Układ oddechowy człowieka: wentylacja i wymiana gazowa

Gazy przenikają przez błonę wyłącznie dzięki dyfuzji, więc skutecznie działa tylko powierzchnia duża, cienka, wilgotna i oplatana naczyniami włosowatymi. Narząd może leżeć na zewnątrz ciała, jak skrzela, albo wewnątrz, jak płuca i tchawki. Powierzchnia zewnętrzna traci wodę i wymaga środowiska wilgotnego lub wodnego, a wewnętrzna chroni wilgotną błonę przed wysychaniem na lądzie.

Płuca kręgowców stają się coraz bardziej wydajne dzięki podziałowi wnętrza na coraz drobniejsze komory. U płazów to proste worki o niewielkiej liczbie przegród, u gadów wnętrze jest bardziej pofałdowane, a u ssaków płuca tworzą miliony pęcherzyków. Płazy wtłaczają powietrze do płuc, połykając je mięśniami jamy gębowej, gady rozciągają klatkę piersiową żebrami, a ssaki dodatkowo kurczą przeponę.

Płuca ptaków są sztywne, a powietrze przepływa przez nie w jednym kierunku, bo przed płucami i za nimi leżą worki powietrzne, działające jak miechy. Świeże powietrze dociera więc do płuc przez cały cykl oddechowy, a nie tylko przy wdechu.

Tlen jest przenoszony prawie wyłącznie przez hemoglobinę w erytrocytach. Wykres wysycenia hemoglobiny tlenem w zależności od ciśnienia parcjalnego tlenu ma kształt litery S: w płucach, przy wysokim ciśnieniu, hemoglobina jest prawie całkiem wysycona, a w tkankach, gdzie ciśnienie jest niskie, oddaje dużo tlenu. Krzywą przesuwa się w prawo, gdy rośnie temperatura lub stężenie CO₂ albo spada pH, i hemoglobina chętniej oddaje tlen mięśniom.

Dwutlenek węgla płynie głównie jako jon wodorowęglanowy, częściowo związany z hemoglobiną i rozpuszczony w osoczu. Tlenek węgla wiąże się z hemoglobiną silniej niż tlen i blokuje transport tlenu, dlatego nawet niewielkie jego stężenie w powietrzu zmniejsza ilość tlenu dostarczanego tkankom.