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호흡계

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목차

1. 개요

호흡계는 생물이 호흡을 위해 산소를 들이마시고 이산화탄소를 배출하는 과정을 담당하는 기관 및 체계를 의미한다. 호흡은 외호흡과 내호흡으로 구분되며, 외호흡은 일반적으로 체표에서 이루어지지만, 다세포 동물은 아가미, 폐 등 특화된 호흡 기관을 발달시켰다. 다양한 생물은 환경에 적응하여 피부, 아가미, 기관, 허파 등 다양한 호흡 기관을 사용하며, 척추동물은 어류, 양서류, 파충류, 조류, 포유류로 진화하면서 각기 다른 호흡계를 발달시켰다. 특히 포유류는 횡격막과 늑간근을 이용한 효율적인 호흡 방식을 갖추고 있다.

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호흡계
개요
기능별로 분류한 인체 호흡계 개요도
기능별로 분류한 인체 호흡계 개요도
라틴어 명칭systema respiratorium
영어 명칭respiratory system, respiratory organ, respiratory tract
구조 및 기능
기능기체 교환
관련 학문
관련 학문호흡기학

2. 호흡의 기본 원리

생물은 세포 호흡을 통해 에너지를 생성하며, 이 과정에서 산소가 필요하고 이산화탄소가 생성된다. 외호흡은 외부 환경과 생물체 사이의 가스 교환을 의미한다.[74] 일반적으로 "호흡"은 외호흡을 가리키며, 외호흡은 주로 체표에서 이루어진다. 다세포 동물의 경우, 호흡기라는 특정 부분에서 집중적으로 가스 교환이 수행된다. 수중 동물은 아가미를 통해, 육상 동물은 기관이나 폐를 통해 호흡한다. 특히 폐는 내부 표면적을 넓히는 방향으로 적응되어 왔다. 순환계를 가진 생물에서는 호흡기에 순환계가 집중되며, 사지동물에서는 폐순환이 독립적으로 이루어진다.[74]

체내에서는 세포와 혈액 사이에서 가스 교환이 이루어지는데, 이것을 내호흡이라고 한다. 내호흡은 "대사"로 바꿔 말하기도 한다.[74]

정상적인 호흡 시 분당 코나 입으로 들어오거나 나가는 총 공기량은 분당 환기량이며, 폐활량과 호흡수의 곱으로 계산된다. 분당 폐포로 들어오거나 나가는 공기량은 폐포 환기량이며, (폐활량 – 해부 생리학적 사강) * 호흡수로 계산된다. 흡입 중 폐포에 도달하지 않고 기도에 남아 있는 공기량(분당)은 해부 생리학적 사강 환기량이며, 해부 생리학적 사강과 호흡수의 곱으로 계산된다.

측정값방정식설명
분당 환기량폐활량 * 호흡수정상 호흡 시 분당 코나 입으로 들어오거나 나가는 총 공기량.
폐포 환기량(폐활량 – 해부 생리학적 사강) * 호흡수분당 폐포로 들어오거나 나가는 공기량.
해부 생리학적 사강 환기량해부 생리학적 사강 * 호흡수흡입 중 폐포에 도달하지 않고 기도에 남아 있는 공기량(분당).


3. 다양한 생물의 호흡 기관

산소 호흡을 하는 생물은 산소를 흡입하고 이산화탄소를 배출한다. 다세포 동물은 이 과정을 특정 부분에서 집중적으로 수행하는데, 이 부분을 호흡기라고 한다. 호흡기는 체표 면적을 넓히는 형태를 띠고 있다. 수중에서는 아가미 형태가 많고, 육상에서는 폐 형태가 많다. 폐는 내부에 많은 요철을 만들어 표면적을 넓히는 적응을 보인다. 사지동물에서는 혈관계에서 폐순환이 독립되어 있다.[74]

다양한 생물들은 자신의 환경에 맞게 특화된 호흡 기관을 발달시켰다.

3. 1. 원생동물 및 하등 다세포 동물

원생동물, 해면, 히드라, 플라나리아와 같은 하등 다세포 동물은 별도의 호흡 기관이 없이 체표면을 통해 직접 외부 환경과 가스 교환을 한다.[74]

3. 2. 피부 호흡

지렁이는 호흡에 특화된 기관을 가지고 있지 않고, 피부에 모세혈관이 모여 있어서 여기서 기체 교환을 한다. 척추동물에서는 어류, 양서류, 파충류의 일부가 체표에서 기체 교환을 하고 있다.[74]

무척추동물의 대부분은 피부로 호흡이 가능하다. 특히 몸이 작은 경우, 체내 동물질의 양에 비해 표면적의 비율이 커지기 때문에(2차원3차원의 법칙) 특히 호흡기를 필요로 하지 않는다.

3. 3. 아가미 호흡

수생 동물의 대표적인 호흡 기관은 아가미이다. 가장 원시적인 아가미는 갯지렁이 등의 환형동물에서 볼 수 있는 것으로, 피부가 돌출한 간단한 것이다. 연체동물의 아가미는 외투강에 있는데, 빗살 모양 또는 넓적한 모양으로 되어 있으며, 그 속에는 혈관이 가늘게 분포되어 있다. 오징어·문어 종류는 외투막 운동에 의해 신선한 물을 아가미로 보내는 호흡 운동을 한다. 갑각류는 머리가슴부의 가슴다리 밑부분에 몇 쌍의 잎 모양 또는 깃털 모양의 아가미가 발달하여, 대부분은 두흉갑(頭胸甲)으로 덮인 아가미실 속에 들어 있다. 척추동물 중 일생 동안 아가미로 호흡을 하는 것은 어류뿐인데, 매우 발달한 아가미를 가지고 있다. 어류의 아가미는 인두부에서 좌우로 쌍을 이루어 돌출한 몇 장의 잎 모양의 표피로서, 이 속에는 모세 혈관이 가늘게 분포되어 있다. 잎 모양의 아가미는 표면적이 대단히 커서, 총체표면적의 수십 배에 달한다. 경골어류의 아가미는 네 쌍이며, 호흡 운동은 입과 아가미뚜껑의 운동에 의한 빨아들이고 내뱉는 펌프 작용에 의해 끊임없이 신선한 물이 유입된다.

물에 녹아 있는 산소가 아가미에서 혈색소에 흡수되고, 아가미를 통해 이산화탄소를 배출한다. 아가미는 다양한 동물군에서 볼 수 있지만, 이들은 상동 기관이 아니며, 같은 분류군에서도 서로 다른 부위에 아가미가 발달하는 경우가 드물지 않다. 소형 동물은 일반적으로 피부 호흡을 하며, 그것만으로는 부족할 경우, 어떤 부위의 피부가 확장되어 표면적이 증가하여 아가미가 되는 것으로 보인다.

