Переход кислорода из альвеолярного воздуха в кровь и углекислого газа из крови в альвеолы происходит только путем диффузии. Никакого механизма активного транспорта газов не существует. Движущей силой диффузии являются разности (градиенты) парциальных давлений (напряжений) кислорода и углекислого газа по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны или аэрогематического барьера.

Напряжение кислорода и углекислого газа (мм. рт. ст.) при спокойном дыхании воздухом

Кислород и углекислый газ диффундируют только в растворенном состоянии, что обеспечивается наличием в воздухоносных путях водяных паров, слизи и сурфактанта.

Дыхательная функция крови, прежде всего, обеспечивается доставкой к тканям необходимого им количества кислорода. Кислород крови находится в двух агрегатных состояниях: растворенный в плазме и связанный с гемоглобином – оксигемоглобин.
Отдавший кислород гемоглобин считают восстановленным дезоксигемоглобином. Поскольку молекула гемоглобина содержит 4 частицы гема (железосодержащего вещества), она может связать 4 молекулы кислорода. Количество кислорода. Связанного гемоглобином в 100мл крови, носит название кислородной емкости крови и составляет около 20 мл кислорода. Кислородная емкость всей крови человека, содержащей примерно 750 г гемоглобина, приблизительно равна 1л.
Образовавшийся в тканях углекислый газ диффундирует в тканевые капилляры, откуда переносится венозной кровью в легкие, где переходит в альвеолы и удаляется с выдыхаемым воздухом. Углекислый газ в крови находится в двух состояниях: растворенный в плазме (5%) и химически связанный с другими веществами (95%) . Углекислый газ в виде химических соединений имеет три формы: угольная кислота, соли угольной кислоты и в связи с гемоглобином.
В крови тканевых капилляров одновременно с поступлением СО₂ эритроцитов и образованием в них угольной кислоты происходит отдача кислорода оксигемоглобином. Восстановленный гемоглобин легко связывает водородные ионы, образующиеся при диссоциации угольной кислоты. Таким образом, восстановленный гемоглобин в венозной крови способствует связыванию СО₂, а оксигемоглобин, образующийся в легочных капиллярах, облегчает его отдачу.
В состоянии покоя с дыханием из организма человека удаляется 230-250 мл СО₂ в минуту. При удалении из крови СО₂ нее уходит примерно эквивалентное число ионов водорода. Таким порядком дыхание участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния во внутренней среде организма.
Обмен газов между кровью и тканями осуществляется также путем диффузии. Между кровью в капиллярах и межтканевой жидкостью существует градиент напряжения кислорода, который составляет 30-80 мм.рт.ст., а напряжение СО₂ в межклеточной жидкости на 20-40 мм.рт.ст. выше, чем в крови. Кроме того, на обмен О₂ и СО₂ в тканях влияют площадь обменной поверхности, количество эритроцитов крови, скорость кровотока, коэффициенты диффузии газов в тех средах, через которые осуществляется их перенос.