호흡계

4.2 호흡계

호흡계(Respiratory System)는 산소를 외부 환경에서 체내로 공급하고, 체내에서 생성된 이산화탄소를 외부로 배출하는 시스템입니다. 이 과정은 인체 세포가 에너지를 생성하는 데 필수적인 역할을 합니다. 호흡계는 주로 기도(airway)와 폐(lungs)로 구성됩니다.

 

4.2.1 폐의 구조와 가스 교환

1. 폐의 구조

폐(Lungs)는 호흡계의 중심 기관으로, 공기 중의 산소를 혈액으로 전달하고 이산화탄소를 외부로 배출하는 역할을 합니다. 폐는 가슴 안쪽에 위치하며, 좌폐와 우폐로 나뉩니다.

1. 외부 구조
   • 우폐(Right Lung): 세 개의 엽(엽상구조, Lobes)으로 구성.
   • 좌폐(Left Lung): 심장이 위치한 공간을 마련하기 위해 두 개의 엽으로 구성.
2. 내부 구조
   폐는 공기가 통과하는 기도와 가스 교환이 이루어지는 폐포(Alveoli)로 이루어져 있습니다.
   1. 기도(Airway)
      • 코와 입: 공기를 걸러내고, 가습하며 따뜻하게 함.
      • 인두(Pharynx)와 후두(Larynx): 공기의 통로 역할.
      • 기관(Trachea): 공기가 폐로 들어가는 주요 관.
      • 기관지(Bronchi): 기관이 좌우로 갈라져 폐의 각 엽으로 공기를 운반.
      • 세기관지(Bronchioles): 기관지가 더 가늘게 분지하여 폐포로 연결.
   2. 폐포(Alveoli)
      • 가스 교환이 이루어지는 구조로, 얇은 단층 상피로 이루어져 있음.
      • 폐포는 모세혈관(Capillaries)과 밀접하게 연결되어 있어 효율적인 가스 교환 가능.
3. 흉막(Pleura)
   • 폐를 감싸는 두 겹의 막.
   • 벽쪽 흉막(Parietal Pleura): 흉벽에 부착.
   • 장측 흉막(Visceral Pleura): 폐 표면에 부착.
   • 두 흉막 사이의 흉막강(Pleural Cavity)에는 윤활액이 있어 폐의 부드러운 움직임을 보장.

 

2. 가스 교환 과정

가스 교환은 폐포와 모세혈관 사이에서 이루어지며, 산소는 혈액으로, 이산화탄소는 폐로 이동합니다.

1. 외호흡(External Respiration)
   폐포와 혈액 사이에서 이루어지는 가스 교환.
   • 산소 흡수:
     폐포 내 산소는 확산에 의해 혈액의 적혈구로 이동.
   • 이산화탄소 배출:
     혈액 내 이산화탄소는 확산에 의해 폐포로 이동하여 호기를 통해 외부로 배출.
2. 내호흡(Internal Respiration)
   혈액과 조직 세포 사이에서 가스 교환이 이루어지는 과정.
   • 산소는 혈액에서 조직 세포로 전달되어 에너지 생성에 사용.
   • 세포에서 생성된 이산화탄소는 혈액으로 이동.

 

3. 가스 교환의 메커니즘

1. 확산(Diffusion)
   • 가스 교환은 농도 기울기에 따라 확산에 의해 이루어집니다.
   • 폐포 내 산소 농도는 높고, 혈액 내 산소 농도는 낮아 산소는 폐포에서 혈액으로 이동.
   • 혈액 내 이산화탄소 농도는 높고, 폐포 내 이산화탄소 농도는 낮아 이산화탄소는 혈액에서 폐포로 이동.
2. 혈액 내 산소 운반
   • 산소는 주로 적혈구의 헤모글로빈(Hemoglobin)과 결합하여 운반.
   • 산소 분압이 높을수록 헤모글로빈과 산소의 결합이 증가.
3. 혈액 내 이산화탄소 운반
   • 이산화탄소는 혈액에서 세 가지 형태로 운반:
     • 탄산수소이온(HCO₃⁻) 형태 (약 70%).
     • 헤모글로빈과 결합한 탄산헤모글로빈(Carbaminohemoglobin) (약 20%).
     • 혈액에 용해된 상태(약 10%).

 

4. 폐환기 (Pulmonary Ventilation)

폐환기는 공기가 폐로 들어가고 나가는 과정으로, 가스 교환의 기초가 됩니다.

1. 흡기(Inhalation)
   • 횡격막과 늑간근이 수축하여 흉강이 확장.
   • 폐의 압력이 대기압보다 낮아져 공기가 폐로 유입.
2. 호기(Exhalation)
   • 횡격막과 늑간근이 이완하여 흉강이 수축.
   • 폐의 압력이 대기압보다 높아져 공기가 폐 밖으로 배출.

 

5. 가스 교환에 영향을 미치는 요인

1. 폐포와 모세혈관의 구조
   • 폐포의 얇은 상피와 모세혈관 내피층은 가스 확산을 효율적으로 만듦.
2. 농도 기울기
   • 산소와 이산화탄소의 농도 차이가 클수록 확산 속도가 증가.
3. 혈액 순환
   • 혈류량이 충분해야 폐포와 혈액 간 가스 교환이 원활.
4. 환기량
   • 흡기와 호기 과정이 원활해야 가스 교환 효율이 높아짐.

결론

폐는 가스 교환을 담당하는 호흡계의 핵심 기관으로, 산소와 이산화탄소의 교환을 통해 체내 항상성을 유지합니다. 폐포와 모세혈관 사이의 얇은 막, 혈액과 공기 간의 농도 기울기, 효율적인 폐환기 등은 가스 교환을 원활하게 만드는 주요 요인입니다. 호흡계의 건강은 전신 건강과 직결되며, 이 시스템의 이해는 호흡기 질환 예방과 치료에 중요한 기초를 제공합니다.