ระบบหายใจ

ครูป้าไวยุ์

ผลการเรียนรู้

     • สืบค้นข้อมูล อธิบายและเปรียบเทียบโครงสร้างที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊สของฟองน้ำ ไฮดรา พลานาเรีย ไส้เดือนดิน แมลง ปลา กบ และนกได้

     • สังเกตและอธิบายโครงสร้างของปอดในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมได้

     • สืบค้นข้อมูลและอธิบายโครงสร้างที่ใช้ในการแลกเปลี่ยนแก๊สและกระบวนการแลกเปลี่ยนแก๊สของมนุษย์ได้

โครงสร้างในการแลกเปลี่ยนแก๊สของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

      1. เยื่อเซลล์ (wet body surface of small organism) เซลล์สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่เป็นน้ำตลอดเวลา จึงแลกเปลี่ยนแก๊สกับสิ่งแวดล้อมโดยการแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

       - ในพวก prokaryotes, fungi, sponges และหนอนตัวแบนขนาดเล็ก สามารถแลกเปลี่ยนแก๊สกับสิ่งแวดล้อมได้โดยตรงโดยการแพร่ (diffusion)

       - อัตราเร็วในการแพร่ของแก๊สระหว่าง respiratory surface และสิ่งแวดล้อมจะแปรผันตาม surface area แต่แปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง

     - เป็นสัตว์เซลล์เดียวซึ่งเซลล์จะสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่เป็นน้ำอยู่ตลอดเวลา

     - เซลล์จะมีการแลกเปลี่ยนแก๊สกับสิ่งแวดล้อมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยตรง

 

โครงสร้างในการแลกเปลี่ยนแก๊สโดยใช้ผิว (surface)

       ฟองน้ำ (Sponge) ประกอบด้วยเซลล์หลายเซลล์อยู่รวมกัน ไม่มีเนื้อเยื่อ ไม่มีอวัยวะในการแลกเปลี่ยนแก๊ส น้ำเข้าทางรูพรุน ออสเทีย รอบตัว และไหลออกทางออสคิวลัม ทำให้น้ำไหลเวียนผ่านเซลล์และผ่านลำตัวของฟองน้ำจะเกิดการแลกเปลี่ยนแก๊สที่เยื่อหุ้มเซลล์ของทุกเซลล์โดยวิธีการแพร่

       พลานาเรีย (Planaria) มีรูปร่างแบนและบางทำให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสกับน้ำมากยิ่งขึ้นการลำเลียงแก๊สออกซิเจนเข้าสู่เซลล์ใช้วิธีการแพร่

ภาพแสดง : การแลกเปลี่ยนแก๊สโดยใช้ผิวด้านในและนอกลำตัวของพลานาเรีย

      ไฮดรา (Hydra) ไม่มีอวัยวะในการแลกเปลี่ยนแก๊ส แต่โครงสร้างลำตัวประกอบด้วยช่องภายใน เรียกว่า gastrovascular cavity น้ำสามารถผ่านเข้าได้ ทำให้เซลล์ทุกเซลล์สัมผัสกับน้ำที่เคลื่อนที่เข้าออกในช่องลำตัว เซลล์แต่ละเซลล์จึงทำหน้าที่ในการแลกเปลี่ยนแก๊ส โดยนำออกซิเจนเข้าสู่เซลล์ และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกนอกเซลล์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยวิธีการแพร่

ภาพแสดง : การใช้ผิวลำตัว (epidermis) ในการแลกเปลี่ยนแก๊สกับสิ่งแวดล้อม 

ไส้เดือน (Earth worm) ใช้ผิวลำตัวในการแลกเปลี่ยนแก๊ส  แก๊สออกซิเจนในอากาศจะละลายน้ำที่เคลือบอยู่ที่ผิวลำตัวของไส้เดือนแล้วแพร่เข้าสู่เส้นเลือดฝอยที่กระจายอยู่ใต้ผิวหนังของไส้เดือน

ภาพแสดง : การแลกเปลี่ยนแก๊สของไส้เดือนดิน โดยอาศัยการแพร่เข้าสู่ผิวลำตัวแล้วส่งต่อไปยังระบบหมุนเวียนเลือด

