מתכונת 10 בביולוגיה - מבוא לביולוגיה 043182

קשר בין הרמות:

1. איבר: החדר השמאלי מזרים דם עשיר בחמצן באבי העורקים אל כל הגוף. כשהשריר שלו מתכווץ בחולשה, הוא מזרים פחות דם בכל פעימה, ולכן לאיברים – ובהם השרירים – מגיע פחות דם.

2. דם: הדם מוביל לתאים חמצן (קשור להמוגלובין) וגלוקוז. פחות דם – פחות חמצן וגלוקוז לתאי השריר.

3. תא: בעלייה במדרגות תאי השריר מתכווצים הרבה וצריכים הרבה ATP, המופק בנשימה התאית מגלוקוז וחמצן. כשהאספקה קטנה, מופק פחות ATP.

4. אורגניזם: השרירים אינם יכולים להמשיך להתכווץ בעוצמה, והחולה מתעייף מהר ומרגיש חולשה. (גם CO₂ ופסולת מסולקים מן השרירים לאט יותר.)

דופן העורק עבה – יש בה שכבת שריר וסיבים גמישים; דופן הנים דקה מאוד – היא בנויה משכבה אחת של תאים.

- עורק – לחץ גבוה: הדם מגיע ישירות מן הלב. דופן עבה וגמישה עומדת בלחץ, מתרחבת בכל פעימה ואינה נקרעת.

- נים – לחץ נמוך, חילוף חומרים: אין צורך בדופן עבה; דופן דקה של שכבת תאים אחת מאפשרת מעבר מהיר של חמצן, גלוקוז ו־CO₂ בדיפוזיה בין הדם לתאים.

כיוון הדיפוזיה: בדיפוזיה חומר עובר מאזור שבו ריכוזו גבוה לאזור שבו ריכוזו נמוך.

- חמצן: באוויר שבנאדית – 100; בדם המגיע לנימים – 40 (מנוחה) או 25 (ריצה). לכן חמצן עובר מן האוויר אל הדם.

- פחמן דו־חמצני: בדם – 46 (מנוחה) או 55 (ריצה); באוויר שבנאדית – 40. לכן CO₂ עובר מן הדם אל האוויר.

ההסבר: בזמן ריצה השרירים מקיימים נשימה תאית מוגברת – הם צורכים יותר חמצן ומייצרים יותר CO₂. לכן הדם החוזר מן הגוף אל הריאות דל יותר בחמצן ועשיר יותר ב־CO₂ מאשר במנוחה. כשההפרש בריכוזים גדול יותר, הדיפוזיה מהירה יותר, ובכל רגע עובר יותר חמצן לדם ויותר CO₂ יוצא ממנו – בדיוק מה שהגוף צריך בזמן מאמץ.

1. שטח פנים גדול יותר: כשנימים נוספים סביב הנאדיות מתמלאים בדם, גדל שטח המגע בין הדם לבין האוויר שבנאדיות. ככל ששטח הפנים גדול יותר, עובר בדיפוזיה בכל רגע יותר חמצן אל הדם ויותר CO₂ ממנו.

2. שמירה על הפרש הריכוזים: כשהדם זורם מהר, הדם שכבר קלט חמצן מתחלף כל הזמן בדם "חדש", דל בחמצן ועשיר ב־CO₂. כך ההפרש בריכוזים בין האוויר לדם נשאר גדול, והדיפוזיה נשארת מהירה.

(מספיק להסביר אחת משתי הדרכים.)

- מערכת הנשימה – כן. בשאיפה האוויר עובר בדרכי הנשימה אל הנאדיות, ושם החמצן עובר בדיפוזיה מן האוויר אל הדם שבנימים.

- מערכת ההובלה – כן. החמצן נקשר להמוגלובין שבתאי הדם האדומים; הלב שואב את הדם העשיר בחמצן מן החדר השמאלי, דרך העורקים, אל הנימים שבשריר, ושם החמצן עובר בדיפוזיה מן הדם אל תא השריר.

