순환계통

혈관과 순환 (Cardiovascular System: Blood vessels

and Circulation)

개론

• Artery(동맥) • 허파동맥, 대동맥 – 2.5cm

• Arteriole(세동맥) • 수억 개 존재

• Capillary(모세혈관) • 100억 개 이상, 적혈구 하나의 크기 정도 • 40,000km(지구 한 바퀴) • 혈액과 사이질 액 사이의 화학물질과 기체 교환 • 확산(diffusion)

정맥

• Venule(세정맥) • Vein(정맥)

혈관벽의 구조

• 동맥과 정맥이 벽은 세 층으로 구분

• Tunica interna(속막) • Endothelium(내피)와 elastic fiber(탄력섬유)

• Tunica media(중간막) • Collagen(아교질)과 탄력섬유 그리고 Smooth muscle(민무늬조직)으로 구성

• 수축과 이완(혈관이 지름 감소와 증가)

• Tunica externa(바깥막) • 아교섬유가 주위 조직의 섬유와 얽혀 혈관의 위치를 고정시킴.

• Vasocontriction(혈관수축) • 자극에 의해 혈관벽의 민무늬근이 수축

• Vasodilation(혈관확장) • 민무늬근이 이완되어 동맥의 지름과 관내강이 넓어짐

– 민무늬근이 교감신경의 조절에 의해

혈관벽의 구조_cont

동맥(Artery)

탄력형동맥, 근육형동맥, 세동맥, 모세혈관

• Elastic artery(탄력형 동맥)

• 2.5cm, 굵고 탄력적 동맥 • Pulmonary trunk, aorta, 주요 동맥 가지들 • 중간막이 주로 탄력섬유로 구성 • 심박동에 의해 주기적으로 혈압이 변하는 것 방지

– 심실 수축기 – 동맥확장 – 심실이완기 – 동맥이 원래 크기도 되 돌아감

동맥(Artery)_cont

• Muscular artery(근육형 동맥)_medium –sized artery 중형동맥

• Distribution artery(분배동맥) _ 골격근과 내부기관 • 0.4cm _ ex(external carotid artery)_ 바깥목동맥 • 민무늬근이 우세 • 중간막이 두껍고 탄력형 동맥에 비해 민무늬근이 많아 탄력섬유는 적음.

동맥(Artery)_cont

• Arteriole(세동맥)

• 약 30㎛로 근육형 동맥보다 매우 작음 • 중간막이 1-2층의 민무늬근세포로 구성 • 중간막 근육은 근육형동맥과 세동맥의 지름 변화

– 혈류의 속도와 혈압조절

동맥(Artery)_cont

• Capillary(모세혈관) – 기능

• 혈액과 사이질액 사이에 물질교환 • 혈관벽이 얇아 확산거리가 짧다. • 지름이 작아 혈류가 느려서 물질의 확산과 능동수송이 충분히 발생

– 구조 • 내피세포와 바닥막으로 구성(바깥막, 중간막 없음) • 8㎛, 적혈구의 지름과 비슷

동맥(Artery)_cont

• 모세혈관의 속면을 내피세포가 완전히 덮고 있음 • 물, 작은 수용성 물질, 지용성 물질 – 쉽게 확산됨 • 뇌의 맥락얼기, 시상하부, 콩팥의 여과부위

– 내피세포에 작은 구멍이 있어 단백질과 비교적 큰 물질들이 이를 통해 이동함.

• 모세혈관계(capillary bed) – 모세혈관이 그물모양으로 작용(그림 13-4, 참조)

• 세동맥 – 모세혈관 –세정맥 • 모세혈관이전조임근(precapillary sphincter)

– 각각의 모세혈관 입구에 분포 – 수축 - 혈류감소 – 이완 - 혈류증가

• 분당 10회 정도의 빈도로 주기적 수축과 이완 반복 – 이러한 혈관운동의 결과로 모세혈관의 혈류는 간헐적으로

흐름.

