การแลกเปลี่ยนแก๊สระดับเซลล์
ระบบไหลเวียนเลือดเป็นระบบที่มีความสำคัญต่อระบบทางเดินหายใจเพราะ เลือดเป็นตัวนำออกซิเจนไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกาย เช่นเดียวกับนำคาร์บอนไดออกไซด์มายังปอดเพื่อส่งกลับไปยังโลกภายนอกผ่านอวัยวะตามที่ได้กล่าวมา เพราะส่วนประกอบหนึ่งของเลือดเป็นตัวการสำคัญในการทำให้การแลกเปลี่ยนแก๊สระดับเซลล์เป็นไปด้วยดีซึ่งนั้นก็คือ ฮีโมโกลบิน (Hemoglobin) บนเซลล์เม็ดเลือดแดง
ฮิโมโกลบินเกิดจากโพลีเป็ปไทด์ 4 สาย รวมเข้าด้วยกัน ในแต่ละสายมีหน่วยย่อยฮีม (Heme Group) อยู่ ซึ่งมีธาตุเหล็ก (Fe) ที่มีความสามารถในการจับตัวกับแก๊สได้ดีเป็นส่วนประกอบ แก๊สในที่นี้คือ ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อเกิดการแพร่จากถุงลมมายังหลอดเลือดฝอย ออกซิเจน (O2) จะจับตัวกับฮีม (Hb) กลายเป็น oxyhemoglibin (HbO2) ตามสมการด้านล่าง
แต่ฮีโมโกลบินสามารถลำเลียงออกซิเจนได้เพียง 98.5% ที่เหลือจะละลายอยู่ในน้ำเลือด 1.5% และเมื่อลำเลียงไปตามส่วนต่างๆ ของร่างกายที่มีออกซิเจนต่ำกว่า แก๊สออกซิเจนจึงผละออกจากฮีโมโกลบินและแพร่เข้าสู่ของเหลวภายนอกเซลล์ เข้าสู่เซลล์ร่างกาย
หลังจากสร้างพลังงานเสร็จ เซลล์ก็จะขับของเสียออกมาในรูป คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 )สะสมอยู่ในของเหลวภายนอกเซลล์ในปริมาณมาก แล้วแพร่เข้าสู่เลือดเพื่อกำจัดออกสู่ร่างกายผ่านระบบหายใจ โดยจะละลายอยู่ในน้ำเลือด 7% จับตัวกับ Hb 23% (ดังที่แสดงในสมการที่ (2)) และรวมตัวกับน้ำในเม็ดเลือดแดง 70% ตามสมการด้านล่างนี้
ในสมการที่ (1) แสดงให้เห็นว่าเมื่อน้ำจับตัวกับคาร์บอนไดออกไซด์กลายเป็นกรดคาร์บอนิก (H2CO3) ต่อด้วยแตกตัวเป็นไฮโดรเจนไอออน (H+) และไบคาร์บอเนตไอออน (HCO3–) แม้ไฮโดรเจนไอออนจะมีผลต่อค่า pH ในเลือด แต่เพราะจับตัวกับฮีโมโกลบินจึงลดปัญหาที่จะเกิดกับค่า pH หลังจากนั้นเมื่อเดินทางไปถึงปอด ไฮโดรเจนไอออนจะจับตัวกับไบคาร์บอเนตไปเป็นกรดคาร์บอนิกอีกครั้งก่อนจะแยกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำและแพร่ไปยังปอดเพื่อนำออกจากระบบร่างกายทางจมูกและปาก
หากมีคาร์บอนไดออกไซด์มากเกินไปในเลือด ไฮโดรเจนไอออนจะทำให้ค่า pH ลดต่ำลงจนค่าความเป็นกรดสูงกว่าปกติ ดังนั้นสมองส่วนพอนส์และเมดัลลาซึ่งควบคุมการหายใจแบบอัตโนวัติ (ควมคุมไม่ได้) จะสั่งให้ร่างกายหายใจถี่ขึ้นเพื่อนำคาร์บอนไดออกไซด์ออกให้ได้มากที่สุด นอกจากนี้ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดยังบ่งบอกถึงความสามารถในการเผาผลาญ (metabolism) ได้อีกด้วย เพราะยิ่งเผาผลาญได้มากก็จะขับของเสียออกมามากตามกัน
(สามารถรับชมวิดีโอเพิ่มเติมเกี่ยวกับระบบหายใจได้ที่วิดีโอด้านล่างนี้)
ปรากฏการณ์และโรคที่เกี่ยวกับระบบหายใจ
- การสะอึก เกิดจากการทำงานที่ไม่สัมพันธ์กันของกล้ามเนื้อยึดซี่โครงและกล้ามเนื้อกะบังลม
- การหาว เกิดขึ้นเพื่อขับคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีมากเกินไปในเลือดออกจากร่างกาย
- โรคปอดบวม เป็นภาวะที่ปอดอักเสบจากการติดเชื้อแบคทีเรีย หรือ ไวรัส โดยเกิดหนองและสารอื่นๆ ในถุงลม ไปลดพื้นที่ในการแลกเปลี่ยนแก๊ส
- โรคถุงลมโป่งพอง มีสาเหตุหลักมาจากการสูดควันพิษเข้าไปในปริมาณมาก จนทำลายเนื้อเยื่อที่ยึดโยงหลอดลมและเยื่อบุผนังถุงลม เมื่อเนื้อเยื่อยึดโยงหลอดลมเสื่อมตัวลง ส่งผลให้หลอดลมแฟบได้ง่ายไปอุดกลั้นอากาศที่จะออกจากถุงลม
อ่านเพิ่มเติม:
