호흡(Respiration)이란?

호흡의 기능 5가지

생체와 주변의 대기 사이에서의 가스교환 행위로써, 그 기능은 5가지로 구분할 수 있다.

환기(ventilation) 기능

허파내로 외부의 공기를 능동적으로 받아들여 가스교환 장소인 허파꽈리 모세혈관막(alveolar capillary membrane)에 분포하게 하는 행위를 환기라 한다.

관류(perfusion) 기능

혼합 정맥혈(mixed venous blood)을 허파로 이동시켜 가스교환 장소에 분포하게 하는 작용을 관류라 한다.

확산(diffusion) 기능

허파꽈리 모세혈관막에서 흡입된 공기와 혈액 사이에서 이루어지는 산소와 이산화탄소의 수동적 이동과정을 확산이라 한다.

허파순환(폐순환, pulmonary circulation) 기능

가스교환을 위하여 오른심실(우심실)의 혈액이 허파의 모세혈관을 거쳐 왼심방(좌심방)에 이르는 혈액순환 과정을 허파순환이라 하며, 허파순환에 소요되는 시간은 약 0.8초 정도이다.

호흡조절(control of breathing) 기능

대사의 요구나 필요에 따라 환기를 조절하는 행휘를 호흡조절이라 한다.

실제로 각종 폐질환은 질병양상에 따라 위의 각 호흡단계에서 특징적인 이상을 보이기 때문에 환자가 호흡곤란을 느낄 뿐만 아니라 운동장애를 나타낸다. 따라서 호흡곤란 및 신체장애가 있는 환자에서 호흡의 어느 단계에서 이상이 있는지를 검사하는 것은 질병의 병태생리를 이해하는 데 있어 매우 중요하다.

 

호흡의 종류

호흡은 크게 2가지 즉, 허파를 통하여 산소와 이산화탄소를 교환하는 '외호흡'과 조직과 혈액 사이에서 가스교환을 하는 '내호흡'으로 구분되는데, 그중에서 폐기능 검사와 직접적인 관련이 있는 것은 외호흡이다. 

분당 호흡수는 연령, 성별, 운동, 자세, 체온, 질병, 정신상태 등에 따라 차이가 있다. 그리고 호흡의 종류는 양상에 따라 여러 가지로 구분할 수 있는데, 그 종류는 다음과 같다.

안정 시의 정상 호흡에서는 성인의 경우 1분에 13~22회의 빈도이다. 호흡빈도가 증가하는 경우를 빠른 호흡(빈호흡)이라 하고, 호흡빈도가 감소하는 경우를 느린 호흡(서호흡)이라 한다. 과호흡(hyperpnea)은 호흡의 깊이가 증가하는 경우로, 심호흡을 과도하게 하는 것을 말한다. 호흡곤란(dypnea)은 노력하지 않으면 호흡운동을 하기가 매우 힘든 상태를 말하며, 주원인은 혈액 속의 이산화탄소 농도가 높아져 호흡중추가 지나치게 자극되기 때문이다. 무호흡(apnea)은 일시적으로 호흡운동이 정지되는 경우를 말한다.

Cheyne-Stokes 호흡은 호흡곤란과 무호흡이 교대로 되풀이되면서 나타나는 상태를 말하며, 이 호흡은 호흡중추의 흥분성이 매우 낮아짐으로써 일어난다. Cheyne-Stokes 호흡은 뇌질환, 마약과 일산화탄소 중독 시, 심장기능상실(심부전), 요독증, 사망 직전에 나타난다.

호흡은 호흡중추에 의해 조절되나 병적으로 과환기나 환기부족이 발생할 수 있다. 호흡성 알칼리증은 과환기로 이산화탄소를 지나치게 잃게 되는 과도호흡 시에 나타나고, 호흡성 산증은 환기 부족상태로 호흡곤란 시에 나타난다.

 

 

호흡운동

반복환기를 통하여 허파로 공기가 출입하는 것이 호흡운동이다. 호흡운동은 외부의 공기를 허파꽈리 내로 들여 보내는 들숨운동(흡식운동)과 허파꽈리 내에 있는 공기를 외부로 내보내는 날숨운동(호식운동)이 있다.

 

들숨(흡식, Inspiration)

가슴우리(흉곽)를 확장시키면 허파도 확장되어 허파꽈리내압(폐포내압)이 대기압보다 낮아져 허파 내로 공기가 들어오는 것이 들숨(흡식)이다. 들숨운동(흡식운동)은 능동적으로 일어나며, 에너지를 필요로 한다.

들숨운동의 과정은 다음과 같다.

1. 가로막(횡경막)이 수축하여 가슴우리(흉곽) 부분이 배안(복강) 쪽으로 내려가면서 가슴우리를 확장시킨다. 가로막의 수축에 의한 호흡을 배호흡(복식호흡)이라고 한다.
2. 바깥갈비사이근(외늑간근)이 수축하여 갈비뼈(늑골)을 위쪽으로 올려 가슴안(흉강)의 좌우·상하의 용적이 증가되고, 그 결과 가슴안(흉강) 내압이 낮아져 허파꽈리가 확장된다.
3. 배 근육(복부 근육)의 이완이 일어난다.
4. 허파꽈리의 표면장력 약화가 일어난다.

가슴우리가 확장되고 허파가 확장되면 허파내압(폐내압)이 1~2mmHg 정도 음압이 되어 공기는 대기에서 피동적으로 압력이 낮은 허파꽈리 내로 이동되어 들숨이 일어난다. 들숨은 허파꽈리내압과 대기압이 같아질 때까지 일어난다.

 

날숨(호식, Expiration)

가슴우리의 크기가 작아져 허파내 압력이 증가하므로 허파 내의 공기가 밖으로 나가는 것이 날숨(호식)이다. 날숨운동(호식운동)은 에너지를 필요로 하지 않는 수동적 운동으로 들숨운동의 역작용이다.

날숨운동의 과정은 다음과 같다.

1. 들숨 시, 수축되었던 가로막과 바깥갈비사이근의 이완으로 갈비뼈와 가로막이 원래의 위치로 되돌아와서 가슴우리의 크기가 줄고 허파내 압력이 증가한다.
2. 갈비뼈를 아래로 당기는 속갈비사이근(내늑간근)의 수축으로 가슴우리 용적을 더 줄게 하며, 속갈비사이근은 날숨운동을 주관하는 날숨근(호식근)이다.
3. 배근육(복부근)의 긴장과 가로막의 원상복귀는 날숨을 용이하게 한다.

 

표면장력과 표면활성 물질

허파꽈리를 싸고 있는 액체의 표면장력은허파꽈리의 크기를 줄이고 허파확장을 방해한다. 제2형 허파꽈리세포(폐포세포)의 허파 표면활성 물질인 표면활성제(계면활성제, surfactant)는 허파꽈리를 둘러싼 액체의 표면장력을 줄여 들숨운동(흡식운동)이 일어나는 동안 허파꽈리를 쉽게 확장시킴으로써 들숨운동(흡식운동)을 돕는다.