제11장: 가로막과 갈비뼈, 숨쉬기 펌프

누가 폐를 채울까요?

지난 장에서 여러분은 피라는 빨간 기차를 함께 타고 다녔어요. 적혈구는 폐에서 산소를 싣고, 심장을 지나 서둘러 달려가서, 뇌에서 발가락 끝까지 우리 몸 구석구석으로 그 산소를 날랐어요. 돌아오는 길에는 같은 적혈구들이 쓰고 남은 기체인 이산화 탄소를 폐로 다시 가져오는 일을 도왔어요. 그래야 우리가 그것을 숨으로 내쉴 수 있으니까요.

하지만 기차는 역에서 기다리고 있는 것만 실을 수 있어요. 폐 속의 공기가 한 번도 바뀌지 않는다면, 그 공기 속 산소는 곧 다 쓰여 없어지고, 이산화 탄소는 아무도 치우지 않는 쓰레기처럼 쌓여 갈 거예요. 맑은 공기는 들어오고 묵은 공기는 나가야 해요. 그것도 밤낮없이, 평생 동안 몇 번이고 되풀이해서요.

그래서 수수께끼가 하나 생겨요. 폐는 말랑하고 푹신해서, 아주 작은 풍선이 가득 든 커다란 스펀지 두 개와 조금 비슷해요. 폐에는 자기만의 튼튼한 근육이 없어요. 스스로 몸을 쥐어짜서 작아지지도, 부풀어 오르지도 못해요. 그렇다면 무엇이 폐를 공기로 채웠다가 다시 비우는 일을 하루에 2만 번도 넘게 해 내는 걸까요?

그 답은 살아 있는 기계처럼 폐를 감싸고 있는 근육과 뼈로 이루어진 한 팀이에요. 이 팀에서 가장 중요한 구성원은 가로막이라는 근육이에요. 가로막의 짝꿍은 갈비뼈와, 갈비뼈 사이에 있는 작은 근육들이에요. 이들이 함께 숨쉬기 펌프를 이루어요. 이번 장에서는 이 펌프가 어떻게 일하는지, 잠자는 동안에도 우리 몸이 어떻게 펌프를 계속 움직이게 하는지, 그리고 이 펌프가 병균과 먼지로부터 우리를 지키는 데 어떻게 도움이 되는지 알아볼 거예요.

가로막: 폐 아래의 둥근 지붕

손을 가슴에 얹은 다음, 배 바로 위, 갈비뼈의 아래쪽 가장자리까지 손을 미끄러뜨려 내려 보세요. 손 아래, 몸속 깊은 곳에 가로막이 숨어 있어요. 가로막은 넓고 얇은 근육막으로, 몸속을 앞에서 뒤까지, 왼쪽에서 오른쪽까지 가로질러 쭉 펼쳐져 있어요. 횡격막이라고도 불러요. 그 이름을 천천히 소리 내어 말해 보세요. 가, 로, 막.

가로막은 둥근 지붕 모양, 또는 거꾸로 엎어 놓은 그릇 모양이에요. 가로막이 풀려 있을 때는 지붕의 가운데가 가슴 쪽으로 볼록하게 올라와 있어요. 폐와 심장은 그 위에 얹혀 있어요. 위와 간, 그리고 배 속의 다른 기관들은 그 아래에 자리 잡고 있어요. 이렇게 가로막은 가슴의 바닥이면서 동시에 배의 천장 역할을 해요.

다른 모든 근육처럼, 가로막이 할 수 있는 주된 움직임은 하나예요. 바로 조이는 거예요. 근육이 조여서 짧아지는 것을 과학자들은 수축한다고 말해요. 가로막이 수축하면, 둥근 지붕이 아래로 당겨지면서 더 평평해져요. 누군가 팽팽하게 잡아당긴 트램펄린의 바닥과 거의 비슷해요. 가로막이 이완하면, 지붕은 다시 위로 올라가 둥글게 휜 모양으로 돌아가요.

아래로, 위로, 아래로, 위로 하는 이 단순한 움직임이 숨쉬기의 핵심이에요. 가로막이 평평해질 때마다 가슴 속 공간은 위아래로 더 길어져요. 가로막이 이완할 때마다 그 공간은 다시 짧아져요. 곧 알게 되겠지만, 그 공간의 크기를 바꾸는 것만으로도 공기를 몸 안팎으로 움직이기에 충분해요.

