생리학
호흡생리
자연치유캠프
2021. 4. 21. 22:41
호흡respiration
- 환기ventilation + 가스교환(공기와 폐속 혈액사이 허파꽈리 벽, 확산)gas exchange → 외호흡
+ 산소이용(세포호흡 - 에너지 생성반응)oxygen utilization → 내호흡
- 가스교환 산소농도 폐 ≫ 혈액 → 혈액속으로 확산 (들숨 - 산소 ↑, 이산화탄소 ↓)
이산화탄소 농도기울기 혈액 ≫ 폐 속으로 확산
- 체내 산소공급(공기 흡입 매회 500mL → 배출 과정 )
폐 표면적 ↑ ( 허파꽈리 지름 0.25 - 0.50mm, 3억개, 60 - 80m2)
+ 혈액과 공기 거리 짧음(0.3㎛)
+ 폐포벽 · 모세혈관벽 두께 얇음(0.15㎛) → 빠른 확산 가능
- 허파꽈리세포
1형 허파꽈리세포(97% 차지 - 혈액과 가스교환)
2형 허파꽈리세포 → 꽈리 표면 활성물질 분비 - 표면장력 ↓
Na+ · H2O 재흡수 - 폐포내 체액축적 방지
- 호흡수 12 - 20회 / 분당, 들숨 · 날숨 반복(빈도 / 깊이 변동가능)
- 성장 · 생식 · 에너지 생성
· 외호흡 → 가스교환(공기 ↔ 허파꽈리 모세혈관) - 일반적인 호흡
확산 (폐에서의 산소농도 ↑ 혈액의 산소농도 ↓ → 혈액속으로 확산)
(이산화탄소 혈액 → 폐 속 확산)
· 내호흡 21 → 가스교환(체액 ↔ 세포)
→ 사립체에서 산소사용(에너지 생성), 노폐물로 이산화탄소 생성
1. 호흡계통의 구조와 기능
- 상부기도(코nose → 코안nasal cavity → 인두pharynx)
- 하부기도
(후두larynx → 기관trachea → 기관지bronchus(세기관지 → 종말세기관지 → 호흡세기관지)
→ 허파lung(허파꽈리관 → 허파꽈리 - 주로 호흡)
- 기관절개술(기관창냄술)tracheotomy
· 기관 막힘(이물질 · 외상 · 염증) - 외과적 개방(창냄) + 관 삽입
→ 기도확보 + 호흡 · 이물질 제거 · 생검 표본채취
· 후두아래 삽입(→ 성대 손상 위험) , 2 · 3 · 4 tracheal ring 수직절개
- 전도부분 (코, 코안, 인두, 후두, 기관, 세기관지, 종말세기관지)
· 공기전도,
· 들숨 가온( 37℃ ) + 가습 (폐 온도 일정, 조직 건조 방지 → 폐 늘임성, 탄력성, 표면장력 유지)
· 여과 · 정화 → 점액 · 섬모 (이물질 6㎛ ↑ 거름) ↔ (석탄분진 침착) 진폐증(=폐섬유증)
- 호흡부분(가스교환부위 → 호흡세기관지 - 50만개, 허파꽈리관, 허파꽈리 - 800만개)
확산 ↑ → 폐 표면적 넓고, 혈액과 공기사이의 확산거리가 매우 짧음
대식세포 → 이물질 제거(흡연 → 섬모 · 대식세포작용 감소)
- 허파 가슴막( 내장쪽 가슴막 / 기슴막안(가슴막액 - 윤활유 역할) / 벽쪽 가슴막 )
공기가슴증(기흉) → 가슴막안에 공기 존재 → 폐압 ↑ (폐 유지압력차 상실)
호흡계통의 기능
- 혈액속의 산소 / 이산화탄소 분압 유지
- pH 유지 (인체)
- 미각 관여(코안 점막 - 후각)
- 발성 관여(후두)
- 공기 · 음식물 통로(인두)
2. 호흡기능과 호흡운동
1) 호흡기능
① 외부공기 ↔ 허파꽈리속 공기의 교환
= 환기ventilation(폐 부피 변화에 따른 압력차, 공기이동 - 압력 높은 곳 → 낮은 곳)
환기 영향 → 폐 늘임성(신전성)compliance, 탄력성elasticity, 표면장력surface tension, 마찰저항
② 허파꽈리속 공기 ↔ 혈액 가스교환(확산, 가스분압차)
③ 혈액에 의한 산소 · 이산화탄소 운반(적혈구 혈색소)
④ 말초모세혈관 혈액(산소→조직) ↔ 조직(이산화탄소→혈액)사이의 가스교환
2) 호흡운동
- 들숨(흡기inspiration 외부공기 → 허파꽈리) → 가로막, 바깥사이갈비근 수축(능동적운동)
- 날숨(호기expiration 허파꽈리 공기 → 외부) → 가로막, 바깥사이갈비근 이완
(수동적운동 - 근육이완 + 탄력성 반동)
- 호흡근육(4) 가로막, 바깥사이갈비근, 목갈비근, 목빗근
- 호흡(들숨)보조 목빗근, 앞톱니근 목갈비근(복장뼈 · 갈비뼈 들어올림)
① 가로막diaphragm
가슴안 ↔ 배안 경계, 가로막신경
