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호흡계

Respiratory system
이 기사는 생물학적 시스템에 관한 것이다.기타 용도는 호흡 시스템을 참조하십시오.
호흡계
Respiratory system complete en.svg
인체 호흡 시스템에 대한 전체적이고 개략적인 시각과 그 부위 및 기능.
세부 사항
식별자
라틴어시스템 호흡기
메쉬D012137
TA98A06.0.00.000
TA23133
FMA7158
해부학 용어

호흡 시스템(호흡기, 인공호흡 시스템)은 동식물에서 가스 교환에 사용되는 특정 장기 및 구조로 구성된 생물학적 시스템입니다.이것을 가능하게 하는 해부학과 생리학은 유기체의 크기, 그것이 사는 환경, 그리고 그것의 진화 역사에 따라 크게 다르다.육지 동물에서 호흡면은 [1]폐의 라이닝으로 내장되어 있다.폐의 가스 교환은 수백만 개의 작은 공기 주머니에서 일어납니다; 포유류와 파충류에서는 이것을 폐포라고 부르고 조류에서는 그것들은 심방이라고 알려져 있습니다.이 미세한 공기 주머니는 매우 풍부한 혈액 공급을 가지고 있기 때문에 공기가 [2]혈액과 밀접하게 접촉하게 됩니다.이러한 공기 주머니는 기도의 시스템, 즉 중공 튜브를 통해 외부 환경과 소통하며, 그 중 가장 큰 것은 흉부 중앙에서 두 개의 주요 기관지로 분기하는 기관입니다.이것들은 폐로 들어가서 점점 더 좁은 2차 기관지와 3차 기관지로 분지되고 수많은 작은 튜브인 기관지로 분지된다.조류에서 기관지돌기는 파라브로니라고 불린다.그것은 포유동물에서는 일반적으로 미세한 폐포와 조류에서는 아트리움으로 열리는 기관지 또는 파라브론치이다.공기는 호흡근육을 수반하는 호흡의 과정에 의해 환경에서 폐포나 심방으로 펌핑되어야 한다.

대부분의 물고기와 많은 다른 수생 동물들(척추동물과 무척추동물 모두)에서 호흡계는 부분적으로 또는 완전히 외부 장기인 아가미로 구성되어 있으며, 물 많은 환경에서 목욕을 한다.이 물은 다양한 능동적 또는 수동적 수단으로 아가미 위로 흐릅니다.가스 교환은 얇거나 매우 평평한 필라멘트와 고도로 혈관화된 조직의 매우 넓은 표면적을 물에 노출시키는 라멜레로 구성된 아가미에서 일어납니다.

곤충과 같은 다른 동물들은 매우 간단한 해부학적 특징을 가진 호흡기를 가지고 있고, 양서류에서는 피부조차도 가스 교환에 중요한 역할을 한다.식물도 호흡기를 가지고 있지만 가스 교환의 방향성은 동물과 반대일 수 있다.식물의 호흡 시스템은 [3]식물의 다양한 부분에서 발견되는 기공과 같은 해부학적 특징을 포함합니다.

포유동물

해부학

주요 기사:폐 및 호흡기
그림 1. 호흡기
그림 2. 하부호흡기, 즉 '호흡수'

인간과 다른 포유류에서, 전형적인 호흡 시스템의 구조는 호흡기입니다.그 기관은 상기도와 하기도로 나뉜다.상관은 코, 코, 부비강, 인두, 그리고 성대 위의 후두 부분을 포함합니다.하부 기관(그림 2.)은 후두, 기관지, 기관지, 기관지, 기관지 및 폐포를 포함한다.

하부 기관의 분기 기도는 종종 호흡 수목 또는 기관 기관지 수목으로 설명된다(그림 [4]2)."나무"의 다양한 가지를 따라 연속되는 분기점 사이의 간격은 종종 분기 "세대"라고 불리며, 성인 인간에게는 약 23대가 있다.기관과 기관지로 구성된 이전 세대(약 0-16세대)는 단순히 공기 도관으로 작용하여 가스 교환이 이루어지는 [5][6]호흡 기관지, 폐포 및 폐포(약 17-23)에 공기를 공급하는 더 큰 기관지로 구성된다.기관지는 연골 지지대가 [4]없는 작은 기도로 정의된다.

기관지에서 가장 먼저 가지를 치는 기관지는 오른쪽과 왼쪽의 주요 기관지다.둘째, 기관(1.8cm)의 직경만 있는 이 기관지(1-1.4cm 직경)[5]는 각 문에서 폐로 들어가 로바 기관지로 알려진 좁은 2차 기관지로 분기하고, 이것들은 분절 기관지로 알려진 좁은 3차 기관지로 분기합니다.분절기관지([7]지름 1~6mm)의 추가 분할을 4차, 5차 및 6차 분절기관지라고 하며, 또는 분절기관지(segmental bronchi)[8][9]로 함께 그룹화한다.

성인의 호흡나무 가지 수가 23개(평균)인 것에 비해 생쥐의 가지 수는 약 13개에 불과하다.

폐포는 "나무"의 막다른 골목입니다. 즉, 폐포에 유입되는 모든 공기는 동일한 경로를 통해 배출되어야 합니다.이와 같은 시스템은 호흡 후 기도를 채우고 환경 공기가 [10][11]폐포에 도달하기 전에 다시 호흡되는 공기 부피인 데드 스페이스를 만듭니다.흡입이 끝나면 기도는 환경 공기로 가득 차 가스 [10]교환기와 접촉하지 않고 내뱉습니다.

환기량

그림 3 '기압계'의 출력왼쪽에서 읽은 그래프의 위쪽 움직임은 공기 흡입을 나타내고 아래쪽 움직임은 숨을 내쉬는 것을 나타냅니다.
주요 기사: 호흡 및 폐 볼륨

폐는 호흡 주기 동안 팽창하고 수축하며 폐에서 공기를 흡입합니다.정상적인 휴식 환경(휴식 조수량 약 500ml)에서 폐로 이동하거나 폐 밖으로 배출되는 공기의 양은 최대 강제 흡입 및 최대 강제 호기 동안 이동되는 부피는 사람에게서 스피로메트릭으로 [12]측정된다.폐가 겪을 수 있는 다양한 부피에서 주어진 이름을 가진 일반적인 성인 인간 스피로그램은 아래에 나와 있습니다(그림 3).

폐의 모든 공기는 최대 강제 호기(ERV) 중에 배출될 수 없습니다.이는 약 1.0~1.5리터의 잔류량(강제 내쉬기 후에도 남아 있는 공기량)으로, 스피로미터로 측정할 수 없다.따라서 잔류 체적(즉, 기능 잔류 용량 약 2.5-3.0리터, 총 폐 용량 약 6리터)을 포함하는 체적도 스피로메트릭으로 측정할 수 없습니다.측정에는 특별한 [12]기술이 필요합니다.

공기가 입이나 코를 통해, 또는 폐포에 들어가거나 나오는 속도는 계산 방법과 함께 아래 표에 나와 있습니다.분당 호흡 주기 수를 호흡 속도라고 합니다.평균적으로 건강한 사람은 1분에 1216번 숨을 쉽니다.

측정. 방정식 묘사
미세 환기 조수량 * 호흡수 분당 코나 입으로 들어오거나 나가는 공기의 총량 또는 정상적인 호흡.
폐포 환기 (최소 부피 – 데드 스페이스) * 호흡수 분당 폐포를 출입하는 공기의 양
데드 스페이스 환기 데드 스페이스 * 호흡수 흡입 중에는 폐포에 도달하지 않지만 대신 분당 기도에 남아 있는 공기의 양.

호흡 기구

그림 6 호흡 중 사람의 흉부 움직임 실시간 자기공명영상(MRI)
주요 기사 : 호흡 § 기계
리브의 "펌프 핸들" 및 "버킷 핸들 이동"
그림 4 흡입근육이 늑골 확장 시 미치는 영향여기서 설명하는 특정 동작을 리브 케이지의 펌프 핸들 이동이라고 합니다.
그림 5 이 리브 케이지에서는 중간선에서 바깥쪽으로 아래쪽 리브의 경사면을 명확하게 볼 수 있다.이를 통해 "펌프 핸들 효과"와 유사한 이동이 가능하지만, 이 경우 버킷 핸들 이동이라고 합니다.갈비뼈의 색깔은 그 분류를 나타내며, 여기서는 관련이 없다.
숨쉬기
그림 7 정지시 호흡근육: 왼쪽 흡입, 오른쪽 호흡수축근육은 빨간색, 이완근육은 파란색으로 표시됩니다.횡격막의 수축은 일반적으로 흉강(연청색)의 확장에 가장 많이 기여한다.그러나 동시에 늑간 근육은 갈비뼈를 위로 당깁니다(그 효과는 화살표로 표시됨). 또한 흡입 중에 갈비뼈가 확장됩니다(페이지 다른 쪽 그림 참조).숨을 쉬는 동안 이 모든 근육의 이완은 늑골 케이지와 복부를 탄력적으로 휴식 위치로 되돌립니다.그림 6과 비교하여 호흡 주기 동안 가슴의 움직임을 MRI로 확인할 수 있습니다.
그림 8 강제 호흡의 근육(흡입 및 호흡)색상 코드는 왼쪽과 동일합니다.횡격막의 보다 강력하고 광범위한 수축에 더해 늑간근은 늑골의 위쪽 움직임을 과장하기 위해 흡입의 부근에 의해 도움을 받아 늑골의 팽창을 크게 일으킨다.호기 중에는 흡입근육의 이완과는 별도로 복근은 늑골 케이지의 아래쪽 가장자리를 아래로 당기도록 활발하게 수축하여 늑골 케이지의 체적을 감소시키는 동시에 횡격막을 흉부 깊숙이 밀어 올린다.

포유동물에서 정지상태에서의 흡입은 주로 횡격막의 수축에 기인한다.이것은 흉강과 복강을 분리하는 위쪽 돔 형태의 근육 시트입니다.시트 평탄화(즉, 그림 7과 같이 아래쪽으로 이동)를 수축하면 흉강 부피가 전후 축에서 증가한다.수축하는 횡격막은 복부 기관을 아래로 밀어냅니다.그러나 골반 바닥은 가장 낮은 복부 기관이 그 방향으로 움직이는 것을 방해하기 때문에 유연한 복부 내용물은 배를 앞과 옆으로 바깥쪽으로 불룩하게 하는데, 이는 이완된 복근이 이 움직임에 저항하지 않기 때문이다(그림 7).정상적인 호흡 중에 복부의 이 완전히 수동적인 불룩한(그리고 숨을 내쉬는 동안 수축되는) 것을 때때로 "복부 호흡"이라고 부르기도 하지만, 사실은 "복부 호흡"이라고 부르는데, 이것은 신체 외부에서는 보이지 않습니다.포유류는 힘차게 숨을 내쉴 때만 복근을 사용합니다(그림 8과 아래 설명 참조).어떤 형태의 흡입이든 절대 안 돼

횡격막이 수축함에 따라 늑골 케이지는 그림 4와 같이 늑간 근육에 의해 위쪽으로 당겨지는 늑골에 의해 동시에 확대된다.모든 갈비뼈는 후방에서 전방으로 아래로 기울어지지만(그림 4 참조), 가장 낮은 갈비뼈도 중앙선에서 바깥쪽으로 기울어집니다(그림 5).따라서 리브 케이지의 가로 지름은 그림 4와 같이 펌프 손잡이 이동에 의해 전후 직경이 증가하는 것과 같은 방법으로 증가할 수 있다.

횡격막의 수축에 의한 흉강 수직 치수의 확대와 늑골의 전면과 측면의 상승에 의한 2개의 수평 치수의 확대는 흉강 내 압력을 감소시킨다.폐 내부는 외부 공기에 개방되어 탄력성이 있기 때문에 늘어난 공간을 메우기 위해 확장되며, 폐의 이중층 흉막 피복 사이의 흉수는 폐의 팽창 및 수축 시 마찰을 줄이는 데 도움이 됩니다.폐로 공기가 유입되면 호흡기도(그림 2)를 통해 공기가 유입됩니다.건강한 사람의 경우, 이러한 기도는 [13][14]코에서 시작된다.(백업 호흡 시스템인 입에서 시작할 수 있습니다.하지만, 만성적인 구강 호흡은 질병을 유발하거나 질병의 징후이다.)[15][16][17]다양한 부분의 지름은 교감 신경계와 부교감 신경계에 의해 바뀔 수 있지만, 그것은 항상 열려 있는 폐포라고 불리는 미세한 막다른 주머니에서 끝난다.따라서 폐포 기압은 항상 대기압(해발에서 약 100kPa)[18][19]에 가깝고, 폐 수축 및 팽창으로 인한 압력 기울기가 호흡 중 공기가 폐로 들어오고 나가는 경우는 거의 없다.

숨을 쉬는 동안 횡격막과 늑간 근육이 이완됩니다.이렇게 하면 가슴과 복부가 해부학적 탄력성에 따라 결정되는 위치로 돌아갑니다.이는 폐가 공기의 기능적 잔류 용량(그림 7의 오른쪽 그림에서 연한 파란색 영역)을 포함할 때 흉부와 복부의 "휴식 중간 위치"(그림 7)이며, 성인 인간의 체적은 약 2.5–3.0리터이다(그림 [6]3).호흡 중 호흡이 활발하게 수축하는 것보다 횡격막이 수동적으로 더 부드럽게 이완되기 때문에 휴식 호흡은 흡입보다 약 두 배 더 오래 지속됩니다.

그림 9 정상 호흡 주기 동안의 폐포 공기의 구성 변화왼쪽과 파란색 선은 이산화탄소 분압을 kPa 단위로 나타내며 오른쪽과 빨간색 선은 산소 분압을 kPa 단위로 나타낸다(kPa를 mm Hg로 변환하려면 7.5를 곱한다).

단일 호흡 주기 동안 (코나 입에서) 안으로 또는 밖으로 움직이는 공기의 양을 조수 부피라고 합니다.쉬고 있는 성인의 경우 호흡당 약 500ml입니다.숨을 내쉬면 기도는 약 150ml의 폐포 공기를 포함하는데,[10][20] 이는 흡입 중에 폐포에 다시 흡입되는 첫 번째 공기입니다.폐포에서 다시 흡입되는 이 체적 공기를 사공간 환기라고 합니다. 따라서 각 호흡에서 폐포에 흡입되는 500ml 중 350ml(500ml - 150ml = 350ml)만 신선한 따뜻하고 촉촉한 [6]공기입니다.이 350ml의 신선한 공기는 정상적인 호흡 후 폐포에 남아 있는 공기에 의해 완전히 혼합되고 희석되기 때문에(즉, 기능적 잔류 용량 약 2.5–3.0리터), 호흡 주기 동안 폐포 공기의 구성은 거의 변하지 않습니다(그림 9 참조).산소 장력(또는 부분 압력)은 13-14 kPa(약 100 mm Hg)에 가깝고 이산화탄소는 5.3 kPa(또는 40 mm Hg)에 매우 가까운 상태로 유지됩니다.이는 산소의 부분 압력이 21kPa(또는 160mmHg)이고 이산화탄소 0.04kPa(또는 0.3mmHg)[6]인 해수면에서의 건조한 외부 공기의 구성과 대조된다.

예를 들어, 운동 중과 같은 심한 호흡(고호흡) 중에 호흡은 정지 상태보다 수축 횡격막의 더 강력하고 큰 편차에 의해 발생한다(그림 8).또한 "흡입 보조근"은 늑간근의 작용을 과장한다(그림 8).이러한 흡입 부근육은 경추와 두개골의 베이스에서 위쪽 갈비뼈와 흉골까지 확장되는 근육이며, 때로는 쇄골에 [6]중간 부착을 통해 확장되기도 한다.늑골이 수축할 때 늑골간 근육의 수축만으로 달성할 수 있는 것보다 늑골의 내부 부피가 훨씬 더 커진다.몸 밖에서 볼 때, 격렬하거나 힘든 흡입 중에 쇄골을 들어올리는 것을 쇄골 호흡이라고 부르기도 하는데, 특히 천식 발작이나 만성 폐쇄성 폐질환이 있는 사람들에게서 볼 수 있습니다.

숨을 심하게 쉬는 동안, 숨을 내쉬는 것은 흡입하는 모든 근육의 이완에 의해 발생합니다.그러나 이제 복근은 (정지 상태에서) 긴장을 푸는 대신 늑골의 아래쪽 가장자리를 (앞과 옆) 강제로 아래로 당깁니다(그림 8).이는 늑골 케이지의 크기를 크게 줄일 뿐만 아니라 복부 기관을 횡격막에 대고 위로 밀어 올려 결과적으로 흉부 깊숙이 부풀어 오른다(그림 8).배출 말기 폐활량은 이제 휴식 중간 위치보다 훨씬 낮고 휴식 중인 "기능적 잔류 용량"보다 훨씬 적은 공기를 포함합니다.하지만 정상적인 포유동물에서는 폐가 완전히 비워질 수 없습니다.성인 인간의 경우,[6] 최대 호기 후 폐에는 항상 최소 1리터의 잔여 공기가 남아 있습니다.

