Termins “elpošana” attiecas uz diviem atsevišķiem procesiem, kuri abi notiek dzīvās būtnēs un ir saistīti ar enerģijas ģenerēšanu. Viens no tiem ir fizioloģiskā elpošana, process, kurā organisms uzņem skābekli un izdala oglekļa dioksīdu. Otrais ir šūnu elpošana, virkne bioķīmisku reakciju, kas ļauj šūnai radīt enerģiju.
Fizioloģiskā elpošana
Šim procesam cilvēkiem un citiem zīdītājiem ir četri posmi, un tie atspoguļo skābekļa progresu no ieelpošanas plaušās līdz absorbcijai iekšējos orgānos un citos audos. Tas attiecas arī uz oglekļa dioksīda izelpošanu.
Ventilācija
Pirmais posms ir ventilācija, kurā gaiss pārvietojas plaušu alveolās un no tām. Tās ir šķiedrveida kolagēna struktūras, kas izplešas ieelpojot, lai uzņemtu maksimālo skābekļa daudzumu; izelpojot, tie saraujas un izdala oglekļa dioksīdu. Alveolas atrodas tikai zīdītāju plaušās; tomēr līdzīgas struktūras pastāv arī citiem mugurkaulniekiem, piemēram, rāpuļiem un putniem.
Plaušu gāzu apmaiņa
Šajā posmā skābeklis no alveolām caur plaušu kapilāriem nonāk asinsrites sistēmā. Alveolus un plaušu kapilārus atdala tikai divu šūnu bieza barjera; Pārvarot šo barjeru, skābekļa molekulas saistās ar hemoglobīnu, īpašu proteīnu, kas atrodas sarkanajās asins šūnās.
Gāzes transports
Gāzes transportēšana sākas plaušu kapilāros. Šajā posmā skābeklis, kas saistīts ar hemoglobīnu, pārvietojas pa asinsrites sistēmas asinsvadiem, galu galā iekļūstot kapilāros visā ķermenī. Kapilāri baro orgānus, dziedzerus un citus audus, kuru darbībai nepieciešama pastāvīga skābekļa padeve.
Perifērā gāzes apmaiņa
Pēdējais posms ir perifēra gāzu apmaiņa, kurā skābeklis pārvietojas no kapilāriem šūnās. Tas notiek līdzīgi tam, kā gāzes izkliedējas starp alveolām un plaušu kapilāriem plaušās. Atkritumgāzes, piemēram, šūnu izdalītais oglekļa dioksīds, nonāk kapilāros un pa asinsrites sistēmu pārvietojas uz plaušām, kur tās izdalās izelpas laikā.
Citas fizioloģiskās sistēmas
Elpošana nav raksturīga tikai organismiem ar plaušām. Piemēram, lielākajā daļā zivju sugu tas notiek žaunās, kas ļauj dzīvniekiem iegūt skābekli no ūdens. Abiniekiem lielākā daļa gāzu apmaiņas notiek caur ādu; plaušas nodrošina ķermeņa skābekļa līmeņa kontroles līdzekli, darbojoties kā sekundārais skābekļa avots. Augi ražo skābekli, izmantojot fotosintēzi, un vairāk uzņem, izkliedējot to lapās. Neatkarīgi no fiziskā procesa visi šie organismi uzņem skābekli un izdala oglekļa dioksīdu, tāpat kā zīdītāji.
Šūnu elpošana
Skābeklis, kas ar fizioloģisko elpošanu tiek nogādāts audos, tiek izmantots visās šūnās šūnu elpošanas bioķīmiskajam procesam. Šis process, ko dēvē arī par oksidatīvo vielmaiņu, ir ķīmisku reakciju kopums, daudzas no kurām ir saistīta ar skābekli, kas ļauj organismam pārveidot noteiktas molekulas izmantojamā enerģijā. Dzīvnieku un augu šūnās notiek reakcijas, kas pārvērš barības vielas ar enerģiju bagātā molekulā, ko sauc par adenozīna trifosfātu (ATP).
Skābeklis ir nepieciešams šūnu elpošanai, jo daudzas oksidācijas-reducēšanās reakcijas, ko sauc arī par redoksreakcijām, notiek visā elpošanas procesā. Šī gāze ir spēcīgs oksidētājs, kas nozīmē, ka ķīmiskās reakcijās tā var viegli atdot savus pieejamos elektronus. Tas padara to ļoti noderīgu reakcijās.
Notiekošās reakcijas tiek sauktas arī par kataboliskām, jo tās sadala lielas barības vielu molekulas mazākās. Šīs molekulas ir cukuri, kas iegūti no ogļhidrātiem; taukskābes no uztura taukiem; un aminoskābes, kas iegūtas no olbaltumvielām. Elektroni tiek atbrīvoti, kad barības vielas tiek sadalītas, un elektroni tiek izmantoti reakcijās, kas rada ATP. Šo ar enerģiju bagāto molekulu pēc tam izmanto šūnās, lai darbinātu gandrīz visas tajās notiekošās reakcijas.
Anaerobā šūnu elpošana
Dzīvniekiem un augiem, kā arī daudzām baktēriju sugām notiekošā šūnu elpošana ir aeroba, kas vienkārši nozīmē, ka tā izmanto skābekli. Dažām baktēriju sugām elpošana ir anaeroba, kas nozīmē, ka tā neizmanto skābekli. Tā vietā šie organismi kā aizstājējus izmanto tādas molekulas kā nitrāts vai sērs. Daži pat ir attīstījušies tiktāl, ka var dzīvot tikai vidē, kurā nav skābekļa.