22.4: Gas Exchange and Transport
22.4: Gaz Alış-verişi ve Taşınması
Gas exchange, the intake of molecular oxygen (O2) from the environment and the outflow of carbon dioxide (CO2) into the environment, is necessary for cellular function. Gas exchange during respiration occurs largely via the movement of gas molecules along pressure gradients. Gas travels from areas of higher partial pressure to areas of lower partial pressure. In mammals, gas exchange occurs in the alveoli of the lungs, which are adjacent to capillaries and share a membrane with them.
When the lungs expand, the resultant decrease in pressure relative to the atmosphere draws oxygen into the lungs. Air entering the lungs from the environment has a higher oxygen concentration and a lower carbon dioxide concentration than the oxygen-depleted blood that travels from the heart to the lungs. Thus, oxygen diffuses from the alveoli to the blood in the capillaries, where it can be delivered to tissue. Carbon dioxide, by contrast, diffuses from the capillaries to the alveoli, where it can be expelled through exhalation.
Partial Pressure
Gas flow is determined by the pressure gradient of each gas, with each gas moving down its gradient. The pressure exerted by an individual gas in a mixture of gases is its partial pressure, and each gas moves from a higher to a lower partial pressure. Thus, the movement of O2 and CO2 are not directly related.
The Big Picture
Oxygen is used by the human body to convert sugar and other organic molecules into the energy compound ATP during the process of cellular respiration. A byproduct of cellular respiration is CO2, which needs to be removed from cells or it will change the pH and damage the cells. Because oxygen is necessary to provide energy for crucial cellular functions, and CO2 cannot be allowed to build up, the human body needs a constant flow of blood to and from all tissue to enable gas exchange.
Alveoli
The respiratory and circulatory systems structurally and functionally meet at the alveoli. Alveoli and capillaries are intertwined and physically touch, and because both are typically one cell thick, gas exchange occurs easily between the two. Even though the lungs are not large, the amount of O2 and CO2 that is exchanged is huge because there are so many alveoli—hundreds of millions per lung—with a surface area of around 100 m2!
Gaz değişimi, moleküler oksijen alımı (O2)ve çevreye karbondioksit çıkışı (CO2)hücresel fonksiyon için gereklidir. Solunum sırasında gaz değişimi büyük ölçüde basınç gradyanları boyunca gaz moleküllerinin hareketi yoluyla gerçekleşir. Gaz, kısmi basıncın daha yüksek olduğu bölgelerden daha düşük kısmi basınç lı bölgelere gider. Memelilerde, gaz değişimi kılcal damarlara bitişik ve onlarla bir membran paylaşmak akciğerlerin alveoller oluşur.
Akciğerler genişlediğinde, atmosfere göre basınçtaki azalma akciğerlere oksijen çeker. Çevreden akciğerlere giren hava, kalpten akciğerlere giden oksijen tükenmiş kandan daha yüksek oksijen konsantrasyonuna ve daha düşük bir karbondioksit konsantrasyonuna sahiptir. Böylece, oksijen kılcal damarlarda kan alveollerden kana yayılır, dokuya teslim edilebilir nerede. Karbondioksit, aksine, alveoller kılcal damarlardan yayılır, burada nefes yoluyla dışarı atılabilir.
Kısmi Basınç
Gaz akışı, her bir gazın basınç gradyanı ile belirlenir ve her gaz kendi degradesi aşağı hareket ettirilir. Gazların bir karışımı bireysel bir gaz tarafından uygulanan basınç kısmi basınç, ve her gaz daha düşük bir kısmi basınç için daha yüksek hareket eder. Bu nedenle, O2 ve CO2 hareketi doğrudan ilişkili değildir.
Büyük Resim
Oksijen hücresel solunum işlemi sırasında enerji bileşik ATP içine şeker ve diğer organik molekülleri dönüştürmek için insan vücudu tarafından kullanılır. Hücresel solunum bir yan ürün CO2, hücrelerden kaldırılması gerekiyor ya da pH değişecek ve hücrelere zarar. Oksijen önemli hücresel fonksiyonlar için enerji sağlamak için gerekli olduğundan, ve CO2 oluşturmak için izin verilemez, insan vücudu ve gaz alışverişi sağlamak için tüm dokudan kan sürekli bir akış ihtiyacı var.
Alveoller
Solunum ve dolaşım sistemleri yapısal ve fonksiyonel alveollerde buluşuyor. Alveoller ve kılcal damarlar iç içe ve fiziksel olarak dokunmatik, ve her ikisi de genellikle bir hücre kalınlığında olduğundan, gaz değişimi ikisi arasında kolayca oluşur. Akciğerler büyük olmasa da, o kadar çok alveoller-akciğer başına yüz milyonlarca-yaklaşık 100 m2bir yüzey alanı ile çünkü değiştirilir O2 ve CO2 miktarı çok büyüktür !