Ⅳ 호흡 1 호흡은어떻게일어나는가? 2 가스교환과운반은어떻게이루어지는가? 3 생활에너지는어떻게생성되는가? 4 흡연과건강 평상시에는호흡의중요성을인식하지못하지만, 우리는호흡을하지않고서는살아갈수없다. 사람은왜호흡을해야할까? 호흡운동을통해들이쉬는공기와내쉬는공기에는어떤차이가있을까? 이러한차이는어디서어떻게생겨나는것일까? 알고가기 1 폐에는호흡운동을위한근육이발달해있는가? 2 격렬한운동을하였을때, 숨이가쁜이유는무엇인가? 3 공기에서흡수한산소를조직세포로운반하는것은무엇인가? 4 폐암을일으키는가장큰요인은무엇인가? 74 75 74 단원학습목표 1_ 호흡기관의구조와호흡운동, 가스교환을이해한다. 2_ 세포호흡을에너지와관련지어이해한다. 3_ 흡연과건강에대하여조사, 토의한다. / 알 / 고 / 가 / 기 / 1_ 폐는수많은폐포로이루어져있으며, 근육이없어서스스로수축할수없다. 늑간근과횡격막근의수축과이완에의해흉강내압력이변하고, 폐의운동이이루어진다. 2_ 격렬한운동을할때에는근육에서세포호흡이활발하게이루어진다. 그결과혈액내에는산소가줄어들고이산화탄소가많이발생된다. 이산화탄소의농도가높아지면연수를자극하여호흡운동과심장박동을촉진하므로숨이가빠진다. 3_ 적혈구의헤모글로빈 (Hb) 혈액이붉은이유는헤모글로빈을구성하는철 (Fe) 원자가산소와결합하여산화되기때문이다. 4_ 폐암발생의가장큰요인은흡연이며, 생활환경의대기오염정도도폐암발생에크게관여한다. 외부의공기는기관과기관지및세기관지를거쳐폐포내로들어간다. 기관지의섬모상피층은흡기시공기에포함된이물질을걸러밖으로배출하는기능이있다. 흡연할때흡수된타르나니코틴등은기관지섬모상피층을죽여공기의여과기능을약화시키며그결과다른이물질이폐포내로들어오게된다. 타르는천여종의발암물질을내포하고있다. 1 Ⅳ. 호흡
1 mvmg1jgs jt9truc jrwjthfhgsuf] 2. 그림은폐포주변의혈관의분포를나타낸것이다. 폐포로들어오는혈액과폐포를거쳐나가는혈액의차이점은무엇인지생각해보자. 호흡기의구조를설명할수있다. 호흡운동의원리를설명할수있다. 혈액흐름 폐동맥 폐포표면의 혈액 모세혈관 흐름 혈액 흐름 너도빨리들어와! 으악! 사람살려! 어떻게해. 의식을와! 인공호흡잃었을하니까나봐. 깨어나네. 혈액흐름 폐정맥 O 공기 O 폐포벽 모세혈관 폐포 폐포의단면도 사람은호흡을통하여체내에필요한산소를공급하고, 체내에서생성된이산화탄소를배출한다. 사람의호흡기는어떻게구성되어있는지알아보자. 1. 공기가폐로들어오는경로를설명해보자. 2. 폐가수많은폐포로구성되어있어유리한점은무엇인가? 3. 폐포를감싸는모세혈관과폐포내공기사이에어떤일이일어나는지설명해보자. 1 'fzub 사람의호흡기는어떻게구성되어있을까? 자료해석, 추리 사람의호흡기는폐와코에서폐포까지의통로가되는인두, 후두, 기 관과기관지로구성되어있다. 1. 사람의호흡기의구조를보고, 각부위의명칭을아래에서찾아써보자. 기관, 폐포, 기관지, 횡격막 폐에는약 3~4억개의폐포가있으며, 폐포의총표면적은체표면적의약 배나된다. 폐포는그물모양의모세혈관으로둘러싸여있으며, 이 곳에서가스교환이이루어진다. 흡기시공기는코를거치면서털과점액에의해먼지가여과되고, 습 기를가진따뜻한공기로변한다. 이렇게변한공기가인두, 후두를거쳐 기침이나는이유는무엇일까? 콧구멍 기관으로들어가고, 기관지와세기관지를거쳐폐포로들어간다. 인두식도 기관지에는많은섬모를가진상피 공기흐름 후두점액 세포가있으며, 이세포들은점액으로폐동맥 세기관지폐 폐정맥 덮여있다. 공기에남아있는먼지와오 먼지 염물질은여기에서다시점액에걸리 인두 에어컨필터 게되고, 상피세포의섬모운동에의해밖으로배출된다. 기관지의상피세포 점액 분비세포 정전기를띠고있는섬유로되어있어공기중에떠다니는미 심장 는이러한운동을통해기관을항상깨 섬모 세오염물질을걸러준다. 상피세포 사람의호흡기 끗하게유지해준다. 기관지섬모상피층 76 77 탐구 1 해설 1_ 인두식도 후두 기관 기관지 횡격막 심장 콧구멍 폐 폐동맥 폐정맥 세기관지 2_ 폐포로들어오는혈액은산소가적고이산화탄소가많은정맥혈이고, 폐포를거쳐나가는혈액은산소가많고이산화탄소가적은동맥혈이다. 1_ 코 인두 후두 기관 기관지 세기관지 폐포 폐포 2_ 공기와접촉하는표면적이넓어가스교환에유리하다. 사람의폐는3~4억개의폐포로구성되어있으며, 표면적이체표면적의 배정도인약 7m 나된다. 3_ 폐포내공기와모세혈관사이에산소와이산화탄소의교환이일어난다. 기침 ( 한방에서해소또는해수 ( ) 라고함 ) 기침은기관이나기관지내에이물질이들어오거나가래가생겼을때, 이것을내보내기위한생리적인반사작용이다. 기침은비흡연자의경우하루에 1회이상은하지않는것이정상이다. 기침이잦으면호흡기질환을의심해보아야한다. 