श्वसन तंत्र

श्वसन तंत्र

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. मोठया प्रमाणात उर्जेचा समावेश असलेले - ‘उच्च ऊर्जामय’ - फॉस्फेट बंध धारण करणारे अ‍ॅडिनोसीस ट्रायफॉस्फेट (एटीपी) रेणू निर्माण करण्यासाठी ऑक्सिजन उपयुक्त ठरतो. ऑक्सिजनशिवाय म्हणजेच अवायुजीवी परिस्थितीमध्येही अशी निर्मिती काही प्रक्रियांमध्ये होऊ शकते; परंतु अशा प्रकारची ऊर्जानिर्मिती फारच अल्प असल्याने त्या प्रक्रिया अकार्यक्षम ठरतात. ऑक्सीजनाच्या मदतीने जे एटीपी निर्माण होते त्यातील ऊर्जेचा वापर विविध कार्यांसाठी होतो. उदा., विश्रामी पातळीवर चयापचय चालू ठेवणे, कोशिकापटलातून आरपार रेणूंची व इलेक्ट्रोलयी अणुसमूहांची हालचाल (विसरण) घडवून आणणे, स्नायूंची व कोशिकांपासून बाहेर डोकावणाऱ्या केसलांची (केसासारख्या आखूड, सूक्ष्म प्रवर्धांची) हालचाल घडविणे आणि उष्णता निर्माण करून शरीराचे तापमान स्थिर ठेवणे, शरीरातील सर्व कोशिकांची एकत्रित गरज पुरविण्यासाठी आवश्यक असा ऑक्सिजन ग्रहण करण्याचे काम श्वसन तंत्र करते. सर्व प्रकारच्या नवीन रेणूंची निर्मिती करण्यासाठी ऊर्जेची आवश्यकता असल्यामुळे कोशिका व ऊतकांची (समान रचना व कार्य असणाऱ्या कोशिकासमूहांची) नव-निर्मिती व त्यामुळे होणारी शरीराची वाढ यांसाठीही श्वसन तंत्र सतत साहाय्य करीत असते. [ जीवरसायनशास्त्र].

श्वसन तंत्राची उत्क्रांती(क्रमविकास)

अमीबासारख्या एककोशिकी प्राण्यांपासून पृष्ठवंशी (पाठीचा कणा असलेल्या) प्राण्यांमधील⇨मत्स्यवर्गापर्यंत सर्व जीव बव्हंशी पाण्यातच राहणारे असल्यामुळे पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन गहण करणाऱ्या यंत्रणा त्यांच्यात विकसित झालेल्या आढळतात. एककोशिकी प्राण्यांमध्ये संपूर्ण बाह्य पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ प्राण्याच्या एकंदर घनफळाच्या आणि वजनाच्या मानाने भरपूर असते. साध्या ⇨विसरण क्रियेने पुरेसा ऑक्सिजन आत प्रवेश करून श्वसनाशी संबंधित एंझाइमे जेथे असतात,त्या कोशिकांगा पर्यंत(मायटोकाँड्रियापर्यंत) सहज पोहोचू शकतो. ऑक्सिजनाची गरज कमी असलेल्या व चिखलासारख्या ओलसर परिसरातील गांडुळासारख्या प्राण्यांतही अशीच परिस्थिती असते. संरक्षणासाठी विशेष बदल होऊन विसरणास अडथळा आणणारी जाड त्वचा विकसित झालेल्या जलचरांमध्येही काही विशेष त्वचाक्षेत्रे [श्वसनासाठी उपयोगी अशा प्रकारची त्वचाक्षेत्रे; ⟶त्वचा] टिकून राहिलेली आढळतात.

केवळ बाह्य पृष्ठभागाचा उपयोग पुरेसा होत नसल्याने प्राण्यांच्या आतील भागांत जसजशा पोकळ्या निर्माण होऊ लागल्या, तसा त्यांचा उपयोग पोषणाबरोबरच वायुविनिमयासाठीही होऊ लागला. आत येणाऱ्या पाण्याने निर्माण होणारा अंतर्गत परिसर हाही ऑक्सिजनाच्या विसरणासाठी उपलब्ध होऊ लागला. यातूनच पुढे मृदुकाय प्राणी, कवचधारी वर्ग आणि मत्स्य यांमध्ये ⇨क्लोम या श्वसनेंद्रियांची निर्मिती झाली. पाण्याचा प्रवाह ज्यांच्यावरून संथपणे वाहत राहील अशी विसरणासाठी मुबलक क्षेत्रफळ उपलब्ध करून देणारी आणि विपुल रक्तपुरवठा असलेली अनेक सूक्ष्म क्लोम इंद्रिये क्लोमांमध्ये असतात. त्यांनी गहण केलेला वायू रक्तात प्रवेश करतो व शरीरातील सर्व कोशिकांपर्यंत पोहोचविला जातो. अभिसरणाची अत्यंत प्राथमिक अवस्थेतील यंत्रणा या प्राण्यांमध्ये आढळते. पाण्याचा प्रवाह खेळता ठेवण्यासाठी पाणी आत घेणे व बाहेर टाकणे या क्रिया करणाऱ्या इंद्रियांमध्ये विविधता दिसून येते.

