14강. 호흡계(respiratory system)
추천글 : 【생물학】 생물학 목차
1. 호흡의 개관 [본문]
2. 폐의 구조 (포유류) [본문]
3. 폐의 환기 (포유류) [본문]
4. 혈액의 가스 운반 [본문]
5. 호흡의 조절 [본문]
6. 호흡계 질환 [본문]
a. 폐의 압력-용적 곡선
b. 천식과 호흡성 산증
1. 호흡의 개관 [목차]
⑴ 호흡의 단계
① 외호흡 : 대기와 호흡기관 간 가스교환 (환기)
② 확산 : 호흡기관과 혈액의 가스교환
③ 집단수송 : 혈액의 운반
④ 내호흡 : 혈액과 조직 세포의 가스교환
⑤ 세포호흡 : O2를 받아들여 유기물을 산화하고 CO2와 ATP가 생성되는 반응
⑵ 곤충의 호흡 : 오직 기관으로만 직접 공기를 전달하는 방식
① 공기 흐름 : 기관 → 기관소지 → 공기모세관
○ 1st. 복부 측면에 있는 기문을 통해 대기 중 O2가 기관(가장 굵은 공기관) 내로 유입
○ 2nd. 기관으로 들어 온 공기는 기관소지(세기관지)라는 끝이 막힌 관으로 이동
○ 3rd. 산소요구량이 많은 조직 근처에는 팽창된 부위가 존재하여 공기주머니 역할
○ 4th. 기관소지의 O2는 공기모세관으로 확산을 통해 이동
② 기관의 형태는 반지 모양의 키틴에 의해 유지
③ 기관소지의 끝에는 검푸른 액체로 채워져 있음 → 운동량이 많아져서 산소의 소모가 많아지면 이 액체의 대부분이 체액으로 흡수되어 공기가 들어간 기관소지의 용적이 넓어짐
④ 잠수하는 곤충 : 산소 흡수에 공기방울 이용
⑶ 어류의 호흡 : 호흡기관으로 아가미 이용
① 물고기 양쪽에 위치
② 구강과 아가미 뚜껑 사이에 위치한 4개의 아가미 활이 지지
③ 수백 개의 아가미필라멘트, 위아래로 라멜라 존재
○ 라멜라 : 실제적인 가스교환면
④ 아가미를 통과하는 혈관 : 구심성 혈관, 원심성 혈관
○ 구심성 혈관 : 혈액을 아가미로 운반
○ 원심성 혈관 : 아가미에서 혈액을 거두어 감
⑤ 환기와 역류교환에 의해 기체교환 효율을 높임
○ 역류교환 : 라멜라 안쪽의 혈액 흐름과 물의 흐름이 반대방향임
⑷ 양서류의 호흡
① 유생 시기에는 아가미를 사용하다가 성체가 되면 폐를 이용
○ 파충류, 조류, 포유류는 폐를 이용하여 호흡
② 양압숨쉬기로 환기
○ 양압숨쉬기 : 호흡표면 근처의 압력을 높여서 대기 중 산소가 호흡표면을 지나는 모세혈관에 녹도록 하는 숨쉬기
○ 공기를 삼키는 방식
○ 음압숨쉬기 : 호흡표면 근처의 압력을 낮춰서 대기 중 산소가 호흡표면을 지나는 모세혈관에 녹도록 한 숨쉬기
○ 예 : 포유류
③ 피부호흡 : 가스교환의 50%를 피부를 통해서 함
⑸ 조류의 호흡
① 기낭 : 허파와 일부 뼈 안의 공간
② 공기의 흐름 : 기관 → 기관지 → 측기관지 → 공기모세관. 두 번의 들숨과 날숨
○ 뒤쪽 공기주머니 → 폐 → 앞쪽 공기주머니
○ 1st. 첫 들숨 : 공기가 뒤쪽 공기주머니를 채움
○ 2nd. 첫 날숨 : 뒤쪽 공기주머니가 수축하여 폐로 공기를 보냄
○ 3rd. 둘째 들숨 : 폐를 빠져나와 앞쪽 공기주머니로 공기가 이동
○ 4th. 둘째 날숨 : 앞쪽 폐가 수축하여 첫 들숨에 의해 몸으로 들어왔던 공기를 내보냄
③ 조류의 숨쉬기의 장점
○ 조류의 허파는 끝이 막혀있지 않음 → 잔류량 × → 가스교환 효율↑
○ 포유류보다 수축과 이완을 덜함
⑹ 포유류의 호흡
2. 폐의 구조(포유류) [목차]
