Дыхательная система человека представлена легкими и дыхательными путями, которые включают в себя полость носа, носоглотку, ротоглотку, гортань и бронхи. На вдохе воздух с кислородом в составе через дыхательные пути попадает в мельчайшие структуры в составе легких – альвеолы – которые густо окружены кровеносными сосудами. Кислород из полости альвеол проходит внутрь кровеносного сосуда и с кровью распространяется по всему организму, достигая каждой клетки. На выдохе, путем обратного транспорта из крови в альвеолы и затем в дыхательные пути, из организма выводится углекислый газ, являющийся побочным продуктом жизнедеятельности клеток. Таким образом, основная функция дыхательной системы - это функция газообмена, заключающаяся в обеспечении поступления кислорода к каждой клетке и удаления из организма углекислого газа. Функция газообмена нарушается при заболеваниях дыхательной системы.

Наиболее выраженное нарушение обмена кислорода и углекислого газа происходит при воспалительных заболеваниях легких (пневмония). При пневмонии из-за воспаления, вызванного бактериями или вирусами, поражаются альвеолы, ответственные за проникновение кислорода в кровь. Кислород хуже и в меньшем количестве проникает через альвеолы в кровеносный сосуд, из-за чего в крови образуется недостаток кислорода. Недостаток кислорода в крови приводит к кислородному голоданию клеток организма (гипоксии). Из-за гипоксии происходит нарушение энергетического обмена, образование токсических веществ (свободных радикалов) и гибель клеток.

Эквивалент энергии в любой клетке организма – молекула АТФ: это «молекулярная батарейка», которая заряжаетсяв митохондрии клетки и разряжается в процессе образования веществ (например, белков, липидов, ДНК), необходимых для строительства и функционирования новых клеток.
Митохондрия – энергетическая станция внутри клетки, необходимая для получения энергии в виде молекул АТФ с обязательным участием кислорода. Митохондрия имеет 2 мембраны: внешняя мембрана ограничивает ее от внутреннего содержимого клетки, а внутренняя мембрана – барьер, который разделяет зону высокой концентрации протонов (Н+, которые накапливаются в межмембранном пространстве) и зону низкой концентрации протонов (внутренняя среда митохондрии, матрикс). Т.е. внутренняя мембрана обеспечивает градиент концентрации, за счет которого накапливается потенциальная энергия. Когда этот градиент достигает порога открываются специальные каналы (АТФ-синтаза), которые выпускают протоны во внутрь и при этом синтезируются молекулы АТФ. Все это можно представить в виде гидроэлектростанции: внутренняя мембрана митохондрии – плотина, ротор – АТФ-синтаза, градиент концентрации – вода (с одной стороны ее много, с другой мало), а в митохондрии и протоны, и энергия в плотине преобразуется в электричество, а в клетке в энергию химических связей молекулы АТФ.