Breathing and Exchange - Class 11 Gujarat Board Biology

શ્વાસોશ્વાસ અને વાયુઓનું વિનિમય

શ્વસન અને શ્વાસોશ્વાસ: મૂળભૂત અર્થ

શ્વસન (Respiration) એ કોષીય સ્તરે ખોરાકના વિઘટનથી ઉર્જા ઉત્પન્ન થવાની પ્રક્રિયા છે, જેમાં ઓક્સિજનની હાજરીમાં ગ્લુકોઝ તૂટે છે અને ATP સ્વરૂપે ઉર્જા મળે છે. શ્વાસોશ્વાસ (Breathing) એ હવા અંદર લેવી (શ્વાસ) અને બહાર કાઢવી (ઉચ્છવાસ) છે. બંને શબ્દો અલગ છે: શ્વસન રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે, જ્યારે શ્વાસોશ્વાસ ભૌતિક પ્રક્રિયા છે.

• શ્વસન: કોષમાં ઓક્સિજનની હાજરીમાં ગ્લુકોઝ તૂટે → CO₂, H₂O, ATP
• શ્વાસ: હવા અંદર લેવી
• ઉચ્છવાસ: હવા બહાર કાઢવી

વિવિધ પ્રાણીઓમાં શ્વસન અંગો

પ્રાણીઓમાં શ્વસન અંગો વિવિધ પ્રકારના હોય છે. શરીર સપાટી, ભીના ક્યુટીકલ, ફેફસા, ઝાલર, ત્વચા,…

શ્વાસોશ્વાસ અને વાયુઓનું વિનિમય

શ્વસન અને શ્વાસોશ્વાસ: મૂળભૂત અર્થ

શ્વસન (Respiration) એ કોષીય સ્તરે ખોરાકના વિઘટનથી ઉર્જા ઉત્પન્ન થવાની પ્રક્રિયા છે, જેમાં ઓક્સિજનની હાજરીમાં ગ્લુકોઝ તૂટે છે અને ATP સ્વરૂપે ઉર્જા મળે છે. શ્વાસોશ્વાસ (Breathing) એ હવા અંદર લેવી (શ્વાસ) અને બહાર કાઢવી (ઉચ્છવાસ) છે. બંને શબ્દો અલગ છે: શ્વસન રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે, જ્યારે શ્વાસોશ્વાસ ભૌતિક પ્રક્રિયા છે.

• શ્વસન: કોષમાં ઓક્સિજનની હાજરીમાં ગ્લુકોઝ તૂટે → CO₂, H₂O, ATP
• શ્વાસ: હવા અંદર લેવી
• ઉચ્છવાસ: હવા બહાર કાઢવી

વિવિધ પ્રાણીઓમાં શ્વસન અંગો

પ્રાણીઓમાં શ્વસન અંગો વિવિધ પ્રકારના હોય છે. શરીર સપાટી, ભીના ક્યુટીકલ, ફેફસા, ઝાલર, ત્વચા, મુખગુહા વગેરે દ્વારા શ્વસન થાય છે.

• સછિદ્ર, કોષ્ઠાંતરી, પૃથુકૃમિ: શરીર સપાટી
• અળશિયા: ભીના ક્યુટીકલ
• સંધિપાદ: ફેફસા, ઝાલર, શ્વાસનલિકા
• મત્સ્ય: ઝાલર
• ઉભયજીવી: ત્વચા, મુખગુહા, ફેફસા
• સરીસૃપ, વિહગ, સસ્તન: ફેફસા

માનવ શ્વસન તંત્રની રચના

માનવ શ્વસન તંત્રમાં હવા પ્રવેશથી ફેફસાં સુધીના તમામ અંગોનો સમાવેશ થાય છે. દરેક અંગનું સ્થાન અને કાર્ય સ્પષ્ટ છે.

