ระบบหายใจ
การหายใจ (breathing) เป็นกระบวนการซึ่งนำอากาศเข้าหรือออกจากปอด
สิ่งมีชีวิตที่ต้องการออกซิเจนต้องการไปเพื่อปลดปล่อยพลังงานผ่านการหายใจระดับเซลล์ในรูปเมแทบอลิซึมโมเลกุลพลังงานสูง
เช่น กลูโคส การหายใจเป็นเพียงกระบวนการเดียวซึ่งส่งออกซิเจนไปยังที่ที่ต้องการในร่างกายและนำคาร์บอนไดออกไซด์ออก
อีกกระบวนการหนึ่งที่สำคัญเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของเลือดโดยระบบไหลเวียน
การแลกเปลี่ยนแก๊สเกิดขึ้นในถุงลมปอดโดยการแพร่ของแก๊สระหว่างแก๊สในถุงลมและเลือดในหลอดเลือดฝอยปอด
เมื่อแก๊สที่ละลายนี้อยู่ในเลือด หัวใจปั๊มเลือดให้ไหลไปทั่วร่างกาย
นอกเหนือไปจากการนำคาร์บอนไดออกไซด์ออก
การหายใจส่งผลให้เกิดการสูญเสียน้ำจากร่างกาย
อากาศที่หายใจออกมีความชื้นสัมพัทธ์เท่ากับ 100% เพราะน้ำแพร่ข้ามพื้นผิวที่ชุ่มชื้นของทางเดินหายใจและถุงลมปอด
การหายใจของคนประกอบด้วย 2 ขั้นตอนใหญ่ๆ คือ
1.การหายใจภายนอก (external respiration) เป็นการนำอากาศเข้าสู่ปอด
การแลกเปลี่ยนแก๊สระหว่างปอดกับเลือด
2.การหายใจภายใน (internal respiration) การขนส่งแก๊สจากเลือดไปยังเซลล์และเนื้อเยื่อ
ซึ่งจะทำให้ได้พลังงานในรูปของความร้อนทำให้ร่างกายอบอุ่นและ ATP ที่นำไปใช้ในกิจกรรมต่างๆของเซลล์ซึ่งเป็นจุดประสงค์สำคัญที่สุดของการหายใจ
ระบบหายใจของคนประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังนี้คือ
1.ส่วนนำอากาศเข้าสู่ร่างกาย (conducting
division) ส่วนนี้ประกอบด้วยอวัยวะที่ทำหน้าที่เป็นทางผ่านของอากาศเข้าสู่ส่วนที่มีการแลกเปลี่ยนแก๊ส
โดยเริ่มตั้งแต่รูจมูก โพรงจมูก (nasal cavity) คอหอย (pharynx)
กล่องเสียง (larynx) หลอดลมคอ (trachea)
หลอดลมหรือขั้วปอด (bronchus) หลอดลมฝอย (bronchiole)
ซึ่งยังแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือหลอดลมฝอยเทอร์มินอล
(terminal brochiole) และหลอดลมฝอยแลกเปลี่ยนแก๊ส (respiratory
bronchiole)
2.ส่วนแลกเปลี่ยนแก๊ส (respiratory
division) ส่วนแลกเปลี่ยนแก๊สเป็นส่วนของหลอดลมฝอยที่ต่อจากหลอดลมฝอยเทอร์มินอล
คือ หลอดลมฝอยแลกเปลี่ยนแก๊ส ซึ่งจะมีการโป่งพองเป็นถุงลมย่อย (pulmonary-alveoli)
ซึ่งทาให้แลกเปลี่ยนแก๊สได้
สำหรับส่วนที่ต่อจากท่อลมฝอยแลกเปลี่ยนแก๊สจะเป็นท่อลม (alveolar duct) ถุงลม (alveolar sac) และถุงลมย่อย(pulmonary
alveoli)โครงสร้างตั้งแต่หลอดลม (bronchus) ที่มีการแตกแขนงและมีขนาดเล็กลงไปเรื่อย
ๆ คือหลอดลมฝอย ท่อลม ถุงลม ถุงลมย่อย จะเรียกว่า บรอนเคียลทรี(broncheal
tree) ซึ่งจะถูกบรรจุอยู่ในปอดยกเว้นหลอดลมตอนต้น ๆ ที่อยู่นอกปอด
นอกจากนี้โครงสร้างที่กล่าวมาแล้วยังมีส่วนประกอบที่สำคัญซึ่งเป็นองค์ประกอบร่วม
คือกระดูกซี่โครง (rib) และกล้ามเนื้อยึดกระดูกซี่โครง (intercostal