자동 리드미컬한 호흡은 기침, 재채기, 다양한 감정의 표현(웃음, 한숨, 고통으로 외침, 격앙된 호흡) 그리고 말하기, 노래, 휘파람 불기, 관악기 연주와 같은 자발적인 행동에 의해 중단될 수 있습니다.이러한 모든 작용은 위에서 설명한 근육과 폐로 들어오고 나가는 공기의 움직임에 미치는 영향에 의존합니다.

비록 호흡의 형태는 아니지만, Valsalva 기동은 호흡 근육을 포함합니다.사실, 이것은 굳게 닫힌 성문에 대한 매우 강력한 호기입니다.[21] 그래서 폐에서 공기가 빠져나가지 않습니다.대신 복부 내용물은 반대 방향으로 골반 바닥의 오리피스를 통해 배출됩니다.복근은 매우 강하게 수축되어 복부와 흉부 내부의 압력이 극도로 높아지게 됩니다.발살바 기동은 자발적으로 수행될 수 있지만, 보다 일반적으로 배변 곤란이나 출산 중 복부를 비우려고 할 때 유도되는 반사작용이다.이 조작 중에 호흡이 멈춥니다.

가스 교환

주요 기사: 가스 교환
가스 교환 메커니즘
그림 11 포유동물 폐의 가스 교환 과정을 고도로 도식화하여 주위 공기의 가스 조성, 폐모세혈관 혈액이 평형되는 폐포 공기(연청색) 및 폐동맥의 혈액 가스 긴장도(폐의 폐로 유입되는 청색 혈액)의 차이를 강조함왼쪽) 및 정맥혈(오른쪽 폐에서 나오는 붉은색 혈액)입니다.모든 가스 장력은 kPa 단위입니다.mm Hg로 변환하려면 7.5를 곱합니다.
그림 12: 정상적으로 팽창한 폐포를 나타내는 폐조직의 일부(정상적인 호기 종료 시)와 폐 모세혈관을 포함한 벽(단면에 표시)을 통한 조직학적 단면도.이것은 폐모세혈관 혈액이 폐포 공기로 완전히 둘러싸인다는 것을 보여준다.정상적인 인간의 폐에서, 모든 폐포는 약 3리터의 폐포 공기를 포함하고 있습니다.모든 폐 모세혈관은 약 100ml의 혈액을 포함하고 있다.
그림 10 혈장과 폐포 공기 사이에서 가스가 이동해야 하는 층을 나타내는 폐포 벽을 통과하는 조직학적 단면.진한 파란색 물체는 모세혈관 내피 및 폐포 I형 상피 세포(또는 1형 기흉구)의 핵입니다."RBC"라는 두 개의 빨간색 물체는 폐 모세혈관의 혈액에 있는 적혈구입니다.

호흡 시스템의 주요 목적은 폐포 공기 중 호흡 가스의 부분 압력을 폐모세관 혈액의 부분 압력과 균일화하는 것이다(그림 11).이 과정은 폐포의 벽을 형성하는 매우 얇은 막(혈액-공기 장벽으로 알려져 있음)을 가로질러 단순 [22]확산에 의해 발생한다(그림 10).폐포 상피 세포, 기저막 및 폐포 모세혈관의 내피 세포로 구성된다(그림 10).[23]이 혈액 가스 장벽은 극도로 얇습니다(사람의 경우 평균 2.2 μm 두께).폐의 호흡 기관지에서 갈라지는 폐포[23](각각 75~300μm 직경)라고 불리는 약 3억 개의 작은 공기 주머니로 접혀 있어 가스 교환이 일어날 [23]수 있는 매우 큰 표면적(약 145m2)을 제공한다.

폐포에 포함된 공기는 약 2.5-3.0리터의 반영구적인 체적을 가지며, 폐포 모세혈관을 완전히 둘러싸고 있다(그림 12).이를 통해 두 구획에 있는 가스의 분압 평형이 매우 효율적이고 매우 빠르게 이루어집니다.폐포 모세혈관을 빠져나와 결국 몸 전체에 분포되는 혈액은 13-14 kPa(100 mmHg)의 산소 부분압과 5.3 kPa(40 mmHg)의 이산화탄소 부분압을 가진다(즉,[6] 폐포의 산소 및 이산화탄소 가스 장력과 동일).위 절에서 설명한 바와 같이 해수면 주변(건조) 공기 중 산소와 이산화탄소의 상응하는 분압은 각각 [6]21kPa(160mmHg)와 0.04kPa(0.3mmHg)이다.

폐포 공기와 주변 공기의 구성 간의 현저한 차이는 기능적 잔류 용량이 상당히 좁고 긴 튜브(공기: 코, 인두, 후두, 기관지, 기관지, 기관지 및 기관지)에 의해 외부 공기와 연결된 막다른 봉지에 포함되기 때문에 유지될 수 있다.(즉, 새의 폐에 있는 것처럼 단방향 스루 플로우가 존재하지 않는다.)이 전형적인 포유류의 해부학적 구조는 폐가 비워지고 각 호흡으로 다시 팽창되지 않는다는 사실(호흡 후 폐포에 약 2.5-3.0리터의 상당한 양의 공기를 남김)과 결합되어 350ml의 신선한 공기가 각각의 i와 혼합될 때만 폐포 공기의 구성이 최소로 방해되도록 보장합니다.할레이션따라서 이 동물은 매우 특별한 "휴대용 대기"를 제공받으며, 그 구성은 오늘날의 주변 [24]공기와 상당히 다르다.혈액과 신체 조직이 외부 공기에 노출되는 것은 이 휴대용 대기(기능적 잔류 용량)입니다.

결과적으로 발생하는 산소와 이산화탄소의 동맥 부분 압력은 항상적으로 제어됩니다.CO의 동맥2 부분압의 상승과 O의2 동맥 부분압의 하락은 폐의 혈액 가스 긴장이 정상으로 돌아올 때까지 반사적으로 더 깊고 빠른 호흡을 유발합니다.반대로 이산화탄소 장력이 떨어지거나 산소 장력이 낮아지면 혈액 가스 정상성이 회복될 때까지 호흡 속도와 깊이가 감소합니다.

폐포 모세혈관에 도달하는 혈액은 평균 6kPa(45mmHg)의2 부분압력을 가지며, 폐포 공기 중의 압력은 13~14kPa(100mmHg)이므로 폐포 공기 3리터의 구성이 약간 변화합니다.마찬가지로 폐포 모세혈관에 도달하는 혈액은 CO의2 부분압도 약 6kPa(45mmHg)인 반면 폐포 공기는 5.3kPa(40mmHg)이므로 모세혈관에서 폐포 안으로 이산화탄소가 순이동한다.폐포 공기로의 이러한 개별 기체의 순 흐름에 의해 야기되는 변화는 매 5초마다 폐포 공기의 약 15%를 주변 공기로 대체해야 한다.이는 대동맥과 경동맥 몸체에 의한 동맥혈 가스 모니터링(폐포 공기의 구성을 정확하게 반영함)과 뇌수질 앞 표면의 혈액 가스 및 pH 센서에 의해 매우 엄격하게 제어된다.또한 폐에는 산소와 이산화탄소 센서가 있지만, 그것들은 주로 기관지와 폐 모세혈관의 직경을 결정하며, 따라서 공기와 혈액의 흐름을 폐의 다른 부분으로 유도하는 역할을 합니다.

폐포 공기 3리터의 구성을 정확하게 유지한 결과 매 호흡마다 이산화탄소가 대기 중으로 배출되고 산소가 외부 공기에서 흡수됩니다.짧은 과호흡으로 인해 평소보다 많은 이산화탄소가 손실된 경우, 이산화탄소의 폐포 부분 압력이 5.3 kPa(40 mmHg)로 돌아올 때까지 호흡이 느려지거나 중단됩니다.따라서 호흡 시스템의 주요 기능이 신체에서 이산화탄소 "노폐물"을 제거하는 것이라는 사실은 엄밀히 말하면 사실이 아닙니다.숨을 쉴 때마다 내뿜는 이산화탄소는 아마도 신체의 세포외 액체 이산화탄소와 pH 항상성의 부산물로 더 정확하게 보일 수 있다.

