잠수 생리의 기초적 이해 3
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작성자 최고관리자 작성일18-04-20 14:51 조회2,492회 댓글0건관련링크
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폐의 동역학적 기능( The Dynamic Nature of Lungs )
①폐포에서 기체 교환은 폐포와 혈액 사이에 여러 물질의 평형을 이루기
동역학적인 현상이 발생한다.
②외부의 건조공기가 처음 760에서 713으로 바뀌듯,
산소도 혈액에 용해되며 분압이 감소된다.
③폐포: 새 산소를 용해 공급하고, 대신 노폐물과 높은분압의 이산화 탄소를 받아
기화시켜 방출하므로
산소분압 → 혈관으로 새 산소( O₂분압 160)의 용해 흡수, 산소분압이
160에서 104 mmHg 로 분압 감소.
CO₂분압→ 적은 수준에서 CO₂분압(46 mmHg)을 혈관에서 받게 되므로
40 mmHg으로 분압 증가,
④폐속 정맥혈: 노폐물 + 분압 높은 이산화탄소(46 mmHg)
산소분압 → 소모한 다음이므로 폐포보다 많이 낮아진 40 mmHg
CO₂분압→ 높은 46 mmHg 분압
⑤압력이 높은데서 낮은 곳으로 균형을 이루려는 원리로 산소는 혈액에 흡수되고
반면 정맥혈의 CO₂도 높은 압력 46 mmHg을 거의 CO₂가 없든 폐포에 방출 확산시켜
압력균형을 이루려 한다.
이 과정에서 압력이 높은 새 산소는 동맥혈로 가게 되며 정맥혈에 있든
높은 분압의 CO₂는 폐포에 와서 확산 방출로 기화되어 기관지와 기도를 거쳐
밖으로 나가므로 모두 폐포를 떠나게 된다.
이 순간의 동맥혈과 폐포에는 제각기의 고유 분압을 갖는 기체가 동일한 수준이 되어지며
이 과정은 계속 반복되는 것이 호흡의 이치이다.
⑥폐포내 기체 총압 = 질소 573 + 산소 100 + 이산화탄소 40 + 수증기 47 = 760 mmHg 가 된다.
40※46인체 조직의 산소 소모량은 동일하지 않으며 또 소모 산소량과 같은
분량의 CO40₂를 만들어 내지 못하는 것은 조직의 작용하는 시47간적 차이로
정맥의 총 기체압은 낮아진다.
·#폐와 573조직의 기체교환의 역학성( Gas Exchange in the Lung & Tissues )
① 폐포760내에서 혈액과 만난 산소가 확산 될 수 있는 압력의 차이는
60mmHg(160 - 100) 이다.
②폐포의 O₂= 모세혈관의 혈액으로(용해 확산), 혈액 속 CO₂= 폐포로(기화 확산)을 한다.
③혈액엔 화학적으로 산소와 결합해 분압이 높은 산소의 용해를 돕고
조직으로 운반하는 헤모글로빈이 있다.
④혈액의 적혈구가 각 조직의 모세혈관에 도달하면 용해된 산소는 혈액에서
조직으로 전달되고 대신 이산화탄소는 조직에서 혈관으로 전달 된다.
(O₂= 혈관 → 조직으로 확산, CO₂= 조직 → 혈관으로 확산)
⑤O₂를 계속 소모하므로 분압이 낮아진 조직에서는 새로 전달되는 산소를
산화헤모글로빈이 쉽게 유리(떨어져 분리됨)시켜 조직에 새 산소의 공급이 되게 한다.
⑥조직의 기체분압: CO₂분압 = 46 mmHg이며, O₂분압 = 소모로 조직마다 다르나
60mmHg 이하이다.
#·헤모글로빈의 산소와의 해리( O₂- Hb Dissociation )
①여러가지 산소분압 중 체액의 pH 값이 7.4일 때 정상적인 결합을 하며
이때 CO₂분압은 40mmHg이다.
②산소분압이 80 mmHg이상이면 산소분압 변화와는 무관하게 동맥혈 속 헤모글로빈의
산소포화도가 일정함.
③산소분압이 60 mmHg이하가 되면 급격히 유리된다. 유리가 오래되도록 방치하면
인체 생리기능에 급격한 장애가 올 수 있다.
( 저산소성 저산소증, 정체성 저산소증, 급성 저산소증 등 병증 소양이 다양하다)
④이산화탄소의 분압이 낮아지면 혈액이 알카리성이되며 pH 값이 증가하고(무리한
초과호흡의 저탄산 상태)
⑤체온이나 CO₂분압이 증가하면 혈액이 산성이 되며 pH 값이 낮아진다.
