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22.4: Troca e Transporte de Gases
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Gas Exchange and Transport
 
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22.4: Gas Exchange and Transport

22.4: Troca e Transporte de Gases

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!

A troca de gases, a entrada de oxigénio molecular (O2) do ambiente e a saída de dióxido de carbono (CO2) para o ambiente, é necessária para a função celular. A troca de gases durante a respiração ocorre em grande parte através do movimento de moléculas de gases ao longo de gradientes de pressão. Os gases viajam de áreas de maior pressão parcial para áreas de menor pressão parcial. Nos mamíferos, a troca de gases ocorre nos alvéolos dos pulmões, que estão adjacentes aos capilares e compartilham uma membrana com eles.

Quando os pulmões se expandem, a diminuição resultante da pressão em relação à atmosfera atrai oxigénio para os pulmões. O ar que entra nos pulmões a partir do ambiente tem uma maior concentração de oxigénio e uma menor concentração de dióxido de carbono do que o sangue esgotado de oxigénio que viaja do coração para os pulmões. Assim, o oxigénio difunde do alvéolo para o sangue nos capilares, onde pode ser entregue ao tecido. O dióxido de carbono, em contraste, difunde dos capilares para os alvéolos, onde pode ser expelido através da expiração.

Pressão Parcial

O fluxo de gás é determinado pelo gradiente de pressão de cada gás, com cada gás seguindo o seu menor gradiente. A pressão exercida por um gás individual em uma mistura de gases é sua pressão parcial, e cada gás move-se de uma pressão parcial mais alta para uma pressão parcial mais baixa. Assim, o movimento de O2 e de CO2 não estão diretamente relacionados.

O Quadro Geral

O oxigénio é usado pelo corpo humano para converter açúcar e outras moléculas orgânicas no composto energético ATP durante o processo de respiração celular. Um subproduto da respiração celular é o CO2, que precisa ser removido das células ou mudará o pH e danificará as células. Como o oxigénio é necessário para fornecer energia para funções celulares cruciais, e o CO2 não se pode acumular, o corpo humano precisa de um fluxo constante de sangue de e para todos os tecidos para permitir a troca de gases.

Alvéolos

Os sistemas respiratório e circulatório cruzam-se estrutural e funcionalmente nos alvéolos. Alvéolos e capilares estão entrelaçados e tocam-se fisicamente, e como ambos têm tipicamente a espessura de uma célula, a troca de gases ocorre facilmente entre os dois. Apesar de os pulmões não serem grandes, a quantidade de O2 e CO2 que é trocada é enorme porque há imensos alvéolos—centenas de milhões por pulmão—com uma superfície de cerca de 100 m2!


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