अध्याय 17 श्वास और गैसों का आदान-प्रदान

जैसा कि आपने पहले पढ़ा है, जीव ऑक्सीजन (O₂) का उपयोग ग्लूकोज, अमीनो अम्ल, फैटी अम्ल आदि जैसे सरल अणुओं को परोक्ष रूप से तोड़ने के लिए करते हैं ताकि विभिन्न क्रियाओं को करने के लिए ऊर्जा प्राप्त की जा सके। उपरोक्त कैटाबोलिक अभिक्रियाओं के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) जो हानिकारक है, भी निकलती है। इसलिए यह स्पष्ट है कि O₂ को लगातार कोशिकाओं तक पहुँचाया जाना चाहिए और कोशिकाओं द्वारा बनाई गई CO₂ को बाहर निकालना चाहिए। वायुमंडल से O₂ को लेना और कोशिकाओं द्वारा बनाई गई CO₂ को बाहर छोड़ने की इस प्रक्रिया को श्वसन कहा जाता है, जिसे सामान्यतः साँस लेना भी कहा जाता है। अपने हाथों को अपनी छाती पर रखिए; आप छाती को ऊपर-नीचे हिलते हुए महसूस कर सकते हैं। आप जानते हैं कि यह श्वसन के कारण होता है। हम साँस कैसे लेते हैं? श्वसन अंग और श्वसन की क्रियाविधि इस अध्याय के निम्नलिखित खंडों में वर्णित हैं।

17.1 श्वसन अंग#

सांस लेने की क्रियाएँ विभिन्न प्राणी समूहों में भिन्न-भिन्न होती हैं और यह मुख्यतः उनके निवास स्थान तथा संगठन के स्तर पर निर्भर करती हैं। निम्नकोटि अकशेरूकी जैसे स्पंज, सीलेंट्रेट्स, फ्लैटवर्म आदि अपने सम्पूर्ण शरीर सतह पर सरल विसरण द्वारा O2 और CO2 का आदान-प्रदान करते हैं। केंचुए अपनी नम क्यूटिकल का तथा कीट वायुमण्डलीय वायु को शरीर के भीतर पहुँचाने के लिए नलिकाओं (ट्रेकीय नलिकाओं) के जाल का उपयोग करते हैं। विशिष्ट संवहनीकृत संरचनाएँ जिन्हें गिल्स (ब्रैंकियल श्वसन) कहा जाता है, अधिकांश जलीय आर्थ्रोपोड्स तथा मॉलस्क्स द्वारा प्रयुक्त होती हैं, जबकि संवहनीकृत थैलियों जिन्हें फेफड़े (पल्मोनरी श्वसन) कहा जाता है, स्थलीय रूपों द्वारा गैसों के आदान-प्रदान के लिए उपयोग की जाती हैं। कशेरूकियों में, मछलियाँ गिल्स का उपयोग करती हैं जबकि उभयचर, सरीसृप, पक्षी तथा स्तनधारी फेफड़ों द्वारा श्वसन करते हैं। मेंढक जैसे उभयचर अपनी नम त्वचा (त्वचीय श्वसन) द्वारा भी श्वसन कर सकते हैं।

