생리학에 관한 주제: 호흡

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Contents

 

1. 호흡

호흡이란, 숨을 들이마시고 내뱉는 과정을 이야기한다.

 

숨을 들이마시는 것을 들숨, 내뱉는 것을 날숨이라고 표현한다. 호흡은 세포가 에너지를 방출하기 위해 필요한 산소를 공기 중에서 빨아들이고, 에너지를 생산할 때 발생하는 이산화탄소를 몸 밖으로 배출하는 과정을 한다.

 

허파로 들어온 산소는 허파 정맥을 통해 심장으로 보내져 심장에서 대동맥을 통해 온몸의 세포로 운반된다. 또 에너지를 만들 때 발생한 이산화 탄소는 대정맥을 통해 심장으로 운반되고, 심장에서 허파 동맥을 거쳐 허파로 운반되어 몸 밖으로 배출된다.

 

2. 호흡하는 곳

호흡은 허파를 중심으로 한 호흡기 계통의 장기에서 이루어진다.

 

호흡을 하면 공기는 코 안, 입안에서 인두, 후두를 지나 숨관으로 들어가고, 좌우로 갈라진 숨관 가지를 거쳐 최종적으로 허파에 도달한다. 숨관과 숨관 가지의 벽에는 연골이 있어서 외압에 찌그러지지 않는 구조로 되어 있다. 허파는 좌우 한 쌍이며 숨관 가지에서 잔가지가 나와 허파 전체를 덮고 있다.

 

숨관 가지 끝을 허파 꽈리라고 한다. 허파 꽈리는 숨관 가지의 맨 마지막 2 ~3개로 갈라진 부분의 끝에 분포하며, 양쪽 허파에 3억 개 정도 있다. 허파 꽈리에서는 공기와 혈액 사이에서 산소와 이산화탄소의 교환으로 이루어진다. 이를 가스 교환이라고 한다. 허파 속은 대부분이 허파 꽈리이며, 모세 혈관 등도 분포되어 있다.

 

실제로 허파 꽈리 속에 들어 있는 공기가 상당한 부분을 차지한다. 

 

 

3. 호흡의 원리

호흡은 허파의 신축 운동으로 이루어지는데, 허파 자체에는 근육이 없어서 스스로 신축하지 못한다. 즉, 풍선과 같이 늘었다 줄었다 할 수 있지만 부푼 풍선이 줄어들 때와 마찬가지로 외부에서 압력이 가해져야 축소된다. 그렇다면 허파의 신축 작용은 어떻게 이루어질까? 

 

허파 주변은 척수, 갈비뼈, 갈빗대 힘살, 가로막 등에 둘러싸여 있다. 이 허파를 담고 있는 공간을 가슴안[흉강]이라고 한다. 가슴 안의 내부는 가슴 안 바깥쪽에 있는 갈빗대 힘살의 작용과 허파 아래에 있는 가로막의 상하 운동으로 음압 상태가 된다. 갈빗대 힘살과 가로막이 수축하면 가슴우리[흉곽]가 확장되고 음압 상태가 되어 허파가 팽창한다. 허파가 팽창하면 허파 속에 있는 허파 꽈리가 부풀어서 공기가 숨관 가지를 따라 허파 꽈리로 들어온다. 이것이 들숨이다. 

 

반대로, 갈빗대 힘살과 가로막이 이완되면, 가슴 우리는 탄성에 의해 원래대로 되돌아온다. 그래서 허파도 풍선이 줄어들 긋 원래 크기로 되돌아온다. 그래서 허파도 풍선이 줄어들 듯 원래 크기로 되돌아오는데 이때 허파 꽈리 속 공기가 밖으로 배출된다. 이것이 날숨이다. 이처럼 호흡은 허파 꽈리를 부풀리려는 힘이 외부에서 작용하여 허파의 신축 작용을 일으킨다. 보통 안정 시에는 주로 가로막의 작용으로 배호흡을 한다. 반면 심호흡을 할 때는 갈빗대 힘살을 작용으로 가슴호흡을 한다. 

 

4. 호흡의 조절

우리는 숨을 멈추거나 호흡을 빠르게 하고, 의식적으로 호흡을 조절할 수 있다.

 

또 안정 시나 수면 시에는 무의식적으로 호흡을 하는데, 이것은 뇌의 일부인 뇌줄기라는 부분에 있는 호흡 중추가 작용하기 때문이다. 호흡은 몸의 산소 요구도와 이산화탄소 축적도에 따라 변화되는데, 이들 혈액 농도는 1회 호흡의 깊이와 1분당 호흡수로 결정된다. 또 호흡 상태는 동맥혈의 산소 압박과 이산화탄소 분압을 감지하는 화학 수용기라 불리는 센서가 감지한다. 이 센서는 뇌 안과 목동맥과 대동맥 등 세 군데에 있다.

 

목동맥	혀 인두 신경을 통해 전달
대동맥	미주 신경을 통해 각각 호흡 중추로 정보가 전달

 

호흡 중추는 들숨과 날숨의 리듬을 만드는 장소이다. 여기에서 내린 지령이 가로막과 갈빗대 힘살을 자극하는 신경을 통해 호흡 리듬을 만든다. 화학 수용기에서 감지한 정보가 호흡 중추에 전달되면 호흡 중추는 호흡을 빠르게 하거나 늦추어 산소 분압과 이산화탄소 분압이 적정 수준이 되도록 조절한다. 

1) 가스 교환

허파 꽈리에서 가스 교환이 이루어지는데, 허파 꽈리는 허파 꽈리 상피 세포를 매개로 혈액과 접해 있으며 이곳에서 산소와 이산화탄소를 주고받는다.

 

호흡을 통해 허파 꽈리 속으로 들어간 공기는 산소를 많이 함유하고 있어서 산소가 적은 혈액 속으로 확산한다. 이때 허파 꽈리 안의 공기는 산소가 줄고 이산화탄소가 증가하는데, 끊임없이 호흡하면서 산소를 허파 꽈리 안으로 들여보내고 이산화탄소는 배출한다.

 

2) 산소와 이산화탄소 운반

산소를 운반해 주는 것은 적혈구에 들어 있는 헤모글로빈이다.

 

헤모글로빈은 허파에서 산소와 결합하여 조직으로 운반된 뒤 산소를 방출한다. 헤모글로빈은 단백질로 헴(heme)이라는 철의 일종이 결합되어 있다. 반면, 이산화탄소는 혈액으로 운반되는 3가지 방법이 존재한다. 적혈구 속 탄산 탈수소 효소, 단백질 결합, 혈액 직접 융해 등이다.

 

대부분은 탈수소 효소의 작용으로 이루어지는데, 적혈구 속의 이산화탄소는 탄산수소 이온이 되어 혈장에 용해된 뒤 허파로 운반된다. 허파에서 탄산 탈수소 효소는 역반응, 즉 탄산수소 이온을 이산화탄소로 되돌려 확산을 통해 배출한다.

 

 

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