기침에는가래가섞여나는습한기침과가래없이나는마른기침이있다. 마른기침이나는경우는주로늑막염인데기침할때마다병이생긴쪽가슴이더아파오는것이특징이다. 습한기침의원인에는감기, 폐렴, 기관지염, 기관지확장증, 폐결핵등이있다. 기침이라고하는방어반응이없으면가래가폐로흘러들어가호흡곤란을일으킬수있다. 읽을거리기관지천식기관지가알레르기나세균감염, 자율신경이상, 정신적스트레스등에의해좁아져, 호흡이곤란하고목구멍에서색색소리가나는상태를천식이라고한다. 특히, 알레르기성기관지천식은방안먼지속에포함된진드기나곰팡이, 꽃가루등에의해발생되며, 침구나카펫등에진드기가번식하지않도록햇볕에쪼이거나청소를깨끗이하는것이중요하다. 2 Ⅳ. 호흡
사람의폐는근육이발달되어있지않아서스스로운동할수없다. 그러므로폐의운동은늑골과횡격막으로둘러싸인흉강의압력변화에의해확대되거나수축되어수동적으로이루어진다. 흉강의압력변화는무엇에의해일어나는지알아보자. 3. 구강대구강인공호흡은어떤원리에의해이루어지는지토의해보자. ( 단위`:`mmHg) 763 구강내압력 흉강내압력 2 'fzub 호흡운동은어떻게일어날까? 자료해석, 예상, 추리 762 761 1. 그림은호흡운동을할때늑골과횡격막에둘러싸인흉강의부피변화를나타낸것이다. 호흡운동은어떻게일어나는지알아보자. 늑골 횡격막 756 폐포내압력 758 756 인공호흡전숨을불어넣을때숨이빠져나올때 인공호흡시폐포와공기의압력분포가평상시와어떻게다른가? 1. 호흡운동에서흡기가일어나는을각부위의압력변화와관련지어설명해보자. 2. 호흡과구강대구강인공호흡에서흉강과폐포의압력변화순서가어떻게다른가? 인공호흡 ( 가 ) 흡기호기 ( 나 ) 흡기와호기시의호흡운동 ( 가 ) 에서 ( 나 ) 의형태로변할때늑골과횡격막은각각어떤방향으로움직이는가? 흡기시와호기시에흉강의부피는어떻게변하는가? 2. 흉강의부피변화는흉강내의압력을변화시킨다. 압력변화에따른기체의출입을알아보자. `( 단위`:`mmHg) 대기압 호흡운동은폐를둘러싸고있는늑골과횡격막의상하운동에의해일어난다. 늑골이올라가고횡격막이이완하여내려가면흉강의부피가커져흉강내압력과폐포내압력이대기압보다낮아지며, 흡기는이러한기압의차이에의해일어난다. 호기는폐포내압력이대기압보다높아져일어난다. 호흡운동은혈액내이산화탄소의농도를감지한연수에의해조절된다. 격렬한운동을하여혈액중의이산화탄소농도가높아지면호흡중추가자극을받아서호흡이빨라지고, 반대로이산화탄소농도가낮아지면호흡운동이억제된다. 흉강내압력 m/fxjrsmfur 정답 : 234 쪽 759 761 1. 외부의공기가폐포까지도달하는경로를완성하여라. 비강 인두 후두 기관 ( ) 폐포 756 폐포내압력 754 756 2. 호흡운동에서흡기가일어날때, 늑골과횡격막의상태를설명하여라. 흡기전흡기시 공기가폐포로들어오는이유는무엇인가? 호기시 3. 운동을하면호흡운동은어떻게되는가? 또, 이를조절하는중추는어디인가? 4. 사고로호흡을멈춘사람에게응급처치로인공호흡을실시하는이유는무엇인가? 호기시와흡기시폐포와대기의압력차는얼마인가? 78 79 탐구 2 해설 1_ 늑골은내려가고, 횡격막은올라간다. 흡기시에는흉강의부피가커지고, 호기시에는작아진다. 2_ 폐포내기압이대기압보다낮으므로 호기시에는폐포내압력 (761mmHg) 이대기압 (mmhg) 보다 1mmHg 높고, 흡기시에는폐포내압력 (759mmHg) 이대기압보다 1mmHg 낮다. 3_ 인공호흡 ( 구강대구강법 ) 을할때에는시행자의입에서기압 (763mmHg) 을높여환자의폐포를확장시키면서공기를불어넣으며, 입을떼면폐포내압력 (761mmHg) 이대기압보다높기때문에공기가밖으로배출된다. 1_ 늑간근과횡격막근이수축하면늑골이올라가고횡격막이내려가며흉강이확대됨 흉강내압력이낮아짐 폐포확대 폐포내압력이낮아짐 흡기 2_ 흡기시에정상적인호흡순서는1과같고, 인공호흡은기압을높여숨을불어넣음 폐포의압력이높아짐 폐포확대 흉강의압력이높아짐 흉강의확대순이다. 인공호흡법 ( 구강대구강법 ) 1 머리를뒤로젖혀기도를확보한후엄지와검지로환자의코를잡는다. 2 숨을깊이들이마신다음입을크게벌려환자의입둘레에덮어씌워서가슴이약간불룩해질때까지숨을불어넣는다.(1 분에 12회정도 ) 3 환자의가슴을보거나공기의흐름을느껴효과를확인한다. 확인하기정답 1_ 기관지 2_ 흡기는흉강이확대되어압력이낮아질때일어나므로, 흉강이확대되기위해서늑골은올라가고횡격막은내려간다. 3_ 운동을하면혈액중이산화탄소의농도가높아지므로, 호흡운동이촉진된다. 이를조절하는중추는연수이다. 4_ 인공호흡은폐포에서의가스교환을일으켜조직세포로산소를공급하고, 호흡운동을부활시키기위한응급처치이다. 3 Ⅳ. 호흡
