โครงสร้างและกลไกสำหรับการแลกเปลี่ยนแก๊สของคน

ทางเดินหายใจของคน เริ่มต้นจากปากหรือจมูก จมูกจะมีโพรงจมูก ภายในโพรงจมูกจะมีขนเล็กๆและน้ำเมือก ทำหน้าที่กรองฝุ่นและทำให้ลมหายใจชุ่มชื้น จากนั้นลมหายใจผ่านไปตามคอหอย (pharynx) โดยมีช่องลม (glottis) เป็นช่องที่อยู่บริเวณฐานของคอหอย ช่องนี้มีฝาปิดช่องลม (epiglottis) คอบปิดเปิดไม่ให้อาหารหลุดเข้าไปในหลอดลม จากนั้นอาหารจึงผ่านเข้าสู่กล่องเสียง (lalymx) แล้วอากาศเข้าสู่หลอดลมคอ ปลายสุดของหลอดลมคอแยกออกเป็นหลอดลม (bronchus) ซ้ายและขวาสู่ปอดทั้งสองข้าง หลอดลมจะแตกแขนงเล็กลงทุกทีเรียกว่าหลอดลมฝอย (bronchiole) ซึ่งมีจำนวนมากมาย ผนังหลอดลมจะบางลงตามลำดับ ปลายสุดของหลอดลมเหล่านี้จะเป็นถุงลม (alveolus) ทั้งหลอดลมคอ หลอดลม และหลอดลมฝอยตอนต้นๆจะเป็นกระดูกอ่อนรูปเกือกม้าเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ เพื่อป้องกันการแฟบจากแรงกดของเนื้อเยื่อรอบๆ ในที่สุดอากาศก็จะผ่านเข้าสู่ถุงลมได้

การแลกเปลี่ยนก๊าซ

การแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกาย

การแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกายของคนเราเกิดขึ้น 2 แห่ง ปอดและที่เนื้อเยื่อ

1.คือที่ปอดและที่เนื้อเยื่อการที่ออกซิเจนจากถุงลมในปอดเข้าสู่เส้นเลือดฝอยแทนทีแก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์ จากเส้นเลือดฝอยเข้าสู่ถุงลมในปอดนั้นเกิดด้วยวิธีการแพร่ เนื่องจากทั้งผนังของถุงลมและผนังของเส้นเลือดฝอยนั้นบางมากคือมีลักษณะเป็นเซลล์เพียงชั้นเดียว การเคลื่อนที่ของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์จากถุงลมและเส้นเลือดฝอยนั้นเกิดจากความดันที่ต่างกันระหว่างเลือดกับปอด ในปอดมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับเลือดดำที่ไหลกลับจากร่างกายเข้าปอดซึ่งมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มากมาย ดังนั้นความดันของคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดจึงสูงกว่าความดันคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลม จึงทำให้คาร์บอนไดออกไซด์แพร่จากเส้นเลือดฝอยเข้าสู่ถุงลม

ในกรณีกลับกันในถุงลมมีออกซิเจนมาก แต่ออกซิเจนในเส้นเลือดฝอยนั้นมีปริมาณน้อยมาก ดังนั้นความดันของออกซิเจนในถุงลมจึงสูงกว่าความดันของออกซิเจนในเส้นเลือดฝอย ออกซิเจนจึงแพร่จากถุงลมเข้าสู่เส้นเลือดฝอย

