এসএসসি জীববিজ্ঞান · অধ্যায় ৭
গ্যাসীয় বিনিময়
এক কথায়
গ্যাসীয় বিনিময় হলো দেহ ও পরিবেশের মধ্যে অক্সিজেন গ্রহণ ও কার্বন ডাইঅক্সাইড ত্যাগ। মানুষের ফুসফুসের অ্যালভিওলাসে ব্যাপন প্রক্রিয়ায় O₂ রক্তে ঢোকে আর CO₂ বেরিয়ে আসে। রক্তে O₂ বহন করে হিমোগ্লোবিন, CO₂ বেশিরভাগ যায় বাইকার্বোনেট আয়ন হিসেবে। কোষে এই O₂ দিয়ে গ্লুকোজ ভেঙে শক্তি তৈরি হয়, যার নাম শ্বসন।
শ্বাসকার্য আর শ্বসন: এক নয়
অনেকে শ্বাস নেওয়াকেই শ্বসন বলে ফেলেন, কিন্তু জীববিজ্ঞানে দুটো আলাদা। শ্বাসকার্য (breathing) হলো একটি যান্ত্রিক কাজ: বাতাস ফুসফুসে টেনে নেওয়া (প্রশ্বাস) আর বের করে দেওয়া (নিঃশ্বাস)। এতে কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে না।
শ্বসন (respiration) হলো কোষের ভেতরের জৈব রাসায়নিক প্রক্রিয়া, যেখানে খাদ্যের গ্লুকোজ জারিত হয়ে শক্তি বের হয় এবং সেই শক্তি ATP হিসেবে জমা থাকে। শ্বাসকার্য অক্সিজেন জোগায়, শ্বসন সেটা কাজে লাগায়। আর এই দুইয়ের মাঝখানে যে ধাপে O₂ ও CO₂ আদান-প্রদান হয়, তাকেই বলে গ্যাসীয় বিনিময়।
- শ্বাসকার্য: অঙ্গের নড়াচড়া, ফুসফুস ও বক্ষগহ্বরে ঘটে, শক্তি উৎপন্ন হয় না।
- শ্বসন: প্রতিটি জীবিত কোষে ঘটে, এনজাইম নিয়ন্ত্রিত, শক্তি উৎপন্ন হয়।
শ্বসনের প্রকারভেদ
অক্সিজেনের উপস্থিতিতে যে শ্বসন হয় তাকে সবাত শ্বসন বলে। এতে এক অণু গ্লুকোজ সম্পূর্ণ ভেঙে কার্বন ডাইঅক্সাইড ও পানি তৈরি হয় এবং পাঠ্যবই অনুযায়ী মোট ৩৮টি ATP পাওয়া যায়। ধাপগুলো হলো গ্লাইকোলাইসিস (সাইটোপ্লাজমে), অ্যাসিটাইল কো-এ সৃষ্টি, ক্রেবস চক্র ও ইলেকট্রন প্রবাহতন্ত্র (মাইটোকন্ড্রিয়ায়)।
অক্সিজেন ছাড়া যে শ্বসন হয় তাকে অবাত শ্বসন বলে। এতে গ্লুকোজ আংশিক ভাঙে, মাত্র ২টি ATP পাওয়া যায়। ইস্টে তৈরি হয় ইথাইল অ্যালকোহল ও CO₂, আর কঠোর ব্যায়ামের সময় আমাদের পেশিতে তৈরি হয় ল্যাকটিক অ্যাসিড, যে কারণে পা ব্যথা করে।
সবাত: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + শক্তি (৩৮ ATP)
অবাত (ইস্ট): C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + শক্তি (২ ATP)
অবাত (পেশি): C6H12O6 → 2C3H6O3 (ল্যাকটিক অ্যাসিড) + শক্তি (২ ATP)
উদ্ভিদে গ্যাসীয় বিনিময়
