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순환계

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1. 개요

순환계는 심장, 혈관, 혈액으로 구성되어 있으며, 척추동물의 심혈관계는 심장과 혈관으로 이루어져 있다. 순환계는 폐순환과 온몸 순환으로 나뉘며, 폐순환은 우심실에서 폐로 혈액을 보내 산소를 공급받아 좌심방으로 돌려보내는 순환이고, 온몸 순환은 좌심실에서 신체 각 부분으로 산소 공급 혈액을 보내고 대정맥을 통해 탈산소화된 혈액을 우심방으로 되돌리는 순환이다. 인간의 순환계는 폐쇄형이며, 림프계는 순환계의 필수적인 하부 기관계로 간질액을 배출하고 림프를 운반하여 면역계와 협력한다. 순환계는 혈액의 순환을 통해 산소, 영양소, 노폐물 등을 운반하며, 다양한 질병의 원인이 될 수 있다. 일부 무척추동물은 개방 순환계를 가지며, 척추동물과 일부 무척추동물은 폐쇄 순환계를 갖는다. 순환계에 대한 연구는 고대 이집트 시대부터 시작되었으며, 윌리엄 하비의 연구를 통해 혈액 순환의 원리가 밝혀졌다.

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순환계
개요
사람의 순환계 (단순화). 빨간색은 [[동맥]]에서 운반되는 [[산소]]화된 혈액을 나타냄. 파란색은 [[정맥]]에서 운반되는 [[탈산소화 혈액]]을 나타냄. [[모세 혈관]]은 동맥과 정맥을 연결함.
사람의 순환계 (단순화). 빨간색은 동맥에서 운반되는 산소화된 혈액을 나타내고, 파란색은 정맥에서 운반되는 탈산소화 혈액을 나타냄. 모세 혈관은 동맥과 정맥을 연결함.
명칭순환계
라틴어systema cardiovasculore
영어circulatory system
cardiovascular system
구성
관련 계통림프계
추가 정보
설명혈액을 순환시키는 동물 기관 계통
관련 용어순환 (circulation)

2. 구조

순환계는 심장, 혈관, 혈액으로 구성된다.[51] 모든 척추동물의 심혈관계는 심장과 혈관으로 구성되며, 순환계는 폐순환과 온몸순환으로 나뉜다.[52][53][54]

몸통의 폐순환과 온몸순환의 모세혈관망

  • '''폐순환'''은 우심실에서 산소가 부족한 혈액을 로 보내 산소를 공급받아 좌심방으로 돌려보내는 순환이다.
  • '''온몸순환'''은 왼쪽 심장에서 신체의 나머지 부분으로 산소가 풍부한 혈액을 보내고 대정맥을 통해 산소가 부족한 혈액을 다시 오른쪽 심장으로 되돌리는 순환이다. 온몸 순환은 대순환과 미세 순환 두 부분으로 나눌 수 있다.


평균 성인의 혈액량은 약 4.7~5.7리터로, 전체 체중의 약 7%를 차지한다.[55] 혈액은 혈장혈구(적혈구, 백혈구, 혈소판)로 구성된다. 소화계는 순환계와 함께 작동하여 온몸 순환으로 심장 박동을 유지하는 데 필요한 영양분을 제공한다.[56] 이 외에도 관상동맥 순환, 대뇌 순환, 신장 순환, 기관지 순환이 있다.

인간의 순환계는 폐쇄형 순환계로, 혈액이 혈관망 내에 있다.[57] 영양소는 미세순환계의 작은 혈관을 통해 이동하여 장기에 도달한다.[57]

림프계림프관, 림프절, 기관, 조직으로 구성된 순환계의 필수 하부 기관계이며, 개방형 순환계이다.[58]

인체의 순환기 계통의 개략도. 동맥은 빨간색, 정맥은 파란색으로 표현되어 있다.


림프계의 주요 기능은 다음과 같다.

  • 림프를 운반하여 간질액을 배출하고, 간질액을 림프관을 통해 다시 심장으로 돌려보내 순환계로 되돌린다.
  • 면역계와 협력하여 병원체에 대한 방어를 한다.[59]

2. 1. 심장

심장은 신체의 모든 부분에 혈액을 펌프질하여 세포영양소산소를 공급하고 노폐물을 제거하는 중요한 기관이다. 심장은 크게 좌심장과 우심장으로 나뉘는데, 좌심장은 폐에서 산소를 공급받은 혈액을 온몸 순환을 통해 전신으로 보내고, 우심장은 폐순환을 통해 산소가 부족한 혈액을 폐로 보내 다시 산소를 공급받도록 한다.

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사람의 심장은 좌심방, 좌심실, 우심방, 우심실의 총 4개의 방으로 구성되어 있다. 우심방은 심장 오른쪽 위에 위치하며, 온몸을 순환하고 돌아온 산소가 부족한 혈액을 받아 우심실로 보낸다. 우심실은 이 혈액을 폐동맥을 통해 폐로 보내 산소를 공급받고 이산화탄소를 배출하도록 한다. 좌심방은 폐에서 산소를 공급받은 혈액을 폐정맥을 통해 받아 좌심실로 보내고, 좌심실은 이 혈액을 대동맥을 통해 온몸으로 순환시킨다.

심장은 2심방 2심실 구조로, 심장의 좌측과 우측이 격벽으로 완전히 분리되어 있어 산소가 풍부한 동맥혈과 산소가 부족한 정맥혈이 섞이지 않는다. 덕분에 조직에 산소를 더욱 효과적으로 공급할 수 있다. 폐정맥대동맥에는 동맥혈이, 대정맥과 폐동맥에는 정맥혈이 흐른다.

심장 자체도 관상 동맥 순환이라는 특별한 순환계를 통해 산소와 영양분을 공급받는다. 관상동맥대동맥 시작 부분에서 갈라져 나와 심장 근육에 혈액을 공급하고, 관상 정맥을 통해 다시 우심방으로 돌아간다. 심방 수축 시 혈액의 역류는 테베시우스 판막에 의해 방지된다.[10]

심장에는 혈액이 한 방향으로만 흐르도록 하는 판막이 존재한다.