⑴ 공기흐름 : 입 또는 코 → 비강 → 인두 → 후두 → 기도 → 기관지 → 소기관지(기관세지) → 폐포
① 공기는 비강을 거치면서 여과되고 덥혀지며 가습됨
② 비강을 통해 들어온 공기는 입을 통해 들어온 음식물과 만나는 지점인 인두(식도·후두의 입구)로 이동
③ 구개반사
○ 음식을 삼킬 때
○ 후두개(epiglottis) : 음식물을 식도로, 공기를 기도로 보내주는 구조물
○ 1st. 후두가 위로 움직여 기도의 입구에 해당하는 성문에 후두개가 닫힘
○ 2nd. 음식물이 식도를 타고 내려가 위에 도달
○ 나머지 시간 : 기도가 열려 숨을 쉴 수 있음
○ goblet cell의 점액질에 갇힌 이물질을 식도로 보냄
○ (참고) goblet cell : 점막을 보호하기 위해 mucus를 분비
④ 성대
○ 후두와 기도의 벽(성대 역할)은 연골로 강화되어 있어 기도를 항상 확보
○ 수의근인 성대근육이 강하게 수축 시 높은 음, 약하게 수축 시 낮은 음 생성
⑤ 기관지 : 2개, 주기관지의 내벽상피세포들은 섬모와 점액질을 이용해 이물질을 식도로 넘김
⑵ 폐의 해부학적 구조
① 폐는 가벼운 해면조직으로 이루어져 있고, 대부분 공기로 가득찬 공간으로 채워져 있음
② 각 폐는 흉막낭으로 둘러싸여 흉강과의 기체 교환이 불가능
③ 엽(lobe) : 오른쪽 폐는 엽이 세 개, 왼쪽 폐는 엽이 두 개임
○ 오른쪽 폐 : superior lobe (26.53%), middle lobe (4.08%), lower lobe (18.37%)
○ 왼쪽 폐 : superior lobe (28.57%), lower lobe (22.45%)
⑶ 폐포
① 4억 개, 단층상피, 지름은 0.1 ~ 0.3 mm
② 폐포-모세혈관 간격 : 0.1 ~ 1.5 μm로 확산이 굉장히 원활
③ 폐포의 특수한 구조가 폐의 탄성을 야기함
○ 폐포는 근육이 없지만(∵ 기체교환에 방해) 결합조직이 다량의 엘라스틴을 함유하여 수축 및 이완이 가능
○ 엘라스틴(elastin) 섬유 : 장력에 반대되는 탄성력을 가짐
○ 수분장력 : 폐포 위 미세한 수분층이 서로 끌어들이면서 강한 수축압 형성
④ 폐포 세포의 종류
○ 제1 폐포세포 (AT1) : 대부분 상피세포. AT2보다 더 많이 존재함
○ 제2 폐포세포 (AT2) : 융모 표면에 계면활성제 분비 → 물의 표면장력에 의한 폐포의 찌그러짐 방지
○ 반지름이 작은 제 2 폐포세포는 더 높은 표면장력을 낮추기 위해 계면활성제를 더 많이 분비
○ 계면활성제 : 지질, 단백질, 당질을 함유한 복합체. 주성분은 DPPC(dipalmitoyl phosphatidyl choline)
○ 신생아호흡장애증후군(NRDS) : 유아 사망 2순위, 제 2 폐포세포의 미성숙으로 계면활성제 분비 부족
○ 대식세포 : 이물질 제거
⑤ 폐포의 개수 8 × 106 개 → 호흡상피 면적 50 ~ 100 m2
○ 참고로 체표면적은 약 2 m2
⑷ 폐의 기능적 구조
① 폐의 혈액 : 0.5 L (총 혈액의 10 ~ 12%)
② 폐의 부피 : 3 L
③ 포유동물과 어류들은 체중이 클수록 넓은 호흡표면적을 가짐
④ 포유동물들의 산소 호흡량은 폐포 표면적에 비례
⑤ 비만 : 호흡 면적 부족 → 산소 공급 제한 → 활동성 감소
3. 폐의 환기(포유류) [목차]
⑴ 음압숨쉬기 : 총 에너지의 3 ~ 5 % 소모
① 폐는 흉막에 연결된 횡격막과 늑간근 수축으로 수동적 환기
