श्वसन प्रणाली: संरचना और संचालन

मानव श्वसन प्रणाली में श्वसन पथ (ऊपरी और निचले) और फेफड़े होते हैं। श्वसन प्रणाली जीव और पर्यावरण के बीच गैस विनिमय के लिए जिम्मेदार है। श्वसन प्रणाली कैसे बनाई जाती है और यह कैसे काम करती है?

मानव श्वसन प्रणाली को श्वसन को सक्षम करने के लिए माना जाता है - गैस विनिमय की प्रक्रिया, अर्थात् ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड, जीव और पर्यावरण के बीच। हमारे शरीर की हर कोशिका को ठीक से काम करने और ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। साँस लेने की प्रक्रिया में विभाजित है:

• बाह्य श्वसन - कोशिकाओं में ऑक्सीजन लाना
• आंतरिक श्वसन - इंट्रासेल्युलर

बाहरी केंद्र के साथ श्वसन प्रणाली के सिंक्रनाइज़ेशन के कारण बाहरी श्वसन होता है और इसे कई प्रक्रियाओं में विभाजित किया जाता है:

• फेफड़े का वेंटिलेशन
• वायुकोशीय वायु और रक्त के बीच गैस का प्रसार
• रक्त के माध्यम से गैसों का परिवहन
• रक्त और कोशिकाओं के बीच गैस का प्रसार

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श्वसन प्रणाली की संरचना

श्वसन पथ में निम्न शामिल हैं:

• ऊपरी श्वसन पथ, यानी नाक गुहा (हमारे गुहा) और गला (उदर में भोजन)
• कम श्वसन तंत्र: स्वरयंत्र (गला), ट्रेकिआ (ट्रेकिआ), ब्रोंकस (ब्रांकाई) - दाएं और बाएं, जिन्हें आगे छोटी शाखाओं में विभाजित किया गया है, और सबसे छोटे वाले ब्रांकिओल्स में बदल जाते हैं (bronchioli)

वायुमार्ग का अंतिम भाग एल्वियोली की ओर जाता है (एल्वियोली फुफ्फुसा)। साँस की हवा श्वसन पथ से गुजरती है और धूल, बैक्टीरिया और अन्य छोटी अशुद्धियों को साफ करती है, नमीयुक्त और गर्म होती है। दूसरी ओर, उपास्थि, लोचदार और चिकनी मांसपेशियों के तत्वों के संयोजन के माध्यम से ब्रोन्ची की संरचना, आपको उनके व्यास को समायोजित करने की अनुमति देती है। गला वह स्थान है जहाँ श्वसन और पाचन तंत्र प्रतिच्छेद करते हैं। इस कारण से, जब निगलते हैं, श्वास बंद हो जाता है और एपिग्लॉटिस के माध्यम से वायुमार्ग बंद हो जाता है।

• फेफड़े - छाती में स्थित युग्मित अंग।

शारीरिक और कार्यात्मक शब्दों में, फेफड़ों को लोब में विभाजित किया जाता है (बाएं फेफड़े को दो लोब में और दाएं में से एक तीन में), लोब को आगे सेगमेंट में विभाजित किया जाता है, सेगमेंट को लोब्यूल और लोब्यूल को क्लस्टर में विभाजित किया जाता है।

प्रत्येक फेफड़े को संयोजी ऊतक की दो परतों से घिरा हुआ है - पार्श्विका फुस्फुस का आवरण (फुलेरा पार्श्विका) और फुफ्फुसीय फुस्फुस का आवरण (फुलेरा फुफ्फुसीय)। उनके बीच फुफ्फुस गुहा है (गुहा फुस्फुस का आवरण), और इसमें तरल पदार्थ फुफ्फुसीय फुफ्फुस के साथ कवर फेफड़े के आसंजन को छाती की आंतरिक दीवार के साथ जुड़े हुए पार्श्विका फुफ्फुस में सक्षम बनाता है।जिस स्थान पर ब्रोंची फेफड़ों में प्रवेश करती है, वहाँ फुफ्फुसीय गुहाएँ होती हैं, जिसमें ब्रांकाई के अलावा, धमनियाँ और फुफ्फुसीय शिराएँ भी होती हैं।
इसके अलावा, कंकाल धारीदार मांसपेशियों, रक्त और हृदय प्रणाली और तंत्रिका केंद्र सांस लेने की जटिल प्रक्रिया में शामिल हैं।

