심장의 기능2

심장의 기능

심장근육의 전기생리학적 특성은 심박동 수(heart rate; HR와 리듬을 조절하는 데 중요한 역할을 한다. 심장근육 조직은 자동성, 흥분성, 전도성, 수축성, 불용성 등의 특성을 가진다.

심장주기의 순차적 단계
심장주기 단계는 일반적으로 심실 이완과 수축, 좌심실의 압력과 양의 변화와 관련되어 설명할 수 있다. 이완(diastole)은 일반적으로 심장 순환 단계의 2/3를 차지하고 심방과 심실의 이완과 충만으로 이루어진다. 그러나 이에 반해 수축(systole)은 심장 순환 단계의 1/3을 차지하게 되며, 심방과 심실의 수축과 비움으로 구성된다.
심근 수축은 근형질 세망(sarcoplasmic reticulum)과 혈액으로부터 많은 양의 칼슘 이온이 방출되는 현상의 결과이다. 이 이온들은 심근세포의 기본적인 수축 단위인 근원섬유 분절(myofibril sarcomere) 안으로 확산한다. 칼슘 이온은 액틴과 미오신 단백질 섬유의 상호작용을 촉진해 이 섬유들이 서로 연결되고 겹치게 한다. 이 단백질 섬유들이 서로 미끄러지고 겹치며 결합이 이루어진다. 이러한 연계는 힘을 발생시키는 장소로 작용한다. 다수의 근원섬유 단백질의 미끄러짐은 근원섬유 분절을 짧게 하고 심근의 수축을 발생시킨다.
심근은 칼슘 이온이 근형질 세망 안으로 다시 유입될 떄 이완되며, 근원섬유 주변의 칼슘 이온을 감소시킨다. 칼슘 이온의 감소는 단백질 섬유들을 서로 흩어지게 하고 근원섬유를 길어지게 하며 근육을 이완시킨다.

심장의 기계적 특성
심장근육의 전기적이고 기계적인 특성이 심 순환계의 기능을 결정한다. 심장은 여러 신체조직으로부터 적절한 혈류를 유지하기 위해 다양한 병태생리학적 상태(예 ; 스트레스, 감염, 출혈)에 적응할 수 있다. 심장으로부터 전신 동맥 순환으로의 혈류는 임상적으로 좌심실에서 분마다 뿜어져 나오는 혈액의 양을 의미하는 심박출량(cardiac output;CO)으로 측정한다. 심박출량은 심장 박동수(HR)와 박동량(일회 심박출량;SV)의 관계에 달려 있다. 그것은 이 두 변수의 산출물이다.

 * 심박출량 (CO) = 심박동 수 (HR) X 일 박출량 (SV)

성인의 심박출량은 분당 4~7L 정도이다. 적정 심박출량은 신체의 크기에 따라 달라지기 때문에 심장지수는 신체 크기의 차이에 따라 조절되어 계산할 수 있다. 심장지수(cardiac index)는 신체가 표면적으로 CO로 나누어서 결정할 수 있다. 일반적인 분포는 신체 표면 영역의 2.7~3.2L/min/m2이다.
심박동 수는 분당 심실이 수축하는 횟수를 나타낸다. 성인의 일반적인 심박동 수는 분당 60~100회이다. 심박동 수의 상승은 심근의 산소 요구량을 상승시킨다. 심박동 수는 자율신경계(Automatic Nerve System)에 의해 조절되는데, 자율신경계는 심박출량의 조절이 필요할 떄 즉각적으로 반응하여 조절하게 된다. 부교감신경계(미주신경)는 심박동 수를 늦추지만, 교감신경의 자극은 흥분 효과를 가진다. 순환하는 카테콜라민(예;epinephrine, norepinephrine)은 일반적으로 심박동 수의 상승과 수축성 증가를 초래한다. 베타 수용성 차단제나 교감신경 차단제와 같은 많은 심장 혈관 약물들이 이렇게 심박동 수를 감소시킨다.
박동량(stroke volume;SV)은 심장이 수축할 때 왼쪽 심실에서 박출되는 혈액의 양이다. 박동수, 전부하, 후부 하, 수축력과 같은 변수들이 박동량에 영향을 미치고 궁극적으로는 심박출량(CO)에 영향을 준다.
전부 하(preload)는 심실의 이완 말기에 수축 직전에서 섬유조직의 늘어지는 정도를 나타낸다. 근육이 늘어나는 정도는 이완의 마지막에 심실 안에 저장된 혈액량에 달려 있다. 전부 하는 우심의 정맥기 순환과 좌 심의 대순환에 의해 심장에 다시 유입되는 혈액량에 의해 결정된다.
심실 혈액량의 증가는 심장근육 섬유의 길이와 긴장도를 증가시키고, 그 결과 수축을 강화하여 박동량(SV)을 향상하게 시킨다. 이러한 진술은 Starling의 법칙에서 끌어낸 것이다. 즉, 이완기 중 심장이 혈액으로 가득 차면 찰수록 심장은 더욱 강력하게 수축한다는 것이다. 그러나 심실의 과도한 혈액 충만은 과도한 좌심실 이완기압 혈액량(LVED)의 증가와 압력 상승을 초래하여 심박출량의 감소를 가져올 수 있다.
후부 하(after load)는 박동량을 결정하는 다른 요인으로 반월 판막을 통해서 말초혈관으로 혈액을 뿜어내기 위해서 심실이 반드시 극복해야 하는 압력이나 저항이다. 저항의 크기는 동맥혈압과 혈관의 직경과 직접적으로 관계가 있다.
저항(impedance)은 후부 하의 부수적인 요소로 심장이 대동맥판막을 열기 위해서 극복해야 하는 압력이다. 저항의 크기는 동맥의 순응과 혈액 점성과 동맥 수축의 결합인 전신혈관저항(SVR)에 의해 좌우된다. 심박출량의 감소는 보상 기전의 도움이 없는 후부 하의 증가에서 기인하며, 심박출량 감소를 유도한다. 
심근 수축성(myocardial contraction)은 심박출량(CO)에 영향을 주어, 전부하를 극복하기 위한 심장의 수축하는 힘이다. 수축성은 교감신경 자극, 칼슘 방출, 강심제와 같은 요인에 의해 증가한다. 저산소증이나 산혈증과 같은 요인이 수축을 감소시킨다.