호흡기 시스템 : 기능, 부품, 기능 - 생물학 - 2025

호흡기 호흡 시스템은 산소 흡수 및 이산화탄소의 제거를 수반 가스 교환을 중개하는 전문 기관의 시리즈를 포함한다.

대기와 폐 사이의 공기 교환 (환기), 폐 표면의 가스 확산 및 교환을 포함하여 세포에 산소가 도달하고 이산화탄소를 제거하는 일련의 단계가 있습니다. , 산소 수송 및 세포 수준에서의 가스 교환.

LadyofHats, Jmarchn, Wikimedia Commons를 통해

연구 계통에 따라 다양한 구조로 구성된 동물계의 다양한 시스템입니다. 예를 들어, 물고기는 아가미와 같은 수생 환경에서 기능적 구조를 가지고 있고, 포유류에는 폐가 있으며, 대부분의 무척추 동물에는 기관이 있습니다.

원생 동물과 같은 단세포 동물은 호흡을위한 특별한 구조가 필요하지 않으며 단순한 확산에 의해 가스 교환이 발생합니다.

인간의 시스템은 비강, 인두, 후두, 기관 및 폐로 구성됩니다. 후자는 기관지, 세기관지 및 폐포로 연속적으로 분기됩니다. 산소와 이산화탄소 분자의 수동 교환은 폐포에서 발생합니다.

호흡의 정의

"호흡"이라는 용어는 두 가지 방식으로 정의 할 수 있습니다. 구어체 방식으로 호흡이라는 단어를 사용하면 산소를 가져와 외부 환경으로 이산화탄소를 제거하는 작용을 설명합니다.

그러나 호흡의 개념은 흉곽에있는 공기의 단순한 출입보다 더 넓은 과정을 포함합니다. 산소 이용, 혈액 수송 및 이산화탄소 생성과 관련된 모든 메커니즘은 세포 수준에서 발생합니다.

호흡이라는 단어를 정의하는 두 번째 방법은 세포 수준에서이 과정을 세포 호흡이라고합니다. 산소의 반응은 ATP (아데노신 삼인산), 물 및 이산화탄소의 형태로 에너지를 생성하는 무기 분자와 반응합니다.

따라서 흉부 운동을 통해 공기를 흡입하고 배출하는 과정을보다 정확하게 지칭하는 방법은 "환기"라는 용어입니다.

풍모

호흡기 시스템의 주요 기능은 환기 및 세포 호흡 메커니즘을 통해 외부로부터의 산소 흡수 과정을 조율하는 것입니다. 이 과정에서 발생하는 노폐물 중 하나는 이산화탄소로 혈류에 도달하여 폐로 전달되어 신체에서 대기로 제거됩니다.

호흡기는 이러한 모든 기능을 매개하는 역할을합니다. 특히, 원치 않는 분자를 걸러내는 것 외에도 체내로 들어갈 공기를 여과하고 가습하는 역할을합니다.

또한 체액의 pH를 조절하는 역할을합니다. 간접적으로 CO ₂ 농도를 조절하여 유지하거나 제거합니다. 다른 한편으로는 온도 조절, 폐 호르몬 분비에 관여하며 후각 시스템이 냄새를 감지하도록 돕습니다.

또한 시스템의 각 요소는 특정 기능을 수행합니다. 콧 구멍은 공기를 가열하고 세균을 보호하며 인두, 후두 및 기관은 공기의 통과를 매개합니다.

또한 인두는 발성 과정에서 음식과 후두의 통과에 관여합니다. 마지막으로 폐포에서 가스 교환 과정이 발생합니다.

동물계의 호흡기

1mm 미만의 작은 동물에서는 피부를 통해 가스 교환이 발생할 수 있습니다. 사실, 원생 동물, 스펀지, 냉소 류, 일부 벌레와 같은 특정 동물 계통은 단순한 확산을 통해 가스 교환 과정을 수행합니다.

물고기와 양서류와 같은 더 큰 동물에서는 아가미 나 폐가 수행하는 호흡을 보충하기 위해 피부 호흡도 존재합니다.

