मानवी श्वसनसंस्था – सामान्य विज्ञान (Science) Notes

१. श्वसनाचे प्रमुख टप्पे (Phases of Respiration)

मानवी श्वसन प्रक्रिया एकूण तीन मुख्य टप्प्यांमध्ये पार पडते:

अ) बाह्य श्वसन (External Respiration)

• श्वासोच्छवास (Breathing): वातावरणातील ऑक्सिजनयुक्त हवा नाकाद्वारे फुफ्फुसात घेणे (उच्छ्वास/Inspiration) आणि फुफ्फुसातील CO₂ युक्त हवा बाहेर सोडणे (उच्छ्वास/Expiration).
• वायूंची देवाणघेवाण: फुफ्फुसातील वायूकोश (Alveoli) आणि रक्तवाहिन्या यांच्यात O₂ आणि CO₂ ची विसरणाद्वारे (Diffusion) देवाणघेवाण होते.

ब) अंतर्गत श्वसन (Internal Respiration)

• रक्त आणि शरीरातील पेशी/ऊती (Tissues) यांच्या दरम्यान होणाऱ्या वायूंच्या देवाणघेवाणीला अंतःश्वसन म्हणतात.
• रक्तातील ऑक्सिजन पेशींमध्ये जातो आणि पेशींमधील कार्बन डायऑक्साइड रक्तात मिसळतो.

क) पेशीय श्वसन (Cellular Respiration)

• पेशींच्या पेशीद्रव (Cytoplasm) व तंतुकणिका (Mitochondria) मध्ये ग्लुकोजचे ऑक्सिडीकरण होऊन ATP च्या स्वरूपात ऊर्जा मुक्त होते.

२. मानवी श्वसनसंस्थेचे अवयव (Organs of Human Respiratory System)

मानवी श्वसनसंस्थेमध्ये खालील अवयवांचा समावेश होतो:

१. नाक व नासागुहा (Nose & Nasal Cavity)

• श्वसनमार्गाची सुरुवात नाकातील दोन पुड्यांपासून (Nostrils) होते.
• नासागुहेमध्ये सूक्ष्म केस (Cilia) आणि स्निग्ध पदार्थ (Mucus / श्लेष्मा) असतो.
• कार्य: हवेतील धुलिकण व सूक्ष्मजीव अडवणे, हवेला आद्र (moist) करणे आणि हवेचे तापमान शरीराच्या तापमानाशी जुळवून घेणे.

२. ग्रसनी (Pharynx)

• हा पचनमार्ग आणि श्वसनमार्ग यांचा सामायिक भाग (Common Passage) आहे.
• ग्रसनीचे तीन भाग असतात: नासाग्रसनी (Nasopharynx), मुखग्रसनी (Oropharynx), आणि स्वरयंंत्रीय ग्रसनी (Laryngopharynx).

३. स्वरयंत्र व उपजीव्हा (Larynx & Epiglottis)

• स्वरयंत्र (Larynx / Voice Box): याला ‘ॲडम्स ॲपल’ (Adam’s Apple) असेही म्हणतात. यात असणाऱ्या स्वरतंतूंमुळे (Vocal Cords) आवाजाची निर्मिती होते.
• उपजीव्हा (Epiglottis): अन्न गिळताना श्वासनालिका झाकण्याचे कार्य करणारा हा उपास्थिमय (Cartilaginous) पडदा असतो, ज्यामुळे अन्न श्वासनुलिकेत जात नाही.

४. श्वासनलिका (Trachea / Windpipe)

• ही सुमारे १० ते १२ सेंमी लांबीची नळी असते.
• श्वासनालिकेमध्ये ‘C’ आकाराची कास्थिवलये (C-shaped Cartilaginous Rings) असतात.
• कार्य: कास्थिवलयांमुळे हवा नसतानाही श्वासनलिका आकुंचन पावत नाही (Collaps) व उघडी राहते.

५. श्वसनी व श्वसनिका (Bronchi & Bronchioles)

• श्वासनलिका छातीच्या पोकळीत आल्यावर दोन भागांत विभागली जाते, त्यांना श्वसनी (Bronchi) म्हणतात (डावी व उजवी श्वसनी).
• फुफ्फुसात शिरल्यानंतर श्वसनीच्या अनेक लहान शाखा होतात, त्यांना श्वसनिका (Bronchioles) म्हणतात.

६. फुफ्फुसे व वायूकोश (Lungs & Alveoli)

• मानवी छातीच्या पोकळीत (Thoracic Cavity) हृदय दोन्ही बाजूंस एक अशी दोन फुफ्फुसे असतात.
• डावे फुफ्फुस: द्विदल (2 Lobes) असते व आकाराने उजव्या फुफ्फुसापेक्षा थोडे लहान असते (हृदयासाठी जागा असल्याने).
• उजवे फुफ्फुस: त्रिदल (3 Lobes) असते व आकाराने मोठे असते.
• फुफ्फुसाभोवती द्विस्तरीय फुफ्फुसावरण (Pleura) असते, ज्यात प्ल्युरल द्रव (Pleural Fluid) असतो जो घर्षणापासून संरक्षण करतो.
• वायूकोश (Alveoli): श्वसनिकांच्या टोकावर द्राक्षाच्या घसासारखे असणारे सूक्ष्म फुगे म्हणजे वायूकोश. हे श्वसनसंस्थेचे संरचनात्मक व कार्यात्मक घटक (Functional Unit) आहेत. मानवी फुफ्फुसात सुमारे ३० ते ४० कोटी (300-400 Million) वायूकोश असतात.

