6.1.2 โครงสรางทใชในการแลกเปลยนแกสของคน

สตวมกระดกสนหลงทอาศยอยบนบกใชปอดเปนอวยวะสำาหรบแลกเปลยนแกส เราสามารถศกษาโครงสรางทใชแลกเปลยนแกสไดจากปอดของสตวเลยงลกดวยนำานม

การศกษาเรองของปอดคนโดยของจรงทำาไดยาก จงมกใชปอดสตวเลยงลกดวยนำานมชนดอน ๆ แทน อาจเปนหมหรอวว ควายหรอกระตาย ถาไดปอดทสมบรณ( โดยเฉพาะขอซอมาจากโรงฆาสตว ) จะไมฉกขาด ใชทอพลาสตกเสนผานศนยกลางไมเกน 2.5 เซนตเมตร ยาวประมาณ 30 เซนตเมตร แยงลงไปในหลอดลม ( Trachea ) แลวออกแรงเปาทปลายทอดานนอกอยางเตมแรง จะเหนการขยายตวของปอด เมอใชนวหวแมมอกบนวชบบบรเวณผวปอด จะพบวามลกษณะหยน ๆ คลายถง เมอใชมดกรดจนถงระดบขวปอด ( Bronchus ) กรดตอจนถงหลอดลมฝอย ( Bronchiole ) จะเหนการแตกแขนงและขนาดของทางเดนลมหายใจ

รปท 6.20 ภาพผาปอดของคน

ลกษณะของปอดซายมสองพ สวนปอดขวามสามพเมอใชนวมอบบหลอดลมแลวปลอย หลอดลมจะกลบคงรป

เหมอนเดม ลกษณะของทอลมหรอหลอดลม ประกอบดวย กระดกออนมา

เรยงตวตอกน ปลายกระดกออนแตละชนจะไมชนกน จงมรปคลายตวซ ( C ) หรอ คลายเกอกมา และมกลามเนอเชอมระหวางปลาย ทำาใหหลอดลมมความยดหยนและไมตบแฟบเมอถกแรงกดจากเนอเยอ สามารถขยายตวไดเลกนอย จงมประโยชนในการนำาอากาศเขาและออกจากปอด

ทางเดนลมหายใจเขาสปอด ( Respiratory tract )ในสตวเลยงลกดวยนำานม ปอดจะอยภายในชองอก โดยม

กะบงลม ( Diaphragm ) กนระหวางชองอกกบชองทอง และทอกมซโครงกนอย ปอดอย 2 ขางของหวใจ เวลาหายใจเขาอากาศผานรจมก ซงมขนชวยกรองฝนละออง ถดไปเปนโพรงจมก ( Nasal cavity ) ซงมเยอเมอกเปนชนหนาบอยเพอปรบอณหภมของอากาศทหายใจเขาใหอนขนและชนขน อากาศผานเขาสหลอดลม ( Trachea ) ซงมวงกระดกออน ( Tracheal ring ) รปตว C ขวางอยเปนระยะ ๆ โดยมปลายดานเปดของกระดกออนยดตดกบหลอดอาหาร การทมกระดกออนขวางหลอดลมเปนระยะ ๆ น เพอปองกนหลอดลมตบหรอแฟบ เมอหายใจแรง ๆ และกระดกออนนจะอยตลอดทางเดนลมหายใจ ตงแตหลอดลมขวปอด ( Bronchus ) และหลอดลมฝอย ( Bronchiole ) ยกเวนหลอดลมฝอยตอนปลาย ๆ

รปท 6.21 แสดงตำาแหนงของปอดและอวยวะทเกยวของ

รปท 6.22 ระบบหายใจของคน ปอดของคนอยในชองอก โดยมกระบงลมเปนกลามเนอ

แบงชองและชองทองออกจากกน ในรปแสดงทางเดนของอากาศจนแตกแขนง

เปนหลอดลมฝอย

จากหลอดลม (Trachea) มแขนงของขวปอด (Bronchus) แยกออกไปสปอดทงซายและขวา ขวปอดแตกแขนงยอยลงไปอกเปนหลอดลมฝอย(Bronchiole) แขนงของหลอดลมฝอยมเปนจำานวนมากมาย ยงแขนงยอยลงมากขนเทาใดผนงยงบางลง หลอดลมฝอยทแตกแขนงจนเปนหลอดลมฝอยสวนปลาย ( Terminal Bronchiole) และแตกแขนงเปนหลอดลมฝอยสวน

ทแลกเปลยนแกสได ( Respiratory Bronchiole) จนกระทงถงสวนปลายสดเปนถงเลก ๆ เรยกวา ถงลมหรออลวโอลส ( Alveolus ) ทอลวโอลสนมหลอดเลอดฝอยหอหมอยโดยรอบชวงของถงลมและหลอดเลอดฝอยมการแลกเปลยนแกสโดยออกซเจนจากถงลมแพรเขาหลอดเลอดฝอย ในขณะเดยวกนคารบอนไดออกไซดจากหลอดเลอดฝอยแพรเขาสถงลม ปอดแตละขางจะมอลวโอลสประมาณ 300 ลานถง โดยอลวโอลสแตละถงมเสนผานศนยกลางเฉลยประมาณ 0.25 มลลเมตร ซงคดเปนพนทผวทงหมดทใชในการแลกเปลยนแกสของอลวโอลส รวมปอดทงสองขางประมาณถง 90 ตารางเมตร หรอประมาณ 40 เทาของพนทผวภายนอกรางกาย การทปอดมความยดหยนสงและขยายตวไดมาก มประโยชนในการทำาใหรางกายไดรบออกซเจนอยางเพยงพอ รวมทงการทผวของอลวโอลสมาก ทำาใหมพนทในการแลกเปลยนแกสกบหลอดเลอดฝอยไดมาก และการมหลอดเลอดฝอยในปอดมาก ทำาใหเลอดไดรบออกซเจนมากขนและรวดเรวขน

รปท 6.23 ระบบหายใจของคนและภาพแสดงรายละเอยดของปอดทแตกแขนงจนถงถงลมเลก

ๆ

6.1.3 การสดลมหายใจและการแลกเปลยนแกสสรรวทยาของการหายใจ1. การสดลมหายใจเขาออก ( Breathing ) ประกอบ