예를 들어 개구리는 연못에 완전히 잠기기 때문에 동면 단계에서 피부를 통해 가스 교환의 전체 과정을 수행 할 수 있습니다. 도롱뇽의 경우 완전히 폐가 부족하고 피부를 통해 호흡하는 표본이 있습니다.

그러나 동물의 복잡성이 증가함에 따라 다세포 동물의 높은 에너지 수요를 충족시키기 위해 가스 교환을위한 특수 기관의 존재가 필요합니다.

다른 동물 그룹에서 가스 교환을 매개하는 기관의 구조는 아래에서 자세히 설명합니다.

기관

BruceBlaus 제작. 이 이미지를 외부 소스에서 사용하는 경우 Blausen.com staff (2014)로 인용 할 수 있습니다. "Blausen Medical 2014의 의료 갤러리". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI : 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. , Wikimedia Commons에서

곤충과 일부 절지 동물은 매우 효율적이고 직접적인 호흡기를 가지고 있습니다. 그것은 동물의 몸 전체에 뻗어있는 기관이라고 불리는 튜브 시스템으로 구성됩니다.

기관은 기관이라고하는 더 좁은 튜브 (직경 약 1 µm)로 분기됩니다. 그들은 유체에 의해 점유되어 세포막과 직접적으로 연결됩니다.

Indolences (파일 : Throat Diagram.svg), Wikimedia Commons를 통해

공기는 블로우 홀이라고하는 일련의 밸브와 같은 구멍을 통해 시스템으로 들어갑니다. 이들은 건조를 방지하기 위해 수분 손실에 반응하여 닫히는 기능을 가지고 있습니다. 마찬가지로 원하지 않는 물질의 유입을 방지하는 필터가 있습니다.

꿀벌과 같은 특정 곤충은 기관 시스템의 환기를 목표로하는 신체 움직임을 수행 할 수 있습니다.

턱볏

아가미라고도하는 아가미는 수생 환경에서 효과적인 호흡을 가능하게합니다. 극피 동물에서는 신체 표면의 연장으로 구성되는 반면 해양 벌레와 양서류에서는 술이나 술입니다.

가장 효율적인 것은 물고기에 있으며 내부 아가미 시스템으로 구성됩니다. 그들은 물의 흐름에 반대되는 적절한 혈액 공급을 가진 필라멘트 구조입니다. 이 "역류"시스템을 통해 물에서 산소를 최대한 추출 할 수 있습니다.

아가미의 환기는 동물의 움직임과 입이 열리는 것과 관련이 있습니다. 육상 환경에서 아가미는 물의 떠 다니는 지지력을 잃고 마르고 필라멘트가 합쳐져 ​​전체 시스템이 붕괴됩니다.

이런 이유로 물고기는 주위에 많은 양의 산소가 있음에도 불구하고 물에서 나올 때 질식합니다.

폐

척추 동물의 폐는 혈액과의 가스 교환을 매개하는 기능을하는 풍부한 혈관이 제공되는 내부 구멍입니다. 일부 무척추 동물에서 우리는 "폐"에 대해 이야기하지만, 이러한 구조는 서로 상동 적이 지 않고 훨씬 덜 효율적입니다.

양서류에서 폐는 일부 개구리에서 세분화되는 가방과 유사하게 매우 단순합니다. 교환 할 수있는 표면적은 비 조류 파충류의 폐에서 증가하며, 이는 수많은 상호 연결된 주머니로 세분됩니다.

새의 계통에서는 환기 과정에서 공기를위한 예비 공간 역할을하는 기낭의 존재로 인해 폐의 효율성이 증가합니다.

폐는 포유류에서 최대 복잡성에 도달합니다 (다음 섹션 참조). 폐는 결합 조직이 풍부하고 내장 흉막이라고하는 얇은 상피 층으로 둘러싸여 있으며, 내장 흉막에서 계속되며 가슴 벽과 정렬됩니다.

양서류는 공기가 폐로 들어가는 데 양압을 사용하는 반면, 비 조류 파충류, 새 및 포유류는 흉곽이 확장되어 공기가 폐로 밀려 들어가는 음압을 사용합니다.