การแลกเปลี่ยนแก๊สระหว่างถุงลมกับเส้นเลือดฝอยโดยออกซิเจนจากถุงลมจะแพร่เข้าสู่เส้นเลือดฝอยรอบๆถุงลมและรวมตัวกับฮีโมลโกลบิน (heamoglobin – Hb ) ที่ผิวของเม็ดเลือดแดงกลายเป็นออกซีฮีโมลโกลบิน ( Oxyhaemoglobin – HbO2 ) ซึ่งมีสีแดงสด เลือดที่มีออกซีฮีโมลโกลบินนี้จะถูกส่งเข้าสู่หัวใจและสูบฉีดไปยังเนื้อเยื่อต่างๆทั่วร่างกาย ที่เนื้อเยื่อออกซีฮีโมลโกลบินจะสลายให้ออกซิเจนและฮีโมลโกลบิน ออกซิเจนจะแพร่เข้าสู่เซลล์ทำให้เซลล์ทำให้เซลล์ของเนื้อเยื่อได้รับออกซิเจน
ในขณะที่เนื้อเยื่อรับออกซิเจนนั้น ออกซิเจนจะทำให้ปฏิกิริยากับสารอาหาร ทำให้ปริมาณออกซิเจน ลดลง ที่เนื้อเยื่อมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นจะแพร่เข้าสู่เส้นเลือด คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่จะทำปฏิกิริยากับน้ำในเม็ดเลือดแดงเกิดกรดคาร์บอนิกซึ่งจะแตกตัวต่อได้ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนและไฮโดรเจนไอออน เมื่อเลือดที่มีไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนมากไหลเข้าสู่หัวใจจะถูกฉีดต่อไปยังเส้นเลือดฝอยรอบๆถุงลมในปอด ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนและไฮโดรเจนไอออนจะรวมตัวกันเป็นกรดคาร์บอนิกแล้วจึงสลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในเซลล์เม็ดเลือดแดง เป็นผลให้ความหนาแน่นของคาร์บอนไดออกไซด์ในเส้นเลือดฝอยสูงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลม จึงเกิดการแพร่ของคาร์บอนไดออกไซด์จากเส้นเลือดฝอยสู่ถุงลมปอด

เนื้อเยื่อของปอดต้องการออกซิเจนเหมือนกัน เพราะเนื้อเยื่อของปอดต้องการพลังงานในการทำกิจกรรมในเซลล์เช่นเดียวกับเซลล์ของเนื้อเยื่ออื่นๆ การแลกเปลี่ยนแก๊สบริเวณเนื้อเยื่อของร่างกายใช้ความแตกต่างของความดันเป็นตัวอธิบาย เนื่องจากเซลล์ให้ออกซิเจนในการหายใจตลอดเวลา ความดันของออกซิเจนในโปรโทพลาซึมจึงต่ำกว่าความดันของออกซิเจนในเส้นเลือดฝอย ออกซิเจนจากเส้นเลือดฝอยจึงแพร่เข้าสู่เซลล์ ในขณะเดียวกันเซลล์สร้างคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นเรื่อยๆจากการหายใจ

ดังนั้นคาร์บอนไดออกไซด์ในเซลล์จึงมีปริมาณสูงกว่าในเส้นเลือดฝอย คาร์บอนไดออกไซด์จึงแพร่เข้าสู่เส้นเลือดฝอย ดังนั้นเส้นเลือดฝอยที่เซลล์จึงมีความดันออกซิเจนต่ำและคาร์บอนไดออกไซด์สูง ถูกส่งกลับไปที่ปอดใหม่วนเวียนอยู่เช่นนี้

โดยปกติแล้วฮีโมลโกลบินนั้นรวมตัวกับคาร์บอนมอนอกไซด์ ( CO ) ได้ดีกว่าออกซิเจนถึง 200 – 250 เท่า ดังนั้นเมื่อหายใจเอาอากาศที่มี CO เข้าไปเลือดจึงรับ O2 น้อยลง หัวใจจึงต้องสูบฉีดเลือดให้เร็วขึ้นเพื่อให้เลือดผ่านปอดมากจะได้มีโอกาสรับ O2 ได้มากขึ้น หัวใจและปอดจึงต้องทำงานหนักขึ้นเพื่อจะนำเอาออกซิเจนไปสู่เซลล์ให้เพียงพอกับความต้องการทำให้เกิดโรคเกี่ยวกับปอดและหัวใจ