फेफड़े का वेंटिलेशन

वेंटिलेशन का सार वायुमंडलीय हवा को वायुकोशी में खींचना है। चूंकि हवा हमेशा उच्च दबाव से निचले दबाव तक बहती है, उपयुक्त मांसपेशी समूह प्रत्येक साँस लेना और साँस छोड़ना में भाग लेते हैं, जिससे छाती के चूषण और दबाव आंदोलनों को सक्षम किया जाता है।

साँस छोड़ने के अंत में, वायुकोशीय में दबाव वायुमंडलीय दबाव के बराबर होता है, लेकिन जैसा कि आप हवा में खींचते हैं, डायाफ्राम अनुबंध (diaphragma) और बाहरी इंटरकोस्टल मांसपेशियां (मस्कुलरी इंटरकोस्टेल्स एक्सटर्नी), धन्यवाद जिसके लिए छाती की मात्रा बढ़ जाती है और एक वैक्यूम बनाता है जो हवा में चूसता है।

जब वेंटिलेशन की मांग बढ़ जाती है, तो अतिरिक्त श्वसन मांसपेशियां सक्रिय हो जाती हैं: स्टर्नोक्लीडोमैस्टॉइड मांसपेशियां (मस्कुलरी स्टर्नोक्लीडोमैस्टोइडी), पेक्टोरल मांसपेशियां (मस्कुलरी पेक्टोरल मिनोरस), पूर्वकाल दांतेदार मांसपेशियों (मस्कुलरी सेराटी एटरियोरस), ट्रेपेज़ियस मांसपेशियां (मस्कुलरी ट्रेपेज़िया), लेवेटर स्कैपुला मांसपेशियां (मस्कुलरी लेवेटर स्कैपुला), अधिक और कम समांतर चतुर्भुज की मांसपेशियों (मस्कुलि रंबोइडि मायोरेस एट मिनोरस) और तिरछी मांसपेशियों (मांसलता विलीन हो गई).

अगला कदम साँस छोड़ना है। यह तब शुरू होता है जब सांस लेने वाली मांसपेशियां श्वास के चरम पर आराम करती हैं। आमतौर पर, यह एक निष्क्रिय प्रक्रिया है, क्योंकि फेफड़े के ऊतकों में खिंचाव वाले लोचदार तत्वों द्वारा उत्पन्न बल छाती की मात्रा में कमी के लिए पर्याप्त हैं। वायुमंडलीय दबाव वायुमंडलीय से ऊपर उठता है और परिणामस्वरूप दबाव अंतर हवा को बाहर की ओर निकालता है।

जोरदार तरीके से सांस छोड़ने पर स्थिति थोड़ी अलग होती है। हम सांस की लय धीमी होने पर इससे निपट रहे हैं, जब साँस छोड़ने के लिए साँस लेने की क्षमता में वृद्धि की आवश्यकता होती है, जैसे कि कुछ फेफड़ों के रोगों में, लेकिन यह भी फोन गतिविधि में, विशेष रूप से गाते समय या हवा के उपकरणों को बजाते समय। सांस की मांसपेशियों के प्रेरक उत्तेजित होते हैं, जिनमें शामिल हैं: आंतरिक इंटरकोस्टल मांसपेशियां (मस्कुलि इंटरकोस्टेल्स इंटर्नी) और पूर्वकाल पेट की दीवार की मांसपेशियों, विशेष रूप से रेक्टस एब्डोमिनल (मस्कूली रेक्टी एब्डोमिनिस).