이러한 항상성이 손상되면 호흡 산증 또는 호흡 알칼리증이 발생합니다.결국 이러한 플라스마의 H+그리고 HCO3− 농도에 신장 조정하는 방법으로;으나 이 시간이 걸릴 때 동요나 긴장 원인이 사람이 너무 많은 이산화 탄소의 분출을 통해 깊이 또한 distressing 호흡기를 일으키고 빠른 알칼리 혈증에 숨을 쉴 그 과다 호흡 증후군, 예를 들어, 일어날 수 있보상 받을 수 있다.fr피를 [25]바깥공기로 내보내다

산소는 물에서 용해도가 매우 낮기 때문에 혈액 속에 헤모글로빈과 느슨하게 결합되어 운반됩니다.산소는 헤모글로빈 분자당 4개의 철 함유 헴 그룹에 의해 헤모글로빈에 고정됩니다.모든 헴 그룹이 각 O 분자를 하나씩2 가지고 있을 때 혈액은 산소로 "포화"된다고 하며, 산소의 부분 압력이 더 이상 증가하지 않으면 혈액의 산소 농도가 유의미하게 증가할 것입니다.혈중 이산화탄소의 대부분은 혈장 내 중탄산 이온으로3− 운반된다.그러나 (물 첨가를 통해) 용해된2 CO의 HCO로의3− 전환은 혈액이 다른 한편으로는 조직을 통해, 다른 한편으로는 폐포 모세혈관을 통해 순환하는 속도에 비해 너무 느리다.따라서 그 반응은 [26]적혈구 내부의 효소인 탄산 무수효소에 의해 촉매된다.반응은 [6]CO의 일반적인2 편압에 따라 양방향으로 진행될 수 있습니다.헤모글로빈 분자의 단백질 부분에 소량의 이산화탄소가 카르바미노기로 담당된다.동맥혈 내 이산화탄소(중탄산 이온, 용해2 CO 및 카르바미노 그룹의 형태)의 총 농도는 약 26mM(또는 58ml/100ml)이며,[27] 포화 동맥혈 내 산소 농도는 약 9M(또는 20ml/100ml)[6]이다.

환기 제어

주요 기사:환기 제어

포유동물에서 폐의 통풍은 수막의 호흡중추와 [6]뇌간엽을 통해 일어난다.이러한 영역은 동맥 혈액에서 산소와 이산화탄소의 부분 압력에 대한 정보를 받는 일련의 신경 경로를 형성합니다.이 정보는 이러한 압력을 일정하게 유지하기 위해 폐포의 평균 환기 속도를 결정합니다.호흡 중추는 횡격막과 호흡의 다른 근육을 활성화하는 운동 신경을 통해 그렇게 합니다.

혈중 이산화탄소의 부분압이 증가하면 호흡수가 증가한다.이것은 수막 [6]앞쪽 표면에 있는 중앙혈액 가스 화학수용체에 의해 검출된다.대동맥과 경동맥체는 말초혈액 가스 화학수용체로서 O의 동맥2 부분압에 특히 민감하지만 [6]CO의2 부분압에는 덜 강하게 반응한다.해수면, 정상 상황에서 호흡 속도와 깊이는 주로 산소의 동맥 분압에 의해 결정되며, 산소의 동맥 분압에 의해 결정되며, 산소는 수질의 호흡 중추가 반응하기 전에 상당히 넓은 범위 내에서 변화하도록 허용됩니다.먹고 숨쉬는 깊이.[6]

운동은 운동하는 [28]근육의 신진대사를 강화함으로써 생성되는 여분의 이산화탄소 때문에 호흡수를 증가시킨다.또한 사지의 수동적인 움직임도 반사적으로 호흡 [6][28]속도를 증가시킨다.

폐의 신장 수용체로부터 받은 정보는 조수량(흡입 및 호기 깊이)을 제한한다.

저기압에 대한 대응

폐포는 (기도를 통해) 대기에 개방되어 있으며, 그 결과 폐포 기압이 해수면, 고도 또는 개인이 자유롭게 호흡하는 인공 대기(예: 잠수실 또는 감압실)에서 주변 기압과 정확히 동일하다.폐의 팽창과 함께 폐포의 공기는 더 큰 부피를 차지하고, 그에 비례하여 압력이 감소하여 공기가 기도로 유입되도록 합니다. 폐포의 압력이 다시 주변 기압에 도달할 때까지 말입니다.그 반대는 숨을 내쉬고 있을 때 발생합니다.이 (흡입과 내쉬기의) 과정은 에베레스트산 정상이나 잠수실 또는 감압실에서와 해수면에서 정확히 동일합니다.

그림 14 총기압과 해수면 위의 고도와의 관계를 나타낸 그래프.

그러나 해수면 위로 상승함에 따라 공기의 밀도가 기하급수적으로 감소한다(그림 14 참조). [29]고도가 5500m 상승할 때마다 약 절반으로 감소한다.대기 중 구성은 80km 이하에서 거의 일정하기 때문에 날씨의 지속적인 혼합 효과로 인해 공기 중 산소 농도(주변 공기의 리터당 mmols2 O)는 [30]고도에 따른 기압 강하와 같은 속도로 감소한다.따라서 분당 같은 양의 산소를 들이마시기 위해서는 해수면보다 고도에서 분당 더 많은 양의 공기를 들이마셔야 한다.이는 해수면보다 더 깊고 빠른 호흡(즉, 과호흡)을 통해 달성된다(아래 참조).

그림 13: 남쪽에서 Nuptse와 Lotse 뒤에 있는 에베레스트산의 항공사진.

그러나 고도에서도 해수면과 같은 양의 산소를 폐에 공급하기 위해 분당 흡입해야 하는 공기량(호흡 미량)을 증가시키는 합병증이 있다.흡입하는 동안 공기는 코와 인두를 통과하는 동안 수증기로 따뜻해지고 포화됩니다.포화 수증기 압력은 온도에만 의존합니다.37°C의 체심 온도에서 [31]고도를 포함한 다른 영향과 상관없이 6.3kPa(47.0mmHg)이다.따라서 대기압이 약 100kPa인 해수면에서는 기관으로부터 폐로 유입되는 습한 공기는 수증기(6.3kPa), 질소(74.0kPa), 산소(19.7kPa), 미량의 이산화탄소 및 기타 가스(총 100kPa)로 구성된다.건조한 공기에서 O의2 분압은 21.0 kPa(100 kPa의 21%)이며, 폐포 공기로 유입되는 산소는 19.7 kPa이다(산소의 기관 분압은 [100 kPa – 6.3 kPa] = 19.7 kPa).에베레스트산 정상(고도 8,848m 또는 29,029ft)에서 총 대기압은 33.7kPa이며, 그 중 7.1kPa(21%)는 [29]산소이다.폐로 유입되는 공기의 총 압력은 33.7kPa이며, 이 중 6.3kPa는 불가피하게 수증기(해발 수준)입니다.이는 폐포에 들어가는 산소의 부분 압력을 5.8kPa(또는 [33.7kPa – 6.3kPa] = 5.8kPa)로 감소시킨다.따라서 흡입 공기의 산소 부분 압력 감소는 (에베레스트 산의 경우: 5.8 kPa 대 7.1 kPa) 고도에서의 총 대기 압력 감소보다 상당히 크다.

고도에는 더 작은 합병증이 있습니다.흡입 시작 시 폐의 부피가 순간적으로 두 배로 증가하면 폐 내부의 공기 압력이 절반으로 감소합니다.이것은 고도에 관계없이 발생합니다.따라서 해수면 기압(100kPa)이 절반으로 줄어들면 폐내 기압이 50kPa가 된다.기압이 50kPa에 불과한 5500m에서 동일한 동작을 하면 폐내 기압이 25kPa까지 떨어집니다.따라서 해수면에서의 폐활량 변화는 주변 공기와 폐내 공기 사이의 압력 차이가 50kPa인 반면, 5500m에서는 25kPa에 불과하다.따라서 흡입 중에 공기를 폐로 밀어 넣는 구동 압력은 이 고도에서 절반으로 감소합니다.따라서 해수면 흡입 시 폐로 공기가 유입되는 속도는 5500m에서 발생하는 것보다 두 배나 높다.그러나 실제 흡입과 내쉬는 예보다 훨씬 부드럽고 덜 갑작스럽게 발생한다.호흡 주기 동안 공기를 폐로 유입 및 배출하는 대기압과 폐 내 압력의 차이는 2-3kPa에 [18][19]불과하다.이러한 작은 압력 차이는 높은 고도에서 호흡 노력의 매우 큰 변화에 의해서만 두 배 이상 증가할 수 있다.

