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Gas exchange · ⁨가스 교환⁩

A-Level Biology · ⁨A-Level 생물학⁩ · Topic 9 · ⁨주제 9⁩

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6:58

가스 교환계

폐 내부 면적을 평평하게 펼쳐놓으면 약 70 제곱미터를 덮을 수 있습니다. 이는 테니스 코트 반 분 정도에 해당합니다. 이 전체 면적이 당신의… 안에 접혀 있습니다.

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in⁩

9.1

The gas exchange system · ⁨가스 교환 시스템⁩

Syllabus
English
  1. describe the structure of the human gas exchange system, limited to: • lungs • trachea • bronchi • bronchioles • alveoli • capillary network
  2. describe the distribution in the gas exchange system of cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries
  3. recognise cartilage, ciliated epithelium, goblet cells, squamous epithelium of alveoli, smooth muscle and capillaries in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs
  4. recognise trachea, bronchi, bronchioles and alveoli in microscope slides, photomicrographs and electron micrographs and make plan diagrams of transverse sections of the walls of the trachea and bronchus
  5. describe the functions of ciliated epithelial cells, goblet cells and mucous glands in maintaining the health of the gas exchange system
  6. describe the functions in the gas exchange system of cartilage, smooth muscle, elastic fibres and squamous epithelium
  7. describe gas exchange between air in the alveoli and blood in the capillaries
한국어
  1. 인간 가스 교환 계통의 구조를 서술하시되, 다음에 국한하시오: • 폐 • ** 기관** • 기관지 • 세기관지 • 폐포 • 모세혈관망
  2. 가스 교환 계통에서 연골, 섬모 상피, ** goblet cell**(점액 분비 세포), 폐포의 편평 상피, 부족근 및 모세혈관의 분포를 서술하시오
  3. 현미경 슬라이드, 현미사진 및 전자현미사진을 통해 연골, 섬모 상피, 점액 분비 세포, 폐포의 편평 상피, 부족근 및 모세혈관을 식별하시오
  4. 현미경 슬라이드, 현미사진 및 전자현미사진을 통해 기관, 기관지, 세기관지 및 폐포를 식별하고 기관 및 기관지의 횡단면 벽에 대한 계획도를 그리시오
  5. 가스 교환 계통의 건강 유지를 위한 섬모 상피 세포, 점액 분비 세포 및 점액선의 기능을 서술하시오
  6. 가스 교환 계통에서 연골, 부족근, 탄력 섬유 및 편평 상피의 기능을 서술하시오
  7. 폐포의 공기 및 모세혈관의 혈액 사이 가스 교환을 서술하시오

Source: Cambridge International syllabus · ⁨출처: Cambridge International syllabus⁩

English

Your body needs to take in oxygen and get rid of carbon dioxide. This swap happens in the gas exchange 气体交换 system. Air follows this path into the body:

  • down the trachea 气管 (the windpipe),
  • into two bronchi 支气管 (one to each lung),
  • into many smaller bronchioles 细支气管,
  • and finally into tiny air sacs called alveoli 肺泡, deep in the lungs 肺.

Each alveolus is wrapped in a network of capillaries 毛细血管, so air and blood are brought very close together.

한국어

신체는 산소를 흡입하고 이산화탄소를 배출해야 한다. 이交换 과정은 가스 교환 시스템에서 일어난다. 공기는 다음과 같은 경로를 따라 신체로 들어간다:

  • 기도(気管) (기관지)를 따라 아래로,
  • 두 개의 주기관지 (각 폐 하나씩으로) 안으로,
  • 여러 작은 세기관지 안으로,
  • 그리고 최종적으로 폐 깊은 곳에 위치한 포포囊이라고 불리는 미세한 공기 주머니 안으로 들어간다.

각 포포囊은 모세혈관의 망으로 둘러싸여 있어, 공기와 혈액이 매우 가까워진다.