17.1.1 मानव श्वसन तंत्र#

हमारे पास ऊपरी होंठों के ऊपर बाहर की ओर खुलने वाले बाहरी नथुने होते हैं। यह नाक के मार्ग के माध्यम से नासिका कक्ष में जाता है। नासिका कक्ष ग्रसनी में खुलता है, जिसका एक भाग भोजन और वायु दोनों के लिए उभयनिष्ठ मार्ग है। ग्रसनी कंठ क्षेत्र के माध्यम से श्वासनालिका में खुलती है। कंठ एक उपास्थीय डिब्बा है जो ध्वनि उत्पादन में सहायता करता है और इसलिए इसे ध्वनि बॉक्स कहा जाता है। निगलने के समय ग्लॉटिस को उपास्थीय पतली लचीली झिल्ली एपिग्लॉटिस द्वारा ढककर भोजन को कंठ में प्रवेश करने से रोका जा सकता है। श्वासनालिका एक सीधी नली है जो मध्य वक्ष गुहा तक फैली रहती है, जो 5वें वक्ष कशेरूका के स्तर पर दाएँ और बाएँ प्राथमिक ब्रॉन्काई में विभाजित होती है। प्रत्येक ब्रॉन्कस बार-बार विभाजित होकर द्वितीयक और तृतीयक ब्रॉन्काई और ब्रॉन्कियोल बनाता है जो अत्यंत पतले अंतिम ब्रॉन्कियोल में समाप्त होते हैं। श्वासनालिका, प्राथमिक, द्वितीयक और तृतीयक ब्रॉन्काई और प्रारंभिक ब्रॉन्कियोल अपूर्ण उपास्थीय वलयों द्वारा समर्थित होते हैं। प्रत्येक अंतिम ब्रॉन्कियोल कई अत्यंत पतली, अनियमित दीवारों वाली और रक्तवाही थैलीनुमा संरचनाओं एल्वियोली को जन्म देता है। ब्रॉन्काई, ब्रॉन्कियोल और एल्वियोली की शाखित जालिका फेफड़ों का निर्माण करती है (चित्र 17.1)। हमारे दो फेफड़े होते हैं जो द्विस्तरीय प्लूरा से ढके होते हैं, जिनके बीच प्लूरा द्रव होता है। यह फेफड़ों की सतह पर घर्षण को कम करता है। बाहरी प्लूरा झिल्ली वक्षीय आस्तीन के साथ घनिष्ठ संपर्क में रहती है जबकि आंतरिक प्लूरा झिल्ली फेफड़ों की सतह के संपर्क में रहती है।

आकृति 17.1 मानव श्वसन तंत्र का आरेखीय दृश्य (बाएँ फेफड़े का अनुप्रस्थ दृश्य भी दिखाया गया है)

बाहरी नथुने से आरंभ होकर टर्मिनल ब्रॉन्कियोल तक का भाग संवहन भाग बनाता है जबकि एल्वियोली और उनकी नलिकाएँ श्वसन तंत्र के श्वसन या विनिमय भाग का निर्माण करती हैं। संवहन भाग वायुमंडलीय वायु को एल्वियोली तक पहुँचाता है, इसे विदेशी कणों से मुक्त करता है, इसे आर्द्र बनाता है और वायु को शरीर के तापमान पर भी लाता है। विनिमय भाग रक्त और वायुमंडलीय वायु के बीच O2 और CO2 के वास्तविक विसरण का स्थल है।

फेफड़े वक्ष गुहा में स्थित होते हैं जो शारीरिक रूप से एक वायुरोधी गुहा है। वक्ष गुहा पृष्ठभाग पर कशेरूकीय स्तंभ द्वारा, वेंट्रल भाग पर उरोस्थि द्वारा, पार्श्व में पसलियों द्वारा और निचले भाग में गुंबदाकार आंत्रपट द्वारा बनाई जाती है। वक्ष में फेफड़ों की शारीरिक व्यवस्था ऐसी है कि वक्ष गुहा के आयतन में कोई भी परिवर्तन फेफड़े (पल्मोनरी) गुहा में परिलक्षित होगा। इस प्रकार की व्यवस्था श्वसन के लिए आवश्यक है, क्योंकि हम सीधे पल्मोनरी आयतन को नहीं बदल सकते।

श्वसन में निम्नलिखित चरण शामिल होते हैं:

(i) श्वसन या पल्मोनरी वेंटिलेशन जिसके द्वारा वायुमंडलीय वायु को अंदर खींचा जाता है और CO2 से भरी एल्वियोली वायु बाहर छोड़ी जाती है।

(ii) वायुओं (O2 और CO2) का फेफड़ों की झिल्ली पार करना।

(iii) रक्त द्वारा वायुओं का परिवहन।

(iv) रक्त और ऊतकों के बीच O2 और CO2 का विसरण।

(v) कोशिकाओं द्वारा O2 का उपयोग कैटाबोलिक अभिक्रियाओं के लिए और CO2 का परिणामी विमोचन (कोशिकीय श्वसन जैसा कि अध्याय 14 में वर्णित है)।

