Asemhaling

By die mens en dier beteken asemhaling altyd die opneem van suurstof en die uitskeiding van koolsuurgas. Suurstof word uit die lug opgeneem (en in die geval van waterdiere, uit die water). In die liggaamselle word die suurstof gebruik vir die verbranding van koolhidrate en vette, wat die brandstof van die selle is. Tydens die verbranding- of respirasieproses word koolsuurgas vrygestel. ʼn Oormatige hoeveelheid koolsuurgas is giftig en daarom moet dit uitgeasem word. Klein hoeveelhede is egter noodsaaklik om die regte suurgraad in die bloed te handhaaf. ²

Suurstofopname

Suurstof word deur middel van diffusie uit die omgewing opgeneem. Om die diffusie van suurstof na ʼn dier of mens se selle moontlik te maak, moet diere en mense êrens in hul liggame ʼn vogtige, deurdringbare oppervlak hê wat met die omgewing in verbinding is. Dié asemhalingsoppervlak word by die hoër diere en die mens in asemhalingsorgane soos longe aangetref. Die werking van die longe is van so ʼn aard dat dit sonder enige onderbrekings suurstof aan die bloed kan voorsien en van koolstofdioksied kan ontslae raak. ²

Die longe kan ook rek om suurstof in te neem en dan weer na hul oorspronklike vorm terugkeer nadat koolstofdioksied vrygestel is. Die diafragma is ’n spier wat net onder die longe geleë is en speel ’n belangrike rol in asemhaling – wanneer jy inasem, vergroot die longe en die diafragma trek na onder. Wanneer jy uitasem, ontspan die diafragma en die longe druk die koolsuurgas uit. ²

Vlak asemhaling, met ander woorde wanneer nie genoeg suurstof deur die longe opgeneem word nie, word hipoventilasie genoem. Hipoventilasie lei tot onvoldoende suurstofvoorsiening aan die bloed. Oorsake van hipoventilasie kan longsiektes of blootstelling aan gifstowwe wees. Die teenoorgestelde van hipoventilasie is hiperventilasie – wanneer te veel suurstof ingeneem word en daar dan te min koolstofdioksied in die bloed is. Dit kan veroorsaak word deur byvoorbeeld spanning of wanneer ’n mens baie bekommerd is oor iets.

Koolstofdioksied help om die suurstof in die bloed te vervoer en as die koolstofdioksied te min is, voeg die liggaam melksuur by om die suurstof te help vervoer. Dit kan dan lugweë, bloedvate en ander organe in spasma laat gaan en gee ook af dat daar minder plek is vir bloed om te vloei (wat ’n mens noem hoë bloeddruk). Verlaagde koolstofdioksied kan ook aanleiding gee tot maagsere en sooibrand. ²

Vir die opname van suurstof, word die volgende liggaamsdele ingespan:

Neusholtes: Stofdeeltjies word deur die hare in die neusgate verhoed om na die longe te gaan, die ingeasemde lug word bevogtig en verwarm.

Larinks: Die larinks lê tussen die keelholte en lugpyp en fyn haartjies (cilia) vang stofdeeltjies op en stuur dit weer opwaarts sodat dit uitgehoes of -genies kan word. Die cilia speel ook ʼn belangrike rol in die instandhouding van die immuunstelsel.

Keelholte: Net soos die keelholte kos na die spysverteringskanaal vervoer, vervoer dit ook suurstof na die longe.

Lugpyp: Die lugpyp lê tussen die larinks en die longe en is uitgevoer met kraakbeen om dit oop te hou en lug na die longe te vervoer.

Longpype en brongiole: Nader aan die longe, vertak die lugpyp in twee longpype wat in die longe uitloop. Aan die einde van die longpyp is verdere vertakkings wat brongiole genoem word.

Alveoli: Alveoli is onderverdelings op die brongiole en is klein lugsakkies of -blasies wat lyk soos druiwetrosse. ʼn Gemiddelde volwasse long bevat ongeveer 600 miljoen alveoli en dis hier waar die wisseling tussen suurstof en koolstofdioksied plaasvind. ²

Suurstofvervoer

Hoewel suurstof van die een sel na die ander kan diffundeer (versprei), is dit ʼn baie stadige proses en net baie klein diertjies kan op dié manier aan die lewe bly. By die mens en ander diere word die suurstof wat uit die lug opgeneem is deur middel van bloed of ʼn soortgelyke liggaamsvloeistof deur die liggaam gesirkuleer.

