[스쿠버다이빙 이론교육 3] 심장과 혈액

[스키퍼[김승규]]

[이론강좌3] 심장과 혈액

에피타이저

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심장

아무리 번화한 대도시의 현기증 나는 교통 혼잡도 우리들 몸 속의 끊임 없는 활동에 비하면 아무 것도 아니다. 신체속 수조개의 세포 하나하나는 밤낮없이 짐을 싣고 내리는 작업을 쉬지 않고 계속 하고 있다.

즉, 영양분과 산소를 받아들이고 노폐물을 버리는 작업이다. 이 일은 수면중에는 약간 속도가 느려지지만 결코 중단하는 일이 없다. 만일 멈춘다면 그것은 죽음을 의미한다.

대도시와 마찬가지로 신체에도 그 귀중한 화물을 이곳 저곳에 실어 나르기 위한 운수조직이 필요하다. 이 수송망은 동맥, 소동맥, 모세혈관, 소정맥, 정맥 등으로 불리고 있으며 체내의 이들 수송망의 전장은 줄잡아도 9만 6천 5백킬로미터나 된다.

이 방대한 수송망에 있어서의 주역은 혈액이다.

그리고 혈액의 흐름을 지배하는 것은 심장이다. 심장의 펌프 작용의 힘으로 혈액은 화물을 싣고 심장을 빠져나가 전신을 쉴새 없이 돌아다닌다. 즉, 다시 심장에 돌아왔다가 또 내보내진다.

심장의 펌프작용은 매우 확실하고 힘차서 성인의 경우 하루에 4.7리터의 혈액이 1,000회 이상이나 순환한다. 그래서 하루 총 4,700 ~ 5,700리터의 혈액을 내보내고 있는 셈이 된다.

 심장의 발견

좀더 옛날 사람들도 자기 심장의 존재는 깨닫고 있었다. 즉, 심장의 고동을 느 낄 수가 있었고, 또 상처에서 뿜어나오는 빨간 액체가 생과 사에 관계되고 있다는 것도 감지하고 있었다. 그리고, 사람들이 다소나마 이론을 따지기 시작하게 되자 심장과 혈액을 관련시켜서 생각하게 되었다.

사람들은 심장과 혈관의 구조에 대해서는 좀더 정확한 자료를 수집하게 되었다고는 하나 심장혈관계 그 자체가 어떻게 작용하는가 하는 데 대해서는 여전히 그릇된 추측을 계속하고 있었다. 예를 들면, 그리스인은 심장은 지성의 자리로서 황담즙, 흑담즙, 점액 및 혈액이라는 이른 바 4체액을 만들어 내는 고유의 열이 있는 장소라는 설을 믿고 있었다.

그리스 의학의 대가인 갈레노스는 혈액의 운동을 조수의 운동에 비유하는 입장을 취하고 있었다. 그는 혈액은 한꺼번에 심장에서 흘러나가서는 때에 따라 그 불순물을 버리기 위해 마치 조수가 빠지듯이 심장쪽으로 되돌아 오고, 때로는 동일한 목적을 위해 폐까지도 사용하는 수가 있다고 주장하였다.

혈액에 관한 갈레노스의 주장은 오랫동안 신성불가침의 것으로 간주되어 왔다.

17세기에 영국의 윌리엄 하비가 심장에 관한 바른 견해를 발표하여 의학상 불멸의 진리를 확립하기까지는 갈레노스의 견해에 약간의 수정을 가한 정도의 학설이 지지되고 있었던 것이다.

하비는 의사가 되려고 생각하고 이탈리아의 파두아 대학에 입학했다. 이탈리아는 그 무렵 갈릴레오와 그의 역학에 관한 새로운 원리로 뒤끓고 있었다.

하비는 운동에 관한 갈릴레오의 설이 인간의 체내에 있어서의 혈액의 흐름에도 해당되는 것이 아닐까 하고 생각하기 시작했다.

하비는 런던에 돌아온 뒤 20년 이상이나 이 문제에 대한 탐구를 계속했다. 그는 15종류의 상이한 동물의 생체 해부를 실시하여 끄집어 낸 심장의 팽창, 수축이 어떻게 행해지는가를 조사하고 또 혈관의 배치를 연구했다.

