呼吸器系

呼吸器系
人間の呼吸器系の各部と機能の完全な概略図
詳細
識別子
ラテン	呼吸器系
メッシュ	D012137
TA98	A06.0.00.000
TA2	3133
ＦＭＡ	7158
解剖学用語 [Wikidataで編集]

呼吸器系（呼吸器、換気システムとも呼ばれる）は、動物や植物におけるガス交換のために使用される特定の器官と構造からなる生物学的システムである。これを可能にする解剖学的および生理学的構造は、生物の大きさ、生息環境、進化の歴史によって大きく異なる。陸生動物では、呼吸器表面は肺の内層として内部化されている。^[1]肺のガス交換は、何百万もの小さな気嚢で行われる。哺乳類や爬虫類ではこれらは肺胞と呼ばれ、鳥類では心房として知られている。これらの微細な気嚢には血液が非常に豊富に供給されているため、空気が血液と密接に接触する。^[2]これらの気嚢は、気道または中空の管のシステムを介して外部環境と通信し、その中で最大のものは気管で、胸部の中央で2つの主気管支に分岐する。これらは肺に入り、そこで次第に狭くなる二次気管支、三次気管支に分岐し、さらに多数のより小さな管である細気管支に分岐します。鳥類では、細気管支は傍気管支と呼ばれます。哺乳類では一般に微細な肺胞に、鳥類では心房に通じているのは、細気管支または傍気管支です。空気は、呼吸筋を伴う呼吸のプロセスによって、環境から肺胞または心房に送り込まれなければなりません。

ほとんどの魚類、および他の多くの水生動物（脊椎動物と無脊椎動物の両方）の呼吸器系は、鰓で構成されています。鰓は、部分的にまたは完全に外部の器官であり、水環境に浸っています。この水は、さまざまな能動的または受動的な手段によって鰓上を流れます。ガス交換は、非常に広い表面積の血管が豊富な組織を水にさらす、細いまたは 非常に平らな糸と板で構成される鰓で行われます。

昆虫などの他の動物は、非常に単純な解剖学的特徴を持つ呼吸器系を持ち、両生類では皮膚さえもガス交換に重要な役割を果たしている。植物にも呼吸器系はあるが、ガス交換の方向性は動物とは逆になることがある。植物の呼吸器系には、植物のさまざまな部分に見られる気孔などの解剖学的特徴が含まれる。 ^[3]

人間や他の哺乳類では、典型的な呼吸器系の解剖学は気道です。気道は上部気道と下部気道に分かれています。上部気道には、鼻、鼻腔、副鼻腔、咽頭、声帯より上の喉頭部分が含まれます。下部気道 (図 2) には、喉頭の下部、気管、気管支、細気管支、肺胞が含まれます。

下気道の分岐気道は、呼吸樹または気管気管支樹と呼ばれることが多い（図2）。^[4]さまざまな「樹」の枝に沿った連続した分岐点間の間隔は、分岐「世代」と呼ばれることが多く、成人では約23あります。初期の世代（約0～16世代）は気管と気管支で構成され、より大きな細気管支は単に空気の導管として機能し、ガス交換が行われる呼吸細気管支、肺胞管、肺胞（約17～23世代）に空気を送ります。 ^{[5] [6]} 細気管支は、軟骨の支持がない小さな気道として定義されます。 ^[4]

気管から分岐する最初の気管支は、右主気管支と左主気管支です。次に、気管の直径（1.8 cm）と同じ直径のこれらの気管支（直径1～1.4 cm）^[5]は、各肺門から肺に入り、そこでより狭い二次気管支（葉気管支）に分岐し、さらにより狭い三次気管支（分節気管支）に分岐します。分節気管支（直径1～6 mm）^[7]のさらなる分岐は、第4次、第5次、第6次の分節気管支と呼ばれ、亜分節気管支としてグループ化されます。^{[8] [9]}

成人の人間の呼吸樹の分岐数は平均 23 ですが、マウスの呼吸樹の分岐数はわずか 13 程度です。

肺胞は「樹木」の行き止まりの末端であり、そこに入る空気はすべて同じ経路を通って出なければならないことを意味する。このようなシステムは死腔、つまり呼気後に気道を満たす空気の量（成人の場合約150 ml）を作り出し、環境空気が肺胞に到達する前に肺胞に再び吸い込まれる。^{[10] [11]}吸入の終わりには、気道は環境空気で満たされ、ガス交換器と接触することなく吐き出される。^[10]

肺は呼吸サイクル中に膨張と収縮を繰り返し、空気を肺に出し入れします。通常の安静時の肺に出入りする空気の量（安静時の一回換気量は約500 ml）と、最大限に強制的に吸入および呼気する際に移動する量は、ヒトではスパイロメトリーによって測定されます。^[12]成人の典型的なスパイログラムと、肺が受け得るさまざまな容積移動に付けられた名前を以下に示します（図3）。

最大限努力して呼気（ ERV）しても肺の中の空気がすべて吐き出されるわけではない。これは約1.0～1.5リットルの残気量（努力して呼気した後も残っている空気の量）であり、スパイロメトリーでは測定できない。したがって、残気量を含む量（つまり、約2.5～3.0リットルの機能的残気量と約6リットルの全肺容量）もスパイロメトリーでは測定できない。その測定には特別な技術が必要である。^[12]

口や鼻から、あるいは肺胞から空気を吸い込んだり吐き出したりする速度とその計算方法を以下の表に示します。1 分間の呼吸サイクルの数は呼吸数と呼ばれます。平均的な健康な人間は 1 分間に 12 ～ 16 回呼吸します。

哺乳類では、安静時の吸入は主に横隔膜の収縮によって行われます。横隔膜は上向きにドーム状に膨らんだ筋肉のシートで、胸腔と腹腔を隔てています。横隔膜が収縮するとシートは平らになり（つまり、図 7 に示すように下向きに動き）、胸腔の前後方向の容積が増加します。収縮した横隔膜は腹部臓器を下方に押し下げます。しかし、骨盤底が最下部の腹部臓器がその方向に動くのを妨げているため、弛緩した腹筋はこの動きに抵抗せず、柔軟な腹部の内容物によって腹部が前方と側方に膨らみます（図 7）。通常の呼吸中の腹部のこの完全に受動的な膨らみ（および呼気中の収縮）は「腹式呼吸」と呼ばれることもありますが、実際には「横隔膜呼吸」であり、体の外側からは見えません。哺乳類は、強制的に息を吐くときにのみ腹筋を使用します (図 8 および以下の説明を参照)。いかなる形の吸入のときも腹筋を使用しません。

