흡기(inspiration) 동안 가슴안(흉강, thoracic cavity)의 압력 변화는 심장과 폐의 상호작용을 이해하는 출발점입니다. 자발호흡(spontaneous breathing)을 하는 환자가 숨을 들이쉴 때는
횡격막(diaphragm)이 수축하면서 아래쪽으로 내려가고, 동시에 바깥갈비사이근(외늑간근, external intercostal muscle)이 갈비뼈를 들어 올려 흉곽의 부피가 커집니다. 보일의 법칙(Boyle’s law)에 따라 부피가 커지면 압력은 낮아지므로, 흉강 내압(intrathoracic pressure)은 대기압보다 낮은
음압(negative pressure)이 됩니다. 이 음압은 폐포(alveoli)와 기도로 전달되어 공기가 대기에서 폐포 쪽으로 이동하게 만듭니다.
자발흡기에서 흉강 내압이 음압이 되면 우심실로 돌아오는 정맥혈의 구동 압력이 커져 우심실 전부하(preload)가 증가합니다. 동시에 폐포가 팽창하면서 폐혈관이 눌리고 늘어나 폐혈관 저항(pulmonary vascular resistance)이 올라가 우심실 후부하(afterload)도 증가합니다. 좌심실은 우심실에서 밀려오는 혈액이 폐순환을 거쳐 도착하기까지 시간이 걸리므로 흡기 초기에는 좌심실 전부하가 감소하고, 흉강 내 음압이 좌심실 벽에 가해지는 부하를 키워 좌심실 후부하는 증가합니다
[1].
이 문제에서
혼동 주의! 보기 2번과 3번은 “횡격막이 올라간다”, “흉벽이 넓어지면서 양압이 된다”라고 하여 흡기의 기전을 반대로 기술했습니다. 횡격막은 흡기 시 수축하여
내려가고, 흉벽이 넓어지면 흉강 내압은 양압이 아니라 음압이 됩니다. 보기 4번과 5번은 기도나 가슴안 압력만 따로 변한다고 했지만, 자발흡기에서는 흉강 내압 변화가 폐포와 기도로 함께 전달되므로 압력 변화를 분리해서 보면 안 됩니다.
| 구분 | 자발흡기(spontaneous inspiration) | 기계환기 양압흡기(positive pressure inspiration) |
|---|
| 흉강 내압 | 음압으로 감소 | 양압으로 증가 |
| 우심실 전부하 | 증가 | 감소 |
| 우심실 후부하 | 증가 | 증가 |
| 좌심실 전부하 | 감소 | 감소 |
| 좌심실 후부하 | 증가 | 감소 |
핵심! 자발흡기에서는 횡격막 수축으로 흉강 부피가 커지고 흉강 내압이 음압이 되는 것이 가장 먼저 일어나는 변화입니다. 이 음압이 기도와 폐포로 전달되어 공기가 유입되고, 동시에 심장으로 돌아오는 정맥환류를 증가시켜 우심실 전부하를 높입니다
[1]. 기계환기처럼 양압을 넣어주는 상황에서는 흉강 내압이 오히려 양압이 되어 우심실 전부하가 감소하므로, 자발호흡과 기계환기의 심장-폐 상호작용은 반대 방향임을 함께 기억해야 합니다.