본문내용
1. 호흡기의 구조와 기능
1.1. 호흡기의 해부학적 구조
호흡기의 해부학적 구조는 크게 상기도와 하기도로 구분된다. 상기도는 코, 비강, 인두, 후두까지이고, 하기도는 기관, 기관지 및 폐로 구성되어 있다.
호흡기계는 기능에 따라 전도영역과 호흡영역으로 구분된다. 전도영역은 공기의 통로가 되는 부분으로 코, 비강부터 인두, 후두, 기관, 기관지 및 종말세기관지까지 포함되며, 가스교환이 일어나지 않는 부위이다. 호흡영역은 호흡세기관지, 폐포관, 폐포낭 및 폐포로 구성되며, 실제로 가스교환이 일어나는 곳이다.
비강은 혈관과 점액선이 풍부하여 공기를 따듯하게 하고 습기를 공급하며, 이물질을 제거하는 역할을 한다. 인두는 호흡기계와 소화기계가 공통으로 관여하는 근육성 관이며, 비인두, 구인두, 후두인두로 구분된다. 후두는 후두개에 의해 음식물이나 이물질의 유입을 방지하고, 성대가 있어 발성기관으로 기능한다.
기관은 길이 10~12cm, 지름 2.5cm 정도이며 흉골각 높이에서 좌우 기관지로 갈라진다. 기관지는 폐외기관지와 폐내기관지로 나뉘며, 기관지와 세기관지 벽에는 평활근이 포함되어 자율신경계의 조절을 받는다.
폐는 우측 3엽, 좌측 2엽으로 구성되며 각 폐엽은 늑막으로 싸여 있다. 폐내기관지는 우측 3개, 좌측 2개로 갈라져 폐엽 속으로 들어가 엽기관지, 구역기관지, 종말세기관지로 이어지며, 종말세기관지 끝에는 여러 개의 폐포가 달려있다. 폐포는 지름이 아주 작은 기낭으로 이루어져 있으며, 모세혈관과의 사이에 가스교환이 일어나는 단층 편평상피로 덮여있다. 전체 폐포의 수는 약 3억 개로 추정되며 호흡 면적은 75㎡로 체표면적의 약 50배에 달한다.
이처럼 호흡기는 공기 통로와 가스교환이 이루어지는 복잡한 구조로 되어있으며, 각 부위별로 고유한 해부학적 특징과 기능을 담당하고 있다.
1.2. 호흡의 역학
1.2.1. 호흡운동
정상적인 안정 흡식은 근육수축에 의하여 일어나고 정상적인 호식은 근육 이완과 탄성반동에 의하여 일어난다. 흡식은 대기압이 폐내압력 또는 폐포내압보다 높기 때문에 일어나며, 호식은 폐내압이 대기압보다 클 때 나타난다.
흡식 공기의 흡입은 흉곽확장과 횡격막 수축에 의해 흉강용적이 확대되어 폐포내압이 대기압 보다 낮아 폐내로 공기가 수동적으로 유입되기 때문에 일어난다. 안정시 흡식이 일어날 때 폐내압력이 대기압보다 3mmHg 정도 낮아 매 흡식 때 마다 500mL의 공기가 폐내로 들어온다. 흉곽의 확장은 주로 외늑간근 또는 흉골부 늑각근의 수축에 의한다. 이때 늑골은 전, 후, 좌, 우로 치켜 올라감으로써 흉강이 넓어진다. 또한 횡격막이 수축하면 횡격막이 아래쪽으로 내려가면서 편평해져 흉강이 수직방향으로 넓어진다. 따라서 늑각근과 횡경막을 주호흡근이라고 한다.
안정시 호식은 흡식시 수축되었던 횡격막과 외늑간근이 이완할 때 탄성반동으로 인하여 횡격막과 폐가 본래의 위치로 되돌아오는 것이다. 폐용적의 감소는 폐포내 압력을 대기압 이상으로 높이면서 공기를 내보내게 된다. 노력성 호식은 주호식근, 즉 내는간근의 수축에 의해 흉강이 좁아지고 보조호식근인 복벽근의 수축에 의해 횡경막이 올라오는 것에 의한다. 흉곽의 운동에 의한 호흡을 흉식호흡, 횡격막의 운동에 의한 것을 복식호흡이라고 한다. 보통 호흡은 양자의 합병된 흉복식호흡이다. 여자는 흉식호흡을 많이 하는 것으로 알려졌다. 이는 복근의 긴장이 약한 것과 후천적으로 허리띠나 코르셋으로 압박하기 때문이다.
