Izraz “dihanje” se nanaša na dva ločena procesa, ki se oba pojavljata v živih bitjih in sta povezana z nastajanjem energije. Eno je fiziološko dihanje, proces, s katerim organizem vzame kisik in izloči ogljikov dioksid. Drugi je celično dihanje, vrsta biokemičnih reakcij, ki celici omogočajo ustvarjanje energije.
Fiziološko dihanje
Obstajajo štiri stopnje tega procesa pri ljudeh in drugih sesalcih, ki prikazujejo napredek kisika od vdihavanja v pljuča do absorpcije v notranjih organih in drugih tkivih. Zajema tudi izdihovanje ogljikovega dioksida.
Prezračevanje
Prva faza je prezračevanje, pri katerem se zrak premika v alveole pljuč in iz njih. To so vlaknaste kolagenske strukture, ki se med vdihom razširijo, da sprejmejo največjo količino kisika; ob izdihu se skrčijo in sproščajo ogljikov dioksid. Alveoli so prisotni le v pljučih sesalcev; vendar podobne strukture obstajajo pri drugih vretenčarjih, kot so plazilci in ptice.
Pljučna izmenjava plinov
V tej fazi kisik iz alveolov vstopi v obtočni sistem skozi pljučne kapilare. Alveole in pljučne kapilare so ločene s pregrado, debelo le dve celici; ko prečkajo to pregrado, se molekule kisika vežejo na hemoglobin, posebno beljakovino, v rdečih krvnih celicah.
Prevoz plina
Transport plina se začne v pljučnih kapilarah. V tem koraku se kisik, vezan na hemoglobin, premika skozi krvne žile cirkulacijskega sistema in sčasoma vstopi v kapilare po telesu. Kapilare hranijo organe, žleze in druga tkiva, ki za delovanje potrebujejo stalno oskrbo s kisikom.
Periferna izmenjava plina
Končna faza je periferna izmenjava plinov, pri kateri se kisik premika iz kapilar v celice. To se zgodi podobno kot pri difuziji plinov med alveoli in pljučnimi kapilarami v pljučih. Odpadni plini, kot je ogljikov dioksid, ki ga izločajo celice, vstopijo v kapilare in se po cirkulacijskem sistemu premikajo v pljuča, kjer se med izdihom sprostijo.
Drugi fiziološki sistemi
Dihanje ni izključno pri organizmih s pljuči. Na primer, pri večini vrst rib se pojavlja v škrgah, ki živalim omogočajo pridobivanje kisika iz vode. Pri dvoživkah se največ izmenjave plinov zgodi čez kožo; pljuča zagotavljajo sredstvo za nadzor ravni kisika v telesu, saj delujejo kot sekundarni vir kisika. Rastline proizvajajo kisik s fotosintezo in ga prejmejo več z difuzijo po svojih listih. Ne glede na fizični proces vsi ti organizmi jemljejo kisik in izločajo ogljikov dioksid, tako kot to počnejo sesalci.
Celično dihanje
Kisik, ki se s fiziološkim dihanjem vnese v tkiva, se v vseh celicah uporablja za biokemični proces celičnega dihanja. Ta proces, ki ga imenujemo tudi oksidativni metabolizem, je niz kemičnih reakcij, od katerih mnoge vključujejo kisik, ki telesu omogočajo pretvorbo določenih molekul v uporabno energijo. V živalskih in rastlinskih celicah se pojavijo reakcije, ki pretvorijo hranila v energijsko bogato molekulo, imenovano adenozin trifosfat (ATP).
Kisik je potreben za celično dihanje, ker se v celotnem procesu dihanja pojavljajo številne oksidacijsko-redukcijske reakcije, imenovane tudi redoks reakcije. Ta plin je močan oksidant, kar pomeni, da lahko v kemičnih reakcijah zlahka odda svoje razpoložljive elektrone. Zaradi tega je zelo uporaben pri reakcijah.
Reakcije, ki se pojavijo, imenujemo tudi katabolične, ker razbijejo velike molekule hranil na manjše. Te molekule so sladkorji, ki so pridobljeni iz ogljikovih hidratov; maščobne kisline iz prehranske maščobe; in aminokisline, pridobljene iz beljakovin. Elektroni se sprostijo, ko se hranila razgradijo, elektroni pa se uporabljajo v reakcijah, ki proizvajajo ATP. Ta energijsko bogata molekula se nato uporablja v celicah za pogon skoraj vseh reakcij, ki se pojavijo v njih.
Anaerobno celično dihanje
Pri živalih in rastlinah ter številnih bakterijskih vrstah je vrsta celičnega dihanja aerobna, kar preprosto pomeni, da uporablja kisik. Pri nekaterih vrstah bakterij je dihanje anaerobno, kar pomeni, da ne uporablja kisika. Namesto tega ti organizmi uporabljajo molekule, kot sta nitrat ali žveplo, kot nadomestek. Nekateri so se celo razvili do te mere, da lahko živijo le v okoljih brez kisika.