가로막은 우리 몸에서 가장 열심히 일하는 근육 중 하나예요. 팔 근육은 가만히 앉아 있을 때 쉬고, 다리 근육은 누워 있을 때 쉬어요. 하지만 가로막은 태어나는 순간부터 매일 낮과 매일 밤 쉬지 않고 움직여요. 다행히도 가로막은 이렇게 꾸준하고 부드러운 일을 하도록 만들어져 있어요. 그래서 언덕을 오래 뛰어 올라간 뒤의 다리처럼 지치는 일은 거의 없어요.

갈비뼈: 움직일 수 있는 우리

이제 손가락으로 가슴 옆쪽을 따라 걸어가듯 짚어 보세요. 사다리의 가로대처럼 위아래로 줄지어 있는 울퉁불퉁한 것이 느껴질 거예요. 이것이 갈비뼈예요. 대부분의 사람은 갈비뼈가 12쌍 있어요. 왼쪽에 12개, 오른쪽에 12개예요. 갈비뼈는 등 쪽의 등뼈에서 시작해 둥글게 휘어서 가슴뼈 쪽으로 이어져요. 가슴뼈는 가슴 앞쪽 한가운데에 있는 납작한 뼈예요.

갈비뼈들이 모여서 흉곽을 이루어요. 갈비뼈로 된 우리라는 뜻이에요. 우리라고 하면 딱딱하고 꼼짝 않는 것처럼 들릴지도 모르지만, 흉곽은 전혀 그렇지 않아요. 이웃한 갈비뼈 사이사이에는 갈비사이근(늑간근)이라는 얇은 근육층이 있어요. 갈비사이근은 그저 "갈비뼈 사이에 있는 근육"이라는 뜻이에요. 이 근육들이 조이면, 갈비뼈를 위쪽과 바깥쪽으로 들어 올려요.

어떻게 움직이는지 떠올리려면, 양동이의 손잡이를 생각해 보세요. 손잡이가 아래로 늘어져 있을 때는 양동이 옆면에 바짝 붙어 있어요. 손잡이를 위로 들어 올리면, 손잡이가 바깥쪽으로 흔들리며 더 넓은 고리를 만들어요. 갈비뼈도 비슷하게 움직여요. 갈비사이근이 갈비뼈를 위로 당기면, 갈비뼈가 양옆으로 벌어지고, 가슴 앞쪽이 조금 앞으로 나와요. 그러면 가슴은 양옆으로 더 넓어지고, 앞뒤로 더 두꺼워져요.

흉곽에는 그만큼 중요한 두 번째 일이 있어요. 흉곽은 방패예요. 갈비뼈는 튼튼하면서도 잘 휘어지는 울타리의 살처럼 심장과 폐를 둥글게 감싸서, 우리가 달리거나 구르거나 놀 때 말랑한 기관들이 부딪히거나 충격을 받지 않게 지켜 줘요. 많은 갈비뼈는 연골로 가슴뼈와 이어져 있어요. 연골은 코끝과 귀 바깥쪽의 모양을 만드는, 단단하면서도 잘 휘어지는 물질과 같은 거예요. 연골 덕분에 흉곽은 상자처럼 딱딱하지 않고, 눌리면 조금 물러설 수 있어요.

똑똑한 비밀이 하나 더 있어요. 폐의 바깥쪽과 가슴벽의 안쪽은 가슴막(흉막)이라는 얇고 매끄러운 막으로 덮여 있어요. 이 두 막 사이에는 미끌미끌한 액체가 아주 조금 들어 있어요. 이 액체 덕분에 폐는 가슴벽에 쓸리지 않고 미끄러지듯 움직일 수 있어요. 또 이 액체는 두 막이 서로 딱 붙어 있게 해 줘요. 물에 젖은 유리 두 장이 서로 쉽게 미끄러지지만 떼어 내기는 어려운 것과 같아요. 두 막이 딱 붙어 있기 때문에, 폐는 가슴이 움직이는 대로 하나하나 따라 움직여요. 바닥을 걸어가는 여러분을 그림자가 따라오는 것처럼요.

