת ישירות מגדילה ומהתחלקות של תאים יחידים. התא מסוגל להתקיים בעצמו, או שיש לו את הפוטנציאל לכך. לתא יש מבנה מאורגן ומורכב, והוא מקיים פעילות מטבולית )חילוף חומרים(. התא מתפקד ומתחלק בהתאם למידע התורשתי הנמצא בדנ"א שלו. לשם כך הוא זקוק למקורות אנרגיה אותם הוא מנצל באמצעות האנרגיה דרושה מהמזון אותו הוא צורך. מהם מאפייני החיים?.1 תהליך הנשימה התאית בכל יצור חי )אורגניזם( מתקיימים מאפייני החיים הבאים, המבדילים אותו מעצם דומם: חילוף חומרים עם הסביבה. לחילוף החומרים שני היבטים: תזונה והפרשה - קליטת חומרים מהסביבה, ועיבוד פירוק חומרים שונים )פסולת ואו חומרים שהתא מייצר( לסביבה החיצונית. מטבוליזם )Metabolism( כלל התגובות הכימיות שבה התא מפיק את של מרכיבי המזון המתרחשות בעזרת והפרשת אנזימים, שבאמצעותן תאים ממירים את האנרגיה האצורה במזון ולאחר מכן בונים, מפרקים, אוגרים ומרחיקים חומרים. תהליכים אלה מסייעים לתאים לגדול, להתרבות ולשרוד. תהליך הנשימה התאית, שבמהלכו מופקת אנרגיה מחומרי מזון, הינו דוגמא לתהליך מטבולי. שמירת סביבה פנימית יציבה )הומיאוסטאזיס( - )דוגמא: טמפרטורה, ריכוז גלוקוז בדם(. תחושה ותגובה - קליטת גירויים מהסביבה ותגובה על גירויים אלה. גדילה - עלייה במשקל ונפח האורגניזם ע"י תוספת חומרים לתא, מספר תאים וגדילתם. התפתחות - שינויי במבנה ומורכבות האורגניזם. התרבות - העמדת צאצאים דומים בתכונותיהם. תנועה - יכולת לעבור באופן פעיל, או סביל, ממקום למקום )בחלק מהאורגניזמים!( וגם תנועה בתוך התא או בתוך גופו של היצור. עמוד 207

208 8. סופיות, מוות - לכל אורגניזם משך חיים מוגבל. שאלות מדוע לא ניתן להגדיר תא אחד כ"תא טיפוסי"? 1. מה מאפיין את כל התאים השונים? 2. תא שריר ותא עצב שונים במבנה ובתפקיד. ציינו תהליך אחד המשותף להם ותפקיד אחד 3. ששונה ביניהם. ב. אחידות ושוני במבנה התאים לאחר שהתגלו התאים, ונמצא כי הם אכן מהווים את יחידת היסוד של החיים, התברר כי לכל התאים יש מאפיינים משותפים, אך ניתן גם למצוא מספר הבדלים יסודיים בין התאים של קבוצות אורגניזמים שונות, כגון חמש הממלכות כמו כן נמצא כי ביצורים רב-תאיים מתפקדים סוגים רבים ומגוונים של תאים. בין המאפיינים הדומים בתאים מחמש הממלכות השונות, ממלכת הצמחים, בעלי-החיים, הפטריות, הפרוטיסטה והחיידקים )ראו איור 2(, נמנים מרכיבים משותפים כמו קרום התא, התוחם בין הסביבה הפנימית של התא לסביבתו החיצונית, הציטופלסמה, המכילה את מרכיבי התא, פרט לגרעין או לדנ"א, והריבוזומים, בהם מתרחש תהליך הרכבת החלבונים, ותהליכים רבים ומגוונים של חילוף חומרים כמו הנשימה התאית, בניה ופירוק חלבונים ועוד. איור - 1 חמש הממלכות של היצורים החיים וטבלה של מאפייניהן העיקריים. מונרה פרוטיסטים צמחים בעלי חיים פטריות השוני בין התאים גרעין מהקבוצות השונות בא לידי ביטוי בעיקר במספר מרכיבים: בהימצאות או היעדר בתוך תא, בהימצאותם של מספר אברונים נוספים )מיטוכנודריון, כלורופלסט וחלולית(, ובקיומו של דופן המקיף את התא. השוני בין התאים אף עומד בבסיס המיון של היצורים לממלכות השונות. בתאים של בני האדם, כבכל תאי בעלי החיים האחרים, וכן בתאי הצמחים, הפטריות והפרוטיסטה, מוקף החומר התורשתי )דנ"א( בקרום במבנה הנקרא גרעין התא,)Nucleus( וכמו כן נמצא בתא אברון הנקרא פרוקריוטים איקריוטים חד-תאיים ברובם חד-תאיים ברובם רב-תאיים רב-תאיים ברובם רב-תאיים פטריות מיטוכונדריון,)Mitochondrion( בו מתבצעת הפקת בעלי חיים בעלי חיים מונרה )חיידקים( צמחים פרוטיסטים )"חד-תאיים"( האנרגיה ומקבלים את עמוד 208

209 מולקולות ה- ATP בתא. האורגניזמים מארבע ממלכות אלה נקראים לכן איקריוטים )גרעין.)Karyon לעומתם, בתאי ממלכה אחת, החיידקים, אין גרעין, והם נקראים פרוקריוטים. אברוני התא האנימלי בתאי האדם, כבכל התאים של בעלי החיים, ניתן להבחין במרכיבים עיקריים אופייניים: בקרום התא, בציטופלסמה המכילה אברונים )כגון המיטוכונדריה, הליזוזומים, הרשת התוך תאית ומנגנון גולג'י(, וכן בשלד התא, בגופיפים שונים, כגון הריבוזומים, וגרעין התא )ראו איור 3(. איור - 2 איור סכמטי של תא בעל-חיים במרכז האיור ניתן להבחין בגרעין התא,)Nucleus( אברון המכיל את רוב המידע התורשתי של התא במבנים הנקראים כרומוזומים, המורכבים מחומר הנקרא דנ"א, מולקולה המכילה את הצופן התורשתי. גרעין התא מוקף בקרום ויש לו תפקיד חשוב בחלוקת התא )התרבות התא(, ובבקרת התהליכים המתרחשים בתא ובאורגניזם הרב-תאי. בפרק זה נתמקד בשלושה ממרכיבי התא: בקרום, בציטופלסמה ובמיטוכונדריה. קרום )ממברנה, -)Membrane כל תא מוקף בקרום המפריד בין התא לסביבה החיצונית. לקרום התא תכונות המאפשרות לתא לשמור על תיפקודו כיחידה עצמאית, והוא מורכב משכבה כפולה של מולקולות שומניות בתוכה משולבים חלבונים. קרום התא מבקר את מעבר החומרים אל התא וממנו החוצה. ציטופלסמה )Cytoplasm( האברונים, הגופיפים והנוזל הצמיג והשקוף, התחומים בתוך קרום התא, פרט לגרעין התא. בחיידקים, בהם הדנ"א אינו נמצא בגרעין, מוגדרת הציטופלסמה ככל מרכיבי התא התחומים על ידי הקרום, ללא הדנ"א. מיטוכונדריון,Mitochondrion( ברבים מיטוכונדריה(: אברון בו מתרחש תהליך הנשימה התאית האווירנית, התהליך בו מופקת כמות גדולה של אנרגיה מפירוק מולקולות גלוקוז בעזרת חמצן, וקבלת מולקולות ה- ATP. האנרגיה האצורה במולקולות ATP משמשת לקיום כלל התהליכים המתרחשים בתא. עמוד 209

210 ג. אבני היסוד של התאים כל תא מורכב מאלפי חומרים שונים, מולקולות שונות ויונים, אך למעשה, מספר היסודות המרכיבים אותם הוא קטן. המרכיבים העיקריים הנמצאים בתאים הם מים, תרכובות אורגניות ומינרלים. מים - המים מהווים את רוב המסה של התא )ושל הגוף(, ובהם מתרחשים תהליכי החיים כל התגובות מתרחשות בין חומרים המומסים במים. ניתן לומר כי המים מהווים את סביבת החיים. תרכובות אורגניות Compounds( )Organic התרכובות האורגניות הן תרכובות פחמן, כלומר תרכובות שה"שלד" שלהן הוא מורכב מאטום פחמן יחיד או יותר, אליו קשורים אטומים של מימן )H(, ובדרך כלל גם חמצן )O(, ולעתים אטומים של יסודות נוספים כמו חנקן )N(, גופרית )S(, וזרחן )P(. תרכובות האורגניות הנפוצות הן: הפחמימות, השומנים, החלבונים, וחומצות הגרעין )הדנ"א והרנ"א, בהן לא נעסוק בפירוט(. מקור התרכובות האורגניות בטבע הוא ביצורים חיים, ומכאן שמן. המינרלים )Minerals( הם יסודות או תרכובות לא-אורגניות )פרט למים( הנמצאים בכמויות זעירות בתוך התאים, בנוזלים השונים המצויים בגוף, בעצמות ובכל יתר מרכיבי הגוף. בדרך כלל המינרלים נמצאים ומתפקדים בתא בצורה של יונים )אטומים או חלקי מולקולות הנושאים מטען חשמלי חיובי או שלילי(, ולא מולקולות שלמות של מינרלים. ד. האנזימים חלבונים המזרזים את התגובות בתאים בפרק זה נתמקד בפעילותה של קבוצת חלבונים שיש לה תפקיד מרכזי בפעילותו של כל תא חי- באנזימים, המתפקדים כזרזים )קטליזטורים( של תגובות המתרחשות בתא. ראשית נעסוק במבנה ובפעילות של החלבונים כקבוצת תרכובות אורגניות. החלבונים - מבנה ותיפקוד החלבונים מהווים מרכיב חשוב במבנה התא, כגון בקרום התא ובשלד התא )כולל בתהליכי חלוקת התא והתכווצות תאי השרירים( ובפעילותו, כולל פעילותם של אנזימים, הורמונים ונוגדנים. בגוף האדם מתפקדים החלבונים גם בפלסמת הדם, כמרכיבי השערות והציפורניים ועוד. החלבונים הם תרכובות אורגניות הבנויות משרשרת מקופלת של חומצות אמיניות )ראו איור 4(, המורכבות בעיקר מאטומי פחמן )C(, מימן )H(, חמצן )O(, חנקן )N(. יש חומצות אמיניות המכילות גם אטומי גופרית )S(. איור - 3 סכמטי של שרשרת חומצות אמיניות המרכיבה חלבון. בחלקו הימני של האיור ניתן לראות את נוסחת המבנה הכללית של חומצה אמינית. עמוד 210

211 השרשרת של כל חלבון מורכבת מרצף שונה של חומצות אמיניות מסוגים שונים, ורצף החומצות האמיניות קובע את צורת החלבון, כולל את המבנה המרחבי שלו, והמבנה המרחבי קובע את תיפקודו של החלבון ואת מידת פעילותו. המבנה המרחבי של מולקולת החלבון נוצר כתוצאה מהתקפלות שרשרת החומצות האמיניות מהן היא מורכבת, ויצירת קשרים )קשרי מימן וקשרי גופרית( ביניהן. שני הגורמים הסביבתיים העיקריים המשפיעים על המבנה המרחבי של החלבון הם הטמפרטורה ורמת החומצות.)pH( כאשר הטמפרטורה ורמת החומציות של החלבון הם האופטימליים, תפקוד האנזים הוא מיטבי, כאשר הטמפרטורה או ph משתנה, גם תפקוד האנזימים משתנה. הרס המבנה המרחבי של החלבון נקרא דנטורציה de( = שונה, = Natura טבעי(. בדנטורציה נפגעים, בדרך כלל, הקשרים בתוך מולקולת החלבון ומשנים את מבנה החלבון ואת תפקודו. האנזימים מהו אנזים? en( = בתוך, = zyme לתסוס( אנזים הוא זרז ביולוגי, חלבון )על פי רוב( המורכב בתא ומזרז תהליך ביולוגי ייחודי. החומר המגיב בתגובה אנזימטית נקרא סובסטרט,Substrate( בעברית מצע(. האנזים מתקשר לסובסטרט ומזרז את הפיכתו לתוצר. דוגמאות לתהליכים אנזימטיים הם פירוק דו-סוכר לשתי מולקולות של חד-סוכר )כגון פירוק הדו-סוכר מלטוז לשתי מולקולות של גלוקוז(, או להיפך הרכבת מולקולת דו-סוכר משתי מולקולות של חד-סוכר. כדי ששתי מולקולות החד-סוכר גלוקוז יתקשרו זו לזו ותיווצר מולקולה של הדו-סוכר מלטוז, הן צריכות לפגוש זו את זו בדיוק בכיווניות הנכונה, אך מאחר והן נעות בתמיסה ומתנגשות זו בזו באופן אקראי, הסבירות שתפגשנה בכיוון הנדרש הינה נמוכה. בנוכחות האנזים המתאים, נקשרות שתי מולקולות הגלוקוז למקום מסוים באנזים, הנקרא האתר הפעיל וכך הן מצויות במרחק ובכיוון הנכון ליצירת הקשר ביניהן. הקישור לאתר הפעיל מפחית גם את האנרגיה הדרושה להיווצרות הקשר הכימי, אנרגיה הקרויה אנרגית ההפעלה )= אנרגית השפעול,.)Activation Energy אחד המאפיינים החשובים של פעולת האנזימים היא היותם ייחודיים )ספציפיים( ברוב המקרים אנזים פועל על סוג אחד בלבד של מולקולות, ובכל תגובה אנזימטית המתרחשת בתא פועל אנזים אחר, הייחודי לתגובה זו. הייחודיות של פעולת האנזים נובעת מכך שפעילות האנזים מתרחשת, למעשה, באזור מסוים בלבד במולקולת החלבון ממנה הוא בנוי, באזור הנקרא "האתר הפעיל". הייחודיות של האתר הפעיל נובעת מרצף מסוים של חומצות אמיניות המרכיבות את האתר הפעיל, ו\או מהארגון המרחבי של החומצות האמיניות, הנוצר כתוצאה מקיפולי שרשרת החומצות האמיניות. הארגון המרחבי יוצר מבנה המתאים לקשירתה של מולקולת סובסטרט מסוימת לאנזים, כפי שניתן לראות באיור 4. בנוכחות אנזים, מולקולות המצע נקשרות למקום מסוים באנזים וכך הן מצויות בכיוון ובמרחק המאפשרים את יצירת הקשר ביניהן: כפי שניתן לראות באיור 4, התגובה האנזימתית מתחילה בהצמדות מולקולת האנזים אל מולקולת )או מולקולות( הסובסטרט ויצירת "תצמיד אנזים סובסטרט", לאחר מכן מתרחשת תגובת יצירת הקשר הכימי או ניתוקו, ובשלב הסופי מתנתקות מולקולות )או מולקולת( התוצר ממולקולת האנזים. עמוד 211

212 ניתן לסכם את פעילותו של אנזים באופן הבא: סובסטרט + אנזים תצמיד אנזים סובסטרט תוצר + אנזים איור - 4 תיאור סכמטי של התקשרות שתי מולקולות סובסטרט )1( לאתר הפעיל של אנזים )2(, והיווצרות הקשר בין שתי המולקולות המשתחררות מהאנזים )3( כמולקולה של דו- סוכר )התוצר(. שימו לב כי האנזים מזרז את התגובה )פירוק או הרכבה של מולקולות( אך אינו משתנה בעצמו, ולכן מספיקות כמויות קטנות יחסית של אנזימים כדי לזרז את התגובות בתאים. גורמים המשפיעים על קצב פעילות האנזים פעילות האנזים, כלומר קצב התגובה האנזימתית, משפיעה על מהירות התרחשותן של תגובות רבות בתאים ומחוץ לתאים, ויש לו השפעה רבה על תיפקודו של האורגניזם. מאחר והאנזים מפרק או מרכיב מולקולות סובסטרט למולקולות של תוצר, ניתן למדוד את הפעילות של האנזים על ידי קצב היעלמות הסובסטרט או על ידי קצב הופעת התוצר, כלומר על פי הירידה בריכוז הסובסטרט ליחידת זמן, או העלייה בריכוז התוצר ליחידת זמן. ארבעת הגורמים העיקריים המשפיעים אל קצב התגובה האנזימתית הם: ריכוז הסובסטרט, ריכוז האנזים, או תנאי הסביבה הטמפרטורה ורמת החומציות )= דרגת ה- ph (. להלן נדון בהשפעת שניים מהגורמים האלה )הטמפרטורה ורמת החומציות( על קצב התגובה האנזימתית, כאשר בגורמים האחרים לא חל כל שינוי )הם נשארים קבועים(. השפעת הטמפרטורה על קצב התגובה האנזימתית - כל אנזים פעיל בתחום טמפרטורות מסוים, כאשר בחלק מתחום זה פעילותו היא המיטבית )= אופטימלית(. השפעת הטמפרטורה על קצב פעילות האנזים נובעת משני היבטים פיזיקאליים: א. מהירות תנועת המולקולות בתמיסה ב. שינוי במבנה האתר הפעיל של האנזים השפעת רמת החומציות על קצב התגובה האנזימתית - לאנזימים שונים יש תחומי חומציות שונים )כלומר, דרגות שונות של )ph המתאימים לפעילותם. העיקרון של השפעת רמת החומציות על קצב התגובה האנזימתית מתבסס, בדומה להשפעת הטמפרטורה, על השפעת רמת החומציות על המבנה המרחבי של האנזים בכלל, ועל השפעתה על מבנה האתר הפעיל בפרט. לכל אנזים רמת חומציות בו פעילותו היא המיטבית, הרמה בה התאמת האתר הפעיל לקשירת הסובסטרט היא הטובה ביותר. עמוד 212

213 שאלות לאנזימים חשיבות רבה ביותר בתהליכי החיים. מדוע, אם כן, הם נמצאים בתאים בכמויות זעירות בלבד? האנזימים מאפשרים לתהליכי חימצון של מולקולות אורגניות להתרחש בתאי גופנו בטמפרטורה נמוכה, יחסית )כ- C 37(, o בניגוד לתהליכי בערה רגילים, כמו שריפת עץ, בהם מתחמצנות התרכובות האורגניות בטמפרטורות של מאות רבות של מעלות. הסבירו תופעה זו, ובהסברכם השתמשו במושג "אנרגית ההפעלה". לפניכם עקום המתאר את קצב הפעילות של אנזים כתלות בטמפרטורה. התבונן בעקום וענה על השאלות הבאות: א. ב. מהי )בערך( הטמפרטורה האופטימלית של פעילות האנזים? הסבירו. מהו הגורם לעליית קצב פעילות האנזים כאשר מתרחשת עליה בטמפרטורה, בטמפרטורות הנמוכות מהטמפרטורה האופטימלית? מדוע חלה ירידה חדה בפעילות האנזים כאשר הטמפרטורות עולות מעל לטמפרטורה המיטבית )אופטימלית(? בהסברכם השתמשו במושגים מבנה שלישוני ואתר פעיל. הסבירו מדוע העלייה בטמפרטורה, מעבר לטמפרטורה האופטימלית, גורמת להאטה בפעילות האנזים? מה המשותף בהשפעת הטמפרטורה והחומציות על פעילות האנזים? 0 הטמפרטורה C( ) השחרה של תפוח עץ חתוך נובעת מפעולה אנזימטית. על מנת למנוע את ההשחרה נהוג לטפטף מיץ לימון על התפוח. הסבירו כיצד מיץ הלימון מונע את ההשחרה. קצב פעילות יחסי ה. הפקת אנרגיה בתא על כל היצורים החיים לקלוט אנרגיה כדי לחיות, כיוון שתהליכי חיים רבים דורשים אנרגיה. בין התהליכים העיקריים הדורשים אנרגיה נמנים תהליכי המטבוליזם )"חילוף החומרים"(, המתבטאים באלפי תגובות כימיות של פירוק והרכבה של חומרים מורכבים לתרכובות פשוטות והרכבת חומרים מורכבים מתרכובות פשוטות, וכמו כן תהליכים של העברה פעילה של חומרים ממקום למקום בתוך התא, ובין התא לסביבתו, ויסות טמפרטורת הגוף בבעלי חיים הומיאותרמיים )היונקים, כולל האדם, והעופות( ועוד. מולקולת ה- ATP - מטבע האנרגיה של תהליכי החיים האנרגיה הזמינה לתהליכי החיים הינה אנרגיה כימית במולקולת.ATP כל היצורים החיים מייצרים ATP על ידי שחרור האנרגיה האצורה בגלוקוז ובתרכובות אורגניות אחרות. צמחים, ויצורים אחרים עמוד 213