인간의 호흡기 일부 (장기)

인간과 나머지 포유류에서 호흡기는 입, 비강, 인두 및 후두로 구성된 상부로 구성됩니다. 기관과 기관지로 구성된 하부와 폐 조직의 일부.

상부 또는 상부 호흡기

콧 구멍은 공기가 들어가는 구조이며, 그 뒤에는 점액 물질을 분비하는 상피가 늘어선 비강이 있습니다. 내부 콧 구멍은 인두 (일반적으로 인후라고 함)와 연결되어 소화기와 호흡기의 두 경로가 교차합니다.

공기는 성문을 통해 들어가고 음식은 식도를 통과합니다.

후두개는 성문에 위치하며, 음식이기도로 들어가는 것을 방지하고 구강 인두 (입 뒤에 위치한 부분)와 후두 인두 (최하부 부분) 사이에 경계를 설정합니다. 성문은 후두 ( "음성 상자")로 열리고 이것은 차례로 기관으로 전달됩니다.

하부 또는 하부 호흡기

기관은 직경이 15-20mm이고 길이가 11cm 인 튜브 모양의 도관입니다. 그것의 벽은 구조의 붕괴를 피하기 위해 연골 조직으로 강화되어있어 반 유연한 구조입니다.

연골은 15 개 또는 20 개의 고리로 초승달 모양으로 위치합니다. 즉, 기관을 완전히 둘러싸 지 않습니다.

tranquea는 각 폐에 하나씩 두 개의 기관지로 분기됩니다. 오른쪽은 왼쪽에 비해 수직이며 더 짧고 부피가 큽니다. 이 첫 번째 분할 후, 폐 실질에서 연속적인 세분화가 이어집니다.

기관지의 구조는 연골, 근육 및 점막의 존재로 인해 기관과 유사하지만, 연골판은 기관지가 직경 1mm에 도달하면 사라질 때까지 감소합니다.

그 안에서 각 기관지는 세기관지라고 불리는 작은 관으로 나뉘어 폐포 관으로 이어집니다. 폐포는 모세관 시스템과의 가스 교환을 용이하게하는 매우 얇은 단일 세포층을 가지고 있습니다.

폐 조직

육안으로 보면 폐는 균열에 의해 엽으로 나뉩니다. 오른쪽 폐는 세 개의 엽으로 구성되고 왼쪽에는 두 개만 있습니다. 그러나 가스 교환의 기능 단위는 폐가 아니라 폐포 모세 혈관 단위입니다.

폐포는 세기관지 끝에 위치하고기도의 가장 작은 부분에 해당하는 포도 다발 모양의 작은 주머니입니다. 그들은 I와 II의 두 가지 유형의 세포로 덮여 있습니다.

폐포

타입 I 셀은 얇고 가스 확산이 가능하다는 특징이 있습니다. 유형 II는 이전 그룹보다 작으며 덜 얇으며 환기시 폐포의 확장을 촉진하는 계면 활성제 유형의 물질을 분비하는 기능이 있습니다.

상피의 세포는 결합 조직의 섬유로 산재되어 있으므로 폐가 탄력적입니다. 마찬가지로 가스 교환이 발생하는 광범위한 폐 모세 혈관 네트워크가 있습니다.

폐는 흉막이라 불리는 중피 조직 벽으로 둘러싸여 있습니다. 이 조직은 내부에 공기가 포함되어 있지 않고 소량의 액체 만 있기 때문에 일반적으로 가상 공간이라고합니다.

호흡기 시스템의 후두 기관 기관지 부분의 3D 일러스트.

폐의 단점

폐의 단점은 가스 교환이 폐포와 폐포 관에서만 발생한다는 것입니다. 폐에 도달하지만 가스 교환이 발생하지 않는 영역에있는 공기의 양을 데드 스페이스라고합니다.

따라서 인간의 환기 과정은 매우 비효율적입니다. 정상적인 환기는 폐에서 발견되는 공기의 1/6 만 대체 할 수 있습니다. 강제 호흡 이벤트에서는 공기의 20-30 %가 갇혀 있습니다.

