Troca gasosa

Seu corpo precisa captar oxigênio e eliminar dióxido de carbono. Essa troca acontece no sistema de troca gasosa 气体交换. O ar segue este caminho para dentro do corpo:

• pela traqueia 气管 (o tubo brônquico,
• para dois brônquios 支气管 (um para cada pulmão),
• para muitos bronquíolos 细支气管 menores,
• e finalmente em pequenos sacos de ar chamados alvéolos 肺泡, profundamente nos pulmões 肺.

Cada alvéolo é envolto por uma rede de capilares 毛细血管, trazendo ar e sangue muito próximos uns dos outros.

Os cílios, células caliciformes e glândulas mucosas trabalham juntos para manter os pulmões limpos e saudáveis: o muco aprisiona sujeira e micróbios, e os cílios o levam embora para ser engolido.

Os alvéolos são ótimos superfícies para trocar gases, porque possuem:

• uma área total muito grande (milhões de pequenos sacos),
• paredes muito finas — o epitélio escamoso do alvéolo e a parede do capilar têm cada um apenas uma camada celular, então a distância a atravessar é pequena,
• um suprimento sanguíneo abundante proveniente da rede de capilares,
• um revestimento úmido, para que os gases dissolvam antes de atravessar.

Os gases movem-se por difusão 扩散 ao longo de seus gradientes de concentração 浓度梯度:

• o oxigênio 氧气 está em alta concentração no ar alveolar e baixa concentração no sangue, então difunde do ar para o sangue.
• o dióxido de carbono 二氧化碳 está em alta concentração no sangue e baixa concentração no ar alveolar, então difunde do sangue para o ar para ser expirado.

Ao microscópio, o tecido pulmonar real parece uma renda rosa fina. Os muitos espaços abertos são os alvéolos, e as finas linhas rosadas entre eles são as paredes onde ocorre a troca gasosa:

A respiração mantém o ar fresco nos alvéolos, e o fluxo sanguíneo continua transportando os gases para longe. Ambos mantêm os gradientes de concentração íngremes, para que a troca gasosa permaneça rápida.

Exemplo resolvido. Use a lei de Fick para explicar por que os alvéolos permitem uma troca gasosa tão rápida. A lei de Fick torna a taxa de difusão proporcional a

portanto, uma taxa rápida precisa que os três termos atuem a seu favor. Área de superfície: milhões de alvéolos oferecem uma área total enorme, aproximadamente $70\ \text{m}^2$. Distância de difusão: o epitélio alveolar e o endotélio capilar têm cada um apenas uma camada de células achatadas, então o oxigênio cruza em menos de $1\ \mu\text{m}$. Diferença de concentração: a ventilação renova constantemente o ar enquanto a circulação remove continuamente o sangue oxigenado, mantendo assim um gradiente íngreme. Vincule cada adaptação ao termo da equação que ela serve — listar "grande área de superfície, paredes finas, bom suprimento sanguíneo" sem vinculá-las à lei de Fick é uma resposta mais fraca.

• Vincule cada característica alveolar à difusão rápida: grande área de superfície, paredes finas (de uma célula), superfície úmida, bom suprimento sanguíneo — uma resposta baseada em "área de superfície, curta distância, gradiente íngreme".
• Combine o tecido das vias aéreas com sua função: cartilagem (mantém as vias aéreas abertas), células ciliadas + caliciformes (prendem e varrem o muco), músculo liso e fibras elásticas.
• Formule respostas com ideias da lei de Fick: taxa $\propto$ área de superfície $\times$ diferença de concentração $\div$ distância.