운동 중 순환 반응
서 한 교
제11주차
학 습 목 표
순환계의 구조와 기능 이해한다.
심전도에 기록된 전기적인 활동과 심장 순환을 설명한다.
운동하는 동안 혈류의 재분배를 설명한다.
다양한 운동 유형에 따른 순환반응을 이해한다.
운동 중 국부적인 혈류 조절 인자를 열거한다.
운동 중 1회 박출량을 조절하는 요인을 설명한다.
운동 중 심박출량 조절을 설명한다.
소 개
운동에 의한 항상성의 주요 변화 중 하나 - 근육의 산소 요구량 증가
고강도 운동시 산소 요구량은 15~25배 증가
운동 중 혈류조절 (주요 두 가지) - 심박출량 증가, 혈류 재분배
심혈관계에 대한 충분한 이해는 운동생리학 학습에 필수적
심혈관계
조직으로 산소를 운반하고 노폐물을 제거
조직으로 영양소를 운반
체온 조절
순 환 계
심장(heart) : 혈액 펌프
동맥(arteries)과 소동맥(arterioles) - 심장으로부터 혈액을 멀리 운반
모세혈관(capillaries) : 조직과 영양소 교환
정맥(veins)과 소정맥(venules) : 심장으로 혈액 운반
심장의 구조
순환계의 기능
• 운반（Delivery ）
• 제거（ Removal）
• 수송（Transport）
• 유지（ Maintenance）
• 보호（ Prevention）
순환계의 기능
체순환
– 왼쪽 심장
– 동맥을 통하여 인체 전조직으로 산소가 풍부한 혈액을 펌프 – 정맥을 통하여 우측
심장으로 산소가 적은 혈액을 복귀
폐순환
– 오른쪽 심장
– 폐동맥을 통하여 산소함량이 낮은 혈액을 폐로 펌프
– 폐정맥을 통하여 좌측 심장으로 산소함량이 풍부한 혈액을 펌프
심혈관계의 구성 요소
심장
혈관 혈액
혈액 순환의 동력
심장과 조직 간의 혈액 이동의 통로
산소와 영양소 운반
골격근과 심장근
골격근과 심장근의 현미경 사진. 두 근육 모두 횡문근을 가지고 있으나, 심장근만이 어둡게 염색된 게재판에 의해서 연결되어 있다.
•골격근은 자극을 받은 근육만이 수축되는 것에 비해 심장근은 전체가 하나의 단위로 움직인다. 심장근 은 각 섬유가 모두 연결이 되어 있어서 어느 한 세포에 주어진 자극은 삽시간에 전체에 퍼져서 심장 전체가 동시에 움직인다. 심장의 수축운동은 심장자체의 기 능 으로 이루어지며 신경에 의해 수축운동이 이루어지는 것은 아니다.
•심장에도 신경의 분포는 되어 있어서 심장의 수축하는 정도와 박동수를 조절한다. 다시 말해서 신경은 심장의 수축운동을 일으키게 하는 것이 아니라 심장운동을 제어하거나 촉진하는 작용을 할 뿐이다.
골격근과 심장근에 대한 사실
운동과 심장
운동은 심장을 보호한다
규칙적인 운동
- 심장마비의 발병률을 낮춘다 - 심장마비에 의한 피해에서 생존율을 높인다
- 심장마비시 더 적은 심근 손 실
- 자유유리기를 제거하는 항산 화 능력 증대
- heat shock 단백질을 증가 시킴
운동과 심장
운동과 심장보호
운동 시작 후 심장의 빠른 적응
- 심장보호를 위해 24시간 내에 보호 단백질 증가
심장 보호를 위한 운동 강도
- 60분 동안 중강도의 운동이 효과적
- 더 높으면 약간의 이점 추가, 낮으면 효과 적음 - 저강도 운동 : 콜레스테롤과 혈압 개선으로
간접적 심장보호 효과
운동 중지시 심장보호 효과가 얼마나 빨리 사라지는가 - 1주 이내 운동 전 수준으로 회귀(가역성의 원리)
혈압측정
동맥혈압 측정
완대(cuff)로 상완동맥을 감싸고
가압기로 공기를 넣어 조인 다음
공기조절 밸브를 천천히 열면서
청진기로 두드리는 소리가 처음 들릴 때와
소리가 사라질 때의 수은주 압력을 읽는다
동맥혈압
수축기(systolic)/이완기(diastolic) 혈압으로 표시 - 정상 : 120/80 mmHg
- 고혈압 : 140/90 mmHg 이상
수축기 혈압
- 심실 수축시 발현되는 압력
이완기 혈압
- 심실 이완시 동맥에서의 혈압
혈압
맥압(pulse pressure)
- 수축기 혈압과 이완기 혈압의 차이
