กระบวนการหายใจว่ายน้ำ ( Respiratory Process )
ประกอบด้วย
- การหายใจภายนอก (external respiration) เป็นการทำงานของปอด โดยมีการแลกเปลี่ยนก๊าซ ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างเลือดที่ไหลเวียนในปอดกับอากาศที่หายใจเข้าไป
- การขนส่งก๊าซ (transport mechanism) เป็นการขนส่งก๊าซออกซิเจนจากปอดไปยังเซลล์และ เนื้อเยื่อ และการขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเซลล์และเนื้อเยื่อไปขับถ่ายออกทางปอด โดยอาศัย การไหลเวียนเลือด
- การหายใจภายใน (internal respiration) เป็นการแลกเปลี่ยนก๊าซ ที่เกิดขึ้นที่เซลล์และเนื้อเยื่อ การแลกเปลี่ยนก๊าซในสัตว์ชั้นต่ำจะไม่ยุ่งยาก เป็นเพียงการ diffusion ของ O2 ระหว่างผนังเซลล์ กับน้ำ แต่ในสัตว์ชั้นสูงเช่นมนุษย์เรา ขึ้นมาก็จะมี air tube เพื่อใช้แลกเปลี่ยนก๊าซ เช่น ปลาจะใช้เหงือก คนจะใช้ปอด เป็น ต้น ซึ่งการแลกเปลี่ยนก๊าซในสัตว์ชั้นสูงต้องอาศัยการทำงานของระบบไหลเวียนเลือด และระบบการ หายใจ
การหายใจเข้าและออกจากปอด เกิดได้เนื่องจากมีความแตกต่างระหว่างความดันบรรยากาศและ ความดันในถุงลม โดยเวลาหายใจเข้า ทรวงอกขยายตัวทำให้เนื้อเยื่อปอดขยายตัวตาม ความดันในปอด (ถุงลม) จะลดต่ำลง ตามกฏของบอยล์ (P µ 1/V นั่นคือ ผลคูณของความดันและปริมาตรย่อมมีค่าคงที่ ) ทำให้อากาศเข้าสู่ปอดได้จนกระทั่งความดันภายในปอดเพิ่มขึ้นเท่ากับความดันบรรยากาศ อากาศจึง หยุดไหลเข้าปอดซึ่งเป็นการสิ้นสุดการหายใจเข้า ส่วนเวลาหายใจออกทรวงอกและเนื้อเยื่อปอดซึ่งมี ความยืดหยุ่นก็จะหดตัวกลับคืนสู่ปริมาตรเดิม ทำาให้ความดันภายในปอดเพิ่มขึ้นมากกว่าความดัน บรรยากาศ อากาศจึงไหลออกจากปอดสู่บรรยากาศภายนอก
การหายใจเข้าหรือออกในครั้งหนึ่งๆ ร่างกายจะได้รับอากาศเข้าหรือออกจากปอดเป็นส่วนๆ ตาม ความหมายของปริมาตรและความจุของปอดดังนี้ได้ โดยใช้ครื่องมือ spirometer ปริมาตรของปอดแบ่งเป็น 4 ส่วน คือ
- Tidal volume (TV หรือ VT ) คือ ปริมาตรของอากาศหายใจเข้าหรือออกในครั้งหนึ่งๆ ใน ผู้ใหญ่จะมีค่าปกติประมาณ 500 มิลลิลิตร
- Inspiratory reserve volume (IRV) คือ ปริมาตรของอากาศที่สามารถหายใจเข้าเพิ่มได้อีก จนเต็มที่ต่อจากการหายใจเข้าตามปกติ มีค่าประมาณ 3,300 มิลลิลิตร
- Expiratory reserve volume (ERV) คือปริมาตรของอากาศที่สามารถหายใจออกได้อีกจน เต็มที่ต่อจากการหายใจออกตามปกติ มีค่าประมาณ 1,000 มิลลิลิตร
- Residual volume (RV) คือ ปริมาตรของอากาศที่ยังค งเหลือค้างอยู่ในปอด หลังจากการ หายใจออกอย่างแรงเต็มที่ มีค่าประมาณ 1,200 มิลลิลิตร
ลักษณะหรือรูปแบบของการหายใจ (Pattern of Breathing)
- Eupnea คือการหายใจปกติ หรือเรียกว่า quiet breathing เป็นการหายใจตามปกติ ที่มีวงจร การหายใจเข้าและการหายใจออกติดต่อกันอยู่ ตลอดเวลาโดยไม่มีระยะพัก ระยะเวลาของการหายใจออก จะนานเป็น 1.2 เท่า ของระยะเวลาการหายใจเข้า
