अध्याय 6 — जीव विज्ञान

मानव शरीर क्रिया विज्ञान की मूलभूत अवधारणाएँ — श्वसन

RAS A2Z Science — Human Physiology — Respiration | मानव श्वसन तंत्र, गैस विनिमय, कोशिकीय श्वसन

1 श्वसन की मूल अवधारणा by RAS A2Z

जीवित कोशिकाओं को विभिन्न जैविक क्रियाओं के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। भोजन में उपस्थित कार्बनिक पदार्थों, विशेषकर ग्लूकोज (Glucose), के ऑक्सीकरण से ऊर्जा मुक्त होती है। इस ऊर्जा का उपयोग मुख्यतः ATP (Adenosine Triphosphate) के रूप में किया जाता है।

श्वसन को दो स्तरों पर समझना आवश्यक है—

1. श्वास-प्रश्वास (Breathing)

वातावरण से वायु को फेफड़ों में लेना और फेफड़ों से बाहर निकालना।

2. कोशिकीय श्वसन (Cellular Respiration)

कोशिकाओं में कार्बनिक पदार्थों के नियंत्रित ऑक्सीकरण द्वारा ऊर्जा मुक्त करने की जैव-रासायनिक प्रक्रिया।

📌 परीक्षा में सबसे महत्वपूर्ण अंतर

Breathing = वायु का आवागमन

Respiration = ऊर्जा उत्पादन से संबंधित जैव-रासायनिक प्रक्रिया

2 मानव श्वसन तंत्र by RAS A2Z

मानव श्वसन तंत्र के प्रमुख अंग हैं—

वायु मार्ग का क्रम

नाक (Nose)
↓
नासिका गुहा (Nasal Cavity)
↓
ग्रसनी (Pharynx)
↓
कंठ/स्वरयंत्र (Larynx)
↓
श्वासनली (Trachea)
↓
श्वसनी (Bronchi)
↓
श्वसनीकाएँ (Bronchioles)
↓
वायुकोष्ठिकाएँ (Alveoli)
↓
फेफड़े (Lungs)

सहायक संरचनाएँ

डायाफ्राम (Diaphragm)
अंतरापसलीय मांसपेशियाँ (Intercostal Muscles)
फुफ्फुसावरण (Pleura)

3 नाक एवं नासिका गुहा by RAS A2Z

नाक श्वसन तंत्र का प्रारंभिक भाग है।

इसके प्रमुख कार्य—

वायु को छानना।
धूल-कणों को रोकना।
वायु को गर्म करना।
वायु को नम करना।
गंध का अनुभव कराना।

नासिका गुहा में उपस्थित श्लेष्मा (Mucus) तथा रोम (Nasal Hairs) बाहरी कणों को रोकने में सहायता करते हैं।

4 ग्रसनी (Pharynx) by RAS A2Z

ग्रसनी श्वसन तथा पाचन दोनों तंत्रों से संबंधित सामान्य मार्ग है।

यह—

नासिका गुहा से वायु को कंठ तक पहुँचाती है।
मुख से भोजन को अन्ननली की ओर जाने का मार्ग देती है।

इसलिए इसे साझा मार्ग (Common Passage) कहा जा सकता है।

5 कंठ/स्वरयंत्र (Larynx) by RAS A2Z

कंठ को स्वरयंत्र (Voice Box) भी कहते हैं।

इसके प्रमुख कार्य—

वायु को श्वासनली तक पहुँचाना।
ध्वनि उत्पन्न करने में सहायता करना।
निचले श्वसन मार्ग की सुरक्षा करना।

कंठ में स्वरतंत्रियाँ (Vocal Cords) होती हैं।

फेफड़ों से आने वाली वायु इनके कंपन के कारण ध्वनि उत्पन्न करने में सहायता करती है।

6 एपिग्लॉटिस (Epiglottis) by RAS A2Z

एपिग्लॉटिस (Epiglottis) पत्ती जैसी उपास्थीय संरचना है।

निगलते समय यह श्वासनली के प्रवेश द्वार को ढकने में सहायता करता है, जिससे भोजन श्वसन मार्ग में जाने की संभावना कम होती है।

📌 याद रखें

एपिग्लॉटिस → भोजन को श्वासनली में जाने से रोकने में सहायक।

7 श्वासनली (Trachea) by RAS A2Z

श्वासनली कंठ से वायु को फेफड़ों तक पहुँचाती है।

इसकी दीवार में C-आकार के उपास्थि वलय (C-shaped Cartilaginous Rings) होते हैं।

8 श्वसनी एवं श्वसनीकाएँ (Bronchi & Bronchioles) by RAS A2Z

मुख्य श्वसनियाँ फेफड़ों में प्रवेश करके अनेक छोटी शाखाओं में विभाजित होती हैं।

क्रम

Trachea → Bronchi → Bronchioles → Alveolar Ducts → Alveoli

यह शाखित संरचना फेफड़ों में विशाल सतह क्षेत्र उपलब्ध कराती है।

9 फेफड़े (Lungs) by RAS A2Z

मानव में दो फेफड़े होते हैं—

दायाँ फेफड़ा (Right Lung)

3 पालियाँ (Lobes)

बायाँ फेफड़ा (Left Lung)

2 पालियाँ (Lobes)

बायाँ फेफड़ा अपेक्षाकृत छोटा होता है क्योंकि हृदय के लिए स्थान आवश्यक होता है।

फेफड़ों को दोहरी झिल्ली फुफ्फुसावरण (Pleura) घेरती है।

इसके बीच फुफ्फुसीय द्रव (Pleural Fluid) होता है, जो श्वसन के दौरान घर्षण कम करने में सहायता करता है।

10 वायुकोष्ठिकाएँ (Alveoli) by RAS A2Z

वायुकोष्ठिकाएँ फेफड़ों में स्थित सूक्ष्म थैलीनुमा संरचनाएँ हैं।

गैस विनिमय का मुख्य स्थान = वायुकोष्ठिका

इनकी प्रमुख विशेषताएँ—

दीवार अत्यंत पतली।
लगभग एक कोशिका मोटी।
चारों ओर रक्त केशिकाओं का घना जाल।
विशाल कुल सतही क्षेत्र।
नम सतह।
गैसों के विसरण के लिए बहुत कम दूरी।

इन विशेषताओं के कारण O₂ और CO₂ का तीव्र विनिमय संभव होता है।

11 श्वसन झिल्ली (Respiratory Membrane) by RAS A2Z

वायुकोष्ठिका और रक्त के बीच गैसों को पार करने के लिए अत्यंत पतली संरचनात्मक बाधा होती है, जिसे श्वसन झिल्ली (Respiratory Membrane) कहा जाता है।

गैसों को सामान्यतः—

Alveolar Epithelium → Basement Membrane → Capillary Endothelium

से होकर गुजरना पड़ता है।

झिल्ली जितनी पतली होगी, गैसों का विसरण उतना ही प्रभावी होगा।

12 गैसों का विसरण (Diffusion) by RAS A2Z

वायुकोष्ठिका में O₂ का आंशिक दाब रक्त की तुलना में अधिक होता है।

इसलिए—

O₂ : Alveoli → Blood

वहीं रक्त में CO₂ का आंशिक दाब वायुकोष्ठिका की तुलना में अधिक होता है।

इसलिए—

CO₂ : Blood → Alveoli

यह प्रक्रिया मुख्यतः आंशिक दाब प्रवणता (Partial Pressure Gradient) द्वारा संचालित होती है।

