प्रश्न- श्वासोच्छ्वास क्या है? इसकी क्रियाविधि समझाइये। श्वसन प्रतिवर्ती क्रिया का संचालन कैसे होता है?

उत्तर

श्वासोच्छ्वास
(Breathing)

एक निश्चित दर से बाहरी हवा को फेफड़ों में बार-बार भरना और निकालना इसी को श्वासोच्छ्वास या फेफड़ों का वायु संचालन या संवातन ( ventilation of lungs) कहते हैं। यह एक यांत्रिक क्रिया (mechanical process) होती है। हवा को फेफड़ों में भरना, अन्तःश्वास (inspiration) और निकालना निःश्वास या उच्छ्वास (expiration) कहलाता है। अन्तःश्वास में फेफड़े फूलते हैं जिससे इनमें वायु का दबाव बाहरी हवा के दबाव से कुछ कम हो जाता है और बाहरी वायु इनमें खिंच आती हैं। निःश्वास में फूले हुए फेफड़े पिचककर वापस सामान्य दशा में आते हैं जिससे इनमें वायु का दबाव बाहरी वायु के दबाव से कुछ बढ़ जाता है और इनमें भरी कुछ वायु बाहर निकल जाती है। इस प्रकार फेफड़े चूषण - पम्पों या धौंकनी की भाँति काम करते हैं।

वक्षीय कटहरा (Thoracic Cage) शरीर का वक्षीय भाग एक बन्द कटघरे की तरह होता है जिसमें कि बड़े-बड़े फेफड़े, ग्रासनी और हृदय बन्द रहते हैं। यह पृष्ठ तल की ओर कशेरुकदण्ड, अघतन्त्र की ओर स्टर्नम, पार्श्वों में पसलियों, आगे की ओर ग्रीवा तथा पीछे की ओर डायफ्राम द्वारा घिरा होता है। इसकी देहभित्ति लचीली होती है। फेफड़े भी अत्यधिक लचीले और स्पंजी होते हैं। देहभित्ति की भीतरी सतह पर महीन, झिल्लीनुमा पैराएटल प्ल्यूरा का आवरण होता है। ये दोनों झिल्लियाँ एक चिपचिपे तरल की महीन पर्त द्वारा परस्पर चिपकी रहती है तथा एक-दूसरे पर कुछ खिसक सकती हैं, लेकिन आसानी से बिल्कुल अलग नहीं हो सकतीं। डायफ्राम से भी फेफड़ों की पिछली सतह इसी तरह से चिपकी रहती है। झिल्लियों के बीच के स्थान को, जिसमें कि चिपचिपा तरल होता है, सम्भाव्य अन्तराल (potential space) कहते हैं। इसमें कहीं थोड़ा-सा भी जल संचित हो जाये तो साँस लेना कठिन हो जाता है। इस रोग को फुफ्फुसावर -शोथ (Pleurisy) कहते हैं।

फेफड़ों में बारम्बार हवा से भरकर फूलना तथा फिर पिचककर वापस अपनी मूल दशा में आना वक्षगुहा के आयतन के बढ़ने और घटने पर निर्भर करता है। वक्ष गुहा के आयतन को बढ़ाने घटाने में दो विभिन्न प्रकार की गतियाँ काम करती हैं जिन्हें श्वास गतियाँ कहते हैं। एक प्रकार की श्वास गतियों में डायाफ्राम आगे-पीछे की ओर फूलता - पिचकता है तथा दूसरे प्रकार की गतियों में पसलियाँ उठती और दबती हैं।

घबराहट, थकावट या व्यायाम के समय हम जानबूझकर गहरी श्वास ले सकते हैं। अतः गहरी श्वास ऐच्छिक (voluntary) होती है। अन्तःश्वास के समय डायाफ्राम का संकुचन चार-पाँच गुना अधिक होता है और बाह्य अन्तरापर्शक पेशियों का संकुचन तुलना में 15 से 20 प्रतिशत अधिक होता है। इससे स्पष्ट है कि गहरी अन्तः श्वास में सामान्य अन्तःश्वास की अपेक्षा काफी अधिक वायु फेफड़ों में भरती है और वक्षीय गति उदारीय गति से अधिक स्पष्ट होती है। ऐसी श्वास को इसीलिए वक्षीय श्वासोच्छ्वास कहते हैं।

