Human Anatomy and 

Physiology II

Biology 1414

Unit 4

Respiratory Physiology

Objective 1

List and give the percentage of 
the main gases of the 
atmosphere.

Unit 1 - Objective 1

Main Gases of the 

Atmosphere

     Gas              Symbol    
Approximate %

Nitrogen                N2               
78.6 
Oxygen                 O2                
20.9
Carbon Dioxide    CO2             0.04
Water Vapor         H2O             
0.46

Unit 1 - Objective 1

Objective 2

Define partial pressure and be 
able to compute partial 
pressures of gases in a mixture.

Unit 1 - Objective 2

Definition of Partial 

Pressure

Partial pressure refers to the 
pressure that is exerted by a 
single gas in some given system 
(atmosphere, blood, tissue, lung or 
experimental mixture). The sum 
of the individual partial 
pressures produces the total 
pressure in the system. This total 
pressure is called barometric 
pressure The barometric 
pressure of the atmosphere is 760 
mmHg at sea level.

Unit 1 - Objective 2

Calculation of Partial 

Pressure

Partial pressure is directly 
proportional to the percentage of 
a gas in a mixture. In order to 
calculate  the partial pressure of a 
gas, you will multiply the decimal 
equivalent of the percentage of 
a given gas by the total pressure 
of the system. The general 
formula would be:
partial pressure (P) = % of gas  X  
total pressure

Unit 1 - Objective 2

Calculation of Partial 

Pressure Continued

If the percentage of oxygen in the 
atmosphere is 20.9% and the total 
barometric pressure of the 
atmosphere is 760 mmHg, then:
         PO2 = 0.209  X 760 mmHg.
This gives an oxygen partial 
pressure (PO2)  of:  
         158.84 (159 rounded) mm 
Hg

Unit 1 - Objective 2

Calculation of Partial 

Pressure Continued

If the percentage of carbon 
dioxide in the atmosphere is 
0.04% and the total barometric 
pressure of the atmosphere is 760 
mmHg, then:
         PCO2  =  0.0004  X  760 
mmHg.
This gives a carbon dioxide partial 
pressure (PCO2)  of:  
         0.304 (0.3 rounded) mm Hg

Unit 1 - Objective 2

Objective 3

Distinguish between pulmonary 
ventilation, external and 
internal respiration using short 
definitions.

Unit 1 - Objective3

Definition of Pulmonary 

Ventilation

Pulmonary ventilation is the 
exchange of air between the 
atmosphere and the lungs. This 
process is commonly called 
breathing and depends on chest 
and diaphragm movements, as 
well as, clear airways. Inhalation 
(inspiration) lowers pressure 
inside the lungs which draws in 
air. Exhalation does the opposite.

Unit 1 - Objective 3

Definition of External 

Respiration

External respiration is gas 
exchange between the lung 
alveoli and the blood of the 
pulmonary circulation. This 
process depends on gas partial 
pressure differences, the integrity 
of lung membranes  and blood 
flow in and out of the lungs.

Unit 1 - Objective 3

Definition of Internal 

Respiration

Internal respiration is the 
exchange of gas between the 
blood and the cells of the body.
This process generally depends on 
the same factors as external 
respiration.

Unit 1 - Objective 3

Objective 4

Explain or interpret the movement 
of gases between alveolar spaces, 
blood and cells due to differences 
in partial pressure.

Unit 1 - Objective 4

Movement of Gases in the 

Body  

Movement of gases between the 
alveoli, blood and cells depends on 
the partial pressure difference of a 
gas across these regions.  
According to the Law of Diffusion, 
gases always move from a region 
of high partial pressure to a 
region of low partial pressure. If 
your lungs have a higher gas 
pressure than your blood, then the 
gas will move into your blood and 
visa versa.

Unit 1 - Objective 4

Movement of Gases in the 

Body  

Examine the following slide in 
order to observe the gas partial 
pressure differences that exist in 
different regions of the body. 
Predict the direction of oxygen 
and carbon dioxide movement 
from one region to another using 
the gas pressures.

Unit 1 - Objective 4

Movement of Gases in 

Body

Unit 1 - Objective 4

Objective 5

Name the ways carbon dioxide 
and oxygen are transported by the 
blood.

Unit 1 - Objective 5

Carbon Dioxide Transport

        Method                         
Percentage
Dissolved in Plasma              7 - 10  
%

Chemically Bound to
Hemoglobin in RBC’s           20 - 
30 %

As Bicarbonate Ion in
Plasma                                    60 
-70 %

Unit 1 - Objective5

Oxygen Transport

 Method                                  
Percentage

Dissolved in Plasma                    
1.5 %

Combined with Hemoglobin       
98.5 %

Unit 1 - Objective5

Write reactions to show the 
formation of each of the following 
in the blood. Be able to define 
and discuss the functional 
significance of each: 
oxyhemoglobin, 
carbaminohemoglobin, 
bicarbonate ion, carbonic acid.

