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심장판막

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목차

1. 개요

심장판막은 심장 내 혈액의 흐름을 조절하는 구조로, 심방과 심실 사이, 그리고 심실과 동맥 사이에 위치한다. 심장판막은 심장골격의 섬유성 고리 주변에 있으며, 첨판(leaflets, cusps)으로 구성된다. 심장판막은 크게 방실판막(승모판, 삼첨판)과 반달판막(대동맥판, 허파동맥판) 두 종류로 나뉘며, 각각 혈액의 역류를 방지하는 역할을 한다. 심장판막의 움직임은 나비에-스토크스 방정식을 통해 연구되며, 임상적으로는 판막의 기능 이상을 의미하는 심장판막증이 발생할 수 있다. 심장판막증은 역류 또는 협착의 형태로 나타나며, 선천성 기형이나 감염, 심혈관 질환 등 다양한 원인에 의해 발생한다. 심장판막 질환은 심초음파를 통해 진단하고, 약물 치료, 판막 성형술 또는 치환술을 통해 치료할 수 있다.

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심장판막
개요
설명심장 주위의 혈액 역류를 방지하는 조직 덮개이다.
심장 판막의 움직임
심장이 움직일 때 판막의 모습. 심장 앞벽은 제거되어 있다.
상세 정보
기관 계통심혈관계

2. 구조

심장판막의 구조


판막을 통한 혈액의 흐름


심장판막은 심방과 심실 사이, 또는 심실과 동맥 사이에 위치하여 혈액이 한 방향으로 흐르도록 조절하는 중요한 구조이다. 판막은 심장속막(심내막)으로 둘러싸여 있으며, 심장골격의 섬유성 고리 주변에 존재한다. 판막은 '''첨판'''(leaflets, cusps)이라는 얇은 막으로 구성되어 있다. 승모판은 2개의 첨판을 가지고 있지만, 삼첨판, 허파동맥판, 대동맥판은 3개의 첨판을 가진다.

허파동맥판은 왼쪽, 오른쪽, 앞쪽 첨판으로, 대동맥판은 왼쪽, 오른쪽, 뒤쪽 첨판으로 구성되어 있다. 삼첨판은 앞쪽, 뒤쪽, 사이막(septal) 첨판을 가지며, 승모판은 앞쪽과 뒤쪽 첨판만 가진다.[19]

사람 심장의 판막은 크게 두 그룹으로 나눌 수 있다.[6]

  • 심실 수축 시 혈액이 심방으로 역류하는 것을 막는 방실판막: 삼첨판(오른방실판막), 승모판(이첨판)
  • 심실 이완 시 혈액이 심실로 역류하는 것을 막는 반달판막: 허파동맥판(폐동맥판), 대동맥판


판막첨판의 수위치혈액 역류 방지
방실판막3 또는 2심방과 심실 사이심실에서 심방으로
반달판막3 (반달 모양)심실과 동맥 사이동맥에서 심실로


2. 1. 방실판막

심방과 심실 사이에는 승모판과 삼첨판이 존재하며, 수축기 동안 심실의 혈액이 심방으로 역류하는 것을 막는다. 방실판막[20](심방심실판막, 방실판)은 힘줄끈을 통해 심실 벽에 고정되어 뒤집어지는 것을 방지한다.

힘줄끈은 꼭지근에 붙어 있어 판막을 고정하는 장력을 만든다. 또한 꼭지근과 힘줄끈은 판막이 닫힐 때 심방으로 탈출(prolapse)하는 것을 방지한다.[21] 이들은 판막 양쪽의 압력차를 통해 판막이 열리고 닫히는 과정 자체에는 효과가 없다.[22]

방실판막이 닫히는 소리는 '럽'(lub)으로 들리는 제1심음(S1)이다.