       แมงดา (Horseshoe crab) อยู่ส่วนท้อง มีลักษณะเป็นรูปทรงหกเหลี่ยม บริเวณด้านข้างมีหนาม 6 คู่ ส่วนท้องมีระยางค์ 6 คู่ ซึ่งมีลักษณะเป็นแผ่นแบน คู่แรกเป็น "แผ่นปิดเหงือก" (Gill Operculum) ทำหน้าที่ป้องกันอันตรายให้กับเหงือก และบริเวณฐานมีช่องสืบพันธุ์ (Genital Pore) 1 คู่ อีก 5 คู่ถัดไปเป็น "เหงือก" (Gill Book) ที่มีรอยพับเป็นริ้ว ๆ ประมาณ 150 ริ้ว เพื่อเพิ่มพื้นที่ในการแลกเปลี่ยนแก๊ส แมงดาเป็นสัตว์ที่อยู่รอดได้แม้ไม่มีน้ำเป็นเวลาหลายวัน หากเหงือกนี้ยังเปียกอยู่ เมื่ออยู่ในน้ำแมงดาจะหายใจโดยใช้วิธีกางเหงือกนี้ขึ้นลง

ภาพแสดง : เหงือก (Book-like gills) ของแมงดาทะเล (Horseshoe crab)

เหงือก (Book-like gills) ของแมงดาทะเล (Horseshoe crab)

1.3.4 การย่อยอาหารของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

ครูป้าไวยุ์

การย่อยอาหารของปลา ปลาเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลัง จัดอยู่ในไฟลัมคอร์ดาตา (Phylum Chordata) ปลามีทั้งปลาปากกลมซึ่งเป็นปลาที่ไม่มีขากรรไกรขอบของปากและลิ้นมีฟันใช้ขูดเนื้อและดูดกินเลือดสัตว์อื่น ปลาฉลามมีปากอยู่ทางด้านล่างและมีฟันจำนวนมาก ฉลามมีลำไส้สั้นและภายในมีลิ้นซึ่งมีลักษณะเหมือนบันไดเวียน (Spiral valve) ช่วยในการถ่วงเวลาไม่ให้อาหารเคลื่อนตัวไปเร็ว   และพวกปลากระดูกแข็งมีปากซึ่งภายในมีฟันรูปกรวย มีลิ้นขนาดเล็กยื่นออกมาจากปากทำหน้าที่รับสัมผัส พวกปลากินเนื้อ เช่น ปลาช่อน ปลาน้ำดอกไม้ ปลาพวกนี้จะมีลำไส้สั้น ส่วนปลากินพืช เช่น  ปลาทู ปลาสลิด จะมีลำไส้ยาว

ทางเดินอาหารของปลาเรียงตามลำดับต่อไปนี้

การย่อยอาหารของสัตว์บางชนิดปีก ได้แก่ นก เป็ด ไก่ ซึ่งเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังจัดอยู่ในไฟลัมคอร์ดาตา (Chordata) ทางเดินอาหารประกอบด้วย ปากซึ่งไม่มีฟัน ต่อมน้ำลายเจริญไม่ดี แต่สร้างเมือกสำหรับคลุกเคล้าอาหารและหล่อลื่นได้  มีคอหอยสั้น หลอดอาหารยาว มีถุงพักอาหาร(Crop) ซึ่งทำหน้าที่เก็บอาหารสำรองไว้ย่อยภายหลัง กระเพาะอาหารแบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ กระเพาะตอนหน้าหรือกระเพาะย่อย (Proventriculus) ทำหน้าที่สร้างน้ำย่อย และกระเพาะอาหารตอนท้ายหรือกระเพาะบด (Gizzard) ต่อจากกระเพาะบดเป็นลำไส้เล็ก ลำไส้ใหญ่ ส่วนท้ายเป็นโคลเอกา (Cloaca) ที่มีท่อไตและท่อของระบบสืบพันธุ์มาเปิดเข้าด้วยกัน และทวารหนักซึ่งเป็นส่วนท้ายสุด

