Transcript 생리학(제6장) 호흡기계

제6장 호흡생리
1. 호흡 respiration
세포호흡과 숨쉬기
1) 호흡 respiration :
생명체가 생명 현상을 유지하기 위해서
영양물질을 섭취하고 연소시켜야 한다. 이 때 영양 물질을
연소시키기 위해서 O2가 필요하고 그 결과 발생 되는 CO2
를 체외로 배출하는 작용을 호흡이라 함.
(1) 외호흡 external respiration : 폐포 안의 공기와 폐포 모세
혈관 사이의 가스교환(폐 호흡)
(2) 내호흡 internal respiration : 폐포로부터 산소를 얻은 혈액
이 각 조직세포 사이의 가스교환(조직호흡)
비강
인두
기관
1차기관지
외비공
구강
후두
기관분기부
폐
횡격막
호흡기의 구성
폐의 구조
기관지의 구조
2. 호흡기능과 호흡운동
1) 호흡기능
(1) 외부의 공기와 폐포내의 공기 교환
(2) 폐포내 공기와 혈액 사이 가스의 교환
(3) 혈액에 의한 O2와 CO2의 운반
(4) 말초 모세혈관내 혈액과 조직 사이의 가스 교환
(5) 1분 호흡수 : 성인 12∼20회, 어린이 20∼25회,
신생아 40∼70회
(6) 1회 호흡량 : 500cc
2) 호흡운동
(1) 흡식운동 inspiratory movement : 공기를 들어 마시는 능동적인 운동
① 횡격막 diaphragm의 수축 : 복강으로 내려간다. 폐포는 확장.
a. 복식호흡 : 횡격막 수축에 의해 흉강내 공간이 넓어진다. 주로 남성
② 외늑간근 external intercostal 의 수축
활 모양으로 구부러졌던 늑골이 위로 올라가면서 흉곽이 거상하여
흉강이 넓어지고 흉강 내압이 낮아져서 폐포가 확장된다.
b. 흉식호흡 : 흉곽운동 즉 외늑간근과 늑골거근의 작용에 의한 호흡.
주로 여성, 임신말기
③ 복부근육 abdominal muscles의 이완
④ 폐포의 표면장력 약화 : 계면활성제 작용으로 폐포가 확장됨으로
폐포 내압이 낮아져서 흡식운동
흡식흡식
호식
호흡의 운동 원리
(2) 호식운동 expiratory movement : 폐포 내에 있는 공기를
밖으로 내뱉는 것으로수동적인 운동
① 횡격막의 이완
② 외늑간근 이완, 내늑간근의 수축
③ 복부근육의 긴장(수축)
④ 폐포의 수축으로 폐포내의 압력 증가
폐소정맥
폐소동맥
폐포표면의
모세혈관망
폐소정맥
세기관지
종말
세기관지
호흡
세기관지
폐소동맥
폐포관
폐포낭
폐포
세기관지 및 폐포
(3) 폐포 alveolus
① 가스교환이 일어나는 호흡기계의 기능적 단위
② 개수는 3∼5억개, 표면적은 약 70∼90㎡
③ 페포와 모세혈관 사이의 벽은 호흡막을 이룸
④ 폐포상피세포
a. Ⅰ 형 세포 : 호흡상피세포 : 단층편평상피 ; 가스교환
b. Ⅱ 형 세포 : 계면활성제(surfactant)분비세포 : 폐포 표면을 촉촉이 적셔
줌으로써 표면장력약화 ; 호흡운동 원활 ; 입방상피
c. 주성분 : 인지질 phospholipid ; glycerol + 분자 fatty acid + 1분자 인산 +
질소화합물
↓
↓
hydrophilic hydrophohic
⑤ 먼지세포 dust cell : 폐포강 내로 돌출되어 있는 식세포 작용
⑥ 폐포 내 공기분압(mmHg) : N2- 573 > O2- 100 > 수증기- 47 > CO2- 40
⑦ 폐포 모세혈관 압이 10mmHg, 혈장교질 삼투압이 25mmHg로 더 높기
때문에 폐포 내에 액체가 고이지 않는다.
폐포
3. 폐의 용적과 용량
1) 폐의 용적 lung volume
(1) 일호흡 용적 tidal volume,TV
안정 시 한번 호흡량(500ml)
(2) 흡식성 예비용적 inspiratory reserve volume, IRV
안정흡식 후 더 마실 수 있는 양(3100ml)
(3) 호식성 예비용적 expiratory reserve volume, ERV
안정호식 후 더 내쉴 수 있는 양(1200ml)
(4) 잔기 용적 residual volume, RV
호식성 예비용적을 밖으로 내보내고도 폐포속에 남은
공기(1200ml)
2) 폐의 용량 lung capacity
(1) 폐활량 vital capacity, VC
공기를 최대로 들어 마셨다가 최대로 내뿜는 공기의 양.
