Inaliamo circa 500 cm3 d’aria ad ogni respiro. L’influsso d’aria è il risultato di una variazione del volume dei polmoni, dovuto ad una depressione del diaframma ed alla cassa toracica che si espande, che si traduce in una diminuzione della pressione di circa 100 Pa relativamente alla pressione atmosferica. L’espirazione avviene una volta che il diaframma risale e la cassa toracica si contrae dando atto ad un aumento di pressione di 100 Pa rispetto la pressione atmosferica. Il volume totale d’aria nei polmoni è di circa 6 dm3, e il volume d’aria in eccesso che può essere inalato forzatamente dopo una normale espirazione è di 1,5 dm3. Una certa quantità d’aria resta sempre nei polmoni, in modo da evitare il collasso degli alveoli.
La conoscenza delle costanti della Legge di Henry di grassi e lipidi è importante per discutere della respirazione. L’effetto dello scambio di gas tra sangue e aria all’interno degli alveoli nei polmoni, significa che la composizione dell’aria nei polmoni varia durante il ciclo respiratorio. Il gas alveolare è infatti una soluzione dell’aria appena inalata e dell’aria che sarà espirata. La concentrazione dell’ossigeno presente nel sangue equivale ad una pressione parziale di circa 40 Torr (5,3 kPa), mentre la pressione parziale dell’ossigeno atmosferico è di circa 104 Torr (13,9 kPa). Il sangue arterioso resta nei capillari che passano attraverso la superficie degli alveoli per circa 0,75 s, ma il gradiente della pressione parziale è tale che esso si satura di ossigeno in circa 0,25 s. Se i polmoni incamerano dei fluidi (come in una polmonite), le membrane respiratorie si addensano, la diffusione è enormemente rallentata e i tessuti risentono della carenza d’ossigeno. Il diossido di carbonio segue il percorso contrario all’interno dei tessuti respiratori, ma, in questo caso, il gradiente della pressione parziale è inferiore (circa 5 Torr nel sangue e 40 Torr nell’aria all’equilibrio). Tuttavia, dal momento che il diossido di carbonio p molro più solubile nel fluido alveolare di quanto non lo sia l’ossigeno, ad ogni respiro vengono scambiate quantità uguali di ossigeno e diossido di carbonio ad ogni respiro.
Una camera di ossigeno iperbarico, nella quale l’ossigeno ha un’elevata pressione parziale, viene usata per il trattamento di alcune malattie. L’avvelenamento da diossido di carbonio, per l’appunto, può essere curato con questo sistema, come anche l conseguenze di uno shock. Malattie causate da batteri anaerobici, come la gas-cancrena o il tetano, possono anch’esse esser trattate con il medesimo metodo, in quanto tali batteri non sono in grado di proliferare in ambienti ad elevate concentrazioni d’ossigeno.
Nello scuba diving (immersione subacquea, dove SCUBA sta per “Self-contained underwater breathing apparatus”), l’aria viene fornita ad una pressione maggiore, così che la pressione all’interno della cassa toracica del sommozzatore eguagli la pressione esercitata dall’acqua circostante (l’incremento di pressione esercitato dall’acqua è di circa 1 atm ogni 10 m di profondità). Una conseguenza dell’inalare aria ad alte pressioni è data dal fatto che l’azoto è mlto più solubile nei tessuti grassi che in acqua, perciò esso tende a dissolversi nel sistema centrale nervoso, ne midollo osseo e nelle riserve di grassi. Il risultato è la narcosi da azoto, con sintomi quali l’intossicazione. Se il sommozatore risale troppo rapidamente in superficie, l’azoto fuoriesce dalla soluzione lipidica sotto forma di bolle, che causano la dolorosa e a volte fatale condizione conosciuta come “The bends”. Molti casi di annegamento sembrano essere conseguenza di emboli arteriosi (ostruzioni nelle arterie causate da bolle di gas) e perdita di conoscenza non appena le bolle d’aria raggiungono il cervello.
Da Atkins’ Physical Chemistry di P. Atkins e J. De Paula – Traduzione di Michele Formica