• બાહ્ય નાસિકા છિદ્રો: એક જોડ, ઉપરના હોઠની ઉપર
• નાસિકા માર્ગ/ગુહા: સૂક્ષ્મ વાળ અને શ્લેષ્મ
• અંતઃનાસિકા છિદ્રો
• કંઠનળી (ફેરિંગ્સ): હવા અને ખોરાકનો સામાન્ય માર્ગ
• સ્વરપેટી (લેરિંગ્સ): અવાજનું નિર્માણ
• શ્વાસનળી (ટ્રેકિયા): અપૂર્ણ કાસ્તીમય કડી વડે આવરીત
• પ્રાથમિક, દ્વિતીયક, તૃતીયક શ્વાસવાહિનીઓ
• શરૂઆતની, અંત્ય, શ્વસન શ્વાસવાહિકાઓ
• વાયુકોષ્ઠીય નલિકા, વાયુકોષ્ઠ: વાયુ વિનિમયનું સ્થાન

ફેફસાની રચના અને અવરણ

ફેફસા એક જોડ હોય છે અને બંને ભેગા મળી 300 મિલિયન વાયુકોષ્ઠ ધરાવે છે. ફેફસા દ્વિસ્તરીય ફૂફુસ આવરણથી આવરીત હોય છે, જેમાં ફૂફુસ આવરણ જળ હોય છે, જે ઘર્ષણ અટકાવે છે.

• જમણું ફેફસું: ત્રણ ભાગ (ત્રાંસી, આડી ખાંચ)
• ડાબું ફેફસું: બે ભાગ (ત્રાંસી ખાંચ)
• ફૂફુસ આવરણ: દ્વિસ્તરીય, વચ્ચે પ્રવાહી
• ઉરસીય કૂવો: છાતી, આગળ ઉરોસ્થી, પાછળ કરોડસ્તંભ, સાઇડમાં પાસળીઓ, નીચે ઉરોદર પટલ (ડોમ શેપ)

શ્વાસોશ્વાસની ક્રિયાવિધિ (મેકેનિઝમ ઓફ બ્રીધિંગ)

શ્વાસ અને ઉચ્છવાસની પ્રક્રિયા દબાણ અને કદના ફેરફાર પર આધારિત છે. બે મુખ્ય સ્નાયુઓ સંકળાય છે: ઉરોદર પટલના સ્નાયુઓ અને આંતરપાંસળી સ્નાયુઓ (બાહ્ય અને અંતઃ).

• શ્વાસ (Inspiration):

  • ઉરોદર પટલ અને બાહ્ય આંતરપાંસળી સ્નાયુ સંકોચાય
  • ઉરસીય ગુહા અને ફેફસાનું કદ વધે
  • ફેફસાનું દબાણ ઘટે, હવા અંદર આવે

• ઉચ્છવાસ (Expiration):

  • સ્નાયુઓ શિથિલ થાય
  • ઉરસીય ગુહા અને ફેફસાનું કદ ઘટે
  • ફેફસાનું દબાણ વધે, હવા બહાર જાય

• નિયમિત શ્વાસ: 12-16 વખત પ્રતિ મિનિટ

શ્વસનનું કદ અને ક્ષમતા

શ્વસનનું કદ સ્પાયરોમીટરની મદદથી માપી શકાય છે (આરવી સિવાય). ચાર પ્રકારના કદ અને પાંચ ક્ષમતા છે.

• ટાઈડલ વોલ્યુમ (TV): 500 ml (સામાન્ય શ્વાસમાં)

• ઇન્સ્પાયરેટરી રિઝર્વ વોલ્યુમ (IRV): 2500-3000 ml

• એક્સપાયરેટરી રિઝર્વ વોલ્યુમ (ERV): 1000-1100 ml

• રેસિડ્યુઅલ વોલ્યુમ (RV): 1100-1200 ml

• ઇન્સ્પાયરેટરી કેપેસિટી (IC): TV + IRV = 3000-3500 ml

• એક્સપાયરેટરી કેપેસિટી (EC): TV + ERV = 1500-1600 ml

• ફંક્શનલ રેસિડ્યુઅલ કેપેસિટી (FRC): ERV + RV = 2100-2300 ml

• વાઈટલ કેપેસિટી (VC): TV + IRV + ERV = 4000-4600 ml

• ટોટલ લંગ કેપેસિટી (TLC): TV + IRV + ERV + RV = 5100-5800 ml

વાયુઓનું વિનિમય અને અસરકારક પરિબળો

વાયુઓનું વિનિમય વાયુકોષ અને રુધિર કેશિકા વચ્ચે તથા પેશી અને રુધિર વાહિની વચ્ચે થાય છે. ત્રણ મુખ્ય પરિબળો અસર કરે છે:

• પ્રસરણ પટલની જાડાઈ: 1 mm કરતાં ઓછી, ઓછી જાડાઈ = ઝડપી વિનિમય
• વાયુઓની દ્રાવ્યતા: CO₂ ઓક્સિજન કરતાં 20-25 ગણી વધુ દ્રાવ્ય
• આંશિક દબાણ (Partial Pressure): PO₂, PCO₂ – જેનું દબાણ વધુ, એનું વિનિમય વધુ

ઓક્સિજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડનું વહન

ઓક્સિજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડ બંનેનું વહન અલગ રીતે થાય છે.

