ระบบทางเดินหายใจ
ภาพแสดงแผนผังระบบทางเดินหายใจของมนุษย์โดยสมบูรณ์ พร้อมส่วนประกอบและหน้าที่ต่างๆ
รายละเอียด
ตัวระบุ
ละติน	ระบบทางเดินหายใจ
เมช	D012137
TA98	A06.00.000
ทีเอ2	3133
เอฟเอ็มเอ	7158
ศัพท์ทางกายวิภาคศาสตร์

ระบบทางเดินหายใจ (หรือระบบการหายใจ ) เป็นระบบทางชีวภาพที่ประกอบด้วยอวัยวะและโครงสร้างเฉพาะที่ใช้ในการ แลกเปลี่ยนก๊าซในสัตว์และพืช

ในสัตว์บก พื้นผิวระบบหายใจจะถูกทำให้เป็นเยื่อบุภายในของปอด[ ^{1 ] การ}แลกเปลี่ยนก๊าซในปอดเกิดขึ้นในถุงลมขนาดเล็กนับล้านถุง ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสัตว์เลื้อยคลาน ถุงลมเหล่านี้เรียกว่าถุงลมปอด (alveoli ) และในนกเรียกว่าห้องหัวใจ (atria ) ถุงลมขนาดเล็กเหล่านี้มีเลือดมาหล่อเลี้ยงอย่างอุดมสมบูรณ์ ทำให้อากาศสัมผัสกับเลือดอย่างใกล้ชิด^{[ 2 ]}ระบบทางเดินหายใจ หรือท่อกลวง ช่วยให้ถุงลมสามารถติดต่อกับสภาพแวดล้อมภายนอกได้ ท่อที่ใหญ่ที่สุดคือ หลอดลมใหญ่ (trachea ) ซึ่งแตกแขนงตรงกลางหน้าอกเป็นหลอดลม หลักสองข้าง (bronchi ) ซึ่งเข้าสู่ปอดและแตกแขนงเป็นหลอดลมรองและหลอดลมย่อยที่แคบลงเรื่อยๆ ซึ่งแตกแขนงเป็นท่อขนาดเล็กจำนวนมากที่เรียกว่าหลอดลมฝอย (bronchioles ) ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสัตว์เลื้อยคลาน ในนกหลอดลมฝอยเรียกว่าพาราบรอนคี (parabronchi ) หลอดลมฝอยหรือพาราบรอนคีโดยทั่วไปจะเปิดออกสู่ถุงลม ขนาดเล็ก (ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม) และห้องหัวใจ (ในนก) อากาศจะต้องถูกสูบจากสิ่งแวดล้อมเข้าไปในถุงลมหรือห้องหัวใจโดยกระบวนการหายใจซึ่งเกี่ยวข้องกับ กล้าม เนื้อ หายใจ

ในปลา ส่วนใหญ่ และ สัตว์น้ำอื่นๆ อีกหลายชนิด(ทั้งสัตว์มีกระดูกสันหลังและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ) ระบบหายใจประกอบด้วยเหงือกซึ่งเป็นอวัยวะภายนอกบางส่วนหรือทั้งหมด แช่อยู่ในน้ำ น้ำจะไหลผ่านเหงือกด้วยวิธีการต่างๆ ทั้งแบบแอคทีฟและพาสซีฟ การแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นในเหงือก ซึ่งประกอบด้วยเส้นใย บางหรือแบนมาก และแผ่นเหงือก ที่สัมผัส กับน้ำใน บริเวณที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่มากของ เนื้อเยื่อ ที่มีเส้นเลือดมาเลี้ยง อย่างหนาแน่น

สัตว์อื่นๆ เช่นแมลงมีระบบหายใจที่มีลักษณะทางกายวิภาคที่เรียบง่ายมาก และในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกแม้แต่ผิวหนังก็มีบทบาทสำคัญในการแลกเปลี่ยนก๊าซพืชก็มีระบบหายใจเช่นกัน แต่ทิศทางการแลกเปลี่ยนก๊าซอาจตรงกันข้ามกับในสัตว์ ระบบหายใจในพืชประกอบด้วยลักษณะทางกายวิภาค เช่นปากใบซึ่งพบได้ในส่วนต่างๆ ของพืช^{[ 3 ]}

ในมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ชนิดอื่นๆ โครงสร้างทางกายวิภาคของระบบทางเดินหายใจโดยทั่วไปคือทางเดินหายใจทางเดินหายใจแบ่งออกเป็นทางเดินหายใจส่วนบนและ ทางเดินหายใจส่วนล่าง ทางเดินหายใจส่วนบนประกอบด้วยจมูกโพรงจมูกไซนัสคอหอยและส่วนของกล่อง เสียง เหนือเส้นเสียง ทางเดินหายใจส่วนล่าง (รูปที่ 2) ประกอบด้วยส่วนล่างของกล่องเสียงหลอดลมหลอดลมฝอยหลอดลมเล็กและถุงลม

ทางเดินหายใจที่แตกแขนงของทางเดินหายใจส่วนล่างมักถูกอธิบายว่าเป็นต้นไม้ทางเดินหายใจหรือต้นไม้หลอดลมและหลอดลมฝอย (รูปที่ 2) ^{[ 4 ]}ช่วงเวลาระหว่างจุดแตกแขนงที่ต่อเนื่องกันตามแขนงต่างๆ ของ "ต้นไม้" มักถูกเรียกว่า "รุ่น" ของการแตกแขนง ซึ่งในมนุษย์ผู้ใหญ่มีประมาณ 23 รุ่น รุ่นแรกๆ (ประมาณรุ่นที่ 0–16) ประกอบด้วยหลอดลมและหลอดลมฝอย รวมถึงหลอดลมฝอยขนาดใหญ่ซึ่งทำหน้าที่เป็นท่ออากาศนำอากาศไปยังหลอดลมฝอยส่วนหายใจ ท่อถุงลม และถุงลม (ประมาณรุ่นที่ 17–23) ซึ่ง เป็นบริเวณที่ มีการแลกเปลี่ยนก๊าซ^{[ 5 ] [ 6 ]}หลอดลมฝอยถูกนิยามว่าเป็นทางเดินหายใจขนาดเล็กที่ไม่มีกระดูกอ่อนรองรับ^{[ 4 ]}

หลอดลมแรกที่แตกแขนงจากหลอดลมใหญ่คือหลอดลมหลักด้านขวาและด้านซ้าย ประการที่สอง หลอดลมเหล่านี้ (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1–1.4 ซม.) ^{[ 5 ]}เข้าสู่ปอด ที่บริเวณ ขั้วปอดแต่ละข้างโดยแตกแขนงออกเป็นหลอดลมรองที่แคบกว่า เรียกว่าหลอดลมกลีบปอด และหลอดลมกลีบปอดเหล่านี้จะแตกแขนงออกเป็นหลอดลมที่สามที่แคบกว่า เรียกว่าหลอดลมส่วน การแบ่งย่อยเพิ่มเติมของหลอดลมส่วน (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 ถึง 6 มม.) ^{[ 7 ]}เรียกว่าหลอดลมส่วนลำดับที่ 4, 5 และ 6 หรือรวมกลุ่มกันเป็นหลอดลมย่อยส่วน^{[ 8 ] [ 9 ]}

เมื่อเปรียบเทียบกับจำนวนกิ่งก้านสาขาของระบบทางเดินหายใจในมนุษย์ผู้ใหญ่ซึ่งโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 23 กิ่งหนูจะมีกิ่งก้านสาขาดังกล่าวเพียงประมาณ 13 กิ่งเท่านั้น

ถุงลมเป็นปลายสุดของ "ต้นไม้" หมายความว่าอากาศใดๆ ที่เข้าไปในถุงลมจะต้องออกทางเส้นทางเดียวกัน ระบบเช่นนี้สร้างพื้นที่ว่างเปล่าซึ่งเป็นปริมาตรของอากาศ (ประมาณ 150 มล. ในมนุษย์ผู้ใหญ่) ที่เติมเต็มทางเดินหายใจหลังจากการหายใจออก และถูกหายใจกลับเข้าไปในถุงลมก่อนที่อากาศภายนอกจะไปถึง^{[ 10 ] [ 11 ]}เมื่อสิ้นสุดการหายใจเข้า ทางเดินหายใจจะเต็มไปด้วยอากาศภายนอก ซึ่งจะถูกหายใจออกโดยไม่สัมผัสกับตัวแลกเปลี่ยนก๊าซ^{[ 10 ]}

ปอดจะขยายและหดตัวในระหว่างรอบการหายใจ โดยดึงอากาศเข้าและออกจากปอด ปริมาตรของอากาศที่เคลื่อนเข้าหรือออกจากปอดภายใต้สภาวะพักปกติ ( ปริมาตรการหายใจ เข้าออกขณะพัก ประมาณ 500 มล.) และปริมาตรที่เคลื่อนในระหว่างการหายใจเข้าอย่างแรงที่สุดและการหายใจออกอย่างแรงที่สุดจะถูกวัดในมนุษย์โดยใช้สไปโรเมตรี [ ^{12 ] ส}ไปโรแกรมของมนุษย์ผู้ใหญ่ทั่วไปพร้อมชื่อที่กำหนดให้กับการเปลี่ยนแปลงปริมาตรต่างๆ ที่ปอดสามารถเกิดขึ้นได้นั้นแสดงไว้ด้านล่าง (รูปที่ 3):

อากาศในปอดทั้งหมดไม่สามารถถูกขับออกไปได้ในระหว่างการหายใจออกอย่างแรงที่สุด ( ERV ) ปริมาตรคงเหลือ (ปริมาตรของอากาศที่ยังคงเหลืออยู่แม้หลังจากการหายใจออกอย่างแรง) ประมาณ 1.0–1.5 ลิตร ซึ่งไม่สามารถวัดได้ด้วยสไปโรเมตรี ดังนั้นปริมาตรที่รวมปริมาตรคงเหลือ (เช่นความจุคงเหลือเชิงฟังก์ชันประมาณ 2.5–3.0 ลิตร และความจุของปอดทั้งหมดประมาณ 6 ลิตร) จึงไม่สามารถวัดได้ด้วยสไปโรเมตรีเช่นกัน การวัดปริมาตรเหล่านี้ต้องใช้เทคนิคพิเศษ^{[ 12 ]}

อัตราการหายใจเข้าหรือออก ไม่ว่าจะทางปากหรือจมูก หรือเข้าหรือออกจากถุงลมปอดแสดงไว้ในตารางด้านล่าง พร้อมทั้งวิธีการคำนวณ จำนวนรอบการหายใจต่อนาที เรียกว่าอัตราการหายใจโดยเฉลี่ยแล้ว คนที่มีสุขภาพดีจะหายใจ 12-16 ครั้งต่อนาที

การเคลื่อนไหวแบบ "ด้ามปั๊ม" และ "ด้ามถัง" ของซี่โครง

รูปที่ 4ผลของกล้ามเนื้อที่ใช้ในการหายใจเข้าในการขยายช่องอกการเคลื่อนไหวเฉพาะที่แสดงในภาพนี้เรียกว่าการเคลื่อนไหวแบบดึงคันโยกของช่องอก

รูปที่ 5ในภาพนี้จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าซี่โครงส่วนล่างลาดลงจากกึ่งกลางลำตัวออกไปด้านนอก ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวคล้ายกับ "ลักษณะด้ามปั๊มน้ำ" แต่ในกรณีนี้เรียกว่าการเคลื่อนไหวแบบด้ามถังสีของซี่โครงบ่งบอกถึงการจำแนกประเภทของซี่โครง ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับรายละเอียดในที่นี้

การหายใจ

รูปที่ 7กล้ามเนื้อที่ใช้ในการหายใจขณะพัก: การหายใจเข้าอยู่ทางซ้าย การหายใจออกอยู่ทางขวา กล้ามเนื้อที่หดตัวแสดงด้วยสีแดง กล้ามเนื้อที่คลายตัวแสดงด้วยสีน้ำเงิน การหดตัวของกระบังลมโดยทั่วไปมีส่วนทำให้ช่องอกขยายตัวมากที่สุด (สีฟ้าอ่อน) อย่างไรก็ตาม ในขณะเดียวกัน กล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงจะดึงซี่โครงขึ้นด้านบน (ผลของกล้ามเนื้อเหล่านี้แสดงด้วยลูกศร) ทำให้ซี่โครงขยายตัวระหว่างการหายใจเข้าด้วย (ดูแผนภาพอีกด้านหนึ่งของหน้า) การคลายตัวของกล้ามเนื้อเหล่านี้ทั้งหมดระหว่างการหายใจออกทำให้ซี่โครงและช่องท้อง (สีเขียวอ่อน) กลับคืนสู่ตำแหน่งพักอย่างยืดหยุ่น เปรียบเทียบกับรูปที่ 6 วิดีโอ MRI ของการเคลื่อนไหวของทรวงอกระหว่างรอบการหายใจ

