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1. 호흡기계 구조와 기능
1.1. 폐순환
폐순환은 심장의 우심실로부터 받은 혈액이 기도의 종말세기관지에서 작용할 수 있도록 적은 압력으로 많은 양의 혈액을 순환하는 것이다. 산소가 유리된 혈액은 우심실에서 작은 동맥과 세동맥 그리고 폐포모세혈관까지 연결하는 주 폐동맥을 통해 이동한다. 혈액이 산소화되고, 이산화탄소가 제거되면 혈액은 폐정맥을 통해 심장의 좌심실로 돌아간다. 좌심실로 들어간 산소화된 혈액은 대동맥으로부터 분출되어 체순환을 하게 된다.
폐동맥은 우심실로부터 폐로 흘러들어가는 혈액을 운반하는 역할을 한다. 폐동맥은 폐 실질과 밀접하게 연관되어 있어 폐포와 근접한 부위에 분포하고 있다. 폐동맥은 폐포 주위로 조밀한 모세혈관 망을 이루고 있는데, 이는 폐포와 모세혈관 사이의 가스교환을 위한 효율적인 구조를 만든다.
폐동맥에 의해 흐르는 혈액은 산소가 부족한 정맥혈이다. 폐동맥 혈액은 폐포에서 산소를 공급받고 이산화탄소를 내보내면서 산소화된다. 산소화된 혈액은 폐정맥을 통해 좌심방으로 흘러들어가게 된다. 이렇게 산소화된 혈액은 좌심실을 거쳐 전신순환으로 보내지게 된다.
폐순환의 특징은 정맥혈이 상대적으로 적은 압력에 의해 폐로 보내지고, 폐동맥과 폐모세혈관이 폐포에 밀접하게 분포하여 효율적인 가스교환이 이루어진다는 점이다. 이는 폐순환이 상대적으로 작은 압력으로 이루어지며, 심장의 우심실이 폐순환을 위해 소모하는 일은 적다는 것을 의미한다.
1.2. 환기
환기는 호흡기계의 주요 기능으로 폐 안팎으로의 공기 이동을 말한다. 공기의 움직임은 대기와 폐포 간의 압력차에 의해 발생하며, 흡기와 호기로 구성된다. 먼저 "흡기"는 능동적인 과정으로 횡격막과 외늑간근, 사각근 등 흡기 근육의 수축으로 이루어진다. 근육 수축은 흉곽의 크기를 증가시켜 흉막압이 대기압보다 3-5mmHg 낮은 음압을 형성하게 되고, 이에 따라 공기가 폐포로 들어가게 된다. 다음으로 "호기"는 주로 수동적인 과정으로 흉벽과 폐의 탄성 반동에 의해 이루어진다. 횡격막과 늑간근의 이완으로 흉곽 크기가 줄어들면서 폐포 내압이 대기압보다 높아져 공기가 밖으로 배출된다. 능동적 호기는 내늑간근과 복부 근육의 수축으로 촉진된다. 이러한 환기 과정을 통해 조직에 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하는 호흡의 목적이 달성된다. 환기는 신경계와 화학적 조절에 의해 조절되는데, 특히 연수와 뇌교의 호흡중추와 말초화학수용체의 역할이 중요하다.
2. 호흡기계의 생리
2.1. 가스교환
폐포가 신선한 공기로 환기되고 나면 호흡과정의 다음 단계는 폐포에서 폐 모세혈관으로의 산소 확산과 폐 모세혈관에서 폐포로의 이산화탄소 확산이다. 확산 또는 분자의 이동은 고농도에서 저 농도로 일어나는데 폐포-모세혈관 간의 가스교환에 영향을 미치는 4가지 요소가 있다.
첫째, 확산을 위해 이용 가능한 표면적이다. 폐포 표면적이 넓어야 효율적인 확산이 가능하다. 둘째, 폐포-모세혈관 막의 두께이다. 막이 얇을수록 가스 확산이 용이하다. 셋째, 막을 투과하는 가스의 분압 차이이다. 폐포와 모세혈관 사이의 산소와 이산화탄소의 분압 차이가 클수록 효과적인 확산이 일어난다. 넷째, 가스 용해성과 분자 특성이다. 산소는 이산화탄소보다 용해도가 낮아 확산이 어려운 편이나, 크기가 작아 확산이 용이하다.
이 요소 중 하나 또는 그 이상에 영향을 주는 어떤 상태나 질환은 폐포와 모세혈관 막을 통과하는 산소와 이산화탄소의 확산에 손상을 준다. 예를 들어, 폐섬유화로 인해 폐포-모세혈관 막이 두꺼워지면 확산이 어려워지고, 폐부종으로 인한 액체...