উদ্ভিদের ফুসফুস নেই, কিন্তু গ্যাস বিনিময় ঠিকই চলে। পাতার নিচের ত্বকে থাকা অসংখ্য পত্ররন্ধ্র (stomata) দিয়ে বাতাস ঢোকে-বেরোয়। কাণ্ডের বাকলে থাকে লেন্টিসেল, আর মূলের মূলরোম মাটির ফাঁকের বাতাস থেকে সরাসরি অক্সিজেন নেয়। পরিবেশ ও কোষের মধ্যে গ্যাসের ঘনত্বের পার্থক্যই ব্যাপনের চালিকাশক্তি।
দিনে আলোতে সালোকসংশ্লেষণের হার শ্বসনের চেয়ে বেশি হয়, তাই উদ্ভিদ মোটের ওপর O₂ ছাড়ে। রাতে শুধু শ্বসন চলে, তখন উদ্ভিদ O₂ নেয় আর CO₂ ছাড়ে। ম্যানগ্রোভ উদ্ভিদ যেমন সুন্দরবনের গাছে কাদার ওপরে উঠে আসা শ্বাসমূল (নিউমাটোফোর) থাকে, কারণ লোনা কাদায় অক্সিজেন খুব কম।
মানুষের শ্বসনতন্ত্র
বাতাস যে পথে ফুসফুসে পৌঁছায়: নাসারন্ধ্র → নাসাগহ্বর → গলবিল → স্বরযন্ত্র → শ্বাসনালি → বায়ুনালি (ব্রঙ্কাস) → অণুক্লোমশাখা (ব্রঙ্কিওল) → বায়ুথলি (অ্যালভিওলাস)।
নাকের লোম ও মিউকাস ধুলাবালি আটকায়, আর বাতাসকে উষ্ণ ও আর্দ্র করে। স্বরযন্ত্রের মুখে থাকে এপিগ্লটিস নামে একটি ঢাকনা, যা খাবার গেলার সময় শ্বাসনালির মুখ বন্ধ করে দেয়। শ্বাসনালি C আকৃতির তরুণাস্থির বলয় দিয়ে তৈরি, তাই এটি কখনো চুপসে যায় না।
ফুসফুস দুটি, বক্ষগহ্বরে হৃৎপিণ্ডের দুই পাশে। ডান ফুসফুস তিন খণ্ডে আর বাম ফুসফুস দুই খণ্ডে বিভক্ত, কারণ বাম পাশে হৃৎপিণ্ডের জায়গা লাগে। প্রতিটি ফুসফুস দুই স্তরের প্লুরা পর্দায় ঢাকা, মাঝের তরল ঘর্ষণ কমায়।
প্রশ্বাস ও নিঃশ্বাস কীভাবে হয়
প্রশ্বাসের সময় মধ্যচ্ছদা (diaphragm) সংকুচিত হয়ে নিচে নেমে চ্যাপ্টা হয়, আর বহিঃপঞ্জরাস্থি পেশি সংকুচিত হয়ে পাঁজর ওপরে ও বাইরে তোলে। ফলে বক্ষগহ্বরের আয়তন বাড়ে, ভেতরের চাপ বাইরের বায়ুচাপের চেয়ে কমে যায়, আর বাতাস নিজে থেকেই ফুসফুসে ঢোকে।
নিঃশ্বাসের সময় এই পেশিগুলো শিথিল হয়, মধ্যচ্ছদা আবার গম্বুজের মতো ওপরে ওঠে, বক্ষগহ্বর ছোট হয়, চাপ বাড়ে, বাতাস বেরিয়ে যায়। স্বাভাবিক বিশ্রামে নিঃশ্বাস মূলত নিষ্ক্রিয় প্রক্রিয়া।
একজন প্রাপ্তবয়স্ক মানুষ বিশ্রামে মিনিটে প্রায় ১৪ থেকে ১৮ বার শ্বাস নেন। প্রতিবার স্বাভাবিক শ্বাসে প্রায় ৫০০ mL বাতাস আসা-যাওয়া করে, যাকে টাইডাল আয়তন বলে। সর্বোচ্চ প্রশ্বাসের পর সর্বোচ্চ নিঃশ্বাসে যতটুকু বাতাস বের করা যায়, তা হলো ভাইটাল ক্যাপাসিটি, প্রায় ৩.৫ থেকে ৪.৮ L।
