Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его в биологическом окислении и удаление из него углекислого газа.
Жизнедеятельность любого организма сопряжена с энерготратами, в ходе которых происходит ферментативное расщепление богатых энергией веществ и прежде всего аденозинфосфата (АТФ). Израсходованные источники энергии восстанавливаются сложными путями утилизации питательных веществ, завершающим звеном которых служит биологическое окисление; энергия высвобождается за счет отнятия у субстрата водорода и соединения последнего с атомарным кислородом:
2Н+ОН2О + энергия.
В результате этих процессов от субстрата (как правило, это углевод) остаются углекислый газ и вода, например:
С6 Н12 О6 +6О26СО2+6Н2О +энергия.
Поглощение живым организмом кислорода и выделение углекислого газа и составляет сущность дыхания. Биологическое окисление происходит с помощью ферментов, локализованных на внутренних мембранах и кристах митохондрий – энергетических центрах клетки. Поэтому в понятие дыхания включают все процессы, связанные с доставкой кислорода из окружающей среды внутрь клетки и с выделением углекислого газа из клетки в окружающую среду. Различают дыхание клеточное (тканевое) и внешнее. Перенос газов между клеткой и внешней средой складывается из двух процессов: диффузии и конвекции. Диффузией называют движение частиц вещества, приводящее к выравниванию его концентрации в среде. Молекулы газа в силу диффузии перемещаются из области большего парциального давления в область, где его парциальное давление ниже.
Диффузионный обмен газов – проникновение кислорода извне и углекислого газа наружу – полностью обеспечивает протекание биологического окисления у микроскопических организмов. Это так называемое прямое дыхание. Однако диффузия - процесс довольно медленный. Как показал в начале ХХ в. А. Крог, если расстояние, на которое должен транспортироваться кислород превышает 0,5мм, диффузия не успевает покрывать расход газа. В этом случае она дополняется несравненно более быстрым процессом – конвекцией – переносом кислорода и углекислого газа с потоком газовой смеси и/или жидкости. Только конвекционный перенос респираторных газов может обеспечить дыхание крупных организмов, величина которых измеряется подчас метрами.