श्वासोच्छ्वास में वायु की मात्रायें (Air volumes in Breathing) - श्वासोच्छ्वास में फेफड़े न तो कभी पूरे वायु से भरे जा सकते हैं और न ही पूरे खाली किये जा सकते हैं। इनमें भरने और निकलने वाली वायु की मात्रा को नापना श्वासमापन (spirometry) कहलाता है। इसे श्वासमापी यंत्र (spirometer) द्वारा मापित किया जाता है। सामान्यतः फेफड़ों से सम्बन्धित वायु की चार प्रकार की मात्रायें महत्वपूर्ण मानी जाती है। इन्हें फुफ्फुसीय मात्रायें या श्वास वायु आयतन कहते हैं। ये निम्नलिखित होती हैं-

(i) प्रवाही वायु (Tidal Air Volume) - यह वायु की वह मात्रा होती है जो प्रत्येक सामान्य शान्तश्वास में फेफड़ों में भरती और निकलती है। एक सामान्य युवा मनुष्य में यह 500 मिलीलीटर होती है।

(ii) अन्तःश्वास आरक्षित वायु (Inspiratoion Reserve Air Volume) प्रवाही वायु से अधिक जितनी वायु हम चेष्टा और आभास से एक बार की साँस से ग्रहण कर सकते हैं उसे अन्तः श्वास आरक्षित वायु कहते हैं। युवा मनुष्य में यह लगभग 3000 मिलिलीटर होती है।

(iii) निःश्वास आरक्षित वायु (Expiration Reserve Air Volume) - यह प्रवाही वायु को छोड़कर चेष्टा द्वारा निकाल देने के बाद भी फेफड़ों में बची रह जाती है। सामान्य युवा मनुष्य में यह लगभग 200 मिलीलीटर होती है।

(iv) अवशेष वायु (Residual Air Volume) यह वायु की वह मात्रा होती है जो अधिकतम चेष्टा द्वारा निकाल देने के बाद भी फेफड़ों से बची रह जाती है। सामान्य युवा मनुष्य में यह लगभग 1200 मिलीलीटर होती है।

श्वासोच्छवास में फेफड़ों की सामर्थ्य (Lung Capacities in Breathing) श्वासोच्छ्वास में दो या दो से अधिक वायु मात्राओं के योग को फेफड़ों की सामर्थ्य कहते हैं। चार प्रकार की सामर्थ्य महत्वपूर्ण होती है -

(i) अन्तःश्वास सामर्थ्य ( Inspiratory Capacitiy) - प्रवाही वायु तथा अन्तः श्वास आरक्षित वायु के योग को फेफड़ों की अन्तःश्वास सामर्थ्य कहते हैं। इस तरह यह वायु की कुल मात्रा है जिसे हम अधिकतम् चेष्टा द्वारा फेफड़ों में भर सकते हैं। स्पष्ट है कि युवा मनुष्य में यह लगभग 3500 (500 + 3000) मिलीलीटर होती है।

(ii) कार्यात्मक अवशेष, (Functional residual capacity) आरक्षित वायु तथा अवशेष वायु के योग के बराबर अर्थात् लगभग 2300 ( 1100 + 1200) मिलीलीटर होती है। यह वायु की वह मात्रा है जो सामान्य उच्छ्वास के बाद फेफड़ों में रह जाती है।

(iii) सजीव सामर्थ्य (Vital capacity) - यह अन्तःश्वास आरक्षित वायु प्रवाही वायु तथा उच्छवास आरक्षित वायु का योग ( 3500 + 500 + 1100 = 4600 मिलीलीटर। फेफड़ों में सजीव सामर्थ्य होती है। यह वायु की वह कुल मात्रा होती है जिसे हम पहले पूरी चेष्टा द्वारा फेफड़ों में भरकर पूरी चेष्टा द्वारा ही फेफड़ों में वापस निकाल सकते है।

(iv) कुल सामर्थ्य (Total lung capacity) - यह सजीव सामर्थ्य तथा अवशेष वायु का योग (46000+12000 = 58000 मिलिलीटर) होता है, अर्थात् वायु की वह कुल मात्रा जो फेफड़ों में समा सकती है।

मनुष्यों में शरीर के माप और स्वास्थ्य के अनुसार, श्वासोच्छ्वास में वायु की मात्राओं तथा फेफड़ों की विभिन्न सामार्थ्यो में काफी अन्तर होता है। सामान्यतः ये कमजोर मनुष्यों में कम और बलिष्ठ मनुष्यों में ये आराम के समय कम तथा काम के समय अधिक होती है।

