[생물 임용 노트]호흡- 1) 개요

호흡(respiration)

환경에서 각 조직으로 산소가 이동하는 과정이다.

• 외호흡 : 외부 환경과 세포 사이의 O₂와 CO₂의 교환 과정이다.
• 내호흡 : 미토 콘드리아 내에서 일어나는 세포 내 대사 과정이다.

외호흡

• 외호흡은 확산에 의존한다.
• 확산율(Q) = △P·A·D / △x (D: 확산 계수, A: 표면적, △P: 분압차, △x: 확산거리)
• 분압(portial pressure) : 가스 혼합물에서 특정 가스가 독립적으로 가하는 압력이다.
  • 예> 건조 공기의 압력 760mmHg 중 P_O2 = 160mmHg
• 혈액 용해 가스의 양은 혈액의 가스 용해도와 환경의 가스 분압에 의존한다.
• 외호흡의 4단계
  • 환기(ventilation) : 외물질(공기, 물)을 이동시키는 것
  • 호흡 표면의 확산 : O₂와 CO₂는 호흡표면을 거쳐 환경과 체액 사이의 단순확산으로 교환됨
  • 순환 : 호흡 표면과 조직 사이의 내부 순환에의 수송 과정
  • 세포 또는 조직으로 확산

구조

• 폐는 좌측엽이 2장, 우측 엽이 3장이다.
• 기관 - 기관지 - 세기관지 - 폐포의 순으로 계속 뻗어나간다.
  • 기관지에서 세기관지로 계속 뻗어나가며 직경이 좁아진다.
  • 기관과 큰 기관지는 단단하고 비근육성 관으로 구성되어 있어 항상 열려 있다.
  • 작은 기관지(세기관지)는 벽에 자율 신경계가 연결된 평활근이 존재한다. 이들은 호르몬과 국소조절자에 민감해 기도의 반지름을 조절해 폐포 사이의 출입 공기의 양을 조절한다.
• 폐포 : 기관과 기관지 말단의 끝이 부풀어진 구조이다. 확산을 최대화하기 위해 낮은 △x(확산거리)와 높은 A(표면적)을 갖는다.
  • 제1형 폐포세포(TypeⅠ alveolar cell) : 벽이 평평한 단층의 구조이다. 각 폐포 주위의 혈관들도 얇은 세포벽으로 구성되어 있다. 모세 혈관과의 사이에 존재하는 간질액 공간도 0.5um 정도로 극히 짧아 가스 교환에 유리하다.
  • 제2형 폐포세포(TypeⅡ alveolar cell) : 폐의 확장을 용이하게 하는 인지질-단백질 복합체인 폐 계면활성제를 분비한다.
  • 대식세포 : 면역 반응에 관여한다.
  • pore of Kohn : 구멍으로 인접 폐포간의 병립 환기를 일으킨다.
• 흉강 : 폐보다 크게 존재하며 폐와 흉벽 사이를 이중벽의 닫힌 구조인 흉막낭이 채우고 있다.
  • 흉막낭에서 흉수액이 나와서 폐와 흉막, 흉막과 흉벽을 붙여주어 흉강 팽창시 흉수액 접착력에 의해 폐가 같이 팽창하게 된다.
  • 대기압 : 대기 속의 공기의 압력(약 760mmHg)
  • 폐포 내압 : 폐의 내부 압력으로 대기압과 같아질 때까지 공기를 흡입한다.
  • 흉수압 : 흉막낭 내의 압력으로 항상 대기압보다 낮다. 약 756mmHg이다.

흉강의 구조

라틀라스 법칙과 폐의 탄력성

• 폐에는 많은 탄력성 섬유가 존재하여 신장된 후 수축 시 더 짧은 길이로 돌아온다.
• 폐포 표면의 액체에 의한 표면 장력은 표면적의 증가에 대해 저항하는 힘으로 폐포의 크기를 줄이고 공기를 압착시킨다. 이에 의해 폐포가 쪼그라든다.
• 제2형 폐포세포의 계면활성제는 표면장력을 감소시켜 이러한 폐의 붕괴를 막는다.
• 라플라스의 법칙 : 폐포 내 압력(P) = 2T / r (r: 폐포의 직경, T: 표면 장력)
• 라플라스 법칙에 따라 작은 폐포(상대적으로 r이 작아 P가 큼)에서 큰 폐포 쪽으로 공기가 이동해 작은 폐포의 공기가 큰 쪽으로 이동해 쪼그라든다.
• 계면활성제는 표면장력의 감소를 일으키며 작은 폐포에서 그 영향이 크다.

라틀라스의 법칙