横隔膜が収縮すると、同時に肋骨が肋間筋によって引き上げられ、胸郭が拡大します（図 4 参照）。すべての肋骨は後方から前方に向かって下方に傾斜しますが（図 4 参照）、最下部の肋骨は正中線から外側に向かって下方に傾斜します（図 5）。したがって、胸郭の横径は、図 4 に示すいわゆるポンプ ハンドルの動きによって前後径が拡大されるのと同じように拡大できます。

横隔膜の収縮によって胸腔の垂直方向の寸法が拡大し、肋骨の前面と側面が持ち上がることによって胸腔の 2 つの水平方向の寸法が拡大することで、胸腔内圧が低下します。肺の内部は外気に対して開いており、伸縮性があるため、拡大した空間を埋めるために膨張します。肺を覆う二重の胸膜の間にある胸膜液は、肺の膨張と収縮の際の摩擦を減らすのに役立ちます。空気は呼吸気道を介して肺に流入します(図 2)。健康な人では、これらの気道は鼻から始まります。^{[13] [14]}（バックアップ呼吸システムである口から呼吸が始まる可能性もあります。しかし、慢性的な口呼吸は病気につながるか、病気の兆候です。^{[15] [16] [17] ）それは}肺胞と呼ばれる微小な袋状の袋で終わります。肺胞は常に開いていますが、さまざまなセクションの直径は交感神経系と副交感神経系によって変更できます。したがって、肺胞の気圧は安静時の大気圧（海面で約100  kPa）に常に近く、肺の収縮と拡張による圧力勾配により、呼吸中に肺に出入りする空気は2～3 kPaを超えることはほとんどありません。^{[18] [19]}

呼気中、横隔膜と肋間筋は弛緩します。これにより、胸部と腹部は解剖学的弾力性によって決まる位置に戻ります。これは、肺に機能的残気量（図 7 の右側の図の明るい青色の領域）が入ったときの胸部と腹部の「安静時の中間位置」です（図 7）。成人の場合、機能的残気量は約 2.5～3.0 リットルです（図 3）。^[6]安静時の呼気は、吸気中の約 2 倍続きます。これは、横隔膜が受動的に弛緩する方が、吸気中に能動的に収縮するよりも緩やかであるためです。

一回の呼吸サイクルで鼻または口から出入りする空気の量を一回換気量といいます。安静時の成人の場合、一回の呼吸で約500 mlです。呼気の終わりには、気道には約150 mlの肺胞空気が含まれます。これは、吸入時に肺胞に最初に戻される空気です。^{[10] [20]}肺胞から吐き出され再び戻るこの空気の量は死腔換気と呼ばれ、その結果、一回の呼吸で肺胞に吸い込まれる500 mlのうち、350 ml（500 ml – 150 ml = 350 ml）だけが新鮮で暖かく湿った空気になります。^[6]この350mlの新鮮な空気は、通常の呼気後に肺胞に残る空気（つまり、機能的残気量約2.5～3.0リットル）と完全に混合され希釈されるため、呼吸サイクル中に肺胞空気の組成がほとんど変化しないのは明らかです（図9を参照）。酸素分圧（または分圧）は13～14kPa（約100mmHg）に近く、二酸化炭素分圧は5.3kPa（または40mmHg）に非常に近くなります。これは、酸素分圧が21kPa（または160mmHg）、二酸化炭素分圧が0.04kPa（または0.3mmHg）である海面の乾燥した外気の組成とは対照的です。^[6]

例えば運動中などの激しい呼吸（過呼吸）の際には、収縮する横隔膜がより強力かつ大きく変位することで吸気がもたらされ、安静時よりも吸入が促進されます（図8）。さらに、「吸気補助筋」が肋間筋の働きを強めます（図8）。これらの吸気補助筋は、頸椎と頭蓋底から上部肋骨と胸骨まで伸びる筋肉で、鎖骨を介して伸びることもあります。^[6]これらの筋肉が収縮すると、肋間筋のみの収縮で達成できるよりもはるかに大きな胸郭の内容積が増大します。体外から見ると、激しい吸入または努力による吸入中に鎖骨が上がる動作は、鎖骨呼吸と呼ばれることもあり、特に喘息発作時や慢性閉塞性肺疾患の患者に見られます。

激しい呼吸の際、呼気は吸気筋のすべてが弛緩することによって生じます。しかし、腹部の筋肉は（安静時のように）弛緩したままではなく、胸郭の下端を強制的に下方（前面と側面）に引っ張りながら収縮します（図 8）。これにより、胸郭のサイズが大幅に減少するだけでなく、腹部の臓器が横隔膜に対して上方に押し上げられ、横隔膜が胸郭の奥深くに膨らみます（図 8）。呼気終末時の肺容積は、安静時の中間位置よりはるかに低く、安静時の「機能的残気量」よりもはるかに少ない空気しか含まれていません。しかし、通常の哺乳類では、肺を完全に空にすることはできません。成人の場合、最大限に呼気した後でも、肺には常に少なくとも 1 リットルの残留空気が残っています。^[6]

自動でリズミカルに呼吸する動作は、咳やくしゃみ（非常に強い呼気）、さまざまな感情の表現（笑う、ため息、痛みで叫ぶ、息を激しく吸う）、話す、歌う、口笛を吹く、管楽器を演奏するなどの自発的な行為によって中断されることがあります。これらの動作はすべて、上記の筋肉と、肺に出入りする空気の動きに対する筋肉の影響に依存しています。

呼吸法ではありませんが、バルサルバ法は呼吸筋を使います。これは実際には、しっかりと閉じた声門に対して非常に強力な呼気運動であり、肺から空気が逃げることができません。^[21]その代わりに、腹部の内容物は骨盤底の開口部から反対方向に排出されます。腹筋が非常に強力に収縮するため、腹部と胸郭内の圧力が非常に高くなります。バルサルバ法は自発的に行うこともできますが、より一般的には、例えば排便が困難なときや出産中に腹部を空にしようとすると引き起こされる反射です。この動作中は呼吸が止まります。

呼吸器系の主な目的は、肺胞内の空気中の呼吸ガスの分圧を肺毛細血管の血液中の分圧と等しくすることです（図11）。このプロセスは、肺胞の壁を形成する非常に薄い膜（血液-空気関門として知られる）を横切る単純な拡散^[22]によって起こります（図10）。血液-空気関門は、肺胞上皮細胞、その基底膜、および肺胞毛細血管の内皮細胞で構成されています（図10）。^[23]この血液ガス関門は非常に薄いです（ヒトでは平均2.2μmの厚さ）。肺胞は、肺にある呼吸細気管支から分岐した約3億個の肺胞^（直径75～300μm）と呼ばれる小さな気嚢に折り畳まれており、ガス交換を行うための非常に大きな表面積（約145m2）を提供しています^。 [ ^23]