साँस की हवा में परिवर्तन- निस्पंदन एवं वातानुकूलन - नसिका में होकर ग्रसनी और फिर कण्ठद्वार तक पहुँचते-पहुँचते, अन्तः श्वासित वायु (i) का ताप लगभग शरीर-ताप के बराबर हो जाता है, (ii) यह चाहे जितनी शुष्क हो, जल वाष्प से संतृप्त (saturated) हो जाती है, (iii) यह छन जाती है अर्थात् इसमें उपस्थित धूल इत्यादि के कारण नासिका के बालों में अटककर तथा श्लेष्म (muscus) में चिपककर रह जाते हैं। इस प्रकार, नासिका के वायु का निस्पंदन ( filtration) एवं वातानुकूलन (air conditioning) हो जाता है। इसीलिए उच्छ्वासित वायु गरम व नम होती है। अपने शरीर का औसतन आधा लीटर जल हम दिन भर में साँस की हवा के द्वारा ही खो देते हैं। स्पष्ट है कि श्वास- क्रिया की शरीर ★ के जल और ताप नियंत्रण में भी कुछ भूमिका होती है।

श्वास- क्रिया या वायु- संचालन का नियमन (Regulation of Breathing) स्वासोच्छवास या वायु-संचालन एक अनैच्छिक (involuntary) क्रिया के रूप में एक निश्चित दर ( वयस्क मनुष्य में 12 से 15 शिशुओं में लगभग 44 बार प्रति मिनट) से अपने-आप निरन्तर होता रहता ★ है। मनुष्य की हर सामान्य साँस में लगभग दो सेकण्ड की अन्तःश्वास और तीन सेकण्ड की उच्छ्वास होती है।

श्वासोच्छ्वास पूर्णरूपेण तंत्रिकीय नियंत्रण में होता है। मस्तिष्क की मेड्यूला एवं पोन्स वैरोलाइ में स्थिति एक द्विपार्श्वी श्वास केन्द्र श्वासोच्छवास की सामान्य लय एवं दर का नियंत्रण करने के अतिरिक्त, व्यायाम संकटावस्थाओं (भय, पीड़ा, क्रोध, विपत्ति, चिन्ता, ज्वर इत्यादि), योग क्रिया, बोलने, गाने, मुख से संगीत वाद्य बजाने इत्यादि में भी श्वास दर तथा साँस की तीव्रता को शरीर की आवश्यकतानुसार बढ़ाता-घटाता है। श्वास केन्द्र के ऐसे नियंत्रण के कारण ही हम अपनी साँस को अधिक देर तक रोक नहीं सकते, केवल थोड़े समय के लिए इच्छानुसार गहरी या तीव्र साँस ले सकते हैं। ऐसी एच्छिक श्वास के लिए श्वास केन्द्र प्रमस्तिष्क के नियंत्रण में कार्य करता है। श्वासकेन्द्र मात्राएँ स्थायी सन्तुलित सीमा में बनी रहती हैं।

असाधारण दशाओं में श्वास दर तथा श्वास की तीव्रता को बढ़ाने घटाने का नियंत्रण न्यूमोटैक्सिक केन्द्र तथा श्वास केन्द्र करते हैं। न्यूमोटैक्सिक केन्द्र से प्रेरणा प्रसारण तीव्र हो जाता है तो अन्तःश्वास का समय घट जाने के कारण श्वास दर बढ़ जाती है। इसी प्रकार न्यूमोटैक्सिक केन्द्र से प्रेरणा हल्की हो जाती है तो अन्तःश्वास का समय बढने से श्वास दर धीमी हो जाती है।

1. श्वसनमार्ग में वायु प्रविष्ट होना श्वास लेते समय शुद्ध वायु नासिका ग्रसनी स्वरयंत्र, श्वास नलिका और श्वास वाहिनियों और वायु वाहिनियों में से होते हुए वायुकोषों में पहुँच जाती है। वायु कोषों को फूलने के लिए अधिक स्थान की आवश्यकता होती है और उन्हें फैलने के लिए फेफड़े भी स्थापकत्व गुण के कारण फैल जाते हैं।

2. स्नायुओं का सहयोग फेफड़ों को फैलने के लिए श्वास पटल एवं पसलियों के बीच के स्नायु सहयोग देते हैं, जिससे वक्षस्थल के पिंजरे का घेरा ऊपर-नीचे आगे-पीछे और दायें-बायें बढ़ जाता है।