ดวยกระบวนการนำาอากาศภายนอกเขาสถงลมในปอดคอ การหายใจเขา ( Inspiration ) และกระบวนการขบอากาศในถงลมทมแกสคารบอนไดออกไซดปรมาณมากออกจากถงลม คอ การหายใจออก ( Expiration )

2. การหายใจภายนอก ( External respiration ) เปนกระบวนการการแลกเปลยนแกสออกซเจนและคารบอนไดออกไซด ซงเกดท 2 ตำาแหนง คอ ระหวางถงลมในปอดกบเมดเลอดแดงในหลอดเลอดฝอย ( Capillary ) ทอยรอบ ๆ ถงลม และการขนสงแกสโดยกระแสเลอดไปยงเซลลตาง ๆ ของรางกายและการแลกเปลยนแกสระหวางเลอดกบเซลลของเนอเยอ

3. การหายใจภายใน ( Internal respiration ) หรอการหายใจระดบเซลล ( Cellular respiration ) แบงเปน

- การหายใจแบบใชออกซเจน ( Aerobic respiration ) เปนการหายใจทตองการออกซเจน เปนตวรบอเลกตรอนและโปรตรอนตวสดทาย

- การหายใจแบบไมใชออกซเจน ( Anarobic respiration ) เปนการหายใจทใชสารอนนทรยอน ๆ เชน ซลเฟต , ไนเตรต เปนตวรบอเลกตรอน

กระบวนการนำาอากาศเขาและออกจากปอดการหายใจในชวงสดลมหายใจเขา เนองจากปอดขยายตวพรอม

กบปรมาตรทรวงอกเพมขน และการหายใจในชวงสดลมหายใจออก เนองจากปอดลดขนาดลงและพรอมทงปรมาตรทรวงอกลดลงเทาเดมนน เกดขนเนองจากการเคลอนทของกลามเนอยดกระดกซโครง (Intercostal muscle ) กระดกซโครง ( Rib ) และกะบงลม ( Diaphragm )

รปท 6.26 กลไกการหายใจ แสดงการเคลอนทของกะบงลมและซโครงในขณะหายใจเขา (ก)

และหายใจออก (ข)

ระหวางกระดกซโครงมกลามเนอยดกระดกซโครงเอาไว ดงรปท 6.27 – 6.28 กลามเนอยดกระดกซโครงเปนกลามเนอสองแถบเรยงตวสลบกน กลามเนอแถบนทำาหนาทตรงกนขามขณะทกลามเนอแถบนอกหดตวกลามเนอแถบในกจะคลายตว กระดกซโครงจะยกตวสงขน ทำาใหกระดกอกยกตวสงตามไปดวย เมอกลามเนอแถบในหดตวกลามเนอแถบนอกจะคลายตว กระดกซโครงจะลดตำาลงทำาใหกระดกอกลดตำาลงดวย

รปท 6.27 แสดงการยกตวของกระดกซโครง ทำาใหกระดกอกยกตวสงขนและการลด

ระดบกระดกซโครงทำาใหกระดกอกลดระดบลง

รปท 6.28 แสดงกลามเนอแถบนอกและแถบในทยดกระดกซโครง

รปท 6.29 แสดงการทำางานของกะบงลมและซโครงตอนหายใจเขาและหายใจออก

ในกรณทกระดกซโครงและกระดกอกยกตวสง ทำาใหปรมาตรปอดเพมจงเปนการหายใจเขา และเมอกระดกซโครงและกระดกอกลดลงทตำาแหนงเดม ทำาใหปรมาตรของปอดลดลง จงเปนการหายใจออก

เมอสดลมหายใจเขาปอดแรง ๆ กระดกซโครงจะยกตวสงขน พรอมทง กระดกอกยกตวสงขนและกางออกไปขางหนา

การทกระดกซโครงยกตวสงขน ทำาใหปรมาตรภายในชองอกเพมขน ความดนอากาศในปอดลดลง อากาศจากภายนอกไหลเขาปอด

ในทางตรงกนขาม กระดกซโครงและกระดกอกลดตำาลงทำาใหปรมาตรภายในชองอกลดลง อากาศถกดนออกจากปอด

กระบงลม มสวนชวยเปลยนแปลงปรมาตรของชองอกอกทางหนงดวย กะบงลมเปนแผน

กลามเนอเรยบแขงแรง กนระหวางชองอกกบชองทอง เมอกลามเนอกะบงลมหดตวสวนโคงของกะบงลมจะตำาลงดานลาง ซงเปนจงหวะเดยวกนกบกระดกซโครงและกระดกอกยกตวขน ปรมาตรของชองอกเพมขนและเปนจงหวะของการหายใจเขา เมอกลามเนอกะบงลมคลายตว กะบงลมจะอยในสภาพโคงขนเหมอนเดม พรอม

กบกระดกซโครงและกระดกอกลดตวลง ปรมาตรของชองอกลดลงเปนจงหวะของการหายใจออก การหายใจเขาและการหายใจออกซงเกดจากการทำางานของกลามเนอกะบงลม อยในการบงคบของระบบประสาทอตโนมต แตบางครงกลามเนอกระดกซโครงกบกลามเนอกะบงลมทำางานไมสมพนธกน โดยกะบงลมหดตวในชวงหายใจออก ทำาใหเกดการสะอก

ดงนนการหายใจเขาจงเปนการทำาใหปรมาตรทรวงอกเพมขนไดม 2 วธ คอ

1. การหดตวของกลามเนอยดกระดกซโครงแถบนอก ( External intercostals muscle )

2. การหดตวของกะบงลม ( Diaphragm )เมอกลามเนอยดกระดกซโครงแถบนอกหดตว ทำาใหกระดก

ซโครงและกระดกอก ( Sternum ) ถกดงใหยกขนและกางออกไปขางหนาและดานขาง ทำาใหปรมาตรทรวงอกขยายใหญขน ขณะเดยวกนกะบงลมหดตว ทำาใหเลอนตำาลงมาปรมาตรชองอกจงเพมมากขน ทำาใหความดนของอากาศในปอดตำาลง เกดการหายใจเขา