VC=TV + IRV + ERV, 일 호흡용적 + 흡식성 예비용적
+ 호식성 예비용적 = 4800ml
(2) 흡식 용량 inspiratory capacity, IV
일 호흡용적과 흡식성 예비용적을 합한 것. IC=TV+IRV
(3) 기능적 잔기 용량 functional residual capacity, FRC
호식예비용적과 잔기 용적을 합친 것. FRC=ERV+RV
(4) 총폐활량 total lung volume(capacity), TLC
최대로 흡입하였을 때의 폐 내의 공기량.
TLC=TV+IRV+ERV+RV, 폐활량 + 잔기 용적 = 6000ml
(5) 사강 dead space : 무효공간 ; 기도 일부에 공기가 머무는
량 150ml
4. 가스 교환
폐포와 혈액, 혈액과 조직액의 가스교환 gas exchange
흡식운동으로 대기의 공기가 폐포 내로 이동하며 폐포는
엷은 막과 폐 모세혈관으로 구성되어 이 엷은 막을 통하여
폐포내 기체와 혈액간에 가스교환이 이루어진다.
이와 같은 기체의 이동은 언제나 확산(diffusion)에 의해서
분압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동된다.
(1) 폐포내에서의 가스교환
① 페포내에서의 O2교환
폐포내 O2 분압 100mmHg
폐포주위 모세혈관(정맥혈)의 O2 분압 40mmHg
압력차이 60 mmHg
폐포내 O2 → 모세혈관 속으로 diffusion
② 폐포내에서의 CO2의 교환
폐포내 CO2의 분압
40mmHg
폐포주위 모세혈관 CO2 분압 46mmHg
압력차이
6mmHg
모세혈관 CO2 → 폐포 속으로 diffusion
(2) 조직내에서의 가스교환
① 조직에서의 O2 교환
조직내 모세혈관(동맥혈) O2의 분압 100mmHg
조직내 O2의 분압 40mmHg
압력차이 60mmHg
모세혈관의 O2가 → 조직내로 이동
② 조직내에서의 CO2 교환
조직내 CO2의 분압 50mmHg
조직내 모세혈관의 CO2의 분압 40mmHg
압력차이 10mmHg
조직내 CO2 → 조직내 모세혈관으로 이동
조직 내에서 CO2의 운반
허파에서 CO2의 운반
5. 가스 운반
1) 혈액 중의 산소 운반
(1) Hemoglobin에 의한 O2의 운반
① 99.5%는 RBC의 혈색소와 결합 → HbO2
② 0.5%는 혈장에 용해되어 수송된다.
③ 1g의 Hb와 결합할 수 있는 O2의 량은 약 1.34㎖
④ HbO2 의 포화도 : O2 의 분압이 높고 CO2 분압이 낮을
수록 증가된다.
⑤ HbO2 의 해리도 : O2 의 분압이 낮고 CO2 분압이 높을
수록 증가된다.
(2) 산소해리곡선(Oxygen dissociation curve)
① 산소의 분압에 따라 Hb의 산소포화도를 그린 S형의 그래프
② O2와 결합하여 선홍색의 산화헤모글로빈
oxyhemoglobin(HbO2)
③ CO2와 결합하여 암적색을 띠는 환원헤모글로빈
reduced hemoglobin(HbCO2)
④ 영향을 미치는 인자 : 온도, pH, 2,3-DPG(diphosphoglycerate)
⑤ 고산, 온도 낮을수록, CO2 분압저하, pH가 높을수록 곡선이
좌측으로 이동
2) 혈액 중의 CO2의 운반
(1) 65%는 중탄산이온(HCO3-)형태로 운반됨
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3(2) 25%는 RBC의 혈색소와 결합 → HbCO2(carbamino형태)
(3) 나머지는 혈액에 물리적으로 용해되어 수송된다.
