श्वसनीय आयतन और क्षमताएं, गैसों का विनिमय तथा परिवहन
श्वसनीय आयतन और क्षमताएं
(Respiratory Volume and Capacities)
-
ज्वारीय आयतन (Tidal Volume, TV) - सामान्य श्वसन क्रिया के समय प्रति श्वास Inhalation या Exhalation वायु का आयतन 500 ml होता है। एक स्वस्थ्य मनुष्य लगभग 6000 - 8000 ml वायु प्रति मिनट की दर से Inhale या Exhale कर सकता है।
-
अंतःश्वसन सुरक्षित आयतन (Inspiratory Reserve Volume, IRV) - वायु आयतन की वह मात्रा जो एक व्यक्ति बलपूर्वक Inhale (अन्तःश्वासित) कर सकता है। यह औसतन 2500 ml - 3000 ml होता है।
-
निःश्वसन सुरक्षित आयतन (Expiratory Reserve Volume, ERV) - वायु आयतन की वह अतिरिक्त मात्रा जो एक व्यक्ति बलपूर्वक Exhale कर सकता है। यह औसतन 1000 ml - 1100 ml होता है।
-
अवशिष्ट आयतन (Residual Volume, RV) - वायु का वह आयतन जो बलपूर्वक Exhalation के बाद Lungs में शेष रह जाता है। इसका औसत 1100 - 1200 होता है।
-
अंतःश्वसन क्षमता (Inspiratory Capacity, IC) - सामान्य Exhalation के बाद वायु की कुल मात्रा जो एक व्यक्ति Inhale कर सकता है। इसमें Tidal volume तथा Inspiratory reserve volume सम्मिलित है। (TV + IRV).
-
निःश्वसन क्षमता (Expiratory Capacity, EC) - सामान्य Inhalation के बाद वायु की कुल मात्रा जिसे एक व्यक्ति Exhale क्र सकता है। इसमें Tidal volume और Expiratory reserve volume सम्मिलित है। (TV + ERV ).
-
क्रियाशील अवशिष्ट क्षमता (Functional Residual Capacity, FRC) - सामान्य Exhalation के बाद वायु की वह मात्रा जो Lungs में शेष रह जाती है। इसमें Expiratory reserve volume और Residual volume सम्मिलित होते हैं। (ERV + RV).
-
जैव क्षमता (Vital Capacity, VC) - बलपूर्वक Exhalation के बाद वायु की वह अधिकतम मात्रा जो एक व्यक्ति Inhale कर सकता है। इसमें Expiratory reserve volume, Tidal volume और Inspiratory reserve volume सम्मिलित है। अथवा वायु की वह अधिकतम मात्रा जो एक व्यक्ति बलपूरक Inhalation के बाद Exhale कर सकता है।
-
फेफड़ो की कुल क्षमता (Total Lung Capacity, TLC) - बलपूर्वक Exhalation के बाद Lungs में समायोजित वायु की कुल मात्रा। इसमें RV, ERV, TV और IRV सम्मिलित है। यानि जैव क्षमता + अवशिष्ट क्षमता (VC + RV).
गैसों का विनिमय (Exchange of Gases)
Alveoli गैसों के Exchange के लिए Primary Space होती है। गैसों का Exchange Blood और Tissue के बीच भी होता है। इन स्थलों पर O₂ और CO₂ का विनिमय Pressure अथवा Concentration gradient के आधार पर सरल विसरण (Simple diffusion) द्वारा होता है। गैसों की घुलनशीलता के साथ - साथ Diffusion में सम्मिलित झिल्लियों (Membrane) की मोटाई भी Diffusion की दर को प्रभावित करने वाले कुछ महत्वपूर्ण घटक है।
अन्तःश्वसित वायु (Inhaled Air) निःश्वसित वायु (Exhaled Air) वायु कुपिका (Alveolus) कूपिका वायु (Alveolar air) pO₂ = 104 mmHg pCO₂ = 40 mmHg CO₂ O₂ CO₂ O₂ O₂ CO₂ CO₂ O₂ फुफ्फुसीय धमनी (Pulmonary artery) फुफ्फुसीय शिरा (Pulmonary vein) Systemic vein Deoxygenated blood वहन करते हुए Systemic artery oxygenated blood वहन करते हुए pO₂ = 40 mmHg pCO = 45 mmHg pO₂ = 95 mmHg pCO =40 mmHg शरीर उत्तक (Body tissue) Alveolus एवं Body tissue के बीच गैसों का exchange जो Oxygen तथा Carbon dioxide का Blood के साथ वहन