214 המבצעים פוטוסינתזה, מקבלים אנרגיה מהשמש, ומייצרים בעצמם את התרכובות האורגניות מהן הם מפיקים אנרגיה בנשימה תאית לצורך תיפקודם. לעומתם, בעלי החיים, והאדם בכללם, מקבלים את התרכובות האורגניות על ידי אכילת אורגניזמים אחרים )צמחים ובעלי חיים( ומפיקים את מולקולות ה- ATP הנחוצות להם בתהליכי הנשימה התאית,Respiration( או Cellular.)Respiration תהליך הנשימה התאית הינו תהליך בו מתפרקות בתא מולקולות אורגניות )בעיקר סוכרים, שומנים וחלבונים( ובמקביל מתקבלות מולקולות.ATP מולקולת ה- ATP היא מולקולה מתווכת, "מטבע האנרגיה" העיקרי של התאים, המשמשת כמעבירת אנרגיה בין תהליכים מספקי אנרגיה בתא )כגון תהליכי הפירוק של תרכובות אורגניות שונות( ובין תהליכים הדורשים אנרגיה. למה מתכוונים כאשר אומרים כי מולקולות ה- ATP "אוצרות אנרגיה"? יש לשים לב לכך שתמיד כאשר מתפרק קשר כימי נצרכת אנרגיה וכאשר נוצר קשר כימי משתחררת אנרגיה. ובמקרה של ה- ATP, כאשר מתפרקת מולקולה זו נצרכת פחות אנרגיה מזו שמשתחררת מיצירת תוצרי הפירוק שלה, כך ש"נטו" משתחררת אנרגיה בפירוק מולקולות,ATP אנרגיה הזמינה לתהליכי החיים השונים, וכך הדבר גם לגבי שחרור אנרגיה מפירוק תרכובות אורגניות. כמות האנרגיה המשתחררת עם התפרקותה של מולקולת ATP ל- ADP ולזרחה היא בסדר הגודל המתאים לכמות האנרגיה הנצרכת בתגובות רבות בתא. המסלולים משחררי האנרגיה בתאים בהם נוצרות מולקולות ה- ATP בתאי האדם, כבתאי היצורים האחרים, קיימים מספר מסלולים אשר במהלכם מתפרקות מולקולות אורגניות ומשתחררת אנרגיה הזמינה לתהליכי החיים המנוצלת באמצעות מולקולות :ATP 1. גליקוליזה )Glycolysis( - השלב הראשון של כל תהליכי הפירוק. הגליקוליזה מתרחשת בכל היצורים החיים, הן באלה הצורכים חמצן )אווירניים( והן באלה המתרחשים ללא חמצן )אל- אווירניים(. התוצרים של שלב הגליקוליזה משמשים כחומרי הגלם לשלבי הנשימה הבאים )תסיסה או נשימה אווירנית(. 2. נשימה אווירנית מסלול משחרר אנרגיה שהוא אווירני, כלומר במהלכו נעשה שימוש בחמצן. תחילתו בציטופלסמה )תהליך הגליקוליזה(, אך המשכו במיטוכונדריון. במסלול זה מתקבלת כמות רבה, יחסית, של מולקולות ATP מכל מולקולת גלוקוז. 3. תסיסה )Fermentation( מסלול משחרר אנרגיה שהוא אל-אווירני, כלומר ללא שימוש בחמצן מתחילתו ועד סופו. תהליך זה מתרחש כולו בציטופלסמה )תחילתו בגליקוליזה( ובמהלכו מיוצרת כמות קטנה יחסית של ATP )רק שתי מולקולות( מכל מולקולת גלוקוז המפורקת במהלכו. שאלות מדוע נהוג לכנות את מולקולת ה- ATP "מטבע האנרגיה של תהליכי החיים"? 11. מה היתרון הביולוגי שיש לכך שה- ATP הוא "מטבע קטן", יחסית? 11. עמוד 214

215 במאמץ גופני רב מתרחשת בתאים נשימה אל-אווירנית. הסבירו מדוע היא מתרחשת דווקא במצב של מאמץ גופני? מהו היתרון הביולוגי של תופעה זו? )כיצד היא עשויה לתרום להישרדות(? הצטברות של חומצת חלב )התוצר של נשימה אל-אווירנית בתא( בשרירים עלול לגרום לכאבים ואף לפגוע בתיפקודם של השרירים. כמו כן נמצא כי בתאי השרירים קיימים מנגנונים המפרקים את חומצת החלב שנוצרה בהם. הסבירו את התופעות האלה על סמך המידע כי תהליך הנשימה התאית מופעל על ידי אנזימים רבים ו. קרום התא מבנה ותיפקוד קרום התא )ממברנת התא, בין התא, יחידת החיים הבסיסית, לבין סביבתו, תוחם הקרום משמש גבול בין פנים היצור,)Cell Membrane וביצורים חד-תאיים ניתן אף לומר כי לסביבה החיצונית, כמו כן בקרום מתחילים תהליכי החיים המתרחשים בתא והקרום מאפשר קיום סביבה פנימית יציבה השונה מן הסביבה החיצונית של התא. יש לציין כי גם בתוך התא יש קרומים התוחמים אברונים, וגם להם תכונות הדומות לתכונותיו של קרום התא, אך בהם לא נעסוק כאן. קרום התא בנוי משכבה דקיקה של ליפידים )תרכובות אורגניות הידרופוביות, כלומר שאינן מסיסות במים( שביניהם פזורים חלבונים, והוא מבנה דינאמי המווסת מעבר של חומרים שונים אל התא וממנו, בדרכים רבות ומגוונות, ומקבל אותות מסביבתו. תפקידי קרום התא: הפרדה בין הסביבה הפנימית של התא לסביבה החיצונית - שמירה על שלמות ותיפקוד התא. 1. של תוך התא יציב )סבילה ופעילה( דרך הקרום. שמירה על הרכב בררנית העברה 2. הזנה, ריכוזי יונים, הפרשת פסולת. קרום התא מאפשר מעבר של חלק - )הומיאוסטאזיס( מהחומרים ומגביל או אינו מאפשר כלל מעברם של חומרים אחרים. בליעה באמצעות תהליכי פגוציטוזה )בליעת חלקיקים מוצקים ותאים(, ופינוציוזה )בליעת 3. נוזלים(. הפרשת חומרים - אנזימים חוץ תאיים, הורמונים, מתווכים עצביים ועוד. 4. הבחנה בין תאים שונים - הבחנה בין סוגי תאים שונים ובין "עצמי" ל"זר" )המערכת החיסונית(. 5. קליטת אותות - באמצעות קולטנים הנמצאים על גבי קרום התא. 6. מבנה קרום התא פוספוליפידים, הליפידים המרכיבים את קרום התא מאורגנים כשתי שכבות חד-מולקולריות של שביניהן משובצים חלבונים. לקרום התא תכונות של נוזל, אך הוא נפרד מהסביבה המימית בה הוא נמצא. אם תוקעים בקרום התא סיכה ושולפים אותה לאחר מכן, יחזור קרום התא ויתאחה! בחיי התא יש לתכונה זו חשיבות רבה כיוון שהיא מאפשרת מעבר חומרים באמצעות בועיות )הנוצרות, למשל, במנגנון גולג'י, כמארז לחומרים המופרשים מהתא( המתלכדות עם קרום התא או ניתקות ממנו. עמוד 215

216 תכונותיו אלה של קרום התא נובעות בראש ובראשונה מתכונותיהם של הפוספוליפידים המרכיבים אותו. מולקולות הפוספוליפידים מאורגנות בקרום כשכבה כפולה, כאשר בכל אחת מהשכבות פונים הזנבות ההידרופוביים ההידרופיליים שלהן כלפי מרכז הקרום והראשים כלפי הסביבה הנוזלית )פנים התא או חוץ התא. השכבה הכפולה של מולקולות הפוספוליפידים, המרכיבה את הקרום, משמשת מחסום בפני מעבר חופשי של חומרים מסיסים במים )חומרים הידרופיליים(, ומחסום זה הוא אכן גורם ראשוני להפרדה בין הסביבה הפנימית לסביבה החיצונית של התא. גורם חשוב נוסף בתיפקודו של הקרום הם חלבונים הנמצאים בתוך השכבה הכפולה של הפוספוליפידים, חלבוני העברה או על פני אחד משני איור - 5 מודל של מולקולת פוספוליפיד המורכבת מראש הידרופילי וזנב הידרופובי צדדיה. חלבונים אלה מבצעים את רוב proteins( )Transfer הפרושים לכל רוחב השכבה הכפולה תיפקודי הקרום, כגון ומאפשרים מעבר של חומרים שונים באופנים שונים דרך קרום התא. להלן איור 6 המתאר חתך מבנה של קרום תא: איור - 6 איור סכמטי של חתך בקרום התא המורכב משכבה כפולה של פוספוליפידים, המאורגנים כך ש"הראשים ההידרופיליים" פונים כלפי הסביבה המימית )בתוך התא תא ומחוץ לתא(, ו"הזנבות ההידרופוביים" משתי השכבות פונים אלה כלפי אלה. על פני קרומי התאים יש גם חלבונים המתפקדים כקולטנים.)Receptors( חלבונים אלה קולטים מן הסביבה אותות כימיים )באמצעות הורמונים שונים או חומרים אחרים( הגורמים לשינויים בפעילויות התא. על פני השכבה החיצונית של קרומי התאים נמצאים גם חלבוני היכרות, המהווים מעין טביעת אצבעות מולקולרית לכל סוג של תאים חלבוני היכרות אופייניים, המאפשרים את זיהויו, וכמו כן הבחנה בין עצמי וזר. עמוד 216

217 מעבר חומרים דרך הקרום בדיפוזיה ואוסמוזה קרום התא משתתף ביצירת הבדלים בין סוגי המומסים וריכוזיהם בתא ומחוץ לו, הבדל החיוני לתיפקודו התקין של התא. המבנה המיוחד של קרום התא, הכולל את השכבה הכפולה של הפוספוליפידים ואת החלבונים המשולבים ביניהם, מקנה לו חדירות בררנית ( Selective,)Permeability ומאפשר רק למומסים מסוימים לחדור דרכה, באמצעות מנגנונים ייחודיים ובזמנים מסוימים, ומונע חדירתם של מומסים אחרים. איור - 7 מולקולות העוברות את קרום התא דרך השכבה הכפולה של הפוספוליפידים מולקולות הגזים חמצן, פחמן דו-חמצני, וכן מולקולות קטנות ולא קוטביות אחרות, עוברים בדיפוזיה, בקלות ובאופן חופשי דרך השכבה הכפולה של הפוספוליפידים, וכך גם מולקולות המים, למרות שהן מולקולות קוטביות )ראו איור 7( לעומת זאת, סוכרים כגון הגלוקוז, ומולקולות גדולות וקוטביות אחרות, כגון חומצות אמיניות, וכן יונים, כמעט ואינם עוברים דרך השכבה הכפולה של הקרום בדיפוזיה פשוטה, אלא באמצעות חלבוני העברה הפרושים לרוחב הקרום, ויחד עימם עוברים גם המים בהם הם מומסים. העברת חומרים דרך הקרום באמצעות חלבונים העברת מומסים דרך קרומי התא חיונית לשמירת הומיאוסטאזיס ותהליכי החיים בכלל, והיא חיונית לחילופי גזים בין התא לסביבתו, לכניסה מבוקרת של חומרי מזון לתא ולהרחקת פסולת, לקליטת איתותים כימיים מהסביבה, להפרשת יונים ותוצרים שונים של התא, כגון הורמונים וחומרים רבים נוספים. כפי שכבר ציינו, מולקולות רבות אינן מסיסות בשומנים, ולכן יכולות לעבור את קרום התא דרך השכבה הכפולה של הפוספוליפידים, עקב גודלן או קוטביות החשמלית, וכמותן גם היונים השונים. מעברן של מולקולות אלה, והיונים השונים, מתבצע באמצעות חלבונים החוצים את קרום התא מצידו האחד לצידו האחר )ראו איור 7(. את חלבוני הקרום המשמשים להעברת חומרים מחלקים לשני סוגים עיקריים: תעלות ( Channel )Protein ונשאים proteins(,)carrier כפי ניתן לראות באיור 8. תעלה היא חלבון הנמצא בקרום התא ופועל כתעלה המעבירה חומרים שונים מצדו האחד של הקרום לצדו השני. חלבון התעלה יוצר מעין צינור חלבוני בקרום הפוספוליפידי, צינור היוצר רצף הידרופילי בין סביבה החוץ-תאית לסביבה התוך תאית. הרצף מאפשר מעבר של חומרים מסיסים במים ללא עמוד 217

218 מגע עם הסביבה הפוספוליפידית ההידרופובית. מעבר מומס דרך התעלה תלוי בשני גורמים: בגודל פתח התעלה ובמטענה החשמלי. חלק קטן מהתעלות פתוחות תמיד, והאחרות נפתחות ונסגרות למעבר חומרים באופן מבוקר. נשא הוא חלבון בקרום התא הקושר חומרים באופן ייחודי בצד אחד של קרום התא, ומעביר אותם אל צדו האחר של הקרום. כל נשא נקשר למולקולה או ליון )או לשני יונים( מסוימים. עם התקשרות הנשא אל המולקולה המתאימה, חלים שינויים במבנהו המרחבי, והודות לשינויים אלה המולקולה עוברת לעברו האחר של הקרום. לאחר השתחררות המולקולה, חוזר הנשא לצורתו המקורית ומתקשר למולקולה נוספת )או ליון(, ומעביר גם אותם דרך הקרום. איור - 8 תעלה ונשאים המעבירים חומרים בהתאם למפל הריכוזים בקרום התא. נשאים תעלה העברה פעילה והעברה סבילה בעוד שמעבר המולקולות דרך שכבת הפוספוליפידים הינה סבילה, ובהתאם למפל הריכוזים של מולקולות אלה, כלומר בתהליכי דיפוזיה בלבד, הרי שמעבר החומרים דרך חלבוני הקרום מתבצע באמצעות מגוון של דרכים, במורד מפל הריכוזים או בניגוד למפל הריכוזים. בדרכי העברה הסבילות מועברים חומרים בהתאם למפל הריכוזים, וללא השקעת אנרגיה, ובדרכי ההעברה הפעילות, מועברים החומרים כנגד מפל הריכוזים ודורשות השקעת אנרגיה. איור - 9 סכמה מסכמת של מעבר מולקולות דרך קרום התא. מעבר מולקולות דרך הקרום מולקולות קטנות ולא טעונות )CO 2,O 2,H 2O( מעבר מולקולות טעונות ו\או גדולות )יונים, סוכרים ועוד( מעבר בדיפוזיה דרך שכבות הפוספוליפידים מעבר דרך חלבונים ללא השקעת אנרגיה דורש אנרגיה נשאים תעלות נשאים מסוג משאבות ללא שחלוף בשחלוף בהתאם למפל הריכוזים כנגד מפל הריכוזים עמוד 218 בהתאם למפל הריכוזים כנגד מפל הריכוזים

219 העברת חומרים דרך קרום התא באמצעות אנדוציטוזה ואקסוציטוזה עד כה עסקנו בדרכים בהם מועברים דרך קרום התא יונים ומולקולות קטנות, אך דרך הקרום מועברות גם מולקולות גדולות, חלקיקים ואף תאים שלמים )למשל, במקרה של בליעת חיידקים על ידי תאי דם לבנים( מועברים דרך הקרום באמצעות בועיות הנוצרות בתהליכי האנדוציטוזה,)Endocytosis( המשמשים להכנסת חומרים לתא, והאקסוציטוזה )Exocytosis( המשמשים להוצאת חומרים מהתא. בתהליך האנדוציטוזה )ראו באיור 9( שוקע חלק מקרום התא ומקיף מולקולות, חלקיקים או טרף זעיר, מתאחה ויוצר בועית המסיעה את התוכן שלה לתוך הציטופלסמה. בחלק מהמקרים )כמו במקרה של בליעת מזון שיש לפרקו, או מיקרואורגניזמים שיש להשמידם( משמשת הבועית כמקום הפירוק של התוכן שנכנס באמצעותה לתא. הפירוק מתרחש באמצעות מולקולות אנזימים שמקורן בבועיות תוך תאיות המתלכדות עם הבועית שנוצרה באנדוציטוזה. תהליך האקסוציטוזה )ראו באיור 9( מהווה במידה רבה תהליך הפוך לתהליך האנדוציטוזה, ומשמש להוצאת חומרים אל מחוץ לתא באמצעות בועית. הבועית מכילה את החומרים המיועדים להפרשה, נעה אל קרום התא ומתמזגת עימו, והדבר גורם לשחרור תוכן הבועית אל הסביבה החוץ תאית. באמצעות תהליך האקסוציטוזה מוצאות מהתא מולקולות גדולות, כגון מולקולות חלבונים שונים הנוצרות בתא )לדוגמא נוגדנים ואנזימי עיכול המשתחררים במערכת העיכול(, או מולקולות של מתווכים עצביים המשתחררות בסינפסות שבין תאי עצב ובין תאי עצב ותאי שריר או בלוטות חומרי פסולת. איור - 10 סכמה של תהליכי האנדוציטוזה והאקסוציטוזה בקרום התא. לתהליך האקסוציטוזה יש, כאמור, חשיבות רבה לא רק בתהליכי ההזנה של תאים, אלא גם בתהליך העברת הדחף העצבי בסינפסות )ראו הרחבה בפרק על מערכת בעצבים(: כאשר הדחף העצבי מגיע לסינפסה מכיוון שלוחת האקסון של עצב אחד, מופרשות למרווח הסינפסה בתהליך האקסוציטוזה מולקולות של מתווכים עצביים, ואלו מגיעות לצידה השני של הסינפסה, לדנדריט של עצב אחר, ונקלטות בו על ידי קולטנים מיוחדים, תהליך הגורם להיווצרות דחף עצבי לאורך הדנדריט. עמוד 219

220 איור - 11 העברת הדחף העצבי בסינפסה באמצעות נוירוטרנסמיטורים המופרשים בתהליך האקסוציטוזה. שאלות מדוע נחשב קרום התא לקרום בררני? 14. אילו תכונות של מרכיבי קרום התא מקנות לו את בררנותו? 15. באילו אופנים משולבים חלבונים בקרום התא, ומהם תפקידיהם בקרום? 16. ציינו שני תהליכים המתרחשים בתא ותלויים במעבר חומרים דרך קרום התא. בתשובתכם 17. התייחסו לחומר הנכנס לתא דרך הקרום ודרוש לכל אחד מן התהליכים שציינתם. תארו שתי דרכים שונות בהן מאפשר קרום התא קליטת מסרים מהסביבה החיצונית אל תוך 18. התא. מה יקרה לתא חי )ביצור חד תאי או ביצור רב תאי( שאחד ממאפייני החיים לא יתקיים? 19. הסבירו. השלימו את המידע בטבלה על ידי סימון במקום המתאים: 21. אנדוציטוזה / אקסוציטוזה מסיסות משאבות נשאים תעלות צריכת אנרגיה צורך אנרגיה אינו צורך אנרגיה עמוד 220

