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Pulmonary Ventilation

폐 환기 (Pulmonary Ventilation) 관련 개념들을 정리해보겠습니다.

폐환기(Ventilation)의 기본 원리

정의
폐환기(Ventilation) 는 들숨(inspiration)과 날숨(expiration)을 통해 공기가 폐로 들어오고 나가는 과정을 의미하며, 산소 공급과 이산화탄소 제거를 담당하는 중요한 생리적 기능입니다.

기체의 물리적 법칙

기체의 물리적 법칙
공기는 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 곳으로 흐릅니다.
용적이 줄어들면 압력이 증가하고, 용적이 늘어나면 압력이 감소합니다.
온도가 상승하면 일정한 기체의 용적이 증가합니다.

호흡압

호흡압
폐 내부 압력(폐내압, intrapulmonary pressure)이 대기압과 같으면 공기의 흐름이 발생하지 않습니다.
상대압력으로 0으로 간주하며,
대기압보다 낮은 경우 음압(negative pressure),
높은 경우 양압(positive pressure)으로 표현됩니다.

음압과 양압

공기의 흐름을 조절

음압(negative pressure)

  • 폐 내부압력이 주위 압력보다 낮은 상태 -> 외부에서 공기가 들어옵니다.
  • 예를 들어, 빨대를 사용할 때 입 안의 압력이 외부보다 낮아져 음료가 올라오는 것처럼, 폐에서 음압이 생기면 공기가 들어옵니다.

양압(positive pressure)

  • 폐 내부 압력이 주위 압력보다 높은 상태 -> 내부에서 외부로 공기가 나갑니다.
  • 풍선을 불 때 폐 속의 압력이 바깥보다 높아져 공기가 밖으로 나가는 것과 같습니다.

흉막강

흉막강 (Pleural Cavity)
폐를 둘러싼 이중막 사이의 공간으로, 흉막강 내부의 음압은 폐를 팽창된 상태로 유지합니다.
기흉 (Pneumothorax)
흉벽이 손상되어 흉막강 내부 압력이 대기압과 같아지면, 폐가 수축하여 무기폐(폐 허탈)가 발생합니다.

호흡 과정

들숨 /흡기 (Insipiration)

Pulmonary Ventilation Inhalation
들숨 (Inspiration)
횡격막과 외늑간근이 수축하여 흉강과 폐의 용적을 증가시킵니다.
용적 증가로 인해 압력이 감소하며, 대기압이 폐내압보다 높아져 공기가 폐로 유입됩니다.
흡입된 공기가 체온으로 팽창하여 폐 팽창을 돕습니다.

날숨/ 호기 (Expiration)

Pulmonary Ventilation, Exhalation
날숨 (Expiration)
횡격막과 외늑간근이 이완하여 흉강이 원래 크기로 돌아가면서 폐 용적이 감소합니다.
폐내압이 대기압보다 높아지면서 공기가 폐에서 배출됩니다.

정적 호기 / 강제적 호기

Diagram of Expiration By Cruithne9 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=59895131

정적 호기(Quiet expiration) : 조용한 날숨, 폐와 흉곽의 탄성을 이용한 수동적 호기
-> 별도의 힘을 들이지 않고 편하게 쉬는 날숨
강제적 호기 (Forceful Expiration) : 깊은 날숨, 복근과 내늑간근의 수축에 의한 능동적 호기
-> 촛불을 후 불때 처럼 숨을 더 세게 내쉬기 위해 근육을 사용하는 날숨

환기에 영향을 미치는 요인

폐 탄성 (Lung Elasticity)

폐 탄성 덕분에 숨을 내쉴 때 별도의 힘을 들이지 않고도 자연스럽게 공기가 나갈 수 있습니다.

폐 탄성 (Lung Elasticity)
폐와 흉곽의 탄성으로 인해 정적 호기(Quiet Expiration)가 가능해집니다.
(=별도의 힘을 들이지 않고 날숨을 편하게 할 수 있다는 뜻)

탄성이 감소하면 날숨이 어려워지며, 폐기종(Emphysema)과 같은 질환에서 이와 같은 현상이 관찰됩니다.

폐 순응도 (Lung Compliance)

폐가 팽창하기 쉬운 정도를 의미
뻣뻣하면 팽창이 어려워짐

폐 순응도 (Lung Compliance)
폐가 팽창하기 쉬운 정도를 의미합니다.
정상적인 경우 순응도가 높고 호흡이 원활합니다.
폐 섬유증(Fibrosis)과 같은 질환에서는 폐가 뻣뻣해져 순응도가 낮아지고 팽창이 어려워집니다.

기도 저항 (Airway Resistance)

공기 흐름의 저항 정도

  • 기관지 수축 = 기도 저항 크다, 호흡이 어려움
  • 기관지 확장 = 기도 저항 작다, 호흡이 원활
기도 저항 (Airway Resistance)
기도의 직경과 상태에 따라 공기 흐름에 저항이 발생합니다.
천식(Asthma)이나 COPD와 같은 질환에서는 기도가 좁아져 저항이 증가하고 호흡이 어려워집니다.
부교감신경 자극과 히스타민은 기관지를 수축시켜 저항을 증가시킵니다.
에피네프린은 기관지를 확장시켜 저항을 감소시켜 호흡을 더 원활하게 만듭니다.

결론

폐환기Ventilation) 의 중요성
폐환기는 공기 흐름과 산소 교환을 조절하는 핵심 과정으로, 폐와 흉곽의 압력 변화, 근육의 움직임, 기도의 저항 등 다양한 요인에 의해 조절됩니다.폐 환기의 이상은 호흡기 질환으로 이어질 수 있습니다.

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