जसे आपण आधी वाचले आहे, जीवजंतू ऑक्सिजनचा (O2) उपयोग ग्लुकोज, अमिनो आम्ल, फॅटी आम्ल इत्यादी साध्या अणूंचे अप्रत्यक्षपणे विघटन करण्यासाठी करतात आणि विविध क्रियांना ऊर्जा मिळवण्यासाठी उपयोग करतात. उपरोक्त कॅटाबोलिक प्रतिक्रियांदरम्यान कार्बन डायऑक्साइड (CO2) जो हानिकारक आहे तोही बाहेर टाकला जातो. त्यामुळे हे स्पष्ट आहे की O2 सतत पेशींना पुरवावा लागतो आणि पेशींनी निर्माण केलेला CO2 बाहेर टाकावा लागतो. वातावरणातील O2 आणि पेशींनी निर्माण केलेला CO2 यांची देवाणघेवाण करण्याची प्रक्रिया श्वसन म्हणून ओळखली जाते, जी सामान्यतः श्वसनक्रियेने ओळखली जाते. तुमचे हात छातीवर ठेवा; तुम्हाला छाती वरखाली हालताना जाणवते. तुम्हाला माहिती आहे की हे श्वसनामुळे होते. आपण कसे श्वसन करतो? श्वसन अवयव आणि श्वसनाची यंत्रणा या अध्यायाच्या पुढील भागात वर्णन केली आहे.

17.1 श्वसन अवयव

श्वसनाच्या यंत्रणा प्राण्यांच्या विविध गटांमध्ये त्यांच्या अधिवास आणि संघटना स्तरांवर मुख्यतः अवलंबून असतात. स्पॉंज, कोलेंटरेट्स, फ्लॅटवर्म्स इत्यादी खालचे अपृष्ठवंशी संपूर्ण शरीरपृष्ठभागावर साध्या विसरणाने O2 आणि CO2 ची देवाणघेवाण करतात. भुईमुग वापरतात त्यांच्या ओलसर क्युटिकलचा उपयोग आणि कीटकांमध्ये वातावरणातील हवा शरीरात वाहून नेण्यासाठी नलिकांचे जाळे (ट्रॅकिअल नलिका) असते. विशेष रक्तवाहिनीयुक्त रचना ज्यांना गिल्स (ब्रॅंकिअल श्वसन) म्हणतात त्या बहुतेक जलचर आर्थ्रोपोड्स आणि मोलस्क्स वापरतात तर रक्तवाहिनीयुक्त थैल्या ज्यांना फुफ्फुसे (पल्मोनरी श्वसन) म्हणतात त्या स्थलांतरित प्रकार वायूंच्या देवाणघेवाणीसाठी वापरतात. कशेरुकींमध्ये, मासे गिल्स वापरतात तर उभयचर, सरपटणारे, पक्षी आणि सस्तन प्राणी फुफ्फुसांद्वारे श्वसन करतात. उभयचर जसे मेंढके त्यांच्या ओलसर त्वचेद्वारे (क्युटेनिअस श्वसन) देखील श्वसन करू शकतात.