221 המושג ADP מילון מושגים ההסבר אדנוזין די-פוספט Triphosphate( )Adenosine מולקולה המורכבת מנוקלאוטיד אדנין, מהסוכר ריבוז ומשתי קבוצות זרחה )פוספט(. מולקולת ה- ADP מעורבת בתהליכי היצירה והפירוק של מולקולת ה- ATP. כאשר מולקולת ADP קושרת קבוצת זרחה )פוספט( נוספת, היא הופכת ל- ATP. אדנוזין תלת-פוספט Triphosphate( )Adenosine מולקולה המורכבת מנוקלאוטיד אדנין, מהסוכר ריבוז ומשלוש קבוצות זרחה )פוספט(. ATP הוא מטבע האנרגיה העיקרי של התאים, והוא נוצר בתהליכים משחררי אנרגיה )כגון הנשימה התאית(, ומשמש להנעת רוב התגובות התאיות הדורשות אנרגיה )כגון התכווצות שרירים, העברה פעילה ועוד(. דרגת ה- ph, סולם ה- ph )ph Scale( מדד לריכוז יוני המימן ( + H( בתמיסה, בטווח שבין 0 ל- 14. תמיסה שה- ph שלה הוא 0 היא חומצית מאד, תמיסה שה- ph שלה הוא 14 היא בסיסית מאד, ותמיסה שה- ph שלה הוא 7 היא ניטרלית. רישום של השינויים במתחים החשמליים הנוצרים בשריר הלב בזמן פעולתו, כאשר עוברים בו הדחפים החשמליים שמקורם בקוצב הלב. נהוג לקרוא לו בראשי תיבות א.ק.ג )ECG( מדור או גופיף תוך תאי התחום בקרום משלו ומבצע תיפקוד ייחודי בתא.. האברונים השונים בתא מפרידים בין ריאקציות מטבוליות שונות ומאפשרים להן להתרחש באופן תקין. לדוגמא המיטוכונדריון בכל התאים האיקריוטים )בו מתרחשת הנשימה התאית האווירנית, והכלורופלסט בתאי צמחים )בו מתרחש תהליך הפוטוסינתזה(. השריר שהתכווצותו גורמת לפעולה העיקרית, של המפרק למשל, בזמן מסוים )במהלך כיפוף או יישור(. השריר המנוגד לו בפעולה נקרא אנטגוניסט )ראו ערך(. כאשר שריר מסוים מתכווץ, ובכך מתפקד כאגוניסט, השריר האנטגוניסט לו נמצא בהרפיה. שני קרומים )"חיצוני" ו"פנימי"( העוטפים את הריאות, ויוצרים מצב של תת-לחץ בינן לבין בית החזה ובכך גורמים לנאדיות הריאה להיות תמיד במצב פתוח. כמו כן גורמים קרומי האדר לנאדיות להתרחב ולהתכווץ בהתאם לשינויים בנפח בית החזה. בין שני קרומי האדר ה צמודים נמצא מעט נוזל, וכך נוצר ביניהן תת-לחץ. הנוזל מצמיד את שני הקורמים זה לזה. נקרא גם אפינפרין.Epinephrine אפי - על גבי. נפרון כליה(. הורמון הנוצר ומופרש על-ידי יותרת הכליה. האדרנלין מופרש בזמן מאמץ ובמצבי עקה, וגורם בין היתר להיצרות כלי הדם בעור, להגברת פעילות הלב לעליית לחץ הדם, וכן לפירוק מוגבר של חומצות שומן וגליקוגן )לגלוקוז(, ובכך מגדילה את הזרמת הדם לשרירים ואת כמות חומרי ההזנה המגיעה אליהם. האדרנלין מופרש גם במוח ומהעצבים הסימפטיים של מערכת העצבים האוטונומית, שם הוא פועל כנוירוטרנסמיטור. האדרנלין הוא ההורמון הראשון שהתגלה )ב (. החלפת האוויר בריאות כתוצאה מהתכווצות שרירים )בעיקר שריר הסרעפת והרירים הבין-צלעיים( בתהליכי השאיפה והנשיפה. כמו כן נפח האוויר הנשאף לריאות בדקה. - ראה התקף לב. תאי עצם צעירים המייצרים חומר בין-תאי בתוך המחילות אותן יוצרים האוסטיאוקלסטים. ATP ph א.ק.ג.,ECG(,EKG אלקטרוקרדיוגרמה )Electrocardiogram אברון בתא )Organelle( אגוניסט, שריר )agonist( אדר )= צדר, )Pleura אדרנלין,Adrenaline( אוורור הריאות ( Lungs )Ventilation אוטם שריר הלב אוסטאובלסטים )Osteoblasts( אוסטאון,Osteon( מערכת על שם ה או רס )Havers אוסטאופורוזיס )Osteoporosis( אוסטאוציטים )Osteocytes( אוסטאוקלסטים - )Osteoclasts( אוסמוזה Osmosis מבנה יסוד של העצם המורכב משכבות טבעתיות של תאי עצם וביניהם שכבות של חומר בין תאי המורכב מסיבי קולגן שבתוכם משובצים גבישי זרחת הסידן. במרכזו של כל אוסטאון יש תעלה שצירה אורכי ומקביל לאורך העצם, ובתוכה עוברים כלי דם המאפשרים חילוף חומרים בין רקמת העצם לחלקי הגוף האחרים. מחלה המתבטאת בהידלדלות העצם, ושבעקבותיה עלולים להיגרם שברים בירך ובעצמות אחרות, ועמוד השדרה עלול להתעקל. תאי העצם. לתא אוסטאוציט מבנה מאורך ממנו יוצאות שלוחות דקות. כל אוסטאוציט מחובר לשכנו על ידי שלוחות ציטופלסמטיות בכל הכיוונים, הנוגעות זו בזו, אך אינן מחוברות. תאי עצם המתפקדים כתאים בלעניים היוצרים מחילות מיקרוסקופיות בתוך העצם, אשר לתוכן חודרים האוסטאובלסטים המייצרים חומר בין-תאי. = Osmos דחיפה, לחיצה( תנועה של מולקולות מים דרך קרום בררני )החדיר למולקולות מים אך אינו חדיר למולקולות מומסים( מריכוזן הגבוה לריכוזן הנמוך. עמוד 221

222 המושג איסכמיה )Ischemia( אלמנט בקרה סופי אלקטרוקרדיוגרף )Electrocardiograph( אנדוציטוזה )Endocytosis( אנדותל )Endothelium( ההסבר מצב של מחסור בחמצן ברקמה בגוף עקב זרימה לא מספקת של דם אליה. האיסכמיה נובעת בדרך-כלל מהיצרות או סתימה בכלי הדם המספקים דם לאזור זה. איסכמיה של שריר הלב גורמת לתעוקת חזה, ובמקרים קיצוניים גם להתקף לב. מקור הכאבים הנוצרים באיסכמיה הוא חומצת החלב הנוצרת בשריר בתהליך של נשימה אל-אווירנית, עקב המחסור בחמצן. מרכיב במערכת שתפקידו להפיק חומר או אנרגיה ולשלוט על הערך של המשתנה המבקר. במערכת טכנולוגית - מנגנון מכני, פניאומאטי, הידראולי, אלקטרוני או שילוב ביניהם. לדוגמא רכיב המספק זרם חשמלי לגוף החימום בתנור אפייה. דוגמא בגוף העורקים. שינוי קוטר העורקים משפיע על זרימת הדם. מכשיר הרושם אלקטרוקרדיוגרמה. העברת חומר לתוך התא בתוך בועית קרום. בדרך זו בולעים תאי דם לבנים מסוג פגוציטים חיידקים, וגורמי מחלה אחרים בתהליך הנקרא פגוציטוזה. סוג של שכבת אפיתל. שכבת התאים הפנימית ביותר )מבין 3 שכבות( המרפדת את דופן העורקים, הוורידים והלב, ומהווה שכבה יחידה בדופן הנימים. קבוצת חלבונים הנמצאים בתאים בכמויות זעירות ביותר, והמגדילים מאד את קצב התרחשותן של תגובות )ריאקציות( כימיות. האנזימים מפרקים, או מרכיבים, תרכובות, וכל תרכובת שהאנזים פועל עליה נקראת סובסטרט. האנזים מתקשר באופן ייחודי אל הסובסטרט באמצעות האתר הפעיל. במהלך התגובה האנזימתית מולקולת האנזים אינה משתנה. קבוצת חלבונים המצויים בתאים בכמויות זעירות ביותר, והמגדילים מאד את קצב התרחשותן של תגובות כימיות )לדוגמא תהליכי הנשימה התאית שבמהלכן מתקשרות מולקולות סוכר עם מולקולות חמצן ומתקבלות מולקולות פחמן דו-חמצני ומים(. כל תגובה שאנזים מזרז את התרחשותה הייתה מתרחשת גם מאליה, אך בקצב איטי בהרבה. השריר המשני במהלך פעולה מסוימת, ברגע נתון, המנוגד לשריר האגוניסט )ראו ערך(. להתיישרות. כאשר שריר מסוים מתכווץ, ובכך מתפקד כאגוניסט, השריר האנטגוניסט לו נמצא בהרפיה. התכווצותו של שריר אנטגוניסט מפריעה לתנועה מסוימת או מבטלת אותה. אנרגיה כימית היא סוג של אנרגיה פוטנציאלית הנשמרת בחומר. בחומרים אורגניים מצויה אנרגיה כימית רבה. אנרגיה כימית מעידה על קשרים חלשים בין האטומים שבמולקולה. קשרים חלשים הם עתירי אנרגיה ואילו קשרים חזקים הם דלים באנרגיה. כאשר קשר עובר ממצב של קשר חלש )לדוגמא - בסוכר, או בחומרים אורגניים אחרים( למצב של קשר חזק )לדוגמא - במולקולות CO 2 ו- O H(, 2 הוא פולט אנרגיה, אנרגיה כזו מכונה אנרגיה כימית. אנרגיה של גוף מעצם תנועתו והיא תלויה רק במסת הגוף ובמהירותו. ככל שמהירותו של הגוף גדולה יותר, כך גדולה האנרגיה הקינטית שלו. אנזימים )Enzymes( אנזימים )Enzymes( אנטגוניסט, שריר (antagonist( מיוונית, "נשימה כבדה"; נקראת גם גנחת )הסימפונות( או קצרת )הנשימה(. מחלה ריאתית כרונית המתבטאת בקשיי נשימה עקב היצרות של נתיבי האוויר בריאות )הסימפונות והסימפוניות( בגלל תגובת יתר )אלרגיה( על גירויים מסוימים. רקמה המכסה משטחים חיצוניים ומרפדת צינורות וחללים פנימיים בגופם של בעלי-חיים. האפיתל מורכב משכבה אחת, או שכבות אחדות, של תאים צפופים. אחד מסוגי האפיתל הוא האפידרמיס )Epidermis( שהיא שכבת התאים החיצוניים בצמחים וברוב בעלי החיים הרב-תאיים. הורמון עצבי המופרש מקצות עצבים מסוימים, בעיקר מעצבי המערכת הפאראסימפתטית. משמש גם להעברת דחף עצבי דרך הסינפסה אל השרירים הרצוניים. האצטילכולין מעורב במגוון רחב של תהליכים במוח הקשורים לחשיבה ולזיכרון. חלבון מניע ממנו מורכבים קורי )=סיבי( האקטין המשתתפים בתהליכי התכווצות השריר. פעולת הגומלין בינו לבין החלבון מיוזין אחראית להתכווצותם של תאי רקמת השריר. אקטין הוא גם מרכיב חשוב בשלד התא של תאים אוקריוטיים. שלוחה מאורכת בעלת קצה מסועף היוצאת מגוף תא עצב, ובה מועברים דחפים עצביים אל מחוץ לגוף תא העצב, לסינפסה עם תא עצב אחר, לשריר או לבלוטה. אורכו ממיקרונים בודדים עד למטר. הוצאת חומר אל מחוץ לתא באמצעות בועית, הנעה אל קרום התא ומתמזגת עימו, תהליך הגורם לשחרור תוכן הבועית אל הסביבה החוץ תאית. אנרגיה כימית Energy( )Chemical אנרגיה מכנית )Mechanical Energy( אנרגיה קינטית ( Kinetic )Energy אסטמה )Asthma( אפיתל )Epithelium( אצטילכולין )Acetylcholine( אקטין )Actin( אקסון )Axon( אקסוציטוזה )Exocytosis( עמוד 222

223 המושג א תנ ח ההסבר תקופה הרפרקטורית Period( )Refractoric - מתרחשת מיד לאחר הרפולריזציה. בתקופה זו חוזרות מוליכות הנתרן והאשלגן למצבן במנוחה, היא נמשכת מספר אלפיות שנייה )בדומה למשך פוטנציאל הפעולה(, והיא דרושה לעצב בטרם יהיה מסוגל להגיב על גירויים חדשים. אזור מסוים על פניה של מולקולת אנזים, שאליו נקשר הסובסטרט ובו מתרחשת התגובה הייחודית של האנזים. בדיקת EEG מודדת, באמצעות מכשיר אלקטרואנצפלוגרף, את פעילותו החשמלית של המוח )''גלי מוח"(. גלי המוח נמדדים בעזרת אלקטרודות, שגודלן כגודל כפתורים קטנים, והן מוצמדות אל הקרקפת.. נוירולוגים )רופאים המתמחים במחלות עצבים( ופסיכולוגים עושים שימוש ברישומי EEG כדי ללמוד על תפקוד המוח, באמצעות מדידה של גלי המוח במהלך פעילות של מתנדבים אנושיים ושל בעלי-חיים בניסויים מעבדתיים. איבר, רקמה, או תאים בודדים המתמחים בייצור ובהפרשה של חומרים ייחודיים. מבחינים בין בלוטות הפרשה חיצונית ובלוטות הפרשה פנימית. אתר פעיל Site( )Active בדיקת EEG ( ElectroEncephaloGra m, בעברית "רשמת מוח חשמלית"( בלוטה )Gland( בלוטת הפרשה חיצונית )Exocrine Gland( בלוטת הפרשה פנימית )Endocrine Gland( בלוטה בעלת צינור מוצא המייצרת ומפרישה חומרים ייחודיים אל הסביבה החיצונית, למשל: בלוטות רוק, זיעה, חלב, דמעות, מיצי עיכול. בלוטה ללא צינור מוצא, המייצרת ומפרישה הורמונים לזרם הדם. נמצאות בחלקי גוף שונים וכולן יחד מהוות את מערכת ההפרשה הפנימית )המערכת האנדוקרינית(. למשל: בלוטת יותרת הכליה המפרישה אדרנלין, השחלות והאשכים המפרישים הורמוני רבייה. אחת משש הממלכות של היצורים החיים. איקריוטים רב-תאיים אשר גופם מורכב מאיברים ומערכות והם מסוגלים לנוע לפחות במשך חלק ממחזור חייהם. רכיב במערכת הבקרה שתפקידו להשוות בין הערך הנמדד )מצוי( ובין הערך הרצוי )הערך של המשתנה המבוקר, שנקבע או מסופק למערכת על- ידי המפעיל או על-ידי מערכת אחרת(, לגלות שגיאה ביניהם ולהפיק תפוקה בהתאם לשגיאה. דוגמא בגוף מרכזי בקרה במוח. במערכת טכנולוגית עשוי להיות מנגנון מכני, פניאומאטי, הידראולי, אלקטרוני או שילוב ביניהם, כגון וסת של הטמפרטורה בתנור אפייה. מערכת המסוגלת לשמור על הערך הרצוי של המשתנה המבוקר גם לאחר סטיות הנגרמות למערכת על- ידי השפעות חיצוניות )הפרעות(. תהלך הבקרה מבוסס על מדידה מתמדת של המשתנה המבוקר, השוואה בינו לבין הערך הרצוי של המשתנה המבוקר, ותיקון מהיר ככל האפשר של הסטיות תוך כדי פעולת המערכת. לדוגמא מזגן, מיחם. מערכת שאינה מסוגלת לשמור על הערך הרצוי של המשתנה המבוקר אם נגרמות סטיות מערך זה. מערכת כזו אינה כוללת מנגנונים אשר תפקידם לתקן או לצמצם את ההפרש בין הערך הרצוי של המשתנה המבוקר לבין הערך המצוי של המשתנה המבוקר. לדוגמא מאוורר, תנור חימום בחדר. ברומטר הינו מכשיר המשמש למדידת לחץ האוויר. קיימים סוגים שונים של ברומטרים, אך הברומטר הראשון הורכב מצינור זכוכית אטום שבתוכו כספית, המוצב באופן אנכי וטובל בקערה עם כספית )ראו איור משמאל(. משקלו של עמוד הכספית גורם לו להימשך כלפי מטה כשבחלקו העליון של הצינור נוצר ריק, עד להשתוות הלחץ שיוצר עמוד הכספית על הנוזל שבקערה עם הלחץ שמפעיל האוויר האטמוספרי על הכספית שמחוץ לצינור הזכוכית. מאחר וגובה עמודת הכספית שבצינור עולה או יורד על פי לחץ האוויר שמחוץ למכשיר, ניתן להשתמש בברומטר למדידת שינויים בלחץ האוויר. בגובה פני הים, גובה הכספית )Hg( שבצינור הזכוכית הוא כ- 760 מ"מ. מתוך האתר "שער לים" )Sea Gate( לחץ זה נקרא גם 1 אטמוספרה, והוא שווה ללחץ שמפעילה מסה של 1 ק"ג על שטח של 1 סמ"ר. קבוצת גזים שאינם פעילים מבחינה כימית. קבוצה זו כוללת את הגזים הליום, ניאון, ארגון ועוד. לכולם 8 אלקטרונים בקליפתם החיצונית. הארגון מצוי באוויר בכמות של 0.8%, אך האוויר מכיל גם כמויות זעירות של שאר הגזים האצילים. אזור במוח הנמצא מעל מוח השדרה, ומהווה המשך ישיר שלו. מורכב מהמוח המוארך, מהגשר ומהמוח האמצעי. גזע המוח הוא אחד מאזורי המוח הראשונים שנוצרו במהלך האבולוציה, ומכיל מרכזים רבים האחראים לרפלקסים פשוטים ובסיסיים. בעלי-חיים )Animalia( בקר - מערכת השוואה. בקרה בחוג סגור בקרה בחוג פתוח ברומטר כספית )Mercury Barometer( גזים אצילים ( Inert )Gases גזע המוח Stem( )Brain עמוד 223

