Exchange of gases Questions in Gujarati

(D) સ્થળજ વનસ્પતિઓમાં વાયુ વિનિમય મુખ્યત્વે પર્ણો પર આવેલા વાયુરંધ્રો દ્વારા થાય છે.
જોકે,નિમગ્ન જલોદભિદ વનસ્પતિઓમાં આખું વનસ્પતિ શરીર પાણીની અંદર રહે છે.
આ વનસ્પતિઓમાં વાયુરંધ્રોનો અભાવ હોય છે કારણ કે તે વાતાવરણના સંપર્કમાં હોતી નથી.
તેના બદલે,તેઓ પ્રસરણની પ્રક્રિયા દ્વારા કોષોની સામાન્ય સપાટી મારફતે આસપાસના પાણીમાંથી ઓગળેલા વાયુઓનું શોષણ કરે છે.

(D) સસલા જેવા સસ્તન પ્રાણીઓમાં,વાયુ વિનિમય માટેનું પ્રાથમિક સ્થાન વાયુકોષ્ઠ (alveoli) છે,જ્યાં ઓક્સિજન રુધિરમાં પ્રવેશે છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બહાર નીકળે છે.
વધુમાં,વાયુ વિનિમય શરીરની પેશીઓના સ્તરે પણ થાય છે,જ્યાં ઓક્સિજન કોષોને પહોંચાડવામાં આવે છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ તેમનામાંથી એકત્રિત કરવામાં આવે છે.
તેથી,વાયુ વિનિમય માટેના સાચા સ્થાનો વાયુકોષ્ઠ અને પેશીઓ છે.

(D) સસ્તન પ્રાણીઓમાં,શ્વસનતંત્ર વાયુઓની કાર્યક્ષમ આપ-લે માટે રચાયેલું હોય છે.
હવા શ્વાસનળી,શ્વાસવાહિની અને શ્વાસવાહિકાઓમાંથી પસાર થાય છે,જે વાહન માર્ગ તરીકે કાર્ય કરે છે.
વાયુઓ $(O_2 \text{ અને } CO_2)$ ની વાસ્તવિક આપ-લે વાયુકોષ્ઠોની શ્વસન સપાટી પર સાદા પ્રસરણ દ્વારા થાય છે.
વાયુકોષ્ઠો એ પાતળી દીવાલવાળી,કોથળી જેવી રચનાઓ છે જે રુધિરકેશિકાઓના ગીચ જાળાથી ઘેરાયેલી હોય છે,જે વાયુ વિનિમય માટે વિશાળ સપાટી પૂરી પાડે છે.

(B) ફેફસાંમાં વાયુઓના વિનિમયને કારણે વાયુકોષ્ઠની હવાનું બંધારણ વાતાવરણની હવા કરતા અલગ હોય છે.
વાતાવરણની હવામાં આશરે $21\%$ ઓક્સિજન હોય છે,જ્યારે વાયુકોષ્ઠની હવામાં આશરે $14\%$ થી $16\%$ ઓક્સિજન હોય છે.
તેથી,વાયુકોષ્ઠમાં ઓક્સિજનની સાંદ્રતા માટે $16\%$ એ સ્વીકૃત પ્રમાણભૂત મૂલ્ય છે.

(A) ફેફસાંનું પ્રસરણ પટલ ત્રણ સ્તરોનું બનેલું હોય છે: વાયુકોષ્ઠોનું પાતળું શલ્કી અધિચ્છદ,વાયુકોષ્ઠીય રુધિરકેશિકાઓનું અંતઃચ્છદ અને તેમની વચ્ચે આવેલું આધારક દ્રવ્ય.
તેથી,વાયુકોષ્ઠોમાં રહેલી હવા રુધિરકેશિકાઓમાં રહેલા રુધિરથી વાયુકોષ્ઠોના શલ્કી અધિચ્છદ અને રુધિરવાહિનીના અંતઃચ્છદ દ્વારા અલગ પડે છે.

(B) ફેફસાંના વાયુકોષ્ઠોમાં વાયુઓનું વિનિમય સરળ પ્રસરણ દ્વારા થાય છે.
ઓક્સિજન વાયુકોષ્ઠની હવા માંથી રુધિરમાં પ્રવેશે છે,જ્યારે $CO_2$ રુધિરમાંથી વાયુકોષ્ઠની હવામાં જાય છે.
આ પ્રક્રિયા શ્વસન પટલની બંને બાજુએ રહેલા વાયુઓના આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે થાય છે.

(C) વાતાવરણની હવામાં આશરે $21\%$ ${O_2}$ હોય છે.
શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન,શરીર કોષીય ચયાપચય માટે આ ઓક્સિજનનો અમુક ભાગ વાપરે છે.
પરિણામે,ઉચ્છવાસની હવામાં શ્વાસમાં લીધેલી હવા કરતા ${O_2}$ નું પ્રમાણ ઓછું હોય છે.
સામાન્ય રીતે,ઉચ્છવાસની હવામાં કદના આધારે આશરે $15-16\%$ ${O_2}$ હોય છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.

(D) કાર્યક્ષમ શ્વસન સપાટીએ વાયુઓના ઝડપી પ્રસરણને સરળ બનાવવું જોઈએ. ફિકના પ્રસરણના નિયમ (Fick's Law of Diffusion) મુજબ,પ્રસરણનો દર પટલની જાડાઈના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે. તેથી,વાયુઓના કાર્યક્ષમ વિનિમય માટે પાતળું પટલ હોવું અનિવાર્ય છે. જોકે ભેજ,મોટી સપાટીનું ક્ષેત્રફળ અને સમૃદ્ધ રુધિર પુરવઠો પણ મહત્વના લક્ષણો છે,પરંતુ પ્રસરણની પ્રક્રિયા અસરકારક રીતે થવા માટે પટલની પાતળી હોવાની લાક્ષણિકતા સૌથી મહત્વની છે.