รปท 6.30 กลไกการหายใจของคนอนเนองมาจากความแตกตางของความดนอากาศใน

ปอด และความดนอากาศภายนอก โดยการทำาใหปรมาตรชองอกเปลยนแปลง

ก. ปรมาตรชองอกเพมขน โดยการหดตวของกลามเนอกระดกซโครง (แถบนอก)

ทำาใหกระดกซโครงและกระดกอกยกตวขน และการหดตวของกะบงลม ทำาให

กะบงลมเลอนตำาลง ทำาใหความดนอากาศในชองอกลดลง อากาศภายนอกจง

เขาสปอดไดข. เมอกลามเนอกระดกซโครงและกะบงลมคลายตว

ปรมาตรทรวงอกลดลง อากาศในปอดถกดนออกมา

การทกะบงลมเลอนตำาลงมา จะไปดนอวยวะภายในพรอมกบกลามเนอหนาทองคลายตว จงทำาใหทองปอง เรยกวา การหายใจสวนทอง ( Abdominal breathing ) และการทกระดกซโครงเคลอนทไปขางหนาพรอมกบกางออกในตอนหายใจเขา เรยกวา การหายใจสวนอก ( Costal breathing )

สวนการหายใจออกเนองจากทรวงอกลดขนาดลง โดยวธดงน

1. ทรวงอกลดขนาดลงเอง ( Passive movement ) เกดจากการทกะบงลมคลายตว จงยกสงขนทเดมและเกดจากความยดหยน ( Elasticity ) ของถงลมซงจะหดตวกลบทขนาดเดม จงทำาใหทรวงอกแฟบลง อากาศในปอดจะถกดนออกมา

2. เกดจากกลามเนอยดกระดกซโครงแถบใน ( Internal intercostals muscle ) หดตวพรอมกบกลามเนอยดกระดกซโครงแถบนอกคลายตวรงใหกระดกซโครงลดระดบลงทเดม

3. เกดจากกลามเนอหนาทอง ( Abdominal muscle ) หดตวบงคบใหกะบงลมเคลอนทเขาหาสวนอก

บางกรณอาจมคนไขเกดอาการหายใจขดของ เชน จมนำา หรอไดรบแกสพษ หรอถกไฟฟาชอต กะบงลมและซโครงไมทำางาน แตยง

ไมตาย ดงนนจะตองชวยผปวยดวยการเปาลมเขาปากคนไขพรอมกบบบจมกคนไข เพอใหลมเขาปอดคนไขในขณะเดยวกนใหใชมอหนงกดกระดกซโครงคนไขเพอไลลมหายใจออกทำาใหคนไขหลาย ๆ ครง คนไขจะฟ นขนมาหายใจได กระบวนการชวยคนไขหายใจเชนน นกเรยนคงเคยไดยนคำาวา ผายปอด ถาคนจมนำาการผายปอดตองควำาคนไขลง หอยหวตำาใหนำาออกแลวจงจบคนไขใหนอนหงายและเปาลมเขาปากดงวธทกลาวมาแลว

รปท 6.31 การทดลองเพอแสดงการทำางานของกะบงลม ทำาใหปอดขยายและแฟบ โดยใช

แผนยางปดไวใตขวดทตดออก ดานบนมหลอดแกวรปตว Y และใชลกโปงตด

เอาไว เมอองยางลงอากาศจากภายนอกจะถกดดเขามาทำาใหลกโปงพองออก เมอ

ดนยางขนไปถงลมจะดนอากาศออก

รปท 6.32 เปรยบเทยบการทดลองดงรปท 6.31 กบการทำางานของกะบงลม

ถากลามเนอกะบงลมหยดทำางาน เราจะไมสามารถสดลมหายใจไดเนองจากความดนภายในปอดไมมการเปลยนแปลง อากาศในปอดไมมการเคลอนท

ในขณะทหายใจเขา กลามเนอยดซโครงและกลามเนอกะบงลมจะทำางานดงน กลามเนอยดกระดกซโครงแถบในคลายตว สวนกลามเนอยดกระดกซโครงแถบนอกหดตวกระดกอกยกตวสงขนและกางออกไปขางหนาพรอมกบกลามเนอกะบงลมหดตว ปรมาตรของชองอกเพม และความดนของอากาศในปอดลดลงในขณะทความดนของอากาศภายนอกสงกวา อากาศจงไหลเขาสปอดจงเปนการ

หายใจเขา สำาหรบการหายใจออกจะเปนกระบวนการตรงกนขามกบการหายใจเขา

ถาเปรยบเทยบความดนอากาศภายนอก และความดนของอากาศภายในชองอกในขณะหายใจเขาออกควรจะเปนดงน ขณะหายใจเขาความดนอากาศทอยภายนอกสงกวาความดนอากาศภายในชองอก สวนขณะหายใจออกความดนอากาศภายนอกตำากวาความดนอากาศภายในชองอก

การแลกเปลยนแกสในรางกายการแลกเปลยนแกสในรางกายเกดขน 2 แหง คอ ทเนอเยอระหวางเซลลกบหลอดเลอดฝอย

และทปอด ระหวางถงลมกบหลอดเลอดฝอย โดยอาศยหลกการแพร ( Diffusion ) โดยทถงลมในปอดจะมความดนของออกซเจนมากทสดและมความดนของคารบอนไดออกไซดนอยทสด สวนทเซลลตาง ๆ ของรางกายจะมความดนคารบอนไดออกไซดมากทสด และมความดนออกซเจนนอยทสด