2. 1. 1. 폐순환

우심실에서 뿜어져 나온 혈액이 폐에서 이산화 탄소를 내보내고, 산소를 받아들여 좌심방으로 돌아오는 경로이다.

심장에서 지나가는 폐순환. 폐동맥과 기관지 동맥 모두 표시.


폐순환은 산소 고갈 혈액이 폐동맥을 통해 심장에서 멀리 펌프질되어 폐로 이동하고, 산소화되어 폐정맥을 통해 심장으로 되돌아오는 순환계의 일부이다.

상대정맥과 하대정맥에서 산소가 부족한 혈액은 심장의 우심방으로 들어가 삼첨판 (우심방실판)을 통과하여 우심실로 흐른다. 그 후 폐동맥 반막을 통해 폐동맥으로 펌핑되어 폐로 이동한다. 폐에서 기체 교환이 발생하여 이산화탄소가 혈액에서 방출되고 산소가 흡수된다. 폐정맥은 이제 산소가 풍부한 혈액을 좌심방으로 되돌려 보낸다.[10]

기관지 순환은 전신 순환과는 별개로 폐의 더 큰 기도 조직에 혈액을 공급한다.

심장은 우심실에서 폐동맥을 사용하여 정맥혈을 밀어내고, 폐에서 가스 교환을 마친 동맥혈폐정맥을 통해 좌심방으로 모은다. 이 부분의 순환은 폐순환 (소순환)이라고 불리며, 이 부분의 혈관은 영양 공급이 아닌 가스 교환을 목적으로 하기 때문에 기능 혈관이라고도 불린다.[41]

체순환은 좌심방에서 좌심실을 거쳐 대동맥으로 동맥혈을 보내는 것으로 이루어지며, 폐순환은 우심방에서 우심실을 거쳐 폐동맥으로 보내는 것으로 이루어진다.[42]

폐순환 (소순환)의 혈액 흐름[43]
우심방→삼첨판→우심실→폐동맥판→폐동맥→폐 모세혈관 (산소 섭취)→폐정맥→좌심방



태아는 폐호흡을 하지 않으므로, 폐동맥으로 흐르는 혈액은 대부분 동맥관 (보탈로관)을 통해 하행 대동맥으로 보내지고, 폐는 우회된다.[45]

2. 1. 2. 체순환

좌심실에서 뿜어진 혈액이 대동맥을 통해 온몸의 조직에 산소를 공급하고, 이산화 탄소를 받아 우심방으로 돌아오는 경로이다. 심장이 박동함으로써 좌심실로부터 밀려나온 동맥혈은 전신에 뻗어 있는 혈관으로 보내진다. 대동맥은 신체의 위쪽으로 향하는 상행 대동맥과 하반신으로 향하는 복부 대동맥으로 크게 나뉘며, 다양한 동맥으로 갈라져 더욱 세밀한 모세혈관으로 혈액을 보내 신체 조직에 산소와 영양분을 공급한다.[41]

혈중 산소는 각 조직에서 소비되고, 혈중에는 이산화 탄소가 방출된다. 이산화 탄소를 많이 함유한 정맥혈은 모세혈관에서 정맥으로 흘러 들어가, 상반신에서는 상대정맥, 하반신에서는 하대정맥으로 모여 심장으로 보내진다. 이러한 순환을 체순환(대순환)이라고 하며, 이 부분의 동맥은 영양분을 공급한다는 의미에서 영양 혈관이라고도 불린다.[41]

체순환 (대순환)의 혈액 흐름[43]
좌심방→승모판→좌심실→대동맥판→대동맥동맥모세혈관정맥→상대정맥 (상반신으로부터의 혈류)・하대정맥 (하반신으로부터의 혈류)→우심방


2. 1. 3. 판막

판막은 혈액이 한 방향으로만 흐르도록 하는 구조이다. 우심방과 우심실 사이에는 오른방실판막(삼첨판)이 있고, 좌심방과 좌심실 사이에는 왼방실판막(이첨판)이 있다. 삼첨판은 3개의 엽으로, 이첨판은 2개의 엽으로 구성되어 있다. 좌심실과 대동맥 사이에는 대동맥판이, 우심실과 허파동맥 사이에는 허파동맥판이 있는데, 이들은 반달판막이라고 불린다. 반달판막은 3개의 반달 모양 엽으로 구성되어 있다. 판막은 후면의 압력이 더 클 때 열리고 소리가 나지 않으며, 앞쪽의 압력이 더 클 때 닫히고 소리가 난다. 판막은 반대 방향으로 밀려 열리지 않는다.[10]

2. 1. 4. 심근세포

심근세포는 심장 근육을 구성하는 세포로, 수축을 통해 혈액을 순환시키는 중요한 역할을 한다. 심근세포는 크게 자동 조율세포와 수축세포로 나뉜다.

자동 조율세포는 스스로 규칙적인 활동 전위를 발생시켜 심장 박동을 조절한다. 이들은 수축하지는 않지만, 심장 전체의 수축 리듬을 만들어내는 핵심적인 역할을 한다. 자동 조율세포에는 다음과 같은 것들이 있다.

  • 굴심방결절: 위대정맥 입구 근처 우심방 벽에 위치하며, 분당 70~80회 정도의 활동 전위를 생성한다. 굴심방결절에서 생성된 활동 전위는 간극연접을 통해 다른 세포로 전달되어 심방을 수축시킨다.
  • 방실결절: 우심방과 우심실 사이 격벽에 위치하며, 굴심방결절에서 전달된 활동 전위를 히스다발로 전달한다. 방실결절을 지나는 동안 활동 전위 전달이 지연(방실결절 지연)되어 심방과 심실이 동시에 수축하지 않고 심방의 혈액이 심실로 충분히 전달될 수 있게 한다.
  • 히스다발: 심실 사이 격벽을 따라 여러 갈래로 갈라져 있으며, 푸르키네 섬유로 활동 전위를 전달한다.
  • 푸르키네 섬유: 히스다발에서 뻗어 나와 심실 근육 전체에 퍼져 있으며, 심실의 수축세포에 활동 전위를 전달하여 심실을 수축시킨다. 자동 조율세포 중 활동 전위 전도 속도가 가장 빠르다.