224 המושג גיד )Tendon( ההסבר מיתר או רצועה של רקמת חיבור המחברת בין שריר לעצם. הגיד מורכב מהמשכה של רקמת הסרקולמה העוטפת את סיבי השריר. צורת אנרגיה )אור, חום, כימי או לחץ מכני( שהגוף מסוגל להגיב עליה. גירויים נקלטים בתאי חישה )=תאי חוש( המתרגמים את הגירוי לדחף עצבי הנקלט במערכת העצבים. גירוי כימי בסינפסה בין נוירון לשריר גורם להפעלת השריר ולהתכווצותו. הגירוי המינימלי הגורם לתגובה בתאים הניתנים לעירור )כגון תאי העצבים והשרירים(, מכיוון שהדפולריזציה הנוצרת בעקבותיו שווה לערך מתח הסף. גירוי היוצר תגובה בתאים ניתנים לעירור )כגון תאי העצבים והשרירים(, מכיוון שהדפולריזציה הנוצרת בעקבותיו גבוהה ממתח הסף. גירוי שאינו יוצר תגובה בתאים ניתנים לעירור )כגון תאי העצבים והשרירים(, מכיוון שהדפולריזציה הנוצרת בעקבותיו נמוכה ממתח הסף. רב סוכר מסועף הבנוי מיחידות חוזרות של גלוקוז. גליקוגן הוא הפחמימה העיקרית המשמשת לאגירת אנרגיה בגופם של בעלי-חיים. מולקולות הגליקוגן נבנות בתאים )בעיקר בתאי השריר והכבד( כאשר רמת הגלוקוז בדם עולה )לדוגמא - לאחר ארוחה(, ומתפרקות למולקולות גלוקוז כאשר רמת הגלוקוז בדם יורדת )לדוגמא בין הארוחות, או בעת מאמץ גופני(. שרשרת תגובות כימיות המתרחשת בציטופלסמה של כל תאי היצורים החיים ללא שימוש בחמצן, ובה מתפרקת מולקולת גלוקוז לשתי מולקולות פירובט, ומשתחררות נטו שתי מולקולות.ATP הגליקוליזה היא השלב הראשון של מסלול הנשימה האווירנית וכן של המסלולים האל-אווירניים. גוש תאי עצב שממנו נשלחים דחפים עצביים. הגנגליונים מצויים במערכת העצבים ההיקפית. גירוי )Stimulus( גירוי ספי ( Threshold )Stimulus גירוי על-ספי Supra-( )threshold Stimulus גירוי תת-ספי Subthreshold ( )Stimulus גליקוגן )Glycogen( גליקוליזה )Glycolisis( גנגליון -,Ganglion( ביוונית - תפיחה( גרון )Larynx( גרעין התא )Nucleus( אזור מורחב בקצה העליון של קנה הנשימה. בגרון נמצאים מיתרי הקול המאפשרים הפקת צלילים שונים. מבנה המצוי בתא של רוב האורגניזמים, המכיל את החומר התורשתי )הדנ"א המאורגן בכרומוזומים(. בחיידקים, שהם פרוקריוטים, אין גרעין, והכרומוזום היחיד מצוי בציטופלסמה. חיבור זמני בין קורי אקטין לקורי מיוזין, המסייע לקורים להחליק זה על פני זה ולשריר להתכווץ. כל גשר רוחב הוא חיבור בין ראש המיוזין לאחר מאתרי הקשירה של קור האקטין הסמוך. על פי מודל הקורים המחליקים, לקראת יצירת גשר הרוחב מושקעת בזיר אליו קשור ראש המיוזין אנרגיה מפירוק מולקולת,ATP ולאחר יצירתו של גשר הרוחב מתכופף הזיר, תוך שחרור האנרגיה, ומבצע פעולה של גרירת קורי האקטין הדקים לעבר מרכז הסרקומר. תופעה של התרחבות והתכווצות קצבית של עורקים הנובעת מהתכווצות הלב. הדופק הינו גל לחץ המתקדם לאורך העורקים מהלב להיקף הגוף. מאחר וכל התכווצות של הלב גורמת לגל דופק, מהווה הדופק מדד לקצב פעולת הלב, והוא ניתן למישוש כאשר נוגעים במקומות שונים בגוף, בהם העורקים קרובים אל פני העור. המקום המקובל ביותר לבדיקת דופק הוא העורק שליד פרק היד. גל נע של שינויים פיסיקליים וכימיים המתחוללים משני צידי קרום העצב, ונעים לאורכו - מקצוות הדנדריטים ועד לקצה האקסון. הדחף העצבי הוא "המידע" המועבר דרך סיב העצב. פעפוע - תנועה נטו של סוג יחיד של מולקולות )או יונים( במורד מפל הריכוזים שלהן. האנרגיה האצורה במולקולות גורמת להן לנוע ללא הרף, בכיוונים אקראיים ולהתנגש זו בזו, וההתנגשויות משנות את כיוון תנועתן וגורמות לכך שהסיכויים רבים יותר הן שהמולקולות יתפזרו במרחב. מגוון מחלות שונות הנגרמות על ידי מיקרואורגניזמים שונים )כגון חיידקים, נגיפים או פטריות(, והמתבטאות בזיהום של נאדיות האוויר והרקמות שסביבן. אחד הסימפטומים הנפוצים של דלקת ריאות הוא הצטברות נוזלים בנאדיות, כתוצאה מהפרשות של הרקמות החולות, וכתוצאה מכך הקטנת השטח הזמין לחילופי גזים וקשיים בנשימה. חומצה דאוקסיריבונוקלאית Acid(.)Deoxyribonucleic חומצת גרעין המורכבת משני גדילים של נוקליאוטידים הקשורים זה לזה בקשרי מימן. רצפי הנוקליאוטידים של הדנ"א )גנים( קובעים את מבנה החלבונים, ובאמצעותם את התכונות התורשתיות של התאים. שלוחה קצרה ודקה היוצאת מגוף תא עצב, קולט גירויים מחוץ לתא ומוליך אותם אל גוף התא. דנדריט של תא עצב יוצר סינפסה עם אקסון של תא עצב אחר, או תא חוש, וקולט ממנו גירויים אובדן המבנה התלת-מימדי הייחודי של מולקולת חלבון, או חומצת גרעין, עקב ניתוק קשרי מימן בתוכה, כתוצאה משינויים בטמפרטורה או בחומציות )דרגת ה- ph ( של תמיסה.. הדנטורציה גורמת, בדרך כלל, לאבדן הפעילות הפיזיולוגית של המולקולה. גשרי רוחב Cross-( )Bridge Formation דופק )גל הדופק, Pulse )wave דחף עצבי ( Nerve )Impulse דיפוזיה )Diffusion( דלקת ריאות )Pneumonia( דנ"א )DNA( דנדריט )Dendrite( דנטורציה Denaturation( עמוד 224

225 המושג דפולריזציה )Depolarization( ההסבר הקטנת הקיטוב החשמלי בין פנים הסיב לחוץ. הירידה בהפרש המתחים משני עברי קרום התא, כך שהמתח נעשה פחות שלילי ואף יכול להשתנות לחיובי. למשל שינוי מתח מ- 70- מיליוולט ל- 20- מיליוולט. מצב בו פוטנציאל הפעולה "מדלג" בין האזורים החשופים של תאי עצב )ראו קשרי רנווייה(, שאינם מכוסים במעטפת המיילין, ולכן מתקדם במהירות גדולה בהרבה מאשר בתאי עצב חשופים. )ביוונית homo פירושו "אותו הדבר" ו- stasis פירושו "עמידה"(. מצב פיזיולוגי שבו התנאים הפיסיקליים והכימיים של הסביבה הפנימית של יצור חי אינם חורגים מגבולות מסוימים, המתאימים לפעילויות התאים. ביוונית "לגרות", "להניע"( - כל סוג של מולקולת איתות המיוצרת בתא מסוים ומשפיע על פעילותו של תא אחר )הנקרא תא המטרה(, הקרוב לתא שייצר את ההורמון או רחוק ממנו. קיטוב יתר. עליה בהפרש המתחים משני צדי קרום התא, כך שהמתח נעשה יותר שלילי מאשר המתח במצב מנוחה. לדוגמא: מ מיליוולט ל מיליוולט. הולכה בקפיצות Salutatory (,)conduction הומיאוסטאזיס )Homeostasis( הורמון )Hormone( היפרפולריזציה ( Hyper )polarization הכל או לא כלום, חוק )All-or-none low( העיקרון הקובע שמרגע שנוצר באקסון פוטנציאל פעולה, הוא מתפשט עד קצה האקסון בלא שעוצמתו תפחת. מנגנון לצינון הגוף בבעלי חיים מסוימים )כגון עופות, כלבים ולטאות(, באמצעות אידוי מים דרך הפה ומערכת הנשימה )שלא באמצעות בלוטות הזיעה(. חלבון הנמצא בתאי הדם האדומים, המכיל בתוכו ברזל וקושר ומוליך חמצן. ההמוגלובין הוא המקנה לתאי הדם האדומים את צבעם. ההמוגלובין מגביר מאד את קצב חילוף הגזים בין הדם לסביבתו. כאשר ההמוגלובין שבדם עובר בנימי הנאדיות שבריאות, שם ריכוז החמצן גבוה, יחסית, סמוך לאוויר הנמצא בחלליהן, כל מולקולת המוגלובין קושרת אליה בקשר רופף ארבע מולקולות חמצן, ומולקולות אלה משתחררות מהמוגלובין בסביבת תאי הגוף, בה ריכוז החמצן נמוך, יחסית. חלק מן המוח האחורי שבו נמצאים מרכזי הרפלקסים של תפקודים חיוניים כגון נשימה וזרימת הדם. המוח המוארך מתאם בין תגובות מוטוריות לבין רפלקסים מורכבים, כגון שיעול. תת-מערכת )=חטיבה, ענף( של מערכת העצבים האוטונומית המכינה את הגוף לקראת מצבי פעילות נמרצת, כגון פעילות, הילחם או ברח" המכינה את הגוף למצבי חירום)האצת פעילות הלב, הזרמת דם למוח ולשרירי השלד ועוד. פועלת באמצעות הנוירוטרנסמיטור אדרנלין. הלחתה )Panting( המוגלובין )Hemoglobin( המוח המוארך ( Medulla )Oblongata המערכת )תת-מערכת( הסימפתטית )Sympathetic Nerve( המערכת )תת-מערכת( הפאראסימפתטית Parasympathetic ( )Nerve העברה סבילה ( Active )Transport העברה פעילה ( Passive )transport השרירים הבין-צלעיים )Intercostal Muscles( תת-מערכת )=חטיבה, ענף( של מערכת העצבים האוטונומית האחראית על "האחזקה" השוטפת של פעולות בלתי רצוניות בגוף, כאשר הגוף אינו נתון במאמץ מיוחד. שומרת על הפעלה תקינה של מערכת העיכול ומערכת ההפרשה )הפעלתה גורמת להזרמה מוגברת של דם לאיברים אלו(, ושומרת על הסביבה הפנימית של הגוף. פועלת באמצעות הנוירוטרנסמיטור אצטילכולין. העברה של חומרים במורד מפל הריכוזים שלהם, וללא השקעת אנרגיה, על ידי תעלות או נשאים. העברה של חומרים כנגד מפל הריכוזים שלהם, וללא השקעת אנרגיה, על ידי תעלות או נשאים. שרירים המחברים את הצלעות זו לזו ושולטים על חלק מתנועות הצלעות. השרירים הבין-צלעיים החיצוניים מרימים את הצלעות בזמן שאיפה, והשרירים הבין-צלעיים הפנימיים מקרבים את הצלעות בזמן נשיפה. התכווצות דינמית הבאה לידי ביטוי בשינוי אורך השריר. מבחינים בין שתי צורות עיקריות שלהתכווצות איזוטונית: התכווצות איזוטונית קונצנטרית והתכווצות איזוטונית אקסצנטרית השריר מתארך תוך כדי כניעה מבוקרת למשקל המופעל עליו, ובמהלך יצירת גשרי רוחב בין סיבי החלבון שבשריר. כלומר, למרות המאמץ שמפעיל השריר, הוא פועל ונע בכיוון ההפוך מהכיוון בו נע בהתכווצות הקונצנטרית, תוך התארכותו ולא קיצורו. מצב זה מתרחש כאשר המאמץ החיצוני גדול ממתח השריר. לדוגמא התארכות שרירי הרגליים כאשר יורדים במדרגות. התכווצות איזוטונית )Isotonic contraction( התכווצות איזוטונית אקסצנטרית ( Eccentric,contraction המכונה גם התכווצות מאריכה Lengthening ( )contraction עמוד 225

226 המושג התכווצות איזוטונית קונצנטרית (Concentric ( contraction התכווצות איזומטרית Isometric (,)contraction התכווצות טטנית, טטנוס )Tetanus( או כיווץ טטני )Tetenic Contraction( ההסבר השריר מתכווץ ומתקצר תוך התגברות על המעמס, כלומר על התנגדות העומדת בפניו. לדוגמא, כאשר מרימים ומוורידים את היד, עם או בלי משקולות. נקראת גם "כיווץ סטטי" - מצב בו מתח השריר גדל, אך השריר אינו מתקצר. במאמץ מסוג זה המפרק מקובע בזווית אחת בלבד בכל מהלך של ביצוע פעולה. מובן שבמצב זה אורך השריר יישאר קבוע גם הוא. לדוגמא - כאשר אדם מחזיק משקולת ביד מבלי להניעה התכווצות חזקה וממושכת של תאי שריר, המתרחשת עקב סדרה של גירויים תכופים. במצב זה תאי השריר אינם מספיקים להתרפות, ונשארים מתוחים במידה המרבית. טטנוס הוא גם שמה הלועזי של מחלת הצ פד ת )=פ ל צ ת(. החיידק קלוסטרידיום טטני tetani( )Clostridium הגורם לחלה מפריש רעלן המונע את הרפיית השריר. החיידק נפוץ בקרקע, ועלול לחדור לגוף דרך פצע בעור. מחלת הטטנוס מסתיימת במוות, ועל כן נהוג לחסן את כל האוכלוסייה כנגדה )חיסון האנטי טטנוס(, וכמו כן ניתן לתת טיפול מונע לאחר הפציעה, למניעת ההידבקות. מצב בו השריר מתארך במהלך יצירת גשרי הרוחב. מצב זה מתרחש כאשר המאמץ החיצוני גדול ממתח השריר. לדוגמא התארכות שרירי הרגליים כאשר יורדים במדרגות. )במנוף( הכוח המופעל על זרוע המנוף והנובע מהמשא אותו מרים המנוף, או מהמסה של זרוע המנוף )כגון מסת היד המורמת(. מכונה גם אוטם שריר הלב. מצב שבו נוצרת חסימה באחד או ביותר מהעורקים הכליליים המובילים את הדם אל שריר הלב עצמו, לא מגיע חמצן ומזון לשריר הלב וחלק משריר הלב מת. יחידה של הפרש פוטנציאלים, של מתח חשמלי. כלי דם המוביל דם אל הלב. הוורידים במחזור הגוף מנקזים את הדם מהנימים שברקמות הגוף, ולכן הדם הזורם בהם עני בחמצן ועשיר ב-.CO 2 הוורידים במחזור הריאה מנקזים את הדם מהנימים העוטפים את נאדיות הריאות, ולכן הדם הזורם בהם עשיר בחמצן ועני ב-.CO 2 בוורידים יש שסתומי כיסים המונעים את חזרת הדם לאחור, ומאפשרים את זרימתו רק בכיוון הלב. הווריד המוביל את הדם מהלב לריאות. התכווצות מאריכה Lengthening ( )contraction התנגדות התקף לב וולט )Volt( ווריד )Vein( ווריד הריאה )Pulmonary Vein( זווית יישום זרזים )קטליזטורים( זרימה ישרה ( Laminar )flow הזווית בה פועל כוח המאמץ על זרוע המנוף, ויש לה השפעה על הכוח האפקטיבי המופעל על זרוע זו. חומרים שנוכחותם מאיצה תגובות כימיות. הזרז עצמו אינו עובר שינוי כימי קבוע, וכמותו אינה משתנה במהלך התגובה. רבות מהתגובות הכימיות בתאים מזורזות על ידי אנזימים. זרימה שבה מולקולות הנוזל נשארות במרחק קבוע מדופן הצינור, וככל שהמולקולה רחוקה יותר מדופן הצינור )קרובה יותר למרכז החלל( כך מהירותה גבוהה יותר. בצורה כזו הנוזל נע כסדרה של גלילים )צילינדרים( בעלי מרכז משותף )קונצנטרי( והזרימה שקטה. במהלך זרימת נוזל דרך צינור, עלולות להיווצר תנועות לא סדירות של מרכיבי הנוזל והן אינן מוגבלות לשכבה מסוימת, אלא מתערבבות במהירות עם חלקים הנעים בכוון רדיאלי והיקפי. זרימה מערבולתית.)Turbulent flow( אחד משני המדורים בלב, שמהם הדם זורם אל העורקים. החדר השמאלי מזרים דם אל אבי העורקים, וממנו אל יתר חלקי הגוף, והחדר הימני מזרים דם אל עורק הריאות. תת-מערכה של בעלי חיים בעלי עמוד שדרה בנוי מסדרת חוליות העשויות עצם או סחוס. חמש ממחלקות החולייתנים הן מחלקות הדגים, הדו-חיים, הזוחלים, העופות והיונקים. תת מערכה של בעלי חיים בעלי עמוד שדרה המורכב מחוליות העשויות מעצם או מסחוס. החולייתנים מתחלקים לחמש מחלקות: דגים, דו-חיים, זוחלים, עופות ויונקים )עליהם נמנה האדם(. סוג של אנרגיה המתבטא באנרגיה קינטית של חלקיקי החומר סביב מרכז הכובד של החומר. החום נמדד בג'אול וקלוריות. חדר )Ventricle( חולייתנים )=בעלי-חוליות, )Vertebrata חולייתנים )Vertebrata( חום )Heat( עמוד 226

227 המושג חום כמוס של חומר )Latent Heat( ההסבר המבטא את האנרגיה הנקלטת, או האנרגיה הנפלטת, או נקלטת, מהחומר במהלך שינוי מצב הצבירה שלו. כאשר חומר עובר ממצב מוצק למצב נוזלי נקלטת בו אנרגיה, וכך גם במעבר ממצב צבירה נוזלי למצב לצבירה גזי, ולהיפך כאשר החומר עובר ממצב צבירה גזי למצב צבירה נוזלי, נפלטת ממנו אנרגיה, וכך גם במעבר ממצב צבירה נוזלי למצב צבירה מוצק. כאשר מחממים מים, עולה הטמפרטורה שלהם, אך כאשר המים מתחילים לרתוח, הטמפרטורה שלהם אינה עולה יותר ואנרגיית החום מושקעת למעשה בהעברת המים ממצב צבירה נוזלי לאדים. אנרגיית החום המושקעת ביצירת האדים מהמים הינה החום הכמוס של המים. תרכובת שנוסחתה H 2 CO 3 נוצרת בהמסת CO 2 )פד"ח( ב- O H 2 )מים( פחמן דו-חמצני הנפלט מהתאים הופך בדם )בתהליך הפיך!( לחומצה פחמתית שמתפרקת ליון מימן ( + H, פרוטון( וליון הביקרבונט ( -,)HCO3 ובכך משפיעה על רמת החומציות של פלסמת הדם. כאשר מגיע הדם לנימים שבריאות, נפלט ממנו CO2 המומס בו, והתהליך הכימי הופך את כיוונו יון הביקרבונט נקשר לפרוטון ויוצר חומצה פחמתית, אשר כשלעצמה מתפרקת ל- CO2 ולמים. ניתן לסכם את התגובות של יצירת החומצה הפחמתית והתפרקותה באופן הבא: CO2 + H2O H2CO3 H2CO3- + H+ תרכובת אורגנית הנוצרת בשרירים בעת ביצוע פעילות גופנית מאומצת וממושכת, ועלולה לגרום לכאבים ולהפרעות בתפקודי השריר. במצב זה כמות החמצן שמגיעה לתאי השריר אינה מספיקה לחמצון מלא של הגלוקוז ובתהליך החמצון החלקי נוצרת חומצת החלב, המסולקת בתום המאמץ, כאשר מגיעה אל השריר כמות מספקת של חמצן. לחומצת החלב חשיבות רבה גם בתהליכי הנשימה האל-אווירנית של חיידקים, כגון החיידקים הגורמים להחמצת החלב ומשתתפים בתהליך ייצור מוצרי חלב כיוגורט וגבינה, בהחמצת ירקות ועוד. תא חוש. תא קולט גירויים מהסביבה החיצונית או הפנימית ומתרגם אותם לדחף עצבי המועבר בעצב למרכזי עצבים. תרכובת אורגנית גדולה, המורכבת משרשרת של חומצות אמיניות. לכל חלבון רצף חומצות אמיניות ייחודי. החלבונים מורכבים בריבוזומים, על פי רצף הנוקליאוטידים שבדנ"א. הפרושים לכל רוחב השכבה הכפולה ומתפקדים כתעלות פתוחות, כתעלות בעלות שער או כנשאים ייחודיים לחומרים המסיסים במים. מבנה גלילי הנמצא בבסיס הגולגולת ואליו מתחבר הושט, הצינור הגמיש המוביל אל הקיבה. לחלל הלוע נפתחים הפתחים האחוריים של האף, וכן מתחברות חצוצרות האוזן )צינורות המקשרים את חלל האוזן הפנימית לחלל הפה ובאמצעותו לסביבה החיצונית(. הוא הכיווץ החלקי )התמידי( של שרירי הגוף. טונוס נורמלי מסייע ליציבה, והוא נשמר בעזרת גירוי עצבי תת הכרתי. תכונה של החומר, מדד לרמת האנרגטיות של בחלקיקים בחומר. הפרש טמפרטורות גורם לזרימת אנרגיה בצורת חום עד למצב של שוויון טמפרטורות. טמפרטורה נמדדת )ב"מד טמפרטורה"( במעלות צלזיוס, פארנהייט או קלווין. מחלה בה נחסמים בהדרגה העורקים בשל הצטברות חומר שומני מתחת לרפידה הפנימית של דופן העורק. טרשת העורקים יכולה להתפתח בעורקים שונים בגוף ולפגוע באיברים שמוזנים באמצעותם: מוח, לב, כליות, גפיים ועוד. המחלה מהווה את גורם התמותה העיקרי בעולם המערבי, יותר מכל גורמי המוות האחרים גם יחד. חומצה פחמתית )Carbonic acid( חומצת חלב )= לקטט, חומצה לקטית,,Lactate או )Lactic Acid חיישן ( Sensory - )Receptor חלבון )Protein( חלבוני העברה ( Transfer )proteins חלבונים חלל הלוע )Pharynx( ט ונ וס שרירי ( Muscle )Tonus טמפרטורה - )Temperature( טרשת עורקים -)Atherosclerosis( עמוד 227

