Hengitys

Hengityksellä tai respiraatiolla tarkoitetaan hapen siirtoa ilmasta soluihin ja hiilidioksidin siirtymistä soluista ulkoilmaan. Soluhengitys on suppeampi käsite; sillä tarkoitetaan solujen hapenottoa kudosnesteestä ja hiilidioksidin luovutusta kudosnesteeseen. Ilman virtaus keuhkorakkuloihin ja ulos niistä on keuhkotuuletusta.

Ihmisen hengitys

Levossa sisäänhengityslihaksina toimivat uloimmat kylkivälilihakset, jotka nostavat kylkiluita ja rintakehä laajenee, sekä pallea, joka supistuessaan vetäytyy alaspäin ja aiheuttaa rintakehän sisälle alipaineen. Ilma virtaa paine-eron suuntaan ja täyttää keuhkot. Uloshengitys tapahtuu levossa passiivisesti, jolloin rintakehä palautuu lepoasentoon kimmoisuuttaan. Kun hengitys voimistuu, käytetään myös uloshengityslihaksia  eli sisempiä kylkivälilihaksia ja vatsalihaksia. Kovassa fyysisessä rasituksessa, hengenahdistuksessa tms. tilanteessa mukaan tulevat apuhengityslihakset eli muut rintakehässä kiinni olevat lihakset. Kaasujen vaihto tapahtuu keuhkorakkuloissa eli alveoleissa. Happi siirtyy vereen ja kiinnittyy punasolun sisällä olevaan hemoglobiiniin. Aineenvaihdunnan lopputuotteena syntynyt ylimääräinen hiilidioksidi poistuu uloshengitysilman mukana. Ihminen voi pidättää henkeään useamman minuutin, mutta on nisäkkäitä, jotka pystyvät olemaan hengittämättä pidempään, muun muassa valaat, jotka voivat olla veden alla useita tunteja.
Hengitystapoja on mahdollista jakaa neljään ryhmään sen mukaan, missä hengitys näyttää tapahtuvan. 
1. Solisluuhengitys
2. Rintahengitys
3. Vatsahengitys 
4. Syvähengitys
Solisluuhengityksessä hartiat nousevat sisäänhengityksen aikana. Rintahengityksessä rintakehän yläosa kohoaa ja vatsahengityksessä alavatsa pullistuu. Syvähengitystä pidetään teoriassa parhaana hengitystapana, sillä siinä keuhkot pääsevät täyttymään joka kohdasta tasapuolisesti kaikkien hengityslihasten osallistuessa toimintaan. Pallea laskeutuu, kylkivälilihakset nostavat kylkiluita, vatsa pullistuu, rintakehä leviää. Syvähengityksessä hengityksestä johtuva lihominen tapahtuu keskivartalon alueella kyljissä ja selässä sekä ylävatsan alueella. Syvähengitystä pidetään joissakin piireissä ainoaksi oikeaksi hengitystavaksi ja muut kolme tapaa kuitataan virheellisiksi , mutta jopa oopperalaulajien on todettu käyttävän jotain muuta tapaa hengittää kuin syvähengitys  On myös muistettava, ettei syvähengitys ei ole sama asia kuin ilman vetäminen keuhkoihin ääriään myöten täyteen.