○ 폐 자체는 근육이 없어서 능동적으로 수축 불가
○ 흉강 : 폐는 흉강에 떠 있고, 흉강은 막혀 있는 공간임
○ 흉막 : 체측 흉막과 장측 흉막으로 구성, 막간 공간의 흉수 (3 ~ 4 mL)
○ 기흉 : 감염이나 자상(찔린 상처)에 의해 흉막에 구멍이 뚫리는 경우
○ 능강 : 폐를 둘러싸는 얇은 공간
○ 횡격막과 늑간근의 수축은 흉수를 매개로 폐에 전달되어 폐는 수동적 수축
○ 폐의 유연성 : 계면활성제가 많을수록, 흉터 조직이 적을수록 폐의 유연성 증가
② 흡기(들숨) : 늑골 상승(외늑간근 수축), 횡격막 하강(횡격막 수축) → 흉강 팽창 → 압력 강하 → 공기 유입
③ 호기(날숨) : 늑골 하강(내늑간근 수축), 횡격막 상승(횡격막 이완) → 흉강 수축 → 압력 상승 → 공기 배출
○ 중력과 폐의 탄성에 의해 호기 과정의 ATP 소모량이 더 적음
○ 내늑간근은 안정 상태일 때는 안 쓰고 운동 중 강제호기에서 사용
④ 호흡 동안의 폐포압, 흉강 내압의 변화
○ 포인트 1. 인체는 폐포압을 조절하기 위해 흉막강내압을 조절하기 때문에 흉막강내압 < 폐포압이어야 함
○ 포인트 2. 폐는 압력이 낮아지면 공기가 유입되어 그 변화량을 상쇄하기 때문에 파동형의 그래프를 보임
○ 폐의 용적-압력곡선 : 팽창할 때가 수축할 때보다 압력이 많이 필요
Figure. 1. 폐의 용적-압력곡선
⑤ 단점 : 분압기울기 감소, 역류가스교환 ×
○ 대기 중 산소는 많으므로 단점이 종 생존에 크게 지장을 주지 않음
⑵ 폐활량 곡선
① 파라미터
○ 흡수성 예비량(inspiratory residual volume)
○ 호식성 예비량(expiratory residual volume)
○ 잔기량(residual volume)
○ 폐활량 = 1회 호흡량 + 흡수성 예비량 + 호식성 예비량
○ 총폐용량 = 1회 호흡량 + 흡수성 예비량 + 호식성 예비량 + 잔기량
○ 흡식용량 = 1회 호흡량 + 흡수성 예비량
○ 기능성 잔기량 = 호식성 예비량 + 잔기량
② 휴식 상태의 가스교환
○ 1회 호흡량 : 500 mL
○ 환기율 : 분당 호흡수. 일반적으로 1분당 8 ~ 12회
○ 총폐환기량 : 환기율 × 1회 호흡량 = 8 × 500 mL/min ~ 12 × 500 mL/min = 3 ~ 6 L/min
○ 들숨의 조성 : 질소 78 %, 산소 21%, 이산화탄소 0.03%
○ 날숨의 조성 : 질소 78%, 산소 17%, 이산화탄소 4%
○ 혈액으로 250 mL O2 / min 유입 → 360 ~ 600 L/day O2
○ 폐로 200 mL CO2 /min 배출
○ 운동 시 폐포 환기량 20배 이상 증가, 폐포 혈류량 5 ~ 6배 증가
③ 사강(dead space)
○ 1회 호흡량에서 기체교환에 기여하지 않는 양
○ 원인 : 기관에서 세기관지에 이르는 기도가 호흡상피가 없으므로 가스 교환에 참가하지 못함
○ 정도 : 해부학적 사강은 약 140 mL이지만 흡기 시 기관지가 확장되는 것을 고려하면 생리학적 사강은 약 150 mL
○ 폐포 환기량(폐포에 도달하는 공기의 양) = 환기율(분당 호흡수) × (1회 호흡량 - 사강)
④ 환기량과 폐포의 기체 분압
○ 환기량 ↑ → CO2 방출 ↑ → 호흡성 알칼리 혈증
○ 환기량 ↓ → 혈장 내 CO2 ↑ → 호흡성 산증
⑶ 경폐압-부피 그래프
① 신전성(compliance) := ΔV / ΔP
○ 압력 변화에 부피가 변화하는 정도