가로막 호흡 → 배호흡(복식호흡)
가로막 수축 → 내려감(가슴안 넓어짐 22 - 음압 대기압보다 -3mmHg) → 외부공기 허파 이동(들숨)
가로막 이완 → 올라감(가슴안 좁아짐 - 내압증가 +3-4mmHg) → 공기 허파밖 밀려남(날숨)
② 갈비사이근intercostalis
바깥갈비사이근 주축 호흡 → 가슴호흡(흉식호흡)
갈비사이근 수축 → 갈비뼈 위쪽 당겨짐, 복장뼈 앞쪽 이동(가슴안 직경 20% ↑ 증가)
3) 호흡막respiratory membrane
- 허파꽈리 ↔ 혈액 → 가스교환
- 단층 평평상피
① 제1형 상피세포 허파꽈리 96-98% 차지 가스확산(교환)
② 제2형 상피세포 허파꽈리 2-4% 표면활성제 합성·분비(공기/물 접촉 표면장력 ↓, 폐포협착 방지)
미숙아호흡곤란증후군
→ 임신34주 ↑ 표면활성제 분비 시작 ← (미숙아)표면장력 과도 ↑(허파꽈리 오그라듦-호흡곤란)
4) 호흡과 허파내압력 및 가슴막안 압력변화
- 들숨(허파내압력757mmHg ↔ 가슴막안압력754mmHg = - 3mmHg → 감압)
- 날숨(가슴막안압력763mmHg ↔ 허파내압력757mmHg = + 4-6mmHg → 가압)
- 보일법칙Boyle's law 주어진 기체의 양에 대한 압력은 그것의 부피와 반비례한다
3. 허파의 용적과 용량(폐활량계 - 호흡곡선 → 허파기능 평가, 질환진단 치료)
① 일회호흡용적(tidal volume, TV) 400 - 500mL, = 1회 환기량
② 들숨예비용적(inspiratory reserve volume, IRV) 안정들숨상태 + 노력흡입 최대량,
2,500 - 3500mL
③ 날숨예비용적(expiratory reserve volume, ERV) 안정날숨상태 + 노력날숨 최대량,
1,000 - 1,500mL
④ 잔기용적(residual volume, RV) 노력날숨후 남아있는 폐속 공기량 1,000 - 1,500mL
⑤ 폐활량(vital capacity, VC) 최대 들숨후 최대날숨 폐기량(배출량) 4,000 - 4,500mL
성(남▷여), 연령( ↑ - 허파탄력성 ↓, 잔기용적 ↓, 폐활량↓), 키(클수록 폐활량 ↑)
볼드윈Baldwin예측치 80% ↑ - 정상
⑥ 들숨용량(inspiratory capacity, IC) 21 안정시 날숨후 최대한 들숨할 수 있는 공기량)
일회호흡용적TV + 들숨예비용적IRV
⑦ 기능적잔기용적(functional residual capacity, FRC)
날숨예비용적ERV + 잔기용적RV
⑧ 총폐용량(total lung capacity, TLC)
일회호흡용적TV + 들숨예비용적IRV + 날숨예비용적ERV + 잔기용적RV
남 6.0L, 여 4.8L
4. 가스교환
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1) 가스교환 개요
- 확산
- 대기 ↔ 허파꽈리, 허파꽈리 ↔ 혈액, 혈액 ↔ 조직세포
- 조직 산소소비량 250mL/min, 배출 이산화탄소량 200mL/min
2) 기체의 분압
- 달톤법칙 → 가스혼합물의 총 압력은 혼합물내의 각 성분별 분압을 합한 것과 같다
- 헨리법칙 → 액체에 용해될 수 있는 가스의 량은, 그 액체와 접촉하는 가스의 분압과 비례한다
- 혈액 가스의 분압이 비정상적으로 ↑, 여러질환이(산소독성, 질소마취 및 감압병) 생길 수 있다
3) 허파꽈리의 환기량
4) 허파꽈리와 혈액, 혈액과 조직액사이의 가스교환
- 허파꽈리막 / 모세혈관벽 장벽 0.1 - 0.5 ㎛
- 가스분압에 의한 확산(분압차에 비례)
- 산소분압 (허파꽈리 공기) 100mmHg → (허파꽈리 모세혈관) 40mmHg 분압차 60mmHg
- CO2분압 (허파꽈리 공기) 40mmHg ← (허파꽈리 모세혈관) 46mmHg 분압차 6mmHg
산소와 같은비율 확산 (확산능력 - 산소의 20배 ↑)
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- 소량의 일산화탄소를 들숨하고 날숨하여 허파꽈리와 모세혈관 사이에 가스교환이 잘 일어나는지를
검사하는 방법은? → 폐확산능력 검사 23
5. 가스운반