ทางเดินอาหารของสัตว์ปีกเรียงตามลำดับต่อไปนี้

การย่อยอาหารของสัตว์บางชนิดกินพืช  ได้แก่ วัว ควาย จะมีโครงสร้างของทางเดินอาหารแตกต่างจากคนและสัตว์กินเนื้ออื่นๆ อยู่ 2 ประการ คือ

       1.  การมีทางเดินอาหารที่ยาวมากๆ ยาวถึง 40 เมตร ทำให้ระยะเวลาในการย่อยและการดูดซึมสารอาหารนานยิ่งขึ้น  กระเพาะอาหารของวัวและควายแบ่งออกเป็น 4 ส่วน มีชื่อและลักษณะเฉพาะ  ได้แก่   

กระเพาะผ้าขี้ริ้ว : Rumen เป็นกระเพาะอาหารที่มีจุลินทรีย์ พวกแบคทีเรียและโพรโทซัวจำนวนมาก จุลินทรีย์พวกนี้สร้างน้ำย่อยเซลลูเลส ย่อยสลายเซลลูโลสจากพืชที่กินเข้าไปและสามารถสำรอกอาหารออกมาเคี้ยวเอื้องเป็นครั้งคราวเพื่อบดเส้นใยให้ละเอียดจึงเรียกสัตว์พวกนี้ว่าสัตว์เคี้ยวเอื้อง

ลักษณะเป็นปุ่มยื่นเล็กคล้ายผิวของผ้าขี้ริ้ว (ผ้าขนหนู) เป็นกระเพาะที่มีขนาดใหญ่ เป็นกระเพาะส่วนแรกของโค มีขนาดใหญ่กินเนื้อที่ประมาณ 3/4 ของช่องท้อง สำหรับใช้พัก หมักอาหารจำพวกหญ้า ผนังด้านในของกระเพาะรูเมน มีส่วนที่คล้ายขนยื่นออกมา เรียกว่า Pappilae ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวของกระเพาะ กระเพาะรูเมนมีความจุประมาณ 80% ของกระเพาะทั้งหมด หลอดอาหารจะมาเชื่อมต่อกับกระเพาะตรงรอยต่อของ กระเพาะรูเมนและเรตติคูลัม

กระเพาะรังผึ้ง : Reticulum

มีลักษณะเป็นสันรูปเลี่ยมคล้ายรังผึ้ง อยู่ส่วนหน้าสุด มีขนาดเล็ก กลม ด้านหัวและท้ายจะแบนเล็กน้อย ตอนบนของกระเพาะ จะมีส่วนที่ห่อตัวได้ เรียกว่า Esophageal groove ซึ่งจะใช้ประโยชน์เมื่อลูกโคดูดนม น้ำนมจะผ่าน Esophageal groove ไปสู่โบมาซัมได้โดยตรง กระเพาะส่วนนี้มีความจุประมาณ 5% ของกระเพาะทั้งหมด

กระเพาะสามสิบกลีบ : Omasum

เป็นกลีบแผ่นบาง ๆ รูปร่างคล้ายรูปไข่ ภายในเป็นกลีบซ้อนกัน จะช่วยในการกระจายอาหาร กระเพาะส่วนนี้อยู่ทางด้านขวาของตัวโค มีความจุประมาณ 7% ของกระเพาะทั้งหมด ทำหน้าที่ผสมและบดอาหารและดูดซึมน้ำจากรูเมน

กระเพาะแท้ : Abomasum เรียกว่า ไส้เปรี้ยว เป็นกระเพาะที่มีน้ำย่อยเพื่อใช้ในการย่อยอาหาร เมื่ออาหารผ่านเข้าสู่ลำไส้เล็กตอนต้น จะมีการย่อยโปรตีน ไขมันและแป้งจากน้ำย่อยจากตับอ่อนและน้ำดีจากตับ จากนั้นก็ดูดซึมเข้าสู่ระบบหมุนเวียนต่อไป ปลาย จะต่อกับลำไส้เล็ก กระเพาะโอมาซัม มีความจุประมาณ 8% ของกระเพาะทั้งหมด

          ในปัจจุบันมีการนำเอาแบคทีเรียและโพรโทซัวมาผสมในอาหารที่ใช้เลี้ยงสัตว์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการย่อยและการดูดซึมอาหารของสัตว์