갈비뼈

갈비뼈

흉곽은 폐를 수용하고 근육과 뼈의 집합으로 구성됩니다. 뼈 구성 요소는 경추 및 등쪽 척추, 흉곽 및 흉골로 구성됩니다. 횡경막은 집 뒤에서 발견되는 가장 중요한 호흡근입니다.

갈비뼈에는 늑간근이라고하는 추가 근육이 삽입됩니다. 다른 사람들은 흉쇄 유돌근과 머리와 목에서 나오는 비늘과 같은 호흡기 역학에 참여합니다. 이 요소는 흉골과 첫 번째 갈비뼈에 삽입됩니다.

어떻게 작동합니까?

산소 흡수는 세포 호흡 과정에 필수적이며,이 분자의 흡수는 대사 과정을 통해 섭식 과정에서 얻은 영양분을 기반으로 ATP를 생성하기 위해 발생합니다.

즉, 산소는 분자를 산화 (연소)하여 에너지를 생성하는 역할을합니다. 이 과정의 잔류 물 중 하나는 이산화탄소이며, 이는 신체에서 배출되어야합니다. 호흡에는 다음과 같은 사건이 포함됩니다.

통풍

이 과정은 영감의 과정을 통해 대기 중의 산소를 포획하는 것으로 시작됩니다. 공기는 폐에 도달 할 때까지 설명 된 전체 튜브 세트를 통과하여 콧 구멍을 통해 호흡기로 들어갑니다.

공기 흡입 (호흡)은 일반적으로 비자발적 인 과정이지만 자동에서 자발적으로 진행될 수 있습니다.

뇌에서 척수의 뉴런은 정상적인 호흡 조절을 담당합니다. 그러나 신체는 산소 요구 사항에 따라 호흡을 조절할 수 있습니다.

휴식 상태의 평균적인 사람은 1 분에 평균 6 리터의 공기를 호흡하며이 수치는 격렬한 운동을하는 동안 75 리터까지 증가 할 수 있습니다.

가스 교환

대기 중의 산소는 71 % 질소, 20.9 % 산소 및 이산화탄소와 같은 기타 가스의 일부로 구성된 가스의 혼합물입니다.

공기가 호흡기로 들어가면 구성이 즉시 변경됩니다. 흡기 과정은 공기를 물로 포화시키고 공기가 폐포에 도달하면 이전 흡기의 잔류 공기와 혼합됩니다. 이 시점에서 산소의 분압은 감소하고 이산화탄소의 분압은 증가합니다.

호흡기 조직에서 가스는 농도 구배에 따라 이동합니다. 폐 모세 혈관의 혈액보다 폐포 (100mmHg)에서 산소 분압이 높기 때문에 산소 (40mmHg)가 확산 과정을 통해 모세 혈관으로 전달됩니다.

마찬가지로 이산화탄소의 농도는 폐포 (40mmHg)보다 폐 모세 혈관 (46mmHg)에서 더 높으므로 이산화탄소는 반대 방향으로 확산됩니다 : 혈액 모세관에서 폐포로 폐.

Fluid-filled_alveolus2_ja.svg 작성 : 사용자 : delldot (Hatsukari715에 의해 수정 됨) 파생 작업 : OSH FPaD (Fluid-filled_alveolus2_ja.svg), Wikimedia Commons를 통해

가스 수송

물에서 산소의 용해도는 매우 낮아 대사 요구 사항을 충족하기위한 운송 수단이 있어야합니다. 일부 작은 무척추 동물에서는 체액에 용해 된 산소의 양이 개인의 요구를 충족하기에 충분합니다.

그러나 인간의 경우 이러한 방식으로 운반되는 산소는 요구 사항의 1 %를 충족하기에 충분합니다.

이러한 이유로 산소와 상당한 양의 이산화탄소는 혈액 속의 색소에 의해 운반됩니다. 모든 척추 동물에서 이러한 색소는 적혈구에만 국한되어 있습니다.

동물계에서 가장 흔한 색소는 구조에 철을 포함하는 단백질 분자 인 헤모글로빈입니다. 각 분자는 혈액의 붉은 색과 산소와의 가역적 결합을 담당하는 5 % 헴과 95 % 글로빈으로 구성됩니다.

