परिसंचरण और श्वसन

पशु ऑक्सीजन कैसे प्राप्त करते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड का निपटान कैसे करते हैं, और कैसे पंप तथा वाहिकाएँ इन और अन्य पदार्थों को शरीर में वितरित करती हैं ताकि चयापचय संबंधी आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके।

Definition

इस शारीरिक अर्थ में श्वसन एक जानवर और उसके पर्यावरण के बीच ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का आदान-प्रदान और ऊतकों तक उनका परिवहन है; परिसंचरण एक पंप और वाहिका प्रणाली द्वारा रक्त या हीमोलिम्फ की थोक गति है जो पूरे शरीर में गैसों, पोषक तत्वों, अपशिष्टों, हार्मोन और गर्मी को वितरित करती है।

Scope

यह क्षेत्र गैस विनिमय और आंतरिक परिवहन के तुलनात्मक शरीर विज्ञान को शामिल करता है: श्वसन सतहें जैसे गलफड़े, फेफड़े और श्वासनली; श्वसन वर्णकों द्वारा ऑक्सीजन का बंधन और वहन; हृदय और परिसंचरण प्रणालियों की संरचना और कार्य; और श्वास तथा रक्त गैसों का विनियमन जिसमें अम्ल-क्षार संतुलन शामिल है। यह विसरण और संवहन के भौतिक सिद्धांतों और जलीय, वायवीय तथा स्थलीय जीवन में जानवरों द्वारा विकसित समाधानों की विविधता को समाहित करता है। कवरेज नैदानिक ​​के बजाय तुलनात्मक और यांत्रिक है।

Sub-topics

• परिसंचरण तंत्र और हृदय
• गैस विनिमय और श्वसन अंग
• ऑक्सीजन परिवहन और श्वसन वर्णक
• श्वसन गैस विनियमन और अम्ल-क्षार संतुलन

Core questions

• श्वसन सतहें पानी और हवा जैसे विभिन्न माध्यमों में गैस विनिमय को कैसे अधिकतम करती हैं?
• श्वसन वर्णक ऑक्सीजन को वहाँ कैसे लोड करते हैं जहाँ यह प्रचुर मात्रा में होता है और इसे वहाँ छोड़ते हैं जहाँ इसकी आवश्यकता होती है?
• विभिन्न आकार और जीवन शैली वाले जानवरों में रक्त को कुशलता से स्थानांतरित करने के लिए परिसंचरण प्रणालियों और हृदयों को कैसे व्यवस्थित किया जाता है?
• जानवर अपनी रक्त गैसों को कैसे महसूस करते और विनियमित करते हैं और अम्ल-क्षार संतुलन कैसे बनाए रखते हैं?

Key theories

सहकारी ऑक्सीजन बंधन और सिग्मॉइड पृथक्करण वक्र

हीमोग्लोबिन जैसे श्वसन वर्णक ऑक्सीजन को सहयोगात्मक रूप से बांधते हैं, जिससे एक सिग्मॉइड पृथक्करण वक्र बनता है जो श्वसन सतह पर कुशल लोडिंग और सक्रिय ऊतकों में अनलोडिंग को बढ़ावा देता है, जिसमें वक्र की स्थिति कार्बन डाइऑक्साइड, पीएच और तापमान से बदल जाती है।

गैस परिवहन का संवहन-विसरण डिजाइन

प्रभावी गैस विनिमय एक पतली श्वसन सतह पर माध्यम और रक्त के संवहन वितरण को उसके पार विसरण के साथ जोड़ता है, और गलफड़ों में प्रतिधारा प्रवाह जैसी व्यवस्थाएं विसरण को चलाने वाली प्रवणताओं को अधिकतम करती हैं।

Mechanisms

गैस विनिमय पतली, बड़े क्षेत्र वाली श्वसन सतहों पर विसरण पर निर्भर करता है, जिन्हें बाहरी माध्यम के वेंटिलेशन और रक्त के परफ्यूजन द्वारा आपूर्ति की जाती है। गलफड़े पानी और रक्त के प्रतिधारा प्रवाह का उपयोग विसरण प्रवणता को उच्च रखने के लिए करते हैं; फेफड़े ज्वारीय या, पक्षियों में, एकदिशीय प्रवाह का उपयोग करते हैं; कीड़े श्वासनली के माध्यम से सीधे ऊतकों तक ऑक्सीजन पहुंचाते हैं। ऑक्सीजन मुख्य रूप से श्वसन वर्णकों से बंधी हुई वहन की जाती है, जिनके सहकारी बंधन और CO2, pH और तापमान के प्रति संवेदनशीलता लोडिंग और अनलोडिंग को समायोजित करती है। हृदय खुले या बंद परिसंचरण प्रणालियों के माध्यम से रक्त को चलाने के लिए दबाव उत्पन्न करते हैं, और संवहनी प्रतिरोध तथा धारिता प्रवाह को वितरित करते हैं। श्वास और परिसंचरण को कीमोरिसेप्टर्स द्वारा विनियमित किया जाता है जो O2, CO2 और pH की निगरानी करते हैं, वेंटिलेशन और कार्डियक आउटपुट को समायोजित करते हैं, जबकि बफरिंग और आयन विनिमय अम्ल-क्षार संतुलन बनाए रखते हैं।

Clinical relevance

गोताखोर स्तनधारियों, उच्च ऊंचाई वाली प्रजातियों और वायु-श्वास लेने वाली मछलियों पर तुलनात्मक कार्य मानव कार्डियोरेस्पिरेटरी प्रदर्शन की सीमाओं को प्रकाशित करता है और हाइपोक्सिया, व्यायाम तथा श्वसन और हृदय संबंधी कार्य पर शोध को सूचित करता है। यह प्रविष्टि शैक्षिक है और चिकित्सा मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

History

केशिका कार्य और गैस विनिमय पर अगस्त क्रोग के अध्ययन और ऑक्सीजन बंधन पर कार्बन डाइऑक्साइड के प्रभाव की क्रिश्चियन बोहर की खोज ने श्वसन शरीर विज्ञान की नींव स्थापित की। श्मिट-नीलसन और अन्य ने इस क्षेत्र को रेगिस्तानी, गोताखोर और उच्च ऊंचाई वाले जानवरों के उल्लेखनीय अनुकूलन तक विस्तारित किया, परिसंचरण और श्वसन को भौतिक बाधाओं के तहत डिजाइन की समस्याओं के रूप में प्रस्तुत किया।

Key figures

• August Krogh
• Knut Schmidt-Nielsen
• Christian Bohr
• John B. West

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• westsd2012

Frequently asked questions

मछली के गलफड़ों में प्रतिधारा प्रवाह क्यों महत्वपूर्ण है?

पानी और रक्त को विपरीत दिशाओं में चलाने से पूरे गलफड़े की सतह पर ऑक्सीजन प्रवणता बनी रहती है, जिससे रक्त बहुत अधिक ऑक्सीजन ग्रहण कर सकता है यदि दोनों एक साथ प्रवाहित होते।

ऑक्सीजन पृथक्करण वक्र को S-आकार का क्या बनाता है?

हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन को सहयोगात्मक रूप से बांधता है, इसलिए एक ऑक्सीजन को बांधने से अगला आसान हो जाता है; यह एक सिग्मॉइड वक्र उत्पन्न करता है जो फेफड़ों या गलफड़ों में पूर्ण लोडिंग और सक्रिय ऊतकों में तैयार अनलोडिंग का पक्षधर होता है।