2 ufng u3m/fsu/f jbs;fsjgs jt9truc jrybjtlrhgsuf] 1. 외부공기와폐포내공기의차이점은무엇인가? 가스의교환과운반이어떻게일어나는지설명할수있다. 산소가조직세포로얼마나공급되는지설명할수있다. 2. 산소와이산화탄소가교환되는장소를말해보자. 3. 폐포와조직의모세혈관에서가스교환이일어나는원리를말해보자. 4. 동맥혈맥혈이어떻게다른지설명해보자. 밀폐된차안에서잠을자는것은생명에위험할수도있다. 그이유는무엇일까? 호흡운동을통하여폐포로흡수된공기는폐포를둘러싸고있는모세혈관의혈액내의기체와교환되는데, 이런을외호흡이라한다. 또, Ⅱ. 영양소와소화 조직의세포에서는에너지를얻기위한영양소의산화작용으로혈액에 비해산소의분압은낮아지고이산화탄소의분압은높아진다. 이로인해 조직의모세혈관에있는혈액과조직액사이에서기체의교환이이루어 대기는질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소등여러가지기체를함유하는혼합기체이다. 혼합기체중어느한기체가차지하는압력을분압이라한다. 기체는분압이높은쪽에서낮은쪽으로확산된다. 대기중의산소가어떻게조직세포에공급되고, 조직세포의이산화탄소는어떻게대기중으로방출되는지알아보자. 지는을내호흡이라한다. 폐포내공기에서혈액으로확산되어들어온산소는적혈구세포내에존재하는헤모글로빈 (Hb) 이라는색소분자에의해조직세포로운반된다. 1분자의헤모글로빈은 4분자의산소와결합할수있다. 헤모글로빈이산소와결합하여붉은색을띠고있는상태를산소헤모글로빈 [Hb(O ) ] 이라한다. 3 'fzub 폐포와조직의모세혈관에서가스교환은어떻게일어날까? 자료해석, 예상 헴 b 사슬 외부공기 흡기 호기 O 폐포 1. 표를보고, 각부위의산소와이산화탄소분압을살펴보자. 구분 외부공기 O 의분압 (mmhg) 16 의분압 (mmhg).23 산소 산소를가지고있는혈액을세어봐야지. O 폐포내공기 폐순환 동맥혈조직액 이하 46 이상 철 정맥혈 심장 동맥혈 정맥혈 46 a 사슬 외부공기와폐포내공기의산소분압이다른이유는무엇인 헤모글로빈 체순환 가? 헤모글로빈이산소와결합하는정도는산소의분압에따라달라지는 O 포도당 +O +H O+ 데, 이것을그래프로나타낸것을산소해리곡선이라한다. 혈액이함유할수있는전체산소의양에대한현재함유하고있는산소의양을상대 조직세포 2. 폐포와모세혈관사이에서기체가이동하는방향을알아보자. 적인비율로나타낸것이산소포화도이다. 8 81 탐구 3 해설 1_ 폐포는근육이없어서호기시에폐포내공기를모두배출할만큼완전히수축할수없다. 1회호흡시환기량은 5mL 정도이며, 호기후폐에는약 ml의공기가남아있다. 폐포내에는잔존하는오염된공기와외부에서유입된신선한공기가섞이기때문에외부의공기에비해산소분압이낮고이산화탄소분압이높은상태이다. 1_ 폐포내공기는외부공기에비해산소분압이낮으며 (16mmHg mmhg), 이산화탄소의분압은높게 (.23mmHg mmhg) 나타난다. 2_ 폐포의모세혈관과폐포내공기사이, 조직의모세혈관과조직세포사이 3_ 폐포와조직에는기체의분압차가존재하고, 기체의분압차에따른확산현상에의해기체가교환된다. 4_ 동맥혈은비교적이산화탄소가적고산소가풍부한혈액으로폐포에서형성된다. 정맥혈은비교적산소가적고이산화탄소가많은혈액으로조직의모세혈관에서형성된다. 폐기량 6mL 5mL ml 3mL ml ml 예비흡기량 3mL 1 회환기량 5mL 예비호기량 1mL 잔기량 1mL 흡식량 36mL 폐활량 48mL 전폐기량 6mL 기능적 잔기량 ml 1회환기량 : 안정적인호흡을할때출입하는기체량을환기량이라하며, 1회호흡시환기량은 5mL 정도이다. 예비호기량 : 정상호기이후강한호기를하여내쉴수있는최대의기체량을말하며 1mL 정도이다. 예비흡기량 : 정상흡기이후강한흡기를통하여흡입할수있는최대의기체량을말하며 3mL 정도이다. 잔기량 : 강한호기후폐에남아있는기체량을말하며 1mL 정도이다. 폐활량 : 최대한숨을들이쉰후, 최대한내쉴수있는기체량이다. 사람에따라다르나보통 48mL 정도이다. 4 Ⅳ. 호흡
%) %) %) B I O L O G Y - Ⅰ 4 'fzub 산소해리곡선은산소의분압이높아질수록산소포화도가증가하는 S자형을보인다. 그러면산소포화도를증가시키는다른요인에는어떤것이있을까? 산소포화도에영향을주는요인은무엇일까? 자료해석, 관찰, 추리 1. 그림 ( 가 ) 는이산화탄소농도에따른산소해리곡선이고, 그림 ( 나 ) 는온도에따른산소해리곡선이다. 이산화탄소농도와온도가산소포화도에미치는영향을알아보자. 산 농도 소헤 8 모 3 글 로 6 9 mmhg 빈 ( 6 8 산소분압 (mmhg) 산온도 소 1 8 헤모 38 글로 43# 6 빈 ( 6 8 산소분압 (mmhg) 4. 