– 모세혈관의 혈류 • 조직수준에서 조절

– 민무늬근 섬유가 사이질액의 화학물질과 용해된 기체의 국소적인 농도 변화에 반응하는 특성 때문

– 조직내 용해되어 있는 산소의 양이 감소하면 모세혈관 조임근이 이완되어 혈류증가

– 이런 조절을 ‘자동조절’(autoregulation)이라고 함

– 모세혈관 연결방식 • 동정맥연결(arteriovenous anastomosis)

– 모세혈관을 완전히 우회하여 세동맥과 세정맥을 직접연결 • 동맥연결(arterial anastomosis)

– 둘 이상의 동맥이 세동맥으로 분지되기 전에 합쳐진 형태 – 모세혈관에 연결 – 하나의 동맥이 눌리거나 막혀도 계속 혈액을 공급받을 수

있게 된다. – 뇌 및 심장에 동맥연결이 많이 분포함

동맥경화증(arteriosclerosis)

• 국소석회화(focal calcification) • 중간막의 민무늬근이 변성되어 칼슘이 침착 • Arteriosclerosis와 연관성 있음 • 당뇨병의 합병증으로도 발생

• 죽경화증(atherosclerosis)_반죽침착 • 내피의 손상으로 인해 중간막에 지질이 침착 • 많은 발생요인으로 인해 발생 • 지질단백(lipoprotein)

– 순환기에 콜레스테롤이 오래 머물면 단핵구(monocyte)가 이들을 혈액에서 제거

– 지방으로 이뤄진 단핵구는 혈관벽에 침착 민무늬근의 세포분열을 자극

동맥경화증(arteriosclerosis)

– 손상부위로 침투한 단핵구는 지방의 포식작용을 시작 – 판(plaque)을 만들어 혈관의 관내강으로 돌출

• 나이, 성, 높은 콜레스테롤, 혈압, 흡연, 당뇨,

비만, 스트레스가 중요한 위험인자

동맥경화증(arteriosclerosis)

모세혈관계(capillary bed)

모세혈관계(capillary bed) _cont

• 그물모양으로 연결 • 세동맥 → 수십 개의 모세혈관으로 분지 →

세정맥으로 합류 • Precapillary sphinter(모세혈관이전조임근)

• 수축 시 혈류 감소 • 이완 시 혈류 증가 • 분당 10회 정도의 주기로 수축과 이완 반복 • 세동맥에서 세정맥으로의 혈류는 일정 • 각각의 모세혈관의 혈류는 다르다.

• 민무늬근 섬유 • 사이질액의 화학물질, 용해된 기체에 국소적 농도 변화에

반응 – Ex)산소 감소 – 모세혈관이전조임근 이완 – 혈류증가

(autoregulation) 자동조절

• Arteriovenous anastomosis(동정맥 연결) • 모세혈관계를 완전히 우회하여 세동맥과 세정맥을 직접

연결 • Arterial anastomosis(동맥연결)

• 둘 이상의 동맥이 세동맥으로 분지되기 전 합쳐짐 • 모세혈관과 직접 연결_ 뇌, 심장, 그 밖의 많은 조직

모세혈관계(capillary bed) _cont

정맥(vein) • 조직과 기관에서 심장으로 혈액을 되돌려 보내

는 역할

• 세정맥 • 50㎛보다 작다_ 확장된 모세혈관과 비슷 • 중간막 발달되지 않음

• 중형정맥(midium- sized vein) • 2-9mm_ 근육형 동맥과 비슷 • 여러 층의 민무늬 근으로 이루어진 중간층 • 바깥막 – 두껍고, 탄력섬유와 아교섬유 다발로 이뤄짐.

• 대형정맥(large vein) • 상대, 하대 정맥과 그 가지들 • 중간막 얇다. • 바깥막 – 탄력, 아교섬유로 구성, 두껍다.