(B) વાયુઓનું વિનિમય $O_2$ અને $CO_2$ ના આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે થાય છે.
ફેફસાંમાં,ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(pO_2)$ ઊંચું હોય છે,જે ઓક્સિહિમોગ્લોબિન બનાવવા માટે હિમોગ્લોબિન સાથે $O_2$ ના જોડાણને પ્રોત્સાહન આપે છે.
જ્યારે રુધિર પેશીઓ સુધી પહોંચે છે,ત્યારે પેશીઓમાં $pO_2$ રુધિરની સરખામણીમાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછું હોય છે કારણ કે પેશીઓ કોષીય શ્વસન માટે સતત $O_2$ નો ઉપયોગ કરે છે.
પેશીઓમાં આ ઓછા $pO_2$ ને કારણે,$O_2$ માટે હિમોગ્લોબિનની આકર્ષણ શક્તિ ઘટે છે,જેના પરિણામે ઓક્સિહિમોગ્લોબિનનું વિઘટન થાય છે અને તે પેશીઓમાં $O_2$ મુક્ત કરે છે.

(B) $O_2$ અને $CO_2$ જેવા વાયુઓનું પેશીઓ અને રુધિર વચ્ચેનું વિનિમય મુખ્યત્વે સાદા પ્રસરણની પ્રક્રિયા દ્વારા થાય છે.
પ્રસરણ આંશિક દબાણના ઢાળ (partial pressure gradient) દ્વારા સંચાલિત થાય છે.
ચયાપચયની દ્રષ્ટિએ સક્રિય પેશીઓમાં,કોષીય શ્વસનને કારણે આડપેદાશ તરીકે $CO_2$ ઉત્પન્ન થાય છે,જેના પરિણામે રુધિરની તુલનામાં પેશીઓમાં $CO_2$ નું આંશિક દબાણ $(pCO_2)$ વધારે હોય છે.
તેનાથી વિપરીત,પેશીઓ સુધી પહોંચતા રુધિરમાં $pCO_2$ ઓછું હોય છે.
આ સાંદ્રતા ઢાળને કારણે,$CO_2$ વધુ આંશિક દબાણવાળા વિસ્તાર (પેશીઓ) થી ઓછા આંશિક દબાણવાળા વિસ્તાર (રુધિર) તરફ ગતિ કરે છે જ્યાં સુધી સંતુલન ન સ્થપાય.

(A) વાતાવરણીય (પ્રેરિત) હવામાં $CO_2$ ની સાંદ્રતા આશરે $0.04\%$ હોય છે.
વાયુકોષ્ઠની હવામાં $CO_2$ નું આંશિક દબાણ $(pCO_2)$ આશરે $40 \ mmHg$ હોય છે.
ઉચ્છવાસિત હવા એ વાયુકોષ્ઠની હવા અને ડેડ સ્પેસની હવાનું મિશ્રણ છે (જે વાતાવરણીય હવા જેવી જ હોય છે).
તેથી,વાયુકોષ્ઠની હવામાં $CO_2$ ની સાંદ્રતા ઉચ્છવાસિત હવા કરતા વધારે હોય છે,કારણ કે ઉચ્છવાસ દરમિયાન વાયુકોષ્ઠની હવા એ એનાટોમિકલ ડેડ સ્પેસની હવા દ્વારા મંદ થાય છે.

(C) વધારે ઊંચાઈએ વાતાવરણીય દબાણ ઘટે છે,જેના કારણે ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(pO_2)$ ઘટે છે.
શ્વાસમાં લેવાતી હવામાં $pO_2$ ઓછું હોવાને કારણે,ફેફસાંમાં રુધિરમાં ઓક્સિજનનું પ્રસરણ ઘટી જાય છે.
આના પરિણામે હાયપોક્સિયા (પેશીઓને ઓક્સિજનનો ઓછો પુરવઠો) થાય છે,જે પર્વતીય માંદગીના લક્ષણો જેવા કે ઉબકા,થાક અને હૃદયના ધબકારા વધવા તરીકે જોવા મળે છે.
હવામાં ઓક્સિજનનું પ્રમાણ આશરે $21\%$ જેટલું અચળ રહે છે,પરંતુ વાતાવરણીય દબાણ ઘટવાને કારણે ઓક્સિજનનું રુધિરમાં પ્રવેશવું મુશ્કેલ બને છે.

(B) સાચો જવાબ $B$ છે. સસ્તન પ્રાણીઓના ફેફસાંમાં,દરેક વાયુકોષ્ઠ નલિકા એક માર્ગમાં સમાપ્ત થાય છે જેને એટ્રિયમ કહેવામાં આવે છે,જે સંખ્યાબંધ ગોળાકાર વાયુકોષ્ઠ કોથળીઓમાં ખુલે છે. દરેક વાયુકોષ્ઠ કોથળી અસંખ્ય સૂક્ષ્મ વાયુકોષ્ઠો (alveoli) થી બનેલી હોય છે. વાયુકોષ્ઠોની હાજરી વાયુઓના ($O_2$ અને $CO_2$) પ્રસરણ માટે ઉપલબ્ધ સપાટીના ક્ષેત્રફળમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે,જે કાર્યક્ષમ શ્વસન માટે આવશ્યક છે.