3. 4. 수관계와 수폐

극피동물 가운데 성게, 불가사리류에는 수관계가 있고, 해삼류에는 수폐(호흡수)라 불리는 복잡한 관상 구조가 있어서, 물속에서의 능률적인 가스 교환에 도움이 된다.

3. 5. 기관 호흡

곤충류는 혈관계처럼 체내에 분포하는 가는 관인 기관계를 통해 공기를 조직으로 직접 보낸다. 이 기관은 조직 세포와 직접 접촉하여 가스 교환이 이루어진다. 혈액에 의한 산소 및 이산화탄소 운반이 필요 없어 혈관계는 간단하다. 기관의 입구는 체절마다 한 쌍씩, 몸 전체에 보통 열 쌍이 있는 기문이다. 기문 개폐는 기문과 기관 사이의 전방(前房)에 있는 주걱 모양 돌기의 개폐 장치로 이루어진다. 호흡 운동은 복부 체벽 운동으로 이루어지며, 앞쪽 네 쌍의 기문으로 공기가 들어오고 뒤쪽 여섯 쌍으로 배출된다. 숨을 들이쉴 때 복부가 부풀어 앞 기문이 열리고 뒤 기문은 닫히며, 복부가 수축하면 앞 기문은 닫히고 뒤 기문이 열려 날숨이 배출된다.

거미류의 기관계는 책허파(서폐)로, 복부 앞쪽 끝에 책을 쌓아놓은 모양이다. 물속에 사는 곤충 중에는 모기 유충처럼 꽁무니 끝 기문을 수면 위로 내놓고 호흡하거나, 하루살이·실잠자리 유충처럼 잎 모양 돌기 속에 기관이 분포하여 물속에서 가스 교환을 하는 기관 아가미를 가진 경우가 있다.

육상 절지동물은 대부분 기문과 기관을 이용하여 가스 교환을 한다. 기문은 계통 발생적으로 외골격이 체내로 함몰되어 생긴 것으로, 체내 깊숙이까지 모세 기관으로 퍼져 있으며, 체내 조직은 기관을 통해 공급되는 공기와 직접 가스 교환을 한다. 기문·기관은 매우 가늘어 공기의 대류는 거의 일어나지 않지만, 기관 내 산소와 이산화탄소는 농도 기울기에 의한 확산으로 외기와 같은 농도로 유지된다.

3. 6. 허파 호흡

육상 동물은 주로 허파를 통해 공기 중 산소를 흡수한다. 달팽이나 민달팽이 같은 유폐류는 외투강 내벽이 변형되어 주름지고 혈관이 분포하는 허파를 가진다. 하지만 이 허파는 표피가 변형된 것으로, 척추동물의 허파와 기원이 다르다. 척추동물의 허파는 인두 좌우 양 옆쪽으로 함입되어 만들어진 속 빈 주머니가 발달한 것이다. 이는 어류의 부레나 폐어류의 허파와 발생이 같고, 양서류 이상의 허파로 진화된 것으로 여겨진다.

양서류는 기관이나 기관지가 없고, 구강과 인두, 복부 운동으로 호흡하며, 불완전한 허파 호흡은 피부 호흡으로 보충한다. 개구리는 호흡 표면적을 넓히기 위해 주머니 내면에 주름이 발달되어 있다. 파충류는 양서류보다 발달된 허파와 연골로 된 원통 모양 기관을 가지며, 갈비사이근 수축으로 갈비뼈를 움직여 공기를 출입시킨다.

조류의 허파는 많은 기관지가 모인 해면 모양이며, 기관지에는 얇은 막으로 된 큰 기낭이 여러 쌍 있다. 기낭은 근육, 내장 사이, 뼈 내부로 들어가 있으며, 가스 교환보다는 공기 저장, 몸을 가볍게 하는 역할을 한다. 조류는 갈비사이근 수축으로 갈비뼈를 움직여 공기를 출입시키고, 기낭 작용으로 허파 표면에 신선한 공기를 지속적으로 보내는 효율적인 호흡을 한다.

포유류의 허파는 나뭇가지 모양 기관지를 중심으로 모세 혈관이 분포된 허파꽈리(지름 약 100μ)가 무수히 연결(약 7억 개)되어 굴곡이 많고 표면적이 매우 넓다. 호흡 운동은 가로막과 갈비뼈의 상하 운동으로 일어난다. 갈비사이근으로 갈비뼈와 가슴뼈가 올라가고 가로막이 내려가면 흉강이 넓어지고 압력이 낮아져 공기가 허파로 들어온다. 반대로 갈비사이근이 이완되면 갈비뼈와 가슴뼈는 내려오고 가로막이 올라가 흉강이 좁아져 압력이 높아져 공기가 몸 밖으로 나간다. 가로막과 갈비뼈 중 하나의 운동만으로도 호흡이 가능하나, 육상 사지 동물은 앞다리 지탱을 흉부에 의존하므로 가로막을 이용하는 경우가 많다.

폐활량계의 출력. 그래프의 위쪽 움직임(왼쪽에서 읽음)은 공기 흡입을, 아래쪽 움직임은 호기(내쉼)를 나타낸다.


호흡 과정 동안 폐는 팽창과 수축을 반복하며 공기를 들이마시고 내쉰다. 정상 휴식 상태의 폐 출입 공기량(약 500ml의 안정시 폐활량)과 최대 강제 호흡 시 이동 공기량은 폐활량 측정법으로 측정한다.[10] 일반 성인의 폐활량 측정 결과는 위 그림과 같다.

최대 강제 호기 시에도 폐의 모든 공기가 배출되지 않으며(폐 기능 예비 용량), 이를 잔기량(약 1L~1.5L)이라 하며, 폐활량 측정법으로 측정 불가하다. 잔기량을 포함하는 용적(약 2.5L~3L의 기능적 잔기량, 약 6L의 폐활량) 또한 특수 기술로 측정해야 한다.[10]

입, 코, 폐포 출입 공기 속도와 계산 방법은 아래 표와 같다. 분당 호흡 회수는 호흡수로, 건강한 성인은 분당 12~16회 호흡한다.

측정값방정식설명
분당 환기량폐활량 * 호흡수정상 호흡 시 분당 코나 입으로 들어오거나 나가는 총 공기량.
폐포 환기량(폐활량 – 해부 생리학적 사강) * 호흡수분당 폐포로 들어오거나 나가는 공기량.
해부 생리학적 사강 환기량해부 생리학적 사강 * 호흡수흡입 중 폐포에 도달하지 않고 기도에 남아 있는 공기량(분당).



