मानवी शरीर हे एक अत्यंत गुंतागुंतीचे आणि एकमेकांशी जोडलेले यंत्र आहे. या यंत्राला जिवंत ठेवण्यासाठी आणि ऊर्जा मिळवून देण्यासाठी विविध संस्था दिवस-रात्र काम करत असतात. आज आपण अशाच दोन अत्यंत महत्त्वाच्या जीवनदायी संस्थांचा अभ्यास करणार आहोत, ज्या एकमेकांवर पूर्णपणे अवलंबून आहेत; त्या म्हणजे मानवी श्वसन संस्था आणि रक्ताभिसरण संस्था. आपण जेव्हा श्वास घेतो, तेव्हा हवेतील ऑक्सिजन शरीरात येतो. परंतु केवळ फुफ्फुसांपर्यंत ऑक्सिजन पोहोचून चालत नाही, तो पायाच्या नखापासून ते मेंदूच्या पेशीपर्यंत पोहोचवणे आवश्यक असते. हे पोहोचवण्याचे वाहतुकीचे काम रक्ताभिसरण संस्था करते. परीक्षाभिमुख दृष्टिकोनातून या दोन्ही संस्थांची रचना, कार्ये आणि त्यामागील वैज्ञानिक कारणे आपण अगदी वर्गात शिकतो तशा सोप्या भाषेत समजून घेऊया.
श्वसन संस्था (Respiratory System)
श्वसन म्हणजे केवळ हवा आत घेणे आणि बाहेर सोडणे नव्हे. श्वसन ही एक बायोकेमिकल म्हणजेच जैवरासायनिक प्रक्रिया आहे, ज्यामध्ये घेतलेल्या ऑक्सिजनचा वापर करून पेशींच्या पातळीवर अन्नघटकांचे ऑक्सीकरण केले जाते आणि ऊर्जा मुक्त केली जाते. मानवी श्वसन संस्थेमध्ये प्रामुख्याने नाक, घसा, स्वरयंत्र, श्वसननलिका, श्वसनिका आणि फुफ्फुसे यांचा समावेश होतो. आपण या प्रत्येक भागाचे कार्य पॉईंट-टू-पॉईंट समजून घेऊया.
१. नाक आणि नासिकागुहा (Nose and Nasal Cavity)
श्वसन प्रक्रियेची सुरुवात नाकापासून होते. नाकावाटे हवा शरीरात घेतली जाते. नासिकागुहेच्या आत बारीक केस आणि चिकट श्लेष्मल त्वचा असते.
का आणि कसे (Why & How): निसर्गाने आपल्या नाकात केस आणि श्लेष्मल त्वचा का दिली आहे? हवेमध्ये अनेक धुलीकण, परागकण आणि सूक्ष्म जंतू असतात. जेव्हा हवा नाकातून पुढे जाते, तेव्हा हे केस आणि चिकट द्रव त्या अशुद्धींना तिथेच अडवून ठेवतात. म्हणजेच नाक हे आपल्या शरीराचे नैसर्गिक हवेचे फिल्टर आहे. याशिवाय, बाहेरची हवा खूप थंड असेल, तर ती शरीराच्या तापमानाएवढी उबदार करण्याचे कामही नासिकागुहेत होते. म्हणूनच नेहमी तोंडाने श्वास न घेता नाकानेच श्वास घ्यावा.
२. घसा आणि स्वरयंत्र (Pharynx and Larynx)
नासिकागुहा पुढे घशात उघडते. घशाच्या खाली स्वरयंत्र असते, ज्याला आपण आवाजाची पेटी म्हणतो. या ठिकाणी एक अत्यंत महत्त्वाची झडप असते, ज्याला उपजिह्वा म्हणतात.
का आणि कसे (Why & How): घशातून अन्न आणि हवा या दोन्हीसाठी एकच सामायिक मार्ग असतो. पुढे जाऊन अन्ननलिका आणि श्वसननलिका वेगवेगळ्या होतात. जेव्हा आपण अन्न गिळतो, तेव्हा उपजिह्वा श्वसननलिकेचे तोंड झाकून घेते, ज्यामुळे अन्नकण श्वसननलिकेत जात नाहीत. जर आपण घाईघाईने जेवताना किंवा बोलताना जेवलो, तर ही झडप वेळेवर बंद होत नाही आणि अन्नकण श्वसननलिकेत गेल्यामुळे आपल्याला ठसका लागतो. ठसका लागणे ही शरीराची प्रतिक्षेपी क्रिया आहे, जी त्या अन्नकणाला बाहेर ढकलते.