저기압이 호흡에 미치는 위의 모든 영향은 주로 더 깊고 빠른 호흡(고호흡)에 의해 수용됩니다.정확한 과호흡의 정도는 혈액 가스 호메오스타트에 의해 결정됩니다. 호메오스타트는 동맥혈에 있는 산소와 이산화탄소의 분압을 조절합니다.이 항상성은 [6]해수면에서의 산소보다 이산화탄소의 동맥 부분 압력 조절을 우선시한다.즉, 해수면에서 CO의 동맥2 분압은 매우 넓은 범위의 값 내에서 변화할 수 있는 O의 동맥2 분압을 희생하여 교정 인공호흡 반응을 이끌어내기 전에 광범위한 상황에서 5.3 kPa(또는 40 mmHg)에 매우 근접하게 유지된다.그러나 대기압(따라서 주변 공기 중 O의 부분2 압력)이 해수면 값의 50-75% 미만으로 떨어지면 산소 항상성이 이산화탄소 [6]항상성보다 우선한다.이 전환은 약 2500m(또는 약 8000ft)의 고도에서 발생합니다.이 전환이 비교적 갑작스럽게 발생하는 경우, 고공에서의 과호흡은 이산화탄소의 동맥 부분압을 심각하게 떨어뜨리고 동맥 혈장의 pH를 상승시킨다.이것은 고산병의 한 원인이다.한편, 산소 항상성으로의 전환이 불완전하면 저산소증은 잠재적으로 치명적인 결과를 초래하는 임상상을 복잡하게 만들 수 있습니다.

작은 기관지와 기관지에는 산소 센서가 있습니다.흡입된 공기의 낮은 부분적 산소 압력에 반응하여 이 센서는 반사적으로 [32]폐동맥을 수축시킵니다.(이것은 O의 낮은2 동맥 부분 압력이 동맥 혈관 확장을 일으키는 조직의 해당 반사와는 정반대입니다.)고도에서는 폐동맥압이 상승하여 폐로 가는 혈류가 해수면에서 발생하는 것보다 훨씬 더 균등하게 분포됩니다.해수면에서는 폐동맥압이 매우 낮으며, 그 결과 폐의 윗부분이 혈액이 상대적으로 과다하게 공급되는 기저부보다 훨씬 적은 혈액을 공급받는다.폐포로의 혈액과 공기의 흐름이 이상적으로 일치하는 것은 폐의 한가운데에 있다.고도에서는 폐의 상부에서 하부에 이르는 폐포의 통기/유출 비율의 변화가 없어지고, 모든 폐포가 다소 생리적으로 이상적인 방법으로 관류 및 환기된다.이것은 높은 고도와 낮은 산소 압력에 적응하는 데 더 중요한 기여자이다.

신장은 동맥혈의 산소 농도(O의 부분 압력이2 아닌 mmol2 O/리터 혈액)를 측정합니다.높은 고도에서처럼 혈액의 산소 농도가 만성적으로 낮을 때 산소에 민감한 신장 세포는 혈액에 [33][34]에리트로포이에틴(EPO)을 분비합니다.이 호르몬은 적혈구 생성 속도를 증가시키기 위해 적혈구를 자극하여 혈액의 헤모글로빈 함량이 높기 때문에 혈액의 혈분비 증가와 그에 따른 산소 운반 능력의 증가로 이어집니다.즉, O의2 동일한 동맥 부분압에서 헤마토크릿이 높은 사람은 헤마토크릿이 낮은 사람보다 혈액 1리터당 더 많은 산소를 운반한다.따라서 고지대 거주자는 해수면 [34][35]거주자보다 헤마토크릿이 높다.

폐의 기타 기능

로컬 디펜스

비강이나 기도의 신경 말단 자극은 기침 반사와 재채기를 유발할 수 있습니다.이러한 반응으로 인해 공기가 기관 또는 코에서 각각 강제로 배출됩니다.이와 같이 호흡기를 연결하는 점액에 걸린 자극제는 삼킬 [6]수 있는 입으로 배출되거나 이동된다.기침 중 기도벽의 평활근 수축은 연골판 끝을 함께 당기고 연부조직을 내강 안으로 밀어넣음으로써 기도를 좁힌다.이로 인해 기한이 지난 공기 흐름이 증가하여 자극적인 입자 또는 점액을 제거하고 제거할 수 있습니다.

호흡기 상피는 폐를 방어하는 데 도움이 되는 다양한 분자를 분비할 수 있다.여기에는 분비성 면역글로불린(IgA), 콜렉틴, 디펜신 및 기타 펩타이드와 단백질 분해효소, 활성산소종 및 활성질소종이 포함됩니다.이러한 분비물은 항균제로 직접적으로 작용하여 기도가 감염되지 않도록 할 수 있다.또한 전통적인 면역 세포 등을 감염 부위에 모집하는 다양한 케모카인과 사이토카인이 분비된다.

계면활성제 면역 기능은 주로 SP-A와 SP-D의 두 가지 단백질에 기인한다.이러한 단백질은 병원체의 표면에 있는 당에 결합할 수 있고, 따라서 식세포에 흡수되도록 옵소닌화시킬 수 있다.그것은 또한 염증 반응을 조절하고 적응 면역 반응과 상호작용합니다.계면활성제 분해 또는 비활성화는 폐 염증 및 [36]감염에 대한 민감도를 높이는 데 기여할 수 있습니다.

호흡기의 대부분은 점막과 관련된 림프조직을 포함하고 있는 점막으로 둘러싸여 있으며 림프구 같은 백혈구를 생성한다.

치조붕괴 예방

주요 기사: 폐계면활성제

폐는 계면활성제, II형 폐포 세포에 의해 형성된 표면 활성 리포단백질 복합체를 만든다.그것은 폐포 안쪽에 있는 얇은 물층의 표면에 떠서 물의 표면 장력을 감소시킨다.

물 표면의 장력(물-공기 계면)은 표면을 [6]수축시키는 경향이 있습니다.폐포에 있는 것처럼 표면이 구부러지면 표면의 수축으로 인해 폐포의 지름이 감소합니다.물-공기 계면의 곡률이 더 첨예할수록 폐포의 [6]붕괴 경향은 더 커진다.이것은 세 가지 효과가 있습니다.첫째, 폐포 내부의 표면 장력은 흡입 중 폐포의 팽창에 저항합니다(즉, 폐가 뻣뻣해지거나 규정을 준수하지 않습니다.계면활성제는 표면 장력을 감소시키고, 따라서 폐가 없을 때보다 더 순응하거나 덜 딱딱하게 만듭니다.둘째, 폐포의 지름은 호흡 주기 동안 증가하고 감소합니다.즉, 폐포는 흡입이 끝날 때보다 호기 말미에 붕괴(즉 무기폐를 유발)되는 경향이 더 크다는 것을 의미한다.계면활성제가 물 표면에 떠있기 때문에,[6] 그 분자는 호기 중에 폐포가 수축할 때 더 단단하게 함께 채워집니다.이로 인해 폐포가 클 때보다 작을 때(흡입 말기, 계면활성제 분자가 더 넓게 떨어져 있을 때) 표면 장력 감소 효과가 크다.따라서 폐포의 붕괴 경향은 호흡이 끝날 때와 흡입이 끝날 때 거의 동일합니다.셋째, 폐포를 따라 늘어선 곡수층의 표면 장력은 폐조직에서 폐포 안으로 물을 끌어들이는 경향이 있다.계면활성제는 이 위험을 무시할 수 있는 수준으로 줄이고 폐포를 [6][37]건조하게 유지합니다.

계면활성제를 만들 수 없는 미숙아들은 숨을 내쉴 때마다 무너지기 쉬운 폐를 가지고 있다.치료하지 않으면, 호흡곤란 증후군이라고 불리는 이 질환은 치명적이다.닭 폐의 세포를 사용하여 수행된 기본적인 과학 실험은 II형 폐포 [38]세포의 발달을 촉진하는 수단으로 스테로이드제를 사용하는 가능성을 뒷받침한다.사실, 일단 조산이 위협받으면, 출산을 늦추기 위해 모든 노력을 기울이고, 폐의 [39]성숙을 촉진하기 위해 이 지연 기간 동안 엄마에게 스테로이드 주사를 자주 투여한다.

전신 기능에 대한 기여

폐혈관은 종종 다리의 깊은 정맥으로부터 색전증으로 폐순환에 도달했을지도 모르는 응괴를 녹이는 섬유소용해 시스템을 포함하고 있다.그들은 또한 전신 동맥혈로 들어가는 다양한 물질을 방출하고 폐동맥을 통해 그들에게 도달하는 전신 정맥혈에서 다른 물질을 제거한다.일부 프로스타글란딘은 혈액순환에서 제거되는 반면, 다른 것들은 폐에서 합성되어 폐 조직이 늘어나면 혈액으로 방출된다.