muscle)ซึ่งจะร่วมกันทำงานให้เกิดการหายใจเข้า
หายใจออกและป้องกันอันตรายให้แก่ระบบหายใจด้วย
ระบบหายใจของคน ประกอบด้วย
จมูกและปาก(nose and mouth)
ทั้งจมูกและปากจะต่อถึงคอหอยและหลอดลมคอได้
อากาศเมื่อผ่านเข้าสู่รูจมูกแล้วก็จะเข้าสู่โพรงจมูก
ที่โพรงจมูกจะมีขนเส้นเล็กๆและต่อมน้ำมันช่วยในการกรองและจับฝุ่นละอองไม่ให้ผ่านลงสู่ปอด
นอกจากนี้ที่โพรงจมูกยังมีเยื่อบุจมูกหนาช่วยให้อากาศที่เข้ามามีความชุ่มชื้นเพิ่มขึ้นและมีอุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจากเส้นเลือดจำนวนมากที่อยู่ใต้เยื่อบุผิวของโพรงจมูก
ถ้าหากเป็นหวัดนาน ๆ เชื้อหวัดอาจทำให้เยื่อบุในโพรงอากาศบริเวณจมูกเกิดการอักเสบ
และทำให้ปวดศีรษะซึ่งเรียกว่า เป็นไซนัสหรือไซนัสอักเสบ (sinusitis)
ขึ้นได้ ในจมูกจะมีบริเวณที่เรียกว่า ออลแฟกเทอรีแอเรีย (olfactory
area) หรือบริเวณที่ทำหน้าที่รับกลิ่นโดยมีเซลล์เยื่อบุผิวซึ่งเปลี่ยนแปลงไปทำหน้าที่โดยเฉพาะเรียกว่า
ออลแฟกทอรีเซลล์(olfactory cell) ซึ่งมีพื้นที่ประมาณ 10
ตารางเซนติเมตร และจะมีขนาดเล็กลงเมื่ออายุมากขึ้น
คอหอย (pharynx)
คอหอย (pharynx)เป็นบริเวณที่พบกันของช่องอากาศจากจมูกและช่องอาหารจากปาก
อากาศจะผ่านเข้าสู่กล่องเสียง (larynx) ที่กล่องเสียงจะมีอวัยวะที่ทำหน้าที่ในการปิดเปิดกล่องเสียงเรียกว่า
ฝาปิดกล่องเสียง (epiglottis) ป้องกันไม่ให้อาหารตกลงสู่หลอดลม
ที่กล่องเสียงจะมีเยื่อเมือกที่มีใยเอ็นยืดหยุ่นได้เรียกว่า เส้นเสียง (vocal
cord) เมื่อลมผ่านกล่องเสียงจะทำให้เส้นเสียงสั่นและเกิดเป็นเสียงขึ้น
หลอดลมคอ (trachea)
หลอดลมคอ (trachea)เป็นท่อกลวงมีผนังแข็งและหนาเพราะมีกระดูกอ่อนเรียงเป็นรูปเกือกม้าทำให้หลอดลมคอไม่แฟบและการที่กระดูกอ่อนของหลอดลมคอเป็นรูปเกือกม้าทำให้หลอดอาหาร
ซึ่งอยู่ด้านหลังสามารถขยายขนาดได้เมื่อมีการกลืนอาหารผ่านหลอดอาหารลงสู่กระเพาะอาหาร
หลอดลมคอของผู้ใหญ่ยาวประมาณ 9-15 เซนติเมตร
โดยจะเริ่มจากกระดูกคอชิ้นที่ 6 จนถึงกระดูกอกชิ้นที่ 5
แล้วจึงแตกแขนงเป็นหลอดลม (bronchus) เข้าสู่ปอดอีกทีหนึ่ง
หลอดลมคอส่วนแรก ๆ จะมีต่อมไทรอยด์ (thyroidgland) คลุมอยู่ทางด้านหน้า
ทางด้านนอกของหลอดลมจะมีต่อมน้ำเหลือง
หลอดลมเล็กหรือขั้วปอด(
bronchus)เป็นส่วนที่แตกแขนงแยกจากหลอดลม แบ่งออกเป็น 2 กิ่งคือซ้ายหรือขวา โดยกิ่งซ้ายจะเข้าสู่ปอดซ้าย
และกิ่งขวาแยกเข้าปอดขวาพร้อม ๆ กับเส้นเลือดและเส้นประสาท
หลอดลมฝอย (bronchiole)แบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ
1.หลอดลมฝอยเทอร์มินอล (terminal
bronchiole) เป็นท่อที่แยกออกจากหลอดลมแขนงมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5-1
มิลลิเมตร พบกล้ามเนื้อเรียบและเยื่ออิลาสติกไฟเบอร์(elastic
fiber)เป็นองค์ประกอบของผนังหลอดลมฝอยเทอร์มินอล แต่ไม่พบโครงสร้างที่เป็นกระดูกอ่อน
