חילופי גזים

Question 1

חידות לחץ בכדור הארץ

Answer 1

• האטמוספירה לוחצת על כדור הארץ בלחצים שונים בגבהים שונים נקרא לחץ אטמוספרי הלחץ – הברומטרי
  PB .
• נקודת הייחוס מבחינת הלחץ האטמוספרי היא גובה פני הים בה יש 1 אטמ וספירה = 1 ATM
• אנחנו לא מרגישים את הלחץ הזה מכיוון שסכום הלחצים שווה לאפס- מכל הכיוונים הוא לחץ שווה

Question 2

לחץ חלקי

Answer 2

• לחץ חלקי- אוויר האטמוספירה הוא תערובת של גזים:
  
  • 79 אחוז חנקן
  • 21 אחוז חמצן
  • כמות זניחה של פחמן דו חמצני, אדי מים וגזים אחרים. (ומזהמים)

יחד, הגזים הללו יוצרים לחץ אטמוספרי של 760 מילימטר כספית בגובה פני הים. הלחץ הזה שווה לסכום הלחצים שכל גז בתערובת תורם באופן יחסי.

• הלחץ שמופק על ידי גז מסויים הוא פרופורציונלי לאחוז שלו בתערובת הגזים. כל מולקולות גז, לא משנה גודלה, מפעילה את אותו הלחץ. לדוגמה, מולקולת חנקן מפעילה אותו לחץ כמו מולקולות חמצן.
• בגלל ש79 אחוז מהאוויר הוא חנקן, 79 אחוז מהלחץ האטמוספרי הוא כתוצאה מהלחץ של החנקן.
• בגלל שחמצן תופס 21 אחוז מהאוויר, 21 אחוז מהלחץ האטמוספרי נתרם על ידי החמצן. =160 מילימטר כספית.
• זה נקרא לחץ חלקי. הוא מוסמן ככה:
  P_gas

Question 3

גזים המומסים בנוזל

Answer 3

גזים המומסים בנוזל, כמו הדם או נוזלי גוף אחרים, גם כן מפעילים לחץ חלקי.
ככל שהלחץ החלקי של הגז בנוזל גדול יותר, כך כמות גדולה יותר של גז יתמוסס באותו נוזל.

Question 4

מפל לחצים חלקיים

Answer 4

• הפרש בלחץ חלקי בדם שבנימים ומבנים בסביבה של הנימים
• מפל לחצים חלקיים קיים בין האוויר של נאדיות הריאה ובין הדם שבנימי הריאה, וקיים גם בין הדם בנימים הסיסטמטיים ורקמות הסביבה של הנימים.
• גז תמיד יעבור במורד מפל הלחצים החלקיים.

Question 5

PT

Answer 5

הוא הלחץ הכולל של קבוצת הגזים

Question 6

PP

Answer 6

הוא הלחץ החלקי של גז אחד מתוך קבוצת הגזים

Question 7

F

Answer 7

הוא הפרקציה. השבר של גז מסויים מקבוצת הגזים

Question 8

איך נחשב את הכמות של הלחץ החלקי של גז מסויים?

Answer 8

הפרקציה שלו כפול הלחץ הברומטרי

Question 9

גורמים המשפיעים על כמות החמצן ב
alveoli

Answer 9

• הלחץ החלקי של חמצן באוויר
• פרקצית החמצן- בדרך כלל קבועה
• קצב הנשימה- כמות הנשימות בדקה
• ההפרש בין ה
  tv-anatomical dead space

Question 10

minute alveolar ventilation

Answer 10

מחושב על ידי

קצב הנשימה מוכפל ב
TV-anatomical dead space

Question 11

תצרוכת החמצן בדקה

Answer 11

בשל העובדה שאנו מכניסים לריאות אוויר, ולא חמצן נקי- גם הפרקציה של החמצו משפיעה על כמות החמצן שיגיע לנאדיות הריאה.

הפרקציה של החמצן שאנו מכניסים לריאות בשאיפה, שונה מהפרקציה של החמצן שאנו נוציר מהריאות בנשיפה.