코나 기도 내 신경 말단 자극은 기침 반사와 재채기를 유발, 기관이나 코에서 공기를 강력 배출시킨다. 이로써 호흡기관을 덮는 점액에 걸린 자극 물질은 배출되거나 입으로 이동, 삼켜질 수 있다.[18] 기침 시 기도 벽 평활근 수축은 연골판 끝을 당기고 부드러운 조직을 내강으로 밀어 기관을 좁혀 유출 기류 속도를 증가, 자극 물질/점액 제거를 돕는다.

호흡 상피는 분비형 면역글로불린(IgA), 콜렉틴, 디펜신, 기타 펩타이드, 프로테아제, 활성산소종, 활성질소종 등 다양한 분자를 분비, 항균제로 작용하여 기도를 감염에서 보호한다. 다양한 케모카인, 사이토카인도 분비, 면역 세포 등을 감염 부위로 유도한다.

표면 활성제 면역 기능은 주로 SP-A, SP-D 단백질에 기인한다. 이들은 병원체 표면 당에 결합, 옵소닌화하여 식세포 섭취를 돕고, 염증 반응 조절, 적응 면역 반응과 상호작용한다. 표면 활성제 분해/불활성화는 폐 염증, 감염 감수성 증가에 기여한다.[36]

호흡계 대부분은 점막관련림프조직을 포함하는 점막으로 덮여 림프구 등 백혈구를 생성한다.

인간은 두 개의 폐를 가지며, 세로로 자른 원뿔과 비슷한 형태로, 종격 사이에 심장을 덮고 흉강 용적의 약 80%를 차지한다. 성인은 먼지 입자 침착으로 밝은 회색을 띤 검은색이다. 폐 상단은 쇄골 위 2~3cm, 하단은 횡격막에 닿는다. 심장 있는 부분은 오목하며, 심장이 왼쪽으로 기울어져 왼쪽 폐는 무게 약 500g, 용적 약 1000ml로 오른쪽 폐(약 600g, 약 1200ml)보다 작다.[82] 폐 틈으로 폐엽 단위로 나눌 때, 오른쪽 폐는 상엽, 중엽, 하엽 3엽, 왼쪽 폐는 상엽, 하엽 2엽이다.[82] 총 5개 기관지는 각 폐엽에 해당한다.[82]

기관은 폐 안에서 구역 기관지까지 가지를 치지만 겹치지 않고, 폐 속 혈관도 개별 영역에 한정된다. 이를 폐구역이라 하며, 폐암 등 절제술 시 이 구역 단위로 실시한다.[82] 구역 내 기관지는 더 갈라져 연골 구조가 없어지고 종말세기관지가 된다. 이 부분에 폐포가 부착, 내부 모세혈관과 가스 교환을 한다. 이를 혈액-공기 장벽이라 한다.[82]

두 폐는 이중 흉막으로 덮여 있다. 폐 쪽은 장측흉막, 흉벽 쪽은 벽측흉막이며, 둘 다 장막이다. 양쪽 흉막 사이에는 장액에 의한 흉막강액이 차 있다.[77]

4. 척추동물의 호흡계



척추동물은 다양한 호흡계를 가지고 있으며, 이는 각 동물의 서식 환경과 생리적 특성에 맞게 진화해왔다.


  • 폐활량 측정: 폐활량 측정법은 사람이 숨을 쉴 때 폐로 들어오고 나가는 공기의 양을 측정하는 방법이다. 그림 3은 일반적인 성인의 폐활량 측정 결과를 보여준다. 최대한 숨을 내쉬어도 폐에는 잔기량(약 1.0~1.5리터)이라는 일정량의 공기가 남아 있으며, 이는 폐활량 측정법으로 측정할 수 없다.[10]

  • 공기 속도 계산: 입이나 코를 통해, 또는 폐포로 들어오고 나가는 공기의 속도는 아래 표와 같이 계산할 수 있다. 건강한 성인은 평균적으로 분당 12~16회 호흡한다.


측정값방정식설명
분당 환기량폐활량 * 호흡수정상 호흡 시 분당 코나 입으로 들어오거나 나가는 총 공기량.
폐포 환기량(폐활량 – 해부 생리학적 사강) * 호흡수분당 폐포로 들어오거나 나가는 공기량.
해부 생리학적 사강 환기량해부 생리학적 사강 * 호흡수흡입 중 폐포에 도달하지 않고 기도에 남아 있는 공기량(분당).


  • 폐 계면활성제: 폐는 폐포의 II형 세포에서 생성되는 폐 계면활성제라는 물질을 만들어 낸다. 이 물질은 폐포 내부를 덮고 있는 얇은 수막에 떠서 물의 표면 장력을 줄여준다. 표면 장력은 폐포가 붕괴되는 것을 막고, 폐가 쉽게 늘어나고 줄어들 수 있도록 돕는다.[18] 또한 폐포 안으로 물이 들어오는 것을 막아 폐포를 건조하게 유지한다.[18][37]

  • 미숙아와 호흡곤란증후군: 미숙아는 폐 계면활성제가 부족하여 폐가 쉽게 붕괴될 수 있다. 이를 호흡곤란증후군이라고 하며, 치료하지 않으면 생명이 위험할 수 있다. 스테로이드는 II형 폐포 세포의 발달을 촉진하여 미숙아의 폐 성숙을 돕는다.[38]

4. 1. 포유류

'''그림 1.''' 호흡계


인간을 포함한 포유류의 호흡계는 기도, 폐, 횡격막 등으로 구성된다. 호흡계는 상부와 하부 호흡기계로 나뉜다. 상부 호흡기계는 코, 비강, 부비동, 인두 및 후두의 성대 위쪽 부분을 포함한다. 하부 호흡기계는 후두의 아래쪽 부분, 기관, 기관지, 세기관지 및 폐포를 포함한다.

하부 호흡기계의 기도는 호흡기 나무 또는 기관지기관 나무로 불리기도 한다. "나무"의 가지가 뻗어나가는 간격은 가지 "세대"로 불리며, 성인의 경우 약 23세대가 있다. 초기 세대(약 0~16세대)는 공기 통로 역할을 하며, 호흡 세기관지, 폐포관 및 폐포(약 17~23세대)에서 가스 교환이 일어난다.[5][18] 세기관지는 연골 지지대가 없는 작은 기도를 의미한다.[4]

기관에서 처음 갈라지는 기관지는 오른쪽과 왼쪽 주기관지이다. 기관(1.8 cm) 다음으로 지름이 큰 이 기관지(지름 1~1.4 cm)[5]는 각 폐문에서 폐로 들어가 엽 기관지로 갈라지고, 이는 다시 구역 기관지로 갈라진다. 구역 기관지(지름 1~6 mm)[6]는 더 작은 가지로 나뉜다.[7][8]

쥐는 사람(평균 23개)과 비교하여 약 13개의 호흡기 나무 가지를 가지고 있다.