2.หลอดลมฝอยแลกเปลี่ยนแก๊ส(respiratory
bronchiole) เป็นส่วนแรกที่มีการแลกเปลี่ยนแก๊ส เนื่องจาก
มีถุงลมย่อยมาเปิดเข้าที่ผนัง ซึ่งจะพบในส่วนที่อยู่ท้าย ๆ
ซึ่งจะมีมากกว่าส่วนที่อยู่ติดกับหลอดลมฝอยเทอร์มินอล
ท่อลม (alveolar duct)
ท่อลม (alveolar duct) เป็นท่อส่วนสุดท้ายของส่วนที่มีการแลกเปลี่ยนแก๊ส
(respiratory division)ซึ่งจะไปสิ้นสุดที่ถุงลม (alveolar
sac)
ถุงลมและถุงลมย่อย
ถุงลมและถุงลมย่อย(alveolus
หรือ alveolar sac และ pulmonary
alveoli) ถุงลมเป็นช่องว่างที่มีถุงลมย่อยหลาย ๆ
ถุงมาเปิดเข้าที่ช่องว่างอันนี้
ส่วนถุงลมย่อยมีลักษณะเป็นถุงหกเหลี่ยมมีเซลล์พิเศษหลั่งสารพวกฟอสโฟลิพิด (phospholipid)
เรียกว่า เซอร์แฟกแทนท์(surfactant) เข้าสู่ถุงลมย่อยเพื่อลดแรงตึงผิวของถุงลมย่อยไม่ให้ติดกัน
เมื่อปอดแฟบเวลาหายใจออกผนังของถุงลมย่อยที่อยู่ติดกันจะรวมกันเป็นอินเตอร์อัลวีโอลาร์เซปทัม(interalveolar
septum) ซึ่งมีเส้นเลือดฝอยอยู่ภายใน
นอกจากนี้ยังมีรูซึ่งเป็นช่องติดต่อระหว่างถุงลมย่อยทำให้อากาศภายในถุงลมย่อยมีแรงดันเท่ากันทั้งปอด
ทั้งถุงลมและถุงลมย่อยจะรวมเรียกว่า ถุงลมปอด ปอดแต่ละข้างจะมีถุงลมปอดประมาณ 300
ล้านถุง แต่ละถุงจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยประมาณ 0.25 เซนติเมตร
คิดเป็นพื้นที่ทั้งหมดของการแลกเปลี่ยนแก๊สของถุงลมปอดทั้งสองข้างประมาณ 90
ตารางเมตรหรือคิดเป็น 40 เท่าของพื้นที่ผิวของร่างกาย
การที่ปอดยืดหยุ่นได้ดีและขยายตัวได้มากและการมีพื้นที่ของถุงลมปอดมากมายขนาดนั้นจะทำให้ร่างกายได้รับแก๊สออกซิเจนอย่างเพียงพอและคายแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์
ได้เป็นอย่างดีอีกด้วยปอดของคนมีเส้นเลือดฝอยมาเลี้ยงอย่างมากมายจึงทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนแก๊สได้มากและรวดเร็วจนเป็นที่เพียงพอแก่ความต้องการของร่างกาย
ปอด(lung)
ปอด(lung) เป็นอวัยวะที่ทำหน้าที่ในการหายใจ
ปอดตั้งอยู่ภายในทรวงอกมีปริมาตรประมาณ 2 ใน3ของทรวงอก ปอดขวาจะสั้นกว่าปอดซ้าย
เนื่องจากตับซึ่งอยู่ทางด้านล่างดันขึ้นมา
ส่วนปอดซ้ายจะแคบกว่าปอดขวาเพราะว่ามีหัวใจแทรกอยู่ ปอดมีเยื่อหุ้มปอด (pleura)
2 ชั้น ชั้นนอกติดกับผนังช่องอก ส่วนชั้นในติดกับผนังของปอด
ระหว่างเยื่อทั้งสองชั้นมีของเหลวเคลือบอยู่
การหุบและการขยายของปอดจะเป็นตัวกำหนดปริมาณของอากาศที่เข้าสู่ร่างกาย
ซึ่งจะทำให้ร่างกายได้รับออกซิเจนถ่ายเทคาร์บอนไดออกไซด์ออกตามที่ร่างกายต้องการ
การหายใจเข้า (inspiration)และการใจออก(expiration)รวมเรียกว่า การหายใจ (breathing)
โดยมีกล้ามเนื้อกะบังลม
กล้ามเนื้อยึดกระดูกซี่โครงซี่โครงด้านนอกและกล้ามเนื้อยึดกระดูกซี่โครงด้านในเป็นตัวกระทำ
