การหายใจแบบใช้ออกซิเจนและไม่ใช้ออกซิเจน

ถ้าเราวิ่งมาเร็วๆ เราจะหายใจแรงและเร็ว บางทีเราอาจรู้สึกได้ถึงการเผาไหม้ ที่เกิดขึ้นในกล้ามเนื้อ ในขณะที่เราวิ่ง หรือยกของหนัก นั่นก็เพราะร่างกายของเราต้องการ ออกซิเจนมากกว่าปกติ นี่คือกลไกการทำงานของมัน ออกซิเจนจากปอดจะถูกนำขึ้นไปโดยเลือด และนำมันไปยังเซลล์กล้ามเนื้อ ภายในเซลล์แต่ละเซลล์ ออกซิเจน จะรวมตัวกันกับกลูโคส ซึ่งมาจากอาหารที่ร่างกายย่อยไปแล้ว เมื่อออกซิเจนและกลูโคสทำปฏิกิริยากัน จะเกิดเป็นพลังงานที่ร่างกายสามารถ ดึงไปใช้ได้ และสิ่งที่เราเหลืออยู่ก็คือสารตกค้าง คือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ กระบวนการทั้งหมดนี้จะเกิดขึ้น ในไมโทคอนเดรียของเซลล์ มันเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อน และเกิดจากหลายขั้นตอน โดยเราจะเรียกกระบวนการ ทั้งหมดนี้ว่า การหายใจ หรือการหายใจระดับเซลล์ การหายใจระดับเซลล์จะแตกต่างออกไป หากเทียบกับการหายใจแบบปกติ หากจะว่าตามจริงแล้ว การหายใจ ทั้งหมดก็สามารถเกิดได้ โดยไม่จำเป็นต้องอาศัยออกซิเจนด้วยซ้ำ ทั้งนี้ การหายใจก็ยังเป็นช่วงการรวมตัว ของกระบวนการต่างๆในเซลล์ ที่จะคายพลังงานจากสารอาหารออกมา และทิ้งของเสียเอาไว้เบื้องหลัง เมื่อเราวิ่งขึ้นรถบัส หรือต้องหิ้ว กระเป๋าขนาดใหญ่ที่หนักมากๆ หรือทำอะไรที่ต้องใช้แรงมากๆ จนทำให้เราทำมันได้ไม่นานนัก ตอนนั้นเองที่เซลล์ของเรา จะขาดออกซิเจน และมันก็ส่งผลต่อการหายใจระดับเซลล์ด้วย การหายใจระดับเซลล์โดยทั่วไป ที่ใช้ออกซิเจน เรียกว่า การหายใจแบบใช้ออกซิเจน แต่ถ้าไม่มีออกซิเจนอยู่ มันจะถูกเรียกว่า การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน กระบวนการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน นั้นจะเกิดได้ง่ายกว่า ทำให้ขั้นตอนของมันมีน้อยกว่า และมันจะไม่เกิดขึ้นใน ไมโทคอนเดรียของเซลล์ แต่จะเกิดขึ้นด้านนอก ในไซโทพลาสซึมของเซลล์แทน ในการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน กลูโคสจะถูกแปรสภาพไปโดย ไม่ต้องใช้ออกซิเจนมาช่วย นั่นทำให้ปริมาณของพลังงานที่ คายออกมาไม่เท่าเดิมอีก ของเสียที่ตกค้างอยู่ก็จะต่างกันไปด้วย ตอนที่เราวิ่งนั้น กล้ามเนื้อของเรา จะมีสารตกค้างคือกรดแลกติก เราจะรู้สึกถึงกรดแลกติกนี้ ได้จากความรู้สึกที่เหมือนมีอะไรเผาไหม้ อยู่ในกล้ามเนื้อของเรา จะสังเกตเห็นว่าเรี่ยวแรงจากกล้ามเนื้อ ที่เราใช้งานจะลดน้อยลง เมื่อเราหยุดออกกำลังกาย เราจะหอบหายใจหนักๆอยู่พักหนึ่ง นั่นหมายความว่าร่างกายของเรา ต้องการออกซิเจนเพิ่ม และนำมันไปจัดการกับกรดแลกติก เพื่อสร้างกล้ามเนื้อของเราต่อไป ตอนออกกำลังกาย เราอาจสังเกตได้ว่า เมื่อไม่มีออกซิเจนอยู่ เราจะต้องออกแรง