३. श्वसननलिका (Trachea)
स्वरयंत्राच्या खालच्या भागाला श्वसननलिका म्हणतात. ही नळी लवचिक असते आणि तिच्या भिंतींमध्ये 'C' आकाराच्या कूर्चाच्या कड्या (Cartilaginous Rings) असतात.
का आणि कसे (Why & How): श्वसननलिकेत हवेचा दाब कमी-जास्त झाला, तरी ती नळी एकमेकांना चिकटून बसू नये (Collapse होऊ नये), म्हणून या कूर्चाच्या कड्या तिला बाहेरून आधार देतात. यामुळे हवेचा मार्ग नेहमी मोकळा आणि उघडा राहतो.
४. फुफ्फुसे आणि वायूकोश (Lungs and Alveoli)
श्वसननलिका छातीच्या पोकळीत आल्यावर तिच्या दोन शाखा होतात, ज्यांना श्वसनी म्हणतात. प्रत्येक शाखा डाव्या आणि उजव्या फुफ्फुसात प्रवेश करते. फुफ्फुसांच्या आत या शाखांचे अजून बारीक-बारीक जाळे तयार होते, ज्यांना श्वसनिका म्हणतात. या श्वसनिकांच्या टोकावर द्राक्षाच्या घसासारखे असंख्य बारीक हवेचे फुगे असतात, ज्यांना वायूकोश म्हणतात.
का आणि कसे (Why & How): वायूकोश हे फुफ्फुसांचे खरे रचनात्मक आणि कार्यात्मक एकक आहेत. मानवी फुफ्फुसात लाखो वायूकोश असतात. जर हे सर्व वायूकोश पसरवून ठेवले, तर ते एका टेनिस कोर्टएवढी जागा व्यापू शकतात. निसर्गाने एवढी मोठी रचना एका लहान छातीच्या पोकळीत का केली? कारण वायू विनिमयासाठी (गॅस एक्सचेंज) जेवढे जास्त पृष्ठभाग क्षेत्रफळ उपलब्ध असेल, तेवढ्या वेगाने आणि कार्यक्षमतेने ऑक्सिजन रक्तात शोषला जाईल आणि कार्बन डायऑक्साइड बाहेर टाकला जाईल. वायूकोशाची भिंत अत्यंत पातळ असते आणि तिच्याभोवती रक्तकेशिकांचे दाट जाळे असते. विसरण (Diffusion) प्रक्रियेद्वारे वायूकोशातील ऑक्सिजन रक्तात जातो आणि रक्तातील कार्बन डायऑक्साइड वायूकोशात येतो.
५. श्वासपटल (Diaphragm) आणि श्वासोच्छवास प्रक्रिया
छातीच्या पोकळीच्या तळाशी एक स्नायूंचा पडदा असतो, त्याला श्वासपटल म्हणतात. हा पडदा उदर पोकळी आणि वक्ष पोकळी यांना वेगळा करतो. श्वास घेण्याची आणि सोडण्याची भौतिक क्रिया पूर्णपणे या श्वासपटलाच्या हालचालीवर अवलंबून असते.
श्वास घेणे (Inspiration): जेव्हा श्वासपटलाचे स्नायू आकुंचन पावतात, तेव्हा श्वासपटल खालच्या दिशेने सरकतो आणि सपाट होतो. त्याच वेळी बरगड्यांचे स्नायू छातीचा पिंजरा वर आणि बाहेर उचलतात. यामुळे छातीच्या पोकळीचे घनफळ वाढते. बॉयच्या नियमानुसार, घनफळ वाढल्यामुळे छातीच्या पोकळीतील हवेचा दाब बाहेरील वातावरणीय दाबापेक्षा कमी होतो. हवा नेहमी जास्त दाबाकडून कमी दाबाकडे वाहते, त्यामुळे बाहेरील हवा वेगाने नाकावाटे फुफ्फुसात भरली जाते.