• ઓક્સિજનનું વહન:

  • 3% રુધિર રસમાં તરતું
  • 97% હિમોગ્લોબીન સાથે HBO₂ (ઓક્સી હિમોગ્લોબીન) સ્વરૂપે
  • 1 HB = 4 O₂
  • 100 ml રુધિરમાં 15 g HB, 1 g HB = 1.34 ml O₂, એટલે 100 ml રુધિરમાં 20 ml O₂

• કાર્બન ડાયોક્સાઈડનું વહન:

  • 7% રુધિર રસમાં તરતું
  • 20-25% હિમોગ્લોબીન સાથે HBCO₂ (કાર્બિનો હિમોગ્લોબીન)
  • 70% બાયકાર્બોનેટ (HCO₃⁻) સ્વરૂપે

ઓક્સિજન વિયોજન વક્ર (Oxygen Dissociation Curve)

ઓક્સિજન વિયોજન વક્ર S (સિગ્મોઈડ) આકારનું હોય છે. PO₂ વધે તો HBO₂ જોડાવાની ક્ષમતા વધે છે. આલેખ ડાબી બાજુ ખસે જ્યારે PO₂ વધુ, PCO₂ ઓછું, H⁺ ઓછું, તાપમાન ઓછું હોય (વાયુકોષ્ઠમાં). જમણી બાજુ ખસે જ્યારે PO₂ ઓછું, PCO₂ વધુ, H⁺ વધુ, તાપમાન વધુ હોય (પેશી સ્તરે).

• 100 ml O₂ યુક્ત રુધિર પેશીને 5 ml O₂ પહોંચાડે છે.

શ્વસનનું નિયમન

શ્વસનનું નિયમન ચેતાકીય અને રાસાયણિક રીતે થાય છે.

• ચેતાકીય: શ્વસન લયબદ્ધતા કેન્દ્ર (લંબમ મજ્જા), શ્વાસ અનુચલન કેન્દ્ર (સેતુ પ્રદેશ)
• રાસાયણિક: મધ્યવર્તી (CSFમાં H⁺, CO₂), પરિઘવર્તી (મહાધમની કમાન, ગ્રીવા ધમની)
• H⁺ અને CO₂ વધે તો શ્વાસોશ્વાસ વધે છે, O₂નું પ્રમાણ અસર કરતું નથી.

શ્વસન તંત્રની અનિયમિતતાઓ

શ્વસન તંત્રમાં વિવિધ રોગો અને અનિયમિતતાઓ જોવા મળે છે.

• દમ/અસ્થમા: એલર્જીથી થતો રોગ, શ્વાસવાહિનીઓમાં બળતરા, વ્યાસ ઘટે, અવાજ આવે
• એમફીસેમા: વાયુકોષની દીવાલ નુકસાન પામે, ધૂમ્રપાનથી, ક્રોનિક રોગ
• વ્યાવસાયિક અનિયમિતતાઓ: કોલસા, પથ્થર ઉદ્યોગોમાં ધૂળના રજકણથી ફાઈબ્રોસીસ, એસ્બેસ્ટોસીસ (એસ્બેસ્ટોસ), સિલિકોસીસ (સિલિકા), બચાવ માટે માસ્ક

મહત્વપૂર્ણ MCQ મુદ્દા

• મત્સ્ય: ઝાલર, સરીસૃપ/પક્ષી/સસ્તન: ફેફસા, ઉભયજીવી: ફેફસા+ભીની ત્વચા
• P: ઘાંટી ઢાંકણ, Q: ઉરોદર પટલ
• TLસી - IC = ERV + RV
• O₂ વિયોજન માટે પેશીમાં: PO₂ ઓછું, PCO₂, H⁺, તાપમાન વધુ
• લંબમ મજ્જા: H⁺, CO₂ વધે ત્યારે ઉત્તેજિત
• ઊંચાઈએ આરબીસી વધે: ઓક્સિજન ઓછું, અનુકુલન
• CO₂ દ્રાવ્યતા > O₂
• 1 HB = 4 O₂
• O₂નું વહન: ફેફસાથી પેશી, CO₂નું વહન: પેશીથી ફેફસા

(કુલ શબ્દો: ~1150)