폐는 하나의 호르몬을 활성화시킨다.생리적으로 비활성화된 데카펩타이드 안지오텐신I는 폐순환에서 알도스테론 방출성 옥타펩타이드인 안지오텐신II로 변환된다.그 반응은 다른 조직에서도 일어나지만, 특히 폐에서 두드러진다.앤지오텐신II는 동맥벽에 직접적인 영향을 미쳐 동맥혈관 수축과 결과적으로 동맥 [40]혈압 상승을 일으킨다.이 활성화를 담당하는 다량의 앤지오텐신 변환 효소는 폐포 모세혈관의 내피세포 표면에 있다.변환 효소는 또한 브라디키닌을 불활성화시킨다.폐포 모세혈관을 통한 순환 시간은 1초 미만이지만 폐에 도달하는 앤지오텐신 I의 70%는 모세혈관을 통한 한 번의 여행으로 앤지오텐신 II로 변환됩니다.폐내피세포 표면에서 4개의 다른 펩티드가 확인되었습니다.

발성

후두, 인두, 입을 통한 가스의 움직임은 인간이 말하거나 발음할 수 있게 해준다.새들의 발성, 즉 노래는 기관 밑부분에 위치한 기관인 시린스를 통해 일어난다.사람의 경우 후두(음대)를 흐르는 공기의 진동과 새의 경우 시린스를 통해 소리가 납니다.그렇기 때문에, 가스 이동은 통신 목적에서 매우 중요합니다.

온도 제어

개, 고양이, 새, 그리고 다른 동물들에서 숨을 헐떡이는 것은 (피부의 땀을 증발시키는 대신) 입 안의 침을 증발시킴으로써 체온을 낮추는 수단을 제공한다.

임상적 의의

호흡기 질환은 몇 가지 일반적인 그룹으로 분류할 수 있습니다.

호흡기 질환은 보통 심장박동사와 호흡기 치료사에 의해 치료된다.

호흡 불능 또는 호흡 부전이 있는 경우 의료용 인공호흡기를 사용할 수 있습니다.

뛰어난 포유동물

말들

주요 기사:말의 호흡계

말은 입으로 숨을 쉴 수 있는 선택권이 없고 코를 통해 공기를 들이마셔야 하기 때문에 다른 많은 포유동물들과 다르다는 것을 의미한다.

코끼리

코끼리는 늑막 공간이 없는 것으로 알려진 유일한 포유동물이다.오히려 두정막과 내장 흉막은 모두 조밀한 결합조직으로 구성되어 있으며 느슨한 결합조직을 [41]통해 서로 결합되어 있다.이 흉막 공간의 부족은 비정상적으로 두꺼운 횡격막과 함께 코끼리가 스노클로 [42]나타나는 코를 통해 숨을 쉬는 동안 오랜 시간 동안 물 속에 머물 수 있도록 하는 진화적 적응으로 생각됩니다.

코끼리에서는 폐가 횡격막에 부착되어 있고 호흡은 늑골의 [43]팽창보다는 횡격막에 주로 의존합니다.

새들

참고 항목: 조류 해부 » 호흡 시스템
그림 15 새의 공기 주머니와 폐의 배열
그림 16: 기관, 1차 기관지 및 폐내 기관지, 도르소 기관지 및 복강 기관지와의 관계를 나타내는 조류 호흡기의 해부학적 구조. 두 기관지 사이를 흐르는 파라브론치.후방 및 전방 기낭도 표시되지만 확장되지는 않습니다.
그림 17 흡입 중 가슴의 움직임을 보여주는 비둘기 뼈대.화살표 1은 척추 늑골의 움직임을 나타냅니다.화살표 2는 흉골(및 용골)의 후속 움직임을 나타냅니다.이 두 가지 동작은 새의 몸통 가슴 부분의 수직과 횡경을 증가시킨다.
키:
1. 두개골, 2. 경추, 3. 경추, 3. 경추, 4. 추골, 6. 흉골, 7. 슬개골, 8. 경골, 9. 손가락, 10. 경골, 11. 경골, 13. 대퇴골, 14. 치골.ertebrae; 21. 상완골; 22. 척골; 23. 반지름; 24. 카르푸스; 25. 메타카르푸스; 26. 자릿수; 27. 알룰라

새의 호흡기는 포유동물과 크게 다르다.첫째, 그들은 호흡 주기 동안 팽창하거나 수축하지 않는 단단한 폐를 가지고 있다.대신 몸 전체에 분포된 광범위한 공기 주머니 시스템(그림 15)은 환경 공기를 주머니로 흡입하고 폐가 통과된 후 폐 공기를 배출하는 벨로우즈 역할을 한다(그림 [44]18).새들은 또한 횡격막이나 흉강도 가지고 있지 않다.

조류 폐는 비슷한 크기의 포유류에 비해 작지만, 공기 주머니는 전체 체적의 15%를 차지하는데 비해 포유류의 [45]풀무 역할을 하는 폐포는 7%를 차지합니다.

흡입과 내쉬는 복근과 늑골을 [46][47][48]모두 사용하여 전체 흉강(또는 강골)의 부피를 번갈아 증가 및 감소시킴으로써 이루어진다.흡입하는 동안 척추 갈비뼈에 부착된 근육(그림 17)은 앞뒤로 경사진 상태로 수축한다.이는 흉골이 거의 직각으로 부착되어 있는 흉골 늑골을 아래, 앞으로 밀어내고 (용골이 두드러지는) 흉골을 같은 방향으로 가져간다(그림 17).이로 인해 트렁크 흉부 부분의 수직 및 횡경 모두 증가합니다.특히 흉골 뒤쪽 끝의 전방 및 하향 이동은 복벽을 아래로 당기며,[46] 몸통의 해당 영역의 부피를 증가시킵니다.전체 트렁크 캐비티의 부피가 증가하면 모든 흉부-복부 공기 주머니의 공기압이 감소하여 아래와 같이 공기 주머니가 채워집니다.

호기 중에 흉골 및 척추 늑골 전방 및 골반 후방(복벽의 일부 형성)에 부착된 외부 경사근은 복부를 압박하면서 흡입 운동을 반대로 하여 모든 기낭의 압력을 증가시킨다.따라서 숨을 [46]내쉬는 과정에서 호흡 시스템에서 공기가 배출됩니다.

그림 19 새의 폐에 있는 직류 호흡 가스 교환기공기는 기낭에서 파라브론치를 통해 단방향(그림의 오른쪽에서 왼쪽으로)으로 강제됩니다.폐 모세혈관은 그림과 같이 파라브론치를 둘러싸고 있습니다(그림에서 [46][49]파라브론쿠스 아래에서 위로 피가 흐릅니다).산소 함량이 높은 혈액이나 공기는 빨간색으로 표시되며, 산소가 부족한 공기 또는 혈액은 보라색-파란색으로 표시됩니다.

흡입 시 공기는 콧구멍과 입을 통해 기관으로 들어가고 기관지가 두 개의 1차 기관지로 분기하여 두 개의 폐로 가는 시린스 바로 너머까지 계속됩니다(그림 16).1차 기관지는 폐로 들어가 폐 내 기관지가 되고, 이것은 벤트로브론치라고 불리는 평행한 가지 세트를 발산하고, 조금 더 나아가서는 그에 상응하는 도르소브론치 세트를 발산합니다(그림 16).[46]폐내 기관지의 끝은 새의 꼬리 끝에 있는 뒷공기 주머니로 공기를 배출합니다.각 도르소-벤트로브론치 쌍은 기체 교환이 일어나는 다수의 평행 미세 공기 모세혈관(또는 파라브론치)에 의해 연결된다(그림 16).[46]새가 숨을 들이마실 때 기관 내 공기는 폐 기관지를 통해 후공기낭으로 흘러 들어가 도르소브론치로 흘러들어가지만 벤트로브론치로 흘러들어가지 않습니다(그림 18).이는 흡입된 공기를 벤트로브론치의 개구부에서 도르소브론치와 [50][51][52]후공기낭으로 향하는 폐내 기관지로 유도하는 기관지 구조 때문이다.도르소브론치에서 흡입된 공기는 파라브로니(따라서 가스 교환기)를 통해 벤트로브로니로 흐릅니다. 여기서 공기는 팽창하는 전방 공기 주머니로만 빠져나갈 수 있습니다.그래서, 흡입하는 동안, 뒤쪽과 앞쪽 공기 주머니는 모두 팽창하고,[46] 뒤쪽 공기 주머니는 신선한 흡입 공기로 채워지는 반면, 앞쪽 공기 주머니는 막 폐를 통과한 "산소가 부족한" 공기로 채워집니다.

