Γιατί το ανθρώπινο σώμα απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα;

Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται στο σώμα ως αποτέλεσμα της κυτταρικής αναπνοής, όπου τα ζωτικά θρεπτικά συστατικά μετατρέπονται σε ενέργεια παρουσία οξυγόνου. Το παραγόμενο διοξείδιο του άνθρακα στη συνέχεια απομακρύνεται από το σώμα με διάλυση στο αίμα και μέσω δέσμευσης με αιμοσφαιρίνη για να μεταφερθεί στους πνεύμονες, όπου εκπνέεται από τη μύτη και το στόμα.

Είναι γνωστό ότι εισπνέουμε οξυγόνο και εκπνέουμε διοξείδιο του άνθρακα. Διαβάζουμε, μαθαίνουμε και ακούμε για αυτό από τότε που ήμασταν παιδιά. Ωστόσο, έχετε σκεφτεί ποτέ γιατί το διοξείδιο του άνθρακα είναι αυτό που εκπνέουμε;

Πώς παράγεται το διοξείδιο του άνθρακα στο σώμα;

Όλοι γνωρίζουμε ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι στην πραγματικότητα ένα απόβλητο από διάφορες μεταβολικές και βιοχημικές διεργασίες που συμβαίνουν μέσα στο σώμα μας, αλλά πώς ακριβώς παράγεται αρχικά; Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα βρίσκεται στο…

Κυτταρική αναπνοή

Μιλώντας για την αναπνοή, το πρώτο πράγμα που έρχεται στο μυαλό είναι η μύτη και οι πνεύμονες. Ωστόσο, εάν είστε περισσότερο σπασίκλας, μπορεί να εμφανιστεί ένα διάγραμμα ολόκληρης της αναπνευστικής οδού στο κεφάλι σας…

Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο διάγραμμα για την απεικόνιση του ανθρώπινου αναπνευστικού συστήματος (Photo Credit:OpenStax College / Wikimedia Commons)

Ωστόσο, η κυτταρική αναπνοή δεν είναι αυτό που βλέπετε στην παραπάνω εικόνα. Όπως υποδηλώνει το όνομά του, είναι κάτι που εμφανίζεται σε κυτταρικό επίπεδο μέσα στο σώμα μας. Πιο συγκεκριμένα, είναι ένα σωρό μεταβολικές διεργασίες και αντιδράσεις που συμβαίνουν μέσα στα κύτταρα των οργανισμών για να μετατρέψουν τη βιοχημική ενέργεια που προέρχεται από ζωτικά θρεπτικά συστατικά σε πηγή ενέργειας για την τροφοδοσία της κυτταρικής δραστηριότητας.

Αν και πολλές βιοχημικές αντιδράσεις συμβαίνουν συνεχώς μέσα στο σώμα μας, αυτή που συμβαίνει μέσα στα κύτταρά μας και είναι υπεύθυνη για να μας δώσει ενέργεια είναι ίσως η πιο σημαντική από όλες. Τα αντιδρώντα που εμπλέκονται σε αυτήν την αντίδραση είναι κυρίως σάκχαρα, υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες και δεδομένου ότι εμφανίζεται παρουσία οξυγόνου, είναι γνωστή ως αερόβια αναπνοή.

Αυτή η βιοχημική αντίδραση συμβαίνει μέσα στα κύτταρα του σώματός μας και παράγει αέριο διοξείδιο του άνθρακα ως υποπροϊόν. Σε απάντηση στην προηγούμενη ερώτησή μας, έτσι παράγεται το διοξείδιο του άνθρακα μέσα στο σώμα. Δεδομένου ότι η γλυκόζη, τα λίπη και οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται όλα ως πηγές καυσίμου για αυτήν την αντίδραση, ο ρυθμός παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα είναι μικρότερος από τον ρυθμό κατανάλωσης οξυγόνου. Με απλά λόγια, παράγουμε λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα από την ποσότητα οξυγόνου που καταναλώνουμε.

