Hingamine

Mehhanism

Imetajates toimub sissehingamine üldjuhul vahelihase kokkutõmbumise kaudu. Seda nimetatakse negatiivse rõhuga hingamiseks. Normaaljuhul suureneb vahelihase kokkutõmbumisel rinnaõõne ruumala ja õhk saab kopsudesse voolata. Vahelihase lõdvestumisel toimub vastupidine protsess. Sellele protsessile aitavad kaasa roietevahelised lihased, mis tõstavad rinnakorvi ülespoole ja suurendavad sel viisil rinnaõõne ruumala.
Vahelihase lõdvestumine põhjustab kopsuõõne ruumala vähenemise. Samal ajal lõdvestuvad ka roietevahelised lihased ja vähendavad kopsude ruumala veelgi. Kui ülemiste hingamisteede juures mingeid takistusi ei ole, voolab õhk suurenenud rõhu mõjul kopsudest välja. Rahulikul väljahingamisel lihased tööd ei tee. Sissehingamisel suureneb vahelihase kokkutõmbumise mõjul kopsude ruumala ja väheneb nende sisene rõhk, mis põhjustab rõhugradienti järgiva õhuvoolu kopsudesse.
Kahepaiksetes toimub positiivse rõhuga hingamine. Lihased liigutavad suuõõne alumist osa allapoole, suurendades suuõõne ruumala ja põhjustades õhu sissevoolu ninasõõrmete kaudu. Seejärel sulguvad ninasõõrmed ja suuõõne põhi surub üles liikudes õhu kopsudesse. Väljahingamisel tõmbab alla liikuv suuõõne põhi õhu kopsudest välja, seejärel avanevad ninasõõrmed ja suuõõne põhi lükkab õhu taas ümbritsevasse keskkonda. Puhkeolekus on väljahingamine kopsualveoolide ja kopse ümbritseva lihaselise kopsuõõne seina elastse kokkutõmbumise tulemus.
Hingamisega on seotud järgmised elundid: suu, nina ja ninasõõrmed, neel, kõri, hingetoru, bronhid, bronhioolid, kopsud, vahelihas ja hingamisahela perifeersed osad, näiteks kopsualveoolid.

Teadvuslik kontroll

Hingamise tahtlik mõjutamine on levinud paljudes meditatsiooni vormides, eriti joogas, näiteks pranayama  tüüpi joogas, aga mitte anapana tüüpi joogas, kus ainult jälgitakse oma hingamist.
Ujudes, füüsilist trenni tehes või rääkides võib inimene õppida oma hingamist juhtima ka mitte otseselt elus püsimiseks. Alguses toimub see juhtimine teadvuslikult, aga hiljem juba alateadlikult. Inimkõneks on vajalik hingamise kõrgelt arenenud kontrollimisvõime. Hingamise juhtimist kasutatakse muuhulgas näiteks ka Buteyko meetodis.

Alateadlik kontroll

Alateadlikult juhivad hingamist spetsiaalsed piirkonnad aju alumises osas, mis automaatselt reguleerivad hingamise kiirust ja sügavust keha hetkevajadustest lähtuvalt. Kui süsinikdioksiidi tase veres tõuseb, reageerib see veres leiduva veega ja moodustab süsihappe. Piimhape, mida toodavad anaeroobse hingamise kaudu lihased, langetab samuti vere pH-d. Vere pH langus stimuleerib aju glomus caroticum'is ja glomus aorticum'is asuvaid kemoretseptoreid, mis saadavad signaalid aju hingamiskeskusse piklikajus ja Varioliuse sillas (pons). Sealt omakorda saadetakse signaalid vahelihasesse.
 

Näited

Näiteks füüsilise pingutuse ajal süsinikdioksiidi tase veres tõuseb suurenenud rakuhingamise tõttu lihastes. See omakorda käivitab glomus caroticumi ja aorticumi ning aju hingamiskeskuse, mis tõstab hingamise kiirust.
Puhkuse ajal on vere süsinikdioksiidi tase madalam ja hingamine on aeglasem. Hingamise kiirenemise ja uppumistunde põhjustab eelkõige süsinikdioksiidi toimel vere happelisemaks muutumine, mitte otseselt hapniku puudus.

Tagasisideasutus

Terve inimene ei saa lõpmata pikaks ajaks "vabatahtlikult" hingamata jätta, sealjuures ellu jäädes. Kui ta uut õhku sisse ei tõmba, tõuseb süsinikdioksiidi tase veres ja ta kogeb tohutut uppumistunnet. See mahasurumatu refleks on loomulik arvestades, et hingamiseta langeb hapniku tase veres ohtlikult madalale juba mõne minutiga. See võib põhjustada pöördumatut ajukahjustust ja surma.
On olnud juhuseid, kui inimesed on hingamata suutnud elus püsida mitu tundi. See on võimalik ainult külma vee all viibides, sest see käivitab imetaja sukeldumisrefleksi ja paneb sukelduja talveunetaolisse seisundisse.
Kui terve inimene hoiab oma hinge kinni piisavalt pika aja vältel, kaotab ta teadvuse ja ta keha hakkab seejärel ise hingama. Sellest lähtuvalt ei ole võimalik sellisel viisil enesetappu sooritada. Kui hingamist takistaks lisaks tahtlikule hinge kinni hoidmisele veel miski, näiteks vesi, siis oleks inimese elu ohus.
Hingeldamine põhjustab vere süsinikdioksiidi taseme languse alla normaalse taseme. Selle mõjul langeb eluks vajalike organite varustamine vere ja hapnikuga Bohri efekti ja süsinikdioksiidi põhjustatud vasokonstriktsiooni tõttu. Vabatahtlik hingeldamine võib viia minestamiseni, sest ajus tekib hapnikupuudus.