인간의 폐와 기도의 해부학적 일러스트
가스 교환이 수백만 개의 포포囊을 통해 이루어지는 인간의 폐
기도의 분지 도식: 연골 고리가 있는 기관지가 두 개의 주기관지로 나뉘고, 다시 작은 세기관지로 이어져 포포囊의 무리에 도달한다
공기가 기관지를 따라 내려가 주기관지와 세기관지를 거쳐 포포囊으로 진입한다
Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore the airways · ⁨기도 탐구하기⁩

Tap each part. Air branches from the trachea down to the tiny alveoli, where gas exchange happens. · ⁨각 부분을 클릭하십시오. 공기는 기관에서부터 미세한 폐포까지 가지로 갈라지며, 여기서 가스 교환이 일어납니다.⁩

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English 한국어
lungs/lʌŋz/ 폐
capillary/kəˈpɪləri/ 모세혈관
cartilage/ˈkɑːtɪlɪdʒ/ 연골
9.1

The tissues of the airways and what they do · ⁨기도의 조직 및 기능⁩

English
Tissue Where it is Function
cartilage 软骨 C-shaped rings in the trachea and bronchi holds the airway open so it cannot collapse when you breathe in
ciliated epithelium 纤毛上皮 lining the trachea and bronchi tiny hairs called cilia 纤毛 beat to sweep mucus 黏液 up towards the throat, away from the lungs
goblet cells 杯状细胞 and mucous glands 黏液腺 in the lining of the airways make the mucus, which traps dust and microbes 微生物 that you breathe in
smooth muscle 平滑肌 in the walls of bronchi and bronchioles contracts to make the airway narrower
elastic fibres 弹性纤维 in the airway and alveolus walls stretch when you breathe in, then spring back to help push air out
squamous epithelium 扁平上皮 the very thin, flat lining of the alveoli gives a very short distance for gases to cross

The cilia, goblet cells and mucous glands work together to keep the lungs clean and healthy: the mucus traps dirt and microbes, and the cilia carry it away to be swallowed.

한국어
조직 위치 기능
연골 기관지와 주기관지의 C자형 고리 흡입할 때 기도가 막히지 않도록 개방 상태를 유지
섬모 상피 기관지와 주기관지 내벽 섬모라고 하는 미세한 털이 박동하여 점액을 목구멍 쪽으로 밀어 올리고 폐로부터 멀리 떨어뜨림
** goblet 세포** 및 점액선 기도의 내벽 吸入된 먼지와 미생물을 가두는 점액을 생성
평활근 주기관지와 세기관지 벽 수축하여 기도를 좁힘
탄성 섬유 기도와 포포囊 벽 흡입 시 늘어나고, 호흡 시的空气을 밖으로 밀어내기 위해 원위치로 튀어 오름
편평 상피 포포囊의 매우 얇고 평평한 내벽 가스가 통과해야 하는 거리를 극도로 단축

섬모, goblet 세포 및 점액선은 함께 작용하여 폐를 깨끗하고 건강하게 유지한다: 점액이 먼지와 미생물을 가두고, 섬모가 이를 제거하여 삼키게 함.

