Die unteren Atemwege umfassen die Luftröhre (Trachea), Bronchien, Bronchiolen sowie die Lungenbläschen (Alveolen), aus denen das Lungengewebe besteht. Diese Strukturen saugen die Luft aus den oberen Atemwegen an, nehmen den Sauerstoff auf und setzen im Gegensatz Kohlendioxid frei. Andere Strukturen, insbesondere Brustkorb und Zwerchfell, schützen und unterstützen diese Vorgänge.
Die Luftröhre ist ein Rohr mit einem Durchmesser von etwa 2,5 cm und wird durch Knorpelspangen gestützt. Sie verläuft vom unteren Kehlkopf hinter dem Brustbein und teilt sich in kleinere Äste auf, die Bronchien. Bei der Einatmung filtrieren und erwärmen die oberen Atemwege die Luft und leiten sie aus dem Rachenraum durch den Kehlkopf in die Luftröhre und weiter durch die Bronchien in die Lunge. Beim Ausatmen wird die sauerstoffarme Luft aus der Lunge zurück durch die Luftröhre ausgestoßen. Die Knorpelspangen in der Trachealwand stützen die Luftröhre und verhindern eine Überdehnung bzw. einen Kollaps, beispielsweise wenn man zu heftig an einem Strohhalm saugt. Die C-förmigen Knorpelspangen sind nicht geschlossen sondern dorsal offen. Dadurch kann die Luftröhre nachgeben, wenn beim Schluckakt die Speiseröhre nach ventral gedrückt wird.
Die Trachea teilt sich in die röhrenförmigen Stammbronchien auf. Diese zweigen sich weiter in die Bronchien zweiter und dritter Ordnung auf und letztendlich in die Bronchiolen. Die immer enger werdenden Luftwege bringen sauerstoffreiche Luft aus der Luftröhre in die Lunge. Bei der Ausatmung verlässt die sauerstoffarme Luft (jetzt reich an Kohldioxid) die Lungen in umgekehrter Richtung. Bei körperlicher Betätigung erschlafft die glatte Muskulatur in den Bronchiolen, so dass diese sich erweitern. Durch diese Bronchodilatation verbessert sich die Belüftung. Allergische Reaktionen und Histaminika führen zur gegenteiligen Wirkung der Bronchokonstriktion.
Die für den Gastaustausch zwischen der Umgebungsluft und unserem Körper verantwortliche Struktur ist die Lunge. Sie liegen geschützt innerhalb des Brustkorbs. Der linke Lungenflügel ist in zwei Lappen unterteilt und hat ein etwas kleineres Volumen als der rechte Lungenflügel Sie weist eine muldenförmige Vertiefung für das Herz auf. Der rechte Lungenflügel ist in drei Lappen unterteilt. Er ist etwas kürzer als der linke Lungenflügel, da der Zwerchfellmuskel wegen der Leber rechts höher steht. Bei der Einatmung strömt Luft durch die Bronchien und Bronchiolen in die Lunge. Der Blutstrom nimmt den Sauerstoff aus der Luft auf. Er durchläuft Millionen mikroskopisch kleiner Bläschen (Alveolen) und tritt in die umgebenden Kapillaren ein. Das anfallende Kohlendioxid diffundiert in umgekehrter Richtung, d. h. aus den Kapillaren in die Alveolen. Bei der Ausatmung stößt die Lunge die sauerstoffarme Luft aus.
Die Alveolen sind mikroskopisch kleine luftgefüllte Säckchen und werden über die Bronchiolen befüllt. Jede Lunge umfasst mehrere Hundert Millionen Lungenbläschen. Sie stellen die Endstrecke der Atemwege dar und sind der Ort der äußeren Atmung, wo der Gasaustausch zwischen der Luft und dem Blutstrom stattfindet. Bei der Einatmung werden die Alveolen über die Bronchiolen mit Luft gefüllt.
Der Sauerstoff diffundiert durch die Alveolen in die umgebenden Lungenkapillaren und wird mit dem Blutstrom weitertransportiert. Gleichzeitig diffundiert das Kohlendioxid im sauerstoffarmen Blut aus den Kapillaren in die Lungenbläschen und wird bei der Ausatmung abgeatmet.
Die Lunge liegt oberhalb des Zwerchfells, das den Boden des Brustkorbs bildet. Die Aktion des Zwerchfells ist von zentraler Bedeutung für die mechanische Atmung. Bei der Einatmung zieht sich das Zwerchfell zusammen und wandert in Richtung Bauchhöhle. Dadurch vergrößert sich das Volumen des Brustkorbs und der Lunge. Dies erklärt auch, warum sich bei tiefer Einatmung der Bauch nach außen wölbt. Bei der normalen Ausatmung erschlafft das Zwerchfell (wie auch die äußere Interkostalmuskulatur). Brustkorb und Lunge werden kleiner und die Luft wird herausgepresst.