13 अंतःश्वसन एवं उच्छ्वसन by RAS A2Z

श्वसन की यांत्रिक प्रक्रिया को मुख्यतः दो भागों में बाँटा जाता है—

अंतःश्वसन (Inspiration)

वायु का फेफड़ों में प्रवेश।

उच्छ्वसन (Expiration)

वायु का फेफड़ों से बाहर निकलना।

14 अंतःश्वसन की क्रियाविधि by RAS A2Z

अंतःश्वसन के दौरान—

डायाफ्राम सिकुड़ता है।
डायाफ्राम नीचे की ओर चपटा होता है।
बाह्य अंतरापसलीय मांसपेशियाँ सिकुड़ती हैं।
पसलियाँ ऊपर एवं बाहर की ओर जाती हैं।
वक्ष गुहा का आयतन बढ़ता है।
फेफड़ों का आयतन बढ़ता है।
फेफड़ों के अंदर दाब घटता है।
वातावरण से वायु फेफड़ों में प्रवेश करती है।

सूत्र रूप में

आयतन ↑ → दाब ↓ → वायु अंदर

15 उच्छ्वसन की क्रियाविधि by RAS A2Z

सामान्य उच्छ्वसन में—

डायाफ्राम शिथिल होता है।
डायाफ्राम ऊपर उठता है।
वक्ष गुहा का आयतन घटता है।
फेफड़ों का आयतन घटता है।
फेफड़ों के अंदर दाब बढ़ता है।
वायु बाहर निकलती है।

सूत्र

आयतन ↓ → दाब ↑ → वायु बाहर

यह संबंध बॉयल के नियम (Boyle's Law) से समझा जा सकता है।

16 डायाफ्राम (Diaphragm) by RAS A2Z

डायाफ्राम वक्ष गुहा और उदर गुहा के बीच स्थित प्रमुख पेशीय संरचना है।

इसे श्वसन की प्रमुख पेशी (Major Muscle of Respiration) माना जाता है।

अंतःश्वसन

डायाफ्राम → संकुचन → नीचे

उच्छ्वसन

डायाफ्राम → शिथिलन → ऊपर

17 ऑक्सीजन का रक्त द्वारा परिवहन by RAS A2Z

रक्त में ऑक्सीजन का अधिकांश भाग हीमोग्लोबिन (Haemoglobin) से जुड़कर परिवहन होता है।

हीमोग्लोबिन लाल रक्त कोशिकाओं (Red Blood Cells) में पाया जाता है।

ऑक्सीजन के साथ इसका संबंध—

Hb + O₂ ⇌ HbO₂

ऑक्सीहीमोग्लोबिन (Oxyhaemoglobin) बनाता है।

फेफड़ों में O₂ अधिक होने पर Hb ऑक्सीजन ग्रहण करता है और ऊतकों में O₂ कम होने पर इसे छोड़ता है।

18 ऑक्सीहीमोग्लोबिन विघटन वक्र by RAS A2Z

हीमोग्लोबिन और ऑक्सीजन के बीच संबंध को सामान्यतः S-आकार के वक्र (Sigmoid Curve) द्वारा दर्शाया जाता है।

यह वक्र बताता है कि O₂ के आंशिक दाब में परिवर्तन के साथ हीमोग्लोबिन की O₂-संतृप्ति कैसे बदलती है।

फेफड़ों में

O₂ अधिक → Hb अधिक O₂ बाँधता है।

ऊतकों में

O₂ अपेक्षाकृत कम → Hb O₂ छोड़ता है।

यह शरीर को फेफड़ों में O₂ ग्रहण तथा ऊतकों में O₂ विमोचन दोनों के लिए अनुकूल बनाता है।

19 बोहर प्रभाव (Bohr Effect) by RAS A2Z

ऊतकों में कोशिकीय श्वसन के कारण—

CO₂ बढ़ती है।
H⁺ बढ़ता है।
pH घटता है।

इन परिस्थितियों में हीमोग्लोबिन की O₂ के प्रति आकर्षण क्षमता कम हो जाती है और वह अधिक O₂ छोड़ता है।

इसे बोहर प्रभाव (Bohr Effect) कहते हैं।

सरल रूप

CO₂ ↑ / H⁺ ↑ / pH ↓ → Hb की O₂ affinity ↓ → ऊतकों को O₂ अधिक

यह व्यायामरत मांसपेशियों में विशेष रूप से उपयोगी है।

20 तापमान और 2,3-BPG का प्रभाव by RAS A2Z

तापमान बढ़ने पर तथा लाल रक्त कोशिकाओं में 2,3-BPG (2,3-Bisphosphoglycerate) बढ़ने पर हीमोग्लोबिन की O₂ के प्रति affinity कम हो सकती है।

इससे ऊतकों में O₂ का विमोचन बढ़ता है।

यह अवधारणा ऑक्सीहीमोग्लोबिन विघटन वक्र के दाईं ओर खिसकने (Right Shift) से जुड़ी है।

21 कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन by RAS A2Z

रक्त में CO₂ मुख्यतः तीन रूपों में परिवहन होती है—

प्लाज्मा में घुली CO₂।
बाइकार्बोनेट आयन (Bicarbonate Ion) के रूप में।
कार्बामिनोहीमोग्लोबिन (Carbaminohaemoglobin) के रूप में।

इनमें सबसे बड़ा भाग सामान्यतः बाइकार्बोनेट के रूप में परिवहन होता है।

22 कार्बोनिक एनहाइड्रेज by RAS A2Z

लाल रक्त कोशिकाओं में पाया जाने वाला कार्बोनिक एनहाइड्रेज (Carbonic Anhydrase) CO₂ के जल के साथ अभिक्रिया को तीव्र करता है।

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

यह CO₂ के परिवहन में अत्यंत महत्वपूर्ण है।

23 क्लोराइड शिफ्ट (Chloride Shift) by RAS A2Z

लाल रक्त कोशिकाओं में CO₂ से बनने वाला बाइकार्बोनेट आयन रक्त प्लाज्मा में जाता है।

विद्युत उदासीनता बनाए रखने के लिए क्लोराइड आयन (Cl⁻) RBC में प्रवेश करता है।

इस आयनिक विनिमय को—

क्लोराइड शिफ्ट (Chloride Shift)

कहते हैं।

24 सर्फैक्टेंट (Surfactant) by RAS A2Z

वायुकोष्ठिकाओं की आंतरिक सतह पर एक विशेष पदार्थ सर्फैक्टेंट (Surfactant) पाया जाता है।

यह मुख्यतः टाइप-II वायुकोष्ठिका कोशिकाओं (Type-II Alveolar Cells) द्वारा निर्मित होता है।

प्रमुख कार्य

यह वायुकोष्ठिकाओं की सतही तन्यता (Surface Tension) कम करता है और उनके ढहने या बंद होने की संभावना को कम करता है।