- מערכת ההפרשה – לא. תפקידה לסלק מן הדם חומרי פסולת (שתנן), עודפי מלחים ועודפי מים, ולווסת את כמות המים בגוף. היא אינה קולטת חמצן ואינה מובילה אותו (גם תאי הכליה עצמם רק מקבלים חמצן מן הדם, כמו כל תא).

התכונה: מסתמים – "דלתות" הנפתחות לכיוון אחד בלבד.

- בלב: יש מסתמים בין כל עלייה לבין החדר שמתחתיה, ובפתחי העורקים היוצאים מן החדרים. כשהחדרים מתכווצים, המסתמים שבין העליות לחדרים נסגרים, והדם יוצא רק אל העורקים; כשהחדרים מתרפים, המסתמים שבפתחי העורקים נסגרים, והדם אינו חוזר לחדרים. כך הלב שואב את הדם בכיוון אחד.

- בוורידים: הלחץ בוורידים נמוך, ובוורידי הרגליים הדם צריך לזרום כלפי מעלה נגד כוח הכובד. המסתמים נסגרים כשהדם מתחיל לזרום לאחור, ולכן כל לחיצה של השרירים הסמוכים על הווריד מקדמת את הדם רק לכיוון הלב.

הכלל: מנגנון פיזיולוגי פועל בתוך הגוף באופן אוטומטי (כלי דם, בלוטות, חילוף חומרים). מנגנון התנהגותי הוא פעולה של היצור כולו – שינוי מקום, לבוש, תנוחה או מה שהוא עושה.

1. החום נוצר בתאים בכל נפח הגוף – בנשימה התאית.

2. החום אובד לסביבה דרך פני העור – כלומר דרך שטח הפנים.

3. כשיחס שטח הפנים לנפח גדול, יש יותר שטח שדרכו אובד חום לכל יחידת נפח שמייצרת חום, ולכן הגוף מתקרר מהר יותר.

1. בחדר קר התינוק מאבד חום רב לסביבה.

2. כדי לשמור על טמפרטורת גוף של כ־37°C, הגוף מגביר את קצב חילוף החומרים – מתרחשת יותר נשימה תאית, וחלק מן האנרגיה המשתחררת בה הוא חום.

3. הנשימה התאית צורכת גלוקוז וחמצן, ולכן התינוק צורך יותר חמצן (קצב הנשימה עולה) ויותר מזון.

לא. במבחנה 2 יש שמן (המצע), אבל אין ליפאז. האנזים הוא שמזרז את פירוק השמן לחומצות שומן ולגליצרול; בלעדיו התגובה איטית כל כך שבזמן הניסוי כמעט לא ייווצרו חומצות שומן. מבחנה 2 מראה שהפירוק במבחנה 1 נגרם בידי האנזים.

לא. במבחנה 3 יש ליפאז פעיל, אבל אין שמן – אין מצע שייקשר לאתר הפעיל של האנזים ויתפרק. חומצות שומן נוצרות רק מפירוק של שומן, ולכן לא ייווצרו.

לא. הליפאז הוא חלבון. בהרתחה (כ־100°C) הוא עבר דנטורציה: המבנה המרחבי שלו נהרס, וצורת האתר הפעיל השתנתה, כך שהשמן אינו יכול להיקשר אליו. הדנטורציה אינה הפיכה – כשהאנזים מצטנן ל־37°C, המבנה המקורי אינו חוזר. לכן, אף שהניסוי עצמו נערך בטמפרטורה המתאימה לאנזים, הליפאז במבחנה 4 אינו מפרק את השמן, ולא ייווצרו חומצות שומן.

טעות נפוצה: לחשוב שאנזים שהצטנן "חוזר לפעול". זה נכון לאנזים שהיה בקור (פעילותו רק הואטה), אבל לא לאנזים שעבר דנטורציה בחום.

1. פחות אוויר לנאדיות: על פי הקטע, בהתקף הסימפונות נעשים צרים (התכווצות השרירים שסביבם, התנפחות הדופן וריר), ולכן בכל נשימה מגיע פחות אוויר אל נאדיות הריאה.