(운동량의 초과, 더위 등)
☞ 산소해리곡선(Oxygen dissociation curve 酸素解離曲線):
산소포화도(산소수용체:헤모글로빈의 전량에 대하여 산소헤모글로빈의 비율을
백분율로 나타낸 것)와 산소분압과의 관계를 나타낸 그래프. 헤모글로빈·미오글로빈 등의
수용체와 산소분자와의 결합과 해리는 산소의 분압에 의하여 변화한다.
예로 헤모글로빈과 산소의 결합, 즉 산소헤모글로빈의 형성은 산소분압이
상승함에 따라 증대하며, 이윽고 산소화가 포화에 가까워짐에 따라 점차 완만하게 된다.
헤모글로빈은 4개의 소단위로 된 4합체이고 각 소단위는 1개의 헴으로 구성되어 있다.
산소분자는 이 헴에 전자결합을 하는데, 그 결합상수는 각각 독립된 일정한 것이 아니고
서로 영향을 미친다. 즉, 제1의 헴에 산소분자가 결합하면,
제2의 헴에 다음 산소분자가 결합할 경향이 증대되고,
제3의 헴에 산소분자가 결합할 경향은 더 증대된다.
그러나 제4의 헴에 4번째 산소분자가 결합할 경향은 제3의 결합보다 약하다.
(산소의 차례적인 결합상수의 상대비는 약 1:4:24:9)따라서 산소해리곡선은
시그모이드 곡선의 형태를 가지게 된다. 또, 산소해리곡선은 온도나 pH,
공존 이온의 성질과 농도, 또한 이산화탄소 농도에 따라서도 변한다. 미오글로빈은
1분자당 1개의 헴만을 가지며, 그 산소해리곡선은 쌍곡선이 된다.
☞ 헤모글로빈(H b; hemoglobin)은 피를 붉게 보이게 하는 적혈구 속에 있으며
철을 품는 포르피린 고리와 단백질의 일종(글로빈)으로 되어있다.
적혈구에서는 환원형 헤모글로빈(H b)으로 존재하다가 산소가 혈장을 통해
적혈구내로 확산되어 들어오면 결합하여 산화 헤모글로빈( HbO₂)이 된다.
생체내에서는 산소를 운반하는 일의 98 %를 차지한다.
철(Fe)에는 산소와 가역적으로 결합하는 능력이 있어 헤모글로빈 한 분자엔
철원자가 4개 함유되고, 철원자 1개에 대해 한 분자씩의 산소가 결합하므로,
헤모글로빈 한 분자에는 산소 4분자가 결합한다.
헤모글로빈은 새로 흡입되어 산소압이 높은 공기를 폐포에서 결합해 조직으로 운반하고,
산소압이 낮은 조직에 이르면 산소와 유리되어 분리된다.
더욱이 산소의 방출은 pH가 낮아짐에 따라 촉진되므로, 이산화탄소가 많고
pH가 낮은 말초조직에선 산소를 보다 쉽게 유리하게 된다.
산화탄소는 혈장 속에 녹아 폐에 운반되어 폐호흡으로 체외에 방출되면
pH는 다시 원상태로 돌아가고 헤모글로빈은 다시 산소와 결합한다.
한편, 근육 속에는 미오글로빈이라는 헤모글로빈과 매우 흡사한 색소단백질이 있는데,
이것은 헤모글로빈보다도 산소와 친화력이 강해, 비교적 산소압이 낮은 곳에서도
헤모글로빈으로부터 산소를 받아 근육활동에 공급하고 있다.
헤모글로빈은 1g당 1.36 mℓ의 산소와 결합할 수 있다.
적혈구가 붕괴하면 헤모글로빈은 간에서 분해되고, 포르피린 고리는
쓸개즙 색소가 되어 배출된다.
헤모글로빈의 수명은 약 120일이다. 또 이산화탄소나 일산화탄소도 결합하는데
특히 일산화탄소와는 친화력이 산소보다 약 200배나 강하여 압축공기 충전 중에
주의를 요한다.
4)호흡의 공기량의 용적, 용량 구분
·
#호흡중 교체되는 공기의 량은 호흡중추의 신경계가 전달하는 명령체계의
강도에 따라 다른데 호흡중추는 신진대사로 인해 생성되는 혈액내의 이산화 탄소량을
기준 해 호흡량과 속도를 조절한다.
