26.10 : יחסי לחץ בחלל בית החזה

נשימה, המכונה גם איוורור ריאתי (pulmonary ventilation), היא תהליך של כניסת אוויר לריאות ויציאתו מהן. המנגנונים המרכזיים המניעים את האוורור הריאתי הם הלחץ האטמוספירי (P_atm), הלחץ התוך-ריאתי (P_pul) או הלחץ התוך-נאדיתי (P_alv) בתוך הנאדיות, והלחץ התוך-פלאורלי (P_ip) בתוך חלל הפלאורה.

מנגנוני נשימה

הלחצים התוך-נאדיתי והתוך-פלאורלי נשענים על תכונות ספציפיות של הריאות. היכולת לנשום—לאפשר לאוויר להיכנס לריאות בזמן שאיפה ולצאת בזמן נשיפה—תלויה בלחץ האוויר בתוך הריאות ביחס ללחץ האטמוספירי.

דינמיקת הלחץ

שאיפה (inspiration) ונשיפה (expiration) תלויות בהפרשי הלחץ בין האטמוספירה לבין הריאות. בגז, לחץ נוצר מתנועת מולקולות הגז בתוך חלל סגור. לדוגמה, בשל ירידת נפח, אותה כמות של מולקולות גז תפעיל יותר לחץ במיכל של ליטר אחד מאשר במיכל של שני ליטרים. הקשר בין נפח ולחץ בגז בטמפרטורה קבועה מתואר על ידי חוק בויל, הקובע שלחץ ונפח הם הפוכים זה לזה (P = k/V); עלייה בנפח תגרום לירידת לחץ ולהפך.

שלושה סוגי לחצים—לחץ אטמוספירי, לחץ תוך-נאדיתי ולחץ תוך-פלאורלי—קובעים את האוורור הריאתי. הלחץ האטמוספירי מייצג את הכוח שמפעילות מולקולות האוויר על פני השטח. הוא יכול להתבטא כיחידה אטמוספירית (atm) או במילימטרי כספית (mm Hg), כאשר 1 atm שווה ל-760 מ"מ כספית, שהוא לחץ האוויר בגובה פני הים.

הלחץ התוך-נאדיתי (לחץ תוך-ריאתי) מציין את לחץ האוויר בתוך הנאדיות, שמשתנה במהלך שלבי הנשימה השונים. מכיוון שהנאדיות מחוברות לאטמוספירה דרך דרכי הנשימה, הלחץ התוך-ריאתי תמיד שואף להשתוות ללחץ האטמוספירי.

הלחץ התוך-פלאורלי הוא הלחץ האוויר בתוך חלל הפלאורה, בין הפלאורה הויסצרלית והפלאורה הפריאטלית. הוא משתנה במהלך שלבי הנשימה השונים, ובשל תכונות מסוימות של הריאות, הוא תמיד נשאר שלילי ביחס ללחץ התוך-נאדיתי. הלחץ התוך-פלאורלי נשמר בכ-4- מ"מ כספית לאורך מחזור הנשימה. הלחץ הזה נשמר על ידי כוח ההחזרה של סיבי האלסטין בריאות וכוח המשיכה החוצה של דופן בית החזה. האיזון בין כוחות מנוגדים אלה קובע את הלחץ התוך-פלאורלי, שהוא כ-4- מ"מ כספית ביחס ללחץ התוך-נאדיתי. הלחץ הטרנספולמונרי, שהוא ההפרש בין הלחץ התוך-פלאורלי לבין הלחץ התוך-נאדיתי, קובע את גודל הריאות.

גורמים המשפיעים על אוורור ריאתי

מלבד הפרשי לחצים, הנשימה תלויה בהתכווצות ובהרפיה של הסרעפת וסיבי השרירים שבדופן בית החזה. תנועות הסרעפת ושרירי הבין-צלעות הן הגורמות לשינויי הלחץ האחראיים לשאיפה ונשיפה.

תכונות נוספות של הריאות משפיעות גם הן על הנשימה. התנגדות היא כוח המאט את תנועת האוויר בדרכי הנשימה. גודל דרכי הנשימה הוא הגורם המרכזי שמשפיע על ההתנגדות. קוטר קטן יותר של הצינור מאלץ את האוויר לעבור דרך מרחב צר יותר, מה שגורם להתנגשויות רבות יותר של מולקולות האוויר עם דפנות דרכי הנשימה. הנוסחה F=ΔP/R מתארת את הקשר בין שינויי לחץ לבין התנגדות בדרכי האוויר.

מתח הפנים בתוך הנאדיות, הנגרם על ידי המים המצפים את הנאדיות, נוטה למנוע את התרחבות הנאדיות. חומר פעיל שטח ריאתי (pulmonary surfactant), שמופרש על ידי תאי סוג II בנאדיות, מתערבב עם המים ומפחית את מתח הפנים, ובכך מונע קריסת נאדיות בזמן נשיפה.

היענות של דופן בית החזה, היכולת של דופן בית החזה להימתח תחת לחץ, משפיעה על המאמץ הדרוש לנשימה. חלל בית החזה חייב להתרחב כדי שתתרחש שאיפה, מה שמשפיע ישירות על קיבולת הריאות. אם לדופן בית החזה אין היענות (כלומר, אינה יכולה להתרחב), התפתחות בית החזה והריאות במהלך העוברות תהיה מאתגרת.