Suurstof wat ingeneem word, word deur die bloed opgeneem en vloei deur drie soorte hoofare: slagare, are en haarvate. Nadat die suurstof opgeneem is, verbrand dit deur die respirasieproses (die vrystelling van energie) en word omgeskakel in koolstofdioksied, wat deur rooibloedliggaampies na die alveoli vervoer word waar dit weer uitgeasem word. Suurstof los teen hoë temperature nie goed op in die bloed nie en dit sou vir warmbloedige diere ʼn groot probleem veroorsaak het as hulle nie ʼn bepaalde pigment in hul bloed gehad het wat die suurstof chemies kon bind nie.

By die mens en gewerwelde diere word hierdie pigment hemoglobien genoem. Die pigment verlaag met behulp van sy chemiese aantrekkingskrag die konsentrasie van suurstof in die bloed. Nuwe suurstof kan dan weer in die bloed oplos en chemiese verbindings vorm totdat die pigment versadig is.

Die totale suurstofkonsentrasie in die mens se bloed is ’n honderd keer hoër as wat dit sonder die pigment sou gewees het. Omdat suurstof ʼn swak binding met die pigment vorm, gee die pigment sy suurstof maklik af aan die bloed, wat dit besorg aan die liggaamselle wat ʼn behoefte aan suurstof het. ²

Koolstofdioksieduitskeiding

Koolstofdioksied, die afvalproduk van asemhaling, is makliker oplosbaar in water as suurstof. Daarom is daar nie ’n pigment nodig om dit te vervoer nie. Koolsuurgas los as ʼn bikarbonaat in die bloed op en verbind gedeeltelik met die rooibloedliggaampies. Só word dit van die liggaamselle na die asemhalingsorgane vervoer, waar dit dan uitgeskei word. ²

Suurstofbehoefte

In die selle word die suurstof deur die mitochondria opgeneem. In hierdie klein orgaantjies (organelle) is ensieme wat die selle se brandstof, die koolhidrate en vette, met die suurstof laat reageer en sodoende energie vrystel.

Asemhaling by plante

By groen plante is asemhaling nou verweef met fotosintese. Met asemhaling word suurstof uit die omgewing opgeneem om energie in die vorm van koolhidrate of vette in die sel vry te stel. Deur dié verbrandingsproses ontstaan koolsuurgas. Met fotosintese gebeur die teenoorgestelde – koolsuurgas word opgeneem en suurstof is die afvalproduk.

Omstandighede bepaal watter proses plaasvind. Wanneer dit lig is, is fotosintese moontlik en die plant gee suurstof af. Wanneer dit donker is, is daar geen energie vir fotosintese nie en asemhaling vind dan binne die plant plaas. Dan vervaardig die plant, net soos diere, koolsuurgas. Plante kan ook in sonlig respireer (asemhaal) terwyl fotosintese plaasvind.

Plante móét respireer omdat hulle die energie wat uit sonlig verkry word nie direk kan gebruik nie. Die sonenergie moet eers deur fotosintese in koolhidrate vasgelê word. Daarna kan die plant met behulp van suurstof die energie vrystel, maar nou in ʼn vorm wat geskik is om die lewensprosesse in die sel moontlik te maak. ³

Gaswisseling

Die opneem, vervoer en afgee van gasse by plante vind uitsluitlik deur diffusie plaas. Die prosesse is afhanklik van ʼn drukverskil tussen die suurstof in die atmosfeer en dié binne die weefsels. Die spoed waarteen suurstof die plant binnedring, word bepaal deur die grootte van die oppervlak waardeur diffusie plaasvind. Oor die algemeen word plante se oppervlakte deur blare vergroot.

Plante wat op land groei, word met ʼn dun, wasagtige lagie (die cuticula) op die epidermis (buitenste laag) bedek, wat voorkom dat die blare te veel water deur die proses van transpirasie (verdamping) verloor. Om te verseker dat die plantselle genoeg suurstof kry, kom huidmondjies (stomata) op die blaar voor.