অ্যালভিওলাসে গ্যাস বিনিময়
দুই ফুসফুসে প্রায় ৩০ কোটি অ্যালভিওলাস আছে, যাদের মোট ভেতরের তল প্রায় ৭০ বর্গমিটার, মোটামুটি অর্ধেক টেনিস কোর্টের সমান। প্রতিটি অ্যালভিওলাসের প্রাচীর মাত্র এক কোষ পুরু এবং চারদিকে কৈশিকনালির জালে মোড়া। এত পাতলা ও বিশাল তল থাকায় ব্যাপন খুব দ্রুত হয়।
অ্যালভিওলাসের বাতাসে O₂-এর আংশিক চাপ বেশি, আর ফুসফুসে আসা রক্তে কম, তাই O₂ রক্তে ঢোকে। CO₂-এর ক্ষেত্রে ঠিক উল্টো: রক্তে বেশি, বাতাসে কম, তাই CO₂ অ্যালভিওলাসে বেরিয়ে নিঃশ্বাসে চলে যায়। কোনো শক্তি খরচ হয় না, পুরোটাই ঘনত্বের পার্থক্যে চলে।
রক্তে অক্সিজেন ও কার্বন ডাইঅক্সাইড পরিবহন
রক্তে আসা অক্সিজেনের প্রায় ৯৭ শতাংশ লোহিত রক্তকণিকার হিমোগ্লোবিনের সাথে যুক্ত হয়ে অক্সিহিমোগ্লোবিন তৈরি করে, বাকি অল্প অংশ প্লাজমায় দ্রবীভূত থাকে। টিস্যুতে O₂-এর চাপ কম, তাই সেখানে অক্সিহিমোগ্লোবিন ভেঙে O₂ ছেড়ে দেয়।
কার্বন ডাইঅক্সাইড তিনভাবে যায়: প্রায় ৭০ শতাংশ বাইকার্বোনেট আয়ন (HCO3⁻) হিসেবে, প্রায় ২৩ শতাংশ হিমোগ্লোবিনের সাথে কার্বামিনোহিমোগ্লোবিন হিসেবে, আর প্রায় ৭ শতাংশ প্লাজমায় দ্রবীভূত হয়ে। লোহিত কণিকার কার্বনিক অ্যানহাইড্রেজ এনজাইম বিক্রিয়াটি দ্রুত করে।
Hb + 4O2 ⇌ Hb(O2)4 (অক্সিহিমোগ্লোবিন)
CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+ + HCO3-
শ্বসনতন্ত্রের রোগ ও সুস্থ থাকার উপায়
- হাঁপানি (অ্যাজমা): ধুলা, পরাগরেণু বা ঠান্ডায় শ্বাসনালি সরু হয়ে শ্বাসকষ্ট, বুকে সাঁই সাঁই শব্দ। ছোঁয়াচে নয়।
- ব্রংকাইটিস: বায়ুনালির প্রদাহ, কফসহ কাশি; ধূমপান বড় কারণ।
- নিউমোনিয়া: ব্যাকটেরিয়া বা ভাইরাসে অ্যালভিওলাসে তরল জমে; জ্বর, কাশি, শ্বাসকষ্ট।
- যক্ষ্মা: Mycobacterium tuberculosis ব্যাকটেরিয়াঘটিত ছোঁয়াচে রোগ; তিন সপ্তাহের বেশি কাশি হলে কফ পরীক্ষা জরুরি, BCG টিকা ও পূর্ণ মেয়াদি ওষুধে নিরাময়যোগ্য।
- ফুসফুসের ক্যান্সার: প্রধান ঝুঁকি ধূমপান ও তামাকের ধোঁয়া, পরোক্ষ ধূমপানও ক্ষতিকর।
- সুস্থ থাকতে: ধূমপান বর্জন, ধুলাবালিতে মাস্ক, নিয়মিত ব্যায়াম, খোলা আলো-বাতাসের ঘর, রান্নার ধোঁয়া বের হওয়ার ব্যবস্থা।
বহুনির্বাচনী প্রশ্ন (MCQ)
১. সবাত শ্বসনে এক অণু গ্লুকোজ থেকে পাঠ্যবই অনুযায়ী কতটি ATP পাওয়া যায়?
