폐쇄성 수면무호흡 VS 중추성 수면무호흡의 병태생리: 수면 중 호흡이 중단되는 두 가지 기전

폐쇄성 수면무호흡(obstructive sleep apnea, OSA)은 수면 중 상기도(upper airway)가 반복적으로 폐쇄되어 기류(airflow)가 소실되는 수면 관련 호흡장애이며, 중추성 수면무호흡(central sleep apnea, CSA)은 호흡 조절 중추의 이상으로 인해 호흡 근육으로의 신호가 소실되면서 호흡 노력(respiratory effort)과 기류(airflow)가 함께 중단되는 호흡장애이다.

이러한 두 유형은 수면 중 호흡이 반복적으로 중단되는 수면 관련 호흡장애(sleep-related breathing disorders)의 대표적인 형태에 해당하며, 임상적으로 유사하게 나타날 수 있으나 발생 기전은 본질적으로 다르다.

이러한 기전의 차이는 국제수면장애분류(International Classification of Sleep Disorders, ICSD)의 분류 체계에도 반영되어 있으며, 수면무호흡은 수면 관련 호흡장애 범주 내에서 폐쇄성, 중추성, 그리고 혼합형 무호흡(mixed apnea)으로 구분된다. 이러한 분류는 단순한 형태적 구분이 아니라 수면 중 호흡 조절 시스템의 어느 단계에서 어떤 방식으로 이상이 발생하는지를 반영하는 병태생리적 구분으로 이해된다.

 

 

수면 중 호흡 조절의 생리 구조

 

호흡은 뇌간(brainstem)에 위치한 호흡 조절 중추에 의해 자동적으로 유지된다. 이 중추는 혈액 내 이산화탄소 분압, 산소 분압, pH 변화를 감지하여 호흡 근육의 활동을 조절한다.

수면이 시작되면 상기도(upper airway) 주변 근육의 긴장도가 감소하며, 화학수용체에 대한 호흡 조절 반응성도 각성 상태와는 다른 양상으로 변화한다. 이로 인해 수면 상태에서는 호흡 조절 시스템이 상대적으로 불안정해질 수 있다.

또한 수면 중에는 짧은 각성(arousal) 반응이 반복적으로 발생할 수 있으며, 이러한 각성은 호흡 자극을 증가시켜 호흡을 재개시키는 중요한 생리적 역할을 한다.

 

이러한 생리적 구조를 바탕으로 폐쇄성 수면무호흡과 중추성 수면무호흡의 발생 기전을 도식적으로 정리하면 다음과 같다.

 

[그림 1] 폐쇄성 수면무호흡(OSA)과 중추성 수면무호흡(CSA)의 병태생리 비교. 상기도 폐쇄 여부와 호흡 노력 유지 여부에 따라 두 유형의 생리적 차이를 구조적으로 나타낸 도식.

 

폐쇄성 수면무호흡의 병태생리

 

폐쇄성 수면무호흡의 핵심 병태생리는 수면 중 상기도의 반복적 폐쇄이다.

수면이 진행되면 인두 주변 근육의 긴장도가 감소하면서 기도 직경이 좁아질 수 있으며, 해부학적으로 상기도가 좁거나 근긴장 감소가 두드러진 경우에는 기도가 일시적으로 완전히 폐쇄될 수 있다.

이 과정에서 중요한 특징은 호흡 노력(respiratory effort)이 유지된다는 점이다. 횡격막과 흉부 호흡 근육은 지속적으로 호흡을 시도하지만, 기도가 막혀 있기 때문에 실제 기류는 발생하지 않는다.

이로 인해 혈중 산소포화도는 감소하고 이산화탄소 농도는 증가하며, 이러한 변화는 각성 반응을 유발하여 상기도 근긴장 회복과 함께 호흡이 재개된다. 이후 수면이 다시 깊어지면 동일한 과정이 반복된다.

 

 

중추성 수면무호흡의 병태생리

 

중추성 수면무호흡은 폐쇄성 무호흡과 달리, 상기도의 물리적 폐쇄 없이 호흡 조절 중추의 신호 소실로 인해 발생한다. 이 경우 호흡 조절 중추에서 호흡 근육으로 전달되는 신호가 일시적으로 소실되면서 호흡 운동 자체가 중단된다. 따라서 기류뿐 아니라 흉부와 복부의 호흡 노력(respiratory effort)도 함께 소실된다.

중추성 수면무호흡은 호흡 조절 불안정성(ventilatory instability)과 관련되며, 특히 이산화탄소 농도의 변화에 대한 조절 과정에서 불안정성이 나타날 수 있다. 대표적인 형태로 체인-스토크스 호흡(Cheyne–Stokes respiration)이 있으며, 이는 혈액순환 지연으로 인해 화학수용체에 대한 피드백이 늦게 전달되는 동시에, 호흡 조절계가 이산화탄소 변화에 과민하게 반응하면서 발생하는 생리적 변동으로 설명된다.