1.2.2. 폐기능
폐기능은 임상적으로 폐활량계에 의하여 측정된다. 폐활량계는 폐를 출입하는 공기의 용적을 측정하는 장치이며 폐활량계에 의하여 기록된 그림을 호흡곡선이라고 한다. 호흡곡선은 폐가 간직하는 공기량을 조건에 따라 4개의 용적과 4개의 용량으로 구분한다.
폐활량은 최대흡기 이어 최대 호기할 수 있는 공기량으로, 이는 4800mL이다. 전폐용량은 최대 흡입시 폐내의 공기량으로, 이는 6000mL이다. 기능적 잔기량은 안정시 호기 끝난후 폐내 남은 공기량으로, 이는 2400mL이다.
폐기능은 임상적으로 매우 중요한데, 질병이나 상황에 따라 이러한 폐용적과 폐용량이 달라지기 때문이다. 예를 들어 만성폐쇄성폐질환과 같은 폐질환에서는 기능적 잔기량이 증가하고 폐활량이 감소하는 등의 폐기능 저하 양상이 나타난다. 또한 고산지대와 같이 저산소 상황에서는 전폐용량이 증가하는 등의 변화가 관찰된다.
이처럼 폐기능 검사는 폐질환 진단 및 관리, 호흡기능 평가에 필수적인 검사이다. 임상에서는 정상인의 폐기능 기준값과 비교하여 개인의 폐기능 상태를 평가하며, 이를 토대로 치료방향을 설정하고 예후를 예측하게 된다.""
1.2.3. 폐포환기율
폐포환기율은 1분 동안 폐포로 출입한 기체의 양, 즉 실제 기체교환에 참여하는 기체의 양을 의미한다. 폐포환기율을 계산하는 식은 폐포환기율(mL/분) = 호흡수(회/분) x (1회 호흡량 - 호흡사강용적) 이다.
안정 시 성인의 1회 호흡량은 약 500mL이며, 호흡사강용적은 약 150mL이다. 따라서 정상적인 호흡에서 폐포환기율은 12회 x (500mL - 150mL) = 4,200mL/분이 된다. 즉, 1분 동안 실제 폐포에서 4,200mL의 기체교환이 이루어진다고 볼 수 있다.
폐포환기율은 호흡수와 1회 호흡량에 의해 결정되며, 이 두 요소는 폐의 환기를 조절하는 주요 인자이다. 폐의 환기 능력이 저하되면 폐포환기율도 감소하게 되어 정상적인 기체교환이 이루어지지 않게 된다. 따라서 폐기능 장애가 있는 환자의 경우 폐포환기율이 감소하게 된다.
이처럼 폐포환기율은 실제 호흡을 통해 이루어지는 기체교환의 양을 나타내는 지표로, 호흡기 질환의 진단과 폐기능 평가에 중요하게 활용된다.
1.3. 산소의 독성
산소의 독성은 주로 고압산소환경에 노출될 때 발생하며, 이로 인한 폐 손상, 중추신경계 증상이 나타날 수 있다.
생체가 생명을 유지하기 위해 필요한 산소를 받아들이고, 물질대사의 결과 생긴 이산화탄소를 배출하는 작용을 호흡이라고 한다. 산소는 필수적인 요소이지만 과다 노출될 경우 오히려 독성을 나타낼 수 있다.
산소의 비율이 많은 기체를 호흡시켜도 혈액에 용해하는 산소량이 약간 증가할 뿐이므로 울혈이나 빈혈에 큰 효과를 기대할 수 없다. 그러나 어떤 종류의 혈관질환이나 선천성 심질환의 수술 때 환자를 고압산소 중에 두면 혈액에 용해하는 산소량이 증가해 치료에 유리한 것으로 알려졌다.
