Aria inspirata ed espirata. Cosa cambia?

L’azoto, costituente i 4/5 dell’aria è un gas inerte, viene inspirato ed espirato tale quale. Solo in piccole quantità si scioglie nel plasma dove non compie reazione. Ma se c’è una pressione troppo forte come in profonde immersioni l’azoto si combina con l’ossigeno formando N2O che provoca uno stato di ebbrezza e di euforia pericoloso per i subacquei.

Gli scambi respiratori

Gli scambi respiratori avvengono a livello delle pareti degli alveoli polmonari costituite da cellule coperte da un sottile velo liquido; il sangue è separato dall'aria da due sottili strati di cellule: la parete dell'alveolo e l'endotelio del capillare.

Lo scambio di gas avviene per effetto della differenza di pressione fra l'ossigeno dell'aria e quello del sangue (fenomeno della diffusione dei gas).

L'ossigeno più concentrato nell'aria (21%) che nel sangue (16%) tende a passare dal primo al secondo. Disciolto nel plasma sanguigno, l'ossigeno viene fissato dall'emoglobina, contenuta nei globuli rossi, il cui eme (gruppo prostetico contenente Fe) si lega all'ossigeno tramite legami reversibili, producendo ossiemoglobina; sempre a causa della differenza di pressione, maggiore nel sangue che negli alveoli, l'anidride carbonica passa da questo alla cavità degli alveoli, da cui viene espulsa mediante l'espirazione.
L'ossigeno è scarsamente solubile nell'acqua per cui il 98% dell'ossigeno trasportato dalla corrente sanguigna è legato all'emoglobina.

L'anidride carbonica è invece molto più solubile ed, una volta disciolta, la maggior parte di essa reagisce con l'acqua presente nel sangue formando acido carbonico, secondo la reazione

CO2 + H2O ----» H2CO3

Questo si scinde in ioni H+ e ioni bicarbonato HCO3- Quindi alla fine il 9% si trova in soluzione fisica nel plasma ed il 64% è invece presente nel plasma e nel citosol dei globuli rossi sotto forma di ione bicarbonato; il 27% è legata all'emoglobina in forma di carbodiossiemoglobina. Al livello polmonare l'anidride carbonica legata all'emoglobina si dissocia da essa e diffonde negli alveoli insieme a quella disciolta nel plasma; quella in forma di acido carbonico viene liberata tramite l'azione dell'enzima anidrasi carbonica che catalizza la reazione:
H2CO3 ----» CO2 + H2O

e quindi diffonde anch'essa.

L'azoto, presente per i 4/5 nell'aria, è un gas inerte, cioè non reagisce con l'emoglobina: viene inspirato ed espirato tale e quale; solo in piccole quantità si scioglie nel plasma, dove peraltro non compie alcuna reazione.

I meccanismi alla base degli scambi gassosi

Gli animali di piccole dimensioni si scambiano in casa attraverso la pelle come ad esempio il lombrico, che ha l'intera superficie corporea umida, ma nella maggior parte degli animali il rapporto fra superficie e volume è tale che l'ossigeno non può raggiungere direttamente per diffusione delle cellule dell'organismo.
Ma la maggior parte degli organismi ha dimensioni tali da non permettere questa diffusione a tutte le cellule, per cui negli animali di grandi dimensioni alcune parti del corpo si sono trasformate in superfici respiratorie, dove:

• lo scambio di gas respiratori tra organismo e ambiente avviene per diffusione attraverso una sottile pellicola d'acqua.
• le superfici di scambio devono essere sufficientemente estese e sempre umide sia negli animali acquatici che nei terrestri.
• la diffusione dei in casa avviene attraverso uno strato di cellule sottili mantenuto umido.

Nei vertebrati lo scambio di gas avviene in tre fasi, sia con i polmoni che con le branchie:

1. diffusione dei gas respiratori cioè respirazione esterna, dove si espone il mezzo esterno ricco di ossigeno (a o aria) ad una superficie estesa umida
2. trasporto cioè la fase circolatoria
3. Scambio dei gas cioè la diffusione dell'ossigeno delle cellule, l'ossigeno arriva alle cellule dove è utilizzato per trasformare le molecole organiche in energia.
   

Gli animali scambiano i gas respiratori attraverso superfici umide. Le superfici respiratorie hanno delle caratteristiche comuni per poter svolgere alla loro funzione di scambio di gas per diffusione passiva:

• superficie estesa
• membrane sottili e permeabili(elevata permeabilità ai gas respiratori)
• ricca vascolarizzazione
• il ricambio continuo di aria o acqua
• le membrane cellulari devono essere umide perché avvenga la diffusione
  

La superficie di scambio ha tre aggettivi: estesa , sottile , sempre umida . Questo garantisce alla sua efficienza!!!

La respirazione esterna... i meccanismi alla base degli scambi gassosi

Tu sai che non possiamo vivere senza respirare. Al massimo puoi tenere il respiro pochi minuti, dopo di che sei spinto a respirare nuovamente. Dove va l'ossigeno che entra nel tuo corpo attraverso i polmoni? E soprattutto, che fine fa? A che cosa serve l'ossigeno introdotto con la respirazione?

E' iniziata l'ora di educazione fisica. State tutti correndo attorno alla palestra. L'insegnante vi ripete di respirare profondamente, mentre fate esercizi faticosi. Tu ogni volta che respiri immetti aria nei polmoni e poi ne emetti dell’altra. Cerca di descrivere la strada che l’aria percorre fino ai polmoni.

Tutti i vertebrati hanno dimensioni tali che impediscono a ciascuna cellula di poter interagire direttamente con l’ambiente.

Gli animali di grossa taglia non possono mantenere lo scambio gassoso per diffusione attraverso la superficie corporea.

Essi hanno evoluto organi e apparati specializzati per gli scambi gassosi, dotati di una particolare conformazione che consente un imponente sviluppo superficiale.

La respirazione cellulare.

Perché ci deve essere un costante scambio di ossigeno e anidride carbonica?
l'ossigeno è un reagente della glicolisi, che produce energia dalla demolizione delle molecole nutritive. La respirazione esterna permette agli animali di rifornirsi di ossigeno ed eliminare l'anidride carbonica.

La respirazione polmonare o esterna è una necessità di tutti gli organismi con un metabolismo basato sulla glicolisi aerobica (la respirazione cellulare o interna).




La respirazione cellulare consiste nella demolizione delle molecole organiche per produrre ATP.
La cellula necessita di un adeguato apporto di O2 affinché le due fasi della respirazione cellulare, il ciclo di Krebs e la catena respiratoria, convertano l'energia contenuta nelle molecole organiche in energia immagazzinata sotto forma di ATP. La CO2 che viene generata dal metabolismo cellulare, deve essere rimossa dalla cellula.
Deve quindi avvenire uno scambio gassoso: la CO2 deve uscire dalla cellula e l'O2 entrare.

Per respirazione si intende dunque un complesso di funzioni che coinvolgono diversi organi e apparati e che infine porta allo scambio dei gas per diffusione tra le cellule utenti e il mezzo contenente i gas stessi.