평균 동맥 혈압(mean arterial pressure, MAP) MAP = 이완기 혈압 + ⅓(맥압)
혈압이 120/80 mmHg라면,
MAP = 80 mmHg + 0.33(120-80) = 80 mmHg + 13
= 93 mmHg
심장의 전기적 활동
심장은 심근의 전기적 자극에 의해 수축된다
전기적 자극은 우심방에서 발현되어 심장 전체로 퍼진다
심전도(electrocardiogram, ECG)에 의해 기록
혈압에 영향을 미치는 요인
혈액량 증가
혈압증가 심박수
증가 심박출량
증가
말초저항 증가 혈액점성
증가
심전도
심장의 전기적 활동 기록
P파 : 심방의 탈분극
QRS complex : 심실의 탈분극
T파 : 심실의 재분극
심박출량
심장이 분당 뿜어내는 혈액의 양
Q(심박출량) = HR(심박수) × SV(1회 박출량)
- 심박수 : 분당 박동수
- 1회 박출량 : 한 번 박동시에 펌프되는 혈액의 양
심박수 조절
심박수 감소
- 부교감 신경계 : 미주신경(vagus nerve)과 관련
- 동방결절(SA node)을 억제하여 심박수를 감소시킴
심박수 증가
- 교감 신경계 : 심장촉진신경(cardiac accelerator nerve)과 관련 - 동방결절을 자극하여 심박수를 증가시킴
일반대학생과 우수선수들의 박출량 비교
약물과 심박수
베타 블로커와 운동 심박수
베타-아드레너직 억제제(베타 블로커) - 심박수와 심근 수축력을 감소시킴 - 심장의 산소 요구량을 낮추게 된다.
베타 블로킹 약물 복용시 최대하 및 최대 운동 모두에서 운동 중 심박수를 낮춘다(운동처방 및 평가시 고려).
1회 박출량의 조절
이완기말 용적 (end-diastolic volume, EDV) - 이완기 말 심실의 혈액량 (preload)
평균 대동맥 혈압
- 심실로부터 혈액의 박출을 저해하는 압력 (afterload)
수축력 (contractility) - 심실 수축력을 의미
이완기말 용적
Frank-Starling 기전
- preload가 클수록 심실이 더 확장되며 수축력도 증가
이완기말 용적에 영향을 주는 요인 - 정맥들의 수축 (venoconstriction)
- 골격근의 펌프작용 (skeletal muscle pump) - 호흡계의 펌프작용 (respiratory pump)
평균 대동맥 혈압
대동맥 혈압은 1회 박출량과 역상관
afterload가 높을수록 1회 박출량을 감소시킨다.
- 대동맥으로 혈액을 보내기 위해서는 심근의 보다 큰 수축력을 필요로 한다.
대동맥 혈압의 감소는 1회 박출량의 증가를 가져온다.
심실 수축력
심실 수축력의 증가는 1회 박출량을 크게 한다.
- 에피네프린과 노르에피네프린 : 심장의 교감신경 직접 자극
- 심근 세포의 칼슘 이용량 증가 : 심실 수축력 증가
혈액 동역학(hemodynamics)
혈류의 물리적 원리들에 대한 연구 분야
압력(대동맥압과 우심방압 차이), 저항(점도, 혈관길이, 혈관지름), 혈류(혈압증가, 혈류저항감소) 등의 상호관계에 대한 이해
혈액의 물리적 특징
혈장
- 혈액의 액체 성분
- 이온, 단백질, 호르몬 등 함유
세포
- 적혈구 : 산소를 운반하는 헤모글로빈 포함 - 백혈구
- 혈소판 : 혈액응고에 중요한 역할
혈액의 구성요소
혈장(Plasma):55%
– 혈액의 액체성분
– 물(90%), 단백질(혈청 알부민 : 4.5%), 혈청
글로블린(2%, 생체 면역), 섬유소원(fibrinogen : 혈액응고), 글루코스(0.1%), 지방질, 아미노산, 염류, 효소, 항체분비물, 노폐물, 산소, 이산화탄소, 질소
혈구(Cells):45%
– 적혈구: 헤모글로빈 함유, 산소운반 – 백혈구: 감염원의 파괴, 항체 생성 – 혈소판 : 혈액응고
적혈구 용적(Hematocrit)
– 혈액 중에 적혈구의 구성비율
혈액 동역학 : 저항
저항에 영향을 주는 요인
- 혈관의 길이와 반지름, 혈류 속도, - 이온, 단백질, 호르몬 등 함유
혈관 지름의 작은 차이가 저항의 크기에 큰 영향을 준다.
