Behovet for gassutveksling
Dei fleste celler må ha oksygengass for å gjere energien i næringsstoffa om til ATP. Denne prosessen blir kalla aerob celleanding og går føre seg i mitokondriane. ATP er cella sin eigen valuta for energioverføringar og blir brukt i alle energikrevjande prosessar i cella.
Under celleandinga blir det danna karbondioksid som avfallsprodukt. Karbondioksid senkar pH i celler og vevsvæske. Det å kunne skilje ut karbondioksid til omgivnadene er derfor ein viktig del av organismen sin homeostase.
Gassutveksling skjer ved diffusjon
For å forstå anatomien til gassutvekslingsorgan kan vi ta utgangspunkt i at all gassutveksling gjennom membranar skjer ved diffusjon.
Diffusjon krev ein konsentrasjonsforskjell og skjer frå området med høgast konsentrasjon til området med lågast konsentrasjon av gassen. Jo større konsentrasjonsforskjell, jo raskare diffusjon. I cella har mitokondriane den lågaste oksygenkonsentrasjonen, fordi oksygengass blir forbrukt i celleandinga. Samtidig har mitokondriane den høgaste konsentrasjonen av karbondioksid, fordi karbondioksid blir produsert i celleandinga. Celleandinga held dermed oppe konsentrasjonsforskjellar som gjer at oksygen blir transportert inn i cella og karbondioksid blir transportert ut av ho.
For at konsentrasjonsforskjellen ved gassutvekslingsoverflater skal haldast oppe, kan det vere naudsynt å skifte ut lufta/vatnet ved overflata. Det er dette vi oppnår ved å puste. Denne prosessen blir kalla ventilasjon.
Ein annan viktig eigenskap ved diffusjon er at tida det tek å transportere ei gitt mengd gass, aukar dramatisk når avstanden aukar. Som ein tommelfingerregel kan vi seie at diffusjonstida for oksygen blir hundredobla dersom avstanden blir tidobla. Dette gjer at overflatene må vere tynne, slik at diffusjonsavstanden blir kortast mogleg. Arealet av overflata avgrensar dessutan kor mykje gass som kan diffundere.
Mengda gass som diffunderer gjennom ei overflate i løpet av eit tidsrom
minkar raskt når avstanden aukar
aukar med konsentrasjonsforskjellen
aukar med overflatearealet
Spesialiserte utvekslingsoverflater er derfor tynne overflater med eit stort areal som blir ventilert.
Storleiken og forma til organismen har stor betydning for korleis behovet for gassutveksling blir dekt. Hos små dyr med relativt stor overflate kan direkte diffusjon gjennom overflata vere tilstrekkeleg, sidan avstanden mellom alle cellene og omgivnadene er kort.
Dei fleste cellene i fleircella organismar har for stor avstand til kroppsoverflata til at direkte diffusjon åleine kan løyse behovet for gassutveksling. I desse tilfella er utvekslingsoverflata ofte knytt til cellene gjennom eit sirkulasjonssystem. I sirkulasjonssystemet blir gassane transporterte anten løyste i væske eller bundne til transportprotein. Hemoglobin er eit døme på eit slikt transportprotein.
Eigenskapane til det ytre miljøet (vatn eller luft) har mykje å seie for korleis gassutvekslingsorgana er utforma. Dette kjem vi tilbake til i to eigne fagartiklar.