- ক) ২টি
- খ) ৮টি
- গ) ৩৬টি
- ঘ) ৩৮টি
উত্তর দেখো
উত্তর: ঘ) ৩৮টি — গ্লাইকোলাইসিস, ক্রেবস চক্র ও ইলেকট্রন প্রবাহতন্ত্র মিলে মোট ৩৮ ATP।
২. গ্লাইকোলাইসিস কোষের কোথায় ঘটে?
- ক) মাইটোকন্ড্রিয়া
- খ) সাইটোপ্লাজম
- গ) নিউক্লিয়াস
- ঘ) রাইবোসোম
উত্তর দেখো
উত্তর: খ) সাইটোপ্লাজম — গ্লাইকোলাইসিসে অক্সিজেন লাগে না, এটি সাইটোপ্লাজমে হয়।
৩. খাবার গেলার সময় শ্বাসনালির মুখ বন্ধ করে কোনটি?
- ক) এপিগ্লটিস
- খ) মধ্যচ্ছদা
- গ) প্লুরা
- ঘ) ব্রঙ্কিওল
উত্তর দেখো
উত্তর: ক) এপিগ্লটিস — এপিগ্লটিস ঢাকনার মতো স্বরযন্ত্রের মুখ ঢেকে দেয়।
৪. প্রশ্বাসের সময় মধ্যচ্ছদার অবস্থা কেমন হয়?
- ক) শিথিল হয়ে ওপরে ওঠে
- খ) সংকুচিত হয়ে চ্যাপ্টা হয়
- গ) অপরিবর্তিত থাকে
- ঘ) শিথিল হয়ে চ্যাপ্টা হয়
উত্তর দেখো
উত্তর: খ) সংকুচিত হয়ে চ্যাপ্টা হয় — সংকোচনে মধ্যচ্ছদা নিচে নামে, বক্ষগহ্বর বড় হয়।
৫. রক্তে সবচেয়ে বেশি CO₂ কোন রূপে পরিবাহিত হয়?
- ক) দ্রবীভূত CO₂
- খ) কার্বামিনোহিমোগ্লোবিন
- গ) বাইকার্বোনেট আয়ন
- ঘ) অক্সিহিমোগ্লোবিন
উত্তর দেখো
উত্তর: গ) বাইকার্বোনেট আয়ন — প্রায় ৭০ শতাংশ CO₂ বাইকার্বোনেট আয়ন হিসেবে যায়।
৬. ডান ফুসফুস কয়টি খণ্ডে বিভক্ত?
- ক) ১টি
- খ) ২টি
- গ) ৩টি
- ঘ) ৪টি
উত্তর দেখো
উত্তর: গ) ৩টি — ডান ফুসফুস ৩ খণ্ড, বাম ফুসফুস ২ খণ্ড।
৭. কঠোর ব্যায়ামে পেশিতে কোনটি জমে ব্যথা হয়?
- ক) ইথাইল অ্যালকোহল
- খ) ল্যাকটিক অ্যাসিড
- গ) পাইরুভিক অ্যাসিড
- ঘ) ইউরিয়া
উত্তর দেখো
উত্তর: খ) ল্যাকটিক অ্যাসিড — অক্সিজেন ঘাটতিতে পেশিতে অবাত শ্বসনে ল্যাকটিক অ্যাসিড তৈরি হয়।
৮. যক্ষ্মা রোগের জীবাণু কোনটি?