# 이에 따라 횡경막과 흉벽은 수축, 이완되며 이에 따라 호흡의 공기량은 차이가 있게 된다.
·
#보편적인 호흡: 1분에 성인은 12∼15회의 호흡 1회에 약 400∼500㏄( 0.4∼0.5ℓ) 어린이( 15∼20회/1분 ) 1회 호흡은 연령에 따라 차이가 많다.
·
#운동, 힘든 일: 호흡량이 몇 배나 증가한다.
보통 잠수에서의 소모량은 약 4∼5배가 증가한다.
※분당 호흡량(Respiratory Minute Volume): 호흡기량이 호흡 횟수에 따라 1분간에
호흡을 통해 폐속에 교체되는 공기의 양을 말하며 호흡기량과 횟수(속도)의 곱으로
일반적인 잠수의 경우 약25∼30리터이다.
·
#폐의 공기 유통량과 용적 구분; 폐에 유통되는 공기량 조건은 4가지 용적과 4가지 용량으로 구분된다.
< 4가지 용적 >
①호흡기량(Tidal Volume): 평상시 정상적으로 들여 쉬고 내쉬는 공기량으로
신체활동 정도에 따라 차이가 있다.
※1파인트(Pint: 0.473ℓ); 파운드 법 단위 중 용량 단위로 건강한 성인의 1회 호흡량에서
유례함.
②예비흡기량(Inspiration Reserve Volume): 정상적으로 들여 쉰 후 추가로 들여 마실
수 있는 공기의량
③예비호기량(Expiratory Reserve Volume); 정상적인 내쉼 후 추가로 더 내쉴 수 있는 공기량
④잔기(Residual Volume): 완전히 숨을 내쉬었을 때 폐속에 남아있는 공기량은
폐가 기준 형태를 유지하기 위한 공기량으로 보편적으로 전체기량의 20%∼25% 정도 (1.2∼1.5리터)이며 나이가 들수록 잔기의 비중이 커진다.
즉, 나이가 들수록 전체기량이 적어지는 결과로 전체 기량에 비례한 잔기량의
폭이 커진다는 의미이다.
< 4가지 용량 >
①심호흡기량(Inspiration Capacity): 정상적으로 내쉰 다음에 깊이 들여 마실 수 있는 양.
흡식용량 이라고함.
☞ 심호흡기량 = 호흡기량 + 예비흡기량
②평상 호흡잔기(기능적 잔기Functional Reserve Capacity): 정상적인 호흡시 폐속에
남는 공기량.
☞ 평상 호흡잔기 = 잔기 + 예비호기량
③폐활량(Vital Capacity): 완전히 숨을 내쉰 상태에서 최대한 들여 마실 수 있는 양
☞ 폐활량 = 예비호기량 + 호흡기량 + 예비흡기량
④전체기량(Total Lung Capacity): 허파를 완전히 축소한 상태에서 최대로
부풀렸다고 가정할 때 들어가는 공기의 양으로 인종, 성별, 연령, 개인적
신체구조로 차이가 있으나 5∼6리터 정도이며 4가지 용적의 총합.
☞ 전체기량 = 잔기 + 예비호기량 + 호흡기량 + 예비흡기량 = 폐활량 + 잔기
< 전체기량을 6리터로 가정할 때의 용량과 용적 >
------------------------------------------------------------
·용량 : 심호흡기량 3800 ml 평상호흡잔기 2200 ml
폐활량 4800 ml 전체기량 6000 ml
·용적 : 호흡기량 500 ml 예비흡기량 3300 ml
예비호기량 1000 ml 잔기량 1200 ml
------------------------------------------------------------
5)사강(Dead Space)의 의미와 작용 및 공기량
①범위;
입, 코로부터 폐포 이전까지의 호흡기관에 흡입 배출되는 공기는 혈액과
만나지 않으므로 실질적인 호흡작용과는 연관성이 없이 오직 공기통로의 역할을 할 뿐이다.
이 통로 전체를 사강이라 한다.
②사강의 공기:
숨을 내쉴 때 폐포로부터 입, 코까지의 통로에는 배출되지
갖히게 된 공기는 신진대사를 이미 거친 신선하지 못한 공기이다.
다시 숨을 들여 쉬면 이 공기가 먼저 폐포에 전달되고 신선한 공기가 뒤따라 들어와
섞이게 된다. 숨을 다시 내쉬면 신진대사 후의 공기가 나가다가 다시 통로에 갇히게 된다.
③사강의 공기량:
사강인 이 통로의 부피는 약 0.15ℓ이고 호흡기량이 0.5ℓ인 사람의 경우 실제로
폐에 전달되는 신선한 공기는 0.35ℓ가 되는 셈이다.
