15. 호흡

1. 호흡계

세 번째로 만나게 된 기관계는 호흡계이다. 호흡계는 글자 그대로 몸 내에서의 호흡을 관장하는 기관계라고 할 수 있다. 그렇다면, 호흡이란 무엇인가? 좁은 의미로는 숨을 들이쉬거나 내쉬는, 즉 들숨과 날숨을 호흡이라고 할 수 있겠고, 넓은 의미로는 산소를 온몸에 전달하고 노폐물인 이산화탄소를 배출하는 전 과정을 의미한다고 볼 수 있다.

호흡계의 구조 - 출처: 위키피디아

위 그림은 호흡계의 구조를 나타낸 것이다. 다만, 위키피디아의 자료는 매우 해부학적인 자료이기 때문에, 중등 과정에서는 불필요한 수준으로 자세하다고 할 수 있겠다. 중등 과정에서 우리가 알아야 할 기관계의 부속 기관은 '코' '기관' '기관지' '갈비뼈' '가로막' 그리고 '폐' 정도가 되겠다.

우리는 코를 통해 공기를 흡입한다. 입으로 숨을 쉴 수 있다고 오해하는 경우가 많은데, 원칙적으로 입은 소화계이며, 음식물은 식도로 이동한다. 반면 코를 통하여 이동할 시에는 식도가 아닌 기도로 가게 된다. 이후 흡입된 공기는 기관을 거쳐 기관지로 향하게 된다. 여기서 수많은 갈래로 뻗어진 폐, 정확히는 폐를 구성하는 폐포들에 전달하게 되는 것이다.

한편, 폐에는 근육이 없기 때문에, 폐는 스스로 움직일 수 없다. 따라서 호흡을 원활히 하기 위해서는, 그 역할을 대신한 근육이 필요하다. 그러한 역할을 하는 곳이 바로 '가로막' 과거에는 횡격막 이라고 불리던 곳이 되겠다. 마지막으로 갈비뼈는 폐를 보호하기 위해 존재하는 커다란 뼈가 된다.

코	공기를 체온과 비슷한 수준으로 가열 콧털: 먼지, 세균 등을 걸러냄
기관	섬모가 존재하여 먼지나 세균 등을 걸러낼 수 있음 두 개의 기관지로 갈라짐
기관지	기관이 갈라진 곳으로, 더 많은 가지로 갈라져 폐포와 연결
폐	좌우 한 개씩이며, 갈비뼈와 가로막에 둘러싸인 흉강이라는 곳에 들어있음 약 3억개의 폐포로 구성되어 있음
가로막	폐의 아랫부분에 존재하며, 근육으로 된 막 호흡을 직접적으로 조절함
갈비뼈	폐를 보호

2. 호흡 운동

다음으로는 호흡 과정에 대해 이야기해 보자. 호흡은 크게 '들숨'과 '날숨'으로 이루어진다. 들숨에서는 산소를 받아들이며 날숨에서는 이산화탄소를 받아들인다. 즉, '상대적으로' 들숨에는 산소가, 날숨에는 이산화탄소가 많다. 상대적이라고 말한 이유는, 실은 날숨에도 산소가 많이 들어있기 때문이다.

들숨	산소 > 이산화탄소
날숨	산소 < 이산화탄소

한편 들숨과 날숨이 일어나기 위해서는, 폐를 위시로 한 주위가 통합적으로 움직이게 된다. 이에 대해 설명하기 전에, 우리는 1학년 과정에서 배웠던 '보일의 법칙'에 대하여 다시 다룰 필요가 있다. 보일은 일련의 실험을 통해 기체 상태에서 다른 조건이 일정할 때, '부피와 압력은 반비례 관계에 있다'는 보일의 법칙을 주장, 입증하였다.

들숨의 예를 보면, 공기가 폐 안으로 들어가기 위해서는, 폐가 커져야만 할것이다. 즉, 흉강과 폐의 부피는 커지며, 다시 말하면 폐의 압력이 낮아지는 것이다. 이때 흉강의 부피를 증가시키기 위하여 갈비뼈의 위치는 올라가게 되며, 가로막의 위치는 내려가게 된다.

한편 폐의 부피와 압력 사이의 관계는, 과학의 기본 원리와 같기에 흥미로운 점이 있다. 항상 과학에서 모든 것은 '높은 것'에서 '낮은 것'으로 이동한다. 한 예로 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 공기도 마찬가지다. 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 다시 들숨을 생각해보자. 흉강의 부피가 커지며 폐의 압력은 낮아졌다. 즉, 압력이 높은 바깥에서 압력이 낮은 폐로 공기는 이동하게 된다. 이것이 바로 자연의 '섭리'인 것이다.

한편 들숨과 날숨 과정에서 일어나는 호흡계의 변화를 간단히 표로 나타내면 다음과 같다. 

	들숨	날숨
갈비뼈	올라감	내려감
가로막	내려감	올라감
흉강 부피	증가	감소
폐 부피	증가	감소
폐 압력	감소	증가
흉강 압력	감소	증가
공기의 이동 방향	밖 → 안	안 → 밖

그리 어렵지는 않으나 반드시 숙지해 두도록 하자.

 

3. 기체 교환

마지막으로 다룰 내용은 기체 교환의 원리이다. 공기와 같은 기체를 이동하게 하는 원동력은 무엇일까. 한 문장으로 정의한다면 '농도차에 의한 확산' 이라고 말할 수 있다. 즉, 우리가 어떻게 해서 공기를 이동하게 만든 것이 아니다. 자연은 늘 한 방향으로 흐를 뿐이다. 높은 곳에서 낮은 곳으로. 다만 우리가 그것을 이용하고 싶다면, 우리의 몸을 그에 걸맞게 변화시키면 된다 그뿐이다.

들숨에 의해 산소를 공급받은 폐는 많은 산소를 가지고 있다. 반면, 세포 호흡에 의하여 다량의 이산화탄소를 머금은 조직세포와, 그 조직세포로부터 이산화탄소를 받은 모세혈관은 이산화탄소를 많이 가지고 있다. 이들은 둘을 교환하여야만 한다. 웃기게도, 이 과정은 자연스럽게 일어나게 된다. 위에서 말한 '농도차에 의한 확산' 때문이다. 다만, 우리는 이 과정에 대해 유기적으로 이해하고 있어야 한다.

		폐	조직세포
위치		폐포와 모세혈관	모세혈관과 조직세포
농도	산소	폐포 > 모세혈관	모세혈관 > 조직세포
	이산화 탄소	폐포 < 모세혈관	모세혈관 < 조직세포
기체교환		혈액 산소 증가, 이산화탄소 감소 (동맥혈로 전환)	혈액 산소 감소, 이산화탄소 증가 (정맥혈로 전환)

 

Edited. 21.09.21