헤모글로빈에 결합 할 수있는 산소의 양은 산소 농도를 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다. 모세 혈관 에서처럼 혈색소가 높으면 헤모글로빈이 산소에 결합합니다. 농도가 낮 으면 단백질이 산소를 방출합니다.

기타 호흡기 색소

헤모글로빈은 모든 척추 동물과 일부 무척추 동물에 존재하는 호흡기 색소이지만 유일한 것은 아닙니다.

일부 십각 갑각류, 두족류 갑각류 및 연체 동물에는 헤 모시 아닌이라는 파란색 색소가 있습니다. 철 대신에이 분자에는 두 개의 구리 원자가 있습니다.

네 종류의 다모류에는 구조에 철이 있고 녹색을 띤 단백질 인 색소 인 클로로 크루 오린이 있습니다. 구조와 기능면에서 헤모글로빈과 유사하지만 세포 구조에 국한되지 않고 혈장에서 자유 롭습니다.

마지막으로 헤 메리트 린이라 불리는 헤모글로빈보다 훨씬 낮은 산소 운반 능력을 가진 색소가 있습니다. 그것은 붉은 색이며 다양한 해양 무척추 동물 그룹에 존재합니다.

일반적인 질병

천식

호흡기에 영향을 주어 부종을 일으키는 병리학입니다. 천식 발작의 경우기도 주변의 근육에 염증이 생기고 시스템으로 들어갈 수있는 공기의 양이 크게 감소합니다.

이 공격은 애완 동물의 털, 진드기, 추운 기후, 식품의 화학 물질, 곰팡이, 꽃가루 등 알레르기 유발 물질이라고하는 일련의 물질에 의해 촉발 될 수 있습니다.

폐부종

폐부종은 폐에 체액이 축적되어 개인이 호흡하기 어렵게합니다. 원인은 일반적으로 심장이 충분한 혈액을 펌프하지 않는 울혈 성 심부전과 관련이 있습니다.

혈관의 압력이 증가하면 체액이 폐 내부의 공기 공간으로 밀려서 폐에서 정상적인 산소 이동이 감소합니다.

폐부종의 다른 원인은 신부전, 혈액을 신장으로 운반하는 좁은 동맥의 존재, 심근염, 부정맥, 과도한 신체 활동, 특정 약물 사용 등입니다.

가장 흔한 증상은 숨가쁨, 숨가쁨, 거품이나 피를 뱉어 내고 심박수 증가입니다.

폐렴

폐렴은 폐의 감염이며 Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae 및 Chlamydias pneumoniae, 바이러스 또는 Pneumocystis jiroveci와 같은 곰팡이와 같은 박테리아를 포함한 다양한 미생물에 의해 발생할 수 있습니다.

그것은 폐포 공간의 염증으로 나타납니다. 원인 물질이 공기를 통해 퍼지고 재채기와 기침을 통해 빠르게 퍼질 수 있기 때문에 전염성이 높은 질병입니다.

이 병리에 가장 취약한 사람은 65 세 이상이고 건강 문제가있는 사람입니다. 증상으로는 발열, 오한, 가래 기침, 숨가쁨, 숨가쁨, 흉통 등이 있습니다.

대부분의 경우 입원이 필요하지 않으며 경구 투여 된 항생제 (박테리아 성 폐렴의 경우), 휴식 및 음료수로 질병을 치료할 수 있습니다.

기관지염

기관지염은 감염이나 다른 이유로 인해 산소를 폐로 운반하는 관의 염증 과정으로 발생합니다. 이 질병은 급성 및 만성으로 분류됩니다.

증상으로는 일반적인 불쾌감, 기침 점액, 숨가쁨, 가슴 압박 등이 있습니다.

기관지염을 치료하려면 아스피린이나 아세트 아미노펜을 복용하여 열을 낮추고 다량의 수분을 섭취하고 휴식을 취하는 것이 좋습니다. 세균성 물질에 의한 경우 항생제를 복용합니다.

참고 문헌

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