○ 계면활성제가 많을수록 신전성 증가
② 흡기 : 폐포를 팽창하려는 힘과 표면장력이 대립
○ 부피가 잘 증가하지 않는 듯한 그래프
○ 계면활성제 처리 시 : 표면장력 감소 → 폐포 팽창 용이 → 부피 증가 방향으로 그래프 이동
③ 호기 : 폐포를 팽창하려는 힘과 표면장력이 상호 강화
○ 부피가 잘 증가하는 듯한 그래프
○ 계면활성제 처리 시 : 표면장력 감소 → 폐포 수축 불리 → 부피 증가 방향으로 그래프 이동
⑷ V/Q matching
① V/Q match : 기체교환이 더 잘 되는 쪽에 혈류가 집중되는 현상
② V/Q mismatch : 중력으로 인해 위쪽은 공기가 많아 호기적이고 아래쪽은 공기가 적어 혐기적
4. 혈액의 가스 운반 [목차]
⑴ 호흡색소 : 산소를 운반하는 특수한 단백질
① 헤모시아닌 : 절지·연체동물의 호흡색소, 푸른색 (∵ Cu 포함)
② 헤모글로빈 : 대부분의 척추·무척추 동물의 호흡색소, 붉은색 (∵ Fe 포함)
③ 미오글로빈 : 헤모글로빈보다 산소친화도가 더 강함, 붉은색 (∵ Fe 포함)
○ 잠수 포유류나 심장, 근육은 미오글로빈 함량이 높음
○ 미오글로빈은 혈액 내로 들어갈 수 없음
⑵ 산소 운반
① 헤모글로빈의 기능 : 산소운반
○ 적혈구 1개에 2억 5천만 Hb 함유 → 10억 분자의 산소 운반 (99%)
○ 총 혈액 산소함량 200 mL/L 중 198 mL/L를 담당
○ 혈장이나 적혈구 세포기질에 용해된 산소는 1% 미만
○ 호흡색소는 산소분압이 높을수록 높은 포화도를 가짐
○ 헤모글로빈은 폐에서 산소와 결합하고(100% 포화) 조직말단에서 약 30 ~ 40%만 해리
② 구조 : 알로스테릭 효소, α2 β2 (4차 구조, HbA), 각 단위체는 헴과 글로빈으로 구성
Figure. 3. 헤모글로빈의 구조
○ 미오글로빈은 3차 구조만을 구성
○ 헴(heme) : 포피린(porphyrin)이라 불리는 유기고리 구조로 돼 있으며 중앙에 Fe2+이 있음
○ 태아 : HbF(Hb Fetus)가 존재
○ 배아 ~ 8주 : ζ2 ε2
○ 임신 6주 정도에 HbF가 간에서 생성되기 시작
○ 임신 8개월 정도에 HbA가 골수에서 생성되기 시작
○ 신생아에서 70%가 HbF, 30%가 HbA임
○ 출생 후 3 ~ 6개월 사이에 급격히 HbA(Hb Adult) 교체 (HbF 파괴)
○ 산소친화도 : α2 γ2 > α2 β2
○ 모체의 헤모글로빈에서 방출한 산소가 태아의 헤모글로빈에 결합
○ 원인 : BPG 결합자리 서열 차이, HbF의 γ 사슬과 HbA의 β 사슬은 아미노산 서열이 약 38 % 차이남
○ BPG 친화도 : γ 사슬 < β 사슬 → 산소친화도 : γ 사슬 > β 사슬
○ 다양한 헤모글로빈의 종류는 선택적 스플라이싱이 아니고 시기 특이적 발현에 불과함을 유의
○ HbA2 : 성인의 헤모글로빈 중 약 2% (나머지 98%는 HbA), α2 δ2
○ (참고) 헤모시아닌은 철이 아닌 구리가 있는 호흡색소로 절지동물, 연체동물에서 많이 발견
③ Hb의 헴에 결합하는 배위자 (산소의 경쟁적 저해)
○ oxy Hb : Hb + O2 → HbO2 (붉은색)
○ saturated oxy HB : Hb + 4O2 → Hb(O2)4
○ reduced Hb : Hb + H+ → HHb (적갈색)
○ met Hb : OH- (Fe3+), 가끔 생기지만 생체 내에서 스스로 해결