श्वास सोडणे (Expiration): जेव्हा श्वासपटलाचे स्नायू शिथिल होतात, तेव्हा तो पुन्हा वरच्या बाजूने घुमटाकार (Dome-shaped) बनतो. बरगड्या मूळ स्थितीत खाली येतात. यामुळे छातीच्या पोकळीचे घनफळ कमी होते आणि आतील हवेचा दाब वाढतो. हा दाब वाढल्यामुळे फुफ्फुसातील हवा नाकवाटे बाहेर ढकलली जाते.
रक्ताभिसरण संस्था (Circulatory System)
शरीरातील पेशींना केवळ ऑक्सिजन मिळणे पुरेसे नाही, तर त्यांना ग्लुकोज, अमिनो आम्ले, संप्रेरके (Hormones) यांचीही गरज असते. तसेच पेशींमध्ये तयार झालेले टाकाऊ पदार्थ जसे की कार्बन डायऑक्साइड आणि युरिया शरीराबाहेर टाकणे गरजेचे असते. ही वाहतूक व्यवस्था रक्ताभिसरण संस्थेद्वारे चालवली जाते. मानवी रक्ताभिसरण संस्थेचा शोध डॉ. विल्यम हार्वे यांनी लावला. या संस्थेचे तीन मुख्य घटक आहेत: हृदय, रक्तवाहिन्या आणि रक्त.
१. मानवी हृदयाची रचना आणि कार्य (Structure of Human Heart)
मानवी हृदय हे आपल्या छातीच्या पोकळीत, दोन्ही फुफ्फुसांच्या मध्ये, थोडे डाव्या बाजूला झुकलेले असते. त्याचा आकार आपल्या मुठीएवढा असतो. मानवी हृदय हे चार कप्प्यांचे बनलेले असते. वरच्या दोन कप्प्यांना अलिंद (Atria) म्हणतात आणि खालच्या दोन कप्प्यांना निलय (Ventricles) म्हणतात. हृदयाचे डावे आणि उजवे असे दोन स्पष्ट भाग एका स्नायूंच्या पडद्यामुळे (Septum) पडतात, ज्यामुळे शुद्ध आणि अशुद्ध रक्त कधीही एकमेकांत मिसळत नाही.
उजवे अलिंद (Right Atrium): यामध्ये संपूर्ण शरीरातून गोळा केलेले अशुद्ध (ऑक्सिजनरहित) रक्त महाशिरेंच्या साहाय्याने येते.
उजवे निलय (Right Ventricle): उजव्या अलिंदातून हे अशुद्ध रक्त त्रिकल झडपेद्वारे (Tricuspid Valve) उजव्या निलयात जाते. उजवे निलय आकुंचन पावले की, हे रक्त फुफ्फुस धमनीद्वारे फुफ्फुसांकडे शुद्ध होण्यासाठी पाठवले जाते.
डावे अलिंद (Left Atrium): फुफ्फुसांमध्ये शुद्ध झालेले (ऑक्सिजनयुक्त) रक्त फुफ्फुस शिरेद्वारे डाव्या अलिंदात येते.
डावे निलय (Left Ventricle): डाव्या अलिंदातील शुद्ध रक्त द्विकल झडपेद्वारे (Bicuspid/Mitral Valve) डाव्या निलयात जाते. डावे निलय हे हृदयाचा सर्वात मजबूत आणि जाड भिंत असलेला कप्पा आहे. जेव्हा हे आकुंचन पावते, तेव्हा शुद्ध रक्त महाधमनीद्वारे (Aorta) संपूर्ण शरीराला पुरवले जाते.
झडपांचे महत्त्व (Importance of Valves): हृदयाच्या कप्प्यांमध्ये असणाऱ्या झडपा (Valves) रक्ताचा प्रवाह केवळ एकाच दिशेने वाहू देतात. त्या रक्ताला उलट दिशेने (Backflow) जाण्यापासून रोखतात.