(B) ફેફસાંમાં પ્રવેશતું રુધિર (ફુપ્ફુસીય ધમની દ્વારા) ઓક્સિજનવિહીન હોય છે,જેનો અર્થ છે કે તેમાં $CO_2$ ની સાંદ્રતા વધુ અને $O_2$ ની સાંદ્રતા ઓછી હોય છે.
ફેફસાંના વાયુકોષ્ઠોમાં પ્રસરણ દ્વારા વાયુઓની આપ-લે થાય છે.
ઓક્સિજન વાયુકોષ્ઠોમાંથી રુધિરમાં પ્રવેશે છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રુધિરમાંથી વાયુકોષ્ઠોમાં જાય છે.
તેથી,ફેફસાંમાંથી બહાર આવતું રુધિર (ફુપ્ફુસીય શિરા દ્વારા) ઓક્સિજનયુક્ત હોય છે,જેનો અર્થ છે કે તેમાં ફેફસાંમાં પ્રવેશતા રુધિરની સરખામણીમાં ઓક્સિજનનું પ્રમાણ વધુ હોય છે.

(A) શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન,હૃદયમાંથી અશુદ્ધ (ઓક્સિજનવિહીન) રુધિર ફુપ્ફુસીય ધમની દ્વારા ફેફસાંમાં પમ્પ કરવામાં આવે છે.
ફેફસાંમાં,વાયુ વિનિમય વાયુકોષ્ઠોના સ્તરે થાય છે.
ઓક્સિજન વાયુકોષ્ઠોમાંથી રુધિરમાં પ્રસરણ પામે છે,જ્યારે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રુધિરમાંથી વાયુકોષ્ઠોમાં પ્રસરણ પામે છે.
પરિણામે,ફેફસાંમાંથી ફુપ્ફુસીય શિરાઓ દ્વારા બહાર નીકળતું રુધિર ઓક્સિજનયુક્ત હોય છે,જેનો અર્થ છે કે તે ઓક્સિજનથી સમૃદ્ધ હોય છે.

(B) વધારે ઊંચાઈએ વાતાવરણીય દબાણ ઘટે છે,જેના કારણે ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(pO_2)$ ઘટે છે.
આના પરિણામે પેશીઓમાં હાયપોક્સિયા (ઓક્સિજનની ઓછી પ્રાપ્યતા) સર્જાય છે.
આ ઓક્સિજનના ઓછા પુરવઠાને સરભર કરવા માટે,શરીર કિડનીને 'એરિથ્રોપોએટિન' હોર્મોન મુક્ત કરવા માટે ઉત્તેજિત કરે છે.
એરિથ્રોપોએટિન અસ્થિમજ્જાને $RBC$ નું ઉત્પાદન વધારવા માટે ઉત્તેજિત કરે છે,જેનાથી રક્તની ઓક્સિજન વહન કરવાની ક્ષમતા વધે છે.

(D) વનસ્પતિના પર્ણની નીચલી સપાટી પર આવેલા વાયુરંધ્રો બાષ્પોત્સર્જન દ્વારા થતા પાણીના વ્યયને ઘટાડીને ખૂબ જ કાર્યક્ષમ રીતે વાતવિનિમય કરવામાં મદદ કરે છે. આ અનુકૂલન વાયુરંધ્રોને સૂર્યના સીધા કિરણોથી બચાવે છે,જે અન્યથા બાષ્પીભવનનો દર વધારી શકે છે.

(B) વાયુકોષ્ઠ એ ફેફસામાં વાયુઓના વિનિમય માટેના મુખ્ય સ્થાનો છે.
તેઓ સંખ્યામાં ખૂબ વધારે અને ગોળાકાર હોય છે,જે વાયુઓના ($O_2$ અને $CO_2$) પ્રસરણ માટે ઉપલબ્ધ કુલ સપાટીનું ક્ષેત્રફળ નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે.
પ્રસરણના ફિકના નિયમ મુજબ,વાયુ વિનિમયનો દર પટલના સપાટીના ક્ષેત્રફળના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે.
તેથી,મોટી સંખ્યામાં વાયુકોષ્ઠો રુધિર અને વાતાવરણ વચ્ચે વાયુઓના કાર્યક્ષમ અને ઝડપી વિનિમયને સુનિશ્ચિત કરે છે.

(D) માનવ શ્વસનમાં વાયુઓના આંશિક દબાણ નીચે મુજબ છે:
$1$. વાયુકોષ્ઠીય હવા: $pO_2 = 104 \, mm \, Hg$ અને $pCO_2 = 40 \, mm \, Hg$.
$2$. ડીઓક્સિજનેટેડ રુધિર: $pO_2 = 40 \, mm \, Hg$ અને $pCO_2 = 45 \, mm \, Hg$.
$3$. ઓક્સિજનેટેડ રુધિર: $pO_2 = 95 \, mm \, Hg$ અને $pCO_2 = 40 \, mm \, Hg$.
આ મૂલ્યોની સરખામણી કરતા,વિકલ્પ $D$ માં જણાવેલ છે કે ડીઓક્સિજનેટેડ રુધિરમાં $CO_2$ નું આંશિક દબાણ $95 \, mm \, Hg$ છે,જે ખોટું છે કારણ કે તે વાસ્તવમાં $45 \, mm \, Hg$ હોય છે.

