श्वसन संस्था (Respiratory System):
शरीराच्या परिसरातील हवेतून ऑक्सिजन वायूचे ग्रहण करणे आणि हवेत कार्बन डाय-ऑक्साइड वायूचे उत्सर्जन करणे या कार्यासाठी विकसित झालेल्या इंद्रिय प्रणालीस श्वसन तंत्र असे म्हणतात.
नाक व तोंडापासून सुरू होणारा श्वसनमार्ग, फुप्फुसे, छातीचा पिंजरा आणि श्वसनक्रियेवर नियंत्रण ठेवणारे मेंदूतील केंद्र यांचा समावेश श्वसन तंत्रात होतो.
श्वास आत घेणे आणि बाहेर सोडणे एवढ्यापुरतीच श्वसनाची क्रिया मर्यादित नसते.
जैवरासायनिक आणि कोशिकीय (पेशींच्या) पातळीवर श्वसन ही सर्व प्राण्यांमध्ये अत्यावश्यक अशी अनेक रासायनिक प्रक्रियांची साखळी असते.
कोशिकेच्या जीवनासाठी आवश्यक अशी ऊर्जा पोषक द्रव्यांच्या चयापचयातून (शरीरात सतत घडणाऱ्या रासायनिक व भौतिक घडामोडींतून) प्राप्त करून घेण्यासाठी (कार्बोहायड्रेटे, प्रथिने आणि वसा द्रव्ये यांच्या विघटनाच्या प्रक्रियेतून) ऑक्सिजनाचा वापर केला जातो.
सजीवांमध्ये सात्मीकरण झालेल्या अन्नपदार्थांतून ऊर्जा मुक्त होण्याच्या प्रक्रियेला श्वसन असे म्हणतात.
- प्रौढ व्यक्तींमध्ये श्वसनाचा वेग प्रति मिनिटाला १४ वेळा एवढा असतो. लहान मुलांत तो प्रति मिनिटाला ४५, मोठ्या मुलांमध्ये प्रति मिनिटाला २५ एवढा असतो.
- ऐच्छिकरीत्या श्वसनाचा वेग नियंत्रित केला जातो, परंतु हा वेग ठरवणारा सर्वात महत्वाचा घटक रक्तातील कार्बनडायऑकसाईडचे प्रमाण होय.
- रक्तातील कार्बनडायऑकसाइड चे प्रमाण जास्त असल्यास श्वसनाचा वेग वाढतो.
वनस्पतींमधील श्वसन (Respiration In Plants)
- वनस्पती प्रकाश संश्लेषण प्रकियेत ऑक्सिजन वायू तयार करून स्वतः वापरतात व काही प्रमाणात (21%) वातावरणात सोडतात.
- वनस्पतींमध्ये मोठया आंतरपेशीय पोकळ्या असतात त्यामुळे पर्णरंध्रातुन (Stomata) आलेल्या हवेच्या संपर्कात सर्व पेशी असतात. त्यामुळे वनस्पतींचे मूळ खोड, पाने यासारखे सर अवयव श्वसन करतात.
- वनस्पतींमध्ये वायूंची देवाणघेवाण विसरण (Diffusion) क्रियेने होते. दिवसा वनस्पती प्रकाश संश्लेषण आणि श्वसन या दोन्ही क्रिया एकाचवेळी पार पाडतात. तेव्हा तयार झालेला कार्बन डायॉकसाईड प्रकाश संश्लेषणासाठी वापरला जातो.
- वनस्पती दिवस मोठ्या प्रमाणात ऑक्सिजन मुक्त करतात परंतु रात्रीच्या वेळेस प्रकाश संश्लेषण क्रिया होत नसल्यामुळे फक्त श्वसनक्रिया चालू असते त्यामुळे मोठ्या प्रमाणात कार्बन डायऑकसाईड बाहेर टाकला जातो. अपवाद – वड, तुळस
प्राण्यांमधील श्वसन (Respiration In Human)
श्वसनासाठी सजीव ऑक्सिजनचा वापर करतात किंवा नाही या आधारे श्वसनाचे विनोक्सि श्वसन (Anaerobic Respiration) आणि ऑक्सी श्वसन (Aerobic Respiration) हे दोन प्रकार पडतात.