อาการโดยทั่วไปเมื่อรับ CO เข้าสู่ร่างกายมาก จะมีอาการคลื่นไส้ อาเจียน ปวดศีรษะ มึนงง ถ้าได้รับแก๊สนี้แม้จะเป็นจำนวนน้อยแต่ถ้าได้รับเป็นเวลานานจะทำให้จิตใจและประสาทผิดปกติ อ่อนเพลียไม่มีแรง ความจำเสื่อม เบื่ออาหาร หูอื้อ ถ้าได้รับแก๊สนี้จำนวนมากติดต่อกันอาจเป็นอันตรายถึงแก่ชีวิตได้ อนุภาคของโลหะหนักบางชนิดถ้ามีในอากาศจะเป็นอันตรายต่อร่างกายได้ ได้แก่ ตะกั่ว ปรอท แคดเมียม

ชีวะ ม.5

การย่อยอาหาร หมายถึง การทำให้สารอาหารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่กลายเป็นสารอาหารที่มี โมเลกุลเล็กลงจนกระทั่งแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ การย่อยอาหารในร่างกายมี 2 วิธี คือ

1. การย่อยเชิงกล คือ การบดเคี้ยวอาหารโดยฟัน เป็นการเปลี่ยนแปลงขนาดโมเลกุลทำให้สาอาหารมีขนาดเล็กลง

2. การย่อยเชิงเคมี คือ การเปลี่ยนแปลงขนาดโมเลกุลของสารอาหารโดยใช้เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องทำให้โมเลกุลของสารอาหารเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีได้โมเลกุลที่มีขนาดเล็กลงอวัยวะในระบบย่อยอาหารของคน

ระบบย่อยอาหารของคนประกอบด้วยอวัยวะดังต่อไปนี้

1. อวัยวะที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการย่อยอาหาร ได้แก่

1.1 ตับ มีหน้าที่สร้างน้ำดีส่งไปเก็บที่ถุงน้ำดี

1.2 ตับอ่อน มีหน้าที่สร้างเอนไซม์ส่งไปย่อยอาหารที่ลำไส้เล็ก

1.3 ลำไส้เล็ก สร้างเอนไซม์มอลเทส ซูเครส และแล็กเทสย่อยอาหารที่ลำไส้เล็ก เอนไซม์ เป็นสารประกอบประเภทโปรตีนที่ร่างกายสร้างขึ้นเพื่อทำหน้าที่เร่งอัตราการเปิดปฏิกิริยาชีวเคมีในร่างกาย เอนไซม์ที่ใช้ในการย่อยสารอาหารเรียกว่า “น้ำย่อย” เอนไซม์มีสมบัติที่สำคัญ ดังนี้

• เป็นสารประเภทโปรตีนที่สร้างขึ้นจากเซลล์ของสิ่งมีชีวิต



• ช่วงเร่งปฏิกิริยาในการย่อยอาหารให้เกิดเร็วขึ้นและเมื่อเร่งปฏิกิริยาแล้วยังคงมีสภาพเดิมสามารถใช้เร่งปฏิกิริยาโมเลกุลอื่นได้อีก



• มีความจำเพาะต่อสารที่เกิดปฏิกิริยาชนิดหนึ่งๆ



• เอนไซม์จะทำงานได้ดีเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม
  

ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์

ได้แก่
1. อุณหภูมิ เอนไซม์แต่ละชนิดทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่างกัน แต่เอนไซม์ในร่างกายทำงานได้ดีที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส

2. ความเป็นกรด – เบส เอนไซม์บางชนิดทำงานได้ดีเมื่อมีสภาพที่เป็นกรด เช่น เอนไซม์เพปซิน ในกระเพาะอาหาร เอนไซม์บางอย่างทำงานได้ดีในสภาพที่เป็นเบส เช่น เอนไซม์ในลำไส้เล็ก เป็นต้น

3. ความเข้ม เอนไซม์ที่มีความเข้มข้นมากจะทำงานได้ดีกว่าเอนไซม์ที่มีความเข้มข้นน้อย