รูปที่ 8กล้ามเนื้อที่ใช้ในการหายใจอย่างแรง (หายใจเข้าและหายใจออก) รหัสสีเหมือนกับด้านซ้าย นอกจากการหดตัวของกระบังลมที่แรงและกว้างขึ้นแล้ว กล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงยังได้รับความช่วยเหลือจากกล้ามเนื้อเสริมในการหายใจเข้าเพื่อเพิ่มการเคลื่อนไหวของซี่โครงขึ้นด้านบน ทำให้ช่องอกขยายตัวมากขึ้น ในระหว่างการหายใจออก นอกจากการคลายตัวของกล้ามเนื้อหายใจเข้าแล้ว กล้ามเนื้อหน้าท้องยังหดตัวอย่างแข็งขันเพื่อดึงขอบล่างของช่องอกลง ทำให้ปริมาตรของช่องอกลดลง ในขณะเดียวกันก็ดันกระบังลมขึ้นไปลึกในช่องอก

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมการหายใจเข้าขณะพักส่วนใหญ่เกิดจากการหดตัวของกระบังลม กระบังลมเป็นแผ่นกล้ามเนื้อรูปโดมที่แยกช่องอกออกจากช่องท้อง เมื่อกระบังลมหดตัว แผ่นกล้ามเนื้อจะแบนลง (กล่าวคือเคลื่อนลงดังแสดงในรูปที่ 7) ทำให้ปริมาตรของช่องอกเพิ่มขึ้นในแนวแกนหน้า-หลัง กระบังลมที่หดตัวจะดันอวัยวะในช่องท้องลง แต่เนื่องจากกล้ามเนื้ออุ้งเชิงกรานป้องกันไม่ให้อวัยวะในช่องท้องส่วนล่างสุดเคลื่อนไปในทิศทางนั้น เนื้อหาในช่องท้องที่ยืดหยุ่นได้จึงทำให้ท้องป่องออกมาทางด้านหน้าและด้านข้าง เนื่องจากกล้ามเนื้อหน้าท้องที่ผ่อนคลายไม่ต้านทานการเคลื่อนไหวนี้ (รูปที่ 7) การป่อง (และหดตัวระหว่างการหายใจออก) ของช่องท้องที่เกิดขึ้นโดยธรรมชาติในระหว่างการหายใจปกติบางครั้งเรียกว่า "การหายใจทางหน้าท้อง" แม้ว่าในความเป็นจริงแล้วจะเป็น "การหายใจโดยใช้กระบังลม" ซึ่งมองไม่เห็นจากภายนอกร่างกาย สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะใช้กล้ามเนื้อหน้าท้องเฉพาะตอนหายใจออกแรงๆ เท่านั้น (ดูรูปที่ 8 และคำอธิบายด้านล่าง) และจะไม่ใช้ในระหว่างการหายใจเข้าทุกรูปแบบ

เมื่อกระบังลมหดตัว ซี่โครงก็จะขยายออกไปพร้อมกันโดยที่ซี่โครงถูกดึงขึ้นด้านบนด้วยกล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงดังแสดงในรูปที่ 4 ซี่โครงทั้งหมดจะเอียงลงจากด้านหลังไปด้านหน้า (ดังแสดงในรูปที่ 4) แต่ซี่โครงล่างสุดจะเอียงลงจากกึ่งกลางลำตัวออกไปด้านนอกด้วย (รูปที่ 5) ดังนั้น เส้นผ่านศูนย์กลางตามขวางของซี่โครงจึงสามารถเพิ่มขึ้นได้ในลักษณะเดียวกับที่เส้นผ่านศูนย์กลางด้านหน้า-ด้านหลังเพิ่มขึ้นจากการเคลื่อนไหวแบบที่เรียกว่า " การเคลื่อนไหวแบบด้ามปั๊ม"ดังแสดงในรูปที่ 4

การขยายตัวของช่องอกในแนวดิ่งโดยการหดตัวของกระบังลม และการขยายตัวในแนวนอนสองมิติโดยการยกตัวขึ้นของซี่โครงด้านหน้าและด้านข้าง ทำให้ความดันภายในช่องอกลดลง ภายในปอดเปิดรับอากาศภายนอก และเนื่องจากมีความยืดหยุ่น จึงขยายตัวเพื่อเติมเต็มพื้นที่ที่เพิ่มขึ้นของเหลวในเยื่อหุ้มปอดซึ่งอยู่ระหว่างเยื่อหุ้มปอดสองชั้นช่วยลดแรงเสียดทานขณะที่ปอดขยายและหดตัว การไหลของอากาศเข้าสู่ปอดเกิดขึ้นผ่านทางทางเดินหายใจ (รูปที่ 2) ในคนที่มีสุขภาพดี ทางเดินหายใจเหล่านี้ เริ่ม ต้นจากจมูก^{[ 13 ] [ 14 ]} (เป็นไปได้ที่จะเริ่มต้นด้วยปาก ซึ่งเป็นระบบหายใจสำรอง อย่างไรก็ตามการหายใจทางปาก เรื้อรัง นำไปสู่ ​​หรือเป็นสัญญาณของความเจ็บป่วย^{[ 15 ] [ 16 ]} ) มันสิ้นสุดที่ถุงปลายตันขนาดเล็กที่เรียกว่าถุงลมซึ่งเปิดอยู่เสมอ แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนต่างๆ สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดย ระบบประสาท ซิมพาเทติกและพาราซิมพาเทติกดังนั้นความดันอากาศในถุงลมจึงใกล้เคียงกับความดันอากาศในบรรยากาศ (ประมาณ 100  kPaที่ระดับน้ำทะเล) ในขณะพัก โดยความแตกต่างของความดันเนื่องจากการหดตัวและการขยายตัวของปอดทำให้ลมเคลื่อนที่เข้าและออกจากปอดในระหว่างการหายใจแทบจะไม่เกิน 2–3 kPa ^{[ 17 ] [ 18 ]}

ในระหว่างการหายใจออก กล้ามเนื้อกะบังลมและกล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงจะคลายตัว ทำให้ทรวงอกและช่องท้องกลับสู่ตำแหน่งที่กำหนดโดยความยืดหยุ่นทางกายวิภาค นี่คือ "ตำแหน่งกลางขณะพัก" ของทรวงอกและช่องท้อง (รูปที่ 7) เมื่อปอดมีปริมาตรอากาศคงเหลือตามความจุการทำงาน (บริเวณสีฟ้าอ่อนในภาพประกอบด้านขวามือของรูปที่ 7) ซึ่งในมนุษย์ผู้ใหญ่จะมีปริมาตรประมาณ 2.5–3.0 ลิตร (รูปที่ 3) ^{[ 6 ]}การหายใจออกขณะพักจะใช้เวลานานประมาณสองเท่าของการหายใจเข้า เนื่องจากกะบังลมคลายตัวอย่างนุ่มนวลกว่าการหดตัวอย่างแข็งขันในระหว่างการหายใจเข้า

ปริมาณอากาศที่เคลื่อนเข้าหรือออก (ทางจมูกหรือปาก) ในระหว่างรอบการหายใจหนึ่งครั้งเรียกว่าปริมาตรการหายใจเข้าออก (tidal volume ) ในมนุษย์ผู้ใหญ่ที่พักผ่อนจะมีปริมาตรประมาณ 500 มิลลิลิตรต่อการหายใจหนึ่งครั้ง เมื่อสิ้นสุดการหายใจออก ทางเดินหายใจจะมีอากาศในถุงลมประมาณ 150 มิลลิลิตร ซึ่งเป็นอากาศแรกที่หายใจกลับเข้าไปในถุงลมในระหว่างการหายใจเข้า^{[ 10 ] [ 19 ]}ปริมาตรอากาศที่หายใจออกจากถุงลมและกลับเข้าไปใหม่นี้เรียกว่า การระบายอากาศ ในพื้นที่ตาย (dead space ventilation) ซึ่งส่งผลให้จากอากาศ 500 มิลลิลิตรที่หายใจเข้าไปในถุงลมในแต่ละครั้ง จะมีเพียง 350 มิลลิลิตร (500 มิลลิลิตร – 150 มิลลิลิตร = 350 มิลลิลิตร) เท่านั้นที่เป็นอากาศอุ่นและชื้นที่สดใหม่^{[ 6 ]}เนื่องจากอากาศบริสุทธิ์ 350 มล. นี้ถูกผสมและเจือจางอย่างทั่วถึงด้วยอากาศที่ยังคงอยู่ในถุงลมหลังจากการหายใจออกตามปกติ (เช่นความจุคงเหลือของปอดประมาณ 2.5–3.0 ลิตร) จึงเห็นได้ชัดว่าองค์ประกอบของอากาศในถุงลมเปลี่ยนแปลงน้อยมากในระหว่างรอบการหายใจ (ดูรูปที่ 9) ความดัน ออกซิเจน (หรือความดันย่อย) ยังคงใกล้เคียงกับ 13–14 kPa (ประมาณ 100 มม.ปรอท) และความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ใกล้เคียงกับ 5.3 kPa (หรือ 40 มม.ปรอท) ซึ่งแตกต่างจากองค์ประกอบของอากาศแห้งภายนอกที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งความดันย่อยของออกซิเจนคือ 21 kPa (หรือ 160 มม.ปรอท) และความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์คือ 0.04 kPa (หรือ 0.3 มม.ปรอท) ^{[ 6 ]}

ในระหว่างการหายใจแรง ( ภาวะหายใจเร็วเกินไป ) เช่น ในระหว่างการออกกำลังกาย การหายใจเข้าจะเกิดขึ้นจากการหดตัวของกระบังลมที่ทรงพลังและมากกว่าในขณะพัก (รูปที่ 8) นอกจากนี้ " กล้ามเนื้อเสริมการหายใจเข้า " ยังทำให้การทำงานของกล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงรุนแรงขึ้น (รูปที่ 8) กล้ามเนื้อเสริมการหายใจเข้าเหล่านี้เป็นกล้ามเนื้อที่ทอดยาวจากกระดูกสันหลังส่วนคอและฐานกะโหลกศีรษะไปยังซี่โครงส่วนบนและกระดูกอกบางครั้งผ่านการยึดเกาะกับกระดูกไหปลาร้า [ ^{6 ] เมื่อ}กล้ามเนื้อเหล่านี้หดตัว ปริมาตรภายในของช่องอกจะเพิ่มขึ้นมากกว่าที่สามารถทำได้โดยการหดตัวของกล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงเพียงอย่างเดียว เมื่อมองจากภายนอกร่างกาย การยกกระดูกไหปลาร้าขึ้นในระหว่างการหายใจเข้าที่หนักหรือลำบากบางครั้งเรียกว่าการหายใจแบบยกกระดูกไหปลาร้าซึ่งพบเห็นได้โดยเฉพาะในระหว่าง การโจมตีของ โรคหอบหืดและในผู้ที่เป็นโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง

ในระหว่างการหายใจแรง การหายใจออกเกิดจากการคลายตัวของกล้ามเนื้อที่ใช้ในการหายใจเข้าทั้งหมด แต่ในขณะนี้ กล้ามเนื้อหน้าท้องแทนที่จะอยู่ในสภาวะผ่อนคลาย (เช่นเดียวกับในขณะพัก) จะหดตัวอย่างรุนแรง ดึงขอบล่างของซี่โครงลงด้านล่าง (ด้านหน้าและด้านข้าง) (รูปที่ 8) ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้ขนาดของซี่โครงลดลงอย่างมาก แต่ยังดันอวัยวะในช่องท้องขึ้นไปกดกับกระบังลม ทำให้กระบังลมโป่งออกมาลึกเข้าไปในทรวงอก (รูปที่ 8) ปริมาตรปอดเมื่อสิ้นสุดการหายใจออกจะต่ำกว่าตำแหน่งกึ่งกลางขณะพัก และมีอากาศน้อยกว่า "ความจุคงเหลือเชิงฟังก์ชัน" ขณะพักมาก อย่างไรก็ตาม ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมปกติ ปอดไม่สามารถว่างเปล่าได้อย่างสมบูรณ์ ในมนุษย์ผู้ใหญ่ จะยังมีอากาศเหลืออยู่ในปอดอย่างน้อย 1 ลิตรเสมอหลังจากการหายใจออกเต็มที่^{[ 6 ]}

การหายใจเข้าและออกอย่างเป็นจังหวะอัตโนมัติ อาจถูกขัดจังหวะได้ด้วยการไอ จาม (ซึ่งเป็นการหายใจออกอย่างแรง) การแสดงอารมณ์ต่างๆ (เช่น การหัวเราะ การถอนหายใจ การร้องด้วยความเจ็บปวด การหายใจเข้าอย่างแรง) และการกระทำโดยสมัครใจ เช่น การพูด การร้องเพลง การผิวปาก และการเล่นเครื่องดนตรีประเภทเป่าลม การกระทำเหล่านี้ล้วนอาศัยกล้ามเนื้อที่กล่าวมาข้างต้น และผลกระทบของกล้ามเนื้อเหล่านั้นต่อการเคลื่อนที่ของอากาศเข้าและออกจากปอด

