Systema Respiratorium (Sistem Pernapasan) Alat pernapasan pada Vertebrata meliputi: insang (branchia), paru-paru (pulmo). Pada dasarnya alat-alat tersebut berbeda bentuknya tetapi sama fungsinya. Masing-masing bentuk alat respirasi tersebut mempunyai suatu membran permeabel yang lembab atau basah yang dapat dilewati oleh molekul-molekul oksigen maupun karbon dioksida dengan cara difusi. Tekanan partikel O 2 dalam udara atau air lebih besar dari pada yang terdapat dalam tubuh hewan, sehingga O 2 cenderung untuk terus menerus masuk lewat membran yang memungkinkan untuk itu. Sebaliknya tekanan partikel CO 2 lebih besar di dalam tubuh hewan sehingga ada kecenderungan CO 2 keluar melewati membran tersebut. Pertukaran ini terjadi secara simultan. Pada berbagai jenis hewan kecil (hewan yang masih terdiri dari 1 Sel atau sekelompok sel) pertukaran ini dapat berjalan langsung dari luar tubuh ke dalam sel dan sebaliknya, tetapi untuk hewan-hewan besar dan hewan-hewan dengan permukaan tubuh kering dan tidak permeabel pertukaran secara langsung tidak mungkin bisa terjadi karena banyak sel yang jauh dari permukaan tubuh. Oleh karena itu, dalam hal seperti tersebut diatas, pada hewan besar yang tersusun dari banyak sel/jaringan/organ, respirasi terdiri dari 2 tahap, ialah: respirasi eksternal ialah pertukaran gas antara lingkungan luar dengan alat-alat respirasi (dalam hal ini darah) dan respirasi internal ialah pertukaran gas antara darah dengan sel-sel jaringan tubuh. Tahap berikutnya adalah penggunaan O 2 (oksigen) didalam sel yang merupakan bagian dan metabolisme. Ontogeni: Insang maupun pulmo pada Vertebrata berasal dari lapisan endoderm yang membentuk tractus gastrointestinalis. Tepatnya kedua alat tersebut terbentuk dari hasil evaginasi dinding pharynx bagian posterior pada kedua sisi ventral. Oleh karena itu hubungan antara alat pernapasan ini dengan tractus gastrointestinalis masih tetap ada yaitu berupa rima glottis (misal pada katak) dan celah larynx (pada mamal). a. Branchia (insang) Menurut letaknya ada insang eksterna (insang luar) dan insang interna (insang dalam). Insang luar terdapat pada larva ikan, larva Amphibia, larva Dzpnoi. Sedang interna dijumpai pada ikan dewasa. Insang luar pada larva Amphibia menghilang pada saat metamorfossi.
Baik insang eksterna maupun interna tersusun dari filamenta yang didalamnya yaitu mengandung kapiler darah yang dapat menangkap O 2 dari air secara difusi dan lepaskan CO 2 ke dalam air secara difusi pula. Secara detail branchia intema tersusun atas: - filamentum branchiale yang memanjang dari kedua sisi septum interbranchiale - filamenta pada sisi suatu septum disebut sebagai hemibranchia dan filamenta pada kedua sisi suatu septum disebut holobranchia. - Setiap filamentum mempunyai banyak lembaran transversal yang halus yang diselubungi oleh sel-sel epitelium dan anyaman kapiler antara arteria branchialis afferens dan arteria branchialis efferens. Lembaran transversal ini disebut lamella secundaria. - Darah di dalam lamella secundaria inilah yang melepaskan CO 2 ke dalam air dan mengambil O 2 dari dalam air. Insang disokong oleh arcus branchialis yang terdiri dari kartilago. Tepi sebelah dalamnya memiliki gill-rakers yang berfungsi sebagai penyaring makanan dan partikelpartikel yang keras. Insang pada Cyclostomata, terdapat dalam kantong sehingga sering disebut pocketed gills atau marsipo branchia. Sedangkan insang pada Elasmobranchii, Teleostei dan Dipnoi pada prinsipnya sama semuanya, hanya ada sedikit perbedaan dalam hal panjang pendeknya septum interbranchialis, dan ada tidaknya operculum (lihat gambar). A. Elasmobranchii C. Ganoidae B. Holostei D. dan E. Teleostei
b. Pulmo (paru-paru) Pulmo Tetrapoda berasal dari evaginasi dinding ventral bagian posterior pharynx, yang membentuk kantong. Kantong ini tumbuh ke posterior (caudal) membentuk saluran/pipa yang nantinya akan menjadi trachea. Ujung caudalnya akan bercabang kearah lateral yang nantinya akan menjadi 2 bronchi dan pulmo. Tempat muara trachea kedalam pharynx disebut glottis. Pulmo selanjutnya akan tumbuh dan berkembang menjadi kantong udara, dan yang sangat sederhana sampai dengan yang kompleks, tergantung tingkatan kehidupan hewannya.