श्वसन दर

श्वसन दर अत्यधिक परिवर्तनशील है और कई अलग-अलग कारकों पर निर्भर करती है। एक आराम करने वाले वयस्क को प्रति मिनट 7-20 बार सांस लेनी चाहिए। सांस लेने की दर में वृद्धि के लिए अग्रणी कारक, जिसे तकनीकी रूप से टैचीपनिया के रूप में जाना जाता है, में व्यायाम, फेफड़े की स्थिति और अतिरिक्त श्वसन संकट शामिल हैं। हालांकि, ब्रैडीपैनोआ, यानी सांस की संख्या में उल्लेखनीय कमी, न्यूरोलॉजिकल रोगों या मादक दवाओं के केंद्रीय दुष्प्रभावों से हो सकती है। बच्चे इस संबंध में वयस्कों से भिन्न होते हैं: बच्चा जितना छोटा होता है, शारीरिक श्वसन दर उतनी ही अधिक होती है।

फेफड़े की मात्रा और क्षमता

• टीएलसी (कुल फेफड़ों की क्षमता) - वह मात्रा जो सबसे गहरी सांस के बाद फेफड़ों में होती है
• आईसी - श्वसन क्षमता - एक शांत साँस छोड़ने के बाद सबसे गहरी साँस के दौरान फेफड़ों में खींच ली जाती है
• IRV (इंस्पिरेटरी रिजर्व वॉल्यूम) - इंस्पिरेटरी रिज़र्व वॉल्यूम - फ्री इंस्पिरेशन के शीर्ष पर ली गई अधिकतम साँस के दौरान फेफड़ों में खींची जाती है
• टीवी (ज्वारीय मात्रा) - ज्वारीय मात्रा - साँस और साँस छोड़ते हुए स्वतंत्र रूप से साँस लेना और छोड़ना
• एफआरसी - कार्यात्मक अवशिष्ट क्षमता - धीमी गति से साँस छोड़ने के बाद फेफड़ों में रहता है
• ईआरवी (श्वसन रिजर्व वॉल्यूम) - एक्सप्रेशर रिजर्व वॉल्यूम - मुक्त साँस लेना के बाद अधिकतम साँस छोड़ने के दौरान फेफड़ों से निकाल दिया जाता है
• आरवी (अवशिष्ट मात्रा) - अवशिष्ट मात्रा - अधिकतम साँस छोड़ने के दौरान हमेशा फेफड़ों में रहती है
• वीसी (महत्वपूर्ण क्षमता) - महत्वपूर्ण क्षमता - अधिकतम साँस छोड़ने के समय अधिकतम साँस लेने के बाद फेफड़ों से निकाल दिया जाता है
• IVC (प्रेरक महत्वपूर्ण क्षमता) - साँस महत्वपूर्ण क्षमता - अधिकतम साँस लेना के साथ गहरी साँस छोड़ने के बाद फेफड़ों में खींच लिया; वीसी की तुलना में थोड़ा अधिक हो सकता है क्योंकि अधिकतम साँस छोड़ना के बाद अधिकतम साँस लेना होता है, हवा भरने से पहले वायुकोशीय कंडक्टर बंद हो जाते हैं बुलबुले को हटा दिया जाता है

नि: शुल्क प्रेरणा के साथ, ज्वार की मात्रा 500 एमएल है। हालांकि, यह सभी मात्रा एल्वियोली तक नहीं पहुंचती है। लगभग 150 एमएल श्वसन पथ को भरता है, जिसमें हवा और रक्त के बीच गैस विनिमय के लिए स्थितियां नहीं होती हैं, यानी नाक गुहा, ग्रसनी, स्वरयंत्र, श्वासनली, ब्रांकाई और ब्रांकिओल्स। यह कहा जाता है शारीरिक श्वसन मृत स्थान। शेष 350 एमएल को हवा में मिलाया जाता है, जो अवशिष्ट कार्यात्मक क्षमता का निर्माण करती है, साथ ही जल वाष्प के साथ गर्म और संतृप्त होती है। एल्वियोली में, फिर से, सभी हवा गैसीय नहीं है। कुछ एल्वियोली की दीवारों की केशिकाओं में, गैस विनिमय के लिए सभी हवा का उपयोग करने के लिए रक्त या अपर्याप्त रक्त प्रवाह नहीं होता है। यह शारीरिक श्वसन मृत स्थान है और स्वस्थ लोगों में छोटा है। दुर्भाग्य से, यह रोग की स्थिति में काफी वृद्धि कर सकता है।

