22.4: El intercambio de gases y el transporte

El intercambio de gases, la entrada de oxígeno molecular (O₂) del medio ambiente y la salida de dióxido de carbono (CO₂) al medio ambiente, es necesaria para la función celular. El intercambio de gases durante la respiración se produce en gran medida a través del movimiento de las moléculas de los gases a lo largo de gradientes de presión. El gas viaja desde áreas de mayor presión parcial a otras de menor presión parcial. En los mamíferos, el intercambio de gases se produce en los alvéolos pulmonares, que son adyacentes a los capilares y comparten una membrana con ellos.

Cuando los pulmones se expanden, la disminución de presión resultante relativa a la atmósfera atrae el oxígeno hacia los pulmones. El aire que entra en los pulmones desde el medio ambiente tiene una mayor concentración de oxígeno y una menor concentración de dióxido de carbono que la sangre desoxigenada que viaja del corazón a los pulmones. Así, el oxígeno se difunde desde los alvéolos a la sangre en los capilares, donde puede ser distribuido a los tejidos. El dióxido de carbono, por el contrario, se difunde desde los capilares hasta los alvéolos, donde puede ser expulsado por exhalación.

La presión parcial

El flujo de gas está determinado por el gradiente de presión de cada gas, con cada gas descendiendo por su gradiente. La presión ejercida por un gas individual en una mezcla de gases es su presión parcial, y cada gas se mueve de una presión parcial más alta a una más baja. Por lo tanto, el movimiento de O₂ y CO₂ no están directamente relacionados.

La gran imagen

El oxígeno es utilizado por el cuerpo humano para convertir el azúcar y otras moléculas orgánicas en el compuesto de energía ATP durante el proceso de respiración celular. Un subproducto de la respiración celular es el CO₂que debe ser eliminado de las células o cambiará el pH y dañará las células. Debido a que el oxígeno es necesario para proporcionar energía para las funciones celulares cruciales, y no se puede permitir que el CO₂ se acumule, el cuerpo humano necesita un flujo constante de sangre hacia y desde todo el tejido para permitir el intercambio de gas.

Los alvéolos

Los sistemas respiratorio y circulatorio se encuentran estructural y funcionalmente en los alvéolos. Los alvéolos y los capilares están entrelazados y se tocan físicamente, y como ambos suelen tener un grosor de una célula, el intercambio de gases se produce fácilmente entre ambos. A pesar de que los pulmones no son grandes, la cantidad de O₂ y CO₂ que se intercambia es enorme porque hay tantos alvéolos —cientos de millones por pulmón— con una superficie de alrededor de 100^m2!