○ carboxy Hb : CO(친화도 ⇑), 일산화탄소 중독을 야기
○ cyano Hb : CN-(친화도 ⇑), 청산가리(KCN)의 치사 원인
○ 이산화탄소와 2,3-BPG는 글로빈에 결합하여 저해제로 작용하지 않으나 적혈구 산소운반능을 낮춤
④ 협동성 : 4차 구조에서 한 단위체에 기질이 결합하면 주변 단위체의 기질의 친화도가 증가하는 현상
Figure. 4. 미오글로빈
○ 미오글로빈은 기질의 친화도가 일정하기 때문에 미카엘리스-멘텐 방정식으로 예상되는 모양(MM형)을 형성
○ 이유 1. 미오글로빈은 헤모글로빈과 같은 알로스테릭 단백질이 아님
○ 이유 2. 미오글로빈은 서브유닛이 1개인 반면 헤모글로빈은 서브유닛이 4개
○ 미오글로빈은 헤모글로빈보다 산소 친화도가 높아 낮은 산소 분압에서도 산소 저장; 근세포 다수 존재
○ 잠수성 포유류인 바다 표범은 미오글로빈 함량이 많음 : 사람에 비해 몸무게 kg당 약 2배의 산소를 저장
○ 헤모글로빈은 기질의 친화도가 점점 증가하기 때문에 시그모이드형(S자 형)을 그림
○ 헤모글로빈은 두 개 이상의 리간드가 결합할 수 있는 알로스테릭 단백질
○ 헤모글로빈에 한 산소분자만 결합하더라도 소단위체가 산소와 친화도가 높은 구조가 됨
○ 반대로 포화된 헤모글로빈에서 한 산소분자만 빠져나가도 산소 친화력이 낮은 구조가 됨
○ 안정성 : 폐포와 동맥혈의 산소분압이 100 mmHg에서 60 mmHg가 돼도 산소 운반 능력은 크게 감소하지 않음
⑶ 보어효과 : 네 가지 요인(pH, pCO2, 온도, 2,3-BPG)에 의한 헤모글로빈의 산소친화도 변화
Figure. 5. 보어효과
① H+ 효과
○ [H+]↑ → pH↓ → Hb 내 이온결합 변화(예 : β 사슬의 히스티딘) → Hb 입체구조 변화 → 산소친화도↓
○ 산소와 해리된 헤모글로빈은 수소이온과 결합하여 혈액의 산성화 방지
○ (주석) 산소 헤모글로빈은 수소이온과 결합하지 못함
○ 이온결합 변화 1 : -COOH ↔ -COO- + H+ (장소 : 글로빈)
○ 이온결합 변화 2 : -NH2 + H+ ↔ -NH3+ (장소 : 글로빈)
○ 운동 시 산소친화도 변화 1 : 젖산, 지방산 생성으로 pH↓ → 산소친화도↓
② CO2 효과
○ CO2↑ → N-말단에 CO2 결합 or 산 증가 → Hb 입체구조 변화 → 산소친화도↓
○ N-말단에 CO2 결합 : -NH + CO2 → -NCOOH (카르바미노 Hb)
○ 산 증가 : pCO2가 높으면 탄산에서 유래된 H+으로 pH↓
○ 산소친화도 감소는 조직세포에서 헤모글로빈이 산소를 더 잘 해리되도록 함
③ 온도효과
○ 온도↑ → Hb 입체구조 변화 → 산소친화도↓
○ 활발하게 물질대사를 하거나 운동을 하던 세포는 열을 방출
○ 효소는 활성온도 이후의 온도에서 분자 내 결합이 약화됨에 따라 급격히 활성을 잃음
④ 2,3-BPG (2,3-비스포스포글리세르산, 2,3-bisphosphoglycerate) 효과
Figure. 6. 2,3-BPG의 작용
○ 2,3-BPG : 해당과정이 활발시 생성, 해당과정 중간산물인 1,3-BPG의 이성질체
○ 포유류 적혈구는 높은 농도의 2,3-BPG를 가지고 있음
○ 2,3-BPG↑ → 헤모글로빈 중앙 빈 곳을 찾아 β 글로빈과 결합하여 디옥시헤모글로빈을 안정화 → 추가적인 산소친화도↓
○ 운동 시 산소친화도 변화 2 : 조직세포 산소부채 현상 → 일부 G3P가 2,3-BPG로 전환 → β 글로빈 내 산소결합↓
