ระบบหายใจกับการรักษาดุลยภาพของร่างกาย
 

         สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการพลังงานสำหรับนำไปใช้ในกิจกรรมต่างๆ  พลังงานเหล่านี้ได้มาจากการสลายโมเลกุลของสารอาหาร  โดย     ประมาณร้อยละ  90  ของพลังงานที่ได้นั้นมาจากการสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน  ซึ่งจะได้น้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาด้วย 
         ดังนั้นสิ่งมีชีวิตจึงจำเป็นต้องมีกระบวนการหายใจเพื่อนำแก๊สออกซิเจนไปใช้ในกระบวนการเมแทบอลิซึมและปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างของร่างกายรวมทั้งสภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัยแตกต่างกันจะ มีโครงสร้างในการแลกเปลี่ยนแก๊สเหมือนหรือแตกต่างกันหรือไม่ จะศึกษาได้ดังหัวต่อไปนี้

               โครงสร้างที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนแก๊สของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและของสัตว์

                     การแลกเปลี่ยนก๊าซของสัตว์ สิ่งมีชีวิเซลล์เดี่ยวเซลล์จะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่เป็นน้ำอยู่ตลอดเวลาการแลกเปลี่ยนก๊าซจึงแลกเปลี่ยนโดยตรงกับสิ่งแวดล้อมโดยอาศัยกระบวนการแพร่ สัตว์บางชนิดจะมีการแลกเปลี่ยนก๊าซโดยตรงกับสิ่งแวดล้อม เช่น ไฮดรา และ พลานาเรีย

 

                     การแลกเปลี่ยนก๊าซของไส้เดือนดิน อาศัย 3 ส่วนสำคัญคือ

         l. ผิวหนัง เป็นบริเวณที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนก๊าซจากภายนอกเข้าสู่ภายในโดยอาศัยกระบวนการแพร่ lเส้นเลือด ได้แก่

             •เส้นเลือดขนาดใหญ่ด้านบน รับO2 จากผิวหนัง และกำจัด CO2 ออกทางผิวหนัง

             •เส้นเลือดใหญ่ด้านล่างนำเลือดมาเลี้ยงเซลล์ด้านล่างแล้วส่งเลือดที่มี CO2ไปยังเส้นเลือดด้านบนแล้วกำจัด CO2 ออกทางผิวหนัง

             •เส้นเลือดฝอย กระจายไปทั่วเพื่อนำออกซิเจนไปหล่อเลี้ยงทุกเซลล์และรับ CO2 จากเซลล์ลำเลียงไปรวมกันที่เส้นเลือดใหญ่ด้านบนแล้วกำจัดออก

        2. หัวใจเทียม สูบฉีดเลือดจากเส้นเลือดด้านบนมาที่เส้นเลือดด้านล่าง

 

                    การแลกเปลี่ยนก๊าซของแมลง 

                               ระบบท่อลมของแมลงเป็นโครงสร้างที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนแก๊ส ประกอบด้วย รูหายใจ (spiracle) อากาศจะผ่านจากรูหายใจ

ซึ่งอยู่ข้างลำตัวเข้าสู่ท่อลม (trachea) ซึ่งเป็นท่อขนาดเล็กแตกแขนงอยู่ภายในร่างกาย มีขนาดเล็กและผนังบางลงเรื่อยๆ เรียกว่า ท่อลมฝอย (tracheole) โดยจะแทรกไปตามเซลล์ต่างๆ ทั่วร่างกาย 

 

                    การแลกเปลี่ยนก๊าซของแมงมุม 

           - บุ๊คลัง (book lung) เป็นโครงสร้างที่ใช้ในการแลก-เปลี่ยนแก๊สที่พบในแมงมุมบางชนิดเท่านั้น

           - แมงมุมส่วนใหญ่จะใช้ท่อลมในการแลกเปลี่ยนแก๊ส

           - บุ๊คลังมีลักษณะคล้ายเหงือกยื่นออกมาภายนอกร่างกาย ทำให้สูญเสียความชื้นได้ง่าย และต้องการของเหลวไหลเวียนในโครงสร้างนี้เพื่อลำเลียงแก๊สไปให้เนื้อเยื่อต่างๆ ทั่วร่างกาย

 

                    การแลกเปลี่ยนก๊าซของปลา

             1. เหงือก (gill) สิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในน้ำ เช่น หอย ปู กุ้ง ปลา จะมีเหงือกเป็นโครงสร้างที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนแก๊ส

             2. เส้นเหงือก (gill filament) มีลักษณะเป็นซี่เส้นเล็กๆ งอกออกมาจากกระดูกค้ำเหงือก

             3. ช่องเหงือก (gill slit) คือ ช่องว่างระหว่างเส้นเหงือกแต่ละเส้น เมื่อปลาฮุบน้ำ

             4. ส่วนที่เป็นกระดูกแก้มจะเปิดออกเพื่อให้น้ำไหลผ่านเส้นเหงือก ซึ่งมีผนังบาง และมีหลอดเลือด ฝอยมาหล่อเลี้ยงมากมายเมื่อน้ำไหลผ่านแก๊สออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำจะแพร่เข้าสู่หลอดเลือดฝอย และลำเลียงไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกาย

 

                    การแลกเปลี่ยนก๊าซของนก

                              ปอดของนกมีขนาดเล็กแต่นกมีถุงลมซึ่งเจริญดีมากโดยแยกออกจากปอดเป็นคู่ๆ หลายคู่ ทั้งถุงลมด้านหน้า   ถุงลมในช่องอกถุงลมในช่องท้องและในกระดูกในขณะหายใจเข้าอากาศจะผ่านเข้าสู่หลอดลมผ่านปอดแล้วเข้าสู่ถุงลมที่อยู่ตอนท้ายส่วนอากาศที่ใช้แล้วจะออกจากปอดเข้าสู่ถุงลมตอนหน้าอากาศจากปอดและอากาศจากถุงลมตอนหน้าถูกขับออกจากตัวนกทางลมหายใจออก

 

                    การแลกเปลี่ยนก๊าซของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

                              สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม มีระบบหายใจดีมากโดยประกอบด้วยถุงลมเล็กๆ ที่เรียกว่า อัลวีโอลัส (alveolus) มีกล้ามเนื้อกระบังลมและกล้ามเนื้อกระดูกซี่โครงช่วยในการหายใจ ทำให้อากาศเข้าและออกปอดได้เป็นอย่างดี  ในที่นี้จะใช้คนเป็นตัวแทน

 

 

 

               โครงสร้างที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนแก๊สของคน ทางเดินอากาศของคน ประกอบด้วย
1. รูจมูก (Nostril)

2. ช่องจมูกหรือโพรงจมูก (nasal cavity)

3. คอหอย (pharynx)

4.กล่องเสียง(larynx)

5. หลอดลม (trachea)

6. หลอดลมคอหรือขั้วปอด (bronchus)

7.แขนงขั้วปอดหรือหลอดลมฝอย (bronchiole)

8. ถุงลมเล็ก ๆ ในปอด (alveolus หรือ air sac)

 

                    การแลกเปลี่ยนก๊าซของคน

                        ถุงลมเล็ก ๆ ในปอด มีเส้นเลือดฝอย(capillaries) ล้อมรอบ (ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยน O2  และ CO2 อย่างมีประสิทธิภาพ) O2 เข้าไปในปอดเข้าสู่เส้นเลือดฝอยที่อยู่รอบ ๆ ถุงลม รวมกับ hemoglobin ในเซลล์เม็ดเลือดแดงกลายเป็น oxyhemoglobin แล้วลำเลียงไปยังเนื้อเยื่อต่าง ๆ จากนั้น O2 ก็จะแพร่จากเส้นเลือดฝอยให้แก่เนื้อเยื่อ และถูกลำเลียงต่อไปเพื่อรับ O2 ที่ปอดใหม่

 

                   กลไกการควบคุมการหายใจ กลไกการควบคุมการหายใจจะเกี่ยวข้องกับระบบประสาทโดยมีการควบคุม 2 ส่วน คือ

            1. การควบคุมแบบอัตโนวัติ  ซึ่งเป็นการหายใจที่ไม่สามารถบังคับได้ โดยมีสมองส่วนพอนด์และเมดัลลา ออบลองกาตา เป็นตัวสร้างและส่งสัญญาณประสาทไปกระตุ้นกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับการหายใจทำให้การหายใจเข้าออก เกิดขึ้นได้เป็นจังหวะสม่ำเสมอทั้งในยามหลับและยามตื่น  โดยไม่จำเป็นต้องรอการสั่งการให้มีการหายใจ

            2. การควบคุมภายใต้อำนาจจิตใจ  ซึ่งเป็นการหายใจที่สามารถบังคับได้ โดยสมองส่วนหน้าที่เรียกว่า ซีรีบรัลคอร์เท็กซ์ ไฮโพทาลามัส  และสมองส่วนหลังที่เรียกว่า ซีรีเบลลัม ซึ่งจะทำให้เราสามารถควบคุม บังคับ หรือปรับการหายใจให้เหมาะสมกับพฤติกรรมต่างๆ ของร่างกาย เช่น การพูด การร้องเพลง การเล่นเครื่องดนตรีประเภทเป่า การว่ายน้ำ การดำน้ำหรือการกลั้นหายใจได้

 

                  การหายใจเข้าออก

  การหายใจเข้า (Inspiration)

          1.กะบังลมหดตัว เป็นการช่วยเพิ่มปริมาตรของช่องอกในแนวดิ่ง

          2. กระดูกซี่โครงยกตัวสูงขึ้น เป็นการช่วยเพิ่มปริมาตรของช่องอกในแนวรัศมี

  การหายใจออก (Expiration)

          1. กะบังลมคลายตัว  กลับเข้าตำแหน่งเดิม

          2. กระดูกซี่โครงลดระดับต่ำลง