뉴만이 말하는 호흡 (환기 과정)

호흡은 우리의 생명 유지를 위해 필수적인 행위인데요, 인간은 하루 평균 약 22,000번의 호흡을 한다고 합니다. 그러나 가만히 생각해 보면 눈을 깜빡이는 것과 마찬가지로 숨을 들이마시고 내뱉는 호흡의 과정 또한 의식을 가지고 면밀히 살펴본 적은 없는 것 같아요.

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우리 몸에서 호흡이 어떠한 방식으로 이루어지는지, 어떠한 근육들이 관여되는지 한번 살펴볼까요?

우리 몸의 호흡은 흉곽 내 부피 변화 유도하여 기압차를 발생시켜 이루어지게 됩니다. 중고딩 때 과학시간에 어렴풋이 배웠던 적이 있을 텐데요, 좌측의 그림을 보면 아래 고무막은 횡격막을, 고무풍선은 허파를 의미합니다.

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횡격막(고무막)이 수축하여 유리병(흉곽)의 부피가 증가하면 상대적으로 외부에 비해 압력이 낮아지게 되고, 공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르기 때문에 외부 공기가 내부로 유입되어 고무풍선(허파)이 부풀게 되는 원리이지요.

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"기체의 온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피는 반비례한다." 보일 형님께서 발견한 '보일의 법칙'인데요, 이러한 원리를 따라 우리 몸도 자유롭고 효율적으로 호흡할 수 있는 것이지요. ^^

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때문에 효율적인 호흡을 위해서는 얼마나 흉곽의 부피를 잘 넓힐 수 있는지가 중요하고요, 건강한 사람의 경우 안정 시 날숨(들이마신 숨이 다시 밖으로 나가는 과정)에서는 따로 근육의 수축이 필요하지 않고 긴장하였던 호흡근들이 이완되면서 자연스럽게 숨이 새어나가게 됩니다.

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다만 기침을 하거나 웃는 행위, 촛불 끄기와 같은 강제적인 날숨에서는 복부 주변 근육들의 도움을 받아 강제적인 날숨(호기)을 만들어낼 수 있어요.

아까 서론에서 보았던 비커와 고무풍선, 기억하시나요? 만약 고무막(횡격막)이 수축하더라도 유리병에 구멍이 나있다면 압력차를 유도할 수 없어 공기가 흐르지 않게 되겠죠? 때문에 허파가 담겨있는 흉곽은 위 조직들로 잘 밀폐가 되어있어요.

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우측에 보이는 글상자에 설명되어 있듯 몸통에 뒤쪽에는 척추와 갈비뼈, 갈비사이근이 막고 있고 전면에서는 갈비연골과 복장뼈(흉골), 갈비사이근이 버텨주고 있습니다.

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위쪽에서는 목 근육들과 함께 단단한 목 근막이 버티고 있고 아래쪽에서는 가로막(횡격막)이 바닥 역할을 해요. 참고로 횡격막은 흉곽에 있어서 바닥 역할을 하지만 장기가 담겨있는 복강에 있어서는 천장이 된답니다. 즉 횡격막은 흉강과 복강을 구분 짓는 역할도 해주어요.

위 그림에서 나타나듯 1차적인 호흡 근육은

• 목갈비근(사각근)
• 바깥/속갈비사이근(외/내늑간근)
• 가로막(횡격막)

입니다.

보일에 법칙에 의거, 효율적으로 공기를 유입시키려면 그만큼 흉강이 넓어져야 하는데요, 우측에 보이는 그림처럼 사각근과 외늑간은이 흉골과 척추를 지렛대 삼아 양동이 손잡이를 들어 올리듯 갈빗대를 위로 올려주고 횡격막은 수축하여 아래로 벌어져주면서 흉강의 수직 직경이 넓어지게 됩니다.

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호흡량이 증가하면 소흉근이나 상부 승모근, 흉쇄유돌근 등도 개입되어 가슴우리를 더욱 위로 들어주려고 한답니다.

