रक्त, फेफड़े और ऊतकों में गैस विनिमय क्या है? गैस विनिमय की विशेषताएं। फेफड़े - वे कैसे काम करते हैं? फेफड़ों और ऊतकों में गैस का आदान-प्रदान किसके कारण होता है?

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फेफड़ों और ऊतकों में गैस विनिमय

हम वायुमंडलीय वायु में सांस लेते हैं। इसमें लगभग 21% ऑक्सीजन, 0.03% कार्बन डाइऑक्साइड, लगभग 79% नाइट्रोजन और जल वाष्प होता है। हम जो हवा छोड़ते हैं उसकी संरचना वायुमंडलीय हवा से भिन्न होती है। इसमें पहले से ही 16% ऑक्सीजन, लगभग 4% कार्बन डाइऑक्साइड और अधिक जलवाष्प मौजूद है। नाइट्रोजन की मात्रा नहीं बदलती.

फेफड़ों में गैस का आदान-प्रदान- यह वायुकोशीय वायु और फुफ्फुसीय केशिकाओं के रक्त के बीच प्रसार द्वारा गैसों का आदान-प्रदान है। फेफड़ों में, रक्त कार्बन डाइऑक्साइड से मुक्त हो जाता है और ऑक्सीजन से संतृप्त हो जाता है।

फुफ्फुसीय परिसंचरण की धमनियों के माध्यम से, फेफड़े प्राप्त करते हैं ऑक्सीजन - रहित खून. एक व्यक्ति जिस हवा में सांस लेता है उसमें शिरापरक रक्त की तुलना में बहुत अधिक ऑक्सीजन होती है। इसलिए, परिणामस्वरूप वह प्रसार एल्वियोली और केशिकाओं की दीवारों के माध्यम से रक्त में स्वतंत्र रूप से प्रवेश करता है। यहां ऑक्सीजन का संयोग होता है हीमोग्लोबिन- एरिथ्रोसाइट्स का लाल रंगद्रव्य। रक्त ऑक्सीजन से संतृप्त और संतृप्त हो जाता है धमनीय. उसी समय, कार्बन डाइऑक्साइड एल्वियोली में प्रवेश करती है। फुफ्फुसीय श्वसन के लिए धन्यवाद, एल्वियोली की हवा में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड का अनुपात एक स्थिर स्तर पर बना रहता है, और रक्त और के बीच गैस विनिमय होता है। वायुकोशीय वायुयह निरंतर चलता रहता है, भले ही हम इस समय हवा अंदर ले रहे हों या थोड़ी देर के लिए अपनी सांस रोक रहे हों।

फेफड़ों में गैस का आदान-प्रदान अंतर की उपस्थिति के कारण होता है आंशिक दबाव श्वसन गैसें. आंशिक (यानी आंशिक) दबाव कुल दबाव का वह हिस्सा है जो गैस मिश्रण में प्रत्येक गैस की हिस्सेदारी के लिए जिम्मेदार होता है। यह दबाव mmHg में मापा जाता है। कला। आंशिक दबाव गैस मिश्रण में गैस के प्रतिशत पर निर्भर करता है: प्रतिशत जितना अधिक होगा, आंशिक दबाव उतना ही अधिक होगा।

आंशिक दबाव की गणना डाल्टन के सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है: पी = (पी एक्स ए)/100, जहां पी किसी दिए गए गैस का आंशिक दबाव है, पी मिमी एचजी में गैस मिश्रण का कुल दबाव है। कला।, ए गैस मिश्रण में गैस का प्रतिशत है। उदाहरण के लिए, प्रेरित हवा में ऑक्सीजन का आंशिक दबाव है: (760 x 20.94)/100 = 159 mmHg। कला। प्रेरित वायु में कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव 0.2 mmHg है। कला। फुफ्फुसीय एल्वियोली में ऑक्सीजन का आंशिक दबाव 106 mmHg होता है। कला।, और कार्बन डाइऑक्साइड - 40 मिमी एचजी। कला। इसलिए, ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड उच्च दबाव वाले क्षेत्र से कम दबाव वाले क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं।

ऊतकों में गैस विनिमय- यह अंतर्वाहित धमनी रक्त, अंतरकोशिकीय द्रव, कोशिकाओं और बहिर्वाह शिरापरक रक्त के बीच गैसों का आदान-प्रदान है। इस आदान-प्रदान का तंत्र फेफड़ों जैसा ही है। यह रक्त, अंतरकोशिकीय द्रव और शरीर की कोशिकाओं में गैसों के आंशिक दबाव में अंतर से जुड़ा हुआ प्रसार है। ऊतकों में, रक्त ऑक्सीजन छोड़ता है और कार्बन डाइऑक्साइड से संतृप्त होता है।

धमनी का खूनप्रणालीगत परिसंचरण की वाहिकाओं के माध्यम से यह शरीर के अंगों तक निर्देशित होता है। धमनी रक्त में ऑक्सीजन की मात्रा ऊतक कोशिकाओं की तुलना में अधिक होती है। इसलिए, ऑक्सीजन धन्यवाद प्रसारकेशिकाओं की पतली दीवारों के माध्यम से कोशिकाओं में स्वतंत्र रूप से प्रवेश करता है। ऑक्सीजन का उपयोग जैविक ऑक्सीकरण के लिए किया जाता है, और जारी ऊर्जा कोशिका की महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में जाती है। इससे कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न होता है, जो ऊतक कोशिकाओं से रक्त में प्रवेश करता है। धमनी रक्त में परिवर्तित हो जाता है शिरापरक. यह फेफड़ों में लौट आता है और यहां फिर से धमनी बन जाता है।

यह ज्ञात है कि गैसें गर्म पानी में खराब तरीके से घुलती हैं, और गर्म और खारे पानी में तो और भी खराब हो जाती हैं। हम यह कैसे समझा सकते हैं कि ऑक्सीजन रक्त में प्रवेश करती है, इस तथ्य के बावजूद कि रक्त एक गर्म और नमकीन तरल है? इस प्रश्न का उत्तर गुणों में निहित है हीमोग्लोबिनलाल रक्त कोशिकाएं, जो श्वसन अंगों से ऊतकों तक ऑक्सीजन ले जाती हैं, और उनसे - कार्बन डाइऑक्साइड श्वसन अंगों तक ले जाती हैं। इसका अणु रासायनिक रूप से ऑक्सीजन के साथ संपर्क करता है: यह 8 ऑक्सीजन परमाणुओं को पकड़ता है और उन्हें ऊतकों तक पहुंचाता है।

