פיזיולוגיה של מערכת הנשימה
אוורור

אוורור הוא הסעת אוויר אטמוספירי עשיר בחמצן מהחוץ אל הנאדיות וסילוק אוויר דל בחמצן מהריאות אל החוץ. אוורור דקתי (minute ventilation,‏  {\dot {V}}_{E}), או נפח דקתי, מייצג את נפח האוויר המאוורר את דרכי הנשימה בדקה אחת, והוא שווה למכפלת תדירות הנשימה (f), כלומר, מספר הנשימות בדקה, בנפח החילופי. אדם בריא הנושם 12 נשימות בדקה בנות 500 מ"ל כל אחת יאוורר את דרכי הנשימה שלו ב-6 ליטרים בדקה.
אולם, לא כל הנפח הזה הוא נפח עשיר בחמצן. חלקו הוא אוויר דל בחמצן הנשאר בדרכי הנשימה מתום הנשיפה הקודמת, ומאחר שהוא אינו משתתף בשחלוף הגזים בנאדיות, הוא נקרא נפח מת (dead space,‏ VD). נפח מת הנובע מסיבה מבנית של דרכי הנשימה נקרא נפח מת אנטומי, והוא מגיע לכדי 150 מ"ל באדם בריא. לכן הוגדר אוורור נאדי (Alveolar ventilation,‏  {\dot {V}}_{A}), המייצג את נפח האוויר המשתתף בשחלוף הגזים בנאדיות בדקה אחת, והוא שווה למכפלת תדירות הנשימה בהפרש הנפח החילופי והנפח המת:  {\dot {V}}_{A}=f\cdot (V_{T}-V_{D}). נשימת נפחים חילופיים קטנים בתדירות גבוהה מקטינה את האוורור הנאדי, ולפיכך אינה יעילה, לעיתים עד כדי אי-ספיקה נשימתית. מכאן שעל מנת להגביר את האוורור הנאדי עדיף לנשום ראשית בנפח חילופי גבוה יותר ובעדיפות שנייה להגביר את תדירות הנשימה, כלומר להתנשף מהר יותר.
מדידת הנפח המת היא מורכבת, ולכן פותחו דרכים עקיפות לחישוב האוורור הנאדי. באחת הדרכים נעשה שימוש בייצור הפחמן הדו-חמצני. מאחר שכמעט כל הפחמן הדו-חמצני הנפלט בנשיפה – מקורו בנאדיות, קצב ייצור הפחמן הדו-חמצני שווה למכפלת האוורור הנאדי באחוז הפחמן הדו-חמצני באוויר שבנאדיות –  {\dot {V}}_{CO_{2}}={\dot {V}}_{A}\cdot F_{ACO_{2}}. כמו כן, הוא שווה למכפלת האוורור הדקתי באחוז הפחמן הדו-חמצני באוויר הננשף –  {\dot {V}}_{CO_{2}}={\dot {V}}_{E}\cdot F_{ECO_{2}}. מכאן, האוורור הנאדי שווה למכפלת האוורור הדקתי ביחס אחוזי הפחמן הדו-חמצני באוויר בנאדיות והאוויר הננשף –  {\dot {V}}_{A}={\dot {V}}_{E}\cdot {\frac {F_{ECO_{2}}}{F_{ACO_{2}}}}. את האוורור הדקתי ניתן למדוד באמצעות ספירומטר ואת אחוז הפחמן הדו-חמצני באוויר הננשף על ידי איסופו בשק וקביעת ריכוזו. למדידת אחוז הפחמן הדו-חמצני באוויר הנאדיות קיימות שתי שיטות: האחת באמצעות מד פחמן דו-חמצני – קפנוגרף – והשנייה המסתמכת על שוויון לחצים של פחמן דו-חמצני בנאדיות ( P_{ACO_{2}}) ובדם העורקי ( P_{aCO_{2}}). מאחר שמתקיים כי אחוז הפחמן הדו-חמצני באוויר הנאדיות שווה למנת לחץ הפחמן הדו-חמצני בלחץ האטמוספירי, בניכוי לחץ אדי המים –  F_{ACO_{2}}={\frac {P_{ACO_{2}}}{P_{atm}-P_{H_{2}O}}}, הרי שבהסתמך על שוויון הלחצים  F_{ACO_{2}}={\frac {P_{aCO_{2}}}{P_{atm}-P_{H_{2}O}}}, ומכאן ניתן לקבל את המשוואה  {\dot {V}}_{A}={\frac {V_{CO_{2}}}{P_{aCO_{2}}}}\cdot (P_{atm}-P_{H_{2}O}).
כשם שניתן להביע את קצב ייצור הפחמן הדו-חמצני באמצעות האוורור הנאדי, ניתן גם לקשור בין קצב צריכת החמצן לאוורור: צריכת החמצן שווה למכפלת האוורור הנאדי בהפרש אחוזי החמצן באוויר הנשאף האטמוספירי והאוויר בנאדיות:  {\dot {V}}_{O_{2}}={\dot {V}}_{A}\cdot (F_{IO_{2}}-F_{AO_{2}}). להבעת המשוואה בשימוש בלחצים ניתן להכפיל בלחץ האטמופירי בניכוי לחץ אדי המים, ובשינוי סדר האיברים:  P_{AO_{2}}=P_{IO_{2}}-{\frac {{\dot {V}}_{O_{2}}}{{\dot {V}}_{A}}}\cdot (P_{atm}-P_{H_{2}O}). משוואה זו מלמדת כי הלחץ החלקי של חמצן באוויר הנשאף משפיע על הלחץ החלקי של חמצן בנאדיות בשיעור זהה. כמו כן, הגברת צריכת החמצן במאמץ, או הקטנת האוורור מקטינים את הלחץ החלקי של חמצן באוויר בנאדיות.
בהצבת האוורור הנאדי, כפי שהוא מבוטא על ידי ייצור פחמן דו-חמצני, מתקבלת המשוואה:  P_{AO_{2}}=P_{IO_{2}}-{\frac {{\dot {V}}_{O_{2}}}{{\dot {V}}_{CO_{2}}}}\cdot P_{aCO_{2}}. היחס  {\frac {{\dot {V}}_{CO_{2}}}{{\dot {V}}_{O_{2}}}} מסומן ב- R, והוא מוגדר כיחס הנשימתי. יחס זה הוא פועל יוצא של המטבוליזם ותלוי בהרכב התזונה. תזונה המתבססת על פחמימות בלבד תקנה לו ערך של 1. תזונה מאוזנת מקנה לו ערך של 0.8. הצבה של  R נותנת את משוואת הגז בנאדיות:  P_{AO_{2}}=P_{IO_{2}}-{\frac {P_{aCO_{2}}}{R}}.