मांसल पर असलेल्या एका उपवर्गातील मासे आयुष्याचा काही काळ पाणी आटल्यामुळे अर्धशुष्क परिसरात काढत असावेत. या विपरीत परिस्थितीमुळे हवेतील ऑक्सिजन घेणे भाग पडून हळूहळू फुप्फुसांची निर्मिती झाली असावी असे मानले जाते. ⇨फुप्फुसमीन या नावाने ओळखल्या जाणाऱ्या या माशांमध्ये क्लोम आणि फुप्फुसे अशी दुहेरी श्वसन प्रणाली असल्याने त्यांचे पुढे बेडकासारख्या उभयचर प्राण्यांत रूपांतर झाले [⟶ बेडूक]. सुमारे ४० कोटी वर्षांपूर्वी पृष्ठवंशी प्राण्यांचे पाण्यातून जमिनीवर स्थलांतर होण्याच्या दृष्टीने हा एक महत्त्वाचा टप्पा ठरला.
बेडकांमध्ये क्लोमांचा लोप झाला; परंतु ओलसर त्वचेमधून श्वसनाचे कार्य चालू राहिले. या प्राण्यांमध्ये फुप्फुसाची हालचाल घडवून आणणारे छातीच्या पिंजऱ्याचे स्नायू आणि मध्यपटल (छाती व पोट यांचे विभाजन करणारा पडदा) नसल्यामुळे खालच्या जबड्याच्या भागातील (हनुवटीची जागा) स्नायूंची हालचाल श्वसनास मदत करते. शरीराची दीर्घकाळ होणारी हालचाल (उदा., पळणे, चालणे) आणि फुप्फुसांवाटे श्वसन या दोन्ही क्रिया एकाच वेळी समाधानकारकपणे करणे अशा प्रकारच्या प्राण्यांना कठिण जाते. जमिनीवर चालणारे प्राणी अधिक उत्क्रांत झाल्यावर सस्तन प्राण्यांच्या निर्मितीबरोबरच मध्यपटलाची रचना होऊ लागली व त्यामुळे फुप्फुसांच्या हालचालींची कार्यक्षमता वाढली. बरगड्यांच्या हालचालींसाठी लागोपाठच्या दोन बरगड्यांमधील जागेत स्नायूंचा विकास होऊन सध्याच्या मानवी श्वसन तंत्राची शारीरिक रचना जवळजवळ पूर्ण झाली. नरवानर गण आणि द्विपाद मानव यांच्या शारीरिक हालचालींना अनुसरून पुढे झालेले बदल त्यामानाने गौण स्वरूपाचे म्हणता येतील.

रचना श्वसनमार्गाचा वरचा भाग

नाकपुड्या, नाकाचा आतील भाग, घसा [⟶ ग्रसनी] आणि ⇨स्वरयंत्र यांचा समावेश असलेल्या या भागात वातावरणातील हवा आत घेऊन तिच्यवर प्रारंभिक संस्कार केले जातात. ⇨नाकाच्या मध्यभागी असलेला उभा पडदा आणि त्याच्या दोन्ही बाजूंस असलेली पोकळ जागा यांच्यावर विपुल रक्तपुरवठा असलेले श्लेष्मल पटल असते. पोकळीच्या दोन्ही बाजूंस भित्तीकेतून पटलाच्या दिशेने डोकावणारी हाडांची तीन प्रवर्धके असतात. त्यामुळे सु. १६० चौ. सेंमी. इतका पृष्ठभाग उपलब्ध होतो. या विपुल वाहिनीमय पृष्ठभागावरून वाहणारी हवा सतत उष्ण आणि दमट होत राहते. नाकपुडीमधील केस व हवेच्या मार्गात असलेलेनाकातील उंचसखल भाग यांच्यात सर्व मोठे कण अडकून बसल्यामुळे सु. ६ मायक्रॉनपेक्षा (१ मायक्रॉन = एक दशलक्षांश मी.) लहान आकारमानाचे कणच श्वसनमार्गाच्या खालच्या भागात प्रवेश करू शकतात. केसल अधिस्तराने आच्छादित नाकाच्या आतील भागात अडकलेले सर्व कण केसलांच्या अविरत हालचालींमुळे घशातून अन्ननलिकेकडे ढकलले जातात. अशाच प्रकारच्या हालचालींनी स्वरयंत्रापासून खालील श्वसनमार्गात अडकलेले कण (१ ते ६ मायक्रॉन आकारमानाचे) वर ढकलले जातात किंवा खोकून वर फेकले जातात. गंथीच्या द्रावात अडकलेले असे सर्व कण श्वसनमार्गातून दूर करण्यासाठी गिळणे, थुंकणे किंवा शिंकणे या क्रिया घडून येतात. परिणामतः श्वसनमार्गाच्या खालच्या भागातील हवा नेहमी स्वच्छ गाळलेली, शरीराच्या उष्णतामानाइतकीच उष्ण आणि जवळजवळ पूर्णपणे बाष्पसंपृक्त असते. अन्ननलिका ज्यावेळी घशात घातलेले अन्न ग्रहण करते त्यावेळी म्हणजेच घास गिळताना स्वरयंत्राच्या वरच्या तोंडाला असलेली एक मांसल झडप (अधिस्वरद्वार) श्वसनमार्ग वर ओढला गेल्यामुळे बंद होते. श्वसनमार्गात अन्न किंवा द्रव पदार्थ जाण्याची शक्यता या हालचालींमुळे टळू शकते.

 

स्त्रोत: मराठी विश्वकोश