मानवी श्वसनसंस्था: श्वसनमार्ग, फुफ्फुसे, अल्व्हीओलाय, वायूंची देवाणघेवाण व श्वसन क्रिया (Human Respiratory System)

१. प्रास्ताविक व श्वसनसंस्थेचे स्वरूप (Overview of Respiratory System)

मानवी शरीरातील पेशींना ऊर्जा निर्मितीसाठी ऑक्सिजनची ($O_2$) गरज असते आणि या प्रक्रियेत तयार होणारा कार्बन डायऑक्साइड ($CO_2$) शरीराबाहेर टाकणे आवश्यक असते. वातावरणातील हवा आत घेणे आणि शरीरातील दूषित वायू बाहेर सोडणे या प्रक्रियेला श्वसन (Respiration) म्हणतात.

२. श्वसनमार्गाचे प्रमुख अवयव (Organs of Respiratory Tract)

1. नाक व नासिकागुहा (Nose & Nasal Cavity): हवेतील धुलिकण अडवण्यासाठी केस व श्लेष्मल त्वचा (Mucus) असते. हवा उबदार व ओलसर केली जाते.
2. घसा / ग्रसनी (Pharynx): अन्ननलिका व श्वसननलिकेचा सामाईक मार्ग.
3. स्वरयंत्र (Larynx / Voice Box): स्वरतंतू (Vocal Cords) असतात, ज्यातून आवाज निर्माण होतो. अन्नाचा घास श्वसननलिकेत जाऊ नये म्हणून इपिग्लॉटिस (Epiglottis - घाटा) नावाचे उपास्थिमय झाकण असते.
4. श्वासनलिका (Trachea / Windpipe): सुमारे १०-१२ सेमी लांब नलिका. श्वासनलिका संकुचित होऊ नये म्हणून तिच्यावर 'C' आकाराच्या उपास्थीच्या (Cartilaginous rings) कड्या असतात.
5. श्वसनी व श्वसनिका (Bronchi & Bronchioles): श्वासनलिका छातीमध्ये दोन श्वसनींमध्ये विभागली जाते, ज्या उजव्या व डाव्या फुफ्फुसात प्रवेश करतात.
6. वायुकोश (Alveoli): फुफ्फुसातील क्रियात्मक व रचनात्मक मूलभूत घटक. मानवाच्या दोन्ही फुफ्फुसांत मिळून सुमारे ३० ते ५० कोटी (300-500 million) अल्व्हीओलाय असतात, ज्यांचे पृष्ठभागाचे एकूण क्षेत्रफळ सुमारे ७०-८० चौरस मीटर (एका टेनिस कोर्टाएवढे) असते. वायूंची प्रत्यक्ष देवाणघेवाण अल्व्हीओलायच्या अतिशय पातळ भित्तिकेभोवती असणाऱ्या रक्तकेशिकांमधून (Capillaries) होते.
7. फुफ्फुसे (Lungs): छातीच्या पोकळीत सुरक्षित असणारे स्पंजासारखे दोन अवयव. फुफ्फुसांवर प्ल्युरा (Pleura) नावाचे दुहेरी संरक्षक आवरण असते. उजवे फुफ्फुस तीन भागांचे (३ लोब्स) तर डावे फुफ्फुस हृदयाच्या जागेमुळे आकाराने थोडे लहान (२ लोब्स) असते.

३. श्वासोच्छ्वासाची क्रिया (Mechanism of Breathing)

श्वासोच्छ्वास हा वायूच्या दाबातील फरकावर (Boyle's Law तत्त्व) अवलंबून असतो:

• श्वास घेणे (Inspiration / Inhalation): उरोदरपटलाचे (Diaphragm) आकुंचन होऊन ते सपाट होते आणि बरगड्यांचे स्नायू (Intercostal muscles) बरगड्यांना वर व बाहेर उचलतात. छातीची पोकळी वाढल्याने फुफ्फुसातील हवेचा दाब कमी होतो आणि बाहेरील हवा फुफ्फुसात प्रवेश करते.
• श्वास सोडणे (Expiration / Exhalation): उरोदरपटल पूर्ववत घुमटाकार होते आणि बरगड्या पूर्वस्थितीत येतात. छातीची पोकळी लहान झाल्याने फुफ्फुसातील हवा बाहेर ढकलली जाते.

४. वायूंचे वहन व हिमोग्लोबिन (Gas Transport & Haemoglobin)

• ऑक्सिजनचे वहन (O₂ Transport):
  • सुमारे ९७% ऑक्सिजन रक्तातील हिमोग्लोबिनशी (Hb) संयोग पावून ऑक्सिहिमोग्लोबिन (Oxyhaemoglobin) स्वरूपात वाहून नेला जातो. (१ हिमोग्लोबिनचा रेणू ४ ऑक्सिजन रेणू वाहून नेतो).
  • सुमारे ३% ऑक्सिजन रक्तद्रवात (Plasma) विरघळलेल्या स्वरूपात वाहतो.
• कार्बन डायऑक्साइडचे वहन (CO₂ Transport):
  • सुमारे ७०% CO₂ रक्तद्रवात बायकार्बोनेट आयन ($HCO_3^-$) स्वरूपात वाहून नेला जातो.
  • सुमारे २३% CO₂ हिमोग्लोबिनशी संयोग पावून कार्बामिनोहिमोग्लोबिन (Carbaminohaemoglobin) स्वरूपात वाहतो.
  • सुमारे ७% CO₂ रक्तद्रवात विरघळलेल्या स्वरूपात वाहतो.

५. फुफ्फुसांचे घनफळ व क्षमता (Lung Volumes & Capacities)

६. श्वसन संस्थेशी संबंधित आजार (Respiratory Disorders)

• दमा (Asthma): ब्राँकिओल्सच्या स्नायूंचे आकुंचन व श्लेष्मा साचल्याने श्वास घेण्यास अडथळा.
• एम्फिसीमा (Emphysema): सततच्या धुम्रपानामुळे अल्व्हीओलायची भित्तिका फुटून वायू देवाणघेवाणीचे क्षेत्रफळ कायमचे कमी होणे.
• हायपोक्सिया (Hypoxia): शरीराच्या ऊतींना अपुरा ऑक्सिजन पुरवठा होणे.
• कार्बन मोनॉक्साइड विषबाधा (CO Poisoning): हिमोग्लोबिनची CO सोबत संयोग पावण्याची क्षमता ऑक्सिजनपेक्षा सुमारे २५० पट अधिक असते, ज्यामुळे 'कार्बॉक्सीहिमोग्लोबिन' तयार होऊन ऑक्सिजन वहन पूर्णपणे ठप्प होते.