ระบบหายใจมีลักษณะคล้ายต้นไม้กลับหัว โดยมีหลอดลมเป็นลำต้นและท่อลมเป็นกิ่งก้าน ท่อลมมีขนาดใหญ่แตกแขนงออกเป็นท่อเล็กๆ เปรียบเสมือนแขนงกิ่งของต้นไม้ ที่ปลายแขนงท่อลมแต่ละท่อมีถุงลมอยู่เป็นกระจุกซึ่งเป็นที่แลกเปลี่ยนออกซิเจน ถุงลมถูกล้อมรอบด้วยหลอดเลือดฝอยแดงและดำ ฮีโมโกลบิน (Hemoglobin) ในเม็ดเลือดแดงจะรับออกซิเจนใหม่ไว้ และคาร์บอนไดออกไซด์จะผ่านจากเส้นเลือดฝอยดำเข้าสู่ถุงลมเป็นของเสียออกไปกับลมหายใจ
ออกซิเจนจัดเป็นก๊าซที่ไม่มีกลิ่น ไม่มีสี และไม่มีรส เป็นสารจำเป็นของกระบวนการเผาผลาญ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต หากปราศจากออกซิเจนแล้วเซลล์ต่างๆ ในร่างกายจะตายภายในเวลาไม่กี่นาที เมื่อหายใจในครั้งหนึ่งออกซิเจนจะนำเข้าสู่ปอด ส่วนคาร์บอนไดออกไซด์และของเสียอื่นๆ จะถูกขับออกไป ถึงแม้เราอาจตั้งใจกลั้นลมหายใจได้ระยะสั้นๆ แต่ปกติแล้วการหายใจจะเป็นไปโดยอัตโนมัติ ควบคุมโดยศูนย์กลางการหายใจภายในสมอง ขณะทำกิจกรรมปกติที่ไม่ออกแรงมากคนเราจะหายใจประมาณ 14 ครั้งต่อนาที แต่อัตราการหายใจจะช้าลงขณะนอนหลับหรือทำสมาธิ และเร็วขึ้นขณะออกกำลังกายหรือทำกิจกรรมต่างๆ ที่ต้องการออกซิเจนเพิ่มขึ้น
กระบวนการหายใจเริ่มต้นโดยอากาศจะถูกสูดผ่านเข้าทางจมูกหรือปากผ่านกล่องเสียงไปยังหลอดลมและท่อลมขนาดใหญ่และขนาดเล็กที่แยกกิ่งก้านออกไปมากมาย ท่อเหล่านี้บุด้วยเซลล์คล้ายเส้นขน (Cilia) จำนวนหลายล้านเส้น ซึ่งโบกไปมาเป็นจังหวะเพื่อดักจับฝุ่น เชื้อโรค และสารต่างๆ ในอากาศออกจากปอด เซลล์ขนเหล่านี้ยังช่วยขับไล่เมือกที่ผลิตโดยเซลล์เยื่อบุภายในท่อลมให้ออกจากปอด
แขนงท่อลม มีลักษณะคล้ายลูกโป่งขนาดเล็ก มีหน้าที่จ่ายออกซิเจนให้แก่เลือดอย่างสม่ำเสมอ การแลกเปลี่ยนออกซิเจนเกิดที่ผิวถุงลมซึ่งมีความยืดหยุ่น ขณะหายใจเข้าจะขยายขนาดและยุบลงขณะหายใจออก หากถุงลมเสียความยืดหยุ่นจะมีอากาศเสียคั่งอยู่ในถุงลมทำให้ร่างกายขาดออกซิเจน เช่น โรคถุงลมปอดโป่งพอง เป็นต้น
เมื่อหายใจเข้า อากาศผ่านอวัยวะใดในร่างกายบ้าง?
การหายใจเข้า อากาศผ่านไปตามอวัยวะของระบบหายใจตามลำดับ ดังนี้
1. จมูก (Nose) จมูกส่วนนอกเป็นส่วนที่ยื่นออกมาจากตรงกึ่งกลางของใบหน้า รูปร่างของจมูกมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมปิระมิด ฐานของรูปสามเหลี่ยมวางปะติดกับหน้าผากระหว่างตาสองข้าง สันจมูกหรือดั้งจมูกมีรูปร่างและขนาดต่างๆ กัน ยื่นจากฐานออกมาและลงข้างล่างมาสุดที่ปลายจมูก อีกด้านหนึ่งของรูปสามเหลี่ยม อยู่ใกล้กับริมฝีปากบน มีรูจมูก 2 รูอยู่คู่กัน รูจมูกทำหน้าที่เป็นทางผ่านของอากาศที่หายใจเข้าไปยังช่องจมูกเหนือริมฝีปากบน ในรูจมูกมีขนเล็กๆ หลายเส้น ทำหน้าที่กรองฝุ่นละอองไม่ให้เข้าไปในช่องจมูก
2. หลอดคอ (Pharynx) เมื่ออากาศผ่านรูจมูกแล้วอากาศจะเข้าสู่หลอดคอ ซึ่งเป็นหลอดตั้งตรงยาวประมาณ 5 นิ้ว หลอดคอติดต่อทั้งช่องปากและช่องจมูก จึงแบ่งเป็นหลอดคอส่วนจมูกกับหลอดคอส่วนปาก โดยมีเพดานอ่อนเป็นตัวแยกสองส่วนนี้ออกจากกัน โครงของหลอดคอประกอบด้วยกระดูกอ่อน 9 ชิ้น ชิ้นที่ใหญ่ที่สุด คือ กระดูกไทรอยด์ เรียกว่า “ลูกกระเดือก” ในผู้ชายเห็นได้ชัดกว่าผู้หญิง