肺胞に含まれる空気は、半永久的に約 2.5～3.0 リットルの容積を持ち、肺胞毛細血管の血液を完全に取り囲んでいます (図 12)。これにより、2 つの区画内のガス分圧の平衡が非常に効率的かつ迅速に発生します。肺胞毛細血管から出て最終的に体全体に分配される血液は、酸素分圧が 13～14 kPa (100 mmHg)、二酸化炭素分圧が 5.3 kPa (40 mmHg) になります (つまり、肺胞内の酸素と二酸化炭素のガス圧と同じです)。^[6]上のセクションで述べたように、海面での周囲の (乾燥した) 空気中の酸素と二酸化炭素の対応する分圧は、それぞれ 21 kPa (160 mmHg) と 0.04 kPa (0.3 mmHg) です。^[6]

肺胞の空気と周囲の空気の組成のこの顕著な違いが維持されるのは、機能的残気量が袋小路に収められており、袋小路がかなり細く比較的長い管（気道：鼻、咽頭、喉頭、気管、気管支、および細気管支までのそれらの枝分かれ）で外気とつながっているためであり、空気はこれらの管を通って吸ったり吐いたりする必要がある（つまり、鳥の肺のように一方向に流れることはない）。この典型的な哺乳類の解剖学と、呼吸するたびに肺が空になって再び膨らむわけではない（呼気後、肺胞には約2.5～3.0リットルのかなりの量の空気が残る）という事実とを組み合わせると、吸入するたびに350mlの新鮮な空気が肺胞の空気に混ざっても、肺胞の空気の組成が最小限にしか乱されないことが保証されます。このように、動物には非常に特殊な「携帯可能な大気」が供給されており、その組成は現代の周囲の空気とは大きく異なります。^[24]血液、ひいては体組織がさらされるのは、外気ではなく、 この携帯可能な大気（機能的残気量）なのです。

その結果生じる動脈血中の酸素と二酸化炭素の分圧は恒常的に制御されます。動脈血中の_{二酸化炭素}分圧が上昇し、また程度は低いものの動脈血中の酸素分圧が低下すると_、反射的に呼吸が深く速くなり、肺の血液ガス圧、ひいては動脈血のガス圧が正常に戻ります。二酸化炭素分圧が低下するか、また程度は低いものの酸素分圧が上昇すると、逆のことが起こります。つまり、呼吸の速度と深さが減少し、血液ガスが正常に戻ります。

肺胞毛細血管に到達する血液の O ₂分圧は平均 6 kPa (45 mmHg) であるのに対し、肺胞空気の圧力は 13～14 kPa (100 mmHg) であるため、酸素は毛細血管血液に拡散し、3 リットルの肺胞空気の組成がわずかに変化します。同様に、肺胞毛細血管に到達する血液の CO ₂分圧も約 6 kPa (45 mmHg) であるのに対し、肺胞空気のそれは 5.3 kPa (40 mmHg) であるため、二酸化炭素は毛細血管から肺胞に正味で移動します。肺胞空気に出入りする個々のガスのこれらの正味の流れによってもたらされる変化により、約 5 秒ごとに肺胞空気の約 15% を周囲の空気と入れ替える必要があります。これは、大動脈小体と頸動脈小体による動脈血ガス（肺胞の空気の組成を正確に反映）のモニタリング、および脳の延髄前面の血液ガスと pH センサーによって厳密に制御されます。肺には酸素と二酸化炭素のセンサーもありますが、それらは主に細気管支と肺毛細血管の直径を決定し、したがって空気と血液の流れを肺のさまざまな部分に向ける役割を担っています。

3 リットルの肺胞空気の組成を正確に維持することによってのみ、呼吸のたびに二酸化炭素が大気中に排出され、酸素が外気から取り込まれます。短時間の過換気によって通常よりも多くの二酸化炭素が失われた場合、肺胞の二酸化炭素分圧が 5.3 kPa (40 mmHg) に戻るまで呼吸が遅くなったり停止したりします。したがって、呼吸器系の主な機能が体内の二酸化炭素「老廃物」を取り除くことであるというのは厳密に言えば誤りです。呼吸のたびに吐き出される二酸化炭素は、おそらく体の細胞外液の二酸化炭素と pH 恒常性の副産物と見なす方が正確でしょう。

これらの恒常性が損なわれると、呼吸性アシドーシスまたは呼吸性アルカローシスが発生します。長期的には、血漿中のH ⁺とHCO ₃ ^-濃度に対する腎臓の調整によってこれらを補うことができますが、これには時間がかかるため、例えば、興奮や不安によって人が速く深く呼吸し、血液から外気中に過剰なCO _2を放出することで苦痛な呼吸性アルカローシスを引き起こすと、過換気症候群が発生する可能性があります。 ^[25]

酸素は水に非常に溶けにくいため、血液中ではヘモグロビンと緩く結合した状態で運ばれます。酸素は、ヘモグロビン分子 1 個あたり4 つの第一鉄含有ヘム基によってヘモグロビン上に保持されます。すべてのヘム基がそれぞれ 1 つの O ₂分子を運ぶと、血液は酸素で「飽和」していると言われ、酸素分圧をこれ以上増加させても血液の酸素濃度は有意に増加しません。血液中の二酸化炭素のほとんどは、血漿中で重炭酸イオン (HCO ₃ ^{− ) として運ばれます。しかし、溶解した CO} _{2から HCO 3} ⁻への変換(水の添加による) は、血液が一方では組織を、他方では肺胞毛細血管を循環する速度に対して遅すぎます。そのため、この反応は、赤血球内の酵素である炭酸脱水酵素によって触媒されます。^[26]反応は、CO2の優勢な分圧に応じて両方向に進行する可能性がある_。 [ ^6]少量の二酸化炭素は、カルバミノ基としてヘモグロビン分子のタンパク質部分に運ばれる。動脈血中（すなわち、肺胞の空気と平衡した後）の二酸化炭素（重炭酸イオン、溶解したCO2、およびカルバミノ基の形態_{）の総濃度は約26mM（または58ml/100ml）である。} ^[27]これに対し、飽和動脈血中の酸素濃度は約9mM（または20ml/100ml血液）である。^[6]