फेफड़ों की महत्वपूर्ण क्षमता

फेफड़ों की महत्वपूर्ण क्षमता- यह हवा की सबसे बड़ी मात्रा है जिसे अधिकतम साँस लेने के बाद बाहर निकाला जा सकता है। यह क्षमता ज्वारीय मात्रा, श्वसन आरक्षित मात्रा और श्वसन आरक्षित मात्रा के योग के बराबर है। यह आंकड़ा 3,500 से 4,700 मिलीलीटर तक है। फेफड़ों की विभिन्न मात्राओं और क्षमताओं को निर्धारित करने के लिए विशेष उपकरणों का उपयोग किया जाता है: स्पाइरोमीटर , स्पाइरोग्राफऔर आदि।

यदि आप किसी व्यक्ति को सबसे गहरी सांस लेने और फिर सारी हवा बाहर निकालने के लिए कहें, तो छोड़ी गई हवा की मात्रा होगी महत्वपूर्ण क्षमता(वीईएल)। स्पष्ट है कि इस साँस छोड़ने के बाद भी फेफड़ों में कुछ हवा बची रहेगी - अवशिष्ट वायु- लगभग 1000-1200 सेमी 3 के बराबर।

फेफड़ों की महत्वपूर्ण क्षमता उम्र, लिंग, ऊंचाई और अंततः व्यक्ति के प्रशिक्षण की डिग्री पर निर्भर करती है। यह गणना करने के लिए कि महत्वपूर्ण वायु क्षमता क्या होनी चाहिए, आप निम्नलिखित सूत्रों का उपयोग कर सकते हैं:

वीसी (एल) पुरुष = 2.5 x ऊंचाई (एम); वीसी (एल) महिला = 1.9 x ऊंचाई (एम)।

महत्वपूर्ण क्षमता फेफड़ों की महत्वपूर्ण क्षमता (लीटर में) है, ऊंचाई को मीटर में व्यक्त किया जाना चाहिए, और 2.5 और 1.9 प्रयोगात्मक रूप से पाए गए गुणांक हैं। यदि फेफड़ों की वास्तविक जीवन क्षमता गणना किए गए मूल्यों के बराबर या उससे अधिक हो जाती है, तो परिणाम अच्छे माने जाने चाहिए, यदि कम हो तो परिणाम बुरे माने जाने चाहिए; फेफड़ों की महत्वपूर्ण क्षमता को एक विशेष उपकरण - स्पाइरोमीटर से मापा जाता है।

उच्च जीवन क्षमता वाले लोगों के क्या फायदे हैं? दौड़ने जैसे भारी शारीरिक काम के दौरान गहरी सांस लेने से फेफड़ों को वेंटिलेशन मिलता है। जिस व्यक्ति के फेफड़ों की महत्वपूर्ण क्षमता छोटी होती है और जिसकी श्वसन मांसपेशियां भी कमजोर होती हैं, उसे बार-बार और उथली सांस लेनी पड़ती है। इससे यह तथ्य सामने आता है कि ताजी हवा वायुमार्ग में बनी रहती है और इसका केवल एक छोटा सा हिस्सा ही फेफड़ों तक पहुंच पाता है। परिणामस्वरूप, ऊतकों को नगण्य मात्रा में ऑक्सीजन प्राप्त होती है, और व्यक्ति काम करना जारी नहीं रख पाता है।

स्वास्थ्य-सुधार जिम्नास्टिक की प्रणाली में आवश्यक रूप से साँस लेने के व्यायाम शामिल हैं। उनमें से कई का उद्देश्य फेफड़ों के शीर्ष को हवादार बनाना है, जो, एक नियम के रूप में, ज्यादातर लोगों में खराब हवादार होते हैं। यदि आप अपनी बाहों को ऊपर उठाते हैं, पीछे झुकते हैं और सांस लेते हैं, तो मांसपेशियां छाती के ऊपरी हिस्से को ऊपर खींचती हैं और फेफड़ों के ऊपरी हिस्से हवादार हो जाते हैं। अच्छी तरह से विकसित पेट की मांसपेशियां पूरी सांस लेने में मदद करती हैं। इसका मतलब यह है कि श्वसन की मांसपेशियों को विकसित करके, हम छाती गुहा की मात्रा और इसलिए महत्वपूर्ण क्षमता को बढ़ा सकते हैं।

बारी-बारी से साँस लेने और छोड़ने से, एक व्यक्ति फेफड़ों को हवादार बनाता है, जिससे एल्वियोली में अपेक्षाकृत स्थिर गैस संरचना बनी रहती है। एक व्यक्ति उच्च ऑक्सीजन सामग्री (20.9%) और कम कार्बन डाइऑक्साइड (0.03%) वाली वायुमंडलीय हवा में सांस लेता है, और हवा छोड़ता है जिसमें ऑक्सीजन की मात्रा कम हो जाती है और कार्बन डाइऑक्साइड बढ़ जाती है। आइए फेफड़ों और मानव ऊतकों में गैस विनिमय की प्रक्रिया पर विचार करें।

वायुकोशीय वायु की संरचना साँस लेने और छोड़ने वाली वायु से भिन्न होती है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जब आप साँस लेते हैं, तो वायुमार्ग से हवा (यानी, साँस छोड़ते हुए) एल्वियोली में प्रवेश करती है, और जब आप साँस छोड़ते हैं, तो इसके विपरीत, उसी वायुमार्ग में स्थित वायुमंडलीय हवा (मृत स्थान की मात्रा) के साथ मिश्रित होती है साँस छोड़ने वाली हवा (वायुकोशीय)।

फेफड़ों में, वायुकोशीय हवा से ऑक्सीजन रक्त में प्रवेश करती है, और रक्त से कार्बन डाइऑक्साइड वायुकोशीय और रक्त केशिकाओं की दीवारों के माध्यम से फैलकर फेफड़ों में प्रवेश करती है। इनकी कुल मोटाई लगभग 0.4 माइक्रोन है। प्रसार की दिशा और गति गैस के आंशिक दबाव या उसके वोल्टेज से निर्धारित होती है।

