[생리학] 16. 호흡생리 (8) 호흡기능에 대한 운동과 높은 고도의 효과

16. 호흡생리

 

16.8 호흡기능에 대한 운동과 높은 고도의 효과

동맥혈은 신체의 조직에 산소와 영양분을 공급하고 이산화탄소와 대사산물을 수송하는데 중요한 역할을 합니다. 이에 따라 동맥혈의 가스 농도와 pH는 세포의 기능과 혈액의 화학적 균형을 유지하는 데 큰 영향을 미칩니다. 동맥혈의 가스 농도와 pH는 호흡, 심장 기능, 대사, 혈액의 화학적 특성 등 여러 가지 요인에 의해 조절됩니다. 이러한 균형을 유지하기 위해서는 호흡, 혈액 순환, 세포 대사 등 여러 생리학적 과정이 조화롭게 작용해야 합니다.

 

 

(1) 운동 중의 환기

운동 중에는 심박수와 호흡수가 증가하며, 이로 인해 폐에서의 가스 교환도 증가합니다. 이는 신체의 산소 공급과 이산화탄소 제거를 향상시켜 활동적인 운동을 수행하는 데 도움이 됩니다. 운동 중의 환기 조절은 심혈관 및 호흡계와 밀접하게 연관된 과정입니다. 운동 중의 환기는 몇 가지 중요한 점을 포함합니다.

① 호흡 주파수 증가 : 운동 중에 호흡 주파수는 증가합니다. 이로써 폐로 들어오는 공기량과 폐에서 나가는 이산화탄소량이 증가하여 가스 교환량이 증가합니다.

② 일과성 호흡량 증가 : 심박수 증가에 따라 일과성 호흡량이 증가합니다. 일과성 호흡량은 분당 호흡량과 분당 심박수의 곱으로 계산되며, 최대 심박수에 도달할 때 최대치를 보입니다.

③ 혈류 조절 : 운동 중에는 혈류량이 증가하며, 심장은 더 많은 혈액을 조직으로 공급합니다. 이로써 혈액 속의 산소 및 이산화탄소 농도가 조절되며, 가스 교환량이 증가합니다.

운동 중의 환기 조절은 신체의 에너지 요구에 맞게 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하여 정상적인 대사를 유지하는 중요한 과정입니다. 이러한 환기 조절 메커니즘은 운동 신경체계, 호흡 센터, 혈액순환 등 다양한 생리학적 과정과 조화를 이루며 신체의 기능을 원활하게 유지하는 데 기여합니다.

 

◎ 젖산역치와 지구력 훈련

유산소 운동을 할 때, 근육은 산소를 사용하여 에너지를 생성하려고 노력합니다. 그러나 고강도나 장시간의 운동에서는 근육 내에서 산소 공급이 부족해지고 이산화탄소와 불산이 쌓이게 됩니다. 이는 혈액 내 젖산의 농도가 증가하는 것을 의미하며, 이를 '젖산역치'라고 합니다.

젖산역치는 운동 강도와 개인의 유산소 운동 능력에 따라 다를 수 있습니다. 일반적으로 젖산역치를 초과하는 운동 강도에서는 근육 내의 젖산 농도가 급격하게 상승하며, 근육 피로와 불편감이 증가할 수 있습니다.

보통 운동 강도가 젖산역치 이하에 머무르는 것이 지속적인 유산소 훈련에 도움이 될 수 있습니다. 이는 근육 내에서 젖산과 같은 대사 부산물이 적게 생성되고, 산소 공급이 지속되며, 에너지 생산이 효율적으로 이루어지기 때문입니다. 지속적인 유산소 훈련은 다음과 같은 이점을 제공할 수 있습니다.

① 유산소 능력 향상 : 젖산역치 이하의 운동을 지속하면서 근육 내의 젖산이 쌓이지 않도록 훈련하면, 근육의 산소 이용 능력이 향상되어 지속적인 운동을 할 수 있게 됩니다.

② 지방 연소 증진 : 젖산역치 이하에서의 운동은 주로 지방을 연소하여 에너지를 생성하는데 도움이 됩니다. 따라서 체지방 감소와 체중 관리에 도움을 줄 수 있습니다.

③ 심폐지구력 향상 : 지속적인 유산소 훈련은 심폐지구력을 향상시킵니다. 심장과 폐의 기능이 향상되면서 혈액순환과 산소 공급이 효율적으로 이루어집니다.

④ 평균 운동 강도 상승 : 젖산역치 이하에서의 운동은 더 오랜 시간 동안 지속될 수 있습니다. 따라서 평균적인 운동 강도를 높일 수 있습니다.