哺乳類の肺の換気は、延髄と脳幹の橋にある呼吸中枢を介して行われます。^{[6]これらの領域は、}動脈血中の酸素と二酸化炭素の分圧に関する情報を受け取る一連の神経経路を形成します。この情報によって肺胞の平均換気速度が決まり、圧力が一定に保たれます。呼吸中枢は、横隔膜やその他の呼吸筋を活性化する運動神経を介してこれを行います。

血液中の二酸化炭素分圧が上昇すると、呼吸数も増加する。これは延髄の前面にある中枢血液ガス化学受容器によって感知される。^[6]大動脈小体と頸動脈小体は末梢血液ガス化学受容器であり、特に動脈血酸素分圧に敏感であるが、二酸化炭素_分圧にも反応するが、その強さは弱い。^[6]海面レベルでは、通常の状況下では、呼吸数と深さは主に動脈血二酸化炭素分圧によって決まり、動脈血酸素分圧によって決まるわけではない。動脈血酸素分圧は、延髄と橋の呼吸中枢がそれに反応して呼吸数と深さ_を変えるまで、かなり広い範囲で変化することが許されている。^[6]

運動すると、運動する筋肉の代謝が促進され、余分な二酸化炭素が生成されるため、呼吸数が増加します。^[28]さらに、四肢の受動的な動きも反射的に呼吸数の増加を引き起こします。^{[6] [28]}

肺の伸張受容器から受け取った情報によって、一回換気量（吸入と呼気の深さ）が制限されます。

肺胞は（気道を通じて）大気に開かれているため、肺胞の気圧は、海面、高所、または人が自由に呼吸している人工的な大気（潜水室や減圧室など）における周囲の気圧とまったく同じです。肺が膨張すると肺胞の空気がより大きな容積を占め、その圧力が比例して低下するため、空気が気道に流入し、肺胞の圧力が再び周囲の気圧に戻ります。呼気の際には逆のことが起こります。この（吸入と呼気の）プロセスは、海面でも、エベレスト山頂でも、潜水室や減圧室でもまったく同じです。

しかし、海抜が高くなるにつれて、空気の密度は指数関数的に減少し（図14を参照）、高度が5500メートル上昇するごとに約半分になります。^[29]高度80km以下では大気の組成はほぼ一定ですが、天候による継続的な混合効果の結果として、空気中の酸素濃度（周囲の空気1リットルあたりのO ₂ミリモル）は、高度とともに気圧が低下するのと同じ割合で減少します。^{[30]したがって、1分間に同じ量の酸素を吸入するためには、海抜よりも高所で1分間に吸入する空気の量が比例して多くなければなりません。これは、海抜よりも深く速く呼吸することによって（つまり、}過呼吸によって）達成されます（以下を参照）。

しかし、海面と同量の酸素を高地でも肺に供給するためには、1分間に吸入しなければならない空気の量（呼吸分時換気量）が増加するという合併症がある。吸入中、空気は鼻腔と咽頭を通過する際に温められ、水蒸気で飽和する。飽和水蒸気圧は温度のみに依存する。体温37℃では 、高度などの他の影響に関係なく、 6.3 kPa （47.0 mmHg）である。 ^{[31]したがって、周囲の大気圧が約100 kPaの海面では、}気管から肺に流入する湿った空気は、水蒸気（6.3 kPa）、窒素（74.0 kPa）、酸素（19.7 kPa）、および微量の二酸化炭素とその他のガス（合計100 kPa）で構成される。乾燥した空気では、海面での_酸素分圧は21.0 kPa（100 kPaの21%）であるのに対し、肺胞の空気に入る酸素分圧は19.7 kPaである。（気管の酸素分圧は[100 kPa – 6.3 kPa]の21% = 19.7 kPaである）。エベレスト山頂（標高8,848 mまたは29,029フィート）では、全気圧は33.7 kPaで、そのうち7.1 kPa（21%）が酸素である。^[29]肺に入る空気の全圧も33.7 kPaで、そのうち6.3 kPaは（海面でそうであるように）不可避的に水蒸気である。これにより、肺胞に入る酸素分圧が 5.8 kPa (または [33.7 kPa – 6.3 kPa] の 21% = 5.8 kPa) に低下します。したがって、吸入空気中の酸素分圧の低下は、高度での全大気圧の低下 (エベレスト山では 5.8 kPa対7.1 kPa) よりも大幅に大きくなります。

高度ではさらに小さな問題が起こります。吸入開始時に肺の容積が瞬間的に 2 倍になると、肺内の気圧は半分になります。これは高度に関係なく起こります。したがって、海面気圧 (100 kPa) が半分になると、肺内の気圧は 50 kPa になります。大気圧が 50 kPa しかない高度 5500 m で同じことを行うと、肺内の気圧は 25 kPa に低下します。したがって、海面で肺の容積が同じように変化すると、周囲の空気と肺内の空気の圧力差は 50 kPa になりますが、高度 5500 m ではその差は 25 kPa にしかなりません。したがって、吸入中に肺に空気を送り込む駆動圧は、この高度では半分になります。したがって、海面での吸入時の肺への空気の流入速度は、高度5500メートルでの流入速度の2倍になります。しかし、現実には、吸入と呼気は、この例よりもはるかに穏やかに、そして急激に起こることはありません。呼吸サイクル中に肺に空気を出入りさせる大気圧と肺内圧の差は、わずか2～3kPaの範囲です。[ 18 ^{] [19]}これらの小さな圧力差を2倍以上にするには、高地での呼吸努力を大幅に変更する必要があります。

低気圧が呼吸に及ぼす上記の影響はすべて、主に深く速い呼吸（過呼吸）によって対処されます。過呼吸の正確な程度は、動脈血中の酸素と二酸化炭素の分圧を調節する血液ガス恒常性によって決まります。この恒常性は、海面での動脈血中の酸素分圧よりも二酸化炭素の動脈血分圧の調節を優先します。 ^[6]つまり、海面での動脈血中の二酸化炭素分圧は、_さまざまな状況下で 5.3 kPa（または 40 mmHg）に非常に近い値に維持され、動脈血中の酸素分圧は_、補正換気反応を引き起こす前に、非常に広い範囲の値内で変化することが許されています。ただし、大気圧（したがって周囲の空気中の酸素分圧）が海面での値の 50～75% 未満に低下すると_、酸素の恒常性が二酸化炭素の恒常性よりも優先されます。^[6]この切り替えは高度約2500メートル（または約8000フィート）で起こります。この切り替えが比較的急激に起こると、高地での過呼吸により動脈内の二酸化炭素分圧が大幅に低下し、動脈血漿のpHが上昇します。これが高山病の一因です。一方、酸素恒常性への切り替えが不完全な場合は、低酸素症により臨床像が複雑になり、致命的な結果を招く可能性があります。