२. रक्तवाहिन्या: धमनी आणि शीर यांमधील फरक (Arteries vs Veins)
शरीरात रक्त वाहून नेण्यासाठी दोन मुख्य प्रकारच्या वाहिन्या असतात. त्यांच्या रचनेत आणि कार्यात मूलभूत फरक असतो:
| वैशिष्ट्य | धमनी (Artery) | शीर (Vein) |
| रक्ताची दिशा | हृदयाकडून शरीराच्या विविध अवयवांकडे रक्त वाहून नेतात. | शरीराच्या अवयवांकडून रक्ताला पुन्हा हृदयाकडे आणतात. |
| रक्ताचा प्रकार | सामान्यतः शुद्ध (ऑक्सिजनयुक्त) रक्त वाहून नेतात. (अपवाद: फुफ्फुस धमनी - Pulmonary Artery जी अशुद्ध रक्त नेते). | सामान्यतः अशुद्ध (ऑक्सिजनरहित) रक्त वाहून नेतात. (अपवाद: फुफ्फुस शीर - Pulmonary Vein जी शुद्ध रक्त आणते). |
| भिंतीची रचना | जाड, लवचिक आणि स्नायूयुक्त असतात, कारण रक्त जास्त दाबाने वाहते. | पातळ आणि कमी लवचिक असतात, कारण रक्ताचा दाब कमी असतो. |
| झडपा (Valves) | धमन्यांच्या आत झडपा नसतात. | शिरांच्या आत ठराविक अंतरावर झडपा असतात, ज्यामुळे रक्त उलट फिरत नाही. |
| स्थान | शरीरात खोलवर रुतलेल्या असतात. | त्वचेच्या लगत, वरच्या बाजूला सहज दिसतात (उदा. हातावर दिसणाऱ्या निळसर शिरा). |
३. रक्ताचे घटक (Components of Blood)
रक्त हा एक लाल रंगाचा द्रव संयोजी उती (Fluid Connective Tissue) आहे. प्रौढ मानवाच्या शरीरात साधारणपणे ५ ते ६ लीटर रक्त असते. रक्ताचे प्रामुख्याने दोन भाग पडतात: रक्तद्रव (Plasma) आणि रक्तपेशी (Blood Cells).
रक्तद्रव (Plasma): हा रक्ताचा ५५% भाग असतो. हा फिकट पिवळसर रंगाचा, अल्कधर्मी द्रव आहे. यामध्ये ९०% ते ९२% पाणी असते आणि उर्वरित भागात प्रथिने (अल्ब्युमिन, ग्लोब्युलिन, फायब्रिनोजेन) आणि सेंद्रिय-असेन्द्रिय क्षार असतात. फायब्रिनोजेन हे प्रोटीन रक्त गोठण्याच्या प्रक्रियेत मदत करते.
लोहित रक्तपेशी (Red Blood Cells - RBC): या पेशी गोलाकार, द्वि-अंतर्वक्र (Biconcave) आणि केंद्रक नसलेल्या (Enucleated) असतात. त्यांचा जीवनकाळ १२० दिवसांचा असतो. या पेशींमध्ये हिमोग्लोबिन नावाचे लोहयुक्त प्रथिन असते. हिमोग्लोबिन ऑक्सिजनशी संयोग पावून 'ऑक्सिहिमोग्लोबिन' बनवते आणि शरीराच्या सर्व पेशींना ऑक्सिजन पुरवते. हिमोग्लोबिनमुळेच रक्ताला लाल रंग येतो.
श्वेत रक्तपेशी (White Blood Cells - WBC): या आकाराने मोठ्या, रंगहीन आणि केंद्रक असणाऱ्या पेशी आहेत. यांना शरीराचे सैनिक म्हणतात. जेव्हा शरीरात एखादा बाहेरील रोगजंतू प्रवेश करतो, तेव्हा या पेशी त्याचे भक्षण करतात आणि प्रतिपिंडे (Antibodies) तयार करून शरीराचे रोगांपासून रक्षण करतात.
रक्तपट्टिका (Platelets): या अत्यंत लहान आणि तबकडीच्या आकाराच्या पेशी असतात. जेव्हा शरीराला कुठे जखम होते आणि रक्त वाहू लागते, तेव्हा रक्तपट्टिका तिथे एकत्र येतात आणि रक्त गोठवण्याचे (Blood Clotting) काम करतात, ज्यामुळे अतिरक्तस्राव रोखला जातो.
