TOPICS

ระบบการแลกเปลยนกาซ

Gas exchange: breathing system (Respiratory system)

2. GAS EXCHANGE: BREATHING SYSTEM (RESPIRATORY SYSTEM)

Respiration or gas exchange (การหายใจ): การแลกเปลยนแกสกบสงแวดลอม โดยการน าO2เขาสรางกายและน าCO2 ออกนอกรางกาย

Cellular respiration (การหายใจระดบเซลล): กระบวนการสรางพลงงานในรปของ ATP จากกลโคสหรอสารอาหารอน

Partial pressure -Atmospheric pressure เปนแรงดนบรรยากาศทระดบน าทะเล ทสามารถดนใหปรอทในแทงแกวเคลอนทขนไปไดสง 760 มม.

-Partial pressure เปนการค านวณคาแรงดนบรรยากาศของแกสแตละชนดจาก atmospheric pressure เชน O2 มปรมาณเทากบ 21% ของอากาศทงหมด จงมคา partial pressure (PO2) = 0.21X760 = 160 mmHg

-ยงสงจากระดบน าทะเลมาก PO2 ยงต า

อวยวะแลกเปลยนแกส (respiratory organ)

บรเวณแลกเปลยนแกส(respiratory surface)ตอง 1)มผนงทบางและมเนอทมาก 2)มความชนอยตลอดเวลา

จ าแนกอวยวะแลกเปลยนแกสเปน 4 ชนด คอ 1. เยอเซลล (wet body surface of small organism) :พบในสงมชวตเซลลเดยวเชน โปรโตซว หรอสงมชวตหลายเซลล เชน ฟองน า cnidarians หนอนตวแบน

2. เหงอก (gill) :พบในสตวน า เชน ดาวทะเล หนอนทะเล หอย กง ปลา

3. ทอลม (tracheae) :เชน ในแมลง

4. ปอด (lung) :พบในสตวบก เชน แมงมม หอยทากบก และสตวมกระดกสนหลง

1. เยอเซลล (wet body surface of small organism)

-ในพวก prokaryotes, fungi, sponges และ หนอนตวแบนขนาดเลก สามารถแลกเปลยน แกสกบสงแวดลอมไดโดยตรงโดยการแพร (diffusion)

-อตราเรวในการแพรของแกสระหวาง respiratory surface และสงแวดลอมจะแปรผน ตาม surface area แตแปรผกผนกบระยะทาง ยกก าลงสอง

-ดงนน respiratory surface จะบางและกวาง

2. เหงอก (gill) Respiratory medium เปนน า ขอด: ท าใหไมตองระวงเกยวกบ การรกษาความชนให respiratory surface ขอเสย: ปรมาณ O2ในน าต ากวา ในอากาศ โดยเฉพาะอยาง ยงในสภาวะทน าเคมและอน

ดงนนเหงอกจงตองมวธการดงเอา O2 ออกมาจากน าใหได มากทสด เชน ใหน าผานเหงอกตลอดเวลา, จดเรยงเสนเลอดฝอยใหเลอดไหล สวนทางกบกระแสน า

เหงอกปลา (fish gill) -น าไหลผานเหงอกโดย ผานเขาทางปาก ชองในคอหอย เหงอก และออกนอกตวปลา

-เนองจากน ามปรมาณ O2 ต า เพอใหสามารถดงเอา O2 ออกมาจากน าไดมาก เหงอกจงมการจดเรยงเสนเลอดฝอยใหมทศทางการไหลของเลอดสวนทางกบ กระแสน า เรยก countercurrent exchange

countercurrent exchange

-countercurrent exchange เปนวธการขนสง O2

จากน าสกระแสเลอดอยางมประสทธภาพ

-ขณะทเลอดเคลอนผานเหงอก ปรมาณ O2ในกระแสเลอดเพมขน แตปรมาณ O2ในน าจะสงกวาเสมอ ตาม diffusion gradient O2จะแพรเขาสกระแสเลอด

Respiratory medium เปนอากาศ

ขอด: 1. อากาศมปรมาณ O2 สงกวาในน า (อากาศ = 21% น า = 0.004%) 2. การแพรของ O2 และ CO2 ในอากาศเกดไดเรวกวาในน า และใชพลงงาน นอยกวา

ขอเสย: 1. เนองจาก respiratory surface ทมเนอทมากและชน จงมกจะสญเสย น าโดยการระเหยไดงาย

ดงนนสตวบกจงตองพฒนาให respiratory surface มการพบไปมาอยภาย ในรางกายและเปดออกสบรรยากาศภายนอกทางทอเลก ๆ เทานน

การแลกเปลยนแกสในสตวบก

3. ทอลม (tracheae)

-tracheae มการแตกแขนงเปนทอเลก ๆ เรยก tracheoles ไปสมผสกบเซลลกลามเนอโดยตรง

-แมลงขนาดใหญหรอบนได ทตองการ O2ปรมาณมาก การหด-คลายตวของกลามเนอขณะเคลอนไหวจะชวยในการขนสง O2

4. ปอด (lung)

การเดนทางของอากาศจากจมกสปอด

ในปอดทง 2 ขางม alveoli 300 ลานอน พนททงหมดของ alveoli = 100 ตรม. (1/2 ของสนามเทนนส)