④잠수와 사강;
스킨 다이빙에서는 사강의 길이가 숨대롱 길이만큼 연장되고 스쿠버 다이빙의
경우 압축공기는 호흡통로인 기도를 고압의 기체가 압박하여 부피가 커지게 한다.
부피가 커진 사강의 공기량이 많아지면 일정한 흡입량에 비해 교체되는
환기량이 적어지게 되고 따라서 호흡기량이 늘어나든지 호흡속도가 빈번해야만
정상적인 환기량이 되므로 이에 따를 경우 호흡속도가 빨라져 에너지 소모는 많아지고
호흡기관 조직의 피로 결과를 초래한다.
따라서 쉬 지쳐 빠르고 짧은 호흡으로 헐떡이면 더욱더 폐포에 전달되는 환기량이
적어지며 피로도는 점차 가중되어 악순환이 겹치게 되는 셈이다.
그러므로 스쿠버잠수의 호흡은 정상속도로 환기량이 적정량이 되도록 호흡을 해야만 한다.
⑤불규칙한 호흡: 잠수중 불규칙한 호흡으로 숨을 참거나 일정치 않은 호흡은
공기를 가두는 형태가 되고 이는 공기전색증을 일으키는 지름길이 된다.
또 정상적 호흡을 하드라도 기관지가 노화되거나
폐섬유증(기관지 천식, 흡연, 폐질환자 등)으로 손상된 조직이 있으면 공기는 갇히게 된다.
기관지 천식 등 예를 들면 기도 통로 일정부위가 가래나 조직의 손상으로 좁거나
탄력성을 잃으면 유통되는 환기량이 감소하고 정상적인 유통을 방해를 받거나
막히게 되어 그 부위에 공기가 갇히면 본의 아닌 병증 유발이 쉽게 발생하는 결과를 초래한다.
※폐섬유증(Fibrosis); 폐조직의 일부가 흡연, 병증으로 탄력성을 잃고 점차 굳어지는
섬유성 조직의 범위가 커지는 것으로 호흡의 정상적인 기능을 방해하는 병증을 말한다.
6)호흡의 단계(Phases of Respiration)
·
#공기가 코, 입과 기도를 지나 폐포에서 외부 공기와 내부의 신진대사 후의
공기와 교체될 때까지를 외호흡(External Respiration)이라 하고 혈액에 새로 용해된
산소가 인체 각 조직으로 운반되어 먼저 용해되어 신진대사를 거친 공기와 교체되는
과정인 내호흡(Internal Respiration)으로 이루어지며 아래의 과정을 거친다.
①환기 과정(Ventilation phase); 외부 공기는 폐내로 들어가 폐포에서 가스교환이
이루어진 후 인체내부로 가고 신진대사를 거친 내부기체는 외부로 배출되는 과정으로
다음 단계에 직접적 영향을 준다.
②운반 과정(Transportation phase); 페포에 용해된 산소가 혈액으로 확산되어
인체조직으로 운반되는 과정. → 확산(Diffusion)에 의해 폐포와 폐모세혈관 사이,
말초모세혈관과 세포조직간에 가스교환이 이뤄진다.
③활용 과정(Utilization phase); 조직으로 확산된 산소는 각 조직의
필요한 필수적인 물질이다. 활용도는 환기-확산-운반과정 등에 의해 좌우된다.
7)호흡 중 기체 압력의 변화와 이동
·
#기체 교환과 운반의 원리는 들숨의 공기 성분, 폐의 동역학적 기능,
폐포와 조직의 기체교환의 역학성, 산소와 헤모글로빈의 결합력과 혈중
따른 산- 염기값 등 여러 요인에 의해 결정된다.
·
#인체내의 압력변화의 단위는 1대기압하의 해수면 수은주 높이 760 mmHg을 사용한다.
☞ 1대기압 = 1.033 kg/cm²= 1.013 bar = 14.696 psi = 760 mmHg = 10.07 msw = 10.334 mfw
(들숨 공기의 성분( Composition of Inspired Air ) = 산소 20.95% + 질소 78.08 + 기타
①산소분압 = 0.2095 × 760 mmHg ≒ 160 mmHg
질소분압 = 0.7808 X 760 mmHg ≒ 600 mmHg
②외부 건조공기는 체내로 들어와 기도를 거치면서 체온에 맞게 온도와 수분이 가감
조절되며 깨끗해진다.
③정상적인 폐의 온도( 37℃)에서 외부 건조공기는 수분이 더해지는데 이 수분의 압력은 47mmHg 이므로
④외부 건조공기는 폐포에 와서 760 - 47 = 713 mmHg으로 기체압이
저하되고 160 mmHg 이었든 산소도 H₂O 인 수분에 일부가 결합되고
나머지는 104mmHg 의 낮은 분압을 갖게 된다.
