[생리학] 13. 심장과 순환 (1) 순환계의 기능과 구성성분

13. 심장과 순환

 

13.1 순환계의 기능과 구성성분

단세포 생물은 살아남기 위해 필요한 다양한 기능을 수행함으로써 스스로를 유지할 수 있습니다. 반면에 복잡한 인체는 특수한 역할을 공유하는 특수한 세포들로 구성되어 있습니다. 다세포 생물의 특수한 세포들은 존재하기 위해 극히 기본적인 것들에 대해 상호 의존적입니다. 대부분의 특수한 세포들은 조직 내에서 고정되어 있기 때문에 운반된 산소와 영양소를 받아야 하고, 노폐물을 제거해야 합니다. 따라서 몸속에서는 매우 효율적인 운반 수단이 필요합니다.

 

 

순환계는 우리 몸 내에서 혈액을 이동시키고 산소와 영양소를 조직에 공급하는 체계입니다. 이 체계는 심장, 혈관 및 혈액으로 구성되어 있습니다.

심장은 몸의 중앙에 위치하며, 수축과 이완을 통해 혈액을 순환시킵니다. 심장은 왼쪽과 오른쪽으로 나뉘어 있고, 각각은 심실이라고 불리는 작은 공간을 가지고 있습니다. 왼쪽 심실은 산소와 영양소가 풍부한 혈액을 몸 전체로 펌핑하고, 오른쪽 심실은 이산화탄소와 노폐물로 가득한 혈액을 폐로 보내어 산소를 공급받고 이산화탄소를 배출합니다.

혈관은 심장으로부터 혈액을 운반하는 통로이며, 동맥과 정맥으로 구분됩니다. 동맥은 심장에서 멀어지면서 혈액을 신속하게 운반하고, 산소와 영양소를 조직에 공급합니다. 정맥은 조직에서 형성된 이산화탄소와 노폐물을 심장으로 되돌려주는 역할을 합니다. 또한, 혈관은 세포와 조직을 통해 혈액을 운반하면서 수소 이온과 영양소를 건네주는 역할을 합니다. 성인의 몸 속에서 혈관의 총 길이는 약 6,000 마일(9,654 km)로 거의 1조의 생체 세포들에 분포되어 있습니다.

혈액은 순환계 내에서 중요한 역할을 수행합니다. 혈액은 산소와 영양소를 운반하면서 세포에서 생성된 이산화탄소와 노폐물을 수거합니다. 또한, 혈액은 면역 체계를 지원하고 온도 조절에도 기여합니다. 그러나 혈액은 또한 질병을 일으키는 바이러스, 박테리아, 세균 등의 독소를 운반하기도 합니다. 이를 대응하기 위해 순환계는 방어 기전(백혈구 및 림프계)을 가지고고 있습니다.

순환계는 우리 몸의 모든 조직과 기관에 산소와 영양소를 공급하고, 노폐물을 제거하여 몸의 기능을 유지하는 중요한 역할을 하며, 호흡계, 비뇨기계, 소화계, 내분비계, 피부와 협력하여 다양한 기능을 수행합니다.

 

(1) 순환계의 기능

순환계의 기능은 운반, 조절, 방어 세 가지 영역으로 나눌 수 있습니다.

① 운반(transportation) : 세포의 대사에 필요한 모든 물질을 순환계가 운반합니다. 이러한 물질은 다음과 같이 분류될 수 있습니다.

a. 호흡물질(respiratory) : 적혈구(red blood cell 또는 erythrocyte)가 산소를 세포로 운반합니다. 폐에서 흡입한 산소는 적혈구 내의 헤모글로빈 분자와 결합하여 호기성(aerobic) 호흡을 위해 세포로 운반됩니다. 세포 호흡에 의해 생성된 이산화탄소는 혈액을 통해 폐로 운반되어 호기 속으로 배출됩니다.

b. 영양물질(nutritive) : 음식은 소화계에서 기계적, 화학적으로 분해되고 이후 장벽을 통해 순환계의 혈관으로 흡수됩니다. 혈액은 이러한 흡수된 소화생산물을 간을 거쳐 몸의 세포로 운반합니다.

c. 배설물질(excretory) : 노폐물, 수분과 이온, 몸에 필요하지 않은 기타 분자들은 혈액을 통해 신장으로 운반되어 소변으로 배출됩니다.