आंशिक दबाव और वोल्टेज अनिवार्य रूप से पर्यायवाची हैं, लेकिन यदि कोई गैस गैसीय माध्यम में है तो हम आंशिक दबाव की बात करते हैं, और यदि यह तरल में घुली हुई है तो वोल्टेज की बात करते हैं। किसी गैस का आंशिक दबाव गैस मिश्रण के कुल दबाव का वह हिस्सा होता है जो किसी दिए गए गैस पर पड़ता है।

ऑक्सीजन के लिए शिरापरक रक्त में गैसों के तनाव और वायुकोशीय वायु में उनके आंशिक दबाव के बीच का अंतर लगभग 70 मिमी एचजी है। कला।, और कार्बन डाइऑक्साइड के लिए - 7 मिमी एचजी। कला।

यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि 1 मिमी एचजी के ऑक्सीजन तनाव में अंतर के साथ। कला। आराम कर रहे एक वयस्क के रक्त में प्रति मिनट 25-60 सेमी 3 ऑक्सीजन प्रवेश कर सकती है। आराम कर रहे व्यक्ति को प्रति मिनट लगभग 25-30 सेमी 3 ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। परिणामस्वरूप, ऑक्सीजन की गति में अंतर 70 मिमी एचजी है। कला। शरीर को उसकी गतिविधि की विभिन्न स्थितियों में ऑक्सीजन प्रदान करने के लिए पर्याप्त है: शारीरिक कार्य, खेल अभ्यास आदि के दौरान।

रक्त से कार्बन डाइऑक्साइड के प्रसार की दर ऑक्सीजन की तुलना में 25 गुना अधिक है, इसलिए, 7 मिमी एचजी के अंतर के कारण। कला। कार्बन डाइऑक्साइड को रक्त से निकलने का समय मिल जाता है।

फेफड़ों से ऊतकों तक ऑक्सीजन और ऊतकों से कार्बन डाइऑक्साइड को फेफड़ों तक ले जाता है - रक्त। रक्त में, किसी भी तरल पदार्थ की तरह, गैसें दो अवस्थाओं में हो सकती हैं: भौतिक रूप से घुली हुई और रासायनिक रूप से बंधी हुई। ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड दोनों ही रक्त प्लाज्मा में बहुत कम मात्रा में घुलते हैं। ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड की मुख्य मात्रा रासायनिक रूप से बंधे रूप में पहुंचाई जाती है। मुख्य ऑक्सीजन वाहक रक्त हीमोग्लोबिन है, जिसका प्रत्येक ग्राम 1.34 सेमी 3 ऑक्सीजन को बांधता है।

रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन मुख्य रूप से रासायनिक यौगिकों - सोडियम और पोटेशियम बाइकार्बोनेट के रूप में होता है, लेकिन इसमें से कुछ का परिवहन हीमोग्लोबिन से बंधी अवस्था में भी होता है।

फेफड़ों में ऑक्सीजन से समृद्ध रक्त एक बड़े घेरे में शरीर के सभी ऊतकों तक ले जाया जाता है, जहां रक्त और ऊतकों में इसके तनाव में अंतर के कारण ऊतक में प्रसार होता है। ऊतक कोशिकाओं में, ऑक्सीजन का उपयोग ऊतक (सेलुलर) श्वसन की जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में किया जाता है - कार्बोहाइड्रेट और वसा का ऑक्सीकरण।

एक ही व्यक्ति में उपभोग की गई ऑक्सीजन और उत्सर्जित कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा अलग-अलग होती है। यह न केवल स्वास्थ्य की स्थिति पर निर्भर करता है, बल्कि शारीरिक गतिविधि, पोषण, आयु, लिंग, पर्यावरणीय तापमान, वजन और शरीर की सतह क्षेत्र आदि पर भी निर्भर करता है।

उदाहरण के लिए, ठंड में गैस विनिमय बढ़ जाता है, जिससे शरीर का तापमान स्थिर बना रहता है। गैस विनिमय की स्थिति का उपयोग मानव स्वास्थ्य का आकलन करने के लिए किया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, साँस ली गई और निकाली गई हवा की संरचना के विश्लेषण के आधार पर विशेष शोध विधियाँ विकसित की गई हैं।

फेफड़ों में प्रवाहित होने वाले शिरापरक रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड का तनाव अधिक होता है, और वायुकोशीय वायु में उनके दबाव की तुलना में ऑक्सीजन का तनाव कम होता है। इसलिए, जैसे ही रक्त फेफड़ों की केशिकाओं से बहता है, यह कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है और ऑक्सीजन को अवशोषित करता है। रक्त और वायुकोशीय वायु के बीच गैसों का आदान-प्रदान एल्वियोली की विशाल संख्या से सुगम होता है, जो मनुष्यों में 750 मिलियन तक पहुंचती है, और उनकी बड़ी सतह, साँस लेने पर 100 एम 2 और साँस छोड़ने पर 30 एम 2 होती है। वायुकोशीय वायु से रक्त को अलग करने वाली झिल्ली केवल 0.004 मिमी मोटी होती है और इसमें कोशिकाओं की दो परतें होती हैं - केशिका एंडोथेलियल कोशिकाएं और वायुकोशीय उपकला कोशिकाएं जो स्वतंत्र रूप से गैसों को गुजरने देती हैं।

फेफड़ों में गैस का आदान-प्रदानयह रक्त से वायुकोशीय वायु में कार्बन डाइऑक्साइड और वायुकोशीय वायु से रक्त में ऑक्सीजन के प्रसार के परिणामस्वरूप होता है। वायुकोशीय वायु में इन गैसों के आंशिक दबाव और रक्त में उनके तनाव के बीच अंतर के कारण गैसों का प्रसार होता है। इसका प्रमाण वायुकोशीय वायु में ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के आंशिक दबाव और शिरापरक और धमनी रक्त में इन गैसों के तनाव को मापकर प्राप्त किया गया था।

रक्त में गैसों के वोल्टेज को निर्धारित करने के लिए, क्रोग माइक्रोटोनोमीटर का उपयोग किया जाता है ( चावल। 59), जो के. ए. तिमिर्याज़ेव द्वारा प्रस्तावित डिवाइस का एक संशोधन है। माइक्रोटोनोमीटर एक रक्त वाहिका - एक धमनी या शिरा - के केंद्रीय और परिधीय सिरों के बीच जुड़ा होता है। रक्त वाहिका से रक्त ट्यूब ए के माध्यम से माइक्रोटोनोमीटर एम्पौल बी में प्रवाहित होता है, जहां एक छोटा हवा का बुलबुला होता है, और वहां से ट्यूब सी के माध्यम से वापस रक्त वाहिका में प्रवाहित होता है ( चावल। 59).