①폐포에서 기체 교환은 폐포와 혈액 사이에 여러 물질의 평형을 이루기
동역학적인 현상이 발생한다.
②외부의 건조공기가 처음 760에서 713으로 바뀌듯,
산소도 혈액에 용해되며 분압이 감소된다.
③폐포: 새 산소를 용해 공급하고, 대신 노폐물과 높은분압의 이산화 탄소를 받아
기화시켜 방출하므로
산소분압 → 혈관으로 새 산소( O₂분압 160)의 용해 흡수, 산소분압이
160에서 104 mmHg 로 분압 감소.
CO₂분압→ 적은 수준에서 CO₂분압(46 mmHg)을 혈관에서 받게 되므로
40 mmHg으로 분압 증가,
④폐속 정맥혈: 노폐물 + 분압 높은 이산화탄소(46 mmHg)
산소분압 → 소모한 다음이므로 폐포보다 많이 낮아진 40 mmHg
CO₂분압→ 높은 46 mmHg 분압
⑤압력이 높은데서 낮은 곳으로 균형을 이루려는 원리로 산소는 혈액에 흡수되고
반면 정맥혈의 CO₂도 높은 압력 46 mmHg을 거의 CO₂가 없든 폐포에 방출 확산시켜
압력균형을 이루려 한다.
이 과정에서 압력이 높은 새 산소는 동맥혈로 가게 되며 정맥혈에 있든
높은 분압의 CO₂는 폐포에 와서 확산 방출로 기화되어 기관지와 기도를 거쳐
밖으로 나가므로 모두 폐포를 떠나게 된다.
이 순간의 동맥혈과 폐포에는 제각기의 고유 분압을 갖는 기체가 동일한 수준이 되어지며
이 과정은 계속 반복되는 것이 호흡의 이치이다.
⑥폐포내 기체 총압 = 질소 573 + 산소 100 + 이산화탄소 40 + 수증기 47 = 760 mmHg 가 된다.
40※46인체 조직의 산소 소모량은 동일하지 않으며 또 소모 산소량과 같은
분량의 CO40₂를 만들어 내지 못하는 것은 조직의 작용하는 시47간적 차이로
정맥의 총 기체압은 낮아진다.
·#폐와 573조직의 기체교환의 역학성( Gas Exchange in the Lung & Tissues )
① 폐포760내에서 혈액과 만난 산소가 확산 될 수 있는 압력의 차이는
60mmHg(160 - 100) 이다.
②폐포의 O₂= 모세혈관의 혈액으로(용해 확산), 혈액 속 CO₂= 폐포로(기화 확산)을 한다.
③혈액엔 화학적으로 산소와 결합해 분압이 높은 산소의 용해를 돕고
조직으로 운반하는 헤모글로빈이 있다.
④혈액의 적혈구가 각 조직의 모세혈관에 도달하면 용해된 산소는 혈액에서
조직으로 전달되고 대신 이산화탄소는 조직에서 혈관으로 전달 된다.
(O₂= 혈관 → 조직으로 확산, CO₂= 조직 → 혈관으로 확산)
⑤O₂를 계속 소모하므로 분압이 낮아진 조직에서는 새로 전달되는 산소를
산화헤모글로빈이 쉽게 유리(떨어져 분리됨)시켜 조직에 새 산소의 공급이 되게 한다.
⑥조직의 기체분압: CO₂분압 = 46 mmHg이며, O₂분압 = 소모로 조직마다 다르나
60mmHg 이하이다.
#·헤모글로빈의 산소와의 해리( O₂- Hb Dissociation )
①여러가지 산소분압 중 체액의 pH 값이 7.4일 때 정상적인 결합을 하며
이때 CO₂분압은 40mmHg이다.
②산소분압이 80 mmHg이상이면 산소분압 변화와는 무관하게 동맥혈 속 헤모글로빈의
산소포화도가 일정함.
③산소분압이 60 mmHg이하가 되면 급격히 유리된다. 유리가 오래되도록 방치하면
인체 생리기능에 급격한 장애가 올 수 있다.
( 저산소성 저산소증, 정체성 저산소증, 급성 저산소증 등 병증 소양이 다양하다)
④이산화탄소의 분압이 낮아지면 혈액이 알카리성이되며 pH 값이 증가하고(무리한
초과호흡의 저탄산 상태)
⑤체온이나 CO₂분압이 증가하면 혈액이 산성이 되며 pH 값이 낮아진다.