숨을 들이쉬고 내쉬기

이제 부분들을 다 알았어요. 이 부분들이 어떻게 함께 일하는지 알아볼까요? 공기는 언제나 더 많이 눌려 있는 곳에서 덜 눌려 있는 곳으로 움직여요. 과학자들은 이렇게 누르는 힘을 압력이라고 불러요. 바람을 불어 넣은 풍선의 입구를 놓으면, 안에서 눌려 있던 공기가 방 안으로 휙 빠져나가요. 숨쉬기 펌프는 우리가 살아 있는 동안 몇 초마다 이 간단한 규칙을 이용해요.

숨을 들이쉴 때는 가로막이 수축해서 아래로 내려가고, 갈비사이근이 갈비뼈를 위쪽과 바깥쪽으로 들어 올려요. 그러면 가슴은 모든 방향으로 커져요. 위아래로 더 길어지고, 양옆으로 더 넓어지고, 앞뒤로 더 두꺼워져요. 가슴벽에 딱 붙어 있는 폐는 늘어나서 넓어진 공간을 채워요. 이제 폐 속의 공기는 넓게 퍼져서, 몸 바깥의 공기보다 덜 눌려 있어요. 그래서 바깥 공기가 코나 입으로 들어와 숨관을 따라 내려가 폐 속으로 흘러 들어가요. 안과 밖의 압력이 다시 같아질 때까지요.

스포이트도 비슷한 방법으로 움직여요. 고무 꼭지를 꾹 눌렀다가 놓으면, 꼭지가 원래대로 부풀면서 안에 공간이 더 생기고, 그 공간을 채우려고 액체가 관 속으로 빨려 올라가요. 우리 가슴은 그 고무 꼭지와 같아요. 가로막과 갈비뼈가 가슴을 크게 만들 때마다, 늘어난 공간을 채우려고 공기가 빨려 들어와요.

편안할 때 숨을 내쉬는 것은 훨씬 더 쉬워요. 가로막은 그저 이완해서 둥근 지붕 모양으로 둥실 다시 올라가요. 갈비사이근도 풀리고, 갈비뼈는 제자리로 내려앉아요. 폐 자체도 잡아당겼던 고무줄처럼 잘 늘어나는 성질이 있어서, 스스로 원래의 작은 크기로 돌아가요. 가슴이 작아지면 안의 공기가 눌려서 밖으로 흘러 나가요. 쉬고 있을 때는 숨을 내쉬는 데 힘이 거의 들지 않아요.

세게 불어야 할 때는 우리 몸이 힘을 더 보태요. 배의 근육이 조여서 배 속 기관들을 가로막 쪽으로 밀어 올리고, 그동안 다른 갈비뼈 근육들이 갈비뼈를 아래로 끌어내려요. 생일 케이크의 촛불을 끌 때, 비눗방울을 불 때, 넓은 운동장 건너편에 있는 친구를 큰 소리로 부를 때, 호루라기나 피리를 불 때 우리는 이렇게 세게 밀어내는 힘을 써요. 기침을 할 때도 이 힘을 쓰는데, 기침에 대해서는 곧 더 읽게 될 거예요.

지금 바로 안전하게 해 볼 수 있는 것이 있어요. 편안하게 앉거나 누운 다음, 한 손은 배 위에 납작하게 얹고 다른 손은 가슴 위에 얹어 보세요. 코로 천천히 숨을 들이쉬어 보세요. 배가 손을 바깥쪽으로 살며시 밀어내는 것이 느껴지나요? 가로막이 아래로 내려가면서 배 속 기관들을 살짝 밀어내기 때문에 그런 거예요. 이제 천천히 숨을 내쉬면서 배가 다시 쏙 들어가는 것을 느껴 보세요. 여러분은 지금 숨쉬기 펌프가 일하는 것을 느끼고 있는 거예요.

가슴 위의 손이 배 위의 손보다 덜 움직이는 것을 알아챘을지도 몰라요. 편안하게 숨 쉴 때는 가로막이 일의 대부분을 해요. 크고 빠르게 숨 쉴 때는 갈비사이근이 훨씬 많이 함께 일해서, 가슴 전체가 들썩 올라가는 것을 느낄 수 있어요. 두 가지 모두 정상이에요. 우리 몸은 그때그때 알맞은 만큼의 힘을 골라서 쓸 뿐이에요.