แม้จะไม่ใช่รูปแบบของการหายใจ แต่การกระทำของ Valsalvaเกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อระบบหายใจ อันที่จริงแล้วมันคือความพยายามในการหายใจออกอย่างแรงมากโดยปิดกล่องเสียง ให้สนิท เพื่อไม่ให้อากาศเล็ดลอดออกจากปอดได้^{[ 20 ]}แต่เนื้อหาในช่องท้องจะถูกขับออกไปในทิศทางตรงกันข้าม ผ่านช่องเปิดในพื้นเชิงกราน กล้ามเนื้อหน้าท้องจะหดตัวอย่างรุนแรง ทำให้ความดันภายในช่องท้องและทรวงอกเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก การกระทำของ Valsalva สามารถทำได้โดยสมัครใจ แต่โดยทั่วไปแล้วจะเป็นปฏิกิริยาตอบสนองที่เกิดขึ้นเมื่อพยายามขับถ่ายของเสียออกจากช่องท้อง เช่น ในระหว่างการถ่ายอุจจาระที่ยากลำบาก หรือระหว่างการคลอดบุตร การหายใจจะหยุดลงในระหว่างการกระทำนี้

กลไกการแลกเปลี่ยนก๊าซ

รูปที่ 11ภาพประกอบแสดงกระบวนการแลกเปลี่ยนก๊าซในปอดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างละเอียด โดยเน้นความแตกต่างระหว่างองค์ประกอบของก๊าซในอากาศโดยรอบ อากาศในถุงลม (สีฟ้าอ่อน) ซึ่งเลือดในเส้นเลือดฝอยปอดปรับสมดุลด้วย และความดันก๊าซในเลือดแดงปอด (เลือดสีฟ้าที่เข้าสู่ปอดทางด้านซ้าย) และเลือดดำปอด (เลือดสีแดงที่ออกจากปอดทางด้านขวา) ความดันก๊าซทั้งหมดมีหน่วยเป็น kPa หากต้องการแปลงเป็น mm Hg ให้คูณด้วย 7.5

รูปที่ 12ภาพตัดขวางทางจุลกายวิภาคของเนื้อเยื่อปอดส่วนหนึ่ง แสดงให้เห็นถุงลม ที่พองตัวตามปกติ (เมื่อสิ้นสุดการหายใจออกตามปกติ) และผนังของถุงลมที่มีเส้นเลือดฝอยในปอด (แสดงในภาพตัดขวาง) ภาพนี้แสดงให้เห็นว่าเลือดในเส้นเลือดฝอยในปอดถูกล้อมรอบด้วยอากาศในถุงลมอย่างสมบูรณ์ ในปอดของมนุษย์ปกติ ถุงลมทั้งหมดรวมกันมีอากาศประมาณ 3 ลิตร และเส้นเลือดฝอยในปอดทั้งหมดมี เลือดประมาณ 100 มิลลิลิตร

วัตถุประสงค์หลักของระบบทางเดินหายใจคือการปรับสมดุลความดันย่อยของก๊าซหายใจในอากาศถุงลมกับความดันย่อยในเลือดฝอยปอด (รูปที่ 11) กระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยการแพร่แบบง่าย[ 21 ^{]ผ่านเยื่อ}บางมาก (ที่เรียกว่าเยื่อกั้นเลือด-อากาศ ) ซึ่งเป็นผนังของถุงลมปอด (รูปที่ 10) ประกอบด้วยเซลล์เยื่อบุผิว ถุงลม เยื่อฐานและเซลล์บุผนังหลอดเลือดฝอยถุงลม (รูปที่ 10) ^{[ 22 ]}เยื่อกั้นเลือด-ก๊าซนี้บางมาก (ในมนุษย์ โดยเฉลี่ยหนา 2.2 ไมโครเมตร) มันถูกพับเป็นถุงลมขนาดเล็กประมาณ 300 ล้านถุงที่เรียกว่าถุงลมปอด^{[ 22 ]} (แต่ละถุงมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 75 ถึง 300 ไมโครเมตร) ซึ่งแตกแขนงออกมาจากหลอดลมฝอยในปอดทำให้มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่มาก (ประมาณ 145 ตารางเมตร⁾สำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซ^{[ 22 ]}

อากาศที่อยู่ภายในถุงลมมีปริมาตรกึ่งคงที่ประมาณ 2.5–3.0 ลิตร ซึ่งล้อมรอบเลือดในเส้นเลือดฝอยของถุงลมอย่างสมบูรณ์ (รูปที่ 12) ซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าการปรับสมดุลของความดันย่อยของก๊าซในสองส่วนนั้นมีประสิทธิภาพมากและเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว เลือดที่ออกจากเส้นเลือดฝอยของถุงลมและกระจายไปทั่วร่างกายจึงมีความดันย่อยของออกซิเจน 13–14 kPa (100 mmHg) และความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ 5.3 kPa (40 mmHg) (กล่าวคือเท่ากับความดันก๊าซออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลม) ^{[ 6 ]}ดังที่กล่าวไว้ในส่วนด้านบนความดันย่อยของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศแวดล้อม (แห้ง) ที่ระดับน้ำทะเลคือ 21 kPa (160 mmHg) และ 0.04 kPa (0.3 mmHg) ตามลำดับ^{[ 6 ]}

ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดระหว่างองค์ประกอบของอากาศในถุงลมและอากาศภายนอกสามารถคงอยู่ได้เนื่องจากความจุคงเหลือของปอดถูกบรรจุอยู่ในถุงปลายตันที่เชื่อมต่อกับอากาศภายนอกโดยท่อที่ค่อนข้างแคบและยาว (ทางเดินหายใจ: จมูกคอหอยกล่องเสียงหลอดลมหลอดลมฝอยและแขนงต่างๆลงไปยังหลอดลมเล็ก ) ซึ่งอากาศจะต้องถูกหายใจเข้าและออกผ่าน (กล่าวคือไม่มีการไหลผ่านแบบทิศทางเดียวเหมือนในปอดของนก ) กายวิภาคแบบสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั่วไปนี้ ประกอบกับข้อเท็จจริงที่ว่าปอดไม่ได้ถูกทำให้ว่างเปล่าและพองตัวใหม่ทุกครั้งที่หายใจเข้า (เหลือปริมาตรอากาศจำนวนมากประมาณ 2.5–3.0 ลิตรในถุงลมหลังจากหายใจออก) ทำให้มั่นใจได้ว่าองค์ประกอบของอากาศในถุงลมจะถูกรบกวนน้อยที่สุดเมื่ออากาศบริสุทธิ์ 350 มิลลิลิตรผสมเข้าไปในแต่ละครั้งที่หายใจเข้า ดังนั้นสัตว์จึงได้รับ "บรรยากาศแบบพกพา" ที่พิเศษมาก ซึ่งมีองค์ประกอบที่แตกต่างจากอากาศโดยรอบในปัจจุบันอย่างมีนัยสำคัญ[ 23 ^{]บรรยากาศแบบ}พกพานี้ ( ความจุคงเหลือเชิงฟังก์ชัน ) เป็นสิ่งที่เลือดและเนื้อเยื่อของร่างกายสัมผัส ไม่ใช่อากาศภายนอก

ความดันย่อยของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงที่เกิดขึ้นนั้นถูกควบคุมโดยกลไกการรักษาสมดุลของร่างกาย การเพิ่มขึ้นของความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ ในหลอดเลือด _{แดง และการลดลงของความดันย่อยของออกซิเจนในหลอดเลือด แดง}ในระดับที่น้อยกว่าจะกระตุ้นให้หายใจลึกและเร็วขึ้นโดยอัตโนมัติ จนกว่าความดันก๊าซในปอด และดังนั้นในเลือดแดง จะกลับสู่ภาวะปกติ ในทางกลับกัน เมื่อความดันคาร์บอนไดออกไซด์ลดลง หรือความดันออกซิเจนเพิ่มขึ้นในระดับที่น้อยกว่า อัตราและความลึกของการหายใจจะลดลงจนกว่าความดันก๊าซในเลือดจะกลับสู่ภาวะปกติ

เนื่องจากเลือดที่ไหลเข้าสู่เส้นเลือดฝอยในถุงลมมีแรงดันย่อยของ ออกซิเจนโดยเฉลี่ย 6 กิโลปาส _คาล (45 มิลลิเมตรปรอท) ในขณะที่แรงดันในอากาศในถุงลมอยู่ที่ 13-14 กิโลปาสคาล (100 มิลลิเมตรปรอท) จึงมีการแพร่ของออกซิเจนเข้าสู่เลือดในเส้นเลือดฝอยสุทธิ ทำให้องค์ประกอบของอากาศในถุงลม 3 ลิตรเปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อย ในทำนองเดียวกัน เนื่องจากเลือดที่ไหลเข้าสู่เส้นเลือดฝอยในถุงลมมีแรงดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ ประมาณ 6 กิโลปาส _คาล (45 มิลลิเมตรปรอท) ในขณะที่อากาศในถุงลมอยู่ที่ 5.3 กิโลปาสคาล (40 มิลลิเมตรปรอท) จึงมีการเคลื่อนตัวสุทธิของคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากเส้นเลือดฝอยเข้าสู่ถุงลม การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการไหลสุทธิของก๊าซแต่ละชนิดเข้าและออกจากอากาศในถุงลม ทำให้จำเป็นต้องมีการแทนที่อากาศในถุงลมประมาณ 15% ด้วยอากาศจากภายนอกทุกๆ 5 วินาทีโดยประมาณ กระบวนการนี้ถูกควบคุมอย่างเข้มงวดโดยการตรวจสอบก๊าซในเลือดแดง (ซึ่งสะท้อนองค์ประกอบของอากาศในถุงลมได้อย่างแม่นยำ) โดย ตัวรับ ก๊าซในหลอดเลือดแดงใหญ่และหลอดเลือดแดงคาโรติดรวมถึงเซ็นเซอร์ตรวจวัดก๊าซในเลือดและค่า pHบนพื้นผิวด้านหน้าของเมดุลลาออบลองกาตาในสมอง นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในปอด แต่เซ็นเซอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่ทำหน้าที่กำหนดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดลมฝอยและหลอดเลือดฝอยในปอดดังนั้นจึงมีหน้าที่ในการควบคุมการไหลของอากาศและเลือดไปยังส่วนต่างๆ ของปอด

การรักษาสมดุลของปริมาตรอากาศในถุงลมปอด 3 ลิตรอย่างแม่นยำเท่านั้นที่จะทำให้ในแต่ละลมหายใจมีการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศและรับออกซิเจนจากอากาศภายนอกเข้ามา หากมีการสูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าปกติจากการหายใจ เร็วเกินไปในช่วงเวลาสั้นๆ การหายใจจะช้าลงหรือหยุดลงจนกว่าความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ในถุงลมปอดจะกลับมาอยู่ที่ 5.3 กิโลปาสคาล (40 มิลลิเมตรปรอท) ดังนั้นโดยแท้จริงแล้วจึงไม่เป็นความจริงที่ว่าหน้าที่หลักของระบบทางเดินหายใจคือการกำจัด "ของเสีย" คาร์บอนไดออกไซด์ออกจากร่างกาย คาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกหายใจออกมาในแต่ละครั้งนั้น อาจมองได้ว่าเป็นผลพลอยได้จากการรักษาสมดุลของคาร์บอนไดออกไซด์และค่า pH ในของเหลวภายนอกเซลล์ ของร่างกายมากกว่า

หากกลไกการรักษาสมดุลเหล่านี้ถูกรบกวนจะทำให้เกิดภาวะกรดเกินในระบบทางเดินหายใจหรือภาวะด่างเกินในระบบทางเดินหายใจ ในระยะยาว ภาวะเหล่านี้สามารถชดเชยได้ด้วยการปรับความเข้มข้นของ H ⁺และ HCO3− _ในพลาสมา โดย ^ไตแต่เนื่องจากต้องใช้เวลากลุ่มอาการหายใจเร็วเกินไปจึงอาจเกิดขึ้นได้ เช่น เมื่อความกระวนกระวายหรือความวิตกกังวลทำให้บุคคลหายใจเร็วและลึก ส่งผลให้เกิดภาวะด่างเกินในระบบทางเดินหายใจ ที่ไม่พึงประสงค์จากการขับ _CO2ออกจากเลือดมากเกินไปสู่อากาศภายนอก^{[ 24 ]}

