A troca de gases, a entrada de oxigénio molecular (O₂) do ambiente e a saída de dióxido de carbono (CO₂) para o ambiente, é necessária para a função celular. A troca de gases durante a respiração ocorre em grande parte através do movimento de moléculas de gases ao longo de gradientes de pressão. Os gases viajam de áreas de maior pressão parcial para áreas de menor pressão parcial. Nos mamíferos, a troca de gases ocorre nos alvéolos dos pulmões, que estão adjacentes aos capilares e compartilham uma membrana com eles.

Quando os pulmões se expandem, a diminuição resultante da pressão em relação à atmosfera atrai oxigénio para os pulmões. O ar que entra nos pulmões a partir do ambiente tem uma maior concentração de oxigénio e uma menor concentração de dióxido de carbono do que o sangue esgotado de oxigénio que viaja do coração para os pulmões. Assim, o oxigénio difunde do alvéolo para o sangue nos capilares, onde pode ser entregue ao tecido. O dióxido de carbono, em contraste, difunde dos capilares para os alvéolos, onde pode ser expelido através da expiração.

Pressão Parcial

O fluxo de gás é determinado pelo gradiente de pressão de cada gás, com cada gás seguindo o seu menor gradiente. A pressão exercida por um gás individual em uma mistura de gases é sua pressão parcial, e cada gás move-se de uma pressão parcial mais alta para uma pressão parcial mais baixa. Assim, o movimento de O₂ e de CO₂ não estão diretamente relacionados.

O Quadro Geral

O oxigénio é usado pelo corpo humano para converter açúcar e outras moléculas orgânicas no composto energético ATP durante o processo de respiração celular. Um subproduto da respiração celular é o CO₂, que precisa ser removido das células ou mudará o pH e danificará as células. Como o oxigénio é necessário para fornecer energia para funções celulares cruciais, e o CO₂ não se pode acumular, o corpo humano precisa de um fluxo constante de sangue de e para todos os tecidos para permitir a troca de gases.

Alvéolos

Os sistemas respiratório e circulatório cruzam-se estrutural e funcionalmente nos alvéolos. Alvéolos e capilares estão entrelaçados e tocam-se fisicamente, e como ambos têm tipicamente a espessura de uma célula, a troca de gases ocorre facilmente entre os dois. Apesar de os pulmões não serem grandes, a quantidade de O₂ e CO₂ que é trocada é enorme porque há imensos alvéolos—centenas de milhões por pulmão—com uma superfície de cerca de 100 m²!