빠른 숨, 느린 숨

조용히 앉아서 1분 동안 숨을 몇 번 들이쉬는지 세어 보세요. 어른에게 시계를 봐 달라고 부탁하세요. 숨쉬기를 생각하면 숨쉬기가 달라질 수 있어서 조금 까다로우니까, 평소처럼 숨을 쉬어 보세요. 여러분 나이의 많은 어린이는 쉬고 있을 때 1분에 15번에서 30번쯤 숨을 쉬어요. 어른은 대부분 조금 더 느리게, 1분에 12번에서 20번쯤 숨을 쉬어요. 갓 태어난 아기는 훨씬 빠르게, 흔히 1분에 30번에서 60번 숨을 쉬어요. 아기의 작은 몸은 아주 빨리 자라고 있기 때문이에요.

숨쉬는 빠르기는 정해져 있지 않아요. 놀이터를 뛰어다니거나, 언덕을 오르거나, 빠른 음악에 맞춰 춤을 추면 숨이 더 빠르고 깊어지는 것을 느낄 거예요. 일하는 근육이 산소를 써 버리고 이산화 탄소를 더 많이 만들어 내기 때문에, 숨쉬기 펌프가 빨라져서 빨간 기차를 위해 역에 짐을 계속 채워 두는 거예요. 앉아서 쉬면 숨쉬기는 천천히 다시 차분해져요.

숨 한 번의 크기도 달라져요. 조용히 숨 쉴 때는 가로막이 조금만, 여러분의 손가락 한두 개 너비쯤만 내려가요. 아주 깊이 숨 쉴 때는 그보다 몇 배나 더 멀리 내려갈 수 있어요. 제8장에서 읽은 것처럼, 어른이 조용히 한 번 숨 쉴 때 움직이는 공기는 약 0.5리터예요. 정말 깊이 숨 쉬면 그보다 몇 배나 많은 공기를 움직일 수 있어요.

가끔은 펌프가 뜻밖의 일을 하기도 해요. 딸꾹질은 가로막이 저절로 갑자기 움찔하며 조일 때 일어나요. 공기가 휙 들어오기 시작하고, 아주 잠깐 뒤에 목구멍 속 성대가 탁 닫히면서 "딸꾹" 하는 소리가 나요. 딸꾹질은 귀찮을 수 있지만, 보통은 해롭지 않고, 얼마 지나면 저절로 멈춰요.

숨쉬기 펌프는 우리가 말하고, 노래하고, 웃는 것도 도와요. 목소리는 폐에서 나온 공기가 목구멍 속 성대를 지나 흘러 나가면서 성대를 떨리게 할 때 만들어져요. 긴 음을 노래하려면 공기를 천천히, 꾸준하게 내보내요. 웃을 때는 가로막과 배 근육이 짧게 톡톡 연달아 밀어내요. 우리가 하는 모든 말은 숨 한 줄기에 실려 몸 밖으로 나가요.

뇌줄기: 잠들지 않는 지킴이

잠깐 숨쉬기에 대해 생각해 보세요. 여러분은 일부러 숨을 크게 쉬거나, 천천히 쉬거나, 수영장에서 얼굴을 물에 담그기 전에 몇 초 동안 숨을 참을 수 있어요. 하지만 대부분의 시간에는 숨쉬기를 전혀 생각하지 않아요. 책을 읽을 때도, 점심을 먹을 때도, 놀 때도, 밤새 푹 잠들어 있을 때도 우리는 숨을 쉬어요. 그렇다면 우리가 신경 쓰지 않을 때는 누가 숨쉬기를 맡고 있을까요?

그 답은 뇌줄기예요. 제3장에서 만나고, 지난 장에서 또 만난 뇌의 부분이에요. 뇌줄기는 뇌의 맨 아래, 뇌가 척수와 이어지는 곳에 있어요. 척수는 등뼈 속을 따라 내려가는 길쭉한 신경 다발이에요. 뇌줄기는 우리가 생각하지 않아도 우리를 살아 있게 해 주는 많은 일을 돌보는데, 숨쉬기는 그중에서도 가장 중요한 일 가운데 하나예요.