चूँकि हवा के बुलबुले का आयतन बहते रक्त के द्रव्यमान की तुलना में नगण्य है, हवा के बुलबुले और रक्त के बीच गैस संतुलन स्थापित करने के लिए बुलबुले में इतनी कम मात्रा में गैसों के स्थानांतरण की आवश्यकता होती है कि रक्त में उनका तनाव नहीं बदलता है। बुलबुले को समय-समय पर पिस्टन डी द्वारा केशिका ई में खींचा जाता है, जहां इसकी मात्रा मापी जाती है। गैसों का गतिशील संतुलन स्थापित होने के बाद, बुलबुले का आयतन स्थिर हो जाता है, इसे हटा दिया जाता है और इसमें गैस की मात्रा निर्धारित की जाती है। गैसों के आंशिक दबाव की गणना उनके प्रतिशत से की जाती है। चूँकि हवा के बुलबुले में गैसें रक्त गैसों के साथ संतुलन में थीं, इसलिए यह स्पष्ट है कि बुलबुले में गैस की मात्रा को निकालकर, रक्त में वोल्टेज को मापा जा सकता है।

चावल। 59. क्रोघ माइक्रोटोनोमीटर (पाठ में स्पष्टीकरण)।

यह स्थापित किया गया है कि धमनी रक्त में ऑक्सीजन तनाव 100 mmHg है। कला।, और कार्बन डाइऑक्साइड - 40 मिमी; शिरापरक रक्त में, ऑक्सीजन तनाव 40 mmHg है, और कार्बन डाइऑक्साइड तनाव 46 mmHg है। कला।

इन आंकड़ों से यह पता चलता है कि शिरापरक रक्त में गैसों के तनाव और वायुकोशीय वायु में उनके दबाव के बीच का अंतर ऑक्सीजन के लिए लगभग 110-40 = 70 मिमी एचजी और कार्बन डाइऑक्साइड के लिए 46-40 = 6 मिमी एचजी है। कला।

फुफ्फुसीय केशिकाओं में रक्त के कम समय तक रहने के दौरान, रक्त में गैसों का तनाव वायुकोशीय वायु में उनके आंशिक दबाव के लगभग बराबर होता है। यह इस तथ्य से स्पष्ट है कि धमनी रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड तनाव लगभग वायुकोशीय वायु के समान है, और ऑक्सीजन तनाव 2-10 मिमी कम है।

यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि केवल 1 मिमी एचजी के वोल्टेज अंतर के साथ। कला। आराम के समय एक स्वस्थ वयस्क के रक्त में प्रति मिनट 25-60 मिली ऑक्सीजन प्रवेश कर सकती है। चूँकि आराम के समय मनुष्यों में ऑक्सीजन की औसत खपत लगभग 250-300 मिली प्रति मिनट होती है, इसलिए, 70 मिमी का दबाव अंतर यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त से अधिक है कि ऑक्सीजन की आवश्यक मात्रा रक्त में प्रवेश करती है। वायुकोशीय वायु में ऑक्सीजन के दबाव और शिरापरक रक्त में इस गैस के तनाव में इतने अंतर से, रक्त में ऑक्सीजन के प्रवाह में उल्लेखनीय वृद्धि सुनिश्चित की जा सकती है, जो आवश्यक है, उदाहरण के लिए, शारीरिक कार्य या खेल अभ्यास के दौरान , जब हृदय द्वारा उत्सर्जित रक्त की सूक्ष्म मात्रा काफी बढ़ जाती है और प्रवाह फेफड़ों के माध्यम से रक्त को तेज कर देता है।

चूंकि रक्त से कार्बन डाइऑक्साइड के प्रसार की दर ऑक्सीजन की तुलना में 25 गुना अधिक है, शिरापरक रक्त और उसके में CO2 तनाव के बीच मौजूदा अंतर के कारण कार्बन डाइऑक्साइड को रक्त से आवश्यक मात्रा में निकलने का समय भी मिलता है। वायुकोशीय वायु में दबाव.

. होल्डन ने देखा कि फेफड़ों के विभिन्न हिस्सों का वेंटिलेशन एक जैसा नहीं है। यह ज्ञात है कि फेफड़े के ऊतकों का बाहरी क्षेत्र सबसे अधिक फैला हुआ होता है, जो फेफड़ों में 25-30 मिमी गहराई तक फैला होता है; मध्यवर्ती क्षेत्र कम विस्तार योग्य है - फेफड़े के ऊतक, ब्रांकाई और रक्त वाहिकाओं की शाखाओं को कवर करते हैं। सबसे कम विस्तार योग्य आंतरिक क्षेत्र है, जो फेफड़े की जड़ में, बड़ी ब्रांकाई, वाहिकाओं और संयोजी ऊतक के बीच स्थित होता है। किसी व्यक्ति की आराम की स्थिति में, फेफड़े के ऊतकों का सबसे फैला हुआ बाहरी क्षेत्र मुख्य रूप से सांस लेने की क्रिया में भाग लेता है।

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फेफड़ेहमारे शरीर का सबसे बड़ा अंग हैं। फेफड़ों की संरचना और क्रियाविधि काफी दिलचस्प है। प्रत्येक साँस लेना हमारे शरीर को ऑक्सीजन से भर देता है, और साँस छोड़ने से कार्बन डाइऑक्साइड और कुछ विषाक्त पदार्थ शरीर से बाहर निकल जाते हैं। हम लगातार सांस लेते हैं - नींद में भी और जागते हुए भी। साँस लेने और छोड़ने की प्रक्रिया काफी जटिल क्रियाएं हैं जो कई प्रणालियों और अंगों द्वारा एक साथ बातचीत के साथ की जाती हैं।