17.2 श्वसन की क्रियाविधि#

सांस लेने में दो चरण होते हैं: श्वास (inspiration) जिसके दौरान वायुमंडलीय हवा अंदर खींची जाती है और निःश्वास (expiration) जिससे एल्वियोलियर हवा बाहर निकलती है। फेफड़ों में हवा का अंदर-बाहर आना फेफड़ों और वातावरण के बीच दबाव अंतर (pressure gradient) बनाकर किया जाता है। श्वास तभी हो सकता है जब फेफड़ों के भीतर का दबाव (intra-pulmonary pressure) वायुमंडलीय दबाव से कम हो, अर्थात् फेफड़ों में वायुमंडलीय दबाव के सापेक्ष ऋणात्मक दबाव हो। इसी प्रकार, निःश्वास तब होता है जब intra-pulmonary pressure वायुमंडलीय दबाव से अधिक हो। डायाफ्राम (diaphragm) और पसलियों के बीच स्थित विशेष स्नायु—बाह्य और आंतरिक अंतरपसली (external व internal intercostals)—इस प्रकार के दबाव अंतर उत्पन्न करने में सहायक होते हैं। श्वास की शुरुआत डायाफ्राम के संकुचन से होती है जो छाती के गुहा (thoracic chamber) के आयतन को antero-posterior अक्ष में बढ़ा देता है। बाह्य अंतरपसली स्नायुओं के संकुचन से पसलियाँ और स्टर्नम (sternum) ऊपर उठते हैं, जिससे thoracic chamber का आयतन dorso-ventral अक्ष में बढ़ता है। thoracic volume में यह कुल वृद्धि pulmonary volume में समान वृद्धि का कारण बनती है। pulmonary volume बढ़ने से intra-pulmonary pressure वायुमंडलीय दबाव से कम हो जाता है, जिससे बाहर की हवा फेफड़ों में अंदर खींची जाती है—अर्थात् श्वास (Figure 17.2a)। डायाफ्राम और अंतरपसली स्नायुओं के शिथिल होने पर डायाफ्राम और स्टर्नम अपनी सामान्य स्थिति में लौट आते हैं, जिससे thoracic volume और इसके द्वारा pulmonary volume घट जाता है। इससे intra-pulmonary pressure थोड़ा-सा वायुमंडलीय दबाव से ऊपर चला जाता है और फेफड़ों से हवा बाहर निकलती है—अर्थात् निःश्वास (Figure 17.2b)। हम पेट के अतिरिक्त स्नायुओं की सहायता से श्वास और निःश्वास की ताकत बढ़ाने में सक्षम होते हैं। औसतन, एक स्वस्थ मनुष्य 12-16 बार प्रति मिनट सांस लेता है। सांस लेने की गतियों में शामिल हवा का आयतन एक स्पायरोमीटर (spirometer) की सहायता से अनुमानित किया जा सकता है, जो फेफड़ों की कार्यात्मक स्थिति के नैदानिक आकलन में मदद करता है।

आकृति 17.2 श्वासन की क्रिया दिखाती है : (a) श्वास लेना (b) श्वास छोड़ना

17.2.1 श्वसन आयतन तथा क्षमताएँ#

ज्वारीय आयतन (TV): सामान्य श्वसन के दौरान ली गई या छोड़ी गई वायु की मात्रा। यह लगभग 500 मिली होती है, अर्थात् एक स्वस्थ व्यक्ति प्रति मिनट लगभग 6000 से 8000 मिली वायु ले या छोड़ सकता है।

प्रेरकीय आरक्षित आयतन (IRV): अतिरिक्त वायु की मात्रा, जिसे कोई व्यक्ति जोरदार श्वास लेकर अंदर ले सकता है। यह औसतन 2500 मिली से 3000 मिली होता है।

निष्कासन आरक्षित आयतन (ERV): अतिरिक्त वायु की मात्रा, जिसे कोई व्यक्ति जोरदार श्वास छोड़कर बाहर निकाल सकता है। यह औसतन 1000 मिली से 1100 मिली होता है।

अवशिष्ट आयतन (RV): वायु की वह मात्रा जो जोरदार श्वास छोड़ने के बाद भी फेफड़ों में रह जाती है। यह औसतन 1100 मिली से 1200 मिली होता है। ऊपर वर्णित कुछ श्वसन आयतनों को जोड़कर विभिन्न फुफ्फुसीय क्षमताएँ निकाली जा सकती हैं, जिनका उपयोग नैदानिक निदान में किया जा सकता है।

प्रेरकीय क्षमता (IC): वायु की कुल मात्रा जिसे कोई व्यक्ति सामान्य श्वास छोड़ने के बाद अंदर ले सकता है। इसमें ज्वारीय आयतन और प्रेरकीय आरक्षित आयतन शामिल होते हैं (TV+IRV)।