그는 또 살아있는 인간으로 실험을 실시했다.

그래서, 바깥에서 보이는 정맥이나 동맥에 여러 가지 압력을 가해 보고 단단히 묶으면 정맥은 항상 부풀지만 동맥은 부풀지 않는다는 것을 알게 되었다.

하비는 이 실험에 의해 정맥과 동맥을 관찰했다. 즉, 한쪽은 혈액이 흘러가는 통로이고, 다른 한쪽은 혈액이 흘러나오는 통로로서, 각기 다른 기능을 가지고 있다는 것을 확인한 것이다.

하비의 최대의 업적은 혈액의 순환이 심장의 기계적 운동의 결과 임을 증명한 것이다. 그는 우선 첫째로 심장의 펌프 작용이 밀어내는 혈액의 양을 측정하지 않으면 안되었다. 이것을 측정하기 위해 그는 이동하는 물체에 관한 갈릴레오의 양적 계산법을 이용했다.

시체의 부풀어 오른 심장을 조사한 결과, 하비는 심장의 가장 큰 방이 받아 들일 수 있는 혈액의 최대량은 무게로 따진다면 57그람 임을 알게 되었다. 그리고 그 심장은 30분동안에 1,000회 고동하며, 1회 고동으로 14그람의 혈액을 내보내는 것이라고 생각했다.

나중에 안 사실이지만 이러한 숫자는 아주 줄잡은 것이었다. 그러나, 그럼에도 불구하고 이 숫자들은 그가 주장하려 하고 있는 것을 증명하고 있었다.

하비의 계산에 의하면, 심장은 30분간에 500액량온스, 즉 약 14.9리터의 혈액을 내보내지 않으면 안 되는 것이 되는데.. 이것은 건강한 남자의 전신의 혈액량의 2배 이상이 된다. 심장이 같은 혈액을 반복하여 펌프작용으로 내보내고 있다는 것은 이것으로 분명해졌다.

하비는 "나는 이를테면 원 운동 같은 운동이 이루어지고 있는 것은 아닐까? 하고 생각하기 시작했다"라고 쓰고 있다. 그는 1628년에 이제는 고전이 되어 있는 "심장과 혈액에 대하여"라는 저서 속에서 그 이론을 발표하였는데, 의학계는 이러한 이론에 경탄하며 그것이 반론의 여지가 없는 것임을 인정했다.

하비는 혈액이 심장에서 멀어지는 것을 멈추고 심장을 향해 움직이기 시작하는 장소를 정확히 지적할 수은 없었다. 그러나 그 장소는 그가 죽은뒤 4년이 지난 1657년에 이탈리아의 생리학자 마르첼로 말피기에 의해 발견되었다.

말피기는 하비가 사용 할 수 없었던 현미경이라는 도구를 사용하여 개구리의 폐를 관찰했다. 그 결과, 정맥과 동맥 사이를 잇는 것이 모세혈관임을 발견한 것이다.

모세혈관은 모든 혈관중에서 가장 작아서 10줄기를 협쳐도 털의 굵기밖에 안 될 정도로 가는 혈관이다.

 

심장의 운동

심장은 흉강 속에서 거의 신체의 중심선 가까이에 뾰족한 쪽이 밑으로 하여 들어 앉아 있다. 그 벽은 고리, 소용돌이, 루프 등의 모양으로 뒤틀린 두꺼운 근육으로 되어 있다. 이들 근육의 벽에 둘러싸인 4개의 속이 빈 방이 있다. 좌우에 하나씩 혈액이 흘러드는 방, 즉 심방이 있다.

그 밑에 역시 좌우에 하나씩 혈액을 펌프작용으로 내보내는 방, 즉 심실이 있다. 우심방 속에는 작은 덩어리이면서도 엄청나게 큰 일을 하는 동결절이 있다.

이 동결절은 신체의 다른 부분에서는 어디에서도 찾아 볼 수 없는 특별한 신경 비슷한 근육조직으로 되어 있으며, 심장의 고동을 일으키고 고동의 박자를 조절하는 작용을 하고 있다. 하비 이전에 뿌리깊이 만연되어 있던 그릇된 상식에서는, 혈액이 중격에 있는 가는 구멍에서 스며나와 심장속을 흐른다는 것이었다. 그러나 실제로는 혈액의 통로는 그렇게 중격을 통해 좌우로 통하고 있는 것이 아니라, 위쪽에서 아래쪽으로 통하고 있는 것이다. 이들 개구부는 혈류의 방향을 제어하는 밸브를 지니고 있으며, 왼쪽 심방을 왼쪽 심실에, 오른쪽 심방을 오른쪽 심실에 연결시키고 있다.

요컨대 심장은 이러한 2개의 펌프가 등을 맞대어 구성되어 있는 것이다. 혈액이 이 심장의 한쪽에서 다른 쪽으로 가기 위해서는, 체내의 긴 도정을 돌아서 가지 않으면 안되는 것이다. 혈액의 여행은 끝이 없는 것이다. 따라서 그 도정을 설명하기 위해서는 임의의 기점을 정할 필요가 있다.

가령, 지금 어떤 양의 신선한 혈액이 좌심방에 막 흘러든 장면을 연상해 보면, 이 순간에 심장은 대략 1초의 5분의 3가량의 간격이 고동과 고동의 중간기에 있다. 혈액이 흘러드는 방, 즉 심방이 가즉 차 있다는 것은 이 이완기 동안이고 다음 순간에는 좌심방이 수축하여 혈액을 아래의 좌심실로 밀어낸다.

이어서, 좌심실이 수축하면, 속판이 닫히고 신체의 주동맥인 대동맥으로 통하는 다른 하나의 밸브가 열린다. 이리하여 혈액이 대동맥 속으로 기세좋게 흘러드는 것이다. 대동맥은 2.5센티미터 가량의 굵기로 크게 활 모양으로 휘어 있다.

즉, 심장에서 위로 뻗어 등을 따라 복부로 내려가고 있다. 또 대동맥으로부터는 다른 큰 동맥이 머리, 소화기관, 두 손,두 발을 향해 뻗어 있다.

이들 동맥에서는 좀더 작은 소동맥이 분지하고, 다시 소동맥에서는 극히 작은 모세혈관이 분지하고 있다. 수 천에 달하는 모세혈관이 무수한 그물 모양의 구조를 형성하고 있다. 말하자면 이곳이심장에서 바깥으로 나온 혈액의 여행의 종착역이다.

펌프에 의해 밀려나와 닫혀진 회로를 흐르는 액체는 어떤 종류의 것이든 반드시 압력의 작용에 의해 활동한다. 심장으로 부터의 압력은 대동맥의 벽의 근육에 의해 강화된다. 만일 대동맥에 구멍을 뚫으면 혈액은 약 2미터의 높이로 핏줄기를 뿜어 올 릴 정도이다.

그때문에 큰 동맥은 거기에서 분지된 동맥보다도 훨씬 튼튼한 벽으로 되어 있으며, 그 벽은 근육과 강한 탄력성을 나타내는 탄성조직의 두꺼운 층으로 되어 있다.

이 탄력성이 얼마나 중요한가? 이것은 이들 혈관벽이 지방성 물질이나 칼슘의 흡착에 의해 경화했을 경우 동맥관의 축소를 수반하게 되는데, 동맥경화증으로 알려져 있다. 그러나 건강한 동맥벽은 심장의 고동에 따라 잘 늘고 잘 원상복귀 한다.

그래서, 이 운동은 신체의 표면 가까이에 동맥이 존재하고 있는 곳이라면 어디 에서나 맥박으로서 느낄 수가 있다.

혈액이 모세혈관에 도달할 무렵에는 속도는 비교적 느려진다. 또, 그 통로는 혈액 세포인 혈구가 몸을 뉘어 스름스름 미끄러져 나가지 않으면 안될만큼 좁아져 있다.