17.1.1 मानवी श्वसन प्रणाली

आपल्याकडे वरच्या ओठांवर बाह्य नाकपुटांची एक जोडी असते. ती नाकपुटांमधून नाकगुहेत जाते. नाकगुहा घसा (फॅरिंक्स) मध्ये उघडते, ज्याचा एक भाग अन्न आणि हवेसाठी सामान्य मार्ग आहे. घसा लॅरिंक्स प्रदेशातून ट्रॅकिआमध्ये उघडतो. लॅरिंक्स ही उपास्थिबंधित पेटी आहे जी ध्वनी निर्मितीमध्ये मदत करते आणि त्यामुळे तिला साउंड बॉक्स म्हणतात. गिळताना ग्लॉटिसला पातळ लवचिक उपास्थिबंधित पट्टीने झाकले जाऊ शकते ज्याला एपिग्लॉटिस म्हणतात जेणेकरून अन्न लॅरिंक्समध्ये प्रवेश करण्यापासून रोखले जाते. ट्रॅकिआ ही सरळ नलिका आहे जी मध्य थोरॅसिक गुहेत पर्यंत पसरते, जी 5व्या थोरॅसिक कशेरुकेच्या स्तरावर उजव्या आणि डाव्या प्राथमिक ब्राँकायमध्ये विभागते. प्रत्येक ब्राँकस पुनःपुन्हा विभागतात आणि द्वितीयक आणि तृतीयक ब्राँकाय आणि ब्राँकिओल्स तयार करतात जे अतिशय पातळ टर्मिनल ब्राँकिओल्समध्ये संपतात. ट्रॅकिआ, प्राथमिक, द्वितीयक आणि तृतीयक ब्राँकाय आणि सुरुवातीचे ब्राँकिओल्स अपूर्ण उपास्थिबंधित वलयांनी समर्थित असतात. प्रत्येक टर्मिनल ब्राँकिओल अनेक अतिशय पातळ, अनियमित भिंतीच्या आणि रक्तवाहिनीयुक्त थैल्यासारख्या रचना देतो ज्यांना अल्व्हिओलाई म्हणतात. ब्राँकाय, ब्राँकिओल्स आणि अल्व्हिओलाई यांचे शाखीय जाळे फुफ्फुसे तयार करते (चित्र 17.1). आपल्याकडे दोन फुफ्फुसे असतात ज्या दुहेरी थराच्या प्ल्युराने झाकलेल्या असतात, त्यामध्ये प्ल्युरल द्रव असतो. ते फुफ्फुसांच्या पृष्ठभागावर घर्षण कमी करते. बाह्य प्ल्युरल झिल्ली थोरॅसिक आस्तरणाच्या जवळ असते तर आंतरिक प्ल्युरल झिल्ली फुफ्फुसांच्या पृष्ठभागाशी संपर्कात असते.

चित्र 17.1 मानवी श्वसन प्रणालीचे आरेखीय दृश्य (डाव्या फुफ्फुसाचा क्षेत्रीय दृश्य देखील दाखवले आहे)

बाह्य नाकपुटांपासून सुरू होणारा भाग टर्मिनल ब्राँकिओल्सपर्यंत वाहतूक भाग तयार करतो तर अल्व्हिओलाई आणि त्यांचे नलिका श्वसन किंवा देवाणघेवाण भाग तयार करतात. वाहतूक भाग वातावरणातील हवा अल्व्हिओलाईपर्यंत वाहतूक करतो, परकीय कणांपासून ती स्वच्छ करतो, आर्द्र करतो आणि ती शरीराच्या तापमानावर आणते. देवाणघेवाण भाग हे रक्त आणि वातावरणातील हवा यामधील O2 आणि CO2 च्या प्रत्यक्ष विसरणाचे ठिकाण आहे.

फुफ्फुसे थोरॅसिक गुहेत स्थित असतात जी शारीरिकदृष्ट्या हवाबंद गुहा आहे. थोरॅसिक गुहा पाठीच्या कशेरुकांनी डोरसली, स्टर्नमने व्हेंट्रली, बाजूने पसरलेल्या पसाऱ्यांनी आणि खालच्या बाजूने गुंबजाकृती डायाफ्रामने तयार केली जाते. फुफ्फुसांची थोरॅक्समध्ये शारीरिक रचना अशी आहे की थोरॅसिक गुहेच्या आयतनात होणारा कोणताही बदल फुफ्फुस (पल्मोनरी) गुहेत दिसून येतो. अशी व्यवस्था श्वसनासाठी आवश्यक आहे, कारण आपण थेट पल्मोनरी आयतन बदलू शकत नाही.

श्वसनामध्ये खालील पायऱ्या समाविष्ट असतात:

(i) श्वसन किंवा पल्मोनरी व्हेंटिलेशन ज्यामुळे वातावरणातील हवा आत ओढली जाते आणि CO2 समृद्ध अल्व्हिओलाई हवा बाहेर टाकली जाते.