 

 

폐쇄성 무호흡과 중추성 무호흡의 생리적 차이

 

폐쇄성 수면무호흡과 중추성 수면무호흡은 동일하게 무호흡 사건으로 나타나지만, 생리적 기전은 명확하게 구분된다.

수면다원검사(polysomnography, PSG)에서 무호흡은 기류가 기저치 대비 90% 이상 감소하여 10초 이상 지속되는 사건으로 정의된다. 이 기간 동안 호흡 노력(respiratory effort)이 유지되면 폐쇄성 무호흡으로, 기류 소실과 함께 호흡 노력도 동시에 소실되면 중추성 무호흡으로 분류된다.

폐쇄성 무호흡: 기류 소실 + 호흡 노력 유지
중추성 무호흡: 기류 소실 + 호흡 노력 소실

이러한 차이는 단순한 현상의 구분이 아니라, 상기도의 구조적 문제인지 호흡 조절 신호의 문제인지를 구별하는 핵심 기준이 된다. 다만 임상에서는 이 두 유형이 항상 명확하게 분리되어 나타나는 것은 아니다.

 

 

수면 호흡 장애 해석에서의 임상적 관점

 

임상에서는 폐쇄성 수면무호흡과 중추성 수면무호흡이 혼합된 형태로 나타나는 경우도 존재한다. 일부 사건에서는 초기에는 호흡 노력이 유지되다가 이후 소실되는 혼합형 무호흡(mixed apnea)이 관찰될 수 있다.

또한 동일한 개인에서도 수면 단계, 체위, 호흡 조절 상태에 따라 서로 다른 유형의 무호흡이 나타날 수 있다. 따라서 수면 관련 호흡 장애는 단일 사건이 아니라 전체 수면 구조와 반복 패턴을 함께 고려하여 해석하는 것이 중요하다.

 

 

[요약]

폐쇄성 수면무호흡과 중추성 수면무호흡은 모두 수면 중 반복적인 무호흡을 특징으로 하지만, 병태생리는 서로 다르다. 폐쇄성 수면무호흡은 상기도 폐쇄로 인해 발생하며 호흡 노력은 유지된 상태에서 기류가 소실되는 것이 특징이다. 반면 중추성 수면무호흡은 호흡 조절 중추의 신호 소실로 인해 호흡 노력과 기류가 함께 중단되는 것이 핵심적 특징이다. 이 두 유형은 수면다원검사에서 기류와 호흡 노력 신호를 통해 구분되며, 수면 중 호흡 조절 시스템의 구조적 이해에 중요한 기초를 제공한다.

 

 

※ 참고: 본문에서 언급한 개념을 보다 쉽게 풀어 설명한 글은 ‘숨과 수면’ 블로그에서 확인할 수 있습니다.

 

 

참고문헌

[표준 교과서 및 분류 체계]

• Kryger MH, Roth T, Goldstein CA, editors. Kryger's Principles and Practice of Sleep Medicine. 7th ed. Philadelphia: Elsevier; 2022. (수면의학 분야에서 가장 널리 인용되는 표준 교과서로, 수면 관련 호흡장애의 병태생리를 구조적으로 정리한 핵심 참고 문헌)
• American Academy of Sleep Medicine. International Classification of Sleep Disorders. 3rd ed. Text Revision. Darien, IL: American Academy of Sleep Medicine; 2023. (수면장애를 국제적으로 표준화하여 분류하는 기준으로, 폐쇄성 및 중추성 수면무호흡의 진단적 위치를 규정하는 핵심 체계)

[판독 기준 및 정량 정의]

• American Academy of Sleep Medicine. The AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events. Version 3.0. Darien, IL: American Academy of Sleep Medicine; 2023. (수면다원검사 판독의 국제 표준 지침으로, 무호흡과 저호흡의 정의 및 사건 분류 기준을 제시하는 공식 가이드라인)

[병태생리 종설]

• Dempsey JA, Veasey SC, Morgan BJ, O’Donnell CP. Pathophysiology of sleep apnea. Physiol Rev. 2010;90(1):47-112. (수면무호흡의 생리학적 기전을 통합적으로 설명한 대표 종설로, 폐쇄성과 중추성 무호흡의 병태생리를 하나의 틀에서 이해할 수 있게 하는 핵심 문헌)
• Javaheri S, Dempsey JA. Central sleep apnea. Compr Physiol. 2013;3(1):141-163. (중추성 수면무호흡의 호흡 조절 불안정성과 주기적 호흡 패턴을 심층적으로 정리한 권위 있는 리뷰 논문)

 

 

감수 및 작성 기준
이 글은 수면의학 표준 교과서와 국제 가이드라인(AASM 등)을 바탕으로 정리되었으며, 이종우 원장의 검수를 거쳤습니다.

 

 

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