อวัยวะหายใจของสัตว์บก - อ่านสารานุกรมไทย

           สัตว์บกที่มีกระดูกสันหลังขณะที่ยังเป็นตัวอ่อนเติบโตอยู่ในไข่หรือในครรภ์มารดานั้น  มีน้ำเหลวห่อหุ้มตัวอยู่กันความกระทบกระเทือนและมีช่องเหงือก (gill slits)  เกิดขึ้นที่บริเวณคอหอยคล้ายๆ กับสัตว์พวกปลา แต่เมื่อคลอดออกมาจากครรภ์มารดาแล้วไม่มีความจำเป็นที่จะต้องใช้เหงือกอีกต่อไป จึงเกิดมีวิวัฒนาการเปลี่ยนแปลงไปเป็นปอดเกิดขึ้นตรงบริเวณที่เป็นช่องเหงือกเดิม แต่แทนที่จะยื่นออกมานอกร่างกายเหมือนเหงือกกลับซ่อนอยู่ภายในร่างกายอย่างมิดชิด  ปอดเป็นอวัยวะที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซหายใจได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงในสัตว์บก และเป็นอวัยวะที่พบในสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิดยกเว้นพวกปลาและสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่มีชีวิตอยู่ในน้ำตลอดชีวิต ส่วนในสัตว์บกชั้นต่ำเช่น พวกแมลงต่างๆ อวัยวะหายใจเป็นพวกท่อลมเล็กๆ (trachea) ซึ่งจะแตกแขนงแยกไปตามเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ ทั่วร่างกาย  สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด  เช่น  พวกหอยทากก็มีปอดเป็นอวัยวะหายใจด้วย  แต่ไม่สลับซับซ้อนเท่าปอดของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

            ไม่ว่าอวัยวะหายใจของสัตว์บกจะเป็นปอดหรือท่อลมก็ตาม  อวัยวะดังกล่าวจะทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซหายใจให้ดีได้จะต้องมีพื้นที่ผิวของเนื้อเยื่อภายในซึ่งเป็นบริเวณแลกเปลี่ยนก๊าซชุ่มชื่นอยู่ตลอดเวลาเช่นเดียวกันที่พบในพืชชั้นสูง

         ต่างจากเหงือกของสัตว์น้ำ  เพราะปอดเป็นอวัยวะหายใจที่อยู่ภายในร่างกาย  แต่เหงือกเป็นอวัยวะหายใจที่อยู่นอกร่างกาย  นับได้ว่าเป็นวิวัฒนาการที่สำคัญอย่างหนึ่งของสัตว์บก เพราะถ้าอวัยวะหายใจออกมาอยู่ภายนอกร่างกายเหมือนสัตว์น้ำแล้ว ความแห้งแล้งของอากาศรอบๆ ตัวจะมีผลทำให้พื้นผิวของอวัยวะหายใจแห้งจนไม่สามารถที่จะทำหน้าที่แลกเปลี่ยนก๊าซหายใจได้  เช่น  พวกปลาเมื่อเอาขึ้นมาบนบก เหงือกก็จะแห้งตาย แม้จะมีเยื่อแข็ง (operculum) หุ้มป้องกันอันตรายก็ไม่ช่วยให้เก็บความชื้นไว้ได้นาน  แต่อาจมีปลาบางชนิด เช่น พวกปลาดุก ปลาหมอ และปลาช่อน อาจทนทานได้ดีกว่าปลาชนิดอื่น  เพราะเหงือกของมันมีลักษณะพิเศษที่สามารถเก็บน้ำที่มีออกซิเจนละลายอยู่ไว้ได้นานกว่าปลาอื่น ทำให้สามารถอยู่บนบกได้นานกว่า  ๒๔  ชั่วโมง  (ดูเรื่องปลา ในเล่ม ๑) การที่ปอดเข้าไปซ่อนอยู่ในร่างกายอย่างมิดชิด จะช่วยให้พื้นผิวของเนื้อเยื่อสำหรับแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจที่อยู่ภายในปอดไม่ได้รับอันตรายจากสิ่งแวดล้อมนอกร่างกาย สัตว์บางอย่าง เช่น ปลาวาฬ และปลาโลมานั้น ไม่ใช่สัตว์น้ำที่แท้จริงแต่เป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม และมีบรรพบุรุษเป็นสัตว์บก หายใจด้วยปอดเหมือนกับสัตว์บกอื่นๆ สัตว์เหล่านี้จึงต้องโผล่ขึ้นมาบนผิวน้ำเพื่อรับออกซิเจนจากอากาศเหมือนกับพวกแมลงน้ำที่มีปีกแข็ง ซึ่งได้กล่าวมาแล้วในเรื่องของสัตว์น้ำ

