呼吸とは？

「呼吸」という用語は、2つの別個のプロセスを指し、どちらも生物で発生し、エネルギーの生成に関連しています。 1つは、生物が酸素を取り入れて二酸化炭素を排出する生理学的呼吸です。 2番目は、細胞がエネルギーを生成する一連の生化学反応である細胞呼吸です。

生理呼吸

このプロセスには、人間や他の哺乳類には4つの段階があり、肺への吸入から内臓や他の組織による吸収までの酸素の進行をプロットします。 二酸化炭素の呼気もカバーしています。

換気

最初の段階は換気であり、空気が肺の肺胞に出入りします。 これらは、吸入時に膨張して最大量の酸素を取り込む線維性コラーゲン構造です。 呼気時に、彼らは収縮して二酸化炭素を放出します。 肺胞は哺乳類の肺にのみ存在します。 しかし、爬虫類や鳥などの他の脊椎動物にも同様の構造が存在します。

肺ガス交換

この段階では、肺胞からの酸素が肺毛細血管を通って循環系に入ります。 肺胞と肺毛細血管は、わずか2細胞の厚さの障壁で隔てられています。 この障壁を越えると、酸素分子は赤血球内の特別なタンパク質であるヘモグロビンに結合します。

ガス輸送

ガス輸送は肺毛細血管で始まります。 このステップでは、ヘモグロビンに結合した酸素が循環系の血管を通って移動し、最終的に全身の毛細血管に入ります。 毛細血管は臓器、腺、および他の組織に栄養を与えます。

周辺ガス交換

最終段階は末梢ガス交換で、酸素が毛細血管から細胞に移動します。 これは肺の肺胞と肺毛細血管の間でガスが拡散する方法と同様に起こります。 細胞によって排出された二酸化炭素などの廃ガスは毛細血管に入り、循環系を通って肺に移動し、そこで呼気中に放出されます。

その他の生理学的システム

呼吸は肺のある生物に限ったことではありません。 たとえば、魚のほとんどの種ではgに発生し、動物が水から酸素を抽出できるようにします。 両生類では、ほとんどのガス交換は皮膚全体で起こります。 肺は、二次的な酸素源として作用することにより、体の酸素レベルを制御する手段を提供します。 植物は光合成を介して酸素を生成し、葉を介した拡散により多くを取り込みます。 物理的プロセスに関係なく、これらの生物はすべて、哺乳類と同じように酸素を取り入れて二酸化炭素を排出します。

細胞呼吸

生理学的呼吸を介し​​て組織に運ばれる酸素は、細胞呼吸の生化学プロセスのためにすべての細胞で使用されます。 酸化的代謝とも呼ばれるこのプロセスは、身体が特定の分子を使用可能なエネルギーに変換することを可能にする、多くが酸素を含む一連の化学反応です。 動物や植物の細胞では、栄養素をアデノシン三リン酸（ATP）と呼ばれるエネルギーの豊富な分子に変換する反応が起こります。

酸素は細胞の呼吸に必要です。なぜなら、酸化還元反応とも呼ばれる多くの酸化還元反応が呼吸プロセス全体で起こるからです。 このガスは強力な酸化剤です。つまり、化学反応では、利用可能な電子を容易に与えることができます。 これにより、反応に非常に役立ちます。

発生する反応は、異化とも呼ばれます。これは、大きな栄養分子を小さな分子に分解するためです。 これらの分子は糖質であり、炭水化物に由来します。 食事脂肪からの脂肪酸; タンパク質由来のアミノ酸。 栄養素が分解されると電子が放出され、ATPを生成する反応で使用されます。 このエネルギーに富んだ分子は、細胞内で発生するほとんどすべての反応を促進するために細胞で使用されます。

嫌気性細胞呼吸

動物や植物、および多くの細菌種では、発生する細胞呼吸のタイプは好気性であり、これは単に酸素を使用することを意味します。 ある種の細菌では、呼吸は嫌気性であり、酸素を使用しません。 代わりに、これらの生物は、代替物として硝酸塩や硫黄などの分子を使用します。 酸素のない環境でしか生きられないレベルまで進化した人もいます。