(ii) वायूंचे (O2 आणि CO2) अल्व्हिओलर झिल्लीवर विसरण.

(iii) रक्ताद्वारे वायूंची वाहतूक.

(iv) रक्त आणि पेशींमधील O2 आणि CO2 चे विसरण.

(v) पेशींनी कॅटाबोलिक प्रतिक्रियांसाठी O2 चा उपयोग आणि त्यामुळे CO2 ची सुटका (पेशी श्वसन जसे अध्याय 14 मध्ये दिले आहे).

17.2 श्वसनाची यंत्रणा

श्वसनामध्ये दोन टप्पे समाविष्ट असतात : प्रेरणा ज्यामध्ये वातावरणातील हवा आत ओढली जाते आणि उद्बाह्य ज्यामध्ये अल्व्हिओलाई हवा बाहेर टाकली जाते. फुफ्फुसांमध्ये आणि वातावरणामध्ये दाबाचा फरक निर्माण करून हवा फुफ्फुसांमध्ये आणि बाहेर हालचाल करते. प्रेरणा तेव्हाच होऊ शकते जेव्हा फुफ्फुसांमधील दाब (इंट्रा-पल्मोनरी दाब) वातावरणातील दाबापेक्षा कमी असतो, म्हणजेच वातावरणातील दाबाच्या तुलनेत फुफ्फुसांमध्ये नकारात्मक दाब असतो. त्याचप्रमाणे, उद्बाह्य तेव्हा होते जेव्हा इंट्रा-पल्मोनरी दाब वातावरणातील दाबापेक्षा जास्त असतो. डायाफ्राम आणि पसाऱ्यांमधील बाह्य आणि आंतर आंतरपसारिक स्नायूंची विशेष जोड, अशा फरक निर्माण करण्यात मदत करते. प्रेरणा डायाफ्रामच्या संकुचनाने सुरू होते जे अग्र-पश्चिम अक्षात थोरॅसिक गुहेचे आयतन वाढवते. बाह्य आंतरपसारिक स्नायूंच्या संकुचनाने पसाऱ्यांना आणि स्टर्नमला वर उचलते जे डोरसो-व्हेंट्रल अक्षात थोरॅसिक गुहेचे आयतन वाढवते. थोरॅसिक आयतनातील एकूण वाढ पल्मोनरी आयतनात वाढ होते. पल्मोनरी आयतनात वाढ झाल्याने इंट्रा-पल्मोनरी दाब वातावरणातील दाबापेक्षा कमी होतो जे बाहेरून हवा फुफ्फुसांमध्ये जाण्यास भाग पाडते, म्हणजेच प्रेरणा (चित्र 17.2a). डायाफ्राम आणि आंतरपसारिक स्नायूंच्या विश्रांतीने डायाफ्राम आणि स्टर्नम त्यांच्या सामान्य स्थानावर परत जातात आणि थोरॅसिक आयतन आणि त्यामुळे पल्मोनरी आयतन कमी होते. यामुळे इंट्रा-पल्मोनरी दाब वातावरणातील दाबापेक्षा थोडा जास्त होतो जे फुफ्फुसांमधून हवा बाहेर टाकण्यास कारणीभूत ठरते, म्हणजेच उद्बाह्य (चित्र 17.2b). आपल्याकडे पोटातील अतिरिक्त स्नायूंच्या मदतीने प्रेरणा आणि उद्बाह्यची ताकद वाढवण्याची क्षमता आहे. सरासरी, एक निरोगी माणूस 12-16 वेळा/मिनिट श्वसन करतो. श्वसन हालचालींमध्ये सामील होणारे हवेचे आयतन स्पायरोमीटरचा उपयोग करून अंदाज लावता येते जे पल्मोनरी कार्यांच्या नैदानिक मूल्यांकनात मदत करते.

