อวัยวะหายใจของสัตว์บก

อวัยวะหายใจของสัตว์บก

สัตว์บกที่มีกระดูกสันหลังขณะที่ยังเป็นตัวอ่อนเติบโตอยู่ในไข่ หรือในครรภ์มารดานั้น มีน้ำเหลวห่อหุ้มตัวอยู่กันความกระทบกระเทือน และมีช่องเหงือก (gill slits) เกิดขึ้นที่บริเวณคอหอยคล้ายๆ กับสัตว์พวกปลา แต่เมื่อคลอดออกมาจากครรภ์มารดาแล้วไม่มีความจำเป็นที่จะต้องใช้เหงือกอีก ต่อไป จึงเกิดมีวิวัฒนาการเปลี่ยนแปลงไปเป็นปอด เกิดขึ้นตรงบริเวณที่เป็นช่องเหงือกเดิม แต่แทนที่จะยื่นออกมานอกร่างกายเหมือนเหงือกกลับซ่อนอยู่ภายในร่างกายอย่างมิดชิด ปอดเป็นอวัยวะที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซหายใจได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงในสัตว์บก และเป็นอวัยวะที่พบในสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิดยกเว้นพวกปลา และสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ที่มีชีวิตอยู่ในน้ำตลอดชีวิต ส่วนในสัตว์บกชั้นต่ำ เช่น พวกแมลงต่างๆ อวัยวะหายใจเป็นพวกท่อลมเล็กๆ (trachea) ซึ่งจะแตกแขนงแยกไปตามเนื้อเยื่อ และอวัยวะต่างๆ ทั่วร่างกาย สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด เช่น พวกหอยทากก็มีปอดเป็นอวัยวะหายใจด้วย แต่ไม่สลับซับซ้อนเท่าปอดของสัตว์มีกระดูกสันหลัง 

สัตว์ที่มีปอดหายใจ เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังชั้นสูง ซึ่งมีชีวิตอยู่บนบก ได้แก่ สัตว์ครึ่งน้ำครึ่งบก สัตว์เลื้อยคลาน นก และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม ในสัตว์ที่ไม่มีกระดูก สันหลังบางชนิด เช่น หอยทาก ก็พบมีอวัยวะที่มีลักษณะแบบถุงแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจ อยู่ภายในคล้ายปอดของสัตว์ชั้นสูง แต่ไม่สลับซับซ้อนเท่าในสัตว์ครึ่งน้ำครึ่งบกที่มีหางตลอดชีวิต เช่น ตัวซาลามานเดอร์ พบว่ามีปอดแบบง่ายๆ มีลักษณะเป็นถุงยื่นออกมา จากทางเดินอาหารใกล้ๆ กับบริเวณคอหอย สำหรับปลานั้นนอกจากจะพบว่าส่วนใหญ่ ใช้เหงือกหายใจแล้ว ยังมีปลาโบราณ ที่นอกจากจะมีเหงือกแล้ว ยังมีอวัยวะคล้ายคลึงกับปอดของตัวซาลามานเดอร์ สำหรับหายใจด้วย ปลาพวกนี้ในปัจจุบันยังเหลือให้เห็นน้อยมาก เพียงไม่กี่ชนิด และไม่พบในประเทศไทย มันสามารถใช้ปอดหายใจได้ เมื่อน้ำที่มันอาศัยอยู่แห้ง หรือไม่มีอากาศอยู่ในน้ำเพียงพอ และรอดชีวิตอยู่ได้เป็นเวลานานๆ นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันหลายท่านเชื่อว่า ปลาพวกนี้เป็นบรรพบุรุษของปลาในยุคปัจจุบัน และสัตว์บก ที่ใช้ปอดหายใจ เพราะปอดของปลาพวกนี้เกิดวิวัฒนาการกลายเป็นถุงลมของปลายุคใหม่ สำหรับทำหน้าที่พยุงตัวให้มันทรงตัวอยู่ในน้ำได้ อาหารอย่างหนึ่งที่คนไทยนิยม รับประทานที่เรียกว่า "กระเพาะปลา" นั้น ความจริงก็คือ ส่วนที่เป็นถุงลมของปลานั้นเอง 

นกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมซึ่งเป็นสัตว์ที่มีเลือดอุ่น เพราะร่างกายสามารถปรับอุณหภูมิให้คงที่ได้ ไม่เปลี่ยนแปลงไปตามสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนสูงกว่าสัตว์เลือดเย็น เช่น พวกปลา กบ และสัตว์เลื้อยคลาน ซึ่งไม่สามารถปรับอุณหภูมิของร่างกายให้คงที่อยู่ได้ เมื่อสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป พวกสัตว์เลือดอุ่นมีการปรับปรุงอวัยวะหายใจ ให้มีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจให้ดียิ่งขึ้น ภายในปอดของสัตว์พวกนี้ นอกจากจะมีขนาดใหญ่แล้ว ยังประกอบไปด้วยถุงลมบางๆ เล็กๆ จำนวนมากมาย ถุงบางๆ เหล่านี้เรียกว่า แอลวิโอลัส "alveolus"(พหูพจน์ แอลวิโอไล "alveoli") ในถุงลมเล็กๆ เหล่านี้แต่ละถุง จะมีเส้นเลือดฝอยมาปกคลุมอยู่โดยตลอด ทำให้มีความชุ่มชื้นอยู่ตลอดเวลา ออกซิเจนสามารถที่จะซึมผ่านถุงแอลวิโอไล เข้าสู่เส้นเลือดได้ และขณะเดียวกัน คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นผลที่เกิดจากการหายใจระดับเซลล์ ก็จะนำมา ที่บริเวณเส้นเลือดฝอย ที่ถุงแอลวิโอไลนี้ และซึมผ่านออกสู่ภายนอกพร้อมกับลมหายใจออก ถ้าเอาถุงแอลวิโอไลทั้งหมดในตัวคนมาแผ่ออกแล้ว จะมีเนื้อที่มากกว่า ๑,๐๐๐ ตาราง เมตร ซึ่งมากกว่าเนื้อที่ทั้งหมดของผิวหนังที่ห่อหุ้มร่างกายหลายเท่า ถุงแอลวิโอลัสแต่ละอัน จะติดต่อถึงกันได้ โดยท่อลมเล็กๆ ภายในปอดที่เรียกว่า บรองคิโอลส์ (bronchioles) ซึ่งก็จะมารวมกันเป็นท่อใหญ่เรียกว่า ขั้วปอด (bronchus) และขั้วปอดทั้งสองข้าง ก็จะมารวมเป็นหลอดลม (trachea) ส่วนต้นของหลอดลมเป็นกล่องเสียง (larynx) ซึ่งภายนอกประกอบด้วย กลุ่มของกระดูกอ่อนที่สลับซับซ้อนห่อหุ้มเอาไว้ ชาวบ้านเรียกส่วนนี้ว่า ลูกกระเดือก ทั้งหลอดลมและขั้วปอดจะมีวงของกระดูกอ่อนบางๆ หุ้มอยู่ เพื่อช่วยเพิ่มความ แข็งแรง เยื่อบุภายในหลอดลมจะมีเซลล์ที่มีขน (cilia) อยู่ด้วย คอยทำหน้าที่ดักสารแปลกปลอม เช่น น้ำมูก หรือควันบุหรี่ ไม่ให้ลงไปสู่ปอดได้ง่าย หลอดลมมีช่องลม (glottis) เปิดติดต่อกับทางเดินอาหารตรงบริเวณคอหอย (pharynx) บนช่องลมนี้พบมี แผ่นเนื้อเยื่อบางๆ คอยทำหน้าที่ปิดช่องลมเรียก เอปิกลอททิส (epiglottis) เอปิกลอททิสนี้จะเปิดขณะที่หายใจเข้า ทำให้อากาศผ่านเข้าสู่หลอดลม และปอด แต่ขณะที่อากาศอยู่ในปอด และมีการแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจ หรือขณะที่กลืนอาหาร เอปิกลอททิสจะปิด และจะเปิดอีกที เมื่อปอดหดตัวดันเอาอากาศออกมาตอนหายใจออก การขยายตัวและหดตัวของปอด เพื่อสูดลมหายใจเข้าและออกนั้น ถูกควบคุมโดยกล้ามเนื้อซี่โครงกะบังลม (diaphragm) ซึ่งเป็นแผ่นกล้ามเนื้อ อยู่ทางด้านล่างสุดของปอด และกั้นช่องปอดกับช่อง ท้องให้แยกจากกันขณะที่หายใจเข้า ช่องว่างของส่วนทรวงอกจะเพิ่มมากขึ้น เพราะกล้ามเนื้อกระดูกซี่โครงหดตัว ทำให้กระดูกซี่โครงยกสูงขึ้น เป็นการขยายเนื้อที่ของช่องทรวงอกด้านกว้าง ขณะเดียวกัน ก็จะมีการหดตัวของกล้ามเนื้อกะบังลม ทำให้มีการขยายตัวของช่องทรวงอก ลงมาทางด้านล่าง เป็นผลให้ปอดขยายตัว ทำให้ความดันอากาศในปอด ลดต่ำลงกว่าความดันของอากาศภายนอก อากาศจากภายนอกก็จะเข้ามาแทนที่ได้ ในตอนที่หายใจออก กล้ามเนื้อทั้งสองคืนตัว ทำให้ปริมาตรของช่องว่างในทรวงอกลดน้อยลง ทั้งทางส่วนกว้างและส่วนล่าง ทำให้ปอดบีบตัวดันเอาลมหายใจผ่านออกมาสู่ภายนอก เนื้อปอดเองก็มีความยืดหยุ่นสูง จึงสามารถหดตัวและขยายตัวได้ขณะหายใจ

