Nella normale respirazione l'aria penetra attraverso il naso, dove viene sottoposta ad una prima grossolana filtrazione ad opera dei peli delle narici. Le particelle di polveri sottili e i batteri aderiscono alle mucose umide delle fosse nasali. Se l'aria che respiriamo non venisse preventivamente filtrata, nelle vie respiratorie entrerebbero quantità eccessive di polveri e di emissioni. Quando per esempio ci soffiamo il naso, insieme al muco delle mucose nasali asportiamo anche la polvere preventivamente filtrata. La narice di destra e quella di sinistra sono separate da un setto.

Ciascuna narice contiene tre cornetti uno sopra l'altro. L'aria inspirata si riscalda su questa superficie estesa e bene irrorata, che funziona come una sorta di riscaldamento centralizzato. Viene inoltre umidificata dalle mucose, il cui rilascio di acqua è costante. Nel cornetto superiore ha sede l'odorato, che provvede a controllare l'aria inspirata. Quando si respira con la bocca si perdono tutti questi vantaggi.

Oltre all’epitelio cilindrico ciliato, le mucose sono dotate di cellule a calice per la produzione di muco. La sostanza prodotta dalle mucose non deve essere troppo densa, ma neanche troppo liquida. Come si vede nel filmato, il muco si deposita come una pellicola sulla pelle e sulle ciglia delle vie respiratorie. Il suo ruolo è quello di filtrare e contemporaneamente di assorbire le polveri sottili.

Il muco, insieme alle piccole particelle in esso disciolte, viene continuamente trasportato in direzione della laringe. Anche i gas nocivi presenti nell’ambiente, come per esempio l’ozono, vengono disciolti nel muco e parzialmente neutralizzati.

La trachea è la struttura tubolare che conduce dalla laringe ai bronchi. Lunga 10-12 cm (e talvolta anche 15 cm), è rivestita da un epitelio ricco di ghiandole mucose, come si spiegherà più in basso. La trachea è interamente rivestita di mucosa, dal naso ai bronchi.

Quest'organo consente un'accurata autopulizia delle vie respiratorie. I bronchi superiori filtrano le polveri più grossolane, di diametro superiore ai 10 micrometri, come si vede nel filmato sottostante. Video I bronchi hanno una struttura multistrato. Gli archi cartilaginei esterni conferiscono la necessaria stabilità alle grandi vie respiratorie, come per esempio la trachea. La trachea, la cui lunghezza è di circa 12 cm, viene mantenuta aperta da circa 20 arti cartilaginei a forma di ferro di cavallo.

Il suo lato interno è rivestito da una sottile mucosa, le cui cellule sono provviste di ciglia finissime, costantemente orientate verso la faringe, come le spighe di un campo di grano piegate dal vento. Queste ciglia, insieme alle secrezioni mucose, assicurano il trasporto verso l'esterno delle piccole impurità. Infatti la polvere che riesce a penetrare fino agli alveoli polmonari rimane nei polmoni, a rischio di danneggiarli.

A sinistra e a destra della cavità toracica si trovano i due polmoni, in posizione ben protetta, separati dal cuore e dagli organi del mediastino. I polmoni sono formazioni morbide, spugnose e dotate di grande elasticità, con la forma di un cono. Il lato esterno è delimitato dalla parete toracica, quello interno dal mediastino. La base poggia sul diaframma e il vertice è situato all’altezza della prima costola.

Le scissure dividono i polmoni in lobi. Il polmone sinistro presenta una sola scissura, mentre il polmone destro ne presenta due profonde. I polmoni sono alti circa 26 cm ed hanno un diametro di 15 cm. Il loro volume è di 1600 cm3, fermo restando che il polmone destro è più grande del sinistro. Ciascun polmone è avvolto esternamente in modo ermetico da una sacca a doppia parete. La pleura viscerale avvolge i polmoni, mentre la pleura parietale riveste la faccia interna della gabbia toracica. Insieme, la pleura viscerale e quella parietale vanno a costituire la sacca pleurica, detta anche pleura.

Tra la pleura viscerale interna e la pleura parietale esterna corre la cavità pleurica, una fessura che non contiene aria, ma un liquido acquoso. La pressione negativa (vuoto) fa sì che i polmoni si dilatino. I due foglietti possono quindi spostarsi insieme senza separarsi, come due lastre di vetro bagnate. Le reti di fibre elastiche dei polmoni provvedono a tenerli uniti.

Attraverso il fenomeno di adesione capillare, si spostano per trazione, mentre durante l’inspirazione subiscono una dilatazione passiva, poiché seguono il movimento della gabbia toracica e del diaframma. La penetrazione di aria nella cavità pleurica avrebbe conseguenze pericolose, poiché verrebbe meno la pressione negativa e i polmoni potrebbero collassare, per la loro elasticità propria.