การทำงานของเอนไซม์

จำแนกได้ดังนี้

1. เอนไซม์ในน้ำลาย ทำงานได้ดีในสภาวะเป็นเบสเล็กน้อย เป็นกลาง หรือเป็นกรดเล็กน้อยจะขึ้นอยู่กับชนิดของน้ำตาลและที่อุณหภูมิปกติของร่างกายประมาณ 37 องศาเซลเซียส

2. เอนไซม์ ในกระเพาะอาหาร ทำงานได้ดีในสภาวะเป็นกรด และที่อุณหภูมิปกติของร่างกาย

3. เอนไซม์ในลำไส้เล็ก ทำงานได้ดีในสภาวะเป็นเบส และอุณหภูมิปกติของร่างกาย สารอาหารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ จะถูกย่อยให้เป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่สุด
ดังนี้
คาร์โบไฮเดรต - กลูโคส
โปรตีน - กรดอะมิโน
ไขมัน - กรดไขมัน + กลีเซอรอล

2. อวัยวะที่เป็นทางเดินอาหาร ทำหน้าที่ในการรับและส่งอาหารโดยเริ่มจาก

ปาก -คอหอย -หลอดอาหาร -กระเพาะ -ลำไส้เล็ก- ลำไส้ใหญ่- ทวารหนัก

ดังรูป






เมื่อรับประทานอาหาร อาหารจะเคลื่อนที่ผ่านอวัยวะที่เกี่ยวข้องกับทางเดินอาหารเพื่อเกิดการย่อยตามลำดับดังต่อไปนี้

2.1 ปาก(mouth) มีการย่อยเชิงกล โดยการบดเคี้ยวของฟัน และมีการย่อยทางโดยเอนไซม์อะไมเลสหรือไทยาลีน ซึ่งทำงานได้ดีในสภาพที่เป็นเบสเล็กน้อย แป้ง อะไมเลสหรือไทยาลีน น้ำตาลมอลโทส(maltose)

น้ำลายจากต่อมน้ำลายมี 3 คู่ ได้แก่

• ต่อมน้ำลายใต้ลิ้น 1 คู่



• ต่อมน้ำลายใต้ขากรรไกรล่าง 1 คู่

• ต่อมน้ำลายใต้กกหู 1 คู่

ต่อมน้ำลายจะผลิตน้ำลายได้ประมาณวันละ 1 – 1.5 ลิตร 2.2 คอหอย(pharynx) เป็นทางผ่านของอาหาร ซึ่งไม่มีการย่อยใดๆ ทั้งสิ้น

2.3 หลอดอาหาร(esophagus) มีลักษณะเป็นกล้ามเนื้อเรียบ มีการย่อยเชิงกลโดยการบีบตัวของกล้ามเนื้อทางเดินอาหารเป็นช่วงๆ เรียกว่า “เพอริสตัลซิส (peristalsis)” เพื่อให้อาหารเคลื่อนที่ ลงสู่กระเพาะอาหาร



2.4 กระเพาะอาหาร (stomach) มีการย่อยเชิงกลโดยการบีบตัวของกล้ามเนื้อทางเดินอาหาร และมีการย่อยทางเคมีโดยเอนไซม์เพปซิน(pepsin) ซึ่งจะทำงานได้ดีในสภาพที่เป็นกรด โดยชั้นในสุดของกระเพาะจะมีต่อมสร้างน้ำย่อยซึ่งมีเอนไซม์เพปซินและกรดไฮโดรคลอริกเป็นส่วนประกอบ เอนไซม์เพปซินจะย่อยโปรตีนให้เป็นเพปไทด์ (peptide)ในกระเพาะอาหารนี้ ยังมี เอนไซม์อยู่อีกชนิดหนึ่งชื่อว่า”เรนนิน”ทำหน้าที่ย่อยโปรตีนในน้ำนม ในขณะที่ไม่มีอาหาร กระเพาะอาหารจะมีขนาด 50 ลูกบาศก์เซนติเมตร แต่เมื่อมีอาหารจะมีการขยายได้อีก 10 – 40 เท่า