흉골과 갈비뼈가 이어지는 부분은 연골성 섬유로 이루어져 상대적으로 부드러운 조직인데요, 부동관절로 인식되지만 호흡할 때 약간의 움직임을 허용, 비틀리게 됩니다. (이러한 비틀림은 탄성에너지를 저장하게 되고, 그 에너지는 다시 날숨 때 갈빗대가 제자리로 돌아갈 수 있도록 사용됩니다.) 그런데 우리가 나이가 들어 조직이 노화되면 해당 연골조직이 점차 딱딱한 뼈조직으로 변화해가면서 흉곽도 뻣뻣해져요. 결국 효과적으로 흉강을 넓힐 수 없게 되어 나이가 들면 폐활량이 떨어질 수밖에 없게 됩니다.

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뿐만 아니라 안정 시에 과도하게 흉추가 후만 된 구부정한 자세 또한 무거운 갈비우리를 위로 들어올리기 불리하게 만들기 때문에 얕은 호흡을 강제해요. 때문에 장시간의 좌식 업무, 휴대폰, 컴퓨터, 운전 등으로 인해 척추와 골반 정렬이 깨지면 호흡의 효율성이 떨어지게 되고, 떨어진 호흡량을 극복하기 위해 소흉근/승모근/흉쇄유돌근과 같은 호흡 보조근을 더 많이 사용하게 되고요. 이는 다시 2차적인 어깨 말림이나 머리의 전인을 유도하여 악순환을 일으키게 됩니다.

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자세 정렬이 올바른 호흡에도 큰 영향을 준다니, 정말 신기하죠?

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그럼 이제 호흡 관련 근육에 관하여 자세히 이야기 나눠볼게요.

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① 횡격막 (가로막, Diaphragm)

위 그림은 1차적인 호흡근 중에 가장 중요한 역할을 하는 횡격막을 보여주고 있어요. 그림으로 보았을 때 우측이 조금 더 높은데요, 이것은 간(liver)이 횡격막 우측 바로 아래에 위치해 있어 좌/우의 모습이 달라지게 된 것입니다.

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안정 시에는 위 횡격막이 수축하면 아래로 1.5cm 정도 하강하게 되는데요, 우리가 의식을 가지고 강제로 숨을 깊게 들이마시면 6-10cm 정도까지 하강한다고 합니다. 횡격막이 호흡에 있어 약 60-80% 정도의 역할을 하기 때문에 1차 호흡근 중에서도 가장 중요한 녀석입니다.

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첨언하자면, 숨이 들어오기 위해 횡격막이 수축하여 아래로 하강되면 반대로 횡격막 아래 장기가 들어있는 복강의 공간은 좁아지겠죠? 복강 또한 밀폐된 공간인데 횡격막이라는 불청객이 쑤욱 파고 들어오니 복강 내 압력은 반대로 높아지게 됩니다. 우리가 높은 중량의 웨이트를 다룰 때 발살바 혹은 Bracing 기법을 이용하게 되는데요, 이것은 의도적으로 횡격막을 하강시켜 복강을 압박하여 요추를 보호하려는 하나의 기술이라고 볼 수 있겠습니다.

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② 사각근 (목갈비근, Scalene)

사각근은 횡격막과 함께 모든 들숨에 관여를 하게 됩니다. 그래서 1차 호흡근으로 분류되는데요, 올바른 척추 정렬을 가지고 있다면 우측 그림에 나타난 힘선처럼 갈비뼈를 턱 방향으로 당겨 거상시켜줍니다. 이렇게 하면 흉강의 용적을 넓히는데 조금 더 도움이 되겠죠?

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③ 늑간근(갈비사이근, Intercostales)

우선 늑간근은 가장 표층에 위치한 외늑간근과 그 안쪽에 위치한 내늑간근, 그리고 제일 안쪽에는 최내늑간근이 자리잡고 있어요. 늑간근은 복부에 있는 외복사근/내복사근과 위치라던가, 근섬유 배열도 비슷해서 힘이 작용하는 원리도 비슷할 것이라 추측하고 있어요.

