호흡계와 운동

 

1. 호흡계의 구조와 기능

• 호흡⇒ 기도 ⇒ 기관지 ⇒ 폐포
• 흡입된 공기와 폐 모세혈관을 통과하는 혈액 사이에서 산소는 혈액으로, CO2는 폐포로 확산된다.

 

1) 기도와 폐포

• 호흡기의 구성

-> 기도, 폐포, 흉곽

• 공기의 전달 과정

-> 구/비강⇒ 인두 ⇒ 후두 ⇒ 기관 ⇒ 기관지 ⇒ 세기관지 ⇒ 폐포

• 폐포관(alveolar duct)

-> 직경 0.1~0.2mm 정도의 공기 주머니(폐포)가 포도송이 모양으로 형성

 

 

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공기의 전달과정

 

2) 내호흡과 외호흡

• 생명 유지를 위해 음식에 포함된 고분자 물질이 산화과정으로 분해되어 유리되는 화학에너지를 만들어야 함.
• 산화과정에 필요한 산소 섭취
• 산화과정의 부산물(CO2) 배출

 

• 호흡(respiration) 이란?

- 인체가 산소를 얻고 CO2를 배출하는 것

- 폐환기, 폐포공기와 혈액 사이의 가스 교환, 혈액에 의한 산소와 CO2의 운반

- 혈액과 조직 세포 사이의 가스 교환, 조직 세포의 산소 이용과 CO2 생산 과정 포함

 

 

외호흡	내호흡
외부의 공기와 혈액 사이의 가스교환 ① 폐환기 ② 폐포 공기와 혈액 사이의 가스 교환 ③ 혈액에 의한 산소와 CO2의 운반	세포가 혈액으로부터 O2를 취해 소모하고 대사 결과로 생성된 CO2를 혈액으로 유리하는 작용--> '산화대사' 또는 '세포 호흡‘ ① 혈액과 조직세포 사이의 가스 교환 ② 조직세포의 산소 이용과 CO2 생산 과정 포함
대기와 폐포 사이의 기체교환으로 혈액에 산소를 공급하고 대기로 CO2를 배출하는 과정이다.	혈액과 조직세포 사이의 기체교환으로 세포에 산소를 공급하고 혈액으로 CO2를 배출하는 과정이다.

 

 

2. 호흡역학

:공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동 숨을 들이마시려면 폐내압을 대기압보다 낮게 하는 방법(정상호흡) 대기압을 폐내압보다 높게 하는 방법(임상호흡)이 있다.

 

1) 흡기 작용

• 흉곽의 용적은 증가
• 횡격막 수축, 아래 방향 이동
• 외늑간근의 수축에 의해 늑골을 위로 올리고 바깥쪽으로 내밈
• 폐는 팽창되고 폐내압이 감소하고 공기가 폐 속으로 들어감

 

2) 호기작용, 안정시

• 횡격막과 외늑간근은 이완
• 흉강은 원래의 크기로 돌아감
• 수동적이며, 호기근육은 관계치 않음

- 흡기로 인해 신전되었던 흉벽이 폐의 탄성 조직에 의해 원래의 상태로 위축됨

- 흉강 내압 증가로 인해 공기가 폐 속에서 대기로 나감

 

3) 운동시 호기 작용

• 능동적
• 특히 복부근에 의해 촉진

-> 복부근의 수축에 의해 하위 늑골을 압박

• 복압이 상승하여 횡격막을 흉강 쪽으로 밀어 올림

 

 

 

호흡의 역학

 

흡기시의 늑골의 움직임

 

 

안정시와 운동시 주요 호흡근의 작용

 

호흡단계	안정시 활동근	운동시 활동근	작용
흡기	횡격막, 외늑간근	횡격막, 외늑간근, 사각근, 흉쇄유돌근부	평평해짐 늑골의 외측 상방 이동 제 1,2 늑골의 거상 흉괄의 외측 이동
호기	없음	내늑간근, 복부	늑간 내측 하방 이동 늑골 하방 이동과 횡격막 상방 이동

 

 

 

3. 호흡계의 작용

1) 분당 환기량(minute ventilation)

• 1분 동안 흡기와 호기되는 공기의 양

-> 결정할 때 편의상 호기량 사용

• 1회호흡량(tidal volume)과 분당호흡수(respiratory frequency: f)에 의해 결정

VE(ℓ/min) = TV(L) × f(회)

분당환기량 1회 호흡량 분당호흡수

 

안정시와 운동시 환기량

 

안정시 환기량	장시간 지속적 지구력 운동시
약 6ℓ/min 정도 - 안정시 분당 호흡수 -> 약 12회 정도 - 1회 호흡량 -> 약 0.5L 정도	성인 최대 환기량(훈련자) - 남녀가 각각 180ℓ/min, 130ℓ/min 환기량의 증가는 호흡의 빈도와 심도 증가에 따름