वातावरण की तुलना में विसरण सम्मिलित विभिन्न भागों पर O₂एवं CO₂ का आंशिक दबाव (mmHg में) -
| श्वसन | वातावरणीय वायु | वायु कूपिका (Alveoli) | अनॉक्सीकृत रक्त | ऑक्सीकृत रक्त | उत्तक (Tissue) |
|---|---|---|---|---|---|
| O₂ | 159 | 104 | 40 | 95 | 40 |
| CO₂ | 0.3 | 40 | 45 | 40 | 45 |
CO₂ की घुलनशीलता O₂ की घुलनशीलता से 20 - 25 गुना अधिक होती है, Permeable membrane में से प्रति इकाई आंशिक दाब के अंतर की विसरित होने वाली CO₂ की मात्रा O₂ की तुलना में बहुत अधिक होती है।
Diffusion membrane mainly three layers की बनी होती है। Alveoli की पतली शल्की उपकला (Squamous epithelium) ,basement membrane और blood cells की अंतःकला (endothelium) की single layer द्वारा घिरी रहती है। इनकी मोटाई 1 mm से बहुत कम होती है। इसलिए हमारे शरीर में सभी कारक O₂ के Alveoli से tissues और CO₂ के tissues से Alveoli से Diffusion के लिए अनुकूल होते हैं।
वायु (Air) कुपिका भित्ति की शल्की उपकला (Alveolar wall Squamous epithelium) आधारीय तत्व (Basement Substance) Alveolar Cavity लाल रक्त कोशिका (RBC) रक्त वाहिका (Blood Capillary) एक Pulmonary capillary की एक Alveoli का अनुप्रस्थ काट
गैसों का परिवहन (Transport of gases)
O₂ और CO₂ के परिवहन का माध्यम Blood होता है। लगभग 97% O₂ का परिवहन blood में RBC (Red Blood Cell) द्वारा होता है। शेष 3% O₂ का Plasma द्वारा dissolved state में होता है। लगभग 20-25% CO₂ का transport RBC द्वारा होता है, जबकि 70% का Bicarbonate के रूप में अभिगमित होती है। लगभग 7% CO₂ plasma द्वारा घुल्य अवस्था में होता है।
ऑक्सीजन(O2) का परिवहन (Transport of oxygen)
Heamoglobin के साथ Resversible ढंग से बंधकर oxygen oxy-Heamoglobin का गठन कर सकता है। प्रत्येक Heamoglobin अणु अधिकतम चार O₂ अणुओं के वहन कर सकते हैं। Heamoglobin की oxygen से प्रतिशत संतृप्ति को pO₂ के सापेक्ष आलेखित करने पर Sigmoid Curve प्राप्त होता है। इस Curve को Dissociation Curve कहते हैं। O₂ Heamoglobin से फेफड़ो की सतह पर बंधता है और Tissues में वियोजित हो जाती है। प्रत्येक 100 ml Oxygenated blood सामान्य शरीर क्रियात्मक स्थितियों में Tissues को लगभग 5 ml O₂ प्रदान करता है।
कार्बनडाइऑक्साइड (CO2) का परिवहन (Transport of CO2)
कार्बनडाइऑक्साइड Heamoglobin द्वारा कार्बामीनो-हीमोग्लोबिन (20-25%) के रूप में वहन की जाती है। Tissues में उच्च pCO₂ और निम्न pO₂ की अवस्था होने से Heamoglobin से CO₂ का बंधन होता है। जबकि Alveoli में, जहाँ pCO₂ निम्न और pO₂ उच्च होता है। कार्बामीनो-हीमोग्लोबिन से CO₂ का वियोजन होने लगता है अर्थात Tissues में Heamoglobin से बंधित CO₂ Alveoli में मुक्त हो जाती है। एंजाइम Carbonic anhydrase की सांद्रता RBC में उच्च और Plasma में निम्न होती है। इस एंजाइम से प्रतिक्रिया दोनों दिशाओं में सुगम होती है।
Tissue में अपचय (Catabolism) के कारण pCO₂ अधिक होने से CO₂ Blood में विसरित होती है और HCO₃ और बनाती है। Alveoli में pCO₂ कम होने से Reaction की दिशा विपरीत हो जाती है। जिससे CO₂ और H2O बनते हैं। इस तरह Bicarbonate के रूप में Tissue level पर ग्रहित और Alveoli तक Transport CO₂ बाहर की तरफ पुनः CO₂ के रूप में मुक्त हो जाती है। प्रति 100 ml Deoxygenated blood द्वारा Alveoli में लगभग CO₂ की 4 ml मात्रा मुक्त होती है।