फेफड़ों के बारे में कुछ आश्चर्यजनक तथ्य

क्या आप जानते हैं कि फेफड़ों में 700 मिलियन एल्वियोली ( पवित्र अंत जिसमें गैस विनिमय होता है)?
एक दिलचस्प तथ्य यह है कि एल्वियोली की आंतरिक सतह का क्षेत्रफल 3 गुना से अधिक बदलता है - जब आप साँस लेते हैं, तो 120 वर्ग मीटर से अधिक, बनाम 40 वर्ग मीटर जब आप साँस छोड़ते हैं।
एल्वियोली का क्षेत्रफल त्वचा के क्षेत्रफल से 50 गुना अधिक होता है।

फेफड़े की शारीरिक रचना

परंपरागत रूप से, फेफड़े को 3 भागों में विभाजित किया जा सकता है:
1. वायु अनुभाग ( ब्रोन्कियल पेड़) - जिसके माध्यम से वायु, चैनलों की एक प्रणाली की तरह, एल्वियोली तक पहुँचती है।
2. जिस अनुभाग में गैस विनिमय होता है वह वायुकोशीय प्रणाली है।
3. फेफड़े की संचार प्रणाली विशेष ध्यान देने योग्य है।

फेफड़े की संरचना के अधिक विस्तृत अध्ययन के लिए, हम प्रस्तुत प्रत्येक प्रणाली पर अलग से विचार करेंगे।

ब्रोन्कियल वृक्ष - एक वायु प्रणाली की तरह

यह ब्रांकाई की शाखाओं द्वारा दर्शाया गया है, जो देखने में नालीदार नलियों से मिलती जुलती है। जैसे ही ब्रोन्कियल पेड़ की शाखाएँ निकलती हैं, ब्रोन्ची का लुमेन संकीर्ण हो जाता है, लेकिन वे अधिक से अधिक संख्या में हो जाते हैं। ब्रांकाई की टर्मिनल शाखाएं, जिन्हें ब्रोन्किओल्स कहा जाता है, का लुमेन आकार में 1 मिलीमीटर से कम होता है, लेकिन उनकी संख्या कई हजार होती है।

ब्रोन्कियल दीवार की संरचना

ब्रांकाई की दीवार में 3 परतें होती हैं:
1. अंदरूनी परत – घिनौना. स्तंभाकार सिलिअटेड एपिथेलियम से पंक्तिबद्ध। इस श्लेष्म परत की एक विशेषता सतह पर सिलिअटेड ब्रिसल्स की उपस्थिति है, जो सतह पर बलगम की यूनिडायरेक्शनल गति पैदा करती है और बाहरी वातावरण में धूल के कणों या अन्य सूक्ष्म कणों को यांत्रिक रूप से हटाने में योगदान करती है। म्यूकोसल सतह हमेशा नमीयुक्त रहती है और इसमें एंटीबॉडी और प्रतिरक्षा कोशिकाएं होती हैं।

2. मध्य खोल – मस्कुलोकार्टिलाजिनस. यह खोल एक यांत्रिक ढाँचे के रूप में कार्य करता है। कार्टिलाजिनस वलय एक नालीदार नली का स्वरूप बनाते हैं। ब्रांकाई का उपास्थि ऊतक फेफड़ों में हवा के दबाव में परिवर्तन के दौरान ब्रांकाई के लुमेन को ढहने से रोकता है। इसके अलावा, लचीले संयोजी ऊतक से जुड़े कार्टिलाजिनस छल्ले ब्रोन्कियल पेड़ की गतिशीलता और लचीलापन प्रदान करते हैं। जैसे-जैसे ब्रांकाई की क्षमता कम होती जाती है, मांसपेशियों का घटक मध्य परत में प्रबल होने लगता है। चिकनी मांसपेशियों के ऊतकों की मदद से, फेफड़े वायु प्रवाह को नियंत्रित करने और संक्रमण और विदेशी निकायों के प्रसार को सीमित करने में सक्षम होते हैं।

3. बाहरी आवरण – बाह्यकंचुक. यह झिल्ली ब्रोन्कियल ट्री और आसपास के अंगों और ऊतकों के बीच एक यांत्रिक संबंध प्रदान करती है। कोलेजन संयोजी ऊतक से मिलकर बनता है।

ब्रांकाई की शाखाएँ एक उलटे पेड़ की उपस्थिति की बहुत याद दिलाती हैं। इसलिए नाम - ब्रोन्कियल ट्री। ब्रोन्कियल ट्री के वायुमार्ग की शुरुआत को श्वासनली का लुमेन कहा जा सकता है। श्वासनली अपने निचले हिस्से में दो मुख्य ब्रांकाई में विभाजित हो जाती है, जो हवा को प्रत्येक के अपने फेफड़े में निर्देशित करती है ( बाएं और दाएं). फेफड़े के अंदर, शाखाएँ लोबार ब्रांकाई तक जारी रहती हैं ( 3 बाएँ फेफड़े में और 2 दाएँ फेफड़े में), खंडीय, आदि। ब्रोन्कियल ट्री की वायुमार्ग प्रणाली टर्मिनल ब्रोन्किओल्स में समाप्त होती है, जो फेफड़े के श्वसन भाग को जन्म देती है ( फेफड़ों में रक्त और हवा के बीच गैस विनिमय होता है).

