1.     배경지식

1-1.         호흡계의 주요 기능

호흡계의 주요 기능은 신체의 필요를 위해 산소를 공급하고, CO2를 배출하고 혈장의 pH를 유지하도록 돕는 것이다. 호흡 싸이클은 이러한 목표들을 순환계와 결합하여 이루어낸다.

1-2.         기계적 메커니즘

호흡 싸이클의 기계적인 방법은 숨을 들이쉬는 것과 내쉬는 과정의 교차로 이루어져있다. 숨을 들이마시는 동안에는 골격근(횡격막과 외부 늑간과 같은)은 수축하고, 그에 따라 흉부의 빈 공간과 폐의 부피가 증가한다. 증가된 부피는 폐의 압력을 대기압보가 적게 만들어서 공기가 폐로 들어가게 된다. 나머지 날숨 동안에는 숨을 쉬는 근육이 이완하고 흉부의 빈 공간과 폐의 부피를 줄어들게 한다. 이러한 감소는 기체를 대기 밖으로 나가게 한다. 일반적으로, 이러한 자연스러운 내쉼은 호흡 근육의 이완에 의하여 수동적으로 일어난다. 운동이나 기침과 같은 강제적인 내쉼을 하는 동안에는, 숨을 내쉬는 것은 흉곽을 아래로 당기고 폐를 압축하는 근육의 수축에 의지라는 능동적인 일이다.

1-3.         화학적 반응

            숨을 들이쉬는 동안에, 폐 속으로 끌어당겨진 산소는 폐의 모세혈관으로 확산되고 적혈구를 통해서 세포로 수송된다. 그 세포는 물질대사 과정에서 에너지를 공급하기 위해 산소를 사용한다. 에너지를 만들 때, 이러한 세포들은 노폐물로 이산화탄소를 만들어 낸다. 몇몇 이산화탄소는 인체의 물과 반응하여 탄산을 형성하고, 이것은 H+과 중탄산염으로 분리된다. 그리고 적혈구는 다시 폐로 CO2와 H+를 옮긴다. 폐로 들어간 그 다음에는, H+와 HCO3는 재결합하여 물과 CO2를 만든다.

1-1.         호흡 패턴에 영향을 주는 것

기본적인 호흡 패턴은 다음의 영향을 받는다.

1)     뇌에 있는 더 높은 센터

2)     동맥 시스템과 수질에 있는 주변부와 중심이 되는 화학 수용체로부터의 피드백

3)     폐의 당김 수용체

4)     인체의 다른 감각 수용체

예를 들어, 수질 호흡 센터의 뇌의 통제는 피실험자가 바늘을 꿰려 할 때 관찰된다. 호흡 싸이클을 몸의 움직임을 최소화하기 위해서 일시적으로 멈추고 바늘은 더 쉽게 꿰어질 수 있다. 또한 뇌의 통제는 말을 하는 동안에 분명히 나타나는 데, 그것은 내쉬는 공기가 성대를 지나가도록 요구한다.

1.     실험 목표

1)     호흡 기록기와 공기 온도 변환기를 이용하여 통풍(ventilation)을 측정하고 기록한다.

2)     통풍이 한 쪽 콧구멍을 통한 공기 흐름의 온도 변화와 어떤 관계가 있는 지 보인다.

3)     수질 통제 센터에서 뇌의 영향력과 화학 수용체의 영향력에 의한 가슴의 팽창과 수축과 호흡 싸이클의 속도와 깊이에서는 수정을 기록하고 관측한다.

2.     실험 부품 및 장비

>BIOPAC respiratory transducer SS5LB

>BIOPAC temperature transducer SSL6L

>Single sided (surgical) tape

>Computer system

>Biopac Student Lab software

3.     실험 방법

1)     호흡 변환기를 CH1에, 온도 변환기를 CH2에 연결한다.

2)     호흡 변환기를 피실험자에게 붙인다. 

3)     온도 변환기를 피실험자에게 붙인다.

4)     피실험자는 편안하게 앉아서 평상시처럼 숨을 쉰다.

5)     15초 동안 기록한다. (Segment1)

6)     피실험자는 30초 동안 과호흡을 하고 30초 동안은 과호흡에서 정상상태로 회복한다. (Segment2)

7)     피실험자는 30초 동안 호흡저하를 하고 30초 동안은 호흡저하에서 정사상태로 회복한다. (Segment3)

8)     피실험자가 기침을 한번 하도록 한 다음, 큰소리로 읽게 한다. (Segment4)

페러데이 법칙

암페어 법칙