(운동량의 초과, 더위 등)
☞ 산소해리곡선(Oxygen dissociation curve 酸素解離曲線):
산소포화도(산소수용체:헤모글로빈의 전량에 대하여 산소헤모글로빈의 비율을
백분율로 나타낸 것)와 산소분압과의 관계를 나타낸 그래프. 헤모글로빈·미오글로빈 등의
수용체와 산소분자와의 결합과 해리는 산소의 분압에 의하여 변화한다.
예로 헤모글로빈과 산소의 결합, 즉 산소헤모글로빈의 형성은 산소분압이
상승함에 따라 증대하며, 이윽고 산소화가 포화에 가까워짐에 따라 점차 완만하게 된다.
헤모글로빈은 4개의 소단위로 된 4합체이고 각 소단위는 1개의 헴으로 구성되어 있다.
산소분자는 이 헴에 전자결합을 하는데, 그 결합상수는 각각 독립된 일정한 것이 아니고
서로 영향을 미친다. 즉, 제1의 헴에 산소분자가 결합하면,
제2의 헴에 다음 산소분자가 결합할 경향이 증대되고,
제3의 헴에 산소분자가 결합할 경향은 더 증대된다.
그러나 제4의 헴에 4번째 산소분자가 결합할 경향은 제3의 결합보다 약하다.
(산소의 차례적인 결합상수의 상대비는 약 1:4:24:9)따라서 산소해리곡선은
시그모이드 곡선의 형태를 가지게 된다. 또, 산소해리곡선은 온도나 pH,
공존 이온의 성질과 농도, 또한 이산화탄소 농도에 따라서도 변한다. 미오글로빈은
1분자당 1개의 헴만을 가지며, 그 산소해리곡선은 쌍곡선이 된다.
☞ 헤모글로빈(H b; hemoglobin)은 피를 붉게 보이게 하는 적혈구 속에 있으며
철을 품는 포르피린 고리와 단백질의 일종(글로빈)으로 되어있다.
적혈구에서는 환원형 헤모글로빈(H b)으로 존재하다가 산소가 혈장을 통해
적혈구내로 확산되어 들어오면 결합하여 산화 헤모글로빈( HbO₂)이 된다.
생체내에서는 산소를 운반하는 일의 98 %를 차지한다.
철(Fe)에는 산소와 가역적으로 결합하는 능력이 있어 헤모글로빈 한 분자엔
철원자가 4개 함유되고, 철원자 1개에 대해 한 분자씩의 산소가 결합하므로,
헤모글로빈 한 분자에는 산소 4분자가 결합한다.
헤모글로빈은 새로 흡입되어 산소압이 높은 공기를 폐포에서 결합해 조직으로 운반하고,
산소압이 낮은 조직에 이르면 산소와 유리되어 분리된다.
더욱이 산소의 방출은 pH가 낮아짐에 따라 촉진되므로, 이산화탄소가 많고
pH가 낮은 말초조직에선 산소를 보다 쉽게 유리하게 된다.
산화탄소는 혈장 속에 녹아 폐에 운반되어 폐호흡으로 체외에 방출되면
pH는 다시 원상태로 돌아가고 헤모글로빈은 다시 산소와 결합한다.
한편, 근육 속에는 미오글로빈이라는 헤모글로빈과 매우 흡사한 색소단백질이 있는데,
이것은 헤모글로빈보다도 산소와 친화력이 강해, 비교적 산소압이 낮은 곳에서도
헤모글로빈으로부터 산소를 받아 근육활동에 공급하고 있다.
헤모글로빈은 1g당 1.36 mℓ의 산소와 결합할 수 있다.
적혈구가 붕괴하면 헤모글로빈은 간에서 분해되고, 포르피린 고리는
쓸개즙 색소가 되어 배출된다.
헤모글로빈의 수명은 약 120일이다. 또 이산화탄소나 일산화탄소도 결합하는데
특히 일산화탄소와는 친화력이 산소보다 약 200배나 강하여 압축공기 충전 중에
주의를 요한다.
4)호흡의 공기량의 용적, 용량 구분
·
#호흡중 교체되는 공기의 량은 호흡중추의 신경계가 전달하는 명령체계의
강도에 따라 다른데 호흡중추는 신진대사로 인해 생성되는 혈액내의 이산화 탄소량을
기준 해 호흡량과 속도를 조절한다.
# 이에 따라 횡경막과 흉벽은 수축, 이완되며 이에 따라 호흡의 공기량은 차이가 있게 된다.
·
#보편적인 호흡: 1분에 성인은 12∼15회의 호흡 1회에 약 400∼500㏄( 0.4∼0.5ℓ) 어린이( 15∼20회/1분 ) 1회 호흡은 연령에 따라 차이가 많다.