6. 호흡 조절
1) 호흡중추
(1) 신경성 조절
① 연수 medulla oblongata : 흡식중추, 호식중추
② 교 pons : 호흡조절중추, 지속성 흡식중추
(2) 화학적 조절
① 조절인자 : CO2 와 O2 의 분압, 체온상승, pH 변화
② 말초화학수용기 : 경동맥소체(심장중추), 대동맥소체(호흡중추)
③ 중추화학수용기 : 연수
(3) 호흡상 respiratory quotient ; RQ : CO2 생산율 ÷ O2 소모율
( 탄수화물 : 1, 단백질 : 0.81, 지방 : 0.7 )
(4) 산증 acidosis : 혈액내 CO2는 혈장의 H2O와 결합하여 H+가
해리되어 산성쪽으로 기우는 현상
(CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-)
탄산 수소이온 중탄산이온
7. 호흡 이상
1) 호흡곤란 dyspnea
(1) 혈중의 CO2 분압의 상승, 호흡중추가 과도하게 자극
(2) 천식, 복막염, 흉막염, 폐렴 등이 원인
2) 체인-스토크 호흡 Chyne-Stoke respiration
(1) 호흡곤란과 무호흡의 연속
(2) 임종시, 두개강의 내압 상승, 마약, CO 급성 중독, 심부전
3) 무호흡 apnea
(1) 의식적 호흡 중지
(2) 심한 운동 후 일시적 호흡 중지
8. 호흡기 질환
(1) 상기도 감염 : (감기, 독감, 편도선염)
상기도 감염은 가장 흔한 급성 질병이라 할 수 있는데 1년중
성인은 평균 2~4회, 소아는 6~8회 정도 상기도 감염증에 걸릴
수가 있고, 감기, 독감, 인두염, 편도염 등이 바로 상기도 감염이다.
기관지염, 폐염 등은 하기도 감염증이다.
(2) 감기
감기는 상기도 점막의 바이러스성 감염으로 인한 증상으로 대개
자연치유 된다. 콧물, 코막힘, 재채기, 인후통, 기침, 목이 쉼 등이
주된 증상으로 그 원인은 Rhinovirus (15-40%),
Coronavirus (10-20%), Influenza virus, Parainfluenza virus,
RS virus, Adenovirus (5-10%) 등의 바이러스이며 병의 전파는
직접적인 신체접촉 또는 공기중의 포말에 의한 감염이 주된 경로라
할 수 있다.
(3) 독감
감기와 독감은 서로 공통점이 많지만 특히 합병증에서 차이가 많이
나므로 구별하는 것이 좋은데 감기와 마찬가지로 Influenza virus (85%),
Parainfluenza virus, RS virus, Adenovirus (15%) 등 바이러스가 주된
원인이다.
독감은 A형, B형, C형으로 나뉘어지는데 주로 A형에서 항원의 변이가
거의 매년 일어나며 면역이 없는 집단에서 유행이 일어나는데 1-3년 간격으로
소 유행이, 10-15년 간격으로 대유행이 일어난다.
증상 : 발열, 오한, 두통, 근육통, 권태감 등의 전신 증상들이 급작스럽게 시작,
발열은 41°C까지 올라갈 수 있고, 열은 대개 3일 정도 지속되지만 경우에
따라 1주일 정도까지 지속되기도 한다. 발열이 계속되는 동안 두통, 근육통
등이 나타나게 되고 일단 전신증상이 없어지면 기침, 콧물, 목쉼, 인후통 등의
호흡기 증상이 나타나고 기침이나 쇠약감 등은 2주 이상 지속 된다.
(4) 편도염
어느 연령층에서나 볼 수 있지만 주로 9세 이하의 어린아이에 많고 연쇄상구균이
주 원인 균 이다.
증상 : 자각증상으로는 인두통이 있고 음식물을 잘 삼키지 못하며, 귀가 아플 수 있고
경우에 따라 두통 등 전신증상이 있기도 한다.
대개는 열이 나고 구취와 설태가 있으며, 경부의 암파선이 붓고, 압통이 있다.
또 입안을 들여다 보면 인두부의 발적과 편도가 부어 있으며 때로는 편두에 백태가
끼어 있는 것을 볼 수 있어 진단이 용이하다.
합병증 : 급성 중이염, 편도주위농양, 폐염, 기관지염, 급성 류마티즘을 초래할 수
있기 때문에 조기에 치료하는 것이 바람직하다.
치료 : 우선 안정을 취하고, 부드러운 음식물을 먹으며, 아스피린 등의 해열진통제와
항생제를 투여하면 된다. 이때 냉수를 자주 마시거나 아이스크림 등을 먹는 것이
염증을 가라 앉치는데 도움이 되며 담배를 피우거나 술을 마시는 것은 금한다.