3의표와산소해리곡선을참고로하여, 폐포와조직에서의산소포화도와조직으로공급되는산소의양을색깔로표시해보자. 산 8 mmhg 소헤모 6 글로빈 ( 7`mmHg 6 8 1 산소분압 (mmhg) 산소해리곡선 1. 혈액의산소포화도가높아지는조건들을선택해보자. ㄱ. O 분압 ( 높음, 낮음 ) ㄴ. 분압 ( 높음, 낮음 ) ㄷ. 온도 ( 높음, 낮음 ) ㄹ. ph ( 높음, 낮음 ) 2. 조직의모세혈관에서산소의해리가잘일어나는이유를설명해보자. 3. 격렬한운동을할때산소의공급량은어떻게변할까? 폐포조직공급량 산소포화도와조직으로의산소공급량 고공비행사는갑자기자기도모르게잠이들수있다고한다. 그이유는무엇일까? 일산화탄소중독이무엇인지찾아보자. 빨대로불때입으로빨아들이지않도록주의한다. C2 는물에녹아약산인탄산을형성해. ( 가 ) ( 나 ) 격렬한운동을할때조직에서이산화탄소의농도와체온은어떻게변할까? 운동을할때조직으로산소가더많이공급되는이유는무엇인가? 2. 녹색 BTB 용액에이산화탄소를불어넣으면산성을띠어노란색으로변한다. 평상시와격렬한운동을한후녹색 BTB 용액에숨을불어넣어색이변화하는시간을비교해보자. 평상시와격렬한운동을한후녹색 BTB 용액의색변화는어느쪽이빨리일어나는가? ph가낮아질수록산소해리곡선은어떻게변할까? 헤모글로빈의산소포화와해리에가장큰영향을주는요소는산소분압이지만이산화탄소분압, 체온, ph 등도영향을준다. 폐포에서는외호흡에의해산소분압이높아지고이산화탄소의분압이낮아지므로산소포화도가높아진다. 반면에, 조직에서는세포호흡에의해산소분압이낮아지고이산화탄소의분압이높아지기때문에산소포화도가낮아진다. 따라서폐포의모세혈관에서포화된산소는조직의모세혈관에서해리되어조직세포에공급된다. 격렬한운동을하는경우, 세포호흡이증가되어조직에서이산화탄소의발생이많아지므로더많은산소가해리되어조직세포에공급된다. 3. 사람의폐포와조직에서의산소분압과이산화탄소분압을나타낸표를보고그관계를생각해보자. 구분 O 분압 (mmhg) 분압 (mmhg) 폐포 15 조직 3 7 밀폐된공간에오랫동안있으면폐포내의산소분압이낮아지고이산화탄소분압은높아진다. 이러한조건에서폐의혈액은산소가충분하게포화되지못하므로산소의공급량이감소한다. 82 83 Hb`+`4O 폐포의모세혈관조직의모세혈관 Hb(O ) 고산지대에가면산소의공급은어떻게변할까? 탐구 4 해설 1_ 격렬한운동을할때, 근육세포에서는세포호흡이활발하게일어난다. 그결과조직의이산화탄소분압은높아지고, 열에너지가많이방출되어체온은올라간다. 이산화탄소의분압이높아지거나온도가높아지면산소해리도가커진다. 즉, 더많은산소가조직세포로공급된다. 2_ 격렬한운동을한경우녹색 BTB 용액의색이더빨리황색으로변화된다. 용액의이산화탄소분압이높아지면용액은산성화되어 ph가낮아진다. ph가낮아질때의산소해리곡선은그래프 ( 가 ) 에서 분압이높아질때와같이오른쪽으로이동하여산소포화도가낮아진다. 4_ 산 소 8 mmhg 6 7mmHg 헤모글로빈 ( % ) 6 8 1 산소분압`(mmHg) 산소해리곡선 폐포 조직 공급량 산소포화도와조직으로의 산소공급량 1_ ㄱ. O 분압 ( 높음, 낮음 ) ㄴ. 분압 ( 높음, 낮음 ) ㄷ. 온도 ( 높음, 낮음 ) ㄹ. ph ( 높음, 낮음 ) 2_ 조직에서는세포호흡이활발하므로이산화탄소분압이높고, 산소분압이낮으며, ph가낮고, 온도가높은환경이형성된다. 이러한조건들은혈액의산소해리도를높여조직세포로산소공급을원활하게해준다. 3_ 격렬한운동을할경우에는조직세포의호흡이촉진되어산소분압과 ph가낮아지며, 이산화탄소분압과체온이높아진다. 따라서, 혈액의산소해리도가높아져, 더많은산소가조직세포로공급된다. 산소결핍해발고도가높아지면공기의밀도가낮아져뇌활동에필요한산소를충분히공급할수없기때문에잠이오거나순간적으로정신이혼미해지기도한다. 일산화탄소중독 CO에대한헤모글로빈의친화력은 O 에대한친화력보다약 배정도크다. 혈액중에CO가침입하면헤모글로빈은 CO와결합하므로, 적혈구는산소운반능력을잃는다. 5 Ⅳ. 호흡
조직세포에서호흡으로발생한이산화탄소는적혈구와혈장에의해운반된다. 대부분의이산화탄소는적혈구세포안으로들어가탄산무수화효소에의해탄산 (H CO ) 으로된다. 이탄산은수소이온 (H + ) 과탄산수소이온 (HCO - ) 으로해리되고, 해리된탄산수소이온은혈장으로확산되어그대로또는나트륨이온 (Na + ) 과결합하여폐포까지운반된다. 또, 이산화탄소는혈장에 상태로용해되어운반되거나헤모글로빈과결합하여운반되기도한다. 이렇게운반된이산화탄소는폐포에서반대방향의반응이일어나폐포의공기중으로확산되어방출된다. ( 조직액 ) ( 혈장 ) ( 혈장 ) ( 폐포 ) Hb H CO Hb Hb Hb H O ( 적혈구 ) ( 적혈구 ) H O H CO H± HCO HCO NaHCO HCO NaHCO HCO H± 이산화탄소의운반 m/fxjrsmfur 정답 : 234쪽 1. 