El transport de gasos entre els pulmons i els teixits s’aconsegueix gràcies a la participació de la sang.

En aquest apartat es tracten només aspectes generals de la fisiologia dels aparells circulatori i respiratori, recordant el concepte de respiració cel·lular. Tot i que no són l'objecte d'aquest bloc cal tenir una visió de la seva fisiologia per a poder treballar el transport de gasos. Per ampliar la informació sobre l'anatomia, fisiologia i patologia del sistema cardiorespiratori podeu clicar aquí.

Posteriorment s’aprofundirà en el procés d’intercanvi de gasos i en la molècula d’hemoglobina.

La ventilació pulmonar consisteix en l'entrada i sortida d'aire de l'organisme gràcies als moviments respiratoris. L'entrada d'aire s'anomena inspiració i la sortida, espiració. 

La inspiració és un procés actiu, que consumeix energia per dur-se a terme. Es contrauen el diafragma i els músculs intercostals externs. L'espiració, en condicions fisiològiques, és un procés passiu que no consumeix energia. Es produeix per la relaxació dels músculs que s'havien contret durant la inspiració. 

El control de la ventilació pulmonar el duu a terme el centre respiratori del bulb raquidi, que regula la freqüència i la profunditat de la respiració en base a diferents estímuls, com per exemple la pressió parcial d'oxigen i de diòxid de carboni.

L'aire que inspirem, que està carregat d'oxigen, recorre les vies respiratòries fins els alvèols pulmonars.

L'intercanvi de gasos consisteix en el pas d'oxigen des de l'aire de l'alvèol a la sang, i el pas del diòxid de carboni des de la sang fins l'aire de l'alvèol.

Cada sac alveolar està format per unitats més petites anomenades alvèols. En total tenim als pulmons més de 300 milions d'alvèols, que representen una superfície de 100 m². Com les parets dels capil·lars són molt fines, l'oxigen que conté l'aire passa cap a la sang i el diòxid de carboni de la sang passa a l'aire. 

Aquest moviment dels dos gasos des de la regió on estan més concentrats fins la regió on estan menys concentrats es coneix com difusió. La difusió es produeix sempre que dos dissolucions amb concentracions diferents estan en contacte i no s'atura fins que les concentracions s'han igualat, és a dir, fins que s'assoleix l'equilibri. D'aquesta manera es produeix l'intercanvi de gasos als alvèols. 

L'aparell cardiocirculatori s'encarrega de mobilitzar la sang per tot el cos. Els òrgans que en formen part són: el cor (bomba impulsora), els vasos sanguinis (sistema de conductes: capil·lars, artèries i venes) i els vasos limfàtics que formen part del sistema limfàtic. 

La sang circula contínuament pels vasos sanguinis. Les artèries, capil·lars i venes formen un circuit tancat. Després de produir-se l'intercanvi d'oxigen per diòxid de carboni a les cèl·lules, la sang retorn al cor, i des d'aquest es transporta als pulmons per a eliminar el diòxid de carboni i carregar-se novament d'oxigen. D'aquesta manera, es poden considerar dos circuits: el pulmonar i el general o sistèmic. 

El cor és un òrgan muscular que està dividit en quatre cavitats o càmeres: dos aurícules i dos ventricles. L'aurícula dreta es comunica amb el ventricle dret , i l'aurícula esquerra ho fa amb el ventricle esquerre. Funcionalment podem considerar dos cors: l'esquerre i el dret. En condicions normals no hi ha comunicació interauricular ni interventricular. Els moviments del cor es representen en la següent figura. La diàstole és la relaxació del múscul, quan les cavitats s'omplen de sang. La sístole és la contracció, i té com a finalitat impulsar la sang.

La respiració cel·lular és la degradació total, mitjançant oxidació, de molècules orgàniques per part de la cèl·lula, amb l'objectiu d'alliberar energia. Entre les  molècules orgàniques trobem la glucosa i els àcids grassos, però hi poden haver d'altres (aminoàcids, cossos cetònics). Per a que l'oxidació es dugui a terme és necessària la presència d'oxigen. Tant l'oxigen com els nutrients arriben a les cèl·lules gràcies al sistema circulatori. L'oxigen s'ha obtingut per respiració pulmonar i els nutrients a partir de la ingesta d'aliments. 

Aquest procés forma part del metabolisme cel·lular, i genera subproductes com ara el diòxid de carboni, l'aigua i la urea. 

El transport de gasos entre els pulmons i els teixits s'aconsegueix gràcies a la participació de la sang. Quan el CO₂ i l'O₂ passen a ella, es donen certs canvis físics i químics que faciliten el transport i intercanvi gasós. 

TRANSPORT DE L'OXIGEN

L'oxigen difícilment es dissol en agua, pel que només un 1,5% es troba lliure al plasma. El 98,5% de l'oxigen es transporta dins l'hemoglobina dins els eritròcits. L'hemoglobina (Hb) és una proteïna formada per una 4 globines i 4 grups hemo. Les globines són la part proteica i els grups hemo són un pigment. Cada grup hemo conté un àtom de ferro, que és el que s'uneix a l'oxigen.

