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Chapter 14. 호흡생리

1. 호흡기계- 호흡의 3 가지 기능 : 환기(ventilation, breathing), 가스교환, 산소이용- 외호흡 : 환기 및 공기와 혈액 사이의 가스교환- 내호흡 : 혈액과 다른 조직사이의 가스교환과 조직에 의한 산소이용- 호흡기계 구조 : 호흡구역 + 전도구역


☞ 폐포: - 가스교환을 위한 넓은 표면적 제공 (3억개)- 하나의 세포로 구성된 단일세포층 벽 -> 확산 용이


1) 호흡운동

- 평정흡식(quite inspiration) : 근육수축에 의한 흉곽의 확장- 횡경막 수축 -> 수직방향으로 흉강 확장- 흉골부 늑간근, 외늑간근 수축 -> 늑골의 상향이동 -> 흉곽용적 외측으로 확장

- 평정호식(quite expiration) : 근육이완과 탄성반동에 의한 흉곽수축


2. 폐의 가스교환- 폐포에 의해 제공되는 넓은 표면적, 단일세포층으로 구성된 폐포벽으로 인해 빠른 가스교환이 가능- 폐포를 둘러싼 모세혈관에 의해 얇은 혈액층 형성 -> 혈액과 폐포공기 사이에 가스평형 형성


- 폐의 가스교환에 따른 혈액의 가스분압 변화


3. 호흡조절- 호흡 : 척수의 체성운동뉴런의 활동에 반응하는 골격근의 수축과 이완에 의해 발생- 이 운동뉴런의 활동 : 연수의 호흡조절중추 뉴런, 대뇌피질 뉴런 에 의해 조절- 호흡의 자동조절 : 혈액의 화학조성(PCO2, pH, PO2)에 민감한 화학수용기에 의해 영향 받음- 혈액 PCO2 상승 -> 환기상승 초래

1) 중추화학수용기(연수 화학수용기) : - 연수의 복측영역에 위치- 동맥혈의 PCO2 에 가장 민감- 정상상태 : 동맥혈의 PCO2, pH, PO2 일정하게 유지- 호흡저하에 의한 동맥혈 PCO2 상승

->혈중 CO2 혈액-뇌 장벽 통과-> 뇌척수액의 pH 감소

-> 화학수용기 자극

* 혈액의 H+는 혈액-뇌 장벽을 통과하지 못함


2) 말초화학수용기 : - 대동맥소체, 경동맥소체 포함- 혈액 CO2에 의해 직접 자극 받지 않음- pH 저하에 의해 자극


3) 자동 호흡조절 :

- 연수의 주기중추(rhythmicity center)에 의해 조절

- 주기중추 : I 뉴런(inspiratory neuron)과 E 뉴런(expiratory neuron)의 상호작용 풀로 구성- I 뉴런 : 흥분발사로 척수의 운동뉴런 자극- E 뉴런 : I 뉴런이 저해될 때 수동적으로 작동- I, E 뉴런의 활성은 상반되게 변동하며 호흡의 주기패턴 형성- I, E 뉴런의 율동조절 : 연수의 pacemaker 뉴런의 주기적 활동에 의함

- 주기중추의 활성 조절 : 뇌교의 호흡 중추에 의해 조절- 지속성 흡식 중추 : I 뉴런 자극 -> 흡기 촉진- 호흡조절중추 : 지속성흡식 중추와 길항적으로 작용 -> 흡기 저해


4) 환기에 대한 PCO2 와 PO2의 효과

- PCO2의 상승 : 화학수용기의 자극에 의해 호흡의 직선적 상승- PO2의 변화 : PCO2에 대한 화학수용기의 감수성에 영향

- 낮은 PO2(높은 고도) -> CO2에 대한 화학수용기 감수성 증가 -> 호흡량 증가


4. 헤모글로빈과 산소 운반1) 헤모글로빈(hemoglobin)

- 혈액 중 적혈구에 포함- 4분자의 globin + 4개의 헴 -> 각 헴그룹은 한분자의 철과 결합 -> 각 철분자는 한 분자의 산소와 결합- oxyhemoglobin : 산소와 결합한 형태 vs deoxyhemoglobin : 산소가 해리된 상태- 농도조절 : 신장에서 생산되는 적혈구조혈인자(EPO, erythropoietin)에 의해 골수에서의 생성 조절


