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Notas de lectura

Understanding Gas Exchange and Circulatory Systems: Lecture 21 Overview

Puntuación
-
Vendido
-
Páginas
3
Subido en
22-05-2024
Escrito en
2023/2024

This document encapsulates the core concepts discussed in Lecture 21, focusing on organisms' gas exchange and circulatory systems. It elaborates on Fick’s Law and the Hagen-Poiseuille Equation, explaining how physical constraints influence the evolution of gas exchange organs and circulatory systems. Furthermore, it delves into the mathematical formulations of gas flux and flow rate, emphasizing the crucial role of concentration gradients and pressure differentials in gas exchange. The document highlights the functional compromises associated with gas exchange organs and elucidates the coupling of ventilation and circulation in multicellular organisms.

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Grado

Información del documento

Subido en
22 de mayo de 2024
Número de páginas
3
Escrito en
2023/2024
Tipo
Notas de lectura
Profesor(es)
Karen carleton
Contiene
Lecture 21

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Lec 21 -26 learning objectives: Unicellular organisms: Passive diffusion only, no specialization for gas exchange and circulation Various multicellular animals and plant lineages: Independent origins of gas exchange organs and/or circulatory systems Physical constraint (Fick’s Law) operating on convergent gas exchange organs – selection manipulates FL parameters to favor gas exchange Physical constraint (Hagen -Poiseuille Equation) operating on convergent circulatory systems – selection manipulates HPE parameters to favor circulation Lec 21: Fick’s Law: Flux (J) For diffusion = amount / area / time 𝐹𝑙𝑢𝑥 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑎𝑟𝑒𝑎 × 𝑡𝑖𝑚𝑒)=𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 ×𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒)
𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 (𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ) In other words: |𝐽|=𝐷 ∆𝐶
∆𝑥 - In gas exchange, Gas Flux (J) = amount / area / time - 𝐹𝑙𝑢𝑥 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑎𝑟𝑒𝑎 ×𝑡𝑖𝑚𝑒)=𝑑𝑖𝑓𝑓𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓×𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒)
𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑠tan𝑐𝑒 (𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ) Considering all molecules diffusing into cell/organism: Flow rate (dS/dt) For diffusion = total amount / time 𝐹𝑙𝑜𝑤 𝑟𝑎𝑡𝑒 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑡𝑖𝑚𝑒)
= 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡 ×𝑎𝑟𝑒𝑎×𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒)
𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑠tan𝑐𝑒 (𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ) In other words: 𝑑𝑆
𝑑𝑡= 𝐷𝐴 ∆𝐶
∆𝑥 - In gas exchange, gas flow rate (dV/dt) = total amount / time - 𝐹𝑙𝑜𝑤 𝑟𝑎𝑡𝑒 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑡𝑖𝑚𝑒)=𝑑𝑖𝑓𝑓𝑐𝑜𝑒𝑓𝑓×𝑎𝑟𝑒𝑎×𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑑𝑖𝑓𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 (𝑎𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒)
𝑑𝑖𝑓𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑖𝑠tan𝑐𝑒 (𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ) - 𝑑𝑉
𝑑𝑡≈𝐷𝐴 ∆𝑃𝑔
∆𝑥 - 𝐴= Large area, high flow - ∆𝑃𝑝 = Large differences in partial pressure, high flow - ∆𝑥 = Thin boundary, high flow Useful properties: Natural selection: Favors adaptations to maximize flow Gas exchange organs constraints/functional compromises: - Large area, but thin, so often fragile - Vulnerable to mechanical damage and high pressure in circulatory fluids
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