Goeie suurstofvoorsiening aan en koolsuurgasverwydering uit dieper plantselle word vergemaklik deur lentiselle (openinge in die bas wat met die inwendige dele van die plant in verbinding is sodat gaswisseling deur hulle kan plaasvind).

ʼn Plant se wortels het ook suurstof nodig om die opname van sout in stand te hou. Hierdie suurstofopname vind gewoonlik bokant die grondvlak plaas. Dit is in moerasagtige grond nie altyd moontlik nie. Daarom het moeras- en waterplante dikwels aanpassings, soos lugkanale in stingels en blaarstele of selfs asemwortels, soos in die geval van “mangrove”-plante (wortelbome). ⁴

Suurstofgebruik

In die selle reageer suurstof gewoonlik met koolhidraatglukose. Die reaksie vind plaas in ʼn aantal stappe wat deur ʼn verskeidenheid ensieme moontlik gemaak word.

Die stappe kan as volg uiteengesit word: glukose + suurstof → koolsuurgas + water + energie (hitte).

Die reaksie kan verdeel word in ʼn fermentasieproses en ʼn oksidatiewe fosforileringsproses (die finale fase van selrespirasie). Die fermentasie vind in die sitoplasma van die sel plaas en geen suurstof is hiervoor nodig nie. Die eindproduk van die fermentasie is pirodruiwesuur. Dit word dan nog verder deur oksidatiewe fosforilering afgebreek en sodoende word baie energie vrygestel.

Ná hierdie proses word dit geberg in die vorm van ʼn energieryke verbinding in die sel, naamlik adenosien-trifosfaat (ATP), totdat dit nodig is. Die hitte wat in die proses vrygestel word, gaan grootliks verlore as gevolg van uitstraling en verdamping. Buiten glukose, kan ander substrate (brandstowwe) ook vir die fermentasie en oksidatiewe fosforilering gebruik word. ⁴

Anaërobiese asemhaling

ʼn Aantal bakterieë en skimmels kan sonder enige suurstof in hul energiebehoeftes voorsien. Hulle word anaërobe genoem, in teenstelling met aërobe, wat suurstofverbruikers is.

Selrespirasie

Alle lewende wesens bestaan uit selle. Om aan die lewe te bly, moet hulle voortdurend van energie voorsien word. Selfs al doen die liggaam niks, verbruik hy deurlopend energie omdat die selle nooit ophou werk nie. ⁵

Energiebron

Organismes of selle kan geklassifiseer word volgens die energiebron wat hulle gebruik. Selle wat van ligenergie gebruik maak, met ander woorde van die proses van fotosintese, is fototroof. Groen selle van hoër plante, alge en sommige bakterieë behoort tot hierdie groep. Spesiale selstrukture, wat chloroplaste genoem word, verander die sonenergie in energie wat deur die sel gebruik kan word.

Chemotrowe selle kry hul energie deur chemiese reaksies en het nie lig nodig nie. Chemotrowe selle kan verder onderverdeel word volgens die stof wat met die verbruiking van energie gelewer word. Die meeste selle vorm minder of meer ingewikkelde organiese stowwe soos glukose – hierdie selle word chemo-organotrofies genoem. Die mens, diere en die meeste mikroörganismes het hierdie soort selle.

Ander selle gebruik weer eenvoudige anorganiese verbindings soos waterstof (H), swaelwaterstof (H₂S) en ammoniak (NH₃). Hierdie selle is chemolitotroof. Slegs sekere bakterieë behoort tot hierdie groep. Fototrowe selle word soms outotroof genoem omdat hulle met behulp van ligenergie hul eie selbestanddele uit eenvoudige verbindings soos koolsuurgas kan opbou. Chemotrowe selle gebruik juis die produkte van fototrowe selle as energiebron vir die sintese van hul eie selbestanddele. Daarom word hulle gewoonlik heterotroof (gevoed deur ander) genoem.

Alle lewende wesens gebruik dus direk of indirek energie wat van die son afkomstig is. Daar word dikwels gesê dat die son ons primêre bron van energie is. ⁴

Oksidasie

Die verbranding van voedsel in die selle met behulp van suurstof staan bekend as respirasie. Dit is ook moontlik om voedsel sonder suurstof te verbrand. In sulke gevalle word gepraat van fermentasie. Die begrip verbranding word dan vervang deur die woord oksidasie om die verskil duidelik te maak.

