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6.호흡계

폐포내의 기체교환

작성자 채식영양
작성일 16-02-08 15:48 | 조회 1,090 | 댓글 0

본문

공기의 압력은 수은기둥이 760mm올라가는 정도의 압력을 가지고 있어서 1기압 또는 760mmHg라고 표현한다. 공기는 80%가 질소이고 20%가 산소 그리고 이산화탄소는 0.03%정도인데 이를 압력으로 나타내면 산소압력은 160mmHg이고 이산화탄소는 0.3mmHg이다. 반면 폐포안의 산소기체압력은 105mmHg이고 이산화탄소의 압력은 40mmHg정도로서 폐포안에서 산소와 이산화탄소가 서로 반대방향으로 확산된다. 폐포내의 산소확산에 영향을 미치는 요인은 세가지로 대기의 산소압력, 폐포환기율 그리고 체내의 산소소비율이다

    동맥은 심장에서 나가는 혈관이고, 정맥은 온몸을 돌고 난 후의 혈관이다. 따라서 정맥혈액은 신체조직에서 오는 것이므로 높은 이산화탄소농도(46mmHg)와 낮은 산소농도(40mmHg)를 가진다. 폐포와 모세혈관내의 기체농도의 차이는 양쪽에서 기체농도가 평형을 이룰때까지 확산을 지속하게 한다. 



혈액내에서 산소는 혈장에 녹아 있거나 적혈구의 헤모글로빈에 결합된 상태로 이동하게 된다. 산소는 물에 잘 용해되지 않으므로 대개의 경우 헤모글로빈에 결합된 상태인데 혈액 1리터당 헤모글로빈과 결합한 산소는 197mL이고, 용해된 양은 단지 3mL이다.

적혈구내의 헤모글로빈분자는 4개의 소단위가 결합된 단백질로, 각 소단위는 헴과 글로빈이라는 펩타이드가 결합된 것이다. 각 헤모글로빈은 하나씩의 철이온 (Fe2+)을 함유하여 산소분자 하나씩과 결합할 수 있다. , 적혈구내의 헤모글로빈은 총 4개의 산소분자와 결합하며 이를 아래와 같이 표기한다. O2 + Hb HbO2

 

헤모글로빈의 산소와 결합한 비율, 즉 포화율은 (Hb 결합하는 O2)/(O2 결합할 있는 최대의 Hb) ×100이다.

헤모글로빈의 포화율에 가장 큰 영향을 미치는 것은 혈액내 산소의 농도(압력)인데 이를 나타낸 그래프가 산소-헤모글로빈 해리곡선이다. 이 곡선은 S자곡선모양으로 산소압력이 10~60mmHg에서 급격한 경사를 보이며, 70~100mmHg에서 완만해진다. 산소분압이 60mmHg일때 결합률은 90%이며 그 이상의 산소농도에서는 완만히 결합률이 증가하게 된다. S자곡선을 그리는 이유는 헴에 산소분자가 처음 결합하게 되면, 이후에 4개의 글로빈 소단위간의 결합이 서로 떨어지면서, 산소에 결합하기 쉽게 입체구조가 변형되기 때문이다. 폐로 유입되는 혈장과 적혈구의 산소압력은 40mmHg인데 이때의 헤모글로빈포화도는 75%정도가 된다산소농도 이외에 헤모글로빈 포화도에 영향을 주는 것은 이산화탄소농도, 수소이온농도, 온도, 2,3-디포스포글리세르산이다. 이들 인자들의 농도나 수치가 증가하게 되면 산소-헤모글로빈 해리곡선은 오른쪽으로 이동하게 된다.

 

그림


이는 말초조직에서 헤모글로빈에 결합된 산소가 쉽게 떨어져 나와 조직세포로 이동할 수 있도록 한다. , 말초조직에서 대사활동이 활발하므로, 온도가 높고, 이산화탄소농도는 높으며, 산성도가 높고, 2,3-디포스포글리세르산의 농도가 높아진다. 말초세포에서 산화된 영양소는 CO2 물로 방출되는데, 이때 이산화탄소는 10% 혈장에 용해되고, 30% 헤모글로빈에 결합하여 카바미노 헤모글로빈형태로 이동하며, 60% 중탄산염(bicarbonate)으로 변환되어 혈액을 타고 폐를 향하여 이동하게 된다. 반응은 다음과 같이  표기할 있다. ,

CO2 + H2O H2CO3 (탄산염) HCO3-(중탄산이온) + H+

 

             폐에 도달한 데옥시헤모글로빈은 수소를 방출한 후 산화헤모글로빈이 된다. 이때 방출된 수소이온은 중탄산염과  결합하여 탄산염이 된후 다시 이산화탄소와 물로 전환된다. 그리고 이때 생성되는 이산화탄소는 호흡계를 통해 나가게 된다. 이 과정을 통해 몸은 일정한 수소이온농도를 유지할 수 있게 된다. 만약 폐질환 등으로 환기가 제대로 되지 않으면 동맥내의 이산화탄소농도는 증가하고 수소이온의 농도도 증가하여 산성도가 증가 (pH감소)하게 된다. 이를 호흡성 산혈증 (respiratory acidosis)이라 한다. 

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