굴심방결절은 가장 빠른 속도로 활동 전위를 생성하여 심장 박동수를 결정한다. 만약 굴심방결절에 문제가 생기면, 두 번째로 빠른 방실결절이 심장 박동수를 조절하게 된다.

수축세포는 심근의 대부분을 차지하며, 활동 전위에 반응하여 수축함으로써 혈액을 순환시킨다. 심근세포는 골격근 세포보다 작고, 하나의 핵을 가지며, 가지 친 형태를 띤다. 이웃한 세포 사이에는 사이원반이 발달해 있는데, 이는 데스모좀과 간극연접으로 구성되어 심근세포들을 연결하고 활동 전위를 빠르게 전달하는 역할을 한다.

심근세포는 미토콘드리아가 전체 부피의 33%를 차지할 정도로 많고, 미오글로빈이 풍부하여 많은 양의 산소를 필요로 한다. 관상동맥을 통해 산소와 영양분을 공급받으며, 관상동맥이 막히면 심근경색이 발생한다. 심근세포는 규칙적인 띠무늬(가로무늬)를 가지고 있어 가로무늬근(횡문근)으로 분류된다.

2. 2. 혈관

심장을 통해 온몸으로 나가는 혈액을 운반하는 혈관을 동맥이라 하고, 온몸에서 심장으로 들어가는 혈액을 운반하는 혈관을 정맥이라 한다. 모세혈관은 체조직과 혈액 사이에서 영양과 가스를 교환하는 장소이며, 매우 가늘다.[41] 혈관은 외막, 중막, 내막의 3개 층으로 이루어져 있다.[60]

구분동맥정맥모세혈관
기능심장에서 나오는 혈액 운반심장으로 들어가는 혈액 운반조직과 혈액 사이의 물질 교환
혈압높음낮음매우 낮음
혈관벽두껍고 탄력적얇고 유연성 적음매우 얇음
색깔선명한 붉은색어두운 붉은색(해당 없음)
특징심장 박동에 따라 팽창, 수축정맥판 존재 (역류 방지)동양 모세혈관 (간, 비장 등에 존재)


2. 2. 1. 동맥

심장에서 나오는 혈액을 운반하는 혈관을 동맥이라고 한다. 동맥은 높은 혈압을 유지하며 심장의 박동에 따라 유연하게 팽창하고 수축된다. 산소를 운반하는 헤모글로빈에 의해 선명한 붉은색을 띤다.[60]

몸체 스캔으로 구성된 심장, 주요 정맥 및 동맥 묘사


산소화된 혈액은 좌심실을 떠나면서 대동맥 반달판을 통해 전신 순환계로 들어간다.[15] 전신 순환의 첫 번째 부분은 거대하고 두꺼운 벽을 가진 동맥인 대동맥이다. 대동맥은 흉추 10번 척추 수준에서 횡격막의 대동맥 구멍을 통과한 후 아치형으로 굽어지고 신체의 상부에 혈액을 공급하는 가지를 낸 다음 복부로 들어간다.[16] 이후 아래로 내려가 복부, 골반, 회음부 및 하지에 가지를 공급한다.[17]

대동맥의 벽은 탄력적이다. 이러한 탄성은 신체 전체의 혈압을 유지하는 데 도움이 된다.[18] 대동맥이 심장으로부터 거의 5L의 혈액을 받으면, 이는 혈압의 펄스를 책임지는 반동을 일으킨다. 대동맥이 더 작은 동맥으로 갈라질수록 탄성은 감소하고 순응도는 증가한다.[18]

혈관계에서 폐로부터 돌아온 산소를 풍부하게 함유한 혈액은 동맥혈이라고 불리며, 이것은 심장이 박동함으로써 좌심실로부터 대동맥으로 밀려나 전신에 뻗어 있는 혈관으로 보내진다. 대동맥은 신체의 위쪽으로 향하는 상행 대동맥과 하반신으로 향하는 복부 대동맥으로 크게 나뉘며, 다양한 동맥으로 갈라져 더욱 세밀한 모세혈관으로 혈액을 보내 신체 조직에 산소와 영양분을 공급한다.[41]

혈관은 3층의 막이 겹쳐진 구조를 가지고 있다. 동맥은 중막이 두껍고 질감을 가지고 있다. 특히 심장과 연결되는 대동맥은 평활근을 넘어서는 높은 탄력성을 가지며, 탄성 혈관이라고 불린다. 말단의 동맥은 평활근 섬유가 많아, 신경으로부터의 지령을 받아 혈관을 수축시키거나 확장시키는 능력이 뛰어나기 때문에 근성 동맥이라고 한다.[41]

2. 2. 2. 정맥

심장으로 들어가는 혈액을 운반하는 혈관을 정맥이라 한다. 정맥은 혈압이 낮고 동맥에 비해 유연성이 떨어진다. 헤모글로빈의 산소가 소진되어 어두운 붉은색을 띤다.[60] 정맥 벽은 일반적으로 얇고, 질감이 별로 없다. 혈압이 낮기 때문에 울혈과 역류가 일어나기 쉬운데, 이를 방지하기 위해 관 안에는 역류 방지 밸브 역할을 하는 주름 구조인 정맥판이 있다.[44]