정맥(vein) _ cont

정맥(vein) _ cont

• 세정맥과 중형정맥 • 혈압이 매우 낮아 중력을 이겨내기 힘듬

– 중형정맥 • 내피가 접혀 형성된 판막 존재

• 정맥환류(venous return)

• 정맥류(varicose vein)

• 정맥벽이 약해져 정맥혈이 정체되 팽창되는 증상(허벅지, 종아리)

• 치핵(Hemorrhoid)

• 항문관 속 층의 정맥이 부푼 증상

순환생리(circulatory physiology)

• 혈류에 영향을 미치는 인자

• 압력(pressure) • Fluid pressure(유체압: hydrostatic pressure) • 유체의 속도는 압력에 비례 • 온몸순환의 대동맥 시작부분, 오른 심방의 입구 • Circulatory pressure(순환압) – 평균 100mmHg • 세동맥에서 모세혈관으로 혈액을 보내기 위해 이 정도의 높은 순환압이 필요.

• 순환압의 세 구성요소 • Arterial pressure(동맥압) – blood pressure(혈압) • Capillary pressure(모세혈관압) • Venous pressure(정맥압)

순환생리(circulatory physiology)

• 저항(Resistance) • Total peripheral resistance(총말초저항)

– 순환압이 전체 순환계통의 저항인 총 말초저항을 넘어서야 혈액이 흐른다.

– 세정맥의 말초저항 - 65mmHg – 원인

» 혈관저항 » 점성 » 소용돌이 흐름

순환생리(circulatory physiology)

• 동맥계통의 저항 – 원인 ① 혈관저항(vascular resistance)

• 혈관의 지름과 반비례 • 근육이 잘 발달된 세동맥에서 일어남

② 점성(viscosity) • 물보다 5배 점성이 높다 _ 다량의 혈장 단백질 때문 • 빈혈 – 산소운반 능력과 점성이 감소

③ 소용돌이 흐름(turbulent) • 혈관 벽- 느리다. 혈관 중앙 - 빠름 • 높은 혈류 속도, 손상이나 병의 경과로 불규칙한 혈관 표

면 • 갑작스런 혈관 지름의 변화 • 심장의 방 사이와 심장에서 대동맥과 허파동맥으로 혈액

이 흐를 때 발생 – 4, 5음 발생 • 심장판막이 손상되도 소용돌이 발생과 심잡음 발생

순환생리(circulatory physiology)

압력과 저항의 상호작용

• 혈압 • 신경과 호르몬의 조절에 의해 비교적 일정하게 유지 • 운동하는 동안 골격근

– 동맥의 말초저항이 낮아져 혈류가 증가 – 신경 또는 내분비계통에 의해 조절

온몸 순환의 혈압

혈압 • 온몸 순환의 각 부위

마다 다양하게 나타남 • 대동맥 – 120mmHg,

대정맥 – 2mmHg

• 맥압(pulse pressure)

• 수축기압과 확장기압의 차이 • 심장에서 멀어질 수록 낮아짐 • 동맥은 탄력성으로 인해 맥압을 낮춤 • 탄력 반동(elastic rebound)에 의해 혈액을 말초 혈관으로 밀어냄

온몸 순환의 혈압 _ cont

모세혈관압(capillary pressure) • 모세혈관

• 상당히 많은 양의 이온, 영양분, 유기 노폐물, 용해된 기체, 물 등이 투과

• 대부분 모세혈관으로 재흡수 • 항상성에 중요한 역할

• 모세혈관을 통한 물질교환의 중요한 기능 ① 혈장과 사이질액 사이의 일정한 소통유지 ② 영양분, 호르몬, 용해된 기체를 조직으로 빠르게 분배 ③ 모세혈관벽을 통과하지 못하는 불용성지질과 조직단

백질의 이동을 돕는다. ④ 림프조직과 화학자극제를 보낸다 _면역과 세균소독

온몸 순환의 혈압

• 모세혈관에서 일어나는 물질교환의 역학 • 확산(diffusion), 여과(filtration), 삼투(osmosis)

정맥압(venous pressure)

• 동맥 계통압의 압력에 1/10에 불과

• 근육압박(muscular compression) • 정맥 주변의 골격근이 수축 • 중형 정맥의 판막이 혈류의 역류를 방지

• 호흡펌프(respiratory pump) • 흡기 시 감소된 가슴 안의 압력이 공기가 허파로 유입되게 하고 하대정맥과 오른 심방을 팽창, 혈액을 채워줌.

