4장: 호흡기계 — 가스 교환과 호흡 역학

호흡기계는 혈액에 산소를 공급하고 이산화탄소를 배출하는 역할을 합니다. 만성 폐쇄성 폐질환(COPD, Chronic Obstructive Pulmonary Disease), 천식(asthma), 폐렴(pneumonia)을 포함한 호흡기 질환은 전 세계적으로 가장 높은 이환율을 보이는 질환군 중 하나입니다.

기도 해부학

상기도(upper airway): 코 → 비인두 → 구인두 → 후두 하기도(lower airway): 기관 → 주기관지 → 엽기관지 → 구역기관지 → 세기관지 → 종말세기관지 → 호흡세기관지 → 폐포관 → 폐포(alveoli)

**폐포(alveoli)**는 가스 교환의 기능적 단위입니다. 폐포는 촘촘한 모세혈관망으로 둘러싸여 있으며, 폐포-모세혈관 막은 매우 얇아(약 0.5 µm) 빠른 확산에 최적화되어 있습니다. 성인의 폐에는 약 4억 8천만 개의 폐포가 있습니다.

**계면활성제(surfactant)**는 제2형 폐포세포(type II pneumocytes)에서 생성되며, 폐포의 표면 장력을 줄여 허탈(무기폐, atelectasis)을 방지합니다. 조산 신생아에서 계면활성제가 부족하면 신생아 호흡곤란 증후군(NRDS, Neonatal Respiratory Distress Syndrome)이 발생합니다.

가스 교환과 호흡 역학

가스 교환은 **픽의 확산 법칙(Fick’s law of diffusion)**을 따릅니다: 속도 ∝ (표면적 × 분압 차이) / 막의 두께

• 흡입 공기: 산소 약 21% (산소 분압 약 160 mmHg)
• 폐포 산소 분압(pO₂): 약 100 mmHg; 동맥혈 산소 분압: 약 95 mmHg
• 정맥혈 이산화탄소 분압(pCO₂): 약 46 mmHg; 폐포 이산화탄소 분압: 약 40 mmHg

환기 역학(ventilation mechanics):

• 흡기(inspiration): 횡격막과 외늑간근이 수축 → 흉강 용적 증가 → 압력 감소 → 공기 유입 (음압 호흡)
• 호기(expiration): 안정 시에는 수동적 탄성 복원; 강제 호기 시에는 내늑간근과 복근을 사용

폐활량 측정법(Spirometry)

폐활량 측정법(spirometry)은 폐 용적과 기류를 측정하여 호흡기 질환을 분류하는 검사입니다.

측정 항목	정상 수치	의미
노력성 폐활량 FVC (Forced Vital Capacity)	예측치의 약 80%	최대한 빠르게 내쉰 총 공기량
1초간 노력성 호기량 FEV₁ (Forced Expiratory Volume in 1s)	예측치의 약 80%	첫 1초 동안 내쉰 공기량
FEV₁/FVC 비율	≥0.70	핵심 진단 비율
총폐용량 TLC (Total Lung Capacity)	약 6 L (남성)	폐 안의 총 공기량
잔기량 RV (Residual Volume)	약 1.2 L	최대 호기 후 남은 공기량

폐쇄성 패턴 (COPD, 천식): FEV₁/FVC 감소 ↓, 잔기량 증가 ↑ (공기 과팽창) 제한성 패턴 (폐섬유화증, 비만): FVC 감소 ↓, FEV₁/FVC 정상 또는 증가 ↑, TLC 감소 ↓

COPD와 천식 비교

특징	COPD	천식 (Asthma)
발병 연령	주로 40세 이상	흔히 소아기 또는 젊은 성인기
주요 원인	흡연 (90% 이상)	알레르겐, 유발 인자, 유전적 소인
가역성	대부분 비가역적	대체로 가역적
폐활량 측정	고정된 폐쇄	기관지 확장제 후 가역적
염증 유형	호중구성, 대식세포	호산구성 (제2형)
주요 약제	LABA, LAMA, ICS	ICS, SABA, LABA, 생물학적 제제

폐렴의 흔한 원인균

발생 환경	흔한 원인균
지역사회 획득 폐렴	폐렴구균 (S. pneumoniae), 헤모필루스 인플루엔자 (H. influenzae), 마이코플라즈마 (Mycoplasma) (비정형)
병원 획득 폐렴 (HAP)	녹농균 (Pseudomonas), 클렙시엘라 (Klebsiella), MRSA
면역 저하 환자	주폐포자충 (P. jirovecii) (PCP), 아스페르길루스 (Aspergillus), CMV

핵심 체크리스트

• 픽의 법칙과 분압을 이용하여 폐포 가스 교환 과정을 설명할 수 있다
• 폐활량 측정 결과를 해석하여 폐쇄성과 제한성 질환을 구별할 수 있다
• COPD와 천식의 병태생리, 유발 인자, 치료법을 비교할 수 있다