४. मानवी रक्तगट (Human Blood Groups)
रक्तातील तांबड्या पेशींच्या पृष्ठभागावर असणारे प्रतिजन (Antigen) आणि रक्तद्रवात असणारे प्रतिपिंड (Antibody) यांच्या आधारे मानवी रक्ताचे ४ मुख्य गट पडतात. याचा शोध डॉ. कार्ल लँडस्टेनर यांनी १९०० मध्ये लावला (AB गटाचा शोध डीकास्टेलो आणि स्टुर्ली यांनी १९०२ मध्ये लावला).
A, B, AB, O रक्तगट:
'O' रक्तगट: या गटाच्या तांबड्या पेशींवर कोणतेही अँटीजन नसते, त्यामुळे हे रक्त कोणत्याही इतर रक्तगटाच्या व्यक्तीला दिले तरी शरीरात विसंगती निर्माण होत नाही. म्हणूनच 'O' रक्तगटाच्या व्यक्तीला सर्वयोग्य दाता (Universal Donor) म्हणतात.
'AB' रक्तगट: या गटाच्या व्यक्तीच्या रक्तामध्ये कोणतेही अँटीबॉडीज नसतात, त्यामुळे हा गट कोणत्याही इतर रक्तगटाचे रक्त स्वीकारू शकतो. म्हणूनच 'AB' रक्तगटाच्या व्यक्तीला सर्वयोग्य ग्राही (Universal Acceptor) म्हणतात.
Rh फॅक्टर: रक्तामध्ये 'Rhesus' नावाचा आणखी एक अँटीजन असतो. ज्यांच्या रक्तात तो असतो ते Rh पॉझिटिव्ह ($+$) आणि ज्यांच्यात नसतो ते Rh निगेटिव्ह ($-$) असतात.
उपयोजनात्मक विश्लेषण आणि वैज्ञानिक कारणे
परीक्षेमध्ये सरळ व्याख्या न विचारता अनेकदा दैनंदिन जीवनातील विज्ञानावर आधारित उपयोजनात्मक प्रश्न विचारले जातात. आपण असे काही महत्त्वाचे मुद्दे समजून घेऊया.
व्यायाम करताना श्वासाचा वेग का वाढतो?: जेव्हा आपण पळतो किंवा शारीरिक श्रम करतो, तेव्हा आपल्या स्नायूंना ऊर्जा तयार करण्यासाठी जास्त प्रमाणात ग्लुकोजचे ज्वलन करावे लागते. यासाठी ऑक्सिजनची मागणी वाढते. तसेच पेशींमध्ये कार्बन डायऑक्साइडचे प्रमाण वेगाने वाढते. हा वाढलेला कार्बन डायऑक्साइड शरीराबाहेर टाकण्यासाठी आणि नवीन ऑक्सिजन मिळवण्यासाठी मेंदू श्वसन संस्थेला जलद गतीने काम करण्याचा संदेश देतो. परिणामी, आपला श्वासोच्छवास आणि हृदयाचे ठोके वेगाने वाढतात.
रक्तदाब (Blood Pressure) म्हणजे काय?: हृदय जेव्हा आकुंचन पावून रक्त धमन्यांमध्ये ढकलते, तेव्हा रक्ताच्या प्रवाहामुळे धमन्यांच्या लवचिक भिंतींवर एक दाब पडतो, त्याला रक्तदाब म्हणतात. निरोगी माणसाचा सामान्य रक्तदाब १२0/८0 $mmHg$ असतो. यात १२0 म्हणजे सिस्टोलिक दाब (हृदय आकुंचन पावतानाचा दाब) आणि ८0 म्हणजे डायस्टोलिक दाब (हृदय शिथिल असतानाचा दाब). रक्तदाब मोजण्यासाठी स्फिग्मोमॅनोमीटर नावाचे यंत्र वापरतात.