📌 परीक्षा तथ्य

Surfactant ↓ Surface Tension → Alveolar Stability ↑

25 फेफड़ों का परिसंचरण (Pulmonary Circulation) by RAS A2Z

फेफड़ों तक रक्त पहुँचाने में—

फुफ्फुसीय धमनी (Pulmonary Artery) → ऑक्सीजन-गरीब रक्त ले जाती है।
फुफ्फुसीय शिराएँ (Pulmonary Veins) → ऑक्सीजन-समृद्ध रक्त हृदय तक लाती हैं।

⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद

सामान्य नियम है—

धमनी → O₂-rich; शिरा → O₂-poor

लेकिन फुफ्फुसीय परिसंचरण में यह उलटा है।

Pulmonary artery = Deoxygenated blood

Pulmonary vein = Oxygenated blood

26 वेंटिलेशन (Pulmonary Ventilation) by RAS A2Z

फेफड़ों में वायु का अंदर-बाहर आवागमन फुफ्फुसीय वेंटिलेशन (Pulmonary Ventilation) कहलाता है।

मिनट वेंटिलेशन (Minute Ventilation)

एक मिनट में अंदर या बाहर जाने वाली कुल वायु।

Minute Ventilation = Tidal Volume × Respiratory Rate

यदि TV = 500 mL और दर = 12/min हो:

≈ 6000 mL/min = 6 L/min

27 मृत स्थान (Dead Space) by RAS A2Z

श्वसन मार्ग का वह भाग जहाँ हवा मौजूद रहती है लेकिन वहाँ गैस-विनिमय नहीं होता, मृत स्थान (Dead Space) कहलाता है।

वयस्क में शारीरिक मृत स्थान (Anatomical Dead Space) लगभग 150 mL माना जाता है।

इसलिए 500 mL की प्रत्येक सामान्य श्वास में पूरी मात्रा गैस-विनिमय वाली सतह तक नहीं पहुँचती।

28 वायुकोष्ठकीय वेंटिलेशन (Alveolar Ventilation) by RAS A2Z

वह वायु जो वास्तव में गैस-विनिमय वाली वायुकोष्ठिकाओं तक पहुँचती है।

Alveolar Ventilation = (Tidal Volume – Dead Space) × Respiratory Rate

उदाहरण:

(500 – 150) × 12 = 4200 mL/min

29 फेफड़ों के आयतन (Lung Volumes) by RAS A2Z

1. ज्वारीय आयतन (Tidal Volume — TV)

सामान्य श्वास में अंदर-बाहर होने वाली वायु।

लगभग 500 mL।

2. प्रेरण आरक्षित आयतन (Inspiratory Reserve Volume — IRV)

सामान्य अंतःश्वसन के बाद अतिरिक्त अंदर ली जा सकने वाली वायु।

3. उच्छ्वसन आरक्षित आयतन (Expiratory Reserve Volume — ERV)

सामान्य उच्छ्वसन के बाद अतिरिक्त बाहर निकाली जा सकने वाली वायु।

4. अवशिष्ट आयतन (Residual Volume — RV)

अधिकतम उच्छ्वसन के बाद भी फेफड़ों में बची वायु।

30 फेफड़ों की क्षमताएँ (Lung Capacities) by RAS A2Z

प्रेरण क्षमता (Inspiratory Capacity — IC)

IC = TV + IRV

कार्यात्मक अवशिष्ट क्षमता (Functional Residual Capacity — FRC)

FRC = ERV + RV

जीवन क्षमता (Vital Capacity — VC)

VC = IRV + TV + ERV

कुल फेफड़ा क्षमता (Total Lung Capacity — TLC)

TLC = VC + RV

31 स्पाइरोमेट्री (Spirometry) by RAS A2Z

स्पाइरोमीटर (Spirometer) नामक उपकरण द्वारा फेफड़ों की वायु मात्रा और वायु प्रवाह का आकलन किया जा सकता है।

इसका उपयोग विभिन्न श्वसन रोगों के मूल्यांकन में किया जाता है।

विशेष रूप से

फेफड़ों की क्षमता
वायु प्रवाह
अवरोधक श्वसन रोगों का आकलन

में उपयोगी है।

⚠️ महत्वपूर्ण सीमा

सामान्य स्पाइरोमेट्री से अवशिष्ट आयतन (RV) को सीधे नहीं मापा जा सकता।

32 कोशिकीय श्वसन (Cellular Respiration) by RAS A2Z

अब श्वसन का दूसरा स्तर समझना आवश्यक है।

कोशिकीय श्वसन में ग्लूकोज जैसे कार्बनिक पदार्थों का नियंत्रित ऑक्सीकरण होता है।

वायवीय श्वसन का समग्र समीकरण

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ऊर्जा

मुक्त ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण भाग ATP में संग्रहीत किया जाता है।

33 ATP — ऊर्जा मुद्रा (Energy Currency) by RAS A2Z

ATP (Adenosine Triphosphate) कोशिका की प्रमुख ऊर्जा मुद्रा है।

ATP के जल-अपघटन से—

ATP → ADP + Pi + ऊर्जा

ऊर्जा मुक्त होती है।

इस ऊर्जा का उपयोग—

सक्रिय परिवहन
मांसपेशी संकुचन
जैव-संश्लेषण
कोशिका विभाजन
तंत्रिका क्रियाओं

में होता है।

34 ग्लाइकोलाइसिस (Glycolysis) by RAS A2Z

ग्लाइकोलाइसिस ग्लूकोज के विघटन का प्रारंभिक चरण है।

स्थान

कोशिकाद्रव्य (Cytosol)

मुख्य परिणाम

Glucose → 2 Pyruvate

ग्लाइकोलाइसिस में कुछ ATP तथा NADH बनते हैं।

📌 महत्वपूर्ण बात

ग्लाइकोलाइसिस के लिए माइटोकॉन्ड्रिया आवश्यक नहीं है।

35 पाइरुवेट का ऑक्सीकरण (Pyruvate Oxidation) by RAS A2Z

वायवीय परिस्थितियों में पाइरुवेट माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करता है।

पाइरुवेट से Acetyl-CoA बनता है।

इस प्रक्रिया में—

CO₂ निकलती है।
NADH बनता है।
Acetyl-CoA बनता है।

36 क्रेब्स चक्र (Krebs Cycle) by RAS A2Z

इसे साइट्रिक अम्ल चक्र (Citric Acid Cycle — TCA Cycle) भी कहा जाता है।

स्थान

माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स (Mitochondrial Matrix)

इसमें Acetyl-CoA का क्रमिक ऑक्सीकरण होता है।

उत्पाद—

CO₂
NADH
FADH₂
ATP/GTP

37 इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र (Electron Transport Chain — ETC) by RAS A2Z

यह वायवीय श्वसन का अत्यंत महत्वपूर्ण चरण है।

स्थान

माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली (Inner Mitochondrial Membrane)

NADH और FADH₂ द्वारा लाए गए इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन परिवहन तंत्र से गुजरते हैं।

इस दौरान प्रोटॉन प्रवणता बनती है।

ATP Synthase द्वारा इस प्रवणता का उपयोग ATP निर्माण में होता है।

ऑक्सीजन अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (Final Electron Acceptor) के रूप में कार्य करती है और अंततः जल बनता है।

