순환계 생리학 - 정맥 순환 시스템

순환계 시스템

혈액순환 시스템(순환계 시스템)은 우리 몸에 필요한 영양분과 산소를 온몸 구석구석에 적절한 시기에 적절한 양을 전달하기 위해 만들어졌으며, 매우 정교하고 효율적인 특성을 가지고 있다.
 
순환계 시스템은 혈관, 심장, 혈액 이렇게 3가지 요소로 구성되며, 각 시스템의 원리를 이해하면 혈관계 기능 장애에 대한 깊은 이해를 할 수 있을 것이다. 
 
많은 사람들이 혈액은 심장의 펌핑력에 의해 순환된다고 생각하지만, 물보다 4~5 배 높은 점착력을 가진 혈액이 주먹만한 크기의 심장의 수축력만으로 직경 0.005mm 정도의 모세혈관 70억 가닥까지 1분 동안 온 몸을 순환한다는 것은 물리적으로 설명이 불가능하다.

게다가 심장에서 가장 멀리 떨어져 있는 발의 모세혈관을 빠져 나와 중력을 이겨내고 심장으로 돌아가야 하는 다리의 정맥은 더욱 더 말이 안된다.
 
즉, 순환 시스템은 단순히 심장의 수축력으로만 운영되는 게 아니며, 인체의 수많은 요소들이 순환에 개입하여 완성된다는 것이다.
 

역할 및 구조

순환계 시스템을 이해하기 위해서는, 각 구성 요소들의 역할에 대해서 간단하게 이해할 필요가 있다. 
 
앞서 언급했듯이, 혈액순환 시스템의 주 목적은, 영양분과 산소를 온몸 구석구석에 전달하는 것이다. 쉽게 생각하면 물류센터를 생각해보면 이해하기 쉬울 것이다. 
 
물류센터에서 수많은 물건들을 보관했다가, 각 물건들을 싣은 트럭이 고속도로를 통해 이동하고, 고속도로에서 일반도로로 빠져나와 배달원이 각 장소로 물건을 운반하게 된다. 
 
이는 순환계 시스템과 매우 유사한데, 여기서 물류센터는 심장을, 산소와 영양소는 물건을, 혈관계는 고속도로를, 혈액은 배달원과 트럭을 의미한다. 
 
✅️ 물류센터에서 각 가정집에, 물건을 가득 싣은 트럭을, 도로를 통해 전달한다.

✅️ 심장에서 각 신체조직에, 영양소가 풍부한 혈액을, 혈관을 통해 전달한다. 
 
이 문장들은 단어만 바뀌었을 뿐, 완전히 동일한 구조와 형태를 가진다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 
 
게다가 물류센터에서도 상차와 하차가 있고, 도로에도 고속도로와 일반도로가 있는 것처럼, 심장도 혈액을 내보내는 부위와 혈액을 들여오는 부위, 혈관도 동맥과 정맥, 모세혈관으로 나뉘게 된다. 
 
 

혈관 기능

혈관은 혈액이 잘 이동할 수 있도록 도로 역할을 수행하며, 동맥(Artery)과 정맥(Vein) 그리고 모세혈관(Capillary)으로, 총 3가지 종류의 혈관이 존재한다.
 
이 중 동맥은 영양소와 산소가 풍부한 혈액을 심장으로부터 조직 가까운 곳으로 옮기는 고속도로 역할을 하며,

모세혈관은 각 조직에 직접 운반될 수 있도록 하는 일반도로 역할을 수행한다.

그리고 정맥은 영양소와 산소를 조직에 나눠준 혈액들을, 다시 심장으로 복귀시키는 역할을 수행한다. 
 (가정집에서 물건을 반품시켜 되돌려 보내는 것처럼, 복귀하는 혈액은 조직에서 나온 대사 노폐물과 이산화탄소를 운반하는 역할도 수행한다.)

🔗혈관 기능 및 정맥과 동맥의 차이점 참고

각 혈관들이 각자의 역할을 수행하는 메커니즘은 매우 다양한데, 가장 먼저 정맥이 어떤 원리로 혈액을 다시 심장으로 복귀시키는 기능을 수행할 수 있는지 살펴보자.
 

정맥 시스템

정맥은 앞서 언급했듯이 조직에서 나온 대사 노폐물과 이산화탄소를 운반하는 역할을 수행하기 때문에, 혈액이 다시 조직으로 되돌아가지 않도록 방지하는 게 그 무엇보다도 중요하다.

특히 동맥은 혈액의 흐름이 중력을 거스르지 않게 아래쪽 방향으로 흐르는 반면, 정맥은 중력을 거슬러서 심장을 향해 흘러야 하기 때문에, 끊임없이 역류하려는 현상이 발생한다.

이런 맥락에서 정맥은 역류 방지에 매우 탁월한 형태로 되어 있다.

https://www.youtube.com/shorts/GKMP81BR-rU

정맥을 보면 마치 납작한 당면 혹은 이빨로 잘근잘근 씹어서 납작해진 빨대 같은 형태를 볼 수 있는데, 이런 구조 덕분에 정맥은, 효율적으로 혈류를 통제할 수 있게 된다.