ออกซิเจนมีความละลายในน้ำต่ำมาก ดังนั้นจึงถูกลำเลียงในเลือดโดยจับกับฮีโมโกลบิน อย่างหลวมๆ ออกซิเจนถูกยึดติดกับฮีโมโกลบินด้วย กลุ่ม ฮีมที่มีธาตุเหล็กเฟอร์รัส 4 กลุ่มต่อโมเลกุลของฮีโมโกลบิน เมื่อกลุ่มฮีมทั้งหมดแต่ละกลุ่มมีโมเลกุล O₂ หนึ่ง_{โมเลกุล}เลือดจะอยู่ในสภาวะ "อิ่มตัว" ด้วยออกซิเจน และการเพิ่มความดันย่อยของออกซิเจนต่อไปจะไม่ทำให้ความเข้มข้นของออกซิเจนในเลือดเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ในเลือดถูกลำเลียงในรูปของไอออนไบคาร์บอเนต (HCO₃⁻ ⁾ _ในพลาสมา อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยน CO₂ ที่ละลายแล้ว_ให้^เป็น HCO₃⁻ ₍โดยการเติมน้ำ) นั้นช้าเกินไปสำหรับอัตราการไหลเวียนของเลือดผ่านเนื้อเยื่อในด้านหนึ่ง และผ่านเส้นเลือดฝอยในถุงลมในอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นปฏิกิริยานี้จึงถูกเร่งปฏิกิริยาโดยคาร์บอนิกแอนไฮดราสซึ่งเป็นเอนไซม์ภายในเซลล์เม็ดเลือดแดง^{[ 25 ]}ปฏิกิริยาสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งสองทิศทาง ขึ้นอยู่กับความดันย่อยของ CO ₂ที่ มีอยู่ ^{[ 6 ]}คาร์บอนไดออกไซด์จำนวนเล็กน้อยถูกขนส่งบนส่วนโปรตีนของโมเลกุลฮีโมโกลบินในรูปของ กลุ่ม คาร์บามิโนความเข้มข้นรวมของคาร์บอนไดออกไซด์ (ในรูปของไอออนไบคาร์บอเนต CO ₂ ที่ละลาย และกลุ่มคาร์บามิโน) ในเลือดแดง (เช่น หลังจากที่สมดุลกับอากาศในถุงลมแล้ว) อยู่ที่ประมาณ 26 mM (หรือ 58 มล./100 มล.) ^{[ 26 ]}เมื่อเทียบกับความเข้มข้นของออกซิเจนในเลือดแดงที่อิ่มตัวประมาณ 9 mM (หรือ 20 มล./100 มล. ของเลือด) ^{[ 6 ]}

การระบายอากาศของปอดในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกิดขึ้นผ่านศูนย์การหายใจในเมดุลลาออบลองกาตาและพอนส์ของก้านสมอง^{[ 6 ]} บริเวณเหล่านี้สร้าง เส้นทางประสาทหลายเส้นทางซึ่งรับข้อมูลเกี่ยวกับความดันย่อยของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดแดงข้อมูลนี้จะกำหนดอัตราการระบายอากาศเฉลี่ยของถุงลมในปอด เพื่อรักษา ความดันเหล่านี้ ให้คงที่ ศูนย์การหายใจจะทำเช่นนั้นผ่านเส้นประสาทสั่งการซึ่งกระตุ้นกระบังลมและกล้ามเนื้อการหายใจอื่น ๆ

อัตราการหายใจจะเพิ่มขึ้นเมื่อความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดเพิ่มขึ้น ซึ่งตรวจจับได้โดยตัวรับเคมีก๊าซในเลือดส่วนกลางบนพื้นผิวด้านหน้าของเมดุลลาออบลองกาตา [ ^{6 ] ตัว}รับเคมีก๊าซในเลือดส่วนปลายได้แก่เอออร์ติกบอดี้และแคโรติดบอดี้ซึ่งมีความไวต่อความดันย่อยของ O2 _ใน หลอดเลือดแดงเป็นพิเศษ แม้ว่าจะตอบสนองต่อความดันย่อยของ CO2 ด้วยเช่นกัน แต่การตอบสนองจะน้อยกว่า_[ 6 ^{]ที่ระดับ} น้ำทะเล ภายใต้สถานการณ์ปกติ อัตราและความลึก ของการหายใจจะถูกกำหนดโดยความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงเป็นหลัก มากกว่าความดันย่อยของออกซิเจนในหลอดเลือด แดง ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง ก่อนที่ศูนย์ควบคุมการหายใจในเมดุลลาออบลองกาตาและพอนส์จะตอบสนองเพื่อเปลี่ยนอัตราและความลึกของการหายใจ^{[ 6 ]}

การออกกำลังกายทำให้อัตราการหายใจเพิ่มขึ้นเนื่องจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นจากการเผาผลาญที่เพิ่มขึ้นของกล้ามเนื้อที่ออกกำลังกาย^{[ 27 ]}นอกจากนี้ การเคลื่อนไหวแบบพาสซีฟของแขนขายังทำให้อัตราการหายใจเพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติอีกด้วย^{[ 6 ] [ 27 ]}

ข้อมูลที่ได้รับจากตัวรับแรงยืดในปอดเป็นตัวจำกัดปริมาตรการหายใจเข้าและออก (ความลึกของการหายใจเข้าและออก)

ถุงลมในปอดเปิดออกสู่บรรยากาศ (ผ่านทางทางเดินหายใจ) ส่งผลให้ความดันอากาศในถุงลมเท่ากับความดันอากาศโดยรอบที่ระดับน้ำทะเล ที่ระดับความสูง หรือในบรรยากาศเทียมใดๆ (เช่น ห้องดำน้ำ หรือห้องลดความดัน) ที่บุคคลนั้นหายใจได้อย่างอิสระ เมื่อปอดขยายตัว อากาศในถุงลมจะกินพื้นที่มากขึ้น และความดันจะลดลงตามสัดส่วนทำให้มีอากาศไหลเข้ามาทางทางเดินหายใจ จนกระทั่งความดันในถุงลมกลับมาเท่ากับความดันอากาศโดยรอบอีกครั้ง กระบวนการตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นในระหว่างการหายใจออกกระบวนการ นี้ (การหายใจเข้าและหายใจออก) เหมือนกันทุกประการไม่ว่าจะที่ระดับน้ำทะเล บนยอดเขาเอเวอเรสต์หรือในห้องดำน้ำหรือห้องลดความดัน

อย่างไรก็ตาม เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นเหนือระดับน้ำทะเลความหนาแน่นของอากาศจะลดลงแบบทวีคูณ (ดูรูปที่ 14) โดยจะลดลงครึ่งหนึ่งโดยประมาณทุกๆ 5500 เมตรที่ระดับความสูงเพิ่มขึ้น [ ^{28 ] เนื่องจาก}องค์ประกอบของอากาศในชั้นบรรยากาศเกือบจะคงที่ที่ระดับความสูงต่ำกว่า 80 กิโลเมตร อันเป็นผลมาจากผลของการผสมผสานอย่างต่อเนื่องของสภาพอากาศ ความเข้มข้นของออกซิเจนในอากาศ (มิลลิโมล O ₂ต่อลิตรของอากาศโดยรอบ) จะลดลงในอัตราเดียวกับการลดลงของความดันอากาศตามระดับความสูง^{[ 29 ]}ดังนั้น เพื่อให้หายใจเอาออกซิเจนในปริมาณเท่ากันต่อนาที บุคคลนั้นจะต้องหายใจเอาอากาศในปริมาณที่มากกว่าต่อนาทีในระดับความสูงมากกว่าที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งทำได้โดยการหายใจลึกและเร็วขึ้น (เช่นภาวะหายใจเร็ว เกินไป ) มากกว่าที่ระดับน้ำทะเล (ดูด้านล่าง)

อย่างไรก็ตาม มีภาวะแทรกซ้อนที่เพิ่มปริมาณอากาศที่ต้องสูดหายใจเข้าต่อนาที ( ปริมาตรการหายใจต่อนาที ) เพื่อให้ปอดได้รับออกซิเจนในปริมาณเท่ากันที่ระดับความสูงเช่นเดียวกับที่ระดับน้ำทะเล ในระหว่างการหายใจเข้า อากาศจะถูกทำให้ร้อนและอิ่มตัวด้วยไอน้ำในระหว่างที่ผ่านทางเดินจมูกและคอหอยความดันไอน้ำอิ่มตัวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น ที่อุณหภูมิแกนกลางของร่างกาย 37 °C จะอยู่ที่ 6.3  kPa ( 47.0 mmHg) โดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลอื่นใด รวมถึงระดับความสูง^{[ 30 ]}ดังนั้นที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งความดันบรรยากาศโดยรอบอยู่ที่ประมาณ 100 kPa อากาศชื้นที่ไหลเข้าสู่ปอดจากหลอดลมประกอบด้วยไอน้ำ (6.3 kPa) ไนโตรเจน (74.0 kPa) ออกซิเจน (19.7 kPa) และคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย (รวม 100 kPa) ในอากาศแห้งความดันย่อยของ O2 _ที่ระดับน้ำทะเลคือ 21.0 kPa (เช่น 21% ของ 100 kPa) เมื่อเทียบกับออกซิเจน 19.7 kPa ที่เข้าสู่อากาศในถุงลม (ความดันย่อยของออกซิเจนในหลอดลมคือ 21% ของ [100 kPa – 6.3 kPa] = 19.7 kPa) ที่ยอดเขาเอเวอเรสต์ (ที่ระดับความสูง 8,848 เมตร หรือ 29,029 ฟุต) ความดันบรรยากาศรวมคือ 33.7 kPaซึ่ง 7.1 kPa (หรือ 21%) เป็นออกซิเจน^{[ 28 ]}อากาศที่เข้าสู่ปอดก็มีความดันรวม 33.7 kPa เช่นกัน ซึ่ง 6.3 kPa เป็นไอน้ำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (เช่นเดียวกับที่ระดับน้ำทะเล)これによりความดันย่อยของออกซิเจนที่เข้าสู่ถุงลมลดลงเหลือ 5.8 กิโลปาสคาล (หรือ 21% ของ [33.7 กิโลปาสคาล – 6.3 กิโลปาสคาล] = 5.8 กิโลปาสคาล) ดังนั้น การลดลงของความดันย่อยของออกซิเจนในอากาศที่สูดดมเข้าไปจึงมากกว่าการลดลงของความดันบรรยากาศโดยรวมที่ระดับความสูงอย่างเห็นได้ชัด (บนยอดเขาเอเวอเรสต์: 5.8 กิโลปาสคาลเทียบกับ 7.1 กิโลปาสคาล)

นอกจากนี้ ยังมีภาวะแทรกซ้อนเล็กน้อยเพิ่มเติมที่เกิดขึ้นในระดับความสูง หากปริมาตรของปอดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทันทีในตอนเริ่มต้นของการหายใจเข้า ความดันอากาศภายในปอดจะลดลงครึ่งหนึ่ง ซึ่งเกิดขึ้นไม่ว่าระดับความสูงจะเป็นเท่าใดก็ตาม ดังนั้น การลดความดันอากาศที่ระดับน้ำทะเล (100 kPa) ลงครึ่งหนึ่ง จะทำให้ความดันอากาศภายในปอดเหลือ 50 kPa ในขณะที่หากทำเช่นเดียวกันที่ระดับความสูง 5500 เมตร ซึ่งความดันบรรยากาศอยู่ที่ 50 kPa ความดันอากาศภายในปอดจะลดลงเหลือ 25 kPa ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงปริมาตรปอดในปริมาณเท่ากันที่ระดับน้ำทะเล จะส่งผลให้ความแตกต่างของความดันระหว่างอากาศภายนอกและอากาศภายในปอดอยู่ที่ 50 kPa ในขณะที่ที่ระดับความสูง 5500 เมตร จะส่งผลให้ความแตกต่างอยู่ที่เพียง 25 kPa เท่านั้น แรงดันที่ผลักดันอากาศเข้าสู่ปอดระหว่างการหายใจเข้าจึงลดลงครึ่งหนึ่งที่ระดับความสูงนี้ อัตราการไหลของอากาศเข้าสู่ปอดระหว่างการหายใจเข้าที่ระดับน้ำทะเลจึงเป็นสองเท่าของที่เกิดขึ้นที่ระดับความสูง 5500 เมตร อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง การหายใจเข้าและหายใจออกเกิดขึ้นอย่างนุ่มนวลและไม่กระทันหันเหมือนในตัวอย่างที่ให้มา ความแตกต่างระหว่างความดันบรรยากาศและความดันภายในปอดที่ผลักดันอากาศเข้าและออกจากปอดในระหว่างรอบการหายใจนั้นอยู่ในช่วงเพียง 2–3 kPa เท่านั้น^{[ 17 ] [ 18 ]}การเพิ่มความแตกต่างของความดันเล็กน้อยเหล่านี้เป็นสองเท่าหรือมากกว่านั้น จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในความพยายามในการหายใจที่ระดับความสูงมากเท่านั้น