              2. การมีไส้ติ่งใหญ่  ไส้ติ่งของสัตว์กินพืชจะมีขนาดใหญ่ และเป็นบริเวณที่มีการย่อยอาหารโดยจุลินทรีย์ด้วย  สำหรับไส้ติ่งของสัตว์กินเนื้อจะมีขนาดเล็กและไม่มีหน้าที่เกี่ยวกับการย่อยอาหาร

แบบฝึกห้ด
คำชี้แจง  ให้นักเรียนเขียนอธิบายเกี่ยวกับระบบย่อยอาหารของสัตว์

1. สรุปการย่อยอาหารของสัตว์ปีก 

2. สรุปการย่อยอาหารของวัว

3. สัตว์เคี้ยวเอื้อง (Ruminant) ได้โปรตีนมาจากแหล่งใด

4. เพราะเหตุใดสัตว์กินพืชจึงต้องกินอาหารปริมาณมากกว่าสัตว์กินเนื้อ 

1.3.3 การย่อยอาหารของสัตว์ที่มีทางเดินอาหารสมบูรณ์

ครูป้าไวยุ์
  
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
จุดประสงค์การเรียนรู้ 

สืบค้นข้อมูล อธิบาย และเปรียบเทียบโครงสร้างและกระบวนการย่อยอาหารของสัตว์ที่ไม่มีทางเดินอาหาร สัตว์ที่มีทางเดินอาหารแบบไม่สมบูรณ์ และสัตว์ที่มีทางเดินอาหารแบบสมบูรณ์

การย่อยอาหารของสัตว์บางชนิด

ระบบทางเดินอาหารไม่สมบูรณ์  (incomplete digestive tract) ประกอบด้วยช่องเปิดเพียง 1 ช่อง คือ อาหารเข้าทางปาก และกากอาหารออกทางเดียวกัน

ระบบทางเดินอาหารสมบูรณ์ (complete digestive tract) ประกอบด้วยช่องเปิด 2 ช่องทาหน้าที่เป็นปากและทวารหนักตามลาดับ

สัตว์บางชนิด เช่น ฟองน้ำไม่มีระบบทางเดินอาหาร แต่จะมีเซลล์พิเศษทำหน้าที่จับอาหารเข้าสู่เซลล์แล้วทำการย่อยภายในเซลล์สัตว์บางชนิดมีระบบทางเดินอาหารไม่สมบูรณ์  เช่น ไฮดรา พลานาเรีย สัตว์บางชนิด เช่น ไส้เดือนดิน แมลงและสัตว์มีกระดูกสันหลังมีระบบทางเดินอาหารสมบูรณ์ ระบบทางเดินอาหารของสัตว์เหล่านี้จะมีโครงสร้างบางอย่างแตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดอาหารและพฤติกรรมการกิน

การย่อยอาหารของสัตว์บางชนิดที่ไม่มีกระดูกสันหลัง

  หนอนตัวกลม เป็นสัตว์ที่อยู่ในไฟลัมเนมาโทดา (Phylum Nematoda) มีทางเดินอาหารเป็นแบบช่องเปิด 2 ทาง หรือท่อกลวง (Two hole tube) มีคอหอยเป็นกล้ามเนื้อหนาช่วยในการดูดอาหาร  มีลำไส้ยาวตลอดลำตัว อาหารที่หนอนตัวกลมกินเข้าไปจะถูกย่อยและดูดซึมโดยลำไส้

ทางเดินอาหารของหนอนตัวกลมเรียงตามลำดับต่อไปนี้

ไส้เดือนดิน เป็นสัตว์ที่อยู่ในไฟลัมแอนนิลิดา (Phylum Annelida) มีระบบทางเดินอาหารเป็นแบบช่องเปิด 2 ทาง (Two hole tube) ทางเดินอาหารของไส้เดือนดินประกอบด้วยปาก ซึ่งเป็นรูเปิดทางด้านหน้าของปล้องที่หนึ่ง ต่อจากปากก็จะเป็นช่องปาก (Buccal cavity) คอหอยมีกล้ามเนื้อหนาช่วยในการฮุบกิน มีกระเพาะพักอาหารและมีกึ๋นช่วยในการบดอาหาร ลำไส้สร้างน้ำย่อยปล่อยออกมาย่อยอาหาร สารอาหารจะถูกดูดซึมเข้าสู่ระบบเลือด เพื่อลำเลียงไปยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกายส่วนสารที่ย่อยไม่ได้ก็จะถูกขับออกทางช่องทวารหนักที่อยู่ทางส่วนท้ายของลำตัวเป็นกากอาหาร ทางเดินอาหารของไส้เดือนดินเรียงตามลำดับต่อไปนี้

