Výměna plynů nebo dýchání probíhá na povrchu dýchacích cest – hranici mezi vnějším prostředím a vnitřkem těla.
Kontrola dýchání je dána rytmickým dýcháním generovaným frenickým nervem za účelem stimulace kontrakce a uvolnění bránice při vdechování a vydechování. Větrání je řízeno parciálními tlaky kyslíku a oxidu uhličitého a koncentrací vodíkových iontů. Kontrola dýchání se může za určitých okolností, například při cvičení, měnit.
Výměna plynů u lidí a savců
U lidí a savců je výměna respiračních plynů nebo ventilace prováděna mechanismy srdce a plic v rámci dýchacího systému. Krev je vystavena přechodnému elektrickému poli (vlnám QRS EKG) v srdci, které disociuje molekuly různého náboje. Krev, která je polární tekutinou, vyrovnává dipóly s elektrickým polem, je uvolněna, a pak osciluje ve tlumené řízené oscilaci do tvaru J nebo Osbornových vln, T, U a V vln. Expozice elektrickému poli a následná tlumená řízená oscilace disociuje plyn z hemoglobinu, primárně CO2, ale důležitější je BPG, který má vyšší afinitu k hemoglobinu než kyslík, částečně díky jeho opačnému náboji. Zcela disociovaný hemoglobin (který bude dokonce šumět, pokud je elektrické pole příliš silné – důvodem jsou omezené defibrilační jouly, aby se zabránilo bublinkové embolii, která může ucpat cévy v plicích) vstupuje do plic v červených krvinkách připravených k okysličení.
Konverze probíhá na většině transportní cesty. Difuze probíhá pouze na velmi krátkých vzdálenostech. Primární síla působící v dýchacím traktu je dodávána atmosférickým tlakem. Celkový atmosférický tlak na úrovni moře je 760 mmHg (101 kPa), přičemž kyslík (O2) poskytuje parciální tlak (pO2) 160 mmHg, 21% objemových, na vstupu do nares, parciální tlak 150 mmHg v průdušnici v důsledku účinku parciálního tlaku vodní páry a odhadované pO2 100 mmHg v plicním vaku, pokles tlaku v důsledku ztráty vodivosti při pohybu kyslíku transportním průchodem. Atmosférický tlak klesá se zvyšující se nadmořskou výškou, což ve vyšších nadmořských výškách ztěžuje efektivní dýchání. Vyšší hladina BPG v krvi je také pozorována ve vyšších nadmořských výškách.
Podobným způsobem dochází také k výměně CO2, který je výsledkem tkáňového buněčného dýchání. V plicních sklípcích se pCO2 mění z 45 mmHg na 40 mmHg. Koncentraci tohoto plynu v dechu lze měřit pomocí kapnografu. Jako sekundární měření lze odvodit dechovou frekvenci CO2.
K výměně plynů dochází pouze na plicních a systémových kapilárních ložiscích, ale každý může provádět jednoduché experimenty s elektrodami v krvi na stolku, aby mohl pozorovat šumění stimulované elektrickým polem.
Stopové plyny přítomné v dechu v množství nižším než jeden milion jsou amoniak, aceton, isopren. Ty lze měřit pomocí vybrané hmotnostní spektrometrie iontové průtokové trubice.
Krev přenáší kyslík, oxid uhličitý a vodíkové ionty mezi tkáněmi a plícemi. Většina CO2 transportovaného v krvi je rozpuštěna v plazmě (primárně jako rozpuštěný bikarbonát; 60%). Menší část je transportována v červených krvinkách v kombinaci s globinovou částí hemoglobinu jako karbaminohemoglobin. To je chemická část červené krvinky, která napomáhá transportu kyslíku po těle, ale tentokrát je to oxid uhličitý, který je transportován zpět do plic.
Jak CO2 proniká do krevního oběhu, je absorbován červenými krvinkami předtím, než je většina přeměněna na H2CO3 karboanhydrázou, enzymem, který není přítomen v plazmě. H2CO3 se disociuje na H+ a HCO3−. HCO3− se přesouvá z červených krvinek výměnou za Cl− (chloridový posun). Ionty vodíku jsou odstraňovány tlumivými látkami v krvi (Hb).
objem plic – vitální kapacita – funkční zbytková kapacita – respirační minutový objem – uzavírací kapacita – mrtvý prostor – spirometrie – pletyzmografie těla – průtokoměr vrcholu – objem nezávislý na hrudníku – zátěžový test průdušek
ventilace (V) (pozitivní tlak) – dech (inhalace, výdech) -dechová frekvence – respirometr – plicní povrchově aktivní látka – compliance – hysterezivita – odpor dýchacích cest
plicní oběh – perfuze (Q) – hypoxická plicní vazokonstrikce – plicní zkrat
poměr ventilace/perfuze (V/Q) a sken – zóny plic – výměna plynů – tlaky plicních plynů – rovnice alveolárního plynu – hemoglobin – křivka disociace kyslík-hemoglobin (2,3-DPG, Bohrův efekt, Haldanův efekt) – karboanhydráza (chloridový posun) – oxyhemoglobin – respirační kvocient – arteriální krevní plyn – difuzní kapacita – Dlco
pons (pneumotaxické centrum, apneustické centrum) – medulla (dorzální respirační skupina, ventrální respirační skupina) – chemoreceptory (centrální, periferní) – pulmonální stretch receptory – Hering-Breuerův reflex
vysoká nadmořská výška – toxicita kyslíku – hypoxie