चित्र 17.2 श्वसनाची यंत्रणा दाखवते : (a) प्रेरणा (b) उद्बाह्य

17.2.1 श्वसन आयतन आणि क्षमता

टाइडल व्हॉल्यूम (TV): सामान्य श्वसनादरम्यान प्रेरित किंवा उद्बाह्य होणारे हवेचे आयतन. ते सुमारे 500 mL आहे., म्हणजेच एक निरोगी माणूस सुमारे 6000 ते 8000 mL हवा प्रति मिनिट प्रेरित किंवा उद्बाह्य करू शकतो.

इन्स्पिरेटरी रिझर्व्ह व्हॉल्यूम (IRV): अतिरिक्त हवेचे आयतन, जे एखादी व्यक्ती जोरदार प्रेरणेने प्रेरित करू शकते. हे सरासरी 2500 mL ते 3000 mL असते.

एक्स्पिरेटरी रिझर्व्ह व्हॉल्यूम (ERV): अतिरिक्त हवेचे आयतन, जे एखादी व्यक्ती जोरदार उद्बाह्यने उद्बाह्य करू शकते. हे सरासरी 1000 mL ते 1100 mL असते.

रिजिड्युअल व्हॉल्यूम (RV): जोरदार उद्बाह्यनंतरही फुफ्फुसांमध्ये शिल्लक राहणारे हवेचे आयतन. हे सरासरी 1100 mL ते 1200 mL असते. वरील वर्णन केलेल्या काही श्वसन आयतनांची बेरीज करून, विविध पल्मोनरी क्षमता काढता येतात, जी नैदानिक निदानात वापरली जाऊ शकते.

इन्स्पिरेटरी कॅपॅसिटी (IC): सामान्य उद्बाह्यनंतर एखादी व्यक्ती प्रेरित करू शकणारे एकूण हवेचे आयतन. यामध्ये टाइडल व्हॉल्यूम आणि इन्स्पिरेटरी रिझर्व्ह व्हॉल्यूम (TV+IRV) समाविष्ट असतात.

एक्स्पिरेटरी कॅपॅसिटी (EC): सामान्य प्रेरणेनंतर एखादी व्यक्ती उद्बाह्य करू शकणारे एकूण हवेचे आयतन. यामध्ये टाइडल व्हॉल्यूम आणि एक्स्पिरेटरी रिझर्व्ह व्हॉल्यूम (TV+ERV) समाविष्ट असतात.

फंक्शनल रिजिड्युअल कॅपॅसिटी (FRC): सामान्य उद्बाह्यनंतर फुफ्फुसांमध्ये शिल्लक राहणारे हवेचे आयतन. यामध्ये ERV+RV समाविष्ट असतात.

व्हायटल कॅपॅसिटी (VC): जोरदार उद्बाह्यनंतर एखादी व्यक्ती प्रेरित करू शकणारे कमाल हवेचे आयतन. यामध्ये ERV, TV आणि IRV किंवा जोरदार प्रेरणेनंतर एखादी व्यक्ती उद्बाह्य करू शकणारे कमाल हवेचे आयतन समाविष्ट असतात.

टोटल लंग कॅपॅसिटी (TLC): जोरदार प्रेरणेनंतर फुफ्फुसांमध्ये समाविष्ट होणारे एकूण हवेचे आयतन. यामध्ये RV, ERV, TV आणि IRV किंवा व्हायटल कॅपॅसिटी + रिजिड्युअल व्हॉल्यूम समाविष्ट असतात.

