การทำงานของระบบทางเดินหายใจ

Physiology ใน 1 นาที

“ระบบทางเดินหายใจ” เป็นระบบสำคัญระบบหนึ่งในร่างกายในการ รักษาสมดุลแก๊ส ในกระแสเลือด โดยมีการทำงานสอดคล้องกับระบบหัวใจและหลอดเลือดอย่างใกล้ชิด

ระบบทางเดินหายใจนี้ มีหน้าที่ในการ เติมแก๊สที่สำคัญเช่น ออกซิเจน เข้าสู่กระแสเลือด และกำจัดแก๊สของเสียจากร่างกายเช่น คาร์บอนไดออกไซด์ และมีการรักษาสมดุล กรด-เบส เพื่อให้เลือดมีสภาวะที่พร้อมใช้งานอยู่ตลอดเวลา

การแลกเปลี่ยนแก๊สที่มีความสำคัญเหล่านี้ เกิดขึ้นในหน่วยที่เล็กที่สุด ที่เรียกว่า “ถุงลม” โดยถุงลมนี้มีหลอดเลือดฝอยที่มีผนังบางทำหน้าที่เป็นเยื่อเลือกผ่าน ล้อมรอบถุงลมนี้อยู่ และในหลอดเลือดเองมีสิ่งที่สำคัญคือ “เม็ดเลือดแดง” ที่ทำหน้าที่ในการขนส่งแก๊สที่มีความสำคัญเหล่านี้

“เม็ดเลือดแดง” จะขนส่ง ออกซิเจน จากที่ๆมีความเข้มข้นสูง ที่บริเวณปอด ไปสู่เนื้อเยื่อบริเวณต่างๆในร่างกาย และ มีการปล่อยออกซิเจนให้เนื้อเยื่อต่างๆ และสุดท้าย ขน แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ที่เป็นผลผลิตจากเซลล์ กลับไปที่ปอดเพื่อกำจัดทิ้ง หลังจากนั้นจะรับเอา ออกซิเจน เข้าสู่เซลล์เพื่อเริ่มการขนส่งรอบใหม่อีกครั้ง

ภาพจาก pixabay.com

การทำงานของระบบทางเดินหายใจ (ฉบับเต็ม)

ย้อนไปเมื่อหลายล้านปีก่อนจากการวิวัฒนาการ (คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้การวิวัฒนาการ) การศึกษาพบว่า การที่เซลล์ของสิ่งมีชีวิต จะสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ ต้องมีภาวะที่เหมาะสม จึงมีการแลกเปลี่ยนระหว่างสารอาหารที่สำคัญในการดำรงชีวิต ผ่านเยื่อเลือกผ่านคือ เยื่อหุ้มเซลล์

สิ่งนั้นเองที่เป็นจุดกำเนิด ในการแลกเปลี่ยนแก๊สที่สำคัญต่อการดำรงชีวิตครับ จากบทเรียนที่ผ่านมาเราได้รู้ว่าดั้งเดิมแล้ว สิ่งมีชีวิตนั้นเกิดในน้ำ และมีการแลกเปลี่ยนแก๊สต่างๆกับ น้ำรอบๆ ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

เมื่อเกิดสภาพแวดล้อมในน้ำที่เปลี่ยนแปลง สิ่งมีชีวิตบางกลุ่มจึงพัฒนาอวัยวะในการแลกเปลี่ยนแก๊ส ที่จะสามารถหายใจเอาออกซิเจน ในที่ๆมี “ความเข้มข้นสูงกว่าในน้ำ” ขึ้นมา คือ “แลกเปลี่ยนแก๊สกับอากาศ” เราเรียกสิ่งนี้ว่า “ปอด” ครับ

“ปอดและระบบทางเดินหายใจ” จะแลกเปลี่ยนแก๊สในร่างกายกับอากาศโดยรอบ แต่โดยพื้นฐานแล้ว หน่วยเล็กๆที่เป็นเยื่อแลกเปลี่ยนในปอด ยังมีความชุ่มชื้นเช่นเดิมครับ ซึ่งระบบทางเดินหายใจทำงานคู่กัน เป็นทีม กับอีกสองระบบระบบคือ หัวใจและหลอดเลือด และ ระบบเลือด โดยการทำงานเป็นดังนี้ครับ

