호흡의 발생 원리와 폐의 구조

호흡의 발생 원리와 폐의 구조

기도는 가스교환 역할없이 통로로만 이용하는 통로기도와 실제 호흡이 일어나는 호흡기도로 나눠진다. 이 중에 호흡기도는 실제 호흡 과정에서의 가장 중요한 부위로, 포도송이 모양처럼 생긴 폐포이다.

갈비뼈 안의 흉곽과 그 아래에 있는 횡격막은 폐를 보호하고, 폐에서의 가스교환이 잘 동작될 수 있게 도와준다. 횡격막은 매 4초 정도로 수축과 이완이 반복되어 호흡을 진행하고, 쉬는 시간 없이 계속 운동한다. 횡격막과 늑간근은 나의 의지로 움직일 수 있으나 대부분은 자율신경의 지배를 받으므로 무의식 상태에서 수축과 이완을 반복하며 자동으로 호흡한다. 

늑막강은 폐를 둘러싸고 있는 2개의 얇은 막으로 구성되어 폐를 움직임을 도와주고 폐를 보호하는 역할을 한다. 예전에는 결핵으로 인해 늑막 염증이 생기는 경우가 많았다. 결핵균이 폐에 침투하였을 경우에 늑막강 및 폐와 주변 조직에 상처를 입힌다. 결핵은 영양 부족으로 생기는 질병으로, 요즘은 약으로 완치가 가능한 시대이기에 결핵에 대한 공포는 거의 사라졌다고 한다.

호흡은 들이마시는 숨인 흡식과 내쉬는 숨인 호식으로 나뉘는데, 호흡은 물리적인 힘인 폐의 안과 밖의 압력차로 인하여 저절로 일어난다. 폐 내부 기압이 바깥보다 낮을 경우에는 바깥 공기가 안으로 들어오고, 폐 내부의 기압이 바깥보다 높을 경우에는 폐의 공기가 밖으로 나간다. 기압 변화가 생기는 원인은 횡격막 등의 호흡근 활동으로 인해 폐 내부의 기압이 조절되며, 이로 인해 호흡근의 역할이 매우 중요하다.

 

폐는 큰 뭉텅이에서 가지가 뻗어나오듯이 기관이 나뉘어 기관지가 되고, 기관지는 가지치기를 수차례 진행하여 폐포에 도달하게 구성되어 있다. 폐포는 아주 얇은 막으로 덮여 있기 때문에 모세혈관과의 가스교환이 가능하다. 이런 구조로 생긴 것은 짧은 시간동안 많은 양의 가스 교환을 하기 위해서이다. 흉곽 내 좁은 공간에 가득 찬 폐포를 모두 핀 면적은 무려 70제곱미터나 되는데, 테니스 코트 정도 넓이 정도라고 생각하면 된다.

기관지에 연결된 수많은 폐포들의 크기가 동일하지 않아 폐포 내의 기압이 다르다. 이 경우에 공기는 가장 큰 폐포가 기압이 가장 낮기 때문에 그 쪽으로 몰리게 된다. 그러면 폐포 사이의 기압차로 인해 가장 큰 폐포를 제외하고 나머지 폐포들은 모두 쪼그라들게 된다. 이럴 경우 표면 장력이라는 힘이 발생한다. 몸에서 특정 폐포의 표면장력을 떨어뜨리는 물질을 분비하는 것이다. 표면 장력을 떨어뜨리면 내부 기압도 떨어지기 때문에, 크기가 작은 폐포에는 이 물질을 많이 분비하고, 큰 폐포에는 적게 분비하여 폐포 간의 기압을 같게 만든다. 

 

산소가 폐를 거치고 모세혈관으로 들어가게 된 이후에는 산소는 전신을 돌아 필요한 세포까지 운반되어야 한다. 헤모글로빈이라는 것이 이 역할을 한다. 지금까지 인공혈액을 만들지 못한 것은 헤모글로빈과 같은 특성을 지닌 물질을 만들지 못했기 때문이다. 출혈이 심할 경우에는 타인의 피를 수혈받고 있다.

모세혈관에 들어온 산소 중 98.5%는 헤모글로빈이 운반한다. 헤모글로빈은 폐혈관과 같은 산소 농도가 높은 곳에서는 산소와 결합하고, 조직세포와 같이 산소 농도가 낮은 곳에서는 산소를 내놓는다. 그 이후에 조직세포의 대사산물인 이산화탄소와 결합하고 정맥혈을 통해 폐까지 이동한다. 산소와 이산화탄소는 폐와 조직세포의 압력 차이 때문에 반대 방향으로 이동한다. 이산화탄소는 중탄산이온의 형태로 적혈구 속과 혈장에 용해되어 운반된다. 폐에서 가스교환이 원활히 발생하기 위해 헤모글로빈도 역할을 하고, 필수적으로 순환이 잘 되어야한다. 폐포를 감싸는 모세혈관에서 혈액순환이 제대로 기능해야 한다.​