- Tachypnea คือการหายใจเร็ว เป็นการหายใจที่มีอัตราการหายใจเพิ่มขึ้นตามปกติ
- Hyperpnea คือการหายใจที่แรงกว่าปกติ หรือทั้งแรงและเร็วกว่าปกติ
- Dyspnea คือการหายใจลำบากเป็นการหายใจที่ต้องใช้ความพยายามฝืนอย่างมาก
- Orthopnea คือการหายใจลำบากในท่านอนราบ
- Apnea คือการหายใจที่หยุดค้างในท่าหายใจออก
- Apneusis คือการหายใจที่หยุดค้างในท่าหายใจเข้า
- Apneustic Breathing คือการหายใจที่หยุดค้างในท่าหายใจเข้า สลับการหายใจออกเป็นระยะๆ
- Gasping คือการที่มีการหายใจเข้าอย่างแรงในระยะสั้นแล้วหายไป อาจเป็นจังหวะ หรือไม่ สม่่าเสมอ
กระบวนการควบคุมการหายใจ
การหายใจเบื้องต้นมีศูนย์กลางการควบคุมอยู่ในเมดัลลาและพอนส์ (รูปที่ 1) โดยศูนย์ควบคุมการหายใจแยกเป็น 2 ศูนย์ คือศูนย์หายใจเข้าและศูนย์หายใจออก ศูนย์หายใจเข้าจะสั่งงานให้กล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับการหายใจหดตัวผ่านทางเส้นประสาทฟรีนิก (phrenic nerve) และเส้นประสาทอินเตอร์คอสตอล (intercostal nerve) เส้นประสาทฟรีนิกสั่งงานให้กะบังลมทำงาน เส้นประสาทอินเตอร์คอสตอลสั่งงานให้กล้ามเนื้อเอกซ์เทอร์นอล อินเตอร์คอสตอลทำงาน สำหรับศูนย์หายใจออกจะสั่งงานเพื่อยับยั้งศูนย์หายใจเข้า ทำให้กะบังลมและกล้ามเนื้อเอกซ์เทอร์นอล อินเตอร์คอสตอลหยุดทำงาน กลับสภาวะคลายตัว และกล้ามเนื้ออินเทอร์นอล อินเตอร์คอสตอลกับกล้ามเนื้อท้องบางส่วนทำงาน ทำให้อากาศถูกขับออกจากปอด นอกจากนี้ศูนย์ควบคุมการหายใจในเมดัลลายังมีใยประสาทติดต่อกับสมองส่วนซีรีบรัม ทำให้การหายใจสามารถบังคับได้ด้วยความรู้สึกนึกคิด แต่มีขีดจำกัดเนื่องจากการหายใจเป็นรีเฟล็กซ์ ศูนย์ที่ควบคุมการหายใจทั้งหมดมีดังนี้
- ศูนย์ในเมดัลลา มีทั้งศูนย์หายใจเข้า และศูนย์หายใจออก เป็นศูนย์ที่ควบคุมจังหวะของการหายใจ (respiratory rhythmicity of respiration) ทั้งสองศูนย์แบ่งการทำงานออกเป็นสองกลุ่ม ได้แก่ กลุ่มหายใจดอร์ซอล หรือ ดีอาร์จี (dorsal respiratory group; DRG) และกลุ่มหายใจเวนทรอลหรือวีอาร์จี (ventral respiratory group;VRG)
1.ดีอาร์จีมีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการหายใจทั้งการหายใจเงียบและการหายใจที่มีการบังคับ ส่วนวีอาร์จีจะทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับการหายใจที่มีการบังคับเท่านั้น การทำงานของศูนย์หายใจออก และหายใจเข้าจะมีปฏิกิริยาระหว่างกัน ทั้งดีอาร์จีและวีอาร์จีมีรูปแบบแตกต่างกันของการหายใจเงียบและการหายใจที่มีการบังคับ โดยในช่วงของการหายใจเงียบดีอาร์จี
