מאמר - קולטנים כימיים: תפקידם ותפקודם בנשימה ובעצירת נשימה

[רע]

1. קולטנים כימיים: הקדמה

1.1 קולטנים כימיים הינם תאים המסוגלים לזהות שינויים בסביבה שבה הם נמצאים ולייצר אותות עצביים בתגובה לכך. למעשה, הקולטנים בנויים מתאי עצב תחושתיים שמגיבים לשנויים המתחוללים בתוך גופינו ובמערכת הדם. הקולטנים הכימיים במערכת הנשימה רגישים לשינויים ברמת החומציות בדם ולריכוזים כימיים שונים, והם נמצאים בגזע המוח, במוח המוארך (Medulla Oblangata).

1.2 כימורצפטור הוא תא גוף, ויש בו צטופלסמה (נוזל התא), גרעין וקרומית והוא מאוד רגיש לקבוצה מסוימת של גירויים,כמו לחץ, וריכוז חומרים מסיסים בדם, בנוסף לכך הכימו-רצפטור (קולטן-כימי) מקושר למערכת העצבים באמצעות חומרים מתווכים מיוחדים - שליחים עיצביים (נוירוטרנסמיטרים).

1.3 הנוירוטרנסמיטרים הינם למעשה מולקולות אשר עוברות בין נוירון (תא עצב) לתא מטרה שיכול גם להיות חא מטרה אחר כמו למשל תא שריר, או תא בלוטה המפריש חומרים. הם נשלחים מקצה תא עצב שניקרא אקסון (המכונה גם התא הפרה סינפטי) על ידי שליחת פולס חשמלי בגוף התא ודרך הסינפסה, שהיא בעצם המרווח בין תאים, ומגיע לתא הפוסט סינפטי (תא היעד), ואז משנות את מצב החשמלי בתא זה. ההולכה העצבית מאפשרת העברת מסרים בין תאי העצב ולפיכך אי אפשר להבין את המקורות העצביים מבלי להבין את תפקידם.

גזע המוח והמוח המוארך (medulla oblangata) - תרשים





2. קולטנים כימיים: תפקידם ותפקודם במערכת הנשימה

2.1 תפקיד הקולטנים הכיימים במערכת הנשימה בא לידי ביטוי בזמן שישנם ריכוזים גבוהים של חומרים כימיים בדם, ואלה הם; פחמן דו חמצני, יוני מימן, וחמצן.

2.2 הקולטנים הכימיים ממוקמים בחלקו האחורי של הראש - בגזע המוח, בחלק שנקרא המוח המוארך, בגופים הקרוטיים הנמצאיים בנקודת ההסתעפות של העורק הקרוטי המשותף שבצוואר.

2.3 במצב רגיל הלחץ החלקי של פחמן דו חמצני בדם הוא 40 מ"ג כספית, וערכי האוירור (הריאתי) הם 6-10 ליטר לדקה. מחקרים מראים שעלייה בלחץ החלקי של הפחמן דו חמצני גורמת לעלייה ליניארית באורירור הריאתי. בתהליך האיורור מעורבים השרירים הבין צילעיים ושרירי הסרעפת.

2.4 קצב האיורור הריאתי משתנה בהתאם לפעילוית שאנו עושים ביום יום כמו: ריצה, הליכה, רכיבה על אופניים, שחיה וסוגי פעילות שונים נוספים. אך בזמן עצירת נשימה, ובמיוחד.בזמן עצירת נשימה מודעת מתחת לפני המים, מתרחשים בגופינו מספר רב של תהליכים פיזיולוגים בו זמנית. הבולט שבהם הוא שרמת הפחמן דו חמצני עולה בקצב מהיר מהרגיל מהסיבה פשוטה שכאשר אנו פעילים בזמן עצירת נשימה ישנה עלייה חדה בהתמוססות של פחמן דו חמצני בדם מכיוון שלא נוצר איורור בריאות וזה גורר תהליכים פיזיולוגים נוספים שנזכיר בהמשך המאמר.