小気管支と細気管支には酸素センサーがあります。吸入した空気中の酸素分圧が低いことに反応して、これらのセンサーは反射的に肺細動脈を収縮させます。^{[32] （これは、動脈内の酸素分圧が低いと}_細動脈が拡張するという組織における対応する反射と正反対です。）高度では、これによって肺動脈圧が上昇し、海面レベルよりもはるかに均一に血流が肺に分配されます。海面レベルでは、肺動脈圧は非常に低いため、肺の上部には、比較的血液が過剰に灌流されている肺の底部よりもはるかに少ない血液が送られます。肺胞への血液と空気の流れが理想的に一致するのは、肺の中央部だけです。高度では、肺の上部から下部までの肺胞の換気/灌流比のこの変化はなくなり、すべての肺胞がほぼ生理的に理想的な方法で灌流および換気されます。これは、高高度および低酸素圧への順応にさらに重要な貢献をします。

腎臓は動脈血の酸素含有量（酸素分圧ではなく、血液1リットル当たりの_mmol O ₂）を測定する。高地のように血液の酸素含有量が慢性的に低い場合、酸素に敏感な腎臓細胞は血液中にエリスロポエチン（EPO）を分泌する。 ^{[33] [34]}このホルモンは赤骨髄を刺激して赤血球生成速度を上昇させ、血液のヘマトクリットを上昇させ、その結果、酸素運搬能力も増加する（血液中のヘモグロビン含有量が高くなるため）。言い換えれば、動脈血の酸素分圧が同じ場合_、ヘマトクリットが高い人はヘマトクリットが低い人よりも血液1リットル当たりの酸素運搬量が多い。したがって、高地居住者は海抜ゼロの住民よりもヘマトクリットが高い。^{[34] [35]}

鼻腔または気道内の神経終末の刺激は、咳反射やくしゃみを引き起こす可能性があります。これらの反応により、空気がそれぞれ気管または鼻から強制的に排出されます。このようにして、気道の内側を覆う粘液に捕らえられた刺激物は排出されるか口に移動され、そこで飲み込まれます。^[6]咳をしている間、気道壁の平滑筋が収縮し、軟骨板の端を引っ張り、軟部組織を内腔に押し込むことで気管が狭くなります。これにより、呼気流量が増加し、刺激粒子や粘液が除去されます。

呼吸器上皮は、肺の防御を助けるさまざまな分子を分泌します。これには、分泌型免疫グロブリン(IgA)、コレクチン、ディフェンシンおよびその他のペプチドとプロテアーゼ、活性酸素種、および活性窒素種が含まれます。これらの分泌物は抗菌剤として直接作用し、気道を感染から守るのに役立ちます。従来の免疫細胞やその他の細胞を感染部位に呼び寄せる さまざまなケモカインとサイトカインも分泌されます。

サーファクタント免疫機能は主に2つのタンパク質、SP-AとSP-Dに起因します。これらのタンパク質は病原体の表面の糖に結合し、それによって病原体をオプソニン化して食細胞に取り込ませます。また、炎症反応を制御し、適応免疫反応と相互作用します。サーファクタントの分解または不活性化は、肺の炎症や感染に対する感受性を高める可能性があります。^[36]

呼吸器系の大部分は粘膜で覆われており、粘膜にはリンパ球などの白血球を生成する粘膜関連リンパ組織が含まれています。

肺は、 II 型肺胞細胞によって形成される表面活性リポタンパク質複合体 (リン酸化リポタンパク質) であるサーファクタントを生成します。サーファクタントは肺胞の内側を覆う薄い水の層の表面に浮かび、水の表面張力を低下させます。

水面（水と空気の界面）の表面張力により、その表面は収縮する傾向があります。^[6]その表面が肺胞のように湾曲している場合、表面の収縮により肺胞の直径が小さくなります。水と空気の界面の湾曲が急であるほど、肺胞が潰れる傾向が強くなります。^[6]これには3つの効果があります。まず、肺胞内の表面張力により、吸入時の肺胞の拡張が妨げられます（つまり、肺が硬くなり、柔軟性がなくなります）。界面活性剤は表面張力を低下させるため、界面活性剤がない場合よりも肺の柔軟性が高まり、硬さが軽減されます。次に、肺胞の直径は呼吸サイクル中に増減します。つまり、呼気の終わりには、吸入の終わりよりも肺胞が潰れる（つまり、無気肺を引き起こす）傾向が強くなります。サーファクタントは水面に浮くため、呼気中に肺胞が収縮すると、その分子はより密集する。^[6]このため、肺胞が小さいときの方が、大きいとき（吸入の終わりにサーファクタント分子の間隔が広くなる）よりも表面張力を下げる効果が大きい。したがって、肺胞が潰れる傾向は、呼気の終わりと吸入の終わりでほぼ同じである。第三に、肺胞の内側を覆う湾曲した水層の表面張力により、肺組織から肺胞に水が引き込まれる傾向がある。サーファクタントはこの危険性を無視できるレベルまで減らし、肺胞を乾燥した状態に保つ。^{[6] [37]}

サーファクタントを生成できない早産児は、息を吐くたびに肺が潰れてしまう傾向がある。治療しなければ、呼吸窮迫症候群と呼ばれるこの症状は致命的である。鶏の肺の細胞を使用して行われた基礎科学実験は、ステロイドがII型肺胞細胞の発達を促進する手段として使用できる可能性を裏付けている。^[38]実際、早産の恐れがあると、出産を遅らせるためにあらゆる努力がなされ、出産が遅れている間に母親に一連のステロイド注射が行われ、肺の成熟が促進されることが多い。^[39]

肺血管には、脚の深部静脈からの塞栓によって肺循環に到達した可能性のある血栓を溶かす線溶系があります。また、肺血管は、全身動脈血に入るさまざまな物質を放出し、肺動脈を経由して到達した全身静脈血から他の物質を除去します。一部のプロスタグランジンは循環から除去されますが、他のプロスタグランジンは肺で合成され、肺組織が引き伸ばされたときに血液中に放出されます。

