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인간의 신진대사 작용에는 산소가 소모되고 이산화탄소가 생성되므로 세포가 항상성을 유지하게 위해서는 계속적으로 산소를 공급받고 이산화탄소를 배출시켜야 한다. 이러한 과정은 가스의 확산현상에 의해 폐에서 산소와 이산화탄소가 교환되는 외호흡(허파 호흡)과 혈액과 조직 사이에서 가스가 교환되는 내호흡(조직호흡)으로 이루어진다.
이러한 호흡과정을 거쳐 인체 내부로 들어온 충분한 양의 산소가 각각의 영양소와 반응하여 산화되면 에너지가 생성되고, 이 과정을 세포호흡이라 한다. 즉, 세포호흡은 유기물을 산화시켜 화학적 에너지를 만들어 내는 과정이며 인체 내부의 다양한 생명 활동을 유지하는 데 이용되고, 남은 에너지는 저장에너지의 형태로 여러 조직에 나누어 저장되는데 이러한 과정을 에너지 대사(energy metabolism)라 한다.
호흡조절
호흡운동은 들숨 운동과 날숨 운동으로 구성되며 폐의 크기가 팽창 또는 축소되며 일어나는 운동이다. 이는 흉곽의 크기에 따라 변화하는 폐의 내부 압력에 의해서 발생하며, 안정 시와 운동 중에 호흡을 위해 사용되는 우리 몸의 근육이 달라진다.
호흡은 항상 일정하지 않으며 활동 정도에 따라 조절되고 있다. 특히 인간은 계속 의식하며 호흡하지 않아도 폐에서의 산소와 이산화탄소의 분압은 생체항상성에 의해 적절한 수준에서 일정하게 유지되고 있다. 이는 안정 시 혹은 심한 운동을 한 후에도 변화하지 않는다. 따라서 호흡 조절은 신경적 조절로서 뇌의 호흡 중추에서 자율적이고 규칙적으로 환기되며, 혈액 및 체액의 화학적 조성의 변동을 통해 호흡 중추의 신경 조절을 보완하는 것으로 이루어진다.
운동과 환기
대기와 폐포 사이의 기체 교환을 환기라고 하며 분당 환기량은 운동 전에는 호흡을 일정하게 유지하고, 운동 중에는 최대 운동 강도에 가까울 때까지 증가하고, 회복기에는 반대로 감소하는 경향을 보인다. 특히, 중등도의 장시간 항정상태 운동 중에는 환기량이 에너지 대사 속도를 충족시키며, 환기량은 섭취한 산소량과 배출한 이산화탄소의 양에 비례하여 증가한다. 이러한 환기량의 변화는 호흡 조절 신경에 의하여 변화하고, 조직에 의해서 소비되는 일정량의 산소와 이를 얻기 위한 환기량 사이의 비율을 환기당량(ventilation equivalent)이라 하며 환기 효율을 의미한다.
과 환기는 운동 시 긴장이나 불안을 느끼게 될 때 갑자기 산소의 대사적 요구량을 초과하는 환기의 증가로 인하여 지나친 호흡을 하는 것을 의미하는데 이러한 증상은 현기증과 더불어 심하면 의식을 잃을 수도 있으므로 주의해야 한다.
호흡과 호르몬
우리 몸에서 여러 가지 생화학적 시스템이 통합적으로 작용하기 위해서는 빠른 연락을 담당하는 신경계의 역할 외에도 느리지만 인체의 변화에 대하여 항상성을 유지할 수 있도록 도와주는 내분비계의 역할이 필요하다. 이러한 내분비계는 내분비선에서 분비되는 물질인 호르몬을 포함하여 호르몬을 분비하는 모든 조직을 포함한다.
호르몬은 내분비선에서 분비되어 혈액을 통해 운반되며 표적세포의 호르몬 수용체와 결합함으로써 선택적으로 반응한다. 호르몬과 수용체가 결합하게 되면 단백질의 구조가 변하게 되며 여기서부터 생물학적인 효과가 나타나게 된다. 혈액상에서 호르몬의 높은 농도가 유지되고 있으면 표적세포는 반응하는 수용체의 수를 줄이게 되며, 호르몬의 농도가 감소하면 표적세포가 반응하는 수용체의 수를 늘림으로써 특정 호르몬에 대한 반응 정도를 스스로 조절할 수 있도록 한다.
이러한 호르몬은 대부분의 생리적 대사과정에 큰 영향을 미치기 때문에 인체가 운동을 하면 혈중 호르몬 농도가 변화하며 운동 시 대사 작용을 조절한다. 이러한 혈중 호르몬 농도의 변화는 내분비샘 자체에서 분비되는 호르몬의 양적 변화를 의미하기도 하지만 호르몬의 대사적 교체율, 제거율, 혈장량의 변화, 트레이닝 정도, 심적 상태, 저산소증, 운동부하 강도 등 여러 가지 변화에 대하여 민감하게 반응하여 변화함을 의미한다. 이러한 사실로 인체의 호르몬 분비는 운동 전, 운동 중, 운동 후의 대사적 변화에 의해서 항상성의 급격한 혼란이 발생하지 않도록 조절됨을 알 수 있다.