뇌줄기 속에서는 신경 세포 무리가 꾸준한 박자로 신호를 내보내요. 밴드의 박자를 맞추는 드럼 연주자와 같아요. 신호 하나하나는 신경을 따라 가로막과 갈비사이근까지 가서 "지금 조여!" 하고 알려 줘요. 신호와 신호 사이에는 근육이 풀려요. 둥, 숨을 들이쉬어요. 쉼, 숨을 내쉬어요. 이 박자는 몇 시간이고, 몇 년이고 계속돼요.

뇌줄기는 꾸준한 박자만 맞추는 것이 아니에요. 몸 곳곳에 있는 아주 작은 감지기들이 보내는 보고에도 귀를 기울여요. 이 감지기들 중 몇몇은 뇌줄기 안에 있고, 다른 감지기들은 목에 있는 굵은 혈관 옆과 심장 가까이에 있어요. 감지기들은 피를 계속 살피는데, 특히 피가 이산화 탄소를 얼마나 싣고 있는지 살펴요. 예를 들어 달리고 있을 때처럼 이산화 탄소가 쌓이기 시작하면, 감지기가 신호를 보내고, 뇌줄기는 펌프에게 더 빠르고 더 세게 일하라고 알려요.

그래서 누구도 숨을 아주 오래 참을 수는 없어요. 숨을 참으면 피 속에 이산화 탄소가 천천히 쌓여요. 곧 감지기들이 경보를 울리고, 뇌줄기는 점점 더 강한 신호를 보내서, 결국 숨을 쉴 수밖에 없게 돼요. 이 안전 장치는 여러분 자신의 마음보다 더 강해요. 그렇더라도 숨을 오래 참는 것은 좋은 놀이가 아니에요. 물속에서는 더욱 그래요. 숨쉬기는 언제나 쉽고 편안하게 느껴져야 해요.

뇌줄기는 한 번도 쉬지 않는 지킴이예요. 잠을 자면 숨쉬기는 더 느리고 고르게 되지만, 밤새도록 계속돼요. 산 위를 날아가거나 고래와 함께 헤엄치는 꿈을 꾸고 있을 때도, 뇌줄기 속 드럼 연주자는 박자를 맞추고, 가로막은 공기를 계속 들여보내고 내보내요.

펌프가 우리를 지키는 방법

이제까지 여러분은 폐를 지키는 많은 지킴이를 만났어요. 코 속의 코털과 점액, 목구멍의 편도, 후두덮개, 숨관 속 아주 작은 털로 된 에스컬레이터, 그리고 폐포 속의 청소부 세포들이에요. 숨쉬기 펌프는 지킴이처럼 보이지 않을지도 몰라요. 하지만 다른 지킴이들 중 많은 수는 이 펌프가 없으면 제 일을 해낼 수 없어요.

첫째, 펌프는 기침과 재채기에 힘을 실어 줘요. 제3장에서 배운 것처럼, 기침을 하기 전에 우리는 숨을 재빨리 들이쉬어요. 그다음 성대가 꽉 닫히고, 배 근육과 갈비사이근이 세게 조여서 가슴 속의 압력을 높여요. 그러다 갑자기 성대가 열리면, 강한 공기가 숨관을 따라 확 솟구치면서 점액이나 먼지, 잘못 들어간 부스러기를 함께 실어 내보내요. 튼튼한 숨쉬기 펌프가 없다면, 이 책의 앞에서 읽은 비상구들은 힘없는 작은 바람에 지나지 않을 거예요.

둘째, 깊은 숨은 폐를 깨끗하고 활짝 열린 상태로 지키는 데 도움이 돼요. 오랫동안 아주 살살 숨을 쉬면, 폐 깊은 곳의 아주 작은 공기주머니들 중 몇몇은 끝까지 채워지지 않을 수도 있어요. 우리는 몇 분마다 자기도 모르게 한숨을 쉬어요. 한숨은 평소보다 조금 더 큰 숨이에요. 한숨과 함께, 달리거나 웃거나 놀 때 쉬는 큰 숨은 그 조용한 구석들을 다시 활짝 펴 줘요. 큰 숨은 또 아주 작은 털로 된 에스컬레이터가 점액을 위로 올려 보내는 것도 도와요. 몸을 활발하게 움직이는 것이 폐에 그렇게 좋은 까닭 중 하나가 이것이에요.

