Mekanisme pernapasan diatur dan dikendalikan oleh dua faktor utama, yaitu kimiawi dan pengendalian oleh saraf. Beberapa faktor tertentu merangsang pusat pernapasan yang terletak di dalam medula oblongata, dan kalau dirangsang maka pusat itu mengeluarkan impuls yang disalurkan oleh saraf spinalis ke otot pernapasan, yaitu otot diafragma dan otot interkostalis.
Pengendalian oleh saraf
Pusat pernapasan ialah suatu pusat otomatik di dalam medula oblongata yang mengeluarkan impuls eferen ke otot pernapasan. Melalui beberapa radix saraf servikalis impuls ini diantarkan ke diafragma oleh saraf frenikus. Dan di bagian yang lebih rendah pada sumsum belakang, impulsnya berjalan dari daerah torax melalui saraf interkostalis untuk merangsang otot interkostalis. Impuls ini menimbulkan kontraksi tirmik pada otot diafragma dan interkostal yang kecepatan kira-kira lima belas kali setiap menit.
Impuls aferen yang dirangsang oleh pemekaran gelembung udara, diantarkan oleh saraf vagus ke pusat pernapasan di dalam medula.
Pengendalian secara kimiawi
Faktor kimiawi ini ialah fakrot utama dalam pengendalian dan pengaturan frekwensi, kecepatan dan dalamnya gerakan pernapasan. Pusat pernapasan di dalam sumsum sangat peka pada reaksi; kadar alkali darah harus dipertahankan. Karbon dioksida adalah produk asam dari metabolisme, dan bahan kimia yang asam ini merangsang pusat pernapasan untuk mengirim keluar impuls saraf yang bekerja atas otot pernapasan.
Kedua pengendalian, melalui saraf dan secara kimiawi, adalah penting. Tanpa salah satunya orang tak dapat bernapas terus. Dalam hal paralisa otot pernapasan (interkostal dan diafragma), digunakan ventilasi paru-paru atau suatu alat pernapasan buatan lainnya untuk melanjutkan pernapasan, sebab dada harus bergerak supaya udara dapat dikeluar masukkan paru-paru.
Faktor tertentu lainnya menyebabkan penambahan kecepatan dan dalamnya pernapasan. Gerakan badan yang kuat memakai banyak oksigen dalam otot untuk memberi energi yang diperlukan untuk pekerjaan, akan menimbulkan kenaikan pada jumlah karbon dioksida di dalam darah dan akibatnya pembesaran ventilasi paru-paru.
Emosi, rasa sakit dan takut misalnya, menyebabkan impuls yang merangsang pusat pernapasan dan menimbulkan penghirupan udara secara kuat. Impuls aferen dari kulit menghasilkan efek serupa, bila badan dicelup dalam air dingin atau menerima guyuran air dingin, maka penarikan napas kuat menyusul.
Pengendalian secara sadar atas gerakan pernapasan mungkin, tetapi tidak dapat dijalankan lama, oleh sebab gerakannya adalah osmotik. Suatu usaha untuk menahan napas untuk waktu lama akan gagal karena pertambahan karbon dioksida yang melebihi normal di dalam darah akan menimbulkan rasa tak enak.
Kecepatan pernapasan
Kecepatan pernapasan pada wanita lebih tinggi daripada pria. Kalau bernapas secara normal maka ekspirasi akan menyusul inspirasi, dan kemudian ada istrirahat sebentar. Inspirasi-ekspirasi istirahat. pada bayi yang sakit urutan ini adakalanya terbalik dan urutannya menjadi inspirasi-istirahat-ekspirasi. Hal ini disebut pernapasan terbalik.
Kecepatan normal setiap menit:
Bayi baru lahir 30-40
12 bulan 30
2 sampai 5 tahun 24
Orang dewasa 10-20
Gerakan pernapasan
Dua saat terjadi sewaktu pernapasan, yaitu inspirasi dan ekspirasi.
Inspirasi
Inspirasi atau menarik napas adalah proses aktif yang diselenggarakan oleh kerja otot. Kontraksi diafragma meluaskan rongga dada dari atas sampai ke bawah, yaitu vertikal. Penaikan iga-iga dan sternum, yang ditimbulkan oleh kontraksi otot interkostalis, meluaskan rongga dada ke kedua sisi dan dari belakang ke depan. Paru-paru yang bersifat elastik mengembang untuk mengisi ruang yang membesar itu dan udara ditarik masuk ke dalam saluran udara. Otot interkostal externa diberi peran sebagai otot tambahan, hanya bila inspirasi menjadi gerak sadar.
Ekspirasi
Pada ekspirasi, udara dipaksa keluar oleh pengendoran otot dan karena paru-paru kempes kembali, disebabkan sifat elastik paru-paru itu. Gerakan ini adalah proses pasif.
Ketika pernapasan sangat kuat, gerakan dada bertambah. Otot leher dan bahu membantu menarik iga-iga dan sternum ke atas. Otot sebelah belakang dan abdomen juga dibawa bergerak dan alae nasi (cuping atau sayap hidung) dapat kembang-kempis.
Kebutuhan tubuh akan oksigen
Dalam banyak keadaan, oksigen dapat diatur menurut kebutuhan. Orang tergantung pada oksigen untuk hidupnya; kalau tidak mendapatkannya selama lebih dari empat menit akan mengakibatkan kerusakan pada otak yang tak dapat diperbaiki dan biasanya pasien meninggal. Keadaan genting timbul bila misalnya seorang anak menudungi kepala dan mukanya dengan kantong plastik dan menjadi mati lemas.
Tetapi bila penyediaan oksigen hanya berkuran, maka pasien menjadi kacau pikiran, ia menderita anoxia serebralis. Hal ini terjadi pada orang yang bekerja dalam ruangan sempit tertutup seperti dalam ruang kapal, di dalam tank dan ruang ketel uap; oksigen yang ada, mereka habiskan dan kalau mereka tidak diberi oksigen untuk pernapasan atau tidak dipindahkan ke udara yang normal, maka mereka akan meninggal karena anoxemia atau disingkat anoxia. Istilah lainnya ialah hipoxemia atau hipoxia.
Bila oksigen di dalam darah tidak mencukupi maka warna merahnya hilang dan menjadi kebiru-biruan, bibir, telinga, lengan, dan kaki pasien menjadi kebiru-biruan dan ia disebut menderita sianosis.
Orang yang berusaha bunuh diri dengan memasukkan kepalanya ke dalam oven gas, bukan saja terkena anoxia tetapi ia juga menghirup karbon monoksida yang berisfat racun dan yang segera beragbung dengan hemoglobin sel merah, menyingkirkan isi normal oksigen. Dalam hal ini bibir tidak kebiru-biruan, melainkan merah ceri yang khas. Pengobatan yang diperlukan ialah pengisapan dan pemberian oksigen dalam konsentrasi sampai lima kali jumlah oksigen udara atmosfer atau lima atmosfer.