В лёгких совершается обмен О2 и СО2 между воздухом и кровью. Этот обмен происходит благодаря разнице парциального давления газов между альвеолярной газовой смесью и кровью, протекающей в капиллярах лёгких.
Парциальное давление – это давление, приходящееся на какой-либо газ в смеси. Чтобы рассчитать парциальное давление, нужно умножить общее давление смеси газов на долю газа в этой смеси. Например, чтобы вычислить парциальное давление кислорода в воздухе следует умножить атмосферное давление (760 мм рт. ст.) на долю кислорода в воздухе (21%). 760×0,21=159 мм рт. ст.
Парциальное давление О2 в альвеолярной газовой смеси равно 102 мм рт. ст., в венозной крови – 40 мм рт. ст. Давление углекислого газа в альвеолах равно 40 мм рт. ст., в венозной крови – 46 – 48 мм рт. ст. Таким образом, для кислорода градиент (разность) давлений между альвеолярным газом и кровью составляет 62 мм рт. ст., а для СО2 – 6 – 8 мм рт. ст. Этот градиент обеспечивает перемещение газов: кислорода – из альвеолярной газовой смеси в кровь, углекислого газа – в обратном направлении.
Углекислый газ лучше растворим в воде и мембранах, чем кислород, поэтому он быстрее проходит через альвеолярно-капиллярную мембрану, несмотря на меньший градиент давления.
Диффузия газов облегчается за счёт большой площади (70 – 100 м2) и маленькой толщины (примерно 1 мкм) альвеолярно-капиллярной мембраны.