ระบบหัวใจและหลอดเลือด ทำหน้าที่ ปั๊มเลือดเพื่อให้เกิดระบบการหมุนเวียน เลือดที่มีเม็ดเลือด และ แก๊สไปยังส่วนต่างๆของร่างกาย (เรียนรู้เรื่องหัวใจ)
ระบบเลือด ทำหน้าที่ ขนส่งแก๊สและสารอาหารที่มีความจำเป็น ไปสู่เซลล์ โดยในบทนี้จะพูดถึง เม็ดเลือดแดง ที่ทำหน้าที่ในการขนส่งแก๊สที่สำคัญเป็นหลัก

ระบบทางเดินหายใจ ทำหน้าที่ เติมและกำจัดแก๊ส ที่มีความจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของเซลล์ เพื่อรักษาสมดุลแก๊ส และ สมดุล กรด-เบส ในร่างกาย

กายวิภาคของระบบทางเดินหายใจ

ภาพจาก britannica.com

มาเรียนรู้ระบบอัจฉริยะในการแลกเปลี่ยนแก๊สกันครับ โดยระบบทางเดินหายใจจะผ่านอวัยวะหลายอย่าง ที่มีหน้าที่แตกต่างกันดังนี้ครับ

จมูก ใช้เพื่อเป็นทางเข้าของอากาศ มีหน้าที่ในการดักจับฝุ่นละออง และเพิ่มความชุ่มชื้นของอากาศ
โพรงจมูกและช่องคอ ทำหน้าที่ เพิ่มอุณหภูมิ ดักจับเชื้อโรค และ เพิ่มความชุ่มชื้นของอากาศ
ฝาปิดกล่องเสียง ทำหน้าที่กันไม่ให้อาหารที่เรากลืนตกลงสู่ ระบบทางเดินหายใจ
กล่องเสียง ใช้ในการสร้างเสียง และเป็นทางเดินหายใจ (และอวัยวะเหนือกล่องเสียงใช้ในการปรับแต่งเสียงครับ)
หลอดคอ หลอดลม และ หลอดลมฝอย ทำหน้าที่ลำเลียงอากาศ ดักจับเชื้อโรค และกำจัดเชื้อโรค
ถุงลม ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนแก๊ส ระหว่างอากาศที่ลำเลียงมา กับเส้นเลือดฝอยที่ล้อมรอบ

การแลกเปลี่ยนแก๊สเกิดขึ้นได้อย่างไร?

การแลกเปลี่ยนแก๊สเกิดจาก ความเข้มข้นที่ต่างกันของแก๊สระหว่างบรรยากาศและในเส้นเลือด ทำให้เกิดการซึมผ่านเยื่อเลือกผ่านที่ผนังของถุงลมและหลอดเลือด และเข้าไปในเลือดอีกที ซึ่งหมอขอแบ่งการทำงานเป็นสามส่วนหลักเพื่ออธิบายครับ

การทำงานของเม็ดเลือดแดง ซึ่งมีหน้าที่ ขนส่งแก๊ส
ความดันออกซิเจน ทำให้เกิดการขนส่งออกซิเจนสู่เนื้อเยื่อ
การหมุนเวียนเพื่อกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

การทำงานของเม็ดเลือดแดง

ปรับปรุงภาพจาก : easynotecards.com

เม็ดเลือดแดง เป็นเซลล์เม็ดเลือดชนิดหนึ่ง มีหน้าที่หลักในการขนและส่งแก๊สในระบบหมุนเวียนเลือด ซึ่งเม็ดเลือดแดงนี้มีอายุขัยประมาณ 120 วันครับ ในร่างกายเรามีการทำลายและการสร้างเม็ดเลือดใหม่ตลอดเวลา