มากกว่าตอนที่มีออกซิเจน มันจะลำบากกว่าแน่ถ้าเรายังคงวิ่ง กระโดด ขว้างของ หรือยกของ ในขณะที่ยังมีกรดแลกติกอยู่ แต่ถ้าเราอยากเป็นคนที่ไว หรือแข็งแรงมากกว่านี้ มันไม่มีทางลัดไหนจะช่วยได้จริงหรอก การออกกำลังกายบางอย่างของเรา จำต้องอาศัยความทรหดบ้าง เพื่อให้กล้ามเนื้อพัฒนากรดแลกติกได้ แต่มันก็ไม่ได้หมายความว่าการออกกำลังกาย แบบใช้ออกซิเจนเป็นเรื่องไร้ประโยชน์นะ ในทางกลับกัน ร่างกายก็ต้องการ การออกกำลังกาย โดยที่มันไม่ได้ต้องการ กรดแลกติกด้วยเหมือนกัน การออกกำลังกายแบบใช้ออกซิเจนจะเพิ่ม ความสามารถในการดึงเอาออกซิเจนไปใช้ รวมทั้งลดความเสี่ยงต่างๆ อันได้แก่ โรคทางระบบหัวใจและหลอดเลือด โรคมะเร็ง โรคกระดูกพรุน โรคเบาหวาน โรคซึมเศร้า และโรคอัลไซเมอร์ ทั้งมนุษย์ และสิ่งมีชีวิต ในธรรมชาติทั้งหมด การหายใจแบบใช้ออกซิเจนนั้น ดูจะเป็นอะไรที่พบได้ทั่วไป แต่ก็มีสิ่งมีชีวิตอีกหลายชนิด ที่มีการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน ส่วนใหญ่เป็นพวกแบคทีเรีย และ สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อม ที่มีออกซิเจนต่ำ เช่นส่วนที่ลึกลงไปในมหาสมุทร ยีสต์ทั่วไปที่เราใส่ในขนมปังอบ หรือในการหมักเบียร์ ก็มีการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน เมื่อแป้งขนมปังขึ้นฟู เซลล์ของยีสต์ก็ไม่ต้องใช้ ออกซิเจนอีกต่อไป ในกรณีที่มันจะคายพลังงานออกมา นอกจากพลังงานแล้ว สารตกค้างคือสิ่งที่เหลือทิ้งไว้ หลังสิ้นสุดกระบวนการ เอทานอล ซึ่งเป็นแอลกอฮอล์ประเภทหนึ่ง และคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ขนมปังขึ้นฟู เมื่อเซลล์เผาผลาญสารอาหาร เราเรียกมันว่าการหายใจ หรือการหายใจระดับเซลล์ การหายใจระดับเซลล์มีอยู่ 2 แบบ คือแบบใช้ออกซิเจนและแบบไม่ใช้ออกซิเจน เราเรียกมันว่า การหายใจแบบใช้ออกซิเจน และไม่ใช้ออกซิเจน การหายใจแบบใช้ออกซิเจนนั้น จะพบได้ทั่วไป การหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะทำให้ เกิดสารตกค้าง คือ คาร์บอนออกไซด์และน้ำ การหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะเผาผลาญ กลูโคสได้ทั้งหมด ในขณะที่การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน จะเผาผลาญกลูโคสได้แค่บางส่วน การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนจึงคาย พลังงานออกมาได้น้อยกว่า และทิ้งขยะอินทรีย์ที่เป็นสารตกค้างไว้ การหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะเกิดขึ้นใน ไมโทคอนเดรียของเซลล์ ส่วนการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน จะเกิดขึ้นในไซโทพลาสซึม ดังนั้น เซลล์ของเราจึงทำอะไรได้มากมาย ในแบบที่เราเองก็ทำไม่ได้ พวกมันจึงหายใจโดยไม่ใช้ออกซิเจนได้