호흡기의 구조와 기능의 대해서

호흡기의 구조와 기능

1. 구조

구성

상부기도 : 비강, 부비동, 인두, 후두개, 후두로 구성되고 내면은 점액 생성 세포와 섬모 (cilia)로 덮여 있다.

하부기도 : 기관, 좌우기관지, 분절 기관지, 말단 세기관지와 폐포로 구성되어 있다.

2) 위치

폐 : 심장의 양측 흉곽에 위치하며 쇄골, 늑골, 척추, 횡격막에 둘러싸여 있다.

기관 : 후두에서 다섯째 흉추까지 위치해 있다.

3) 구조

기관지 : 두 개의 굵은 가지가 좌우의 폐로 들어가는데, 우측 기관지는 좌측 기관지에 비해 굵고 짧으며 수직 모양이어서 이물이 기관지로 들어가기 쉽다.

우측 폐는 3엽, 좌측 폐는 2 엽으로 되어 있다.

폐는 장측늑막과 벽 측 늑막에 둘러싸여 있으며 이 사이의 늑간에는 소량의 늑막액이 있어 마찰을 피하게 하는 윤활유의 역할을 한다.

폐포 : 작은 공기 주머니로서 성인의 폐네에는 약 3억 개가 있다.

호흡 중추 : 연수는 호흡기계의 조절중추로서 흡기 중추와 호기 중추가 있으며 신체 대사 요구에 따라 호흡의 깊이와 횟수를 조절한다.

횡격막은 원형 지붕모양이며 횡격막 신경이 분포되어 있고 흉강과 복강을 나눈다.

 

 

2. 기능

호흡이란 신체의 모든 세포가 대사기능을 수행하기 위해 산소를 취하고 대사과정의 노폐물인 탄산가스를

제거하는 과정

1) 상부기도의 기능

폐로 공기를 전달하고 이물질로부터 폐를 보호하며 흡인된 공기를 따뜻하게 하고 습화시키고 여과한다.

섬모와 점액분비는 흡인된 공기속의 이물질을 배출하도록 돕는다.

기관지는 공기를 폐포까지 지나가도록 환기 통로가 된다.

2) 하부기도의 기능

폐의 가스교환가스 교환은 확산(diffusion)의 원리(농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동)에 의해 O₂는 폐포에서 모세혈관 쪽으로 이동하고 CO₂는 그 반대 방향으로 이동한다.

폐는 산, 염기 균형을 유지하는 완충제로서 혈중 CO₂를 제거하는 신체의 중요한 기전이다.

 

3. 폐순환(Pulmonary circulation)

 

폐는 폐순환과 기관지 순환(bronchial circulation)으로부터 혈액공급을 받는다.

1) 기관지순환 : 기관지 조직에 혈액을 공급한다.

2) 폐순환 : 우심실로부터 혈액을 받아들이며 우심실의 비 산화된 혈액은 폐동맥을 거쳐 기관지 혈관에 도달한다.

폐포벽 안에서 모세혈관은 치밀한 망을 형성하는데 이를 혈액막(a sheet of blood)이라고 부른다.

이러한 순환체계는 광범위한 폐포 표면에서 빠르고 효율적으로 산소와 이 산화탄소를 교환한다.

산화된 혈액은 4개의 폐정맥을 통해 좌심방, 좌심실에 들어온 후 대동맥을 통해 전신으로 나간다.

 

4. 가스 교환(Gas exchange)

폐의 가스교환가스 교환은 확산(diffusion)의 원리(농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동)에 의해 O₂는 폐포에서 모세혈관 쪽으로 이동하고 CO₂는 그 반대 방향으로 이동한다.

1) 폐포

작은 공기주머니로 분비기능을 가진 얇은 편평 상피로 덮여 있고 그 바깥쪽에 많은 모세혈관의 망(network)이 분포되어 있어 가스 교환이 쉽게 이루어진다.

성인의 폐네에는 약 3억 개의 폐포가 있다.

 

2) 계면활성제

폐포벽의 분비선에서는 폐포의 표 면장력을 감소시키는 계면활성제(surfactant)를 생산한다.

계면활성제는 용액의 표면장력을 저하시키는 물질이고 표면장력은 분자들끼리 서로 당기는 힘으로서 물이 퍼지지 않고

방울을 형성하게 하는 힘이다.

 

1) 폐포의 용적이 증가 → 폐포 내면의 단위면적 당 계면활성제의 농도가 감소 → 표면장 역이 증가하여 폐포의 과도 팽창이 방지

(2) 폐포의 용적이 감소 → 계면활성제의 농도 증가 → 표면장력이 감소하여 폐포의 허탈이 방지

 

3) 확산

폐포 내 공기는 분압차에 따라 확산원리에 의해 움직인다.

분압(partial pressure)은 P로 표시하는데, 전체 대기압 중 한 종류의 기체가 차지하는 압력의 비율을 뜻한다.