आराम पर औसत श्वसन दर 16 प्रति मिनट है, और ज्वारीय मात्रा 500 एमएल है, इन दो मूल्यों को गुणा करने पर, हमें फुफ्फुसीय वेंटिलेशन मिलता है। इस से यह इस प्रकार है कि लगभग 8 लीटर हवा प्रति मिनट साँस और साँस छोड़ते हैं। तेज और गहरी सांसों के दौरान, मूल्य में काफी वृद्धि हो सकती है, यहां तक ​​कि एक दर्जन से बीस गुना तक।

इन सभी जटिल मापदंडों: क्षमताओं और संस्करणों को न केवल हमें भ्रमित करने के लिए पेश किया गया था, बल्कि फुफ्फुसीय रोगों के निदान में एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है। एक परीक्षण है - स्पिरोमेट्री, जो मापता है: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV और IRV। यह अस्थमा और सीओपीडी जैसी बीमारियों के निदान और निगरानी के लिए आवश्यक है।

वायुकोशीय वायु और रक्त के बीच गैस का प्रसार

एल्वियोली मूल संरचना है जो फेफड़ों को बनाती है। उनमें से लगभग 300-500 मिलियन हैं, जिनमें से प्रत्येक 0.15 से 0.6 मिमी के व्यास के साथ है, और उनका कुल क्षेत्रफल 50 से 90 वर्ग मीटर है।

रोम की दीवारें एक पतली, सपाट, एकल-परत उपकला द्वारा निर्मित होती हैं। एपिथेलियम बनाने वाली कोशिकाओं के अलावा, रोम में दो अन्य प्रकार की कोशिकाएं होती हैं: मैक्रोफेज (आंत कोशिकाएं) और द्वितीय कूपिक कोशिकाएं भी टाइप होती हैं जो सर्फैक्टेंट का उत्पादन करती हैं। यह प्रोटीन, फास्फोलिपिड और कार्बोहाइड्रेट का मिश्रण है जो रक्त में फैटी एसिड से उत्पन्न होता है। सर्फेक्टेंट, सतह के तनाव को कम करके, एल्वियोली को एक साथ चिपकाने से रोकता है और फेफड़ों को फैलाने के लिए आवश्यक बलों को कम करता है। बाहर से, बुलबुले केशिकाओं के एक नेटवर्क के साथ कवर किए गए हैं। एल्वियोली में मिल रही केशिकाएं कार्बन डाइऑक्साइड, पानी से समृद्ध होती हैं, लेकिन ऑक्सीजन की थोड़ी मात्रा के साथ। इसके विपरीत, वायुकोशीय वायु में, ऑक्सीजन का आंशिक दबाव अधिक होता है और कार्बन डाइऑक्साइड कम होता है। गैस प्रसार गैस आणविक दबाव के एक ढाल के बाद होता है, इसलिए केशिका एरिथ्रोसाइट्स हवा से ऑक्सीजन को फंसाता है और कार्बन डाइऑक्साइड से छुटकारा पाता है। गैस कणों को वायुकोशीय दीवार और केशिका की दीवार से गुजरना चाहिए, अर्थात्: वायुकोशीय सतह, वायुकोशीय उपकला, तहखाने झिल्ली, और केशिका एंडोथेलियम को कवर करने वाले द्रव की परत।

रक्त के माध्यम से गैसों का परिवहन

• ऑक्सीजन परिवहन

सबसे पहले, ऑक्सीजन प्लाज्मा में शारीरिक रूप से घुल जाता है, लेकिन फिर लिफाफे के माध्यम से लाल रक्त कोशिकाओं में फैल जाता है, जहां यह हीमोग्लोबिन (ऑक्सीजनीकृत हीमोग्लोबिन) बनाने के लिए हीमोग्लोबिन से बांधता है। ऑक्सीजन के परिवहन में हीमोग्लोबिन एक बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि इसके प्रत्येक अणु 4 ऑक्सीजन अणुओं के साथ जुड़ते हैं, इस प्रकार ऑक्सीजन की परिवहन के लिए रक्त की क्षमता 70 गुना तक बढ़ जाती है। प्लाज्मा में घुली हुई ऑक्सीजन की मात्रा इतनी कम होती है कि वह श्वसन के लिए अप्रासंगिक हो जाती है। संचार प्रणाली के लिए धन्यवाद, ऑक्सीजन के साथ संतृप्त रक्त शरीर के प्रत्येक कोशिका तक पहुंचता है।