โดยแต่ละเซลล์เม็ดเลือดแดง จะมีส่วนประกอบที่เป็น Hemoglobin(ฮีโมโกลบิน)อยู่ถึง 97% เลยทีเดียวครับ ซึ่งตัว Hemoglobin(ฮีโมโกลบิน) นี้ประกอบด้วยสารสองชนิดหลักคือ

Globin chain (สายโกลบิน) ซึ่งใน 1เซลล์นั้นมีโกลบินทั้งหมด 4 สาย มาจาก Alpha 2 สาย และ Beta อีก 2 สาย
Heme (ฮีม) 4 อัน ซึ่งประกอบด้วย ธาตุเหล็กเป็นหลัก และทำให้เลือดมนุษย์มีสีแดง

Hemoglobin(ฮีโมโกลบิน)นี้ ทำหน้าที่ในการ “จับกับแก๊สเพื่อการขนส่ง” ซึ่ง Hemoglobin(ฮีโมโกลบิน) แต่ละตัว สามารถจับกับแก๊สได้ 4 โมเลกุล

มีการศึกษาว่าในเม็ดเลือดแดงในแต่ละเซลล์นั้นมี Hemoglobin(ฮีโมโกลบิน) มากมายถึง 250 ล้านหน่วยเลยทีเดียวครับ

ซึ่ง ความเก่งในการจับกับแก๊ส นั้นเราเรียกว่า Affinity (อัฟฟินิตี้) ซึ่งมีการปรับเปลี่ยนตามสภาพแวดล้อมครับ ซึ่งจะกล่าวถึงในเรื่องถัดไป ครับ

ความดันออกซิเจนและการขนส่งสู่เนื้อเยื่อ

ภาพจาก crash coures

เรื่องนี้ต้องย้อนไปที่ความรู้พื้นฐานทางฟิสิกส์เลยครับ ที่ระดับน้ำทะเลนั้นมีความดันบรรยากาศประมาณ 760 mmHg โดยในอากาศปกตินั้น ประกอบด้วย ออกซิเจนประมาณ 21% เพราะฉะนั้นความดัน ออกซิเจน ที่เราหายใจ โดยปกติจะประมาณ

760 mmHg × 21% = 160 mmHg

แต่ด้วยความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่เรากำลังขับออกมา ทำให้สัดส่วนออกซิเจนเปลี่ยนแปลงจนลดเหลือ 104 mmHg เมื่อเดินทางถึงถุงลมและมีการแลกเปลี่ยนเข้าสู่กระแสเลือด

มีการศึกษา จนเกิดกราฟขึ้นมาเรียกว่า Oxygen dissociation curve แปลเป็นไทยว่า

“กราฟความอิ่มตัวของเม็ดเลือดแดงที่จับกับออกซิเจนภายในเลือด ที่สัมพันธ์กับ ระดับความดันออกซิเจนในเลือดที่แตกต่างกัน”

ความหมายก็ง่ายๆครับ ถ้า ออกซิเจนในถุงลมยิ่งเยอะ ออกซิเจนในเลือดก็ยิ่งเยอะตาม และสุดท้ายออกซิเจนในเม็ดเลือดแดงก็จะเยอะขึ้นตาม แต่ที่สำคัญไม่ใช่กราฟเส้นตรงนะครับ

ภาพจาก:http://www.gpnotebook.co.uk

เราเอาข้อมูลที่ศึกษามาอธิบายอย่างไร ?

หลังจากเลือดออกจากปอด มีความดันออกซิเจนในเลือดสูงอยู่ ในขณะนั้นเม็ดเลือดแดงจะปล่อยออกซิเจนจำนวนน้อยสู่กระแสเลือดเพื่อส่งไปหาเซลล์ต่างๆ แต่เมื่อการเดินทางไปในอวัยวะที่ไกลขึ้น ความเข้มข้นออกซิเจนในเลือดลดลง เม็ดเลือดแดงจะยอมปล่อยออกซิเจนจำนวนมากขึ้นตามลำดับ เพื่อให้ออกซิเจนออกมาอยู่ในกระแสเลือดเพื่อส่งไปสู่เซลล์อีกที