3. वायु का व्यतिकरण शुद्ध वायु से परिपूर्ण वायुकोष के आस-पास फुफ्फुस धमनी के केशिकावाहिनियों का जाल छाया रहता है, जिनमें अशुद्ध रक्त बहता रहता है। वायुकोश और केशिकावाहिनी की दीवार इतनी पतली होती है कि इनमें परस्पर वायु का आदान-प्रदान आसानी से हो जाता है। अर्थात् वायुकोष की प्राणपद वायु रक्त के हीमोग्लाबिन द्वारा खींची जाती है और वह

केशिकावाहिनियों में पहुँचकर रक्त को शुद्ध कर देती हैं तथा केशिकाहिनियों का दूषित पदार्थ (कार्बन- डाइऑक्साइड) पतली दीवार में से वायुकोष में पहुँच जाता है।

4. श्वास पटल का उच्छवास में सहयोग कार्बन डाइआक्साइड वायुकोषों में पहुँचने पर उसके निष्कासन हेतु श्वासपटल प्रसारित होकर पुनः अपनी अर्द्धगोलाकार स्थिति में आ जाती है। इस समय पसली के स्नायु भी संकुचित होते हैं। इससे वक्षस्थल के पिंजरे का घेरा कम हो जाता है, जिसका दबाव फेफड़ों पर पड़ता है और फेफड़े संकुचित होकर वायुकोषों पर दबाव डालते हैं, परिणामस्वरूप श्वसन मार्ग से अशुद्ध वायु शरीर द्वारा बाहर जाती है।

साधारण मनुष्य में एक मिनट में श्वासोच्छ्वास की क्रिया सोलह से बीस बार सम्पन्न होती है। जब हम खाँसते हैं या छींकते हैं तथा दीर्घ उच्छ्वास करते हैं अथवा जोर से बोलते या गाते समय हमारे (स्नायुओं को विशेष कार्य करना पड़ता है। ऐसे समय छाती की पसलियों के भीतर की ओर रहने वाली स्नायु आंकुचित होने से पसलियाँ कुछ भीतर की ओर खिंच जाती हैं जिससे छाती का खोखला भाग आगे- पीछे की ओर कुछ सिकुड़ता है। इससे फेफड़ों पर अधिक दबाव पड़ने से वे अधिक हवा जोर से बाहर की ओर फेंकते हैं और खाँसने इत्यादि की आवश्यक क्रिया होती है।

साँस के द्वारा ली गई और साँस के साथ बाहर छोड़ी गई हवा में अन्तर

रक्त का शुद्धिकरण - जब कभी दो वायु जैसे कार्बन-डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन एक-दूसरे के नजदीक आ जायें या उनके बीच में एक झीना पर्दा ही रहे तो थोड़ी ही देर में ये वायु एक-दूसरे से मिल जायेंगी। इस प्रकार की मिश्रण क्रिया को व्यतिकरण कहते हैं। शुद्ध वायु अर्थात् ऑक्सीजनयुक्त वायु श्वास मार्ग से फेफड़ों के भीतर जाती है तब प्रत्येक वायु में वायु के साथ ऑक्सीजन भर जाती है। यहाँ पर केशिकावाहिनियों का जाल होता है जिनमें अशुद्ध रक्त रहता है। वायुकोष और केशिकावाहिनियों की कार्बन-डाइऑक्साइड में व्यतिकरण होकर उनमें आसानी से आदान-प्रदान हो जाता है अर्थात् वायुकोष की ऑक्सीजन केशिकावाहनियों में जाती है और केशिकावाहिनियों की कार्बन-डाइऑक्साइड वायुकोषों में आ जाती है। लाल रक्त कण में हीमोग्लोबिन नामक पदार्थ रहता है जिनमें ऑक्सीजन को खींचने की शक्ति रहती हैं। वायुकोषों की ऑक्सीजन रक्त में जैसे ही पहुँचती है वैसे ही उसका हीमोग्लोबिन से सम्पर्क होने के कारण उससे ऑक्सीहीमोग्लोबिन नामक लाल पदार्थ तैयार होता है तथा कार्बन-डाइऑक्साइड, पानी इत्यादि रक्त के अशुद्ध पदार्थ वायुकोषों में जाकर वहाँ उच्छ्वास के साथ शरीर के बाहर निकल जाते हैं, जिससे रक्त का रंग बदलता है और वह लाल रंग का हो

इस तरह से वायु की ऑक्सीजन रक्त में, ग्रहण की जाती है और रक्त में मिले कार्बन- डाइऑक्साइड, पानी इत्यादि अशुद्ध पदार्थ शरीर के बाहर बाहर निष्कासित कर दिए जाते हैं। इस पूरी क्रिया को रक्त का शुद्धिकरण कहते हैं।

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