228 המושג יונים )Ion( ההסבר אטום או קבוצת אטומים, בעלי מטען חשמלי עודף, כתוצאה מהפסד או רכישה של אלקטרון אחד או יותר. באטום "רגיל" של יסוד, המטען החשמלי הכולל הוא אפס, מאחר ומול כל מטען חיובי של פרוטון בגרעין, יש מטען שלילי של אלקטרון. כתוצאה מהשינוי במספר האלקטרונים שלו, היון טעון חשמלית. באם האטום הפסיד אלקטרון, היון שהתקבל ממנו הוא בעל מטען חשמלי חיובי )כתוצאה מכך שיש בו פרוטון אחד שמטענו אינו מנוטרל(. באם האטום רכש אלקטרון, היון שהתקבל ממנו הוא יון שלילי )כתוצאה מכך שיש בו עודף של אלקטרון אחד שמטענו אינו מנוטרל(. דוגמא להיווצרות יונים כאשר אטום כלור נפגש עם אלקטרון עובר מאטום אטום נתרן, עובר אלקטרון אחד לאטום אחר מאטום הנתרן לאטום הכלור. וכתוצאה מכך מתקבל יון מתקבלים שני יונים כלור בעל מטען שלילי ( - )Cl אחד חיובי ואחד שלילי ויון נתרן בעל מטען חיובי )Na + ( יחידה המורכבת מנוירון מוטורי יחיד ומכל תאי השריר שקצות האקסון שלו מעצבבים אותן. סיבי השריר ביחידה מוטורית מתכווצים תמיד יחדיו. למוח יש אפשרות להפעיל את השריר בעוצמות שונות על-ידי הפעלת מספר שונה של יחידות מוטוריות. זהו מנגנון מכני, פניאומאטי, הידראולי, אלקטרוני או שילוב ביניהם, שתפקידו למדוד את הערך של המשתנה המבוקר ולהעביר מידע הערך הנמדד לבקר. מרכיבי יחידת הסיכום: (Reference) = r ערך רצוי של המשתנה המבוקר. (Back) = b הערך המצוי, כלומר הערך הנוכחי הנמדד של המשתנה המבוקר - הערך הנמדד כאות משוב..e=r-b - ההפרש בין המשתנה הרצוי למשתנה המצוי )שגיאה( (Error) = e אורגניזמים שכל גופם הוא תא יחיד, להבדיל מן האורגניזמים הרב-תאיים שמספר התאים בגופם רב מאוד. רוב החד-תאיים זעירים ביותר, ורק הגדולים ביותר מבניהם )כמה מינים של אמבה( נראים לעין הלא-מצוידת. על החד-תאיים נמנים החיידקים, הפרוטיסיטים, צמחים מסויימים, כגון האצות, ומיני פטריות )כגון השמרים(. יצור שגופו מורכב מיותר מתא אחד, ואשר תאיו עברו התמיינות והם מאורגנים ברקמות )לדוגמא רקמת אפיתל(, באיברים )לדוגמא נאדיות הריאה המרכיבות את הריאות(, ובמקרים רבים גם במערכות )לדוגמא - מערכת הנשימה(. מושג בסיסי בפיזיקה. אמצעי פיזיקאלי המסוגל לשנות את מצב המנוחה או התנועה של גוף או חומר. הכוח מאופיין על ידי כיוון פעולתו ועוצמתו )הוא גודל וקטוריאלי(, והוא יכול גם לגרום לעיוות אלאסטי בגוף. הכוח הגורם באופן ישיר לתנועה הסיבובית של זרוע המנוף. תרכובת אורגנית המצויה בקרומי תאים בבעלי חיים, ושיש לה חשיבות רבה בתהליכים ביוכימיים. הכולסטרול יכול להגיע לכל האיברים רק דרך הדם. הוא אינו מסיס במים, ולכן אינו יכול לנוע בדם בצורה של מולקולות בודדות, אלא רק כחלק מתצמידים שומניים גדולים המכונים ליפופרוטאינים. מתוך הסוגים השונים של הליפופרוטאינים, לשניים ישנו תפקיד מכריע בהתפתחות מחלות לב וכלי דם: אלה הם ה- כולסטרול מהכבד אל שאר רקמות הגוף, בעוד שה- HDL מוביל כללי, ה- LDL באופן וה- HDL. LDL מוביל כולסטרול בכיוון ההפוך - בחזרה אל הכבד. כאשר יש עודף של כולסטרול בגוף, פעילות מוגברת של LDL עלולה לגרום ליצירת משקעים של כולסטרול על דפנות כלי הדם, וכך מתפתחת בהדרגה טרשת עורקים, ועמה מחלות לב שונות. מסיבות אלה נהוג לכנות את ה- LDL "הכולסטרול הרע", ואילו את ה- HDL, שפעילותו הפוכה ל- LDL, "הכולסטרול הטוב". ככל שהיחס LDL/HDL בדם הינו גבוה יותר, גובר הסיכון לתחלואה במחלות לב וכלי דם. תאי חישה כימיים הרגישים לנוכחות של חומרים כימיים )הפעילים כימית(, ולריכוזם. לדוגמא כימורצפטורים הרגישים לריכוזי הפד"ח בדם, או לריכוזי החמצן בדם. מתאים אלה מועבר מידע למערכת העצבים המרכזית על ריכוזי החומרים. יחידה מוטורית ( Motor )Unit יחידת סיכום )= מערכת מדידה( יצורים חד-תאיים Unicellular ( )organisms יצורים רב-תאיים Multicelled ( )Organism כוח )Force( כוח אפקטיבי כולסטרול )Cholesterol( כימורצפטורים )Chemoreceptor's( עמוד 228

229 המושג כלי דם כליליים Coronary blood ( )vessels כפיסונים )טרבקולות, )Trabeculae לחות יחסית של האוויר )Relative Humidity( ההסבר כלי דם המובילים דם אל שריר הלב וממנו. העורקים הכליליים, היוצאים מאבי העורקים, הינם מסועפים מאד, ויש ביניהם "מעקפונים", המאפשרים לדם לזרום מעורק אחד לעורק אחר, ובכך לפצות על תפקוד לקוי של אחד העורקים. התפתחות טרשת בעורקים הכליליים עלולה לחסום, באופן מלא או חלקי, את זרימת הדם לשריר הלב, ולגרום לתעוקת לב או אף להתקף לב. המבנים המרכיבים רקמת עצם ספוגית. עשויים מאותו הרכב החומר האורגני והאנ-אורגני שבתוכה זהה לעצם הצפופה, אך המבנה שלה שונה. רקמה זו בנויה )ראו איור 6( המאורגנים לאורך ולרוחב, וביניהם רקמת מוח העצם. אחוזי הלחות )מולקולות אדי המים שבאוויר( באוויר, יחסית לתכולה המכסימלית של אדי המים בטמפרטורה נתונה. ככל שטמפרטורת האוויר עולה, כך גדולה יכולת הקיבול שלו לגבי מולקולות מים. תופעת הטל )התעבות של אדי מים לטיפות( מקורה בירידת קיבול האדים של האוויר עקב ירידת הטמפרטורה. כוח המופעל על יחידת שטח. הלחץ שיש להפעיל על התמיסה כדי למנוע את מעבר הממס אליה דרך מחיצה חדירה למחצה, כאשר מעברה השני נמצא ממס טהור. בתאים הלחץ שמפעיל נוזל התא על קרום התא, ומשתווה לכוח המניע את כניסת המים לתא בדיפוזיה. הוא הלחץ )= פעולת כוח על יחידת שטח(, שמפעיל האוויר באטמוספרה. גודלו של הלחץ האטמוספרי הממוצע בגובה פני הים הוא 1 אטמוספרה, כלומר לחץ שמפעילה מסה של 1 ק"ג על שטח של 1 סמ"ר. לחץ זה שווה ללחץ של 760 מ"מ כספית. לחץ הדם הנוצר בכלי הדם כאשר חדרי הלב נמצאים בהרפיה )כ- 80 מ"מ כספית בבוגר צעיר(. לחץ )Pressure( לחץ אוסמוטי ( Osmotic )Pressure לחץ אטמוספרי Atmospheric ( )Pressure לחץ דם דיאסטולי )pressure Diastolic( לחץ דם סיסטולי )pressure Systolic( לחץ הדם ( Blood )pressure לחץ הדם הנוצר בכלי הדם כאשר חדרי הלב מתכווצים )כ- 120 מ"מ כספית בבוגר צעיר( מבטא את הכוח שמפעיל הדם על דופן כלי הדם. לחץ הדם נוצר עקב פעולת הלב הדוחס את הדם לתוך כלי הדם יחידות לחץ הדם נקבעו כמ"מ כספית מסיבות היסטוריות )ראו להלן( ומעשיות, מאחר והמכשירים הראשונים למדידת לחץ דם התבססו על הלחץ שיוצר עמוד כספית בצינור זכוכית דק. גם כיום נעשה עדיין שימוש במכשירים המתבססים על עמוד כספית, אך עיקר השימוש נעשה במכשירים דיגיטליים. הלחץ של כל אחד מהמרכיבים בתערובת של גזים, בהתאם לריכוזו בתערובת זו. לדוגמא, הלחץ החלקי של החמצן באוויר בגובה פני הים הוא 160 מ"מ כספית )ריכוז החמצן באוויר הוא כ- 21%, ולכן לחצו החלקי של החמצן הוא 21% מתוך הלחץ האטמוספרי של כלל הגזים באוויר בגובה פני הים, כ- 760 מ"מ כספית(. כל אחד מהמבנים החוטיים הזעירים המסודרים בתא השריר. לליף יש כושר התכווצות, הוא עשוי מחלבונים )בעיקר אקטין ומיוזין(, ומחולק לרוחבו לסרקומרים רבים, שהם היחידות המתכווצות הבסיסיות הנותנות לתא השריר מראה מפוספס. אורכו של ליף עשוי להגיע לשלושים ס"מ ורוחבו נע בין עשרה למאה מיקרון )מיקרון הוא אלפית המילימטר(. קבוצת תרכובות אורגניות, שאינן מסיסות במים. הליפידים מהווים מרכיב חשוב של קרומים בתא )פוספוליפידים( וכן נמצאים ברקמות אגירה )שומנים ושמנים(. ליפידים נוספים נמנים על מלחי המרה )הנוצרים בכבד ומופרשים למערכת העיכול(, הורמונים מסוימים ועוד. )במנוף( הכוח המושקע על ידי המערכת על מנת לאזן זרוע מנוף, כנגד ההתנגדות המופעלת עליו. במצבים שבהם הכוח האפקטיבי אינו פועל על זרוע המנוף בזוית יישום ישרה, רק חלק מהמאמץ הינו או רכיב מפרק כוח אפקטיבי, וחלק אחר שלו משמש כרכיב דוחס, או מקבע )בזוויות יישום קטנות מ- ) 90 0 )בזוויות יישום גדולות מ- 90(. 0 מודל המתאר את התכווצות השרירים, שלפיו קורי מיוזין מחליקים לאורך שתי קבוצות של קורי אקטין, ותוך כדי כך מושכים אותם לעבר מרכז הסרקומר. כתוצאה מכך, הסרקומר מתקצר. החלקה זו צורכת אנרגית ATP ובמהלכה נוצרים גשרי רוחב בין האקטין והמיוזין. לחץ חלקי ( Partial )Pressure ליף,)Fiber( פיבריל )Fibril( או מיופיבריל )Myofibril( ליפידים - =lipos( שומן( מאמץ מודל )דגם( הקורים המחליקים ( Sliding )Filament Mode או תיאורית ההחלקה מוות קליני מצב זמני בו מפסיק הלב לפעום ולספק דם וחמצן למוח אך רקמת המוח עדיין חיה. מרגע שנפסקת זרימת הדם למוח מתחיל תהליך של הרס תאי המוח שעלול להביא בסופו של דבר למוות מוחי, בשל חוסר היכולת של תאי המוח להתחדש. לעתים ניתן, באמצעות טיפול רפואי מהיר, לחדש את זרימת הדם למוח, ובכך למנוע מוות, אך ישנה סכנה של נזק מוחי. עמוד 229

230 המושג מוח )Brain( מוח השדרה ( Spinal )Cord ההסבר מרכז התיאום והעיבוד המורכב ביותר ברוב מערכות העצבים. המוח קולט, מעבד ומסכם את הקלט החישתי, ושולח הוראות לתגובות מתאימות לשרירים ולבלוטות. נמצא בעמוד השדרה, הינו "חוט" עבה של רקמת עצבים, העובר בחלק הגבי של הגוף בתוך עמוד השידרה, המגן עליו, ומקשר בין המוח לשאר חלקי הגוף. במוח השדרה עוברים עצבים תחושתיים ותנועתיים היוצרים תגובות רפלקס, שאינן מערבות בשלב פעולתן את המוח, וכן עצבים )מסילות עצביות( המוליכות אותות אל המוח וממנו, ומקשרים את המוח לגפיים ולחלקי גוף אחרים. רקמה בנמצאת בחלל מרכזי בעצמות. בעצמות הגדולות, כגון בעצם החזה, יש מוח אחד משלושת חלקיו של מוח החוליתן. כולל את המוח הגדול, את אונות ההרחה ואת ההיפותלמוס. מוח עצם ( Bone )Marrow מוח קדמי )Forebrain( - מוחון )Cerebellum( מולקולה אורגנית )= תרכובת אורגנית, )Organic Compound מולקולה אורגנית )= תרכובת אורגנית, -)Organic Compound מומנט )moment( מחזור דם כפול אזור במוח האחורי המכיל מרכזי רפלקסים המייצבים את תנוחת הגוף ומתאמים בין תנועות הגפיים. תרכובת הבנויה מאטומים של יסוד אחד, או יותר, הקשורים בקשר קוולנטי לאטומי פחמן. לדוגמא סוכרים, חלבונים, שומנים. תרכובת היוצאת מכלל זה הינה פד"ח,.CO 2 תרכובת הבנויה מאטומים של יסוד אחד, או יותר, הקשורים בקשר קוולנטי לאטומי פחמן. לדוגמא סוכרים, חלבונים, שומנים. תרכובת היוצאת מכלל זה הינה פד"ח,.CO 2 גודל וקטוריאלי ), כלומר בעל גודל וכיוון( המודד את הכושר של הכוח לסובב את הגוף שעליו הוא פועל. המומנט מוגדר כמכפלה של הכוח )F( במרחקו של הכוח מציר הסיבוב )d(. היחידות בהן נמדד המומנט הן כוח כפול מרחק, יחידות ניוטון-מטר. מחזור דם המורכב למעשה משני מחזורי דם נפרדים, אשר מופעלים שניהם על ידי שני מדורי הלב. מחזור הגוף )"המחזור הגדול"( ומחזור הריאות )"המחזור הקטן"(. כלל התגובות הכימיות )"ריאקציות כימיות"(המתרחשות באמצעות בעזרת אנזימים, שבאמצעותן תאים ממירים אנרגיה מצורה אחת לאחרת )לדוגמא, מאנרגיה כימית במולקולה לאנרגיה של תנועה בהתכווצות השרירים(, בונים ומפרקים, אוגרים חומרים בתוך התאים ומרחיקים אותם מהתאים. תהליכים אלה מסייעים לתאים לגדול, לשרוד ולהתרבות. חלבון מניע ממנו מורכבים קורי )=סיבי( המיוזין המשתתפים בתהליכי התכווצות השריר. פעולת הגומלין בינו לבין החלבון אקטין אחראית להתכווצותם של תאי רקמת השריר. ראה ליף. אברון בו מתרחש תהליך הנשימה התאית האווירנית, התהליך בו מופקת כמות גדולה של אנרגיה מפירוק מולקולות גלוקוז בעזרת חמצן, אנרגיה האצורה במולקולות ATP והמשמשת לתהליכים המתרחשים בתא. הלחץ שמפעיל עמוד כספית הנמצא בצינור זכוכית ששטח החתך שלו הוא 1 סמ"ר )ראה הרחבה בערך לחץ דם(. יסוד או תרכובת אי-אורגנית )חוץ ממים(. יש מינרלים החיוניים לתפקודו התקין של התא, לדוגמא נתרן, כלור, סידן וברזל. מכונה מכאנית פשוטה, המורכבת באופן עקרוני ממוט שאפשר להניעו סביב לנקודת משען. המנוף משמש בעיקר לאיזון כוח רב בעזרת כוח מועט. צרור אקסונים מוליכי מידע במוח ובמוח השדרה. מבנים דומים במערכת העצבים ההיקפית נקראים עצבים. קיפול של דופן כלי דם, או בלב, או מבנה קרומי בלב, המאפשר זרימה בכיוון אחד בלבד. ביציאה מחדרי הלב אל העורקים, ולאורך הוורידים יש מסתמי כיסים, ובמעבר בין העליות לחדרי הלב יש מסתמי מפרש. מסתמים הבנויים מקיפול של דופן )1 באיור(, והנמצאים בין חדרי הלב לעורקים הראשיים ומאפשרים זרימת הדם בכיוון אחד בלבד מהחדרים לעורקים. מסתמי כיסים מצויים גם לאורך הוורידים ומאפשרים לדם לזרום רק בכיוון אחד, בכיוון הלב. גם בלב וגם בוורידים מונעים המסתמים את זרימת הדם אחורנית, בכוח הכובד. מטבוליזם )Metabolism( מיוזין )Myosin( מיופיבריל )Myofibril( מיטוכונדריון,Mitochondrion( ברבים מיטוכונדריה(: מילימטר כספית מינרל )Mineral( מנוף )Lever( מסילה )Tract( - מסתם )= שסתום, )Valve מסתמי כיסים )=מסתמים סהרוניים, Semilunar )valves עמוד 230

