[생리학] 16. 호흡생리 (4) 폐의 가스교환

16. 호흡생리

 

16.4 폐의 가스교환

폐의 가스 교환은 호흡계의 중요한 기능 중 하나로, 신진대사에 필요한 산소(O2)를 흡수하고, 신진대사 과정에서 생성된 이산화탄소(CO2)를 배출하는 과정을 말합니다.

폐의 가스 교환은 기본적으로 호흡운동에 의해 조절됩니다. 인체는 신진대사를 위해 계속해서 산소가 필요하며, 동시에 이산화탄소를 제거해야 합니다. 신진대사 과정에서 생성된 이산화탄소는 혈액을 통해 폐로 운반되고, 이산화탄소의 농도가 높아지면 호흡센터가 활성화되어 호흡 빈도와 깊이가 조절됩니다. 이로써 폐로 들어오는 공기의 양과 이산화탄소가 배출되는 양이 조절되어 적절한 가스 교환을 가능하게 합니다.

 

 

가스 교환은 주로 폐포의 벽과 혈관벽 사이의 막이 얇아서 이루어집니다. 산소와 이산화탄소는 혈관벽을 통해 이동하게 됩니다. 산소는 폐포 벽을 통해 혈액으로 흡수되고, 이산화탄소는 혈액에서 폐포 벽으로 이동하여 폐로 배출됩니다. 이런 과정은 지속적으로 진행되며, 인체의 산소 및 이산화탄소 교환 요구에 따라 조절됩니다.

이러한 폐의 가스 교환 기능은 생존에 필수적이며, 호흡계와 순환계가 원활하게 협력하여 인체 내부의 적절한 화학적 및 생리적 균형을 유지하는 역할을 합니다.

 

(1) 산소분압

산소분압은 공기나 기체 혼합물 속에서 산소의 압력을 나타내는 물리적인 개념입니다. 산소분압은 흔히 "PO2"로 표기하며, 공기압이나 액체 속에서의 산소의 분압을 나타냅니다. 이 값은 mmHg(밀리미터 수은주)로 표시되며, 호흡에서 중요한 역할을 합니다.

인체 내에서는 산소분압이 다양한 상황과 위치에 따라 다를 수 있습니다. 고도가 높을수록 대기압이 낮아져 산소분압도 낮아지게 됩니다. 산소분압은 폐의 폐포에서 혈액으로 산소가 흡수되는 속도와 관련이 있어 호흡 과정에서 중요한 역할을 합니다. 폐로 들어오는 공기의 산소분압은 인체의 대사량 및 활동 수준에 따라 조절되며, 폐의 가스 교환 효율을 결정합니다.

산소분압은 호흡 및 순환계의 협력을 통해 조절됩니다. 폐로 흡입되는 공기의 산소분압은 폐포에서 혈액으로 산소가 이동하는 방향과 속도를 결정하며, 혈액 내의 산소분압은 조직으로 이동하는 산소의 양을 결정합니다. 따라서 산소분압은 인체 내에서 생존과 대사에 필수적인 역할을 하며, 호흡기 및 순환기의 기능을 통해 조절되어 홈오스타시스를 유지하는 데 기여합니다.

 

(2) 가스분압

혈액의 가스분압은 혈액 속에 운반되는 산소와 이산화탄소의 압력을 나타내는 개념입니다. 이는 호흡과 관련하여 폐에서 혈액으로, 그리고 혈액으로부터 조직으로 산소와 이산화탄소가 이동하는 과정에서 중요한 역할을 합니다.

혈액의 가스분압은 호흡체계의 중요한 기능 중 하나인 가스 교환과 관련이 있습니다. 폐포에서 생성된 이산화탄소는 혈액으로 이동하고, 혈액 내에서 산소와 결합한 후 조직으로 운반됩니다. 이 과정에서 혈액의 산소분압과 이산화탄소 분압은 중요한 역할을 합니다. 폐에서는 혈액으로 이동한 이산화탄소를 방출하고, 대기 중의 산소를 흡입하여 혈액으로 운반합니다. 이로써 혈액의 가스분압이 조절되어 체내 산소와 이산화탄소의 농도를 유지하며 세포 대사에 필요한 에너지를 생성합니다.

혈액의 가스분압은 혈액 내의 산소와 이산화탄소의 농도에 따라 변화하며, 이는 폐 기능 및 혈액 순환에 영향을 미칩니다. 정상적인 혈액의 가스분압은 체내 기능을 유지하는 데 중요하며, 호흡 기관 질환이나 순환계 문제 등에 의해 가스분압이 변화할 경우 체내 기능에 영향을 줄 수 있습니다.