           สัตว์ที่มีปอดหายใจ เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังชั้นสูง ซึ่งมีชีวิตอยู่บนบก ได้แก่ สัตว์ครึ่งน้ำครึ่งบก สัตว์เลื้อยคลาน นก   และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม ในสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด  เช่น หอยทาก ก็พบมีอวัยวะที่มีลักษณะแบบถุงแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจอยู่ภายในคล้ายปอดของสัตว์ชั้นสูง แต่ไม่สลับซับซ้อนเท่าในสัตว์ครึ่งน้ำครึ่งบกที่มีหางตลอดชีวิต เช่น ตัวซาลามานเดอร์ พบว่ามีปอดแบบง่ายๆ มีลักษณะเป็นถุงยื่นออกมาจากทางเดินอาหารใกล้ๆ กับบริเวณคอหอย สำหรับปลานั้นนอกจากจะพบว่าส่วนใหญ่ใช้เหงือกหายใจแล้ว ยังมีปลาโบราณที่นอกจากจะมีเหงือกแล้วยังมีอวัยวะคล้ายคลึงกับปอดของตัวซาลามานเดอร์สำหรับหายใจด้วย ปลาพวกนี้ในปัจจุบันยังเหลือให้เห็นน้อยมากเพียงไม่กี่ชนิดและไม่พบในประเทศไทย มันสามารถใช้ปอดหายใจได้เมื่อน้ำที่มันอาศัยอยู่แห้ง หรือไม่มีอากาศอยู่ในน้ำเพียงพอ และรอดชีวิตอยู่ได้เป็นเวลานานๆ นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันหลายท่านเชื่อว่าปลาพวกนี้เป็นบรรพบุรุษของปลาในยุคปัจจุบันและสัตว์บกที่ ใช้ปอดหายใจ  เพราะปอดของปลาพวกนี้เกิดวิวัฒนาการกลายเป็นถุงลมของปลายุคใหม่สำหรับทำหน้าที่พยุงตัวให้มันทรงตัวอยู่ในน้ำได้ อาหารอย่างหนึ่งที่คนไทยนิยมรับประทานที่เรียกว่า  "กระเพาะปลา"  นั้น ความจริงก็คือส่วนที่เป็นถุงลมของปลานั้นเอง

          นกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมซึ่งเป็นสัตว์ที่มีเลือดอุ่น เพราะร่างกายสามารถปรับอุณหภูมิให้คงที่ได้ไม่เปลี่ยนแปลงไปตามสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนสูงกว่าสัตว์เลือดเย็น เช่น พวกปลา กบ และสัตว์เลื้อยคลานซึ่งไม่สามารถปรับอุณหภูมิของร่างกายให้คงที่อยู่ได้เมื่อสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป พวกสัตว์เลือดอุ่นมีการปรับปรุงอวัยวะหายใจให้มีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนก๊าซหายใจให้ดียิ่งขึ้น ภายในปอดของสัตว์พวกนี้นอกจากจะมีขนาดใหญ่แล้วยังประกอบไปด้วยถุงลมบางๆ เล็กๆ จำนวนมากมายถุงบางๆ เหล่านี้เรียกว่าแอลวิโอลัส "alveolus" (พหูพจน์  แอลวิโอไล  "alveoli")ในถุงลมเล็กๆ เหล่านี้แต่ละถุงจะมีเส้นเลือดฝอยมาปกคลุมอยู่โดยตลอด ทำให้มีความชุ่มชื้นอยู่ตลอดเวลา ออกซิเจนสามารถที่จะซึมผ่านถุงแอลวิโอไล เข้าสู่เส้นเลือดได้และขณะเดียวกันคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นผลที่เกิดจากการหายใจระดับเซลล์ก็จะนำมา ที่บริเวณเส้นเลือดฝอยที่ถุงแอลวิโอไลนี้ และซึมผ่านออกสู่ภายนอกพร้อมกับลมหายใจออก ถ้าเอาถุงแอลวิโอไลทั้งหมดในตัวคนมาแผ่ออกแล้วจะมีเนื้อที่มากกว่า ๑,๐๐๐ ตารางมตร ซึ่งมากกว่าเนื้อที่ทั้งหมดของผิวหนังที่ห่อหุ้มร่างกายหลายเท่า ถุงแอลวิโอลัสแต่ละอันจะติดต่อถึงกันได้โดยท่อลมเล็กๆ ภายในปอดที่เรียกว่า บรองคิโอลส์ (bronchioles)ซึ่งก็จะมารวมกันเป็นท่อใหญ่เรียกว่า ขั้วปอด (bronchus)  และขั้วปอดทั้งสองข้างก็จะมารวมเป็นหลอดลม (trachea) ส่วนต้นของหลอดลมเป็นกล่องเสียง (larynx) ซึ่งภายนอกประกอบด้วยกลุ่มของกระดูกอ่อนที่สลับซับซ้อนห่อหุ้มเอาไว้ ชาวบ้านเรียกส่วนนี้ว่า ลูกกระเดือก  ทั้งหลอดลมและขั้วปอดจะมีวงของกระดูกอ่อนบางๆ หุ้มอยู่  เพื่อช่วยเพิ่มความ แข็งแรง  เยื่อบุภายในหลอดลมจะมีเซลล์ที่มีขน (cilia)  อยู่ด้วยคอยทำหน้าที่ดักสารแปลกปลอม เช่น น้ำมูก  หรือควันบุหรี่  ไม่ให้ลงไปสู่ปอดได้ง่าย หลอดลมมีช่องลม(glottis) เปิดติดต่อกับทางเดินอาหารตรงบริเวณคอหอย (pharynx) บนช่องลมนี้พบมีแผ่นเนื้อเยื่อบางๆ  คอยทำหน้าที่ปิดช่องลมเรียก เอปิกลอททิส (epiglottis) เอปิกลอททิสนี้จะเปิดขณะที่หายใจเข้าทำให้อากาศผ่านเข้าสู่หลอดลมและปอด  แต่ขณะที่อากาศอยู่ในปอดและมีการ แลกเปลี่ยนก๊าซหายใจ หรือขณะที่กลืนอาหาร เอปิกลอททิสจะปิด และจะเปิดอีกทีเมื่อปอดหดตัวดันเอาอากาศออกมาตอนหายใจออก  การขยายตัวและหดตัวของปอดเพื่อสูดลมหายใจเข้าและออกนั้น ถูกควบคุมโดยกล้ามเนื้อซี่โครง  กะบังลม(diaphragm) ซึ่งเป็นแผ่นกล้ามเนื้ออยู่ทางด้านล่างสุดของปอด และกั้นช่องปอดกับช่องท้องให้แยกจากกันขณะที่หายใจเข้า  ช่องว่างของส่วนทรวงอกจะเพิ่มมากขึ้น เพราะกล้ามเนื้อกระดูกซี่โครงหดตัวทำให้กระดูกซี่โครงยกสูงขึ้น เป็นการขยายเนื้อที่ของช่องทรวงอกด้านกว้าง ขณะเดียวกันก็จะมีการหดตัวของกล้ามเนื้อกะบังลม ทำให้มีการขยายตัวของช่องทรวงอกลงมาทางด้านล่างเป็นผลให้ปอดขยายตัว ทำให้ความดันอากาศในปอดลดต่ำลงกว่าความดันของอากาศภายนอก  อากาศจากภายนอกก็จะเข้ามาแทนที่ได้  ในตอนที่หายใจออก กล้ามเนื้อทั้งสองคืนตัวทำให้ปริมาตรของช่องว่างในทรวงอกลดน้อยลงทั้งทางส่วนกว้างและส่วนล่าง ทำให้ปอดบีบตัวดันเอาลมหายใจผ่านออกมาสู่ภายนอกเนื้อปอดเองก็มีความยืดหยุ่นสูงจึงสามารถหดตัวและขยายตัวได้ขณะหายใจสำหรับนกนั้นนอกจากจะเป็นสัตว์เลือดอุ่นแล้ว มันยังสามารถบินได้ด้วย นกมีชีวิตส่วนใหญ่อยู่ในอากาศ  จึงมีความจำเป็นต้องใช้ออกซิเจนสูงมาก นกมีวิวัฒนาการในการที่จะให้ร่างกายได้ออกซิเจนได้มาก โดยมีถุงลมบางๆ (air sacs) แทรกอยู่ตามกระดูกต่างๆ และภายในช่องท้องเกือบทั่วร่างกาย ถุงลมเหล่านี้ติดต่อกับปอดได้  และคอยทำหน้าที่ช่วยปอดเก็บเอาอากาศไว้ใช้ในการหายใจขณะที่มันบินไปในที่สูง เป็นระยะทางไกลๆ นกที่บินเก่งจะมีกระดูกบางมากและมีเนื้อที่ภายในกระดูกสำหรับบรรจุอากาศมากกว่านกที่บินไม่เก่ง ลักษณะนี้มีประโยชน์ช่วยทำให้นกมีน้ำหนักตัวไม่มากเกินไปและช่วยเพิ่มเนื้อที่สำหรับเก็บอากาศไว้ใช้ในการหายใจอีกด้วย