기도 벽 단면: 관강은 섬모 상피와 goblet 세포로 lining되어 있으며, 평활근 다발과 그 뒤에 연골층이 있다
기도 벽 단면: 관강은 섬모와 goblet 세포로 lining되어 있으며, 그 뒤에는 평활근과 지지 연골이 있다
goblet 세포가 포함된 섬모 상피 세포; 위쪽의 점액이 먼지와 미생물을 가두고, 박동하는 섬모가 이를 목구멍 쪽으로 밀어 올린다
goblet 세포는 먼지와 미생물을 가두는 점액을 생성하며, 섬모가 이를 목구멍 쪽으로 밀어 올린다
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English 한국어
ciliated epithelium/ˈsɪlɪeɪtɪd ˌepɪˈθiːlɪəm/ 섬모 상피
cilia/ˈsɪlɪə/ 편모
mucus/ˈmjuːkəs/ 점액(점액질)
goblet cell/ˈɡɒblət sel/ 杯状细胞(두건상세포)
mucous gland/ˈmjuːkəs ɡlænd/ 점액 선(mucous gland)
microbe/ˈmaɪkrəʊb/ 미생물(microbe)
smooth muscle/smuːð ˈmʌsl/ 평활근
elastic fibre/ɪˈlæstɪk ˈfaɪbə/ 탄성 섬유(elastic fibre)
squamous epithelium/ˈskwɒməs ˌepɪˈθiːlɪəm/ 평평상피
diffuse/dɪˈfjuːz/ 확산(diffuse)
concentration gradient/ˌkɒnsənˈtreɪʃn ˈɡreɪdɪənt/ 농도 기울기
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ 산소
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ 이산화탄소
9.1

Gas exchange in the alveoli · ⁨포포囊에서의 가스 교환⁩

English

The alveoli are excellent surfaces for exchanging gases, because they have:

  • a very large total surface area (millions of tiny sacs),
  • very thin walls — the squamous epithelium of the alveolus and the capillary wall are each only one cell thick, so the distance to cross is tiny,
  • a rich blood supply from the capillary network,
  • a moist lining, so gases dissolve before crossing.

Gases move by diffusion 扩散 down their concentration gradients 浓度梯度:

  • oxygen 氧气 is at a high concentration in the alveolar air and a low concentration in the blood, so it diffuses from the air into the blood.
  • carbon dioxide 二氧化碳 is at a high concentration in the blood and a low concentration in the alveolar air, so it diffuses from the blood into the air to be breathed out.

Under the microscope, real lung tissue looks like a fine pink lace. The many open spaces are the alveoli, and the thin pink lines between them are the walls where gas exchange happens:

Breathing keeps fresh air in the alveoli, and the flowing blood keeps carrying gases away. Both of these keep the concentration gradients steep, so gas exchange stays fast.

Worked example. Use Fick's law to explain why the alveoli allow such rapid gas exchange. Fick's law makes the rate of diffusion proportional to

$$\frac{\text{surface area} \times \text{concentration difference}}{\text{diffusion distance}}$$

so a fast rate needs all three terms working for it. Surface area: millions of alveoli give a huge total area, roughly $70\ \text{m}^2$. Diffusion distance: the alveolar epithelium and the capillary endothelium are each one flattened cell thick, so oxygen crosses in under $1\ \mu\text{m}$. Concentration difference: ventilation constantly refreshes the air while the circulation constantly carries oxygenated blood away, so a steep gradient is maintained. Tie each adaptation to the term of the equation it serves - listing "big surface area, thin walls, good blood supply" without linking them to Fick's law is the weaker answer.

한국어

포포囊은 가스 교환에 매우 적합한 표면이다. 그 이유는 다음과 같다:

  • 매우 큰 총 표적 면적 (수백만 개의 미세 주머니),
  • 매우 얇은 벽 — 포포囊의 편평 상피와 모세혈관 벽이 각각 한 층의 세포 두께만 있어, 통과 거리가 매우 짧음,
  • 모세혈관 망으로부터 풍부한 혈류 공급,
  • 가스 통과 전에 용해되도록 하는 습한 내벽.