Koostisosad

Hapnik on kõigi hingatavate gaaside tähtsaim komponent. Õhu koostisosad on ruumala järgi: 78% lämmastik, 21% hapnik, 0,96% argoon, 0,04% süsinikdioksiid, heelium, vesi ja teised gaasid. Sukeldujad hingavad tihti hapniku- või heeliumirikkaid gaasisegusid. Meditsiinis antakse patsientidele vahel puhast hapnikku või valu vaigistavaid gaase. Skafandrite siseatmosfäär koosneb puhtast hapnikust.
Kuna me oleme kohastunud madala hapniku kontsentratsiooniga õhu hingamiseks, siis võib puhta hapnikku keskkond tekitada meis hüperaktiivsust ja eufooriat.
Väljahingatavas õhus on absoluutses mõõtkavas 4–5% rohkem süsinikdioksiidi ja 4–5% vähem hapnikku kui sissehingatavas õhus. Lisaks sisaldab väljahingatav õhk 5% ulatuses veeauru ja väikestes kogustes vesinikku, süsinikmonoksiidi, ammoniaaki, atsetooni, metanooli, etanooli ja teisi orgaanilisi ühendeid. Väljahingatava hapniku ja süsinikdioksiidi kogus võib muutuda sõltuvalt toitumisest, füüsilisest pingutusest ja füüsilise treenituse astmest.

Õhurõhk

Atmosfäärirõhk on merepinnast kõrgemal madalam, sest ülevalt poolt rõhuva õhu mass on väiksem. See võib tekitada mägihaigust ja hapnikupuudust. Vee all hingates on gaasid merepinnaga võrreldes suurema rõhu all vee raskuse tõttu. Selle tagajärjel võib esineda lämmastikunarkoosi, hapnikumürgitust või kessoontõbe.

Tähtsus kultuuris

Taijiquanis on kombineeritud aeroobne treening ja hingamine, et treenida vahelihast ja rühti, see aitab keha energiavarusid efektiivsemalt kasutada. Muusikud kasutavad oma hingeõhku puhkpillide mängimiseks. Naer on füsioloogiliselt lihtne äkiliste väljahingamiste jada. Luksumine, haigutamine ja aevastamine on samuti hingamisega seotud nähtused.
Ajaloolistel aegadel seostati hingamist tihti elujõuga. Heebreakeelne Piibel kirjeldab protsessi, kus Jumal "puhub" elujõu või hinge savitükki, äratades niimoodi ellu Aadama. Lisaks kirjutatakse seal, et hing läheb pärast surma Jumala juurde tagasi. 
Mõisted nagu "hing", "chi" ja "prana"  on seotud hingamisega.

Hapnikuhingamine

Hapniku- ehk aeroobne hingamine toimub üksnes hapniku juuresolekul ja võrreldes mineraalse hingamisega on see energeetiliselt efektiivsem. Hapnikuhingamine toimub enamikul aeroobses keskkonnas elavatel organismidel.

Kalade hingamine

Suurem osa kalasid hingavad lõpustega, mis asuvad neelu külgedel. Lõpused koosnevad õhukestest filamentsetest koeplaatidest, mis sisaldavad kapillaare. Lõpustel on suur pindala, et saaks toimuda kiire hapniku ja süsihappegaasi vahetus väliskeskkonnaga. Kaladel toimub gaasivahetus nii, et vesi pumbatakse suu kaudu üle lõpuste. Mõnedes kalades voolab veri kapillaarides vee liikumisega vastassuunas ja see muudab gaasivahetust efektiivsemaks. Hapnikuvaene vesi lahkub lõpustest neelu külgedel asuvate lõhede kaudu. Mõnedel kaladel, näiteks haidel, on selleks rohkem kui kaks avaust. Luukaladle on ainult üks lõhe kummalgi küljel, mida kaitseb luine kate. Kahepaiksete vastsetel on kehavälised lõpused.
Mitmed kalaliigid võivad pikka aega veest väljas elada, näiteks mudahüpikud võivad päevi maal veeta või elada seisvas ja hapnikuvaeses vees. Paljud seda tüüpi kalad hingavad korraga mitme mehhanismi abil. Angerjad ja mudahüpikud võivad lisaks lõpustele hingata ka naha kaudu. Elektriangerjad omastavad hapnikku põsekoobaste kaudu. Mõned sägade liigid hingavad seedetraktide kaudu. Kopskalade kopsud sarnanevad maismaaselgroogsete omadega, mistõttu peavad nad käima pinnalt õhku ahmimas.
Õhu hingamine on kasulik peamiselt kaladele sellistes elupaikades, kus vee hapnikusisaldus kõigub sesoonselt. Kalad, kes sõltuvad ainult vees lahustunud hapnikust, lämbuvad, aga õhu hingajad peavad palju kauem vastu. Mõnel juhul on vee rolli täitmas ainult muda. Mõned kalad jäävad kuivaperioodiks suveunne.
Õhku hingavad kalad võib jagada kahte rühma, esimesse kuuluvad kalad, kes ei saa õhuta ellu jääda ja teise kalad, kelle jaoks on õhu hingamine lihtsalt alternatiivne meetod hapniku omastamiseks. Enamik õhku hingavad kalad kuuluvad teise kategooriasse, see aitab ka ohtrate pinna lähedal varitsevate kiskjate eest paremini varjuda.

Taimede hingamine

Taimede puhul eristatakse pimedushingamist ja valgushingamist (viimast üksnes C₃-tüüpi fotosünteesiga taimedel). Pimedushingamine kattub universaalse hapnikuhingamisega.