여기에서 혈액이 싣고 온 용해된 영양분과 산소를 하역하는 것이다. 이들 영양분과 산소는 현미경으로밖에는 보이지 않는 얇은 모세혈관의 벽을 뚫고 임파액이라는 액체에 의해 마련된 수성의 다리를 지나 체세포 속으로 들어간다.

동시에 체세포에서 이산화탄소, 요소, 요산 따위의 노폐물이 같은 루트를 거꾸로 지나 혈액의 흐름 속에 들어온다. 이 활발한 작업은 모세혈관의 하나하나가 어느 체세포로부터도 털 한 올의 폭 이상은 떨어져 있지 않은 곳에서 행하여지고 있다.

혈액이 산소를 방출하고 노폐물을 받아들이면, 그 빛깔은 선명한 적색에서 칙칙한 적색으로 바뀐다. 여기에서 혈액은 모세혈관이 하나하나 모여서 하나가 된 작은 정맥, 즉 소정맥 속으로 살금살금 흘러 들어 심장에로의 귀로에 오른다.

소정맥은 다시 합류하여 큰 정맥이 되고, 그런 다음 그 정맥은 심장의 바로 위 또는 바로 밑에 있는 2개의 대정맥으로 합류된다. 그 다음 혈액은 우심방에 흘러들고, 이어서 우심실로 내려간다.

그 다음에는 다시 양쪽 폐로 통하고 있는 하나의 큰 동맥, 즉 폐동맥을 통해 심장 바깥으로 나간다. 그러면 폐가 혈액에 신선한 산소를 부여하여 선홍색과 활력 을 회복시켜 좌심방에 들여보내어, 다시 체내 여행을 되풀이 할 수 있도록 하는 것이다.

혈액이 맨 처음 좌심방에 들어갔다가 다시 좌심방에 돌아올 때까지의 시간은 약 20초이다. 복잡하고 구불구불한 그 행로를 생각한다면, 믿을 수 없을 만큼 빠른 속도이다.

게다가 체순환이라고 불리는 혈액의 대순환은 혈액이 지칠 줄 모르고 여행을 계속하고 있는 몇몇 루트중의 하나에 지나지 않는다.

위에 적은 폐를 왕복하는 혈액 루트는 폐순환이라고 하는데, 체순환과 함께 주요한 순환경로로서 간주되고 있다.

체순환은 또 몇가지 특별한 부문도 포함하고 있다. 이것들은 국소적이기는 하나 매우 중요하다. 혈액은 이 루트를 동시에 기운차게 순환하여 특수한 주요 기관의 기능을 돕고 있는 것이다. 이들 국소적 순환에는 신순환(신장), 문맥순환(간장), 뇌순환(뇌), 관상동맥 (심장자신) 따위가 있다.

보통 상태에서도 심장이 혈액을 펌프작용으로 내보내는 속도가 빨라지는 수가 있으나, 그 속도가 현저하게 빨라지는 것은 신체의 그 어느 부분으로부터의 특별한 수요에 응할 필요가 있을 때이다.

가령 스쿠버다이버가 조류의 역방향으로 힘찬 핀킥을 하고 있을때 그의 발은 즉시 여분의 혈액 유입을 요구한다. 이 요구는 그다지 긴급한 혈액수요가 없는 신체의 다른 부분에 있는 모세혈관이 일시적으로 닫혀지는 덕분으로 덕분으로 충족된다. 이러한 예에서는 대부분의 경우 위나 장의 모세혈관이 평소의 혈액의 사용분을 빌려준다.

한편 위나 장은 식사 후에는 여분의 혈액을 요구하는데, 이것은 소화를 돕기위해 자기들의 용량껏 혈액을 사용하지 않으면 안되기 때문이다. 때문에 식사직후의 다이빙시도는 이런면에서도 적절치 않다는 것이리라.

과격한 운동, 심한 육체노동이나 스트레스가 있을 때도 심장은 비교적 한가한 때에 비해 8배, 즉 1분간에 45리터의 혈액을 보낸다. 이와 동일한 양의 액체를 퍼내는 데에는 꽤 큰 수동 펌프를 사용한다 해도 훨씬 많은 시간이 소요될 것이다. 그런데, 심장은 단시간 동안에 해야할 일이 급증하더라도 고장을 일으킴 없이 적응할 수가 있다.