17.3 वायूंची देवाणघेवाण

अल्व्हिओलाई वायूंच्या देवाणघेवाणीचे प्राथमिक ठिकाण आहेत. रक्त आणि पेशींमध्येही वायूंची देवाणघेवाण होते. O2 आणि CO2 या ठिकाणी मुख्यतः दाब/सांद्रता फरकावर आधारित साध्या विसरणाने देवाणघेवाण केली जाते. वायूंची विद्राव्यता तसेच विसरणात सामील असलेल्या झिल्ल्यांची जाडी हे देखील काही महत्त्वाचे घटक आहेत जे विसरणाच्या दरावर परिणाम करू शकतात. वायूंच्या मिश्रणातील प्रत्येक वायूने केलेला दाब आंशिक दाब म्हणून ओळखला जातो आणि तो ऑक्सिजनसाठी pO2 आणि कार्बन डायऑक्साइडसाठी pCO2 म्हणून दर्शविला जातो. या दोन वायूंचे आंशिक दाब वातावरणातील हवेत आणि विसरणात सामील असलेल्या दोन ठिकाणी तक्ता 17.1 आणि चित्र 17.3 मध्ये दिले आहेत. तक्त्यात दिलेला डेटा स्पष्टपणे अल्व्हिओलाईपासून रक्त आणि रक्तापासून पेशींपर्यंत ऑक्सिजनसाठी सांद्रता फरक दर्शवतो.

TABLE 14.1 वातावरणातील तुलनेत विसरणात सामील असलेल्या विविध भागांमध्ये ऑक्सिजन आणि कार्बन डायऑक्साइडचे आंशिक दाब (mm Hg मध्ये)

चित्र 17.3 अल्व्हिओलस आणि शरीराच्या पेशींमध्ये रक्त आणि ऑक्सिजन आणि कार्बन डायऑक्साइडच्या वाहतुकीसह वायूंच्या देवाणघेवाणीचे आरेखीय प्रतिनिधित्व

त्याचप्रमाणे, CO2 साठी उलट दिशेने, म्हणजेच पेशींपासून रक्त आणि रक्तापासून अल्व्हिओलाईपर्यंत फरक आहे. CO2 ची विद्राव्यता O2 पेक्षा 20-25 पट जास्त असल्याने, आंशिक दाबातील एकक फरकाने विसरण झिल्ल्यातून विसरण होऊ शकणारे CO2 चे प्रमाण O2 च्या तुलनेत खूप जास्त आहे. विसरण झिल्ली तीन प्रमुख थरांनी बनलेली आहे (चित्र 17.4) म्हणजे, अल्व्हिओलाईचे पातळ स्क्वॅमस एपिथेलियम, अल्व्हिओलर कॅपिलरीजचे एंडोथेलियम आणि त्यांच्यामधील बेसमेंट पदार्थ (पातळ बेसमेंट झिल्लीने समर्थित स्क्वॅमस एपिथेलियम आणि कॅपिलरीजच्या एक थर एंडोथेलियल पेशींना वेढणारी बेसमेंट झिल्ली यांचा समावेश) तयार केलेली आहे. तथापि, त्याची एकूण जाडी एक मिलीमीटरपेक्षा खूपच कमी आहे. त्यामुळे, आपल्या शरीरातील सर्व घटक अल्व्हिओलाईपासून पेशींपर्यंत O2 च्या विसरणासाठी आणि पेशींपासून अल्व्हिओलाईपर्यंत CO2 च्या विसरणासाठी अनुकूल आहेत.

चित्र 17.4 अल्व्हिओलसच्या क्षेत्राचे आरेख आणि पल्मोनरी कॅपिलरी.

17.4 वायूंची वाहतूक

रक्त हे O2 आणि CO2 च्या वाहतुकीचे माध्यम आहे. सुमारे 97 टक्के O2 रक्तातील RBCs द्वारे वाहून नेतात. उरलेले 3 टक्के O2 प्लाझ्मा मध्ये विद्रावित अवस्थेत वाहून जातात. सुमारे 20-25 टक्के CO2 RBCs द्वारे वाहून जातात तर 70 टक्के ते बायकार्बोनेट म्हणून वाहून जातात. सुमारे 7 टक्के CO2 प्लाझ्मा मध्ये विद्रावित अवस्थेत वाहून जातात.