อิทธิพลทั้งหมดข้างต้นของความดันบรรยากาศต่ำต่อการหายใจนั้นได้รับการชดเชยเป็นหลักโดยการหายใจที่ลึกและเร็วขึ้น ( ภาวะหายใจเร็วเกินไป ) ระดับของภาวะหายใจเร็วเกินไปที่แน่นอนจะถูกกำหนดโดยกลไกควบคุมสมดุลก๊าซในเลือดซึ่งควบคุมความดันย่อยของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดแดงกลไกควบคุมสมดุล นี้ จะให้ความสำคัญกับการควบคุมความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ในเลือดแดงมากกว่าออกซิเจนที่ระดับน้ำทะเล^{[ 6 ]}กล่าวคือ ที่ระดับน้ำทะเล ความดันย่อยของ CO2 ในเลือดแดง_จะคงอยู่ที่ระดับใกล้เคียงกับ 5.3 kPa (หรือ 40 mmHg) ภายใต้สถานการณ์ที่หลากหลาย โดยแลกกับความดันย่อยของ O2 ในเลือดแดง_ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในช่วงค่าที่กว้างมาก ก่อนที่จะกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองการหายใจเพื่อแก้ไข อย่างไรก็ตาม เมื่อความดันบรรยากาศ (และด้วยเหตุนี้ความดันย่อยของ O2 _ในอากาศโดยรอบ) ลดลงต่ำกว่า 50–75% ของค่าที่ระดับน้ำทะเลการรักษาสมดุล ของออกซิเจน จะได้รับความสำคัญมากกว่าการรักษาสมดุลของคาร์บอนไดออกไซด์^{[ 6 ]}การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นที่ระดับความสูงประมาณ 2500 เมตร (หรือประมาณ 8000 ฟุต) หากการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน การหายใจเร็วเกินไปที่ระดับความสูงจะทำให้ความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงลดลงอย่างรุนแรง ส่งผลให้ค่า pH ของพลาสมาในหลอดเลือดแดงสูงขึ้นนี่เป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้เกิดโรคแพ้ความสูง ในทางกลับกัน หากการเปลี่ยนไปสู่การรักษาสมดุลของออกซิเจนไม่สมบูรณ์ ภาวะขาดออกซิเจนอาจทำให้อาการทางคลินิกซับซ้อนขึ้นและอาจถึงแก่ชีวิตได้

มีเซนเซอร์ออกซิเจนอยู่ในหลอดลมและหลอดลมฝอย ขนาดเล็ก เมื่อความดันย่อยของออกซิเจนในอากาศที่สูดดมเข้าไปต่ำ เซนเซอร์เหล่านี้จะกระตุ้นให้หลอดเลือดแดงปอดหดตัวโดยอัตโนมัติ^{[ 31 ]} (ซึ่งตรงกันข้ามกับปฏิกิริยาตอบสนองในเนื้อเยื่อ โดยที่ความดันย่อยของออกซิเจนในหลอดเลือดแดงต่ำ_จะทำให้หลอดเลือดแดงขยายตัว) ที่ระดับความสูงความดันในหลอดเลือดแดงปอดจะสูงขึ้นส่งผลให้การไหลเวียนของเลือดไปยังปอดมีความสม่ำเสมอมากขึ้นกว่าที่ระดับน้ำทะเล ที่ระดับน้ำทะเล ความดันในหลอดเลือดแดงปอดต่ำมาก ส่งผลให้ส่วนบนของปอดได้รับเลือดน้อยกว่าส่วนล่างซึ่งได้รับเลือดมากเกินไป มีเพียงบริเวณกลางปอดเท่านั้นที่การไหลเวียนของเลือดและอากาศไปยังถุงลมมีความสมดุลกันอย่างเหมาะสม ที่ระดับความสูง การเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนการระบายอากาศ/การไหลเวียนเลือดของถุงลมจากส่วนบนของปอดไปยังส่วนล่างจะหมดไป ทำให้ถุงลมทุกถุงได้รับเลือดและระบายอากาศในลักษณะที่เหมาะสมทางสรีรวิทยามากขึ้น นี่เป็นปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งที่ช่วยให้ร่างกายปรับตัวเข้ากับระดับความสูงและความดันออกซิเจนต่ำได้

ไตทำหน้าที่วัดปริมาณ ออกซิเจน (มิลลิโมล O2 _/ลิตรเลือด แทนที่จะเป็นความดันย่อยของ O2 ₎ในเลือดแดง เมื่อปริมาณออกซิเจนในเลือดต่ำเรื้อรัง เช่น ในที่สูง เซลล์ไตที่ไวต่อออกซิเจนจะหลั่งฮอร์โมนอิริโทรโปเอติน (EPO) เข้าสู่กระแสเลือด^{[ 32 ] [ 33 ]}ฮอร์โมนนี้กระตุ้นไขกระดูกแดงให้เพิ่มอัตราการผลิตเม็ดเลือดแดง ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของฮีมาโตคริตในเลือด และส่งผลให้ความสามารถในการขนส่งออกซิเจนเพิ่มขึ้น (เนื่องจาก ปริมาณ ฮีโมโกลบินในเลือดสูงขึ้น) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ที่ความดันย่อยของ O2 ในหลอดเลือดแดงเท่ากัน_{บุคคล}ที่มีฮีมาโตคริตสูงจะขนส่งออกซิเจนต่อลิตรเลือดได้มากกว่าบุคคลที่มีฮีมาโตคริตต่ำ ดังนั้น ผู้ที่อาศัยอยู่ในที่สูงจึงมีฮีมาโตคริตสูงกว่าผู้ที่อาศัยอยู่ระดับน้ำทะเล^{[ 33 ] [ 34 ]}

การระคายเคืองของปลายประสาทภายในโพรงจมูกหรือทางเดินหายใจสามารถกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาไอและจามได้การตอบสนองเหล่านี้ทำให้ลมถูกขับออกจากหลอดลมหรือจมูก อย่างแรง ตามลำดับ ด้วยวิธีนี้ สารระคายเคืองที่ติดอยู่ในเมือกที่บุทางเดินหายใจจะถูกขับออกหรือเคลื่อนไปยังปากซึ่งสามารถกลืนได้ [ ^{6 ] ใน}ระหว่างการไอ การหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบในผนังทางเดินหายใจจะทำให้หลอดลมแคบลงโดยการดึงปลายแผ่นกระดูกอ่อนเข้าหากันและโดยการดันเนื้อเยื่ออ่อนเข้าไปในช่องภายใน ซึ่งจะเพิ่มอัตราการไหลของอากาศที่หายใจออกเพื่อขับและกำจัดอนุภาคระคายเคืองหรือเมือกใดๆ

เยื่อบุทางเดินหายใจสามารถหลั่งโมเลกุลได้หลากหลายชนิดที่ช่วยในการป้องกันปอด ซึ่งรวมถึงอิมมูโนโกลบูลิน ชนิดหลั่ง (IgA), คอลเลคติน , เดเฟนซินและเปปไทด์และโปรตีเอสอื่นๆ,สารออกซิเจนที่ว่องไวและสารไนโตรเจนที่ว่องไว สาร ที่หลั่งเหล่านี้สามารถออกฤทธิ์ต้านจุลชีพโดยตรงเพื่อช่วยป้องกันการติดเชื้อในทางเดินหายใจ นอกจากนี้ยังมีการหลั่ง เคโมไคน์และไซโตไคน์หลายชนิดที่ดึงดูดเซลล์ภูมิคุ้มกันแบบดั้งเดิมและเซลล์อื่นๆ ไปยังบริเวณที่ติดเชื้อ

หน้าที่ภูมิคุ้มกันของสาร ลดแรงตึงผิวส่วนใหญ่เกิดจากโปรตีนสองชนิด ได้แก่ SP-A และ SP-D โปรตีนเหล่านี้สามารถจับกับน้ำตาลบนพื้นผิวของเชื้อโรคและทำให้เกิดการจับกินโดยฟาโกไซต์ได้ นอกจากนี้ยังควบคุมการตอบสนองต่อการอักเสบและมีปฏิสัมพันธ์กับการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว การเสื่อมสภาพหรือการไม่ทำงานของสารลดแรงตึงผิวอาจส่งผลให้มีความเสี่ยงต่อการอักเสบและการติดเชื้อในปอดเพิ่มขึ้น^{[ 35 ]}

ระบบทางเดินหายใจส่วนใหญ่บุด้วยเยื่อเมือกที่มีเนื้อเยื่อน้ำเหลืองที่เกี่ยวข้องกับเยื่อเมือกซึ่งผลิตเซลล์เม็ดเลือดขาวเช่นลิมโฟไซต์

ปอดสร้างสารลดแรงตึงผิว ซึ่ง เป็นสารประกอบ ไลโปโปรตีน (ฟอสโฟไลโปโปรตีน) ที่มีคุณสมบัติเป็นสารลดแรงตึงผิว เกิดจากเซลล์ถุงลมชนิดที่ 2 สารนี้จะลอยอยู่บนผิวน้ำบางๆ ที่บุอยู่ภายในถุงลม ช่วยลดแรงตึงผิวของน้ำ

แรงตึงผิวของพื้นผิวที่เป็นน้ำ (ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับอากาศ) มีแนวโน้มที่จะทำให้พื้นผิวนั้นหดตัว^{[ 6 ]}เมื่อพื้นผิวนั้นโค้งงอเหมือนในถุงลมของปอด การหดตัวของพื้นผิวจะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของถุงลมลดลง ยิ่งความโค้งของส่วนต่อประสานระหว่างน้ำกับอากาศแหลมคมมากเท่าใดแนวโน้มที่ถุงลมจะยุบตัวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น [ ^{6 ] สิ่ง}นี้มีผลสามประการ ประการแรก แรงตึงผิวภายในถุงลมจะต้านทานการขยายตัวของถุงลมในระหว่างการหายใจเข้า (กล่าวคือ ทำให้ปอดแข็งหรือไม่ยืดหยุ่น) สารลดแรงตึงผิวจะลดแรงตึงผิวและทำให้ปอดมีความยืดหยุ่น มากขึ้น หรือแข็งน้อยลงกว่ากรณีที่ไม่มีสารลดแรงตึงผิว ประการที่สอง เส้นผ่านศูนย์กลางของถุงลมจะเพิ่มขึ้นและลดลงในระหว่างรอบการหายใจ ซึ่งหมายความว่าถุงลมมีแนวโน้มที่จะยุบตัว (กล่าวคือทำให้เกิดภาวะปอดแฟบ ) มากขึ้นในตอนท้ายของการหายใจออกมากกว่าในตอนท้ายของการหายใจเข้า เนื่องจากสารลดแรงตึงผิวลอยอยู่บนผิวน้ำ โมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจึงอัดแน่นกันมากขึ้นเมื่อถุงลมหดตัวลงระหว่างการหายใจออก^{[ 6 ]}ส่งผลให้มีผลลดแรงตึงผิวมากขึ้นเมื่อถุงลมมีขนาดเล็กกว่าเมื่อถุงลมมีขนาดใหญ่ (เช่น ในตอนท้ายของการหายใจเข้า เมื่อโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวอยู่ห่างกันมากขึ้น) ดังนั้นแนวโน้มที่ถุงลมจะยุบตัวจึงเกือบจะเท่ากันในตอนท้ายของการหายใจออกกับตอนท้ายของการหายใจเข้า ประการที่สาม แรงตึงผิวของชั้นน้ำโค้งที่บุถุงลมมีแนวโน้มที่จะดึงน้ำจากเนื้อเยื่อปอดเข้าไปในถุงลม สารลดแรงตึงผิวช่วยลดอันตรายนี้ลงจนแทบไม่มีนัยสำคัญ และทำให้ถุงลมแห้ง^{[ 6 ] [ 36 ]}

ทารกที่คลอดก่อนกำหนดซึ่งไม่สามารถสร้างสารลดแรงตึงผิวได้จะมีปอดที่มีแนวโน้มที่จะยุบตัวลงทุกครั้งที่หายใจออก หากไม่ได้รับการรักษา ภาวะนี้เรียกว่ากลุ่มอาการหายใจลำบากซึ่งเป็นอันตรายถึงชีวิต การทดลองทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่ดำเนินการโดยใช้เซลล์จากปอดไก่ สนับสนุนศักยภาพในการใช้สเตียรอยด์เป็นวิธีการส่งเสริมการพัฒนาของเซลล์ถุงลมชนิดที่ 2 ^{[ 37 ]}ในความเป็นจริง เมื่อ มีความเสี่ยง ที่จะเกิดการคลอดก่อนกำหนดจะมีการพยายามทุกวิถีทางเพื่อชะลอการคลอด และมัก จะมีการฉีด สเตียรอยด์หลายครั้งให้กับมารดาในระหว่างการชะลอการคลอดนี้ เพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตของปอด^{[ 38 ]}