그림 18 새의 흡입-배기 주기

호기 중에는 위에서 설명한 사근육의 수축으로 인해 후방 공기 주머니(흡입 중에 신선한 공기로 채워짐)의 압력이 증가한다.후방 공기 주머니에서 도르소브론치 및 폐내 기관지까지의 상호 연결 개구부의 공기역학은 공기가 폐내 기관지 아래로 되돌아가는 대신 (도르소브론치를 통해) 폐의 방향으로 이러한 주머니를 떠나도록 한다(그림 [50][52]18).도르소브론치에서 후방 공기 주머니의 신선한 공기가 파라브론치를 통해 (흡입 중에 발생한 것과 같은 방향으로) 벤트로브론치로 흐릅니다.벤트로브론치와 전방 공기 주머니를 폐내 기관지로 연결하는 공기 통로는 산소 부족의 공기를 이 두 기관에서 기관으로 유도하여 외부로 [46]빠져나갑니다.따라서 산소화된 공기는 파라브론치를 [53]통해 단방향으로 지속적으로(전체 호흡 주기 동안) 흐릅니다.

새 폐를 통과하는 혈류는 파라브론치를 통과하는 공기 흐름과 직각으로 교차 전류 흐름 교환 시스템을 형성합니다(그림 [44][46][49]19).파라브론치의 산소 부분압은 O가 혈액으로 확산됨에 따라2 감소합니다.기류 입구 근처에 있는 교환기에서 나오는 혈액 모세혈관은 파라브론치의 출구 끝 근처에 있는 모세혈관보다 더 많은 O를2 차지합니다.혼합된 폐정맥혈의 산소의 모든 모세 혈관의 내용 혼합형 마지막 부분 압력이 내뿜는 air,[46][49]의보다는 더 높다는 것이다 그럼에도 불구하고 그 반만큼도의 흡입 air,[46] 달성하기 위해 대략 동일한 체계적인 동맥혈의 부분 압력 산소의 포유류와 그들의bellows-type 꿈.ngs.[46]

기관지는 죽은 공간의 영역입니다. 호기 끝에 포함된 산소가 부족한 공기가 뒤쪽 공기 주머니와 폐로 다시 들어가는 첫 번째 공기입니다.포유류의 호흡기와 비교했을 때, 새의 사체 부피는 같은 [45][46]크기의 포유동물보다 평균적으로 4.5배 더 크다.긴 목을 가진 새들은 불가피하게 긴 기관지를 갖게 될 것이고, 따라서 그들의 더 큰 죽은 공간을 감안하기 위해 포유동물보다 더 깊은 숨을 쉬어야 합니다.일부 조류(예: 백조, 백조, 백조, 저어새, 플라탈레아 류코로디아, 흰두루미, 그루스 아메리카나, 헬멧을 쓴 쿠라소우, 파우시 파우시)에서는 1.5m 길이의 [46]기도가 몸 안에서 앞뒤로 감겨져 [46]폐사 공간을 급격히 증가시킨다.이 특별한 기능의 목적은 알려지지 않았습니다.

파충류

주요 기사:파충류 ▷호흡기
암컷 미국 악어가 숨 쉬는 모습을 담은 X선 영상 20장.

폐의 해부학적 구조는 포유류보다 파충류에서 덜 복잡하며, 파충류는 포유류의 폐에서 발견되는 매우 광범위한 기도 나무 구조가 결여되어 있습니다.하지만 [44]파충류에서 가스 교환은 여전히 폐포에서 일어난다.파충류는 횡격막을 가지고 있지 않다.따라서, 호흡은 거북이를 제외한 모든 파충류에서 늑간 근육의 수축에 의해 조절되는 체강의 부피의 변화를 통해 일어난다.거북이의 경우, 옆구리 근육 쌍의 수축이 흡입과 내쉬기를 [54]좌우합니다.

양서류

주요 기사:양서류 § 호흡계통

양서류의 폐와 피부는 모두 호흡기의 역할을 한다.양서류에서 폐의 환기는 양압 환기에 의존한다.근육은 구강 바닥을 낮추고, 구강을 넓히고 콧구멍을 통해 공기를 구강으로 끌어들인다.콧구멍과 입을 닫은 상태에서, 구강 바닥은 위로 밀려 올라가고, 이것은 기관으로부터 공기를 강제로 폐로 보냅니다.이들 동물의 피부는 혈관이 풍부하고 습기가 많아 특수 세포에서 점액 분비를 통해 수분을 유지하며 피부 호흡에 관여한다.폐가 혈액과 환경 공기 사이의 가스 교환을 위한 일차 기관인 반면, 양서류가 산소가 풍부한 물에 [55]잠길 때 피부의 독특한 특성은 빠른 가스 교환을 돕습니다.어떤 양서류들은 아가미를 가지고 있고, 다른 양서류들은 아가미를 가지고 있는데, 다른 양서류들은 아가미를 성장 초기 단계(예: 개구리의 올챙이)[44]에 가지고 있다.

물고기.

주요 기사:어류생리학 ①호흡
그림 21파이크의 오퍼큘럼 또는 아가미 커버는 필라멘트가 있는 아가미 아치를 드러내기 위해 당겨졌다.
그림 22상부와 하부의 다이어그램은 각각 공전류와 역전류류 교환 시스템의 동작과 효과의 비교를 나타내고 있다.둘 다 빨간색이 파란색보다 높은 값(예: 온도 또는 가스의 부분 압력)을 가지며, 따라서 채널에서 전송되는 특성이 빨간색에서 파란색으로 흐른다고 가정한다.물고기의 경우 아가미 내 혈액과 물의 역류 흐름(하위 다이어그램)을 사용하여 [56][57][58]환경에서 산소를 추출합니다.
그림 23 가시가 있는 물고기의 호흡 기구호흡 과정은 왼쪽에 있고, 호흡 과정은 오른쪽에 있습니다.물의 움직임은 파란색 화살표로 표시됩니다.

산소는 물에 잘 녹지 않는다.따라서 완전히 통기된 담수는 해수면에서의 [59]공기 중 210ml/l의 O 농도에 비해2 8~10ml2/l의 O/l만을 함유하고 있습니다.또한 호흡 가스의 확산 계수(즉, 표준 조건 하에서 고농도 영역에서 저농도 영역으로 물질이 확산되는 속도)는 일반적으로 [59]물보다 공기에서 10,000 더 빠르다.예를 들어 산소는 공기 중에서는 172.6mm/s의 확산 계수를 가지지만 물 [60][61][62][63]속에서는 0.0021mm2/s에 불과하다.이산화탄소에 해당하는 값은 공기 중 16mm2/s, [62][63]물 중 0.0016mm2/s입니다.즉, 산소가 가스 교환기와 접촉하는 물에서 흡수되면 공기 중에서 발생하는 것보다 산소가 풍부한 영역에서 교환기로부터 약간 떨어진 산소로 인해 상당히 더 느리게 대체됩니다.물고기들은 이러한 문제들을 다루는 아가미가 발달했다.아가미는 필라멘트를 포함한 전문 기관으로, 더욱 얇은 층으로 나뉩니다.층상에는 고밀도 얇은 벽의 모세관 네트워크가 있으며,[64] 이 네트워크를 통과하는 매우 많은 양의 물에 가스 교환 표면적을 노출시킵니다.

아가미는 물에서 [56][57][58]나오는 산소흡입의 효율을 높이는 역류 교환 시스템을 사용합니다.입을 통해 유입된 신선한 산소수는 아가미를 통해 한 방향으로 끊임없이 "펌프"되는 반면, 얇은 막의 혈액은 반대 방향으로 흐르면서 역류 혈액과 물의 흐름을 만들어 물고기의 생존이 [58]좌우된다(그림 22).