फेफड़े का श्वसन भाग

फेफड़े के वायुमार्ग तंत्र की शाखाएं ब्रोन्किओल्स के स्तर तक पहुंचती हैं। प्रत्येक ब्रोन्किओल, जिसका व्यास 1 मिमी से अधिक नहीं है, 13 - 16 श्वसन ब्रोन्किओल्स को जन्म देता है, जो बदले में एल्वियोली में समाप्त होने वाले श्वसन मार्ग को जन्म देता है ( अंगूर के आकार की थैली), जिसमें मुख्य गैस विनिमय होता है।

फुफ्फुसीय एल्वियोली की संरचना

फुफ्फुसीय एल्वोलस अंगूर के गुच्छे जैसा दिखता है। श्वसन ब्रोन्किओल्स, श्वसन मार्ग और वायुकोशों से मिलकर बनता है। एल्वियोली की आंतरिक सतह एकल-परत स्क्वैमस एपिथेलियम से पंक्तिबद्ध होती है, जो केशिकाओं के एंडोथेलियम से निकटता से जुड़ी होती है, जो एल्वियोली को एक नेटवर्क की तरह ढकती है। यह ठीक इस तथ्य के कारण है कि एल्वियोली का लुमेन केशिका के लुमेन से एक बहुत पतली परत द्वारा अलग होता है, जिससे फुफ्फुसीय और संचार प्रणालियों के बीच सक्रिय गैस विनिमय संभव होता है।

एल्वियोली की आंतरिक सतह एक विशेष कार्बनिक पदार्थ से ढकी होती है - पृष्ठसक्रियकारक.
इस पदार्थ में कार्बनिक घटक होते हैं जो साँस छोड़ने के दौरान एल्वियोली को ढहने से रोकते हैं; इसमें एंटीबॉडी और प्रतिरक्षा कोशिकाएं होती हैं जो सुरक्षात्मक कार्य प्रदान करती हैं। सर्फेक्टेंट रक्त को एल्वियोली के लुमेन में प्रवेश करने से भी रोकता है।

छाती में फेफड़े का स्थान

मुख्य ब्रांकाई के साथ जंक्शन पर ही फेफड़ा यांत्रिक रूप से आसपास के ऊतकों से जुड़ा होता है। इसकी शेष सतह का आसपास के अंगों से कोई यांत्रिक संबंध नहीं है।

फिर सांस लेने के दौरान फेफड़ा कैसे फैलता है?

तथ्य यह है कि फेफड़ा छाती की एक विशेष गुहा में स्थित होता है जिसे कहा जाता है फुफ्फुस. यह गुहा श्लेष्मा ऊतक की एक परत से पंक्तिबद्ध होती है - फुस्फुस का आवरण. वही ऊतक फेफड़े की बाहरी सतह को भी रेखाबद्ध करता है। ये श्लेष्मा झिल्ली एक-दूसरे के संपर्क में आती हैं, जिससे फिसलने की संभावना बनी रहती है। स्रावित स्नेहक के लिए धन्यवाद, साँस लेने और छोड़ने के दौरान फेफड़े की बाहरी सतह का छाती और डायाफ्राम की आंतरिक सतह के साथ सरकना संभव है।

साँस लेने की क्रिया में शामिल मांसपेशियाँ

वास्तव में, साँस लेना और छोड़ना एक जटिल और बहुस्तरीय प्रक्रिया है। इस पर विचार करने के लिए बाह्य श्वसन की प्रक्रिया में शामिल मस्कुलोस्केलेटल प्रणाली से परिचित होना आवश्यक है।

बाह्य श्वसन में शामिल मांसपेशियाँ
डायाफ्राम - यह एक सपाट मांसपेशी है, जो कॉस्टल आर्च के किनारे पर ट्रैम्पोलिन की तरह फैली हुई है। डायाफ्राम वक्ष गुहा को उदर गुहा से अलग करता है। डायाफ्राम का मुख्य कार्य सक्रिय श्वास लेना है।
पसलियों के बीच की मांसपेशियां - मांसपेशियों की कई परतों द्वारा दर्शाया जाता है, जिसके माध्यम से आसन्न पसलियों के ऊपरी और निचले किनारे जुड़े होते हैं। एक नियम के रूप में, ये मांसपेशियाँ गहरी साँस लेने और लंबी साँस छोड़ने में शामिल होती हैं।

साँस लेने की यांत्रिकी

साँस लेते समय, एक साथ कई गतिविधियाँ होती हैं, जिससे वायुमार्ग में हवा का सक्रिय प्रवेश होता है।
जैसे ही डायाफ्राम सिकुड़ता है, यह चपटा हो जाता है। वैक्यूम के कारण फुफ्फुस गुहा में नकारात्मक दबाव बनता है। फुफ्फुस गुहा में नकारात्मक दबाव फेफड़े के ऊतकों तक फैलता है, जो आज्ञाकारी रूप से फैलता है, जिससे श्वसन और वायुमार्ग में नकारात्मक दबाव पैदा होता है। परिणामस्वरूप, वायुमंडलीय हवा कम दबाव वाले क्षेत्र में - फेफड़ों में चली जाती है। वायुमार्ग से गुजरने के बाद, ताजी हवा फेफड़ों की हवा के अवशिष्ट भाग के साथ मिल जाती है ( साँस छोड़ने के बाद एल्वियोली और श्वसन पथ के लुमेन में बची हुई हवा). परिणामस्वरूप, एल्वियोली की हवा में ऑक्सीजन की सांद्रता बढ़ जाती है, और कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता कम हो जाती है।

जब आप गहरी सांस लेते हैं, तो तिरछी इंटरकोस्टल मांसपेशियों का एक निश्चित हिस्सा शिथिल हो जाता है और मांसपेशियों का एक लंबवत हिस्सा सिकुड़ जाता है, जिससे इंटरकोस्टल दूरियां बढ़ जाती हैं, जिससे छाती का आयतन बढ़ जाता है। इसलिए, साँस की हवा की मात्रा को 20 - 30% तक बढ़ाना संभव हो जाता है।

साँस छोड़ना अधिकतर एक निष्क्रिय प्रक्रिया है। एक शांत साँस छोड़ने के लिए किसी भी मांसपेशी के तनाव की आवश्यकता नहीं होती है - केवल डायाफ्राम की छूट की आवश्यकता होती है। फेफड़ा अपनी दृढ़ता और लोच के कारण वायु के अधिकांश भाग को स्वयं विस्थापित कर देता है। केवल जबरन साँस छोड़ने से ही पेट की मांसपेशियाँ और इंटरकोस्टल मांसपेशियाँ तनावग्रस्त हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, छींकने या खांसने पर पेट की मांसपेशियां सिकुड़ती हैं, पेट के अंदर का दबाव बढ़ जाता है, जो डायाफ्राम के माध्यम से फेफड़ों के ऊतकों तक फैलता है। इंटरकोस्टल मांसपेशियों का एक निश्चित हिस्सा, जब सिकुड़ता है, तो इंटरकोस्टल रिक्त स्थान में कमी आती है, जिससे छाती का आयतन कम हो जाता है, जिससे साँस छोड़ना बढ़ जाता है।