ההפרש בין הפרקציות של השאיפה לנשיפה נותן לנו את פרקצית החמצן מתוך כלל האוויר שנכנס לריאות, נקלט בנאדיות הריאה ועובר למחזור הדם ולאיברים (זה שלמעשה השתמשנו בו לחמצון)

פרקצית החמצן בשאיפה הוא 0.21
פרקצית החמצן בנשיפה הוא 0.16

כלומר סהכ 5 0.05 מהחמצן שנכנס עבר שימוש בנאדיות.

בדקה כמות האוויר שמגיע לנאדיות בממוצע- 5 ליטר.

לכן ניתן להגדיר עבור תצרוכת החמצן בדקה את הנוסחה הבאה:

Question 12

נוסחה ללחץ חלקי לחמצן בנאדיות הריאה.

Answer 12

בסיכום של צליל יש דוגמאות רלוונטיות

Question 13

הלחץ החלקי לחמצן ביחס לפחמן דו חמצני.

Answer 13

כאשר רוצים למדוד לחץ חלקי לחמצן, יהיה קשה למדוד אותו על פי הנוסחה מכיוון שאת תצרוכת החמצן המדוייקת קשה לחשב. לכן משתמשים בדרך אחרת על ידי ייצור של פחמן דו חמצני, שלמעשה מעיד על תצרוכת החמצן אבל מפשט את המדידה.

כמות החמצן שנכנסת לנאדית זהה לכמות הפחמן דו חמצני שיוצאת ממנה.

כמות החמן דו חמצני באוויר היא זניחה, ולכן נתייחס אל פרקציית הפדח כאפס.

הנפח של הפחמן הדו חמצני- כמות הפחמן דו חמצני שנוצרת בדקה.

Question 14

מקדם הנשימה-

Answer 14

כאשר אנו נושמים ומכניסים חמצן לגוף, הגוף משתמש ביחד איתו עם מצע מסויים (מזון) ומפיק מהם אנרגיה. כתוצאה מהליך זה הגוף פולט פחמן דו חמצני. תהליך שנקרא שריפה.

מקדם הנשימה הוא היחס בין החמצן לפחמן דו חמצני שנוצר בעקבותיו.

Question 15

מקדם הנשימה תלוי במצע שהגוף השתמש בו:

Answer 15

• שריפת גלוקוז- היחב הוא 1:1
• שריפת שומן- היחס בין מולקולות החמצן שנשרפות והופכות לפדח הוא 0.7. כלומר- על כל 10 מולקולות חמצן, יווצרו רק 7 מולקולות פחמן דו חמצני.
• בדיאטה ממוצעת אין רק חלבון ושומן. ולכן באופן גס בדיאטה ממוצעת על כל 10 מולקולות חמצן, מקבלים 8 מולקולות פחמן דו חמצני.

לגבי אנשים בריאים אין לכך הרבה משמעות, אבל עבור אנשים עם מחלות ריאה כרוניות שגם כך קשה
להם לנשום, יהיה להם גם קשה להם לעשות חילוף גזים מיטבי. אם הם יאכלו הרבה שומן, כמות הפחמן
הדו חמצני שתיווצר אצלם בגוף תהיה קטנה יותר והם יצטרכו לנשום קצת פחות. לכן יש דיאטות מיוחדות
שמבוססות על מזון עתיר בשומן שאנשים עם מחלות ריאה עושים כדי לשפר את מצבם .

Question 16

הלחץ הברומטרי הפיזיולוגי

Answer 16

מתייחס לאוויר יבש ולכן נמוך יותר

713 ממ כספית

Question 17

ערך הלחץ חלקי לפחמן דו חמצני

Answer 17

נתון שקל לבדוק בבדיקת דם-

40 ממ כספית

Question 18

לחץ חלקי בנאדית לחמצן ביחס לפחמן דו חמצני ומקדם הנשימה

Answer 18

בשורה התחתונה יש לנו לחץ חמצן חלקי של 150 שנכנס לגוף, ו100 בתוך נאדיות הריאה.

אם כך, על פי הנוסחה נוכל לחשב מה יהיה הלחץ החלקי לחמצן בנאדיות במצבים שאחד מהגורמים המשפיעים משתנה.