จะมีการทำงานในช่วงเวลา 2 วินาที ทำให้มีการกระตุ้นกล้ามเนื้อของการหายใจเข้าให้ทำงาน ทำให้ในช่วงเวลาดังกล่าวเกิดการหายใจเข้า หลังจากนั้นดีอาร์จีจะหยุดการทำงานเป็นเวลา 3 วินาที ช่วงเวลานี้กล้ามเนื้อของการหายใจเข้าคลายตัวกลับสภาวะปรกติทำให้เกิดการหายใจออก (รูปที่ 2 A) สำหรับการหายใจที่มีการบังคับนั้น เกิดโดยการเพิ่มการทำงานของดีอาร์จี และมีการกระตุ้นใยประสาทของวีอาร์จีให้ไปมีผลกระตุ้นกล้ามเนื้อที่ทำงานร่วมของการหายใจเข้า (inspiration accessory muscle) และหลังจากการหายใจเข้าแต่ละครั้งแล้ว จะเกิดการหายใจออกที่มีการทำงานของกล้ามเนื้อร่วมของการหายใจออก (กล้ามเนื้อท้อง) ตามมา (รูปที่ 2 B)
- ศูนย์ในส่วนพอนส์ ในพอนส์แยกศูนย์ควบคุมการหายใจ 2 ศูนย์ ได้แก่
2.1 ศูนย์แอพนิวส์ติก (apneustic center หรือ pace maker) อยู่ในสมองส่วนพอนส์ตอนล่างเป็นตัวส่งกระแสไปยังศูนย์หายใจเข้า ศูนย์หายใจเข้าจะส่งกระแสไปยังกล้ามเนื้อทำให้หดตัว และเกิดการหายใจเข้า เมื่ออากาศถูกบรรจุเข้าถุงลมภายในปอด กระแสนี้จะถูกตัด ทำให้หยุดการหายใจเข้า
2.2 ศูนย์นิวโมแทกสิก (pneumotaxic center) อยู่ในสมองส่วนพอนส์ ศูนย์นี้ถูกกระตุ้นตาม หลังการกระตุ้นศูนย์หายใจเข้าเพื่อส่งกระแสไปกระตุ้นศูนย์หายใจออก
มีผลให้ไปยับยั้งศูนย์แอพนิวส์ติก ดังนั้นเมื่อการหายใจเข้าสิ้นสุดจะมีการหายใจออกตามมา เมื่อการหายใจออกสิ้นสุดแล้ว จะมีผลยับยั้งศูนย์นี้ตามมา ทำให้เกิดการหายใจเข้าครั้งใหม่ตามมาอีกในรอบใหม่ทั้งสองศูนย์นี้เกี่ยวข้องกับความถี่และความลึกของการหายใจ ถ้าศูนย์นิวโมแทกสิกมีการส่งกระแสหรือเพิ่มคลื่นประสาทมาก จะทำให้การหายใจถี่และตื้น ถ้าศูนย์นิวโมแทกสิกลดการส่งกระแสหรือลดคลื่นประสาทลง จะทำให้การหายใจช้าและลึก อย่างไรก็ตามความถี่หรือความลึกของการหายใจจะถูกกำหนดโดยอำนาจจิตใจส่วนหนึ่งด้วยดังกล่าวแล้วข้างต้น
2.3 เฮอริง บรูเออร์ รีเฟล็กซ์ (Hering Breuer reflex) วิธีนี้อาศัยรีเซพเตอร์ที่รับรู้การเหยียด (stretch receptor) ในปอด เมื่อปอดถูกเหยียดออก เนื่องจากการหายใจเข้า
รีเซพเตอร์จะส่งกระแสตามประสาทเวกัสไปยังศูนย์หายใจออก ศูนย์หายใจออกจะทำงาน อากาศจะถูกขับออกจากปอด เมื่อปอดแฟบลง รีเซพเตอร์นี้ไม่ถูกกระตุ้น ทำให้ศูนย์หายใจออกทำงานไม่ได้ จะมีการหายใจเข้าครั้งใหม่ วิธีการนี้ป้องกันการเสียหายของปอด เนื่องจากการขยายตัวของปอดมากเกินไป
จากกระบวนการข้างต้นสรุปได้ว่า การควบคุมกระบวนการหายใจโดยศูนย์ควบคุมการหายใจแยกเป็น 2 วิธีการ ได้แก่ การควบคุมการหายใจโดยระบบประสาท และการควบคุมการหายใจโดยสารเคมีในร่างกาย
2.1 เคโมรีเซพเตอร์ส่วนกลาง (central chemoreceptors) อยู่ในสมองส่วนเมดัลลา จะรับรู้เกี่ยวกับความเป็นกรด-ด่าง รวมทั้งปริมาณของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำหล่อเลี้ยงสมองและไขสันหลังในเวนตริเคิลที่ 4 เคโมรีเซพเตอร์ส่วนกลางจะมีปลายประสาทไปซินแนพซ์โดยตรงกับศูนย์ควบคุมการหายใจ ถ้าปริมาณของคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดอาร์เทอรีในเวนตริเคิลที่ 4 มีปริมาณมาก จะแพร่เข้าสู่น้ำหล่อเลี้ยงสมองและไขสันหลัง ความดันของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำหล่อเลี้ยงสมองและไขสันหลัง