2.5 הקולטנים מקושרים עם שרירי הנשימה באופן עצבי, כלומר, כאשר הקולטנים מזהים רמה גבוהה של מסיסות פחמן דו-חמצני בדם, דחף עצבי נשלח לשרירי הסרעפת ולשרירים הבין צילעיים והם יוצרים התכווצות – מה שניקרא שאיפה. פעולה זו דומה מאוד לפעולת מזרק רפואי אשר יוצר יניקה ופליטה בעזרת בוכנה והפרשי לחץ.

2.6 קולטנים נוספים נמצאים בשרירים הבין צילעיים. כאשר אנו מרפים את שרירי הסרעפת והשרירים הבין צילעיים, בלי מאמץ נוסף, נוצרת שאיפה, בגלל תת לחץ בתוך הריאות ביחס ללחץ הסביבתי. בזמן שאיפה השרירים הבין צילעיים נמתחים ובינהם ישנו קרום האדר - שם מצויים קולטנים - וגם הם מעבירים דחף עצבי למרכז הנשימה במוח המוארך,ומשם מתחדש דחף עצבי חדש בחזרה לשרירי הסרעפת ולשרירים הבין צילעיים וכך אנו מקימים נשימה ללא חריגות וללא הקדשת מחשבה מיוחדת לכך.

2.7 בזמן נשימה (אוורור ריאתי) ישנם תאי חמצן זמינים במערכת הדם וכך יורדת החומציות וכך גם רמת הפחמן דו חמצני ויוני המימן בנוזלי הגוף. בזמן עליה ברמת תאי החמצן בדם האיורור הריאתי יורד לרמה רגילה גם הוא.

2.8 מכלול התהליכים שהזכרנו עד עכשיו מרכיבים למעשה מנגנון הנקרא - וסת הומיאוסטטי אשר מתקן שינויים קיצוניים בריכוז פחמן דו-חמצני ויוני מימן בדם באמצעות ויסות האוירור בריאה, בתהליך שנקרא "משוב שלילי" העובד באופן הבא:

[רע]

הוסת ההומיאוסטטי ואופן פעולתו (משוב שלילי)


1. עליה בריכוז הפחמן הדו חמצני ויוני מימן

2. יוצרת גירוי בתאי חישה (קולטנים כימיים) בגזע המוח
3. הגורר העברת מידע באמצעות שליח עצבי (נירוטרנסמיטור)

אל מרכז הנשימה (במוח המוארך)
4. הגורר העברת פקודה באמצעות שליח עצבי (נירוטרנסמיטור) אל שרירי הנשימה

5. הגורמת להתכווצות שרירי הנשימה (הסרעפת, השרירים הבין צלעיים)

6. התוצאה: הגברת נשימה (עליה בקצב ונפח הנשימה)

7. ירידה בריכוז הפחמן הדו חמצני ויוני המימן בגוף ועליה בריכוז החמצן בגוף

2.9 תפקידו של הוסת ההומיאוסטאטי, כאמור, הינו תיקון שינויים קיצוניים בריכוזי הפחמן הדו חמצני ויוני המימן בדם באמצעות וויסות האיוורור בריאה. וסת זה מסתמך על קריאת רמות הפחמן הדו-חמצני ויוני המימן בדם על ידי הקולטנים הכימיים של מערכת הנשימה.

---

3. קולטנים כימיים: תפקודם במהלך צלילה חופשית

3.1 כאמור, בגופינו מצויים חישניים (ריצפטורים) כימיים (רגישים לחומרים כימיים) הבוחנים את רמות החומציות בדם כאשר תפקידם הוא שמירה על רמות תקינות של חמצן, פחמן דו חמצני ויוני מימן בדם.

3.2 כאשר גוף האדם נמצא בתוך נוזל מישתנה הקצב המטבולי בגוף, וכך גם התהליכיים הפיזיולוגים המתרחשים בגוף. אלו הן העובדות - בגוף האדם מצוי רפלקס היונק והוא פועל אך ורק כאשר אנו נמצאים בתוך מים.

