심박출기능(ejection function)에 대한 이해


목차

심박출량(Cardiac output, CO)의 조절

심장의 핵심기능은 박출기능입니다. 심장의 박출기능에 미치는 인자는 크게 4가지로 요약할 수 있습니다. 특히 심부전의 병태생리와 밀접하게 연관되어 있기 때문에 박출기능에 관여하는 인자에 대해 잘 이해할 필요가 있습니다.

  1. 전부하(preload)
  2. 후부하(afterload)
  3. 심근수축력(contractility)
    +
  4. 심박수(heart rate)

전부하(preload)는 심장이 수축하기 전에 심근을 늘이는 부하를 말하고, 후부하(afterload)는 심장이 수축하면서 이겨내야 하는 혈관의 저항을 말합니다. 심근 수축력(myocardial contractility)는 주어진 부하에서 심근을 수축시키는 능력을 말합니다.

 

  • CO = SV X HR (Cardiac output = Stroke volume x Heart rate)
  • BP = CO X SVR (Blood pressure = Cardiac output x Systemic vascular resistance)
  • SV: preload, contractility, afterload에 의해 결정 → Preload, contractility, heart rate은 클수록, afterload는 작을수록 CO 증가

 

Preload

  • 이완기말 좌심실용적 (LVEDV, Left ventricle end-diastolic volume)

preload의 결정 요소

설명/예시

전체 혈액량(Total blood volume): 순환혈액량(circulatory volume)

  • 대량 출혈 시 저혈량증에 의한 preload ↓

혈액량의 분포(Distribution of blood volume)


 


 


 


 

체위(body position)

  • 선 자세: 중력에 의한 정맥환류량(venous return)↓→ preload↓
  • 누운 자세에서는 정맥환류량↑ → preload↑

흉강내압(intrathoracic pr.)

흉강내압이 음압이 될 수록 심장으로 돌아오는 혈액이 증가합니다. 흡기에 심장으로 돌아오는 혈액이 많고 호기에 심장으로 돌아오는 혈액이 적은 이유도 바로 흉강내압의 변화 때문입니다.

  • 흡기 시 흉강내압이 강하게 음압 → 정맥 환류↑(운동 시 과환기로 인해 정맥환류 더↑)

심낭내압(intrapericardial pr.)

  • constrictive pericarditis, tamponade 발생 시 심실 충만 감소 → preload↓

정맥 긴장도(venous tone)

  • 저혈량증: 말초혈관 수축으로 preload 감소를 보상
  • 운동: 말초정맥 수축으로 정맥환류량↑

근육의 펌프 작용

  • 운동 시 근육의 수축에 따른 펌프 작용으로 인해 정맥환류량↑

심방 수축(atrial contraction)“artrial kick”

  • 이완기 말에 작용하여 심실 충만에 기여
  • AFib/AFL시 atrial kick↓ → preload↓


  1. Preload 증가 시 SV 증가 → CO 증가 (Frank-Starling curve )
  2. 임상적으로는 이완기말 심실압력(LVEDP) ≒ preload (∵ LVEDP와 LVEDV가 비례)

 

Afterload: 수축기동안 심실 벽에 가해지는 긴장 (Systolic wall tension)

  1. LaPlace’s law 에 의해서 결정
    Wall tension = 심실내압력(transmural pressure) × 심실크기(직경, radius) / 심실벽두께(wall thickness) × 2
    • LV dilatation: 좌심실 반지름↑ → wall tension↑ → Afterload↑
    • LV hypertrophy: 좌심실벽 두께↑ → wall tension↓ → Afterload↓
  2. Afterload 증가 시 SV 감소 → CO 감소
  3. 임상적으로는 수축기 동맥압이 afterload를 추정하는 데에 유용

Afterload 결정인자

설명/예시

전신혈관저항(Systemic vascular resistance)


 

  • 말초혈관 수축 시 afterload 증가/확장 시 감소
  • 운동: 운동과 관련 없는 부위 말초혈관 수축(afterload 증가 요인) + 근육/피부 말초혈관 확장(afterload 감소 요인)
    → afterload의 최종적 감소
    → CO 증가에 비해 BP는 상대적으로 낮게 유지하는것이 가능함

동맥 분지의 탄력성(Elasticity of arterial tree)

  • 노인에서 elasticity 감소로 afterload 증가 → isolated systolic HTN

동맥 혈액량(Arterial blood volume)

 

심실벽 장력(Ventricular wall tension)

심실 반지름(ventricular radius)


심실벽 두께(ventricular wall thickness)

dilatation: 심실 반지름↑→ wall tension↑ → afterload 증가

hypertrophy: 심실벽 두께↑→ wall tension↓ → afterload감소

 