(C) માનવ શ્વસનતંત્રમાં વાયુઓનું આંશિક દબાણ નીચે મુજબ છે:
$1$. વાયુકોષ્ઠકમાં: $PO_2 = 104 \, mm \, Hg$ અને $PCO_2 = 40 \, mm \, Hg$.
$2$. ઓક્સિજનવિહીન રુધિરમાં (ફેફસાં તરફ જતું): $PO_2 = 40 \, mm \, Hg$ અને $PCO_2 = 45 \, mm \, Hg$.
$3$. ઓક્સિજનયુક્ત રુધિરમાં (ફેફસાંમાંથી બહાર આવતું): $PO_2 = 95 \, mm \, Hg$ અને $PCO_2 = 40 \, mm \, Hg$.
$4$. પેશીઓમાં: $PO_2 = 40 \, mm \, Hg$ અને $PCO_2 = 45 \, mm \, Hg$.
આ મૂલ્યોને આપેલા વિકલ્પો સાથે સરખાવતા,વિકલ્પ $C$ વાયુકોષ્ઠક $(PO_2 = 104 \, mm \, Hg)$,ઓક્સિજનવિહીન રુધિર $(PCO_2 = 45 \, mm \, Hg)$ અને પેશીઓ $(PO_2 = 40 \, mm \, Hg)$ માટેના મૂલ્યો સાચી રીતે દર્શાવે છે.

(C) ફેફસાના વાયુકોષ્ઠોમાં વાયુઓ ($O_2$ અને $CO_2$) ની આપ-લે મુખ્યત્વે સાદા પ્રસરણની પ્રક્રિયા દ્વારા થાય છે.
આ પ્રક્રિયા વાયુઓના આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે થાય છે.
ઓક્સિજન વાયુકોષ્ઠોમાંથી (વધુ આંશિક દબાણ) રુધિરમાં (ઓછું આંશિક દબાણ) જાય છે,જ્યારે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રુધિરમાંથી (વધુ આંશિક દબાણ) વાયુકોષ્ઠોમાં (ઓછું આંશિક દબાણ) શ્વસન પટલ દ્વારા પ્રસરણ પામે છે.

(A) સામાન્ય શારીરિક પરિસ્થિતિઓમાં,દર $100 \, mL$ ઓક્સિજનયુક્ત રુધિર પેશીઓને આશરે $5 \, mL$ $O_2$ પહોંચાડી શકે છે.
તેનાથી વિપરીત,દર $100 \, mL$ ઓક્સિજનવિહીન રુધિર વાયુકોષ્ઠોને નિકાલ માટે આશરે $4 \, mL$ $CO_2$ પહોંચાડે છે.
તેથી,સાચો જવાબ $4 \, mL$ $CO_2$ છે.

(A) $RBC$ અને રુધિરરસ વચ્ચે બાયકાર્બોનેટ $(HCO_3^-)$ અને ક્લોરાઈડ $(Cl^-)$ આયનોની ફેરબદલને ક્લોરાઈડ શિફ્ટ અથવા હેમબર્ગર ઘટના તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
જ્યારે $CO_2$,$RBC$ માં પ્રવેશે છે,ત્યારે તે પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરીને કાર્બોનિક એસિડ બનાવે છે,જે $H^+$ અને $HCO_3^-$ માં વિભાજિત થાય છે. વિદ્યુતીય તટસ્થતા જાળવવા માટે,$HCO_3^-$ આયનો રુધિરરસમાં બહાર નીકળે છે અને તેના બદલામાં $Cl^-$ આયનો રુધિરરસમાંથી $RBC$ માં પ્રવેશે છે.

(B) ફેફસા તરફ વહન પામતું રુધિર એ અશુદ્ધ (ડી-ઓક્સિજનેટેડ) રુધિર છે,જે ફુપ્ફુસીય ધમનીઓ દ્વારા વહન પામે છે. ફેફસાથી દૂર જતું રુધિર એ શુદ્ધ (ઓક્સિજનેટેડ) રુધિર છે જે ફુપ્ફુસીય શિરાઓ દ્વારા વહન પામે છે. અશુદ્ધ રુધિરમાં શુદ્ધ રુધિરની સરખામણીએ $CO_2$ નું પ્રમાણ વધારે અને $O_2$ નું પ્રમાણ ઓછું હોય છે. તેથી,ફેફસા તરફ વહન પામતા રુધિરમાં $CO_2$ નું પ્રમાણ વધારે હોય છે.

(A) શ્વસનતંત્રમાં વાયુઓના વિનિમય માટે વાયુઓનું આંશિક દબાણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.
વાયુકોટરોમાં ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(pO_2)$ આશરે $104\; mm\; Hg$ હોય છે.
વાયુકોટરોની હવામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું આંશિક દબાણ $(pCO_2)$ આશરે $40\; mm\; Hg$ હોય છે.
આ દબાણ તફાવતને કારણે $CO_2$ રુધિરમાંથી (જ્યાં $pCO_2 = 45\; mm\; Hg$ હોય છે) વાયુકોટરોમાં પ્રસરણ પામે છે અને ઉચ્છવાસ દ્વારા બહાર નીકળે છે.

