호흡기계 해부 및 생리

제3장 호흡기계

 

호흡은 생명에 필수적 요소로 호흡이 중단되면 생명이 유지될 수 없다. 호흡작요은 이러한 심장맥관계와 같이 기능하여 폐에 들어온 산소를 폐조직에 운반하여 주고 대신 체조직에서 돌아온 노폐물인 이산화탄소는 폐를 통해 내보내고 있다. 이러한 호흡기계의 기능에 문제가 발생한 환자는 병원에 오기 전 응급현장에서 흔히 접할 수 있다. 이때 호흡기계의 기도 유지 관리는 환자의 성공적인 처치에 매우 중요하며 따라서 이 장에서는 기도유지와 기도 관찰을 위한 호흡기계의 해부와 생리, 호흡기계의 사정, 호흡기계 질환관리에 관해 다루고자 한다.

 

1. 호흡기계 해부 및 생리

호흡기계는 비공(nares)에서 인두(phanynx), 후두(lanynx)를 거쳐 기관(trachea), 기관지(bronchus)를 통해 폐에 이르는 구조를 일컫는다. 호흡의 주 장기인 폐는 흉강내 양측에 위치하며 가볍고 스폰지와 같이 구멍이 있고 탄력성이 있는 원추형 장기로서 공기를 흡입하면 팽창되고 배기후에는 수축된다. 폐의 하부는 횡경막에서부터 상부는 쇄골위에까지 이르고 있다. 양측 폐의 중앙 표면의 기관지가 이어지는 부분을 폐문(hilus 또는 hilum)이라고 부른다.

양측 폐는 엽(lobes)으로 나누어지는데 우측 폐는 3개의 엽으로 되어 있고 좌측 폐는 2개의 엽으로 되어 있다. 엽은 다시 분절(segment)로 나누어지며 우측 폐는 10개의 분절로 되어 있고 좌측 폐는 8개의 분절로 구성되어 있다. 폐의 혈액 공급은 폐동맥과 기관지동맥에 의해 이루어지고 있다. 폐 또한 2층의 막으로 싸여 있는데 흉강을 싸고 있는 늑막의 층을 벽측 흉막(parietal pleura)이라 하고 폐의 바깥 쪽을 싸고 있는 늑막층을 장측 흉막(visceral pleura)이라 한다. 양측 막 사이를 흉막강(pleural space)이라고 부르며 여기에는 적은 양의 장액(serous fluid)이 들어 있으며 이는 폐가 팽창될 때 두 층 막의 마찰을 방지하는 윤활제의 역할을 하고 있다. 정상적으로 흉막강내의 압력은 음압(-)상태로서 폐의 흡기시 흉막강 내압은 754mmHg이며 호기시에는 757mmHg가 된다. 그러나 폐내압(intrapulmonary pressure)의 변동은 흡기시 759mmHg에서 호기시의 763mmHg로, -1~+3mmHg로서 흉막강의 압의 변동 –6~-3mmHg보다 작은 음압으로 폐는 항상 벽측흉막쪽으로 끌려 흡착된 상태를 유지하고 있다.

호흡기계의 상부인 코, 인두, 후두 그리고 성문에 이르는 상부기도(upper airway)의 기능은 공기를 하부기도로 전달하는 것과 물질로부터 하부기도를 보호해 주고 흡입된 공기를 따뜻하게 하고 여과시키며 습기를 포함하도록 하는 일이다. 하부기도(lower airway)는 기관 기관지(tracheobronchial tree)라고도 부르며 ① 기관(trachea), ② 좌우 기관지(rt. and It. bronchus), ③ 세기관지(segmental bronchi), ④ 하부세기관지(subsegmental brouchi), ⑤ 말단세기관지(terminal bronchioles)로 구성되어 있다. 기관은 성인의 경우 길이가 10~12cm, 직경이 16mm이고 5번째 흉추에서 좌우기관지로 갈라진다.

 

하부기도의 주요 기능은 ① 폐포까지 공기를 전달하는 것(conduction of air), ② 점액과 섬모의 청결작용(mucociliary clearance), 그리고 ③ 폐의 계면활성제 생성(production of pul-monary surfactant)을 들 수 있다.

폐는 우측 폐가 600~650gm이며 총환기령의 55%를 차지하고 좌측 폐는 525~575gm으로 환기량의 45%를 차지한다. 폐포는 2~6억개가 있으며 평균 폐포 표면적이 40~100m²이다. 폐포의 두께는 0.2~0.5µ 정도로 얇아서 기체교환(확산작용)이 용이하도록 되어 있다.