• कार्बन डाइऑक्साइड परिवहन

ऊतकों से कार्बन डाइऑक्साइड केशिकाओं में प्रवेश करती है और फेफड़ों में ले जाया जाता है:

• लगभग 6% शारीरिक रूप से प्लाज्मा में और एरिथ्रोसाइट्स के साइटोप्लाज्म में भंग कर दिया
• लगभग 6% प्लाज्मा प्रोटीन और हीमोग्लोबिन के मुक्त एमिनो समूहों के लिए बाध्य (कार्बामेट्स के रूप में)
• बहुमत, यानी लगभग 88%, HCO3 आयनों के रूप में - प्लाज्मा और एरिथ्रोसाइट्स के बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम द्वारा बाध्य

रक्त और कोशिकाओं के बीच गैस का प्रसार

एक बार फिर, ऊतकों में गैस के अणु दाब प्रवणता के साथ गुजरते हैं: हीमोग्लोबिन से निकलने वाली ऑक्सीजन ऊतकों में फैल जाती है, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड विपरीत दिशा में - कोशिकाओं से प्लाज्मा में फैल जाती है। विभिन्न ऊतकों की ऑक्सीजन की मांग में अंतर के कारण, ऑक्सीजन तनाव में भी अंतर हैं। गहन चयापचय वाले ऊतकों में, ऑक्सीजन का तनाव कम होता है, इसलिए वे अधिक ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं, जबकि पानी के शिरापरक रक्त में कम ऑक्सीजन और अधिक कार्बन डाइऑक्साइड होता है। ऑक्सीजन सामग्री में धमनीय अंतर एक पैरामीटर है जो ऊतकों द्वारा ऑक्सीजन की खपत की डिग्री निर्धारित करता है। प्रत्येक ऊतक को समान ऑक्सीजन सामग्री के साथ धमनी रक्त की आपूर्ति की जाती है, जबकि शिरापरक रक्त में कम या ज्यादा हो सकता है।

आंतरिक श्वास

सेलुलर स्तर पर साँस लेना एक मल्टीस्टेज जैव रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण शामिल होता है जिसमें जैविक रूप से उपयोगी ऊर्जा का उत्पादन होता है। यह एक मौलिक प्रक्रिया है जो तब भी होती है जब अन्य चयापचय प्रक्रियाएं रोक दी जाती हैं (अवायवीय वैकल्पिक प्रक्रियाएं अक्षम और सीमित महत्व की होती हैं)।

मुख्य भूमिका माइटोकॉन्ड्रिया द्वारा निभाई जाती है - सेलुलर ऑर्गेनेल, जो सेल के अंदर ऑक्सीजन अणुओं को फैलाने वाले प्राप्त करते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया के बाहरी झिल्ली पर क्रेब्स साइकिल (या ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड का चक्र) के सभी एंजाइम होते हैं, जबकि आंतरिक झिल्ली पर श्वसन श्रृंखला के एंजाइम होते हैं।

क्रेब्स चक्र में, शर्करा, प्रोटीन और वसा के चयापचयों को मुक्त हाइड्रोजन परमाणुओं या मुक्त इलेक्ट्रॉनों की रिहाई के साथ कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकरण किया जाता है। श्वसन श्रृंखला में आगे - इंट्रासेल्युलर श्वसन का अंतिम चरण - इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन को क्रमिक वाहक में स्थानांतरित करके, उच्च-ऊर्जा फास्फोरस यौगिकों को संश्लेषित किया जाता है। उनमें से सबसे महत्वपूर्ण एटीपी है, अर्थात् एडेनोसिन-5 tri-ट्राइफॉस्फेट, सेल चयापचय में प्रयुक्त रासायनिक ऊर्जा का एक सार्वभौमिक वाहक। बायोसिंथेसिस, आंदोलन और कोशिका विभाजन जैसी प्रक्रियाओं में कई एंजाइमों द्वारा इसका सेवन किया जाता है। जीवित जीवों में एटीपी का प्रसंस्करण निरंतर है और यह अनुमान लगाया जाता है कि हर दिन आदमी अपने शरीर के वजन के बराबर एटीपी की मात्रा को परिवर्तित करता है।