231 המושג מסתמי מפרש )=מסתמים צניפיים, Atrioventricular )valves מעטפת מיילין, ( Myelin )sheath ההסבר מסתמים הנמצאים בין העליות לחדרי הלב )6 באיור(, ומאפשרים את זרימת הדם בכיוון אחד בלבד מהעליות לחדרים. מסתמים אלה נקראים "מסתמי מפרש" מפני שהם מחוברים לדופן חדר הלב באמצעות מיתרים )5 באיור(, ותפקודם מזכיר מפרשים המתוחים על תורן ספינה. נקראת גם נוירולמה. קרום חיצוני דק העוטף תאי עצב בשכבות מבודדות העשויות מחלבונים וליפידים, מביאה לבידוד תאי העצב מסביבתם, לחיסכון באנרגיה המושקעת בהולכה העצבית ולהגדלת מהירות ההולכה של הדחף העצבי. מעטפת המיילין עשויה מתאי שוואן המלופפים סביב האקסון, כשביניהם נותרים על קרום העצב מרווחים חשופים קצרים, הגורמים לתופעה של הולכה בקפיצות ( Salutatory,)conduction כאשר פוטנציאל הפעולה "מדלג" בין האזורים החשופים, שאינם מכוסים במעטפת המיילין, ולכן מתקדם במהירות גדולה בהרבה מאשר בתאי עצב חשופים. יחידת טמפרטורה בסולם פרנהייט. 1 מעלת פרנהייט )F 1( o שווה ל- 1/180 של ההבדל בין הטמפרטורות של נקודת הקיפאון ונקודת הרתיחה של מים. בסולם פרנהייט נקודת הקיפאון של המים היא 32 מעלות ונקודת הרתיחה היא 212 מעלות, וקיימות נוסחאות המאפשרות להמיר מעלות פרנהייט למעלות צלזיוס ולהיפך. סולם פרנהייט מקובל בארצות האנגלוסקסיות )אנגליה, ארה"ב ועוד(. יחידת טמפרטורה המסומנת. o C מעלת צלזיוס היא חלק המאה של הפרש הטמפרטורות בין נקודת ההיתוך של הקרח ונקודת הרתיחה של המים בלחץ של אטמוספרה אחת )אטמוספרה היא לחץ האוויר בגובה פני הים(. סולם צלזיוס הוא, לכן, סולם טמפרטורות אשר בו נקבעה נקודת ההיתוך של הקרח 100. סולם טמפרטורות זה נהוג ברוב לאפס מעלות, 0, O C ונקודת הרתיחה של המים נקבעה כ- C O ארצות העולם. מעלה בסולם טמפרטורות מוחלט, המכיל רק דרגות טמפרטורה חיוביות, והדרגה הנמוכה ביותר מתאימה לאפס המוחלט. ההבדל בין שתי מעלות סמוכות בסולם קלווין שווה להבדל בין מעלות סמוכות בסולם צלזיוס. בכדי להפוך טמפרטורה נתונה במעלות צלזיוס למעלות קלווין, יש להוסיף 273. לדוגמא: טמפרטורת הרתיחה של מים בגובה פני הים היא 100 מעלות צלזיוס, כלומר 373 מעלות קלווין. נהוג לסמן מעלות קלווין באופן הבא:. O K סולם מעלות קלווין משמש לחישובים מדעיים. מערכת המורכבת מרכיבים )אלמנטים( שונים, כאשר תפקיד המערכת לבצע פעולות הבקרה, ליצור ולבקר ערך הפיסיקלי מסוים הנקרא משתנה מבוקר. ביוונית אוטונומי פירושו עצמאי. חלק ממערכת העצבים ההיקפית, אחראית על הפעולות הלא רצוניות. כוללת את העצבים התחושתיים והמוטוריים המקשרים בין מערכת העצבים המרכזית לבין השרירים החלקים ושרירי הלב )שאינם רצוניים(, ובין הבלוטות. מערכת זו מגיבה ע"י רפלקסים )עיכול, לב, עיניים ועוד(. Autonomous( ביוונית - עצמאי(. החלק ממערכת העצבים ההיקפית המעצבב את איברי הגוף הפנימיים שתפקודם אוטונומי, כלומר מופעלים באמצעות בקרה רפלקסיבית ולא רצונית(. במערכת זו נכללים כל העצבים )התחושתיים והתנועתיים( המקשרים בין מערכת העצבים המרכזית לבין השרירים החלקים, שריר הלב והבלוטות. המערכת האוטונומית מתחלקת לשתי חטיבות עיקריות מבחינה תפקודית: המערכת הסימפאתטית והמערכת הפאראסימפתטית, שפעילותן מנוגדת. העצבים המוליכים אותות אל המוח ואל מוח השדרה ומהם. מעלת פארנהייט )Fahrenheit Degree( מעלת צלזיוס )Centigrade Degree( מעלת קלווין ( Kelvin )degree מערכת בקרה מערכת העצבים המקשרת בין איברי תחושה )חיישים( ואיברי תגובה )שרירים ובלוטות( המצויים מחוץ למערכת העצבים המרכזית ובין המוח ומוח השדרה. כוללת את העצבים התחושתיים המוליכים מידע מהחיישים באיברי הגוף השונים אל מערכת העצבים המרכזית, ואת העצבים התנועתיים המוליכים מידע מהמערכת המרכזית אל השרירים והבלוטות. חלק ממערכת העצבים הכולל את מוח הגולגולת ואת מוח השדרה. מערכת העצבים המורכבת ממוחות הראש )הממוקמים בגולגולת( וממוח השדרה. מערכת העצבים המרכזית היא החלק הגדול ביותר של מערכת העצבים, והיא מקבלת מידע חישתי מהגוף, ומוסרת לגוף מידע, באמצעות מערכת העצבים ההיקפית. המערכת המרכזית מעבדת ומפרשת מידע, מתכננת תגובות תנועתיות )מוטוריות( ותגובות של בלוטות )הפרשת הורמונים( ואוגרת מידע בזיכרון. מערכת העצבים Autonomic nervous ( )system האוטונומית מערכת העצבים האוטונומית Autonomic Nervous ( )System מערכת העצבים ההיקפית Peripheral nervous ( )system מערכת העצבים ההיקפית Peripheral Nervous ( )System מערכת העצבים המרכזית Central nervous ( )system מערכת העצבים המרכזית Central Nervous ( )System עמוד 231

232 המושג מערכת העצבים הסומטית )סומא = גוף, Somatic )Nervous System ההסבר חלק ממערכת העצבים ההיקפית הכולל את העצבים המקשרים בין מערכת העצבים המרכזית לבין שרירי השלד. הפעלת שרירי השלד היא רצונית, ובכך מתאפשרים, למשל, בחירת סוג התנועה, כיוונה ומהירותה, וכן דיבור. חלק מערכת העצבים ההיקפית האוטונומית. מכינה את הגוף למצבי חירום, למאמץ, ואחראית על תגובות מהירות ובלתי רצוניות המסייעות לתפקד בשעת לחץ. פעולותיה הפוכות לפעולותיה של המערכת הפאראסימפתטית. העצבים בה מפרישים את הנוירוהורמון נוראדרנלין, והיא גורמת להאצת הלב והזרמת הדם לשריר הלב, לשרירי הגוף ולעור, על חשבון האיברים הפנימיים )כגון מערכות העיכול וההפרשה( אותם היא מדכאת באופן זמני. חלק מערכת העצבים ההיקפית האוטונומית האחראית לשמירת התפקוד התקין של הגוף במצב מנוחה, כמו פעולות העיכול וההפרשה. מערכת זו גורמת להאטה כללית בפעולות הלב, ולחסכון באנרגיה בגוף. פעולותיה הפוכות לפעולותיה של המערכת הסימפתטית. העצבים במערכת זו מפרישים את הנוירוהורמון - אצטילכולין. מערכת זו מעודדת הזרמת הדם לאיברים הפנימיים )עיכול הפרשה( על חשבון שרירי השלד, העור והמוח. מנגנון מכני, פניאומטי, הידראולי, אלקטרוני או שילוב ביניהם, שתפקידו למדוד את הערך המשתנה המבוקר ולהעביר מידע הערך הנמדד לבקר. מערכת המורכבת מתאי עצב )נוירונים( המאורגנים במסלולים המוליכים ומעבדים מידע. מערכת העצבים אוספת ומעבדת מידע על שינויים בתוך הגוף ומחוצה לו, ומעבירה לשרירים ולבלוטות הוראות לתגובות מתאימות מערכת זו כוללת את המוח, את מוח השדרה, את העצבים ואת איברי החושים המיוחדים )כגון עיניים ואוזניים(. זהו מנגנון מכני, פניאומטי, הידראולי, אלקטרוני או שלוב בינהם, שתפקידו לשלוט על ערך הפיסיקלי המבוקר )משתנה מבוקר( אזור החיבור )מגע, או של כמעט מגע( בין שתי עצמות שונות, שבהם מקשר בין העצמות גשר מיוחד של רקמת חיבור. למפרקים יש תפקודים שונים, החל ממפרקים שאינם מאפשרים תנועה כלל, כגון המפרקים בין עצמות הגולגולת, ועד למפרקים המאפשרים כושר תנועה רב, כגון מפרק הכתף. מפרק סינובי הבנוי בצורה של מכתש ועלי והמאפשר לעצם לנוע בכל הכיוונים, וכן תנועת סיבוב על ציר העצם שנכנסת למפרק. למשל, מפרק הירך ומפרק הכתף. מפרק בעל תנועה מוגבלת, לדוגמא המפרק שבין חוליות השדרה ובין הצלעות לעצם החזה. החיבור בין שתי העצמות במפרק זה נעשה על-ידי רקמת סחוס )Cartilage( המחוברת לכל אחת מהעצמות. מפרק ללא יכולת תנועה, בו החיבור בין העצמות הוא באמצעות סיבים קצרים מאד המשמשים כמעין דבק, ומצמידים בחוזקה את העצמות זו לזו. לדוגמא - החיבור בין עצמות הגולגולת, ובין השיניים לבין הלסתות. מפרק בעל כושר תנועה רב לדוגמא מפרק הכתף ומפרק הברך. למפרק זה מבנה מיוחד המאפשר תנועה תוך יצירת חיכוך מינימלי בין העצמות. קצוות העצמות היוצרות את המפרק מצופים ברקמת סחוס חלק מאד )סחוס מפרקי( וקיימת התאמה מושלמת מבחינים בסוגים שונים של מפרקים סינוביים בעלי כושר תנועה שונה, בהתאם לצורת המפרק - ראו גם מפרק כדורי ומפרק ציר. מפרק סינובי הבנוי כציר של דלת והמאפשר תנועה במישור אחד בלבד - כפיפה ויישור, למשל, מפרקי מרפק היד, ומפרקי הלסתות. אזור המוח המוארך המקבל מידע על ריכוז הפד"ח בדם ומגיב על מידע זה באמצעות השפעה על פעילות שרירי הנשימה. מרכז הנשימה מווסת את קצב איוורור הריאות בהתאם לצרכי הגוף. אזור המוח המוארך המקבל מידע על ריכוז הפד"ח בדם ומגיב על מידע זה באמצעות השפעה על פעילות שרירי הנשימה. מרכז הנשימה מווסת את קצב איוורור הריאות בהתאם לצרכי הגוף. מידע על תוצאותיהם של פעולה או תהליך, החוזר אל המערכת שבה התרחשו ועשוי להשפיע עליה. מנגנון בקרה המגיב על סטייה ממצבה המקורי של מערכת )"מהנורמה"( בהפעלה של שרשרת אירועים המגבירה את הסטייה. מערכת העצבים הסימפתטית Sympathetic ( )nervous system מערכת העצבים הפאראסימפתטית Parasympathetic ( )nervous system מערכת מדידה מערכת עצבים ( Nervous )System מערכת תיקון מפרק,Joint( )articulations מפרק כדורי ( and Ball )socket Joint מפרק סחוסי )Cartilaginous Joint( מפרק סיבי ( Fibrous )Joint מפרק סינובי ( Synovial )Joint מפרק ציר Joint( )Hinge מרכז הנשימה )Respiratory Center( מרכז הנשימה )Respiratory Center( משוב )feedback( משוב חיובי ( positive feedback )mechanism משוב שלילי ( negative feedback )mechanism מנגנון בקרה המגיב על סטייה ממצבה המקורי של מערכת )מ"הנורמה"( בהפעלה של שרשרת אירועים המחזירה את המצב לקדמותו. עמוד 232

233 המושג משתנה מבוקר משתנה מבקר ההסבר ערך פיסיקלי שאותו מקבלים, מודדים ומבקרים באמצעות מערכת הבקרה. את המשתנה המבוקר מודדים במוצא המערכת. לדוגמא טמפרטורת הגוף )מבוקרת באמצעות זרימת הדם לפריפריות, למשל(, או טמפרטורת תנור האפייה )מבוקרת באמצעות הספק הזרם החשמלי בגוף החימום(. ערך פיסיקלי שיש לו שליטה על הערך המשתנה המבוקר. לדוגמא -)קוטר כלי הדם, המשפיע על זרימת הדם בגוף(, או הספק הזרם החשמלי בתנור אפייה. הכוח המכני ששריר מתכווץ מפעיל על גוף כלשהו, כגון עצם בשלד. בכיוון ההפוך לו פועל המעמס, כגון משקל של חפץ, או כוח הכבידה הפועל על השריר. המתח, הוא ההפרש בפוטנציאל חשמלי בין שתי נקודות. מתח נמדד ביחידות של וולט, המסומנות באות.V הורמון המופרש על ידי קצות העצבים, בדרך כלל במוח, ומופרש לזרם הדם. הנוירוהורמונים הם נוירוטרנסמיטורים המתפקדים גם כהורמונים. דוגמאות: אוקסיטוצין המיוצר ומופרש מתאי עצב בהיפותלמוס ומשפיע על בלוטות החלב. דוגמאות נוספות נוראדרנלין ואצטילכולין. מתווך עצבי. כל אחד מקבוצה של מולקולות המשמשות כמתווכים כימיים בין עצבים. מולקולות הנוירוטרנסמיטור משתחררות מקצות האקסון של תא העצב בתגובה לגירוי של דחף עצבי, פועלות באזור המגע בין התאים )בסינפסה( ומסייעות בהעברת מידע מתא עצב אחד לתא עצב אחר, לשריר או לבלוטה. מולקולות הנוירוטרנסמיטור נקשרות לקרום של תאים סמוכים ומשפיעות על המתח החשמלי על פניהן, כלומר גורמות ליצירת דחף עצבי בתא, או בתאים, שלאחר הסינפסה. לאחר שמולקולות הנוירוטרנסמיטור גורמות להעברת הדחף העצבי, הן מתפרקות או ממוחזרות במהירות. דוגמאות לנוירוטרנסמיטורים הם: נוראדרנלין, ואצטילכולין. תרכובת אורגנית קטנה המורכבת מסוכר, מבסיס חנקני ומקבוצת זרחה. הנוקליאוטידים משמשים שנשאי אנרגיה )ב- ATP (, כאבני בניין של חומצות הגרעין )הדנ"א והרנ"א(, ועוד.,Noradrenalin( נקרא גם נוראפינפרין, )Norepinephrine חומר המשמש כמתווך עצבי )נוירוטרנסמיטור( המופרש במוח ובעצבים של מערכת העצבים הסימפתטית. כמו כן מופרש גם לדם מליבת יותרת הכליה, ומתפקד כהורמון. הנוראדרנלין מופרש בזמן מאמץ ובזמן עקה, ומחיש את פעימות הלב ואת זרימת הדם לשרירים. פעילותו שומה לפעילות האדרנלין. capillary( )Blood כלי דם המקשר בין העורקים לוורידים. דרכו מתבצע חילוף חומרים עם הסביבה )הנוזל הבין תאי ברקמות הגוף(. נפח האוויר המתחלף בכל נשימה במצב של מנוחה. מתח השריר ( Muscle )Tension מתח חשמלי.Voltage( פוטנציאל חשמלי( נוירוהורמון )Neurohormone( נוירוטרנסמיטור )Neurotransmitters( נוקלאוטיד )Nucleotide( נוראדרנלין,Noradrenalin( נקרא גם נוראפינפרין, )Norepinephrine נים דם נפח אוויר מתחלף ( Tidal )Volume נפח הדקה ( Minute )Volume נפח מת Space( )Dead נפח נשיפה מאומצת או נפח מלאי נשיפתי Expiratory Reserve ( )Volume נפח פעימה ( Stroke )volume נפח שאיפה מאומצת או מלאי שאיפתי Inspiratory reserve ( )Volume נפח שארי ( Residual )Volume נשימה תאית ( Cellular )Respiration נשימה תאית )Respiration( כמות האוויר הנכנסת לריאות בכל דקה נקראת, ומחשבים אותה על ידי הכפלת הנפח המתחלף במספר הנשימות בדקה. נפח האוויר הממלא את צינורות הנשימה. נפח זה אינו תורם לחילוף הגזים )המתבצע רק בנאדיות(. נפח האוויר אותו ניתן להוציא מהריאות לאחר תום נשיפה רגילה )כ- 1 ליטר(. נפח הדם היוצר מכל חדר בכל פעימה. אצל אדם מבוגר כ- 70 סמ"ק במנוחה. נפח האוויר אותו ניתן להכניס לריאות לאחר תום שאיפה רגילה )כ- 2.5 ליטר(. נפח האוויר הנשאר בתוך הריאות לאחר הוצאת כל האוויר שניתן להוצאה בנשיפה מאומצת. נפחו כ- 1.5 ליטר. תהליך הפקת האנרגיה המתרחש בכל אחד מתאי הגוף ובו מופקת האנרגיה הדרושה לתהליכי החיים בתהליכים של חימצון מולקולות אורגניות. במהלך הנשימה התאית מופקות מולקולות ATP הנצרכות בתהליכי החיים. מולקולות ה- ATP נוצרות תוך כדי העברת אלקטרונים דרך מערכת )שרשרת( העברת אלקטרונים מתרכובת התורמת אלקטרונים )תרכובת אורגנית כגון הגלוקוז( למולקולה קולטת אלקטרונים )כגון החמצן בנשימה אווירנית(. תהליך המתרחש בכל אחד מתאי הגוף ובו מופקת, בתהליכים של חימצון מולקולות אורגניות, האנרגיה הדרושה לתהליכי החיים. עמוד 233

234 המושג נשימה תאית אווירנית Anaerobic ( )respiration נשימה תאית אל-אווירנית Anaerobic ( )Respiration נשימה, נשימה פיזיולוגית או נשימה חיצונית )Breathing( נשיפה )Expirium( ס ב ול ת )Endurance( ההסבר תהליך המתרחש בתא שבמהלכו מופקת אנרגיה. בתהליך חל פירוק וחמצון של תרכובות אורגניות בנוכחות חמצן. בתהליך זה מופקת הרבה יותר אנרגיה מפירוק כל מולקולה אורגנית, בהשוואה לתהליך של נשימה אווירנית, הנעשה ללא נוכחות חמצן. respiration( )Anaerobic תהליך המתרחש בתא שבמהלכו מופקת אנרגיה. בתהליך חל פירוק וחמצון של תרכובות אורגניות ללא נוכחות חמצן. בתהליך זה מופקת פחות אנרגיה מפירוק כל מולקולה אורגנית, בהשוואה לתהליך של נשימה אווירנית, הנעשה בנוכחות חמצן. סוג זה של נשימה אופייני לחיידקים המתקיימים בבתי גידול עניים בחמצן, אך הוא יכול להיעשות גם על ידי יצורים אחרים, כגון בשרירים של בעלי חיים. השרירים מסוגלים לבצע נשימה אל-אווירנית במידה מוגבלת, כיוון שבתהליך זה נוצרת חומצת חלב המצטברת בתאים ועלולה לגרום להם נזקים. בדרך כלל נעשה בו שימוש בעת מאמץ רב הנעשה למשך זמן קצר )לדוגמא במצב של "הילחם או ברח"(. במנוחה שלאחר המאמץ הגופני מפרק השריר את חומצת החלב שנוצרה בו בתהליך הנשימה האל-אווירנית. חילופי גזים בין הגוף לסביבה החיצונית. מנגנון חילוף גזים שבאמצעותו מוחדר חמצן לגוף, ומסולק ממנו פד"ח, ממנו באמצעות איוורור הריאות. במנגנון זה משתתפים האף, הפה, קנה הנשימה והסימפונות, הריאות ושרירים המגדילים ומקטינים את נפח בית החזה. תהליך הוצאת האוויר מן הריאות אל הסביבה החיצונית במהלך הנשימה. מדד המבטא את יכולתו של האדם להתגבר על עייפות הולכת ומצטברת במהלך פעילות גופנית, כתוצאה ממחסור באנרגיה זמינה ומהצטברות תוצרי פסולת )לדוגמא הצטברות חומצת חלב בשרירים במצב של מחסור בחמצן במהלך פעילות אל אווירנית \ אנ אירובית(. חומר המוצא של תגובה מטבולית. מולקולה, או מולקולות, שאנזים מסוים מסוגל לזהות כימית, לקשור ולשנות )לפרק או להרכיב(. רקמת חיבור המורכבת מתאי-סחוס, מחומר בין-תאי ומסיבים של החלבון קולגן. הסיבים מונחים בין תאי-הסחוס, כשהחומר הבין-תאי השקוף ממלא את כל המרווחים שבין התאים לבין הסיבים. מבנה רקמת הסחוס דומה לרקמת העצם, אך ללא המינרלים )בעיקר סידן וזרחן( המעניקים לעצם את קשיותה. צרור של שלוחות תאי עצב במערכת העצבים ההיקפית. העצבים מורכבים מאקסונים של תאי עצב מוטוריים, מאקסונים ומדנדריטים של תאי עצב תחושתיים, או מכל אלה גם יחד. העצבים עטופים ברקמת חיבור. מבנים דומים במוח ובמוח השדרה נקראים מסילות. מורכבים מאגודה של סיבים מיקרוסקופיים הנקראים ליף )Fibers( או - Muscle Fibers סובסטרט Substrate( סחוס )Cartilage( סיב עצב )Nerve( מורכבים מאגודה של סיבים מיקרוסקופיים הנקראים ליף )Fibers( או - Muscle Fibers מקום המפגש של תאי עצבים. הגירויים עוברים מתא עצב אחד לשני דרך הסינפסה, מקצה האקסון של עצב אחד )הצד ה"קדם סינפטי"( אל קצה הדנדריט של עצב שני )הצד ה"אחר סינפטי" = "פוסט סינפטי"(. כשהגירוי העצבי מגיע אל הצד הקדם סינפטי, הוא גורם להפרשת חומר מתווך )נוירוטרנסמיטור( המגיע אל הצד האחר סינפטי ומעורר בו דחף עצבי. לאחר העברת הדחף העצבי מוחזר המתווך העצבי לקצה הקדם סינפטי או מפורק באמצעות אנזים ייחודי. הסינפסה מאפשרת העברת גירויים בכיוון אחד בלבד - מהאקסון לדנדריט. כל אחד משני הצינורות המסתעפים מקנה הנשימה ומוליכים אל הריאות. הינו נפח הדם העובר באזורים )או איבר( ביחידת זמן, והיא מבוטאת ביחידות של מ"ל לשנייה או ליטר לדקה. מכשיר למדידת נפחי האוויר המתחלפים בנשימה. הנבדק שואף ונושף דרך הספירומטר, והגרף המתקבל באמצעות מכשיר זה נקרא ספירוגרם. מטרת הבדיקות הנערכות במכשיר זה היא להשיג מידע שיש לו חשיבות לגבי תפקוד הריאות של אנשים, הן בבדיקות תקופתיות לאנשים הנחשבים בריאים, והן לבדיקות של אנשים החולים במחלות של מערכת הנשימה. הבדיקות מאפשרות קבלת מידע כמותי של בעיות נשימתיות, אבחנה של סוגים שונים של מחלות מערכת הנשימה והריאות, וגם הערכת תגובת המטופל לטיפול מסוים. מחיצה שרירית המפרידה בין חלל החזה לחלל הבטן. התכווצותה והתרפותה של הסרעפת מסייעות בתהליך הנשימה. רקמת חיבור העוטפת את סיבי השריר. רקמת הסרקולמה נמשכת מעבר לסיבי השריר ומחזקת את הקצוות, עד שהוא נעשה למעין גיד דקיק, וגידיהם של הליפים הרבים, המסודרים זה לצד זה מתאחדים ויוצרים יחד גיד עבה יותר המחבר את השריר לעצם. סיב שריר ( Muscles )Fasciculus סיב שריר ( Muscles )Fasciculus סינפסה )Synapse( סמפונות,Bronchus( ברבים )Bronchi ספיקת הדם ( blood )flow ספירומטר )Spirometer( סרעפת )Diaphragm( סרקולמה )Sarcolema( עמוד 234