38 ATP की मात्रा — आधुनिक अवधारणा by RAS A2Z

एक ग्लूकोज अणु से यूकैरियोटिक कोशिकाओं में वायवीय श्वसन द्वारा सामान्यतः लगभग 30–32 ATP प्राप्त होने का आधुनिक अनुमान उपयोग किया जाता है।

पुरानी पुस्तकों में 36 या 38 ATP भी दिया मिलता है, लेकिन आधुनिक जैव-ऊर्जा गणना में 30–32 ATP अधिक उपयुक्त मान है।

📌 RAS के लिए

यदि विकल्प में आधुनिक मान पूछा जाए:

≈ 30–32 ATP

39 अवायवीय श्वसन (Anaerobic Respiration) by RAS A2Z

ऑक्सीजन की अनुपस्थिति या अपर्याप्तता में ग्लूकोज से ऊर्जा प्राप्त करने की प्रक्रिया को व्यापक रूप से अवायवीय ऊर्जा उत्पादन कहा जाता है।

यीस्ट में किण्वन

Glucose → Ethanol + CO₂ + Energy

मानव मांसपेशियों में

ऑक्सीजन की कमी के दौरान पाइरुवेट से लैक्टेट (Lactate) बनने की प्रक्रिया बढ़ सकती है।

40 वायवीय और अवायवीय श्वसन by RAS A2Z

आधार	वायवीय	अवायवीय
O₂	आवश्यक	आवश्यक नहीं
ग्लूकोज विघटन	अधिक पूर्ण	अपूर्ण
ऊर्जा उत्पादन	अधिक	कम
अंतिम उत्पाद	CO₂ + H₂O	लैक्टेट या एथेनॉल + CO₂
प्रारंभिक चरण	Glycolysis	Glycolysis
प्रमुख ऊर्जा उत्पादन	Mitochondria में आगे की प्रक्रियाएँ	मुख्यतः Cytosol

41 श्वसन गुणांक (Respiratory Quotient — RQ) by RAS A2Z

श्वसन गुणांक (RQ) यह बताता है कि श्वसन के दौरान उत्पादित CO₂ की मात्रा और उपभोग की गई O₂ की मात्रा का अनुपात क्या है।

सूत्र

RQ = CO₂ produced / O₂ consumed

कार्बोहाइड्रेट

RQ = 1

वसा

RQ = 0.7

प्रोटीन

RQ = 0.8–0.9

📌 परीक्षा तथ्य

RQ = 1 → मुख्यतः carbohydrate oxidation

42 श्वसन का नियंत्रण (Regulation of Respiration) by RAS A2Z

श्वसन की लय का नियंत्रण मुख्यतः मस्तिष्क-तंत्र के विशेष केंद्रों द्वारा किया जाता है।

प्रमुख क्षेत्र

मेडुला ऑब्लॉगाटा (Medulla Oblongata)
पॉन्स (Pons)

ये श्वसन की दर और गहराई को नियंत्रित करने में महत्वपूर्ण हैं।

43 केमोरेसेप्टर (Chemoreceptors) by RAS A2Z

शरीर में CO₂, H⁺ तथा O₂ की स्थिति का पता लगाने में केमोरेसेप्टर महत्वपूर्ण हैं।

केंद्रीय केमोरेसेप्टर (Central Chemoreceptors)

मस्तिष्क के मेडुलरी क्षेत्र से संबंधित होते हैं और CO₂ के कारण CSF में H⁺ परिवर्तन के प्रति अत्यंत संवेदनशील होते हैं।

परिधीय केमोरेसेप्टर (Peripheral Chemoreceptors)

मुख्यतः—

कैरोटिड बॉडी (Carotid Bodies)
एओर्टिक बॉडी (Aortic Bodies)

में पाए जाते हैं।

ये O₂, CO₂ और H⁺ में परिवर्तन के प्रति प्रतिक्रिया करते हैं।

44 CO₂ और श्वसन नियंत्रण by RAS A2Z

रक्त में CO₂ बढ़ने पर—

CO₂ ↑ → H⁺ ↑ → श्वसन केंद्र की उत्तेजना ↑ → श्वसन दर/गहराई ↑

इससे अतिरिक्त CO₂ बाहर निकालने में सहायता मिलती है।

इसीलिए सामान्य परिस्थितियों में CO₂ श्वसन नियंत्रण का अत्यंत महत्वपूर्ण संकेतक है।

45 उच्च ऊँचाई पर श्वसन (High Altitude Respiration) by RAS A2Z

ऊँचाई बढ़ने पर वायुमंडलीय दाब घटता है और ऑक्सीजन का आंशिक दाब (Partial Pressure of Oxygen) भी कम होता है।

इससे शरीर में हाइपोक्सिया (Hypoxia) की स्थिति उत्पन्न हो सकती है।

शरीर अनुकूलन के लिए—

श्वसन दर बढ़ाता है।
हृदय की कार्यक्षमता बढ़ा सकता है।
एरिथ्रोपोइटिन (Erythropoietin — EPO) के माध्यम से RBC उत्पादन बढ़ाता है।
2,3-BPG में परिवर्तन द्वारा O₂ unloading में सहायता करता है।

इसे अनुकूलन (Acclimatization) कहा जाता है।

46 हाइपोक्सिया (Hypoxia) by RAS A2Z

शरीर के ऊतकों में ऑक्सीजन की अपर्याप्त उपलब्धता को हाइपोक्सिया (Hypoxia) कहते हैं।

इसके विभिन्न कारण हो सकते हैं—

वातावरण में O₂ की कमी।
फेफड़ों की बीमारी।
रक्त में O₂ परिवहन की समस्या।
ऊतक स्तर पर O₂ उपयोग में समस्या।

47 सायनोसिस (Cyanosis) by RAS A2Z

रक्त में ऑक्सीजन की कमी के कारण त्वचा या होंठों का नीला/नीलाभ दिखाई देना सायनोसिस (Cyanosis) कहलाता है।

यह स्वयं कोई एक विशिष्ट रोग नहीं, बल्कि कुछ परिस्थितियों में दिखाई देने वाला नैदानिक संकेत (Clinical Sign) है।

48 श्वसन एवं व्यायाम by RAS A2Z

व्यायाम के दौरान—

ATP की आवश्यकता बढ़ती है।
मांसपेशियों में O₂ की माँग बढ़ती है।
CO₂ उत्पादन बढ़ता है।
श्वसन की दर बढ़ती है।
श्वसन की गहराई बढ़ती है।
हृदय की दर बढ़ती है।

मांसपेशियों में अधिक CO₂, H⁺ तथा तापमान बढ़ने से हीमोग्लोबिन द्वारा O₂ छोड़ना आसान हो सकता है।

49 श्वसन एवं अम्ल-क्षार संतुलन by RAS A2Z

CO₂ का रक्त के अम्ल-क्षार संतुलन से सीधा संबंध है।

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

इसलिए अत्यधिक CO₂ संचय रक्त के pH को कम कर सकता है।

फेफड़े CO₂ को बाहर निकालकर शरीर के अम्ल-क्षार संतुलन (Acid–Base Balance) को बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

50 पल्स ऑक्सीमेट्री (Pulse Oximetry) by RAS A2Z

पल्स ऑक्सीमीटर (Pulse Oximeter) रक्त में हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन संतृप्ति का अनुमान लगाने वाला गैर-आक्रामक उपकरण है।