• 운동 시 실신(fainting)? • 운동 실시 후 멈추고 무릎을 고정하면 정맥환류가 줄어들어 심박출량 감소

• 뇌로 가는 혈류도 감소 • 눕히면 정상으로 대부분 돌아옴.

정맥압(venous pressure) _cont

순환조절 (cardiovascular regulation)

• 자동조절(autoregulation) • 모세혈관이전 조임근에 직접 작용하여 말초저항을 조절 – 국소적 변화 발생

• 말초조직의 항상성을 스스로 유지

• 신경기전(neural mechanism) • 동맥압 또는 혈액에 용해된 기체의 변화감시 • 자율신경계통의 심박출량과 말초저항을 조정

• 내분비기전(endocrine mechanism) • 호르몬을 분비 순환상태를 단기간에 향상

순환조절 (cardiovascular regulation)

혈류의 자동조절

• 모세혈관이전조임근 민무늬근 • 산소와 이산화탄소의 양 또는 특정 화학물질의 변화에 자동반응

• 산소농도가 높으면 모세혈관 이전조임근 수축 – 혈류량 감소시킴

• 이산화탄소량이 높으면 pH가 낮아져 모세혈관이전조임근 이완

Vasodilator(혈관확장제) – 모세혈관이전조임근의 이완촉진 인자

Vasocontrictor(혈관수축제) – 모세혈관이전조임근의 수축촉진 인자

혈압과 혈류의 신경조절

• 숨뇌 • 심장중추(cardiac center)와 혈관운동중추(vasomotor

center)가 CV center로서 조절 • 각 심장중추

– 심장촉진중추와 심장억제중추를 통제해 심박출량의 증가와 억제에 작용

• 혈관운동중추 – 교감신경계를 자극 세동맥의 지름조절

• CV center(순환중추) – 동맥혈의 혈압, pH, 용해된 기체의 농도 감시

혈압과 혈류의 신경조절

• 압력수용기반사(baroreceptor reflex) • 혈관 벽이 확장된 정도를 감시 • 세곳에 위치

① 대동맥굴(aortic sinus)의 벽 ② 속목동맥_내경동맥(internal carotid artery)의 바닥 근처의 목

동맥팽대(carotid sinus) ③ 오른심방벽

• 이 반사는 심박출량과 말초저항을 조정 – 정상 동맥압을 유지

혈압과 혈류의 신경조절

• 대동맥 반사 • 오름 대동맥의 혈압 감시 • 대동맥 반사를 일으킴 • 뇌로가는 혈압을 조절하기 위하여 목동맥팽대반사를 일으킴

• 매우 민감함 • 혈압이 상승하면?

• 심장억제중추의 활성화 – 미주신경이 Ach를 분비 – 신체의 말초세동맥 확장

• 심박출량과 말초저항 모두 감소되어 혈압이 낮아짐.

혈압과 혈류의 신경조절

• 혈압이 떨어지면? • 반대의 결과도출 • 심박출량 증가, 말초혈관의 수축

화학수용기 반사 (chemoreceptor reflex)

• 혈액과 뇌척수액의 이산화탄소, 산소, pH의 변화 감지

• pH와 산소가 떨어지고 이산화탄소가 올라가면?

호르몬과 순환조절

• 단기간 순환조절 • 부신속질 – 에피네프린, 노르에피네프린

• 장기간 순환조절 • 항이뇨호르몬(antidiuretic H), 안지오텐신Ⅱ, 적혈구 생성소(erythropoietin; EPO), 심방나트륨이뇨펩티드 (atrial natriuretic peptide; ANT) 등