가스는 농도 기울기를 따라 확산으로 이동한다:

  • 산소는 포포囊 공기에 높은 농도, 혈액에는 낮은 농도로 존재하므로 공기에서 혈액으로 확산됨.
  • 이산화탄소는 혈액에 높은 농도, 포포囊 공기에 낮은 농도로 존재하므로 혈액에서 공기(호흡 후 배출)로 확산됨.
모세혈관 옆의 포포囊: 산소가 공기에서 혈액으로扩散되고, 이산화탄소는 한 층의 세포 두께Only한 벽을 지나서 밖으로扩散됨
얇고 습한 벽을跨过,산소는 혈액으로扩散되고 이산화탄소는 밖으로扩散됨

현미경 아래 실제 폐 조직은 fine pink 레이스처럼 보인다. 많은 빈 공간은 포포囊이며, 그 사이의 얇은 pink 선들은 가스 교환이 일어나는 벽이다:

정상 폐 조직의 염색 광학 현미경 사진: 중앙에 작은 동그란气道,周围被精致、蕾丝状的细粉色壁网络包围,这些壁包裹着许多空的肺泡气腔
현미경을 위한 염색된 실제 폐 조직: 빈 공간은 포포囊이며, 얇은 pink 벽은 가스가 통과하는 곳입니다; 중앙에 작은气道 sits

호흡은 포포囊에新鮮 air를 유지하고, 흐르는 혈류는 가스를 계속 외운다. 이 둘 모두 농도 기울기를 급격하게 유지하여 가스 교환이 빠르게 지속되게 함.

worked example. Fick's law를 사용하여 포포囊이 왜如此 rapid 가스 교환을 허용하는지 설명하시오. Fick's law는 확산 속도가 다음 세 가지 항의 비례임을 명시합니다:

$$\frac{\text{surface area} \times \text{concentration difference}}{\text{diffusion distance}}$$

따라서 빠른 확산 속도에는 이 세 가지 항이 모두 기여해야 합니다. 표적 면적: 수백만 개의 포포囊이 약 $70\ \text{m}^2$의巨大 total area를 제공합니다. 확산 거리: 포포囊 상피와 모세혈관 내피가 각각 한 번 평평한 세포 두께만 있으므로, 산소 crossing은 $1\ \mu\text{m}$ 미만으로 이루어집니다. 농도 차이: 환기가 지속적으로 공기를 fresh화하고 순환이 산소화된 blood를 continuously away运走하므로, 급격한 기울기가 유지됩니다. 각 적응 특성을它所服务的 equation term에 linking - "large surface area, thin walls, good blood supply"를 나열하기만 하고 Fick's law에 linking하지 않는 것은 weaker answer입니다.

Explore · ⁨탐색하기⁩

At the alveolus · ⁨폐포에서⁩

Tap each part. Oxygen and carbon dioxide swap across a wall just one cell thick, between the air and the blood. · ⁨각 부분을 클릭하십시오. 산소와 이산화탄소는 공기 및 혈액 사이에서 단 하나의 세포층 두께를 가진 벽을跨过交换합니다.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
gas exchange/ɡæs eksˈtʃeɪndʒ/ 가스 교환
trachea/trəˈkɪə/ 기관
bronchus/ˈbrɒŋkəs/ 기관지(bronchus)
bronchiole/ˈbrɒŋkɪəʊl/ 세기관지
alveoli/ˈælvɪɒli/ 폐포
9.1

Exam tips · ⁨시험 팁⁩

English
  • Link each alveolar feature to fast diffusion: large surface area, thin (one-cell) walls, moist surface, good blood supply — a "surface area, short distance, steep gradient" answer.
  • Match airway tissue to function: cartilage (holds airways open), ciliated + goblet cells (trap and sweep mucus), smooth muscle and elastic fibres.
  • Frame answers with Fick's law ideas: rate $\propto$ surface area $\times$ concentration difference $\div$ distance.
한국어
  • 각 포포囊 feature를 fast diffusion에 linking: 큰 surface area, 얇은 (one-cell) 벽, 습한 표면, 좋은 blood supply — "surface area, short distance, steep gradient" answer.
  • 기도 조직과 기능 매칭: 연골(기도 유지), 편모 + 분비 세포(점액 포획 및 제거), 평활근 및 탄력 섬유.
  • 픽의 법칙 개념을 활용한 프레임 답안 작성: 속도 $\propto$ 표면적 $\times$ 농도 차이 $\div$ 거리.

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