L’échange de gaz, l’apport en oxygène moléculaire (O2) de l’environnement et le dégagement de dioxyde de carbone (CO2) dans l’environnement, est nécessaire pour la fonction cellulaire. L’échange de gaz pendant la respiration se produit en grande partie par le mouvement des molécules de gaz le long des gradients de pression. Le gaz se déplace des zones de pression partielle plus élevée vers les zones de pression partielle plus basse. Chez les mammifères, les échanges gazeux ont lieu dans les alvéoles des poumons, qui sont adjacentes aux capillaires et avec lesquelles elles partagent une membrane.
Lorsque les poumons se gonflent, la diminution de pression qui en résulte par rapport à l’atmosphère attire l’oxygène dans les poumons. L’air entrant dans les poumons à partir de l’environnement a une concentration en oxygène plus élevée et une concentration en dioxyde de carbone plus faible que le sang appauvri en oxygène qui se déplace du cœur vers les poumons. Ainsi, l’oxygène se diffuse des alvéoles au sang dans les capillaires, où il peut être distribué aux tissus. Le dioxyde de carbone, en revanche, se diffuse des capillaires aux alvéoles, où il peut être expulsé par expiration.
Le flux de gaz est déterminé par le gradient de pression de chaque gaz, chaque gaz se déplaçant vers le bas de son gradient. La pression exercée par un gaz individuel dans un mélange de gaz est sa pression partielle, et chaque gaz passe d’une pression partielle supérieure à une pression partielle inférieure. Ainsi, le mouvement d’O2 et de CO2 n’est pas directement lié.
L’oxygène est utilisé par le corps humain pour convertir le sucre et d’autres molécules organiques en composé d’énergie ATP pendant le processus de respiration cellulaire. Un sous-produit de la respiration cellulaire est le CO2, qui doit être retiré des cellules sinon il changera le pH et endommagera les cellules. Parce que l’oxygène est nécessaire afin de fournir de l’énergie pour les fonctions cellulaires cruciales, et que l’on ne peut pas laisser le CO2 s’accumuler, le corps humain a besoin d’un flux constant de sang vers et depuis tous les tissus pour permettre l’échange de gaz.
Les systèmes respiratoires et circulatoires se rencontrent structurellement et fonctionnellement aux alvéoles. Les alvéoles et les capillaires sont entrelacés et se touchent physiquement, et parce qu’ils ont généralement tous les deux l’épaisseur d’une cellule, l’échange de gaz se produit facilement entre les deux. Même si les poumons ne sont pas grands, la quantité d’O2 et de CO2 qui est échangée est énorme parce qu’il y a tant d’alvéoles, des centaines de millions par poumon, avec une surface d’environ 100 m2 !
