각 심장주기는 심근이 이완해 있는 기간인 확장기(diastole)와 근육이 수축해 있는 동안의 기간인 수축기 (systole)로 나눌 수 있다. 심방과 심실은 동시에 수축하고 동시에 이완하지 않기 때문에 심방과 심실에서 일어나는 현상을 다르게 접근해보겠다. 심장주기 동안에 일어나는 혈류현상에 관해서 논의해보면, 혈액은 고혈압 부위에서 저혈압 부위로 흘러가는 것은 이미 알고 있고, 수축은 혈압을 높이고 이완은 혈압을 낮춘다는 것을 생각해보자. 이제 심장주기를 다섯 단계로 나누고 각 단계를 그림 14-17a에 나타냈다.
① 휴식기의 심장: 심방과 심실의 이완기. 먼저 심장주기를 심방과 심실이 이완해 있는 짧은 기간에서부터 시작해보자. 심실의 수축이 막 끝날 무렵에 심방은 정맥으로부터 온 혈액으로 채워진다. 심실이 이완되면 심방과 심실 사이에 있는 방실판이 열린다. 혈액은 중력에 의하여 심방에서 심실로 이동한다. 이완된 심실은 더 확장하여 많은 혈액을 수용할 수 있게 된다.
② 심실로 들어가는 혈액 유입의 완성: 심방 수축. 심방이 확장되는 동안에 대부분 혈액이 심실로 들어가지만 심방이 수축해 혈액을 심실로 밀어낼 때 나머지 20%의 혈액이 심실로 들어가게 된다. (이는 휴식기의 인간에게 적용되는 법칙이기는 하지만 심장박동속도가 빨라지거나 운동 시에 심방 수축은 심실로 들어가는 혈액의 유입에 중요한 역할을 한다.) 심방 수축기 또는 심방 수축은 심방의 아래로 탈분극파가 진행되어가면서 시작한다. 수축을 수행하기 위한 압력의 증가는 혈액을 심실로 밀어내는 작용을 한다.
적은 양의 혈액은 정맥으로 역류하게 된다. 수축하는 동안에 정맥과의 연결구가 좁아지기도 하는데 이는 혈액의 역류를 방지하는 판막이 없기 때문이다. 머리와 가슴을 30°로 위쪽을 향해 누워 있는 사람의 경우, 혈액이 정맥으로 역류하는 현상을 목동맥에서 관찰할 수 있다. [흉쇄 유양 돌기성근육(sternocleido mastoid muscle)이 쇄골 아래로 달려가는 부위에 형성된 구멍을 보라.] 똑바로 앉아 있는 사람의 목 위의 경맥은 우심방 압력이 정상보다 높다는 것을 알려주는 표시이다.
③ 초기 심실 수축과 첫 번째 심음. 심방이 수축하면서 탈분극파는 서서히 방실결절의 전도세포를 통하여 이동한다. 그리고 난 후 푸르키네섬유 아래쪽으로 가서 정단으로 빠르게 내려간다. 심실 수축은 나선상의 근육대가 혈액을 기저부로 밀어내면서 시작한다. 방실판의 아래쪽에서 위쪽으로 압력이 가해지면서 방실판을 닫게 되면 심방으로의 혈액역류가 방지된다. 방실판이 닫히면서 일어나는 떨림은 첫 번째 심음(first heart sound)S1은, 즉 ‘꿍꽝’의 ‘꿍’ 소리를 생성한다.
방실판과 반월판이 닫히면, 심실에 있는 혈액은 어디로도 가지못한다. 그럼에도 불구하고 심실은 계속해서 수축하는데，이는 물풍선을 손으로 쥐어짜는 현상과 같이 생각해보면 된다. 이는 근섬유가 움직이지 않고 근력만 만들어지는 제길이 (isometric)수축과 유사하다. 치약의 비유로 돌아가면，뚜껑이 닫힌 상태에서 치약을 짜는 것과 같다. 즉, 고압력이 치약통 안에서 발생하고 치약은 안에 머물러 있는 상태이다. 이 시기에는 심실 내부 혈액의 부피 변화가 일어나지 않기 때문에 등적성 심실 수축(isovolumic ventricular contraction: ‘동일함’을 뜻하는 iso-에서유래)이라 한다.
심실이 수축하기 시작하는 동안에 심방 근섬유는 재분극되면서 이완한다. 심방의 압력은 정맥의 압력보다 낮아지고 혈액은 정맥에서 심방으로 흐르게 된다. 방실판이 닫히면 심장의 위쪽방과 아래쪽 방은 서로 고립되고 심방으로의 혈액의 유입은 심실에서 일어나는 현상과 독립적으로 진행한다.
④ 심장 펌프: 심실 사출. 심실이 수축하면서 반월판이 열릴 만큼의 충분한 압력이 내부에서 생기면, 동맥으로 혈액을 밀어내게 된다. 심실 수축으로 생긴 압력은 혈류의 원동력이 된다. 고압력의 혈액은 동맥으로 들어가서, 동맥에 채워져 있던 저압력의 혈액과 대체되고, 동시에 저압력의 혈액을 혈관계 먼 곳으로 밀어낸다. 이 시기 동안에 방실판은 닫혀 있게 되고 심방은 계속해서 혈액으로 채워지게 된다.
⑤ 심실이완과 두 번 째 심음. 심실에서의 사출 끝 무렵에 심실은 재분극이 일어나며 이완하게 된다. 그렇게 되면서 심실의 압력은 낮아진다. 심실의 압력이 동맥의 압력보다 일단 낮아지면, 혈액은 심장 쪽으로 역류되기 시작한다. 이러한 혈액의 역류는 반월판의 컵 모양 첨판에 채워지게 되고 이렇게 채워진 힘은 반월판을 닫게 만든다. 반월판이 닫히면서 생기는 떨림은 ‘꿍꽝’의 두 번째 음인 ‘광’이라는 두 번째 심음(second heart sound) S2이다. 일단 반월판이 닫히면, 심실은 다시 닫힌 방이 된다. 비록 떨어졌다 하더라도 심실의 압력은 심방보다 높기 때문에 방실판은 닫혀있게 된다. 이 기간은 심실의 부피가 변하지 않은 상태이기 때문에 등적성 심실 이완(isovolumic ventricular relaxation)이라 한다. 심실 이완으로 심실의 압력이 심방 압력보다 낮아지기 때문에 방실판이 열린다. 심실의 수축기 동안에 축적된 심방의 혈액은 심실로 들어가게 되고 새로운 심장주기가 시작된다.
참고자료: 인체생리학 제7판, 지은이 Dee Unglaub Silverthorn, 옮긴이 고영규 김명준 김재호 민계식 박세호 박헌용 백자현 설원기 윤계순 윤치영 윤화경 장종수 조쌍구