फेफड़े की परिसंचरण प्रणाली

फुफ्फुसीय वाहिकाएँ हृदय के दाहिने निलय से निकलती हैं, जहाँ से रक्त फुफ्फुसीय ट्रंक में प्रवेश करता है। यह संबंधित फेफड़ों की दायीं और बायीं फुफ्फुसीय धमनियों में रक्त वितरित करता है। फेफड़े के ऊतकों में, वाहिकाएँ ब्रांकाई के समानांतर शाखा करती हैं। इसके अलावा, धमनियां और नसें ब्रोन्कस के समानांतर निकटता में चलती हैं। फेफड़े के श्वसन भाग के स्तर पर, धमनियाँ केशिकाओं में शाखा करती हैं, जो घने संवहनी नेटवर्क के साथ एल्वियोली को ढक देती हैं। इस नेटवर्क में सक्रिय गैस विनिमय होता है। फेफड़े के श्वसन भाग के स्तर पर रक्त के प्रवाह के परिणामस्वरूप, लाल रक्त कोशिकाएं ऑक्सीजन से समृद्ध होती हैं। वायुकोशीय संरचनाओं को छोड़कर, रक्त अपनी गति जारी रखता है, लेकिन हृदय की ओर - अपने बाएँ भाग की ओर।

फेफड़ों में गैस विनिमय कैसे होता है?

साँस लेने के दौरान प्राप्त हवा का हिस्सा वायुकोशीय गुहा की गैस संरचना को बदल देता है। ऑक्सीजन का स्तर बढ़ता है, कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर कम होता है।
एल्वियोली छोटे जहाजों - केशिकाओं के काफी घने नेटवर्क में लिपटे हुए हैं, जो धीमी गति से लाल रक्त कोशिकाओं को पार करते हुए सक्रिय गैस विनिमय में योगदान करते हैं। हीमोग्लोबिन से भरी लाल रक्त कोशिकाएं, एल्वियोली के केशिका नेटवर्क से गुजरते हुए, हीमोग्लोबिन में ऑक्सीजन जोड़ती हैं।

उसी समय, कार्बन डाइऑक्साइड को रक्त से हटा दिया जाता है - यह रक्त छोड़ देता है और वायुमार्ग की गुहा में चला जाता है। आप लेख में इस बारे में अधिक जानकारी प्राप्त कर सकते हैं कि लाल रक्त कोशिकाओं में गैस विनिमय की प्रक्रिया आणविक स्तर पर कैसे होती है: “लाल रक्त कोशिकाएं - वे कैसे काम करती हैं? "
साँस लेने के दौरान फेफड़ों के माध्यम से वायुमंडलीय वायु और रक्त के बीच निरंतर गैस विनिमय होता है। फेफड़ों का कार्य शरीर को आवश्यक मात्रा में ऑक्सीजन प्रदान करना है, साथ ही शरीर के ऊतकों में बनने वाले कार्बन डाइऑक्साइड को हटाकर रक्त द्वारा फेफड़ों तक पहुंचाना है।

श्वसन प्रक्रिया को कैसे नियंत्रित किया जाता है?

साँस लेना एक अर्ध-स्वचालित प्रक्रिया है। हम एक निश्चित समय के लिए अपनी सांस रोक सकते हैं या स्वेच्छा से अपनी सांस तेज कर सकते हैं। हालाँकि, दिन के दौरान, सांस लेने की आवृत्ति और गहराई मुख्य रूप से केंद्रीय तंत्रिका तंत्र द्वारा स्वचालित रूप से निर्धारित की जाती है। मेडुला ऑबोंगटा के स्तर पर विशेष केंद्र होते हैं जो रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता के आधार पर सांस लेने की आवृत्ति और गहराई को नियंत्रित करते हैं। मस्तिष्क में यह केंद्र तंत्रिका ट्रंक के माध्यम से डायाफ्राम से जुड़ा होता है और सांस लेने की क्रिया के दौरान इसके लयबद्ध संकुचन को सुनिश्चित करता है। यदि श्वसन नियंत्रण केंद्र या इस केंद्र को डायाफ्राम से जोड़ने वाली नसें क्षतिग्रस्त हो जाती हैं, तो बाहरी श्वसन को बनाए रखना केवल कृत्रिम वेंटिलेशन की मदद से संभव है।

वास्तव में, फेफड़ों के और भी कई कार्य हैं: रक्त के एसिड-बेस संतुलन को बनाए रखना (7.35-7.47 के भीतर रक्त पीएच बनाए रखना), प्रतिरक्षा सुरक्षा, माइक्रोथ्रोम्बी से रक्त को शुद्ध करना, रक्त जमावट को विनियमित करना, विषाक्त वाष्पशील पदार्थों को निकालना। हालाँकि, इस लेख का उद्देश्य फेफड़ों की श्वसन क्रिया को उजागर करना था, जो बाहरी श्वसन के लिए अग्रणी मुख्य तंत्र है।

फेफड़े- हमारे शरीर का सबसे बड़ा आंतरिक अंग। वे कुछ हद तक एक पेड़ के समान होते हैं (इस खंड को ब्रोन्कियल पेड़ कहा जाता है), फलों के बुलबुले () से लटका हुआ होता है। यह ज्ञात है कि फेफड़ों में लगभग 700 मिलियन एल्वियोली होते हैं। और यह कार्यात्मक रूप से उचित है - वे वायु विनिमय में मुख्य भूमिका निभाते हैं। एल्वियोली की दीवारें इतनी लचीली होती हैं कि सांस लेने पर वे कई बार खिंच सकती हैं। यदि हम एल्वियोली और त्वचा के सतह क्षेत्र की तुलना करते हैं, तो हमें एक आश्चर्यजनक तथ्य का पता चलता है: उनकी स्पष्ट सघनता के बावजूद, एल्वियोली त्वचा की तुलना में क्षेत्र में दसियों गुना बड़े हैं।