모세혈관세정맥으로 합쳐지고, 세정맥은 다시 정맥으로 합쳐진다.[22] 정맥계는 심장 위 조직을 주로 배출하는 상대정맥과 심장 아래 조직을 주로 배출하는 하대정맥의 두 개의 주요 정맥으로 흘러 들어간다. 이 두 개의 큰 정맥은 심장의 우심방으로 이어진다.[23]

근육을 움직이면 정맥류를 촉진하는 작용이 있는데, 이를 골격근 펌프[44], 또는 근 펌프라고 한다.[41]

2. 2. 3. 모세혈관

모세 혈관은 체 조직과 혈액 사이에서 영양과 가스를 교환하는 장소이며, 매우 가늘다.[41] 동맥세동맥이라고 불리는 작은 통로로 분기된 다음 모세혈관으로 이어진다.[19] 모세혈관은 합쳐져 혈액을 정맥계로 보낸다.[20] 70kg의 인간에서 근육 모세혈관의 총 길이는 9000km에서 19000km 사이로 추정된다.[21] 단, 간장이나 비장 등에 따르는 모세 혈관은 약간 굵고, 내강이 넓다. 이것들은 동양 모세 혈관이라고 불린다.[41]

2. 2. 4. 관상 순환

심장 자체는 전신 순환의 작은 "고리"를 통해 산소와 영양분을 공급받으며, 4개의 심방 내에 포함된 혈액으로부터는 거의 공급받지 않는다.[10]

관상 동맥 순환계는 심장 근육 자체에 혈액을 공급한다. 관상 동맥 순환은 대동맥의 기시부 근처에서 두 개의 관상 동맥, 즉 우관상 동맥과 좌관상 동맥으로 시작된다. 심장 근육에 영양을 공급한 후, 혈액은 관상 정맥을 통해 관상 정맥동으로 되돌아가고, 거기에서 다시 우심방으로 흘러 들어간다. 심방 수축 동안 관상 정맥동 개구부를 통한 혈액의 역류는 테베시우스 판막에 의해 방지된다. 가장 작은 심장 정맥은 심장 내로 직접 배출된다.[10]

2. 2. 5. 대뇌 순환

뇌는 이중 혈액 공급을 받는데, 뇌의 앞쪽과 뒤쪽에서 동맥이 시작되는 '전방 순환'과 '후방 순환'이 있다. 전방 순환은 내경동맥에서 시작되어 뇌의 앞부분에 혈액을 공급한다. 후방 순환은 추골동맥에서 시작되어 뇌의 뒷부분과 뇌간에 혈액을 공급한다. 앞쪽과 뒤쪽의 순환은 윌리스 환에서 연결("문합")된다. 뇌 내의 다양한 세포와 혈관 채널로 구성된 신경혈관 단위는 활성화된 뉴런의 높은 에너지 요구를 충족하기 위해 활성화된 뉴런으로의 혈류를 조절한다.[24]

2. 2. 6. 신장 순환

신장 혈류는 신장으로의 혈액 공급이며, 많은 특수 혈관을 포함하고 있고 심박출량의 약 20%를 받는다.[60] 이는 복부 대동맥에서 분기되어 상행 하대정맥으로 혈액을 되돌린다.[60]

2. 3. 림프계

림프계림프관, 림프절, 림프 기관, 림프 조직으로 구성된 순환계의 필수적인 하위 기관계이며, 개방형 순환계이다.[58] 림프계의 주요 기능은 림프를 운반하여 간질액을 배출하고, 간질액을 림프관을 통해 다시 심장으로 돌려보내 순환계로 돌아가게 하는 것이다. 또 다른 주요 기능은 면역계와 협력하여 병원체에 대한 방어를 하는 것이다.[59]

체내의 각 조직 사이에는 주로 모세 혈관에서 스며 나온 액성 성분으로 이루어진 조직액이 가득 차 있으며, 물질 교환이 이루어진다. 이 조직액의 대부분은 정상적인 혈관에서 스며 나오지 않는 알부민 등에 의해 유지되는 삼투압에 의해 혈관 내로 다시 흡수되지만, 약 10% 정도는 림프액으로서 혈관과는 다른 순환계를 순환한다. 림프계는 혈관계의 심장과 같은 동력 기구가 없다.[46] 동력을 대체하는 것은 연동 운동, 동맥의 박동, 골격근의 수축에 따른 압축 등 미약한 힘이지만, 림프관 내에 있는 판막에 의해 방향이 제한되기 때문에 림프액의 흐름이 유지된다. 다만, 그 유속은 심장에 의한 동력이 존재하는 혈관계의 동맥에 비해 느리다.

림프액은 림프 본간(흉관)을 통해 쇄골하정맥의 정맥각으로 모여 정맥 내로 돌아간다. 하반신의 림프액은 유미조에서 척주 앞을 따라 상행하고, 상반신의 좌우 림프액은 좌우 쇄골 아래에 있는 정맥각으로 모인다. 상행한 흉관의 림프액은 왼쪽 정맥각으로 연결된다.[46]

왈데예르 림프 고리나 파이에르판 등은 소화기의 점막에 부착된 림프 소절이 모인 부분이다.[46] 그 외, 소장의 점막에도 림프 소절이 산재해 있다.[46]

2. 3. 1. 림프관

조직액(림프액)을 회수하는 관은 림프관이다. 조직 중에는 말단이 막힌 림프 모세관이 널리 퍼져 있다. 림프관도 모세혈관과 마찬가지로 기저막을 가지고 있지만, 그다지 발달하지 않아 조직액의 유입이 일어나기 쉽고, 혈관이 흡수하기 어려운 분자량이 큰 지질이나 단백질, 또한 암세포 등을 흡수하기 쉽다.[46]

림프 모세관은 굵은 림프관으로 모인다. 어느 정도 굵기를 가진 림프관은 정맥과 같은 3층 구조와 판막을 가지며, 정맥에 동반되는 경우가 많다.[46] 특수한 림프관에는 소장의 점막 융모에 있는 림프 모세관의 일부인 중심 유미관과 그것이 모인 유미관이 있는데, 이것들을 통틀어 유미조라고도 한다. "유미"라는 말은 소장에서 흡수되는 분자량이 큰 지질은 혈관이 아닌 이러한 림프관을 선택적으로 지나가며, 식사 후에 림프액이 백탁되는 데에서 유래한다.[46]