입구를 통해 물이 유입되는 것은 오퍼큘럼(질커버)을 닫고 구강을 넓히는 것이다(그림 23).동시에 아가미 챔버가 팽창하여 아가미 [58]위로 물이 흐르게 하는 입보다 낮은 압력을 생성합니다.구강은 수축하여 수동형 구강 밸브의 폐쇄를 유도하여 구강으로부터의 물의 역류를 방지한다(그림 23).[58][65]대신 입 안의 물은 아가미 위로 밀어올리고 아가미 챔버는 아가미 구멍으로 물이 비도록 수축합니다(그림 23).흡입상에서의 아가미 챔버로의 역류는 오퍼큘럼의 복후방 경계를 따르는 막에 의해 방지된다(그림 23의 왼쪽 그림).따라서 구강과 아가미 챔버는 흡입 펌프와 압력 펌프로 번갈아 작용하여 아가미 위로 물이 한 [58]방향으로 안정적으로 흐르도록 합니다.층상 모세혈관의 혈액은 물과 반대 방향으로 흐르기 때문에 혈액과 물의 역류 흐름은 각 모세혈관의 전체 길이를 따라 산소와 이산화탄소에 대한 가파른 농도 구배를 유지합니다(그림 22의 하부 다이어그램).따라서 산소는 혈액으로 지속적으로 확산될 수 있고 이산화탄소는 [57]물속으로 확산될 수 있습니다.이론적으로 역류 교환 시스템은 호흡 가스를 교환기의 한쪽에서 다른 쪽으로 거의 완전히 전달할 수 있지만, 아가미 위를 흐르는 물 속 산소의 80% 미만의 어류에서는 일반적으로 [56]혈액으로 전달됩니다.

어떤 활동적인 원양 상어의 경우, 물이 움직이는 동안 입을 통해 아가미 위로 지나가는데, 이 과정을 "람 환기"[66]라고 합니다.쉬는 동안, 대부분의 상어들은 산소가 들어간 물이 그들의 아가미 위로 계속 흐르도록 하기 위해 대부분의 가시가 그러하듯이 그들의 아가미 위로 물을 퍼 올린다.그러나 소수의 종들은 아가미를 통해 물을 퍼내는 능력을 잃었고 쉬지 않고 헤엄쳐야 한다.이 종들은 의무적인 램 인공호흡기로서 움직일 수 없으면 질식할 것으로 추정된다.의무적인 램 환기는 또한 일부 원양성 경골어종에도 [67]해당된다.

수면 위에서 삼킨 공기로부터 짧은 시간 동안 산소를 얻을 수 있는 물고기가 몇 마리 있다.폐어는 폐가 하나 또는 두 개 있고, 미로 물고기들은 이 아목의 특징을 나타내는 특별한 "라비린스 기관"을 발달시켰다.미로 기관은 많이 접힌 상완골 보조 호흡 기관이다.제1 아가미 아치의 상완골의 혈관 확장에 의해 형성되어 공기 [68]중의 호흡에 사용됩니다.이 기관은 미로 물고기들이 아가미를 이용하여 그들이 살고 있는 물에서 산소를 흡수하는 대신 공기에서 직접 산소를 흡수할 수 있게 해줍니다.미로 기관은 흡입된 공기의 산소가 혈류로 흡수되도록 도와줍니다.그 결과 미로 물고기는 수분을 유지하면 주변의 공기를 흡입할 수 있기 때문에 물 밖에서 단기간 생존할 수 있다.미로 물고기는 기능적인 미로 기관을 가지고 태어나지 않는다.이 기관의 발달은 점진적이며 대부분의 어린 미로 물고기는 아가미로 숨을 쉬고 나이가 [68]들면 미로 기관을 발달시킨다.

무척추동물

절지동물

참고 항목: Spiracle(절지동물)

어떤 종류의 게들은 분지골 [69]폐라고 불리는 호흡기를 사용한다.아가미 모양의 구조는 가스 교환을 위한 표면적을 증가시켜 물보다 공기 중에서 산소를 흡수하는 데 더 적합합니다.가장 작은 거미들과 진드기들 중 일부는 단순히 몸의 표면을 통해 가스를 교환함으로써 숨을 쉴 수 있다.더 큰 거미, 전갈 그리고 다른 절지동물들은 원시적인 책 폐를 사용합니다.

곤충들

주요 기사:곤충의 호흡계

대부분의 곤충들은 나선형(외골격의 특별한 구멍)을 통해 수동적으로 숨을 쉬며 공기는 지름이 비교적 클 때는 '트라카이아'라고 불리는 일련의 작고 작은 관을 통해 몸의 모든 부분에 도달합니다.기관지는 [44]몸 전체의 개별 세포와 접촉한다.그것들은 부분적으로 체액으로 채워져 있는데, 근육과 같은 조직이 활동적이고 활성 [44]세포에 공기를 더 가깝게 하면서 산소 수요가 높을 때 개별 기관지에서 빠져나갈 수 있다.이것은 아마도 활동적인 근육에 젖산이 축적되어 삼투압 구배를 일으키고, 물을 기관 밖으로 이동시켜 활동적인 세포로 이동시킴으로써 야기될 것이다.가스의 확산은 작은 거리에 효과적이지만 큰 거리에는 효과적이지 않습니다. 이것이 곤충이 상대적으로 작은 이유 중 하나입니다.몇몇 콜렘볼라처럼 나선형이나 트라카이아가 없는 곤충들은 그들의 피부를 통해 직접 숨을 쉬며,[70] 또한 가스의 확산에 의해서도 숨을 쉽니다.

곤충이 가지고 있는 나선형의 수는 종마다 다르지만, 그들은 항상 한 쌍씩, 몸의 양쪽에 하나씩, 보통 한 쌍씩 나옵니다.Diplura의 일부는 흉곽에 4쌍이 있는 11쌍을 가지고 있지만, 잠자리나 메뚜기 같은 대부분의 고대 곤충 형태에는 2개의 흉곽과 8개의 복부 나선형이 있다.하지만, 남아있는 대부분의 곤충에는 더 적은 수가 있다.산소를 호흡하기 위해 세포에 전달하는 것은 기관 수준입니다.

곤충들은 한때 기체의 단순한 확산에 의해 지속적으로 환경과 가스를 교환한다고 믿었습니다.그러나 최근에는 곤충의 호흡 패턴에 큰 변화가 있어 곤충의 호흡이 매우 가변적인 것으로 나타났다.일부 작은 곤충들은 지속적인 호흡 움직임을 보이지 않으며 나선형의 근육 조절이 부족할 수 있습니다.그러나 다른 것들은 복부의 근육 수축과 함께 나선 수축과 이완을 이용하여 주기적인 가스 교환 패턴을 생성하고 대기 중의 수분 손실을 감소시킨다.이러한 패턴의 가장 극단적인 형태를 불연속 가스 교환 [71]주기라고 합니다.

연체동물

주요 기사:복족동물의 호흡계

연체동물들은 일반적으로 수성 환경과 그들의 순환계 사이의 가스 교환을 가능하게 하는 아가미를 가지고 있다.이 동물들은 또한 산소를 흡수하는 [44]분자로 헤모시아닌을 포함한 혈액을 펌프질하는 심장을 가지고 있다.따라서 이 호흡기는 척추동물의 호흡기와 비슷하다.복족동물의 호흡기는 아가미나 폐를 포함할 수 있다.

식물

주요 기사:광합성

식물은 광합성 과정에서 이산화탄소를 사용하고, 폐기물로 산소가스를 내뿜는다.광합성의 화학 방정식은 6 CO2(이산화탄소)와2 6 HO(물)이며, 이는 햇빛이 있을 때 CHO(포도당)와2 6 O(산소)를 만든다6126.광합성은 태양으로부터 얻은 에너지의 저장소로 [72]탄소 원자의 전자를 사용한다.호흡은 광합성의 반대이다.그것은 에너지를 재생하여 세포 내 화학반응을 촉진한다.이렇게 함으로써 탄소 원자와 그 전자는 세포와 유기체 양쪽에서 쉽게 제거되는 산소 형성2 CO와 결합된다.식물은 광합성을 통해 에너지를 포착하고 산화대사를 통해 에너지를 사용한다.

식물의 호흡은 확산 과정에 의해 제한된다.식물은 기공으로 알려진 구멍을 통해 이산화탄소를 흡수하는데, 기공은 잎의 밑부분과 때로는 해부학의 다른 부분에서 열리고 닫힐 수 있다.대부분의 식물들은 이화 과정을 위해 약간의 산소를 필요로 한다. (에너지를 방출하는 분해 반응)그러나 그들은 높은 비율의 유산소 대사를 필요로 하는 활동에 관여하지 않기 때문에 시간당 사용되는 O의 양은2 적다.그러나 환경공기의 0.04%에 불과한 광합성에 CO가2 필요하기 때문에 공기에 대한 요구는 매우 높다.따라서 포도당 1g을 만들려면 해수면의 공기 중 최소 18.7L에서 모든 CO를2 제거해야 합니다.그러나 광합성 과정의 비효율성은 상당히 많은 양의 공기를 [72][73]사용하게 한다.

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