Objective 6

Unit 1 - Objective 6

Oxyhemoglobin Formation

Oxyhemoglobin forms when an 
oxygen molecule reversibly 
attaches to the heme portion of 
hemoglobin. The heme unit 
contains iron ( +2 ) which 
provides the attractive force. The 
process is summarized as follows:
     

Unit 1 - Objective 6

O

2

  +  

Hb

HbO

2

Carbaminohemoglobin 

Formation

Carbaminohemoglobin forms 
when a carbon dioxide molecule 
reversibly attaches to an amino 
portion of hemoglobin. The 
process is summarized as follows:
     

Unit 1 - Objective 6

CO

2

  +  

Hb

HbCO

2

Carbonic Acid Formation

Carbonic acid forms abundantly in 
the RBC when the enzyme 
carbonic anhydrase stimulates 
water to combine quickly with 
carbon dioxide. The process is 
summarized as follows:
     

Unit 1 - Objective 6

CO

2

  +  H

2

 

0

H

2

 CO

3

Bicarbonate Ion 

Formation

The bicarbonate ion also forms 
abundantly in the RBC when 
carbonic acid breaks down to 
release a hydrogen ion and 
bicarbonate. The process is 
summarized as follows:
     

Unit 1 - Objective 6

                   H

2

 CO

3

   H

+

   +   

HCO

3

Objective 7

Explain what takes place during 
the chloride shift and be able to 
diagram the chloride shift  for 
tissue capillaries and pulmonary 
capillaries.

Unit 1 - Objective 7

Chloride Shift in Tissue 

Capillaries

When RBC’s move through tissue 
capillaries, they take in carbon 
dioxide and release bicarbonate. 
As bicarbonate is released, 
chloride (-1) shifts into the 
RBC in order to replace the 
negative bicarbonate (-1). This 
preserves charge balance in the 
RBC. To see this, look at the next 
slide.  

Unit 1 - Objective 7

Chloride Shift in Tissue 

Capillaries  

Unit 1 - Objective 4

Tissue Capillary

Chloride Shift in 

Pulmonary Capillaries

When RBC’s move through 
pulmonary capillaries, they take 
in bicarbonate and release carbon 
dioxide. As bicarbonate (-1) shifts 
into the RBC, chloride (-1) shifts 
out of the RBC. This also 
preserves charge balance in the 
RBC. To see this, look at the next 
slide.  

Unit 1 - Objective 7

Chloride Shift  in 

Pulmonary Capillaries

Unit 1 - Objective5

Pulmonary Capillary

Objective 8

Given an oxygen dissociation 
curve, determine the percent of 
hemoglobin saturation with 
oxygen  for a given PO2 and   
PCO2. Discuss the influence of the 
Bohr effect on hemoglobin 
saturation. 

Unit 1 - Objective 8

The Oxygen Dissociation 

Curve

Examine the following oxygen 
dissociation curve and give the 
percent saturation at the following 
partial pressures of oxygen:
          PO2          Percent 
Saturation
    100 mm Hg                  ?
      40 mm Hg                  ? 
      26 mm Hg                  ?

Unit 1 - Objective 8

The Oxygen Dissociation 

Curve  

Unit 1 - Objective 8

The Oxygen Dissociation 

Curve

The answers for the previous 
activity are as follows:
          PO2          Percent 
Saturation
    100 mm Hg                  98
      40 mm Hg                  75
      26 mm Hg                  50

Unit 1 - Objective 8

The Bohr Effect

When the carbon dioxide content 
of the blood increases, the oxygen 
dissociation curve shifts to the 
right. This right shift decreases 
the ability of hemoglobin to hold 
oxygen. Consequently, additional 
oxygen is unloaded  and made 
available to the body. See the 
following graph for this effect.

Unit 1 - Objective 8

Bohr Effect

Unit 1 - Objective 8

Bohr Shift Curve

The Bohr Effect

Did you notice that when PCO2 
increased from 40 to 80 mm Hg, 
oxygen saturation decreased from 
75 % to about 65 %. This made an 
extra 10% oxygen available to the 
tissues. This would come in handy 
during increased activity. The 
Bohr shift is a very positive 
adaptation!

Unit 1 - Objective 8

Objective 9

Cite or recognize four reasons 
why oxyhemoglobin is induced to 
give off oxygen in tissue 
capillaries 

Unit 1 - Objective 9

Factors That Induce 

Oxygen Unloading From 

Hemoglobin

In addition to carbon dioxide 
that causes a right shift in the 
oxygen dissociation and more 
oxygen unloading, there are 
additional factors that cause a 
similar effect:
     1. Increased body 
temperature
     2. Increased H+ from acids
     3. Increased 2,3-
biphosphoglygerate
         (BPG)

Unit 1 - Objective 9

Objective 10

Give the location and function of 
the respiratory centers and list 
five factors that influence the 
centers.

Unit 1 - Objective 10

Location of Respiratory 

Centers

The pons contains the 
pneumotaxic respiratory center 
and the apneustic respiratory 
center. Both of these centers are 
considered secondary 
respiratory centers. This means 
they do not set the basic 
respiratory rhythm. Instead, they 
modify the basic respiratory rate. 
The medulla contains the 
medullary respiratory center 
that operates as the primary 
breathing center.

Unit 1 - Objective 10

Location of Respiratory 

Centers

View the following diagram for the 
location of the respiratory centers

Unit 1 - Objective 10

Respiratory Centers

Unit 1 - Objective

Medullary Respiratory 
Center

Function of Respiratory 

Centers

The pneumotaxic respiratory 
center inhibits inhibits inspiratory 
time and increases breaths per 
minute. The apneustic 
respiratory center has not been 
clearly defined, but, is postulated 
to prolong inspiratory time  and 
reduces breaths per minute. The 
medullary respiratory center 
stimulates basic inspiration for 
about 3 seconds and then basic 
expiration for about 2 seconds 
(5sec/breath= 12breaths/min).

Unit 1 - Objective 10

Factors That Influence 

Respiration

View the following slide for factors 
 that influence respiration

Unit 1 - Objective 10

Factors Influencing 

Respiration

Unit 1 - Objective