(D) વાયુકોષ્ઠીય પટલ દ્વારા વાયુઓનું પ્રસરણ ઘણા પરિબળો દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે:
$1$. વાયુઓની દ્રાવ્યતા: વધુ દ્રાવ્યતા ધરાવતા વાયુઓ (જેમ કે $CO_2$) ઓછી દ્રાવ્યતા ધરાવતા વાયુઓ (જેમ કે $O_2$) કરતા ઝડપથી પ્રસરણ પામે છે.
$2$. પટલની જાડાઈ: પ્રસરણ પટલ ત્રણ સ્તરોનું બનેલું હોય છે (વાયુકોષ્ઠોનું પાતળું લાદીસમ અધિચ્છદ,વાયુકોષ્ઠીય રુધિરકેશિકાઓનું અંતઃચ્છદ અને તેમની વચ્ચેનું આધારક દ્રવ્ય). તેની કુલ જાડાઈ એક મિલીમીટર કરતા ઘણી ઓછી હોય છે,જે પ્રસરણને સરળ બનાવે છે.
$3$. દબાણનો તફાવત: પ્રસરણ પટલની આરપાર $O_2$ અને $CO_2$ નું આંશિક દબાણ એ વાયુઓના વિનિમય માટેનું મુખ્ય પ્રેરક બળ છે.
તેથી,આ તમામ પરિબળો વાયુઓના પ્રસરણમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે.

(C) વધારે ઊંચાઈએ વાતાવરણીય દબાણ ઘટે છે.
પરિણામે,દરિયાઈ સપાટીની સરખામણીએ ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(pO_2)$ પણ નોંધપાત્ર રીતે ઘટે છે.
આ નીચા $pO_2$ ને કારણે,રુધિરમાં ઓક્સિજનનું પ્રસરણ ઓછું કાર્યક્ષમ બને છે,જેનાથી હાયપોક્સિયા (પેશીઓમાં ઓક્સિજનની અછત) થાય છે.
આના કારણે પર્વતારોહકોને ચક્કર આવવા,ઉબકા આવવા અને થાક જેવી સમસ્યાઓ થાય છે.
નોંધવું જોઈએ કે હવામાં ઓક્સિજનનું ટકાવારી પ્રમાણ લગભગ $21\%$ જેટલું અચળ રહે છે,પરંતુ કુલ વાતાવરણીય દબાણ ઘટવાને કારણે ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ ઘટે છે.

(D) વાયુકોષ્ઠોની મોટી સંખ્યાની હાજરી વાયુઓના વિનિમય માટે ઉપલબ્ધ સપાટીના ક્ષેત્રફળમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. સસ્તન પ્રાણીઓના ફેફસામાં,વાયુકોષ્ઠીય નલિકાઓ અસંખ્ય વાયુકોષ્ઠોમાં ખૂલે છે,જે વાયુ વિનિમયના મુખ્ય સ્થાનો છે. આ રચનાત્મક ગોઠવણી હવા અને ફેફસાની રુધિરકેશિકાઓ વચ્ચેના સંપર્ક વિસ્તારને મહત્તમ કરીને,રેસિડ્યુઅલ હવા સહિત મોટી માત્રામાં હવાના વિનિમય માટે એક કાર્યક્ષમ તંત્ર સુનિશ્ચિત કરે છે.

(B) ફેફસામાં વાયુઓ ($O_2$ અને $CO_2$) ના વિનિમય માટેની પ્રસરણ પટલ મુખ્યત્વે ત્રણ સ્તરોની બનેલી હોય છે:
$1$. વાયુકોષ્ઠોનું પાતળું લાદીસમ અધિચ્છદ.
$2$. વાયુકોષ્ઠીય રુધિરકેશિકાઓનું અંતઃચ્છદ.
$3$. તેમની વચ્ચે આવેલું આધારક દ્રવ્ય (આધારક પટલ).
તેથી,સાચો જવાબ વાયુકોષ્ઠોનું લાદીસમ અધિચ્છદ અને રુધિરકેશિકાઓનું અંતઃચ્છદ છે.

(A) ફેફસાના વાયુકોષ્ઠો અને રુધિર વચ્ચે તથા રુધિર અને પેશીઓ વચ્ચે $O_2$ અને $CO_2$ જેવા વાયુઓની આપ-લે મુખ્યત્વે સાદા પ્રસરણની પ્રક્રિયા દ્વારા થાય છે.
પ્રસરણની આ પ્રક્રિયા વાયુઓના આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે થાય છે.
વાયુકોષ્ઠોમાં $O_2$ નું આંશિક દબાણ રુધિર કરતા વધારે હોય છે અને રુધિરમાં પેશીઓ કરતા વધારે હોય છે,તેથી $O_2$ પ્રસરણ દ્વારા ફેફસામાંથી પેશીઓમાં વહન પામે છે.

(A) વાયુઓની વાયુકોષ્ઠીય પટલ (alveolar membrane) દ્વારા પ્રસરણ ક્ષમતા તેમની દ્રાવ્યતા અને પટલની જાડાઈ પર આધાર રાખે છે.
ફિકના પ્રસરણના નિયમ મુજબ,પ્રસરણનો દર વાયુની દ્રાવ્યતાના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે.
રુધિરમાં $CO_2$ ની દ્રાવ્યતા $O_2$ કરતા $20-25$ ગણી વધારે હોય છે.
તેથી,એકમ આંશિક દબાણના તફાવત દીઠ પ્રસરણ પટલમાંથી પસાર થઈ શકતા $CO_2$ નું પ્રમાણ $O_2$ કરતા ઘણું વધારે હોય છે.

(A) ફેફસામાં $O_2$ અને $CO_2$ જેવા વાયુઓનો વિનિમય વાયુકોષ્ઠોની દીવાલ દ્વારા થાય છે. આ પ્રક્રિયા આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે થાય છે. વાયુઓ તેમના ઊંચા આંશિક દબાણવાળા વિસ્તારમાંથી નીચા આંશિક દબાણવાળા વિસ્તાર તરફ કોઈપણ ઉર્જાના વપરાશ વગર ગતિ કરે છે,જેને સાદું પ્રસરણ કહેવામાં આવે છે. તેથી,ફેફસામાં વાયુ વિનિમય માટે સાદું પ્રસરણ એ મુખ્ય પ્રક્રિયા છે.