☞ 헤모글로빈 결합반응과 해리반응- 결합반응 : deoxyhemoglobin 과 산소의 결합 -> 폐에서 일어남- 해리반응 : oxyhemoglobin으로부터 산소의 유리반응 -> 조직에서

폐deoxyhemoglobin + O2 oxyhemoglobin

조직- 반응의 진행방향은 두가지요소 (환경의 PO2, 친화성) 에 의해 조절

(1) PO2의 영향-> Oxy-Hb 해리곡선으로 설명: PO2의 변화에 따른 Hb의 산소포화도 곡선


(2) 친화성의 영향 : 산소운반에 대한 pH와 온도의 효과- 운동중인 근육에서 pH 저하(CO2 상승) 와 온도의 상승효과- pH 효과 -> Bohr effect 로 설명 : pH 감소할 때 친화성 감소

- 근육운동 -> CO2 생성 -> pH 감소 -> 친화성 감소 -> 산소 해리 증가- 근육운동 -> 열발생 -> 온도 상승 -> 해리곡선 우측으로 이동 -> 친화성 감소 -> 산소 해리 증가


(3) 산소운반에 대한 2,3-DPG(2,3-diphosphoglyceric acid)의 영향

- 성숙한 적혈구 : 핵, 미토콘드리아 없음 -> 혐기적 경로를 통해 에너지 얻어야 함- 혐기적 해당경로 중 2,3-DPG 생성 (적혈구에만 존재)- 2,3-DPG 생성 효소는 oxy-Hb 에 의해 저해 -> oxy-Hb 농도 감소하면 2,3-DPG 생산 증가- oxy-Hb 과 2,3-DPG 의 결합은 deoxy-Hb을 안정하게 만들어 oxy-Hb으로부터 산소해리 촉진- PO2 낮으면 oxy-Hb 농도 감소 -> 2,3-DPG의 상승 -> 산소해리 증가


2) 미오글로빈(myoglobin)- 1 개의 globin 사슬과 1 개의 헴으로 구성 -> 1 분자의 산소만 운반- 산소에 대한 친화성이 높다 -> 낮은 PO2에서만 산소를 방출 -> 산소 저장기능- 심근세포, 심해어에 다량 존재


5. 이산화탄소 운반과 산-염기 평형- 혈액에 의한 이산화탄소의 운반 3가지 형태

-> ① 용해 CO2 : 산소보다 21배의 높은 용해도로 물에 용해 됨 -> 총 혈액 CO2의 1/10 -> ② Carbaminohemoglobin : hemoglobin의 아미노산과 결합된 상태 -> 1/5 -> ③ 중탄산염(HCO3-) : 혈액운반 이산화탄소의 대부분

1) 조직모세혈관에서의 CO2 수송 (Chloride shift)- 조직의 높은 PCO2, 동맥혈의 낮은 PCO2 -> 조직의 CO2 가 혈액속으로 확산- 확산된 CO2는 적혈구내에서 carbonic anhydrase (적혈구에만 존재)에 의해 탄산 형성- 탄산의 해리 방출된 H+는 Hb 과 결합 pH 완충 및 산소 해리 촉진 -> Bohr effect

HCO3- 는 혈장으로 확산- HCO3- 의 유출에 따라 전하평형을 위해 Cl- 가 적혈구내로 유입 -> Chloride shift - 적혈구내의 H+ 제거 -> 지속적 탄산의 생성 촉진 -> 혈액의 이산화탄소 운반능력 향상- 결과적으로 조직의 높은 CO2 농도는 산소해리 상승 -> 산소해리는 이산화탄소 운반 상승

2) 폐모세혈관에서의 CO2 수송- 폐의 높은 PO2, 정맥혈의 낮은 PO2 -> 폐의 O2 가 혈액으로 확산- 확산된 O2 가 Hb 에 결합 -> 결합된 H+ 방출 -> HCO3- 와 결합, 탄산 형성- 탄산탈수소효소에 의해 물과 CO2 로 전환 -> CO2 제거에 의해 HCO3- 농도 감소- HCO3- 농도 감소에 따라 혈장으로부터 유입 촉진- 전하평형유지를 위해 적혈구로부터 Cl- 유출 -> reverse chloride shift


CA


3) 환기와 산-염기 평형- 정상환기에 의해 체동맥의 PCO2, 탄산, H+, HCO3-의 농도가 일정하게 유지 -> 혈액의 산-염기 평형

1. 호흡기계 - knuapp-mic/resources/lecture/animal physiology/chapter 14-respiration.pdfchapter...

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