·
#운동, 힘든 일: 호흡량이 몇 배나 증가한다.
보통 잠수에서의 소모량은 약 4∼5배가 증가한다.
※분당 호흡량(Respiratory Minute Volume): 호흡기량이 호흡 횟수에 따라 1분간에
호흡을 통해 폐속에 교체되는 공기의 양을 말하며 호흡기량과 횟수(속도)의 곱으로
일반적인 잠수의 경우 약25∼30리터이다.
·
#폐의 공기 유통량과 용적 구분; 폐에 유통되는 공기량 조건은 4가지 용적과 4가지 용량으로 구분된다.
< 4가지 용적 >
①호흡기량(Tidal Volume): 평상시 정상적으로 들여 쉬고 내쉬는 공기량으로
신체활동 정도에 따라 차이가 있다.
※1파인트(Pint: 0.473ℓ); 파운드 법 단위 중 용량 단위로 건강한 성인의 1회 호흡량에서
유례함.
②예비흡기량(Inspiration Reserve Volume): 정상적으로 들여 쉰 후 추가로 들여 마실
수 있는 공기의량
③예비호기량(Expiratory Reserve Volume); 정상적인 내쉼 후 추가로 더 내쉴 수 있는 공기량
④잔기(Residual Volume): 완전히 숨을 내쉬었을 때 폐속에 남아있는 공기량은
폐가 기준 형태를 유지하기 위한 공기량으로 보편적으로 전체기량의 20%∼25% 정도 (1.2∼1.5리터)이며 나이가 들수록 잔기의 비중이 커진다.
즉, 나이가 들수록 전체기량이 적어지는 결과로 전체 기량에 비례한 잔기량의
폭이 커진다는 의미이다.
< 4가지 용량 >
①심호흡기량(Inspiration Capacity): 정상적으로 내쉰 다음에 깊이 들여 마실 수 있는 양.
흡식용량 이라고함.
☞ 심호흡기량 = 호흡기량 + 예비흡기량
②평상 호흡잔기(기능적 잔기Functional Reserve Capacity): 정상적인 호흡시 폐속에
남는 공기량.
☞ 평상 호흡잔기 = 잔기 + 예비호기량
③폐활량(Vital Capacity): 완전히 숨을 내쉰 상태에서 최대한 들여 마실 수 있는 양
☞ 폐활량 = 예비호기량 + 호흡기량 + 예비흡기량
④전체기량(Total Lung Capacity): 허파를 완전히 축소한 상태에서 최대로
부풀렸다고 가정할 때 들어가는 공기의 양으로 인종, 성별, 연령, 개인적
신체구조로 차이가 있으나 5∼6리터 정도이며 4가지 용적의 총합.
☞ 전체기량 = 잔기 + 예비호기량 + 호흡기량 + 예비흡기량 = 폐활량 + 잔기
< 전체기량을 6리터로 가정할 때의 용량과 용적 >
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·용량 : 심호흡기량 3800 ml 평상호흡잔기 2200 ml
폐활량 4800 ml 전체기량 6000 ml
·용적 : 호흡기량 500 ml 예비흡기량 3300 ml
예비호기량 1000 ml 잔기량 1200 ml
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5)사강(Dead Space)의 의미와 작용 및 공기량
①범위;
입, 코로부터 폐포 이전까지의 호흡기관에 흡입 배출되는 공기는 혈액과
만나지 않으므로 실질적인 호흡작용과는 연관성이 없이 오직 공기통로의 역할을 할 뿐이다.
이 통로 전체를 사강이라 한다.
②사강의 공기:
숨을 내쉴 때 폐포로부터 입, 코까지의 통로에는 배출되지
갖히게 된 공기는 신진대사를 이미 거친 신선하지 못한 공기이다.
다시 숨을 들여 쉬면 이 공기가 먼저 폐포에 전달되고 신선한 공기가 뒤따라 들어와
섞이게 된다. 숨을 다시 내쉬면 신진대사 후의 공기가 나가다가 다시 통로에 갇히게 된다.
③사강의 공기량:
사강인 이 통로의 부피는 약 0.15ℓ이고 호흡기량이 0.5ℓ인 사람의 경우 실제로
폐에 전달되는 신선한 공기는 0.35ℓ가 되는 셈이다.
④잠수와 사강;
스킨 다이빙에서는 사강의 길이가 숨대롱 길이만큼 연장되고 스쿠버 다이빙의
경우 압축공기는 호흡통로인 기도를 고압의 기체가 압박하여 부피가 커지게 한다.
