높은 산에 올라가면 숨쉬기가 힘들어지는 이유를 기압과 기체 농도의 관점에서 설명해 주세요.

Question

안녕하세요~ 고산지대에 가면 숨쉬기 힘들고 머리가 어지럽잖아요.

높은 산에 올라가면 숨쉬기가 힘들어지는 이유를 기압과 기체 농도의 관점에서 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

고산지대에서 숨쉬기 힘든 이유는 공기 중 산소의 비율이 줄어드는 것이 아니라, 기압이 낮아져 공기 밀도가 떨어지기 때문입니다. 해수면에서는 기압이 높아 같은 부피 속에 많은 산소 분자가 들어 있습니다. 하지만 높은 산으로 올라갈수록 기압이 낮아지고, 그 결과 같은 양의 공기를 들이마셔도 실제로 폐에 들어오는 산소 분자 수가 줄어듭니다.

즉, 공기 중 산소의 비율은 여전히 약 21%로 일정하지만, 기압이 낮아져 공기 자체가 희박해지면서 산소의 절대량이 줄어드는 것입니다. 이 때문에 몸은 산소 부족을 느끼고 호흡을 더 빠르게 하거나 심장이 더 빨리 뛰도록 반응합니다. 그러나 급격히 산소가 부족해지면 두통, 어지럼증, 피로감 같은 증상이 나타나며, 심하면 고산병으로 이어질 수 있습니다.

결국 높은 산에서 숨쉬기 힘든 이유는 기압 감소하고 공기 밀도 감소하면서 산소 분자 수 감소라는 연쇄적인 과정 때문이라고 할 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

말씀해주신 것처럼 고산지대에 가면 숨을 쉬기가 힘들어지고 머리가 어지럽기도 합니다. 이는 기압이 감소함에 따라 산소의 분압이 감소하기 때문입니다. 즉 공기 중 산소의 비율인 약 21%라는 점은 거의 변하지 않지만, 전체 압력이 낮아지기 때문에 실제로 폐로 들어오는 산소의 양이 줄어드는 것입니다.

지표면에서는 공기 기둥의 무게 때문에 압력이 높지만, 높은 산으로 올라갈수록 위에 있는 공기층이 줄어들어 기압이 점점 낮아지는데요, 즉, 같은 부피의 공기라 하더라도 평지에서는 공기 분자가 많지만 고산지대에서는 공기 분자가 적습니다. 이때 분압이라는 개념을 고려해야 하는데요, 공기는 질소와 산소 등의 기체 혼합물인데 각각의 기체는 전체 압력 중 자기 몫의 압력을 가집니다. 이때 산소는 전체 공기 중 약 21%를 차지하는 것으로 알려져 있는데요, 하지만 고산지대에서는 전체 기압이 감소하기 때문에 산소가 차지하는 압력도 함께 감소하는 것입니다. 또한 산소는 폐포에서 혈액으로 이동할 때 압력 차이를 이용해서 확산되는데요, 평지에서는 폐포 산소 분압이 높다보니 혈액으로 잘 이동하지만 고산지대에서는 폐포 산소 분압이 낮기 때문에 이동 효율이 감소하면서 결과적으로 혈액으로 들어가는 산소량이 줄어들게 되는 것입니다. 따라서 조직에 공급되는 산소가 부족해지면서 호흡을 증가시키기 위해 숨이 가빠지고, 어지러움이나 두통이 발생할 수 있습니다. 감사합니다.