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국민연금공단 심사직 전공 모의고사 3회
문제

심근 수축력(contractility)과 후부하가 일정한 생리적 범위에서 프랭크-스탈링 기전을 옳게 설명한 것은?

해설
프랭크-스탈링 기전은 심근의 초기 길이가 증가할 때 수축 시 발생하는 힘이 커져 일회박출량이 증가하는 심장 자체의 반응이다. 길이 의존성 활성화가 관여하며 생리적 범위에서 성립한다. 여기서 힘의 증가를 전부하와 독립적인 수축력(contractility)의 증가와 혼동하지 않는다.

[근거] StatPearls, Physiology, Cardiac Preload — https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK541109/ · StatPearls, Physiology, Stroke Volume — https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK547686/
같은 주제 다음 문제견관절(어깨관절, 상완와관절)에 관한 설명으로 옳은 것은?이 문제가 수록된 문제집[필기대비]국민연금공단 심사직 전공 문제은행12,900원

심화 해설

프랭크-스탈링 기전의 핵심 개념
심장은 정맥환류(venous return)로 들어오는 혈액량이 많아지면, 별도의 신경 자극이 없어도 스스로 박출량을 늘리는 내재적 조절 능력을 가집니다. 이를 프랭크-스탈링 법칙(Frank-Starling law)이라고 하며, 심실이 채워지는 양(전부하)이 증가하면 심근세포가 더 늘어나고, 그 결과 수축 시 발생하는 힘과 일회박출량이 함께 증가합니다. [1][3]

근육 길이-장력 관계가 만드는 현상
이 기전의 가장 기본적인 원리는 골격근에서도 관찰되는 길이-장력 관계(length-tension relationship)입니다. 심근세포가 최적 길이(optimum length)에 도달할 때까지 늘어나면(stretch), 액틴과 미오신 필라멘트의 겹침 상태가 더 효율적으로 바뀌어 수축력이 커집니다. [2] 프랭크는 고정된 부피의 심실에서 충만이 증가하면 압력이 증가한다는 것을, 스탈링은 충만이 증가하면 심장이 더 많은 혈액을 박출한다는 것을 각각 관찰했고, 이 두 현상이 하나의 기전으로 통합된 것입니다. [1]

세포 수준에서 일어나는 길이 의존성 활성화
심근세포가 늘어나면 단순히 필라멘트 겹침만 바뀌는 것이 아니라, 칼슘에 대한 민감도가 달라집니다. 이를 길이 의존성 활성화(length-dependent activation)라고 합니다. [3][4] 구체적으로는 근절(sarcomere)이 늘어나면 미오필라멘트 격자 간격(lattice spacing)이 줄어들고, 이 변화가 타이틴(titin, connectin)이라는 거대 단백질에 의해 감지되면서 얇은 필라멘트(thin filament)의 칼슘 반응성이 높아집니다. [2][4] 그 결과 같은 양의 칼슘이 유입되어도 더 강한 수축이 일어나게 됩니다.

전부하 증가가 박출량으로 이어지는 경로
임상적으로 전부하(preload)는 심실이 수축 직전에 받는 용적 또는 압력 부하를 의미합니다. 정맥환류가 증가하면 심실 확장기말 용적(end-diastolic volume)이 커지고, 심근세포가 더 늘어나며, 위에서 설명한 길이 의존성 활성화를 통해 수축력이 증가합니다. 이렇게 증가한 수축력은 늘어난 심실 용적을 효과적으로 박출하므로 일회박출량(stroke volume)이 커집니다. [3] 핵심! 전부하 증가는 심근을 '더 늘어나게' 만들고, 늘어난 심근은 '더 강하게' 수축한다는 인과관계를 기억해야 합니다.

오답 분석: 전부하와 박출량의 관계를 혼동한 보기
1번과 4번은 전부하가 늘면 초기 길이와 일회박출량이 줄어든다고 하여 인과관계를 반대로 기술했습니다. 전부하 증가는 심근의 초기 길이를 늘리고, 이는 박출량 증가로 이어집니다. [1][3] 3번은 신경 자극이 없으면 박출량이 변하지 않는다고 했지만, 프랭크-스탈링 기전은 교감신경 등 외부 자극 없이도 심장 자체의 내재적 특성만으로 작동합니다. [4] 5번은 전부하가 늘어도 박출량이 일정하다고 하여 기전 자체를 부정하고 있습니다.

구분전부하 증가 시 심근 길이수축력일회박출량
프랭크-스탈링 반응증가 (더 늘어남)증가증가
오답 보기(1,4)의 주장감소 또는 충만 감소감소감소
오답 보기(5)의 주장변화 없음변화 없음일정


혼동 주의! 프랭크-스탈링 기전에서 '전부하 증가'는 심실을 더 많이 채우는 것이지, 심실이 덜 충만해지는 상황이 아닙니다. 정맥환류가 늘면 확장기말 용적이 커지고, 이 용적 증가가 수축력 향상의 직접적 자극이 됩니다. [3] 또한 이 기전은 '최적 길이까지' 적용된다는 점도 중요합니다. 심근이 지나치게 과도하게 늘어나면 오히려 수축력이 감소할 수 있는데, 이는 생리적 범위를 벗어난 병적 상태에서 고려할 사항입니다. [2]
참고 문헌 (논문 출처)
  • [1]
    Modeling the Frank-Starling Mechanism at the Cardiac Muscle and Ventricle Levels.일반논문Palladino JL. (2024) · DOI: 10.1109/embc53108.2024.10782149
  • [2]
    The Frank-Starling mechanism in vertebrate cardiac myocytes.일반논문Shiels HA, White E (2008) · DOI: 10.1242/jeb.003145
  • [3]
    Frank-Starling mechanism, fluid responsiveness, and length-dependent activation: Unravelling the multiscale behaviors with an in silico analysis.일반논문Kosta S, Dauby PC. (2021) · DOI: 10.1371/journal.pcbi.1009469
  • [4]
    Cardiac thin filament regulation and the Frank-Starling mechanism.일반논문Kobirumaki-Shimozawa F, Inoue T, Shintani SA, Oyama K, Terui T, Minamisawa S (2014) · DOI: 10.1007/s12576-014-0314-y

임상 시나리오

프랭크-스탈링 기전 임상 적용전부하 증가가 박출량으로 이어지는 원리

정맥환류가 증가하면 전부하가 커지고 심실 확장기말 용적이 늘어나 심근세포가 더 늘어납니다. 이때 길이-장력 관계와 길이 의존성 활성화로 수축력이 증가하여 일회박출량이 커집니다.

이 기전은 신경 자극 없이 심장 자체의 내재적 특성만으로 작동하므로, 정맥환류만 충분히 유지되어도 박출량이 보상적으로 증가할 수 있습니다.

주의

과도한 전부하 증가는 심근이 최적 길이를 넘어서게 하여 오히려 수축력이 감소할 수 있으므로, 수액 요법 시 폐모세혈관쐐기압과 중심정맥압을 함께 모니터링해야 합니다.

핵심 개념

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