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