 

2) 폐용적과 폐용량

 

 

 

 

Dead space

폐용적의 구성 항목과 정의

 

항 목	정 의	성인 남성 수준
일회 호흡량 (tidal volume: TV)	안정 상태에서 1회에 들이 마시거나 내쉬는 공기의 양	약 500ml
흡기예비용적(inspiratory reserve volume: IRV)	일회 호흡량을 들여 마신 후에 다시 최대로 들이쉴 수 있는 공기량	약 3,300ml
호기예비용적(expiratory reserve volume: ERV)	일회호흡량을 내쉰 후에 다시 최대로 내쉴 수 있는 공기량	약 1,200ml
잔기량(residual volume: RV)	호흡을 통하여 폐내 공기를 배출한 후에도 폐내에 잔류하고 있는 공기량	약 1,200ml

 

폐용량의 구성 항목과 정의

 

항 목	정 의	계 산 식
흡기용량(inspiratory capacity: IC)	정상 호흡에서 최대한 흡입할 수 있는 양	TV + IRV
기능적 잔기용량(functional residual capacity: FRC)	평상 호흡에서 TV를 배출한 후 폐 내에 남아있는 공기량, end-tidal volume 수준	ERV + RV
폐활량(vital capacity: VC)	최대한 공기를 들이마신 후 최대한 배출시킬 수 있는 양	IRV + TV + ERV
총폐용량(total lung capacity: TLC)	최대한 공기를 흡입하였을 때 폐 내에 존재하는 공기량	VC + RV

 

3) 기능적 환기 용량

• 측정법

- 강제호기량(forced expiratory volume: FEV) or

- 최대 수의적 환기량(maximal voluntary ventilation: MVV) 측정으로 가능

 

(1) 강제호기량 (forced expiratory volume: FEV)

• 최대로 숨을 들이마신 후 가능한 한 신속하게 최대로 숨을 내쉴 때 1초 또는 3초간 배출되는 양
• 보통은 1초 후에 호출된 기체량(FEV1)을 강제폐활량에 대한 %(FEV1/FVC)로 나타냄

- 20대에 0.80, 40대에 0.75, 60대에 0.70

 

 

 

 

 

강제 호기량 비율과 환기 장애

 

• 강제 호기량과 환기 장애

: 강제호기량 비율은 기도저항에 민감한 지표로서, 천식 등에 의한 기관지 확장증(bronchodilator)의 반응 평가에 유용한 지표

-> 폐쇄성 환기 장애

- 폐섬유증과 같은 폐의 섬유성 결합조직 증식 때

ⓐ 폐활량은 감소하나 강제호기량은 거의 변화 없다

ⓑ 저항성 환기 장애

 

(2) 최대 수의적 환기량

 

 

• 최대수의적 환기량 (maximal voluntary ventilation : MVV) 이란?
• 단위 시간 내에 호흡할 수 있는 최대한의 공기용적
• 피검자가 호흡근을 조절하고 폐에서의 저항을 극복하는 능력
• 12초 또는 15초 동안 호흡할 수 있는 최대한의 공기량을 측정

- 분당환기량(ℓ/min)으로 환산

ⓐ 12초로 실험한 경우

-> 12초 × 5배수 = 60초

-> 체내상태(BTPS, ℓ/min)로 기록

 

- MVV는 최대운동 중의 최대환기량보다 높다.

ⓐ 환기능력과 최대산소섭취량과는 무관

ⓑ 폐질환자, 노인은 MVV 감소로 VO2max제한 받음

-> MVV가 개인별 예측치의 80% 이하로 떨어지면 기도 장애를 의심

 

(3) 폐포 환기와 해부학적 사강

• 폐포환기(alveolar ventilation)

: 폐포에 도달한 공기만이 기체교환에 참여하여 혈액에 산소를 공급해 주고 생성된 CO2를 제거해 주는 일을 함

 

• 해부학적 사강(anatomical dead space)

: 호흡 경로에 남아 있으면서 기체교환에 참여하지 않는 공기를 지니고 있는 공간

- 안정시 남자는 평균 0.15L , 여자는 0.10L 정도

- 안정시 들이마시는 공기 0.5L의 70%인 0.35L 정도만이 폐포환기에 참여

- 30%는 사강에 잔류

 

 

 

폐포 환기와 해부학적 사강

 

=> 분당환기량이 동일해도 1회호흡량이 적고 호흡수가 많으면 폐포환기에 참여하는 공기량이 상대적으로 적어 충분한 기체교환이 어렵다.