फेफड़े हमारे शरीर के महान कार्यकर्ता हैं। वे निरंतर गति में हैं, कभी सिकुड़ते हैं, कभी खिंचते हैं। यह हमारी इच्छा के विरुद्ध दिन-रात होता रहता है। हालाँकि, इस प्रक्रिया को पूर्णतः स्वचालित नहीं कहा जा सकता। यह अधिक अर्ध-स्वचालित है। हम जानबूझकर अपनी सांस रोक सकते हैं या जबरदस्ती कर सकते हैं। साँस लेना शरीर की सबसे आवश्यक क्रियाओं में से एक है। यह याद रखना उचित होगा कि हवा गैसों का मिश्रण है: ऑक्सीजन (21%), नाइट्रोजन (लगभग 78%), कार्बन डाइऑक्साइड (लगभग 0.03%)। इसके अलावा, इसमें अक्रिय गैसें और जल वाष्प शामिल हैं।

जीव विज्ञान के पाठों से, कई लोगों को संभवतः चूने के पानी के साथ प्रयोग याद होगा। यदि आप साफ चूने के पानी में एक भूसे के माध्यम से सांस छोड़ते हैं, तो यह बादल बन जाएगा। यह अकाट्य प्रमाण है कि साँस छोड़ने के बाद हवा में बहुत अधिक कार्बन डाइऑक्साइड होता है: लगभग 4%। इसके विपरीत, ऑक्सीजन की मात्रा घट जाती है और 14% हो जाती है।

फेफड़ों या श्वसन तंत्र को कौन नियंत्रित करता है?

फेफड़ों में गैस विनिमय की क्रियाविधि एक बहुत ही रोचक प्रक्रिया है। मांसपेशियों के काम के बिना फेफड़े स्वयं नहीं खिंचेंगे या सिकुड़ेंगे नहीं। फुफ्फुसीय श्वास में इंटरकोस्टल मांसपेशियां और डायाफ्राम (वक्ष और पेट की गुहाओं की सीमा पर एक विशेष सपाट मांसपेशी) शामिल होती है। जब डायाफ्राम सिकुड़ता है, तो फेफड़ों में दबाव कम हो जाता है और हवा स्वाभाविक रूप से अंग में चली जाती है। साँस छोड़ना निष्क्रिय रूप से होता है: लोचदार फेफड़े स्वयं हवा को बाहर धकेलते हैं। हालाँकि कभी-कभी साँस छोड़ते समय मांसपेशियाँ सिकुड़ सकती हैं। ऐसा सक्रिय श्वास के साथ होता है।

यह पूरी प्रक्रिया मस्तिष्क के नियंत्रण में होती है। मेडुला ऑबोंगटा में श्वास को नियंत्रित करने के लिए एक विशेष केंद्र होता है। यह रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति पर प्रतिक्रिया करता है। जैसे ही यह छोटा हो जाता है, केंद्र तंत्रिका मार्गों के साथ डायाफ्राम को एक संकेत भेजता है। संकुचन की प्रक्रिया होती है, और साँस लेना होता है। यदि श्वसन केंद्र क्षतिग्रस्त हो जाता है, तो रोगी के फेफड़ों को कृत्रिम रूप से हवादार किया जाता है।

फेफड़ों में गैस विनिमय कैसे होता है?

फेफड़ों का मुख्य कार्य केवल हवा का परिवहन करना नहीं है, बल्कि गैस विनिमय की प्रक्रिया को अंजाम देना है। फेफड़ों में साँस लेने वाली हवा की संरचना बदल जाती है। और यहां मुख्य भूमिका संचार प्रणाली की है। हमारे शरीर का परिसंचरण तंत्र क्या है? इसकी कल्पना एक बड़ी नदी के रूप में की जा सकती है जिसमें छोटी नदियों की सहायक नदियाँ बहती हैं जिनमें धाराएँ बहती हैं। ये केशिका धाराएँ हैं जो सभी वायुकोषों में व्याप्त हैं।

एल्वियोली में प्रवेश करने वाली ऑक्सीजन केशिकाओं की दीवारों में प्रवेश करती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि रक्त और एल्वियोली में मौजूद हवा का दबाव अलग-अलग होता है। शिरापरक रक्त में वायुकोशीय वायु की तुलना में कम दबाव होता है। इसलिए, एल्वियोली से ऑक्सीजन केशिकाओं में चली जाती है। रक्त की तुलना में एल्वियोली में कार्बन डाइऑक्साइड का दबाव कम होता है। इस कारण से, कार्बन डाइऑक्साइड को शिरापरक रक्त से एल्वियोली के लुमेन में निर्देशित किया जाता है।

रक्त में विशेष कोशिकाएं होती हैं - लाल रक्त कोशिकाएं - जिनमें प्रोटीन हीमोग्लोबिन होता है। ऑक्सीजन हीमोग्लोबिन से जुड़ती है और पूरे शरीर में इसी रूप में प्रवाहित होती है। ऑक्सीजन से समृद्ध रक्त को धमनी कहा जाता है।

फिर रक्त को हृदय तक पहुंचाया जाता है। हृदय, हमारा एक और अथक परिश्रम, ऑक्सीजन युक्त रक्त को ऊतक कोशिकाओं तक पहुँचाता है। और फिर "नदी की धाराओं" के माध्यम से ऑक्सीजन के साथ रक्त शरीर की सभी कोशिकाओं तक पहुंचाया जाता है। कोशिकाओं में, यह ऑक्सीजन छोड़ता है और कार्बन डाइऑक्साइड, एक अपशिष्ट उत्पाद लेता है। और विपरीत प्रक्रिया शुरू होती है: ऊतक केशिकाएं - नसें - हृदय - फेफड़े। फेफड़ों में, कार्बन डाइऑक्साइड (शिरापरक) से समृद्ध रक्त एल्वियोली में लौटता है और, शेष हवा के साथ, बाहर धकेल दिया जाता है। ऑक्सीजन की तरह कार्बन डाइऑक्साइड का परिवहन हीमोग्लोबिन द्वारा होता है।

तो, एल्वियोली में दोहरा गैस विनिमय होता है। एल्वियोली के बड़े सतह क्षेत्र के कारण, यह पूरी प्रक्रिया बिजली की गति से की जाती है।