[1] 심장의 구조 및 기능

1. 구조

그림  심장의 구조

1) 기본 구조

① 크기: 무게 300 g 정도의 작은 근육기관

② 위치: 종격동(mediastinum)의 중앙과 횡격막 위, 흉곽 왼쪽에 위치. 2∼5번째 늑간까지 12∼14 cm 정도 걸쳐 있음

③ 4개의 방으로 구성

④ 1분에 72회 정도 박동, 1회 70 cc 정도의 혈액 분출, 하루 7,000 L 이상 분출

⑤ 심장조직은 3개의 층으로 구성

⑥ 심장은 이중벽의 심낭(pericardium)으로 둘러싸임: 내측의 장측심낭과 외측의 벽측심낭 사이의 심낭강에는 20∼30 mL의 심낭액이 있어 윤활액 역할

2) 심방(atrium)과 심실(ventricle)

심장은 중격(septum)에 의해 우심과 좌심으로 구분, 다시 위아래의 심방·심실로 구분

(1) 우심방

① 신체를 돌고 온 정맥혈(상대정맥, 하대정맥, 관상정맥동)을 받음

② 정맥혈은 상하대정맥과 심장의 관상정맥통을 통해 우심방으로 유입

(2) 우심실

① 심장의 가장 앞쪽에 있는 구조로, 흉골 바로 아래 위치

② 심실의 이완기 동안 우심방으로부터 정맥혈을 받아들여 폐동맥을 통해 폐로 보냄

(3) 좌심방

4개의 폐정맥으로부터 산화된 혈액(동맥혈)을 받아 좌심실로 보냄

(4) 좌심실

① 좌심방으로부터 동맥혈을 받아들여 대동맥을 통해 전신동맥순환계로 방출

② 8∼15 mm의 두꺼운 근육조직(우심실보다 2∼3배 두꺼움)

※ 혈액 순환 경로 

정맥혈 → 우심방 → 우심실 → 폐: 혈액산화(동맥혈) → 좌심방 → 좌심실 → 전신

3) 판막(valves)

① 4개의 심장판막은 심방과 심실 통과 시 혈액이 한 방향으로만 흐르도록 함. 심방과 심실의 압력, 혈액량의 변화에 의해 열리고 닫힘

② 2가지 형태로 분류: 방실판막, 반월형 판막

 

그림  판막의 모양

4) 관상순환(coronary circulation)

▶ 관상동맥(coronary arteries): 대동맥 시작부위인 대동맥판막 바로 위에서 나와 좌측과 우측으로 나뉨. 심근에 적절한 혈액을 공급

(1) 좌측관상동맥(left coronary artery, LCA)

좌측전방하행 동맥(left anterior descending, LAD): 좌심실 심근, 중격, 전방유두근, 우심실 일부, 심첨부 전방 및 후방에 혈액공급

(2) 회선관상동맥(circumflex coronary artery, CCA)

좌심방, 좌심실 측면과 후면에 혈액공급

(3) 우측관상동맥(right coronary artery, RCA)

우심실과 중격의 일부에 혈액 공급, 후방하행가지는 중격의 뒷면과 후방좌측에 혈액 공급

(4) 관상정맥

심장근육을 순환한 후 정맥혈은 전신순환으로 들어가지 않고, 관상정맥동(coronary sinus)이나 전방심장정맥 등을 통해 심장으로 유입

그림  관상동맥(심장동맥)과 관상정맥(심장정맥)

2. 심전도계

1) 심장근육의 전기생리적 특성

▶ 심박수와 리듬을 조절

(1) 자동성(automaticity)

① 심장박동을 자발적으로 시작하게 하는 심장의 능력

② 동방결절(SA node): 자동성이 가장 두드러지며 일차적 심박조절자로 작동

(2) 흥분성(excitability)

자극이 있을 때 심장박동을 시작하는 심근세포의 능력, 자율신경활동의 호르몬, 전해질, 영양, 산소 공급, 약물, 감염 등의 영향받음

(3) 전도성(conductivity)

세포막을 따라 전기적 충격을 전파시키는 심근세포의 능력, 심방과 심실이 한 단위로 수축하게 함

(4) 수축력(contractility)

자극에 대해 수축하는 반응

(5) 불응성(refractoriness)

먼저 온 자극에 대한 탈분극(심장수축)이 진행되는 동안에는 새로운 자극에 반응하지 않는 심장의 특성

2) 심장근육의 전기적 활동

▶ 활동전위: 심근세포 내외에 분포된 전해질 활동으로 심근은 전기적 활동 지속

▶ 안정막전위: 휴식기

① 탈분극(depolarization)

• 심장박동의 시작은 탈분극 과정과 함께 시작

• 탈분극 동안 칼슘에 대한 심근세포막 투과력이 증가, 세포 내로 이동하여 심근섬유 수축

• 탈분극 과정

② 재분극(repolarization)

• 세포가 안정막전위로 되돌아가는 과정

• 세포막이 안정막전위로 가면서 나트륨 투과력이 급격히 감소, 칼륨투과력 증가 → 세포가 능동적으로 나트륨을 분출, 칼륨이 안으로 유입되어 양이온의 균형을 이룸

 

그림  탈분극과 재분극의 과정

3) 심장의 전도체계의 구조

▶ 심장근육의 전도체계는 동방결절, 방실결절, 히스다발, 푸르킨예(Purkinje) 섬유 등으로 형성

(1) 동방결절(sinoatrial node, SA node)