1) 산소운반
① 혈색소hemoglobin에 의한 운반
98.5% 운반, 혈색소 1g과 결합할 수 있는 산소량 1.34mL
② 산소해리곡선
산소분압 / 혈색소의 산소포화도(%) 곡선
혈액 산소분압 ↑ → 산소와 결합하는 혈색소의 량 ↑
산소분압 ↓ → 산소화 결합하는 혈색소의 량 ↓
③ 급성고산병 acute mountain sickness
낮은 P O2 → 뇌혈관 확장 자극 (혈류와 혈압 ↑)
→ 권태감, 두통, 메스꺼움, 현기증 (2,438m 고도에서 25% 발생 ← 순응 ×)
2) 이산화탄소 운반
① 적혈구에서 중탄산염(물과 반응, H2CO3) 형태로 운반 - 70% 운반)
② 카르바미노헤모글로빈( ← 헤모글로빈 + 아민기 반응) 형성(22% 운반)
③ 혈액에 용해(8% 운반)
3) 혈색소hemoglobin와 일산화탄소CO의 관계
- 혈색소 친화도 산소보다 200배 ↑ 강함(혈색소와 산소 결합여지 없슴 - 산소부족)
- 결합(혈색소 + 이산화탄소) ← 해리 방해(체내조직 산소부족 더욱 심화)
- 일산화탄소중독
두통, 구역질, 구토 → 의식상실, 호흡마비(고압산소요법 - 허파꽈리 산소분압 ↑) → 사망
6. 호흡조절
1) 호흡조절중추
- 숨뇌 → 자동호흡주기 중추
- 다리뇌 → 들숨 날숨 조절( → 숨뇌중추에 영향)
2) 화학수용체(혈액 산소 · 이산화탄소 분압 감지 - 산소수용체, 이산화탄소수용체)
- 동맥혈중 CO2 → BBB통과(뇌척수액 pH ↓) → 중추화학수용체 자극(환기 ↑)
- 동맥혈 CO2 분압 ↑ → 혈액중 수소이온 → 탄산농도↑ → 혈액pH ↓
→ 화학수용체(목동맥 토리 - 온목동맥이 속목 · 바깥목동맥 으로 갈라진곳 위치 - 혀인두신경,
대동맥 토리 - 대동맥활 - 미주신경) 자극
→ CO2 분압 · pH 농도 감지 → 호흡중추 자극(환기량 ↑)
3) 기계수용체 (가슴, 허파의 호흡조절 반사기전)
- 들숨억제반사(헤링-브로이어반사) 과도한 허파 늘어남 억제
→ 날숨 전환(허파민무늬근 뻗침수용체)
- 잠수반사 → 물에 수용체 자극(얼굴, 코) - 무호흡, 서맥유발 → 기도내 물 흡입방지
- 흡입반사 → 인두 수용체 자극 - 강하고 짧은 들숨(인두 흡입물질 삼키든지 뱉음)
- 무호흡, 기침, 날숨
→ (호흡억제, 후두닫음) 하부기도 이물질 흡입방지
7. 호흡이상
1) 호흡형의 이상
- 호흡곤란dyspnea
- 빠른호흡tachypnea → 호흡빈도 ↑
- 과호흡hyperpnea → 빠르고 호흡깊이 증가(불쾌 자각증상 없슴)
- 병적호흡
체인-스토크스Cheyne-Stokes 호흡 21
→ 깊은 무호흡과 과호흡이 번갈아 나타남
→ 심부전, 약물로 인한 호흡억제, 신경학적 불안과 관련이 있슴
심장 기능상실, 요독증, 뇌질환, 임종
중추 화학수용체의 CO2 감수성 민감해져 나타나는 호흡
비오트호흡Biot's respiration → 무호흡과 과호흡의 반복
쿠마스울Kussmaul's 호흡
→ 깊고 긴호흡 비교적 규칙적 일어남(중증 당뇨병, 심장기능상실 산증acidosis)
- 수면중 무호흡 (수면중에만 뇌줄기 기능장애 → 자동제어 능력 ↓ - 가벼움부터 치명상태 까지)
외상(뇌줄기),
선천성 중심호흡저하증후군 → 연수 마름모꼴핵에 영향(목동맥토리 PCO2 에 반응하는 곳)
2) 호흡곤란
- 환기량의 3 - 4배 → 숨참(불쾌감)
- 숨참 + 호흡 노력하는 상태
8. 폐질환
1) 천식asthma(아토피천식, 알레르기천식)
- 세기관지를 통과하는 폐쇄될때 발생 → 호흡곤란, 천식음wheezing
· 기도염증 → 협착에 대한 반응증가 ← 알레르기 반응, 차고 건조한 공기호흡, 아스피린
· 점액분비 → (면역반응) 히스타민 · 류코트리엔 · 프로스타글란딘(점액분비 + 기관지수축 자극)
· 기관지협착
2) 만성폐쇄성폐질환chronic obstructive pulmonary disease,COPD
- 기도 협착, 폐포 파괴 만성염증(폐기종 포함)
- 환자의 90% → 흡연자의 10 - 20% 발병 (발병하면 금연으로도 진행을 못막음), 유전적 감수성
- 폐암의 주요 원인
3) 폐 섬유증 → 폐 호흡구역에 6㎛ 미만의 입자 흡입, 축적 → 석탄가루증(진폐증)