肺は1つのホルモンを活性化する。生理的に不活性なデカペプチドのアンジオテンシンIは、肺循環でアルドステロンを放出するオクタペプチドのアンジオテンシンIIに変換される。この反応は他の組織でも起こるが、特に肺で顕著である。アンジオテンシンIIは細動脈壁にも直接作用し、細動脈の収縮を引き起こし、その結果として動脈血圧を上昇させる。^{[40]この活性化の原因となる}アンジオテンシン変換酵素は、肺胞毛細血管の内皮細胞の表面に大量に存在している。この変換酵素はブラジキニンも不活性化する。肺胞毛細血管の循環時間は1秒未満であるが、肺に到達したアンジオテンシンIの70%は、毛細血管を1回通過するだけでアンジオテンシンIIに変換される。肺内皮細胞の表面には、他に 4 つのペプチダーゼが同定されています。

喉頭、咽頭、口を通るガスの動きによって、人間は話す、つまり発声することができます。鳥の発声、つまり歌は、気管の根元にある器官である鳴管によって行われます。人間の場合は喉頭 (声帯)、鳥の場合は鳴管を流れる空気の振動によって音が発生します。このため、ガスの動きはコミュニケーションの目的にとって不可欠です。

犬、猫、鳥、その他の動物がハアハアと息をするのは、皮膚の汗を蒸発させるのではなく、口の中の唾液を蒸発させることで体温を下げる手段となります。

呼吸器系の疾患は、いくつかの一般的なグループに分類できます。

• 気道閉塞性疾患（例：肺気腫、気管支炎、喘息）
• 肺閉塞性疾患（例：線維症、サルコイドーシス、肺胞損傷、胸水）
• 血管疾患（例：肺水腫、肺塞栓症、肺高血圧症）
• 感染症、環境性疾患、その他の「疾患」（例：肺炎、結核、石綿症、粒子状汚染物質）
• 原発性癌（例：気管支癌、中皮腫）
• 二次がん（例：体内の他の場所で発生したが、肺に転移したがん）
• サーファクタント不足（例：早産児の呼吸窮迫症候群）。

呼吸器系の疾患は通常、呼吸器科医と呼吸療法士によって治療されます。

呼吸が不可能または呼吸が不十分な場合は、医療用人工呼吸器が使用されることがあります。

馬は鼻呼吸が必須であり、口呼吸の選択肢がなく、鼻から空気を吸い込まなければならない点で他の多くの哺乳類とは異なります。軟口蓋と呼ばれる組織のひだは、飲み込むときを除いて、馬の口（口腔）から咽頭を遮断します。これにより、馬が食物を吸い込むのを防ぐことができますが、呼吸困難のときに口を使って呼吸することはできず、馬は鼻孔からしか呼吸できません。^{[引用が必要]}

ゾウは胸膜腔を持たない唯一の哺乳類として知られています。その代わりに、壁側胸膜と臓側胸膜はともに緻密な結合組織で構成され、疎な結合組織を介して互いに結合しています。^[41]この胸膜腔の欠如と異常に厚い横隔膜は、ゾウがシュノーケルのように見える鼻で呼吸しながら長時間水中に留まることができるように進化的に適応したものであると考えられています。^[42]

ゾウの肺は横隔膜に付着しており、呼吸は胸郭の拡張ではなく主に横隔膜に依存しています。^[43]

鳥類の呼吸器系は哺乳類のものと大きく異なります。まず、鳥類の肺は硬く、呼吸中に膨張したり収縮したりしません。その代わりに、体中に分布する広範な気嚢系（図15）がふいごのように機能し、周囲の空気を気嚢に吸い込み、肺を通過した空気を排出します（図18）。^{[44]鳥類には}横隔膜や胸膜腔もありません。

鳥類の肺は同サイズの哺乳類の肺よりも小さいが、気嚢は体全体の15％を占め、哺乳類ではふいごの役割を果たす肺胞が体全体の7％を占める。 ^[45]

吸気と呼気は、腹筋と肋骨筋の両方を使って胸腹腔（または体腔）全体の容積を交互に増減させることによって行われます。 ^{[46] [47] [48]}吸気中は、肋骨に付着している筋肉（図17）が収縮して、肋骨を前方外向きに傾けます。これにより、肋骨がほぼ直角に付着している胸骨肋骨が下方および前方に押され、胸骨（突出した竜骨を含む）も同じ方向に移動します（図17）。これにより、体幹の胸部の垂直方向および横方向の直径が両方とも増加します。特に胸骨の後端の前方および下方の動きにより、腹壁が下方に引っ張られ、体幹のその領域の容積も増加します。^[46]体幹全体の容積が増加すると、胸腹部気嚢内の気圧が低下し、以下のように空気で満たされる。

呼気時には、前方では胸骨と肋骨に 、後方では骨盤（図17では恥骨と腸骨）に付着している（腹壁の一部を形成）外腹斜筋が、吸入運動を逆転させながら腹腔内容物を圧縮し、すべての気嚢内の圧力を高めます。そのため、呼気動作で空気が呼吸器系から排出されます。^[46]

吸入時には、空気が鼻孔と口から気管に入り、鳴管を過ぎると気管は2つの主気管支に分岐し、両方の肺へと向かいます（図16）。主気管支は肺に入り、肺内気管支となり、腹側気管支と呼ばれる一連の平行枝と、その少し先に同等の背側気管支の組を発します（図16）。^{[46]肺内気管支の末端は、鳥の}尾端にある後気嚢に空気を排出します。各背側腹側気管支は、多数の平行な微細な気管支（または傍気管支）によって接続されており、ここでガス交換が行われます（図16）。^[46]鳥が息を吸うと、気管内の空気は肺内気管支を通って後気嚢と背気管支に流れますが、腹気管支には流れません（図18）。これは、気管支の構造上、吸い込まれた空気は腹気管支の開口部から肺内気管支の続きを通って背気管支と後気嚢に流れ込むためです。^{[50] [51] [52]}吸い込まれた空気は背気管支から傍気管支（したがってガス交換器）を通って腹気管支に流れ、そこから空気は拡大した前気嚢にしか逃げることができません。そのため、吸入時には後気嚢と前気嚢の両方が膨張し、^[46]後気嚢は吸い込んだ新鮮な空気で満たされ、一方前気嚢は肺を通過したばかりの「使い古された」（酸素の少ない）空気で満たされます。

