تبادل الغازات ، وهو امتصاص الأكسجين الجزيئي (O₂) من البيئة وتدفق ثاني أكسيد الكربون (CO₂) إلى البيئة ، ضروري للوظيفة الخلوية. يحدث تبادل الغازات أثناء التنفس إلى حد كبير عن طريق حركة جزيئات الغاز على طول تدرجات الضغط. ينتقل الغاز من مناطق الضغط الجزئي الأعلى إلى مناطق الضغط الجزئي المنخفض. في الثدييات ، يحدث تبادل الغازات في الحويصلات الهوائية في الرئتين ، المتاخمة للشعيرات الدموية وتشترك معها في الغشاء.

عندما تتوسع الرئتان ، يؤدي الانخفاض الناتج في الضغط بالنسبة للغلاف الجوي إلى سحب الأكسجين إلى الرئتين. يحتوي الهواء الذي يدخل الرئتين من البيئة على تركيز أكسجين أعلى وتركيز أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالدم المستنفد للأكسجين الذي ينتقل من القلب إلى الرئتين. وهكذا ، ينتشر الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الدم في الشعيرات الدموية ، حيث يمكن إيصاله إلى الأنسجة. على النقيض من ذلك ، ينتشر ثاني أكسيد الكربون من الشعيرات الدموية إلى الحويصلات الهوائية ، حيث يمكن طرده من خلال الزفير.

الضغط الجزئي

يتحدد تدفق الغاز من خلال تدرج الضغط لكل غاز ، حيث يتحرك كل غاز إلى أسفل منحدره. الضغط الذي يمارسه غاز فردي في خليط من الغازات هو ضغطه الجزئي ، ويتحرك كل غاز من ضغط جزئي أعلى إلى ضغط جزئي أقل. وبالتالي ، فإن حركة O₂ و CO₂ ليست مرتبطة بشكل مباشر.

الصورة الكبيرة

يستخدم جسم الإنسان الأكسجين لتحويل السكر والجزيئات العضوية الأخرى إلى مركب الطاقة أدينوسين ثلاثي الفوسفات أثناء عملية التنفس الخلوي. منتج ثانوي للتنفس الخلوي هو CO₂ ، والذي يجب إزالته من الخلايا أو سيؤدي إلى تغيير الأس الهيدروجيني وإتلاف الخلايا. نظراً لأن الأكسجين ضروري لتوفير الطاقة للوظائف الخلوية الحاسمة ، ولا يمكن السماح بتراكم ثاني أكسيد الكربون CO₂ ، يحتاج جسم الإنسان إلى تدفق مستمر للدم من وإلى جميع الأنسجة لتمكين تبادل الغازات.

الحويصلات الهوائية

يلتقي الجهاز التنفسي والدورة الدموية هيكلياً و وظيفياً في الحويصلات الهوائية. تتشابك الحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية وتتلامس جسدياً ، ولأن كلاهما عادةً ما يكون بسمك خلية واحدة ، يحدث تبادل الغازات بسهولة بين الاثنين. على الرغم من أن الرئتين ليست كبيرة ، فإن كمية O₂ و CO₂ التي يتم تبادلها ضخمة نظراً لوجود العديد من الحويصلات الهوائية ؛ مئات الملايين لكل رئة _ مع مساحة سطح حوالي ١٠٠ متر مربع!