Oksidasie is die afgee van elektrone van een stof na ʼn ander stof. Die voedingstowwe in die selle lewer dus elektrone. Chemotrowe selle kan verder as volg ingedeel word: Selle wat suurstof uit die lug of water gebruik, word aërobe genoem. Selle wat nie van suurstof gebruik maak nie, word anaërobe genoem. Anaërobiese selle fermenteer. Waar ʼn organisme aërobiese selle het, moet suurstof die selle oral in die liggaam kan bereik.

Die mens en hoër diersoorte het hiervoor spesiale organe, met bloed wat as vervoermiddel optree. Organismes wat kan asemhaal én fermenteer, bestaan ook. In sulke gevalle word gepraat van fakultatief aërobiese organismes of fakultatief anaërobiese organismes. ⁶

Mitochondria

Aërobiese selle het spesiale selstrukture waarin die selasemhaling plaasvind. Hierdie strukture word mitochondria genoem. Hulle is die sel se “kragsentrales”. Mitochondria is omring deur ʼn buitemembraan wat kleiner molekules deurlaat, en ʼn binnemembraan wat minder stowwe deurlaat en onder meer geen natrium-, magnesium– en chloorione deurlaat nie. Die binnemembraan se oppervlak kan vergroot omdat dit nie glad is nie, maar instulpings (cristae) vorm. Die asemhalingsensieme sit in hierdie binnemembraan. ⁷

Die aërobiese sel

In aërobiese selle vind die selasemhaling uitsluitlik in die mitochondria plaas. Dit beteken dat die voedsel grotendeels afgebreek is wanneer die elektrondraers dit na die mitochondria vervoer. Hierdie voedselafbreking vind dus sonder suurstof plaas. In die aërobiese selle kan dus ook anaërobiese prosesse plaasvind.

In die meeste gevalle word die stof glukose deur ʼn anaërobiese proses, naamlik glikolise, in pirodruiwesuur omgesit. Glikolise vind buite die mitochondria plaas. Daarna word die pirodruiwesuur in die mitochondria met behulp van suurstof heeltemal geoksideer om koolsuurgas en water te vorm. Omdat daar met oksidasie soveel energie vrygestel word, moet die sel ʼn meganisme hê wat die proses stadiger laat plaasvind, anders sal die sel letterlik kan verbrand.

Omdat die oksidasie nou stapsgewys plaasvind, het dit die voordeel dat dit gereguleer kan word. Die sel kan op elke stap ingryp om die energieproduksie by die energiebehoefte aan te pas. Die vervaardiging van energie in bruikbare vorm beteken vir die sel die vorming van energieryke verbindings. ʼn Belangrike voorbeeld hiervan is adenosientrifosfaat (ATP), wat bestaan uit adenosien, ribose (ʼn suiker) en drie fosfaatgroepe. ATP is die universele draer van energie in alle lewende wesens. ⁷

Respiratoriese siektes

Wanneer die suurstof in die bloed te “vuil” raak as gevolg van byvoorbeeld lugbesoedeling en rook, kan die lugweë dit nie meer alleen goed genoeg skoonmaak nie en moet die hart harder werk om suurstof na al die selle in die liggaam te neem. Dit kan gesondheidsprobleme en hartsiektes tot gevolg hê.

Emfiseem: Wanneer die cilia verlam raak en slym opbou; die aanhoudende gehoes beskadig die bloedvate en gaswisseling word vertraag, wat maak dat die persoon moeilik asemhaal.

Brongitis: Wanneer daar inflammasie in die bronchi en brongioli is, maak dit dat slym opbou en die persoon aanhoudend hoes.

Asma: Dit is ʼn allergiese reaksie wat die brongioli laat toetrek en maak dat die persoon nie genoeg asem kry nie. Bronchodilators word gebruik om dié toestand te behandel. Dit bevat ’n unieke samestelling van chemiese middels wat dikwels kortisoon insluit omdat dit ’n anti-inflammatoriese werking het.

Tuberkulose: Dit is ʼn bakteriële infeksie wat gekenmerk word deur aanhoudende hoes, verminderde eetlus, gewigsverlies en bloed wat uitgehoes word. Hierdie longsiekte is aansteeklik – die bakterieë kan versprei wanneer die persoon hoes. Babas kan teen tuberkulose ingeënt word. ⁸