생물학 - 순환계와 호흡계

1. 심장의 구조 및 기능

심장은 혈액을 통해 산소, 영양분, 호르몬 등 생명 유지에 필수적인 물질을 우리 몸 전체에 운반할 뿐만 아니라 이산화탄소 등 노폐물을 배출하는 역할을 한다. 심장은 1분에 보통 72회 박동으로 대략 5~6 L 정도의 혈액을 펌프한다. 심실이 수축할 때 최고 혈압을 수축기혈압, 심실이 이완될 때 최저 혈압을 확장기혈압이라고 한다. 정상인의 혈압은 120~88 mmHg의 범위이고, 정상인의 맥압은 40 mmHg이다.

심장은 좌우 허파 사이에 자리잡고 있으며 심방과 심실로 되어 있고, 일생 동안 쉬지 않고 일하는 장기이다.

1) 심장의 구조

우리 몸 왼쪽에 있으며 오른심방과 왼심방의 2개의 심방과 오른심실과 왼심실의 2개의 심실로 이루어져 있다. 혈액의 역류를 방지하기 위해 판막이 존재하는데, 삼첨판, 이첨판(승모판), 폐동맥판막, 대동맥판막이 있다. 수많은 혈관(동맥, 정맥)과 연결되어 있다.

2) 기능

일생 동안 쉬지 않고 펌프하는데, 이것이 심장박동이며, 맥박이다. 이 과정을 통해 우리 몸 전체에 혈액을 전달한다. 1분 정상심박동은 60~100회 정도이다.

* 혈압이란?

혈액의 압력으로 우리 몸이 심장에서 동맥으로 혈액이 나가는데, 혈액이 온 몸으로 퍼질 수 있도록 돕는게 바로 펌프하는 압력이다. 따라서 기본적으로 120~80 정도의 압력이 있어야 온 몸으로 혈액이 퍼지는데, 낮으면 저혈압, 높으면 고혈압이라고 말한다.

 

2. 혈관(Blood vessel)

심장에서 나가는 혈관은 동맥이라 하고, 심장으로 들어오는 혈관은 정맥이라 한다. 정맥에는 판막이 있어 혈액의 역류를 방지한다. 혈관의 굵기는 정맥 > 동맥 > 모세혈관 순이며, 혈류속도는 동맥 > 정맥 > 모세혈관 순이고, 혈관 총 단면적은 모세혈관 > 정맥 > 동맥순이다.

동맥(Vein)은 심장에서 전신으로 혈액과 산소, 영양분을 공급하는 혈관이다. 혈액순환 압력이 크고 혈관탄력이 좋다. 따라서 동맥이 파열되면 출혈양이 심하다. 정맥(Artery)은 전신의 세포와 조직들이 사용하고 남은 노폐물을 다시 심장으로 보내는 혈관이다. 혈액순환 압력이 낮고, 표재정맥, 심부정맥과 같은 판막이 존재한다. 모세혈관(Capillary)은 혈액 및 가스 물질을 교환한다. 

* 관상동맥(Coronary Atrery)

심장자체에 혈액을 공급해주는 혈관을 관상동맥이라고 한다. 심장 자체에 분포한 혈관을 심장혈관이라 하고, 심근에 영양소와 산소를 공급하는 심장동맥이다.

 

3. 태아순환

태아는 동맥관, 정맥관, 타원구멍, 배꼽정맥과 배꼽동맥과 같은 혈관구조를 갖고 있는 것이 성인과 다르다. 출생 전에는허파 순환 안 하고 태아나면서 호흡과 동시에 허파순환하게 된다. 즉 체순환, 허파순환을 하게 된다.

출생 후에 타원구멍은 타원오목으로, 동맥관은 동맥관 인대, 정맥관은 정맥관 인대, 배꼽동맥은 속배꼽동맥인대, 배꼽정맥은 간원인대로 변형된다.