폐포는 "나무"의 끝이며, 폐포로 들어간 공기는 같은 경로로 나와야 한다. 이러한 시스템은 사강을 생성하는데, 이는 호기 후 기도를 채우는 공기량(성인의 경우 약 150ml)이며, 환경 공기가 폐포에 도달하기 전에 다시 폐포로 호흡된다.[19][9]

호흡 과정 동안 폐는 팽창과 수축을 반복하며, 공기를 들이마시고 내쉰다. 정상적인 휴식 상태에서 폐로 들어오거나 나가는 공기량과 최대한 강하게 들이마시고 내쉴 때 이동하는 공기량은 폐활량 측정법으로 측정한다.[10] 최대한 강하게 내쉴 때도 폐의 모든 공기가 배출되는 것은 아니며(폐 기능 예비 용량), 이를 잔기량(약 1.0~1.5리터)이라 하며 폐활량 측정법으로는 측정할 수 없다. 따라서 잔기량을 포함하는 용적(약 2.5~3.0리터의 기능적 잔기량 및 약 6리터의 폐활량) 또한 폐활량 측정법으로 측정할 수 없다.[10]

입이나 코를 통해 또는 폐포로 들어오거나 나가는 공기의 속도와 계산 방법은 아래 표와 같다. 분당 호흡 회수는 호흡수로 알려져 있으며, 건강한 성인은 평균적으로 분당 12~16회 호흡한다.

측정값방정식설명
분당 환기량폐활량 * 호흡수정상 호흡 시 분당 코나 입으로 들어오거나 나가는 총 공기량.
폐포 환기량(폐활량 – 해부 생리학적 사강) * 호흡수분당 폐포로 들어오거나 나가는 공기량.
해부 생리학적 사강 환기량해부 생리학적 사강 * 호흡수흡입 중 폐포에 도달하지 않고 기도에 남아 있는 공기량(분당).



폐는 폐포의 II형 세포에서 생성되는 계면활성 물질이라는 표면 활성 리포단백질 복합체를 생성한다. 이 물질은 폐포 내부를 덮고 있는 얇은 수막 표면에 떠서 물의 표면 장력을 감소시킨다.

수면의 표면 장력은 그 표면을 수축시키려는 경향이 있다.[18] 폐포와 같이 표면이 곡면일 경우, 표면의 수축은 폐포 직경을 감소시킨다. 물-공기 계면의 곡률이 클수록 폐포가 붕괴될 가능성이 커진다.[18] 이는 세 가지 효과를 가진다. 첫째, 폐포 내부 표면 장력은 들숨 동안 폐포 확장을 저항한다. 계면활성제는 표면 장력을 감소시켜 폐를 더 순응성 있게 만든다. 둘째, 호흡 주기 동안 폐포 직경은 증가하고 감소하며, 날숨 말기에 폐포 붕괴 가능성이 더 크다. 계면활성제는 수면에 떠 있기 때문에, 날숨 동안 폐포가 수축할 때 분자들이 더욱 조밀하게 뭉쳐 표면 장력을 낮추는 효과가 더 크다.[18] 셋째, 폐포를 덮고 있는 곡면 수막의 표면 장력은 폐 조직에서 폐포로 물을 끌어들이는 경향이 있다. 계면활성제는 이러한 위험을 감소시켜 폐포를 건조하게 유지한다.[18][37]

계면활성제를 생성할 수 없는 미숙아는 날숨할 때마다 폐가 붕괴되는 경향이 있다. 치료하지 않으면 호흡곤란증후군이라고 하는 이 질환은 치명적이다. 닭 폐 세포를 사용한 기본적인 과학 실험은 II형 폐포 세포 발달을 촉진하는 수단으로 스테로이드를 사용할 가능성을 뒷받침한다.[38] 미숙아 출산이 임박했을 때는 출산을 지연시키기 위해 노력하며, 폐 성숙을 촉진하기 위해 이 기간 동안 어머니에게 스테로이드 주사를 투여한다.[39]

폐 혈관에는 혈전을 용해하는 섬유소 용해계가 있다. 또한 전신 동맥혈로 다양한 물질을 방출하고, 폐동맥을 통해 도달하는 전신 정맥혈에서 다른 물질을 제거한다. 일부 프로스타글란딘은 순환계에서 제거되는 반면, 다른 일부는 폐에서 합성되어 폐 조직이 늘어날 때 혈액으로 방출된다.

폐는 한 가지 호르몬을 활성화한다. 생리적으로 불활성인 십펩타이드 안지오텐신 I은 폐순환계에서 안지오텐신 II로 전환된다. 이 반응은 다른 조직에서도 일어나지만 폐에서 특히 두드러진다. 안지오텐신 II는 소동맥 벽에 직접적인 영향을 미쳐 소동맥 수축을 일으키고 동맥혈압이 상승한다.[40] 이 활성화에 관여하는 안지오텐신 전환 효소는 폐포 모세혈관의 내피 세포 표면에 위치한다. 전환 효소는 브라디키닌도 불활성화한다. 폐포 모세혈관을 통한 순환 시간은 1초 미만이지만, 폐에 도달하는 안지오텐신 I의 70%는 모세혈관을 한 번 통과하는 동안 안지오텐신 II로 전환된다. 폐 내피 세포 표면에서는 다른 네 가지 펩티다아제가 확인되었다.

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기도는 비강이나 후두 등의 부분을 상기도, 기관에서 아래 부분을 하기도라고 부른다. 상기도는 감염증을 일으키기 쉬운 곳이기도 하다.[75]

호흡에서는 1개의 기관을 시간차를 두고 사용하여 호기와 흡기를 교대로 하여 공기가 왕복하는 흐름을 만든다. 기도를 통과하는 동안 공기는 이물질이 제거되고, 적절한 온도로 따뜻해지고, 습도가 더해진다.[76] 폐는 가스 교환을 하는 기관이지만, 근육을 가지지 않고 스스로 부풀어 오를 수 없다.[77] 호흡 운동을 적극적으로 하는 것은 폐를 수납하는 흉곽이다.[78]

흉곽은 측면의 흉벽과 저면의 횡격막으로 구성되며, 앞면의 흉골과 뒷면의 척추에 연결된 늑골로 전체가 둘러싸여 있다. 호흡에는 늑골 사이에 있는 외늑간근도 관여한다. 외늑간근과 횡격막의 수축과 이완에 의해 호흡이 일어나며, 전자를 흉식호흡, 후자를 복식호흡(횡격막호흡)이라고 하지만, 일반적인 호흡에서는 이 두 가지 운동이 함께 이루어진다.[78]

