그렇다면 폐활량이 크면 운동을 잘 할 수 있을까? 정답은 'No'다.
경희대 체대 박수연 교수는 "운동할 때 한꺼번에 많은 양의 산소를 들이쉬면 좋긴 하겠지만 그것이 운동을 잘하게 해주지는 않는다"고 말했다. 폐가 커 한번 호흡으로 들이쉬는 산소 양이 많아도 산소가 폐에서 이산화탄소와 교환되는 정도, 피를 타고 온 몸으로 전달된 산소가 근육에서 쓰이는 효율성이 낮으면 운동능력이 떨어질 수밖에 없다는 것이다.
운동을 열심히 해도 폐활량을 늘릴 수 없지만, 산소와 이산화탄소의 교환과 근육에서 산소가 소모되는 효율은 높일 수 있다.
삼성서울병원 건강의학센터 황정혜 교수는 "마라톤 황영조 선수는 폐활량도 큰 편이나 이봉주 선수는 폐활량이 일반인과 별 차이가 없다. 하지만 둘 다 탁월한 운동선수가 된 것은 폐로 들어온 산소를 활용하는 능력이 뛰어나기 때문"이라고 말했다.
산소 활용능력을 키우는 손쉬운 방법이 하루 20분 이상 유산소 운동을 꾸준히 하는 것이다. 경희대 동서신의학병원 호흡기내과 최천웅 교수는 "초보자는 '빨리 걷기'가 가장 좋다. 그밖에도 격렬하지 않고 오래 할 수 있는 운동이 뭐든 무난하다"고 말했다. 운동을 꾸준히 하면 폐에서 산소와 이산화탄소를 교환하는 폐포의 기능이 점점 좋아진다.
최 교수는 "운동 전후를 비교해보면 폐 크기는 그대로지만, 폐와 모세혈관 사이의 산소 교환 능력은 상당한 차이가 난다"고 말했다.
운동을 하면 근육이 산소를 활용하는 능력도 개선된다. 운동을 조금만 해도 쉽게 피로하고, 숨이 차는 듯한 느낌을 받는 사람은 근육에서 산소를 처리하는 능력이 떨어져 있기 때문.
산소를 충분히 흡수하지 못한 채 운동을 하면 무(無) 산소 대사의 부산물인 '젖산'이 축적돼 피로를 유발한다. 박태환 선수 등 뛰어난 운동선수들은 근육이 산소를 받아들여 파워를 내고, 젖산을 재빨리 처리하는 능력이 일반인들보다 훨씬 뛰어나다.
운동과 반대로 폐 기능을 감소시키는 대표적인 것이 흡연이다. 담배를 피우면 폐포가 파괴된다. 폐포는 산소와 이산화탄소를 교환하는데, 이것이 파괴되면 폐로 흡입된 산소가 몸 안으로 들어갈 수 없다. 한번 파괴된 폐포는 되살아나지 않는다.
천식이나 기관지염으로 기도(氣道)가 좁아진 사람들은 폐로 산소가 잘 들어가지 않아 운동능력이 떨어질 수 있다. 이런 사람들은 흡연자들과 달리 폐 질환을 치료해주면 정상적인 운동능력을 발휘할 수 있다.
2008.08.19 16:21배지영 헬스조선 기자 baejy@chosun.com
호흡 - 기체의 교환과 운반
일산화탄소는 산소보다 헤모글로빈과 친화력이 더 강해서 체내에서 산소를 운반하는 역할을 하는 혈액중의 헤모글로빈과 결합하여 일산화탄소헤모글로빈 복합체를 만들어 혈액의 산소 운반 능력을 저하시킨다. 따라서, 일산화탄소(연탄가스중독사고의 원인물질)에 중독되면 산소 부족으로 우리 몸은 치명적인 손상을 입는다.
1. 기체 교환의 원리
우리가 호흡하는 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등 여러 가지 기체를 함유하는 혼합기체이다. 혼합기체 중에서 어느 한 기체가 차지하는 압력을 분압이라고 하는데, 기체는 분압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산된다.
1) 외호흡
폐포 속으로 공기가 들어오면 폐포를 둘러싸고 있는 공기와 모세 혈관의 혈액 사이에서 기체 교환이 이루어진다. 즉, 폐포 속의 산소 분압이 모세혈관 내 산소 분압보다 높기 때문에 산소는 폐포에서 모세 혈관 속으로 확산되어 들어오고, 반대로 이산화탄소의 분압은 모세혈관이 폐포보다 높기 때문에 모세혈관에서 폐포로 확산되어 나간다.
이처럼 폐에서 이루어지는 기체 교환을 외호흡이라고 한다.
2) 내호흡
폐에서 기체 교환을 마친 혈액은 온몸에 퍼져있는 모세혈관에 이르러 조직세포와 기체 교환을 한다. 이때에고 분압 차에 의한 확산으로 산소는 모세혈관에서 조직세포로 이동하고, 이산화탄소는 조직세포에서 모세혈관으로 이동한다.
이처럼 모세혈관과 조직세포사이에서 이루어지는 기체교환을 내호흡이라고 한다.
3) 폐와 조직세포에서의 기체 교환
(1) 외부공기와 폐포 내 공기의 산소 분압이 다른 이유
폐포는 근육이 없어서 호기 시에 폐포 내 공기를 모두 배출할 만큼 완전히 수축할 수 없다. 1회 호흡 시 환기량은 500mL 정도이며, 호기 후 폐에는 약 2400mL의 공기가 남아있다. 폐포 내에는 잔존하는 오염된 공기와 외부에서 유입된 신선한 공기가 섞이기 때문에 외부의 공기에 비해 산소 분압이 낮고 이산화탄소 분압이 높은 상태이다.
(2) 산소와 이산화탄소가 교환되는 장소
폐포의 모세 혈관과 폐포 내 공기사이, 조직의 모세혈관과 조직 세포사이에서 기체의 교환이 이루어진다.
(3) 폐포와 조직의 모세혈관에서 가스 교환이 일어나는 원리
폐포와 조직에는 기체의 분압차가 존재하고, 기체의 분압 차에 따른 확산 현상에 의해 기체가 교환된다.
(4)동맥혈과 정맥혈
동맥혈은 비교적 이산화탄소가 적고 산소가 풍부한 혈액으로 폐포에서 형성된다. 정맥혈은 비교적 산소가 적고 이산화탄소가 많은 혈액으로 조직의 모세혈관에서 형성된다.
2. 기체의 운반
1) 산소의 운반
적혈구 속에는 헤모글로빈이 들어 있고 이 헤모글로빈이 산소를 운반하는 단백질이다. 이처럼 헤모글로빈은 폐포에서 모세혈관으로 들어온 산소를 조직 세포로 효과적으로 운반한다.
헤모글로빈은 산소의 분압이 높은 곳에서 산소와 쉽게 결합하고, 반대로 산소의 분압이 낮은 곳에서는 쉽게 해리되는 경향이 있다. 이러한 특성에 의해 헤모글로빈은 산소 분압이 높은 폐에서는 산소와 결합하고, 산소 분압이 낮은 조직 세포에서는 산소를 해리시킨다. 헤모글로빈은 산소 분압 외에도 이산화탄소의 분압, pH, 온도의 영향을 받는다.
pH,: 수소 이온 온도를 나타내는 지수
2) 이산화탄소의 운반
조직 세포에서 호흡으로 발생한 이산화탄소는 적혈구와 혈장에 의해 운반된다.
대부분의 이산화탄소는 적혈구 세포 안으로 들어가 탄산무수화 효소에 의해 탄산(H2 CO3)으로 된다. 이 탄산은 수소 이온(H+)과 탄산수소 이온(HCO3 ⃑)으로 해리되고, 해리된 탄산수소 이온은 혈장으로 확산 되어 그대로 또는 나트륨 이온(Na+)과 결합하여 폐포까지 운반된다. 또, 이산화탄소는 혈장에 CO2 상태로 용해되어 운반되거나 헤모글로빈과 결합하여 운반되기도 한다. 이렇게 운반된 이산화탄소는 폐포에서는 반대 방향의 반응이 일어나 폐포의 공기 중으로 확산되어 방출된다.
고산이란 어느 정도의 높이를 말할까? 등반가들은 흔히 3,000m이상의 산악지대를 고산이라고 한다. 고도가 높아질수록 대기 중의 산소 분압은 낮아지기 때문에 산소마스크 없이 고산 등반을 한다는 것은 매우 힘들다. 산소 분압이 낮아지면 동맥혈의 산소 포화도가 낮아져 조직 세포에 공급되는 산소의 양이 줄어든다. 해발 0m에서 동맥혈의 산소 포화도는 97%정도이며, 일상생활에서 동맥혈의 산소 포화도가 60%이하이면 인체에 필요한 산소가 부족해져 인공호흡 없이 생존하기 힘들다. 이러한 한계를 딛고 산소마스크 없이 해발 8,848m에 이르는 에베레스트 등정에 성공한 등반가들이 있다.
세포호흡과 생활 에너지
호흡과 에너지 획득
철인 3종 경기는 한 선수가 수영, 사이클, 달리기 세 가지 종목을 연이어 실시하는 스포츠이다. 철인 3종 경기의 ‘올림픽 코스’는 수영 1.5km, 사이클 40km, 달리기 10km의 경기로 전 구간을 완주하면 마라톤 시간과 비슷하게 소요되며, 많은 에너지를 필요로 한다.
** 이러한 에너지는 혈액을 통해 운반된 영양소와 산소를 이용하여 조직 세포에서 만들어진다.
** 이렇게 획득한 에너지를 생물은 근육운동 이외에도 체온을 유지하거나 소리, 빛을 내는데 사용된다.
1. 호흡과 에너지
폐에서 받아드린 산소는 혈액에 있는 헤모글로빈에 의해 조직 세포로 운반된다. 한편, 에너지원인 영양소는 소화과정을 거쳐 소장에서 흡수되며, 혈액에 의해 조직 세포로 운반된다.
미토콘드리아에서는 조직 세포로 운반된 산소와 영양소를 세포 호흡에 이용하여 생활 에너지인 ATP를 합성하는데, ATP는 우리의 모든 생명 활동에 이용되는 에너지의 저장 물질이며 운반 물질이기도 하다. ATP는 아데닌에 리보스와 3개의 인산이 결합한 물질로서 결합된 인산 1몰이 분해될 때 7.3kcal의 에너지를 낸다.
세포호흡으로 유기물이 분해될 때 방출된 에너지의 40%는 고에너지 물질(38ATP)로 저장되었다가 생명 활동에 이용되고, 60%는 열로 전환되어 체온 유지에 이용된다. 이러한 반응은 미토콘드리아에서 일어나며, 이때 산소가 소모되고 이산화탄소가 방출된다.
2. 연소와 세포호흡의 비교
세포호흡은 일종의 영양소가 산화되는 과정, 즉 영양소가 타는 과정이다.
하지만 종이가 불꽃을 내면서 연소되는 것과는 다른 특징을 가진다.
연소는 400〬c 이상의 높은 온도에서 반응이 일어나서, 반응이 급격하게 일어나며 저장되어있던 모든 에너지가 빛에너지와 열에너지 형태로 한꺼번에 방출된다. 하지만 호흡은 효소라는 촉매에 의해서 반응이 일어나기 때문에 활성화 에너지가 작아서 체온정도의 상대적으로 낮은 온도에서 반응이 진행된다.
세포내에서 호흡이 일어날 때 유기물은 여러 단계를 거쳐서 산화되는데, 이러한 반응의 단계마다 에너지가 나누어 방출되며, 이 에너지는 ATP 분자에 화학 에너지 형태로 저장된다. 세포호흡이 이러한 특징을 가지는 것은 여러 경로를 통하여 반응을 조절하기 위한 것이며, 방출된 에너지를 세포가 이용하기 쉽게 하기 위한 것이다.
3. 에너지의 이용
세포 속으로 운반된 영양소는 세포호흡 과정을 거치면서 완전히 산화되어 에너지를 방출하는데, 이 에너지는 생명 활동에 직접적으로 이용되지 않고, 일단 에너지를 저장할 수 있는 화합물인 ATP속에 저장된다.
ATP가 ADP와 인산으로 가수 분해될 때 많은 양의 에너지가 방출 되는데, ATP 1몰이 가수 분해될 때 ATP의 고에너지 결합으로 인하여 7.3kcal의 에너지가 방출된다. ATP가 가수 분해될 때 방출되는 에너지는 물질합성과 물질 수송에 필요한 화학 에너지로, 근육을 수축시키는 기계에너지로, 발광에 필요한 빛에너지로, 그리고 전기를 만드는 전기 에너지로 전환되면서 다양한 생명 활동에 이용된다. 또한, ATP가 가수 분해될 때 방출되는 열은 체온을 유지하는데 이용된다.
1) 세포호흡에서 유기물에 저장된 에너지가 모두 ATP로 전환될 수 있을까?
→열역학 제2법칙에 의해 에너지가 다른 형태로 전환될 때에는 활용하지 못하는 열에너지가 방출되므로 유용한 에너지는 반드시 감소한다. 즉, 1분자의 포도당이 완전히 산화될 때 688kcal의 에너지가 방출되지만, 세포호흡에서 이중의 약 40%에 해당하는 277.4kcal만이 38ATP에 저장된다.
2) 생물이 ATP를 이용함으로써 생명활동에 어떤 점이 유리할까?
→포도당에 함유된 에너지를 생명활동에 바로 사용하는 것은 비효율적이다. 포도당에 함유된 에너지가 크기 때문에 그대로 사용할 경우 에너지 활용의 효율성이 낮아지고, 세포에 해를 미칠 수 있기 때문이다. 또, 많은 반응과정을 거쳐야 하게 때문에 신속하게 사용하는데 어려움이 있다. 그러므로 포도당을 우선 산화하여 작은 에너지 저장체인 ATP로 전환하여 저장하고 있다가 필요할 때 신속하게 이용하는 것이 더 효율적이다.
미토콘드리아: 동물과 식물의 진핵 세포 안에 존재하면서 호흡을 수행하고 에너지를 생성하는 소기관
세포호흡: 세포에서 이루어지는 영양소의 산화 작용 을 세포호흡이라고 하며, 이때 생명활동에 필요한 에너지가 ATP에
저장된다.
가수분해: 물 분자가 반응물의 하나로 작용하는 분해 작용
AMP(Adenosine triphosphate) ADP(Adenosine diphosphate)
AMP(아데노신 1인산)
ADP(아데노신 2인산)
ATP(아데노신 3인산)
흡연과 건강
식도와 기도를 통하여 우리 몸속으로 해로운 물질이 들어간다. 음식섭취는 일정한 시간 간격으로 이루어지지만 호흡은 계속되기 때문에 기도를 통하여 공기가 폐로 들어갈 때 인체에 해로운 많은 물질들이 들어갈 수 있다. 따라서, 공기 중에는 많은 대기 오염이 있어 우리의 호흡기 여러 가지 질환을 일으키며, 담배연기 또한 인체에 여러 가지 해로운 영향을 준다.
담배의 유해성분
타 르 |
니 코 틴 |
일산화탄소(CO) |
* 일명 담뱃진 |
* 담배의 주성분 |
* 연탄가스성분 |
* 수많은 화학물질의 집합체 |
*무색무취의 약물 |
* 혈액의 산소운반 능력 저하 |
* 발암물질 |
* 강력한 습관성 유발 |
* 기억력 감퇴 |
|
* 말초혈관 수축 |
|
1. 담배연기 속 유해물질의 종류와 특성
담배연기 속에는 약 4000여 종에 달하는 화학 물질이 포함돼 있다. 대다수의 화학물질은 독소와 발암물질인데, 그 중에서도 니코틴, 타르, 일산화탄소 등이 가장 해로운 물질로 알려져 있다. 이러한 독성 물질들은 흡연자에게 습관성 중독을 일으키며 흡연을 지속하도록 하며, 각종 호흡기 질환을 일으킬 수 있는 확률이 높다. 특히, 임산부의 흡연은 모세 혈관과 자궁 동맥을 위축시켜 태아의 산소 결핍을 유발하는데, 그 결과 유산이나 조산의 위험성이 증가하고 태아의 체중이 감소하며, 신생아의 사망률도 높아진다.
종 류 |
특 성 |
영 향 |
질 환 |
니코틴 |
습관성중독을 일으키는 마약으로 분류 |
신경계 자극, 심장 박동 촉진, 혈압상승, 신경마비 |
고혈압, 동맥경화증, 골다공증의 원인, |
타르 |
20여종 이상의 발암 물질
|
기관지 내의 섬모 세포를 파괴, 혈액에 직접 들어옴 |
혈전증, 기관지염, 폐렴, 폐암의 원인 |
일산화탄소 |
산소보다 헤모글로빈과의 결합이 약 200배 강함 |
혈액의 산소운반 능력운반저하, 조직의 산소 결핍증 |
호흡곤란, 시력 감퇴, 두통, 혼수, 학습 능력 저하의 원인 |
2. 흡연이 건강에 미치는 영향
** 폐암은 90%이상이 흡연 때문에 생긴다. 폐암 발생률은 하루의 흡연량과 거의 비례하며, 흡연 기간이 길수록 높게
나타난다.
* 비흡연자에 대한 흡연자의 암 발생률
구강암 |
후두암 |
식도암 |
폐암 |
위암 |
췌장암 |
방광암 |
27.5배 |
10.5배 |
7.6배 |
22.4배 |
1.5배 |
2.1배 |
2.9배 |
- 흡연자는 담배 연기와 접촉되는 기관들, 즉 구강, 식도, 폐, 그리고 기관지 등에서 특히 높은 발병률을 보인다. 구강암,
후두암, 식도암, 기관지염, 폐렴, 폐암 등의 질병이 여기에 속한다.
- 비흡연자에 대한 흡연자의 암 발생률은 구강암> 폐암> 후두암> 식도암> 방광암>췌장암> 위암 순으로 크다.
구 분 |
흡연과 관련된 질병들 |
호흡기 계통의 질병 |
폐암, 폐렴, 후두암, 기관지염 |
소화기 계통의 질병 |
췌장암, 위암, 위궤양 |
순환기 계통의 질병 |
관상 동맥 질환, 고혈압, 동맥경화, 심근경색 |
신경 계통의 질병 |
두통, 혈전증, 빈혈 |
기타 |
구강암, 방광암, 신장암, 태아의 기형 |
3. 간접흡연의 피해
- 간접흡연은 담배를 피우지 않는 사람이 남이 피우는 담배연기를 간접적으로 마시는 상태를 말한다.
이 담배연기 속에는 흡연자의 폐까지 들어갔다 나오는 주류연(15%)과 담배 끝에서 나오는 부류연(85%)이 있는데,
부루연의 독성 화학 물질의 농도는 주루연의 것에 비해 2~3배 높다.
- 한정된 공간에서 흡연자와 같이 생활하는 모든 사람들, 즉 흡연자의 가족, 직장 동료, 공공장소에서의 간접흡연의 피
해자이다. 특히, 임신부의 뱃속에 있는 태아도 간접흡연의 큰 피해자일 수 있다.