운동 생리학 : 운동 중 호흡조절 (정리)

• 폐조직의 중요한 역할은 공기와 신체 사이에 가스교환이 원활하게 이루어지도록 만들며 운동중에 발생하는 산염기의 균형을 조절하는 것이다.

• 해부학적으로 폐조직은 공기를 순화시키는 통로로 공기를 폐로 여과하고 전달하여 폐포라고 칭하는 작은 공기주머니에서 가스교환이 이루어지게한다.

• 흡기 시 사용되는 주요 근육은 횡격막이다. 폐 내 압력이 대기압보다 낮을 때 공기가 폐로 들어온다. 안정시 호기는 수동적으로 일어나며 운동시에는 복부에 위치한 복직근와 내복사근에 의해 능동적인 호기가 이루어진다.

• 폐순환체계에서 공기저항의 1차적인 원인은 기도의 지름이다.

• 폐환기량은 폐의 안과 밖으로 이동하는 가스의 양을 말한다.

• 분당 환기되는 가스의 양은 호흡빈도수와 1회 호흡량의 곱으로 나타낸다.

• 폐용적은 폐기능 측정계를 이용하여 측정할 수 있다.

• 폐활량은 공기를 최대로 흡입한 후 최대로 내뿜을 수 있는 가스량이다.

• 잔기량은 최대 호기 후 폐에 남아 있는 가스량이다.

• 폐에서 가스는 단순확산에 의해 혈액-가스 경계면을 지나 이동한다.

• 피크의 법칙에 따라서 확산속도가 정해진다. 즉 조직을 통과하는 가스의 양은 세포막 접촉면적과 분압차이에 비례하며 세포막 두께와는 반비례한다.

• 폐순환은 압력이 낮은 순환체제로서 혈류량 속도는 체조직을 순환하는 혈류속도와 같다.

• 서 있는 상태에서 대부분의 혈류는 중력 때문에 폐의 기저면에 모여 있다.

• 혈액과 폐 사이에 효율적인 가스교환이 이루어지기 위해서는 호흡에 따른 혈류량의 흐름이 적절하게 이루어져야 한다. 이를 환기와 관류관계라 한다.

• 환기와 관류의 이상적인 비율은 1.0 또는 1.0보다 조금 높은것이 좋다. 이러한 비율은 혈류량과 환기의 이상적인 조화를 나타낸다.

• 혈액에서 운반되는 산소의 99%는 화학적으로 헤모글로빈과 결합한다. 산소분압이 헤모글로빈과 산소가 결합하는 데 미치는 영향은 S형태의 산소 헤모글로빈 해리곡선으로 설명된다.

• 체온상승과 혈액 내 pH 의 감소는 산소 헤모글로빈 해리곡선을 오른쪽으로 이동시키며 산소에 대한 헤모글로빈의 친화력을 감소시킨다. (보어효과)

• 이산화탄소는 혈액 네에서 세가지 형태로 운반된다. 1) 혈액 내 용해되어 운반 10%, 2) 헤모글로빈과 결합한 카바미노헤모글로빈 형태로 20%, 3) 중탄산엽 형태 70% 로 운반된다.

• 폐환기 증가는 더 많은 이산화탄소를 배출하게하며 이는 혈액 내 이산화탄소 분압을 낮춤으로써 수소 이온의 농도를 낮추어 pH를 증가시킨다.

• 일정한 강도의 최대하 운동에서 초기에 호흡은 빠르게 증가하다가 평형상태에 이루게 된다. 이때 동맥의 산소와 이산화탄소의 분압은 일정하게 유지된다.

• 고온과 습한 환경에서 장시간 운동하면 체온증가가 호흡조절중추에 영향을 미쳐 호흡을 빠르게 하도록 한다.

• 운동강도를 점증적으로 증가시키면 최대산소섭취량의 50~70% 까지는 호흡량이 직선적으로 증가하나 운동량이 더욱 강해지면 호흡은 급격하게 증가하게 된다. 이러한 변곡지점을 환기역치라 한다.

• 호흡조절중추는 연수 안에 있으며 안정시 정상적인 호흡 형태는 흡기성 신경의 본능적인 작용에 의해 결정된다. 이러한 호흡순환계의 작용은 연수 외부에 있는 신경에 의해 수정될 수 있다. 뇌교와 같이 위치한 지속흡식중추와 호흡조정중추는 흡기성 신경을 조절함으로써 호흡 깊이를 조절한다.

• 호흡량 증가를 위해 호흡조절중추로 입력된 신호로 신경계와 체액에서 온다. 뇌의 고위 중추에서 발생하거나 또는 운동하는 근육의 수용기에서 발생한다. 체액신호는 중추와 말초 화학수용기 그리고 폐의 이산화탄소 수용기로부터 발생한다. 중추 화학수용기는 PCO2 증가에 민감하게 반응하고 PCO2 증가에 민감한 폐에 있는 수용기는 가설로만 존재한다.

• 운동시 호흡을 증가시키는 주요 원인은 뇌의 고위 중추명령에 의하여 활동근육의 체액성 화학수용기와 신경 피드백 신호가 더욱 세밀하게 호흡량을 조절한다.

• 점증적 운동검사 시 비직선적인 호흡량 증가(환기역치)의 원인은 논란의 여지가 많지만 혈액 내 수소 이온의 농도 증가로 경동맥 소체를 자극하여 호흡량을 증가시키는 것으로 생각된다.

• 일반적으로 폐순환체계는 최대산소섭취량의 90% 이하의 장시간 최대하 운동 시 운동수행능력을 제한하는 요소는 아니다.

• 최대하 운동과는 반대로 최대운동이상 (90%< )에서는 호흡계(호흡근육 피로)가 운동수행능력을 제한할 수 있다. 게다가 폐에서의 불완전한 가스교환이 우수 지구력 선수들에게 일어날 수 잇으며 고강도 운동수행능력을 제한할 수 있다.