2. פגיעה בחילוף הגזים: פחות חמצן עובר בדיפוזיה מן הנאדיות אל הדם, ופחות פחמן דו־חמצני מסולק מן הדם – הוא מצטבר בגוף.

3. הסכנה לתאים: הדם מוביל פחות חמצן אל תאי הגוף, והתאים מקיימים פחות נשימה תאית ומפיקים פחות ATP. איברים חיוניים, כמו הלב והמוח, רגישים מאוד למחסור בחמצן; בהתקף חמור הם עלולים להפסיק לתפקד – ולכן, כפי שנאמר בקטע, התקף חמור שאינו מטופל עלול לסכן חיים.

1. השינוי בדם: בהתקף אסתמה פחות אוויר מגיע לנאדיות, ולכן ריכוז החמצן בדם יורד, וריכוז הפחמן הדו־חמצני בדם עולה.

2. עלייה בקצב הנשימה: השינויים בריכוזי הגזים בדם נקלטים בגוף, ומרכז הנשימה (במערכת העצבים המרכזית) שולח דחפים עצביים מהירים יותר לשרירי הנשימה (הסרעפת והשרירים שבין הצלעות). כך נכנס לריאות יותר אוויר בכל דקה, למרות הסימפונות הצרים, והגוף מנסה להכניס יותר חמצן ולסלק את הפחמן הדו־חמצני.

3. עלייה בקצב הלב: הלב פועם מהר יותר, וכך יותר דם זורם בכל דקה דרך נימי הריאות (וקולט בהם חמצן) ואל תאי הגוף. כך התאים מקבלים די חמצן, אף שכל מנת דם נושאת פחות חמצן מן הרגיל.

4. שתי התגובות הן תגובות הומאוסטטיות – הן פועלות להחזיר את ריכוזי הגזים בדם לתחום התקין.

- רוויית החמצן: מבטאת איזה חלק מן ההמוגלובין בדם העורקי קשור לחמצן, כלומר עד כמה הדם שיוצא מן הריאות "מלא" בחמצן. ערך תקין (95%–100%) מבטא שהחמצן עובר כראוי מן הנאדיות אל הדם; ערך נמוך מבטא שפחות חמצן נקלט בריאות.

- ריכוז הפחמן הדו־חמצני בדם: מבטא את האיזון בין הפחמן הדו־חמצני הנוצר בתאים בנשימה תאית לבין סילוקו בריאות בנשיפה. ריכוז גבוה מן התקין מבטא שהריאות אינן מסלקות די פחמן דו־חמצני; ריכוז נמוך מן התקין מבטא שהן מסלקות יותר מן הדרוש (נשימה מהירה ועמוקה מדי).

משווים כל ערך לתחום התקין (רוויית חמצן 95%–100%; פחמן דו־חמצני 35–45):

- אדם ב' – נשימה תקינה: רוויית החמצן 97% וריכוז הפחמן הדו־חמצני 40 – שניהם בתחום התקין.

- אדם ג' – התקף אסתמה: רוויית החמצן 86% – נמוכה מן התקין, וריכוז הפחמן הדו־חמצני 55 – גבוה מן התקין.

- אדם א' – נשימת יתר: ריכוז הפחמן הדו־חמצני 28 – נמוך מן התקין (סילוק רב מן הדרוש), ורוויית החמצן 99% – תקינה.

התבססתי על שני הנתונים של אדם ג':

1. רוויית החמצן שלו 86% – נמוכה מן התחום התקין (95%–100%).

2. ריכוז הפחמן הדו־חמצני בדמו 55 – גבוה מן התחום התקין (35–45).

הנימוק: בהתקף אסתמה הסימפונות נעשים צרים, ופחות אוויר מגיע לנאדיות. לכן פחות חמצן עובר מן הנאדיות לדם – רוויית החמצן יורדת; ופחות פחמן דו־חמצני מסולק מן הדם בנשיפה – ריכוזו עולה. אצל אדם א' ריכוז הפחמן הדו־חמצני דווקא נמוך – ההפך מאסתמה – כי בנשימת יתר הוא מסולק יותר מן הדרוש.