흉막 내부(흉강)는 항상 음압 상태를 유지한다. 흉곽의 호흡 운동에 의해 흉강은 호기 시 -2~-4cmH2O, 흡기 시 -6~-7cmH2O의 내압 상태(흉강내압)를 갖는다. 이에 비해 외기와 통하는 폐포나 기관의 내부는 외기압과 같다. 따라서 폐는 흉곽을 둘러싸는 근력에 의해 조직이 원래 가지고 있는 탄성(수축성)에 거슬러 항상 늘어난 상태로 유지된다.[78]

포유류에서는 외기에서 폐로 들어온 흡기에 포함된 산소는 폐포에서 주로 폐순환 혈액 중의 혈색소와 결합한다. 반대로 폐순환 혈액에 많이 포함된 이산화탄소가 폐포 내로 이동하여 호기와 함께 체외로 배출된다. 대기압이 1기압일 경우, 사람에서는 폐포 산소분압이 약 100mmHg이며, 이 값은 정상적인 사람에서는 운동 시에도 크게 변하지 않는다고 알려져 있다. 포유류의 흉강과 복강은 횡격막에 의해 완전히 분리되어 있다. 흡기 시에는 횡격막과 외늑간근이 수축하여 흉강의 체적을 확대하고, 호기 시에는 이러한 근육(호흡 주동근)이 이완됨으로써 흉강의 체적이 감소한다. 이러한 피스톤 운동에 의해 폐의 가스 교환이 효율적으로 이루어진다.

4. 1. 1. 인간의 호흡기

인간의 호흡기는 상기도와 하기도로 나뉜다. 상기도는 코, 비강, 부비동, 인두 및 후두의 성대 위쪽 부분을 포함한다. 하기도는 후두의 아래쪽 부분, 기관, 기관지, 세기관지 및 폐포를 포함한다.[4]

'''그림 2.''' 하부 호흡기계 또는 "호흡기 나무"


하기도는 기관지기관 나무(그림 2)로 묘사되기도 하며, 성인의 경우 약 23세대로 가지가 나뉜다. 초기 세대(약 0~16세대)는 공기 통로 역할을 하는 기관과 기관지, 더 큰 세기관지를 포함하며, 호흡 세기관지, 폐포관 및 폐포(약 17~23세대)에서 가스 교환이 일어난다.[5][18] 세기관지는 연골 지지대가 없는 작은 기도로 정의된다.[4]

기관에서 처음으로 가지를 치는 기관지는 오른쪽과 왼쪽 주기관지이다. 기관(1.8 cm) 다음으로 지름이 큰 이 기관지(지름 1~1.4 cm)[5]는 각 폐문에서 폐로 들어가 더 좁은 이차 기관지인 엽 기관지로 갈라지고, 이것이 더 좁은 삼차 기관지인 구역 기관지로 갈라진다. 구역 기관지(지름 1~6 mm)[6]는 더 세분화되어 4차, 5차, 6차 구역 기관지로 나뉘거나, 소구역 기관지로 그룹화된다.[7][8]

인간은 두 개의 폐를 가지고 있으며, 각각은 세로로 자른 원뿔과 비슷한 형태로, 단면을 마주 보게 하여 그 사이에 심장을 덮는 종격을 두고 흉강 용적의 약 80%를 차지한다. 성인의 경우 호흡 시 섞여 들어온 먼지 입자가 침착되어 밝은 회색을 띤 검은색으로 보인다. 폐의 상단은 쇄골 위 2~3cm에 이르고, 하단은 횡격막에 닿는다. 심장이 있는 부분은 오목하며, 심장이 약간 왼쪽으로 기울어져 있기 때문에 왼쪽 폐는 무게 약 500g, 용적 약 1000ml로 오른쪽 폐(약 600g, 약 1200ml)보다 작다.[82] 폐는 틈에 의해 폐엽 단위로 나뉘는데, 오른쪽 폐는 상엽, 중엽, 하엽의 3엽으로, 왼쪽 폐는 상엽, 하엽의 2엽으로 나뉜다. 총 5개로 갈라지는 기관지는 각각 이 폐엽에 해당한다.[82]

기관은 폐 안에서 구역 기관지까지 가지를 치지만, 이들은 겹치지 않으며, 폐 속에 퍼져 있는 혈관도 마찬가지로 개별 영역에 한정된다. 이것을 폐구역이라고 하며, 폐암 등의 경우 절제술을 시행할 때 이 구역 단위로 실시한다.[82] 구역 내에서 기관지는 더욱 갈라져 연골 구조가 없어지고 최종적으로 종말세기관지가 된다. 이 부분에 폐포가 부착되어 있으며, 내부를 지나는 모세혈관과 가스 교환(혈액-공기 장벽)을 한다.[82]

두 개의 폐는 각각 이중의 흉막으로 덮여 있다. 폐 쪽을 장측흉막, 흉벽 쪽을 벽측흉막이라고 하며, 둘 다 장막이다. 양쪽 흉막 사이에는 장액에 의한 흉막강액이 가득 차 있다.[77]

흉곽은 측면의 흉벽과 저면의 횡격막으로 구성되며, 앞면의 흉골과 뒷면의 척추에 연결된 늑골로 전체가 둘러싸여 있다. 호흡에는 늑골 사이에 있는 외늑간근도 관여한다. 외늑간근이 수축하면 늑골 전체가 들어올려지고 흉막의 용적이 커진다. 반대로 이완되면 늑골이 접혀 흉골과 척추 사이가 좁아지고 흉막 공간이 좁아진다. 횡격막의 움직임도 호흡을 만들어내는데, 이완된 상태에서는 흉곽 쪽으로 부풀어 오르지만, 수축하면 평평해지면서 흉곽 하부를 넓힌다. 호흡은 이러한 외늑간근과 횡격막의 수축·이완에 의해 일어나며, 전자를 흉식호흡, 후자를 복식호흡(횡격막호흡)이라고 하지만, 일반적인 호흡에서는 이 두 가지 운동이 함께 이루어진다.[78]

흉막 내부(흉강)는 항상 음압 상태를 유지한다. 흉곽의 호흡 운동에 의해 흉강은 호기 시 -2~-4cmH2O, 흡기 시 -6~-7cmH2O의 내압 상태(흉강내압)를 갖는다. 이에 비해 외기와 통하는 폐포나 기관의 내부는 외기압과 같다. 따라서 폐는 흉곽을 둘러싸는 근력에 의해 조직이 원래 가지고 있는 탄성(수축성)에 거슬러 항상 늘어난 상태로 유지된다.[78]

