Sąvoka „kvėpavimas“ reiškia du atskirus procesus, kurie abu vyksta gyvuose daiktuose ir yra susiję su energijos generavimu. Vienas iš jų yra fiziologinis kvėpavimas, procesas, kurio metu organizmas pasisavina deguonį ir išskiria anglies dioksidą. Antrasis yra ląstelių kvėpavimas, biocheminių reakcijų, leidžiančių ląstelei generuoti energiją, serija.
Fiziologinis kvėpavimas
Žmonėms ir kitiems žinduoliams yra keturi šio proceso etapai, ir jie nusako deguonies eigą nuo įkvėpimo į plaučius iki absorbcijos vidaus organuose ir kituose audiniuose. Tai taip pat apima anglies dioksido iškvėpimą.
Vėdinimas
Pirmasis etapas yra ventiliacija, kurios metu oras juda į plaučių alveoles ir iš jų. Tai skaidulinės kolageno struktūros, kurios plečiasi įkvėpus, kad pasisavintų maksimalų deguonies kiekį; iškvėpdami jie susitraukia ir išskiria anglies dvideginį. Alveolių yra tik žinduolių plaučiuose; tačiau panašios struktūros egzistuoja ir kituose stuburiniuose gyvūnuose, pavyzdžiui, ropliuose ir paukščiuose.
Plaučių dujų mainai
Šiame etape deguonis iš alveolių per plaučių kapiliarus patenka į kraujotakos sistemą. Alveoles ir plaučių kapiliarus skiria vos dviejų ląstelių storio barjeras; Peržengusios šį barjerą, deguonies molekulės prisijungia prie hemoglobino, ypatingo baltymo, esančio raudonuosiuose kraujo kūneliuose.
Dujų transportas
Dujų transportavimas prasideda plaučių kapiliaruose. Šiame etape deguonis, susietas su hemoglobinu, juda kraujotakos sistemos kraujagyslėmis ir galiausiai patenka į viso kūno kapiliarus. Kapiliarai maitina organus, liaukas ir kitus audinius, kurių funkcionavimui reikalingas nuolatinis deguonies tiekimas.
Periferinė dujų mainai
Paskutinis etapas yra periferinis dujų mainas, kurio metu deguonis iš kapiliarų patenka į ląsteles. Tai atsitinka panašiai kaip dujos difunduoja tarp alveolių ir plaučių kapiliarų plaučiuose. Atliekos dujos, pavyzdžiui, ląstelių išskiriamas anglies dioksidas, patenka į kapiliarus ir per kraujotakos sistemą nukeliauja į plaučius, kur išsiskiria iškvepiant.
Kitos fiziologinės sistemos
Kvėpavimas būdingas ne tik plaučius turintiems organizmams. Pavyzdžiui, daugumoje žuvų rūšių jis būna žiaunose, kurios leidžia gyvūnams iš vandens išgauti deguonį. Varliagyviams daugiausia dujų mainų vyksta per odą; plaučiai yra priemonė kontroliuoti deguonies kiekį organizme, veikdami kaip antrinis deguonies šaltinis. Augalai gamina deguonį fotosintezės būdu, o daugiau pasisavina difuzijos būdu per savo lapus. Nepriklausomai nuo fizinio proceso, visi šie organizmai, kaip ir žinduoliai, pasisavina deguonį ir išskiria anglies dioksidą.
Ląstelinis kvėpavimas
Deguonis, kuris fiziologiniu kvėpavimu patenka į audinius, yra naudojamas visose ląstelėse biocheminiam ląstelių kvėpavimo procesui. Šis procesas, kuris taip pat vadinamas oksidaciniu metabolizmu, yra cheminių reakcijų, kurių daugelis dalyvauja deguonies, rinkinys, leidžiantis kūnui paversti tam tikras molekules tinkama energija. Gyvūnų ir augalų ląstelėse vyksta reakcijos, kurios paverčia maistines medžiagas į daug energijos turinčią molekulę, vadinamą adenozino trifosfatu (ATP).
Ląstelių kvėpavimui reikalingas deguonis, nes daugybė oksidacijos-redukcijos reakcijų, dar vadinamų redokso reakcijomis, vyksta viso kvėpavimo proceso metu. Šios dujos yra galingas oksidatorius, o tai reiškia, kad cheminių reakcijų metu jos gali lengvai atiduoti turimus elektronus. Dėl to jis labai naudingas reakcijose.
Atsirandančios reakcijos dar vadinamos katabolinėmis, nes jos suskaido dideles maistinių medžiagų molekules į mažesnes. Šios molekulės yra cukrus, gaunamas iš angliavandenių; riebalų rūgštys iš dietinių riebalų; ir amino rūgštys, gaunamos iš baltymų. Elektronai išsiskiria skaidant maistines medžiagas, o elektronai naudojami reakcijose, kurios gamina ATP. Tada ši energijos turtinga molekulė yra naudojama ląstelėse, kad sukeltų beveik visas jose vykstančias reakcijas.
Anaerobinis ląstelių kvėpavimas
Gyvūnų ir augalų, taip pat daugelio bakterijų rūšių ląstelių kvėpavimas yra aerobinis, o tai tiesiog reiškia, kad jis naudoja deguonį. Kai kurių rūšių bakterijų kvėpavimas yra anaerobinis, vadinasi, nenaudojamas deguonis. Vietoj to, šie organizmai kaip pakaitalą naudoja tokias molekules kaip nitratas arba siera. Kai kurie netgi išsivystė iki tokio lygio, kad gali gyventi tik aplinkoje, kurioje nėra deguonies.