Figura rezumă transportul gazelor respiratorii prin sânge și schimbul lor la cele două capete ale drumului. Panoul de sus (a) arată schimbul dintre aerul unei alveole și sângele din capilarele pulmonare, iar panoul de jos (b), schimbul dintre sângele din capilarele periferice și celulele țesuturilor. În plămâni, oxigenul ($\ce{O2}$) trece din alveole în sânge, iar dioxidul de carbon ($\ce{CO2}$) trece din sânge în alveole. În țesuturi se întâmplă invers: oxigenul trece din sânge în țesuturi, iar $\ce{CO2}$ trece din țesuturi în sânge.

În fiecare capilar sunt desenate două globule roșii, fiecare ilustrând câte un proces, numit alături. Săgețile subțiri arată încotro se mișcă fiecare moleculă și în ce se transformă. Săgețile groase dintre globule și cele două săgeți mari dintre panouri arată sensul în care circulă sângele, într-un circuit închis: de la stânga la dreapta prin capilarul pulmonar, în jos spre țesuturi, de la dreapta la stânga prin capilarul periferic și înapoi în sus, spre plămâni. Procesele sunt desenate în globule diferite, dar textul vorbește despre aceleași hematii, care ajung la alveole puțin oxigenate și bogate în dioxid de carbon.

Gazele trec dintr-un compartiment în altul prin difuziune, adică prin deplasarea moleculelor dintr-o zonă cu concentrație mare spre una cu concentrație scăzută. Este un proces pasiv, care nu necesită consum de energie.

(a) În alveole

Spațiul aerian alveolar conține aer bogat în oxigen și sărac în dioxid de carbon. Peretele alveolei stă lipit de cel al unui capilar pulmonar, unul dintre capilarele microscopice de pe suprafața sacului alveolar (Figura 17.5), iar gazele difuzează prin aceste membrane alveolare și capilare. Prin capilar trec globulele roșii (hematiile), niște saci plini cu hemoglobină.

• Preluarea oxigenului (globula din dreapta). Oxigenul difuzează prin membrana respiratorie în plasmă și apoi pătrunde în globula roșie. Acolo se leagă de ionul de fier din porțiunea hem a hemoglobinei (Hb) și formează oxihemoglobina ($\ce{Hb.O2}$). Având patru grupări hem, o moleculă de hemoglobină poate lega patru molecule de oxigen (Figura 14.3).
• Eliberarea $\ce{CO2}$ (globula din stânga). În același timp, sângele cedează dioxidul de carbon adus din țesuturi. Carbaminohemoglobina ($\ce{Hb.CO2}$) își desprinde $\ce{CO2}$, lăsând hemoglobina liberă. Ionii de bicarbonat ($\ce{HCO3-}$) intră din plasmă în globula roșie, iar ionii de clor ($\ce{Cl-}$) ies, adică invers față de țesuturi. În interior, bicarbonatul este reconvertit în dioxid de carbon: $\ce{H+}$ + $\ce{HCO3-}$ → $\ce{H2CO3}$ → $\ce{CO2}$ + $\ce{H2O}$. Moleculele de $\ce{CO2}$ difuzează apoi în spațiul aerian alveolar, de unde sunt eliminate prin expirație.

(b) În celulele corpului

Jos, sângele trece prin capilarele periferice, lipite de celulele din țesuturile periferice (șirul de celule cu nucleu de sub capilar). Aici oxigenul este eliberat din globulele roșii prin mecanisme opuse celor din alveole, iar sângele preia o nouă încărcătură de dioxid de carbon. După regula difuziunii, sensul săgeților arată că acum oxigenul este mai concentrat în sânge, iar $\ce{CO2}$ în celule.

• Eliberarea oxigenului (globula din dreapta). Oxihemoglobina se desface în hemoglobină și oxigen, iar oxigenul difuzează din globulă, prin peretele capilarului, în celule. Acolo este utilizat în metabolismul celular, în procesul de eliberare de energie și formare a ATP-ului.
• Preluarea $\ce{CO2}$ (globula din stânga). Dioxidul de carbon difuzează din celule în plasmă și apoi în globula roșie. O parte se leagă de hemoglobina care tocmai a cedat oxigenul, într-un loc diferit de cel al oxigenului, și formează carbaminohemoglobina ($\ce{Hb.CO2}$). Cea mai mare parte se combină cu apa și formează acid carbonic, într-o reacție catalizată de anhidraza carbonică, o enzimă din globulele roșii. Acidul carbonic disociază apoi în ioni de hidrogen și ioni de bicarbonat: $\ce{CO2}$ + $\ce{H2O}$ → $\ce{H2CO3}$ → $\ce{H+}$ + $\ce{HCO3-}$. Ionii de hidrogen sunt înlăturați de un sistem tampon, în special de hemoglobină. Mulți ioni de bicarbonat difuzează în plasmă, unde se combină cu ionii de sodiu și formează bicarbonat de sodiu ($\ce{NaHCO3}$). Fiecare ion de bicarbonat care iese este înlocuit de un ion de clor care intră: este transferul de clorură din desen, numit în text „transfer de clor”.

Drumul dintre cele două panouri

Între plămâni și țesuturi, oxigenul este transportat aproape în întregime (98%) de hemoglobina din globulele roșii, restul de aproximativ 2% fiind dizolvat în plasmă sau în citoplasma hematiilor. Dioxidul de carbon circulă în trei forme, detaliate în Figura 17.8: dizolvat în plasmă și în citoplasma hematiilor (aproximativ 7%), ca carbaminohemoglobină (25-30%) și ca ioni de bicarbonat (70-75%). Săgeata mare din dreapta reprezintă sângele oxigenat, care pleacă din plămâni prin venulele și venele pulmonare spre partea stângă a inimii, de unde ventriculul stâng îl pompează spre țesuturi. Săgeata mare din stânga aduce înapoi la plămâni sângele încărcat cu $\ce{CO2}$.