พบในแมงมม, หอยบก และสตวมกระดกสนหลง

-ปรมาตรของอากาศทคนเราหายใจเขา-ออกในแตละครงมปรมาตร 500 มล. เรยกวา tidal volume -ปรมาตรของอากาศในปอดทหายใจเขา-ออกมากทสด(maximum tidal volume) เรยกวา vital capacity; 3.4 ลตร ในผหญง และ 4.8 ลตรในผชาย

-ปรมาตรของอากาศทเหลออยในปอดหลงหายใจออกมากทสดเรยก residual volume

-ปอดจะมถงหม 2 ชน ชนในยดตดกบปอดชนนอกยดตดกบผนงทรวงอก -ชองวางระหวางถงทง 2 ชนมของเหลวบรรจอย (surfactant)

TOPICS 1. Obtaining and digesting of food (1.5 ชม.) (Digestive system) 2. Gas exchange: breathing system (1.5 ชม.) (Respiratory system) 3. Internal transport (2 ชม.) (Circulatory system) 4. Immune system (1.5 ชม.) 5. The control of internal environment (1 ชม.) 6. Chemical control (1.5 ชม.) (Endocrine system) 7. Nervous system and the sense (2 ชม.) 8. Animal locomotion (1 ชม.)

-เปนแบบ negative pressure breathing ซงเปนการดดอากาศเขาไปในปอด

-การหดตวของกลามเนอซโครงท าให ชองอกขยาย การหดของdiaphragm ท าใหมลกษณะคลายลกสบ -air pressureในalveoli ต ากวาภายนอก -อากาศจากภายนอกถกดงเขาปอด

การหายใจโดยใชปอดในคน

การหายใจโดยใชปอดในกบ

-เปนแบบpositive pressure breathing

-ในการหายใจเขา กบจะดงอากาศ เขามาทางรจมก (nostril) จากนนจะ ปดรจมกและปาก และกลนอากาศ เขาไปในหลอดลม

-ในการหายใจออก มการหดตวของ ปอดและกลามเนอรางกายเพอดน อากาศออก

การหายใจโดยใชปอดในนก

-นกยงมถงลม (air sac) 8-9 ถง ทท าหนาทคลายลกสบในการผลกอากาศเขาสปอด

-อากาศจะเคลอนผานปอดในในทางเดยวไมวาจะเปนการหายใจเขาหรอออก

-การแลกเปลยนแกสจะเกดในทอปลายเปดเลก ๆ เรยก parabronchi

-ทศทางการไหลของอากาศกบการไหลของเลอดเปนแบบ modified countercurrent จงท าใหการแลกเปลยนแกสในนกมประสทธภาพสง

Respiratory pigment 1.Hemoglobin พบทเมดเลอดแดง

2.Myoglobin พบทกลามเนอ

-เนองจาก O2 ละลายในน า(plasma)ไดนอย จงตองม respiratory pigment ชวยขนยาย O2

-การจบของ Hb กบO2เปนแบบ reversible โดยจบกบ O2

เมอ PO2สง(ทปอด) และปลอย O2เมอ PO2ต า(ทcapillary) -O2 จบกบ heme ของ Hb

-Mb ม affinity ในการจบกบ O2สงกวาHb, O2 จงเคลอน จาก Hb(ในเลอด) ส Mb(กลามเนอ)

-โครงสรางของmyoglobin(Mb) จะคลายกบ globin ของ Hb กลามเนอทม Mb มาก จงมสแดง

-เมอสตวมกจกรรมมาก O2จากเลอดไมพอไปเลยงกลาม เนอ PO2 ต ากวา 20 mmHg Mb จะปลอย O2

Oxygen dissociation curve

dissociation = HbO2 Hb + O2

-Oxygen dissociation curve เปน S-shape: ยง PO2 ต า ยงปลอย O2

ไดมาก(หรอจบกบO2)ลดลง

-fetal Hb ม affinity ตอ O2 สงกวา maternal Hb: กราฟเลอนไปทางซาย

Oxygen dissociation curve

dissociation = HbO2 Hb + O2

-Oxygen dissociation curve เปน S-shape: ยง PO2 ต า ยงปลอย O2

ไดมาก(หรอจบกบO2)ลดลง

-fetal Hb ม affinity ตอ O2 สงกวา maternal Hb: กราฟเลอนไปทางซาย

PO2 ลดลง 60 ปลอย O2 30

PO2 ลดลง 30 ปลอย O2 55

ปจจยทมผลตอการจบ (affinity) ของ Hb กบ O2 1. คาความเปนกรด-ดางของเลอด (blood pH) 2. อณหภมของเลอด

(blood temperature)

3. คารบอนมอนอกไซด (carbon monoxide)

Bohr effect กราฟเลอนไปทางขวา CO2 มาก, เลอดเปนกรดมาก -อณหภมสง O2 affinity ลดลง

-CO ม affinity ตอ heme มากกวา O2 Hb ทจบกบ CO และ O2จะไมปลอย O2

การขนสง CO2 ออกนอกรางกาย (carbon dioxide transport)

CO2 เขาสเซลล O2 ออกจากเซลล

O2 เขาสเซลล CO2 ออกจากเซลล

การควบคมการหายใจ (control of breathing)

การปรบตวของสตวตอสภาวะทม O2 ต า (oxygen-poor environment)