- ক) ভাইরাস
- খ) ছত্রাক
- গ) Mycobacterium tuberculosis
- ঘ) প্লাজমোডিয়াম
উত্তর দেখো
উত্তর: গ) Mycobacterium tuberculosis — যক্ষ্মা একটি ব্যাকটেরিয়াঘটিত রোগ।
সৃজনশীল প্রশ্ন
উদ্দীপক: রাফি ১০০ মিটার দৌড় শেষে হাঁপাতে লাগল, তার পায়ের পেশিতে ব্যথা হলো। অন্যদিকে তার মা রুটির খামিরে ইস্ট মিশিয়ে রাখলেন, কিছুক্ষণ পর খামির ফুলে উঠল।
- ক) শ্বসন কাকে বলে?
- খ) শ্বাসকার্য ও শ্বসনের মধ্যে একটি পার্থক্য লেখো।
- গ) রাফির পেশিতে ব্যথার কারণ বিক্রিয়াসহ ব্যাখ্যা করো।
- ঘ) রাফির পেশি ও খামিরে ঘটা প্রক্রিয়া দুটির তুলনামূলক বিশ্লেষণ করো।
উত্তর দেখো
- যে জৈব রাসায়নিক প্রক্রিয়ায় কোষে খাদ্যবস্তু জারিত হয়ে শক্তি নির্গত হয় এবং তা ATP হিসেবে জমা থাকে, তাকে শ্বসন বলে।
- শ্বাসকার্য একটি যান্ত্রিক প্রক্রিয়া যাতে শক্তি উৎপন্ন হয় না, কিন্তু শ্বসন কোষের রাসায়নিক প্রক্রিয়া যাতে শক্তি উৎপন্ন হয়।
- দ্রুত দৌড়ে পেশির অক্সিজেন চাহিদা জোগানের চেয়ে বেশি হয়। তখন পেশিকোষ অবাত শ্বসন চালায়: C6H12O6 → 2C3H6O3 + শক্তি (২ ATP)। জমে থাকা ল্যাকটিক অ্যাসিড পেশিতে ক্লান্তি ও ব্যথা আনে। বিশ্রামে হাঁপানোর মাধ্যমে বাড়তি O₂ নিয়ে এই ঘাটতি পূরণ হয়।
- দুটোই অবাত শ্বসন, দুটোতেই অক্সিজেন লাগে না, গ্লুকোজ আংশিক ভাঙে এবং মাত্র ২ ATP পাওয়া যায়। পার্থক্য উৎপাদে: পেশিতে তৈরি হয় ল্যাকটিক অ্যাসিড, কোনো CO₂ নয়; ইস্টে তৈরি হয় ইথাইল অ্যালকোহল ও CO₂ (C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2)। এই CO₂ গ্যাসই খামিরে বুদবুদ তৈরি করে একে ফুলিয়ে তোলে। তাই একই ধরনের প্রক্রিয়া হলেও জীবভেদে ফল ভিন্ন, একটিতে ক্ষতিকর ক্লান্তি, অন্যটিতে উপকারী ব্যবহার।
উদ্দীপক: জামিল সাহেব ২০ বছর ধরে ধূমপান করেন। ইদানীং সিঁড়ি ভাঙলেই শ্বাসকষ্ট হয়, কফসহ কাশি থাকে। চিকিৎসক জানালেন তাঁর ফুসফুসের অনেক বায়ুথলির প্রাচীর নষ্ট হয়ে গেছে।
- ক) অ্যালভিওলাস কী?
- খ) শ্বাসনালি কখনো চুপসে যায় না কেন?