3.3 בתהליך ראשוני יש התכוצות כלי דם פרפריאליים מה שאומר שצריכת הדם ברגליים ובגפיים מיצתמצמת בצורה משמעותית, התכווצות זו גוררת היקוות של הדם באיזור בית החזה, מצב המוביל להאטה בקצב הלב (של עד 50% בצוללים מאומנים).ישנו קשר ישיר בין התכוצות כלי הדם לברדיקרדיה (האטת קצב לב) תהליך זה מזורז במגע ישיר של הפנים עם מים קרים, במצב זה ישנם יותר תאי חמצן לאיברים חשובים יותר כגון המוח והלב.

3.4 במחקר שבוצע על ידי ר.ג אורגן (אוניברסיטת דאבלין) וס. מיצ'רזיק (Hassle AB, שוודיה) הוכיחו כי קיים קשר ישיר בין תפקוד הקולטנים הכימיים במערכת הנשימה לבין התרחשות תהליכים אלו (בראדיקרדיה, התכווצות כלי הדם הפרפריאלים), על ידי ניסוי שבוצע בכלבים, בו גילו כי היפרוונטילציה, כלומר אוורור יתר, שהוביל לירידה בריכוז הפחמן הדו-חמצני בדם, מנע למעשה התרחשות תהליכים אלו במצב של עצירת נשימה.

3.5 בנוסף, כשאנו עוסקים בצלילה חופשית, רמת הפחמן דו חמצני בדם עולה במהירות בגופנו בזמן עצירת הנשימה, מכיוון שגופינו איננו מבצע אוורור ריאתי. הקולטנים הכימיים בגזע המוח מזהים ריכוז גבוה של פחמן-דו חמצני בדם ומפעילים את הווסת ההומאוסטטי – דבר המוביל להתכווצות של הסרעפת במהלך עצירת הנשימה.

3.6 כתוצאה, רוב הצוללים החופשיים מרגישים התכווצות באיזור הבטן התחתונה (התכווצות סרעפתית) במהלך עצירת הנשימה, דבר המעיד על רמות גבוהות מהרגיל של פחמן דו חמצני בדם. עוצמת ההתכווצויות הסרעפתיות ותדירותן משתנה מאדם לאדם. עם זאת עוצמת ותדירות ההתכווצויות נוטה להתגבר ככל שריכוז הפחמן הדו חמצני בדם עולה.

3.7 צוללים חופשיים מיומנים מתגברים על ההתכוציות הסרעפתיות באמצעות כיווץ הסרעפת ושרירי הבטן התחתונה. בנוסף, מחקרים מראים כי הגוף מפתח סיבולת לרמות נמוכות של חמצן בדם וכך גם לרמות גבוהות של פחמן דו חמצני בדם.

---

4. קולטנים כימיים: תפקידם ותפקוד במערכת הנשימה ובצלילה חופשית - סיכום

4.1 לסיכום, קולטנים כימיים הינם תאים המסוגלים לזהות שינויים בסביבה שבה הם נמצאים ולייצר אותות עצביים בתגובה לכך. תפקידם העיקרי של הקולטנים הכימיים של מערכת הנשימה, הינו ליידע את הגוף בנוגע לחריגות ברמות הגזים בדם והפעלת תהליכי אוורור (נשימה) על מנת לתקן חריגות אלו.

4.2 במהלך צלילה חופשית הקולטנים הכימיים במערכת הנשימה שולחים פולסים חשמליים אל המוח המוארך באופן קבוע, ומשם נוצר דחף עיצבי שנשלח לשרירים הבין צילעיים והסרעפת, מה שגורם לתופעת ההתכווצות הסרעפתית במהלך עצירת נשימה.

4.3 עם הזמן ואימון, צוללים חופשיים מפתחים סיבולת מנטאלית ופיסית למצב זה, הנגרם כתוצאה מחריגה ברמת הפחמן הדו חמצני בגוף, דבר המאפשר לצולל החופשי לבלות פרקי זמן ארוכים יותר מיתחת לפני המים ללא עזרי נשימה.

[irit]

אחלה מאמר!!!!!
למדתי דברים חדשים

[ohadh]

רע, כמעט נפלתי מהכיסא... כשאני נסעתי לתאילנד הלכתי לשנרקל, לא לעשות דוקטורט...

כל הכבוד

[יוסף חלבי]

מאמר מעניין למדתי הרבה
תודה רבה

[coral]

פששששששששש רע!!!!!!