Πώς αποβάλλεται το διοξείδιο του άνθρακα από το σώμα;

Ίσως γνωρίζετε ήδη ότι το διοξείδιο του άνθρακα σε υψηλές συγκεντρώσεις είναι δηλητηριώδες για εμάς. Επομένως, πρέπει να αφαιρείται/απεκκρίνεται κατάλληλα από το σώμα.

Αυτό επιτυγχάνεται μέσω τριών βασικών βιολογικών διεργασιών:τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα διαλύονται απευθείας στο αίμα, συνδέονται με πρωτεΐνες (ιδιαίτερα την αιμοσφαιρίνη στο αίμα) ή ρυθμίζονται με νερό ως ανθρακικό οξύ (μέρος του ρυθμιστικού συστήματος διττανθρακικών). Για το σκοπό αυτού του άρθρου, μας ενδιαφέρουν περισσότερο οι δύο πρώτες μέθοδοι.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι πιο διαλυτό στο αίμα από το οξυγόνο

Λόγω ορισμένων χημικών ιδιοτήτων του διοξειδίου του άνθρακα, είναι πολύ πιο διαλυτό στο ανθρώπινο αίμα από το οξυγόνο. Αυτή η τάση των μορίων του διοξειδίου του άνθρακα να διαλύονται εύκολα στο αίμα είναι πολύ χρήσιμη ενώ τα απομακρύνει από τα κύτταρα στα οποία παράγονται.

Οι κυψελίδες είναι οι θέσεις ανταλλαγής αερίων στους πνεύμονες των ανθρώπων και άλλων σπονδυλωτών.

Το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα στη συνέχεια μεταφέρεται στους πνεύμονες, όπου οι κυψελίδες το βγάζουν από το αίμα και το στέλνουν για εκπνοή.

Το διοξείδιο του άνθρακα συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη

Τα μόρια του διοξειδίου του άνθρακα μπορούν επίσης να εισέλθουν στα ερυθρά αιμοσφαίρια και να συνδεθούν με την αιμοσφαιρίνη - μια πρωτεΐνη που υπάρχει στο αίμα που μεταφέρει οξυγόνο σε όλο το σώμα.

Ένα μόριο που ονομάζεται καρβαμινοαιμοσφαιρίνη σχηματίζεται όταν το διοξείδιο του άνθρακα συνδέεται με την αιμοσφαιρίνη. Αντιπροσωπεύει το 30% του συνολικού διοξειδίου του άνθρακα που υπάρχει στο ανθρώπινο σώμα. Δεδομένου ότι αυτή η σύνδεση διοξειδίου του άνθρακα και αιμοσφαιρίνης είναι μια αναστρέψιμη διαδικασία, τα μόρια διοξειδίου του άνθρακα διαχωρίζονται από την αιμοσφαιρίνη μόλις φτάσουν στους πνεύμονες. Για άλλη μια φορά, πραγματοποιείται ανταλλαγή αερίων στις κυψελίδες (δίνουν οξυγόνο και παίρνουν διοξείδιο του άνθρακα από το αίμα) και το φορτίο των μορίων διοξειδίου του άνθρακα προστίθεται στην εξερχόμενη αναπνοή (δηλαδή, στην εκπνοή).

Το 60% του διοξειδίου του άνθρακα στο σώμα μεταφέρεται στο αίμα ως διττανθρακικά ιόντα (υδρανθρακικό) ως μέρος του ρυθμιστικού συστήματος διττανθρακικών, το οποίο ρυθμίζει την ισορροπία των ιόντων διοξειδίου του άνθρακα, ανθρακικού οξέος και διττανθρακικών ιόντων και διατηρεί το pH του αίματος σε υποστηρίζουν διάφορες μεταβολικές δραστηριότητες στο σώμα.

Με λίγα λόγια, απελευθερώνουμε διοξείδιο του άνθρακα όταν εκπνέουμε επειδή παράγεται στα κύτταρα του σώματός μας προκειμένου να διασπαστεί η τροφή που τρώμε και στη συνέχεια να παράγουμε ενέργεια για τη διατήρηση της ζωής.