इसे सामान्यतः SpO₂ के रूप में प्रदर्शित किया जाता है।

⚠️ महत्वपूर्ण

SpO₂ और रक्त के वास्तविक ऑक्सीजन आंशिक दाब (PaO₂) एक ही चीज़ नहीं हैं।

51 प्रमुख श्वसन रोग by RAS A2Z

दमा (Asthma)

वायुमार्गों में सूजन और संकुचन के कारण साँस लेने में कठिनाई, घरघराहट आदि हो सकती हैं।

ब्रोंकाइटिस (Bronchitis)

श्वसनी की सूजन।

निमोनिया (Pneumonia)

फेफड़ों के ऊतकों, विशेषकर वायुकोष्ठिकाओं में संक्रमण/सूजन।

क्षय रोग (Tuberculosis — TB)

मुख्यतः Mycobacterium tuberculosis से होने वाला संक्रामक रोग।

वातस्फीति (Emphysema)

वायुकोष्ठिकाओं की दीवारों के क्षतिग्रस्त होने से गैस-विनिमय के लिए उपलब्ध सतह कम हो सकती है।

COPD

Chronic Obstructive Pulmonary Disease दीर्घकालिक वायु प्रवाह अवरोध से संबंधित रोगों का समूह है।

52 धूम्रपान और श्वसन तंत्र by RAS A2Z

धूम्रपान से श्वसन तंत्र पर अनेक हानिकारक प्रभाव पड़ सकते हैं।

टार (Tar)

श्वसन मार्ग को नुकसान पहुँचाने वाले अनेक पदार्थों का मिश्रण।

कार्बन मोनोऑक्साइड (Carbon Monoxide — CO)

हीमोग्लोबिन से अत्यधिक मजबूती से जुड़कर O₂ परिवहन को प्रभावित करती है।

निकोटीन (Nicotine)

नशे की निर्भरता से संबंधित प्रमुख पदार्थ।

दीर्घकालिक धूम्रपान COPD और फेफड़ों के कैंसर सहित कई स्वास्थ्य समस्याओं से संबंधित है।

53 वायु प्रदूषण एवं श्वसन स्वास्थ्य by RAS A2Z

महत्वपूर्ण प्रदूषक—

PM₂.₅
PM₁₀
SO₂
NO₂
ओजोन (O₃)
कार्बन मोनोऑक्साइड
धुआँ
जैविक कण

विशेष रूप से सूक्ष्म कण फेफड़ों के गहरे हिस्सों तक पहुँच सकते हैं।

राजस्थान संदर्भ

राजस्थान के शुष्क एवं अर्ध-शुष्क क्षेत्रों में धूल-कण, धूल-ऑधियाँ और PM प्रदूषण श्वसन स्वास्थ्य की दृष्टि से महत्वपूर्ण पर्यावरणीय विषय हैं।

54 श्वसन तंत्र की सुरक्षा व्यवस्था by RAS A2Z

सुरक्षा तंत्र	कार्य
नाक के रोम	बड़े कण रोकना
श्लेष्मा	कणों को पकड़ना
पक्ष्माभ	श्लेष्मा को ऊपर ले जाना
खाँसी	बाहरी पदार्थ निकालना
छींक	नासिका मार्ग साफ करना
एपिग्लॉटिस	भोजन को श्वसन मार्ग से बचाना
प्रतिरक्षा कोशिकाएँ	रोगजनकों से रक्षा

55 श्वसन से जुड़े महत्वपूर्ण सूत्र by RAS A2Z

Minute Ventilation
VE = TV × Respiratory Rate

Alveolar Ventilation
VA = (TV – Dead Space) × Respiratory Rate

Vital Capacity
VC = IRV + TV + ERV

Inspiratory Capacity
IC = TV + IRV

Functional Residual Capacity
FRC = ERV + RV

Total Lung Capacity
TLC = VC + RV

Respiratory Quotient
RQ = CO₂ produced / O₂ consumed

56 अत्यंत महत्वपूर्ण तुलना by RAS A2Z

श्वास-प्रश्वास बनाम कोशिकीय श्वसन

आधार	श्वास-प्रश्वास	कोशिकीय श्वसन
प्रकृति	भौतिक/यांत्रिक प्रक्रिया	जैव-रासायनिक प्रक्रिया
मुख्य कार्य	वायु का आवागमन	ऊर्जा उत्पादन
स्थान	श्वसन तंत्र	कोशिकाएँ
O₂/CO₂	वायु का आदान-प्रदान	चयापचय में उपयोग/उत्पादन
ATP	प्रत्यक्ष उत्पादन नहीं	ATP बनता है

57 बाह्य और आंतरिक श्वसन by RAS A2Z

बाह्य श्वसन (External Respiration): फेफड़ों की वायुकोष्ठिकाओं और रक्त के बीच गैसों का विनिमय।

आंतरिक श्वसन (Internal Respiration): रक्त और शरीर के ऊतकों के बीच O₂ तथा CO₂ का विनिमय।

58 वायवीय एवं अवायवीय श्वसन — परीक्षा तुलना by RAS A2Z

वायवीय → O₂ उपस्थित → अधिक ऊर्जा

अवायवीय → O₂ अनुपस्थित → कम ऊर्जा

लेकिन दोनों में प्रारंभिक चरण के रूप में—

ग्लाइकोलाइसिस (Glycolysis)

हो सकती है।

59 श्वसन की संपूर्ण प्रक्रिया — एक फ्लोचार्ट by RAS A2Z

वातावरण
↓
नाक
↓
ग्रसनी
↓
कंठ
↓
श्वासनली
↓
श्वसनी
↓
श्वसनीकाएँ
↓
वायुकोष्ठिका
↓
गैस विनिमय
O₂ → रक्त
CO₂ ← रक्त
↓
हीमोग्लोबिन द्वारा O₂ परिवहन
↓
ऊतक
↓
कोशिकीय श्वसन
↓
ATP