กุ้ง เป็นสัตว์ขาปล้องจัดอยู่ในไฟลัมอาร์โทโพดา (Phylum Arthropoda) ทางเดินอาหารเป็นแบบช่องเปิด 2 ทาง (Two hole tube) แบ่งเป็น 3 ตอน คือ

1. ทางเดินอาหารตอนหน้า(Stomodaeum) ใช้ปากซึ่งมีรยางค์รอบปาก 3 คู่ ช่วยในการกินเคี้ยวอาหารและมีต่อมน้ำลาย (Salivary gland) ทำหน้าที่สร้างน้ำย่อย มีหลอดอาหาร กระเพาะอาหาร ซึ่งกระเพาะอาหารของกุ้ง ทำหน้าที่ 2 อย่าง คือ เป็นที่พักและบดอาหาร

2. ทางเดินอาหารตอนกลาง(Mesenteron) เป็นส่วนที่อยู่ถัดจากกระเพาะอาหาร และมีช่องรับน้ำย่อย   ทางเดินอาหารส่วนนี้จึงทำหน้าที่ในการย่อยอาหาร

3. ทางเดินอาหารตอนปลาย(Protodaeum) เป็นส่วนที่เรียกว่าลำไส้ เป็นท่อเล็ก ๆ พาดไปทางด้านหลังของลำตัว และไปเปิดออกที่ส่วนท้ายของส่วนท้องเรียกว่า ทวารหนัก 

ทางเดินอาหารของกุ้งเรียงตามลำดับต่อไปนี้

แมลง เป็นสัตว์ในกลุ่มขาปล้องจัดอยู่ในไฟลัมอาร์โทโพดา (Phylum Arthopoda) ทางเดินอาหารเป็นแบบช่องเปิด 2 ทาง (Two hole tube) ปากของแมลงมีการเปลี่ยนแปลงและแตกต่างออกไป ให้มีความเหมาะสมกับสภาพของอาหารที่แมลงแต่ละชนิดกิน แต่แมลงมีลักษณะของทางเดินอาหารที่เหมือนกัน คือ ปาก คอหอย หลอดอาหาร กระเพาะพักอาหารขนาดใหญ่ อยู่บริเวณทรวงอก และกระเพาะบดอาหาร (Gizzard) ช่วยในการกรองและบดอาหาร มีต่อมสร้างน้ำย่อย (Digestive  gland) มีลักษณะคล้ายนิ้วมือ 8 อัน ยื่นออกมาจากทางเดินอาหารระหว่างกึ๋นและกระเพาะอาหาร

ทางเดินอาหารของตั๊กแตนเรียงตามลำดับต่อไปนี้

หอยทาก เป็นสัตว์ที่อยู่ในไฟลัมมอลลัสกา (Phylum Mollasca) มีทางเดินอาหารเป็นแบบช่องเปิด 2 ทาง (Two hole tube) หอยกาบมีทางเดินอาหารแบ่งออกเป็นส่วนๆ คือ ปาก หลอดอาหาร กระเพาะอาหาร ลำไส้เล็ก ไส้ตรงและทวารหนัก การกินอาหารของหอยกาบจะใช้เลเบียล พัลพ์ (Labial palp) ข้างละ 1 คู่ ของปากช่วยพัดโบกให้อาหารตกลงไปในปาก