비강과 주변 기관은 얼굴의 거의 중앙에 위치한다. 돌출된 외비는 비강의 전벽에 해당하며, 거기서 내부까지 약 2cm 사이에는 흡기를 여과하는 기능을 가진 콧털이 나 있다.[75] 외비공에서 그 안쪽에 있는 비강은 비중격에 의해 좌우로 나뉘어져 있다. 비강의 내부는 비점막으로 덮여 있으며, 호흡 시 공기를 따뜻하게 하고, 습기를 더하며, 먼지 등을 제거하는 기능을 한다.[75]

비강과 연결된 두개골의 공간은 여러 개 있으며, 이것들을 부비동이라고 한다. 이 부분도 점막으로 덮여 있지만, 연결되는 경로가 좁아 염증 등이 발생하면 농의 배출이 불충분해져 축농증의 원인이 된다.[75]

비강 뒤쪽에서 연결되는 인두는, 구강에서 음식물을 식도로 운반하는 소화기의 역할을 겸한다. 섭식과 호흡 두 가지 운동은 각 기관이 질서정연하게 작용하여 혼란이 발생하지 않도록 되어 있다.[79] 이것은 연하반사라고 불린다.[80] 인두에 이어, 후두개에서 시작되는 깔때기 모양의 관이 후두이다. 후두는 연골 구조로 둘러싸여 있으며, 인대와 작은 근육으로 연결되어 있다. 연하 시 이러한 연골 조직이 상방으로 움직이고, 후두개가 닫혀 음식물이 호흡 기관으로 들어가지 않도록 한다.[79]

후두 내 연골인 윤상연골과 갑상연골 사이에 성대가 있다. 이것은 성대인대와 성대근이 점막에 싸여 후두 측벽에 만드는 한 쌍의 주름이다. 성대는 V자형이며, 사이에 성문이라는 틈이 있다. 윤상연골에는 복잡한 근육이 있으며, 이 근육의 수축으로 연골을 기울여 성대를 밀고, 성문의 열림 정도를 미세하게 조절하면서 소리를 낸다.[79]

4. 2. 조류

조류의 기낭과 폐의 배열


조류 호흡계의 해부학적 구조. 기관, 일차 기관지 및 폐내 기관지, 배측 및 복측 기관지와 두 기관지 사이를 지나는 파라브론키의 관계를 보여준다. 후방 및 전방 기낭도 표시되어 있지만, 축척은 아니다.


흡입 중 가슴의 움직임을 보여주는 비둘기 골격. '''화살표 1'''은 척추늑골의 움직임을 나타낸다. '''화살표 2'''는 그에 따른 흉골(및 용골)의 움직임을 보여준다. 두 가지 움직임 모두 조류의 몸통 가슴 부분의 수직 및 횡경선 지름을 증가시킨다.


조류의 흡입-호기 순환


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조류의 호흡계는 포유류와 상당히 다르다. 조류는 호흡 과정 동안 확장되거나 수축되지 않는 단단한 폐를 가지고 있다. 대신, 몸 전체에 분포된 광범위한 기낭 시스템이 풀무 역할을 하여 환경 공기를 기낭으로 끌어들이고, 공기가 폐를 통과한 후 사용한 공기를 배출한다.[44] 조류는 횡격막이나 흉막강이 없다.

조류의 폐는 크기가 비슷한 포유류의 폐보다 작지만, 기낭은 총 체적의 15%를 차지하는 반면, 포유류에서 풀무 역할을 하는 폐포는 7%를 차지한다.[53]

흡입과 호기는 복근과 늑골근을 모두 사용하여 전체 흉복강(또는 체강)의 부피를 번갈아 증가시키고 감소시킴으로써 이루어진다.[47][45][46] 흡입하는 동안 척추늑골에 부착된 근육이 수축하여 앞쪽과 바깥쪽으로 각도를 이룬다. 이것은 거의 직각으로 부착된 흉골늑골을 아래쪽과 앞쪽으로 밀어 흉골(그의 돌출된 용골 포함)을 같은 방향으로 움직이게 한다. 이는 몸통의 흉부 부분의 수직 및 횡경선 지름을 모두 증가시킨다. 특히 흉골의 후방 끝의 앞쪽과 아래쪽 움직임은 복벽을 아래쪽으로 당겨 몸통의 그 부분의 부피도 증가시킨다.[47] 전체 몸통강의 부피 증가는 모든 흉복부 기낭의 기압을 낮추어 기낭이 공기로 채워지게 한다.

호기하는 동안 흉골과 척추늑골에 전방으로 부착되고 골반에 후방으로 부착되어 복벽의 일부를 형성하는 외복사근이 흡입 운동을 반대로 하면서 복부 내용물을 압축하여 모든 기낭의 압력을 증가시킨다. 따라서 호기 동작에서 호흡계에서 공기가 배출된다.[47]

흡입하는 동안 공기는 콧구멍과 입을 통해 기관으로 들어가고, 후두 바로 너머까지 계속된 다음 기관이 두 폐로 가는 두 개의 일차 기관지로 갈라진다. 일차 기관지는 폐로 들어가 폐내 기관지가 되고, 이는 배측 기관지와 약간 더 나아가 등가의 배측 기관지라고 불리는 평행 가지를 형성한다.[47] 폐내 기관지의 끝은 조류의 미측 끝에서 후방 기낭으로 공기를 배출한다. 각 쌍의 배측-복측 기관지는 가스 교환이 일어나는 많은 수의 평행한 미세 공기 모세관(또는 파라브론키)에 연결되어 있다.[47] 조류가 흡입할 때, 기관 공기는 폐내 기관지를 통해 후방 기낭과 ''배측'' 기관지를 통해 흐르지만, ''복측'' 기관지는 통과하지 않는다. 이는 흡입된 공기를 복측 기관지의 개구부에서 멀리, 폐내 기관지의 연속부를 통해 배측 기관지와 후방 기낭으로 향하게 하는 기관지 구조 때문이다.[49][50][51] 배측 기관지에서 흡입된 공기는 파라브론키(따라서 가스 교환기)를 통해 복측 기관지로 흘러 들어가고, 그곳에서만 확장되는 전방 기낭으로 빠져나갈 수 있다. 따라서 흡입하는 동안 후방 기낭과 전방 기낭이 모두 확장되고,[47] 후방 기낭은 신선한 흡입 공기로 채워지는 반면, 전방 기낭은 방금 폐를 통과한 "사용된"(산소가 부족한) 공기로 채워진다.