Resistance = Length×viscosity Radius4
혈액 동역학 : 혈류
혈류는 혈관 두 끝 간의 압력 차에 직접적으로 비례
혈류는 저항과 반비례 관계
Flow = Pressure Resistance
혈관 저항의 원인
평균 동맥 혈압은 순환계의 혈류 흐름을 통해 감소한다.
가장 큰 혈관의 저항은 소동맥에서 일어난다.
- 소동맥을 ‘저항 혈관’이라고도 한다.
운동 중 산소 운반
운동 중 근육의 산소요구량은 안정보다 몇 배 증가
산소운반 증가가 가능한 두 가지 기전 - 심박출량의 증가
- 골격근으로의 혈류 재분배
심박출량의 변화
심박출량의 증가는 심박수 증가에 기인 - 최대심박수에 대해 선형적 증가
Max HR = 220 – Age (years) - 1회 박출량은 증가하다가
최대산소섭취량의 약 40% 수준에서 고원 현상
동정맥산소차의 증가
- 근육에 의한 산소소모의 증가 때문
지구력선수와 박출량
지구력 운동선수의 1회 박출량은 계속 증가한다
지구력 운동선수는 1회 박출량의 고원현상이 없다.
1회 박출량의 고원 현상 : 심실로의 혈액보충은 감소하고 심박수는 증가하기 때문
지구력 운동선수는 운동 중 이완기말 혈액량이 유지/증가 - 심실의 수축력을 높여서 1회 박출량 증가(정맥회귀혈증 가)
운동 중 골격근의 혈류 증가
교감신경 자극에 의한 혈관 수축력 저하(세동맥 평활근)
자율 조절 (auto-regulation)
- 조직의 대사적 요구에 상응하는 혈류 증가(15~20배) - 산소 분압 감소, 이산화탄소 분압 증가
- pH 감소, 칼륨과 아데노신 증가 - 산화질소 증가
- 안정시 모세혈관 5~10%개방에 전면 골격근 개방
- 운동시 내장혈관 수축증가(안정시 혈류의 20~30%감소)
운동시 순환계의 반응
심박수와 혈압의 변화
-같은 조건에 하지보다 상지 운동에 심박수와 혈압 증가 -최대하 운동시 감정영향, 최대 운동시는 교감신경중재로 변화 없음
영향을 주는 요인
- 운동의 유형, 강도, 지속시간 - 환경 조건(덥고 습한, 고지 등) - 감정적인 영향
안정시에서 운동으로의 전환과
운동으로부터의 회복
운동 초기에 심박수, 1회 박출량, 심박출량의 빠른 증가
젖산 역치 이하의 최대하 운동에서는 2~3분 내 고원현상
회복에 영향을 주는 요인 - 운동시간과 강도
- 피험자의 트레이닝 상태
점진적인 운동
심박수와 심박출량
- 일률 증가에 따라 선형적으로 증가
- 최대산소섭취량의 100%에서 항정상태에 도달
수축기 혈압 : 일률 증가에 따라 증가
심근산소요구량 (double-product) - 운동강도에 따라 선형적으로 증가 - 심장에 부과되는 부하
심근산소요구량 = 심박수 × 수축기 혈압
팔운동과 다리운동
동일한 산소섭취량에서
팔운동이 심박수와 혈압이 더 높다
- 심박수 : 교감신경 자극이 더 크기 때문
- 혈압 : 활동하지 않는 근육에서의 혈관 수축
(큰 근육의 세동맥 확장 비율이 크므로 혈압감소 효과)
운동과 심장
운동 중 심장관련 급사(sudden death)
급사 : 증세가 시작된 다음의 6시간 내에 예상되지 않은, 자연적인, 사고사가 아닌 죽음을 의미
급사한 사람 중 30%만이 심장과 관련
심장 관련 급사의 원인 : 부정맥, 관상동맥 질환, 심근증
병력 검사와 질 높은 의학적 검사를 통해
운동 중 심장관련 급사의 위험이 있는 사람 구별 가능
장시간 운동
심박출량은 일정 수준 유지 - 1회 박출량은 점차 감소 +
- 심박수는 점차 증가 = 심박출량 유지
심혈관 유동(cardiovascular drift)
- 체온증가에 따른 피부혈류 증가와 탈수(혈장량 감소) 때문에 정맥혈 회귀 감소 → 1회 박출량 감소
운동선수들의 심장은 일반인에 비해 더 큰가?
-장거리 달리기에서 성공의 열쇠는 근육으로의 산소 수송능력에 달려있음.
-장기간 운동을 하게 되면 심장의 비대 현상이 일어나는데,
-이와 같이 장기간 운동의 결과로 심장 중량과 용적, 좌심실 벽의 두 께와 좌심실 용적이 모두 커지는데, 이를 스포츠 심장이라 함.
