En fisiología, se llama respiración al proceso mediante el cual los seres vivos intercambian gases con el medio externo. Este proceso consiste en la entrada de oxígeno al cuerpo de un ser vivo y la salida de dióxido de carbono del mismo y sirve para sostener la respiración celular, el proceso bioquímico que consume oxígeno y produce dióxido de carbono para generar energía.
En los organismos complejos la respiración consiste de varios procesos de transporte de gases entrelazados en serie. En el ser humano, los procesos que forman parte de la respiración son: la ventilación pulmonar (que transporta gases entre la atmósfera y los pulmones), la hematosis (entre los pulmones y la sangre), la circulación de la sangre, y el intercambio gaseoso interno (entre la sangre y las células). La ventilación pulmonar y también la respiración celular suelen llamarse simplemente "respiración" en muchos contextos.
La respiración es indispensable para la vida de los organismos aeróbicos. Dependiendo del tipo de órgano encargado del proceso, la respiración puede ser pulmonar, como en los mamíferos; traqueal, en los artrópodos; branquial, en los peces; o cutánea, en los anélidos. El intercambio puede producirse con el aire atmosférico, como ocurre en las aves y mamíferos, o tener lugar en el medio acuático que también contiene oxígeno y dióxido de carbono disuelto. El sistema respiratorio junto con el cardiovascular es un elemento integral del trabajo armonioso e interrelacionado de todos los órganos y sistemas del organismo, manteniendo la constancia de la composición gaseosa del aire alveolar, la circulación de la sangre y el fluido tisular.
Los organismos de pequeñas dimensiones, como el plancton, reciben suficiente oxígeno por difusión a través de sus delgados tegumentos. Así respiran las esponjas, las medusas, y los platelmintos sin aparato circulatorio ni respiratorio.
Los artrópodos terrestres, como la mayoría de insectos y arácnidos, respiran por un sistema de tráqueas, tubos delgados con quitina y abertura al exterior por poros en la cutícula, que llevan el aire a la hemolinfa, que baña los diversos órganos. Algunas arañas tienen un cuerpo formado de la tráquea llamado pénfigo pulmonar. Los artrópodos acuáticos (especialmente larvas de insectos) desarrollan una especie de agallas formadas por tráqueas.
Los moluscos, en general, disponen de un sistema respiratorio, en algunos aspectos, similar al de los peces, tienen branquias que permiten el intercambio de oxígeno en un entorno acuático, incorporando oxígeno al sistema circulatorio. En los moluscos terrestres, como el caracol de los jardines, hay un pulmón con la misma función que el pulmón vertebrado, pero con un origen y estructura muy diferente.
Los peces óseos por lo general tienen branquias alojadas en una cavidad que tiene una abertura al exterior cerrada por una tapa, una placa de hueso que se mueve para controlar el flujo de agua; los seláceos, como los tiburones, que no tienen los sellos de membrana, sino hendiduras branquiales, aumentan el flujo de agua mediante la natación a alta velocidad con la boca abierta, causando así la entrada de agua a la cavidad branquial.
En los vertebrados terrestres y pulmonados, la respiración tienen lugar en órganos llamados pulmones, más particularmente en los alvéolos pulmonares, cuyas paredes están altamente irrigadas por vasos sanguíneos. Es entre la sangre y el aire en los pulmones que tiene lugar el intercambio de gases en un proceso llamado hematosis pulmonar. La entrada y salida de aire - con composición diferente debido al intercambio - es causada por movimientos (típicamente involuntarios) de los músculos del tórax. También los peces pulmonados tienen uno o dos pulmones. En los anfibios la piel es otro órgano respiratorio; está muy vascularizada y constantemente húmeda, con la humedad mantenida a través de la secreción de moco por parte de células especializadas.