17.4.1 ऑक्सिजनची वाहतूक

हिमोग्लोबिन हे RBCs मध्ये असलेले लाल रंगाचे लोखंडयुक्त रंजक आहे. O2 हिमोग्लोबिनशी उलटणार्या पद्धतीने बांधू शकतो आणि ऑक्सिहिमोग्लोबिन तयार करतो. प्रत्येक हिमोग्लोबिन अणू जास्तीत जास्त चार O2 अणू वाहून नेऊ शकतो. ऑक्सिजनचे हिमोग्लोबिनशी बांधणे प्रामुख्याने O2 च्या आंशिक दाबाशी संबंधित आहे. CO2 चा आंशिक दाब, हायड्रोजन आयन सांद्रता आणि तापमान हे इतर घटक आहेत जे या बांधणीत अडथळा आणू शकतात. जेव्हा O2 शी हिमोग्लोबिनचे टक्केवारी संतुलन O2 च्या आंशिक दाबाविरुद्ध मांडले जाते तेव्हा एक सिग्मॉइड वक्र मिळते. या वक्राला ऑक्सिजन डिसोसिएशन वक्र (चित्र 17.5) म्हणतात आणि pCO2, H+ सांद्रता इत्यादी घटकांच्या O2 च्या हिमोग्लोबिनशी बांधणीवर परिणाम अभ्यासण्यासाठी हे अत्यंत उपयुक्त आहे. अल्व्हिओलाईमध्ये, जिथे उच्च pO2, कमी pCO2, कमी H+ सांद्रता आणि कमी तापमान आहे, सर्व घटक ऑक्सिहिमोग्लोबिन तयार करण्यासाठी अनुकूल आहेत, तर पेशींमध्ये, जिथे कमी pO2, उच्च pCO2, उच्च H+ सांद्रता आणि उच्च तापमान आहे, ऑक्सिहिमोग्लोबिनपासून ऑक्सिजनचे वियोजन होण्यासाठी अनुकूल परिस्थिती आहे. हे स्पष्टपणे दर्शवते की O2 फुफ्फुसांच्या पृष्ठभागावर हिमोग्लोबिनशी बांधले जाते आणि पेशींमध्ये वियोजित होते. सामान्य शारीरिक परिस्थितीत ऑक्सिजनेटेड रक्ताचे प्रत्येक 100 ml पेशींना सुमारे 5 ml O2 पुरवू शकते.

चित्र 17.5 ऑक्सिजन डिसोसिएशन वक्र

17.4.2 कार्बन डायऑक्साइडची वाहतूक

CO2 हिमोग्लोबिनद्वारे कार्बामिनो-हिमोग्लोबिन म्हणून वाहून जातो (सुमारे 20-25 टक्के). हे बांधणे CO2 च्या आंशिक दाबाशी संबंधित आहे. pO2 हा प्रमुख घटक आहे जो या बांधणीवर परिणाम करू शकतो. जेव्हा pCO2 उच्च असते आणि pO2 कमी असते जसे की पेशींमध्ये, जास्त CO2 बांधणी होते तर, जेव्हा pCO2 कमी असते आणि pCO2 उच्च असते जसे की अल्व्हिओलाईमध्ये, कार्बामिनो-हिमोग्लोबिनपासून CO2 चे वियोजन होते, म्हणजेच पेशींमधून रक्ताशी बांधलेला CO2 अल्व्हिओलाईमध्ये दिला जातो. RBCs मध्ये कार्बोनिक अनहायड्रेज नावाचे एंझाईम खूप जास्त सांद्रतेने असते आणि प्लाझ्मा मध्येही त्याचे अल्प प्रमाण असते. हे एंजाईम खालील प्रतिक्रिया दोन्ही दिशांनी सुलभ करते.