การหายใจที่เกิดจากกล้ามเนื้อกระบังลมเรียกว่า การหายใจส่วนท้อง (abdominal
breathing)ซึ่งมีความสำคัญประมาณ 75% และการหายใจซึ่งเกิดจากกระดูกซี่โครงและกล้ามเนื้อยึดซี่โครงด้านนอกเรียกว่าการหายใจส่วนอก
(chest breathing) ซึ่งมีความสำคัญประมาณ 25% การหายใจส่วนท้องและการหายใจส่วนอกนี้จะทำงานร่วมกันทำให้เกิดการหายใจเข้าและหายใจออกอย่างสม่ำเสมอ
เมื่อกล้ามเนื้อกระบังลมและกล้ามเนื้อยึดซี่โครงด้านนอกหดตัว
จะทำให้ทรวงอกและปอดขยายตัวขึ้นปริมาตรภายในปอดเพิ่มขึ้น
ดังนั้นความดันภายในปอดจึงลดลงและต่ำกว่าบรรยากาศภายนอก
อากาศภายนอกจึงเคลื่อนตัวเข้าสู่ปอด จนทำให้ความดันภายนอกและภายในปอดเท่ากันแล้วอากาศก็จะไม่เข้าสู่ปอดอีก
เรียกว่า การหายใจเข้า (inspiration) เมื่อกล้ามเนื้อกระบังลมและกล้ามเนื้อยึดซี่โครงด้านนอกคลายตัวลง
ทำให้ปอดและทรวงอกมีขนาดเล็กลง ปริมาตรของอากาศในปอดจึงลดไปด้วย ท
าให้ความดันภายในปอดสูงกว่าบรรยากาศภายนอก อากาศจึงเคลื่อนที่ออกจากปอดจนความดันในปอดลดลงเท่ากับความดันภายนอก
อากาศก็จะหยุดการเคลื่อนที่ซึ่งเรียกว่า การหายใจออก (expiration) การหายใจเข้าและการหายใจออกนี้จะเกิดสลับกันอยู่เสมอในสภาพปกติผู้ใหญ่จะหายใจประมาณ
15 ครั้งต่อนาที ส่วนในเด็กจะมีอัตราการหายใจสูงกว่าผู้ใหญ่เล็กน้อย
ในขณะที่ร่างกายเหนื่อยเนื่องจากทำงานหรือเล่นกีฬาอย่างหนักอัตราการหายใจจะสูงกว่านี้มาก
การเปลี่ยนแปลงขณะหายใจเข้าออก
ความจุของปอด
ปริมาตรอากาศที่หายใจเข้าปกติ
แต่ละครั้งมีประมาณ 500 ลูกบาศก์เซนติเมตร
ถ้าบังคับให้มีการหายใจเข้าเต็มที่มากที่สุด
จะมีอากาศเข้าไปยังปอดเพิ่มมากขึ้นจนอาจถึง 6,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร
ซึ่งเป็นระดับที่ปอดจะจุอากาศได้เต็มที่เช่นเดียวกับการบังคับการหายใจออกเต็มที่
อากาศจะออกจากปอดมากที่สุดเท่าที่ความสามารถของกล้ามเนื้อกะบังลมและกล้ามเนื้อซี่โครงจะทำได้
ซึ่งจะเห็นว่าเมื่อหายใจออกเต็มที่แล้วยังคงมีอากาศตกค้างในปอด ประมาณ 1,100
ลูกบาศก์เซนติเมตร
ปริมาตรของอากาศในปอดขณะหายใจเข้า-ออกปกติและขณะหายใจเข้า-ออกเต็มที่
การแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกาย
การแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกายของคนเกิดขึ้น 2 แห่งคือที่ปอดและที่เนื้อเยื่อ
1.ที่ปอดเป็นการแลกเปลี่ยนแก๊สระหว่างในถุงลมปอดกับเส้นเลือดฝอย
โดยออกซิเจนจากถุงลมปอดจะแพร่เข้าสู่เส้นเลือดฝอยรอบ
ๆถุงลมปอดและรวมตัวกับฮีโมโกลบิน (haemoglobin; Hb) ที่ผิวของเม็ดเลือดแดงกลายเป็นออกซีฮีโมโกลบิล
(oxyhemoglobin; HbO2)ซึ่งมีสีแดงสด เลือดที่มีออกซีฮีโมโกลบินนี้จะถูกส่งเข้าสู่หัวใจและสูบฉีดไปยังเนื้อเยื่อต่าง
ๆ ทั่วร่างกาย
2.ที่เนื้อเยื่อออกซีฮีโมโกลบินจะสลายให้ออกซิเจนและฮีโมโกลบิน
ออกซิเจนจะแพร่เข้าสู่เซลล์ทำให้เซลล์ของเนื้อเยื่อได้รับออกซิเจน