La trachea si suddivide in due ramificazioni, i due alberi bronchiali, ciascuno dei quali penetra in uno dei polmoni, attraverso la radice polmonare. Complessivamente ciascun bronco si ramifica 22 volte dalla trachea all'altezza della quarta vertebra toracica, fino a raggiungere le vescicole polmonari, i cosiddetti alveoli. Come avviene nell'apparato radicale di un albero, ad ogni ramificazione i bronchi diventano più sottili. Una volta giunti agli alveoli il loro spessore è ormai quello di un capello.

All'interno dei polmoni, i bronchi si ramificano in suddivisioni sempre più sottili, i cosiddetti bronchioli, che sfociano negli alveoli polmonari. I bronchioli hanno un diametro di appena 1 mm circa e sono privi di qualsiasi rinforzo cartilagineo. Sono infatti formati da sole fibre muscolari. Gli eventuali problemi ai bronchioli hanno conseguenze negative per la respirazione.

La respirazione può risultare alterata da una stenosi (ostruzione) delle vie respiratorie. Nell' asma bronchiale, queste stenosi patologiche (ostruzioni) sono riconducibili ad una tumefazione e ad un raggrinzimento delle mucose, ad una contrattura della muscolatura anulare che circonda i bronchi o ad un'aumentata produzione di muco a seguito di processi allergici, per esempio scatenati da pollini e peli di animale.

Il polmone assomiglia ad un albero il cui tronco, la trachea, forma dei rami adibiti al trasporto dell’aria, i cosiddetti bronchi. I ramoscelli più sottili sono i bronchioli, da cui pendono a loro volta delle appendici simili a foglie, le vescicole o alveoli polmonari, al cui interno avviene lo scambio di aria, come si può vedere in questo breve filmato.

Complessivamente i due polmoni contengono circa 300 milioni di queste vescicole, il cui diametro è di circa 0,2 millimetri, per una superficie complessiva di circa 100 m², ovverosia pari approssimativamente a 50 volte l'intera superficie cutanea. Le vescicole polmonari sono circondate da una rete di sottilissimi vasi sanguigni, i capillari. Attraverso le pareti sottilissime di questi capillari, l'ossigeno dell'aria respirata passa nel sangue, mentre l'anidride carbonica passa dal sangue all'aria degli alveoli. Questo processo è la cosiddetta respirazione.

L’inspirazione

Attraverso i movimenti respiratori riempiamo i polmoni d'aria per poi espellerla nuovamente. Così facendo si incamera nuovo ossigeno e si elimina l'anidride carbonica prodotta. Durante l'inspirazione, i muscoli intercostali esterni si contraggono e le costole si sollevano. Contemporaneamente si contrae la muscolatura del diaframma, che si abbassa nello spazio addominale. Il polmone viene ad essere sottoposto ad una trazione che ne provoca la dilatazione passiva. Questi due movimenti aumentano lo spazio toracico. Aderendo alle costole, la pleura parietale, il più esterno dei due foglietti pleurici, fa sì che le costole si muovano in modo sincrono. Poiché la cavità pleurica (pleura) tra la pleura parietale e la pleura viscerale è a chiusura ermetica, la pleura viscerale viene come risucchiata, con una conseguente dilatazione passiva dei polmoni. Lo spazio all'interno degli alveoli polmonari aumenta e l'aria affluisce attraverso la trachea prima, i bronchi poi. L’intero processo ha di straordinario il fatto che il polmoni in sé sono sprovvisti di muscolatura. Avvalendosi di "ausiliari", i muscoli di altre parti del corpo, riescono però ad assicurarsi il contributo della muscolatura alla respirazione.

L’espirazione

Durante l’espirazione, i muscoli intercostali esterni e il diaframma si rilassano. La gabbia toracica si abbassa, mentre il diaframma si inarca nuovamente verso l’alto. Questa riduzione dello spazio toracico fa sì che l’aria venga espulsa dai polmoni. Dopo questa prima fase dell'espirazione, i muscoli intercostali interni e la muscolatura addominale possono far scendere ulteriormente le costole, aumentando la curvatura del diaframma. La quantità di aria espirata aumenta.

Lo scambio gassoso

Come risulta da questo breve filmato, il sangue povero di ossigeno e ricco di anidride carbonica passa dal ventricolo destro ai capillari, che provvedono a sostituirlo con sangue ricco di ossigeno all'interno degli alveoli polmonari. Nell’organismo questo processo si svolge solo attraverso il ventricolo sinistro. Il sangue venoso proveniente dall'intero corpo, di colore rosso scuro, cede anidride carbonica all'aria inspirata. Contemporaneamente l'ossigeno dell'aria inalata viene instradato verso il sangue arterioso, che diventa di colore rosso chiaro. Questo sangue defluisce dai polmoni al cuore, che provvede a pomparlo nella circolazione sanguigna.