폐의구조가운데가스교환이효율적으로일어나게해주는구조는무엇인가? 2. 사람의혈액에서주로산소를운반해주는것은무엇인가? `1 미오글로빈 2 헤모시아닌 3 탄산수소나트륨 `4 헤모글로빈 5 피브리노겐 생활속의과학 'djfj8 nfsnv m/rxkgx 아가성장하기위해서는산소를포함하여필요태한모든것을모체를통해얻어야한다. 태아와모체는혈관으로연결된것은아니다. 모체의혈액에들어있는영양분과산소는태반의막을통과하여탯줄을따라태아의혈액으로공급된다. 모체의적혈구내에있는헤모글로빈속에는산소가풍부하게들어있다. 어떻게생명을제공하는산소가모체의적혈구에서태아에게로운반될수있을까? 성인의헤모글로빈은폴리펩티드로된 ὰ사슬 2개, β사슬 2개에철을포함하고있는헴분자 4개로구성 4개월된태아되어있다. 그러나태아의헤모글로빈은성인헤모글로빈의 β사슬대신에 γ사슬을가지고있다. 헤모글로빈의이러한구조적차이는산소와의결합력에서차이를나타내는원인이기도하다. 즉, 태아의헤모글로빈 (HbF) 은성인의헤모글로빈 (HbA) 보다산소와의결합력이높다. 따라서태아는모체의혈액속에들어있는산소를태반을통해서가져가게된다. 즉, 태아의순환계는모체순환계로부터산소를얻게되는것이다. 태아는살기위해서산소에대한모체와의경쟁에서승리해야만한다. 그리고태아의헤모글로빈은모체가깨어있든, 잠들어있든, 쉬고있든간에성장하고있는태아에게항상충분한산소를공급하기위해노력하고있다. 태아가태어나면태아의산소획득을위해노력하던 HbF는수일내로HbA로교체된다. 이에서헤모글로빈의합성과분해가한꺼번에일어나기때문에, 신생아는황달과비슷한증상을보인다. 임신부가흡연을하면담배연기속에있는일산화탄소가헤모글로빈과결합하여태반에서태아에게전달된다. 일산화탄소는헤모글로빈의산소운반을방해하므로태아는저산소증에의해발육이부진해질수있다. 3. 폐포의산소가계속하여조직으로공급되는이유는무엇인가? 4. 높은산을등정하고자하는사람이현지적응훈련을하는이유를설명하여라. Q 근육세포로산소가잘공급되는이유는무엇일까? 84 85 탄산무수화효소 탄산무수화효소는적혈구내에존재하며, 조직의모세혈관에서는 와 H O을결합하여 H CO 을형성하고, 폐포의모세혈관에서는 H CO 을 와 H O로분해하는특이한효소이다. 효소반응의방향은이산화탄소의양이결정한다. 조직에서혈액으로확산된대부분의 는적혈구내에서탄산무수화효소의작용에의해 H CO 을형성한후 HCO ± 과 H± 으로해리된다. HCO ± 은혈장으로확산되어운반되고, H± 은헤모글로빈 (Hb) 과결합함으로써적혈구내의 ph는크게변화되지않는다. 또, 일부의 는헤모글로빈이직접결합하여운반하기도한다. 헤모글로빈은 의운반과적혈구내의 ph 조절에도중요한역할을하고있다. 생활속의과학 Q 근육세포에는미오글로빈 (Mb) 이라는혈색소가있다. Mb 은 153 개의아미노산으로구성되어있는폴리펩티드단일사슬에한원자의 철 (Fe ±) 을포함한헴 (Heme) 분자가결합된구조이다. Mb 은적혈구 내의헤모글로빈 (Hb) 보다산소결합력이크므로, 근육세포는혈액에 의해운반되는산소를보다잘받아들여저장할수있다. 동물의근육이 붉은것은 Mb 이있기때문이다. 확인하기정답 1_ 폐포 2_4 헴 (Fe) COOH NH 미오글로빈의구조 3_ 조직의세포내에서는세포호흡으로산소가소모된다. 그결과폐포내공기와혈액, 혈액과조직액사이에산소분압의차이가생기므로지속적으로가스교환이일어난다. 4_ 고산지대에서는산소분압이낮아조직으로운반되는산소의양이적어진다. 따라서산소를충분히공급하기위하여혈액내적혈구수를증가시키는적응기간이필요하다. 6 Ⅳ. 호흡
B I O L O G Y - Ⅰ 3 ndam/fw jchtlrhgs jt9truc ndantak/rhgsuf] 호흡으로흡수된산소가하는일을설명할수있다. 누구나어린시절에마술을하고싶다는생각을한번쯤했을것이다. 우리의몸속에는마술사가살고있을까? 우리의몸으로들어간산소는어디로가고, 또이산화탄소는어디에서나오는것일까? 생명활동을유지하는데에는에너지가필요하며, 이에너지는우리가먹는음식물에포함되어있다. 우리가생활에너지를얻을때, 몸속에서는어떤일이일어나는지알아보자. 1. 흡기와호기시의공기의차이점을말해보자. 2. 질소는폐에서교환이전혀일어나지않는다고할수있는가? 3. 호기에서이산화탄소가증가된이유가무엇인지설명해보자. 폐에서받아들인산소는혈액에있는헤모글로빈에의해조직세포로운반된다. 한편, 에너지원인영양소는소화을거쳐소장에서흡수되며, 혈액에의해조직세포로운반된다. 미토콘드리아에서는조직세포로운반된산소와영양소를세포호흡에이용하여생활에너지인 를합성한다. 