 

4. 림프계통

전신을 순환하는 혈액의 혈장 일부는 모세혈관으로부터 누출되어 조직액 또는 사이질액이 된다. 조직액의 일부가 림프관으로 회수되어 림프액이 된다. 림프관은 목, 겨드랑, 복부, 고샅부위(서혜부)에 집중되어 있으며 조직세포 사이의 조직액을 회수하는 역할을 한다. 때론 체내 면역 시스템을 견뎌낸 암세포의 확산경로가 되기도 한다.

1) 림프계통의 기능

① 혈관과 조직 사이의 물질 중계

② 림프구 식균작용

③ 혈관을 스며나온 혈청성분을 혈관으로 되돌려보냄

④ 몸 안의 체액과 이온의 균형 유지

⑤ 일부 지방산은 작은창자의 융털로부터 림프를 통해 혈액으로 운반

2) 림프순환

림프순환은 오른쪽 상반신의 림프액이 순환하는 경로와 왼쪽 상반신, 복부, 하반신의 림프액이 순환하는 경로로 구분된다. 오른쪽 상반신 림프계는 오른림프총관에 들어오고 우쇄골하정맥과 우내경정맥의 합류점에 정맥으로 이어진다. 한편 하반신, 복부, 왼쪽 상반신에서의 림프계는 모두 몸의 왼쪽에 있는 가슴관(흉관)에 합류하며 좌내경정맥이 합류하는 점에서 정맥에 이어져 심장으로 들어온다.

 

5. 심장박동의 조절

심장박동의 조절중추는 숨뇌(연수)로서 조절신경은 자율신경인 교감신경과 부교감신경이다. 교감신경은 심장박동을 촉진하고 부교감신경은 심장박동을 억제하는 길항적인 조절관계에 있다. 심장박동은 혈중 이산화탄소 농도와 혈압을 감지하여 자율신경계에 의해 조절한다.

SA node(동방결절)에 전기적 신호가 들어오면, 방실결절(AV 결절)을 통해 히스다발과 푸르키니에섬유로 전달된다.

1) 정상 심음

건강한 성인에서는 '두근 두근(lub-dub)' 또는 콩닥 콩닥'이란 의성어로 표현되는 두 개의 정상적인 심음이 들린다. 제1심음은 방실판막인 승모판과 삼천판이 닫히면서 역류하려던 피가 막혀 들리는 것으로, 수축기의 초기에 들린다. 제2심음은 심실 이완기의 초기에 대동맥판막과 허파동맥판막이 닫히면서 나는 소리이다.

2) 심전도(Eletrocardiogram; ECG, EKG)

심방 탈분극과 심실탈분극, 심실 재분극이다.

심전도는 심장의 활동주기에 대응하며, P, Q, R, S, T로 명명된 그래프상의 양전하와 음전하의 반영에 의해 표시되는 심장의 ㅈ너기적 리듬을 말한다. 정상 EKG 구성으로 P는 심방, QRS는 심실, T는 심실 이완을 말한다.

 

6. 호흡계통

1) 호흡계통의 구조

사람의 허파는 허파엽, 기관, 기관지로 구성되고, 허파엽은 왼허파는 2엽(위엽, 아래엽), 오른허파는 3엽(위엽, 중간엽, 아래엽)으로 구성되어, 각 허파엽은 3~4억 개의 허파꽈리로 되어 있다. 기관과 기관지는 고리 모양의 연골이 있어 높은 호흡압에 대해서도 잘 견딜 수 있도록 구조화되었으며, 허파로 출입하는 호흡가스의 통로로서 들숨 정화, 온도 및 습도조절 기능을 한다.

기관은 좌우로 갈라져 기관지가 되고, 허파꽈리(폐포)는 다수의 작은 주머니로 나뉘어진 후 세기관지, 호흡세기관지, 허파꽈리관, 허파꽈리주머니를 거쳐 허파꽈리에서 끝난다. 허파꽈리를 덮고 있는 모세혈관에서 가스교환을 효율적으로 수행하고 있으며, 허파꽈리는 직경이 약 100~200 ㎛, 그 총수는 약 5~6억 개이고, 그 총 면적은 80㎡로 표면적을 극대화하여 산소와 이산화탄소의 분압차에 의한 확산을 최적화한다.

