Le système respiratoire inférieur, ou tractus respiratoire inférieur, est composé de la trachée, des bronches et bronchioles, et des alvéoles, ce qui constitue les poumons. Ces structures reçoivent l'air provenant du système respiratoire supérieur, en absorbent l'oxygène et libèrent en échange le dioxyde de carbone. D'autres structures, notamment la cage thoracique et le diaphragme, protègent et soutiennent ces fonctions.
La trachée est un tube de moins de 2,5 cm de diamètre, recouvert par des anneaux cartilagineux. Elle s'étire du bas du larynx jusqu'à l'arrière du sternum, où elle se ramifie en de plus petits tubes, les bronches. Lors de l'inhalation, l'air filtré et réchauffé par le système respiratoire supérieur passe du pharynx et du larynx dans la trachée, puis progresse vers les bronches et dans les poumons. L'air dépourvu d'oxygène provenant des poumons est réacheminé par la trachée lors de l'expiration. Les anneaux cartilagineux soutiennent le tube qu'est la trachée et l'empêchent de trop se dilater ou de s'affaisser, comme par exemple lorsque vous aspirez trop fort sur une paille. Ils sont en forme de « C » et présentent une ouverture au niveau de leur face postérieure. Cela permet à la trachée de se courber lorsque l'œsophage appuie sur cette dernière lors de la déglutition d'aliments.
Les tubes des bronches primaires se ramifient depuis la partie inférieure de la trachée. Ces branches se subdivisent ensuite en bronches secondaires et tertiaires, puis en bronchioles. Ces voies aériennes de plus en plus petites délivrent de l'air riche en oxygène de la trachée aux poumons. Lors de l'expiration, l'air dépourvu d'oxygène (à présent riche en dioxyde de carbone) quitte les poumons en suivant le trajet inverse. Lors d'une activité physique, la relaxation du muscle lisse des bronchioles provoque leur dilatation. Cette bronchodilatation permet une ventilation plus importante. Des réactions allergiques et des histamines peuvent entraîner l'effet inverse : la bronchoconstriction.
Les poumons sont responsables des échanges gazeux entre l'air que nous respirons et notre organisme. Ils sont protégés par la cage thoracique. Le poumon gauche possède deux lobes et est légèrement plus petit – en termes de volume – que le droit. Il s'incurve au niveau de l'incisure cardiaque afin de s'adapter au cœur. Le poumon droit possède trois lobes. Il est légèrement plus court, car le diaphragme, qui se trouve en dessous, est situé un peu plus haut pour s'adapter à la présence du foie. Lors de l'inspiration, l'air parvient aux poumons par le biais des bronches et des bronchioles. L'oxygène de l'air est ensuite absorbé dans la circulation sanguine : il passe à travers des millions de sacs microscopiques, les alvéoles, pour atteindre les capillaires qui les entourent. Le dioxyde de carbone, un déchet, se diffuse dans le sens opposé, c'est-à-dire depuis les capillaires en direction des alvéoles. Les poumons expulsent l'air dépourvu d'oxygène lors de l'expiration.
Les alvéoles sont de microscopiques poches d'air desservies par les bronchioles. Il existe des centaines de millions d'alvéoles dans chaque poumon. Elles constituent l'extrémité terminale du tractus respiratoire ainsi que les sites de la respiration externe (c'est-à-dire, les échanges gazeux entre l'air et la circulation sanguine). Lors de l'inspiration, les alvéoles se remplissent de l'air provenant des bronchioles.
L'oxygène se diffuse dans les alvéoles, puis dans les réseaux de capillaires pulmonaires qui les entourent. Cet oxygène est ensuite pompé dans la circulation sanguine. Le dioxyde de carbone issu du sang dépourvu d'oxygène se diffuse des capillaires aux alvéoles ; il est expulsé lors de l'expiration.
Les poumons sont situés juste au-dessus du diaphragme, un muscle qui constitue le plancher de la cavité thoracique. L'action du diaphragme est essentielle au processus physique de la respiration. Lors de l'inspiration, le diaphragme se contracte et se déplace vers le bas, en direction de la cavité abdominale. Cela permet au volume de la cavité thoracique et des poumons d'augmenter. Cela explique également pourquoi votre abdomen se gonfle lorsque vous prenez une grande respiration. Lors d'une expiration normale, le diaphragme se détend (tout comme les muscles intercostaux externes). Le volume de la cavité thoracique et des poumons rétrécit, et l'air est expulsé.