는우리의모든생명활동에이용되는에너지의저장물질이며운반물질이기도하다. 는아데닌에리보오스와 3개의인산이결합한물질로서결합된인산 1몰이분해될때 7.3kcal의에너지를낸다. 이산화탄소는세포호흡결과생성되며, 혈액에의해폐로보내져외부로방출된다. ADP + Pi +7.3kcal 5 'fzub 폐로들이마신공기와내쉬는공기의조성은어떻게다를까? 자료해석 그림은흡기와호기시공기의기체조성비를나타낸것이다. 흡기와호기시의공기에는어떤차이가있는지알아보자. 산소 포도당 질소 78% 산소 21% 이산화탄소.3% 기타.97% 흡기 호기 질소 78% 산소 18% 이산화탄소 3% 기타 ` `1% ` 폐동맥 ( 정맥혈 ) ` 폐정맥 ( 동맥혈 ) 미토콘드리아 세포호흡 적혈구 폐포 이산화탄소 물 혈장 모세혈관 호흡기 소화계 ADP + Pi 흡기와호기시의공기의기체조성비 86 87 + 탐구 5 해설 1_ 흡기에는산소가 21%, 이산화탄소가.3% 이나, 호기에는산소가 18%, 이산화탄소가 3% 로, 산소는감소하고이산화탄소는크게증가한다. 2_ 질소는흡기와호기에서차이가없으나, 교환이일어나지않는것은아니다. 폐포의공기에서모세혈관으로확산되는속도와모세혈관에서폐포의공기로확산되는속도가같기때문에호기와흡기에서같은비율로나타난것이다. 3_ 조직세포의세포호흡결과생성된이산화탄소는폐로운반되었기때문에, 호기시이산화탄소가증가된것이다. 세포호흡 세포호흡은유기물을분해하여에너지를얻는을말하며, 유기물이분해될때방출된에너지의 % 는고에너지물질 (38) 로저장되었다가생명활동에이용되고, 6% 는열로전환되어체온유지에이용된다. 이러한반응은미토콘드리아에서일어나며, 이때산소가소모되고이산화탄소가방출된다. C H O + 6O + 6H O 11 6 + 12H O + 38 (adenosine triphosphate) 아데닌과리보오스의결합체인아데노신에무기인산 3개가연속적으로결합된화합물 염기 아데닌 아데노신 당 리보 오스 AMP( 아데노신 1 인산 ) ADP( 아데노신 2 인산 ) ( 아데노신 3 인산 ) 고에너지인산결합 인산 인 인 인 유기물 O 무기물 에너지 ADP Pi 활동에너지 연소 촉매가작용하지않으므로외부에서 æ 이상의열을가해주어야반응하며, 반응이급격하게일어나면서포도당에저장되어있던모든에너지가빛에너지와열에너지형태로한꺼번에방출된다. 7 Ⅳ. 호흡
만약세포호흡에서도연소에서와같이에너지가한꺼번에방출된다면어떻게될까? 세포내에서호흡이일어날때유기물은여러단계를거쳐서산화되는데, 이때효소가작용한다. 이러한반응의단계마다에너지가나뉘어방출되며, 이에너지는 분자에화학에너지형태로저장된다. 즉, 미토콘드리아에서는유기물이산화할때방출되는에너지를 에저장하고, 모든생물은 에저장된에너지를이용하여생활한다. 포도당 포도당 빛, 열에너지 1. 사람에게서 가이용되는곳을말해보자. 2. 세포호흡에서유기물에저장된에너지가모두 로전환될수있을까? 3. 생물이 를이용함으로써생명활동에어떤점이유리할까? 4. 만약공장에서 를생산하여사람에게공급한다면우리는밥을먹지않고도살아갈수있을까? 우리의몸속에는항상어느정도의 가존재하며, 모든활동에이를이용한다. 그러나이용하는에너지의양은사람에따라다르게나타나며, 같은사람이라도나이, 활동량, 체형등에따라달라진다. md;vur 원자폭탄과원자력발전 O 에너지 원자력발전과원자폭탄의차이점을호흡과연소의개념으로설명해보자. 포도당 포도당의세포내산화 포도당의공기중연소 6 'fzub 사람에서 는어떻게이용될까? 1. 사람에게서 가이용되는예를조사해보자. 2. 가모든생활에이용될수있는이유를생각해보자. 자료해석, 발표 m/fxjrsmfur 정답 : 234쪽 1. 미토콘드리아에서는포도당과산소를이용하여세포호흡을하는데, 그결과어떤유용한물질이만들어지는가? 1 DNA 2 열에너지 3 4 GDP 5 RNA 2. 다음은포도당의연소와호흡을설명한것이다. 옳은것을골라라. 생활에너지 ㄱ. 호흡과연소는모두발열반응이다. ㄴ. 호흡은효소작용에의하여반응이단계적으로일어난다. ㄷ. 에너지는포도당을연소시킬때보다호흡에의하여분해될때더많이방출된다. 1 ㄱ 2 ㄴ 3 ㄷ 4 ㄱ, ㄴ 5 ㄱ, ㄴ, ㄷ 3. 사람에게서 가이용되는예에는어떤것이있을까? 88 89 연소와호흡우리의몸을이루는물질은유기물이며, 세포호흡에서많은에너지가한꺼번에방출되면우리몸도연소될것이다. 탐구 6 해설 1_ 근육운동, 물질합성, 능동수송등 2_ 열역학제`2법칙에의해에너지가다른형태로전환될때에는활용하지못하는열에너지가방출되므로유용에너지는반드시감소한다. 즉, 1분자의포도당이완전히산화할때 688kcal의에너지가방출되지만, 세포호흡에서는이중의약 % 에해당하는 277.4kcal만이 38에저장된다. 