निष्कासन क्षमता (EC): वायु की कुल मात्रा जिसे कोई व्यक्ति सामान्य श्वास लेने के बाद बाहर निकाल सकता है। इसमें ज्वारीय आयतन और निष्कासन आरक्षित आयतन शामिल होते हैं (TV+ERV)।

फंक्शनल रेसिड्यूअल कैपेसिटी (FRC): सामान्य श्वास छोड़ने के बाद फेफड़ों में शेष रहने वाली हवा की मात्रा। इसमें ERV+RV शामिल होता है।

वाइटल कैपेसिटी (VC): अधिकतम हवा की मात्रा जिसे कोई व्यक्ति जबरदस्त श्वास छोड़ने के बाद अंदर खींच सकता है। इसमें ERV, TV और IRV शामिल होते हैं या अधिकतम हवा की मात्रा जिसे कोई व्यक्ति जबरदस्त श्वास खींचने के बाद बाहर छोड़ सकता है।

टोटल लंग कैपेसिटी (TLC): जबरदस्त श्वास खींचने के अंत में फेफड़ों में समाई कुल हवा की मात्रा। इसमें RV, ERV, TV और IRV शामिल होते हैं या वाइटल कैपेसिटी + रेसिड्यूअल वॉल्यूम।

17.3 गैसों का आदान-प्रदान#

एल्वियोली गैसों के आदान-प्रदान के प्राथमिक स्थल होते हैं। गैसों का आदान-प्रदान रक्त और ऊतकों के बीच भी होता है। O2 और CO2 का आदान-प्रदान इन स्थलों पर सरल विसरण द्वारा मुख्यतः दबाव/सांद्रता प्रवाह के आधार पर होता है। गैसों की घुलनशीलता के साथ-साथ विसरण में शामिल झिल्लियों की मोटाई भी कुछ महत्वपूर्ण कारक हैं जो विसरण की दर को प्रभावित कर सकते हैं। गैसों के मिश्रण में किसी व्यक्तिगत गैस द्वारा योगदान किया गया दबाव आंशिक दबाव कहलाता है और इसे ऑक्सीजन के लिए pO2 और कार्बन डाइऑक्साइड के लिए pCO2 के रूप में दर्शाया जाता है। इन दोनों गैसों के आंशिक दबाव वायुमंडलीय हवा में और विसरण के दोनों स्थलों पर टेबल 17.1 और चित्र 17.3 में दिए गए हैं। टेबल में दिए गए आंकड़े स्पष्ट रूप से ऑक्सीजन के लिए एल्वियोली से रक्त और रक्त से ऊतकों तक एक सांद्रता प्रवाह को दर्शाते हैं।

टेबल 14.1 विसरण में शामिल विभिन्न भागों में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के आंशिक दबाव (mm Hg में) वायुमंडल की तुलना में

श्वसन गैस	वायुमंडलीय वायु	एल्वियोलाई	रक्त (अनॉक्सीजनीकृत)	रक्त (ऑक्सीजनीकृत)	ऊतक
$\mathrm{O}_2$	159	104	40	95	40
$\mathrm{CO}_2$	0.3	40	45	40	45

आकृति 17.3 एल्वियोलाई और शरीर के ऊतकों में गैसों के आदान-प्रदान तथा ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के परिवहन का आरेखीय प्रतिनिधित्व

इसी प्रकार, CO2 के लिए विपरीत दिशा में एक ग्रेडिएंट मौजूद होता है, अर्थात् ऊतकों से रक्त और रक्त से वायुकोषिकाओं की ओर। चूँकि CO2 की विलेयता O2 की तुलना में 20-25 गुना अधिक होती है, आंशिक दबाव में प्रति इकाई अंतर के माध्यम से विसरण झिल्ली से विसरित होने वाली CO2 की मात्रा O2 की तुलना में कहीं अधिक होती है। विसरण झिल्ली तीन प्रमुख परतों (चित्र 17.4) से बनी होती है, अर्थात् वायुकोषिकाओं की पतली स्क्वैमस उपकला, वायुकोषिका केशिकाओं की एंडोथेलियम और इन दोनों के बीच की आधारभूत पदार्थ (जिसमें स्क्वैमस उपकला को सहारा देने वाली पतली आधारभूत झिल्ली और केशिकाओं की एकल परत एंडोथेलियल कोशिकाओं को घेरने वाली आधारभूत झिल्ली शामिल होती है)। हालाँकि, इसकी कुल मोटाई एक मिलीमीटर से कहीं कम होती है। इसलिए, हमारे शरीर में सभी कारक वायुकोषिकाओं से ऊतकों तक O2 के विसरण और ऊतकों से वायुकोषिकाओं तक CO2 के विसरण के लिए अनुकूल हैं।