2. 3. 2. 림프절

림프절은 림프관이 모이는 곳에 위치하며, 피막으로 덮인 지름 1~25mm의 기관이다. 여러 개의 수입 림프관에서 액체가 흘러들어와 수출 림프관으로 흘러나가는데, 단순히 림프액을 보내는 것만이 아니라 액체량의 약 절반을 림프절에서 흡수하고 나머지를 수출 림프관으로 보낸다.[47] 림프절을 통과하면 림프액 중의 단백질 농도가 높아진다.[47]

림프절 안에는 그물 모양의 조직인 림프동과 림프구가 모인 소절이 있으며, 소절 안에는 배중심이라는 부분이 있다. 배중심은 림프구의 분열과 증식을 촉진하고, 림프동은 불순물을 걸러 여과하는 기능을 한다. 암세포가 전이되면 이 림프절에 쌓이기 쉬워 종양이 되기 쉽다.[46]

2. 3. 3. 비장

지라는 순환계에 포함된 여과 장치로 여겨진다.[48] 림프계 조직 중에서 가장 크며, 직경 약 10cm의 난형 기관이다. 흉강 안쪽에서 의 뒷면, 복강 좌상부에서 횡격막과 접해 있으며, 비동맥과 비정맥, 림프관, 신경과 연결되어 있다.[46]

피막은 표면 장막 아래에 있는 두꺼운 결합성 섬유 조직으로, 일부 안쪽까지 뻗어 비주를 형성한다. 이 사이에 부드러운 세망 조직이 존재하며, 적혈구로 가득 찬 적색수질과, 그 안에 림프소절로 이루어진 반점과 같은 백색수질이 흩어져 있다. 이 림프소립에서는 B 림프구가 활발하게 생성된다. 이 조직 내에는 비동맥에서 갈라져 나온 내강이 넓은 특수한 모세혈관이 흐르는데, 적혈구가 통과할 수 있다. 여기에는 대식세포가 있으며, 낡은 적혈구를 파괴하는 역할을 한다.[46]

2. 3. 4. 흉선

흉선은 흉골 바로 뒤에 있는 한 쌍의 기관으로, 피질과 수질로 나뉜다.[46] 전신의 림프계 조직 중에서 초기에 발생하며, 유아기에는 심장 윗부분을 덮을 정도로 발달하지만, 성장과 함께 퇴화하여 노년기에는 지방 세포로 대체된다.[46]

흉선은 골수 등에서 생산된 T 림프구 전구 세포의 성숙을 진행하여 T 림프구를 생성한다. T 림프구는 자체의 면역 작용 외에 B 림프구와 항체의 조절도 수행한다. 흉선을 제거한 신생아는 전신의 림프계 기관에 발달 부전이 생기는 것으로 보아, 전체 림프계 기관의 중추적인 역할을 한다고 생각된다.[46]

3. 발생

순환계는 배아의 혈관 형성으로 발달이 시작된다. 사람의 동맥 및 정맥 계통은 배아의 서로 다른 부위에서 발달하는데, 동맥 계통은 주로 배아 상부에 발달하는 여섯 쌍의 대동맥궁에서 발달하고, 정맥 계통은 배아 발생 4~8주 동안 3개의 양측성 정맥에서 발생한다. 태아 순환은 발달 8주 이내에 시작되며, 동맥관을 통해 우회되는 폐를 포함하지 않는다. 출생 전 태아태반제대를 통해 어머니로부터 산소(및 영양소)를 얻는다.[25]

사람의 혈관계는 출생 전과 출생 후의 순환 방식이 다르다.

좌측이 태아 순환, 우측이 출생 후 순환.


태아는 단독으로 외호흡이나 영양소 섭취를 하지 않으며, 산소와 영양소는 제대(탯줄)를 통해 모체로부터 받는다. 탯줄에는 2개의 제동맥과 1개의 제정맥이 있으며, 태반과 연결되어 있다. 태아의 생체 활동으로 생긴 이산화탄소와 노폐물은 제동맥에서 태반으로 운반되어 모체 측 혈액과 가스 교환과 물질 교환을 한다. 다만 태아와 모체의 혈액은 직접 섞이지 않는다.[45]

산소와 영양소를 포함한 혈액은 태반에서 제정맥을 통해 태아의 정맥관으로 흘러 들어가 하대정맥을 거쳐 우심방으로 운반된다. 태아 상태에서는 우심방과 좌심방을 구분하는 심방 중격에 난원공이라고 하는 구멍이 있어, 혈액은 이곳을 경유하여 좌심방, 좌심실을 거쳐 전신으로 운반된다.[45] 태아는 폐호흡을 하지 않으므로, 폐동맥으로 흐르는 혈액은 대부분 동맥관(보탈로관)을 통해 하행 대동맥으로 보내지고, 폐는 우회된다.[45]

출생으로 폐호흡을 시작하면 난원공이 막히고, 정맥관이나 동맥관도 이윽고 폐쇄된다. 이들이 열린 채로 남아있으면 가스 교환이나 혈역학에 지장을 초래하여 청색증 등의 증상이 나타날 수 있다.[45]

3. 1. 동맥

인간의 동맥계는 대동맥궁과 배아 생명 4주차부터 시작되는 배쪽 대동맥에서 시작된다.[25] 첫 번째 및 두 번째 대동맥궁은 퇴행하여 각각 위턱 동맥과 등골 동맥만 형성한다. 동맥계 자체는 대동맥궁 3, 4, 6에서 발생한다(대동맥궁 5는 완전히 퇴행한다).[25]