② 조절(regulation) : 순환계는 호르몬 조절과 온도 조절에 기여합니다.

a. 호르몬 조절(hormonal) : 혈액은 기원에서 표적조직으로 호르몬을 운반합니다. 표적조직으로 운반된 호르몬은 다양한 조절기능을 수행합니다.

b. 온도 조절(temperature) : 온도 조절은 혈액이 깊은 곳과 피부 표면 혈관으로, 또는 그 반대로 전환됨에 따라 촉진됩니다. 외부 온도가 높을 때 혈액은 깊은 곳에서 표면층으로 전환되어 체온을 차갑게 하며,, 외부 온도가 낮을 때는 혈액이 표면에서 깊은 곳으로 전환되어 체온을 따뜻하게 유지합니다.

③ 방어(protection) : 순환계는 상처로 인한 출혈 및 외부 미생물 또는 독소의 체내 침입에 대한 대응으로 몸을 보호합니다.

a. 응고(clotting) : 응고기전은 혈관 손상으로 인한 출혈을 방지합니다.

b. 면역(immune) : 혈액의 면역기능은 병원균(pathogen)에 대항하는 백혈구(white blood cell 또는 leukocyte)에 의해 수행됩니다.

 

(2) 순환계의 주요 구성성분

순환계(circulatory system)는 심혈관계와 림프계의 두 가지 부분으로 구성됩니다. 심혈관계(cardiovascular system)는 심장과 혈관으로 이루어져 있고, 림프계(lymphatic system)는 비장, 흉선, 편도 그리고 림프절에 위치한 림프관과 림프조직으로 구성됩니다.

심장(heart)은 네 개의 방을 가진 이중 펌프입니다. 심장의 펌프 작용은 혈액을 혈관을 통해 폐와 체세포로 보내기 위해 필요한 압력을 만듭니다. 안정 상태에서 성인의 심장은 1분당 약 5 리터의 혈액을 배출합니다. 이 속도로서 혈액은 가장 먼 사지를 순환하여 심장으로 돌아오는 데 약 1분이 걸립니다.

혈관(blood vessel)은 심장에서 혈액을 모든 생체 세포로 운반하고, 다시 심장으로 되돌아가게 하는 통로로서 복잡하게 관으로 연결된 네트워크(tubular network)를 형성합니다. 동맥(artery)은 심장에서 나온 혈액을 운반하는 혈관이며, 정맥(vein)은 혈액을 심장으로 되돌려 보내는 혈관입니다. 동맥과 정맥은 각각 더 작은 혈관에 연결됩니다.

동맥은 많은 가지로 분기되며, 가장 작은 동맥을 세동맥(arteriole)이라고 합니다. 동맥계로부터 정맥계로의 혈액 전달은 혈관의 가장 얇고 많은 미세한 모세혈관(microscopic capillary)을 통과합니다. 모세혈관을 통과하는 혈액은 미세 정맥인 세정맥(venule)으로 들어갑니다.

혈액의 액체 부분인 혈장(plasma)은 모세혈관을 통과할 때 혈압에 의해 생성되는 정수압이 발생하여 모세혈관 벽 밖으로 나갑니다. 모세혈관 벽을 통과하여 나간 혈장으로 생성된 액체를 조직액(tissue fluid) 또는 간질액(interstitial fluid)라고 합니다. 이러한 액체 중 일부는 직접 모세혈관으로 되돌아가고, 일부는 혈관 주위의 결합조직에 위치한 림프관(lymphatic vessel)으로 들어가며, 이러한 림프관 내의 액체를 림프(lymph)라고 합니다. 이 액체는 특정한 지점에서 정맥혈과 결합합니다. 림프관 경로에 위치한 림프절(lymph node)은 정맥혈로 되돌아가기 전에 림프를 정화하는 역할을 합니다. 따라서 림프계는 순환계의 일부로 간주됩니다.