L’aparell respiratori disposa d’una sèrie de mecanismes de defensa que en redueixen la vulnerabilitat davant els agents externs. Són uns mecanismes indispensables, ja que dins l’aparell respiratori diàriament penetra una gran quantitat d’aire que pot servir de vehicle de diversos agents nocius: microorganismes, partícules o gasos que podrien causar alteracions en els mateixos teixits de l’aparell respiratori. A més, als pulmons s’estableix una comunicació amb el medi extern, representat per l’aire, i el medi intern, representat per la sang; consegüentment, els agents nocius que poguessin envair l’aparell respiratori podrien, també, propagar-se a la resta de l’organisme a través de la circulació sanguínia.
Tot al llarg de les vies respiratòries hi ha diversos mecanismes de defensa, fonamentalment de dues menes. En primer lloc, l’aparell respiratori disposa d’una sèrie de mecanismes de defensa propis, característics de les vies respiratòries, que tenen una acció inespecífica contra qualsevol tipus d’agent nociu que pugui envair-les. En segon lloc, a l’aparell respiratori, com en qualsevol altra part de l’organisme, també hi ha uns mecanismes defensius propis del sistema immunitari, que actuen particularment contra determinats microorganismes.
El primer mecanisme de defensa inespecífic es troba a les fosses nasals i consisteix en una acció aerodinàmica, depuradora de l’aire inspirat. L’aire inspirat passa, en primer lloc, per un filtre bast, constituït per les vibrisses del vestíbul nasal, que eviten el pas de partícules gruixudes. Posteriorment, l’aire passa per l’interior de les vies nasals a través d’una via tortuosa situada entre els cornets. Quan frega els cornets, l’aire forma corrents turbulents que afavoreixen el dipòsit de les partícules a les parets del conducte. Així, les partícules d’un diàmetre superior a 4 micres queden encastades a les parets interiors de les fosses nasals, d’on són expulsades per uns altres mecanismes: el sistema muco-ciliar, l’esternut o la mocada voluntària.
El sistema muco-ciliar constitueix un mecanisme de defensa eficaç que depèn de l’epiteli ciliat pseudostratificat que entapissa la major part de la superfície del tracte respiratori, des de les fosses nasals fins als bronquíols terminals. El sistema muco-ciliar es compon dels cilis que hi ha a la vora lliure de les cèl·lules epitelials i de la secreció mucosa que recobreix tota la superfície de la mucosa respiratòria. Aquest aparell actua en conjunt com una mena de cinta transportadora que empeny fora de les vies respiratòries les partícules dipositades a sobre.
El moc és una secreció formada per les cèl·lules caliciformes de l’epiteli i per les glàndules mucoses del còrion. La secreció de moc és constant, tot i que la seva formació augmenta si es produeix alguna irritació a les vies respiratòries. El moc hi exerceix una doble funció protectora: mecànica i antimicrobiana. Ofereix una protecció mecànica, perquè és una secreció molt viscosa, a la superfície de la qual queden adherides aquelles partícules que hi entren en contacte i no poden avançar cap als pulmons. L’acció antimicrobiana és exercida per les substàncies i les cèl·lules contingudes al moc. El moc conté diverses substàncies d’efectes antisèptics, com ara el lisozim, una substància bactericida capaç de destruir bacteris diversos; la lactoferrina, una substància bacteriostàtica capaç d’inhibir el desenvolupament de diversos bacteris, o l’interferó, una substància d’acció antivírica. També tenen una acció antimicrobiana inespecífica diverses cèl·lules immunes que se solen trobar a la mucosa, com els macròfags, que ingereixen els gèrmens, i els mastòcits, que davant qualsevol estímul irritant desencadenen una resposta inflamatòria.
El moc, amb les partícules i els gèrmens que hi puguin haver quedat adherits, és empès fora de les vies respiratòries pels cilis vibratoris de les cèl·lules epitelials o per actes reflexos, com l’esternut o la tos.
Les cèl·lules ciliades recobreixen les fosses nasals, la tràquea, els bronquis i els bronquíols. Els cilis que tenen a l’extrem lliure es mouen constantment, en un moviment de vaivé coordinat, però no simultani, de manera que recorda el moviment de les espigues en un camp de blat. Les fases d’aquest moviment tenen velocitats diferents, i el moviment d’avançament és 2 o 3 vegades més ràpid que el de retrocés. Com a conseqüència d’això, el moc i les partícules dipositades a sobre es desplacen en el sentit del moviment progressiu. Gràcies a aquest moviment, una partícula es pot traslladar des del cap del cornet inferior fins a la coana en 10 o 20 minuts, però la velocitat i el sentit d’aquest desplaçament són diferents en cada part de les vies respiratòries. El moviment ciliar és més freqüent i més ampli a les zones més properes a la sortida de les vies respiratòries, de manera que als bronquíols el moc es desplaça a raó de 0,5 mm/min i a la tràquea a 10 mm/min. A l’arbre bronquial, el desplaçament es dirigeix cap a la laringe, i a les fosses nasals cap a les coanes. En definitiva, el moc cau a la faringe i, en la deglució, passa cap a l’esòfag.
