मानव शरीर क्रिया विज्ञान: श्वसन और गैसों का आदान-प्रदान 3

मानव शरीर में गैसों का परिवहन मुख्य रूप से श्वसन तंत्र, परिसंचरण तंत्र और विभिन्न शरीर ऊतकों के बीच ऑक्सीजन (O2) और कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) की गति से संबंधित होता है। यहाँ इस परिवहन की प्रक्रिया का एक अवलोकन दिया गया है:

फेफड़ों में श्वसन: फेफड़ों में, बाह्य वातावरण से ऑक्सीजन श्वास के द्वारा अंदर ली जाती है और पतली श्वसन झिल्ली पार करके रक्तप्रवाह में विसरित हो जाती है। इस प्रक्रिया को फुफ्फुसीय विसरण कहा जाता है। साथ ही, चयापचय की अपशिष्ट उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड, रक्तप्रवाह से हटाई जाती है और श्वास छोड़ते समय शरीर से बाहर निकाली जाती है।

परिधीय रसायन ग्राही: ये ग्राही कैरोटिड बॉडी और आर्टिक बॉडी में स्थित होते हैं, और वे धमनी रक्त में O2, CO2 और pH स्तर में परिवर्तनों को संवेदित करते हैं।

तनाव ग्राही: फेफड़ों में स्थित, तनाव ग्राही फेफड़ों की आयतन और फुलाव पर प्रतिक्रिया प्रदान करते हैं।

श्वसन नियंत्रण केंद्र: मेडुला ओब्लांगेटा और पोंस मस्तिष्क के तने में प्राथमिक श्वसन नियंत्रण केंद्र रखते हैं:

मेडुली श्वसन केंद्र: इसमें डोर्सल श्वसन समूह (DRG) शामिल है, जो मुख्य रूप से श्वसन की दर और गहराई को नियंत्रित करता है केंद्रीय और परिधीय रसायन ग्राहियों से इनपुट की प्रतिक्रिया द्वारा।

पोंटीन श्वसन समूह: पोंस में स्थित पोंटीन श्वसन समूह श्वसन लय और पैटर्न को बारीकी से समायोजित करने में मदद करता है।

नकारात्मक प्रतिक्रिया लूप: श्वसन का नियंत्रण एक नकारात्मक प्रतिक्रिया लूप के माध्यम से काम करता है। जब CO2 का स्तर बढ़ता है या O2 का स्तर घटता है या रक्त का pH गिर जाता है (अधिक अम्लीय हो जाता है), तो कैमोरिसेप्टर्स श्वसन नियंत्रण केंद्रों को संकेत भेजते हैं।

प्रतिक्रिया में: मेड्यूलरी श्वसन केंद्र सांस लेने की दर और गहराई बढ़ाता है (अतिश्वसन) ताकि अतिरिक्त CO2 को हटाया जा सके और O2 का स्तर बढ़ाया जा सके।

इसके विपरीत, यदि CO2 का स्तर बहुत कम है, तो सांस लेने की दर धीमी कर दी जाती है ताकि CO2 के अत्यधिक नुकसान को रोका जा सके, जो श्वसनक्षारीयता (रक्त pH में वृद्धि) का कारण बन सकता है।

स्वैच्छिक नियंत्रण: यद्यपि श्वसन मुख्य रूप से एक स्वचालित और अनैच्छिक प्रक्रिया है, यह कुछ हद तक सचेतन रूप से भी नियंत्रित किया जा सकता है। सेरेब्रल कॉर्टेक्स श्वसन के स्वचालित नियंत्रण को ओवरराइड कर सकता है। उदाहरण के लिए, आप स्वेच्छा से अपनी सांस रोक सकते हैं या गायन या बोलने जैसी गतिविधियों के दौरान अपनी सांस की दर को नियंत्रित कर सकते हैं।

अनुकूली प्रतिक्रियाएं: श्वसन नियंत्रण केंद्र शारीरिक गतिविधि, भावनात्मक तनाव और ऊंचाई में परिवर्तन जैसे अन्य कारकों पर भी प्रतिक्रिया कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, जब आप तीव्र व्यायाम करते हैं या कम O2 स्तर वाली उच्च ऊंचाई पर चढ़ते हैं, तो आपका शरीर बढ़ी हुई ऑक्सीजन मांग को पूरा करने के लिए आपकी सांस की दर और गहराई को समायोजित करता है।