PF RAS Prelims — Master Facts by RAS A2Z

📌 Quick Facts

मानव में दो फेफड़े होते हैं।
दाएँ फेफड़े में तीन लोब होते हैं।
बाएँ फेफड़े में दो लोब होते हैं।
गैस विनिमय वायुकोष्ठिकाओं में होता है।
गैसों का विनिमय मुख्यतः विसरण से होता है।
डायाफ्राम प्रमुख श्वसन पेशी है।
श्वासनली में C-आकार के उपास्थि वलय होते हैं।
कंठ को Voice Box कहते हैं।
एपिग्लॉटिस भोजन को श्वसन मार्ग में जाने से रोकने में सहायता करता है।
O₂ का अधिकांश परिवहन Hb द्वारा होता है।
CO₂ का सबसे बड़ा भाग bicarbonate के रूप में परिवहन होता है।
Carbonic Anhydrase RBC में महत्वपूर्ण है।
Chloride Shift CO₂ transport से संबंधित है।
Surfactant alveolar surface tension कम करता है।
Type-II alveolar cells surfactant बनाती हैं।
Pulmonary artery deoxygenated blood ले जाती है।
Pulmonary vein oxygenated blood ले जाती है।
Glycolysis cytosol में होती है।
Krebs cycle mitochondrial matrix में होती है।
ETC inner mitochondrial membrane पर होता है।
Oxygen ETC का final electron acceptor है।
ATP cellular energy currency है।
आधुनिक अनुमान के अनुसार एक glucose से लगभग 30–32 ATP बन सकते हैं।
RQ carbohydrate के लिए लगभग 1 होता है।
Fat के लिए RQ लगभग 0.7 होता है।
Protein के लिए RQ लगभग 0.8–0.9 होता है।
सामान्य adult respiratory rate लगभग 12–20/min हो सकती है।
Tidal Volume लगभग 500 mL है।
Anatomical dead space लगभग 150 mL है।
Minute ventilation लगभग 6 L/min हो सकती है।
Alveolar ventilation लगभग 4.2 L/min हो सकती है।
Medulla respiration control में महत्वपूर्ण है।
Pons respiratory modulation में योगदान करता है।
Carotid bodies और aortic bodies peripheral chemoreceptors हैं।
CO₂ respiratory drive का महत्वपूर्ण संकेत है।
High altitude पर hypoxia हो सकती है।
EPO RBC production बढ़ाने में सहायक है।
Pulse oximeter SpO₂ का अनुमान देता है।
TB का प्रमुख कारक Mycobacterium tuberculosis है।
COPD chronic airflow obstruction से संबंधित है।

CT RAS के लिए सबसे महत्वपूर्ण Concept Traps by RAS A2Z

⚠️ Trap 1

श्वसन = केवल साँस लेना नहीं।

⚠️ Trap 2

Bile गैस नहीं, बल्कि पाचन में वसा के emulsification से संबंधित है; respiration में इसका कोई संबंध नहीं।

⚠️ Trap 3

Pulmonary artery oxygenated blood नहीं बल्कि deoxygenated blood ले जाती है।

⚠️ Trap 4

Pulmonary vein oxygenated blood ले जाती है।

⚠️ Trap 5

Gas exchange का मुख्य स्थान alveoli है, bronchi नहीं।

⚠️ Trap 6

Glycolysis mitochondria में नहीं, cytosol में होती है।

⚠️ Trap 7

Krebs cycle cytoplasm में नहीं, mitochondrial matrix में होती है।

⚠️ Trap 8

ETC mitochondrial inner membrane पर होता है।

⚠️ Trap 9

CO₂ का अधिकांश परिवहन bicarbonate के रूप में होता है।

⚠️ Trap 10

Surfactant gas exchange नहीं कराता; यह surface tension कम करके alveolar stability बढ़ाता है।

⚠️ Trap 11

SpO₂ और PaO₂ समान माप नहीं हैं।

⚠️ Trap 12

धमनी और शिरा का निर्धारण रक्त की oxygenation से नहीं, बल्कि हृदय से रक्त के प्रवाह की दिशा से होता है।

CS अध्याय का One-Glance Concept Map by RAS A2Z

A. वायु का मार्ग

नाक → ग्रसनी → कंठ → श्वासनली → श्वसनी → श्वसनीकाएँ → वायुकोष्ठिकाएँ

B. Breathing

Inspiration ↔ Expiration

C. Gas Exchange

Alveoli ↔ Blood

D. Gas Transport

O₂ → Haemoglobin
CO₂ → Bicarbonate + Carbaminohaemoglobin + dissolved

E. Cellular Respiration

Glucose
↓
Glycolysis
↓
Pyruvate
↓
Acetyl-CoA
↓
Krebs Cycle
↓
ETC
↓
ATP

F. Regulation

Medulla + Pons + Chemoreceptors

G. Clinical

Asthma + Pneumonia + TB + COPD + Emphysema

H. Environment

Smoke + PM₂.₅ + PM₁₀ + SO₂ + NO₂ + O₃

MA ⭐ RAS Mains के लिए High-Priority Topics by RAS A2Z

इस अध्याय के Mains में प्रश्न आने पर सबसे अधिक उपयोगी विषय होंगे—

📌 High-Priority Topics

मानव श्वसन तंत्र की संरचना एवं कार्य।
वायुकोष्ठिकाओं की संरचना एवं गैस विनिमय।
अंतःश्वसन एवं उच्छ्वसन की क्रियाविधि।
O₂ का हीमोग्लोबिन द्वारा परिवहन।
CO₂ का बाइकार्बोनेट के रूप में परिवहन।
बोहर प्रभाव (Bohr Effect)।
सर्फैक्टेंट का महत्व।
फेफड़ों के आयतन एवं क्षमताएँ।
श्वसन नियंत्रण में CO₂ एवं केमोरेसेप्टर।
उच्च ऊँचाई पर श्वसन संबंधी अनुकूलन।
वायवीय एवं अवायवीय श्वसन।
कोशिकीय श्वसन के प्रमुख चरण।
ATP का महत्व।
RQ की अवधारणा।
वायु प्रदूषण एवं श्वसन स्वास्थ्य।
धूम्रपान एवं श्वसन रोग।

Chapter 6 — Biology

Basic Concepts of Human Physiology — Respiration

RAS A2Z Science — Human Respiratory System, Gas Exchange, Cellular Respiration | मानव श्वसन तंत्र

24 Surfactant by RAS A2Z

A special substance called surfactant is present on the inner surface of the alveoli.

It is mainly produced by Type-II Alveolar Cells.

Major Function

It reduces the surface tension of the alveoli and decreases the possibility of their collapse or closure.

📌 Exam Fact

Surfactant ↓ Surface Tension → Alveolar Stability ↑

25 Pulmonary Circulation by RAS A2Z

In carrying blood to the lungs—

Pulmonary Artery → carries oxygen-poor blood.
Pulmonary Veins → bring oxygen-rich blood to the heart.

⚠️ Important Exception

The general rule is—

Artery → O₂-rich; Vein → O₂-poor

But in pulmonary circulation, this is reversed.

Pulmonary artery = Deoxygenated blood

Pulmonary vein = Oxygenated blood

26 Pulmonary Ventilation by RAS A2Z

The movement of air in and out of the lungs is called pulmonary ventilation.

Minute Ventilation

Total air moving in or out in one minute.

Minute Ventilation = Tidal Volume × Respiratory Rate

If TV = 500 mL and rate = 12/min:

≈ 6000 mL/min = 6 L/min

27 Dead Space by RAS A2Z

The part of the respiratory tract where air is present but no gas exchange occurs is called dead space.

In adults, the anatomical dead space is considered to be about 150 mL.

Therefore, in each normal breath of 500 mL, the entire volume does not reach the gas-exchange surface.

28 Alveolar Ventilation by RAS A2Z

The air that actually reaches the gas-exchanging alveoli.

Alveolar Ventilation = (Tidal Volume – Dead Space) × Respiratory Rate

Example:

(500 – 150) × 12 = 4200 mL/min

29 Lung Volumes by RAS A2Z

1. Tidal Volume (TV)

Air moving in and out during normal breathing.

Approximately 500 mL.

2. Inspiratory Reserve Volume (IRV)

Additional air that can be inhaled after normal inspiration.

3. Expiratory Reserve Volume (ERV)

Additional air that can be exhaled after normal expiration.

4. Residual Volume (RV)

Air remaining in the lungs even after maximum expiration.