2.2 เคโมรีเซพเตอร์ตอนนอก (peripheral chemoreceptors) รีเซพเตอร์ชนิดนี้อยู่ในเอออร์ติก บอดี และคาโรติด บอดี (aortic และ carotid body) ตำแหน่งของเอออร์ติกและคาโรติด บอดีอยู่ในรูปที่ 4 (B) และรีเซพเตอร์ชนิดนี้รับรู้เกี่ยวกับความดันของคาร์บอนไดออกไซด์ ความดันของออกซิเจน และความเป็นกรด-ด่าง (ผ่านทางไฮโดรเจน ไอออน) ของเลือดในหลอดเลือดอาร์เทอรี ในกรณีของออกซิเจน ถ้าความดันออกซิเจนในหลอดเลือดอาร์เทอรีต่ำกว่า 60 มิลลิเมตรปรอท รีเซพเตอร์จะส่งกระแสไปยังศูนย์ควบคุมการหายใจ ให้สั่งงานไปยังกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับการหายใจให้ทำงานมากขึ้น การระบายอากาศมากขึ้น ออกซิเจนจะถูกนำเข้าปอดมากขึ้น มีผลให้ความดันออกซิเจนเพิ่มขึ้น จนกลับระดับสู่ปรกติ การหายใจจะกลับสู่ปรกติ
Modification of Respiration
1.การไอ สาเหตุเกิดจากการระคายเคืองในทางผ่านอากาศหายใจเกิดรีเฟล็กซ์กระตุ้นต่อศูนย์ไอ ทำให้เกิดอาการไอ โดยมีการหายใจเข้าอย่างแรง มีการปิดของช่ องสายเสียง และหายใจออกอย่างแรง ผ่านช่องสายเสียงที่เปิดออกสู่ช่องปากด้วยอัตราความเร็วสูง
2. การจาม สาเหตุเกิดจากการระคายเคืองในบริเวณช่องจมูก เกิดรีเฟล็กซ์ทำให้เกิดการจาม โดยมีการหายใจเข้าอย่างแรง และหายใจออกอย่างแรงผ่านทางช่องจมูก
3.การหาวนอน เป็นอาการหายใจเข้าช้าๆ อย่างแรง โดยมีการเปิดปากกว้าง และตามด้วยการ หายใจออก
4.การสะอึก เป็นอาการหายใจเข้าอย่างแรง พร้อมกับมีการปิดของช่องสายเสียงทันที ท าให้เกิด เสียงสะอึก สาเหตุเกิดจากการหดเกร็งของกระบังลม เนื่องมาจากการระคายเคืองที่กระเพาะอาหาร
5.การกรน เป็นอาการหายใจออกทางปาก ที่ผ่านสิ่งกีดขวางทางเดินหายใจในที่นี้คือ เพดานอ่อน ท าให้เพดานอ่อนเกิดการสั่นสะเทือน เกิดเสียงกรนขึ้น
https://www.youtube.com/watch?v=kacMYexDgHg
Reference
http://fat.surin.rmuti.ac.th/teacher/songchai/respiratory%20web/respire%20control.htm
Berne RM, Levy MN. Physiology. 3 rd ed. St. Louis : Mosby Year Book Inc., 1993.
Ganong WF. Review of Medical Physiology. 8th ed. Connecticut : A Lange Medical Book, 1995.
Guyton AC. Textbook of Medical Physiology. 9 th ed. Philadelphia : W.B. Saunders Company, 1993.
Mackenna BR, Callander R. Illustrated Physiology. 6 th ed. New York : Churchill Livingstone, 1997.
Sperelakis N, Banks RO. Essentials of Physiology 2nd ed. Boston : Little, Brown and Company, 1996.
West JB. Best & Taylor’s Physiological Basis of Medical Practice. 12th ed. Baltimore : William & Wilkins Company,1991.
https://www.doctor.or.th/article/detail/6206