รปท 6.33 การลำาเลยงแกสออกซเจนและคารบอนไดออกไซด

กลไกการแลกเปลยนแกสโดยอาศยหลกการแพรนน ขนอยกบความแตกตางของความดนยอย ( Partial pressure ) ทระดบนำาทะเล ความดนบรรยากาศมคา เทากบ 760 มลลเมตรของปรอท และทบรรยากาศนมออกซเจนอย 21 % ( โดยปรมาตร ) ดงนน ความดนยอยของ O2 = 0.21 x 760 หรอประมาณ 160 มลลเมตรปรอท ทำานองเดยวกน คารบอนไดออกไซดกมความดนยอยเพยง 0.23 มลลเมตรปรอท ( หรอประมาณ 0.3 มลลเมตรปรอท ) ความดนยอยจงเขยนสญลกษณวา PO2 และ PCO2 นนคอ PO2 = 160 มลลเมตรปรอท และ PCO2 = 0.3 มลลเมตรปรอท

รปท 6.34 แสดงการแลกเปลยนแกสระหวางถงลมกบเลอด และเลอดกบเซลลของเนอเยอ

เมอเลอดเสยไหลมาถงปอด โดยผานหลอดเลอดพลโมนารอารเตอร ( Pulmonary artery ) เลอดนนมความดน O2 ตำาเพยง 40 มลลเมตรปรอท และมความดน CO2 ( 45 มลลเมตรปรอท ) สงกวาอากาศในถงลม เมอเลอดไหลมาถงหลอดเลอดฝอยทสานเปน

ตาขายคลมถงไว CO2 จะแพรจากเลอดเขาสถงลมทมความดน CO2

เพยง 40 มลลเมตรปรอท และ O2 ในถงลมซงมความดนมาก กวา 100 มลลเมตรปรอท จะแพรเขาเลอดในหลอดเลอดฝอย หลงจากนน เลอดจะไหลออกจากปอดทางหลอดเลอดพลโมนารเวน ( Pulmonary vein ) เพอกลบเขาหวใจหองบนซายลงสหองลางซายและออกจากหวใจทางขวหวใจหรอ เอออรตา ( Aorta ) เพอไปเลยงสวนตาง ๆ ของรางกาย เมอเลอดดถกสงไปถงเนอเยอ จะคาย O2 ใหแพรออกจาเลอดเขามาสเซลลทมความดน O2 ตำากวา ( ตำากวา 40 มลลเมตรของปรอท ) ทำาใหความดน O2 ในเลอดลดลงเหลอ 40 มลลเมตรปรอท ขณะเดยวกนความดน CO2 ในเซลลมมากกวา 45 มลลเมตรปรอท CO2 จะแพรเขาสเลอด จนกระทงความดนเพมเปน 45 มลลเมตรปรอท เมอเลอดคาย O2 และรบ CO2 มาแลว จงรวมกบเลอดเสยจากสวนตาง ๆ ของรางกาย รวมกนเปนหลอดเลอดดำาซสเตมก ( systemic vein ) ไหลกลบไปปอดเพอแลกเปลยนแกสทถงลมอก ดงรปท 6.33

การลำาเลยงออกซเจน ( Oxygen transport )เมอ O2 แพรจากถงลมเขาหลอดเลอดนน เนองจาก O2 ละลาย

ไดนอยมาในนำาเลอดเพยง 3 % การขนสง O2 สวนใหญจงถกพาไปโดยฮโมโกลบน ( Hb ) ในเมดเลอดแดง ( 97 % ) กลายเปนออกซฮโมโกลบน ( Oxyhemoglobin : HbO2 ) โดยจบกบอะตอมของเหลกทอยในฮม ( Heme ) Hb 1 กรม จบกบ O2 ได 1.34 มลลลตร Hb 1 โมเลกล ประกอบดวยฮม 4 โมเลกล แตละโมเลกลของฮมมเหลก 1 อะตอม ซงสามารถจบ O2 ได 1 โมเลกล ดงนน Hb 1 โมเลกลจงจบ O2 ได 4 โมเลกล เลอดทมออกซฮโมโกลบน หรอเลอดด ( Oxygenated blood ) จะไหลกลบหวใจและสบฉดไปเลยงรางกาย เมอเลอดถกสงไปถงเนอยเยอ ออกซฮโมโกลบน จะคายออกซเจนออก แลวแพรออกจากหลอดเลอดฝอยเขาเนอเยอทมออกซเจนตำากวา

การรบออกซเจนของฮโมโกลบนทปอด และการคายออกซเจนของออกซฮโมโกลบนในเนอเยอ แสดงไดดงสมการ ทปอด

Hb + O2 Hb O2

ฮโมโกลบน ทเนอเยอ ออกซฮโมโกลบน

รปท 6.35 แสดงการลำาเลยงออกซเจนและคารบอนไดออกไซดในเลอด

สำาหรบฮโมโกลบนนน สามารถรวมตวกบคารบอนมอนอกไซด ( CO ) ไดดกวาออกซเจนถง 200 เทา ทำาใหเมดเลอดแดงซงรวมกบคารบอนมอนอกไซดนกลายเปนคารบอกซฮโมโกลบน ( Carboxyhemoglobin ) ไมสามารถรบออกซเจนไดอกเลย หากสดเอาคารบอนมอนอกไซดจากควนบหร หรอทอไอเสยรถยนตเขาไปครงละมาก ๆ จะไปลดการรบออกซเจนของเมดเลอดแดง อนเปนอนตรายจนอาจทำาใหถงตายได

ปฏกรยาการรวม Hb กบคารบอนมอนอกไซด เปนดงน

Hb + CO Hb CO

Carboxyhemoglobin

การลำาเลยงคารบอนไดออกไซด ( Carbondioxide transport )

คารบอนไดออกไซดทเกดขนในเซลลของเนอเยอ จะแพรจากเนอเยอเขาหลอดเลอดฝอย การขนสง CO2 เมออยในหลอดเลอด อาจเกดได 3 ลกษณะ คอ

1. ละลายในนำาเลอด ( 7% )2. จบกบฮโมโกลบนของเมดเลอดแดง ( 23 % )3. ขนสงในรปของไฮโดรเจนคารบอเนตไอออน ( 70 %

)คารบอนไดออกไซดเพยง 7 % เทานน ทถกขนสงในรปของแกสคารบอนไดออกไซดทละลายในนำาเลอด สวนทเหลอจะแพรเขาเมดเลอดแดง เมอเขามาอยในเมดเลอดแดง คารบอนไดออกไซดลางสวน ( 23 % ) จะจบกบหมอะมโนของฮโมโกลบน กลายเปนคารบามโนฮโมโกลบน ( Carbamiinohemoglobib )