หลอดเลือดในปอดมีระบบสลายลิ่มเลือด (fibrinolytic system)ที่สลายลิ่มเลือดซึ่งอาจเข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตในปอดโดย ภาวะอุด ตัน (embolism)ซึ่งมักมาจากหลอดเลือดดำส่วนลึกในขา นอกจากนี้ยังปล่อยสารต่างๆ ที่เข้าสู่ระบบไหลเวียนโลหิตแดง และกำจัดสารอื่นๆ จากระบบไหลเวียนโลหิตดำที่มาถึงผ่านทางหลอดเลือดแดงในปอด โปรสตาแกลนดินบางชนิด ถูกกำจัดออกจากระบบไหล เวียนโลหิต ในขณะที่บางชนิดถูกสังเคราะห์ขึ้นในปอดและปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดเมื่อเนื้อเยื่อปอดถูกยืดออก

ปอดจะกระตุ้นฮอร์โมนหนึ่งชนิด แอนจิโอเทนซิน I ซึ่งเป็นเดคาเปปไทด์ที่ไม่ทำงานทางสรีรวิทยา จะถูกเปลี่ยนเป็น แอนจิ โอเทนซิน II ซึ่งเป็นออก ตาเปปไทด์ที่ปล่อยอัลโดสเตอโรนใน ระบบไหลเวียนโลหิต ในปอด ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในเนื้อเยื่ออื่นๆ ด้วยเช่นกัน แต่มีความโดดเด่นเป็นพิเศษในปอด แอนจิโอเทนซิน II ยังมีผลโดยตรงต่อผนังหลอดเลือดแดง ขนาดเล็ก ทำให้เกิดการหดตัว ของหลอดเลือดแดงขนาดเล็ก และส่งผลให้ความดันโลหิตแดง สูงขึ้น ^{[ 39 ]}เอนไซม์แปลงแอนจิโอเทนซิน ซึ่งรับผิดชอบในการกระตุ้นนี้มี ปริมาณมากบนพื้นผิวของเซลล์บุผนังหลอดเลือดของหลอดเลือดฝอยในถุงลม เอนไซม์แปลงนี้ยังทำให้แบรดิกินิน ไม่ทำงาน ด้วย เวลาการไหลเวียนผ่านหลอดเลือดฝอยในถุงลมน้อยกว่าหนึ่งวินาที แต่ 70% ของแอนจิโอเทนซิน I ที่ไปถึงปอดจะถูกเปลี่ยนเป็นแอนจิโอเทนซิน II ในการเดินทางผ่านหลอดเลือดฝอยเพียงครั้งเดียว มีการระบุเอนไซม์เปปติเดสอีกสี่ชนิดบนพื้นผิวของเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดปอด

การเคลื่อนที่ของก๊าซผ่านกล่องเสียงคอหอยและปากทำให้มนุษย์สามารถพูดหรือเปล่งเสียงได้การเปล่งเสียงหรือการร้องเพลงในนกเกิดขึ้นผ่านทางไซริงซ์ซึ่งเป็นอวัยวะที่อยู่บริเวณฐานของหลอดลม การสั่นสะเทือนของอากาศที่ไหลผ่านกล่องเสียง ( สายเสียง ) ในมนุษย์ และไซริงซ์ในนก ทำให้เกิดเสียงขึ้น ด้วยเหตุนี้ การเคลื่อนที่ของก๊าซจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการ สื่อสาร

การหอบในสุนัข แมว นก และสัตว์อื่นๆ บางชนิด เป็นวิธีการลดอุณหภูมิร่างกายโดยการระเหยน้ำลายในปาก (แทนที่จะเป็นการระเหยเหงื่อบนผิวหนัง)

ความผิดปกติของระบบทางเดินหายใจสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มทั่วไปได้หลายกลุ่ม:

• ภาวะอุดกั้นทางเดินหายใจ ( เช่นโรคถุงลมโป่งพองโรคหลอดลมอักเสบโรคหอบหืด )
• ภาวะจำกัดการทำงานของปอด (เช่นโรคพังผืดในปอด โรคซาร์คอยโดซิสความเสียหายของถุงลมภาวะน้ำในช่องเยื่อหุ้มปอด )
• โรคหลอดเลือด (เช่นภาวะบวมน้ำในปอด , ภาวะลิ่มเลือดอุดตันในปอด , ภาวะความดันโลหิตสูงในปอด )
• โรคติดเชื้อ โรคจากสิ่งแวดล้อม และ "โรค" อื่นๆ (เช่นโรคปอดบวมวัณโรคโรคปอดจากแร่ใยหินมลพิษทางอากาศ )
• มะเร็งปฐมภูมิ (เช่นมะเร็งหลอดลม , มะเร็งเยื่อหุ้มปอด )
• มะเร็งทุติยภูมิ (เช่น มะเร็งที่เกิดขึ้นจากส่วนอื่นของร่างกาย แต่ได้แพร่กระจายไปยังปอด)
• ปริมาณสารลดแรงตึงผิวไม่เพียงพอ (เช่นภาวะหายใจลำบากในทารกคลอดก่อนกำหนด)

โดยปกติแล้ว โรคของระบบทางเดินหายใจจะได้รับการรักษาโดยแพทย์ผู้เชี่ยวชาญด้านปอดและนักบำบัดระบบทางเดินหายใจ

ในกรณีที่ผู้ป่วยไม่สามารถหายใจได้เองหรือหายใจไม่เพียงพออาจต้องใช้ เครื่องช่วยหายใจทางการแพทย์

ม้าเป็นสัตว์ที่หายใจทางจมูกเท่านั้นซึ่งหมายความว่าพวกมันแตกต่างจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ หลายชนิด เพราะพวกมันไม่มีทางเลือกในการหายใจทางปากและต้องหายใจเข้าทางจมูกเท่านั้น เนื้อเยื่อแผ่นหนึ่งที่เรียกว่าเพดานอ่อนจะปิดกั้นคอหอยจากปาก (ช่องปาก) ของม้า ยกเว้นตอนกลืนอาหาร สิ่งนี้ช่วยป้องกันไม่ให้ม้าสำลักอาหาร แต่ก็ทำให้ไม่สามารถใช้ปากหายใจได้ เมื่อเกิดภาวะหายใจลำบาก ม้าจึงหายใจได้เฉพาะทางรูจมูกเท่านั้น

ช้างเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพียงชนิดเดียวที่ทราบกันว่าไม่มีช่องเยื่อหุ้มปอดแต่เยื่อหุ้มปอดชั้นนอกและ ชั้น ในนั้นประกอบด้วยเนื้อเยื่อ เกี่ยวพันหนาแน่น และเชื่อมต่อกันด้วยเนื้อเยื่อเกี่ยวพันหลวมๆ^{[ 40 ]}การไม่มีช่องเยื่อหุ้มปอดนี้ ร่วมกับกระบังลม ที่หนาผิดปกติ ถือเป็นการปรับตัวทางวิวัฒนาการที่ช่วยให้ช้างสามารถอยู่ใต้น้ำได้เป็นเวลานานในขณะที่หายใจผ่านงวงซึ่งโผล่ออกมาเป็นท่อหายใจ^{[ 41 ]}

ในช้าง ปอดจะยึดติดกับกระบังลม และการหายใจจะอาศัยกระบังลมเป็นหลักมากกว่าการขยายตัวของซี่โครง^{[ 42 ]}

ระบบทางเดินหายใจของนกแตกต่างอย่างมากจากที่พบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ประการแรก พวกมันมีปอดที่แข็งซึ่งไม่ขยายและหดตัวในระหว่างรอบการหายใจ แต่มีระบบถุงลม ขนาดใหญ่ (รูปที่ 15) กระจายอยู่ทั่วร่างกาย ทำหน้าที่เหมือนเครื่องสูบลม ดึงอากาศจากสิ่งแวดล้อมเข้าไปในถุงลม และขับอากาศที่ใช้แล้วออกหลังจากที่ผ่านปอดแล้ว (รูปที่ 18) ^{[ 43 ]}นอกจากนี้ นกยังไม่มีกระบังลมหรือช่องเยื่อหุ้มปอด

ปอดของนกมีขนาดเล็กกว่าปอดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีขนาดใกล้เคียงกัน แต่ถุงลมคิดเป็น 15% ของปริมาตรทั้งหมดของร่างกาย เมื่อเทียบกับ 7% ที่เป็นถุงลมซึ่งทำหน้าที่เหมือนเครื่องสูบลมในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 44 ]}

การหายใจเข้าและหายใจออกเกิดขึ้นจากการเพิ่มและลดปริมาตรของช่องอกและช่องท้องทั้งหมด (หรือโคเอโลม ) สลับกันไป โดยใช้ทั้งกล้ามเนื้อหน้าท้องและกล้ามเนื้อซี่โครง^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}ในระหว่างการหายใจเข้า กล้ามเนื้อที่ยึดติดกับซี่โครงกระดูกสันหลัง (รูปที่ 17) จะหดตัวทำให้ซี่โครงเอียงไปข้างหน้าและออกไปด้านนอก ซึ่งจะดันซี่โครงกระดูกอกซึ่งยึดติดอยู่เกือบเป็นมุมฉากลงและไปข้างหน้า พร้อมกับดึงกระดูกอก (ที่มีสันนูน เด่นชัด ) ไปในทิศทางเดียวกัน (รูปที่ 17) ซึ่งจะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางทั้งแนวตั้งและแนวนอนของส่วนอกของลำตัวเพิ่มขึ้น การเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและลงล่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนปลาย ด้านหลังของกระดูกอก จะดึงผนังหน้าท้องลง ทำให้ปริมาตรของบริเวณนั้นของลำตัวเพิ่มขึ้นเช่นกัน^{[ 45 ]}การเพิ่มปริมาตรของช่องลำตัวทั้งหมดจะลดความดันอากาศในถุงลมทรวงอกและช่องท้องทั้งหมด ทำให้ถุงลมเหล่านั้นเต็มไปด้วยอากาศดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ในระหว่างการหายใจออก กล้ามเนื้อเฉียงด้านนอกซึ่งยึดติดกับกระดูกอกและกระดูกซี่โครงด้านหน้าและยึดติดกับกระดูกเชิงกราน (กระดูกหัวหน่าวและกระดูกเชิงกรานในรูปที่ 17) ด้านหลัง (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของผนังหน้าท้อง) จะกลับทิศทางการเคลื่อนไหวของการหายใจเข้า พร้อมกับบีบอัดส่วนประกอบภายในช่องท้อง ทำให้ความดันในถุงลมทั้งหมดเพิ่มขึ้น ดังนั้นอากาศจึงถูกขับออกจากระบบทางเดินหายใจในขณะหายใจออก^{[ 45 ]}

ระหว่างการหายใจเข้า อากาศจะเข้าสู่หลอดลมผ่านทางรูจมูกและปาก และต่อเนื่องไปจนถึงบริเวณเลยกล่องเสียงซึ่ง ณ จุดนี้ หลอดลมจะแตกแขนงออกเป็นหลอดลมหลัก สอง เส้น ไปยังปอดทั้งสองข้าง (รูปที่ 16) หลอดลมหลักจะเข้าสู่ปอดและกลายเป็นหลอดลมภายในปอด ซึ่งจะแตกแขนงออกเป็นชุดขนานที่เรียกว่าหลอดลมด้านหน้า และถัดไปอีกเล็กน้อยจะเป็นชุดที่เทียบเท่ากันที่เรียกว่าหลอดลมด้านหลัง (รูปที่ 16) ^{[ 45 ]}ปลายของหลอดลมภายในปอดจะปล่อยอากาศเข้าไปในถุงลมด้านหลังที่ ปลาย หางของนก หลอดลมด้านหลังและด้านหน้าแต่ละคู่จะเชื่อมต่อกันด้วยเส้นเลือดฝอยอากาศขนาดเล็กจำนวนมากที่ขนานกัน (หรือพาราบรอนคี ) ซึ่ง เป็นบริเวณที่เกิด การแลกเปลี่ยนก๊าซ (รูปที่ 16) ^{[ 45 ]}เมื่อนกหายใจเข้า อากาศในหลอดลมจะไหลผ่านหลอดลมภายในปอดเข้าไปในถุงลมด้านหลัง รวมถึงเข้าไปในหลอดลมด้านหลังแต่ไม่เข้าไปใน หลอดลม ด้านหน้า (รูปที่ 18) ทั้งนี้เนื่องจากโครงสร้างของหลอดลมที่นำอากาศที่หายใจเข้าไปให้ห่างจากช่องเปิดของหลอดลมด้านหน้า เข้าสู่ส่วนต่อเนื่องของหลอดลมภายในปอดไปยังหลอดลมด้านหลังและถุงลมด้านหลัง^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}จากหลอดลมด้านหลัง อากาศที่หายใจเข้าไปจะไหลผ่านพาราบรอนคี (และดังนั้นจึงเป็นตัวแลกเปลี่ยนก๊าซ) ไปยังหลอดลมด้านหน้า จากนั้นอากาศจะสามารถไหลออกไปยังถุงลมด้านหน้าที่กำลังขยายตัวได้เท่านั้น ดังนั้น ในระหว่างการหายใจเข้า ถุงลมทั้งด้านหลังและด้านหน้าจะขยายตัว^{[ 45 ]}โดยถุงลมด้านหลังจะเต็มไปด้วยอากาศที่หายใจเข้าใหม่ ในขณะที่ถุงลมด้านหน้าจะเต็มไปด้วยอากาศที่ "ใช้ไปแล้ว" (มีออกซิเจนน้อย) ที่เพิ่งผ่านปอดมา