30 Lung Capacities by RAS A2Z

Inspiratory Capacity (IC)

IC = TV + IRV

Functional Residual Capacity (FRC)

FRC = ERV + RV

Vital Capacity (VC)

VC = IRV + TV + ERV

Total Lung Capacity (TLC)

TLC = VC + RV

31 Spirometry by RAS A2Z

An instrument called a spirometer can assess the air volume and airflow of the lungs.

It is used in the evaluation of various respiratory diseases.

Especially useful in

Lung capacity
Airflow
Assessment of obstructive respiratory diseases

⚠️ Important Limitation

Residual Volume (RV) cannot be measured directly by ordinary spirometry.

32 Cellular Respiration by RAS A2Z

Now it is necessary to understand the second level of respiration.

In cellular respiration, organic substances like glucose undergo controlled oxidation.

Overall Equation of Aerobic Respiration

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energy

A significant portion of the released energy is stored in ATP.

33 ATP — Energy Currency by RAS A2Z

ATP (Adenosine Triphosphate) is the main energy currency of the cell.

By hydrolysis of ATP—

ATP → ADP + Pi + Energy

Energy is released.

This energy is used in—

Active transport
Muscle contraction
Biosynthesis
Cell division
Nerve functions

34 Glycolysis by RAS A2Z

Glycolysis is the initial stage of glucose breakdown.

Location

Cytosol

Main Result

Glucose → 2 Pyruvate

Some ATP and NADH are formed in glycolysis.

📌 Important Point

Mitochondria are not required for glycolysis.

35 Pyruvate Oxidation by RAS A2Z

Under aerobic conditions, pyruvate enters the mitochondria.

Acetyl-CoA is formed from pyruvate.

In this process—

CO₂ is released.
NADH is formed.
Acetyl-CoA is formed.

36 Krebs Cycle by RAS A2Z

It is also called the Citric Acid Cycle (TCA Cycle).

Location

Mitochondrial Matrix

In this, Acetyl-CoA undergoes sequential oxidation.

Products—

CO₂
NADH
FADH₂
ATP/GTP

37 Electron Transport Chain (ETC) by RAS A2Z

This is a very important stage of aerobic respiration.

Location

Inner Mitochondrial Membrane

Electrons brought by NADH and FADH₂ pass through the electron transport chain.

During this, a proton gradient is created.

ATP Synthase uses this gradient for ATP production.

Oxygen acts as the final electron acceptor and ultimately water is formed.

38 Amount of ATP — Modern Concept by RAS A2Z

From one glucose molecule in eukaryotic cells, aerobic respiration is generally estimated to yield about 30–32 ATP according to modern estimates.

Older books may give 36 or 38 ATP, but in modern bioenergetics calculations, 30–32 ATP is considered more appropriate.

📌 For RAS

If modern value is asked in options:

≈ 30–32 ATP

39 Anaerobic Respiration by RAS A2Z

The process of obtaining energy from glucose in the absence or insufficiency of oxygen is broadly called anaerobic energy production.

Fermentation in Yeast

Glucose → Ethanol + CO₂ + Energy

In Human Muscles

During oxygen deficiency, the process of lactate formation from pyruvate can increase.

40 Aerobic and Anaerobic Respiration by RAS A2Z

Basis	Aerobic	Anaerobic
O₂	Required	Not required
Glucose breakdown	More complete	Incomplete
Energy production	More	Less
Final product	CO₂ + H₂O	Lactate or Ethanol + CO₂
Initial stage	Glycolysis	Glycolysis
Main energy production	Further processes in Mitochondria	Mainly in Cytosol

41 Respiratory Quotient (RQ) by RAS A2Z

Respiratory Quotient (RQ) indicates the ratio of the amount of CO₂ produced and O₂ consumed during respiration.

Formula

RQ = CO₂ produced / O₂ consumed

Carbohydrate

RQ = 1

Fat

RQ = 0.7

Protein

RQ = 0.8–0.9

📌 Exam Fact

RQ = 1 → mainly carbohydrate oxidation

42 Regulation of Respiration by RAS A2Z

The rhythm of respiration is mainly controlled by special centers in the brain system.

Major Regions

Medulla Oblongata
Pons

These are important in controlling the rate and depth of respiration.

43 Chemoreceptors by RAS A2Z

Chemoreceptors are important in detecting the status of CO₂, H⁺, and O₂ in the body.

Central Chemoreceptors

They are related to the medullary region of the brain and are extremely sensitive to H⁺ changes in CSF due to CO₂.

Peripheral Chemoreceptors

Mainly found in—

Carotid Bodies
Aortic Bodies

They respond to changes in O₂, CO₂, and H⁺.

44 CO₂ and Respiratory Control by RAS A2Z

When CO₂ increases in the blood—

CO₂ ↑ → H⁺ ↑ → Stimulation of respiratory center ↑ → Respiratory rate/depth ↑

This helps in expelling excess CO₂.

Therefore, under normal conditions, CO₂ is an extremely important indicator for respiratory control.

45 High Altitude Respiration by RAS A2Z

As altitude increases, atmospheric pressure decreases, and the Partial Pressure of Oxygen also decreases.

This can lead to a condition of hypoxia in the body.

For adaptation, the body—

Increases respiratory rate.
Can increase cardiac efficiency.
Increases RBC production through Erythropoietin (EPO).
Helps in O₂ unloading through changes in 2,3-BPG.

This is called acclimatization.

46 Hypoxia by RAS A2Z

Insufficient availability of oxygen in the body tissues is called hypoxia.

It can have various causes—

Lack of O₂ in the environment.
Lung disease.
Problem in O₂ transport in the blood.
Problem in O₂ utilization at the tissue level.

47 Cyanosis by RAS A2Z

Bluish/bluish-purple appearance of the skin or lips due to lack of oxygen in the blood is called cyanosis.

It is not itself a specific disease but a clinical sign that can appear under certain conditions.

48 Respiration and Exercise by RAS A2Z

During exercise—

ATP requirement increases.
O₂ demand in muscles increases.
CO₂ production increases.
Respiratory rate increases.
Respiratory depth increases.
Heart rate increases.

Due to increased CO₂, H⁺, and temperature in muscles, it can become easier for hemoglobin to release O₂.

49 Respiration and Acid-Base Balance by RAS A2Z

CO₂ has a direct relationship with the acid-base balance of the blood.

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

Therefore, excessive CO₂ accumulation can decrease the pH of the blood.

By removing CO₂, the lungs play an important role in maintaining the body's acid-base balance.

50 Pulse Oximetry by RAS A2Z

A pulse oximeter is a non-invasive device that estimates the oxygen saturation of hemoglobin in the blood.

It is generally displayed as SpO₂.

⚠️ Important

SpO₂ and the actual partial pressure of oxygen in the blood (PaO₂) are not the same thing.

51 Major Respiratory Diseases by RAS A2Z

Asthma

Inflammation and constriction of the airways can cause difficulty in breathing, wheezing, etc.

Bronchitis

Inflammation of the bronchi.

Pneumonia

Infection/inflammation in the lung tissues, especially the alveoli.

Tuberculosis (TB)

An infectious disease mainly caused by Mycobacterium tuberculosis.

Emphysema

Damage to the walls of the alveoli can reduce the surface available for gas exchange.