결국, 젖산역치 이하에서의 지속적인 유산소 훈련은 체력과 지구력을 향상시키는 데 도움을 주며, 정상적인 대사 및 근육 기능을 유지하는 데 도움을 줄 수 있는 중요한 요소입니다.

 

(2) 높은 고도에 대한 순응

높은 고도에서의 순응은 고산지대나 고도가 높은 지역에서 생활하거나 활동할 때 발생하는 현상을 나타냅니다. 고도가 높아질수록 대기압이 감소하고 산소의 압력도 낮아지는데, 이로 인해 몸에는 다양한 변화가 일어납니다. 고도에 대한 순응은 주로 다음과 같은 과정을 거쳐 이루어집니다.

① 적혈구 증가 : 높은 고도에서는 적혈구 수가 증가합니다. 적혈구는 혈액 내에서 산소와 이산화탄소의 수송을 담당하는데, 높은 고도에서는 산소의 양이 부족하므로 체내에서 더 많은 적혈구가 필요해집니다.

② 혈중 호르몬 변화 : 높은 고도에서는 신체가 산소 부족 상황을 감지하고 호르몬 분비를 조절합니다. 이로 인해 적혈구 생성을 촉진하는 에리트로포이에틴과 같은 호르몬의 분비가 증가할 수 있습니다.

③ 혈액의 농축 : 높은 고도에서는 땀과 함께 체액이 감소하고, 혈액이 농축될 수 있습니다. 이로써 혈중의 산소 및 이산화탄소 농도를 일정하게 유지하려는 조절 메커니즘이 작동합니다.

④ 혈관 구조 변화 : 높은 고도에서는 혈액 순환이 개선되도록 혈관이 확장하거나 수축하는 변화가 일어날 수 있습니다. 이로써 혈액의 순환을 최적화하여 조절합니다.

높은 고도에 대한 순응은 개인마다 다르게 나타날 수 있으며, 일반적으로 몇 주에서 몇 개월의 시간이 걸릴 수 있습니다. 순응이 완료되면 몸은 높은 고도에서의 활동에 대한 적응력을 획득하며, 더욱 효율적으로 작동하게 됩니다. 하지만 고도에서의 활동은 여전히 체력과 호흡기능에 영향을 미치므로 주의가 필요합니다.

 

◎ 산소에 대한 헤모글로빈의 친화성

헤모글로빈은 산소를 운반하는 주요 단백질 중 하나로, 혈중에 산소 분자를 수송하여 각 조직과 세포에 공급하는 역할을 합니다. 헤모글로빈의 산소에 대한 친화성은 산소와 헤모글로빈 사이의 결합 강도나 안정성을 의미합니다. 산소와 헤모글로빈이 결합할 때, 헤모글로빈의 중심에 위치한 철이 산소 분자와 결합하여 화학 반응을 일으키게 됩니다. 이 화학 반응은 헤모글로빈 분자가 산소를 운반하면서도 산소를 조절하고 방출하는데 중요한 역할을 합니다.

헤모글로빈은 산소 분자를 높은 친화성으로 결합시키는데, 이는 폐에서 혈액으로 산소를 효과적으로 수송하고, 조직과 세포에서 산소를 방출하는 과정을 지원합니다. 이러한 과정은 혈액의 산소 농도와 조직 내 산소 수준을 조절하여 몸 전체의 적절한 기능을 유지하는 데 필수적입니다.

헤모글로빈의 산소에 대한 친화성은 환경 조건에 따라 변할 수 있으며, 혈액 내의 pH, 이산화탄소 농도, 온도 등이 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 조절 메커니즘을 통해 몸은 다양한 상황에 대응하며 최적의 산소 운반을 유지합니다.

 

◎ 헤모글로빈과 적혈구의 증가

헤모글로빈은 적혈구 내에서 산소를 수송하는 주요 단백질입니다. 산소를 수송하고 조직에 공급하는 역할을 담당하므로, 적혈구와 헤모글로빈의 증가는 혈액의 산소 수송 능력을 강화하는 데 중요한 역할을 합니다.

적혈구의 증가는 일반적으로 혈액 내의 헤모글로빈 농도 증가와 관련이 있습니다. 이러한 상황은 고산소 섭취가 필요한 활동이나 운동을 한 경우, 고산 지대에서 생활하거나 고산소 훈련을 받는 경우, 만성 폐 질환 또는 심장 질환과 같은 질환을 앓는 경우 등의 상황에서 나타날 수 있습니다.

적혈구와 헤모글로빈의 증가는 혈액의 산소 수송 능력을 향상시키므로, 적절한 상황에서는 중요한 생리학적 적응 메커니즘으로 작용합니다. 그러나 이러한 변화가 지속되거나 비정상적인 상황에서 나타나면 전문의의 상담이 필요할 수 있습니다.