कार्बन मोनॉक्साइड वायू धोकादायक का आहे?: हिवाळ्यात बंद खोलीत कोळशाची शेगडी पेटवून झोपल्यास मृत्यू होऊ शकतो, याचे कारण काय? कोळशाच्या अपूर्ण प्रज्वलनातून कार्बन मोनॉक्साइड ($\mathrm{CO}$) हा विषारी वायू तयार होतो. आपल्या रक्तातील हिमोग्लोबिनची ऑक्सिजनपेक्षा कार्बन मोनॉक्साइडशी संयोग पावण्याची क्षमता २५0 पटीने जास्त असते. त्यामुळे हिमोग्लोबिन ऑक्सिजनला सोडून कार्बन मोनॉक्साइडशी जोडले जाते आणि शरीरात ऑक्सिजन ऐवजी विषारी वायू फिरू लागतो. यामुळे पेशींना ऑक्सिजन न मिळाल्याने व्यक्ती गुदमरून मृत्यूमुखी पडते.
अध्यापनशास्त्रीय दृष्टिकोन (Pedagogy)
TET परीक्षेमध्ये या घटकाचे वर्गात अध्यापन कसे करावे, यावर आधारित प्रश्न येतात. एक शिक्षक म्हणून हा घटक वर्गात शिकवताना खालील पद्धतींचा वापर करावा:
१. प्रात्यक्षिक पद्धती (Demonstration): वर्गात विद्यार्थ्यांना स्वतःच्या किंवा मित्राच्या हाताच्या मनगटावर बोटे ठेवून एका मिनिटात पडणारे नाडीचे ठोके (Pulse Rate) मोजायला सांगावे. विश्रांतीच्या स्थितीत आणि वर्गाला एक फेरी मारून आल्यानंतरच्या ठोक्यांमधील फरक विद्यार्थ्यांना नोंदवायला सांगावा. यामुळे रक्ताभिसरण आणि शारीरिक श्रम यांचा संबंध विद्यार्थी स्वतः शिकतील.
२. प्रतिकृतीचा वापर (Model Making): फुफ्फुसांचे कार्य समजवण्यासाठी एक प्लास्टिकची बाटली, 'Y' आकाराची नळी आणि दोन फुगे वापरून श्वसन संस्थेचे साधे मॉडेल तयार करावे. बाटलीच्या तळाशी लावलेला रबरी पडदा खाली ओढल्यास फुगे कसे फुगतात (श्वास घेणे) आणि पडदा सोडल्यास फुगे कसे आकुंचन पावतात (श्वास सोडणे) हे दाखवून श्वासपटलाचे कार्य प्रत्यक्ष अमूर्त संकल्पनेतून मूर्त संकल्पनेत आणून स्पष्ट करावे.
क्विक रिव्हिजन नोट्स
श्वसन प्रकार: बाह्यश्वसन (वायू फुफ्फुसात घेणे), अंतर्गत श्वसन (रक्त आणि पेशींमधील वायू विनिमय) आणि पेशीश्वसन (पेशीच्या आत ग्लुकोजचे विघटन होऊन ऊर्जा निर्मिती).
ऊर्जा चलन: पेशीश्वसनात तयार झालेली ऊर्जा $\mathrm{ATP}$ (ॲडिनोसिन ट्रायफॉस्फेट) च्या स्वरूपात साठवली जाते. म्हणूनच याला पेशीचे ऊर्जेचे चलन म्हणतात.
फुफ्फुसाचे आवरण: फुफ्फुसाभोवती प्ल्युरा (Pleura) नावाचे दुहेरी अस्तर असते, जे फुफ्फुसांचे बाह्य आघातांपासून रक्षण करते.
हृदयाचे ठोके: एका निरोगी व्यक्तीच्या हृदयाचे ठोके एका मिनिटाला साधारणपणे ७२ वेळा पडतात. हृदयाचे ठोके मोजण्यासाठी स्टेथॉस्कोप वापरतात.
रक्त गोठणे: रक्तातील फायब्रिनोजेन आणि व्हिटॅमिन K रक्त गोठण्याच्या क्रियेत मुख्य भूमिका बजावतात.
युनिव्हर्सल डोनर: $O$ रक्तगट, युनिव्हर्सल रेसिपियंट: $AB$ रक्तगट.
श्वसन आणि रक्ताभिसरण संस्था
Mock Test: 20 Questions | 20 Minutes
