Scambio e trasporto di gas

Lo scambio di gas, l’assunzione di ossigeno molecolare (O₂) dall’ambiente e il deflusso di anidride carbonica (CO₂) nell’ambiente, è necessario per la funzione cellulare. Lo scambio di gas durante la respirazione avviene in gran parte attraverso il movimento di molecole di gas lungo gradienti di pressione. Il gas viaggia da aree con pressione parziale più elevata a aree a bassa pressione parziale. Nei mammiferi, lo scambio di gas avviene negli alveoli dei polmoni, che sono adiacenti ai capillari e condividono una membrana con loro.

Quando i polmoni si espandono, la conseguente diminuzione della pressione rispetto all’atmosfera attira ossigeno nei polmoni. L’aria che entra nei polmoni dall’ambiente ha una maggiore concentrazione di ossigeno e una minore concentrazione di anidride carbonica rispetto al sangue impoverito di ossigeno che viaggia dal cuore ai polmoni. Così, l’ossigeno si diffonde dagli alveoli al sangue nei capillari, dove può essere consegnato al tessuto. L’anidride carbonica, al contrario, si diffonde dai capillari agli alveoli, dove può essere espulsa attraverso l’espirazione.

Pressione parziale

Il flusso di gas è determinato dal gradiente di pressione di ogni gas, con ogni gas che si muove lungo il suo gradiente. La pressione esercitata da un singolo gas in una miscela di gas è la sua pressione parziale, e ogni gas si sposta da una pressione parziale superiore a una più bassa. Pertanto, il movimento di O₂ e CO₂ non sono direttamente correlati.

Il quadro generale

L’ossigeno viene utilizzato dal corpo umano per convertire lo zucchero e altre molecole organiche nell’ATP composto di energia durante il processo di respirazione cellulare. Un sottoprodotto della respirazione cellulare è CO₂, che deve essere rimosso dalle cellule o cambierà il pH e danneggerà le cellule. Poiché l’ossigeno è necessario per fornire energia per le funzioni cellulari cruciali, e CO₂ non può essere permesso di accumularsi, il corpo umano ha bisogno di un flusso costante di sangue da e verso tutti i tessuti per consentire lo scambio di gas.

Alveoli

I sistemi respiratori e circolatori si incontrano strutturalmente e funzionalmente gli alveoli. Alveoli e capillari sono intrecciati e si toccano fisicamente, e poiché entrambi sono tipicamente spessi una cellula, lo scambio di gas avviene facilmente tra i due. Anche se i polmoni non sono grandi, la quantità di O₂ e CO₂ che viene scambiato è enorme perché ci sono così tanti alveoli – centinaia di milioni per polmone – con una superficie di circa 100 m²!