호기하는 동안 후방 기낭(흡입하는 동안 신선한 공기로 채워짐)의 압력이 증가한다. 후방 기낭에서 배측 기관지와 폐내 기관지로 연결되는 개구부의 공기 역학은 공기가 폐내 기관지를 따라 되돌아가는 것이 아니라 폐로(배측 기관지를 통해) 가는 방향으로 기낭을 나가도록 한다.[49][51] 배측 기관지에서 후방 기낭의 신선한 공기는 파라브론키(흡입하는 동안 발생한 것과 같은 방향으로)를 통해 복측 기관지로 흐른다. 복측 기관지와 전방 기낭을 폐내 기관지에 연결하는 통로는 이 두 기관에서 "사용된" 산소가 부족한 공기를 기관으로 보내고, 그곳에서 외부로 빠져나간다.[47] 따라서 산소화된 공기는 전체 호흡 주기 동안 파라브론키를 통해 일정한 방향으로 흐른다.[52]

조류 폐를 통한 혈류는 파라브론키를 통한 공기 흐름과 직각으로 교차류 흐름 교환 시스템을 형성한다.[44][47] 산소 분압은 O2가 혈액으로 확산됨에 따라 파라브론키 길이를 따라 감소한다. 공기 흐름 입구 근처에서 교환기를 나가는 모세혈관은 파라브론키 출구 끝 근처에서 나가는 모세혈관보다 더 많은 O2를 흡수한다. 모든 모세혈관의 내용물이 혼합될 때, 혼합된 폐 정맥혈의 최종 산소 분압은 호기된 공기보다 높지만,[47][28] 그럼에도 불구하고 흡입된 공기의 절반 미만이며,[47] 따라서 포유류가 풀무형 폐로 하는 것과 거의 같은 전신 동맥혈 산소 분압을 달성한다.[47]

기관은 사강 영역이다. 호기 끝에 포함된 산소가 부족한 공기는 후방 기낭과 폐로 다시 들어가는 첫 번째 공기이다. 포유류 호흡기와 비교하여 조류의 사강 부피는 같은 크기의 포유류보다 평균 4.5배 더 크다.[53][47] 목이 긴 조류는 필연적으로 기관이 길며, 따라서 더 큰 사강 부피를 고려하여 포유류보다 더 깊이 숨을 쉬어야 한다. 일부 조류에서는 기관이 몸 안에서 앞뒤로 감겨 있어 사강 환기를 크게 증가시킨다.[47] 이러한 특별한 특징의 목적은 알려져 있지 않다.

조류는 호흡기가 크게 후기낭, 폐관, 전기낭으로 나뉘어 있으며, 폐는 포유류와 달리 관 모양이다. 흡기 시에는 외기가 후기낭으로, 호기 시에는 후기낭 내의 공기는 폐관으로 흐르고, 폐를 통과한 후 전기낭에 저장되어 있던 공기는 배출된다. 포유류와 마찬가지로 흡기와 호기를 번갈아 반복하지만, 전후 기낭이 일시적인 저장소가 되어 폐에는 항상 신선한 공기가 공급된다. 또한 폐의 혈류는 공기의 흐름과는 반대로 전기낭 쪽에서 후기낭 쪽으로 흐르기 때문에, 점차 산소 농도가 낮은 공기에서 높은 공기로 가스 교환을 하여 포유류의 폐에 비해 효율적인 가스 교환이 가능하다.

4. 3. 파충류

파충류의 폐는 해부학적 구조상 포유류보다 덜 복잡하며, 포유류 폐에서 발견되는 매우 광범위한 기도 구조가 없다. 그러나 파충류에서도 가스 교환은 폐포(Pulmonary alveolus)에서 일어난다.[44] 파충류는 횡격막(thoracic diaphragm)이 없다. 따라서, 거북을 제외한 모든 파충류는 늑간근의 수축으로 체강 부피를 변화시켜 호흡한다. 거북은 특정 짝을 이루는 옆구리 근육의 수축으로 흡입과 호기를 조절한다.[54]

숨을 쉬는 암컷 미시시피악어(American alligator)의 X선 비디오

4. 4. 양서류

양서류는 피부와 허파를 모두 호흡 기관으로 사용한다. 양서류의 허파 환기는 정압 환기에 의존한다. 근육이 입(구강) 바닥을 내려 구강을 확장시키면 콧구멍을 통해 공기가 구강으로 들어온다. 이후 콧구멍과 입이 닫히면 구강 바닥이 위로 밀려 공기가 기관을 통해 허파로 들어간다. 양서류의 피부는 특수 세포에서 분비되는 점액으로 습기를 유지하며, 혈관이 발달하고 습한 상태를 유지하여 피부 호흡에 관여한다. 허파는 혈액과 환경 공기 사이의 가스 교환을 위한 주요 기관이지만(물 밖일 때), 피부의 독특한 특성 덕분에 양서류가 산소가 풍부한 물속에 잠겼을 때 빠른 가스 교환이 가능하다.[55]

일부 양서류는 발달 초기 단계(예: 올챙이 개구리)에 아가미를 가지는 반면, 다른 일부는 성체가 되어서도 아가미를 유지한다(예: 일부 도롱뇽).[44]

4. 5. 어류

어류는 아가미를 통해 물속에 녹아 있는 산소를 흡수한다. 아가미는 섬유(filaments)를 포함하는 특수 기관이며, 이는 더 작은 얇은판(lamellae)으로 나뉜다. 얇은판에는 매우 많은 양의 물이 통과하는 매우 큰 기체 교환 표면적을 노출시키는 조밀한 얇은 벽 모세혈관 네트워크가 포함되어 있다.[61]

아가미는 물에서 산소 흡수 효율을 높이는 역류 교환 시스템을 사용한다.[62][63][64] 입을 통해 흡입된 신선한 산소가 풍부한 물은 아가미를 통해 한 방향으로 끊임없이 "펌핑"되는 반면, 얇은판의 혈액은 반대 방향으로 흐르면서 물고기의 생존에 달려 있는 역류 혈류와 수류를 만든다.[64]



물은 아가미뚜껑(operculum)(아가미 덮개)을 닫고 입안을 확장하여 입을 통해 빨려 들어간다(그림 23). 동시에 아가미실이 확장되어 입보다 낮은 압력이 생성되어 물이 아가미를 따라 흐르게 된다.[64] 그런 다음 입안이 수축하여 수동적인 구강 밸브가 닫히고 입에서 물이 역류하는 것을 방지한다.[64][65] 대신 입안의 물은 아가미를 따라 흐르고 아가미실은 수축하여 아가미뚜껑 구멍을 통해 포함된 물을 비운다(그림 23). 흡입 단계 동안 아가미실로의 역류는 아가미뚜껑의 복측 후방 가장자리에 있는 막에 의해 방지된다(그림 23의 왼쪽 그림). 따라서 입안과 아가미실은 번갈아 흡입 펌프와 압력 펌프 역할을 하여 아가미를 통해 한 방향으로 일정한 물 흐름을 유지한다.[64] 얇은판 모세혈관의 혈액이 물의 흐름과 반대 방향으로 흐르기 때문에, 결과적으로 발생하는 역류 혈류와 수류는 각 모세혈관의 전체 길이를 따라 산소와 이산화탄소에 대해 급격한 농도 기울기를 유지한다(그림 22의 아래 그림). 따라서 산소는 계속해서 기울기를 따라 혈액으로 확산될 수 있으며 이산화탄소는 기울기를 따라 물로 확산될 수 있다.[63] 역류 교환 시스템은 이론적으로 교환기의 한쪽에서 다른 쪽으로 호흡 기체를 거의 완전히 전달할 수 있지만, 일반적으로 아가미를 따라 흐르는 물의 산소 중 80% 미만이 혈액으로 전달된다.[62]