לדוגמה- במצב של חוסר הכרה מסיבות שונות, בקצב נשימה יורד- היפוונטיליה, בהתאם לכך הלחץ החלקי של פחמן דו חמצני עולה בצורה פרופורציונלית. מה שיגרום בסופו של דבר לירידת הלחץ החלדי לחמצן בנאדיות ובשל כך לירידת הלחץ החלקי לחמצן בדם- תת חמצון.

לכן הטיפול בחולה שסובל מתת אוורור יהיה על ידי השפעה באחד הגורמים שהזכרנו.

Question 19

לחץ חמצן חלקי בעורקים

Answer 19

דם מגיע עני בחמצן ועשיר בפחמן דו חמצני מהרקמות, אל העלייה הימנית של הלב, אל החדר הימני ומשם לעורק הריאתי ולריאות- בהן מתרחש שחלוף הגזים. הוא יוצא דרך וריד ה ריאה עשיר בחמצן אל העלייה השמאלית של הלב אל החדר השמאלי ומשם לעורקים סיסטמטיים.

כדי שהחמצן יוכל לעבור לעורקים צריך שיהיה מפל לחצים חלקיים (אפילו קטן). גרדיאנט מפל הלחצים מייצג את ההפרש בין כמות החמצן בנאדיות, לבין זה שבעורקים.

בממוצע, אצל אדם צעיר הלחץ החלקי של חמצן בעורקים הסיסטמטיים נמוך ב5 ממ כספית מזה של העורקים.

לשם החישובים נפשט:

בנאדיות 105

בעורקים 100

לחץ חלקי לחמצן בשאיפה- 150

Question 20

כללים הקובעים את כמות החמצן בעורקים:

Answer 20

הגרדיאנט גדל עם התקדמות הגיל- כלומר אצל אדם מבוגר אפילו לחץ חלקי של חמצן בעורקים של 80 ממ כספית הוא תקין.

גדל אם נותנים על ידי מסכת חמצן פרקציה גדולה יותר של חמצן. הוא גדל ביחס השווה לאחוז החמצן שנותנים.

Question 21

לחץ חמצן חלקי בעורקים במצבים פתולוגים:

Answer 21

שיתוק של הסרעפת- ללא הסרעפת לא ניתן לנשום. מכאן שלחץ החצן החלקי בדם יירד.

היפר וונטילציה- כאשר אדם מגביר מאוד את קצב הנשימה שלו הוא מכניס יותר למצן אבל הוא גם פולט יותר פחמן דו חמצני. וכמותה בדם יורדת. אותה ירידה של פחמן דו חמצני תשתנה את החומציות בדם ובכך תגרום לעלייה ברמת הסידן בדם ותגרום לכיווץ שרירים. אחת הדרכים לעזור לאדם כזה היא לתת לו לנשום לתוך שקית כך שהפחמן דו חמצני בשקית יעלה וכך יחזיר לאט לאט את רמת הפדח בדם.

Question 22

לחת חלקי של חמצן ופחמן דו חמצני בנאדיות הריאה

Answer 22

לחץ חלקי של חמצן ופחמן דו חמצני בנאדיות הריאה:

הלחת החמצן של נאדיות הריאה קטן יותר מזה של האטמוספירה משתי סיבות. הוא שווה ל100 ממ כספית. הלחץ החלקי לא גדל בשאיפה וקטן בנשיפה ונשאר קבוע יחסית לאורך מעגל הנשימה. בגלל שהלחץ החלקי של חמצן בדם משתווה עם זה של הנאדיות, הלחץ החלקי של חמצן של הדם שעוזב את הריאות נשאר גם הוא יחסית קבוע. בהתאם זלה כמות החמצן הזמין הדם לרקמות משתנה רק במעט.

הלחץ החמצן של פחמן דו חמצני נשאר גם הוא יחסית קבוע- 40 ממ כספית.

Question 23

לחץ חלקי של חמצן ופחמן דו חמצני דרך נימי הריאה

Answer 23

בעוד דם עובר דרך הריאות, הוא אוסף חמצן ומוסר פחמן דו חמצני על ידי דיפוזיה של מפל ל.ח בין הדם ונאדיות הריאה.

ונטילציה באופן תדיר מחדשת את החמצן בנאדיות הריאה ומסירה פחמן דו חמצני, ובכך משמרת על המפל הדרוש כדי לאפשר דיפוזיה.

