Lo scambio di gas è un processo che avviene come parte della respirazione, consentendo a un organismo di scambiare i gas di scarico con i gas di cui ha bisogno per funzionare. Nel caso dell’uomo e di altri mammiferi, ciò consente l’espressione di anidride carbonica e l’assunzione di ossigeno. Lo scambio di gas avviene lungo la membrana respiratoria, come il rivestimento dei polmoni negli animali, e il sistema circolatorio dell’organismo consente ai gas di muoversi in tutto il corpo. Negli animali unicellulari, lo scambio di gas consente ai gas di muoversi liberamente direttamente dentro e fuori la cellula.
Nelle piante, le foglie agiscono come una membrana respiratoria, con piccoli vasi capillari nelle foglie che agiscono per trasportare gas e sostanze nutritive in tutto l’albero. Animali come gli anfibi possono fare affidamento sulla loro pelle per lo scambio di gas, mentre gli animali con le branchie come i pesci usano l’ampia superficie delle branchie per estrarre l’ossigeno disciolto dall’acqua e nei loro corpi.
Ogni volta che una persona fa un respiro, l’aria ricca di ossigeno e altri gas entra nei polmoni. L’aria si sposta da un’area di alta pressione, il polmone pieno, a un’area di bassa pressione, uno degli alveoli, le minuscole sacche che rivestono i polmoni. Da lì, l’ossigeno passa attraverso una sottile membrana nei capillari che alimentano il polmone, dove si lega all’emoglobina per il trasporto in tutto il corpo. Mentre il sangue circola, trasporta anche i rifiuti come l’anidride carbonica, consegnandoli ai polmoni per lo scambio di gas in modo che possano essere espulsi dagli alveoli ed espirati quando la persona espira.
Le persone che hanno difficoltà a respirare possono iniziare a sviluppare l’ipossia, uno stato in cui non arriva abbastanza ossigeno al corpo. Ciò può verificarsi quando lo scambio di gas è inibito dal fluido nei polmoni, quando un polmone non può gonfiarsi correttamente o quando le vie aeree sono ostruite. Un paziente che non può espellere l’anidride carbonica e ottenere ossigeno in cambio inizierà a sviluppare l’arrossamento delle estremità e può ansimare per l’aria.
In un ambiente ricco di un altro gas, come l’azoto, quel gas può sostituire l’ossigeno, rendendo impossibile all’ossigeno di raggiungere i polmoni. Un paziente può essere in grado di respirare normalmente, ma poiché lo scambio di gas con l’ossigeno non avviene, la persona diventerà lentamente affamata di ossigeno. A seconda del gas che viene respirato, i pazienti possono sviluppare sintomi come vertigini, confusione e sonnolenza prima di soccombere al coma e alla morte per mancanza di ossigeno.