呼気中、後気嚢（吸入中に新鮮な空気で満たされていた）の圧力は、前述の斜筋の収縮により上昇する。後気嚢から背気管支および肺内気管支への相互接続開口部の空気力学により、空気はこれらの気嚢から肺内気管支に戻るのではなく、（背気管支を介して）肺の方向に出る（図18）。^{[50] [52]}背気管支から、後気嚢からの新鮮な空気は、（吸入中と同じ方向に）傍気管支を通って腹気管支に流れる。腹気管支と前気嚢を肺内気管支に接続する気道は、これら2つの器官からの「使い古された」酸素の少ない空気を気管に導き、そこから外部に逃げる。^[46]そのため、酸素化された空気は（呼吸サイクル全体を通して）常に気管支を通って一方向に流れます。^[53]

鳥の肺を通る血流は、傍気管支を通る空気の流れに対して直角であり、交差流交換システムを形成している（図19）。^{[44] [46] [49]}_酸素が血液中に拡散するにつれて、傍気管支内の酸素分圧は長さに沿って低下する。気流の入口近くで交換器から出る毛細血管は、傍気管支の出口端近くで出る毛細血管よりも多くの酸素を取り込む_。すべての毛細血管の内容物が混ざると、混合された肺静脈血の最終的な酸素分圧は、吐き出された空気の酸素分圧よりも高くなるが、^{[46] [49]}それでも吸入した空気の半分以下であり、^[46]したがって、哺乳類のふいご型肺とほぼ同じ全身動脈血の酸素分圧が達成される。^[46]

気管は死腔の領域です。呼気の終わりに気管に含まれる酸素の少ない空気は、後部気嚢と肺に最初に再流入します。哺乳類の呼吸器官と比較すると、鳥類の死腔容積は、同じ大きさの哺乳類の平均4.5倍です。^{[45] [46]}首の長い鳥類は必然的に気管も長くなり、そのため死腔容積が大きいことを考慮に入れるために哺乳類よりも深く呼吸する必要があります。一部の鳥類（オオハクチョウ、 Cygnus cygnus、シロヘラサギ、Platalea leucorodia、アメリカシロヅル、オナガホウカンチョウ、Pauxi pauxiなど）では、一部のツルでは1.5メートルにもなる気管が体内で前後に巻かれており^[46]、死腔換気を大幅に増加させている^[46] 。この異常な特徴の目的は不明である。

爬虫類の肺の解剖学的構造は哺乳類ほど複雑ではなく、哺乳類の肺に見られる非常に広範な気道樹構造を欠いている。しかし爬虫類のガス交換は肺胞で行われる。[ 44 ]爬虫類は^横隔膜を持たない。そのため、カメを除くすべての爬虫類では、呼吸は体腔の容積の変化によって行われ、肋間筋の収縮によって制御される。カメでは、特定の側腹筋の収縮によって吸入と呼気が制御される。^[54]

両生類では、肺と皮膚の両方が呼吸器官として機能します。両生類の肺の換気は、陽圧換気に依存しています。筋肉が口腔底を下げて拡大し、空気を鼻孔から口腔内に引き込みます。鼻孔と口を閉じた状態で、口腔底が押し上げられ、空気が気管を通って肺に押し込まれます。これらの動物の皮膚は血管が豊富で湿潤しており、特殊な細胞からの粘液の分泌によって水分が維持され、皮膚呼吸に関与しています。肺は血液と周囲の空気（水の外にいる場合）との間のガス交換の主要な器官ですが、両生類が酸素が豊富な水に浸かっている場合は、皮膚のユニークな特性が迅速なガス交換を助けます。^[55] 両生類の中には、発達の初期段階で鰓を持つもの（カエルのオタマジャクシなど）もあれば、成体になっても鰓を保持するもの（一部のサンショウウオなど）もある。^[44]

酸素は水に溶けにくい。そのため、十分に空気を含んだ淡水には、海面の空気中の酸素濃度210 ml/リットルと比較して、8～10 ml O 2 /リットルしか含まれていない。[59] さらに、呼吸ガス_の拡散_係数（^すなわち、標準条件下で物質が高濃度の領域から低濃度の領域に拡散する速度）は、通常、空気中の方が水中よりも10,000倍速い。^[59]そのため、例えば酸素の拡散係数は空気中で17.6 mm ² /秒であるが、水中ではわずか0.0021 mm ² /秒である。^{[60] [61] [62] [63]}二酸化炭素の対応する値は、空気中で16 mm ² /秒、水中で0.0016 mm ^{2 /秒である。 [62] [63]} これは、酸素がガス交換器と接触している水から吸収されるとき、交換器から少し離れた酸素が豊富な領域からの酸素によって、空気中の場合よりもかなりゆっくりと置き換えられることを意味します。魚はこれらの問題に対処するために鰓を発達させました。鰓は糸状体を含む特殊な器官で、糸状体はさらに薄板に分かれます。薄板には密な薄壁の毛細血管網が含まれており、大量の水が通過する際に大きなガス交換表面積が確保されます。^[64]

鰓は、水中からの酸素の吸収効率を高める逆流交換システムを採用している。 ^{[56] [57] [58]}口から摂取された新鮮な酸素化水は、鰓を通して一方向に途切れることなく「送り出され」、鰓板内の血液は反対方向に流れ、魚の生存を左右する逆流の血液と水の流れを作り出す（図22）。^[58]

水は鰓蓋（えらぶた）が閉じて口腔が拡大することによって口から吸い込まれます（図23）。同時に鰓室が拡大し、口内の圧力よりも低い圧力が生じて、水が鰓の上を流れます。^[58]次に口腔が収縮し、受動的な口弁が閉じて、口からの水の逆流を防ぎます（図23）。^{[58] [65]}代わりに、口の中の水は鰓の上に押し出され、鰓室は収縮して中の水を鰓蓋開口部から排出します（図23）。吸入期の鰓室への逆流は、鰓蓋の腹後縁に沿った膜によって防止されます（図23の左の図）。このように、口腔と鰓室は交互に吸引ポンプと加圧ポンプとして機能し、鰓の上を一方向に一定に流れ続けます。^[58]毛細血管内の血液は水の流れと逆方向に流れるため、血液と水の逆流により、各毛細血管の全長にわたって酸素と二酸化炭素の急峻な濃度勾配が維持される（図22の下図）。したがって、酸素は勾配に従って血液中に、二酸化炭素は勾配に従って水中に継続的に拡散することができる。^[57]逆流交換システムでは、理論的には呼吸ガスを交換器の片側からもう一方の側へほぼ完全に移動させることができるが、魚類では、えらを流れる水中の酸素の80％未満が通常血液に伝達される。^[56]