ऑक्सीजन का परिवहन: ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन से जुड़ता है, एक प्रोटीन जो लाल रक्त कोशिकाओं में पाया जाता है, जिससे ऑक्सीहीमोग्लोबिन बनता है। हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन के लिए एक वाहक अणु के रूप में कार्य करता है।

ऑक्सीजन से भरा हुआ रक्त हृदय द्वारा धमनियों में पंप किया जाता है, जो इसे शरीर के विभिन्न ऊतकों और अंगों तक पहुँचाती हैं।

संचरण: ऑक्सीजनयुक्त रक्त हृदय के बाईं ओर से (प्रणाली संचरण) पंप किया जाता है ताकि शरीर के ऊतकों को ऑक्सीजन आपूर्ति की जा सके।

केशिकाओं में, जहाँ सबसे छोटी रक्त वाहिकाएँ शरीर की कोशिकाओं के साथ संपर्क करती हैं, ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन से अलग होकर आसपास की कोशिकाओं में विसरित हो जाता है, जिससे उन्हें कोशिकीय श्वसन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन मिलती है।

कोशिकीय श्वसन: शरीर की कोशिकाओं के भीतर, ऑक्सीजन कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया में उपयोग की जाती है, जहाँ यह ग्लूकोज के साथ मिलकर ऊर्जा (ATP के रूप में) उत्पन्न करने के लिए उपयोग होती है।

कार्बन डाइऑक्साइड, जो कि कोशिकीय श्वसन का उपोत्पाद है, रक्तप्रवाह में छोड़ा जाता है।

कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन: ऊतकों में उत्पन्न होने वाली कार्बन डाइऑक्साइड निकटवर्ती केशिकाओं में विसरित हो जाती है।

अधिकांश कार्बन डाइऑक्साइड रक्तप्रवाह में बाइकार्बोनेट आयनों (HCO3-) के रूप में प्लाज्मा में घुली हुई ले जाई जाती है।

कार्बन डाइऑक्साइड का एक छोटा भाग हीमोग्लोबिन से बंधकर फेफड़ों तक वापस ले जाया जाता है।

फेफड़ों में वापसी: डिऑक्सीजनेटेड रक्त, जो अब कार्बन डाइऑक्साइड ले जा रहा है, हृदय के दाईं ओर (फुफ्फुस संचरण) पर वापस आता है।

हृदय इस रक्त को फुफ्फुस धमनियों में पंप करता है, जो इसे गैस विनिमय के लिए फेफड़ों तक ले जाती हैं।

फेफड़ों में, कार्बन डाइऑक्साइड रक्तप्रवाह से बाहर निकलती है और श्वसन प्रक्रिया के दौरान शरीर से बाहर निकाल दी जाती है।

श्वसन का नियमन: श्वसन का नियमन, जो श्वास लेने की प्रक्रिया है, एक जटिल शारीरिक तंत्र है जो यह सुनिश्चित करता है कि शरीर रक्तप्रवाह में ऑक्सीजन (O2) और कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के उपयुक्त स्तर बनाए रखे ताकि शरीर की उपापचयी आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके और pH संतुलन बना रहे। यह नियमन मुख्यतः मस्तिष्क-तना (brainstem) में स्थित श्वसन नियंत्रण केंद्रों द्वारा नियंत्रित होता है, विशेष रूप से मेडुला ऑब्लांगेटा (medulla oblongata) और पॉन्स (pons) द्वारा। यहाँ बताया गया है कि श्वसन का नियमन कैसे काम करता है:

संवेदक और इनपुट: शरीर के विभिन्न भागों में स्थित कई संवेदक रक्त में ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड और pH के स्तरों पर प्रतिक्रिया देते हैं। श्वसन नियमन में शामिल प्रमुख संवेदक इस प्रकार हैं:

केंद्री रसायन-संवेदक (Central Chemoreceptors): ये मेडुला ऑब्लांगेटा में स्थित होते हैं और मस्तिष्क-रस (cerebrospinal fluid) में CO2 के स्तर में बदलावों के प्रति संवेदनशील होते हैं।