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Gli esseri umani espirano una miscela di gas, principalmente azoto (78%), ossigeno (16%) e anidride carbonica (4%), insieme a migliaia di composti in tracce che possono rivelare informazioni sulla salute e sulla qualità dell'aria.
Il nostro sistema respiratorio aspira l'aria nei polmoni, dove l'ossigeno si diffonde attraverso le sottili pareti degli alveoli nel flusso sanguigno. Le cellule poi convertono l’ossigeno e il glucosio in energia, producendo anidride carbonica come sottoprodotto. Il sangue riporta questa CO₂ ai polmoni, dove viene espulsa insieme all'azoto non consumato e ad altri gas.
In media, utilizziamo e assorbiamo circa il 4% dell'ossigeno che inspiriamo, lasciando che una percentuale molto maggiore dell'aria inalata venga espirata.
Mentre l’azoto domina sia l’aria inspirata che quella espirata al 78%, l’ossigeno diminuisce dal 21% al 16% in uscita, e l’anidride carbonica aumenta drasticamente dallo 0,04% a circa il 4% in uscita. L'argon rimane stabile a ~0,09% in entrambe le direzioni.
Viene rilasciato anche vapore acqueo, la cui concentrazione varia con l'idratazione, la temperatura e il tasso metabolico. Oltre a questi gas primari, l’aria espirata può contenere fino a 3.500 composti distinti, la maggior parte presenti in quantità microscopiche. Queste tracce di molecole, inclusi composti organici volatili, alcani e vari sottoprodotti metabolici, forniscono una finestra non invasiva sui processi fisiologici.
Nel respiro espirato possono essere rilevati anche inquinanti ambientali come particolato, fumo di sigaretta, anidride solforosa e ossidi di azoto. Le ciglia e il muco del tratto respiratorio agiscono come prima linea di difesa, intrappolando molte sostanze irritanti prima che raggiungano gli alveoli. Tuttavia, alcune particelle e microrganismi aggirano questi meccanismi, portando potenzialmente a infezioni o condizioni respiratorie croniche.
Poiché la composizione dell'aria espirata riflette sia il metabolismo interno che le esposizioni esterne, i medici utilizzano sempre più l'analisi del respiro come strumento diagnostico per condizioni che vanno dall'asma e dalla malattia polmonare ostruttiva cronica ai disturbi metabolici e persino alla diagnosi precoce del cancro.
