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1. 심장과 혈관의 해부와 생리
1.1. 심장의 구조와 기능
심장은 무게 300g 정도의 근육기관으로 길이 12.5cm, 폭 7.5cm 정도이며 성인의 주먹 크기만 한 크기이다. 심장은 세로칸(종격동)의 중앙과 흉곽의 왼쪽에 위치하며, 아래쪽에는 가로막(횡경막)이 있고, 가로막 위에 심장끝(심첨, apex)이 앞쪽을 향하고 있다. 심장의 기저부(base)는 약 3번째 갈비뼈 정도에 위치한다.
심장은 좌우 사이막(중격)으로 분리되어 각각 심방과 심실로 구성된 4개의 방이 있으며, 1분간 72회 정도로 박동한다. 심장 박동 시 1회 70mL 정도의 혈액을 내보내 1분당 5L정도, 하루에 7,000L 이상의 혈액을 분출한다. 신체 활동을 할 때 말초조직의 산소요구가 증가하면 심박출량이 평소보다 두 배 정도 많아진다.
심장은 심낭에 둘러싸여 있으며, 장쪽 심장막(장측 심막)과 벽측 심장막(벽측 심막) 사이인 심낭강(pericardial space)에는 약 10~20mL의 심낭액이 있다. 심장조직은 3개 층으로 구성되는데, 심장바깥막(심외막, epicardium), 심근(myocardium), 심장내막(심내막, endocardium)이 그것이다.
심장박동의 근원은 전기적 현상이며, 자율신경의 지배를 받는다. 심장은 사이막(중격, septum)에 의해 오른쪽 심장과 왼쪽 심장으로 나뉘며, 심방과 심실로 구성된다. 위쪽인 심방에는 심장으로 귀환하는 혈액이 들어와 아래쪽인 심실로 내려가서 심장 밖으로 나간다. 우심방은 얇은 벽으로 된 구조로, 심장으로 돌아오는 정맥혈을 받아들이며, 우심실은 정상적으로 심장의 가장 앞쪽에 있는 구조이다. 좌심방은 4개의 폐정맥으로부터 산소화된 혈액을 받아들이고, 좌심실은 압력이 높은 전신순환계에 대항하여 말초조직으로 혈액을 운반할 수 있도록 수축한다.
심장에는 방실판막과 반월판막이 있다. 방실판막에는 삼첨판과 승모판이 있으며, 확장기에는 열리고 수축기에는 닫힌다. 반월판막에는 대동맥판막과 폐동맥판막이 있으며, 수축기에 열리고 확장기에 닫힌다.
심장에는 관상동맥, 관상정맥이 존재하는 관상혈관계가 있다. 관상동맥은 왼쪽에 2개, 오른쪽에 1개가 있으며, 관상동맥질환인 협심증과 심근경색이 이 부위에서 발생할 수 있다.
1.2. 혈관계의 구조와 기능
혈관계의 구조와 기능은 다음과 같다.
혈관계는 심장에서 출발하여 전신을 순환하는 혈액의 통로로, 크게 동맥, 모세혈관, 정맥으로 구성된다. 동맥은 심장으로부터 나와 전신으로 혈액을 공급하는 역할을 하며, 그중 대동맥은 가장 큰 동맥으로 심장 근처에 위치한다. 동맥은 탄력섬유와 평활근 조직이 많아 혈압 변화에 대응할 수 있다. 모세혈관은 가장 가는 혈관으로 조직과 혈액 사이의 물질 교환이 이루어지는 곳이다. 정맥은 모세혈관에서 모인 혈액을 심장으로 되돌려 보내는 역할을 한다. 정맥은 판막이 있어 혈액이 역류하는 것을 방지한다.
혈관계는 주요한 기능인 체내 물질 운송을 담당한다. 산소와 영양분을 조직으로 공급하고 이산화탄소와 노폐물을 제거한다. 또한 호르몬, 면역세포, 열 등을 운반하여 항상성 유지에 기여한다. 혈관의 구조적 특성에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다.
혈관계의 혈류 조절은 자율신경계와 내분비계에 의해 이루어진다. 교감신경은 혈관을 수축시켜 말초저항을 증가시키고, 부교감신경은 이완시켜 혈압을 낮춘다. 호르몬 중 에피네프린, 노르에피네프린, 안지오텐신 II 등도 혈관 수축을 유발하여 혈압을 조절한다. 또한 국소적 요인인 산소, 이산화탄소, 수소이온 농도 변화에 따라 혈관이 수축 또는 이완되어 혈류가 조절된다.
따라서 혈관계는 심장과 함께 순환계를 이루며, 체내 물질 운송과 항상성 유지에 필수적인 역할을 담당한다고 볼 수 있다.
1.3. 혈액의 구성과 역할
혈액은 체중의 약 8%를 차지하며, 크게 혈장과 혈구(적혈구, 백혈구, 혈소판)로 구성되어 있다. 혈장은 체중의 약 5%를 차지하며, 주로 수분(90-92%)과 단백질(6-8%)로 구성되어 있다.
혈장 단백질에는 알부민, 글로불린, 피브리노겐 등이 있다. 알부민은 전체 혈장 단백질의 약 55%를 차지하며, 삼투압 유지와 호르몬, 비타민, 지방 등의 운반 기능을 한다. 글로불린은 약 38%를 차지하며, 항체 역할과 면역기능을 담당한다. 피브리노겐은 약 4%를 차지하며, 혈액 응고에 관여한다.