부피가 커진 사강의 공기량이 많아지면 일정한 흡입량에 비해 교체되는
환기량이 적어지게 되고 따라서 호흡기량이 늘어나든지 호흡속도가 빈번해야만
정상적인 환기량이 되므로 이에 따를 경우 호흡속도가 빨라져 에너지 소모는 많아지고
호흡기관 조직의 피로 결과를 초래한다.
따라서 쉬 지쳐 빠르고 짧은 호흡으로 헐떡이면 더욱더 폐포에 전달되는 환기량이
적어지며 피로도는 점차 가중되어 악순환이 겹치게 되는 셈이다.
그러므로 스쿠버잠수의 호흡은 정상속도로 환기량이 적정량이 되도록 호흡을 해야만 한다.
⑤불규칙한 호흡: 잠수중 불규칙한 호흡으로 숨을 참거나 일정치 않은 호흡은
공기를 가두는 형태가 되고 이는 공기전색증을 일으키는 지름길이 된다.
또 정상적 호흡을 하드라도 기관지가 노화되거나
폐섬유증(기관지 천식, 흡연, 폐질환자 등)으로 손상된 조직이 있으면 공기는 갇히게 된다.
기관지 천식 등 예를 들면 기도 통로 일정부위가 가래나 조직의 손상으로 좁거나
탄력성을 잃으면 유통되는 환기량이 감소하고 정상적인 유통을 방해를 받거나
막히게 되어 그 부위에 공기가 갇히면 본의 아닌 병증 유발이 쉽게 발생하는 결과를 초래한다.
※폐섬유증(Fibrosis); 폐조직의 일부가 흡연, 병증으로 탄력성을 잃고 점차 굳어지는
섬유성 조직의 범위가 커지는 것으로 호흡의 정상적인 기능을 방해하는 병증을 말한다.
6)호흡의 단계(Phases of Respiration)
·
#공기가 코, 입과 기도를 지나 폐포에서 외부 공기와 내부의 신진대사 후의
공기와 교체될 때까지를 외호흡(External Respiration)이라 하고 혈액에 새로 용해된
산소가 인체 각 조직으로 운반되어 먼저 용해되어 신진대사를 거친 공기와 교체되는
과정인 내호흡(Internal Respiration)으로 이루어지며 아래의 과정을 거친다.
①환기 과정(Ventilation phase); 외부 공기는 폐내로 들어가 폐포에서 가스교환이
이루어진 후 인체내부로 가고 신진대사를 거친 내부기체는 외부로 배출되는 과정으로
다음 단계에 직접적 영향을 준다.
②운반 과정(Transportation phase); 페포에 용해된 산소가 혈액으로 확산되어
인체조직으로 운반되는 과정. → 확산(Diffusion)에 의해 폐포와 폐모세혈관 사이,
말초모세혈관과 세포조직간에 가스교환이 이뤄진다.
③활용 과정(Utilization phase); 조직으로 확산된 산소는 각 조직의
필요한 필수적인 물질이다. 활용도는 환기-확산-운반과정 등에 의해 좌우된다.
7)호흡 중 기체 압력의 변화와 이동
·
#기체 교환과 운반의 원리는 들숨의 공기 성분, 폐의 동역학적 기능,
폐포와 조직의 기체교환의 역학성, 산소와 헤모글로빈의 결합력과 혈중
따른 산- 염기값 등 여러 요인에 의해 결정된다.
·
#인체내의 압력변화의 단위는 1대기압하의 해수면 수은주 높이 760 mmHg을 사용한다.
☞ 1대기압 = 1.033 kg/cm²= 1.013 bar = 14.696 psi = 760 mmHg = 10.07 msw = 10.334 mfw
(들숨 공기의 성분( Composition of Inspired Air ) = 산소 20.95% + 질소 78.08 + 기타
①산소분압 = 0.2095 × 760 mmHg ≒ 160 mmHg
질소분압 = 0.7808 X 760 mmHg ≒ 600 mmHg
②외부 건조공기는 체내로 들어와 기도를 거치면서 체온에 맞게 온도와 수분이 가감
조절되며 깨끗해진다.
③정상적인 폐의 온도( 37℃)에서 외부 건조공기는 수분이 더해지는데 이 수분의 압력은 47mmHg 이므로
④외부 건조공기는 폐포에 와서 760 - 47 = 713 mmHg으로 기체압이
저하되고 160 mmHg 이었든 산소도 H₂O 인 수분에 일부가 결합되고
나머지는 104mmHg 의 낮은 분압을 갖게 된다.
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