3_ 포도당에함유된에너지를생명활동에바로사용하는것은비효율적이다. 포도당에함유된에너지가크기때문에그대로사용할경우에너지활용의효율성이낮아지고, 세포에해를미칠수있기때문이다. 또, 많은반응을거쳐야하기때문에신속하게사용하기에어려움이있다. 그러므로포도당을우선산화하여작은에너지저장체인 로전환하여저장하고있다가필요할때신속하게이용하고있다. 4_ 물론 를공장에서만들어공급할수있다면음식물이라 는에너지원은필요치않을수도있지만, 성인남자를기준으로하루에체내에서합성되고이용되는 의양이약 kg에달한다는연구결과가있다. 평상시식사량의약 배정도에해당되는양을하루에섭취한다는것은거의불가능하다. 해보기해설원자력발전이나원자폭탄은핵분열반응을일으켜서방출되는에너지를이용한다는공통점이있다. 그러나원자력발전의경우에는에너지를장기간조금씩발생시켜유용한전기에너지로전환하여활용하는데비해, 원자폭탄은연쇄적으로확산되는핵분열반응의원리를이용하여한꺼번에많은에너지를방출하는차이점이있다. 세포호흡은원자력발전, 연소는원자폭탄과같은의미가있다고생각하면된다. 확인하기정답 1_3 2_4 3_ 근육수축, 세포막의능동수송, 생체물질의화학합성, 발열, 발전, 발광등 8 Ⅳ. 호흡
%) 값 ) 량 `( 값 ) B I O L O G Y - Ⅰ 4 mg1jesu/f utsufa 흡연이우리의건강에미치는영향을설명할수있다. 많은공공건물에서는금연을하고있으며, 흡연자들이흡연장소를찾는것은점점어려워지고있다. 금연구역을지정하는이유는무엇일까? 3. 다음의표는비흡연자에대한흡연자의암발생률을비교한것이다. 흡연이 암발생률과어떤관련이있는지살펴보자. 비흡연자에대한흡연자의암발생률 구강암 후두암 식도암 폐암 위암 췌장암 방광암 27.5배 1.5배 7.6배 22.4배 1.5배 2.1배 2.9배 1. 흡연자에게서많이나타날것으로예상되는질병을말해보자. 2. 언제부터담배를피우기시작할때폐암발생률이가장높은가? 3. 3에서비흡연자에대한흡연자의암발생률이큰순서대로말해보자. 흡연 7 'fzub 흡연이우리에게미치는영향은무엇일까? 자료해석, 조사, 발표 1. 흡연과관련된질병을조사하여다음표에분류해보자. 구분흡연과관련된질병들호흡기계통의질병소화기계통의질병순환기계통의질병 담배연기속에는약 여종에달하는화학물질이포함되어있다. 대다수의화학물질은독소와발암물질인데, 그중에서도니코틴, 타르, 일산화탄소등이가장해로운물질로알려져있다. 이러한독성물질들은흡연자에게습관성중독을일으켜흡연을지속하도록하며, 각종호흡기질환을일으킬수있는확률을높인다. 특히, 임신부의흡연은모세혈관과자궁동맥을위축시켜태아의산소결핍을유발한다. 그결과유산이나조산의위험성이증가하고태아의체중이감소하며, 신생아의사망률도높아진다. 신경계통의질병 기타 2. 그림을보고 1 일흡연량과담배를피우기시작한나이가폐암발생률에미 치는영향을알아보자. (Biology Today, 1) 건강한폐 폐암발생률 ( 15 비흡연자의기관지섬모상피층 ( 15) 흡연자의기관지섬모상피층 ( 6) 담배연기속의대표적인유독물질 1 종류특성영향질환 5 니코틴 습관성중독을일으키는마약으로분류 신경계자극, 심장박동촉진, 혈압상승, 신경마비 고혈압, 동맥경화증, 골다공증의원인 1~9 1~19 ~39 개비이상 비흡연자 25세이상 ~24 15~19 15세이하 타르 여종이상의발암물질 기관지내의섬모세포를파괴, 혈액에직접들어옴 혈전증, 기관지염, 폐렴, 폐암의원인 폐암환자의폐하루흡연량에따른폐암발생률담배를피우기시작한나이에따른폐암발생률산소보다헤모글로빈과의결합력이혈액의산소운반능력저하, 호흡곤란, 시력감퇴, 두통, 혼수, 일산화탄소약 배강함조직의산소결핍증학습능력저하의원인 흡연량과폐암발생률은어떤관계가있는가? 9 91 탐구`7 해설 1_ 구분 흡연과관련된질병들 호흡기계통의질병 폐암, 폐렴, 후두암, 기관지염 소화기계통의질병 췌장암, 위암, 위궤양 순환기계통의질병 관상동맥질환, 고혈압, 동맥경화, 심근경색 신경계통의질병 두통, 혈전증, 빈혈 기타 구강암, 방광암, 신장암, 태아의기형 2_ 폐암은 9% 이상이흡연때문에생긴다. 폐암발생률은하 루의흡연량과거의비례하며, 흡연기간이길수록높게나타 난다. 1_ 흡연자는담배연기와직접접촉되는기관들즉, 구강, 식도, 폐, 그리고기관지등에서특히높은발병률을보인다. 구강 암, 후두암, 식도암, 기관지염, 폐렴, 폐암등의질병이여기 에속한다. 2_ 15~19세 3_ 구강암 > 폐암 > 후두암 > 식도암 > 방광암 > 췌장암 > 위암 흡연과폐암 미국의담배소비는 196년대에최고로많았으며, 폐암사망률은약 25년후인198년대후반에최고에달했다. 담배 소비 량`( 상대 45 35 3 25 15 1 5 '1 담배소비 ' '3 ' 약 25 년 '5 폐암사망률 이를근거로우리나라의담배소비량의변화와폐암사망률을추정하면다음과같다. 담배 소비 상대 45 35 3 25 15 1 담배소비 약 25 년 5 1945년 198년 대체로하루한갑을 년정도흡연한사람은비흡연자들보다약 1배정도나폐암발생률이높게나타난다. '6 '7 '8 폐암사망률 '9 ' 8 7 6 5 3 1 8 7 6 5 3 1 년 25년 폐암 사망률 `( 상대값 ) 폐암 사망률 `( 상대값 ) 9 Ⅳ. 호흡