① 심박조절자(pacemaker)로 상대정맥과 우심방 접합부위에 위치

② 분당 60∼100회 정도의 전기자극(심박동)을 일으킴

③ 탈분극 파동은 방실 간 경로를 통해 우심방에서 방실결절과 좌심방으로 전달

④ 교감신경계와 부교감신경계의 조절을 받음

(2) 방실결절(atrioventricular node, AV node)

① 방실접합부(junction)로서 심방중격 하부에 위치

② 이차적 심박조절자(분당 40∼60회) 가능

③ 정상적으로 동방결절의 전기자극을 받아들이며, 심방에서 심실로 자극을 전달하는 유일한 통로 역할

④ 심방수축 동안 0.07초 정도 방실결절 내 자극이 지체되어 심실수축 전에 심방수축이 완결됨

(3) 히스다발(bundle of His)

① 심실 간 중격에 위치, 좌우로 가지를 치고 있음(bundle branch)

② 우각(right bundle branch, RBB)은 심실 간 중격의 오른쪽을 따라 전달

③ 좌각(left bundle branch, LBB)은 좌심실 안으로 전달

④ 좌우각은 Purkinje 섬유에서 끝남

(4) 푸르킨예 섬유(Purkinje fibers)

① 심실의 내막 안에 널리 흩어져 있는 전도 섬유망을 말함

② 탈분극 파동을 빠르게 심실로 전달

③ 심실벽 안에서의 탈분극은 심내막에서 심외막으로 진행

 

3. 심박출량과 심장지수

1) 1회 심박동량(stroke volume)

① 심장박동 시 좌심실에서 동맥계로 분출되는 1회 혈액량, 약 70 mL

② 매 박동 시 이완기말 혈액량의 2/3 정도를 분출

③ 1회 박동량(SV) = 이완기말 심실혈액량 – 수축기말 심실혈액량

2) 심박출량(cardiac output, CO)

① 1분 동안 좌심실에서 대동맥계로 보내지는 혈액량(70 mL × 70회 = 4,900 mL)

② 심박출량(cardiac output, CO) = 1회 박동량(strokevolume, SV) × 심박동수(heart rate, HR)

③ 정상 성인의 평균 심박출량: 4∼7 L/분

④ 심박출량 영향요인 3가지: 전부하, 심근수축력, 후부하

그림  심장주기

그림  심장수축주기에 따른 혈액량

3) 심장지수(cardiac index, CI) 

① 체표면적 1 m2에 대한 분당 심박출량 의미

② 정상범위: 2.7∼3.2 L/분

③ CI = 심박출량(cardiac output, CO)/체표면적(m2)

4) 심박출량에 영향을 주는 요인

(1) 전부하(preload)

① 이완기말, 심실수축 전에 심근의 팽창 정도(용적부하라고 함)

② 심장으로 돌아오는 혈액량이 많으면 전부하 증가

③ 심장의 심근섬유가 늘어나면 심장은 더욱 강하게 수축(Starling 법칙)

(2) 후부하(afterload)

① 수축기 동안 좌심실에서 대동맥으로 혈액을 내보내기 위한 심실의 긴장 정도. 압력부하라고 함

② 심실이 반월판막을 거쳐 말초혈관까지 혈액이 흐르게 하기 위해 극복할 압력 또는 저항

③ 영향요인: 말초혈관의 저항, 혈액의 점성도, 전신의 혈관 저항, 대동맥압, 심실의 크기

(3) 심근수축력(contractility)

① 심장수축의 힘으로 근육수축력을 의미

② 수축력의 증가에 영향을 미치는 요인: 액틴–미오신 결합부위의 상호작용 증가, 교감신경계 자극, 칼슘과 에피네프린 투여 등

4. 심혈관계 활동에 영향을 미치는 요인

1) 자율신경계

▶ 일차적으로 심박동수를 조절

(1) 교감신경(sympathetic nerve)

① 교감신경계 섬유는 흉수에서 나와 심방, 심실, 동방결절, 방실결절에 분포

② 교감신경계의 자극 증가되면 신경전달물질인 노르에피네프린(norepinephrine)이 신경말단에서 방출 → 심박동수 증가, 심방과 심실의 수축력 증가, 방실결절의 전도속도 증가

(2) 부교감신경(parasympathetic nerve)

① 부교감신경계 섬유는 연수에서 나와 심방, 동방결절, 방실결절에 분포

② 부교감신경계가 자극받으면 미주신경 말단에서 신경전달물질인 아세틸콜린(acetylcholine)이 방출 → 동방결절의 흥분과 방실전도 감소, 심방수축력과 심실수축력 저하

2) 압수용체

대동맥궁(aortic arch)과 경동맥동(carotid sinus)에 있으며 동맥의 압력 조절, 혈관의 저항 조절

3) 기타 요인

① 정서적 상태(흥분, 고통, 분노)는 교감신경을 자극하여 혈압, 심박동수 증가

② 운동 등 신체활동 증가는 혈압과 맥박 증가

③ 체온은 조직의 대사요구에 작용하여 혈액 운반에 영향

④ 통증은 심박동수 증가

⑤ 항이뇨호르몬, 레닌 안지오텐신–알도스테론(renin–angiotensin–aldosterone) 기전 활성화는 혈압 상승

⑥ 투약, 동맥혈 가스분압, 혈장전해질 농도 등

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