⑤ 고도가 높은 산으로 이동하는 경우
○ 1st. 대기 중의 산소 분압 감소
○ 2nd. 폐에서 헤모글로빈의 산소 결합량 감소
○ 호흡속도를 증가시켜 부족한 산소 결합량 보충
○ 호흡성 알카리즘 : 호흡 속도 증가로 과도한 CO2가 방출하므로 혈액 pH 증가
○ 3rd. 조직세포로 가는 산소 공급량 감소 → 적혈구 내 2,3-BPG 증가
○ 헤모글로빈의 산소 친화도 감소로 산소 헤모글로빈으로부터 더 많은 산소가 방출
○ 4th. 신장으로 가는 산소 공급량 감소
○ 4th - 1st. 신장에서 에리스로포이에틴(erythropoietin) 분비량 증가
○ 4th - 2nd. 골수에서 적혈구 생성 촉진 → 적혈구 수 증가
⑷ 이산화탄소 운반
① 혈장 : 약 8%, 단순확산(용해)
○ CO2(g) → CO2(aq)
② 헤모글로빈과 결합 : HbCO2, 약 22%
③ 중탄산이온 : HCO3-, 약 70%
○ 1st. CO2(aq)가 혈장에서 적혈구로 단순확산
○ 2nd. CO2(aq) + H2O(l) → H2CO3(aq), 적혈구 내 탄산무수화효소(CA, carbonic anhydrase)에 의해 촉진
○ 3rd. H2CO3 → H+ + HCO3-
○ 4th. H+는 Hb와 결합하여 HHb가 됨
○ 5th. HCO3-는 Cl-와 1:1로 역방향 공수송 되어 혈장 밖으로 배출
○ 6th. 적혈구 내에서 Cl-가 증가할수록 삼투압에 의해 물이 들어옴 → 부피 증가
⑸ 폐순환과 체순환 : 순환계와 호흡계의 조화
① 폐순환 (12% 혈액 보유)
○ 우심실 → 폐동맥 → 폐모세관 → 폐정맥 → 좌심방
○ O2↓, CO2↑인 혈액 → O2↑, CO2↓인 혈액
② 체순환 (79% 혈액 보유)
○ 좌심실 → 대동맥 → 동맥 → 모세혈관 → 정맥 → 대정맥 → 우심방
○ O2↑, CO2↓인 혈액 → O2↓, CO2↑인 혈액
○ 대동맥 산소분압 : 80 ~ 100 mmHg
○ 대정맥 산소분압 : 40 mmHg
○ 조직세포로 영양분과 산소를 공급
5. 호흡의 조절 [목차]
⑴ 수의 조절 : 대뇌피질 → 피질척수로 → 운동뉴런
⑵ 자율조절중추 : 뇌교, 연수 → 자발적, 율동적 활동
① 연수 : 기본적인 호흡운동 조절을 함
○ 연수는 산소보다 이산화탄소에 더 큰 영향을 받음
② 뇌교 : 흡기와 호기 간의 부드러운 전환을 하도록 조절, 숨쉬는 속도 조절
③ 입력과 수용기
○ 중추신경계(특히 뇌척수액)의 화학적 수용기(pO2, pCO2, H+)
○ H+는 뇌-혈관 장벽을 통과할 수 없어서 화학적 수용기는 CO2의 양으로 H+를 판단
○ 운동으로 대사 증가 → CO2 ↑ → 호흡증가 → 과도한 CO2 배출 → pH 정상화
○ 대동맥소체(대동맥궁 옆, aortic body), 경동맥소체(경동맥궁 옆, carotid body)의 화학적 수용기(H+, pO2, pCO2) 입력
○ 토리세포(glomus cell)라는 특별한 세포가 산소 분압, 이산화탄소 분압의 변화를 감지
○ O2 농도는 호흡에 큰 영향을 주지 않지만, O2의 농도가 많이 낮아진 경우 호흡 속도 증가
○ 혈장 에피네프린과 칼륨 농도 수용기
○ 근육 및 관절 신장수용기 입력
○ 폐의 신장수용기 입력
○ 기타 수용기 및 시상하부를 통한 자극(체온 등) 입력
④ 호흡운동 조절과정
○ 호흡운동 촉진 : 교감신경 자극, 아드레날린 분비