ทางเดินอาหารของหอยทากเรียงตามลำดับต่อไปนี้

แบบฝึกห้ด
คำชี้แจง  ให้นักเรียนเขียนอธิบายเกี่ยวกับระบบย่อยอาหารของสัตว์

1. สรุปการกินอาหารของหนอนตัวกลม

2. สรุปการกินอาหารและการย่อยอาหารของไส้เดือนดิน

3. สรุปการกินอาหารและการย่อยอาหารของแมลง

4.  สรุปการกินอาหารและการย่อยอาหารของกุ้ง

5. สรุปการกินอาหารและการย่อยอาหารของหอยทาก

VIRUS

       ครูป้าไวยุ์

คำถาม

     1.  Virus  เป็นเซลล์หรือไม่ 

     2.  Virus  เป็นสิ่งมีชีวิตหรือไม่  เพราะอะไร

     3.  เซลล์มีลักษณะสำคัญอะไรบ้าง

     4.  จำแนกเซลล์ตามลักษณะของเซลล์ได้กี่ประเภท

คำตอบ 

     1. Virus  ไม่ใช่เป็นเซลล์  เพราะ เซลล์ต้องประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญ 4 ส่วน ดังนี้

            1) cell membrane

            2) cytosol

            3) ribosome

            4) DNA/RNA

     แต่ไวรัสมีเฉพาะ DNA/RNA  เท่านั้น เพื่อถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมและมี protein coat  เป็นโครงสร้างห่อหุ้มสารพันธุกรรม

     2. Virus  เป็นสิ่งมีชีวิต  เพราะ ลักษณะสำคัญของสิ่งมีชีวิต  ดังนี้

            1. มีกระบวนการเมแทบอลิซึม

            2. มีกระบวนการสืบพันธุ์และการเจริญเติบโต

            3. มีกระบวนการตอบสนอง

            4. มีกระบวนการควบคุมสมดุลของร่างกาย

            5. มีการจัดระบบ

     ซึ่งไวรัสไม่มีกระบวนการต่างๆ ในตัวเอง แต่ไวรัสสามารถควยคุมให้ผู้ถูกอาศัย (host) สร้างกระบวนการสืบพันธุ์ เพื่อให้ไวรัสเพิ่มจำนวนได้ ซึ่งเป็นเพียงประเด็นเดียวที่ไวรัสสามารถแสดงลักษณะของสิ่งมีชีวิตได้
     3. เซลล์ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 4 ส่วน ดังนี้

            1. cell membrane

            2. cytosol

            3. ribosome

            4. DNA/RNA

     สิ่งมีชีวิตที่มีครบทุกส่วนจัดเป็นเซลล์  แต่ถ้ามีเพียงบางส่วนไม่จัดเป็นเซลล์แต่เป็นสิ่งมีชีวิต

“เซลล์ทุกชนิดเป็นสิ่งมีชีวิต แต่สิ่งมีชีวิตทุกชนิดไม่ใช่เซลล์”

     4. จำแนกเซลล์ตามลักษณะของเซลล์ได้ 2 ประเภท ดังนี้

1. เซลล์โพรแคริโอต (prokaryotic cell : pro, ก่อน และ karyon นิวเคลียส)  เซลล์ที่สารพันธุกรรมกระจายอยู่ในไซโทซอล ไม่มีเยื่อหุ้ม และมีออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเยื่อหุ้มเพียงชนิดเดียวคือ ไรโบโซม พบใน แบคทีเรีย สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน และไมโคพลาสมา

2. เซลล์ยูแคริโอต (Eukaryotic cell : eu, จริง และ karyon, นิวเคลียส) เป็นเซลล์ที่สารพันธุกรรมอยู่ในนิวเคลียส และมีออร์แกเนลล์ทั้งมีและไม่มีเยื่อหุ้มอยู่ในไซโทซอล พบใน พืช สัตว์ สาหร่าย และโพรโทซัว

กลไลในการแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกายมนุษย์

 ครูไวยุ์

   ปอดเป็นอวัยวะที่ทำหน้าที่ในการหายใจ ปอดตั้งอยู่ภายในทรวงอกมีปริมาตรประมาณ 2 ใน 3 ของทรวงอก ปอดขวาจะสั้นกว่าปอดซ้าย เนื่องจากตับซึ่งอยู่ทางด้านล่างดันขึ้นมา ส่วนปอดซ้ายจะแคบกว่าปอดขวาเพราะว่ามีหัวใจแทรกอยู่ ปอดมีเยื่อหุ้มปอด (pleura) 2 ชั้น ชั้นนอกติดกับผนังช่องอก ส่วนชั้นในติดกับผนังของปอด ระหว่างเยื่อทั้งสองชั้นมีของเหลวเคลือบอยู่ การหุบและการขยายของปอดจะเป็นตัวกำหนดปริมาณของอากาศที่เข้าสู่ร่างกาย ซึ่งจะทำให้ร่างกายได้รับออกซิเจนถ่ายเทคาร์บอนไดออกไซด์ออกตามที่ร่างกายต้องการ

