جهاز القلب والرئتين جهاز طبي يدعم الدورة الدموية وتبادل الغازات عند ربطه بالجهاز الشرياني الوريدي، ويُستخدم في عمليات القلب المفتوح لتجاوز عمل القلب والرئتين الطبيعيين، إذ يضخ الدم ويزوّده بالأكسجين ويزيل ثاني أكسيد الكربون مؤقتًا لتأمين تروية الأعضاء أثناء الجراحة.

الرئة الاصطناعية جهاز يُزرع داخل الجسم ليحل محل الرئة البيولوجية ويؤدي تبادل الغازات لفترات طويلة بدل الاستخدام المؤقت، وتشمل التقنيات الحديثة أنظمة ألياف مجوفة تُستغل ضخّ القلب لتزويد الدم بالأكسجين، وتُستخدم عندما تتعرض الرئتان لمرض أو تلفٍ مستحكم يمنع الشفاء.

يُعدّ تبادل الغازات المتقطّع أحد أنماط الجهاز التنفسي لدى أكثر من ٥٠ نوعاً من الحشرات، إذ لا يجري تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بصورة مستمرة، بل على فترات متقطعة تتبدل وفق حاجة الكائن ودرجة نشاطه. ويُعَدّ هذا النمط تكيفاً فسيولوجياً يساعد بعض الحشرات على تنظيم استهلاك الأكسجين وتقليل فقد الماء، ولا سيما في البيئات التي تتطلب قدراً أكبر من الكفاءة في الحفاظ على الموارد الداخلية.

الحائل الهوائي الدموي هو غشاء رفيع في منطقة تبادل الغازات بالرئتين يفصل بين هواء الحويصلات الدهوِيّة والدم الشعيري، ويمنع دخول الهواء إلى الدورة الدموية وبدخول الدم إلى الحويصلات، ويتألف من خلايا رئوية من النمط الأول وبطانة شعيرية وغشاء قاعدي مشترك، وهو منفذ لغازات مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون.

تتم عملية تبادل الغازات في الرئتين داخل حويصلات هوائية مجهرية تحيط بها شعيرات دموية دقيقة. وينتقل الأكسجين من الهواء إلى الدم عبر جدران رقيقة، بينما ينتقل ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات ليخرج مع الزفير، وتعتمد كفاءة العملية على سلامة الرئتين والدورة الدموية.