चित्र 17.4 एक वायुकोषिका के अनुप्रस्थ काट का आरेख जिसमें एक फुफ्फुसीय केशिका दिखाई गई है।

17.4 गैसों का परिवहन#

रक्त O2 और CO2 के परिवहन का माध्यम है। लगभग 97 प्रतिशत O2 रक्त में RBCs द्वारा परिवहित होता है। शेष 3 प्रतिशत O2 प्लाज्मा के माध्यम से विलयी अवस्था में ले जाया जाता है। लगभग 20-25 प्रतिशत CO2 RBCs द्वारा परिवहित होता है जबकि इसका 70 प्रतिशत बाइकार्बोनेट के रूप में ले जाया जाता है। लगभग 7 प्रतिशत CO2 प्लाज्मा के माध्यम से विलयी अवस्था में ले जाया जाता है।

17.4.1 ऑक्सीजन का परिवहन#

हीमोग्लोबिन एक लाल रंग का लोहा युक्त वर्णक है जो आरबीसी में मौजूद होता है। O2 हीमोग्लोबिन के साथ प्रतिवर्ती तरीके से बंधकर ऑक्सीहीमोग्लोबिन बना सकता है। प्रत्येक हीमोग्लोबिन अणु अधिकतम चार अणु O2 को वहन कर सकता है। हीमोग्लोबिन के साथ ऑक्सीजन का बंधन मुख्यतः O2 के आंशिक दाब से संबंधित होता है। CO2 का आंशिक दाब, हाइड्रोजन आयन सांद्रता और तापमान अन्य कारक हैं जो इस बंधन में हस्तक्षेप कर सकते हैं। जब O2 के साथ हीमोग्लोबिन की प्रतिशत संतृप्ति को pO2 के विरुद्ध प्लॉट किया जाता है तो एक सिग्मॉइड वक्र प्राप्त होता है। इस वक्र को ऑक्सीजन विघटन वक्र (चित्र 17.5) कहा जाता है और यह pCO2, H+ सांद्रता आदि जैसे कारकों के हीमोग्लोबिन के साथ O2 के बंधन पर प्रभाव का अध्ययन करने में अत्यंत उपयोगी है। ऐल्विओली में, जहाँ उच्च pO2, निम्न pCO2, कम H+ सांद्रता और निम्न तापमान होता है, सभी कारक ऑक्सीहीमोग्लोबिन के निर्माण के लिए अनुकूल होते हैं, जबकि ऊतकों में, जहाँ निम्न pO2, उच्च pCO2, उच्च H+ सांद्रता और उच्च तापमान होता है, परिस्थितियाँ ऑक्सीहीमोग्लोबिन से ऑक्सीजन के विघटन के लिए अनुकूल होती हैं। यह स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि O2 फेफड़ों की सतह पर हीमोग्लोबिन से बंधता है और ऊतकों में विघटित होता है। प्रत्येक 100 मिली ऑक्सीजनयुक्त रक्त सामान्य शारीरिक परिस्थितियों में ऊतकों को लगभग 5 मिली O2 प्रदान कर सकता है।

आकृति 17.5 ऑक्सीजन विघटन वक्र

17.4.2 कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन#

CO2 हीमोग्लोबिन द्वारा कार्बामिनो-हीमोग्लोबिन के रूप में वहन किया जाता है (लगभग 20-25 प्रतिशत)। यह बंधन CO2 के आंशिक दबाव से संबंधित है। pO2 एक प्रमुख कारक है जो इस बंधन को प्रभावित कर सकता है। जब pCO2 अधिक होता है और pO2 कम होता है जैसे कि ऊतकों में, कार्बन डाइऑक्साइड का अधिक बंधन होता है जबकि जब pCO2 कम होता है और pO2 अधिक होता है जैसे कि ऐल्वियोली में, कार्बामिनो-हीमोग्लोबिन से CO2 का विघटन होता है, अर्थात् CO2 जो ऊतकों से हीमोग्लोबिन से बंधा हुआ है, वह ऐल्वियोली में छोड़ा जाता है। RBCs में कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ नामक एंजाइम की बहुत अधिक सांद्रता होती है और प्लाज्मा में भी इसकी बहुत कम मात्रा मौजूद होती है। यह एंजाइम निम्नलिखित अभिक्रिया को दोनों दिशाओं में सरल बनाता है।