     การหายใจเข้า (inspiration) และการใจออก (expiration) รวมเรียกว่า การหายใจ (breathing) โดยมีกล้ามเนื้อกะบังลม กล้ามเนื้อยึดกระดูกซี่โครงซี่โครงด้านนอก และกล้ามเนื้อยึดกระดูกซี่โครงด้านในเป็นตัวกระทำการหายใจที่เกิดจากกล้ามเนื้อกระบังลมเรียกว่า การหายใจส่วนท้อง (abdominal breathing) ซึ่งมีความสำคัญประมาณ 75% และการหายใจซึ่งเกิดจากกระดูกซี่โครงและกล้ามเนื้อยึดซี่โครงด้านนอก เรียกว่า การหายใจส่วนอก (chest breathing) ซึ่งมีความสำคัญประมาณ 25% การหายใจส่วนท้องและการหายใจส่วนอกนี้จะทำงานร่วมกันทำให้เกิดการหายใจเข้าและหายใจออกอย่างสม่ำเสมอ

    เมื่อกล้ามเนื้อกระบังลมและกล้ามเนื้อยึดซี่โครงด้านนอกหดตัว จะทำให้ทรวงอกและปอดขยายตัวขึ้นปริมาตรภายในปอดเพิ่มขึ้น ดังนั้นความดันภายในปอดจึงลดลงและต่ำกว่าบรรยากาศภายนอก อากาศภายนอกจึงเคลื่อนตัวเข้าสู่ปอด จนทำให้ความดันภายนอกและภายในปอดเท่ากันแล้วอากาศก็จะไม่เข้าสู่ปอดอีก เรียกว่า การหายใจเข้า (inspiration) เมื่อกล้ามเนื้อกระบังลมและกล้ามเนื้อยึดซี่โครงด้านนอกคลายตัวลง ทำให้ปอดและทรวงอกมีขนาดเล็กลง ปริมาตรของอากาศในปอดจึงลดไปด้วย ทำให้ความดันภายในปอดสูงกว่าบรรยากาศภายนอก อากาศจึงเคลื่อนที่ออกจากปอดจนความดันในปอดลดลงเท่ากับความดันภายนอก อากาศก็จะหยุดการเคลื่อนที่ซึ่งเรียกว่า การหายใจออก (expiration) การหายใจเข้าและการหายใจออกนี้จะเกิดสลับกันอยู่เสมอในสภาพปกติผู้ใหญ่จะหายใจประมาณ 15 ครั้งต่อนาที ส่วนในเด็กจะมีอัตราการหายใจสูงกว่าผู้ใหญ่เล็กน้อย ในขณะที่ร่างกายเหนื่อยเนื่องจากทำงานหรือเล่นกีฬาอย่างหนักอัตราการหายใจจะสูงกว่านี้มาก

ภาพ 1 กลไกการหายใจเข้าและออก

(http://colinschouryoga.com/pranayama-breath-control/)

วีดิโอ 1 กลไกการหายใจเข้าและออก

ความจุของปอด

ปริมาตรอากาศที่หายใจเข้าปกติ แต่ละครั้งมีประมาณ 500 ลูกบาศก์เซนติเมตร ถ้าบังคับให้มีการหายใจเข้าเต็มที่มากที่สุด จะมีอากาศเข้าไปยังปอดเพิ่มมากขึ้นจนอาจถึง 6,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งเป็นระดับที่ปอดจะจุอากาศได้เต็มที่เช่นเดียวกับการบังคับการหายใจออกเต็มที่ อากาศจะออกจากปอดมากที่สุดเท่าที่ความสามารถของกล้ามเนื้อกะบังลมและกล้ามเนื้อซี่โครงจะทำได้ ซึ่งจะเห็นว่าเมื่อหายใจออกเต็มที่แล้วยังคงมีอากาศตกค้างในปอด ประมาณ 1,100 ลูกบาศก์เซนติเมตร 