โปรตีน เพปซิน เพปไทด์

โดยสรุปแล้วที่กระเพาะอาหารจะมีการย่อยโปรตีนเพียงอย่างเดียวเท่านั้น

2.5 ลำไส้เล็ก(small intestine) เป็นบริเวณที่มีการย่อยและการดูดซึมเกิดขึ้นมากที่สุด โดยเอนไซม์ในลำไส้เล็กจะทำงานได้ดีในสภาพที่เป็นเบส ซึ่งเอนไซม์ที่ลำไส้เล็กสร้างขึ้น ได้แก่ 1) มอลเทส (maltase) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยน้ำตาลมอลเทสให้เป็นกลูโคส 2) ซูเครส(sucrase)เป็นเอนไซม์ที่ย่อยน้ำตาลทรายหรือน้ำตาลซูโครส(sucrose)ให้เป็นกลูโคสกับฟรักโทส(fructore) 3) แล็กเทส(lactase)เป็นเอนไซม์ที่ย่อยน้ำตาลแล็กโทส(lactose)ให้เป็นกลูโคสกับกาแล็กโทส(galactose) การย่อยอาหารที่ลำไส้เล็กใช้เอนไซม์จากตับอ่อน(pancreas)มาช่วยย่อย เช่น

- ทริปซิน(trypsin) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยโปรตีนหรือเพปไทด์ให้เป็นกรดอะมิโน

- อะไมเลส(amylase) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยแป้งให้เป็นน้ำตาลมอลโทส

- ไลเพส (lipase) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยไขมันให้เป็นกรดไขมันและกลีเซอรอล


น้ำดี(bile) เป็นสารที่ผลิตมาจากตับ(liver)แล้วไปเก็บไว้ที่ถุงน้ำดี(gall bladder)น้ำดีไม่ใช่เอนไซม์เพราะไม่ใช่สารประกอบประเภทโปรตีน โดยน้ำดีจะทำหน้าที่ย่อยโมเลกุลของไขมันให้เล็กลง แล้วน้ำย่อยจากตับอ่อนจะย่อยต่อทำให้ได้อนุภาคที่เล็กที่สุดที่สามารถแพร่เข้าสู่เซลล์


สรุปการย่อยสารอาหารประเภทต่างๆ ในลำไส้เล็ก

คาร์โบไฮเดรต
แป้ง - อะไมเลส - มอลโทส
มอลโทส - มอลเทส - กลูโคส + กลูโคส
ซูโครส - ซูเครส - กลูโคส + ฟรักโทส
แล็กโทส - แล็กเทส - กลูโคส + กาแล็กโทส

โปรตีน - เพปไทด์ - ทริปซิน - กรดอะมิโน

ไขมัน
ไขมัน - น้ำดี ย่อยโมเลกุลของไขมันขนาดเล็ก ไลเพส กรดไขมัน + กลีเซอรอล
อาหารเมื่อถูกย่อยเป็นโมเลกุลเล็กที่สุดแล้ว จะถูกดูดซึมที่ลำไส้เล็ก โดยโครงสร้างที่เรียกว่า ”วิลลัส”(villus)ซึ่งมีลักษณะคล้ายนิ้วมือที่ยื่นออกมาจาก ผนังของลำไส้เล็ก ทำหน้าที่เพิ่มพื้นที่ผิว ในการดูดซึมอาหาร 2.6 ลำไส้ใหญ่(large intestine) ที่ลำไส้ใหญ่ไม่มีการย่อย แต่ทำหน้าที่เก็บกากอาหารและดูดซึมน้ำออกจากกากอาหาร ดังนั้นถ้าไม่ถ่ายอุจจาระเป็นเวลาหลายวันติดต่อกันจะทำให้เกิดอาการท้องผูก ถ้าเป็นบ่อยๆ จะทำให้เกิดโรคริดสีดวงทวาร