 

(3) 가스의 고분압에 의해 초래되는 질환

① 산소중독

산소 중독은 고농도의 산소에 노출되었을 때 발생하는 현상을 나타냅니다. 산소는 생명 활동에 필수적인 요소지만, 고농도로 오랜 시간 동안 노출되면 세포와 조직에 손상을 줄 수 있습니다. 이러한 현상을 산소 중독이라고 합니다.

산소 중독은 대개 고압환경에서 노출되는 경우가 많습니다. 잠수사, 고산에서의 활동, 의료적인 용도 등에서 고압 산소 치료가 사용될 때 발생할 수 있습니다. 이러한 상황에서 산소 중독이 발생하면 세포 내에서 산소와 상호 작용하는 화학반응들이 이상하게 변하고, 자유 라디칼과 같은 무해하지 않은 화학 물질이 형성될 수 있습니다. 이로 인해 세포 손상과 염증이 발생하며, 일부 조직에서는 심각한 손상이 발생할 수 있습니다.

주요한 산소 중독 증상에는 호흡곤란, 기침, 가슴 통증, 피부 변화 등이 포함될 수 있습니다. 또한 중독 정도에 따라 중추 신경계에 영향을 미쳐 미각의 변화, 정신 이상, 불면증 등의 증상도 나타날 수 있습니다.

산소 중독을 예방하기 위해서는 고압 산소 치료나 산소 침식을 진행할 때 주의해야 합니다. 적절한 치료 범위와 시간을 지키며, 의료 전문가의 지시를 엄격히 따르는 것이 중요합니다.

 

② 질소마취

질소마취는 수중 환경에서 질소가 고압으로 노출될 때 발생하는 신체적 및 신경학적인 현상을 나타냅니다. 이러한 현상은 주로 스쿠버 다이빙과 같은 수중 활동을 할 때 나타나는데, 높은 압력 환경에서 질소가 체내 조직에 용해되어 혈액에 높은 농도로 존재할 때 발생합니다.

질소마취는 대개 30미터(약 100피트) 이상의 심도에서 더 많이 나타나며, 주로 고압 질소가 중추 신경계에 영향을 미쳐 다양한 신체적, 정신적 증상을 유발합니다. 주요 증상으로는 의식의 혼동, 흥분, 망상, 심장 박동 수 변화, 근육 조절의 어려움, 감각의 변화 등이 포함될 수 있습니다.

질소마취의 정확한 원인은 여전히 명확히 밝혀지지 않았지만, 질소마취는 질소 분자가 신경 전달 물질인 신경전달물질과 상호 작용하여 신호 전달을 방해하는 것으로 예상되고 있습니다. 이로 인해 신체와 정신적 증상이 나타나게 됩니다.

질소마취를 예방하기 위해서는 수중 환경에서 스쿠버 다이빙이나 다른 수중 활동을 할 때 적절한 안전 절차를 준수하는 것이 중요합니다. 안전한 심도에서 다이빙을 하고, 필요한 휴식을 취하며, 수중 활동을 즐길 때 적절한 조치를 취하는 것이 좋습니다.

 

③ 감압병

감압병은 스쿠버 다이빙과 같은 수중 활동 후 체내에 노출된 고압 공기가 고압 환경에서 빠르게 변화함에 따라 발생하는 상태를 나타냅니다. 이는 주로 다이빙 중에 심도에 따라 발생할 수 있으며, 다이버가 물 아래로 내려갈 때 노출된 고압 공기가 체내 조직에 용해되기 시작합니다.

감압병은 고압환경에서 노출된 공기의 질소가 용혈액 속에서 용해되다가, 감소된 압력으로 인해 기포로 변하는 것이 원인입니다. 이러한 기포가 혈관 안에서 발생할 경우 혈류의 흐름을 차단하거나 조직에 압박을 가하며, 이로 인해 다양한 신체적 및 신경학적 증상이 나타날 수 있습니다.

감압병의 증상은 다양한데, 가장 일반적인 증상으로는 피부 발진, 관절 통증, 근육 통증, 피로, 허리 통증, 호흡곤란, 의식 변화 등이 포함될 수 있습니다. 중증의 경우 심장 및 호흡기에 영향을 미치며 치명적일 수 있습니다.

감압병을 예방하기 위해서는 다이빙 중에 적절한 속도로 수심을 올라가는 디컴프레이션 스톱(decompression stop)을 수행하는 것이 중요합니다. 디컴프레이션 스톱은 감압병을 예방하기 위해 체내에 용해된 기포들이 안전하게 제거될 수 있도록 하는 과정입니다. 또한, 안전한 다이빙 절차와 디컴프레션 테이블을 준수하여 다이빙을 하며, 적절한 휴식과 영양 상태를 유지하는 것도 중요합니다.