ภาพ 2 เครื่อง spirometer วัดความจุของปอด

(https://accesshealth.com.au/triflow-incentive-breathing-spirometer)

ภาพ 3 ความจุของปอด

(http://medical-dictionary.thefreedictionary.com/spirometry)

การแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกาย
     การแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกายของคนเกิดขึ้น 2 แห่งคือที่ปอดและที่เนื้อเยื่อ

    1. ที่ปอดเป็นการแลกเปลี่ยนแก๊สระหว่างในถุงลมปอดกับเส้นเลือดฝอย โดยออกซิเจนจากถุงลมปอดจะแพร่เข้าสู่เส้นเลือดฝอยรอบ ๆ ถุงลมปอดและรวมตัวกับฮีโมโกลบิน (haemoglobin; Hb) ที่ผิวของเม็ดเลือดแดงกลายเป็นออกซีฮีโมโกลบิล (oxyhemoglobin; HbO2) ซึ่งมีสีแดงสด เลือดที่มีออกซีฮีโมโกลบินนี้จะถูกส่งเข้าสู่หัวใจและสูบฉีดไปยังเนื้อเยื่อต่าง ๆ ทั่วร่างกาย

   2. ที่เนื้อเยื่อออกซีฮีโมโกลบินจะสลายให้ออกซิเจนและฮีโมโกลบิน ออกซิเจนจะแพร่เข้าสู่เซลล์ทาให้เซลล์ของเนื้อเยื่อได้รับออกซิเจน 

     ในขณะที่เนื้อเยื่อรับออกซิเจนนั้น คาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นในเซลล์ก็จะแพร่เข้าเส้นเลือดคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่จะทำปฏิกิริยากับน้ำในเซลล์เม็ดเลือดแดงเกิดเป็นกรดคาร์บอนิก (H2CO3) ซึ่งแตกตัวต่อไปได้ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน (HCO3-) และไฮโดรเจนไอออน (H+) เมื่อเลือดที่มีไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนมากไหลเข้าสู่หัวใจจะถูกสูบฉีดต่อไปยังเส้นเลือดฝอยรอบ ๆ ถุงลมปอด ไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนและไฮโดรเจนไอออนจะรวมตัวกันเป็นกรดคาร์บอนิกแล้วจึงสลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในเซลล์เม็ดเลือดแดง เป็นผลให้ความหนาแน่นของคาร์บอนไดออกไซด์ในเส้นเลือดฝอยสูงกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลมปอด จึงเกิดการแพร่ของคาร์บอนไดออกไซด์จากเส้นเลือดฝอย เข้าสู่ถุงลมปอด

ภาพ 4 การแลกเปลี่ยนแก๊สออกซิเจน

(https://youtu.be/sU_8juD3YzQ)

ภาพ 5 การแลกเปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

(https://www.youtube.com/watch?v=AJpur6XUiq4)

วีดิโอ 2 Gaseous exchange

วีดิโอ 3 Exchange of gases in the lungs

ศูนย์ควบคุมการสูดลมหายใจ

     ศูนย์ควบคุมการหายใจ (the respiratory centers) อยู่ที่สมองส่วนเมดัลดาออบลองกาตา(medulla oblongata) โดยเป็นเซลล์ประสาทกระจายอยู่ทางด้านข้างทั้งสองข้าง ศูนย์นี้จะมีความไวต่อ ปริมาณของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์หรือไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน และไฮโดรเจนไอออน ซึ่งสารต่างๆ เหล่านี้จะกระตุ้นทาให้เกิดการหายใจเข้าเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นถ้าหากมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดเพิ่มขึ้น ก็จะทาให้เกิดการการกระตุ้นเพิ่มขึ้นด้วย

วีดิโอ 4  The Respiratory Center

ภาพ 6 ศูนย์ควบคุมการหายใจ

(http://www.sci.nu.ac.th/)