१) विनोक्सि / अनानील श्वसन (Anaerobic Respiration):
ज्या पध्द्तीमध्ये सजीव ऑक्सिजन शियाव ग्लुकोजचे अंशतः ऑक्सिडीकरण करून ऊर्जा प्राप्त करतात त्यास विनॉक्सी /अनानील श्वसन असे म्हणतात.
उदा: काही जिवाणू आणि कवक
विनॉक्सी श्वसनाच्या पायऱ्या (Steps Of Anaerobic Respiration)
1) ग्लायकोलायसिस (Glycolysis) : सजीव पेशीद्रव्यात गुल्कोजच्या रेणूचे विघटन करून दोन पायरुव्हेटचे रेणू तयार होतात म्हणून त्यास ग्लायकोलायसिस असे म्हणतात. यामध्ये सहा कार्बन असलेल्या संयुगांचे रूपांतर तीन कार्बन असलेल्या संयुगांमध्ये होते.
विनॉक्सी श्वसनमध्ये पायरुव्हेट आणि कार्बन डायऑकसाइडचा उपयोग लॅक्टिक आम्ल, ऍसिटिक आम्ल किंवा अ
ल्कोहोल या सारखी कार्बनी संयुंगे तयार करण्यासाठी होतो. ग्लायकोलायसिस हि क्रिया दोन्हीही श्वसन पध्द्तीमध्ये आढळून येते.
2) ऊर्जा प्राप्ती (Release Of Energy) : विनॉक्सी श्वसन पद्धतीमध्ये सजीव ग्लुकोजचे अंशतः ऑक्सिडीकरण करून ATP च्या स्वरूपात ऊर्जा प्राप्त करतात. ज्या प्रकियेत ग्लुकोज आणि कार्बोनी पदार्थांच्या रेणूंचे अंशतः पाणी आणि कार्बन डायॉकसाईड वायूत रूपांतर होते, या प्रकियेला किण्वन प्रकिया (Fermentation) असे म्हणतात. हि प्रक्रिया सूक्ष्मजीवांमार्फत घडवून आणली जाते.
उदा: १) दुधाचे दही होणे – लॅकटोबॅसिल्स जिवाणू
२) जीवनसत्वे आणि प्रतिजैविके तयार करणे – पेनिसिलिअम किणव
२) ऑक्सि / सानील श्वसन (Aerobic Respiration):
ज्या श्वसन पद्धतीमध्ये सजीव ऑक्सिजनच्या साहाय्याने पेशीमध्ये ग्लुकोजचे संपूर्ण ऑक्सिडीकरण करून ATP च्या स्वरूपात ऊर्जा मुक्त करतात त्यास ऑक्सि / सानील श्वसन असे म्हणतात.
मानवी शरीरात श्वसन संस्थेच्या साहाय्याने ऑक्सिजनच्या सन्निघ्यात श्वसन प्रक्रिया पूर्ण होते. मानवी श्वसनसंस्था खालील अवयवांची बनलेली असते.
1) बाह्य नाकपुड्या (External Nostrils)
2) घसा (Pharynx)
3) ग्रसनी / स्वरयंत्र (Larynx)
4) श्वसन नलिका (Trachea)
5) श्वसनी (Bronchi) – श्वसनिका (Bronchioles)
6) फुप्फुसे (Lungs)
7) वायुकोश (Alveoli)
8) श्वासपटल (Diaphragm)
मानवी श्वसनसंस्थेची रचना:
- फुप्फुसे श्वसनाचा मुख्य अवयव असून शरीरात छातीच्या पोकळीत हृदयाच्या दोन्ही बाजूस स्थित असतात.
- श्वसनसंस्थेची सुरवात बाह्य नाकपुड्यांपासून होते. पुढे त्याचे रूपांतर घसा, स्वरयंत्र आणि श्वसननलिकेत होते.