הדם שמגיע מרקמות הגוף, הוא באופן יחסי בעל כמות קטנה של חמצן, עם לחץ חלקי לחמצן של 40 ממ כספית, ובעל כמות יחסית גבוהה של פחמן דו חמצני, עם לחץ חלקי של 46 ממ כספית.

כאשר הדם הזה זורם דרך נימי הריאה, הוא נחשף לאוויר בנאדיות, בגלל הפרשי הלחצים החלקיים, חמצן עובר מהנאדיות לתוך הדם עד לאיזון מפל הלחצים. כאשר הדך עוזב את הנימים הריאתיים, הלחץ היחסי שלו שווה ללחץ היחסי של חמצן בנאדיות. (100)

התהליך הפוך לפחמן דו חמצני. (מבחינת הפרשים)

הדם שעוזב את הנימים הריאתיים בעל לחץ יחסי של פחמן דו חמצני השווה לזה של נאדיות הריאה- 40 ממ כספית.

אחרי שהדם עוזב את הריאות הוא חוזר ללב.

חשוב- דם שחזור לריאות מהרדמות עדיין מכיל חמצן, ודם שיוצא מהריאות עדיין מכיל פחמן דו חמצני.

החמצן העודף משמש לרזרבה.

הפחמן הדו חמצני שנשאר בדם משחק תפקיד חשוב באיזון חומצה-בסיס.

כמות החמצן שנאסף בריאות, שווה לכמות החמצן שמשומש על ידי הרקמות. כאשר המטבוליזם ברקמות עולה- הרקמות מחלצות יותר חמצן מהדם ובכך מפחיתות את הלחץ החלקי של חמצן אפילו נמוך יותר מ40. כאשר הדם הזה חוזר לריאות, נוצר מפל לחצים חלקיים גדול יותר, וכתוצאה מכך יותר חמצן עובר בדיפוזיה מהנאדיות לדם. אותו תהליך רק הפוך לפחמן דו חמצני.

Question 24

חילפוי הגזים דרך נימי הגוף

Answer 24

• תאים צורכים חמצן באופן רציף וקבוע ומייצרים פחמן דו חמצני במהלך תהליכים מטבוליים.
• לחץ חלקי של חמצן בתאים הוא בערך 40 ממ כספית ולחץ חלקי לפדח הוא בערך 46 ממ כספית. למרות שערכים אלה משתנים דחופות כתלות ברמת הפעילות המטבולית התאית.
• חמצן עובר בדיפוזיה במורד מפל הריכוזים מהנים
  (שם ה
  P הוא 100)
  לתוך התא הסמוך
  (שם הP הוא 40)
  עד להגעה לשיווי משקל. מכאן שלחץ חלקי לחמצן בדם הורידי שעוזב את הנימי היסטמטיים שווה ללחץ החמצן החלקי של חמצן ברקמות, בממוצע של 40 ממ כספית.
• התהליך ההפוך בו פדח עובר בדיפוזיה במהירות מחוץ אל מחוץ לתאים
  (P פדח הוא 46)
  לתוך הנימי
  (P פדח 40)
  במורד מפל הלחצים החלקי שנוצר על ידי ייצור מתמשך של פחמן דו חמצני. העברת הפדח ממשיך עד אשר הלחץ החלקי של פחמן דו חמצני בדם משתווה עם זה שברקמות. דם שעוזב את הנימים הסיסטמטיים בעל לחץ חלקי לפחמן דו חמצני בממוצע של 46 ממ כספית.
• הדם הורידי הסיסטמטי, אשר בעל כמות יחסית קטנה של חמצן וכמות יחסית גבוהה של פחמן דו חמצני, חוזר ללב ומפומפם לריאות והמעגל חוזר על עצמו.
• ככל שהרקמה יותר אקטיבית מטבולית, כך הלחץ החלקי הנמוך של חמצן בתא צונח פחות, והלחץ החלקי הגבוה של פחמן דו חמצני עולה.
• כתוצאה ממפל לחצים חלקיים גבוה יותר בין הדם לתא, יותר חמצן עובר בדיפוזיה מהדם לתא, ויותר פחמן דו חמצני עובר מהתא לדם, עד אשר הלחצים מגיעים לשיווי משקל. ולכן הכמות של המעברים תלויה בפעילות המטבולית של התא.