श्वास का विनियमन

विस्तारित कोर में एक श्वास केंद्र होता है जो श्वास की आवृत्ति और गहराई को नियंत्रित करता है। इसमें दो प्रकार के न्यूरॉन्स द्वारा निर्मित विपरीत कार्यों के साथ दो केंद्र होते हैं। दोनों जालीदार गठन के भीतर स्थित हैं। एकान्त नाभिक में और पश्च-अस्पष्ट वेगस तंत्रिका के पूर्वकाल भाग में श्वसन केंद्र होता है, जो रीढ़ की हड्डी में तंत्रिका आवेगों को भेजता है, जो प्रेरक मांसपेशियों के मोटर न्यूरॉन्स के लिए होता है। दूसरी ओर, वेगस तंत्रिका के अस्पष्ट नाभिक में और पीछे-अस्पष्ट वेगस तंत्रिका के पिछले हिस्से में, साँस छोड़ना केंद्र होता है, जो श्वसन की मांसपेशियों के मोटर न्यूरॉन्स को उत्तेजित करता है।

प्रेरणा केंद्र के न्यूरॉन्स एक मिनट में कई बार तंत्रिका आवेगों की एक वॉली भेजते हैं, जो रीढ़ की हड्डी में मोटर न्यूरॉन्स के नीचे उतरने वाली शाखा को चलाते हैं और उसी समय जब अक्षतंतु शाखा पुल के जालीदार गठन के न्यूरॉन्स पर चढ़ते हैं। एक न्यूमोटैक्सिक केंद्र है जो 1-2 सेकंड के लिए श्वसन केंद्र को रोकता है और फिर श्वसन केंद्र फिर से उत्तेजित करता है। श्वसन केंद्र की उत्तेजना और निषेध के लगातार समय के लिए धन्यवाद, सांस की लयबद्धता सुनिश्चित की जाती है।
श्वसन केंद्र तंत्रिका आवेगों द्वारा विनियमित होता है:

• गर्भाशय ग्रीवा और महाधमनी ग्लोमेरुलस chemoreceptors, जो कार्बन डाइऑक्साइड एकाग्रता में वृद्धि, हाइड्रोजन आयनों की एकाग्रता या धमनी ऑक्सीजन एकाग्रता में उल्लेखनीय कमी का जवाब देते हैं; महाधमनी के थक्कों से आवेगों ग्लोसोफरीन्जियल और वेगस नसों के माध्यम से यात्रा करते हैं। और प्रभाव साँस लेने में तेजी लाने और गहरा करने के लिए है
• फेफड़े के ऊतक इंटरसेप्टर्स और थोरैसिक प्रोपरसेप्टर्स;
• ब्रोन्कियल चिकनी मांसपेशियों के बीच मुद्रास्फीति यंत्रवृत्त होते हैं, वे फेफड़े के ऊतकों को खींचकर उत्तेजित होते हैं, जो उत्तेजना को ट्रिगर करता है; फिर साँस छोड़ने के दौरान फेफड़े के ऊतकों के खिंचाव को कम करने, अन्य मैकेरेसेप्टर्स को सक्रिय करता है, इस बार अपस्फीति, प्रेरणा को ट्रिगर करता है; इस घटना को हिरिंग-ब्रेउर रिफ्लेक्स कहा जाता है;
• छाती की निरीक्षण या श्वसन स्थिति संबंधित प्रोपराइसेप्टर्स को परेशान करती है और सांस की आवृत्ति और गहराई को संशोधित करती है: गहरी श्वास, इसके बाद गहरी साँस लेना;
• मस्तिष्क के ऊपरी स्तरों के केंद्र: सेरेब्रल कॉर्टेक्स, लिम्बिक सिस्टम, हाइपोथैलेमस में थर्मोरेग्यूलेशन केंद्र