235 המושג סרקומר )Sarcomer( ההסבר היחידה המתכווצת הבסיסית של השריר, הבנויה ממערכים מקבילים של קורי אקטין ומיוזין. בין קורי האקטין והמיוזין קיימת חפיפה חלקית בלבד, ובמהלך תהליך ההתכווצות של הסרקומר מחליקים סיבי החלבונים אלה על אלה, תוך כדי השקעת אנרגיה, ואזורי החפיפה מתקצרים ראו תיאוריית ההחלקה. כלי דם המוביל דם מהלב אל שאר חלקי הגוף לעורקים דפנות עבים, שריריים וגמישים )אלאסטיים( הסופגים וממתנים את התנודות בלחץ הדם שיוצרות ההתכווצויות המחזוריות של הלב. עורק המוביל את הדם מהחדר הימני של הלב אל הריאות, ומתפצל בהמשכו לשני עורקים שכל אחד מוביל את הדם לריאה אחרת. אחד משני מדורי הלב שאליהם מגיע דם מהוורידים, ומהם עובר הדם לחדרים. החוליות המקיפות את מוח השדרה ומגינות עליו., תומכות בגולגולת ובגפיים העליונות ומספקות אחיזה לשרירים. קפל רקמה הקבוע בכניסה לגרון )בקדמת קנה הנשימה(, ומוסט בזמן הנשימה כלפי מעלה ובכך מאפשר לאוויר לזרום לתוך הריאות והחוצה. בזמן בליעה, מוסט הענבל על ידי המזון כלפי מטה, חוסם למעשה את הגרון מפני כניסת חלקיקי מזון לקנה ולראיות. המזון מחליק על הענבל לכיוון הושט )Esophagus( הנמצאת מאחורי הקנה, ודרכה מועבר המזון לקיבה. צרור של שלוחות תאים במערכת העצבים ההיקפית הנתונים בעטיפה של רקמת חיבור. העצבים מורכבים מאקסונים של תאי עצב )נוירונים( מוטוריים, מאקסונים ומדנדריטים של נוירוני חישה, או מכל אלה גם יחד. מבנים דומים במוח ובמוח השדרה מכונים מסילות. עצב הכולל שלוחות של תאי עצב תחושתיים. עורק )Artery( עורק הריאה )Pulmonary Artery( עליה )Atrium( עמוד השדרה )Vertebrae( ענבל )Epiglottis( עצב )Nerve( כל אחד מן האיברים הבנויים מרקמת עצם, שמהם מורכב שלד החוליתן. העצמות מסייעות לשרירים בהנעת הגוף וחלקיו השונים, מגינות על איברים אחרים, משמשות כמאגר למינרלים ובחלקן נוצרים תאי דם. המקום העיקרי שמיוצרים בו תאי דם. "בליעה, או אכילה, של תאים". תהליך של אנדוציטוזה באמצעותו ניזונים רבים מהחד-תאיים ומהרב- תאיים הפשוטים, וכמו כן זהו אחד ממנגנוני ההגנה של הגוף באמצעותו בולעים תאים לבנים מסוג פגוציטים גורמי מחלה שונים כגון חיידקים ונגיפים. המתח בו נוצרת תגובה לגירוי בתאים ניתנים לעירור. למשל יצירת פוטנציאל פעולה )מתח פעולה( בתאי עצב. עצב תחושתי ( Sensory )Nerve עצם )Bone( עצם אדום ( Bone Red )Marrow פגוציטוזה )Phagocytosis( פוטנציאל הסף = פוטנציאל העירור = מתח העירור ( Threshold )Potential פוטנציאל מנוחה = מתח מנוחה ( Resting )Membrane Potential פוטנציאל פעולה )מתח הפעולה, Action )Potential פוספוליפידים הפרש המתח החשמלי היציב הקיים בין שני צידי קרום התא )בין פנים התא לבין סביבתו( במצב מנוחה, כלומר כאשר לא קיים גירוי. במצב זה קרום התא "מקוטב". היפוך פתאומי וקצר מאד של הפרש המתחים היציב בין שני צידי קרום התא )כלומר, של פוטנציאל המנוחה של הקרום( בתאי עצב ובתאים אחרים הניתנים לעירור - תאי בלוטה ותאי שריר. בסוגים אחרים של תאים פוטנציאל המנוחה הוא יציב. מולקולות ליפידיות אשר בהן קשורות לגליצרול רק שתי חומצות שומן, ובמקום חומצת השומן השלישית קשורה לגליצרול קבוצת זרחה )אליה קשורה קבוצה כימית נוספת( קבוצה של תרכובות אורגניות שנוסחתן הכללית היא.(CH 2 (O n כל התאים משתמשים בפחמימות כאבני בניין, וכמאגרי אנרגיה. הפחמימות כוללות חד-סוכרים )גלוקוז, לדוגמא(, דו-סוכרים )סוכרוז, לדוגמא( ורב-סוכרים )עמילן, גליקוגן ותאית(. ראה ליף. תהליך של אנדוציטוזה באמצעותו קולט התא נוזלים מסביבתו. בתהליך הפינוציטוזה נקלטות בתא מולקולות של מתווכים עצביים המשתחררות בסינפסה. פעולה פיסית, מכנית, אלקטרונית וכו' שיש לה מטרה להשפיע על ערך פיסיקלי כלשהו. פחמימה )Carbohydrate( פיבריל )Fibril( פינוציטוזה,Pinpcytosis( "שתייה של תאים", "גמענות"( פעולת בקרה עמוד 235

236 המושג פרפור חדרים )VF( צומת עצב-שריר neuromuscular ( )junction ציטופלסמה )Cytoplasm( צינוריות Transverse ( T )Tubule ההסבר מצב אי סדירות קיצונית בפעולת הלב, הפרעת קצב, בה הקוצב המרכזי של הלב מפסיק לעבוד ולשחרר קצבים חשמליים שיפעילו את הלב. הגוף, כמנגנון פיצוי מייצר קוצבים חיצוניים, משניים, המנסים לתת קצב ללב, אבל הם קוצבים חלשים מאוד ואינם מסוגלים להפעיל את הלב, לכן במקום להתכווץ הלב מפרפר באופן בלתי סדיר ובלתי יעיל. במצב זה הלב עלול לרטוט בקצב של "פרפורים" לדקה, ולמעשה אינו מתכווץ ואינו נספיק להתמלא ולדחוף דם לגוף, ולכן לא יורגש דופק במצב זה. טיפול בפרפורי לב יכול להיעשות בעזרת הלם חשמלי, אך באם לא נעשה טיפול בתוך 3-4 דקות, עלול להיגרם דום לב. סינפסה בין קצה של אקסון של תא עצב תנועתי, לבין קרום תא שריר, באמצעותה עובר הגירוי העצבי לתא השריר ומתורגם בו להתכווצות הליפים מהצומת עצב-שריר מועבר הגירוי כפוטנציאל פעולה לצינוריות T, ובאמצעותן לרשת הסרקופלסמית. נוזל צמיג ושקוף, הנמצא בין קרום התא לקרום הגרעין, ומכיל בתוכו אברונים תוך תאיים שונים )לא כוללת את גרעין התא(. מערכת של שלוחות צינוריות של קרום תא השריר, המקיפות את הליפים הנמצאים בתא זה ומתחברות לרשתית הסרקופלסמית העוטפת את הליפים. גירוי המגיע באמצעות נוירוטרנסמיטור לתא השריר, בצומת עצב-שריר, מתורגם לפוטנציאל פעולה ומועבר במהירות באמצעות התעליות אל הרשתית הסרקופלסמית. מחלה תורשתית קשה המשפיעה בין היתר גם על הריאות, ונגרמת עקב פגם בחלבון הנמצא בקרומי התאים ומעביר יוני כלור. כתוצאה מאי תפקודו של החלבון, משתבש מאזן הנוזלים בתאים, והתאים מפרישים כמויות גדולות של נוזל סמיך. בריאותיהם של החולים במחלה מצטבר הנוזל הסמיך ומקטין מאד את השטח הזמין לחילופי גזים, ועקב כך גורם להקטנת אספקת החמצן למערכת הדם ולתאי הגוף. הליך אבחנתי וטיפולי הנפוץ בשימוש בחולי לב לצורך אבחון וטיפול בבעיות כלי דם, בעיקר עורקים כליליים. מטרת הצנתור למצוא ולמפות את התהליך הטרשתי. הפעולה הינה פשוטה יחסית: בחולה נעשה דיקור של עורק גדול )לרוב עורק המפשעה, או עורק האמה, ודרכו מוכנס קטטר קטן תוך הזרקה של חומר ניגוד ושיקוף רנטגן. המצנתר מכוון את הקטטר אל כלי הדם הכליליים המבוקשים. הזרקתו של חומר הניגוד לתוך כלי הדם מאפשרת לאמוד את קוטרם ואת היקף ההיצרויות שבהם. צנתור יכול להיות אבחנתי בלבד )70% מהמקרים( או אבחנתי וטיפולי )30% מהמקרים( כאשר מבצעים פתיחה של כלי דם חסום. לרוב, מטרתו של צנתור טיפולי היא פתיחת "סתימה" בכלי הדם, כלומר פתיחה של ההיצרות בעורק. פעולה זו מתבצעת באמצעות השחלת בלון דרך האזור המוצר וניפוחו כך שהוא מרחיב את כלי הדם. פעמים רבות מניחים על גבי הבלון תומכן )קפיץ )Stent אשר עוזר לשמור את כלי הדם פתוח. קווים הנראים בחתך מיקרוסקופי של סיבי שריר משורטט. קווי ה- Z ומגדירים את שני קצותיו של הסרקומר. קווי Z הם המקנים לשריר את מראהו המפוספס אזור בשריר העלייה הימנית של הלב האחראי לקצב התקין של פעימות הלב. תאי הקוצב הם תאי שריר שעברו התמחות והם יוצרים באופן ספונטאני גירויים חשמליים העוברים במערכת ההולכה החשמלית של הלב ומפעילים את הלב. מבחינים בין קוצב הלב הראשי, הנקרא גם קשר הסינוס node(,(sinus-atrial ובין קוצב הלב המשני node(.)atriol-ventricular אזור בשריר הלב, הנמצא בחלק התחתון של העלייה הימנית, המקבל את הגירויים החשמליים מקוצב הלב הראשי ומעביר אותם לחדרים. כמות האוויר המכסימלית שאדם מסוגל להחליף בנשימה מאומצת, כ- 4.5 ליטרים. הקיבולת החיונית כוללת את נפח האוויר המתחלף )0.5 ליטר(, את אוויר המלאי השאיפתי )כ- 2.5 ליטרים( ואת אוויר המלאי הנשיפתי )כ- 1.5 ליטרים(. צינור מוליך אוויר המהווה חלק ממערכת הנשימה, ומוביל את האוויר מהגרון )Larynx( אל הסימפונות המוליכות על אחת לריאה אחרת. השכבה החיצונית של העצם. מכילה עצבים רבים, ובעיקר כאלה המעבירים תחושת כאב. ציסטיק פיברוסיס )Cystic Fibrosis( צנתר לב )Catheter( קווי )Z Bands( Z קוצב לב ( Cardiac pacemaker קוצב לב משני Atriol)- Ventricular node) קיבולת חיונית ( Vital )Capacity קנה הנשימה )Trachea( קרום העצם )Periosteum( קרום התא )ממברנה, )Membrane קרומי האדר Pleural),membranes או פלאורה, )Pleura כל תא מוקף בקרום המפריד בין התא לסביבה החיצונית. לקרום התא תכונות המאפשרות לתא לשמור על תפקודו כיחידה עצמאית, והוא מורכב משכבה כפולה של מולקולות שומניות בתוכה משולבים חלבונים. קרום התא מבקר את מעבר החומרים אל התא וממנו החוצה. נקרא גם צדר. קרום כפול המורכב מקרום חיצוני הדבוק אל קירות בית החזה )השרירים והצלעות( וקרום פנימי הצמוד אל הריאות. בין שני הקרומים המרכיבים את האדר קיים מרווח זעיר מלא נוזל. קרום האדר העוטף את הריאות הפסיביות, מצמיד אותן לדפנות בית החזה ומאפשר יצירת תת-לחץ בבית החזה. תת-הלחץ בבית החזה מחזיק את נאדיות הריאות מלאות באוויר, והכרחי לקיום השאיפה והנשיפה. עמוד 236

237 המושג קריאטין פוספט Creatine ( -.)Phosphate קרינה אינפרא-אדומה )תת-אדומה, Infrared )Radiation ההסבר מולקולה הנמצאת בתאי השריר בריכוז הגבוה פי חמישה מריכוז ה- ATP בו ומספקת ביעילות מולקולות פוספט למולקולות ה- ADP. מאגר הקריאטין פוספט בתא מספיק לכמה התכווצויות של הליפים, עד שמערכות ייצור ה- ATP בתהליך הנשימה התאית נכנסות לפעולה, ומספקות את המשך ה- ATP הנדרש להתכווצות. קרינה אלקטרומגנטית בתחום אורכי גל שמעל האור הנראה ומתחת לגלי מיקרו. שמה של הקרינה "תת- אדומה", ניתן לה מאחר והיא נושא אנרגיה נמוכה מזו של אנרגית אורך הגל של הצבע האדום, הקרינה הנראית בעלת אורך הגל הארוך ביותר )כפי שניתן לראות באיור(. אורכי הגל הכלולים בתחום הקרינה האינפרא-אדומה מוגדרים בדרך כלל כאלה שבין 1 מילימטר ל- 750 ננומטר )1 ננומטר = מיליונית המילימטר(. קרינה אינפרא אדומה מוקרנת על ידי כל גוף כשהוא בטמפרטורה שמעל האפס המוחלט )כלומר מעל 0 מעלות קלווין(, אך העין אינה רגישה לקרינה זו. בני אדם נעזרים במכשירים לגילויה, ויש לכך שימושים בתחומים רבים, אזרחיים וצבאיים. בעלי חיים, כגון נחשים, שיש להם חיישנים הקולטים קרינה זו, ובאמצעותה הם יכולים לאתר את טרפם בחושך מוחלט. קרינת אנרגיה המתפשטת בחלל בצורת גל אלקטרומגנטי במהירות קבועה )מהירות האור שהיא כ- 300 אלף קילומטר לשנייה!(. הקרינה מכונה "אלקטרומגנטית" מאחר והתגלה כי מקורה בתנודות )"גלים"( של מטענים חשמליים )הנקראים "פוטונים"( היוצרים בתנועתם שדות מגנטיים. הקרינה האלקטרומגנטית נעה, כאמור, בצורה של גלים מחזוריים )ראו איור(, ונמצא כי יש קשר בין אורך גל לאנרגיה שהוא נושא - ככל שאורך הגל )= המרחק בין שני שיאים שלו( קצר יותר, כך גדלה כמות האנרגיה שאותה הוא נושא. היבט חשוב נוסף הוא שהמרחק שהקרינה עוברת בשנייה אחת הינו מכפלת אורך גל יחיד במספר הגלים הנוצרים בשנייה )כלומר, בתדירות הגל(: מהירות האור )300,000 קמ"ש( = אורך גל תדירות הגלים )מספר הגלים לשנייה( מאחר ומהירות האור קבועה, הרי שתדירות הגל )מספר התנודות לשנייה( ואורכו של הגל נמצאים ביחס הפוך זה לזה ככל שהתדירות עולה, כך יורד אורך הגל, ולהיפך. ומאחר, כפי שכבר ציינו, ככל שתדירות הגל עולה, כך גדלה כמות האנרגיה שבה, הרי שלקרינה אלקטרומגנטית בעלת אורכי גל קצרים ותדירות גבוהה, יש אנרגיה גבוהה יחסית לקרינה אלקטרומגנטית בעלת תדירות נמוכה ואורך גל גדול. העין של האדם מסוגלת לקלוט, ולעבד לאותות עצביים הנקלטים במוח, קרינה אלקטרומגנטית באורכי גל מסוימים, בתחום הנקרא ספקטרום האור הנראה )ראה איור מצורף(, מאורכי גל קצרים יחסית של האור הסגול )כ- 400 ננומטר(, ועד האור האדום, בעל אורכי גל ארוכים, יחסית )כ- 700 ננומטר(. אורכי גל קצרים יותר מהאור הסגול נקראים קרינה אולטרא סגולה )על-סגולה(, אלה הארוכים יותר מהאור האדום נקראים קרינה אינפרא אדומה )תת-אדומה(. להלן איור של הקרינה האלקטרומגנטית בספקטרום )תחום( קרינת השמש, כלומר תחום אורכי הגל השונים בקרינה הנפלטת מהשמש. במרכז ניתן לראות, בהגדלה, את תחום אורכי הגל של האור הנראה. משמאלו, אורכי גל גדולים יותר )אך בעלי אנרגיה נמוכה יותר( קרינה אינפרא אדומה, גלי מיקרו וגלי רדיו, ומימינו אורכי גל קצרים יותר )אך בעלי אנרגיה רבה יותר( קרינה אולטרא סגולה )קרני,(UV קרני X )"רנטגן"( וקרני גמא. קרינה אלקטרומגנטית Electromagnetic ( )Radiation אזורים חסרי מיילין בכיסוי המיילין של האקסונים בתאי העצב. לקשרי רנווייה יש חשיבות רבה בהולכת המידע על פני האקסון, מאחר והם מגבירים את מהירות ההולכה )ראו הולכה בקפיצות(. היחידה התפקודית של תגובת הרפלקס. בצורתה הפשוטה ביותר היא כוללת את המרכיבים הבאים: חיישן )רצפטור( עצב תחושתי עצב מקשר בגנגליון עצב תנועתי שריר או בלוטה. קשרי רנווייה ( of Nodes )Ranvier קשת רפלקס ( Reflex )Arch עמוד 237

