между вдыхаемым воздухом и циркулирующей кровью осуществляется посредством дыхательной системы, которая состоит из совокупности органов. Сначала воздух попадает в систему верхних дыхательных путей, которая состоит из полости носа, носоглотки, ротоглотки, а также ротовой полости. Далее воздух переходит в систему нижних дыхательных путей, которая состоит из гортани, трахеи и бронхов. Бронхи делятся на бронхиолы, далее на альвеолярные ходы и заканчиваются альвеолами. Вокруг альвеол легочные капилляры образуют плотную сеть. Именно здесь, через альвеолярно-капиллярную мембрану, осуществляется газообмен путем простой диффузии из области с высоким парциальным давлением газа в область с низким парциальным давлением.
Воздух, которым мы дышим, представляет собой смесь газов. Он состоит на 78 % из азота (N2), на 20,93 % – из кислорода (О2) и на 0,03 % – из диоксида углерода (СО2). В зависимости от величины атмосферного давления их процентное соотношение может меняться на 1–2 %. Каждый из вышеперечисленных газов оказывает давление, пропорциональное его концентрации в общей смеси. Давление каждого газа в смеси называется парциальным давлением. Согласно закону Дальтона, общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого газа в этой смеси. Если общее атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст., то парциальное давление азота P(N2) в воздухе будет 600,7 мм рт. ст., парциальное давление кислорода Р(O2) – 159,0 мм рт. ст., а диоксида углерода Р(CO2) – 0,3 мм рт. ст.
Газы в нашем теле растворены в жидкостях, например, в плазме крови. Согласно закону Генри, газы растворяются в жидкостях пропорционально своему парциальному давлению, а также в зависимости от способности растворяться в определенных жидкостях и от температуры. Способность газа растворяться в крови – величина постоянная, температура крови также относительно постоянна. Следовательно, наиболее критический фактор газообмена между альвеолами и кровью – градиент парциального давления газов в них. Все эти принципы играют очень важную роль при погружении на глубину, когда на организм фридайвера начинает воздействовать гидростатическое давление. Интенсивность обмена и кислорода и диоксида углерода зависит от градиента давления.
Нервные центры, регулирующие работу дыхательной системы, находятся в продолговатом мозге, который посылает сигналы на увеличение или уменьшение вентиляции, что в свою очередь зависит от газового состава крови. Важная для организма функция дыхания обеспечивается благодаря кровоснабжению и иннервации органов дыхания (бронхиальные артерии и нервы). Емкость сосудистого русла легких может увеличиваться или уменьшаться, что играет огромную роль при кровяном сдвиге во время погружений. Благодаря тому, что емкость легочных сосудов непостоянна, кровенаполнение легких может составлять до 25 % от общего количества крови в организме.
В норме число дыхательных движений равно 15–20 в минуту. Таким образом, кислород поступает в организм, а углекислый газ выводится из организма.