O processo da respiração, inspiração e expiração, envolve o movimento coordenado da parede torácica, dos pulmões e dos músculos que os movem. Dois grupos musculares com papéis importantes na respiração são o diafragma, localizado diretamente abaixo dos pulmões, e os músculos intercostais, que ficam entre as costelas. Quando o diafragma se contrai, ele move-se para baixo, aumentando o volume da cavidade torácica e criando mais espaço para os pulmões se expandirem. Quando os músculos intercostais se contraem, as costelas movem-se para cima e a caixa torácica abre, expandindo assim a cavidade torácica.
Cada pulmão está rodeado por duas membranas chamadas pleuras, que são separadas por fluido. Este fluido cria uma força adesiva que faz com que os pulmões se estendam à medida que a cavidade torácica se expande. O aumento do volume nos pulmões reduz a pressão. Quando a pressão cai abaixo da pressão atmosférica, isso produz um gradiente de pressão que move o ar da atmosfera com maior pressão para os pulmões com menor pressão.
Quando o diafragma e os músculos intercostais relaxam, o volume dos pulmões diminui, aumentando a pressão nos pulmões. À medida que a pressão aumenta para além da pressão atmosférica, o gradiente de pressão resultante empurra o ar para fora do corpo. Assim, mantém-se o ciclo de inspiração e expiração.
A lei de Boyle diz que, a uma determinada temperatura em um espaço fechado, a pressão de um gás aumenta à medida que o volume do seu recipiente diminui. Dito de outra forma, a pressão é inversamente proporcional ao volume. Esta lei, combinada com o movimento do gás de áreas de maior pressão para áreas de menor pressão, explica por que o ar é trazido para os pulmões quando o diafragma se contrai.
O diafragma contrai, movendo-se para baixo e aumentando o volume torácico, mas como é que isso aumenta o volume dos pulmões? Enquanto que os brônquios e bronquíolos são rígidos e não se expandem (embora possam ficar bloqueados ou inflamados), os alvéolos, pequenos sacos de ar nos pulmões, permitem que os pulmões aumentem de volume.
As doenças pulmonares diminuem o fluxo de gases de e para os pulmões e podem ser divididas em duas categorias: restritivas e obstrutivas. Doenças restritivas, como a fibrose pulmonar (cicatrização do pulmão), restringem a expansão dos pulmões. Doenças obstrutivas, como asma, enfisema e bronquite crónica, obstruem as vias aéreas, limitando a troca de gases.
As superfícies internas dos alvéolos são revestidas com fluido que contém surfactante, uma mistura de fosfolípidos e lipoproteínas. O surfactante reduz a tensão superficial do fluido alveolar, impedindo o colapso dos alvéolos e facilitando que os alvéolos se encham de ar.
Bebés prematuros às vezes não produzem surfactante suficiente nos seus pulmões, causando síndrome do desconforto respiratório (RDS). Sem surfactante suficiente, é preciso muita energia para manter os alvéolos abertos e enchê-los repetidamente com ar, dificultando a respiração de bebés com RDS.
