Scambio e trasporto dei gas nella cellula

La diffusione semplice di ossigeno e anidride carbonica attraverso strati di cellule (tra gli alveoli e i capillari polmonari) obbedisce alle regole delle diffusione semplice attraverso una membrana, descritte dalla legge di diffusione di Fick: Velocità di diffusione ∞ (area della superficie x gradiente di concentrazione x permeabilità della membrana) / spessore della membrana. Se si assume che la permeabilità della membrana sia costante, allora tre fattori determinano la diffusione nei polmoni:
1.Area della superficie. La velocità di diffusione è direttamente proporzionale all'area della superficie disponibile;
2.Gradiente di concentrazione. La velocità di diffusione è direttamente proporzionale al gradiente di concentrazione della sostanza che diffonde;
3.Spessore della membrana. La velocità di diffusione è inversamente proporzionale allo spessore della membrana.
In base alle regole generali della diffusione, si può aggiungere un quarto determinante: la distanza di diffusione, la diffusione è massimamente rapida su brevi distanze. Nella maggior parte dei casi, la distanza di diffusione, l'area di superficie di scambio e lo spessore della membrana sono costanti nell'organismo e massimizzate per facilitare la diffusione. Perciò, il fattore più importante implicato nello scambio di gas in condizioni fisiologiche è il gradiente di concentrazione. Comunque, quando un gas è posto in contatto con l'acqua e c'è un gradiente di pressione, le molecole di gas passano da una fase all'altra. Se la pressione del gas è superiore nella fase acquosa rispetto alla fase gassosa, allora le molecole di gas lasceranno l'acqua. Se la pressione del gas è superiore nella fase gassosa che in quella acquosa, invece, allora il gas si discioglierà nell'acqua. Il passaggio delle molecole di gas dall'aria nel liquido è direttamente proporzionale a tre fattori: (1) il gradiente di pressione del gas, (2) la solubilità del gas nel liquido e (3) la temperatura. Essendo la temperatura relativamente costante nei mammiferi, possiamo trascurare il suo contributo. La capacità di un liquido di disciogliersi in un liquido è, appunto, la solubilità del gas in quel liquido. Se un gas è molto solubile, molte molecole passeranno in soluzione anche in presenza di basse pressioni parziali. Per i gas meno solubili, anche pressioni parziali elevate determinano la soluzione nel liquido solo di poche molecole di gas. Questo è il caso dell'anidride carbonica che è circa 20 volte più solubile in acqua rispetto all'ossigeno.