El moviment ciliar és eficaç per a expulsar de les vies aèries les partícules menudes que es dipositen en quantitats moderades sobre el moc, però de vegades resulta ineficaç per a eliminar-ne les partícules relativament grosses o molt nombroses. Quan entren en les vies aèries unes partícules la grandària de les quals o llur nombre superen la capacitat mobilitzadora dels cilis, es desencadenen una sèrie de respostes reflexes que les expulsen amb gran força i velocitat, o els tanquen l’accés a les vies aèries. El tipus de resposta reflexa que s’hi desencadena depèn de quina ha estat la via aèria envaïda.
Quan les fosses nasals són envaïdes per massa partícules, substàncies irritants o cossos estranys, es desencadena el reflex de l’esternut. Aquest reflex s’inicia en estimular-se les fibres sensitives de la mucosa nasal, que transmeten llurs impulsos mitjançant el nervi trigemin. A través d’aquest nervi, els impulsos assoleixen el sistema nerviós central, on produeixen l’estimulació de cèl·lules nervioses que controlen la contracció de diversos músculs respiratoris. Així, se succeeixen una sèrie de contraccions musculars ràpides que originen una inspiració profunda, seguida d’una obertura completa de la glotis, el davallament del vel del paladar i, finalment, una expiració brusca. En definitiva, l’esternut produeix un corrent d’aire brusc i sobtat per les fosses nasals, capaç d’expulsar-ne les partícules, les substàncies irritants o els cossos estranys desencadenants.
També a la laringe es pot desencadenar una resposta reflexa que tanca el pas a les vies respiratòries baixes. Així que un cos estrany —els mateixos aliments, per exemple—, entra en contacte amb el paladar tou, s’hi desencadenen els reflexos propis de la deglució, que fan davallar l’epiglotis, tanquen la glotis i alcen la laringe. Si les partícules arriben a sobrepassar el vestíbul laringi, es desencadena el reflex de la tos.
La tos, que s’origina a les vies respiratòries inferiors, és un reflex semblant a l’esternut. Qualsevol estímul irritant a la laringe, la tràquea o els bronquis, sigui mecànic o químic, desencadena impulsos nerviosos a les fibres sensitives de la mucosa respiratòria que es transmeten pel nervi vague al bulb raquidi, des d’on es comanden una sèrie de moviments musculars. En primer lloc, es realitza una inspiració profunda; seguidament, en ajuntar-se les cordes vocals, es tanca la glotis; a continuació, es contreuen fortament els músculs respiratoris, principalment el diafragma, els músculs abdominals i els intercostals, la qual cosa fa elevar la pressió dins els pulmons; finalment, les cordes vocals es relaxen de sobte, la glotis s’obre, i l’aire a pressió és expel·lit amb gran força i empeny l’agent irritant.
Quan l’aparell respiratori és envaït per microorganismes, a més dels mecanismes defensius inespecífics ja referits, entren en funcionament els mecanismes defensius específics, desenvolupats per cèl·lules del sistema immunitari distribuïdes al llarg de tota la via aèria. El funcionament d’aquest mecanisme defensiu en l’aparell respiratori és el propi del sistema immunitari en general, basat en l’acció directa de les cèl·lules immunitàries, els glòbuls blancs, o bé en l’acció de determinades substàncies amb acció antimicrobiana, els anticossos, elaborats per les cèl·lules. Això no obstant, a les vies respiratòries aquests mecanismes tenen algunes característiques especials. Els elements del sistema immunitari es troben fonamentalment distribuïts en dos nivells: el moc que recobreix la mucosa respiratòria i el còrion, és a dir, el teixit conjuntiu situat sota l’epiteli. Al moc hi ha dissolts els anticossos, unes substàncies proteiques elaborades per les cèl·lules immunitàries, capaces de combinar-se amb elements de determinats microorganismes i blocar-ne l’activitat. Els anticossos continguts al moc són principalment del tipus immunoglobulines A (IgA), i són produïts per cèl·lules plasmàtiques situades al còrion. Al moc també hi ha limfòcits sensibilitzats, un tipus de glòbuls blancs capacitats per a detectar determinats gèrmens i afavorir-ne la destrucció. Al còrion també hi ha nombroses cèl·lules immunitàries i immunoglobulines que formen una segona barrera defensiva davant dels microorganismes que superen la protecció del moc. Aquesta segona barrera és especialment desenvolupada a la faringe, on les cèl·lules immunitàries formen acumulacions íntimament unides a l’epiteli, denominades fol·licles limfoides, l’estructura i el desenvolupament de les quals és descrita conjuntament amb l’anatomia d’aquest òrgan.