[동물생리학] 호흡계 (폐, 호흡, 기체 교환 등)
다양한 호흡계 (참고)
양서류는 피부로 호흡을 합니다.
조류는 들숨과 날숨의 혼합이 발생하지 않습니다.
폐
폐는 근육이 없으며, 수분으로 둘러쌓여 있고, II형 폐포 세포의 계면활성제가 물 분자 사이의 결합을 약화시킵니다.폐에서 조직으로 갈수록 O2의 분압이 감소하고, CO2의 분압이 증가합니다.
상대적으로 폐의 상단부는 호기적이고 하단부는 혐기적 환경이므로, V/Q(폐포환기량/폐혈류량)의 비율이 다릅니다.
폐포의 압력은 P = 2T/r의 공식을 만족하며, 여러 폐포의 압력이 동일하게 유지됩니다. (T : 표면장력, r : 폐포 반지름)
ex ) 작은 폐포가 압력이 더 크므로, 공기는 작은 폐포에서 큰 폐포로 이동합니다.
ex ) 계면활성제는 T를 감소시켜서 크기가 다른 폐포들의 압력이 같아지게 만듭니다.
기관지는 가지 구조를 가지고 있어서, 단층편평상피인 폐포가 급격한 압력차를 받지 않도록 보호하고 있습니다.
폐 환기량은 폐의 총 용량을 말하고, 폐포 환기량은 실질적인 폐의 환기량을 말합니다.
폐 환기량 - 폐포 환기량만큼의 공기는 환기되지 않고 폐에 남아있습니다.
호흡
전폐용량 = 최대로 들어마신 부피
잔기량 = 최대로 내쉰 부피
기능적 잔기량 = 평소 내쉰 부피
일회호흡량 = 평소 들어마신 부피 - 평소 내쉰 부피
폐활량 = 최대로 들어마신 부피 - 최대로 내쉰 부피
흡식 용량 = 최대로 들어마신 부피 - 평소 내쉰 부피
호식성 예비량 = (평소 내쉰 부피에서) 더 내쉴 수 있는 부피
흡식성 예비량 = (평소 들어마신 부피에서) 더 들어마실 수 있는 부피
폐 질환에는 다음과 같은 종류가 있습니다.
천식은 기도가 좁아지는 질병으로, 초기에는 전폐용량이 감소하지만, 나중에 적응하면 전체적인 폐 부피가 증가합니다.
진폐증은 이물질의 작용으로 대식세포가 활성화, IL-1을 내놓으면 섬유아세포가 활성화되어 콜라겐 단백질이 많이 생겨 폐가 굳는 질병으로, 초기에는 잔기량이 증가하지만, 나중에 적응하면 전체적인 폐 부피가 감소합니다.
+ 폐기종은 폐포가 파괴되어 폐포 면적이 감소하는 병입니다.
+ 폐부종은 폐 조직액이 많아져 기체 교환량이 감소하는 병입니다.
+ 섬유종 폐질환은 폐포막이 두꺼워져 기체 교환량이 감소하는 병입니다.
호흡 조절은 다음과 같은 방법으로 이루어집니다.
부족한 O2 = 과량의 CO2 = 낮은 pH는 말초화학수용체를 활성화하고, 이는 연수의 중추화학수용체를 활성화합니다.
특히 CO2는 BBB(Blood Brain Barrier)를 통과할 수 있으므로, 뇌에서 H2O에 용해되어 H+를 내놓고,
이 H+ 또한 연수의 중추화학수용체를 활성화하여, 횡격막과 늑간근의 수축, 즉 흡기를 유발합니다.
** 횡격막과 늑간근이 이완하면 위로 올라옵니다. (= 폐포와 흉강의 압력 증가 = 호기)
기체 교환
적혈구는 핵이 없으므로 해당과정보다 젖산발효를 잘하기 때문에, 3PGA -> 2,3BPG -> 1,3-BPGA의 우회 경로를 탑니다.
헤모글로빈(Hb)은 α-글로빈 2개와 β-글로빈 2개의 4차 구조를 가지고 있으며, 4개의 O2를 운반할 수 있습니다. (포화)
+ CO2는 글로빈 단백질, CO, O2는 헴(Fe2+)에 결합합니다.
+ O2가 결합하면 나머지 자리도 O2 결합이 쉽게 변화합니다. (협동 효과, 산소 포화도에서 S자형 그래프를 나타냄)
+ 태아의 헤모글로빈은 α-글로빈 2개와 γ-글로빈 2개로 이루어져 있습니다. (시기특이적 유전자 발현)
산소 포화도는 일정 분압의 산소에 대해 포화 상태에 있는 헤모글로빈(Hb(O2)4)의 비율을 말합니다.
+ 태아나 고산 지대에 적응한 생물의 헤모글로빈은 산소포화도가 더 높습니다. (고산 지대는 Hb 양도 증가함)
+ 미오글로빈(Mb)은 헤모글로빈보다 산소포화도가 높기 때문에 헤모글로빈으로부터 산소를 전달받을 수 있습니다.
+ 일산화탄소(CO)는 헤모글로빈과 결합 후 해리되지 않기 때문에 일산화탄소 중독 증세를 일으킬 수 있습니다.
보어 효과는 H+ 농도가 헤모글로빈의 O2 결합력에 영향을 주는 현상입니다.
ex ) CO2가 많은 (= 낮은 pH의) 조직에서 O2와 해리합니다.
ex ) CO2가 적은 (= 높은 pH의) 폐에서 O2와 결합하여 Hb(O2)4 형태를 가집니다.
할덴 효과는 O2 농도가 헤모글로빈의 CO2 결합력에 영향을 주는 현상입니다.
ex ) O2가 적은 (= 낮은 pH의) 조직에서 CO2와 결합하여 HbCO2 형태를 가집니다.
ex ) O2가 많은 (= 높은 pH의) 폐에서 CO2와 해리합니다.