Bihar Board Class 11 Biology Chapter 17 – श्वसन और गैसों का विनिमय

श्वसन और गैसों का विनिमय

मनुष्य के शरीर की कोशिकाओं को लगातार ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है और कोशिकीय श्वसन के दौरान बनने वाली कार्बन डाइऑक्साइड को बाहर निकालना भी जरूरी है। श्वसन तंत्र वातावरण और रक्त के बीच गैसों के आदान-प्रदान तथा शरीर में O₂ और CO₂ के परिवहन के लिए कार्य करता है।

मानव श्वसन तंत्र

मानव श्वसन तंत्र में नासिका, नासागुहा, ग्रसनी, कंठ, श्वासनली, ब्रॉन्कस, ब्रॉन्किओल्स और फेफड़े प्रमुख भाग हैं। फेफड़ों में bronchioles आगे चलकर alveoli तक पहुँचती हैं।

वायुकोष्ठ या Alveoli

Alveoli फेफड़ों की सूक्ष्म वायु थैलियाँ हैं। इनकी दीवार बहुत पतली होती है और इनके चारों ओर रक्त केशिकाओं का घना जाल होता है। यही संरचना blood और alveolar air के बीच प्रभावी gas exchange के लिए उपयुक्त सतह प्रदान करती है।

गैसीय विनिमय केवल Alveoli में प्रभावी क्यों है?

श्वसन मार्ग के अधिकांश भाग केवल हवा को फेफड़ों तक पहुँचाने का काम करते हैं। Alveoli की पतली respiratory membrane और उसके चारों ओर के capillary network के कारण O₂ और CO₂ का diffusion प्रभावी ढंग से होता है।

अन्तःश्वसन

Inspiration के दौरान diaphragm contract होकर चपटा होता है और external intercostal muscles पसलियों को ऊपर तथा बाहर की ओर खींचती हैं। इससे thoracic cavity का volume बढ़ता है, फेफड़ों के अंदर pressure कम होता है और बाहरी वायु फेफड़ों में प्रवेश करती है।

उच्छ्वसन

सामान्य expiration में diaphragm तथा inspiratory muscles relax होते हैं। वक्ष गुहा का आयतन कम होता है और फेफड़ों का दबाव बढ़ने के कारण हवा बाहर निकलती है।

श्वसन आयतन

• Tidal Volume: सामान्य श्वसन में अंदर-बाहर होने वाली वायु।
• Inspiratory Reserve Volume: सामान्य inspiration के बाद अतिरिक्त अंदर ली जा सकने वाली वायु।
• Expiratory Reserve Volume: सामान्य expiration के बाद अतिरिक्त बाहर निकाली जा सकने वाली वायु।
• Residual Volume: अधिकतम expiration के बाद भी फेफड़ों में बची वायु।

Vital Capacity

अधिकतम inspiration के बाद अधिकतम expiration द्वारा बाहर निकाली जा सकने वाली वायु की मात्रा vital capacity कहलाती है।

VC = IRV + TV + ERV

Functional Residual Capacity

सामान्य expiration के बाद फेफड़ों में बची वायु को functional residual capacity कहते हैं।

FRC = ERV + RV

ऑक्सीजन का परिवहन

रक्त में oxygen का अधिकांश भाग haemoglobin से जुड़कर oxyhaemoglobin के रूप में परिवहन करता है। बहुत थोड़ी मात्रा plasma में घुली हुई अवस्था में रहती है।

Oxygen-Haemoglobin Dissociation Curve

Hemoglobin की oxygen से saturation और oxygen के partial pressure के बीच संबंध को oxygen dissociation curve से प्रदर्शित किया जाता है। इसका आकार sigmoidal होता है क्योंकि hemoglobin में oxygen binding cooperative nature की होती है।

Bohr Effect

ऊतकों में CO₂ बढ़ने और pH घटने पर haemoglobin की oxygen के प्रति affinity कम होती है। इससे tissues में oxygen release आसान होता है। इस प्रभाव को Bohr effect कहा जाता है।

कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन

CO₂ रक्त में मुख्यतः तीन रूपों में transport होती है—plasma में dissolved form, bicarbonate ions के रूप में और haemoglobin से जुड़ी carbamino compounds के रूप में। इनमें bicarbonate form सबसे महत्वपूर्ण है।

श्वसन का नियमन

Breathing का neural control मुख्यतः medulla और pons के respiratory centres से जुड़ा है। रक्त में CO₂ और H⁺ की मात्रा में परिवर्तन respiratory centres को प्रभावित करता है और breathing rate बदल सकता है।

ऊँचाई पर श्वसन

ऊँचाई बढ़ने पर atmospheric pressure और oxygen का partial pressure घटता है। इससे शरीर में oxygen uptake कठिन हो सकता है और व्यक्ति की breathing rate बढ़ सकती है। लंबे समय तक ऊँचाई पर रहने पर शरीर कुछ acclimatization responses विकसित करता है।

महत्वपूर्ण प्रश्नोत्तर

प्रश्न 1. Vital capacity क्या है?

उत्तर: अधिकतम inspiration के बाद अधिकतम expiration द्वारा बाहर निकाली जा सकने वाली वायु की मात्रा vital capacity कहलाती है।

प्रश्न 2. FRC क्या है?

उत्तर: सामान्य expiration के बाद फेफड़ों में मौजूद वायु की मात्रा functional residual capacity कहलाती है। FRC = ERV + RV।

प्रश्न 3. Alveoli gas exchange के लिए उपयुक्त क्यों हैं?

उत्तर: उनकी दीवार बहुत पतली होती है और उनके चारों ओर घना capillary network होता है। इससे O₂ और CO₂ के diffusion के लिए छोटी दूरी और बड़ा surface area उपलब्ध होता है।

प्रश्न 4. CO₂ मुख्यतः किस रूप में transport होती है?

उत्तर: CO₂ का सबसे बड़ा भाग bicarbonate ions के रूप में transport होता है।

प्रश्न 5. Bohr effect क्या है?

उत्तर: CO₂ की वृद्धि और pH में कमी के कारण haemoglobin की oxygen affinity कम होना Bohr effect कहलाता है। इससे tissues में oxygen release बढ़ती है।

प्रश्न 6. ऊँचाई पर breathing rate क्यों बढ़ती है?

उत्तर: ऊँचाई बढ़ने पर oxygen का partial pressure कम हो जाता है। शरीर अधिक oxygen प्राप्त करने के लिए ventilation बढ़ा सकता है।

वस्तुनिष्ठ प्रश्न

1. गैसों का प्रमुख विनिमय कहाँ होता है? — Alveoli में।
2. Vital capacity का सूत्र क्या है? — IRV + TV + ERV।
3. FRC का सूत्र क्या है? — ERV + RV।
4. Oxygen का मुख्य carrier कौन है? — Haemoglobin।
5. CO₂ मुख्यतः किस रूप में transport होती है? — Bicarbonate।
6. Bohr effect किससे संबंधित है? — CO₂/pH और oxygen affinity से।

अध्याय सार

इस अध्याय में मानव श्वसन तंत्र, inspiration-expiration, alveolar gas exchange, respiratory volumes, oxygen और carbon dioxide transport तथा breathing regulation का अध्ययन किया जाता है। Vital capacity, FRC, oxygen dissociation curve, Bohr effect और CO₂ transport विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं।

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