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

पेशींच्या ठिकाणी जिथे कॅटाबोलिझममुळे CO2 चा आंशिक दाब उच्च असतो, CO2 रक्तात (RBCs आणि प्लाझ्मा) विसरतो आणि HCO3– आणि H+ तयार करतो. अल्व्हिओलाईच्या ठिकाणी जिथे pCO2 कमी असतो, प्रतिक्रिया उलट दिशेने पुढे जाते आणि CO2 आणि H2O तयार होते. अशा प्रकारे, पेशी स्तरावर बायकार्बोनेट म्हणून अडकलेला CO2 अल्व्हिओलाईपर्यंत वाहून नेऊन CO2 म्हणून बाहेर टाकला जातो (चित्र 17.4). डिऑक्सिजनेटेड रक्ताचे प्रत्येक 100 ml सुमारे 4 ml CO2 अल्व्हिओलाईला देतो.

17.5 श्वसनाचे नियमन

मानवांमध्ये श्वसन ताल टिकवण्याची आणि शरीराच्या पेशींच्या मागणीप्रमाणे त्याचे नियमन करण्याची महत्त्वाची क्षमता आहे. हे न्यूरल सिस्टमद्वारे केले जाते. मेंदूच्या मेड्युला प्रदेशात असलेले विशेष केंद्र श्वसन ताल केंद्र म्हणून ओळखले जाते जे प्रामुख्याने या नियमनासाठी जबाबदार आहे. मेंदूच्या पोंस प्रदेशात असलेले आणखी एक केंद्र प्न्युमोटॅक्सिक केंद्र म्हणून ओळखले जाते जे श्वसन ताल केंद्राचे कार्य नियमित करू शकते. या केंद्रातून येणारे न्यूरल सिग्नल प्रेरणेची कालावधी कमी करू शकते आणि त्यामुळे श्वसन दर बदलू शकते. ताल केंद्राच्या बाजूला असलेले एक केमोसेन्सिटिव्ह क्षेत्र आहे जे CO2 आणि हायड्रोजन आयनांना अत्यंत संवेदनशील आहे. या पदार्थांमध्ये वाढ झाल्यास हे केंद्र सक्रिय होऊ शकते, जे परत ताल केंद्राला सिग्नल देऊ शकते आणि श्वसन प्रक्रियेत आवश्यक बदल करून या पदार्थांना बाहेर टाकण्याचा प्रयत्न करतो. ऑर्टिक आर्च आणि कॅरोटिड आर्टरीशी संबंधित रिसेप्टर्स देखील CO2 आणि H+ सांद्रता बदल ओळखू शकतात आणि उपाययोजना करण्यासाठी ताल केंद्राला आवश्यक सिग्नल पाठवू शकतात. श्वसन ताल नियमनात ऑक्सिजनची भूमिका खूपच कमी महत्त्वाची आहे.

17.6 श्वसन प्रणालीचे विकार

अस्थमा म्हणजे श्वसनात अडचण होणे ज्यामुळे घरघर होते कारण ब्राँकाय आणि ब्राँकिओल्स मध्ये सूज येते.

एम्फिसेमा हा एक दीर्घकालीन विकार आहे ज्यामध्ये अल्व्हिओलाईच्या भिंती नुकसानीमुळे खराब होतात ज्यामुळे श्वसन पृष्ठभाग कमी होतो. याचे एक प्रमुख कारण सिगारेट ओढणे आहे.

व्यावसायिक श्वसन विकार: काही उद्योगांमध्ये, विशेषतः जिथे ग्राइंडिंग किंवा दगड फोडण्याचे काम होते, इतकी धूळ निर्माण होते की शरीराचा संरक्षण यंत्रणा पूर्णपणे परिस्थितीशी सामना करू शकत नाही. दीर्घकालीन एक्सपोजरमुळे सूज येऊ शकते जी फायब्रोसिस (फायब्रस ऊतकांची वाढ) कडे जाते आणि त्यामुळे गंभीर फुफ्फुस नुकसान होते. अशा उद्योगांमधील कामगारांनी संरक्षणात्मक मास्क घालावेत.