COPD

Chronic Obstructive Pulmonary Disease is a group of diseases related to chronic airflow obstruction.

52 Smoking and the Respiratory System by RAS A2Z

Smoking can have many harmful effects on the respiratory system.

Tar

A mixture of many substances that damage the respiratory tract.

Carbon Monoxide (CO)

It binds very strongly to hemoglobin and affects O₂ transport.

Nicotine

A major substance related to addiction.

Long-term smoking is associated with COPD and many health problems including lung cancer.

53 Air Pollution and Respiratory Health by RAS A2Z

Major pollutants—

PM₂.₅
PM₁₀
SO₂
NO₂
Ozone (O₃)
Carbon monoxide
Smoke
Biological particles

Especially fine particles can reach deep parts of the lungs.

Rajasthan Context

In the arid and semi-arid regions of Rajasthan, dust particles, dust storms, and PM pollution are important environmental issues from the perspective of respiratory health.

54 Protective System of the Respiratory Tract by RAS A2Z

Protective System	Function
Nasal hairs	Block large particles
Mucus	Traps particles
Cilia	Move mucus upward
Cough	Expel foreign material
Sneeze	Clear the nasal passage
Epiglottis	Prevent food from entering the respiratory tract
Immune cells	Protect against pathogens

55 Important Formulas Related to Respiration by RAS A2Z

56 Most Important Comparison by RAS A2Z

Breathing vs Cellular Respiration

Basis	Breathing	Cellular Respiration
Nature	Physical/mechanical process	Biochemical process
Main function	Movement of air	Energy production
Location	Respiratory system	Cells
O₂/CO₂	Exchange of air	Use/production in metabolism
ATP	No direct production	ATP is formed

57 External and Internal Respiration by RAS A2Z

External Respiration: Exchange of gases between the alveoli of the lungs and the blood.

Internal Respiration: Exchange of O₂ and CO₂ between the blood and the body tissues.

58 Aerobic and Anaerobic Respiration — Exam Comparison by RAS A2Z

Aerobic → O₂ present → More energy

Anaerobic → O₂ absent → Less energy

But in both, as the initial stage—

Glycolysis

can occur.

59 Complete Respiration Process — A Flowchart by RAS A2Z

Atmosphere
↓
Nose
↓
Pharynx
↓
Larynx
↓
Trachea
↓
Bronchi
↓
Bronchioles
↓
Alveoli
↓
Gas Exchange
O₂ → Blood
CO₂ ← Blood
↓
O₂ Transport by Haemoglobin
↓
Tissues
↓
Cellular Respiration
↓
ATP

PF RAS Prelims — Master Facts by RAS A2Z

📌 Quick Facts

Humans have two lungs.
The right lung has three lobes.
The left lung has two lobes.
Gas exchange occurs in the alveoli.
Gas exchange occurs mainly by diffusion.
The diaphragm is the major muscle of respiration.
The trachea has C-shaped cartilaginous rings.
The larynx is called the voice box.
The epiglottis helps prevent food from entering the respiratory tract.
Most O₂ is transported by Hb.
The largest portion of CO₂ is transported as bicarbonate.
Carbonic Anhydrase is important in RBC.
Chloride Shift is related to CO₂ transport.
Surfactant reduces alveolar surface tension.
Type-II alveolar cells produce surfactant.
Pulmonary artery carries deoxygenated blood.
Pulmonary vein carries oxygenated blood.
Glycolysis occurs in the cytosol.
Krebs cycle occurs in the mitochondrial matrix.
ETC occurs on the inner mitochondrial membrane.
Oxygen is the final electron acceptor of ETC.
ATP is the cellular energy currency.
According to modern estimates, about 30–32 ATP can be produced from one glucose.
RQ for carbohydrate is about 1.
RQ for fat is about 0.7.
RQ for protein is about 0.8–0.9.
Normal adult respiratory rate can be about 12–20/min.
Tidal Volume is about 500 mL.
Anatomical dead space is about 150 mL.
Minute ventilation can be about 6 L/min.
Alveolar ventilation can be about 4.2 L/min.
Medulla is important in respiration control.
Pons contributes to respiratory modulation.
Carotid bodies and aortic bodies are peripheral chemoreceptors.
CO₂ is an important signal for respiratory drive.
Hypoxia can occur at high altitude.
EPO is helpful in increasing RBC production.
Pulse oximeter gives an estimate of SpO₂.
The main cause of TB is Mycobacterium tuberculosis.
COPD is related to chronic airflow obstruction.

CT Most Important Concept Traps for RAS by RAS A2Z

⚠️ Trap 1

Respiration = not just breathing.

⚠️ Trap 2

Bile is not a gas; it is related to emulsification of fat in digestion; it has no relation to respiration.

⚠️ Trap 3

Pulmonary artery carries deoxygenated blood, not oxygenated.

⚠️ Trap 4

Pulmonary vein carries oxygenated blood.

⚠️ Trap 5

The main site of gas exchange is the alveoli, not the bronchi.

⚠️ Trap 6

Glycolysis does not occur in mitochondria, but in the cytosol.

⚠️ Trap 7

Krebs cycle does not occur in the cytoplasm, but in the mitochondrial matrix.

⚠️ Trap 8

ETC occurs on the inner mitochondrial membrane.

⚠️ Trap 9

Most CO₂ is transported as bicarbonate.

⚠️ Trap 10

Surfactant does not perform gas exchange; it reduces surface tension and increases alveolar stability.

⚠️ Trap 11

SpO₂ and PaO₂ are not the same measurement.

⚠️ Trap 12

Arteries and veins are determined not by the oxygenation of blood, but by the direction of blood flow from the heart.

CS One-Glance Concept Map of the Chapter by RAS A2Z

A. Air Pathway

Nose → Pharynx → Larynx → Trachea → Bronchi → Bronchioles → Alveoli

B. Breathing

Inspiration ↔ Expiration

C. Gas Exchange

Alveoli ↔ Blood

D. Gas Transport

O₂ → Haemoglobin
CO₂ → Bicarbonate + Carbaminohaemoglobin + dissolved

E. Cellular Respiration

Glucose
↓
Glycolysis
↓
Pyruvate
↓
Acetyl-CoA
↓
Krebs Cycle
↓
ETC
↓
ATP

F. Regulation

Medulla + Pons + Chemoreceptors

G. Clinical

Asthma + Pneumonia + TB + COPD + Emphysema

H. Environment

Smoke + PM₂.₅ + PM₁₀ + SO₂ + NO₂ + O₃

MA ⭐ High-Priority Topics for RAS Mains by RAS A2Z

When questions come from this chapter in Mains, the most useful topics will be—

📌 High-Priority Topics

Structure and function of the human respiratory system.
Structure of alveoli and gas exchange.
Mechanism of inspiration and expiration.
Transport of O₂ by hemoglobin.
Transport of CO₂ as bicarbonate.
Bohr Effect.
Importance of surfactant.
Lung volumes and capacities.
CO₂ and chemoreceptors in respiratory control.
Adaptation related to respiration at high altitude.
Aerobic and anaerobic respiration.
Major stages of cellular respiration.
Importance of ATP.
Concept of RQ.
Air pollution and respiratory health.
Smoking and respiratory diseases.