셋째, 펌프는 우리 몸이 병균과 싸울 때 알맞게 바뀌어요. 아플 때 우리 몸은 보이지 않는 곳에서 열심히 일하고 있어서, 평소보다 산소가 더 많이 필요할 때가 많아요. 뇌줄기는 그것을 알아채고, 숨을 조금 더 빨리 쉬게 할 수도 있어요. 이렇게 숨쉬기 펌프는 친구와 달리기 시합을 할 때든 침대에 누워 쉴 때든, 우리 몸에 필요한 만큼 빠르기를 바꿔요. 혹시 숨쉬기가 힘들거나 불편하게 느껴진다면, 바로 어른에게 말하는 것이 중요해요.

넷째, 펌프는 코와 함께 일해요. 코로 차분하게 숨을 들이쉬면, 공기가 충분히 천천히 움직여서 폐에 닿기 전에 따뜻해지고, 촉촉해지고, 걸러져요. 가로막은 빠르기를 정하고, 코는 청소를 해요. 낮에도 밤에도 코로 차분하게 숨을 쉬면, 이 두 지킴이가 한 팀으로 일할 수 있어요.

마지막으로, 팀의 다른 구성원처럼 펌프도 돌봐 줘야 한다는 것을 기억하세요. 허리를 곧게 펴고 앉거나 서면 가로막이 움직일 공간이 생겨요. 달리기, 수영, 오르기, 춤추기는 숨쉬기 근육을 더 튼튼하게 해 줘요. 그리고 혹시 숨쉬기가 예전과 다르게 힘들거나, 답답하거나, 소리가 나는 것처럼 느껴진다면 어른에게 말하세요. 그러면 어른이 걱정될 때 의사 선생님과 이야기해 볼 수 있어요.

우리가 쉬는 숨 한 번 한 번은 작은 팀워크예요. 뇌줄기가 신호를 보내요. 가로막이 아래로 당겨지고, 갈비뼈가 바깥으로 벌어져요. 폐가 늘어나고, 맑은 공기가 모든 지킴이를 지나 빨간 기차가 기다리고 있는 아주 작은 풍선들까지 휙 들어가요. 그다음 펌프가 풀리면, 묵은 공기가 다시 밖으로 흘러 나가요. 다음 장에서는 병균이 지킴이들 곁을 몰래 빠져나가는 날에는 무슨 일이 일어나는지, 그리고 우리 몸 전체가 어떻게 힘을 모아 맞서 싸우는지 알아볼 거예요.

핵심 낱말

가로막: 폐 아래에 있는 둥근 지붕 모양의 근육막이에요. 횡격막이라고도 해요. 가로막이 조여서 평평해지면 공기가 폐 속으로 흘러 들어가요.

수축하다: 근육이 조여서 짧아지는 것을 말해요. 근육은 수축해서 몸의 여러 부분을 잡아당기고 움직여요.

갈비뼈: 가슴을 둥글게 감싸는 휘어진 뼈예요. 갈비뼈들이 모여 흉곽을 이루는데, 흉곽은 심장과 폐를 지키고 숨 쉴 때 움직여요.

갈비사이근: 갈비뼈 사이에 있는 얇은 근육이에요. 숨을 들이쉴 때 갈비뼈를 위쪽과 바깥쪽으로 들어 올려 가슴을 크게 만들어요.

가슴막: 폐 하나하나를 감싸는 얇고 매끄러운 두 겹의 막으로, 그 사이에 미끌미끌한 액체가 조금 있어요. 가슴이 움직일 때 폐가 쉽게 미끄러지듯 움직이게 해 줘요.

압력: 공기나 물이 얼마나 세게 눌려 있는지를 말해요. 공기는 언제나 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 움직여요.

호흡수: 1분 동안 숨을 쉬는 횟수예요. 몸을 활발하게 움직이면 늘어나고, 쉬면 줄어들어요.

뇌줄기: 뇌의 맨 아랫부분으로, 뇌가 척수와 이어지는 곳이에요. 우리가 생각하지 않아도 숨쉬기를 비롯해 생명을 지키는 여러 일이 계속되게 해 줘요.

딸꾹질: 가로막이 갑자기 움찔하며 조이고, 곧바로 성대가 재빨리 닫히면서 "딸꾹" 하는 소리가 나는 것이에요.