७. श्वासपटल (Diaphragm)

• छातीची पोकळी व उदरपोकळी (Abdominal Cavity) यांना वेगळा करणारा स्नायुमय पडदा म्हणजेच श्वासपटल होय.
• श्वासोच्छवासाच्या प्रक्रियेत श्वासपटलाची हालचाल सर्वात महत्त्वाची भूमिका बजावते.

३. श्वासोच्छवासाची कार्यपद्धती (Mechanism of Breathing)

४. वायूंचे वहन (Transport of Gases)

अ) ऑक्सिजनचे वहन (O₂ Transport):

• हिमोग्लोबिनद्वारे (97%): तांबड्या रक्तपेशींमध्ये (RBCs) असणाऱ्या हिमोग्लोबिन (Hb) शी ऑक्सिजन संयोग पावून ऑक्सी-हिमोग्लोबिन (Oxyhemoglobin) बनवतो.
• रक्तद्रवाद्वारे (3%): विरघळलेल्या स्वरूपात (Plasma) वहन होते.

ब) कार्बन डायऑक्साइडचे वहन (CO₂ Transport):

• बायकार्बोनेट स्वरूपात (70%): HCO₃^– च्या रूपात सर्वाधिक CO₂ चे वहन होते.
• कार्बॅमिनो-हिमोग्लोबिन (23%): HbCO₂ च्या स्वरूपात तांबड्या रक्तपेशींद्वारे.
• रक्तद्रवात विरघळून (7%): कार्बोनिक आम्ल (Carbonic Acid) च्या स्वरूपात.

५. पेशीय श्वसनाचे प्रकार (Types of Cellular Respiration)

ऑक्सिश्वसनाचे तीन मुख्य टप्पे:

1. ग्लायकोलिसिस (Glycolysis / EMP Pathway): हा टप्पा पेशीद्रवात घडतो. यात १ रेणू ग्लुकोजचे विघटन होऊन २ रेणू पायरुव्हिक ॲसिड बनतात. (ऑक्सिजनची गरज नसते).
2. क्रेब्ज चक्र (Krebs Cycle / TCA Cycle): हा टप्पा तंतुकणिकेत (Mitochondria) पार पडतो. हंस क्रेब्ज यांनी याचा शोध लावला.
3. इलेक्ट्रॉन वहन साखळी (Electron Transport Chain – ETC): हा टप्पा देखील तंतुकणिकेत घडतो व येथे सर्वाधिक ATP ची निर्मिती होते.

६. फुफ्फुसांचे आकारमान व क्षमता (Lung Volumes & Capacities)

• टायडल व्हॉल्यूम (Tidal Volume – TV): एका सामान्य श्वासोच्छवासात घेतली किंवा सोडली जाणारी हवा = सुमारे ५०० मिली (500 mL).
• रेसिड्युअल व्हॉल्यूम (Residual Volume – RV): तीव्रतेने उच्छ्वास सोडल्यानंतरही फुफ्फुसात शिल्लक राहणारी हवा = सुमारे ११०० – १२२० मिली.
• व्हाइटल कॅपॅसिटी (Vital Capacity – VC): पूर्ण श्वास घेतल्यानंतर बाहेर सोडली जाणारी कमाल हवा = सुमारे ३५०० – ४५०० मिली.
• एकूण फुफ्फुस क्षमता (Total Lung Capacity – TLC): फुफ्फुसात मावू शकणारी कमाल हवा = सुमारे ५८०० ते ६००० मिली (5.8 – 6 Liters).

७. श्वसनसंस्थेशी संबंधित आजार (Respiratory Disorders)

• दमा (Asthma): श्वसनिकांमध्ये सूज आल्याने व आकुंचन पावल्याने श्वास घेण्यास त्रास होतो (ॲलर्जीमुळे).
• ब्राँकायटिस (Bronchitis): श्वसनीच्या दाहामुळे (Inflammation) सतत खोकला व कफ निर्मिती होते.
• एमफिसीमा (Emphysema): धुम्रपानामुळे (Smoking) वायूकोशांच्या (Alveoli) भिंती नष्ट होतात व वायू देवाणघेवाणीचे पृष्ठभाग क्षेत्रफळ कमी होते.
• न्युमोनिया (Pneumonia): Streptococcus pneumoniae जिवाणू किंवा विषाणूंमुळे फुफ्फुसात आणि वायूकोशात पाणी/पू साचतो.
• क्षयरोग (Tuberculosis – TB): Mycobacterium tuberculosis या जिवाणूमुळे फुफ्फुसाचे संसर्गजन्य नुकसान होते.