보통 정상 상태에서의 혈액과 폐포 내의 산소 및 탄산가스의 분압은 다음과 같다.

 

폐포내의 산소와 탄산가스의 분압

 

4) 효율적인 가스 교환이 이루어지기 위한 필수요건

흡입된 공기는 반드시 많은 모세혈관과 접촉되어야 한다.

폐포의 바깥쪽에는 많은 모세 혈관이 분포되어 있어 가스 교환이 쉽게 이루어진다.

만일 폐포벽이 질병에 의해 파괴되면 폐포는 허탈되어 필요한 표면적이 감소된다.

가스의 확산에 장애가 없어야 한다.

만일 폐포 막이 섬유화 되고 흉터에 위해 두꺼워지면 확산은 장애를 받는다.

폐혈류의 흐름이 정상적이어야 한다.

폐의 어떤 부분이 색전으로 인해 혈류가 막히게 되면 가스 교환은 장애를 받게 된다.

폐포의 상태가 정상적이어야 한다.

감염에 이해 염증성 삼출물이 폐포 내에 가득 차게 되면 공기는 호흡 막에 접촉되지 못한다.

즉 가스 교환을 위해서는 폐포에 적절한 혈액의 흐름(관류, perfusion)과 공기의 흐름(환기, ventilation)이 있어야 한다.

 

5. 환기 과정 (The process of ventilation)

 

1) 환기

환기는 대기와 폐포 사이의 공기 교환

휴식 시 폐네 압력과 대기압은 수면 수준에서 둘 다 760mmHg로 같다.

환기의 기전 : 호흡의 주요 근육인 횡격막은 호기 시 올라가고 흡기 시 내려감으로 호흡을 돕는다.

2) 흡기

흡기 동안 횡격막 근육과 늑간근의 수축으로 횡격막이 하강하고 흉곽은 끌어올려진다.

이로 인해 흉곽 용적이 커져 늑막 내압은 더욱 음압이 되고 폐조직은 팽창되어 폐 내는 음압이 되므로 폐내압력과 대기압이 동일해질 때까지 폐네로 공기가 들어간다.

정상적으로 흡기는 주로 횡격막과 늑간근의 작용에 위해 이루어진다.

3) 호기

호기는 흡기 말에 호흡근이 이완되고 폐와 흉곽이 흡기의 위치로 돌아감으로써 폐내압이 양압 상태가 되기 때문에 공기가 밖으로 나가게 된다.

수면상태처럼 고른 호흡 시에는 흉곽의 움직임을 겨우 인지할 수 있으나 힘든 호흡 시에는 흉벽근, 복근 늑간근 등이

관여함으로 쉽게 흉곽의 움직임을 볼 수 있다.

 

6. 호흡조절의 기전

1) 호흡조절 중추

폐의 기능은 중추신경계의 연수와 뇌교에 의해 조절된다.

연수에 위치한 호흡성 뉴런(respiratory neuron)의 자극은 척수의 측부(lateral column)와 배부(ventral column)를

지나 횡격막 운동 뉴런과 늑간근 운동 뉴런으로 전달되며 그 결과로 규칙적인 호흡운동이 이루어진다.

뇌교(호흡조절 중추 = pneumotaxic center)에 위치하고 있는 호흡성 뉴런은 흡기와 호기의 주기에 영향을 미친다.

 

2) 화학 감수체

호흡은 화학 감수체가 중추신경계의 연수와 뇌교를 자극하여 호흡근의 작용을 조절하고 환기의 평형을 유지하는

자동적인 회환 과정이다.

인간은 대뇌 기능으로 의식적으로 호흡 양상을 변화시킬 수도 있다.

중요한 감수체는 중추성 화학 감수체와 말초성 화학 감수체이다.

 

(1) 중추성 화학 감수체

연수 근처에 위치하며 뇌척수액 내의 ph와 CO₂ 농도 변화에 민감한 반응을 보이는데 요약하면 다음과 같다.

혈중 CO₂증가 ⇒ pH 감소 ⇒ 호흡 증가

혈중 CO₂감소 ⇒ pH증가 ⇒ 호흡 감소

일반적으로 건강한 사람의 환기는 이산화탄소 수준에 대한 중추성 화학 감수체의 반응으로 조절된다.

이산화탄소 수준이 며칠 동안 상승하게 되면 호흡조절 중추는 그 기능이 마비된다.

(이산화탄소 마취 : CO₂Narcosis)

 

(2) 말초성 화학 감수체

대동맥궁과 경동맥 소체에 위치하는데 정상적인 생리적 상태에서는 기능하지 않는다.

이산화탄소 농도가 상승되어 중추성 화학 감수체가 기능을 하지 못할 때 즉 동맥혈 내 산소농도가 저하되면 이를

감지하고 신경계 통로를 통해 흥분을 호흡중추로 보내어 호흡수를 증가시킨다.

이때 이산화탄소 농도를 저하시키지 않고 산소농도만 상승시키면 무호흡과 죽음을 초래할 수 있다.