적혈구는 헤모글로빈이라는 단백질을 포함하고 있어 산소와 이산화탄소 운반 기능을 한다. 정상적인 성인 남성의 적혈구 수는 약 500만/mm3, 여성은 450만/mm3 수준이다. 헤모글로빈 농도는 남성 14-17 g/dL, 여성 12-16 g/dL 정도이다. 적혈구는 골수에서 지속적으로 생성되며, 에리트로포이에틴이라는 호르몬의 조절을 받는다.
백혈구는 면역 기능을 담당하는 세포로, 중성구, 호산구, 호염기구, 림프구, 단핵구 등이 있다. 백혈구 수는 정상적으로 7,000/mm3 정도이다. 중성구는 전체 백혈구의 60-70%를 차지하며 감염에 대한 초기 방어 작용을 한다. 림프구는 25-40%를 차지하며 항체 생산과 세포 매개 면역 반응을 담당한다. 단핵구는 2-6%를 차지하며 탐식 작용을 통해 감염 및 염증 반응에 관여한다.
혈소판은 골수에서 생성된 작은 세포 조각으로, 수명이 5-9일 정도이다. 혈소판의 주요 기능은 혈액 응고 과정에 참여하여 지혈을 돕는 것이다. 정상적인 혈소판 수는 150,000-400,000/mm3 수준이다.
1.4. 혈액 응고 과정
혈액 응고 과정은 혈액 손상 발생 시 신속하게 혈액 손실을 막기 위한 복잡한 일련의 과정이다. 혈액 응고 과정에는 혈액 내 다양한 응고 인자들이 관여하며, 이들이 단계적으로 활성화되어 최종적으로 섬유소 응고물을 형성하게 된다.
혈액 응고 과정은 크게 내인성 경로와 외인성 경로로 구분된다. 내인성 경로는 혈액 내에 존재하는 응고 인자들이 자극을 받아 활성화되어 진행되는 경로이며, 외인성 경로는 혈관 손상에 의해 노출된 조직 인자에 의해 시작되는 경로이다. 이 두 경로가 융합되어 프로트롬빈이 트롬빈으로 전환되며, 트롬빈은 섬유소원을 불용성의 섬유소로 전환시켜 혈병을 형성하게 된다.
구체적인 응고 과정은 다음과 같다. 먼저 내인성 경로에서는 XII인자(하겐 인자)가 XIIa로 활성화되고, XIIa에 의해 XI인자가 XIa로 활성화된다. 이어서 XIa에 의해 IX인자가 IXa로 활성화되며, IXa는 VIII인자를 활성화시킨다. 한편 외인성 경로에서는 혈관 손상으로 조직 인자가 노출되면 이 조직 인자가 VII인자와 결합하여 VIIa를 형성한다. VIIa는 X인자를 Xa로 활성화시킨다.
두 경로에서 형성된 Xa는 프로트롬빈을 트롬빈으로 전환시킨다. 트롬빈은 섬유소원을 섬유소로 전환시켜 불용성 섬유소 응고물을 형성하게 된다. 이 섬유소 응고물은 혈소판과 결합하여 혈병을 형성함으로써 혈액 손실을 막게 된다.
한편, 혈액 응고 과정은 정상적인 지혈 과정 이외에도 병적인 상황에서 발생할 수 있다. 예를 들어 순환계 질환이나 암 등에서 비정상적인 혈액 응고가 일어나 혈전이 형성될 수 있다. 이러한 병적 혈전 형성을 억제하기 위해 항응고제를 사용하기도 한다.
최근 연구에 따르면 혈액 응고 과정과 관련된 일부 유전자 돌연변이가 혈액 응고 장애와 연관되어 있는 것으로 확인되었다. 이를 통해 혈액 응고 관련 질환의 발병 기전 규명과 새로운 치료법 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.
1.5. 혈액형과 수혈
혈액형은 적혈구 표면에 존재하는 항원의 종류에 따라 구분된다. ABO식 혈액형 체계에서는 A형, B형, AB형, O형으로 나뉘며, Rh식 혈액형 체계에서는 Rh 인자 유무에 따라 Rh 양성과 Rh 음성으로 구분된다.
ABO식 혈액형은 A형, B형, AB형, O형으로 나누며, 혈장 내 존재하는 항체에 따라 구분된다. A형은 적혈구에 A 항원이, 혈장에 B 항체가 있고, B형은 적혈구에 B 항원이, 혈장에 A 항체가 있다. AB형은 적혈구에 A, B 항원이 모두 있어 혈장에 항체가 없으며, O형은 적혈구에 A, B 항원이 없고 혈장에 A, B 항체가 존재한다.
Rh식 혈액형은 적혈구 표면에 Rh 인자 유무에 따라 Rh 양성과 Rh 음성으로 구분된다. Rh 양성은 Rh 인자가 있고, Rh 음성은 Rh 인자가 없다. Rh 음성인 사람은 Rh 인자에 대한 항체를 자연적으로 가지고 있지 않지만, Rh 양성 혈액에 여러 번 노출되면 Rh 항체가 생겨난다.
수혈 시 ABO식과 Rh식 혈액형 불일치로 인한 용혈성 수혈 반응을 방지해야 한다. O형은 모든 ABO형에 수혈이 가능하므로 "만능 공혈자"로 불리며, AB형은 모든 ABO형의 혈액을 받을 수 있으므로 "만능 수혈자"로 불린다. Rh 음성인 사람은 Rh 음성 혈액만 받아야 한다.
2. 호흡기계의...
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