Hengitystilavuudet

Ihmisen hengittäessä normaalisti sisään ja ulos on kertahengitystilavuus noin 0,5 litraa ilmaa, mutta voimakkaasti hengitettäessä jopa 4 litraa. Ihminen ei voi puhaltaa keuhkojaan täysin tyhjiksi, sillä keuhkoputkiin jää aina noin 0,15 litraa ilmaa, koska ne eivät painu kokoon. Tätä tilavuutta kutsutaan kuolleeksi tilaksi. Normaali hengitystiheys ihmisellä on noin 12–16 kertaa minuutissa, rasituksessa hengitystiheys on suurempi. Kun kuollut tila vähennetään kertahengitysilmasta, jää keuhkorakkuloiden tehokkaan ilmanvaihdon määräksi yhden hengenvedon aikana 0,35 litraa. Kun tämä määrä kerrotaan hengitystaajuudella, keuhkorakkuloiden tuuletukseksi saadaan 4,2–4,9 litraa minuutissa. Kokonaishengityksen minuuttitilavuus on noin 6–7 litraa.
Lapset hengittävät aikuisia taajemmin, imeväiset vähintään 30-40 kertaa minuutissa. Lihastyö ja henkinen jännitystila suurentavat sekä hengitystaajuutta että kertahengitysilmaa ja siis myös hengityksen minuuttitilavuutta.
Kertahengitysilman, 0,5 litran, lisäksi keuhkoihin voidaan vetää ilmaa vielä sisäänhengityksen varatilan verran. Tämä on se ilmamäärä, jonka ihminen voi vetää keuhkoihinsa tavallisen sisäänhengityksen jälkeen. Nuoren miehen lukema on noin 3 litraa. Uloshengityksen varatila on se ilmatilavuus, joka normaalin uloshengityksen jälkeen aktiivisella ponnistuksella saadaan vielä ulos, noin 1 l.
Äärimmäisen uloshengityksen jälkeenkin keuhkoihin jää ilmaa jäännösilmatilan verran eli noin 1,5 litraa. 
Vitaalikapasiteetti saadaan, kun lasketaan yhteen sisäänhengityksen varatila, normaali kertahengitysilma ja uloshengityksen varatila (3 l + 0,5 l + 1 l = 4,5 litraa).
Kun vitaalikapasiteettiin lisätään keuhkoihin välttämättä jäävä jäännösilmatila, saadaan keuhkojen kokonaiskapasiteetti tai totaalikapasiteetti (4,5 l + 1,5 l = 6 litraa).
Luvut ovat nuoren terveen miehen arvoja, naisen arvot ovat 20–25 % pienemmät. Myös ikä ja urheiluharrastukset sekä esimerkiksi puhallinsoitinharrastus vaikuttavat merkittävästi arvoihin.
Hengitystilavuuksia tutkitaan spirometrilla. Staattisessa spirometriassa tutkitaan ainoastaan hengitystilavuuksia. Dynaamisessa spirometriassa mitataan niiden lisäksi ilman virtausnopeutta, esimerkiksi ilman huippuvirtausnopeutta  uloshengityksen aikana (PEF). Sekuntitilavuus tai sekuntikapasiteetti (FEV1) tarkoittaa ilmamäärää, jonka tutkittava pystyy puhaltamaan ulos täyteen vedetyistä keuhkoistaan ensimmäisen sekunnin aikana. Sekuntitilavuuden prosenttiosuus vitaalikapasiteetista (FEV%) on normaalisti vähintään 72 %.

Hengityselimet

Ihmisellä hengityselimiin kuuluvat hengitystiet sekä keuhkot. Hengitystiet jaetaan ylä- ja alahengitysteihin. Ylähengitysteihin kuuluvat nenäontelo sivuonteloineen, nielu ja kurkunpää. Alahengitysteihin kuuluvat henkitorvi ja keuhkoputket.
Hengitysteitä verhoaa hengitystie-epiteeli, joka on valekerrostunutta värekarvaepiteeliä. Värekarvat heiluvat jatkuvasti etenevinä aaltoina liikuttaen soluja peittävää limaa kohti nielua, josta ne joutuvat nielemisliikkeiden mukana mahalaukkuun. Limaan tarttuu hengitysilmasta mikrobeja, jotka hajoavat lähes täysin mahalaukussa.
Hengitystiet puhdistavat, lämmittävät ja kostuttavat niiden läpi virtaavaa sisäänhengitysilmaa.

Hengityskeskus

Hengityskeskus on ydinjatkeessa sijaitseva keuhkotuuletusta säätelevä keskus. Keskuksen hermosoluista osa on aktiivisimmillaan sisäänhengityksen aikana ja osa uloshengityksen aikana. Hengityskeskuksen toiminnan säätelyyn kuuluvat sekä humoraalinen säätely että neuraalinen säätely. Humoraalisen säätelyn säätelytekijöistä tehokkain on hiilidioksidi, jonka liuetessa vereen muodostuvat vetyionit stimuloivat hengitystä.

Kaasujen kierto elimistössä

Happi siirtyy lyhyen matkan vuoksi hyvin nopeasti keuhkorakkuloista vereen, jossa se kulkee suurimmaksi osaksi hemoglobiiniin eli verenpunaan sitoutuneena. Osa hapesta kuitenkin liukenee plasmaan ja punasolujen nesteeseen. Esimerkiksi häkä (CO) sitoutuu hemoglobiiniin estäen hapen sitoutumisen, joka selittää sen myrkyllisyyden. Kudosten hiussuonista happi siirtyy happiosapaineen ansiosta kudosnesteeseen ja siitä edelleen soluihin. Samalla tavoin siirtyy hiilidioksidi soluista ensin kudosnesteeseen ja siitä vereen. Veressä hiilidioksidi reagoi veden kanssa muodostaen hiilihappoa, joka dissosioituu vetyioniksi ja vetykarbonaatti-ioniksi. Tätä tapahtumaa katalysoivat tietyt punasolujen entsyymit. Hiilidioksidista noin 70 prosenttia kulkee veressä vetykarbonaattina. Vetykarbonaatti ja vetyionit muodostavat jälleen hiilidioksidia keuhkokapillaareissa. Hiilidioksidista noin 23 % kulkee veressä hemoglobiinin tai muihin plasman proteiineihin sitoutuneena ja noin 7 prosenttia hiilidioksidista on liuenneena vereen muuttumattomana hiilidioksidina.