- श्वसन नलिकेचे रूपांतर श्वसनात होऊन ती दोन्ही फुफ्फुसांना जोडलेली असते.
- फुफ्फुसांमध्ये श्वसनीचे रूपांतर अनेक लहान शाखांमध्ये होते. या सर्व लहान शाखांना श्वसनीका म्हणतात.
- श्वसनिकांच्या टोकाशी फुग्यांसारखे दिसणारे वायुकोश (Alveoli) असतात. वायुकोशामध्येच विसरण (Diffusion) प्रक्रियेद्वारे ऑक्सिजन आणि कार्बन डायॉकसाइड या वायूंची देवाण घेवाण होते.
- वायुकोशांच्या पातळ भित्तिकांभोवती कोशिकांचे (Capillaries) जाळे असते. फुफ्फुसात आलेल्या हवेतील ऑक्सिजन केशिकातील तांबडया पेशीतील हिमोग्लोबिन शोषून घेते तर त्याच वेळी रक्तातून कार्बन डायॉकसाईड वायुकोशात सोडला जातो. या क्रियेलाच विसरण असे म्हणतात.
- हा कार्बन डायॉकसाईड वायू उच्छवासामुळे शरीराबाहेर टाकला जातो तर ऑक्सिजन वायू शरीरातील सर्व उतींकडे पोहोचवला जातो.
मानवी शरीरात ऑक्सिश्वसनाची प्रक्रिया खालील प्रमाणे दोन टप्प्यात पूर्ण होते.
१) बाह्यश्वसन / श्वासोच्छवास २) अंतःश्वसन/ पेशीय श्वसन
१) बाह्यश्वसन / श्वासोच्छवास (External Respiration/ Breathing):
- श्वासोच्छवास ही भौतिक प्रक्रिया आहे.
- ऑक्सिजनयुक्त हवा फुफ्फुसात प्रवेश करणे तसेच कार्बन डायॉकसाईडयुक्त हवा फुफ्फुसाबाहेर टाकली जाणे या क्रियेला बाह्यश्वसन किंवा श्वासोच्छवास असे म्हणतात.
- श्वासोच्छवासाची क्रिया श्वास आणि उच्छवास या दोन टप्प्यांमध्ये पूर्ण होते.
श्वास (Breath-In/Inhalation):
ऑक्सिजनयुक्त हवा शरीरामध्ये घेण्याच्या प्रक्रियेला श्वास असे म्हणतात.
उच्छवास (Breath-Out/Exhalation):
कार्बन डायॉकसाईडयुक्त हवा शरीराबाहेर सोडण्याच्या प्रक्रियेला उच्छवास असे म्हणतात.
श्वासोच्छवास:
यामध्ये फुफ्फुसे व फुफ्फुस धमनीतील रक्त यांच्यात ऑक्सिजन आणि कार्बन डायॉकसाईड यांची देवाणघेवाण होते. या क्रियेला विसरण असे म्हणतात.
श्वासातील ऑक्सिजन फुफ्फुसांमध्ये वेगळा होऊन रक्तात मिसळला जातो. तर रक्तातील कार्बन डायॉकसाईड फुफ्फुसांमध्ये उच्छवासाद्वारे मिसळला जातो व त्यानंतर फुफ्फुसातून शरीराबाहेर टाकला जातो.
श्वासोच्छवासामध्ये श्वास आणि उच्छवास या प्रक्रियांमध्ये विविध वायूंची खालीलप्रमाणे देवाण -घेवाण होते.
ऑक्सिजनचे वहन :
फुफ्फुसातील ऑक्सिजन रक्तात मिसळल्यानंतर त्याचा तांबडया रक्तपेशीतील हिमोग्लोबिन सोबत संयोग होऊन ऑक्सी- हिमोग्लोबिन तयार होते. हे ऑक्सी-हिमोग्लोबिन रक्ताद्वारे शरीरातील सर्व पेशींकडे पोहोचविले जाते. ऑक्सिजनच्या साहाय्याने पेशीतील ग्लुकोज या पोषद्रव्याचे ऑक्सिडीकरण होते आणि उष्णता ऊर्जा मुक्त होते. तंतूकणिकेमार्फत ही ऊर्जा ATP या रासायनिक संयुगांच्या स्वरूपात साठविली जाते.