Amphibia: Pulmo sangat sederhana, berbentuk suatu kantong berdinding tipis. Bagian dalam dindingnya melipat-lipat untuk menambah luas permukaan. Reptilia Struktur pulmo lebih kompleks. Permukaan dalam dinding pulmo dilengkapi dengan sekat-sekat, untuk menambah luas permukaan. Aves Pulmo pada Aves kecil, melekat pada costa & vertebra thoracalis. Banyak mengandung pembuluh darah. Saluran pernafasan dimulai dari trachea kemudian bercabang menjadi dua bronchus primer. Masing-masing bronchus primer akan masuk ke dalam pulmo melalui bagian ventral pulmo, kemudian disebut mesobronchus. Mesobronchus bercabang menjadi beberapa bronchus sekunder. Cabang selanjutnya menjadi parabronchi dan parabronchi bercabang-cabang menjadi kapiler-kapiler udara. Kapiler udara ini saling beranyaman dengan kapiler udara dari parabronchi di dekatnya. Disekitar kapiler udara terdapat banyak kapiler-kapiler darah. Pada bagian inilah terjadi proses pertukaran O 2 dan CO 2. Mesobronchus dan bronchus sekunder akan meluas membentuk kantongkantong udara yang terletak diantara alat-alat viscera. Mamal Pulmo pada mamal sangat kompleks. Saluran pernafasan dimulai dari trachea, dilengkapi dengan kartilago berbentuk huruf C atau Y. Trachea akan bercabang menjadi dua bronchus primer. Bronchus primer pada sebelah kanan akan bercabang menjadi 3 bronchus sekunder, dan bronchus primer sebelah kiri bercabang menjadi 2 bronchus sekunder. Masing-masing bronchus sekunder masuk ke dalam pulmo melalui bagian apex pulmo. Bronchus sekunder sesudah masuk ke dalam pulmo disebut bronchus intrapulmoner. Baik bronchus primer maupun sekunder dilengkapi dengan kartilago berbentuk cincin-cincin. Sedangkan bronchus intrapulmomoner kartilagonya berbentuk keping-keping yang tersusun sedemikian rupa, mengelilingi lumen secara lengkap. Bronchus intrapulmoner akan bercabang-cabang lagi menjadi bronchiolus. Pada saat bronchiolus mencapai diameter 1 mm, tidak dilengkapi kartilago lagi.
Bronchiolus akan bercabang-cabang lagi menjadi bronchiolus terminalis, bronchiolus respiratorius dan duktus alveolaris. Dinding duktus alveolaris membentuk kantong-kantong disebut saccus alveolaris dan dinding saccus alveolaris juga membentuk kantong-kantong yang lebih kecil & dinding tipis disebut alveoli. Diantara alveoli dilengkapi dengan kapiler-kapiler darah. Dan disinilah tempat terjadinya pertukaran O 2 dan CO 2. Secara mikroskopis dinding saluran pemafasan mi tersusun atas 4 lapisan, dari dalam keluar sebagai berikut: a. tunika mukosa c. tunika kartilaginea b. tunika submukosa d. tunika advertitia Dari trachea sampai dengan bronchus intrapulmoner strukturnya banyak persamaan, epithelium kolumner berlapis semu dengan silia, dan perbedaannya terletak pada tunika kartilaginea, seperti telah diuraikan didepan. Dari bronchiolus sampai dengan alveoli, merupakan saluran yang semakin kecil, begitu pula dindingnya semakin tipis, epithelium yang melengkapinya dari kolumner selapis menjadi pipih selapis dan silianya tidak ada lagi.