CO2 + HbNH2 HbNHCOOH ( carbaminohemoglobin )

คารบอนไดออกไซดสวนใหญ (70 % ) จะทำาปฏกรยากบนำา ในเมดเลอดแดง กลายเปนกรดคารบอนก ซงแตกตวตอใหไดไฮโดรเจนไอออน ( H+ ) และไฮโดรเจนคารบอเนตไอออน ( HCO3

- ) carbonic

CO2 + H2 O H2 CO3 H+ + ( HCO3

- ) anhydrase

การรวม CO2 และ H2 O เปนกรดคารบอนกในเมดเลอดแดง เกดไดรวดเรวมาก เพราะมเอนไซม คารบอนก แอนไฮเดรส ( Carbonic anhydras ) เรงปฏกรยา และปฏกรยานยอนกลบคนได และเนองจากกรดคารบอนกจะแตกตวตอไปทนทเปน H+ และ HCO3

-

ดงนนจงอาจเขยนปฏกรยาไดดงน carbonicCO2 + H2 O H+ + (

HCO3- )

anhydrase

H+ ทเกดขนจะทำาปฏกรยากบฮโมโกลบน และโปรตนชนดอน Hb จงทำาหนาทเปนบฟเฟอรดวย และไมมผลตอการเปลยน pH ในเลอดมากนก ( pH อยระหวาง 7.34 ถง 7.4 ) สวน HCO3

- จะแพรจากเมดเลอดแดงออกสพลาสมาและทำาปฏกรยากบ Na+ กลายเปนโซเดยมไฮโดรเจนคารบอเนต ( NaHCO3 ) เมอ HCO3

- แพรออกมาสพลาสมา จะม Cl- ( คลอไรด ไอออน ) แพรจากพลาสมาเขาสเมดเลอดแดงทเรยกวา คลอไรด ชฟต ( Chloride shift ) เพอรกษาสมดลของไอออนไว

เมอเลอดทม และ ไหลเวยนไปถงหลอดเลอดฝอยอลวโอลสในปอด ปฏกรยาจะยอนกลบโดยเปลยนไฮโดรเจนคารบอเนตไอออน () และไฮโดรเจนไอออน () กลายเปนกรดคารบอนกและสลายตอกลายเปนคารบอนไดออกไซดและนำา ความดนของคารบอนไดออกไซดในหลอดเลอดฝอยในอลวโอลสจงสงกวาความดนของคารบอนไดออกไซดในอลวโอลส คารบอนไดออกไซดจงแพรเขาสอลวโอลส และขบออกทางลมหายใจออก ดงสมการ

H+ + ( HCO3- )

CO2 + H2 O

รปท 6.36 แสดงฮโมโกลบนซงเปนโปรตนขนาดใหญ สามารถจบออกซเจนได 4 โมเลกล

โดยใชหมฮม ( Heme group ) ทอะตอมของเหลก เมดเลอดแดงแตละเซลล

จะมฮโมโกลบน 300 ลานโมเลกล จงทำาใหเลอดมสแดง

รปท 6.37 การแลกเปลยนแกสทผนงอลวโอลสa. โครงสรางของอลวโอลสมผนงเปนเยอบผวชนดส

ความส ( Squamous Epithelium ) ทบางมาก และมหลอดเลอดฝอยมาคลมไว

b. ภาพตดตามขวางของหลอดเลอดฝอย ( ขยาย 11,450 เทา )

c. ขยายภาพ ข. ( ประมาณ 48,000 เทา ) เหนพนทสดำาอยในหลอดเลอดฝอย

กคอเมดเลอดแดง ผนงของอลวโอลสและผนงของหลอดเลอดฝอยอยใกลชด

กนมาก ทำาใหออกซเจนจากอลวโอลสเคลอนเขาสเมดเลอดแดงใน

หลอดเลอดฝอยได

รปท 6.40 แสดงความหนาแนนของแกสในบรเวณตาง ๆ ( ลกศรในภาพแสดงทศ

ทางการเคลอนทของแกส ) ก. ออกซเจน ข.คารบอนไดออกไซด

ในการสดลมหายใจไมสามารถจะเลอกเอาเฉพาะออกซเจนเขาไปกบลมหายใจ ตองสดแกสหลายชนดทผสมกนอยในอากาศเขาไปพรอม ๆ กน แตฮโมโกลบนในเมดเลอดแดงจะจบเอาแกสออกซเจนไปใช

ในขณะทสดลมหายใจ หากในอากาศมสารอน ๆ ปะปนเขาไป อาจเปนอนตรายกบรางกายถงตายไดถาเปนสารพษ เชน แกสคารบอนมอนอกไซด ไอตะกว ไอปรอท

การควบคมการหายใจการหายใจเขาหายใจออก อยภายใตการบงคบของระบบ

ประสาทอตโนมต เราไมสามารถบงคบใหกลามเนอกะบงลมและกลามเนอระหวางซโครงหยดทำางานได ถงแมจะอางวาสามารถบงคบการหายใจเขาออกใหสนยาวไดตามตองการ และบงคบใหกลนหายใจไดในชวงสน ๆ กตาม แตถาทดลองใหนกเรยนวงเรว ๆ สก 100 เมตรแลวหยด พรอมกบใหนกเรยนหายใจเขาออกเปนปกต นกเรยนไมสามารถทำาได เพราะในขณะนนปรมาณคารบอนไดออกไซด หรอปรมาณไฮโดเจนคารบอเนตไอออนกบไฮโดรเจนไอออนมากจะไปกระตนศนยควบคมการหายใจ ซงอยบรเวณสมองสวนทาย ซงเรยกวา เมดลลา ออบลองกาตา ( Medulla oblongata ) และพอนส ( Pons ) ซงเปนตวสงกระแสประสาทไปบงคบกลามเนอกะบงลมและกลามเนอยดกระดกซโครงใหหายใจถขน และรนแรงขนตามปรมาณคารบอนไดออกไซดทมากขน เมอรางกายขบปรมาณคารบอนไดออกไซดในเลอดใหลดลงจนถงระดบปกตแลว ศนยควบคมการหายใจจะควบคมอตราการหายใจใหเปนปกต โดยปกตคนธรรมดาจะหายใจนาทละ 14 – 18 ครง ในผหญงหายใจเรวกวาผชายเลกนอย คอ นาทละ 16 – 20 ครง สำาหรบอายเปนตวทำาใหอตราการหายใจแตกตางกนดวย คอ ทารกแรกเกดหายใจนาทละ 40 – 60 ครง อาย 15 ป นาทละ 20 – 22 ครง พออาย 25 ป หายใจนาทละ 14 – 18 ครง การเตนของหวใจกมความสมพนธกบการหายใจดวย