○ 호흡운동 억제 : 부교감신경 자극, 아세틸콜린 분비
6. 호흡계 질환 [목차]
⑴ 산증과 알칼리증
① 정상 상태
○ pH : 7.41 ~ 7.45
○ O2: 40 mmHg (조직) 이상 100 mmHg (폐) 이하
○ CO2: 40 mmHg (폐) 이상 46 mmHg (조직) 이하
○ HCO3-: 24 mmEqmol
② 산증과 알칼리증
○ 산증(acidosis) : pH가 7.35 이하인 경우
○ 알칼리증(alkalosis) : pH가 7.45 이상인 경우
③ 대사성 알칼리증 : 대사로 인해 HCO3-가 과다해진 경우
○ 과다해진 HCO3-가 H+와 반응하여 pH가 높아짐
○ 보상작용 : pH를 낮추기 위해 호흡속도를 낮춰 CO2의 분압을 높임
○ 예 : 구토 (위의 산성 물질 배출)
④ 대사성 산증 : 대사로 인해 HCO3-가 적어진 경우
○ HCO3-가 적어져 H+가 혈액 내 그대로 존재하여 pH가 낮아짐
○ 보상작용 : pH를 높이기 위해 호흡속도를 높여 CO2 분압을 낮춤
○ 예 : 설사 (체내 중탄산염 방출)
⑤ 호흡성 알칼리증 : 호흡과 관련하여 CO2 분압이 낮아진 경우
○ CO2 분압이 낮아져 혈액 내 pH가 높아짐
○ 보상작용 : pH를 낮추기 위해 HCO3- 생성반응을 억제
○ 예 : 과호흡(overventilation), 제한성 폐질환(예 : 폐섬유증)
○ CO2 유출을 방지하기 위해 뇌혈관을 포함한 혈관들이 좁아져 어지럼증 유발
○ 과호흡의 경우 비닐봉지를 입에 씌워서 내신 숨을 다시 들어마시게 하는 식으로 해결할 수 있음
⑥ 호흡성 산증 : 호흡과 관련하여 CO2 분압이 높아진 경우
○ CO2가 배출되지 못해 혈액 내 pH가 낮아짐
○ 보상작용 : pH를 높이기 위해 HCO3- 생성반응을 활성화
○ 예 : 폐쇄성 폐질환 (예 : 천식)
⑵ 폐암(lung cancer)
① 유형 1. SCLC(small cell lung cancer) : 전체 폐암의 15%. 화학치료·방사선치료를 1차 치료로 함
○ neuroendocrine cell로부터 유래
○ 대부분의 SCLC는 heavy smoke에서 유래
○ 수술을 보통 잘 하지 않으므로 연구용 샘플이 비교적 제한적
② 유형 2. NSCLC(non-small cell lung cancer) : 전체 폐암의 85%. 수술을 1차 치료, 화학치료·방사선치료를 2차 치료로 함
○ 2-1. LUSC(lung squamous cell carcinoma) : 전체 폐암의 45%. smoke driven. Kras 관여. basal epithelial cell에서 유래
○ 2-2. LUAD(lung adenocarcinoma) : 전체 폐암의 45%. EGFR mutation driven. ICI 병용치료도 시도되며 연구가 활발. alveolar type II epithelial cell로부터 유래
○ 2-3. LCC(large-cell carcinoma) : 다양한 epithelial cell로부터 유래
③ 폐암과 담배
○ 타르 등 미립자들은 폐 표면에 오랫동안 남아 돌연변이 및 암 야기
○ 담배의 특징
○ 10만 종 화학물질
○ 20여 종이 A급 발암물질
○ 타르, 일산화탄소, 니코틴이 최고 유해 물질
○ 타르 : 담배진, 한 개피 10 mg 이내
○ 40여 종 발암물질 포함, 혈액에 스며들며 세포 파괴
○ 만성염증 야기 등의 면역계 교란
