호흡생리

인간은 몸에 산소를 공급하기 위해 끊임없이 숨을 쉰다. ‘숨쉬기(breathing)’는 대기와 폐 사이의 공기전달 과정으로 ‘폐 환기(pulmonary ventilation)’라고도 한다. 공기는 대기와 폐의 압력 차이에 의해 움직이기 때문에 ‘흡기’ ‘호기’라는 가슴과 복부의 근육수축 과정이 꼭 필요하다. 또한 적혈구에 산소를 실어주는 ‘기체교환’이 일어나는 폐의 상태도 중요하다. 특히 폐의 섬유화는 건강에 치명적이다.

1. 숨쉬기

① 흡기 운동(inspiration movement)은 ‘능동적’으로 일어나며 여러 근육의 수축이 관여한다. 공기가 기관지를 통해 폐포(적혈구에 산소를 싣는)까지 이동하려면 가슴 내부의 압력이 대기압보다 낮아야 한다. ‘보일의 법칙’에 따르면 부피 증가는 압력의 감소를 가져온다. 흉곽의 부피가 증가하여 가슴 내부의 압력이 대기압보다 낮아지면 자연스럽게 밖에서 안으로 공기가 이동하는 것이다. 마치, 물이 위에서 아래로 떨어지는 것과 비슷하다.

외늑간근(external intercostal muscle)이 수축하면 활 모양의 갈비뼈가 위쪽과 바깥쪽으로 끌어 당겨진다. 흉곽의 앞뒤 및 가로 지름이 커지면 가슴의 부피가 증가한다. 이때, 내늑간근은 이완된다. 가슴과 배를 구분 짓는 횡격막(diaphragm)이 수축하면 복부 아래쪽 수직으로 내려가서 가슴 부피가 증가한다. 이때 복부 근육은 이완되어 횡격막 수축이 좀 더 쉬워진다. 안정 시 호흡에서는 횡격막이 약 1.5㎝ 이동하는데, 이는 약 60~75%의 가슴 부피 변화에 해당한다.

② 호기 운동(expiration movement)은 에너지가 필요 없는 ‘수동적’인 운동으로 흡기의 반대작용이다. 내늑간근 수축과 외늑간근 이완으로 위, 바깥으로 당겨져 있던 흉곽은 원래 형태가 된다. 또한 수축하고 있던 횡격막이 이완하고 복부 근육이 수축하면 최종적으로 흉곽의 부피는 감소한다. 이를 통해 가슴의 내압은 증가하고 공기는 폐에서 밖(대기)으로 이동하게 된다.

한편 가슴의 타박상은 다른 인체 부위보다 더 아프고 오래간다. 왜냐하면, 숨쉬기는 근육들의 수축과 이완이 끊임없이 일어나는 과정으로 일반적인 타박상에 쓰는 응급처치인 ‘RICE’를 하기 어렵기 때문이다. 즉, Resting(쉼), Ice(시원하게), Compression(누르기, 고정), Elevation(들어주기)을 할 수 없다. 이를 위해서는 숨쉬기를 멈춰야 한다. 

2. 기체교환   

폐의 기체교환에 영향을 주는 것은 ‘흡입된 공기의 산소 농도’와 ‘폐 상태’이다. 폐 상태는 구체적으로 ‘공기가 지나가는 길’과 공기를 교환하는 ‘폐포’의 상태를 의미한다.

① 대기로부터 충분한 산소를 흡수하는 것이 조직에 산소를 공급하는 첫 번째 조건이다. 대기 중 산소 농도에 영향을 주는 것은 바로 ‘고도’이다. 해수면에서의 산소분압(PO2)은 약 160mmHg이지만, 1500m 이상의 고지대에서는 약 130mmHg으로 떨어진다. 높은 곳은 산소가 부족하다는 의미다. 그러므로 고지대에서는 저산소증(hypoxia)에 의한 질환(고산병)이 생길 수 있다.

② 흡입된 외부 공기의 산소 농도가 정상이라면, 폐의 상태를 살펴야 한다. 먼저, 폐에서 공기가 지나가는 길에 문제가 생기면 정상적인 산소 공급이 불가능하다. 기관지가 좁아지는 ‘천식(asthma)’, 폐가 딱딱해져서 늘어나지 않는 ‘섬유성 폐 질환’이 있으면 충분한 공기가 폐포로 이동하기 어렵다. 즉, 공기가 통과하는 길이 막힐 뿐 아니라, 앞에서 언급한 부피 변화에 따른 공기 이동이 어렵다는 것이다.
또한, 폐포에 문제가 생겨도 정상적인 산소 공급이 불가능하다. 흡연으로 폐포 표면적이 파괴되면 적혈구에 산소를 실어주는 공간이 줄어들게 되고 이것을 폐기종(emphysema)이라 한다. 폐에 물이 차는 폐부종(pulmonary edema)도 기체교환을 어렵게 한다.

만약, 폐가 섬유화(fibrosis)되면 폐포의 막이 두꺼워져서 막 투과도가 떨어지고 이로 인해 기체 교환이 느려져 적혈구에 충분한 산소를 실을 수 없게 된다. 결론적으로, 바이러스나 세균 혹은 화학물질에 의해 폐가 섬유화되면 공기가 전달되지도, 기체교환도 이루어지지 않아 심각한 결과를 초래할 수 있다.