รปท 6.41 สรปการควบคมการหายใจโดยใชศนยควบคมทเมดลลา ออบลองกาตา

รปท 6.42 แสดงสวนตาง ๆ ทเกยวของกบศนยควบคมการหายใจ

นอกจากการควบคมการหายใจโดยระบบประสาท ซงเปนการควบคมการหายใจใหเกดเปนจงหวะสมำาเสมอ โดยการทำางานของศนยหายใจในสมองสวนเมดลลาและพอนสแลว ยงมการควบคม

โดยสารเคม ( Chemical conyrol ) ซงจะควบคมการหายใจใหมอตราและความเรวทเหมาะสมตอความตองการของรางกายในขณะนน สารเคมทควบคมจงหวะการหายใจ คอ ความเขมขนของคารบอนไดออกไซด โดยมตวรบการเปลยนแปลงของสารเคม ( Chemoreceptor) ในหลอดเลอดทไวตอปรมาณคารบอนไดออกไซดคอ คารโรตกบอด ( Carotibody ) ซงอยทโคนหลอดเลอดแดงทจะไปเลยงสมอง ( หลอดเลอดแดงนชอ Internal carotid artery ) และ เอออร ตกบอด (Aortic body) ซงตงอยบรเวณหลอดเลอดแดงใหญทออกจากหวใจ ( Aortic arch )

ถาปรมาณคารบอนไดออกไซดเพมขน หรอออกซเจนลดลงในกระแสเลอด จะไปกระตนตวรบการเปลยนแปลงสารเคมนน ทำาใหสงกระแสความรสกไปตามแขนงเสนประสาทสมองท IX ( ชอ Glossopharyngeal nerve ) ซงนำาความรสกออกจากคารโรตดบอด และแขนงเสนประสาทสมอง ท X ( ชอ Vagas nerve ) นำาความรสกจากเอออรตกบอด เขาสศนยกลางการหายใจทเมดลลา ทำาใหเพมอตราและความลกของการหายใจ

รปท 6.43 ตำาแหนงของเคโมรเซพเตอร – คารโรตดบอด อยโคนหลอดเลอดแดง Internal

carotid arteries ทไปเลยงสมอง สวนเอออรตกบอด อยบรเวณหลอดเลอด ทออกจากหวใจ

เคโมรเซพเตอรทงสองทอยโคนหลอดเลอด มบทบาทในการควบคมการหายใจโดยมความไวตอการขาดออกซเจน และไวตอความเขมขนของคารบอนไดออกไซด และไฮโดรเจนไอออนในหลอดเลอดแดง ถาความเขมขนของออกซเจนลดลงถงระดบ 50 – 60 มลลเมตรปรอท เคโมรเซพเตอร จะกระตนศนยควบคมการหายใจทสมองและจะทำาใหหลอดเลอดหดตว โดยเฉพาะหลอดเลอดแดงฝอยทำาใหความดนเลอดเพมขน และขนสง O2 ไดมากขน

ในกรณของคนทอยบนภเขาสง ๆ ทมความดนออกซเจนเบาบาง แมมปรมาณคารบอนไดออกไซดในเลอดไมสงกตาม รเซพเตอรทงสองจะรบรถงการขาดออกซเจน และสงกระแสประสาทไปยงศนยควบคมการหายใจในสมองโดยผานเสนประสาทสมองคท X ทำาใหเพมอตราการหายใจ

ปรมาตรอากาศจากการหายใจลกษณะตาง ๆ ในการหายใจเขาออกแตละครงมปรมาตรอากาศประมาณครงลตร หรอ 500 ลกบาศกเซนตเมตร ปรมาตรอากาศนเรยกวา ปรมาตรหายใจปกต ( Tidal valume ; TV ) ซงจะเขาไปอยในถงลมเพยงประมาณ 350 ลกบาศกเซนตเมตร สวนอก 150 ลกบาศกเซนตเมตร จะคางอยตามทางเดนหายใจ เรยกวา anatomical dead space เมอหายใจเขาเปนปกตแลว เรายงสามารถสดลมหายใจเขาใหลกทสดเรยกวา ปรมาตรหายใจเขาสำารอง ( Inspiratory reserve volume ; IRV ) ตอไดอกราว 3,000 ลกบาศกเซนตเมตร ดงนนหากรวมปรมาตรการสดลมหายใจปกตบวกกบเพมสดลมหายใจเขาลกทสด จะไดอากาศทงหมดราว 500 +