폐포상피는 type Ⅰ과 Ⅱ의 두 가지가 있는데 type I의 폐포상피는 세포소기관(orga-nelle)이 없으며 기체교환작용을 하고 type Ⅱ 폐포상피는 특징적인 세포소기관을 지니며 계면활성물질(surfactant)을 생성한다. 계면활성물질은 인지질(phospholipid)로 폐포의 표면장력을 줄이는 역할을 한다.

인체는 호흡조절을 수의적 조절과 불수의적 조절로 모두 할 수 있다. 호흡은 일차적으로 화학적, 물리적 그리고 신경반사에 의해서 조절되는 불수의적 작용으로서 인체내 산소와 탄산가스를 조절한다.

호흡의 일차적 조절은 뇌간(brainstem)에 위치한 호흡조절중추(pneumotaxic center)로부터 이루어진다. 호흡조절중추로부터 흡기의 시작을 위한 신경충동은 횡격막과 늑간근육에 보내어진다.

폐와 흉막(pleura)에는 현미경적 신전 수용기(stretch receptors)가 위치하고 있으면서 규칙적인 흡기를 가능케 한다. 흡기 동안에는 폐의 팽창이 신전 수용기를 활성화시켜 신경충동이 뇌간에 전달된다. 그러면 뇌간에서는 이 메시지를 전달받고 흡기를 중지시키며 폐를 축소시킨다. 다음 폐는 흡기전 상태로 돌아가고 신전 수용기는 뇌간에 메시지 전달을 중지하며 같은 주기가 다시 시작된다.

호흡은 뇌의 연수(medulla), 말초적으로는 대동맥궁(aortic arc)과 경동맥체(carotid body)에 분포되어 있는 화학 수용기(chemoreceptors)에 의해서도 조절이 된다. 이러한 화학 수용기는 혈액내의 가스, pH 및 뇌척수액에 의해 영향을 받으며 특히 산소 분압(Po₂)의 감소, 탄산가스 분압(Pco₂)의 증가시 그리고 pH의 감소시에 반응한다.

정상인에서 호흡활동의 증가 또는 감소작용을 일으킴으로써 호흡수를 결정하는 것은 혈액내 CO₂의 농도인다. 혈류내의 CO₂의 고농도 상태는 화학 수용기를 자극함으로써 호흡활동을 증가시키고, 반대로 저농도의 CO₂는 호흡활동을 감소시킨다. 혈액내 부적절한 산소농도 역시 화학 수용기의 모니터링 대상으로서 저농도의 O₂일 때 산소상태에서 호흡작용이 이루어진다.(hypoxic drive) 이러한 환자들은 만성 폐쇄성 호흡기계 질환(COPD)을 가진 사람들로서 높은 정도의 CO₂에 호흡중추가 적응이 되어 있어 Po₂ 60mmHg 이하에서 호흡률과 깊이의 반응이 일어난다(정상 Po₂ 농도는 80~100mmHg). 그러므로 COPD환자에게 고농도의 산소 주입시에는 지속적인 모니터링이 필요하다.

호흡기계의 정상기능을 인식하기 위하여 비정상적인 호흡기계의 기능을 이해함은 중요하다. 정상적인 호흡수는 성인에서 1분에 약 10~14회, 어린이에서는 약 24회이며 유아에서는 약40~60회 정도이다. 호흡수에 가장 많이 영향을 미치는 요인으로는 발열(fever), 불안(anxiety), 산소결핍 및 출혈상태이며 이때 호흡수가 증가된다.

그러나 수면상태에서는 호흡수는 감소되고 여러 가지 반응을 일으키는 역물들에 의해서 호흡은 증가, 감소 또는 정지될 수 있다. 정상적인 남자 어른의 폐활량은 약 6 liters이며 다음은 폐의 용량을 표현하는 용어들이다.

● 호흡기량(tidal volume) : 1회의 호흡주기 동안의 흡기 또는 호기시에 폐에 출입하는 공기의 량. 정상적으로 500cc에 해당함.

● 사강(dead air space) : 가스교환시 이용되지 않는 기도 통과부위에 남아 있는 공기의 량. 정상적으로 150cc에 해당함.

● 폐포공기(alveolar air) : 가스 교환을 위해 폐포에 도달한 실제의 공기. 정상적으로 350cc에 해당함.

● 분량(minute volume) : 1분에 호흡기에 출입한 가스량. 이것은 “호흡기 량×호흡률”로 산출됨.

● 폐활량(vital capacity) : 최대 호흡시에 폐에 출입하는 공기량