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호흡은 신체에서 사용할 산소를 받아들이고 대사를 통해 생산된 이산화탄소를 배출하기 위해 공기를 들이마시고 내뱉는 과정입니다.

우리가 들이쉬는 공기인 대기에는 질소 78.08%, 산소 20.95%, 아르곤 0.93%, 이산화탄소 0.04% 등이 포함되어 있고, 내쉬는 공기에는 질소 79%, 산소 13.6~16%, 이산화탄소 4~5.3%, 아르곤 1%가 포함되어 있죠.

이렇듯 우리는 하루 2만회 정도의 호흡을 통해 매일 들이쉰 8000L의 공기 중 400L의 산소를 혈액 속으로 받아들이고 그만큼의 이산화탄소를 배출해왔습니다.

 출처) https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/z6h4jxs/revision/3

그런데 2020년 이후 이 자연스런 생명활동에 지장이 생기기 시작했습니다. 코로나 사태라는 희대의 사건으로 마스크를 쓰기 시작했기 때문이죠.

실험을 통해 확인한 결과 의료용 마스크인 N95마스크를 착용한 경우 호흡시 흡기 저항이 126% 증가하고 호기 저항이 122% 증가하며, 공기 교환에 사용하는 폐의 부피가 평균 37% 감소한다는 것을 알 수 있었습니다.

마스크라는 장애물 때문에 공기를 들이마시고 내뱉는데 평소보다 두 배 이상의 에너지를 사용해야 하고, 그 결과 공기의 순환이 여의치 않아 폐의 1/3이상이 일을 안 하는 상황이 발생하는 것이죠.

또한, 마스크를 쓰고 호흡하면 이산화탄소 농도가 높은 내뱉은 공기가 마스크 주위에 갇혀 뱉은 공기의 60% 이상이 다시 호흡기로 들어온다는 사실도 알 수 있었습니다. 신선한 산소를 못 마시는 것도 억울한데 버리려고 뱉은 공기를 다시 마셔야 하는 더 억울한 상황이 발생하는 것입니다.

팬데믹이 시작된 뒤 1년 반이 지난 2021년 8월에는 마스크의 폐해를 시각적으로 명확히 보여주는 논문이 한편 발표되었습니다. ‘N95 마스크 사용은 호흡 시 과도한 이산화탄소 흡입으로 이어지며 인간 비강에서의 열 전달 감소시킨다.’라는 제목의 논문인데요.

이 논문에서는 N95 마스크를 쓴 상태에서 증가하는 마스크 내부의 온도와 습도, 그리고 이산화탄소의 농도를 그림과 동영상으로 자세히 보여주고 있습니다. 

 그림 : 마스크를 벗었을 때(좌)와 썼을 때(우) 온도 비교

특히 주목할 만한 부분은 마스크 내부의 이산화탄소 농도인데요. 우리가 신선한 공기를 마실 경우 비강 내 이산화탄소의 농도는 평균 575ppm 수준을 유지하게 되는데, 마스크를 착용한 경우는 숨을 내실 때 최대 36,000ppm가지 올라갔다가 다시 들이쉴 때 3,200ppm이 되어, 신선한 공기를 마실 때에 비해 최소 5.5배의 이산화탄소를 들이쉰다는 것을 알 수 있었습니다. 

우리가 온실가스인 이산화탄소의 수준이 증가한다며 탄소 중립을 외치고, 전기차를 타는 이유는 환경 문제도 있지만 대기 중 이산화탄소농도의 상승이 인체에 좋지 못한 영향을 주기 때문인데요.

최근 발표된 한 논문에서는 대기 중의 이산화탄소 수준이 현재는 410ppm 정도에서 향후 80년 내에 700~900ppm이 될 것이라고 예측하며 890ppm의 이산화탄소 환경에 8주간 노출시킨 마우스를 대상으로 한 실험 결과를 발표했는데요. 이 논문을 통해 우리는 대기 중 이산화탄소의 작은 증가가 혈액을 산성화하고 신진대사에 변화를 일으키며 폐 기능에 지속적인 스트레스를 주어 폐 구조에 변화를 일으킨다는 것을 알 수 있었죠.

특히 임산부처럼 태아의 폐가 형성되는 시기, 그리고 영유아, 어린이처럼 폐가 자라고 폐포가 형성되는 시기에 고농도의 이산화탄소에 노출되면 정상적인 폐의 발달을 막아 구조와 기능에 손상을 준다는 것을 확인했습니다.

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이렇듯 마스크는 입과 코를 가리는 물리적 장벽으로 작용하여 정상적인 호흡을 가로막고 있는데요. 공기의 배출 장애(호기 저항) 때문에 생기는 이산화탄소의 증가만큼이나 공기의 유입 장애(흡기 저항) 때문에 발생하는 산소의 부족도 큰 문제가 됩니다.

이는 정상적인 사람에게도 해당되지만 고혈압, 중풍, 협심증 등 심혈관질환으로 혈액 순환 장애가 있는 분들이나 천식 COPD 등 만성호흡기 질환으로 공기의 유입에 문제가 있는 분들 그리고 현재 감기 기관지염 폐렴 등 급성 호흡기 질환에 걸려 다량의 산소가 필요한 분들에겐 심각한 문제가 될 수 있습니다.

우리 신체 기관은 염증이 발생했을 때 면역 세포의 산소 소비가 증가하면서 상대적 저산소증을 겪게 되는데요. 폐는 들락거리는 공기를 매개로 외부 환경과 직접 닿아 있으므로 언제든 질병이 발생할 수 있으며 이 경우 강력한 면역 반응을 유도함며 이를 위해 선, 후천 면역 세포를 모두 보유하고 있죠.

이러한 폐에 염증이 발생하여 평소보다 더 많은 산소가 필요할 때 산소 공급이 제대로 이루어지지 않는다면 어떤 일이 발생할까요? 염증의 회복이 더뎌지는 것은 물론이고 부족한 산소 때문에 폐혈관이 수축(V/Q match)하고 염증은 악화되어 심한 경우 생명이 위태로울 수 있습니다.

그렇기 때문에 질병청도 아래 표와 같은 ‘희한한’ 코로나19 중증도 판단 기준을 설정하여 코로나19 환자에게 있어 산소의 중요성을 설파하고 있죠. 이 기준이 희한하다고 말한 이유는 공식적인 질병청의 호흡기 질환의 중증도 판단 기준이 환자의 임상적 증상, 혈액학적 소견 등의 객관적 지표는 모두 무시한 채 오직 산소치료기의 사용 유무와 사용하는 산소치료기의 종류에 따라 달라지기 때문입니다.

출처 : 질병관리청 정보 공개 청구) 코로나19 중증도 분류 기준

하지만 실제 폐렴의 중증도 분류 기준은 다음 표와 같습니다.

그런데 어찌된 일일까요? 이렇게 산소의 중요성을 잘 알고 있는 질병청이 코로나 사태 내내 그리고 다시 위중증 환자가 늘고 있다는 현 시점에서도 병실에 입원한 환자에게 아래 사진처럼 꽁꽁 마스크를 씌우고 있습니다. 

https://youtu.be/kuHIUu0Mm7w

과연 질병청 관계자들과 코로나환자를 돌보는 의료진들은 환자들에게 산소가 얼마나 중요한지 정말 모르는 것일까요?

꼭 코로나19에 걸리지 않고 산소만 부족해도 우리 몸은 코로나19와 유사한 염증이 발생하고, 면역세포가 분비한 물질이 코와 목에서 발견될 수 있는데 말이죠.