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늑간근은 워낙 심부에 위치해 있어 직접적으로 연구를 하기 어려워서 학자들마다 주장도 달랐어요. 허나 최근에는

• 외늑간근은 갈빗대를 들어 올려 들숨을 유도하고
• 내늑간근은 갈빗대를 끌어내려 (강제) 날숨을 유도한다

는 것이 정설입니다.

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제일 안쪽에 위치한 최내늑간근의 경우에는 대부분 발달이 미약하기 때문에 크게 눈여겨볼 근육은 아닌데요, 아마도 내늑간근이 하는 일을 보조하지 않을까 추측됩니다.

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늑간근은 갈빗대를 움직여 흉강의 용적 변화를 유도하는 것뿐만 아니라 갈비사이 공간을 빈틈없이 메꾸어 흉강의 압력이 세어 나가지 않도록 하는 역할도 해줘요.

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* 강제 들숨

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우리는 일반적인 경우 호흡에 의식을 두지는 않는데요, 허나 음식의 냄새를 맡거나 긴장을 풀고자 깊은 호흡을 할 때, 의도적으로 산소포화도를 늘리기 위한 기술 등등 강제로 숨을 들이마시는 경우도 많습니다.

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이때는 1차적인 호흡 주동근 뿐만 아니라 다양한 보조근을 사용하게 됩니다. 아래 표를 보면

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상후거근, 하후거근, 늑골거근, 흉쇄유돌근, 광배근, 기립근, 소흉근, 대흉근, 요방형근과 같은 크고 다양한 근육들이 호흡에 있어 각자 할 수 있는 일을 도맡아 도와준답니다. 도표에는 해당 근육들이 호흡에 있어 정확히 어떤 일을 하는지 상세히 나와있으니 한번 읽어보시면 재밌을 거예요.

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* 강제 날숨

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어찌 보면 강제 날숨은 우리 생명 유지와도 직결되는 부분이라 상당히 중요한데요, 왜냐하면 기도로 넘어온 음식물이나 기관지/허파 등에서 발생한 염증, 가래 등을 외부로 뱉어내기 위해서는 기침이나 재채기를 해야 하는데 그것이 일종의 강제 날숨 기전이거든요. 그뿐만 아니라 몸에 위해 한 음식이나 음료를 먹었을 때 구토를 하기 위해서도 강제 날숨 기전이 필요합니다.

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그 외에도 노래를 하거나 시원하게 웃는 것도 강제 날숨의 일종이에요!

강제 날숨을 돕는 근육들은 대부분 복부에 위치해 있는데요, 복부 주변에 위치한 근육들(복직근, 복사근, 복횡근)이 강력하게 수축하면서 횡격막의 복귀를 돕고 몸통을 구부려 흉강 내 용적을 감소, 결과적으로 흉강 내 압력이 높아져 숨이 바깥으로 새어 나가게 됩니다.

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위는 흉횡근(가슴가로근, Transversusthoracis)인데요, 이 녀석도 복부 근육을 도와 갈비뼈를 아래로 하강하게 만들어 강제 날숨을 돕습니다.

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결국 호흡이라는 것은

• 안정 시 들숨 (사각근, 외늑간근, 횡격막)
• 안정 시 날숨 (근육의 능동적인 수축 X)
• 강제 들숨 (후거근, 광배근, 소흉근, 유돌근 등등)
• 강제 날숨 (복부 주변 근육들, 흉횡근, 내늑간근)

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이렇게 4가지 종류로 나눠볼 수 있고요, 상황에 따라 참여하는 근육군의 종류와 개수, 그리고 그들이 만들어내는 신체 역학이 달라진다는 것을 기억하면 좋을 것 같아요.

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평상시 아무런 의식 없이 했던 호흡에 이렇게 복잡한 과정이 있을 줄 전혀 몰랐죠? 앞으로도 뉴만 형님과 함께 신체 움직임에 대해 계속 알아가 보자구요. ^^

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