3,000 = 3,500 ลกบาศกเซนตเมตร เปนความสามารถในการสดลมเขาปอดทงหมด ( Inspiratory capacity ) เวลาหายใจออกปกตจะไลลมออกไดเทา ๆ กบเมอสดลมหายใจเขา คอ ราว ๆ 500 ลกบาศกเซนตเมตร แตเรากยงมความสามารถไลลมหายใจออกใหมากทสด ( เชนเดยวกบสามารถสดลมหายใจเขามากทสด ) อก 1,000 ลกบาศกเซนตเมตร ปรมาอากาศนเรยกวา ปรมาตรหายใจออกสำารอง ( Expiratory reserve volume ; ERV ) ซงรวมความสามารถในการไลลมหายใจออกจากปอดทงหมด ( Expiratory capacity ) ประมาณ 500 + 1,000 = 1,500 ลกบาศกเซนตเมตร แตไมวาจะไลลมหายใจเขาออกใหมากทสดอยางไร ในปอดกยงมลมหายใจตกคาง เรยกวา ปรมาตรตกคาง ( Residual volume ; RV ) อยอกประมาณ 1,200 – 1,500 ลกบาศกเซนตเมตร ดงนนหากจะรวมการสดลมหายใจเขาลก ๆ และไลลมหายใจออกลก ๆ ( จนหมดความสามารถทจะไล ) หรออาจจะเรยกวา ความสามารถสงสดในการสดลมหายใจ (Vital capacity ; VC ) มคาเทากบผลรวมของ TV ,IRV และ ERV = 500 + 3,000 + 1,000 = 4,500 ลกบาศกเซนตเมตร ดงนนอาจรวมอากาศทงหมดในปอด ( Total lung capacity ) ( รวมทงทไมสามารถจไลอากาศออกมาได ) = VR + RV = 4,500 + 1,200 = 5,700 ลกบาศกเซนตเมตร

รป แสดงปรมาตรอากาศในปอดขณะหายใจเขา ออกปกต และขณะหายใจออกเขาออกเตมท

รปท 6.46 การทดลองวดปรมาตรลมหายใจเขาออก

สำาหรบการวดปรมาตรลมหายใจเขาออกนน สามารถทดลองไดเองงาย ๆ โดยใชขวดนำาหรอบกเกอรทมขดบอกปรมาตรใสนำาใหเตม แลวควำาลงในอางนำา ดงรปท 6.46 จากนนนำาสายยางตอและใชปากเปาลมหายใจออก จดปรมาตรของนำาทหายไป ทำาหลาย ๆ ครง หาคาเฉลยของคนแตละคน และอาจทำากนหลาย ๆ คน เพอหาคาเฉลยทงกลมหรอทงหอง

หากนกเรยนทดลองเปรยบเทยบจะพบวา ในนกกฬาทฝกซอมอยเสมอสามารถไลลมหายใจออกไดมากกวาคนปกต หากปอดผด

ปกต ความสามารถในการรบอากาศเขาไปสปอดจะไดนอยกวาน ทำาใหความสามารถในการแลกเปลยนแกส ระหวางถงลมกบหลอดเลอดฝอยลดนอยลง เชน เปนโรคปอดบวม ( Pneumonia ) ซงเกดจากเชอแบคทเรยหรอไวรสผานเขาไปทางหลอดลม ทำาใหเกดการอกเสบมนำาเหลอของนำาเมอกเตมหลอดลมฝอย และอลวโอลส ทำาใหพนทผวของถงลมในการแลกเปลยนแกสลดลง อกโรคหนงคอ โรคอลวโอลสพองหรอถงลมโปงพอง หรอเรยกวา เอมฟซมา ( Emphysema ) มกเกดกบคนทสบบหรหรอสดควนพษจากทอไอเสยรถยนตเปนเวลานานหรอเกดการตดเชอ ผเปนโรคถงลมโปงพองนนผนงของถงลมเลก ๆ จะถกทำาลาย ทำาใหถงลมทะลถงกนพนทผวสำาหรบการแลกเปลยนแกสจะลดลง จงทำาใหการหายใจเขาและออกลำาบากเกดอาการเหนอยหอบ เนองจากตองสดลมหายใจเพมขน หวใจทำางานหนกมากขนจนอาจทำาใหหวใจวายได

รปท 6.47 แสดงอลวโอลสเปนโรคเอมฟซมา

จากรปจะเหนวาผนงอลวโอลสจะถกทำาลาย ทำาใหอลวโอลสทะลตอกนเปนการลดพนทผว เพราะอลวโอลสขนาดเลก ๆ จำานวนมาก พนทผวจะเพมขนลองเปรยบเทยบภาพขนาดลกบาศก ดงรปท 6.48

รปท 6.48 เปรยบเทยบพนทผวทงหมด : ปรมาตรระหวางลกบาศกทงสองจะเหนวา

รป ก. นน มอตราสวน 6 : 1 สวนรป ข . มอตราสวน 0.6 : 1 ดงนน

วตถขนาดเลกยอมมพนทผว : ปรมาตรมากกวา

จากรปท 6.48 ซงเปรยบเทยบพนทผว : ปรมาตรแลวจะเหนวาเมอมถงลมขนาดเลกจำานวนมาก พนทผวจะมากกวา เมอถงลมนนถกทำาลายกลายเปนถงลมใหญ ๆ นกเรยนอาจเปรยบเทยบบทเรยนทผานมา หากเทยบพนทผวลำาตวของพลานาเรยกบพนทผวของไสเดอนดนเปรยบเทยบกบตวแลว พนทผวของพลานาเรย จะมพนทแลกเปลยนแกสไดมากกวา เมอกลาวถงการสญเสยพนทผวของถงลม ทำาใหการแลกเปลยนแกสลดลง ทำาใหตองเพมอตราการสดลมหายใจ หวใจกตองทำางานหนกขนอาจถงตายเพราะหวใจวายไดงาย ๆ ผทสบบหร นอกจากนนเมอสบบหรมาก ๆ ทำาใหเปนโรคทางเดนหายใจเรอรง เพราะในบหรมควนบหรทมสารพษ ซงอาจทดสอบสารพษจากควนบหรไดดงน

เมอใชเครองดดดดลมผานบหรทจดแลวสกระยะหนง ปรากฏวาสำาลจะมคราบเขมาตดอย พรอมกบสารละลายทเปนอนดเคเตอรแสดงความเปนกรดในเขมานนเปนตวทำาใหเกดโรคตาง ๆ เกยวกบทางเดนหายใจ

จากการทดลองเปรยบเทยบกบการสบบหรกนกรอง ซงไมไดปองกนอนตรายจากสารพษ เพราะถงแมจะสบบหรกนกรอง อตราการเปนมะเรงของระบบหายใจกยงคงสงอย

