Kun keuhkotuuletus (sisäänhengitetty henkäys ilmaa) on tapahtunut ja keuhkot ovat täyttyneet ilmalla, tapahtuu hengityksen toinen vaihe, keuhkokaasujen vaihto.

Keuhkokaasujen vaihto tapahtuu keuhkoissa keuhkorakkuloiden ja veren välillä. Siitä käytetään myös nimitystä ”ulkoinen hengitys”, koska siihen kuuluvat hengitysprosessit, jotka ovat kosketuksissa ulkoisen ympäristön kanssa.

Kkeuhkokaasunvaihtoprosessi poistaa CO2:n verestä ja täydentää veren O2-varastoa.

Kaasunvaihto tapahtuu painegradienttia pitkin diffuusioksi kutsutun prosessin avulla. Kun hengitämme sisään, hengitämme ilmaa, joka koostuu kaasuseoksesta, johon kuuluu O2 ja CO2.

Näillä kaasuilla on kullakin paine, joka liittyy niiden pitoisuuteen kaasuseoksessa. Näitä yksittäisiä paineita kutsutaan osapaineiksi.

Eroavaisuudet kaasujen osapaineissa keuhkorakkuloissa ja veressä luovat painegradientin hengityskalvon (keuhkorakkuloita ja verikapillaareja erottava kalvo) yli.

Jos paine kalvon kummallakin puolella olisi sama, ei tapahtuisi kaasujen vaihtoa eikä O2:n ja CO2:n liikkumista. Kun O2:n ja CO2:n osapaineet ovat erilaiset, tapahtuu kaasunvaihtoa.

Gaasit liikkuvat alueelta, jossa on korkea pitoisuus (korkea paine), alueelle, jossa on matala pitoisuus (matala paine). Koska keuhkorakkuloihin juuri sisäänhengitetyn ilman O2-pitoisuus on korkea, O2 diffundoituu hengityskalvon läpi vereen, jossa O2-pitoisuus on alhainen. Tämä veri on nyt ”hapetettu” ja lähetetään kehon kudoksiin käytettäväksi, kuten seuraavassa kuvassa näkyy.

Kehon kudoksista keuhkorakkuloihin tullut veri sisältää runsaasti CO2:ta. Tämän ”hapettoman” veren sisältämä hiilidioksidi diffundoituu hengityskalvon läpi keuhkorakkuloihin alueelle, jossa hiilidioksidipitoisuus on alhainen, ja sen jälkeen se uloshengitetään (hengitetään ulos) keuhkoista. Tämä näkyy myös yllä olevassa kuvassa.

Jotta O2 imeytyisi vereen, se sitoutuu hemoglobiiniin (Hb), joka on punasoluissa oleva yhdiste. Hapetettu veri (jota kuljetetaan valtimoissa) on kirkkaanpunaista hemoglobiinin ja hapen sitoutumisen vuoksi. Hapeton veri (joka kulkee suonissa) on paljon tummemmanpunaista, koska hemoglobiiniin sitoutuvaa happea ei ole saatavilla.

Hapetonta verta kutsutaan usein ”siniseksi”, toisin kuin tummanpunaista. Tätä viittausta käytetään ensisijaisesti happipitoisen ja hapettoman veren erottamiseksi toisistaan, jotta ihmiset ymmärtäisivät erot ja jotta erot voitaisiin osoittaa kaavioissa. Hapeton veri ei ole ”sinistä” kuten taivas aurinkoisena päivänä (älkää viiltäkö itseänne tarkistaaksenne tämän!), vaan pikemminkin hyvin tummanpunaista, joka voi näyttää sinertävältä, kun sitä tarkastellaan kehon pintaverisuonten läpi – tarkastakaa kyynärvarren tai käsien suonten väri.