배아의 등쪽에 존재하는 배쪽 대동맥은 처음에 배아의 양쪽에 존재한다. 나중에 융합하여 대동맥 자체의 기초를 형성한다. 이 부분에서 약 30개의 더 작은 동맥이 뒤쪽과 측면에서 분지된다. 이 가지는 늑간 동맥, 팔다리 동맥, 허리 동맥 및 가쪽 천골 동맥을 형성한다. 대동맥 측면으로 가는 가지는 최종 신장, 부신 및 생식선 동맥을 형성한다. 마지막으로, 대동맥 앞쪽의 가지는 난황 동맥과 제 동맥으로 구성된다. 난황 동맥은 위장관의 복강 동맥, 상장간막 동맥 및 하지장간막 동맥을 형성한다. 출생 후 제 동맥은 내장골 동맥을 형성한다.[25]

3. 2. 정맥

사람의 정맥계는 주로 난황 정맥, 제대 정맥, 주정맥에서 발달하며, 이들은 모두 정맥동으로 배출된다.[25]

4. 기능

혈액은 산소, 영양소, 노폐물 등을 운반하며, 헤모글로빈은 산소 운반에 중요한 역할을 한다.[2] 소화계는 순환계와 협력하여 심장이 계속 펌프질하는 데 필요한 영양소를 제공한다.[10]

건강한 사람이 해수면 기압에서 공기를 들이마실 때 채취한 동맥혈 표본의 약 98.5%의 산소는 헤모글로빈 분자와 화학적으로 결합한다. 약 1.5%는 다른 혈액 액체에 물리적으로 용해되어 헤모글로빈과 연결되지 않는다. 헤모글로빈 분자는 척추동물의 주요 산소 운반체이다.

5. 의학적 중요성

많은 질병이 순환계에 영향을 미친다. 여기에는 심장과 혈관에 영향을 미치는 여러 심혈관 질환, 빈혈과 같은 혈액에 영향을 미치는 혈액 질환, 림프계에 영향을 미치는 림프 질환이 포함된다.[26] 심장내과 의사는 심장을 전문으로 하는 의료 전문가이며, 흉부외과 의사는 심장 및 주변 부위 수술을 전문으로 한다. 혈관외과 의사는 혈관에 중점을 둔다.

심혈관계에 영향을 미치는 질병을 통틀어 ''심혈관 질환''이라고 한다. 이러한 질병 중 다수는 시간이 지남에 따라 발생하며 개인의 운동 습관, 식단, 흡연 여부 및 기타 생활 습관과 관련이 있기 때문에 "생활 습관병"이라고 불린다. 죽상동맥경화증은 이러한 질병의 전구체이다. 죽상동맥경화증은 중동맥과 대동맥 벽에 작은 죽상 반(Atheroma)이 축적되는 현상이다. 이는 결국 동맥을 막을 정도로 커지거나 파열될 수 있다. 또한, 급격한 심장 조직의 산소 공급 부족으로 특징지어지는 질병인 급성 관상 동맥 증후군의 위험 인자이기도 하다. 죽상동맥경화증은 동맥류 형성 또는 동맥의 분리("박리")와 같은 문제와도 관련이 있다.

또 다른 주요 심혈관 질환은 혈전(thrombus) 생성과 관련이 있다. 이것은 정맥 또는 동맥에서 발생할 수 있다. 주로 다리에서 발생하는 심부 정맥 혈전증은 특히 오랫동안 움직이지 않은 경우 다리 정맥에서 혈전이 발생하는 원인 중 하나이다. 이러한 혈전은 색전화될 수 있으며, 즉 신체의 다른 부위로 이동할 수 있다. 이로 인해 폐색전증, 일과성 허혈 발작 또는 뇌졸중이 발생할 수 있다.

심혈관 질환은 선천성 심장 결손 또는 출생 후 발생해야 하는 순환 변화가 일어나지 않는 지속적 태아 순환과 같이 선천적일 수도 있다. 순환계의 모든 선천적 변화가 질병과 관련된 것은 아니며, 많은 수가 해부학적 변이이다.

자기 공명 혈관 조영술로 촬영한 이상 빗장밑 동맥


순환계와 그 부분의 기능과 건강은 다양한 수동적 및 자동화된 방식으로 측정된다. 여기에는 사람의 맥박을 사람의 심박수 지표로 측정하고, 혈압계를 통해 혈압을 측정하거나, 청진기를 사용하여 심장 심잡음을 듣는 등 심혈관 검사의 일부인 간단한 방법이 포함되며, 이는 심장 판막에 문제가 있음을 나타낼 수 있다. 심전도는 심장을 통해 전기가 전도되는 방식을 평가하는 데에도 사용할 수 있다.

다른 침습적인 방법도 사용할 수 있다. 동맥에 삽입된 캐뉼라 또는 카테터를 사용하여 맥압 또는 폐쐐기압을 측정할 수 있다. 동맥 나무를 시각화하기 위해 동맥에 염료를 주입하는 혈관 조영술은 심장(관상 동맥 조영술) 또는 뇌에서 사용할 수 있다. 동맥을 시각화하는 동시에 스텐트를 삽입하여 막힘이나 협착을 해결하고, 코일을 삽입하여 활성 출혈을 관리할 수 있다. MRI를 사용하여 동맥을 영상화할 수 있으며, 이를 MRI 혈관 조영술이라고 한다. 폐로의 혈액 공급을 평가하기 위해 CT 폐 혈관 조영술을 사용할 수 있다. 혈관 초음파는 정맥계와 동맥계에 영향을 미치는 혈관 질환을 조사하는 데 사용될 수 있으며, 협착, 혈전증 또는 정맥 부전의 진단을 포함한다. 카테터를 사용하는 혈관 내 초음파도 가능하다.

순환계에는 다양한 외과적 수술 절차가 수행된다.