活動的な外洋性サメの中には、動いている間に口から鰓に水が通る「ラム換気」と呼ばれるプロセスがある。^[66]休息中、ほとんどのサメは、他の硬骨魚類と同様に、鰓に水をポンプで送り、酸素を含んだ水が鰓に流れ続けるようにしている。しかし、少数の種は鰓に水をポンプで送る能力を失い、休むことなく泳がなければならない。これらの種は絶対ラム換気者であり、動けなくなったら窒息すると思われる。絶対ラム換気は、一部の外洋性硬骨魚類にも当てはまる。^[67]

魚の中には、水面上の空気を飲み込んで短時間酸素を摂取できるものもいくつかある。肺魚は肺を 1 つまたは 2 つ持っており、ラビリンス魚は特殊な「ラビリンス器官」を発達させており、これがこの亜目の魚の特徴となっている。ラビリンス器官は、鰓上部にある非常に折り畳まれた副呼吸器官である。これは、第一鰓弓の鰓上骨の血管拡張によって形成され、空気呼吸に用いられる。 [ ^{68]この器官により、ラビリンス魚は、}鰓を使って生息する水から酸素を摂取するのではなく、空気から直接酸素を摂取することができる。ラビリンス器官は、吸い込んだ空気中の酸素が血流に吸収されるのを助ける。その結果、ラビリンス魚は、湿った状態を保っていれば周囲の空気を吸い込むことができるため、水から出た状態でも短時間は生き延びることができる。ラビリンス魚は、機能的なラビリンス器官を持って生まれるわけではない。この器官の発達は緩やかで、ほとんどの若いラビリンス魚は完全に鰓呼吸をしており、成長するにつれてラビリンス器官が発達します。^[68]

カニのいくつかの種は、鰓肺と呼ばれる呼吸器官を使用します。^[69]鰓肺の鰓のような構造は、ガス交換のための表面積を増やし、水からよりも空気から酸素を取り入れるのに適しています。最も小さなクモやダニの中には、体の表面を通してガスを交換するだけで呼吸できるものもあります。より大きなクモ、サソリ、その他の節足動物は、原始的な書肺を使用します。

ほとんどの昆虫は気門（外骨格にある特別な開口部）で受動的に呼吸し、空気は一連のどんどん小さくなる管（直径が比較的大きいものは「気管」、直径が非常に小さいものは「気管支」と呼ばれる）によって体のあらゆる部分に届きます。気管支は体中の個々の細胞と接触しています。^[44]気管支は部分的に液体で満たされており、筋肉などの組織が活動して酸素の需要が高い場合は、個々の気管支から液体が引き出され、空気が活動細胞に近づきます。^[44]これはおそらく、活動している筋肉に乳酸が蓄積して浸透圧勾配が生じ、水が気管支から活動細胞に移動することによってもたらされます。ガスの拡散は短い距離では効果的ですが、長い距離では効果的ではありません。これが昆虫がどれも比較的小さい理由の1つです。一部のトビムシ類のように気門や気管を持たない昆虫は、ガスの拡散によって皮膚から直接呼吸する。^[70]

昆虫の気門の数は種によって異なるが、常に対になっており、体の両側に 1 つずつ、通常は節ごとに 1 対ずつある。Diplura 属の中には、胸部に 4 対、合計 11 個の気門を持つものもあるが、トンボやバッタなど、昆虫の古代形態のほとんどには、胸部に 2 個、腹部に 8 個の気門がある。しかし、残りの昆虫のほとんどでは、その数はそれより少ない。酸素が呼吸のために細胞に供給されるのは、気管のレベルである。

昆虫はかつて、気管系へのガスの単純な拡散によって環境と継続的にガス交換していると信じられていました。しかし、最近では昆虫の換気パターンに大きなばらつきがあることが記録されており、昆虫の呼吸は非常に多様であるようです。小さな昆虫の中には、連続的な呼吸運動を示さず、気門の筋肉制御を欠いているものもあります。しかし、他の昆虫は、腹部の筋肉収縮と協調した気門の収縮と弛緩を利用して、周期的なガス交換パターンを生み出し、大気中への水分損失を減らしています。これらのパターンの最も極端な形態は、不連続ガス交換サイクルと呼ばれています。^[71]

軟体動物は一般的に、水環境と循環器系の間でガス交換を可能にする鰓を持っています。これらの動物はまた、酸素を捕捉する分子としてヘモシアニンを含む血液を送り出す心臓も持っています。^[44]したがって、この呼吸器系は脊椎動物のものと似ています。腹足類の呼吸器系には、鰓または肺が含まれます。

植物は光合成の過程で二酸化炭素ガスを使用し、廃棄物として酸素ガスを吐き出します。光合成の化学式は 6 CO ₂ (二酸化炭素) と 6 H ₂ O (水) であり、太陽光の存在下では C ₆ H ₁₂ O ₆ (グルコース) と 6 O ₂ (酸素) が生成されます。光合成では、太陽光から得たエネルギーを貯蔵するために、炭素原子上の電子を使用します。^[72]呼吸は光合成の逆です。呼吸では、細胞内の化学反応にエネルギーを再利用します。その際、炭素原子とその電子は酸素と結合して CO _{2 を形成しますが、これは細胞と生物の両方から簡単に除去できます。植物は、エネルギーを捕捉するための光合成と、それを使用する}酸化代謝の両方のプロセスを使用します。

植物の呼吸は拡散の過程によって制限される。植物は、葉の裏側や時には体の他の部分で開閉する気孔と呼ばれる穴から二酸化炭素を取り込む。ほとんどの植物は、異化プロセス（エネルギーを放出する分解反応）のためにいくらかの酸素を必要とする。しかし、植物は高率の好気性代謝を必要とする活動には関与していないため、1時間あたりに使用されるO ₂の量は少ない。しかし、植物は光合成にCO _2を必要とするため、空気の必要量は非常に多い。CO 2は環境空気のわずか0.04％を占める。したがって、1gのグルコースを作るには、海面で少なくとも18.7リットルの空気からすべてのCO ₂を除去する必要がある。しかし、光合成プロセスの非効率性により、かなり大量の空気が使用される。^{[72] [73]}

• 大酸化イベント – 古原生代における大気中の酸素の急増
• 呼吸適応 – 運動による呼吸の変化
• スパイロメトリー – 肺機能検査
• 肺機能検査（PFT）

• 高校レベルの呼吸器系の説明
• 呼吸器系入門
• 理科の補助：呼吸器系 高校生のための簡単なガイド
• 呼吸器系 大学レベル (Microsoft Word 文書)
• 著名な呼吸生理学者ジョン・B・ウェストによる呼吸生理学の講義（YouTube でも視聴可能）