Gasuitwisseling, de opname van moleculaire zuurstof (O 2 ) uit de omgeving en de uitstroom van koolstofdioxide (CO 2 ) naar de omgeving, is noodzakelijk voor cellulaire functie. Gasuitwisseling tijdens ademhaling vindt grotendeels plaats via de beweging van gasmoleculen langs drukgradiënten. Gas reist van gebieden met een hogere partiële druk naar gebieden met een lagere partiële druk. Bij zoogdieren vindt gasuitwisseling plaats in de longblaasjes van de longen, die grenzen aan haarvaten en een membraan met hen delen.
Wanneer de longen uitzetten, trekt de resulterende drukverlaging ten opzichte van de atmosfeer zuurstof in de longen. Lucht die vanuit de omgeving de longen binnenkomt, heeft een hogere zuurstofconcentratie en een lagere koolstofdioxideconcentratie dan het zuurstofarme bloed dat van het hart naar de longen stroomt. Zuurstof diffundeert dus van de longblaasjes naar het bloed in de haarvaten, waar het aan weefsel kan worden afgegeven. Koolstofdioxide daarentegen diffundeert van de haarvaten naar de longblaasjes, waar het kan worden verdreven door uitademing.
De gasstroom wordt bepaald door de drukgradiënt van elk gas, waarbij elk gas met zijn gradiënt naar beneden beweegt. De druk die door een afzonderlijk gas in een gasmengsel wordt uitgeoefend, is de partiële druk, en elk gas gaat van een hogere naar een lagere partiële druk. De beweging van O 2 en CO 2 is dus niet direct gerelateerd.
Zuurstof wordt door het menselijk lichaam gebruikt om suiker en andere organische moleculen om te zetten in de energieverbinding ATP tijdens het proces van cellulaire ademhaling. Een bijproduct van cellulaire ademhaling is CO 2 , dat uit cellen moet worden verwijderd, om te voorkomen dat de pH verandert en de cellen beschadigd worden. Omdat zuurstof nodig is om energie te leveren voor cruciale cellulaire functies en CO 2 niet mag worden opgebouwd, heeft het menselijk lichaam een constante bloedstroom van en naar alle weefsels nodig om gasuitwisseling mogelijk te maken.
Het ademhalingssysteem en de bloedsomloop komen structureel en functioneel samen in de longblaasjes. Longblaasjes en capillairen zijn met elkaar verweven en staan met elkaar in contact. Beiden zijn vaak één cel dik waardoor gasuitwisseling tussen de twee gemakkelijk plaatsvindt. Ook al zijn de longen niet groot, de hoeveelheid O 2 en CO 2 die wordt uitgewisseld is enorm, omdat er zoveel longblaasjes zijn – honderden miljoenen per long – met een oppervlakte van ongeveer 100 m 2 !