그리고 수요가 감소되어 가면 감소됨에 따라 속도를 줄이고 긴장을 푸는 것이다. 수요가 오래 계속되는 경우에도 심장은 적응할 수가 있다.

근육이 두꺼워지고 심실의 용량이 증대하고 심장의 크기가 2배로 부풀어오르는 일도 실제로 일어난다. 고혈압증 환자의 심장은 흉강의 절반을 차지하는 수도 있다. 고혈압증에서는, 신장의 기능장애에서 신경의 긴장까지의 여러가지 요소가 한데 어울려 어떤 저항을 빚어내어 혈액의 흐름이 소동맥을 지나는 것을 방해한다. 심장은 이 장애를 극복하기 위해 한층 더 강하게 혈액을 밀어내지 않으면 안되게 된다.

다이빙포인트에 접근하기 위해 장거리 이동중의 비숙면 그리고 충분한 휴식없이 다이빙을 시도하게 되면 과로가 겹쳐 심장의 펌프 능률이 저하된다. 그러한 경우 심장은 그것을 메우기 위해 한층 더 미친듯이 고동을 쳐, 마침내는 그것을 견디지 못해 기능부전에 빠지고 말 수도 있다. 이런 이유로도 다이빙전에는 충분한 휴식이 필요한 것이다.

 혈액

현미경의 발명에 의해 혈액 그 자체의 구성 분자를 자세하게 관찰할 수 있게 된 이래, 적혈구라는 혈액의 한 구성분자를 최초로 발견한 사람은 이미 소개한 말피기이다.

이 발견은 그가 하비가 간과한 모세혈관의 존재를 규명한 얼마 뒤의 일이다. 그로부터 약 300년이 지난 오늘날에도, 그 사이에 연구를 위한 기술에 관해 여러 가지로 개선과 진보가 이루어졌음에도 불구하고, 혈액의 구성이나 그 어떤 부분의 기능에 대해서는 아직도 많은 수수께끼가 남아 있다.

혈액은 4가지의 주요 성분으로 되어 있다.

혈액의 약 55퍼센트는 혈장이라고 부르는 액체이고, 나머지 45퍼센트는 세 종류의 세포로 되어 있다. 즉, 말피기가 발견한 적혈구와 백혈구, 그리고 혈소판이다.

백혈구의 어떤 종류의 것을 제외하고는 혈액세포는 모두 골수속에서 만들어 진다. 혈액세포를 부유시키고 있는 혈장은 노란 빛깔을 띤 액체인데, 그 92퍼센트는 물, 나머지 8퍼센트는 생명유지에 꼭 필요한 많은 물질로 되어 있다.

이들 물질 가운데는 포도당, 지방, 아미노산 같은 영양소, 나트륨, 칼륨, 칼슘 같은 무기질, 피브리노겐(섬유원소), 알부민 및 각종 글로불린 같은 특수한 단백질 등이 있다.

또 바이러스와 그밖의 신체에 달갑지 않은 침입자를 물리치는 방위 글로불린인 각종 항체나 인슐린, 에피네프린 같은 여러가지 호르몬 따위도 포함되어 있다.

에피네프린은 아드레날린이라고 더 알려져 있는데, 어떤 긴급상황에 의해 한층 많은 혈액을 근육에 보낼 필요가 있을때 심장의 박동 수를 높이는 작용을 하는 것이다.

혈장은, 혈액의 영양분, 산소, 노폐물 운반의 역할과는 별개로 신체의 화학적 평형, 함수량, 온도 등을 항상 안전한 수준으로 유지하는 중대한 역할을 한다. 적혈구의 수는 백혈구의 1에 대해 700이라는 숫자이다.

이들 적혈구는 폐속의 산소를 신체의 다른 부분으로 운반해 주고 거기에서 이산화탄소를 가지고 폐로 다시 돌아오는 매우 중요한 일을 한다. 적혈구의 생애는 격렬하고 짧아서 태어난지 3~4개월 후에는 새 적혈구와 교체된다.

