શ્વસન વિજ્ઞાન

 

ઉંચા પર્વતો ઉપર જઇએ તો શ્વાસ લેવામાં તકલીફ શું કામ પડે છે? ઉંચાઇનો શ્વસન સાથે શું સબંધ છે? શ્વસન પાછળ કયાં સિદ્ધાંતો કાર્ય કરે છે? ચાલો સમજીએ......

-

આપણે જાણીએ છીએ કે જેમજેમ આપણે ઉંચાઇ ઉપર જઇએ તેમતેમ atmospheric pressure(વાતાવરણનું દબાણ) ઓછું થતું જાય છે. પણ કેમ? કેમકે સમુદ્ર સપાટીએ હવાના અણુઓની ગીચતા સૌથી વધુ હોય છે. જેમજેમ આપણે ઉંચાઇ ઉપર જતાં જઇએ તેમતેમ હવાના અણુઓની સંખ્યા ઘટતી જાય છે. જેનો મતલબ છે પ્રેશર(દબાણ) ઓછું થતું જશે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). ઓકે ઠીક છે, પરંતુ atmospheric pressure ના ઓછા થવા અને શ્વાસ લેવાને શું મતલબ? આ માટે સૌપ્રથમ આપણે આપણી શ્વસન પ્રક્રિયા સમજવી પડશે.

-

શરીરમાં બે ફેફસા હોય છે. ડાબુ ફેફસુ અને જમણું ફેફસુ બંન્ને એક જેવા નથી હોતાં તેમના આકાર અલગ-અલગ હોય છે. આ ફેફસાઓની નીચે એક Diaphragm હોય છે(જુઓ મુખ્ય ઇમેજ). ડાયફ્રામ જ્યારે ઉપર તરફ સરકે ત્યારે ફેફસા સંકોચાય(squeeze થાય) અને હવા બહાર ફેંકાય છે તેમજ જ્યારે નીચે તરફ આવે ત્યારે ફેફસા ફુલે છે અને હવા અંદર દાખલ થાય છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ-1). અહીં Boyle's Law કાર્ય કરે છે જે કહે છે કે ગેસનું પ્રેશર તેના volume(જથ્થા) ના વ્યસ્તપ્રમાણમાં હોય છે. મતલબ અગર પ્રેશર ઘટે તો વોલ્યુમ વધે અને જો વોલ્યુમ વધે તો પ્રેશર ઘટે. એવું કેમ? કેમકે ક્ષેત્રફળ વધવાથી ગેસ/હવાના અણુઓ એકબીજાથી દૂર જવા માડે અને પ્રેશર ઘટે તેમજ ક્ષેત્રફળ ઘટવાથી તેઓ પાસે આવવા માંડે અને પ્રેશર વધે(જુઓ નીચેની ઇમેજ-2). પ્રેશરનો એક નિયમ છે કે તે હંમેશા high થી low તરફ વહે છે. ટૂંકમાં જ્યારે આપણે શ્વાસ લઇએ ત્યારે ફેફસા ફુલે છે અને તેમની અંદરનું પ્રેશર ઘટે છે. સામે છેડે વાતાવરણનું પ્રેશર વધુ હોય છે, માટે હવા ઉચ્ચ પ્રેશરથી નીચા પ્રેશર તરફ ગતિ કરે છે એટલેકે શરીરની અંદર જાય છે. એજ પ્રમાણે જ્યારે ફેફસા સંકોચાય ત્યારે તેમની અંદરનું પ્રેશર વધે માટે હવા અંદરથી બહાર જાય છે.

-

અહીં બીજો નિયમ Diffusion concentration(ફેલાવાની તીવ્રતા) પણ કાર્ય કરે છે. જેને તમે એક સ્પ્રે સાથે સરખાવી શકો. જ્યારે તમે સ્પ્રે કરો ત્યારે સ્પ્રે વછૂટવાના સ્થાને એટલેકે બોટલ પાસે ઘણી તીવ્રતા હોય છે પરંતુ થોડા સમય પછી એટલી તીવ્રતા તે સ્થાને નથી રહેતી બલ્કે રૂમમાં ફેલાય ચૂકી હોય છે. બિલકુલ આજ સિદ્ધાંત આપણી શ્વસન પ્રક્રિયાને પણ લાગુ પડે છે. કેવીરીતે? જ્યારે આપણે શ્વાસ લઇએ છીએ ત્યારે હવા આપણાં ફેફસાઓ દ્વારા રક્તવાહિનીઓમાં પ્રસરે છે આ નાની-નાની રક્ત વાહિકાઓના જથ્થાને Alveoli કહે છે(જુઓ નીચેની ઇમેજ). આ Alveoli હવાઓથી ભરેલી હોય છે અને તેમની મધ્યેથી blood vessels(રક્તવાહિનીઓ) પસાર થઇ રહી હોય છે. શરીરમાંથી આવેલ લોહીમાં co2 એટલેકે કાર્બનડાયોક્સાઇડ વધુ હોય છે જ્યારે શ્વાસમાં લીધેલ હવામાં ઓક્સિજન વધુ હોય છે. માટે અહીં Diffusion ની પ્રક્રિયા થાય છે.

-

મતલબ ઓક્સિજન રક્તવાહિનીઓમાં ટ્રાન્સફર થઇ જાય છે અને co2 શરીરમાંથી આવેલ રક્તવાહિનીઓમાંથી ફેફસામાં ટ્રાન્સફર થઇ જાય છે. અહીં અન્ય એક નિયમ Solubility(દ્રાવ્યતા) પણ મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. ઉદાહરણ તરીકે ધારોકે પાણીમાં કોઇ ટેબ્લેટ નાંખો તો થોડી વારમાં તે પીગળી પાણીમાં ભળી જશે એનો મતલબ છે કે તે સોલ્યુબલ છે, પરંતું અગર ઓઇલ નાંખો તો? શું તે પાણી સાથે ભળી જશે? ના...નહીં ભળે કેમકે તે પાણીમાં સોલ્યુબલ નથી. બિલકુલ એજ પ્રમાણે નાઇટ્રોજન જે આપણાં શ્વાસનો 80% જેટલો હિસ્સો છે તે લોહીમાં dissolve(ભળતું) નથી થાતું.

-

હવે જુઓ નીચેની ઇમેજ ને. જે તમને શ્વસન પ્રક્રિયાની સંપૂર્ણ ફિઝિક્સ સમજાવશે. કઇરીતે ઓક્સિજન અને co2 નું પ્રેશર શરીરના વિવિધ ભાગોમાંથી પસાર થઇ શ્વસન અને ઉચ્છવાસ વચ્ચે સમતુલા જાળવે છે.