산소와 이산화탄소 교환(Exchanging Oxygen and Carbon Dioxide)

호흡기 계통의 주요 기능은 산소를 흡입하고 이산화탄소를 제거하는 것이다. 들이마신 산소는 폐로 들어가 폐포에 도달한다. 폐포의 내부를 이루는 세포 층과 주위의 모세혈관은 각각 세포 하나의 두께로 이루어져 있으며, 서로 매우 근접하게 접촉하고 있다. 공기와 혈액 간의 이 장벽은 두께가 평균 약 1미크론(1/10,000센티미터의 또는 0.000039인치) 정도 된다. 산소는 이 공기와 혈액 간 장벽을 통해 모세혈관의 혈액 안으로 빠르게 들어간다. 이와 유사하게, 이산화탄소는 혈액에서 폐포로 들어간 다음 배출된다.

 

폐포와 모세혈관 사이의 기체 교환

 

 

산소화 혈액은 폐에서 폐정맥을 거쳐 심장의 왼편으로 이동하는데, 이곳에서 혈액을 인체의 나머지 영역으로 공급해 주게 된다. 산소 결핍 상태로 이산화탄소가 가득 채워진 혈액은 두 개의 대정맥인 상대정맥과 하대정맥을 통해 심장의 오른쪽 편으로 돌아간다. 그리고 나서, 혈액이 폐동맥을 통해 폐로 공급되는데, 이곳에서 혈액은 산소를 싣고 이산화탄소를 방출한다.

 

 

산소를 흡수하고 이산화탄소를 방출하는 것을 지원하기 위해 분당 약 5~8리터(약 1.3~2.1갤런)의 공기가 폐로 들어오고 나가며, 약 0.3리터(약 0.3쿼트)의 산소가 폐포에서 혈액으로 매분마다 전달된다. 이는 쉬고 있을 때에도 계속된다. 동시에, 비슷한 양의 이산화탄소가 혈액에서 폐포로 이동하고 배출된다. 운동 중에는 분당 100리터(약 26갤런)가 넘는 공기를 숨으로 들이 마시고 내쉬며, 이를 통해 공기에서 분당 3리터(1갤런보다 약간 적은 양)의 산소를 얻는 것이 가능한다. 산소가 인체에서 사용되는 비율은 인체에서 소비되는 에너지의 비율을 측정하는 일종의 수단이 된다. 숨을 들이마시고 내쉬는 것은 호흡근을 통해 수행된다.  

 

폐를 통해 산소를 외부 공기에서 혈류로 전달하는 세 가지 과정인 환기, 확산 및 관류가 필수적이다.

 

• 환기(ventilation)는 공기가 폐에 들어오고 나가는 과정이다.
• 확산(diffusion)은 폐포와 폐의 모세혈관 사이에서 특정 에너지를 사용하거나 인체가 노력을 하지 않은 채로 이루어지는 기체의 자발적인 운동이다.
• 관류(perfusion)는 심혈관계가 혈액을 폐 전체에 공급하는 과정이다.

 

 

인체 순환계는 산소를 포함하는 대기와 산소를 소비하는 인체 세포 간의 필수적인 연결 고리이다. 예를 들면, 인체 전체에 걸쳐 있는 근육 세포에 산소를 전달하는 것은 폐뿐만 아니라 산소를 운반하는 혈액의 능력과 혈액을 근육에 수송하는 순환 능력에 달려 있다. 또한 심장에서 공급되는 혈액 중 극히 일부가 기관지 동맥으로 들어가 기도에 영양을 공급한다.

 

폐와 심장 연결