$\mathrm{CO}_2 + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \stackrel{\text{कार्बोनिक एनहाइड्रेज़}}{\underset{\longleftarrow}{\longrightarrow}}\mathrm{H}_2\mathrm{CO}_3 \stackrel{\text{कार्बोनिक एनहाइड्रेज़}}{\underset{\longleftarrow}{\longrightarrow}} \mathrm{HCO}_3^{-} + \mathrm{H}^+$

ऊतक स्थल पर जहाँ कैटाबोलिज्म के कारण CO2 का आंशिक दबाव अधिक होता है, CO2 रक्त में (RBCs और प्लाज्मा में) विसरित होता है और HCO3– और H+ बनाता है। एल्वियोलर स्थल पर जहाँ pCO2 कम होता है, प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है जिससे CO2 और H2O का निर्माण होता है। इस प्रकार, ऊतक स्तर पर बाइकार्बोनेट के रूप में फँसा CO2, एल्वियोलाई तक परिवहित होकर CO2 के रूप में बाहर छोड़ा जाता है (चित्र 17.4)। प्रत्येक 100 मिली डिऑक्सीजनेटेड रक्त लगभग 4 मिली CO2 को एल्वियोलाई में पहुँचाता है।

17.5 श्वसन का नियमन#

मनुष्यों में श्वसन लय को शरीर के ऊतकों की मांग के अनुसार बनाए रखने और नियंत्रित करने की उल्लेखनीय क्षमता होती है। यह कार्य तंत्रिका तंत्र द्वारा किया जाता है। मस्तिष्क के मेडुला क्षेत्र में उपस्थित एक विशिष्ट केंद्र, जिसे श्वसन लय केंद्र कहा जाता है, मुख्य रूप से इस नियंत्रण के लिए उत्तरदायी होता है। मस्तिष्क के पॉन्स क्षेत्र में उपस्थित एक अन्य केंद्र, जिसे न्यूमोटैक्सिक केंद्र कहा जाता है, श्वसन लय केंद्र के कार्यों को मॉडरेट कर सकता है। इस केंद्र से आने वाला तंत्रिकीय संकेत प्रेरणा की अवधि को कम कर सकता है और इस प्रकार श्वसन दर को बदल सकता है। रिदम केंद्र के समीप एक रासायनिक संवेदनशील क्षेत्र स्थित होता है जो CO2 और हाइड्रोजन आयनों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। इन पदार्थों में वृद्धि इस केंद्र को सक्रिय कर सकती है, जो बदले में रिदम केंद्र को इन पदार्थों को समाप्त करने के लिए श्वसन प्रक्रिया में आवश्यक समायोजन करने का संकेत दे सकता है। आर्टिक आर्च और कैरोटिड धमनी से जुड़े रिसेप्टर्स भी CO2 और H+ सांद्रता में परिवर्तन को पहचान सकते हैं और रिदम केंद्र को उपचारात्मक कार्यवाही के लिए आवश्यक संकेत भेज सकते हैं। श्वसन लय के नियंत्रण में ऑक्सीजन की भूमिका काफी हद तक नगण्य होती है।

17.6 श्वसन तंत्र के विकार#

दमा सांस लेने में कठिनाई है जो ब्रॉन्की और ब्रॉन्कियोल्स की सूजन के कारण घरघराहट पैदा करती है।

एम्फीसीमा एक पुराना विकार है जिसमें एल्वियोलर दीवारें क्षतिग्रस्त हो जाती हैं जिससे श्वसन सतह घट जाती है। इसका एक प्रमुख कारण सिगरेट पीना है।