หากจะพูดง่ายๆ เลือดเป็นตัวกลางการส่งผ่านออกซิเจนสู่เซลล์ ส่วน เม็ดเลือดแดงเป็นถังเก็บออกซิเจนที่จะค่อยๆปล่อยออกซิเจนออกมาเรื่อยๆนั่นเองครับ

การหมุนเวียนเพื่อกำจัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

ภาพจาก: http://users.atw.hu

เมื่อเซลล์เนื้อเยื่อขับ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ออกมี จะมีการขนส่ง แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ กลับไปที่ปอด เพื่อทำการหายใจระบายออก กลไกการขนส่งมีสอง อย่างที่เป็นหลักคือ

การขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์โดย hemoglobin ในเม็ดเลือดแดงเอง
คาร์บอนไดออกไซด์ไปรวมกับน้ำ เพื่อเกิดสารประกอบ กรดคาร์บอนิก(H2CO3) และแตกตัวเป็น ไฮโดรเจนไออน(H+)กับไบคาร์บอเนต(HCO3)

ส่วนกลไกเล็กน้อยที่เหลืออยู่ในภาพครับ

สรุปการแลกเปลี่ยนแก๊สโดยรวมเกิดจาก ความดันออกซิเจน และ คาร์บอนไดออกไซด์ที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดการถ่ายเทแก๊สจากที่ความเข้มข้นสูงสู่ที่ต่ำกว่า โดยมีระบบหมุนเวียนเลือด ที่มีพระเอกคือเม็ดเลือดแดงเป็นตัวนำพาครับ

เป็นโรคทางเดินหายใจมีอาการอย่างไร ?

หลักการคิดถึงอาการที่จะเกิดขึ้น คือ คิดถึงการสูญเสียหน้าที่ของอวัยวะนั้นๆครับ

โรคที่เกิดขึ้นจะทำให้ระบบทางเดินหายใจ สูญเสียหน้าที่ โดยสำคัญที่สุดคือการแลกเปลี่ยนแก๊ส ดังนั้น จะมีอาการ หายใจลำบาก หอบมากขึ้น หายใจเร็ว เพื่อต้องการออกซิเจนเพิ่มขึ้น มีอาการเจ็บบริเวณทางเดินหายใจ สารคัดหลังมากขึ้นในทางเดินหายใจ มีการไอ ตื้อๆตึงๆในบริเวณทางเดินหายใจ เป็นต้น

เหล่านี้คืออาการที่พบได้บ่อย เมื่อเกิดความผิดปกติในทางเดินหายใจครับ

แพทย์ตรวจทางเดินหายใจได้อย่างไร ?

เหมือนทุกระบบที่กล่าวมาครับ ประวัติ และ การตรวจร่างกายที่ชัดเจน จะสามารถบอกตัวโรคได้ถึง 80% ขึ้นไป การตรวจเพิ่มเติมทางห้องปฏิบัติการจะช่วยการวินิจฉัยได้ในระดับหนึ่งครับ

Imaging (ดูภาพของระบบทางเดินหายใจ) เช่น CXR, CT-scan, Ultrasound, MRI, MRA, Scope,PET-scan,SPECT
Sputum Examination (ตรวจเสมหะ) เพื่อดูสารประกอบในเสมหะส่วนมากใช้ในกลุ่มการติดเชื้อ
Oxygen Saturation (ตรวจความอิ่มตัวของออกซิเจนในเม็ดเลือดแดง) เพื่อดูความสามารถในการแลกเปลี่ยนแก๊สแบบคร่าวๆ
Blood Gas (ตรวจปริมาณแก๊สในเลือด) เพื่อประเมินปริมาณแก๊สในเลือดเพื่อวินิจฉัย และ ติดตาม
Pulmonary function test (ตรวจสมรรถภาพปอด) ส่วนมากใช้ในกลุ่มหอบหืด และ ถุงลมโป่งพอง
Gas concentration (ตรวจความเข้มข้นของแก๊ส) ส่วนมากใช้ช่วยประเมินตอนทำการปั๊มหัวใจและภาวะฉุกเฉินอื่นๆครับ