  • 관상 동맥 우회술
  • 관상 동맥 스텐트는 혈관 성형술에 사용됨
  • 혈관 수술
  • 정맥 제거술
  • 미용 시술


심혈관 시술은 외래 진료 환경보다 입원 환자 환경에서 수행될 가능성이 더 높다.[26]

6. 다른 동물

인간을 포함한 척추동물은 혈액이 혈관 (동맥, 정맥, 모세혈관) 밖으로 나가지 않는 폐쇄 순환계를 가지는 반면, 일부 무척추동물은 심장은 있지만 혈관이 제한적인 개방 순환계를 가진다. 가장 원시적인 두 배엽 동물 은 순환계가 없다.

림프계는 폐쇄 순환계를 가진 동물에만 존재하며, 과도한 간질액을 혈액으로 되돌리는 보조적인 역할을 한다.[4]

척추동물의 심장은 다음과 같이 진화하였다.

종류구조설명그림
어류1심방 1심실심방은 얇고 심실은 두껍다. 심실에서 아가미로 혈액을 보내고, 아가미에서 산소를 얻은 혈액은 온몸을 거쳐 다시 심장으로 돌아온다.
어류의 심장
양서류2심방 1심실심실이 하나여서 산소가 풍부한 혈액과 부족한 혈액이 섞여 효율이 떨어진다.
파충류2심방 불완전 2심실심실이 불완전하게 나뉘어 혈액이 섞이는 것을 어느 정도 막지만, 포유류조류보다는 효율이 떨어진다. 악어는 예외적으로 2심방 2심실 구조이다.
포유류, 조류2심방 2심실심방과 심실이 완전히 분리되어 산소가 풍부한 혈액과 부족한 혈액이 섞이지 않아 효율이 매우 높다.


6. 1. 개방 순환계

자포동물이나 편형동물과 같이 구조가 단순한 동물은 위수강을 통하여 외부와 직접적으로 물질 교환이 이루어지므로 별도의 순환계가 필요 없다. 그러나 보다 복잡한 구조의 동물의 몸은 여러 겹의 세포층으로 이루어져 있어 외부와 직접적인 물질 교환이 불가능하기 때문에 순환계를 통하여 물질 교환이 이루어진다.[49]

곤충의 내부 기관. 등쪽 붉은 부분이 순환계이다.


메뚜기의 개방 순환계 - 심장, 혈관, 혈림프로 구성됨. 혈림프는 심장을 통해 대동맥으로 펌핑되어 머리와 혈강 전체로 분산된 다음, 심장의 오스티아를 통해 다시 돌아와서 이 과정이 반복된다.


''Pseudoceros bifurcus''와 같은 편형동물은 특화된 순환 기관이 없다.


대부분의 연체동물절지동물에서 관찰된다. 동맥정맥 사이에 모세혈관이 없기 때문에, 동맥을 흐르던 혈림프가 조직으로 직접 유출된다. 혈림프와 세포 사이에 산소와 이산화탄소 등의 물질 교환이 이루어진다. 혈림프에서는 hemocyanin|헤모시아닌영어이 산소를 운반한다. 산소가 결합되지 않은 헤모시아닌은 무색이고 산소가 결합된 헤모시아닌은 파란색이기 때문에, 혈림프는 파란색을 띤다. 낮은 유압을 형성하기 때문에, 에너지를 절약할 수 있다.[61]

절지동물에서 개방 순환계는 '''혈강'''이라고 불리는 체강 내의 체액이 산소와 영양분으로 기관을 직접 적시는 시스템으로, 혈액과 간질액 사이의 구별이 없으며, 이 결합된 체액을 혈림프라고 한다.[28] 동물 이동 중 동물의 근육 운동은 혈림프의 이동을 촉진할 수 있지만, 한 영역에서 다른 영역으로의 흐름 전환은 제한적이다. 심장이 이완되면 혈액은 열린 구멍(오스티아)을 통해 심장으로 다시 흡수된다.

혈림프는 신체의 모든 내부 혈강을 채우고 모든 세포를 둘러싼다. 혈림프는 , 무기 화학 (대부분 나트륨, 염화물, 칼륨, 마그네슘, 칼슘), 및 유기 화학 유기 화합물 (대부분 탄수화물, 단백질, 지질)로 구성된다. 주요 산소 수송 분자는 헤모시아닌이다.

혈림프 내에는 자유 부동 세포인 혈구 (무척추 동물 면역계 세포)가 있다. 이들은 절지동물 면역계에서 역할을 한다.

6. 2. 폐쇄 순환계

환형동물연체동물 중 두족류, 척삭동물 등에서 관찰되는 폐쇄 순환계는 혈액이 혈관 내로만 흐르는 순환계이다. 동맥과 정맥 사이에 모세혈관이 있어 혈액이 혈관 밖으로 나가지 않는다. 높은 혈압을 유지해야 하므로 에너지를 많이 소모하지만, 산소와 영양분을 빠르게 운반할 수 있다는 장점이 있다. 몸집이 크거나 활동량이 많은 동물에게 적합하며, 특정 조직에 혈액을 선택적으로 보낼 수 있다. 폐쇄 순환계에서는 헤모글로빈이 산소를 운반하며, 헤모글로빈은 Fe2+을 함유하고 있다.[61]

인간의 순환계는 폐쇄 순환계이며, 혈액은 혈관 내에 갇혀 순환한다.[11] 영양소는 미세 순환의 작은 혈관을 통해 각 기관으로 이동한다.[11] 포유류, 조류, 악어는 심장이 4개의 방으로 완전히 분리되어 있으며, 조류와 악어의 4심방 심장은 포유류의 심장과는 독립적으로 진화한 것으로 생각된다.[30] 이중 순환계는 혈액이 폐에서 돌아온 후 다시 압력을 받을 수 있도록 하여 조직으로의 산소 공급을 가속화한다.