La estructura anatómica de los pulmones es menos compleja en los reptiles que en los mamíferos. También el sistema respiratorio de las aves difiere significativamente del que se encuentra en los mamíferos, con características anatómicas únicas, como por ejemplo bolsas de aire; debido a la alta tasa metabólica requerida para el vuelo, las aves tienen una alta demanda de oxígeno.
Todos los mamíferos, incluidos los acuáticos, tienen respiración pulmonar. Se caracterizan por tener dos pulmones muy desarrollados y divididos en lóbulos; los pulmones se alojan en la cavidad pleural, y queda delimitada por el diafragma, que es un músculo que con su distensión y contracción, realiza la entrada y salida de gases. Las vías respiratorias son la tráquea que se bifurca en dos bronquios cada uno hacia un pulmón. Estos se continúan bifurcando en bronquiolos y acaba en los alveolos, en el resto de animales se llaman faveolos. El intercambio de gases (hematosis) se realiza en los alveolos. Los alveolos son sacos ciegos que están rodeados de capilares sanguíneos. La emisión de sonidos es posible por la presencia de cuerdas vocales a la laringe. Entre un mamífero y un anfibio de la misma medida el primero tiene 10 veces más superficie pulmonar.
Los seres vivos aeróbicos han desarrollado varios sistemas de intercambio gaseoso con el medio en el que viven: cutáneo, traqueal, branquial y pulmonar. Mediante cualquiera de estos sistemas incorporan oxígeno procedente del medio exterior y desechan dióxido de carbono y vapor de agua, como producto del proceso del metabolismo energético. El ser humano y los mamíferos presentan únicamente respiración pulmonar, pero algunos organismos como los anfibios utilizan varios sistemas simultáneamente y tienen respiración cutánea y pulmonar.
Tiene lugar en la mayor parte de los vertebrados terrestres: anfibios, reptiles, aves y mamíferos incluyendo el hombre. El aparato respiratorio de tipo pulmonar está formado por unos orificios respiratorios situados en la cabeza que comunican con un conducto que se llama laringe el cual desemboca a través de la tráquea en los pulmones. Los pulmones constan de un conjunto de alveolos rodeados de capilares sanguíneos. En los alveolos es donde se produce el intercambio de gases con la sangre. La sangre oxigenada es distribuida por todo el organismo mediante el aparato circulatorio.
La respiración traqueal tiene lugar en muchos invertebrados, incluyendo los insectos, miriápodos y algunos arácnidos. Estos animales disponen de una serie de orificios a lo largo de su cuerpo llamados estigmas por los cuales se introduce el aire de la atmósfera. Los estigmas dan lugar a unos conductos que reciben el nombre de tráqueas que se ramifican en el interior de su organismo para permitir el intercambio gaseoso.
Los animales acuáticos deben obtener el oxígeno para sus funciones vitales del agua, donde su concentración suele ser bastante baja. En el agua debajo de la superficie, su concentración típica es de aproximadamente 5 ml/l, o 0,0005%, en comparación con 20% en la atmósfera. Los animales de mayor tamaño, como los peces, han desarrollado estructuras especiales llamadas branquias o agallas, y formas de aumentar el flujo de agua a través de este tipo de estructuras. Las branquias están formadas por un conjunto de láminas muy finas rodeadas de vasos sanguíneos. Cuando el agua cargada de oxígeno pasa entre las branquias, se produce el intercambio gaseoso con la sangre.
En algunos animales la respiración se produce directamente a través de la piel. Para que ello sea posible, la piel debe ser muy fina y no estar recubierta por estructuras corneas como las escamas. Entre los animales que poseen respiración cutánea se encuentran los anélidos. La respiración cutánea puede ser responsable de hasta el 20 % del intercambio de gases en algunos reptiles y un porcentaje mayor en los anfibios. Además de los animales pequeños, los hongos, las plantas no vasculares, y los microorganismos también respiran por difusión superficial.
La respiración humana es de tipo pulmonar y consta básicamente de los siguientes procesos: