[프리다이빙 이론] 생리학 : 호흡

자연 속에서 호흡 중인 여성

우리 인류는 호흡을 하여 공기를 통해 산소를 얻고 이를 통해 발생한 부산물인 이산화탄소를 배출하여 생명을 유지할 수 있도록 관련된 호흡 기관을 갖는 방향으로 진화를 거듭해 왔습니다. 프리다이빙은 한 번의 호흡으로 최대한의 산소를 폐 속에 유지한 채 일정 수심을 잠수하거나 일정 거리를 주파하는 스포츠입니다. 그렇기 때문에 프리다이빙을 함에 있어 호흡의 기본적인 원리에 대한 이해는 그 무엇보다 중요하다고 할 수 있습니다. 지금부터 호흡을 할 때 어떻게 산소가 우리 몸 속으로 전달되고 이산화탄소가 배출되는 지에 대해 알아보겠습니다.

1. 호흡 기관

호흡에 관련된 기관은 공기를 마시는 코와 입을 시작으로 우리 몸 속에 있는 폐까지의 경로에 있는 기관들이 있습니다. 호흡기관은 위치에 따라서 상부 호흡기관, 하부 호흡기관으로 구분이 됩니다. 공기를 직접 들이마시는 입과 코, 그리고 안면 내부의 코 주변부에 있는 비어 있는 공간인 부비동이라는 조직이 상부 호흡기관에 속하고, 우리 몸 속에 있는 기관지, 폐가 하부 호흡기관에 속합니다. 하지만 이 호흡 기관들은 공기 중의 산소를 섭취하는 동물들의 호흡 기관입니다. 어류처럼 물 속의 산소를 섭취하는 동물들의 호흡 기관은 사람의 호흡 기관과 매우 많은 차이점이 있습니다. 어류의 호흡 기관에는 아가미가 있으며, 아가미를 통해 물이 통과하면서 물 속에 녹아 있던 산소를 몸 속으로 섭취하는 방식으로 생명을 유지합니다. 사람에게는 아가미가 없기 때문에, 아쉽게도 다이빙을 하는 와중에는 호흡을 할 수가 없습니다.

2. 호흡 시 공기의 경로

우리가 숨을 쉬었다 내뱉을 때 공기가 어떠한 경로를 거쳐가는 지 알아보겠습니다. 코와 입을 통해 숨을 들이쉬면 공기는 편도와 후두부를 거쳐 하부 호흡기관에 도달합니다. 하부 호흡기관에서 가장 처음 마주하는 곳은 기관입니다. 기관은 길이가 10~15cm, 폭이 약 2.5cm 크기의 연골 조직으로 이루어진 조직입니다. 마치 고무 튜브와 같다고 생각하시면 됩니다. 기관을 통과한 공기는 두갈래길을 만나게 되는데, 이 두갈래길이 바로 기관지입니다. 기관의 끝에 다다르면 두 개의 기관지로 갈라진다는 것과 같은 말입니다. 각각의 기관지는 왼쪽 폐와 오른쪽 폐로 이어지게 됩니다. 폐 속에서 기관지는 기관과 같이 지속적으로 두갈래길 또는 세갈래길을 만나게 되고 갈래길을 많이 지나갈수록 기관지의 굵기가 얇아집니다. 이렇게 얇아진 기관지를 우리는 모세기관지라고 부릅니다. 모세기관지는 폐의 깊은 영역까지 뻗어 있으며 하부 호흡기관의 시작인 기관보다 유연성이 높습니다. 마지막 모세기관지의 끝은 마치 풍선과 같이 생긴 폐포를 만나게 됩니다. 폐포는 확산 작용을 통해 페포와 연결된 모세혈관과 공기를 상호 교환하는 곳입니다.

3. 확산 작용을 통한 기체 교환

폐포는 폐 속의 모세혈관과 연결이 되어 있으며, 이 모세혈관은 폐 바깥으로 벗어날 수록 점차 굵은 혈관과 연결되어 심장을 거쳐 우리가 호흡을 통해 섭취하는 산소가 온몸의 근육 조직과 장기 기관에 전달될 수 있는 시스템을 갖추고 있습니다. 이 과정을 통해 전달된 산소가 근육과 세포 조직, 장기 기관에서 사용된 이후에는 부산물로 이산화탄소가 발생하게 됩니다. 이 이산화탄소는 다시 혈액 속으로 들어가 운반이 되며, 산소가 전달되었던 방향의 반대로 흘러가 폐포로 도달하게 됩니다.

결론적으로는 폐포에는 산소가 풍부한 공기가, 폐포를 둘러싼 모세혈관에는 이산화탄소가 풍부한 혈액이 존재하게 됩니다. 기체는 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 자연스럽게 이동합니다. 이것을 바로 확산 현상이라고 합니다. 확산을 통해 폐포에 있는 산소가 농도가 낮은 쪽인 모세혈관의 혈액 쪽으로 자연스럽게 이동하게 되고, 혈액 속에 있던 이산화탄소는 자연스럽게 농도가 낮은 쪽인 폐포 쪽으로 이동하게 됩니다. 이것을 기체 교환이라고 부릅니다. 폐포로 이산화탄소가 이동했을 쯤, 우리는 들숨을 마치고 날숨을 내뱉게 될 것입니다. 날숨을 통해 이산화탄소가 우리 몸의 바깥으로 배출이 됩니다. 호흡은 이렇게 복잡한 과정이 동시다발적으로 진행되는 매우 유기적인 과정입니다. 폐포와 모세혈관에서 이렇게 산소와 이산화탄소의 기체 교환이 일어난다는 증거로, 들숨과 날숨의 공기 분압을 분석한 자료를 소개하겠습니다. 인류가 마시는 들숨의 공기는 21%의 산소와 0.03%의 이산화탄소로 구성되어 있으며, 내뱉는 날숨의 공기는 17%의 산소와 0.3%의 이산화탄소로 구성되어 있습니다.