व्यावसायिक श्वसन संबंधी विकार: कुछ उद्योगों में, विशेष रूप से जहाँ पीसने या पत्थर तोड़ने का काम होता है, इतनी अधिक धूल उत्पन्न होती है कि शरीर की रक्षा प्रणाली पूरी तरह से उसका सामना नहीं कर पाती। लंबे समय तक इसके संपर्क में रहने से सूजन हो सकती है जो फाइब्रोसिस (फाइबरयुक्त ऊतकों की अत्यधिक वृद्धि) की ओर ले जाती है और इस प्रकार फेफड़ों को गंभीर नुकसान पहुँचता है। ऐसे उद्योगों में काम करने वाले श्रमिकों को सुरक्षात्मक मास्क पहनने चाहिए।

सारांश#

कोशिकाएँ चयापचय के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करती हैं और ऊर्जा के साथ-साथ कार्बन डाइऑक्साइड जैसी हानिकारक पदार्थों का उत्पादन करती हैं। जानवरों ने कोशिकाओं तक ऑक्सीजन पहुँचाने और वहाँ से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए विभिन्न तंत्र विकसित किए हैं। हमारे पास यह कार्य करने के लिए दो फेफड़ों और संबंधित वायुमार्गों से युक्त एक विकसित श्वसन तंत्र है।

स्वसन का प्रथम चरण श्वसन है जिसके द्वारा वायुमंडलीय वायु अंदर ली जाती है (श्वसन) और एल्वियोली वायु बाहर छोड़ी जाती है (निःश्वसन)। ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का अनॉक्सीजनेटेड रक्त और एल्वियोली के बीच आदान-प्रदान, इन गैसों का रक्त द्वारा पूरे शरीर में परिवहन, ऑक्सीजनेटेड रक्त और ऊतकों के बीच ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का आदान-प्रदान और कोशिकाओं द्वारा ऑक्सीजन का उपयोग (कोशिकीय श्वसन) अन्य शामिल चरण हैं।
श्वसन और निःश्वसन विशेषकृत पेशियों - अंतरपर्शुक और डायाफ्राम की सहायता से वातावरण और एल्वियोली के बीच दाब प्रवणता उत्पन्न करके किए जाते हैं। इन क्रियाओं में शामिल वायु की मात्रा स्पायरोमीटर की सहायता से आकलित की जा सकती है और ये नैदानिक महत्व की होती हैं।

एल्वियोली और ऊतकों पर ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का आदान-प्रदान विसरण द्वारा होता है। विसरण की दर ऑक्सीजन (pO2) और कार्बन डाइऑक्साइड (pCO2) के आंशिक दाब प्रवणता, उनकी विलेयता तथा विसरण सतह की मोटाई पर निर्भर करती है। हमारे शरीर में ये कारक एल्वियोली से अनॉक्सीजनेटेड रक्त में तथा ऑक्सीजनेटेड रक्त से ऊतकों में ऑक्सीजन के विसरण की सुविधा प्रदान करते हैं। ये कारक विपरीत दिशा में, अर्थात् ऊतकों से एल्वियोली तक कार्बन डाइऑक्साइड के विसरण के लिए अनुकूल हैं।

ऑक्सीजन मुख्यतः ऑक्सीहीमोग्लोबिन के रूप में परिवहित होती है। एल्वियोली में जहाँ pO₂ अधिक होती है, O₂ हीमोग्लोबिन से बंध जाता है जो ऊतकों में आसानी से विघटित हो जाता है जहाँ pO₂ कम और pCO₂ तथा H⁺ सांद्रता अधिक होती है। लगभग 70 प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड बाइकार्बोनेट (HCO₃⁻) के रूप में एंजाइम कार्बोनिक एनहाइड्रेज की सहायता से परिवहित होती है। 20-25 प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड हीमोग्लोबिन द्वारा कार्बामिनो-हीमोग्लोबिन के रूप में वहन की जाती है। ऊतकों में जहाँ pCO₂ अधिक होती है, यह रक्त से बंध जाती है जबकि एल्वियोली में जहाँ pCO₂ कम और pO₂ अधिक होती है, यह रक्त से हटा दी जाती है।

श्वसन ताल मस्तिष्क के मेडुला क्षेत्र में स्थित श्वसन केंद्र द्वारा बनाए रखा जाता है। मस्तिष्क के पोंस क्षेत्र में स्थित एक न्यूमोटैक्सिक केंद्र और मेडुला में स्थित एक रसायन-संवेदनशील क्षेत्र श्वसन तंत्र को बदल सकते हैं।