산소를 운반하는 이 적혈구의 역할은 적혈구내의 헤모글로빈의 양에 의해 좌우되고 있다. 헤모글로빈은 혈액에 빨간 빛깔을 내게 하고 있는 단백질과 철의 화합물인데 산소를 붙잡아 목적지에 도달할 때까지 절대로 놓치지 않는 화학적인 기능을 갖추고 있다.

산소는 혈장에는 잘 용해되지 않으므로, 헤모글로빈과 산소의 결합력은 중요하다. 이 결합력이 없으면 혈액은 혈장에 용해된 약간의 산소를 2.5초 동안 정도밖에 운반할 수가 없다.

예를 들면, 재채기를 한 뒤의 아주 짧은 호흡없는 시간조차도 치명적인 결과를 낳게 된다. 어떤 이유에 의한 것이든 헤모글로빈의 양이 적혈구가 필요로 하는 양보다 밑돌게 되면, 그 결과는 빈혈이 된다.

가능한 신선한 육류나 계란 등 철분이 풍부한 식품을 다이빙투어전 장복하거나 헤모글로빈 부족체질의 다이버는 치료제를 휴대하여야 하는 이유가 여기에 있다. 물론 임산부의 다이빙자제 이유도 될수 있겠다.

백혈구는 부적절한 박테리아가 신체 속에 침입했을 때 언제라도 대거 출동하여 그것을 에워싸서 죽여 버리고 만다. 백혈구가 전투를 위해 출동할 때는 반드시 신체가 그것을 보충하기 위해 더욱 많은 백혈구를 만들어 내어, 보통 때의 2배나 되는 수의 백혈구가 1시간내에 혈액속에 나타난다. 이 백혈구의 증가는 위험한 병의 감염을 알아내는 데 도움이 된다.

혈액의 3가지 세포형 구성분자 중에서 가장 불가사의한 존재는 혈소판이다. 작은 판자와 비슷하다해서 그 이름이 혈소판인 것이다.

이 세포는 100년쯤 전에 발견되었는데, 그 정체는 오랫동안 연구자들의 수수께끼 가 되어 있었다. 그러던 중에 혈소판이 적은 사람이 특히 출혈하기 쉽다는 사실이 밝혀져, 혈소판은 혈액의 응고에 매우 중요한 것이라는 것을 알게 되었다.

혈소판은 찢어진 혈관의 꺼칠 꺼칠한 표면에 닿으면 파열하여 몇가지 화학물질을 방출하는데, 이들 물질이 새어 나오는 혈액 속에 어떤 반응을 일으킨다.

이 반응의 정확한 과정은 아직 분명히는 모르지만, 반응의 결과는 알려져 있다. 그것은, 혈장 속의 피브리노겐이라는 단백질이 결정화 하여 그물 모양의 것으로 변하고 적혈구를 끌어 들여, 이에 의해 혈액의 누출구를 봉쇄한다는 것이다.

혈액은 그 기본적인 활동을 수행하기 위해 임파라고 불리는 물질에 크게 도움을 받고 있다. 이 물과 같은 액체는 앞에서 언급했듯이 모세혈관과 체세포 사이에서 산소, 영양 물질, 노폐물 등의 교환이 이루어질 때 교량과 같은 구실을 하고 있다.

혈액의 흐름이 모세혈관을 통해 체세포에 인도할 짐을 부릴 때, 혈장 속의 단백질의 대부분도 역시 혈압의 힘으로 모세혈관 바깥으로 달아나고 마는데, 그 양은 하루 동안에 전체의 절반정도의 양에 달한다.

일단 혈관 밖으로 나가 버리면, 코스에서 벗어난 이들 단백질은 직접 혈액의 흐름 속으로 되돌아 갈 수가 없다. 그래서 임파가 데리고 오는 것이다. 임파는 임파모세관과 임파관으로 된 특별한 순환계를 갖고 있어서, 그것을 통해 길 잃은 단백질을 어깨 근처에 있는 정맥으로 보내고, 정맥은 그것을 다시 심장에 보내는 것이다.

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NAUI Course Director

NAUI Nitrox diving Instructor

ASHI CPR Instructor

김승규

팀 드레이크/team DRAKE