جو زمین بالاترین بخش تشکیل‌دهندهٔ کرهٔ زمین است که مخلوطی از
گازهایی از جمله نیتروژن (۷۸%)، اکسیژن (۲۱%)، آرگون (۰٫۹%) و کربن
دی‌اکسید (۰٫۰۳%) است. جو زمین از سطح زمین آغاز شده و تا ارتفاع
۱۰٫۰۰۰ کیلومتر (۶٫۲۰۰ مایل) ادامه می‌یابد و پنج لایهٔ اصلی
تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر را در بر
می‌گیرد. مولکول‌های ازون که لایهٔ ازون را تشکیل می‌دهند، در
استراتوسفر قرار دارند و از ورود پرتوهای فرابنفش خورشیدی جلوگیری
می‌کنند و موجب ادامهٔ زندگی بر سطح زمین می‌شوند. سردترین بخش جو
زمین با دمای ۹۰- درجهٔ سانتی‌گراد در بالای مزوسفر قرار دارد.
یونوسفر، مگنتوسفر و کمربند تابشی وان آلن بخش‌های جداگانه‌ای در
جو با توجه به ویژگی‌های الکترومغناطیسی هستند.
فشار هوا را با دستگاهی به نام فشارسنج (بارومتر) اندازه‌گیری
می‌کنند و واحدهای آن نیز جیوه، اتمسفر، کیلوپاسکال و میلی‌بار
هستند. هرچه از سطح زمین به ارتفاعات می‌رویم، فشار هوا و چگالی
کاهش می‌یابد. مجموع جرم جو زمین ۱۰۱۸×۵٫۵ کیلوگرم است. بخشی از
نور خورشید در جو پراکنده می‌شود. نور خورشید دارای طیف‌های
الکترومغناطیسی مختلفی است که یکی از آنها طیف مرئی است که انسان
قادر به تشخیص آن است. ضریب شکست هوا ۱٫۰۰۰۲۹ است.
گردش اتمسفری موجب توزیع گرما در سطح زمین می‌شود. سه چرخش پایه در
گردش عرضی به نام‌های سلول هادلی، سلول فرل و سلول قطبی وجود
دارند. جو نخست زمین حدود ۴٫۵۷ میلیارد سال پیش شکل‌گرفت که شامل
گازهای هیدروژن و هلیم بود. که پس از مدتی به‌دلیل سبک‌بودن، بر
گرانش زمین غلبه‌کردند و به فضا گریختند. جو دوم حدود ۳٫۵ یا ۲٫۷
میلیارد سال پیش شکل‌گرفت و شامل گازهایی مانند بخار آب، کربن
دی‌اکسید و آمونیاک بود. با فعالیت باکتری‌ها و انجام فرآیند
فتوسنتز و عوامل دیگر، اکسیژن در جو آزاد شد و موجب شکل‌گیری جو
سوم شد. در این زمان، ابردوران پیرازیستی شکل‌گرفت که طی آن
جانوران با تنفس اکسیژن، زندگی‌های جانوری را تشکیل‌دادند.
به مجموع دو عمل فروبردن هوا به داخل دستگاه تنفسی (دَم) و سپس
خارج کردن هوا (بازدم) که هدف آن رساندن (اکسیژن) به خون و خارج
کردن دی اکسید کربن از خون است عمل تنفس می‌گویند.
تنفس داخلی، تبادل گازها بین جریان خون و سلول‌های مجاور صورت
می‌گیرد. خون در طی عبور از میان بافتهای بدن، تقریبا به اندازه ۵
تا ۷% از حجم خود، اکسیژن از دست می‌دهد و ۴ تا ۶% دی‌اکسید کربن
دریافت می‌کند. هنگامی که دما یا اسیدیته، افزایش پیدا می‌کند،
اکسیژن بیشتری به بافت‌ها می‌رسد. قسمت اعظم اکسیژن خون به
هموگلوبین گویچه‌های سرخ خون (Red Blood Cell) پیوند می‌شود. اما
تنها ۳۰% دی‌اکسید کربن توسط این سلول‌ها حمل شده، بقیه آن در
پلاسما حل می‌شود.
تنفس خارجی، تبادل گازها بین ریه و جریان خون است. بسیاری از
تجهیزات تنفسی، با اندازه گیری یا درمان وضعیت‌های ناهنجار تنفس
خارجی سروکار دارند. تنفس خارجی دو مرحله دارد: دَم و بازدم.
در انسان سالم تعداد تنفس در هر دقیقه دوازده بار است که به آن
ریتم نرمال تنفسی می‌گویند. افزایش و یا کاهش در تعداد تنفس
به‌ترتیب تندنفسی(تاکی‌پنه) و کنددمی(برادی‌پنی) نامیده شده و
نشانهٔ بیماری است.
اعضای تنفسی به دو بخش تقسیم بندی می‌شود: ۱. بخش هدایتی: شامل
سوراخ‌های بینی، حلق، حنجره، نای، برونش و برونشیول هاست. این اعضا
دارای دیواره‌های ضخیم است و هیچ تبادل گازی با مویرگها ندارد.
۲. بخش تنفسی: شامل برونشیول‌های تنفسی، مجراهای آلوئولی، دهلیزها
و کیسه‌های هوایی می‌شود. دیواره‌های این بخش نازک است و با
مویرگهای خونی، تبادل گازی دارد. عضلات تنفسی شامل دیافراگم و
عضلات بین دنده‌ای یا سینه ای. عملکرد هماهنگ دنده‌ها و جناغ با
عضلات تنفسی عمل تنفس را سبب می‌شود.
پارامترهای تنفسی، اندازه گیری‌هایی هستند که از بررسی آنها
می‌توان، وضعیت عملکرد تنفس را نشان داد. این پارامترها شامل
حجم‌های ریوی، ظرفیت‌های ریوی، مقاومت راه‌های هوایی. پذیرش و
الاستیسیته ریوی و فشار داخل سینه‌ای است. تنها قسمتی از هوایی که
به داخل دستگاه تنفس وارد می‌شود، به آلوئل‌ها می‌رسد و قسمتی از
آن در فضای هدایتی باقی می ماند که در نتیجه برای تبادل گازی، با
خون در دسترس نیست. به این هوا، هوای مرده گفته می‌شود. دلیل وجود
چنین حجمی این است که همواره مقداری هوا در سیستم تنفسی وجود دارد
که سیستم را باز نگه می‌دارد در نتیجه هربار نیروی زیادی برای باز
کردن راه‌های هوایی و بخش تنفسی لازم نیست.
با انقباض و انبساط پرده دیافراگم، ماهیچه‌های شکمی و ماهیچه‌های
بین‌دنده‌ای، حجم شش‌ها کم و زیاد می‌شود. بر اساس قانون بویل،
هنگامی که حجم شش‌ها افزایش می‌یابد، فشار هوای بیرون بیش از فشار
هوای درون شش‌هاست و بنابراین، دَم صورت می‌گیرد. با کاهش حجم
شش‌ها، فشار هوای درون شش‌ها افزایش می‌یابد و بازدم صورت می‌گیرد.
