안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
숨을 쉴 때 폐포에서 산소와 이산화탄소의 가스 교환이 에너지를 소비하지 않고 자연스럽게 일어나는 이유는 기체의 분압 차이에 의한 확산 현상 때문입니다. 우리 몸은 에너지를 써서 강제로 가스를 이동시키는 것이 아니라, 기체가 농도나 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 스스로 이동하는 자연계의 물리 법칙을 이용합니다.
막 들이쉰 숨으로 가득 찬 폐포 내부는 산소 압력이 매우 높습니다. 반면 온몸을 돌며 산소를 세포들에게 나누어주고 폐로 돌아온 모세혈관 속 혈액은 산소 압력이 아주 낮습니다. 이 압력 차이로 인해 산소는 분압이 높은 폐포에서 분압이 낮은 모세혈관 쪽으로 자연스럽게 흘러 들어갑니다. 반대로 세포들이 에너지를 만들고 남은 노폐물인 이산화탄소는 모세혈관 속에 가득 쌓여 있어 분압이 높고 폐포 안은 낮습니다. 따라서 이산화탄소는 분압이 높은 모세혈관에서 분압이 낮은 폐포 쪽으로 밀려 나가게 됩니다.
이러한 확산 현상이 순식간에 일어날 수 있도록 우리 몸의 구조도 최적화되어 있습니다. 폐포의 벽과 모세혈관의 벽은 각각 세포 한 층으로 이루어져 있어 매우 얇습니다. 기체가 통과해야 하는 장벽의 두께가 극도로 얇기 때문에 가스 교환이 지체 없이 일어날 수 있습니다. 또한 수억 개의 폐포는 포도송이 같은 구조를 이루어 기체가 만나는 전체 표면적을 획기적으로 넓혀줍니다. 결론적으로 폐포에서의 가스 교환은 얇은 세포막 구조와 분압 차이라는 물리적 확산 운동 덕분에 단 한 방울의 생체 에너지도 쓰지 않고 일어나는 효율적인 시스템입니다.