'''그림 23''' 경골어류의 호흡 기전. 왼쪽은 흡기 과정, 오른쪽은 호기 과정. 물의 이동은 파란색 화살표로 표시.

5. 절지동물의 호흡계

곤충류는 공기를 조직으로 직접 보내는 가느다란 관이 혈관계처럼 체내에 분포하는 기관계를 가지고 있다. 이 기관은 조직 세포와 직접 접촉하여 가스 교환이 이루어진다. 혈액에 의한 산소·이산화탄소 운반이 필요 없어 혈관계는 간단하다. 기관의 입구는 기문이라고 하며, 각 체절마다 한 쌍씩, 보통 몸 전체에 열 쌍이 있다. 기관과 기문 사이에는 전방(前房)이라는 빈 곳이 있는데, 주로 여기에 있는 주걱 모양의 돌기에 의한 개폐 장치로 기문의 개폐가 이루어진다. 호흡 운동은 복부 체벽의 운동에 의해 이루어지는데, 열 쌍의 기문 중 앞부분의 네 쌍으로 공기가 들어오고 뒷부분의 여섯 쌍으로 배출된다. 숨을 들이쉴 때는 복부가 부풀어 앞부분의 기문이 열리고 뒷부분의 기문은 닫히며, 복부가 수축하면 앞부분의 기문은 닫히고 뒷부분의 기문이 열려 날숨이 배출된다.[44]

거미류의 기관계는 책폐로서, 복부 앞쪽 끝에 책을 쌓아놓은 것 같은 모양의 기관이다. 물속에서 사는 곤충에는 모기 유충처럼 꽁무니 끝의 기문을 수면으로 내놓고 호흡하는 것, 하루살이·실잠자리 유충처럼 잎 모양의 돌기 속에 기관이 분포하여 물속에서 가스 교환을 하는 기관 아가미를 가진 것도 있다.[44]

일부 게는 아가미폐라는 호흡 기관을 사용한다.[69] 아가미와 비슷한 구조는 기체 교환을 위한 표면적을 증가시켜 물보다 공기에서 산소를 흡수하는 데 더 적합하다. 가장 작은 거미와 진드기 중 일부는 몸 표면을 통해 기체를 교환하여 호흡할 수 있다. 더 큰 거미, 전갈 및 기타 절지동물은 원시적인 책폐를 사용한다.

대부분의 곤충은 기문을 통해 수동적으로 호흡하며, 공기는 '기관'과 '기관소관'이라 불리는 점점 더 작아지는 관을 통해 신체의 모든 부분에 도달한다. 기관소관은 신체 전체의 개별 세포와 접촉한다.[44] 기관소관은 부분적으로 체액으로 채워져 있으며, 근육과 같이 활동적이고 산소 요구량이 높은 조직의 경우 개별 기관소관에서 체액이 빠져나가 활동적인 세포에 공기가 더 가까이 다가갈 수 있다.[44] 기체의 확산은 짧은 거리에서는 효과적이지만 긴 거리에서는 효과적이지 않다. 이것이 곤충이 모두 비교적 작은 크기를 가지는 이유 중 하나이다. 토양좀붙이목의 일부와 같이 기문과 기관이 없는 곤충은 기체의 확산을 통해 피부를 통해 직접 호흡한다.[70]

곤충이 가지는 기문의 수는 종에 따라 다르지만, 항상 몸의 양쪽에 하나씩, 보통 체절당 한 쌍씩 존재한다. 일부 쌍각류(Diplura)는 11개의 기문을 가지고 있으며, 가슴에 4쌍이 있지만, 잠자리와 메뚜기와 같은 대부분의 고대 곤충에서는 가슴에 2쌍, 배에 8쌍의 기문이 있다. 그러나 나머지 대부분의 곤충에서는 더 적다. 세포에 산소가 공급되어 호흡이 이루어지는 곳은 기관소관 수준이다.

곤충은 한때 기관계로의 기체의 단순확산을 통해 환경과 지속적으로 기체를 교환하는 것으로 여겨졌으나, 최근에는 곤충의 환기 패턴에 큰 변화가 있다는 것이 입증되었다. 일부 작은 곤충은 지속적인 호흡 운동을 보이지 않으며 기문의 근육 조절이 부족할 수도 있다. 그러나 다른 곤충들은 근육 수축과 조정된 기문의 수축 및 이완을 이용하여 순환적인 기체 교환 패턴을 생성하고 대기 중으로의 수분 손실을 줄인다. 이러한 패턴의 가장 극단적인 형태는 불연속적 기체 교환 주기라고 한다.[71]

육상 절지동물의 대부분은 기문과 기관을 이용하여 가스 교환을 한다. 기문은 계통 발생적으로 외골격이 체내로 함몰되어 생긴 것으로, 체내 깊숙이까지 모세 기관으로 퍼져 있으며, 체내 조직은 기관을 통해 공급되는 공기와 직접 가스 교환을 한다. 또한 기문·기관은 매우 가늘어 공기의 대류는 거의 일어나지 않지만, 기관 내의 산소와 이산화탄소는 농도 기울기에 의한 확산으로 외기와 같은 농도로 유지된다.

6. 연체동물의 호흡계

연체동물은 일반적으로 아가미를 가지고 있어 수생 환경과 순환계 사이에서 기체 교환이 가능하다. 이 동물들은 헤모시아닌을 산소 포획 분자로 함유한 혈액을 펌프하는 심장을 가지고 있다.[44] 따라서 이 호흡계는 척추동물인 어류의 호흡계와 유사하다. 복족류의 호흡계는 아가미 또는 폐를 포함할 수 있다.

7. 호흡기 질환 예방

호흡기 질환을 예방하려면 개인위생 관리를 철저히 해야 한다. 호흡기 질환 의심 증상이 나타나면 즉시 병원을 방문하여 진료를 받아야 한다.

참조

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