कार्बन डायॉकसाईडचे वहन :
पेशीमध्ये ऊर्जा निर्मितीनंतर तयार झालेला कार्बन डायॉकसाईड तांबडया रक्तपेशीतील हिमोग्लोबिन सोबत संयोग पावून कार्बोक्झी हिमोग्लोबिन तयार करतो. तो कार्बन डायॉकसाईड रक्ताद्वारे फुफ्फुसामध्ये आणला जातो. फुफ्फुसामध्ये विसरण क्रियेने कार्बन डायॉकसाईड वेगळा होऊन उच्छवासाद्वारे शरीराच्या बाहेर टाकला जातो.
२) अंतःश्वसन/ पेशीय श्वसन (Internal/ Cellular Respiration):
पेषीश्वसन हि जैव-रासायनिक प्रक्रिया आहे. हि प्रक्रिया तंतूकणिकेत जैवरासायनिक प्रक्रियांच्या विविध पायऱ्यामध्ये पूर्ण होते.
ज्या प्रक्रियेमध्ये पेशीत ग्लुकोजचे संपूर्ण ऑक्सिडीकरण होऊन ऊर्जा मुक्त होते त्यास पेषीश्वसन किंवा अंतःश्वसन असे म्हणतात.
पेषीश्वसनाची क्रिया विविध सजीवांमध्ये वेगवेगळी असते परंतु त्यातील पहिली पायरी सर्व सजीवात समान असते.
ग्लायकोलायसिस (Glycolysis) :
सजीव पेशीद्रव्यात सहा कार्बन असलेल्या ग्लुकोजच्या रेणूचे विघटन करून तीन कार्बन असलेले दोन पायरुव्हेटचे रेणू तयार करतात म्हणून त्यास ग्लायकोलायसिस (ग्लुकोजचे विघटन) असे म्हणतात.
जलचर प्राण्यातील श्वसन :
जलचर प्राणी श्वसनासाठी पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन वापरतात. हवेतील ऑक्सिजनपेक्षा पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी असते. जलचर प्राणी मुखाद्वारे ऑक्सिजनयुक्त पाणी शरीरात घेतात आणि कल्ल्यांद्वारे कार्बन डायॉकसाईडयुक्त पाणी शरीराबाहेर टाकतात, म्हणजेच जलचर प्राणी श्वसन करतात परंतु श्वासोच्छवास करत नाहीत.
विविध प्राण्यांमधील श्वसन पद्धती :
१) त्वक श्वसन (Cutaneous Respiration) :
या पध्द्तीमध्ये वायूंची देवाण – घेवाण त्वचेमार्फत किंवा अव्रणांमार्फत केली जाते.
उदा: जलचर कीटक, बेडूक, अळ्या, गांडूळ इ.
२) क्लोम श्वसन (Pharyngeal Respiration):
या पध्द्तीमध्ये वायूंची देवाण- घेवाण कल्ल्यांमार्फत केली जाते.
उदा: मासे, जलचर कीटक, चक्रमुखी प्राणी इ.
३) श्वासनली श्वसन (Bronchial Respiration) :
या पद्धतीमध्ये वायूंची देवाण – घेवाण श्वास नलिकेमार्फत म्हणजेच बाह्यनलिकांच्या मार्फत केली जाते.
उदा. कीटक, कृमी, कोळी तसेच इतर संधीपाद प्राणी
४) फुफ्फुसी श्वसन (Pulmonary Respiration):
या पद्धतीमध्ये वायूंची देवाण -घेवाण फुफ्फुसांमार्फत होते.
उदा. उभयचर प्राणी, सरपटणारे प्राणी, पक्षीवर्ग आणि सर्व सस्तनी प्राणी