สำหรับนกนั้นนอกจากจะเป็นสัตว์เลือดอุ่นแล้ว มันยังสามารถบินได้ด้วย นกมี ชีวิตส่วนใหญ่อยู่ในอากาศ จึงมีความจำเป็นต้องใช้ออกซิเจนสูงมาก นกมีวิวัฒนาการใน การที่จะให้ร่างกายได้ออกซิเจนได้มาก โดยมีถุงลมบางๆ (air sacs) แทรกอยู่ตามกระดูกต่างๆ และภายในช่องท้องเกือบทั่วร่างกาย ถุงลมเหล่านี้ติดต่อกับปอดได้ และคอยทำหน้าที่ช่วยปอดเก็บเอาอากาศไว้ใช้ในการหายใจ ขณะที่มันบินไปในที่สูง เป็นระยะทางไกลๆ นกที่บินเก่ง จะมีกระดูกบางมาก และมีเนื้อที่ภายในกระดูก สำหรับบรรจุอากาศมากกว่านกที่บินไม่เก่ง ลักษณะนี้มีประโยชน์ ช่วยทำให้นกมีน้ำหนักตัวไม่มากเกินไป และช่วยเพิ่มเนื้อที่สำหรับเก็บอากาศไว้ใช้ในการหายใจอีกด้วย

๒. ท่อลม 

เป็นอวัยวะหายใจที่สำคัญของสัตว์บกชั้นต่ำที่ไม่มีกระดูกสันหลังพบในสัตว์บก ซึ่งอยู่ในไฟลัมอาร์โทรโปดา (arthropoda) ได้แก่ พวกแมลงต่างๆ ท่อลมต่างกับปอดตรงที่ไม่ได้อยู่ในที่ใดที่หนึ่งของร่างกายโดยเฉพาะ ท่อลมเหล่านี้จะแตกแขนงเป็นท่อเล็กๆ ซอกแซกไปทั่วทุกเซลล์ของร่างกายได้โดยตรง ไม่จำเป็นต้องอาศัยเส้นเลือดนำก๊าซหายใจเท่าใดนัก เมื่อท่อลมนำอากาศไปถึงเซลล์ ออกซิเจนจากอากาศจะผ่านเข้าสู่เซลล์ และคาร์บอนไดออกไซด์จากเซลล์จะแพร่เข้า สู่ท่อลมเล็กๆ ได้เช่นเดียวกัน

อากาศผ่านเข้าสู่ท่อลมได้โดยรูหายใจที่พบอยู่ทางด้านข้างของลำตัวทั้งสองข้าง รูหายใจนี้เรียกว่า สปิเรเคิล (spiracle) รูหายใจเหล่านี้มีลิ้นปิดเปิดได้ แมลงขนาดใหญ่มีกล้ามเนื้อรอบๆ ท่อลม ช่วยให้ท่อลมหดตัว หรือขยายตัวได้ แต่แมลงหลายชนิด ไม่มีกล้ามเนื้อดังกล่าว จากการคำนวณพบว่า อัตราการแพร่ของก๊าซออกซิเจนที่ปลายของท่อลมเกิดขึ้นรวดเร็วมาก จนเป็นผลให้ปริมาณของออกซิเจนที่บริเวณนั้น มีระดับต่ำกว่าอากาศภายนอกเล็กน้อยอยู่ตลอดเวลา ระบบหายใจแบบนี้ จึงเป็นการจำกัดการที่จะนำเอาออกซิเจนไปใช้หายใจที่ระดับเซลล์ ให้อยู่ในระดับต่ำกว่าระบบหายใจโดยใช้ปอดมาก ซึ่งเชื่อกันว่า เป็นสาเหตุสำคัญที่ควบคุมไม่ให้สัตว์พวกแมลงมีร่างกายใหญ่โต เหมือนสัตว์มีกระดูกสันหลังชั้นสูงที่หายใจด้วยปอด ในบ้านเราจะไม่พบเห็นแมลงมีขนาดโตกว่าจักจั่น ที่พบเห็นอยู่ตามป่าเลย