그러나 급성 편도염이 자주 재발하거나 합병증이 속발할 때, 편도가 비대해져
호흡곤란, 연하곤란 등이 있을 때는 편도를 제거하는 것이 바람직하다.
(5) 기관지염 : (급성 기관지염, 만성 기관지염)
기관지란 기관이 크게 두 개의 작은 가지로 나뉘어 지는 곳으로 부터
눈으로는 보기 어려운 모세기관에 이르는 부분까지를 말하는데
이곳에 염증이 생기는 것을 기관지염이라 한다.
급성기관지염은 주로 감기가 걸린 후나 병균이 침입하여 갑자기 발병하게
되는데 침입한 병균이 기관지 벽의 세포를 파괴하여 염증을 일으키는 것으로
보통 2-3주 정도의 치료로 완치가 가능하다.
만성기관지염은 병균에 의한 것 보다는 주로 흡연을 하거나 먼지, 공해성
화학물질을 흡입함으로써 발생되는 것으로 , 오랜 기간 기관지가 자극을
받아 분비물을 생성하는 세포가 많아져 객담 배출, 기침등의 증상이 나타나는
질환이다.
따라서 급성 기관지염이 만성으로 악화되는 경우는 흔치 않고 오히려
만성 기관지염 환자에서 급성 기관지염이 생길 수가 있다.
(6) 폐 렴
폐렴은 폐 실질의 염증을 뜻하는데 일반적으로는 급성의 감염성 병원체에
의한 것으로 화학물질, 물리적 원인, 알레르기성 물질도 원인이 된다.
증상 : 폐렴의 증상은 다양하지만 기침, 발열이 있으면서 전신무력감, 호흡곤란,
흉통, 빈 호흡증이 있으면서 콧물, 인후통 등의 상기도 감염증상이 없을 때에는
폐렴일 가능성이 높다.
초기에는 객담이 점액성으로 양이 적을 수 있지만 2-3일 내에 화농성의 객담이
다량 배출되게 되며 간혹 혈담이 있기도 하지만 다량의 각혈은 드물다.
원인 균은 환자의 나이 나 평소 가지고 있는 질병상태에 따라 달라지고 환자의
이학적 소견과 객담검사, 혈액검사, 흉부 X선 검사소견에 의해 진단을 하게 된다.
치료 : 일반요법으로 발열과 식욕부진에 의한 탈수를 예방하기 위해 충분한
수분공급을 해야 하고, 흉통이 심할 때는 진통제, 호흡곤란이 있을 때 산소흡입
등이 필요하고 예상되는 원인 균에 따라 감수성이 잘 알려진 항생제를
투여해야 한다.
A. 세균성 폐렴
*그람 양성구균 폐렴 -- EM, JM, Cefa계
* Klebsiella 폐렴 -- 말기감염의 주원인균으로 알려짐
* Haemophilus에 의한 폐렴 -- 소아에서는 1차 감염균만성호흡기 질환에 수반하는 폐렴
기관지확장증, 만성기관지염 등 기도의 병변에 따라 감염이 있을 때가 많다. 기도 내의 감염의
병인균으로서는 Haemophilus와 Klebsiella, 녹농균, 대장균의 빈도가 높으나 Haemophilus와
폐렴구균이 주원인 균으로 이룬다. ABPC, AMPC 등이 효과, Cefa계는 무효.
* 중증질환에 수반하는 폐렴--악성종양, 혈액질환 등 말기에 병발하는 폐렴은 그람음성간균이
주체가 된다. 이밖에 결핵균, 진균 등에 의한 병발폐렴도 있어 원질환을 치료해 두어야 한다.
B.급성폐렴
감기의 속발 또는 선행질환이 없으면서도 갑자기 발병되는 폐염은
바이러스성, mycoplasma성의 폐염에 속함.
1) 바이러스성 폐렴
인플루엔자 A.B, adenovirus, parainfluenza virus
항 바이러스제 사용, 2차 감염 방지를 위해 ABPC 사용, 발증 후
EM, TC, ABPC, Cefa 계의 항생제 사용.
2) mycoplasma 폐렴
이형(異型)페렴의 약 40%가 여기에 속함.
mycoplasma는 세포막을 갖고 있지 않기 때문에 페니실린계, Cefa계는 무효임.
TC, EM, JM 등이 1차 선택 약.
(7) 기관지천식
기관지 천식은 일반적으로 알레르기성 질환이 문제가 되는 가계의
가족에게서 나타나는 폐 질환으로 먼지, 꽃가루, 음식물, 약물, 냄새,
감염증, 감기, 감정변화 등이 원인이 되어 증상이 시작되고 그 기간 및
정도는 환자의 신체조건 및 나이, 피로 등에 의해서 좌우된다.