ระหว่างการหายใจออก ความดันในถุงลมด้านหลัง (ซึ่งเต็มไปด้วยอากาศบริสุทธิ์ระหว่างการหายใจเข้า) จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการหดตัวของกล้ามเนื้อเฉียงที่กล่าวถึงข้างต้น หลักอากาศพลศาสตร์ของช่องเปิดที่เชื่อมต่อกันจากถุงลมด้านหลังไปยังหลอดลมด้านหลังและหลอดลมภายในปอดทำให้มั่นใจได้ว่าอากาศจะออกจากถุงเหล่านี้ไปในทิศทางของปอด (ผ่านหลอดลมด้านหลัง) แทนที่จะไหลกลับลงไปตามหลอดลมภายในปอด (รูปที่ 18) [ ^{49 ] [ 51 ] จาก}หลอดลมด้านหลัง อากาศบริสุทธิ์จากถุงลมด้านหลังจะไหลผ่านพาราบรอนคี (ในทิศทางเดียวกับที่เกิดขึ้นระหว่างการหายใจเข้า) เข้าสู่เวนโทรบรอนคี ทางเดินอากาศที่เชื่อมต่อเวนโทรบรอนคีและถุงลมด้านหน้ากับหลอดลมภายในปอดจะนำอากาศที่ "ใช้ไปแล้ว" ซึ่งมีออกซิเจนต่ำจากอวัยวะทั้งสองนี้ไปยังหลอดลมใหญ่ จากนั้นอากาศก็จะไหลออกสู่ภายนอก^{[ 45 ]}ดังนั้นอากาศที่มีออกซิเจนจึงไหลอย่างต่อเนื่อง (ตลอดวงจรการหายใจ) ในทิศทางเดียวผ่านพาราบรอนคี^{[ 52 ]}

การไหลเวียนของเลือดผ่านปอดของนกจะตั้งฉากกับการไหลของอากาศผ่านพาราบรอนคี ทำให้เกิดระบบแลกเปลี่ยนแบบไหลสวนทาง (รูปที่ 19) ^{[ 43 ] [ 45 ] [ 48 ]}ความดันย่อยของออกซิเจนในพาราบรอนคีจะลดลงตามความยาวเมื่อ O ₂แพร่เข้าสู่เลือด เส้นเลือดฝอยที่ออกจากตัวแลกเปลี่ยนใกล้ทางเข้าของการไหลของอากาศจะดูดซับ O ₂มากกว่าเส้นเลือดฝอยที่ออกจากใกล้ปลายทางออกของพาราบรอนคี เมื่อเนื้อหาของเส้นเลือดฝอยทั้งหมดผสมกัน ความดันย่อยของออกซิเจนสุดท้ายของเลือดดำปอดที่ผสมกันจะสูงกว่าอากาศที่หายใจออก^{[ 45 ] [ 48 ]}แต่ก็ยังน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของอากาศที่หายใจเข้า^{[ 45 ]}ดังนั้นจึงบรรลุความดันย่อยของออกซิเจนในเลือดแดงทั่วร่างกายโดยประมาณเท่ากับที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีด้วยปอดแบบสูบลมของพวกมัน^{[ 45 ]}

หลอดลมเป็นบริเวณที่มีปริมาตรอากาศตายตัว : อากาศที่มีออกซิเจนต่ำที่อยู่ในหลอดลมเมื่อสิ้นสุดการหายใจออกจะเป็นอากาศแรกที่กลับเข้าไปในถุงลมส่วนหลังและปอด เมื่อเปรียบเทียบกับระบบทางเดินหายใจของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมปริมาตรอากาศตายตัวในนกโดยเฉลี่ยจะมากกว่าในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีขนาดเท่ากันถึง 4.5 เท่า^{[ 44 ] [ 45 ]}นกที่มีคอยาวย่อมมีหลอดลมที่ยาว และต้องหายใจลึกกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพื่อชดเชยปริมาตรอากาศตายตัวที่มากกว่า ในนกบางชนิด (เช่นหงส์ฮูเปอร์Cygnus cygnus , นกช้อนปากขาวPlatalea leucorodia , นกกระเรียนฮูพปิ้ง Grus americanaและนกกระเรียนหัวหมวก Pauxi pauxi ) หลอดลมซึ่งในนกกระเรียนบางชนิดอาจยาวถึง 1.5 เมตร^{[ 45 ]}จะขดไปมาภายในร่างกาย ทำให้การระบายอากาศในพื้นที่ตายเพิ่มขึ้นอย่างมาก^{[ 45 ]}

โครงสร้างทางกายวิภาคของปอดในสัตว์เลื้อยคลานมีความซับซ้อนน้อยกว่าในสัตว์ เลี้ยงลูก ด้วยนมโดยสัตว์เลื้อยคลานไม่มีโครงสร้างต้นไม้ทางเดินหายใจที่กว้างขวางเหมือนในปอดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างไรก็ตามการแลกเปลี่ยนก๊าซในสัตว์เลื้อยคลานยังคงเกิดขึ้นในถุงลม^{[ 43 ]}สัตว์เลื้อยคลานไม่มีกระบังลมดังนั้น การหายใจจึงเกิดขึ้นผ่านการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของช่องว่างในร่างกาย ซึ่งถูกควบคุมโดยการหดตัวของกล้ามเนื้อระหว่างซี่โครงในสัตว์เลื้อยคลานทุกชนิด ยกเว้นเต่าในเต่า การหดตัวของกล้ามเนื้อสีข้างเฉพาะคู่หนึ่งจะควบคุมการหายใจเข้าและหายใจออก^{[ 53 ]}

ทั้งปอดและผิวหนังทำหน้าที่เป็นอวัยวะหายใจในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำการหายใจของปอดในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอาศัยการหายใจแบบแรงดันบวก กล้ามเนื้อจะลดพื้นของช่องปากลง ทำให้ช่องปากขยายใหญ่ขึ้นและดึงอากาศผ่านรูจมูกเข้าไปในช่องปากเมื่อปิดรูจมูกและปาก พื้นของช่องปากจะถูกดันขึ้น ซึ่งจะบังคับอากาศลงไปตามหลอดลมเข้าสู่ปอด ผิวหนังของสัตว์เหล่านี้มีเส้นเลือดจำนวนมากและชุ่มชื้น โดยความชุ่มชื้นจะคงอยู่ได้ด้วยการหลั่งเมือกจากเซลล์พิเศษ และมีส่วนเกี่ยวข้องกับการหายใจทางผิวหนังในขณะที่ปอดเป็นอวัยวะหลักสำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซระหว่างเลือดและอากาศในสิ่งแวดล้อม (เมื่ออยู่นอกน้ำ) คุณสมบัติเฉพาะของผิวหนังจะช่วยให้การแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำจมอยู่ในน้ำที่มีออกซิเจนสูง^{[ 54 ]} สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกบางชนิดมีเหงือก ทั้งในระยะแรกของการพัฒนา (เช่นลูกอ๊อดของกบ ) และบางชนิดยังคงมีเหงือกไปจนถึงวัยผู้ใหญ่ (เช่นซาลาแมนเดอร์ บางชนิด ) ^{[ 43 ]}

ออกซิเจนละลายในน้ำได้น้อย ดังนั้น น้ำจืด ที่เติมอากาศเต็มที่จึงมี _O2เพียง 8–10 มล. /ลิตร เมื่อเทียบกับความเข้มข้นของ O2 _ที่ 210 มล./ลิตรในอากาศที่ระดับน้ำทะเล^{[ 58 ]}นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ (กล่าวคือ อัตราที่สารแพร่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ ภายใต้สภาวะมาตรฐาน) ของก๊าซหายใจโดยทั่วไปจะเร็วกว่าในอากาศถึง 10,000 เท่าเมื่อเทียบกับในน้ำ [ ^{58 ] ดังนั้น}ออกซิเจนจึงมีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ 17.6 มม. ^² /วินาทีในอากาศ แต่เพียง 0.0021 มม. ^² /วินาทีในน้ำ^{[ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}ค่าที่สอดคล้องกันสำหรับคาร์บอนไดออกไซด์คือ 16 มม. ^² /วินาทีในอากาศและ 0.0016 มม. ^² /วินาทีในน้ำ^{[ 61 ] [ 62 ]}ซึ่งหมายความว่าเมื่อออกซิเจนถูกดูดซับจากน้ำที่สัมผัสกับตัวแลกเปลี่ยนก๊าซ ออกซิเจนจากบริเวณที่มีออกซิเจนสูงซึ่งอยู่ห่างจากตัวแลกเปลี่ยนก๊าซเพียงเล็กน้อยจะถูกแทนที่ด้วยออกซิเจนจากบริเวณที่มีออกซิเจนสูงได้ช้ากว่าที่เกิดขึ้นในอากาศมาก ปลาได้พัฒนาเหงือกเพื่อจัดการกับปัญหาเหล่านี้ เหงือกเป็นอวัยวะพิเศษที่มีเส้นใยซึ่งแบ่งออกเป็นแผ่นบางๆ แผ่นบางๆ เหล่านี้มีเครือข่ายเส้นเลือดฝอยที่มีผนัง บางและหนาแน่น ซึ่งทำให้มีพื้นที่ผิวสำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซขนาดใหญ่กับปริมาณน้ำจำนวนมากที่ไหลผ่าน^{[ 63 ]}

เหงือกใช้ ระบบ แลกเปลี่ยนแบบสวนทางซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับออกซิเจนจากน้ำ^{[ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]}น้ำที่มีออกซิเจนสดใหม่ที่ดูดเข้าไปทางปากจะถูก "สูบ" ผ่านเหงือกอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียว ในขณะที่เลือดในแผ่นเหงือกไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม ทำให้เกิดการไหลเวียนของเลือดและน้ำแบบสวนทาง (รูปที่ 22) ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อการอยู่รอดของปลา^{[ 57 ]}

น้ำจะถูกดูดเข้าไปทางปากโดยการปิด ฝาปิดเหงือก ( operculum ) และขยายช่องปาก (รูปที่ 23) ในขณะเดียวกัน ช่องเหงือกก็จะขยายใหญ่ขึ้น ทำให้ความดันในช่องเหงือกต่ำกว่าในปาก ส่งผลให้น้ำไหลผ่านเหงือก^{[ 57 ]}จากนั้นช่องปากจะหดตัว ทำให้วาล์วปากแบบพาสซีฟปิดลง จึงป้องกันการไหลย้อนกลับของน้ำจากปาก (รูปที่ 23) ^{[ 57 ] [ 64 ]}น้ำในปากจะถูกบังคับให้ไหลผ่านเหงือก ในขณะที่ช่องเหงือกหดตัวและระบายน้ำที่อยู่ภายในออกทางช่องเปิดของฝาปิดเหงือก (รูปที่ 23) การไหลย้อนกลับเข้าไปในช่องเหงือกในระหว่างช่วงการหายใจเข้าจะถูกป้องกันโดยเยื่อหุ้มตามขอบด้านล่างและด้านหลัง ของฝา ปิดเหงือก (แผนภาพด้านซ้ายในรูปที่ 23) ดังนั้น ช่องปากและช่องเหงือกจึงทำหน้าที่สลับกันเป็นปั๊มดูดและปั๊มแรงดันเพื่อรักษาระดับการไหลของน้ำเหนือเหงือกให้คงที่ในทิศทางเดียว^{[ 57 ]}เนื่องจากเลือดในเส้นเลือดฝอยแบบแผ่นไหลในทิศทางตรงกันข้ามกับน้ำ การ ไหลสวน ทางของเลือดและน้ำที่เกิดขึ้นจึงรักษาระดับความเข้มข้นของออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ให้คงที่ตลอดความยาวของเส้นเลือดฝอยแต่ละเส้น (แผนภาพด้านล่างในรูปที่ 22) ดังนั้น ออกซิเจนจึงสามารถแพร่กระจายตามระดับความเข้มข้นเข้าสู่เลือดได้อย่างต่อเนื่อง และคาร์บอนไดออกไซด์แพร่กระจายตามระดับความเข้มข้นเข้าสู่น้ำได้^{[ 56 ]}แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้ว ระบบแลกเปลี่ยนแบบสวนทางจะช่วยให้สามารถถ่ายโอนก๊าซหายใจจากด้านหนึ่งของตัวแลกเปลี่ยนไปยังอีกด้านหนึ่งได้เกือบสมบูรณ์ แต่ในปลาโดยทั่วไปแล้วออกซิเจนในน้ำที่ไหลผ่านเหงือกจะถูกถ่ายโอนไปยังเลือดน้อยกว่า 80% ^{[ 55 ]}