(C) સસલા જેવા સસ્તન પ્રાણીઓમાં,શ્વસનતંત્ર નળીઓના શાખિત નેટવર્કનું બનેલું હોય છે. વાયુઓની ($O_2$ અને $CO_2$) આપ-લે ખાસ કરીને શ્વસન સપાટી પર થાય છે. વાયુકોષ્ઠની નલિકાઓ અને વાયુકોષ્ઠ (હવાની કોથળીઓ) એ શ્વસન માર્ગના અંતિમ ભાગો છે જ્યાં રુધિર-વાયુ અવરોધ એટલો પાતળો હોય છે કે વાયુઓનું પ્રસરણ સરળતાથી થઈ શકે છે. તેથી,વાયુઓની આપ-લે વાયુકોષ્ઠની નલિકા અને વાયુકોષ્ઠમાં થાય છે.

(C) મનુષ્યના શ્વસનતંત્રમાં,વાયુઓની ($O_2$ અને $CO_2$) આપ-લે મુખ્યત્વે $Alveoli$ (વાયુકોષ્ઠ) માં થાય છે.
આ શ્વસન માર્ગના અંતે આવેલી નાની,ફુગ્ગા જેવી રચનાઓ છે જ્યાં રુધિર કેશિકાઓ હવાની ખૂબ નજીક હોય છે,જે શ્વસન પટલ દ્વારા વાયુઓના કાર્યક્ષમ પ્રસરણ માટે મદદરૂપ થાય છે.

(B) વાતાવરણની હવા (શ્વાસમાં લેવાયેલી હવા) માં આશરે $21\%$ ઓક્સિજન,$0.04\%$ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને $78\%$ નાઇટ્રોજન હોય છે.
શ્વસનની પ્રક્રિયા દરમિયાન,કોષીય શ્વસન માટે શરીરના કોષો દ્વારા ઓક્સિજનનો ઉપયોગ થાય છે અને આડપેદાશ તરીકે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્પન્ન થાય છે.
ઉચ્છવાસમાં બહાર નીકળતી હવામાં આશરે $16\%$ ઓક્સિજન,$4\%$ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને $79\%$ નાઇટ્રોજન હોય છે.
તેથી,ઉચ્છવાસમાં ઓક્સિજનનું સાચું પ્રમાણ $16\%$ છે.

(C) બાહ્યશ્વસન,જેને પુલમોનરી વાયુ વિનિમય તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે એવી પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા વાયુકોષ્ઠોમાંથી ઓક્સિજન રુધિરમાં લેવામાં આવે છે અને રુધિરમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વાયુકોષ્ઠોમાં મુક્ત થાય છે.
આ વિનિમય વાયુકોષ્ઠોની હવા અને પુલમોનરી કેશિકાઓ (રુધિર) વચ્ચે શ્વસન પટલ દ્વારા થાય છે.
તેનાથી વિપરીત,આંતરિક શ્વસન એ રુધિર અને પેશીના કોષો/પ્રવાહી વચ્ચે વાયુઓની આપલે સૂચવે છે.

(B) વાયુકોષ્ઠોમાં ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(pO_2)$ આશરે $104 \ mm \ Hg$ હોય છે.
તેની સરખામણીમાં,અશુદ્ધ રુધિરમાં $pO_2$ $40 \ mm \ Hg$ અને શુદ્ધ રુધિરમાં $95 \ mm \ Hg$ હોય છે.
વાયુકોષ્ઠોમાં ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ રુધિર કરતા વધારે હોવાથી,ઓક્સિજન વાયુકોષ્ઠોમાંથી રુધિરમાં પ્રસરણ પામે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(B) આપેલ આકૃતિમાં,$A$ એ વાયુકોષ્ઠીય ગુહા (alveolar cavity) દર્શાવે છે,જે વાયુકોષ્ઠોમાં રહેલી હવા અને ફુપ્સ કેશિકાઓમાં રહેલા રક્ત વચ્ચે શ્વસન વાયુઓ ($O_2$ અને $CO_2$) ના વિનિમય માટેનું મુખ્ય સ્થળ છે.
$B$ એ રક્તકણો (erythrocytes) દર્શાવે છે,જે મુખ્યત્વે $O_2$ અને $CO_2$ ના વહન સાથે સંકળાયેલા છે.
$C$ એ કેશિકાનો ધમનીય છેડો દર્શાવે છે.
$D$ એ કેશિકાની દીવાલ દર્શાવે છે.
તેથી,સાચી ઓળખ $A$: વાયુકોષ્ઠીય ગુહા - શ્વસન વાયુઓના વિનિમયનું મુખ્ય સ્થળ છે.

(C) : ઊંચાઈ પર,હવાનું બંધારણ સમુદ્ર સપાટી જેવું જ રહે છે,પરંતુ હવાની ઘનતા (બેરોમેટ્રિક દબાણ) ધીમે ધીમે ઘટે છે,જેના કારણે ધમનીય $pO_2$ પણ ઘટે છે (હાયપોક્સિમિયા).
વધારે ઊંચાઈ જટિલ પરિસ્થિતિઓ રજૂ કરે છે જેના માટે માનવ શરીરને અનુકૂલન સાધવું પડે છે.
ઊંચાઈ પર રહેતા વ્યક્તિના રુધિરમાં પ્રતિ એકમ કદમાં રક્તકણોની સંખ્યા વધુ હોવાની શક્યતા છે.
આ ઊંચાઈ પર હવા ઓછી ઘનતા ધરાવતી હોવાના પ્રતિભાવમાં થાય છે.
ઓછા $pO_2$ (ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ) ધરાવતી પાતળી હવામાંથી $O_2$ મેળવવા માટે વધુ રક્તકણોની જરૂર પડે છે.