3. หลอดเสียง (Larynx) ผู้ชายมีหลอดเสียงยาวประมาณ 4.5 เซนติเมตร ผู้หญิงมีหลอดเสียงยาวประมาณ 3.5 เซนติเมตร หลอดเสียงเจริญเติบโตขึ้นมาเรื่อยๆ ตามอายุ เริ่มแรกในวัยหนุ่มสาวหลอดเสียงเจริญขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะในผู้ชาย เนื่องจากสายเสียง (Vocal cord) ซึ่งอยู่ภายในหลอดเสียงนี้ยาวและหนาขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงทำให้เสียงแตก การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากฮอร์โมนของเพศชาย
4. หลอดลม (Trachea) เป็นส่วนที่ตอจากหลอดเสียงยาลงไปในทรวงอก ลักษณะรูปร่างของหลอดลมเป็นหลอดกลมๆ ประกอบด้วย กระดูกอ่อนรูปวงแหวนหรือรูปตัวยู (U) อยู่ด้านหลังของหลอดลมเรียงกันเป็นชั้นๆ ลงไป 20 ชั้น ช่องว่างระหว่างกระดูกอ่อนรูปตัวยูที่เรียงต่อกันมีเนื้อเยื่อและกล้ามเนื้อเรียบมายึดติดกัน การที่หลอดลมมีกระดูกอ่อนจะช่วยให้ช่องหลอดลมเปิดอยู่ตลอดและไม่ตีบ หลอดลมส่วนที่ตรงกับกระดูกสันหลังช่วงอกแยกออกเป็นหลอดลมใหญ่ (Bronchi) 2 ข้างซ้ายและขวาเข้าสู่ปอด และแยกเป็นแขนงหลอดลมเล็กในปอด หรือเรียกว่าหลอดลมฝอย (Bronchiole) และไปสุดที่ถุงลม (Alveolus) ซึ่งเป็นบริเวณที่มีการแลกเปลี่ยนก๊าซออกซิเจนกับคาร์บอนไดออกไซด์
5. ปอด (Lung) ปอดมีอยู่สองข้างอยู่ในทรวงอก มีรูปร่างคล้ายกรวยมีปลายหรือยอดชี้ขึ้นไปข้างบนและไปสวมพอดีกับช่องเปิดแคบๆ ของทรวงอก ซึ่งช่องเปิดแคบๆ นี้ประกอบด้วยซี่โครงบนของกระดูกสันอกและกระดูสันหลัง ฐานของปอดแต่ละข้างจะใหญ่และวางแนบสนิทกับกะบังลม ระหว่างปอด 2 ข้าง จะมีหัวใจอยู่ ปอดข้างขวาจะโตกว่าปอดข้างซ้ายเล็กน้อย และมี 3 กลีบ ส่วนข้างซ้ายมี 2 กลีบ หน้าที่ของปอด คือ การนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ออกจากเลือด และนำออกซิเจน (O2) เข้าสู่เลือด ปอดจึงมีรูปร่างใหญ่ มีลักษณะยืดหยุ่นคล้ายฟองน้ำ
6. เยื่อหุ้มปอด (Pleura) เป็นเยื่อที่บางและละเอียดอ่อน เปียกชื้น และเป็นมันลื่นหุ้มผิวภายนอกของปอด เยื่อหุ้มนี้ไม่เพียงคลุมปอดเท่านั้นยังไปบุผิวหนังด้านในของทรวงอกด้วย หรือกล่าวได้อีกอย่างหนึ่งว่า เยื่อหุ้มปอดมี 2 ชั้น ระหว่าง 2 ชั้นนี้มีของเหลวอยู่เล็กน้อยเพื่อลดแรงเสียดสี ระหว่างเยื่อหุ้มปอดมีโพรงว่าง เรียกว่า ช่องระหว่างเยื่อหุ้มปอด
กระบวนการในการหายใจ ในการหายใจนั้นมีโครงกระดูกส่วนอกและกล้ามเนื้อบริเวณอกเป็นตัวช่วย ขณะหายใจเข้ากล้ามเนื้อหลายมัดหดตัวทำให้ทรวงอกขยายออกไปข้างหน้าและยกขึ้นบนในเวลาเดียวกันกะบังลมจะลดต่ำลง การกระทำทั้งสองอย่างนี้ช่วยให้โพรงของทรวงอกขยายใหญ่มากขึ้น เมื่อกล้ามเนื้อหยุดทำงานและหย่อนตัวลงทรวงอกยุบลงและความดันในช่องท้องจะดันกะบังลมกลับขึ้นมาอยู่ในลักษณะเดิม กระบวนการเช่นนี้ทำให้ความดันในปอดเพิ่มขึ้น เมื่อความดันในปอดเพิ่มขึ้นสูงกว่าความดันของบรรยากาศ อากาศจะถูกดันออกจากปอด ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าปัจจัยประการแรกที่ทำให้อากาศมีการเคลื่อนไหวเข้าออกจากปอดได้นั้นเกิดจากแรงดันที่แตกต่างกันนั่นเอง
การแลกเปลี่ยนก๊าซและการใช้ออกซิเจน เมื่อหายใจเข้า อากาศภายนอกเข้าสู่อวัยวะของระบบหายใจไปยังถุงลมในปอด ที่ผนังของถุงลมมีหลอดเลือดแดงฝอยติดอยู่ ดังนั้นอากาศจึงมีโอกาสใกล้ชิดกับเม็ดเลือดแดงมาก ออกซิเจนก็จะผ่านผนังนี้เข้าสู่เม็ดเลือดแดง และคาร์บอนไดออกไซด์ก็จะออกจากเม็ดเลือดแดงผ่านผนังออกสู่ถุงลม ปกติในอากาศมีออกซิเจนร้อยละ 21 แต่อากาศที่เราหายใจมีออกซิเจนร้อยละ 13