ในขณะที่เนื้อเยื่อรับออกซิเจนนั้น คาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นในเซลล์ก็จะแพร่เข้าเส้นเลือด
คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่จะทำปฏิกิริยากับน้ำในเซลล์เม็ดเลือดแดงเกิดเป็นกรดคาร์บอนิก(H2CO3)
ซึ่งแตกตัวต่อไปได้ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน (HCO3-) และไฮโดรเจนไอออน (H+) เมื่อเลือดที่มีไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนมากไหลเข้าสู่หัวใจจะถูกสูบฉีดต่อไปยังเส้นเลือดฝอยรอบ
ๆ ถุงลมปอด
ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนและไฮโดรเจนไอออนจะรวมตัวกันเป็นกรดคาร์บอนิกแล้วจึงสลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้าในเซลล์เม็ดเลือดแดง
เป็นผลให้ความหนาแน่นของคาร์บอนไดออกไซด์ในเส้นเลือดฝอยสูงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลมปอด
จึงเกิดการแพร่ของคาร์บอนไดออกไซด์จากเส้นเลือดฝอยเข้าสู่ถุงลมปอดดังภาพ
การแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกาย
ศูนย์ควบคุมการสูดลมหายใจ
ศูนย์ควบคุมการหายใจ (the
respiratory centers) อยู่ที่สมองส่วนเมดัลดาออบลองกาตา (medulla
oblongata) โดยเป็นเซลล์ประสาทกระจายอยู่ทางด้านข้างทั้งสองข้าง
ศูนย์นี้จะมีความไวต่อปริมาณของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์หรือไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนและไฮโดรเจนไอออน
ซึ่งสารต่างๆเหล่านี้จะกระตุ้นทำให้เกิดการหายใจเข้าเพิ่มมากขึ้น
ดังนั้นถ้าหากมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดเพิ่มขึ้นก็จะทำให้เกิดการการกระตุ้นเพิ่มขึ้นด้วย
การควบคุมการสูดลมหายใจแสดงดังแผนภาพ
ศูนย์ควบคุมการหายใจ
วีดีโอสำหรับการเรียนรู้
แหล่งที่มา
https://www.youtube.com/watch?v=fuK27G-1JCM
https://www.youtube.com/watch?v=nDcLnsN29RY
วงจรการไหลเวียนเลือด เริ่มจาก
ห้องขวาบน
ทำหน้าที่รับเลือดที่มีออกซิเจนน้อยจากเส้นเลือด Superior
venacava (มาจากส่วนบนของร่างกาย) และ Inferior venacava (มาจากส่วนล่างของร่างกาย) แล้วส่งต่อไปยัง หัวใจห้องขวาล่างหรือ Right
Ventricle ผ่านลิ้นหัวใจ Tricuspid valve ซึ่งห้องนี้จะส่งเลือดที่มี
poor oxygen ยังปอดโดยการใช้เส้นเลือด Pulmonary
Artery โดยผ่านลิ้นพัลโมนารีอาร์เตอรี
(ลิ้นกั้นระหว่างหลอดเลือดพัลโมนารีอาร์เตอรีกับเวนตริเคิลขวา) หลังจากนั้น Left
Atrium หรือ
หัวใจห้องซ้ายบนที่เราเห็นจะรับเลือดที่มีออกซิเจนมาจากปอดผ่านทางเส้นเลือด Pulmonary
Vein แล้วส่งต่อไปยัง left Ventricle คือหัวใจห้องซ้ายล่าง
ผ่านลิ้นหัวใจชื่อ Bicuspid valve หรือ Mitral valve ที่จะสูบฉีดเลือดไปหล่อเลี้ยงร่างกาย โดยต่อกับ Aorta (หลอดเลือดที่ใหญ่ที่สุด)