(B) ફેફસાંમાં લાખો વાયુકોષ્ઠો હોય છે,જે શ્વસન માર્ગના અંતે આવેલી નાની,ફુગ્ગા જેવી રચનાઓ છે.
આ વાયુકોષ્ઠો હવા અને રુધિર વચ્ચે વાયુઓના ($O_2$ અને $CO_2$) વિનિમય માટે ઉપલબ્ધ કુલ સપાટીના ક્ષેત્રફળમાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.
પ્રસરણના નિયમ મુજબ,પ્રસરણનો દર ઉપલબ્ધ સપાટીના ક્ષેત્રફળના સીધા પ્રમાણમાં હોય છે.
તેથી,મોટી સંખ્યામાં વાયુકોષ્ઠો કાર્યક્ષમ અને ઝડપી વાયુ વિનિમય સુનિશ્ચિત કરે છે,જે શરીરની ચયાપચયની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે આવશ્યક છે.

(B) માનવ શ્વસનતંત્રમાં,વાયુકોષ્ઠોમાં વાયુઓનું આંશિક દબાણ વાયુઓના વિનિમય માટે આવશ્યક છે.
પ્રમાણિત શારીરિક મૂલ્યો અનુસાર:
વાયુકોષ્ઠોમાં ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(pO_2)$ $104 \, mm \, Hg$ હોય છે.
વાયુકોષ્ઠોમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું આંશિક દબાણ $(pCO_2)$ $40 \, mm \, Hg$ હોય છે.
તેથી,સાચા મૂલ્યો $O_2 = 104 \, mm \, Hg$ અને $CO_2 = 40 \, mm \, Hg$ છે.

(B) માનવ શ્વસનતંત્રમાં,વાયુકોષ્ઠોમાં વાયુઓનું આંશિક દબાણ રુધિર અને ફેફસાં વચ્ચે વાયુઓના વિનિમય માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.
- વાયુકોષ્ઠોમાં ઓક્સિજન $(PO_2)$ નું આંશિક દબાણ આશરે $104 \, mm \, Hg$ હોય છે.
- વાયુકોષ્ઠોમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(PCO_2)$ નું આંશિક દબાણ આશરે $40 \, mm \, Hg$ હોય છે.
- આ મૂલ્યો એક સાંદ્રતા ઢાળ (concentration gradient) બનાવે છે જે $O_2$ ને રુધિરમાં પ્રસરણ પામવા અને $CO_2$ ને રુધિરમાંથી બહાર નીકળીને વાયુકોષ્ઠોમાં જવા દે છે જેથી ઉચ્છવાસ દ્વારા તેને બહાર કાઢી શકાય.
- તેથી,વિકલ્પ $B$ સાચો જવાબ છે.

(A) વાયુકોષ્ઠ-કેશિકા પટલની આપેલી આકૃતિમાં:
$1$. $X$ એ રુધિર કેશિકાને દર્શાવે છે,જેમાં રક્તકણો $(RBC)$ હોય છે.
$2$. $Y$ એ આધારક દ્રવ્ય (બેઝમેન્ટ મેમ્બ્રેન) ને દર્શાવે છે જે વાયુકોષ્ઠની દીવાલને કેશિકાની દીવાલથી અલગ કરે છે.
$3$. $Z$ એ વાયુકોષ્ઠની દીવાલના પાતળા લાદીસમ અધિચ્છદને દર્શાવે છે.
તેથી,સાચી ઓળખ $X-$ રુધિર કેશિકા,$Y-$ આધારક દ્રવ્ય,$Z-$ વાયુકોષ્ઠની દીવાલ છે.

(A) $Alveoli$ (વાયુકોષ્ઠો) એ ફેફસામાં વાયુ વિનિમયનું મુખ્ય સ્થાન છે.
તે પાતળી દીવાલ ધરાવતી,કોથળી જેવી રચનાઓ છે જે રુધિર કેશિકાઓના ગીચ જાળાથી ઘેરાયેલી હોય છે.
આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે,ઓક્સિજન $Alveoli$ માંથી રુધિરમાં અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રુધિરમાંથી $Alveoli$ માં પ્રસરણ પામે છે.
$Trachea$ (શ્વાસનળી) અને $Bronchioles$ (શ્વસનિકાઓ) જેવી અન્ય રચનાઓ હવાના વહન માટેના માર્ગ તરીકે કાર્ય કરે છે,પરંતુ તે વાયુ વિનિમયમાં ભાગ લેતી નથી.

(A) શ્વસનતંત્રના વિવિધ ભાગોમાં $CO_2$ નું આંશિક દબાણ $(pCO_2)$ નીચે મુજબ છે:
$1$. વાયુકોષ્ઠ: $pCO_2$ નું મૂલ્ય $40 \ mm \ Hg$ છે.
$2$. પેશીઓ: ચયાપચયની ક્રિયાને કારણે પેશીઓમાં $pCO_2$ નું મૂલ્ય $45 \ mm \ Hg$ હોય છે.
$3$. ઓક્સિજનવિહીન રુધિર ($O_2$ વગરનું રુધિર): તેમાં $pCO_2$ નું મૂલ્ય $45 \ mm \ Hg$ હોય છે.
$4$. ઓક્સિજનયુક્ત રુધિર ($O_2$ સાથેનું રુધિર): તેમાં $pCO_2$ નું મૂલ્ય $40 \ mm \ Hg$ હોય છે.
આ મૂલ્યોને જોડતા:
$(a)$ વાયુકોષ્ઠ - $(1)$ $40 \ mm \ Hg$
$(b)$ પેશી - $(2)$ $45 \ mm \ Hg$
$(c)$ $O_2$ વગરનું રુધિર - $(4)$ $45 \ mm \ Hg$
$(d)$ $O_2$ સાથેનું રુધિર - $(3)$ $40 \ mm \ Hg$
તેથી,સાચો ક્રમ $a-1, b-2, c-4, d-3$ છે.

