호흡과정을 한눈에! 허파모형 만들기 (KISTI)

 

 

 

인체는 그 어떤 정밀한 기계보다 복잡하고 다양한 구조로 이루어져 있다. 인체를 지탱하는 기둥은 뼈로 이루어져 있으며, 그 위에는 근육이 붙어 있다. 근육은 우리가 몸을 움직이는데 꼭 필요한 기관이다. 근육 속의 아주 작은 움직임들이 모여 몸을 움직일 수 있기 때문이다.

근육은 힘줄과 살을 통틀어 이르는 말로, 여러 개의 뼈에 걸쳐 연결돼 있다. 우리 몸에는 크고 작은 골격근이 약 400개 정도 있어 팔다리를 구부리는 등의 간단한 동작부터 복잡한 동작이 필요한 운동까지 할 수 있다. 이렇듯 근육은 우리가 원하는 대로 움직일 수 있을 것 같지만, 우리의 의지대로 움직일 수 없는 근육도 있다. 대표적인 예로 횡격막이 있다. 허파 바로 아래 위치한 횡격막은 우리가 호흡하는 데 꼭 필요한 근육이다. 횡격막이 어떤 역할을 하는지 실험을 통해 눈으로 확인해 보자.

[교과과정]
초등 5-2 우리 몸
중 2 호흡과 배설

[학습주제]
호흡기관의 위치와 생김새 알아보기
허파의 기능과 움직임 생각해 보기
호흡 과정 알아보기

<실험 방법 및 원리>

* 실험 참고사항 : 구멍을 낸 자리에 가위의 한쪽 날을 꽂아 돌리면 구멍의 크기를 쉽게 키울 수 있습니다. 빨대에 물풍선을 끼웠을 때 헐렁거리지 않도록 굵기가 적당히 굵은 빨대를 사용하세요.

실험에서 컵 입구에 감싸인 풍선을 아래로 잡아당기면 컵 안쪽의 물풍선이 부풀어 오르는 것을 관찰할 수 있다. 반대로 잡아당겼던 풍선을 위로 올리면 물풍선의 바람이 빠지며 쪼그라드는 것을 볼 수 있다. 이 실험에서 물풍선은 우리 몸의 허파, 컵 입구에 감싸인 풍선은 횡격막 역할을 한다.

우리 몸의 가슴 안에는 양쪽으로 허파가 위치하고 있다. 우리가 호흡을 통해 들이마신 산소는 허파로 들어가 허파의 모세혈관을 통해 온몸으로 퍼진다. 반대로 이산화탄소는 허파를 통해 몸 밖으로 내보내진다. 하지만 허파는 스스로 움직이지 못한다. 갈비뼈와 허파 바로 아래 있는 근육인 횡격막이 작용해야 위의 호흡과정이 일어날 수 있다. 횡격막은 얇은 막이지만 엄연한 근육이기 때문에 위아래로 움직이며 허파에 공기가 드나드는 것을 돕는다.

우리가 숨을 들이쉴 때는 갈비뼈가 위로 올라가고 횡격막이 아래로 내려가 가슴 속 공간이 넓어진다. 바로 이 때 공기 중의 산소가 몸속으로 들어온다. 그리고 혈액이 온몸을 순환하며 수거해 온 이산화탄소는 허파의 혈액에서 산소와 교환된다. 숨을 내쉴 때는 갈비뼈가 내려가고 횡격막이 위로 올라가 가슴 속 공간이 좁아지면서 몸 안의 이산화탄소가 밖으로 내보내진다. 이러한 작용은 번갈아가며 끊임없이 반복되는데, 이를 ‘호흡’이라고 한다.

이렇듯 횡격막은 우리의 의지와 상관없이 주기적으로 운동을 하지만 상황에 따라 운동을 조절하기도 한다. 평상시 호흡과정은 우리가 숨을 쉬고 있다는 것을 거의 인식하지 못할 만큼 자연스레 일어난다. 하지만 달리기와 같은 운동을 하면 숨이 차다고 느끼며 호흡이 빨라지는 것을 느끼게 된다. 우리 몸은 운동을 할 때 몸을 많이 움직이기 위해 더 많은 산소를 필요로 하기 때문이다. 이렇듯 운동을 하면 호흡이 빨라지면서 더 많은 산소를 들이마시게 된다.

특정한 자극을 받았을 때 일어나는 딸꾹질도 횡격막이 정상적인 운동에서 벗어났을 때 일어난다. 일반적으로 음식을 급하게 삼키거나 갑자기 체온이 변했을 때 딸꾹질을 하게 되는데, 이는 횡격막이 자극을 받아 갑자기 수축하거나 경련을 일으켰기 때문이다. 횡격막에 급작스러운 수축이나 경련이 일어나면 성대가 갑자기 닫히면서 공기가 잘 들어오지 못한다. 그러면 들이쉬는 숨이 방해를 받기 때문에 목구멍에서 이상한 소리가 나는 것이다.

우리의 의지와 상관없이 움직이는 근육으로 심장도 있다. 심장은 심장근육(심근) 덕분에 주기적으로 수축하며 혈액을 뿜어낸다. 심근은 골격근처럼 뼈에 붙어있지 않고 자루모양인 심장의 벽을 이루고 있다. 이 근육들이 수축하면서 자루의 내용물, 즉 혈액을 밀어낸다. 혈액은 온몸에 퍼져있는 혈관을 따라 순환하며 몸에 필요한 산소와 영양소를 운반하는 역할을 한다.

이밖에 위, 방광, 자궁 등의 벽을 이루고 있는 내장근육도 우리의 의지와 상관없이 움직이는 근육들이다.

글 : 유기현 과학칼럼니스트