Breathing & gas exchange

श्वसन और गैस विनिमय

Connect pressure, diffusion and cellular energy.

Step by step

1. Inspiration. The diaphragm contracts and descends; thoracic volume increases and pressure falls, drawing air inward.
   अंतःश्वसन। डायाफ्राम संकुचित होकर नीचे जाता है; वक्ष का आयतन बढ़ने और दाब घटने से वायु अंदर आती है।
2. Air passages. Air passes through the nose, pharynx, larynx, trachea, bronchi and bronchioles.
   वायु मार्ग। वायु नाक, ग्रसनी, कंठ, श्वासनली, श्वसनी और श्वसनिकाओं से गुजरती है।
3. Alveoli. Thin, moist alveolar surfaces lie close to capillaries, allowing gases to diffuse down partial-pressure gradients.
   वायुकोष्ठ। पतली, नम वायुकोष्ठ सतहें केशिकाओं के पास होती हैं; गैसें आंशिक दाब-अंतर के अनुसार विसरित होती हैं।
4. Transport. Most oxygen travels bound to haemoglobin. Most carbon dioxide is carried as bicarbonate in blood.
   परिवहन। अधिकांश ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन से बंधकर जाती है। अधिकांश कार्बन डाइऑक्साइड रक्त में बाइकार्बोनेट के रूप में जाती है।
5. Tissue respiration. Oxygen diffuses into tissues and supports aerobic ATP production; carbon dioxide moves into blood.
   ऊतक श्वसन। ऑक्सीजन ऊतकों में विसरित होकर वायवीय ATP निर्माण में सहायक होती है; कार्बन डाइऑक्साइड रक्त में आती है।
6. Quiet expiration. Relaxation and elastic recoil reduce thoracic volume and drive air out. Forced expiration recruits muscles.
   सामान्य उच्छ्वसन। शिथिलन और प्रत्यास्थ प्रतिक्षेप वक्ष आयतन घटाकर वायु बाहर निकालते हैं। बलपूर्वक उच्छ्वसन में पेशियाँ सक्रिय होती हैं।

Key facts

• The diaphragm is a skeletal muscle. The right lung usually has three lobes and the left two. — डायाफ्राम कंकालीय पेशी है। दाएँ फेफड़े में सामान्यतः तीन और बाएँ में दो खंड होते हैं।
• Alveoli are the main gas-exchange sites. Surfactant reduces surface tension and helps prevent collapse. — वायुकोष्ठ मुख्य गैस-विनिमय स्थल हैं। सर्फैक्टेंट सतह तनाव घटाकर इनके धँसने को रोकने में सहायक है।
• Breathing moves air; cellular respiration releases usable energy from nutrients. — श्वास-प्रश्वास वायु का आवागमन है; कोशिकीय श्वसन पोषक पदार्थों से उपयोगी ऊर्जा मुक्त करता है।
• Air path: nose → pharynx → larynx → trachea → bronchi → bronchioles → alveoli. The larynx holds the vocal cords; the epiglottis closes it during swallowing. The lungs hold about 300–500 million alveoli. — वायु मार्ग: नाक → ग्रसनी → स्वरयंत्र → श्वासनली → श्वसनी → श्वसनिकाएँ → वायुकोष। स्वरयंत्र में स्वर-रज्जु होते हैं; निगलते समय घाँटी-ढक्कन (एपिग्लॉटिस) इसे बंद करता है। फेफड़ों में लगभग 30–50 करोड़ वायुकोष होते हैं।
• Inhaled air has about 21% oxygen and 0.04% carbon dioxide; exhaled air has about 16% oxygen and 4% carbon dioxide. — अंदर ली गई वायु में लगभग 21% ऑक्सीजन और 0.04% CO₂ होती है; बाहर छोड़ी वायु में लगभग 16% ऑक्सीजन और 4% CO₂ होती है।
• Tidal volume (quiet breath) is about 500 mL; vital capacity is about 3.5–4.5 L; about 1.1–1.2 L of residual air always stays in the lungs. A spirometer measures them. — ज्वारीय आयतन (शांत श्वास) लगभग 500 mL, जैव क्षमता लगभग 3.5–4.5 L है; लगभग 1.1–1.2 L अवशिष्ट वायु सदा फेफड़ों में रहती है। इन्हें स्पाइरोमीटर मापता है।
• Most oxygen travels bound to haemoglobin; about 70% of carbon dioxide travels as bicarbonate in plasma. The respiratory centre is in the medulla and responds mainly to rising CO₂. — अधिकांश ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन से बँधकर चलती है; लगभग 70% CO₂ प्लाज़्मा में बाइकार्बोनेट के रूप में चलती है। श्वसन केंद्र मेडुला में है और मुख्यतः बढ़ती CO₂ पर प्रतिक्रिया देता है।
• Glycolysis occurs in the cytoplasm; the Krebs cycle and electron transport occur in mitochondria. Anaerobic breakdown of one glucose gives 2 ATP (lactic acid in muscles); aerobic respiration gives far more (36–38 ATP in many textbooks). — ग्लाइकोलिसिस कोशिकाद्रव्य में होता है; क्रेब्स चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन माइटोकॉन्ड्रिया में। एक ग्लूकोज़ का अवायवीय विघटन 2 ATP देता है (पेशियों में लैक्टिक अम्ल); वायवीय श्वसन कहीं अधिक देता है (कई पाठ्यपुस्तकों में 36–38 ATP)।
• Asthma: narrowed airways; bronchitis: inflamed bronchi; emphysema: damaged alveoli (often smoking); pneumonia: infection of alveoli. Pleura is the double membrane around each lung. — दमा: संकरे वायुमार्ग; ब्रोंकाइटिस: श्वसनी की सूजन; वातस्फीति: क्षतिग्रस्त वायुकोष (प्रायः धूम्रपान से); निमोनिया: वायुकोष का संक्रमण। प्लूरा प्रत्येक फेफड़े को घेरने वाली दोहरी झिल्ली है।

Concepts

• Gas exchange is passive diffusion, not active pumping of oxygen across the alveolar membrane. — गैस विनिमय निष्क्रिय विसरण है, वायुकोष्ठ झिल्ली के पार ऑक्सीजन की सक्रिय पंपिंग नहीं।
• At altitude, oxygen percentage remains roughly 21%, but atmospheric and oxygen partial pressures fall. — ऊँचाई पर ऑक्सीजन का प्रतिशत लगभग 21% रहता है, पर वायुमंडलीय दाब और ऑक्सीजन का आंशिक दाब घटते हैं।
• A low haemoglobin concentration can reduce oxygen-carrying capacity even when the lungs ventilate normally. — फेफड़ों में सामान्य वायु-संचार होने पर भी कम हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन-वहन क्षमता घटा सकता है।
• The Bohr effect: more CO₂ and acid in active tissues makes haemoglobin release oxygen more readily where it is needed. — बोर प्रभाव: सक्रिय ऊतकों में अधिक CO₂ व अम्ल हीमोग्लोबिन को वहीं ऑक्सीजन छोड़ने में सहायक बनाते हैं जहाँ आवश्यकता है।

Common exam trap

Inhaled air is not pure oxygen; exhaled air still contains oxygen. Breathing and cellular respiration are related but distinct.

अंदर ली गई वायु शुद्ध ऑक्सीजन नहीं है; छोड़ी गई वायु में भी ऑक्सीजन रहती है। श्वास-प्रश्वास और कोशिकीय श्वसन जुड़े हुए, पर अलग हैं।

Sources: OpenStax · Gas exchange, OpenStax · Breathing

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