하지만 동시에 굉장히 얇고 넙적한 형태로 되어 있어서, 내부에 있는 혈액이 이동하기 위해서는 외부의 압력에 의존할 수밖에 없다. 즉, 외부에서 쥐어짜서 위로 올려줘야 하는 것이다.

이런 외부 압력 시스템은, 총 3가지 종류의 시스템이 존재한다.

🔻 평활근 시스템
🔻 횡격막 시스템
🔻 골격근 시스템

평활근 시스템

news-medical.net

정맥의 벽에는 교감신경의 지배를 받는 평활근이 존재하며, 이 신경의 자극은 정맥의 평활근을 수축시켜 압력은 증가시킨다. 이렇게 압력이 증가하면, 정맥 내부에 있는 혈액은 더 많은 혈액을 우심장으로 보낼 수 있게 된다. 
 

횡격막 시스템

대정맥은 횡격막 사이를 주행하며, 횡격막이 수축하고 이완할 때마다 강하게 펌핑된다. (2017 Shahid)

실제로 하지정맥류 있는 사람들을 보면 대부분 전부 호흡이 굉장히 짧고 횡격막 기능이 상당히 떨어져 있으며,

호흡이 얕은 사람들은 대정맥의 혈류가 최대 40%까지 효율이 떨어지는 것으로 밝혀졌다. (2016 Gignon)
 

골격근 시스템

중력을 거스르는 혈액의 흐름에 강력한 힘을 보태주는 펌프는 골격근 펌프로, 심장에 혈액이 되돌아갈 수 있도록 큰 도움을 준다. (1989 Gardner)
 
물론 이런 펌프가 없어도 '생명 활동'에는 지장이 없으나, 이 펌프 덕분에 기능적으로 온몸 곳곳에 빠르게 혈액순환을 시킬 수 있다. (1993 Thulesius)
 
펌핑은 크게 3가지 메커니즘이 존재한다. 

(1998 Stranden)

✅️ 근육 펌프 메커니즘
✅️ 피스톤 메커니즘
✅️ 발바닥 메커니즘 
 
근육 펌프 메커니즘
근육 펌프 메커니즘은 가자미근이 수축했을 때, 표면부 정맥(Superficial veins)에서 심부 정맥(Deep veins)으로 혈액이 이동하는 현상으로, 발 뒤꿈치를 들어 올리는 동작에서 작동하게 된다.
 
특히 하지정맥류로 인한 정맥류가 관측되는 환자들은, 표면부 정맥에서 정맥류가 발생한 것으로, 이 펌핑이 매우 큰 도움이 될 것이다.
 
피스톤 메커니즘
피스톤 메커니즘은 발등을 들어 올릴 때, 종아리 근육이 아래쪽으로 당겨지면서 심부 정맥에 있는 혈액들이 위쪽으로 펌핑되는 현상을 의미한다.
 
발바닥 메커니즘
발바닥 메커니즘은 발의 아치가 아래로 내려갈 때, 발에 위치한 혈관이 압박되면서 혈액들이 위로 펌핑되는 현상을 의미한다. 이 메커니즘의 장점은, 근육의 수축과 무관하게 발생하는 메커니즘이기 때문에, 중증 마비환자들의 정맥순환을 촉진시키기는 목적으로도 활용하기 좋다는 것이다. (1989 Gardner) 
 
이 중 가장 혈압 변화가 큰 것은 근육 펌프 메커니즘으로, 근육을 수축시켰을 때는 이완시켰을 때에 비해 3배 이상의 압력차이가 존재한다.
 

참고

Shahid, Z., & Burns, B. (2017). Anatomy, abdomen and pelvis, diaphragm.
 
Gignon, L., Roger, C., Bastide, S., Alonso, S., Zieleskiewicz, L., Quintard, H., ... & Muller, L. (2016). Influence of diaphragmatic motion on inferior vena cava diameter respiratory variations in healthy volunteers. Anesthesiology, 124(6), 1338-1346.
 
Bacakova, L., Travnickova, M., Filova, E., Matějka, R., Stepanovska, J., Musilkova, J., ... & Molitor, M. (2018). The role of vascular smooth muscle cells in the physiology and pathophysiology of blood vessels. Muscle Cell and Tissue-Current Status of Research Field, 1, 13.
 
Radhakrishnan, N. (2022). Genesis, Pathophysiology and Management of Venous and Lymphatic Disorders. Academic Press.
 
Thulesius, O. (1993). Vein wall characteristics and valvular function in chronic venous insufficiency. Phlebology, 8(3), 94-98.
 
Gardner, A. M. N., & Fox, H. (1989). The Return of Blood to the Heart: Venous Pumps. Health and Disease.
 
Stranden, E., & Kroese, A. J. (1998). Venodynamics in healthy subjects and in patients with venous dysfunction. Scope Phleboloby Lymphology, 5, 4-12.

https://www.pathwayz.org/Tree/Plain/BLOOD+VESSELS 
https://biologicallyblog.com/2021/04/30/blood-vessels/