L'Hb s'uneix l'O₂ per donar lloc a una molècula d'oxihemoglobina (Hb-O₂). Mentre l'O₂ està unit a l'Hb (Hb-O₂) no pot difondre del capil·lars als teixits. Els factors que determinen la unió o separació de l'oxigen a l'hemoglobina són: la pressió parcial d'oxigen (P_O2), el pH, la pressió parcial de CO₂ (P_CO2) i la temperatura. 

Pressió parcial d'oxigen. És el factor més important. Com més alta sigui la P_O2, més s'uneix l'O₂ a l'Hb. Quan tota l'Hb està unida a l'O₂, es parla d'hemoglobina saturada plenament. Si hi ha una barreja d'Hb i Hb-O₂, es parla de saturació parcial de l'hemoglobina. A continuació es mostra un gràfic amb la corba de dissociació (separació) de l'oxigen i l'hemoglobina.

Com es pot observar, als capil·lars pulmonars, on la P_O2 és més elevada, hi ha molta Hb-O₂, mentre que als capil·lars dels teixits, la P_O2 és més baixa i l'oxigen es separa de l'hemoglobina, i s'entrega per difusió als teixits. Als teixits actius, com el múscul en contracció, la P_O2 sol ser inferior a 40 mm Hg (1 torr equival a 1 mm Hg), d'aquesta manera l'Hb allibera un gran percentatge d'O₂ que queda disponible pel teixit muscular.

Acidesa. Si disminueix el pH, disminueix l’afinitat de l'O₂ per l’Hb, de manera que es separen i augmenta la disponibilitat de l'O₂ per les cèl·lules. Els principals àcids (que fan disminuir el pH) que produeixen els teixits amb activitat metabòlica intensa són l'àcid làctic i l'àcid carbònic. 

Pressió parcial de diòxid de carboni. El CO₂ també pot unir-se a l'Hb. Quan ho fa té un efecte similar a l'acidesa (l'increment de H⁺), és a dir, si la P_CO2 augmenta, l'Hb allibera més fàcilment l'O₂ que serà més accessible a les cèl·lules. La P_CO2 i el pH estan estretament relacionats (si augmenta P_CO2 disminueix el pH).

Reacció que mostra com el diòxid de carboni, en presència d'aigua (en sang) passa a formar àcid carbònic (H2CO3) i aquest  es dissocia en protons (H+) i ió bicarbonat (HCO3-).

La fletxa vermella indica el que passa quan disminueix el pH (augmenta la quantitat de H+) i la fletxa blava el que succeeix quan el pH augmenta.

Temperatura. Si augmenta la temperatura també augmenta l'O2 disponible. Aquest fet es dona en les següents condicions fisiològiques: 

• Exercici intens: les fibres musculars alliberen calor (és una situació en la que es requereix més oxigen).
• Febre: augmenta l'oxigen disponible.
• Hipotèrmia: disminueix l'oxigen disponible.

En aquest gràfic es mostra l'efecte dels diferents factors que influeixen en la saturació d'oxigen (hemoglobina saturada plenament). 

TRANSPORT DE DIÒXID DE CARBONI

Hi ha 3 maneres de transportar el CO2 a la sang:

• CO₂ dissolt. El 7% del total del CO₂ en sang.
• CO₂ unit a proteïnes. El 23% del total. La principal proteïna a la que es pot unir és l'Hb, però no al grup hemo com l'O₂ (no competeix amb l'O₂), sinó a la globina. La unió de CO₂ i Hb rep el nom de carbaminohemoglobina. Als capil·lars dels teixits, on la P_CO2 és alta, la Hb-CO₂ també ho és. Als capil·lars pulmonars, on la P_CO2 és més baixa, el CO₂ es separa de la Hb i difon als alvèols.
• El 70% del transport de CO₂ és en forma d'ió bicarbonat (HCO₃^-). La reacció es mostra en la imatge adjunta. Quan arriba el CO₂ dels teixits als capil·lars, i entra als eritròcits, la reacció es desplaça a la dreta i augmenta l'ió bicarbonat. Aquest difon al plasma. Per compensar que surt un anió n'ha d'entrar un altre a la cèl·lula, que serà el Cl^- (ió clorur), que passarà del plasma a l'interior de la cèl·lula. El HCO₃^- es transporta pel plasma. Quan la sang arriba al capil·lar pulmonar, com hi ha menys P_CO2, s'inverteix la reacció i el CO₂ que s'obté s'exhala.

El monòxid de carboni (CO) és un gas incolor i sense olor present en el fum dels automòbils, estufes de gas, així com en el fum del tabac. És un producte secundari de la combustió de materials que contenen carboni, com el carbó, el gas i la fusta. El CO es combina amb el grup hemo de l’Hb, igual que l’O₂, excepte que el CO té una afinitat 200 vegades superior que la de l’O₂ per l’Hb. De tal manera, en concentracions de només un 0,1% (P_CO=0,5 mm Hg), el CO es combina amb la meitat de les molècules d’Hb disponibles, i redueix en igual proporció la capacitat de transport d’oxigen de la sang. Les concentracions sanguínies altes de CO causen la intoxicació per monòxid de carboni, de la qual és signe el color vermell brillant dels llavis i mucosa de la boca. El problema es pot tractar mitjançant l’administració d’O₂ pur, que accelera la separació del monòxid de carboni i l’hemoglobina