• 항이뇨호르몬 • 혈액량 감소, 혈장의 삼투농도 증가 또는 안지오텐신 Ⅱ에 반응

• 뇌하수체 뒤엽에서 분비 • 말초혈관 수축 • 콩팥에서 수분을 보존하는 효과

• 안지오텐신 Ⅱ • 혈압이 떨어지면 레닌(renin)효소의 분비 안지오텐신 Ⅱ가 활성화

• 레닌은 안지오텐시노겐을 안지오텐신 Ⅱ 으로 변환 • 심박출량 증가, 세동맥 수축, 곧바로 전신의 혈압을 상승

• 뇌하수체에서 ADH의 분비와 부신겉질의 알도스테론의 분비 자극(상호보완적)

• ADH는 물을 보존 • 알도스테론은 소변에서 나트륨과 물을 재흡수

• 적혈구 생성소 • 혈압이 떨어지거나 혈액의 산소함량이 낮을 때 콩팥에서 분비

• 적혈구 생성을 자극 • 혈액량 증가 • 혈액의 산소운반용량을 증가

• 심방나트륨이뇨펩티드 • 혈압이 증가하면 분비 • 정맥환류가 증가하면 분비

– 혈액량 감소기전 ① 콩팥에서 나트륨이온과 물의 소실을 증가 ② 생성되는 소변의 량을 증가 물의 수실을 촉진 ③ 갈증 감소 ④ ADH, 알도스테론, E, NE의 분비 차단 ⑤ 말초혈관확장

태아순환(fetal circulation)

• 성인과 큰 차이점 • 허파 – 쭈그러진 상태로 호흡 불가능 • 소화관 – 소화 불가능 • 태반(placenta) – 배아에 필요한 영양과 호흡 담당

• 태반의 혈액공급 • 속엉덩이 동맥(internal iliac artery)에서 분지한 한 쌍의 배꼽동맥(umbilical artery)을 통해 태반에 도착.

• Umbilical vein(배꼽정맥)은 발생 중인 간으로 간다. • 혈액의 일부는 간 모세혈관 그물로 흘러 들어감 • 나머지는 ductus venosus(정맥관)을 통해 모세혈관을 우회한 후 하대정맥에 도달.

태아순환(fetal circulation)

• 심장과 큰 혈관의 순환 • 분만 전 – 태반을 통한 호흡 • 분만 후 – 허파를 통한 호흡

• 출생 전 • 두 심방 사이막은 출생 전까지 불완전 상태 • 허파순환을 우회할 수 있음.

– 근육형 혈관인 동맥관(ductus arteriosus) • 허파 순환을 하지 않으므로 확장기 동안 오른 심방에 도달한 혈액의 25%는 허파순환을 우회해 순환하고 오른 심실로 나가는 혈액의 90%는 동맥관을 지나 온몸순환을 한다.

태아순환(fetal circulation)

• 출생 시 순환변화 • 신생아의 첫 호흡 후 허파와 허파 혈관이 확장 • 수 초 안에 동맥관의 민무늬근이 수축 허파동맥과 대동맥이 분리되면서 허파순환이 시작

• 따라서 왼심방의 압력이 상승 판막이 타원구멍을 닫는다.

• foramen ovale(타원구멍)은 fossa ovalis(타원오목)으로 • Ductus arteriosus(동맥관)은 ligamentum arteriosum(동맥관인대)로 변화한다.

태아순환(fetal circulation)

노화와 순환계통

• 순환계통의 혈액, 심장, 혈관 모든 부분에 영향

• 혈액의 변화 • Hematocrit(적혈구 용적률) • 혈전(thrombus)

– 말초정맥이 막힘, 허파색전증 유발 • 정맥 판막의 이상으로 종아리의 정맥에 혈액이 고이는 증상(하지정맥류)유발

• 심장의 노화 • 최대심박출량 감소 • 굴심방결절이나 방실결절과 전도세포의 활성변화 • 심장뼈대의 탄력성 감소 • 죽경화증(atherosclerosis)진행 • 손상된 심장근세포가 흉터조직으로 대체

노화와 순환계통

• 혈관의 노화 • 동맥류(aneurysm)가 터져서 뇌중풍, 심근경색증, 대량출혈 야기

• 약해진 혈관벽에 칼슘 침착 • 죽경화판에 혈전 발생

노화와 순환계통