공기가 들어오는 길은 기도라고 하는데, 그 과정이 코 - 인두 - 후두 - 기관 - 기관지 - 세기관지 - 허파꽈리(폐포) 순이다.

2) 호흡운동의 조절

호흡운동의 조절중추는 숨뇌이며, 호흡운동 자극물질은 혈액 속의 이산화탄소의 농도이다. 혈액 속의 이산화탄소 농도가 증가하면 숨뇌가 자극되어 교감신경이 작용하여 호흡이 촉진되며, 반대로 혈액 속 산소 농도가 증가하고 이산화탄소가 감소하면 부교감신경이 작용하여 호흡이 감소된다.

3) 폐기량

일회호흡량(tidal volume)은 일회 호흡에서 흡입되고 배출되는 공기의 양을 말한다. 잔기량(residual volume)은 허파 내의 공기를 최대로 배출한 후 허파에 남아있는 공기의 양을 말한다. 기능적 잔기량(functional residualcapacity)은 정상적인 일회 호흡량 이외에 허파에 남아있는 공기량으로 잔기량 + 날숨보유량이다. 폐활량(vital capacity)은 최대로 공기를 흡인한 뒤 최대로 배출할 수 있는 공기의 양으로 일회호흡량 + 날숨보유량 + 들숨보유랑이다. 총 폐용적(total lung capacity)은 최대로 공기를 흡입할 때 팽창할 수 있는 허파의 용적으로 일회호흡량 + 들숨보유량 + 날숨보유량 + 잔기량이다.

관련 검사로는 폐기능 검사(PET)가 있고 보통 폐질환 진단과 수술 전 전신마취를 위해 하기도 한다. 그리고 인공호흡기(ventilator)은 보통 중환자실에 있는 것으로 호흡을 스스로 해낼 수 없을 때 도와주는 기계이다.

4) 호흡의 양상

안정호흡(eupnea)은 1분간 호흡수 15~20회인 경우를 말한다. 들숨과 날숨을 한 세트로 보고, 한 세트가 1회이다.

① 호흡곤란(dyspnea)는 호흡 횟수가 증가하고, 호흡이 빠르고 얕아 힘든 경우로 고칼로리를 소비하며 불안을 나타낸다. 호흡하기 위해 가슴, 어깨, 목 등 호흡 보조근육을 모두 사용하여 통증을 수반하며 잡음을 동반한다. 여러가지 원인으로 호흡이 정상이 아님을 통칭하는 의미이다.

② 과소호흡(hypoventillation)은 호흡률과 깊이가 감소하고 불규칙적으로 마약성 진통제나 마취제 과용 시 나타난다.

③ 과도호흡(hyperventillation)은 호흡률과 깊이가 증가하며 심한 운동, 두려움, 아스피린 과용, 쿠스마울 호흡 시 나타난다.

④ 비오호흡은 무호흡 주기에 이어 호흡률과 깊이가 다양하고 불규칙적이며, 뇌막염, 심한 뇌손상 시 볼 수 잇다.

⑤ 체인스톡호흡은 호흡 리듬이 불규칙하고, 무호흡과 과도호흡이 교대로 일어나는 것이 특징이며, 임종 시 볼 수 있다.

⑥ 쿠스마울호흡은 호흡 리듬은 규칙적이나 비정상적으로 깊고 호흡수가 증가한다. 당뇨 및 혼수 시 나타나며, 당뇨성 케토산증 호흡 시 시큼한 과일 냄새(아세톤 냄새)가 난다.

 

요점정리

1분 정상 심장박동 60-100회

정상 혈압 120/80 mmhg

- 순환의 종류, 원리(체순환, 폐순환, 태아순환)

- 심전도의 의미(PQRST)

- 심박동의 원리(동방결절)

1분 정심 호흡수 15-20회

- 호흡구조(기관, 기관지, 폐포 용어)

- 산소와 이산화탄소의 가스교환

- 호흡의 종류(쿠스마울호흡, 체인스톡, dyspnea)

심장과 폐의 밀접한 연관성