하지만 반대로 산소를 8시간 이상 흡입 시 기도가 자극되기 때문에 기침, 비강 출혈 등의 증상이 나타난다. 이는 고압산소로 인한 폐 손상으로 볼 수 있다. 또한 중추신경계에도 부작용이 나타나, 중추신경성 정신변화, 근육 경련, 발작 등이 발생할 수 있다.
따라서 산소 농도가 높은 환경에 장기간 노출되면 폐 손상과 중추신경계 독성이 발생할 수 있으므로 주의가 필요하다. 산소 농도와 노출 시간을 적절히 조절하여 치료에 활용하는 것이 중요하다.
2. 호흡의 생리학적 조절
2.1. 신경에 의한 조절
호흡의 신경에 의한 조절은 중추신경계에서 이루어지며, 특히 호흡중추가 중요한 역할을 담당한다.
호흡중추는 연수에 위치하고 있으며, 흡기중추와 호기중추로 구성된다. 흡기중추는 외늑간근과 횡격막의 수축을 유발하여 흡기를 일으키고, 호기중추는 이들 근육의 이완을 촉발하여 호기를 유발한다. 이러한 호흡중추의 신경활동은 일정한 주기성을 가지고 반복적으로 일어나, 규칙적인 호흡운동을 가능하게 한다.
호흡중추의 신경활동은 다양한 요인에 의해 조절된다. 먼저, 연수 내에 위치한 화학수용기들이 동맥혈 내 산소분압과 이산화탄소분압 및 수소이온농도의 변화를 감지하여 호흡중추의 활성을 변화시킨다. 예를 들어, 동맥혈 내 이산화탄소분압이 증가하거나 pH가 낮아지면 화학수용기가 자극을 받아 호흡중추의 흥분을 증가시킨다.
또한 대뇌피질, 간뇌, 소뇌 등의 상위 중추로부터 내려오는 신경 지배도 호흡중추의 활성을 조절한다. 대뇌피질은 의식적으로 호흡을 조절할 수 있게 해주며, 간뇌는 무의식적인 호흡조절에 관여한다. 소뇌는 호흡의 리듬과 협응을 담당한다.
한편, 말초신경계에 존재하는 압력수용기와 화학수용기도 호흡중추의 활성을 조절한다. 압력수용기는 흉곽 내압과 폐포압력의 변화를 감지하여 호흡중추에 피드백을 제공하고, 화학수용기는 동맥혈의 산소, 이산화탄소, 수소이온 농도 변화를 감지한다.
이처럼 호흡의 신경성 조절은 중추신경계와 말초신경계의 다양한 수용기 및 화학수용기로부터의 입력에 의해 이루어지며, 이를 통해 호흡의 깊이, 속도, 리듬 등이 상황에 맞게 조절된다. 이러한 신경성 조절 기전은 호흡이 생존에 필수적인 기능임을 고려할 때 매우 중요하다고 할 수 있다.
2.2. 화학적 조절
호흡의 화학적 조절은 연수에 있는 호흡중추가 혈액 내 산소와 이산화탄소의 농도 변화에 민감하게 반응하여 호흡운동을 조절하는 것이다.
연수의 호흡중추는 동맥혈의 산소분압(PaO2)과 이산화탄소분압(PaCO2)을 감지하여 호흡의 깊이와 빈도를 조절한다. 저산소증이 발생하면 연수의 화학수용체가 이를 감지하여 호흡중추의 자극을 증가시킨다. 그 결과 호흡근육의 수축이 강해지고 호흡수와 호흡량이 증가하여 폐포환기가 촉진되어 동맥혈의 산소농도가 높아진다. 반대로, 동맥혈의 이산화탄소 농도가 증가하면 연수의 화학수용체가 이를 감지하여 호흡중추를 자극하여 호흡근육의 활성화를 유발한다. 이를 통해 폐포로부터의 이산화탄소 배출이 증가하여 혈중 이산화탄소 농도가 감소하게 된다.
연수의 화학수용체는 두 가지 유형이 있다. 첫째는 연수 내의 중추화학수용체로, 연수 실질 내에 산재해 있는 신경세포들이다. 이들은 특히 혈중 수소이온농도(pH)의 변화에 민감하게 반응한다. 혈중 pH가 낮아지면(산성화되면) 이들 신경세포가 흥분하여 호흡근육의 활성화를 유...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17