ในฉลามทะเลบางชนิดที่เคลื่อนไหว อย่างกระฉับกระเฉง น้ำจะไหลผ่านปากและเหงือกขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ ในกระบวนการที่เรียกว่า "การระบายอากาศแบบแรม" ^{[ 65 ]}ขณะพัก ฉลามส่วนใหญ่จะสูบน้ำผ่านเหงือก เช่นเดียวกับปลาที่มีกระดูกส่วนใหญ่ เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำที่มีออกซิเจนยังคงไหลผ่านเหงือกอย่างต่อเนื่อง แต่มีฉลามจำนวนน้อยที่สูญเสียความสามารถในการสูบน้ำผ่านเหงือกและต้องว่ายน้ำโดยไม่หยุดพัก ฉลามเหล่านี้เป็นสัตว์ที่ต้องระบายอากาศแบบแรมโดยสมบูรณ์และคาดว่าจะขาดอากาศหายใจหากไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ การระบายอากาศแบบแรมโดยสมบูรณ์ยังเป็นความจริงสำหรับปลาที่มีกระดูกในทะเลบางชนิดด้วย^{[ 66 ]}

มีปลาบางชนิดที่สามารถรับออกซิเจนได้ในช่วงเวลาสั้นๆ จากอากาศที่กลืนเข้าไปจากเหนือผิวน้ำ เช่นปลาปอดมีปอดหนึ่งหรือสองข้าง และปลาเขาวงกตได้พัฒนาอวัยวะ "เขาวงกต" พิเศษ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของปลาวงศ์ย่อยนี้ อวัยวะเขาวงกตเป็นอวัยวะช่วยหายใจเสริม เหนือ เหงือก ที่พับซ้อนกันหลายชั้น เกิดจากการขยายตัวของกระดูกเอพิแบรนเชียลของซี่เหงือกแรกที่มีหลอดเลือด และใช้สำหรับ การหายใจในอากาศ^{[ 67 ]}อวัยวะนี้ช่วยให้ปลาเขาวงกตสามารถรับออกซิเจนได้โดยตรงจากอากาศ แทนที่จะรับจากน้ำที่พวกมันอาศัยอยู่โดยใช้เหงือกอวัยวะเขาวงกตช่วยให้ออกซิเจนในอากาศที่สูดเข้าไปถูกดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือดส่งผลให้ปลาเขาวงกตสามารถอยู่รอดได้ในช่วงเวลาสั้นๆ นอกน้ำ เนื่องจากพวกมันสามารถสูดอากาศรอบตัวได้ ตราบใดที่พวกมันยังคงชุ่มชื้น ปลาเขาวงกตไม่ได้เกิดมาพร้อมกับอวัยวะเขาวงกตที่ใช้งานได้ การพัฒนาอวัยวะเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไป และปลาเขาวงกตวัยอ่อนส่วนใหญ่จะหายใจด้วยเหงือกเท่านั้น และจะพัฒนาอวัยวะเขาวงกตเมื่อโตขึ้น^{[ 67 ]}

ปูบางชนิดใช้ปอดแบบbranchiostegal [ ^{68 ] โครงสร้าง}คล้ายเหงือกช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับการแลกเปลี่ยนก๊าซ ซึ่งเหมาะสมกว่าในการรับออกซิเจนจากอากาศมากกว่าจากน้ำแมงมุมและไร ขนาดเล็กบางชนิด สามารถหายใจได้โดยการแลกเปลี่ยนก๊าซผ่านพื้นผิวของร่างกาย แมงมุมขนาดใหญ่แมงป่องและสัตว์ขาปล้อง อื่นๆ ใช้ปอด แบบหนังสือ แบบดั้งเดิม

แมลงส่วนใหญ่หายใจแบบพาสซีฟผ่านรูหายใจ (ช่องเปิดพิเศษในโครงกระดูกภายนอก ) และอากาศจะไปถึงทุกส่วนของร่างกายโดยผ่านท่อขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ที่เรียกว่า 'ท่อลม' เมื่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางค่อนข้างใหญ่ และ ' ท่อลมฝอย ' เมื่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมาก ท่อลมฝอยจะสัมผัสกับเซลล์แต่ละเซลล์ทั่วร่างกาย^{[ 43 ]} ท่อลมฝอย เหล่านี้บรรจุของเหลวบางส่วน ซึ่งสามารถดึงออกจากท่อลมฝอยแต่ละท่อได้เมื่อเนื้อเยื่อ เช่น กล้ามเนื้อ ทำงานและมีความต้องการออกซิเจนสูง ทำให้อากาศเข้าใกล้เซลล์ที่ทำงานมากขึ้น^{[ 43 ]}สิ่งนี้น่าจะเกิดจากการสะสมของกรดแลคติกในกล้ามเนื้อที่ทำงาน ทำให้เกิดความแตกต่างของความดันออสโมติก เคลื่อนน้ำออกจากท่อลมฝอยและเข้าไปในเซลล์ที่ทำงาน การแพร่กระจายของก๊าซมีประสิทธิภาพในระยะทางสั้นๆ แต่ไม่มีประสิทธิภาพในระยะทางที่ไกลกว่า นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลที่แมลงมีขนาดค่อนข้างเล็ก แมลงที่ไม่มีรูหายใจและท่อหายใจ เช่น Collembola บางชนิด หายใจโดยตรงผ่านทางผิวหนังโดยการแพร่กระจายของก๊าซ^{[ 69 ]}

จำนวนรูหายใจของแมลงแต่ละชนิดแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปจะมีเป็นคู่ๆ คือข้างละหนึ่งรู และมักจะมีหนึ่งคู่ต่อหนึ่งปล้อง แมลงในกลุ่ม Diplura บางชนิดมีถึงสิบเอ็ดรู โดยมีสี่คู่ที่ส่วนอก แต่ในแมลงโบราณส่วนใหญ่ เช่น แมลงปอและตั๊กแตน จะมีรูหายใจที่ส่วนอกสองรูและส่วนท้องแปดรู อย่างไรก็ตาม ในแมลงที่เหลือส่วนใหญ่จะมีจำนวนรูหายใจน้อยกว่านั้น ออกซิเจนจะถูกส่งไปยังเซลล์เพื่อใช้ในการหายใจที่บริเวณท่อหายใจขนาดเล็กเหล่านี้

เดิมทีเชื่อกันว่าแมลงแลกเปลี่ยนก๊าซกับสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่องโดยการแพร่ของก๊าซเข้าไปในระบบท่อลม อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่นานมานี้ มีการบันทึกรูปแบบการหายใจของแมลงที่มีความหลากหลายมาก และการหายใจของแมลงก็มีความแปรปรวนสูง แมลงขนาดเล็กบางชนิดไม่แสดงการเคลื่อนไหวในการหายใจอย่างต่อเนื่อง และอาจขาดการควบคุมกล้ามเนื้อของรูหายใจ อย่างไรก็ตาม แมลงบางชนิดใช้การหดตัวของกล้ามเนื้อบริเวณท้องร่วมกับการหดตัวและการคลายตัวของรูหายใจที่ประสานกัน เพื่อสร้างรูปแบบการแลกเปลี่ยนก๊าซแบบเป็นวัฏจักรและลดการสูญเสียน้ำสู่บรรยากาศ รูปแบบที่รุนแรงที่สุดของรูปแบบเหล่านี้เรียกว่าวัฏจักรการแลกเปลี่ยนก๊าซแบบไม่ต่อเนื่อง^{[ 70 ]}

โดยทั่วไปแล้ว หอยจะมีเหงือกที่ช่วยให้เกิดการแลกเปลี่ยนก๊าซระหว่างสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำและระบบไหลเวียนโลหิตของพวกมัน สัตว์เหล่านี้ยังมีหัวใจที่สูบฉีดเลือดที่มีเฮโมไซยานินเป็นโมเลกุลที่ดักจับออกซิเจน^{[ 43 ]}ดังนั้น ระบบหายใจนี้จึงคล้ายกับของปลาที่มีกระดูกสันหลังระบบหายใจของหอยทากอาจประกอบด้วยเหงือกหรือปอดก็ได้

พืชใช้ ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการสังเคราะห์แสงและหายใจออก เป็นก๊าซ ออกซิเจนเป็นของเสีย สมการเคมีของการสังเคราะห์แสงคือ 6 CO2 ₍คาร์บอนไดออกไซด์) และ 6 _H2O (น้ำ) ซึ่งเมื่อมีแสงแดดจะสร้าง C6H12O6 _{( กลูโคส} ) และ 6 O2 ( ออกซิเจน) การสังเคราะห์แสงใช้อิเล็กตรอนบนอะตอมคาร์บอนเป็นแหล่งเก็บพลังงานที่ได้รับจากแสงแดด^{[ 71 ]}การหายใจเป็นกระบวนการตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์แสง มันดึงพลังงานกลับมาใช้เพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ ในการทำเช่นนั้น อะตอมคาร์บอนและอิเล็กตรอนของพวกมันจะรวมกับออกซิเจนก่อให้เกิด CO2 _{ซึ่งสามารถกำจัด}ออกจากทั้งเซลล์และสิ่งมีชีวิตได้ง่าย พืชใช้ทั้งสองกระบวนการ คือการสังเคราะห์แสงเพื่อดักจับพลังงานและการเผาผลาญออกซิเดชันเพื่อใช้พลังงานนั้น

การหายใจของพืชถูกจำกัดด้วยกระบวนการแพร่พืชรับคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านรูที่เรียกว่าปากใบซึ่งสามารถเปิดและปิดได้ที่ด้านล่างของใบและบางครั้งก็ส่วนอื่นๆ ของโครงสร้างทางกายวิภาคของพืช พืชส่วนใหญ่ต้องการออกซิเจนบางส่วนสำหรับ กระบวนการ สลายสาร (ปฏิกิริยาการสลายตัวที่ปล่อยพลังงาน) แต่ปริมาณ O2 _ที่ใช้ต่อชั่วโมงนั้นมีน้อย เนื่องจากพืชไม่ได้มีส่วนร่วมในกิจกรรมที่ต้องการอัตรา การเผา ผลาญแบบใช้ออกซิเจน สูง อย่างไรก็ตาม ความต้องการอากาศของพืชนั้นสูงมาก เนื่องจากพืชต้องการ CO2 _{สำหรับ}การสังเคราะห์แสง ซึ่งคิดเป็นเพียง 0.04% ของอากาศในสิ่งแวดล้อม ดังนั้น ในการสร้างกลูโคส 1 กรัม จำเป็นต้องกำจัด CO2 ทั้งหมดออก_จากอากาศอย่างน้อย 18.7 ลิตรที่ระดับน้ำทะเล แต่ความไม่ eficiente ในกระบวนการสังเคราะห์แสงทำให้ต้องใช้อากาศในปริมาณที่มากกว่ามาก^{[ 71 ] [ 72 ]}

• เหตุการณ์ออกซิเดชันครั้งใหญ่  – การเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศในยุคพาลีโอโปรเทโรโซอิก
• การปรับตัวของระบบหายใจ  – การเปลี่ยนแปลงของการหายใจที่เกิดจากการออกแรง
• สไปโรเมตรี  – การทดสอบการทำงานของปอด
• การทดสอบสมรรถภาพปอด (PFT)
• การหายใจของเหลว

วิกิบุ๊คเรื่องสรีรวิทยาของมนุษย์มีหน้าหนึ่งที่กล่าวถึงหัวข้อ: ระบบทางเดินหายใจ

วิกิบุ๊กเรื่องกายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยาของสัตว์มีหน้าหนึ่งที่กล่าวถึงหัวข้อ: ระบบทางเดินหายใจ

• คำอธิบายระบบทางเดินหายใจในระดับมัธยมปลาย
• บทนำเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจ(เก็บถาวรเมื่อ 2009-11-24 ที่Wayback Machine)
• สื่อการสอนวิทยาศาสตร์: ระบบทางเดินหายใจคู่มือฉบับง่ายสำหรับนักเรียนมัธยมปลาย
• ระบบทางเดินหายใจระดับมหาวิทยาลัย (เอกสาร Microsoft Word)
• วิดีโอการบรรยายเรื่องสรีรวิทยาของระบบทางเดินหายใจถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 27 เมษายน 2020 ในWayback MachineโดยJohn B. West นักสรีรวิทยาของระบบทางเดินหายใจชื่อดัง (และมีให้ชมในYouTube ด้วย )