8 'fzub 간접흡연은건강에어떤영향을미칠까? 토의, 자료해석 생활속의과학 세계보건기구는 5 월 31 일을금연의날로지정하여금연운동을벌이고있어. 1. 그림은흡연이폐에미치는영향을알아보기위한실험장치이다. 솜을넣은유리관의한쪽끝은담배를끼운고무마개로막고, 다른쪽은공기흡입기를연결하였다. 2분동안공기흡입기로공기를흡입하면유리관속의솜이더러워지는데, 그이유는무엇인지생각해보자. 흡연실험에서솜에묻어난물질은무엇인가? 2. 자료를보고, 공공건물에금연구역을설정하는이유를토의해보자. jt1ibnfa ldmdj/f lrxjt1;ea 업무상재해는신체적외상이발생하는사고등을말하며, 그원인이뚜렷하다. 재해가발생하면근로자에대한적절한의학적처치, 재활및보상은물론발생원인의분석을통해동종의사고가다시발생하지않도록적절한대책을수립할수있다. 직업병은열악한작업환경에의해발생하는질병을말한다. 이것은오랜시간이지나서발생하므로원인을찾기가어렵고, 일반질병과크게다르지않기때문에작업환경과의관련성을밝히기가쉽지않다. 그러므로직업병과관련된환자는오랜기간정신적, 경제적피해를입는경우가많다. 호흡기와관련된직업병으로는진폐증, 폐암, 천식등이있다. 특히, 직업병환자의절반이상이호흡기계통질환자이며, 이것은호흡기가환경에가장가까이노출되어있음을뜻한다. 건강한호흡기를유지하기위해서는생활환경을청결히해야하며, 영양소를골고루섭취하여체내의면역성을강화시켜야한다. 간접흡연은담배를피우지않는사람이남이피우는담배연기를간접적으로마시는상태를말한다. 이담배연기속에는흡연자의폐까지들어갔다나오는주류연 (15%) 과담배끝에서나오는부류연 (85%) 이있는데, 부류연의독성화학물질의농도는주류연의것에비해 2~3 배높다. 탄광 도로건설현장 Q 감기도직업병이라고볼수있을까? 1. 간접흡연의피해자는어떤사람들인지말해보자. 2. 간접흡연의위험을줄일수있는방법을말해보자. m/fxjrsmfur 정답 : 234쪽 1. 다음중흡연시에흡수되는물질이아닌것은무엇인가? 1 일산화탄소 2 모르핀 3 니코틴 4 타르 5 시안화수소 간접흡연은그피해가생각보다심각해서비흡연자들에게도폐암을 2. 호흡기질환이라고볼수없는것을골라라. 비롯한여러가지질병을유발하기도한다. 부모가흡연을할경우에는 1 진폐증 2 천식 3 기관지염 4 심장판막증 5 폐렴 그렇지않은경우보다자녀들의호흡기질환발생률이높다. 미국을비롯 한서구선진국들의경우이미 197년대초반부터공공장소에서의흡연을법으로규제하기시작했고, 우리나라도금연운동을통해비흡연자들 3. 흡연이호흡기와순환계에미치는나쁜영향을설명하여라. 4. 호흡기건강을유지하기위한방법들을설명하여라. 금연캠페인포스터 을담배연기로부터보호하려는노력이이루어지고있다. 92 93 탐구`8 해설 1_ 담배를피울때생기는연기속에는담배잎과담배종이가타면서나오는 여종의화학물질들이기체나입자형태로섞여있다. 이중에솜에묻어나는물질은대부분 담뱃진 이라고하는타르이며, 여기에미세먼지등의입자가포함된다. 1_ 한정된공간에서흡연자와같이생활하는모든사람들즉, 흡연자의가족, 직장동료, 공공장소에서의간접흡연자등이간접흡연의피해자이다. 특히, 임신부의뱃속에있는태아도간접흡연의큰피해자일수있다. 2_ 간접흡연의위험을줄이는방법 공공장소에서금연을법제화하고, 별도의흡연실을마련한다. 주위의흡연자에게금연할것을권고하고돕는다. 흡연시건강상피해를적극홍보한다. 금연할때, 개인및사회의경제적이익에대하여적극홍보한다. 생활속의과학 Q 감기의원인은바이러스의침입이지만면역기능이정상을유지하 고기도점막이건조하지않으면이런바이러스는가래등으로배출하 기때문에감기에걸리지않는다. 작업환경이너무건조하거나, 기온과 의격차가큰경우에는감기에걸릴확률이높아지므로이러한근무환 경에서감기에걸렸다면감기도직업병이라고할수있다. 확인하기정답 1_2 2_4 3_ 담배연기속의유독물질인타르는기관지내의섬모세포를파괴하여기관지염, 폐렴, 폐암등호흡기질환의원인이된다. 또, 니코틴은심장박동을촉진시키고, 혈압을상승시켜고혈압, 동맥경화증등의순환계질환을일으킨다. 4_ 자주환기를시켜준다. 많은사람이모이는공공장소에서는금연한다. 생활환경을청결히한다. 먼지발생량을최소화하고, 발생된먼지는빨리제거한다. 1 Ⅳ. 호흡