림프계는 폐쇄 혈액 순환을 가진 동물에서만 발견되며, 과도한 간질액을 혈액으로 되돌리는 보조 경로를 제공하는 개방 시스템이다.[4]

6. 2. 1. 척추동물의 심장 종류


  • 어류 : 어류의 심장은 두 개의 방으로 나뉜다. 근육이 얇고 온몸의 피를 받아들이는 심방과 두꺼운 근육층이 있고 혈액을 아가미로 보내는 심실이 있다.(1심방 1심실) 심실을 통해 아가미로 보내진 혈액은 가스 교환을 한 뒤 등쪽의 대동맥을 통해 온몸으로 전달되고 온몸에서 다시 정맥을 통해 심장으로 돌아온다. 즉, 역류 교환이 일어나 아가미를 통한 물의 흐름과 혈액의 흐름이 반대이기 때문에, 기체 교환이 더욱 효율적으로 일어나게 된다.[29]
  • 양서류 : 양서류는 하나의 심실과 두 개의 심방으로 된 심장을 가지고 있다.(2심방 1심실) 산소가 풍부한 동맥혈과 산소가 부족한 정맥혈이 섞이기 때문에, 효율이 떨어진다.[29]
  • 파충류 : 파충류는 하나의 심실과 두 개의 심방으로 된 심장을 가지고 있다.(2심방 불완전 2심실) 그러나, 양서류와 달리 파충류의 심실은 격막으로 부분적으로 나뉘어 있어 동맥혈과 정맥혈의 혼합을 억제한다. 즉, 심실 간의 격벽이 불완전하다. 산소가 풍부한 동맥혈과 산소가 부족한 정맥혈이 섞이기 때문에, 양서류보다 효율이 높지만 포유류와 조류에 비해 효율이 떨어진다. 예외적으로 악어는 완벽하게 분리된 두 개의 심실을 가지고 있다.[29]
  • 포유류조류 : 포유류와 조류는 완전히 분리된 두개의 심실과 심방을 가지고 있다.(2심방 2심실) 심장의 좌측과 우측이 격벽으로 완전히 구분되어 있기 때문에, 산소가 풍부한 동맥혈과 산소가 부족한 정맥혈이 섞이지 않아 효율이 높다. 혈액의 흐름은 우심실 - 폐동맥 - 허파 - 폐정맥 - 좌심방 - 좌심실 - 대동맥 - 온몸 - 대정맥 - 우심방의 순서로 이루어진다.[29]

7. 역사

에버스 파피루스(기원전 16세기)는 순환계에 대한 가장 초기의 기록을 담고 있는 고대 이집트 의학 파피루스이다. 이 파피루스는 심장이 동맥과 연결되어 있음을 보여준다. 이집트인들은 공기가 입을 통해 폐와 심장으로 들어간 후, 동맥을 통해 온몸으로 이동한다고 생각했다. 순환계에 대한 이러한 개념은 부분적으로만 정확했지만, 초기 과학적 사고의 한 사례를 보여준다.[31]

기원전 6세기에 아유르베다 의사 수슈루타는 고대 인도에서 생명에 필수적인 체액이 몸을 통해 순환한다는 것을 알고 있었다. 그는 또한 '채널'로 묘사된 동맥에 대한 지식을 가지고 있었던 것으로 보인다.[31] 심장 판막은 기원전 3세기 초경 히포크라테스(Hippocrates) 학파의 의사에 의해 발견되었으나,[33] 당시에는 그 기능이 제대로 이해되지 않았다. 고대 해부학자들은 동맥이 공기로 채워져 있다고 생각했다.

고대 그리스 의학 의사 헤로필루스는 정맥과 동맥을 구별했지만, 맥박이 동맥 자체의 특성이라고 생각했다. 그리스 해부학자 에라스시트라투스는 동맥에서 빠져나가는 공기가 정맥과 동맥 사이의 매우 작은 혈관을 통해 들어가는 혈액에 의해 대체된다고 생각했다.

서기 2세기 로마에서 활동한 그리스 의사 갈레노스는 혈관이 혈액을 운반한다는 것을 알고 정맥혈과 동맥혈을 구별했다. 그는 간에서 생성된 정맥혈은 성장과 에너지를, 심장에서 유래한 동맥혈은 활력을 부여한다고 생각했다. 그는 동맥혈이 정맥혈이 심실 중격의 '구멍'을 통과하여 생성된다고 믿었다.

1025년 고대 이란 의학의 아비세나는 ''의학 정전''에서 심실 중격의 구멍에 대한 그리스의 생각을 잘못 받아들였지만, 심장 주기와 판막 기능에 대해 정확하게 기록했다.[34] 아비세나는 맥박에 대한 최초의 정확한 설명을 제공했다.[35]

1242년 중세 이슬람 의학의 아랍 의사 이븐 알 나피스는 폐순환 과정을 더 정확하고 상세하게 설명했다. 그는 심장의 두꺼운 중격에는 구멍이 없으며, 우심실에서 나온 혈액은 폐동맥을 통해 폐로 흘러가 공기와 혼합된 후 폐정맥을 통해 좌심실로 이동한다고 말했다. 또한 그는 "폐동맥과 폐정맥 사이에 작은 통신 또는 구멍이 있어야 한다"고 말하며 모세혈관 순환에 대한 통찰력을 보였다.[36]

미카엘 세르베투스는 유럽인 최초로 폐순환의 기능을 설명했지만, 그의 업적은 당시 널리 인정받지 못했다.

파두아 대학교의 레알도 콜롬보는 1559년에 폐순환을 발견했다.

윌리엄 하비의 ''동물에서 심장과 혈액의 운동에 관한 해부학 연구''의 정맥 이미지, 1628


윌리엄 하비는 1628년에 ''동물에서 심장과 혈액의 운동에 관한 해부학 연구''를 출판하여 심장의 박동이 혈액의 지속적인 순환을 생성한다고 주장했다.[39] 그러나 하비는 동맥과 정맥을 연결하는 모세혈관 시스템을 식별할 수 없었다. 마르첼로 말피기가 1661년에 모세혈관을 발견했다.

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