Powietrze z jamy nosowej dostaje się do gardła, a stąd do tchawicy, przechodząc po drodze przez krtań. Tchawica ma około 2 cm średnicy i jest elastyczną rurą o ścianach wzmocnionych chrząstkami. Zapobiegają one zapadaniu się ścian tchawicy, na przykład gdy wykonujemy ruchy głową i szyją. Szeroka rura tchawicy rozdziela się na dwa oskrzela główne prowadzące powietrze do płuc. Tutaj oskrzela dzielą się ponownie, na coraz drobniejsze rurki, których średnica jest już nieduża, a ściany coraz cieńsze. Ostatni ich odcinek to ślepo kończące się oskrzeliki oddechowe. Ich ściany tworzą uwypuklenia nazywane pęcherzykami płucnymi. Każdy pęcherzyk opleciony jest siecią włosowatych naczyń krwionośnych i przez jego ścianę, zbudowaną z jednej warstwy komórek nabłonkowych płaskich, zachodzi wymiana gazów między powietrzem a krwią.

Drogi oddechowe to system rurek o różnej średnicy i grubości ścian, zaczynający się w jamie nosowej i w miarę wchodzenia w głąb ciała rozgałęziający się na szereg drobnych przewodów. W czasie wdechu płynie nimi powietrze bogate w tlen, a podczas wydechu powietrze zawierające duże ilości dwutlenku węgla. Najważniejsze jednak dla naszych komórek jest to, co dzieje się z gazami oddechowymi w płucach. Przez cieniutkie ściany pęcherzyków płucnychpęcherzyki płucnepęcherzyków płucnych tlen przenika do krwi, a dwutlenek węgla ją opuszcza.

Skomplikowane w swej budowie i działaniu ciało człowieka ma olbrzymie zapotrzebowanie na tlen i aby je zaspokoić, powierzchnia wymiany musi być bardzo duża. Rzeczywiście, gdybyśmy dodali do siebie powierzchnię około 700 milionów pęcherzyków płucnych, a tyle jest ich w płucach dorosłego człowieka, to otrzymalibyśmy imponujący wynik – prawie 90 mIndeks górny 2²! Nie tylko wiele razy więcej niż całkowita powierzchnia jego skóry, ale prawie tyle, ile wynosi powierzchnia kortu tenisowego (warto wspomnieć, że ta olbrzymia powierzchnia to nie tylko „wrota” dla tlenu, ale i miejsce utraty parującej z niej wody). Wszystkie pęcherzyki płucne, starannie upakowane, mieszczą się w dwóch niewielkich płucachpłucapłucach o różowoszarym kolorze.

Wiemy, jak powietrze dostaje się do pęcherzyków płucnych, wiemy też, że do oplatających je naczyń włosowatychnaczynia włosowate (kapilary)naczyń włosowatych napływa z tkanek krew uboga w tlen, bogata zaś w dwutlenek węgla. Teraz pozostaje nam już tylko przyjrzenie się, jak gazy oddechowe pokonują barierę ściany pęcherzyka.

Zdolność łączenia się hemoglobinyhemoglobina (HbA)hemoglobiny z tlenem i dwutlenkiem węgla zależy od warunków środowiska. Przeanalizujmy sytuację panującą w pęcherzyku płucnym w czasie wdechu. Wypełniające go powietrze jest bogate w tlen i ubogie w dwutlenek węgla – odwrotnie niż omywająca go krew, która zawiera niewiele tlenu, ale bardzo dużo dwutlenku węgla. W takich warunkach, na drodze dyfuzji, zgodnie z gradientem stężeń, tlen przenika do krwi, a dwutlenek węgla do światła pęcherzyka, skąd w czasie wydechu zostanie usunięty na zewnątrz ciała.

Następnym etapem jest związanie tlenu przez wypełniającą erytrocyty hemoglobinę, które zachodzi dzięki obecności atomów żelaza FeIndeks górny 2+²⁺. Wiązaniu tlenu przez hemoglobinę sprzyja spadek temperatury ciała i spadek ciśnienia parcjalnego COIndeks dolny 2₂ (tzw. hipokapniahipokapniahipokapnia), a także wzrost pH krwi. Powstaje w ten sposób oksyhemoglobinaoksyhemoglobinaoksyhemoglobina – jasnoczerwona postać hemoglobiny transportująca tlen do tkanek. Ta forma hemoglobiny jest bardzo nietrwała, dlatego gdy znajdzie się w środowisku, w którym jest duże stężenie dwutlenku węgla i małe stężenie tlenu – a takie właśnie warunki panują w tkankach ciała – oksyhemoglobina rozpada się, uwalniając tlen. Rozpadowi oksyhemoglobiny sprzyja wzrost temperatury ciała (gorączka), wzrost ciśnienia parcjalnego COIndeks dolny 2₂ (tzw. hiperkapniahiperkapniahiperkapnia), a także obniżenie pH krwi.

Następnie tlen przenika przez cienkie ściany naczyń włosowatych (na drodze dyfuzji, zgodnie z różnicą stężeń) i za pośrednictwem płynu tkankowego trafia do komórek ciała, gdzie wymieniany jest z dwutlenkiem węgla. W erytrocytach znajduje się enzym przekształcający gazową postać COIndeks dolny 2₂ w jony wodorowęglanowe. W tej właśnie postaci 70% dwutlenku węgla wędruje w osoczu do płuc, zaś pozostałe 30% pozostaje w erytrocytach i łącząc się z hemoglobiną, tworzy karbaminohemoglobinękarbaminohemoglobinakarbaminohemoglobinę.

Ciemna, zawierająca duże ilości dwutlenku węgla krew jest zbierana z tkanek i żyłami płynie do serca, skąd tętnicami płucnymi trafia do naczyń włosowatych oplatających pęcherzyki płucne. Jony wodorowęglanowe ponownie łączą się z erytrocytami i odzyskują swoją pierwotną, gazową postać, a karbaminohemoglobina rozpada się, uwalniając COIndeks dolny 2₂. Dyfunduje on z krwi do światła pęcherzyków i zostaje usunięty z wydechem.

Dwutlenek węgla we krwi występuje w postaci jonu wodorowęglanowego (HCOIndeks dolny 3₃Indeks górny –^–), który stanowi składnik buforu wodorowęglanowego. Enzym anhydraza węglanowaanhydraza węglanowaanhydraza węglanowa katalizuje reakcję dwutlenku węgla z wodą, w wyniku której powstaje kwas węglowy dysocjujący na protony wodorowe i jon wodorowęglanowy:

Bufor ten jest jednym z elementów układu buforowego odpowiedzialnego za utrzymanie równowagi kwasowo‑zasadowej organizmu. Niedobór dwutlenku węgla, spowodowany np. hiperwentylacją, prowadzi do wzrostu zasadowości krwi, powodując tzw. zasadowicę (alkalozęalkalozaalkalozę). Nadmiar dwutlenku węgla, spowodowany np. hipowentylacją, prowadzi do zakwaszenia krwi, powodując tzw. kwasicę (acydozęacydozaacydozę).

Słownik