○ 엘라스틴 등의 섬모 손상
○ 일산화탄소
○ 불완전연소 산물
○ 담배 연기에 가장 많은 물질
○ 만성 저산소증, 조기노화, 동맥경화의 주원인
○ 니코틴 : 한 개피 0.1 ~ 0.6 mg
○ 7초면 뇌에 도달
○ 중독성, 마약성, 살충제, 제초제 물질, 혈압 상승
○ 벤조피렌 : 발암물질
○ 디메틸니트로사민 : 발암물질
○ 청산가리 : 사형가스실 독극물
○ 니프틸아민 : 방부제
○ 나프탈렌 : 좀약
○ DDT : 살충제
⑶ 폐쇄성 폐질환(COPD, chronic obstructive pulmonary disease)
① 증상 : 점액이 증가하고 기도가 좁아져 (∵ 엘라스틴 기능 장애) 공기 흐름의 저항이 증가되어 나타나는 환기장애
② 특징 1. 총폐용량과 잔기량이 정상인보다 많음(보상작용)
③ 특징 2. 평소에도 정상인보다 떨어지는 호흡기능
④ rolipram : COPD 치료에 쓰이는 임상 약제
⑤ 예 1. 만성 기관지염(chronic bronchitis) : 기관지 점액 과다분비 → 하부 기도 만성적 염증
⑥ 예 2. 기관지 천식(asthma)
○ 원인 : 알레르기 반응, 바이러스 감염 등
○ 증상 : 폐포 수축, 점액 분비 증가, 기도의 공기 저항 증가, 만성적 염증
○ 미립자는 천식을 악화
⑦ 예 3. 폐기종(emphysema)
○ 기관지염과 천식에 따른 상처조직 형성이 원인
○ 작은 기도 파괴 및 폐색으로 폐포 수 및 표면적 감소
○ 재생 불가
⑷ 제한성 폐질환
① 증상 : 폐의 신전성(팽창성, compliance)이 감소되어 나타나는 환기장애
② 특징 1. 총 폐용량과 잔기량이 정상인보다 적음
③ 특징 2. 제한된 범위에서 정상인과 동등한 호흡기능 수행
④ 예 1. 폐섬유증(pulmonary fibrosis)
○ 세부 종류
○ IPF(idiopathic pulmonary fibrosis)
○ cHP(chronic hypersensitivity pneumonitis)
○ NSIP(nonspecific interstitial pneumonia)
○ sacroidosis
○ unclassifiable ILD
○ consolidation : 폐가 완전히 하얘지는 것
○ crazy paving : 혈관들이 두꺼워져 있는 것
○ 폐섬유증 치료제 : nintedanib, pirfenidone (둘 다 티로신 인산화효소를 타겟팅)
⑤ 예 2. 진폐증(pneumoconiosis), 결핵(tuberculosis)
⑥ 예 3. 직업성 폐질환
○ 석면, 석탄먼지, 규소, 종이먼지, 꽃가루 등 미세 먼지가 이를 제거하는 대식세포에 축적
○ 흉터조직 증가 → 폐조직 대신 섬유조직이 상처를 봉합 → 섬유성 낭종 및 폐의 유연성 감소
⑸ 폐수종(폐부종, pulmonary edema)
① 림프 회수능력 초과로 폐정맥 내의 수분이 폐포를 빠져나와 물로 고이는 현상
○ 림프 회수능력 : 폐 모세혈관에서 조직액 및 림프액으로 회수되는 능력
② 원인 : 심부전으로 폐정맥의 혈압 상승, 외부 기압 하강
③ 증상 : 호흡곤란을 일으킴
⑹ ARDS(acute respiratory distress syndrome)
① post-SARS-CoV-2 lung disease 등
입력: 2015.07.19 11:19
수정: 2022.04.26 02:07
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