238 המושג ריאקציה כימית )Chemical Reaction( ריסים )=שעריות,,Cilium ברבים )Cilia ההסבר תגובה בין מולקולות שבמהלכה נוצרים קשרים כימיים חדשים בין אטומים. במהלך הריאקציה נוצרות מולקולות חדשות )התוצרים( מהמולקולות שהגיבו בריאקציה )המגיבים(. שלוחה קצרה דמוית שערה הבולטת מפני התא ויש לה כושר תנועה. הריסים מעורבים בתנועה, בחישה וביצירת זרמי נוזל, כגון הסעת ריר הנוצר ברירית הנשימה שבכלי הנשימה אל מחוץ למערכת )לדוגמא אל פתחי מערכת העיכול(, על מנת לסלק ממערכת הנשימה מיקרואורגניזמים וחלקיקים שנכנסו אליה עם האוויר במהלך השאיפה, ובכך מסייעים לניקיון הרקמות. רקמת אפיתל במערכת הנשימה המפרישה ריר )Mucus( הריר לוכד בתוכו מיקרואורגניזמים וחלקיקים אחרים )עשן ואבק, למשל(. בכך הוא מונע מהם מלהגיע לריאות, לזהם אותן, ואף להתרבות ולהפרש רעלנים במקרה של מיקרואורגניזמים. הריר, יחד עם החלקיקים שנלכדו בו, מוסע באמצעות הריסים ומסולק ממערכת הנשימה. רכיב במאמץ )כלומר הכוח שמפעילה המערכת על זרוע המנוף( שאינו גורם לסיבוב זרוע המנוף סביב. הציר, אלא דוחף את הזרוע לכיוון הציר. מופיע )בזוויות יישום קטנות מ- ) 90 0 הרכב במאמץ )כלומר הכוח שמפעילה המערכת על זרוע המנוף(שאינו גורם לסיבוב זרוע המנוף סביב הציר, אלא מושך את הזרוע מהציר והלאה )בזוויות יישום גדולות מ- 90(. 0 סולם המבטא את חוזקם של בסיסים וחומצות על פי ריכוז יוני המימן ( + H( בתמיסות, או ליתר דיוק ריכוז יון ההידרוניום, + O H 3 הנוצר מהתקשרות יון המימן למולקולת מים. ככל שערך ה- ph של התמיסה נמוך יותר, כך ריכוז יוני המימן גבוה יותר, והתמיסה חומצית יותר, ולהיפך ככל שערך ה- ph של התמיסה גבוה יותר, כך ריכוז יוני המימן נמוך יותר והתמיסה בסיסית יותר )בעלת ריכוז גבוה יותר של היון -.)OH ההפרש בין כל שתי יחידות של הסולם הוא פי עשרה )ריכוז יוני ההידרוניום בתמיסה בעלת גדול פי עשרה מריכוזם בתמיסה בעלת.pH=7 ph=6 לרמת החומציות של הדם יש השפעה על תפקוד הרקמות בגוף, והיא מושפעת בין היתר מריכוז החומצה הפחמתית, כלומר מריכוז הפד"ח בדם.. רמת החומציות נקלטת על ידי חיישנים מיוחדים בכלי הדם, ומשפיעה על קצב איוורור הריאות. )בלטינית: - reflective להחזיר, להשיב לאחור(. אורח התנהגות פשוט מאד, השכיח אצל רוב בעלי החיים שיש להם מערכת עצבים: גירוי כלשהו גורם לתגובה קבועה פשוטה ומיידית )"לא רצונית"( של שריר או בלוטה. תגובת רפלקס הנרכשת ע"י האורגניזם במשך חייו כתוצאה מניסיון. הקניית הכושר להגיב על גירוי מסוים בתגובת רפלקס הצמודה לגירוי אחר של רפלקס קיים. מושגת ע"י הפעלת שני גירויים בעת ובעונה אחת במשך זמן מה. לדוגמא, הרפלקס של קישור של אוכל עם צלצול פעמון אצל כלב, רפלקס שגילה פאבלוב, אשר הגדיר ראשון את תופעת ההתניה. משמש לאילוף בע"ח לפעולות מסוימות. רפלקס הקיים בבע"ח מהיוולדו, וקיומו אינו מותנה בלמידה וברכישת ניסיון. לדוגמא רפלקס הברך )מכה על פיקת הברך גורמת לתנועה בלתי רצונית שלה(, רפלקס סגירת העפעף, כתגובה לגוף המתקרב אל העין, ורפלקס היניקה הבא לידי ביטוי בתגובה של הוולד לגירוי בלחי ובשפתיים. רצועות המחזקות זו לזו שתי עצמות במפרק. לרצועות יש אלסטיות מסוימת המאפשרת להן להימתח בזמן תנועת המפרק. הרצועות כוללות תאים וכן חומר בין-תאי הכולל סיבי אלסטין, שהם סיבים חלבוניים בעלי כושר מתיחה. תא קולט גירויים מהסביבה החיצונית או הפנימית ומתרגם אותם לדחף עצבי המועבר בעצב למרכזי עצבים. רירית הנשימה )Respiratory Mucosa( רכיב דוחס )= מקבע( רכיב מפרק רמת החומציות,pH( ראשי תיבות של Power of )Hydrogen רפלקס )Reflex( רפלקס נרכש )= התניה, - )Conditioning רפלקס תורשתי )=מולד( רצועות )Ligaments( רצפטור)חייש, קולטן, - )Sensory Receptor תא חישה. רקמת חיבור - רקמת חיבור היא רקמה התומכת מבנית באיברים או ברקמות אחרות, קושרת אותם, מפרידה ביניהם, מגנה עליהם או מרפדת אותם. רקמת החיבור היא הרקמה הנפוצה ורבת המופעים ביותר באורגניזמים מורכבים. רקמה חיבור מורכבת משלושה מרכיבים עיקריים: 1. תאים: פיברובלסטים ותאים אחרים, המייצרים ומפרישים נוזל ומרכיבים אחרים המצטברים ויוצרים את חומר הבסיס של הרקמה. 2. חומר בין-תאי: נוזל בין תאי ובו סיבי חלבונים שונים ולעיתים רב-סוכרים שונים המופרשים מהתאים ברקמה. 3. סיבים: סיבי חלבון - קולגן ואלסטין בעיקר. סיבי הקולגן מעניקים חוזק וסיבי האלסטין מעניקים אלסטיות לרקמה. עמוד 238

239 המושג רקמת חיבור )Connective Tissue( רקמת חיבור - )Connective Tissue( רקמת עצם ספוגית,)Spongy Bone( רקמת עצם צפופה )= עצם קומפקטית, Compact )Bone רשתית סרקופלסמית Sarcoplasmic ( )Reticulum ההסבר סוג של רקמה. מאחד מארבעת הסוגים הבסיסיים של רקמות )הסוגים האחרים הם רקמת אפיתל, רקמת שריר ורקמת עצב(. רקמת חיבור מתפקדת בתמיכה, בהגנה ובריפוד איברים בגוף. לדוגמא רקמת סחוס, רקמת עצם, רקמת שומן ורקמת דם. רקמה המתפקדת בתמיכה, בהגנה ובריפוד איברים בגוף. לדוגמא רקמת סחוס, רקמת עצם, רקמת שומן ורקמת דם. רקמה דמוית ספוג, העשויה מכפיסונים )טרבקולות( שביניהם חללים חללים. המכילים את רקמת מוח העצם וכלי דם. רקמת עצם קשה, המקנה לעצם את חוזקה. מורכבת מאוסטאונים, ומהווה את החלק ההיקפי של העצם. מערכת של חללים עטופי קרומים, המקיפה את הליפים שבתא השריר ומכילה ריכוז גבוה של יוני סידן. פוטנציאל פעולה המגיע אל הרשתית הסרקופלסמית, באמצעות תעליות T, גורם לשחרור יוני סידן ממנה אל הליפים, וכתוצאה מכך מתאפשרת היווצרותם של גשרי רוחב בין חלבוני המיוזין והאקטין, ומתרחשת התכווצותם של הליפים. תהליך הכנסת האוויר אל הריאות מהסביבה החיצונית במהלך הנשימה. רקמה שתאיה מסוגלים להתכווץ ולפתח כוח בתגובה על גירוי המגיע אליהם מנוירון, ואחר כך לשוב ולהתרפות. רקמות שריר מעורבות בתנועה, בהתכווצות ובהרפיה של איברים פנימיים )כגון הלב(, בשמירה על יציבה, בייצור חום ובתהליכים נוספים. שריר ייחודי, הדומה במבנהו הבסיסי לשרירי השלד, אך הפעלתו איננה רצונית. שריר הלב פועל ללא הפסקה החל מהיווצרותו בעובר ועד למוות. הוא שריר המצטיין במבנה האחיד בציטופלזמה )בניגוד לשרירי השלד ושריר הלב הנראים כבעלי פסים משורטטים(. תאיו קטנים ובעלי גרעין אחד בלבד. תאי השריר החלק מתכווצים לאט יותר ואינם נתונים לשליטה רצונית כמו שרירי השלד, אלא מופעלים על ידי מערכת העצבים האוטונומית הבלתי מודעת. השרירים החלקים מהווים את המרכיב העיקרי בדפנות כלי הדם, בדפנות איברים פנימיים שונים, כגון הקיבה, כיס המרה, הלימפה וכו'. השרירים החלקים מפתחים במידת מה אנרגיה, אך היא מועטה מאוד יחסית לשרירי השלד. שרירים הנמצאים בדפנות של צינורות בגוף. כגון: בכלי הדם, בצינור העיכול, צינורות השתן וצינורות הנשימה. הפעלתם אינה רצונית והתכווצותם נעשית במסגרת פעולת האיברים הפנימיים. שריר שבהסתכלות בחתך שלו במיקרוסקופ, ניתן להבחין בפסים אחידים לרוחב הסיבים שלו. שרירי השלד, שרירי הסרעפת ושרירי הפנים והלשון הם שרירים משורטטים. רקמה הבנויה ממאות עד אלפים רבים של תאי שריר משורטט, המאורגנים בצרורות המוקפים ברקמת חיבור. רקמת החיבור נמשכת מעבר לשריר ויוצרת באופן זה את הגידים המחברים את השריר לעצם, וגורמים לעצם לנוע כאשר השריר מתכווץ ומתרפה. שרירי השלד הם שרירים רצוניים, כלומר מופעלים באופן מודע. שרירים המקיפים את איברי הבטן הפנימיים. התכווצות שרירים אלה גורמת לאיברי הבטן ללחוץ על הסרעפת ולהקטין את נפח בית החזה בזמן נשיפה עמוקה. תא בעל גרעין המוקף בקרום ואברונים מתוחמים בקרום אחרים, כגון מיטוכונדריה וכלורופלסט )בצמחים(. שאיפה )Inspirium( שריר )Muscle( שריר הלב ( Cardiac )Muscles שריר חלק ( Smooth )muscle שריר חלק ( Smooth )Muscle שריר משורטט ( Striated )Muscle שריר שלד ( Skeletal )Muscles שרירי קיר הבטן תא של בעל חיים, כלומר של יצור איקריוטי רב-תאי, המאופיין בכך שאין לו דופן תא, ואינו כולל את האברונים כלורופלסט וחלולית מרכזית יחידת המבנה הבסיסית של מערכת העצבים. תא של רקמה עצבית המעביר גירויים עצביים. מורכב מגוף התא, מדנדריטים הקולטים גירויים בצד האחר-סינפטי של סינפסה, ומאקסון המעביר את הגירויים מתא העצב לצד הקדם-סינפטי של סינפסה אחרת. תא עצב הנמצא כולו במערכת העצבים המרכזית ומשמש לקישור בין עצבים אחרים, כגון בין תא עצב תחושתי לתא עצב תנועתי בקשת הרפלקס, או בין תאי עצב ביניים אחרים. האקסון שלו קצר בד"כ. תאי עצב הביניים מעבדים את הקלט )מידע חדש ומידע אגור(, ומשפיעים על פעילותם של תאי עצב אחרים. תא עצב המוליך מידע על גירויים הנקלטים מהסביבה, או מאיברים בגוף, אל המוח או אל מוח השדרה, כלומר נוירון המעביר דחף אל מערכת העצבים המרכזית. בעל דנדריט אחד ארוך, הנבדל מאקסון רק בכיוון העברת הדחף )בכיוון אל התא(. גוף התא של תא עצב תחושתי נמצא מחוץ למערכת העצבים המרכזית. תא איקריוטי.Eukaryotic Cell(,Karyon ביוונית גרעין( תא אנימלי, תא בעל-חיים )Animalian Cell( תא עצב )= נוירון, - )Neuron תא עצב מקשר או ביניים )Interneuron( תא עצב תחושתי )Sensor neuron( עמוד 239

240 המושג תא עצב תנועתי או מוטורי )Motor neuron( תא פרוקריוטי Pro.Prokaryotic Cell( בלטינית לפני, Karyon גרעין( תאי חישה ( Sensory )Receptors תאי שוואן ( Schwann )cells תהליך תמיסה איזוטונית שווה= isos,,isotonic( מתח= tonos ( תמיסה היפוטונית,Hypotonic( מתחת ) hypo= תמיסה היפרטונית,Hypertonic( מעל= hyper ( תסיסה )Fermentation( תעוקת לב או תעוקת חזה תעלות חלבוניות )Pores( תפוקת הלב ( Cardiac - )output תרכובת אורגנית תרכובת אורגנית Organic ( )Compounds ההסבר תא עצב המעביר דחף ממערכת העצבים המרכזית אל תאי שריר, אל בלוטה, או לשניהם גם יחד. דרכו מועברים הדחפים הגורמים לשריר להתכווץ או לבלוטה להפריש. גוף העצב נמצא בתוך מערכת העצבים המרכזית, וממנו נשלח אקסון ארוך אל איבר המטרה. חיידק. יצור חד-תאי, בדרך כלל בעל דופן, שהדנ"א שלו אינו מוקף בקרום גרעין, ושאינו מכיל אברוני מתוחמי קרום, כגון מיטוכונדריון או כלורופלסט. תאים הקולטים מידע מהסביבה הפנימית )לדוגמא מידע על ריכוזי הפד"ח או החמצן בדם(, או מהסביבה החיצונית, ומתרגמים את המידע לדחף עצבי המועבר למערכת העצבים המרכזית. תאים בעלי גרעין וציטופלסמה הכרוכים סביב האקסונים של תאי עצב במערכת העצבים ההיקפית, ויוצרים את מעטפת המיילין. מעטפת המיילין סביב האקסון מקוטעת על ידי קטעים חשופים הנקראים קשרי רנווייה, וגורמים לתופעה של הולכה בקפיצות conduction(,)salutatory כאשר פוטנציאל הפעולה "מדלג" בין האזורים החשופים, שאינם מכוסים במעטפת המיילין, ולכן מתקדם במהירות גדולה בהרבה מאשר בתאי עצב חשופים. מייצג מקום פיסי שבו מקבלים, מודדים ומבקרים ערך המשתנה המבוקר. לדוגמא גוף האדם )בו מתרחש תהליך של ויסות הטמפרטורה(, או תנור האפייה החשמלי )בו מתרחש תהליך ויסות הטמפרטורה(. תמיסה שריכוז המומסים בה שווה לריכוזם בתמיסה האחרת. מאחר וריכוז המומסים שווה בשתי התמיסות, לא מתרחשת תנועה נטו של מים בינה לבין תמיסה אחרת, המופרדת ממנה בקרום. תמיסה שריכוז המומסים בה נמוך יחסית לריכוזם בתמיסה האחרת, ולכן מים עוברים ממנה נטו לתמיסה אחרת, המופרדת ממנה בקרום. תמיסה שריכוז המומסים בה גבוה יחסית לריכוזם בתמיסה האחרת, ולכן מים עוברים אליה נטו מתמיסה אחרת, המופרדת ממנה בקרום. מסלול משחרר אנרגיה אל-אווירני, כלומר ללא שימוש בחמצן מתחילתו ועד סופו. תהליך זה מתרחש כולו בציטופלסמה )תחילתו בגליקוליזה( ובמהלכו מיוצרת כמות קטנה של ATP )רק שתי מולקולות( מכל מולקולת גלוקוז המפורקת במהלכו. שתי דרכים נפוצות של תסיסה הן תסיסה אלכוהולית ( Alcoholic.)Lactate Fermentation ותסיסת חומצת חלב )תסיסה לקטית, )Fermentation מחלה של שריר הלב, המתבטאת בכאב לוחץ בחזה שלעתים מקרין גם אל היד השמאלית, ללסת ולבטן עקב מאמץ. כאב זה נגרם משום שלא מגיע מספיק דם ללב בגלל היצרות באחד העורקים הכליליים בגלל טרשת העורקים או קריש דם. התרופה השכיחה לתופעות של תעוקת הלב היא ניטרוגליצרין שפועל על ידי הרחבת כלי הדם, וגורמי הסיכון העיקריים הם: עישון, יתר לחץ דם וסוכרת. תעלות בתוך חלבונים המשובצים בין הפוספוליפידים המרכיבים את קרום התא. נפח הדם היוצא במשך דקה מכל חדר בלב )כ- 5 ליטרים אצל אדם מבוגר במנוחה(. ראה מולקולה אורגנית. תרכובת הבנויה מאטומים של יסוד אחד או יותר, הקשורים בקשרים קוולנטיים לאטומי פחמן. אטומי הפחמן מהווים את "השלד" של התרכובות האורגניות, ואליהן נקשרים אטומים שונים, בעיקר כגון מימן, חמצן וחנקן, ולעתים גם זרחן וגופרית או אטומים אחרים. עמוד 240

241 ביבליוגרפיה בכר חגית, ברנהולץ חנה )1999(. תקשורת ויסות ותיאום בבעלי חיים. הוצאת המרכז הישראלי להוראת המדעים, האוניברסיטה העברית בירושלים. )לפרק מערכת העצבים( זהר עזרה ויאיר שפירא )1987( הגוף ותיפקודו, אנטומיה, פיסיולוגיה, תזונה. הוצאת עם עובד. )לכל הפרקים(. כהנא אורה, דנה ודר-וייס )2006(. מערכות ותהליכים באדם, בבעלי חיים ובצמחים הובלה, נשימה, הפרשה ויסות הטמפרטורה, הגנה וחיסון. הוצאת המרכז הישראלי להוראת המדעים, האוניברסיטה העברית בירושלים. )לפרקים על מערכת הדם, מערכת הנשימה ויסות טמפרטורת הגוף(. מקל יואב )2005(. כושר גופני, רקע פיזיולוגי, שיטות אימון ודרכים לפיתוח הכושר הגופני. הוצאת המחבר. )לפרקים על השרירים והתנועה( מרקוזה-הס עדי, פרנקל דידה ובשן נורית )2002(. ביולוגיה של האדם.הוצאת המרכז הישראלי להוראת המדעים, האוניברסיטה העברית בירושלים. )לכל הפרקים( סטאר ססי, ראלף טגארט )2002(. ביולוגיה האחידות והמגוון של החיים, הוצאת האוניברסיטה הפתוחה. )לכל הפרקים( קרלסון ניל ר' )2001(. הפיזיולוגיה של ההתנהגות. האוניברסיטה הפתוחה. )למערכת העצבים( תמיר ערן )1996(. גוף האדם - אנטומיה פיזיולוגיה ופתולוגיה, הוצאת המחבר. )לפרקים על מערכות הדם, הנשימה, השלד והשרירים(. עמוד 241

242 דוגמאות לשאלות ממבחני בגרות שימו לב למס' השאלון בכל עמוד ההנדסה מדעי עמוד 242

243 עמוד 243

244 עמוד 244

245 עמוד 245

246 עמוד 246

247 עמוד 247

248 עמוד 248