(A) વાયુકોષ્ઠોના સ્તરે,ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(PO_2)$ ઊંચું ($104 \ mmHg$ ની આસપાસ) હોય છે,જે પેશીઓમાંથી આવતા અશુદ્ધ રુધિર $(40 \ mmHg)$ ની સરખામણીમાં વધારે છે.
આ ઊંચું $PO_2$ વાયુકોષ્ઠોમાંથી રુધિરમાં ઓક્સિજનના પ્રસરણને સરળ બનાવે છે.
તેનાથી વિપરીત,વાયુકોષ્ઠોમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું આંશિક દબાણ $(PCO_2)$ નીચું $(40 \ mmHg)$ હોય છે,જે રુધિર $(45 \ mmHg)$ ની સરખામણીમાં ઓછું હોવાથી $CO_2$ રુધિરમાંથી વાયુકોષ્ઠોમાં પ્રસરણ પામે છે.
ઊંચું $PCO_2$,ઊંચી $H^+$ સાંદ્રતા અને ઊંચું તાપમાન એ પેશીઓની લાક્ષણિકતાઓ છે,જે હિમોગ્લોબિનમાંથી ઓક્સિજનના વિયોજનને પ્રોત્સાહન આપે છે (બોહર અસર).

(D) માનવ શ્વસનતંત્રમાં,વાયુકોષ્ઠોમાં ઓક્સિજનનું આંશિક દબાણ $(PO_2)$ આશરે $104\, mmHg$ હોય છે.
વાયુકોષ્ઠોમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું આંશિક દબાણ $(PCO_2)$ આશરે $40\, mmHg$ હોય છે.
આ મૂલ્યો વાયુકોષ્ઠોમાંથી રુધિરમાં ઓક્સિજનના અને રુધિરમાંથી વાયુકોષ્ઠોમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડના પ્રસરણને સરળ બનાવે છે.

(A) દિવસ દરમિયાન,જ્યારે પ્રકાશસંશ્લેષણ માટે $CO_2$ ના પ્રવેશ માટે વાયુરંધ્ર ખુલ્લા હોય છે,ત્યારે બાષ્પોત્સર્જનને કારણે પર્ણમાંથી પાણીની વરાળ પણ બહાર નીકળે છે.
જોકે પાણીની વરાળ અને $CO_2$ ના પ્રસરણ આંક અલગ-અલગ હોય છે,તેમ છતાં પાણીની વરાળ (પર્ણની અંદરથી બહાર) અને $CO_2$ (બહારથી અંદર) માટેના સાંદ્રતા ઢાળને કારણે બંને પ્રક્રિયાઓ એક જ ખુલ્લા વાયુરંધ્ર દ્વારા એકસાથે થઈ શકે છે.
તેથી,સાચું કારણ એ છે કે બંને પ્રક્રિયાઓ એકસાથે થાય છે કારણ કે તેમના પ્રસરણ દર તેમના સંબંધિત સાંદ્રતા ઢાળ દ્વારા નક્કી થાય છે,ભલે તેમના પ્રસરણ આંક અલગ હોય.

(B) ફેફસાંમાં વાયુઓના વિનિમય માટેની પ્રસરણ સપાટી અત્યંત પાતળી હોય છે અને તે મુખ્ય ત્રણ સ્તરોની બનેલી હોય છે:
$1$. વાયુકોષ્ઠોનું પાતળું લાદીસમ અધિચ્છદ.
$2$. વાયુકોષ્ઠીય રુધિરકેશિકાઓનું અંતઃચ્છદ.
$3$. તેમની વચ્ચે આવેલું આધારક દ્રવ્ય (આધારક કલા).
આથી,વાયુઓનું વિનિમય વાયુકોષ્ઠીય અધિચ્છદ અને રુધિરકેશિકા અંતઃચ્છદ દ્વારા થાય છે.

(A) ફેફસાંના વાયુકોષ્ઠો અને રુધિરકેશિકાઓ વચ્ચે વાયુઓ ($O_2$ અને $CO_2$) નું આદાન-પ્રદાન મુખ્યત્વે સરળ પ્રસરણની પ્રક્રિયા દ્વારા થાય છે.
આ પ્રક્રિયા વાયુઓના આંશિક દબાણના તફાવતને કારણે થાય છે.
ઓક્સિજન વાયુકોષ્ઠોમાંથી (વધુ આંશિક દબાણ) રુધિરમાં (ઓછું આંશિક દબાણ) પ્રવેશે છે,જ્યારે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રુધિરમાંથી (વધુ આંશિક દબાણ) વાયુકોષ્ઠોમાં (ઓછું આંશિક દબાણ) જાય છે.
સરળ પ્રસરણ એ એક નિષ્ક્રિય પ્રક્રિયા છે જેમાં ચયાપચયિક ઉર્જાની જરૂર પડતી નથી.