원인물질에 의한 자극으로 기관지점막이 부어 오르고, 분비물에 의한
기관지의 내강이 좁아지며, 기관지의 수축이 일어나 공기가 자유스럽게
이동할 수 있는 여유가 줄어들어 숨참, 천명 (숨쉴 때 휘파람 소리같이
색색거리는 소리가 들리는 증상)과 같은 증상이 일어나게 되는 것이다.
따라서 가능하면 원인을 제거하는 것이 바람직하지만 실제로 원인이
파악되는 경우는 드물고 일단 증상이 생기면 의사의 전문적 치료를 받고,
앞으로 있을 증상의 재발을 줄이거나 증상을 약화시키도록 노력해야 한다.
(8) 폐기종
폐는 늘어나면서 공기와 혈류를 폐 속으로 유입 시키고, 오므라들면서 밖으로
내보내는 기능을 효과적으로 수행함으로 써 우리 몸에 필요한 산소를 섭취하
는 기관이다.
말초 세 기관지와 폐 포가 늘어나서 폐장 고유의 신축기능이 없어져 폐기종이
발병한다. 흡연, 대기오염물질, 작업장의 나쁜 공기와 오염물질 등 만성적인
호흡기 자극물질이 폐장에 흡입될 때 폐포에 탄력성을 유지시키는 물질의 기
능을 약화시켜 폐기종을 일으키는데, 이는 수년 내지 수십 년에 걸쳐 서서히
진행된다. 그리고 일단 수축력을 잃어버린 폐 조직은 그 탄력기능을 되찾지 못
하는 경우가 대부분이다.
증상으로는 조금만 몸을 움직여도 숨이 차고 , 2차적으로 세균 감염이 생겨
기침과 객담이 생기고 기도가 좁아짐으로써 천식 같은 천명음을 동반하는 수
도 있다. 기침을 많이 해서 가슴통증이 생기며 심하면 산소부족증을 일으켜 청
색증이 생기고 호흡 부전증으로 사망할 수도 있다.
* 진단과 치료
질병의 원인을 제거해 주고 합병증을 방지해 주면서 대증요법을
할 수 있는 정도이므로 원인물질을 최대한 피해 질병을 예방하
는 것이 최대의 치료법이란 것을 염두에 두어야 한다. 폐기종의
가장 흔한 합병증으로는 기관염과 기관지 천식증이 있고 이에
대증요법으로 기관지 확장제, 객담용해제, 항생제 등을 사용한다.
폐기종의 종말증상은 호흡 부전 증이 대부분으로 숨이 몹시 차고
얼굴과 손발이 저 산소 증으로 파랗게 되면서 의식상태가
혼미해지는 증상을 나타낸다. 이런 경우 즉시 산소요법을 할 수
있는 큰 병원으로 환자를 옮겨야 한다.
(9) 진폐증
먼지를 장기간에 걸쳐 들이마심으로써 생기며 대부분 직업상
늘 먼지를 마시는 사람에게 많이 발생한다. 가장 많은 것은 탄광부
진폐증이다.
그 다음이 땅을 파고 돌을 깨는 사람에게 흔히 나타나 는 규폐증,
조선소, 건축관계 근로자에게 많이 발생하는 석면폐 증 등이다.
이밖에도 주석, 중정석, 철분, 알루미늄, 탈 크 , 규조토 등의 무기물질에
의해서도 발생한다.
우리 나에서 현재 문제가 되고 있는 탄광부 진폐증은 전체 탄광노동자의
10% 정도가 걸려 있는 것으로 추산된다. 10∼15년간 근무한 사람의 35%,
16∼20년간 근무한 사람의 50%이상이 이 병에 걸린 것으로 집계되었다.
진단과 치료
초기에는 증상이 없이 5년, 10년 근무하는 사이에 서서히 발병하며
주기적인 근로자 건강검진에서 진단되는 것이 보통이다. 흉부X선 검사에
병변이 보이고 폐기능 검사상 이상소견이 보이기 시작했을 때는 이미 병은
상당기간 진행된 것으로 이때 치료를 시작해도 늦은 경우가 많다.
이병에 대해서는 아직 특효약이 없어 일단 생긴 진폐증을 없애주는
방법은 없다. 예방이 최선의 치료로 작업장의 환경개선, 보호마스크
착용 등이 필요하다.