- গ) অ্যালভিওলাসে গ্যাস বিনিময় প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা করো।
- ঘ) জামিল সাহেবের শ্বাসকষ্টের কারণ বিশ্লেষণ করে প্রতিকারের উপায় মূল্যায়ন করো।
উত্তর দেখো
- ফুসফুসের অণুক্লোমশাখার শেষ প্রান্তের এক কোষ পুরু প্রাচীরবিশিষ্ট ক্ষুদ্র বায়ুথলিকে অ্যালভিওলাস বলে।
- শ্বাসনালির প্রাচীরে C আকৃতির তরুণাস্থির বলয় থাকে, যা একে সবসময় খোলা রাখে।
- অ্যালভিওলাসের বাতাসে O₂-এর আংশিক চাপ বেশি ও কৈশিক রক্তে কম, তাই ব্যাপনে O₂ রক্তে গিয়ে হিমোগ্লোবিনের সাথে যুক্ত হয়। রক্তে CO₂-এর চাপ বেশি, তাই CO₂ অ্যালভিওলাসে আসে এবং নিঃশ্বাসে বেরিয়ে যায়। এক কোষ পুরু প্রাচীর, আর্দ্র তল ও বিশাল মোট ক্ষেত্রফল এই বিনিময়কে দ্রুত করে।
- তামাকের ধোঁয়ার রাসায়নিক বায়ুনালিতে প্রদাহ ও বাড়তি মিউকাস তৈরি করে, তাই কফসহ কাশি। দীর্ঘদিনে অ্যালভিওলাসের প্রাচীর ভেঙে কয়েকটি থলি মিলে বড় থলি হয়, ফলে গ্যাস বিনিময়ের মোট তল কমে যায়। পরিশ্রমে দেহের O₂ চাহিদা বাড়লেও ফুসফুস তা জোগাতে পারে না, তাই শ্বাসকষ্ট। নষ্ট অ্যালভিওলাস আর ফেরে না, তবে এখনই ধূমপান ছাড়লে ক্ষতির গতি অনেক কমে। চিকিৎসকের পরামর্শে ওষুধ, ধুলা-ধোঁয়া এড়ানো ও হালকা নিয়মিত ব্যায়াম কার্যকর। তাই সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্রতিকার ধূমপান বর্জন।
বাস্তব জীবনে মজার যোগসূত্র
হাই তোলার সময় বা লম্বা শ্বাস নিলে মনে হয় ফুসফুস ভরে গেছে, কিন্তু পুরো খালি কখনো হয় না। সর্বোচ্চ নিঃশ্বাসের পরও প্রায় ১.২ L বাতাস ফুসফুসে থেকে যায়, একে বলে রেসিডুয়াল আয়তন। এই বাতাস আর অ্যালভিওলাসের ভেতরের সারফ্যাক্ট্যান্ট নামের পিচ্ছিল তরল মিলে থলিগুলোকে চুপসে যেতে দেয় না, আর তাই দুই শ্বাসের মাঝেও রক্তে অক্সিজেন মেশা থামে না।
প্রশ্ন ও উত্তর
শ্বসন আর শ্বাসকার্যের মূল পার্থক্য কী?
শ্বাসকার্য বাতাস ঢোকানো-বের করার যান্ত্রিক কাজ, শ্বসন কোষে গ্লুকোজ ভেঙে শক্তি তৈরির রাসায়নিক প্রক্রিয়া।
অ্যালভিওলাসে গ্যাস বিনিময় কোন প্রক্রিয়ায় হয়?
ব্যাপন প্রক্রিয়ায়, আংশিক চাপের পার্থক্যের কারণে; এতে কোনো শক্তি খরচ হয় না।
বাম ফুসফুস ছোট কেন?
বুকের বাম দিকে হৃৎপিণ্ডের জায়গা লাগে, তাই বাম ফুসফুস দুই খণ্ডের ও একটু ছোট।
রাতে গাছের নিচে ঘুমানো কি ক্ষতিকর?
রাতে গাছ শ্বসনে সামান্য CO₂ ছাড়ে, কিন্তু খোলা জায়গায় পরিমাণ এত কম যে মানুষের জন্য বিপদ নয়।
যক্ষ্মা কি সেরে যায়?
হ্যাঁ, চিকিৎসকের দেওয়া ওষুধ পুরো মেয়াদে নিয়মিত খেলে যক্ষ্মা সম্পূর্ণ নিরাময়যোগ্য।
আরও পড়ো
সূত্র: NCTB মাধ্যমিক জীববিজ্ঞান, নবম-দশম শ্রেণি · OpenStax Biology 2e — Gas Exchange across Respiratory Surfaces · WHO — Tuberculosis fact sheet