सारांश

पेशी चयापचयासाठी ऑक्सिजनचा उपयोग करतात आणि ऊर्जा निर्माण करतात कार्बन डायऑक्साइडसारखे हानिकारक पदार्थही तयार करतात. प्राण्यांनी पेशींना ऑक्सिजन पोहोचवण्यासाठी आणि तिथून कार्बन डायऑक्साइड काढून टाकण्यासाठी विविध यंत्रणा विकसित केल्या आहेत. आपल्याकडे दोन फुफ्फुसे आणि संबंधित हवा मार्गांचा समावेश असलेली सुसज्ज श्वसन प्रणाली आहे जी हे कार्य करते.

श्वसनातील पहिली पायरी म्हणजे श्वसन ज्यामुळे वातावरणातील हवा आत घेतली जाते (प्रेरणा) आणि अल्व्हिओलाई हवा बाहेर टाकली जाते (उद्बाह्य). डिऑक्सिजनेटेड रक्त आणि अल्व्हिओलाई दरम्यान O2 आणि CO2 ची देवाणघेवाण, रक्ताद्वारे संपूर्ण शरीरात या वायूंची वाहतूक, ऑक्सिजनेटेड रक्त आणि पेशीं दरम्यान O2 आणि CO2 ची देवाणघेवाण आणि पेशींनी O2 चा उपयोग (पेशी श्वसन) हे इतर पायऱ्या आहेत. प्रेरणा आणि उद्बाह्य हे वातावरण आणि अल्व्हिओलाई दरम्यान दाबाचा फरक निर्माण करून विशेष स्नायूंच्या मदतीने - आंतरपसारिक आणि डायाफ्राम - पार पाडले जातात. या क्रियांमध्ये सामील होणारे हवेचे आयतन स्पायरोमीटरच्या मदतीने अंदाज लावता येते आणि ते नैदानिक महत्त्वाचे आहे.

अल्व्हिओलाई आणि पेशींमध्ये O2 आणि CO2 ची देवाणघेवाण विसरणाने होते. विसरणाचा दर O2 (pO2) आणि CO2 (pCO2) च्या आंशिक दाब फरकावर, त्यांच्या विद्राव्यतेवर आणि विसरण पृष्ठभागाच्या जाडीवर अवलंबून असतो. आपल्या शरीरातील हे घटक अल्व्हिओलाईपासून डिऑक्सिजनेटेड रक्तात आणि ऑक्सिजनेटेड रक्तापासून पेशींपर्यंत O2 च्या विसरणासाठी अनुकूल आहेत. हे घटक उलट दिशेने CO2 च्या विसरणासाठी, म्हणजेच पेशींपासून अल्व्हिओलाईपर्यंत अनुकूल आहेत.

ऑक्सिजन मुख्यतः ऑक्सिहिमोग्लोबिन म्हणून वाहून जातो. अल्व्हिओलाईमध्ये जिथे pO2 उच्च असतो, तिथे O2 हिमोग्लोबिनशी बांधले जाते जे पेशींमध्ये जिथे pO2 कमी आणि pCO2 आणि H+ सांद्रता उच्च असते तिथे सहजपणे वियोजित होते. सुमारे 70 टक्के कार्बन डायऑक्साइड कार्बोनिक अनहायड्रेज एंजाईमच्या मदतीने बायकार्बोनेट (HCO3–) म्हणून वाहून जातो. 20-25 टक्के कार्बन डायऑक्साइड कार्बामिनो-हिमोग्लोबिन म्हणून हिमोग्लोबिनद्वारे वाहून जातो. पेशींमध्ये जिथे pCO2 उच्च असतो, तिथे तो रक्ताशी बांधला जातो तर अल्व्हिओलाईमध्ये जिथे pCO2 कमी आणि pO2 उच्च असतो, तिथे तो रक्तातून काढून टाकला जातो.

श्वसन ताल मेंदूच्या मेड्युला प्रदेशातील श्वसन केंद्राद्वारे टिकवला जातो. मेंदूच्या पोंस प्रदेशातील प्न्युमोटॅक्सिक केंद्र आणि मेड्युला प्रदेशातील केमोसेन्सिटिव्ह क्षेत्र श्वसन यंत्रणा बदलू शकतात.