Question 25

גורמים נוספים על חילופי הגזים

Answer 25

* מעבר למפל הלחצים גם שטח הפנים דרכו החילוף מתבצע ועובי הממברנה בהתאם לחוק פיק

Question 26

Effect of Surface Area on Gas Exchange

Answer 26

* The rate of gasexchange is directly proportional to the surface area across which exchange takes place. * During exercise, the surface area available for exchange can be increased to enhance the rate of gas transfer. * During resting conditions, some of the pulmonary capillaries are typically closed because the normally low pressure of the pulmonary circulation is inadequate to keep all the capillaries open. * During exercise, when pulmonary blood pressure is raised by increased cardiac output, many of the previously closed pulmonary capillaries are forced open. This increases the surface area of blood available for exchange. * Furthermore, the alveolar walls are stretched further than normal during exercise because of the larger tidal volumes (deeperbreathing). Such stretching increases the alveolar surface area and decreases the thickness of the alveolar walls. Collectively, these changes expedite gas exchange across the alveolar– capillary membrane during exercise.

Question 27

Effect of Thickness on Gas Exchange

Answer 27

* Inadequate gas exchange can also occur when the thickness of the barrier separating the air and blood is pathologically increased. * As the thickness increases, the rate of gas transfer decreases because a gas takes longer to diffuse through the greater thickness. * Thickness increases in (1) pulmonary edema, an excess accumulation of interstitial fluid between the alveoli and the pulmonary capillaries caused by pulmonary inflammation or left-sided congestive heart failure (see p. 325); * (2) pulmonary fibrosis, involving replacement of delicate lung tissue with thick, fibrous tissue in response to certain chronic irritants; and * (3) pneumonia, which is characterized by inflammatory fluid accumulation within or around the alveoli. Most commonly, pneumonia is caused by bacterial or viral infection of the lungs, but it may also arise from accidental aspiration (breathing in) of food or vomit.

Question 28

קבוע הדיפוזיה

Answer 28

* קצב העברת הגזים הוא פרופורציונלי לקבוע הדיפוזיה. קבוע שקשר למסיסות של גז מסויים ברקמת הריאה ולמשקל המולקולרי שלו. * קבוע הדיפוזיה לפחמן דו חמצני הוא פי 20 מזה שk החמצן, בכלל שפחמן דו חמצני הוא הרבה יותר מסיס ברקמות הגוף מאזר חמצן. * קצב החילוף של פחמן דו חמצני דרך הממברנה הרספירטורית הוא גדול ומהיר פי 20 מזה של חמצן על מפל לחץ חלקי נתון. * ההפרש בקבוע הדיפוזיה מאוזן על ידי ההפרש במפל הלחצים החלקים שקיים לחמצן ולפחמן דו חמצני. * המפל לפחמן דו חמצני עומד על 6 מילימיטר כספית, בהשוואה לזה של החמצן העומד על 60. * בדרך כלל, בערך כמות שווה של חמצן ופחמן דו חמצני מוחלפים. וזאת למרות שדם שוהה כרבע שנייה במעבר דרך נימי הריאות, הלחצים החלקיים בדרך כלל מתאזנים בזמן שהוא עובר. * הזמן שבו דם שוהה הנימי הריאות מופחת כאשר זרימת הדם מוגברת על ידי תפוקת לב גבוהה יותר. שמלווה אימון גופני. למרות שפחות זמן זמין לחילוף, עדיין הלחצים החלקיים יגיעו לשיווי משקל בגלל הרזרבה של הדיפוזיה שיש לריאות.

Question 29

Net Diffusion of O2 and CO2 Between the Alveoli and Tissues

Answer 29

Net diffusion of O2 occurs first between alveoli and blood and then between blood and tissues because of the O2 partial pressure gradients created by continuous replenishment of fresh alveolar O2 provided by alveolar ventilation and continuous use of O2 in the cells. Net diffusion of CO2 occurs in the reverse direction, first between tissues and blood and then between blood and alveoli because of the CO2 partial pressure gradients created by continuous production of CO2 in the cells and continuous removal of alveolar CO2 through the process of alveolar ventilation