Contractility: 증가 시 SV 증가 → CO 증가

  1. 조절기전
    • 교감신경: Norepinephrine(NE) → β-receptor(심근) → 수축력↑
    • 혈액 내 카테콜아민: 부신 수질에서 분비되어 수축력 및 HR 조절
    • Force-frequency relation: HR이 증가 시 수축력↑
  2. 수축력이 증가하는 경우: inotropic agent 
    • digitalis, dopamine, dobutamine, phosphodiesterae III inhibitor, isoproterenol 
  3. 수축력이 감소하는 경우
    • hypoxia, ischemia, myocardial fibrosis, cardiomyopathy, ventricular remodeling, 
    • chronic/excessive hypertrophy, chronic overexpression of neurohormones 
    • 약제: verapamil(non-DHP CCB), β-blocker, barbiturate, alcohol, anesthetics 등

1) 전부하(preload) 2) 후부하(afterload) 3) 심근수축력(contractility)의 개념을 소변을 보는 것에 빗대어 정리해보겠습니다.

 

전부하(preload)

  • 방광에 차 있는 소변입니다. 소변이 빵빵하게 많이 차 있는 상태(소변을 오래 참은 상태)에서는 바지를 내리자마자 힘을 주지 않았는데도 소변이 분출하는 경험을 많이 했을 것입니다. 바로 preload의 힘입니다.

후부하(afterload)

  • afterload가 큰 경우가 바로 중년 남성에서 흔히 발생하는 전립선비대증(BPH)입니다. BPH가 있는 경우 소변이 시원하게 나오지 않고 찔끔찔끔 나오게 되죠.

심근수축력(contractility)

  • 흔히 정력이라고 일컬어지는 힘입니다. 예전에는 소변 줄기를 얼마나 멀리 보내는지로 정력을 비교했다는 우스갯소리가 있죠.


 

 

운동 시의 심혈관계 변화

말초순환의 적응

  1. 근육과 피부로의 혈류량 증가[← 해당 부분 말초혈관 이완 (afterload↓ 요인)]
  2. 운동에 불필요한 기관의 혈류량 제한[← 해당 부분 말초혈관 수축 (afterload↑ 요인)] → 1.과 2.의 총 합은 afterload를 감소시키는 방향이다

이미지

① preload는 클수록, 즉 이완기말 심실용적(LVEDV)가 커서 심실에서 내보낼 혈액이 많을수록 stroke volume은 커진다.

② contractility 역시 클수록, 즉 심실이 강하게 짜줄수록 stroke volume은 커진다.

③ Afterload는 작을수록, 즉 수축 시에 심실 벽에 걸리는 tension이 작을수록 쉽게 심실수축이 가능하기 때문에 stroke volume은 커진다.

④ CO= SVXHR (stroke volume이 크고 심박수가 높을수록 심박출량은 증가한다.)

⑤ BP=COXSVR (심박출량이 클수록 혈압은 오르며, 전신혈관이 수축하여 전신혈관저항이 커지면 역시 혈압은 오른다.)

⑥ 심박출량이 증가하면 심장에서 내보는 혈액량이 늘어나기 때문에 기존에 말초혈관과 정맥에 머물러 있던 혈액 역시 밀려나서 정맥환류량(venous return)이 증가한다.

⑦ 동맥압은 좌심실의 afterload에 기여하여 동맥압이 높을수록 수축 시 좌심실에 강한 tension이걸리기 때문에 afterload는 증가한다.

⑧⑨ 동맥압은 carotid a.와 aorta에 존재하는 압력수용체(barorecpetor)에 의해 인식되어 CNS로동맥압이 높은지, 혹은 낮은지를 전달한다.

⑩, ⑪, ⑫, ⑬ 동맥압이 낮으면 이를 보상하기 위해 CNS system 중 medullary vasomotor나 고위신경계에 의해 심박수를 높이거나(⑩ 자율신경계), 전신혈관을 수축시키거나(⑪ 자율신경계), 정맥환류량을 늘리거나(⑫), 심근수축력을 향상시킨다(⑬)

⑭ 정맥환류량은 정맥을 통해서 심방으로 유입되는 혈액으로써, 정맥환류량이 늘어나면 심실로유입되는 혈액이 증가하기 때문에 preload 역시 증가한다.

 

정맥환류량의 변화

  • 과환기 + 근육 수축에 의한 혈액 펌핑 + 정맥 수축 → 정맥환류량↑ → preload↑기여

 

교감신경계 활성화 

  • 심장 자극 교감신경 활성화 + 혈중 카테콜아민 농도 증가 → HR↑& 심근 수축력↑ → 심박출량(CO) 증가

 

혈압과 심박출량의 변화

  • 심박출량: 휴식 상태보다 최고 5배까지 증가 가능
  • 근육으로 공급되는 말초혈관 이완으로 동맥압(≒afterload) 증가를 제한하는 효과
    → 혈압을 과도하게 높이지 않고도 심박출량을 최대로 증가시킬 수 있다.
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