จากเรองพลงงานในสงมชวตทกลาวถงชนดและปรมาณของแกส ในลมหายใจเขาและลมหายใจออกนน พบวาแกสสวนใหญในอากาศเปนไนโตรเจนอยถง 79 % ออกซเจน 20.96 % คารบอนไดออกไซด 0.03 % กบแกสอน ๆ 0.01 % ซงรวมกนแลวยงไมมมลภาวะทางอากาศ แตเมออตราสวนเหลานเปลยนแปลงไป เชน ในเมองใหญ ๆ อยางกรงเทพ ฯ อากาศจะมเขมา คารบอนไดออกไซด ไฮโดรคารบอน ไอนำา ซลเฟอรไดออกไซด และอน ๆ ปะปนอยอกมาก ในชวงเชาถาขนไปยนอยบนตกสง ๆ มองไปตามถนนทอยเบองลาง จะเหนวาเตมไปดวยหมอกควนซงเปนมลภาวะทางอากาศ ดงนนจะเหนไดวา ผคนตามเมองใหญ ๆ ในปจจบนมกเปนโรคภมแพโดยเฉพาะการแพอากาศ นอกจากนนระบบทางเดนลมหายใจผดปกต ทำาใหเปนโรคเกยวกบปอดไดงาย เชน โรคถงลมโปงพอง โรคปอดบวม วณโรค มะเรงปอด เปนตน

การวดอตราการหายใจการหายใจทแทจรงมใชหมายถงการสดลมหายใจ (

Breathing ) ซงถอวามทงการหายใจเขาและการหายใจออก แตยงมความหมายรวมไปถงการแลกเปลยนแกสและการนำาออกซเจนเขาไปสลายอาหารเพอนำาพลงงานไปใชและปลอยคารบอนไดออกไซดออกมาอกดวย

การวดอตราการหายใจจะเปนตวบงถงอตราเมแทบอลซม แตการวดอตราเมแทบอลซมโดยตรงนนทำาไดยาก ดงนนจงใชวดจากอตราการหายใจหรออตราการใชออกซเจนได ดงการทดลองตอไปน

อปกรณทใชทอลอง1. ขวดโหลปากกวางพรอมฝา 1 ใบ2. กาวอปอกซ3. ทอแกวกลวง ยาว 5 เซนตเมตร 2 อน 4. ทอแกวกลวง ยาว 45 เซนตเมตร 1 อน5. ทอยาง ยาว 5 เซนตเมตร 1 ทอน6. สตวขนาดเลก เชน หนขาวหรอลกเจยบ นำาไปชงนำาหนก7. กลองใสโซเดยมไฮดรอกไซด8. ไมบรรทด นำาส บเกอรเจาะรทฝาขวดแลวจดเครองมอดงรป 6.49 โดยใหหนหรอลก

เจยบอยบนตะแกรงทควำาอยเหนอกลองใสโซเดยมไฮดรอกไซด ( ควรระมดระวงอยาใหโซเดยมไฮดรอกไซดถกผวหนง )

เมอจดเครองมอดงรปแลว ขณะเรมทดลองใหเปดทหนบหลอดยางบนฝาขวดออก บนทกระยะทางทนำาสเลอนขน ทก ๆ นาท กะประมาณ 5 นาท ทดลองซำา 2 – 3 ครง แลวหาคาเฉลย เพอหาระยะทางทนำาสเคลอนทภายในเวลา 5 นาท จะไดคาเฉลยทถกตองกวาการทดลองเพยงครงเดยว

รปท 6.49 การทดลองวดอตราการหายใจของสตวบางชนด

คำานวณหาอตราการหายใจของสตว โดยการหาปรมาตรกาซทหายไป จากระยะทางทนำาสเคลอนท โดยใชสตร

หนวยปรมาตร = รศมของรหลอดแกว

= ระยะทางเฉลยทนำาสเคลอนท

อตราการหายใจของสตว เทากบปรมาตรของกาซทลดลงตอ 1 หนวย นำาหนกใน 1 หนวยเวลา จากสตร

อตราการหายใจ = หนวยปรมาตร/ หนวยนำาหนก/หนวยเวลา

เมอ นำาหนก เวลา

สำาหรบการทดลองน ควรเกลยโซเดยมไฮดรอกไซดใหแผออก และควรตรวจดรอยตอทกรอยวาตดแนนไมรว และหลอดแกวจมลงอยใตนำา และไมควรทงสตวทดลองไวในขวดปดนานเกนไป เพราะจะทำาใหสตวทดลองตาย เพราะขาดอากาศหายใจ

ตารางเปรยบเทยบอตราการหายใจของสตวบางชนดในขณะพก

สตวอตราการหายใจ

(มม.3 ของออกซเจน/กรม นำาหนกสตว/ชวโมง)

นกฮมมงหนปลาหมกคนกบปลาไหลปลาหมกยกษซแอนนโมน

3,5001,5003202001501288013

จากตารางน จะเหนวาสตวทใชพลงงานในการดำารงชวตมากทสดคอ นกฮมมง สวนสตวทใชพลงงานในการดำารงชวตนอยทสดคอ ซแอนนโมน แสดงใหเหนวาอตราการหายใจของสตว ขนกบความวองไวในการดำารงชวตของสตวแตละชนด ปลาหมกกบปลาหมกยกษ ถงแมจะเปนสตวในไฟลมและคลาสเดยวกนความวองไวตางกน โดยปลาหมกวองไวกวาปลาหมกยกษ นกฮมมงวองไวในการดำารงชพมากทสด สวนซแอนนโมนเปนสตวเกาะอยกบท เกอบไมมการเคลอนทเลย มแตการเคลอนไหว ดงนน อตราการหายใจจงตำาทสด

สำาหรบในคนโดยเฉลยแลว อตราการหายใจของชายควรจะสงกวาหญงเพราะเฉลยแลวการออกแรงทำางานในชายสงกวาหญง และ

อตราการหายใจสงสดควรเปนชวงออกกำาลงหรอทำางานหนก อตราการหายใจตำาสดควรเปนขณะนอนหลบ สำาหรบการเปรยบเทยบระหวางเดกกบผใหญ ปรากฏวาอตราการหายใจของเดกสงกวาผใหญ เพราะเดกวองไว และออกแรงเกอบตลอดเวลา