판막첨판의 수위치혈액 역류 방지
삼첨판3우심방과 우심실 사이심실에서 심방으로 역류 방지
승모판2좌심방과 좌심실 사이심실에서 심방으로 역류 방지



승모판은 두 개의 첨판을 가지기 때문에 이첨판(bicuspid valve)으로도 불린다. 승모판(mitral valve)의 이름은 주교의 모자인 주교관(mitre)과 닮은 데에서 유래했다. 승모판은 심장의 왼쪽에 위치하며 혈액이 좌심방에서 좌심실로 정상적으로 흐르도록 한다.

이완기 동안 정상적으로 기능하는 승모판은 좌심방에 혈액이 차면서(전부하) 압력이 올라가면 열린다. 좌심방압이 좌심실압보다 높아지면 승모판이 열린다. 이완기는 심방이 수축되면서 좌심방에 차오른 혈액의 30%를 좌심실로 보내면 끝난다. 이 혈액량은 이완기말용적(EDV)이라고 하며, 승모판은 심방수축이 끝나면 혈액 역류를 막기 위해 닫힌다.

삼첨판은 세 개의 첨판을 가지고 있으며 심장의 오른쪽에 위치한다. 우심방과 우심실 사이에 있으며 둘 사이에서 혈액이 역류하는 것을 방지한다.

2. 2. 반달판막

우심실과 허파동맥(폐동맥) 사이의 허파동맥판(폐동맥판)과 좌심실과 대동맥 사이의 대동맥판은 대동맥과 허파동맥의 시작 지점에 위치하며, '''반달판막'''(semilunar valve, 반월판)으로도 불린다.[23] 이 판막들은 심실에서 동맥으로 혈액이 흐르도록 하고, 반대 방향으로 역류하지 못하도록 막는다. 반달판막은 힘줄끈을 가지지 않으며, 방실판막보다는 정맥의 판막과 비슷하다. 반달판막이 닫힐 때 제2심음이 들린다.

대동맥판은 세 개의 첨판으로 이루어져 있으며 좌심실과 대동맥 사이에 위치한다. 심실 수축기 동안 좌심실의 압력이 대동맥 압력보다 높아지면 대동맥판이 열려 혈액이 좌심실에서 대동맥으로 나갈 수 있게 된다. 심실 수축기가 끝나면 좌심실 압력이 빠르게 떨어져 대동맥 압력으로 인해 대동맥판이 닫히고, 이때 제2심음의 A2 부분이 형성된다.

허파동맥판은 세 개의 첨판을 가지며 우심실과 허파동맥 사이에 놓여 있다. 대동맥판과 비슷하게 허파동맥판은 심실 수축기에 우심실 압력이 허파동맥 압력보다 높아질 때 열린다. 심실 수축기 끝에 우심실 압력이 급격히 떨어질 때 허파동맥 압력으로 인해 허파동맥판이 닫히며, 이때 제2심음의 P2 부분 형성에 기여한다. 오른쪽 심장은 압력이 낮아 제2심음의 P2는 A2보다 더 부드럽게 들린다. 그러나 일부 젊은 사람에서 들숨 동안 A2와 P2가 분리되어 들리는 건 생리적으로 정상이다.

3. 발생

심장 판막은 배아 발생 과정 중 심장속막융기(endocardial cushion)에서 형성된다. 방실판막은 방실관 양쪽에서, 반달판막은 동맥줄기의 심장 쪽 끝에서 형성된다.[24]

방실관이 심실 안으로 함입되면서 가쪽 첨판이 형성되고, 심실사이막(중간사이막)의 하방 성장으로 안쪽 및 사이막 첨판이 형성된다. 판막별 자세한 발생 과정은 하위 문단에서 설명한다.

3. 1. 방실판막 발달

심방심실관(방실관, atrioventricular canal)이 심실 안으로 함입되면서 가쪽 첨판(lateral cusp)이 형성되고, 심실사이막(중간사이막, interventricular septum)의 하방 성장으로 안쪽(medial) 및 사이막(septal) 첨판이 형성된다.[20]

3. 2. 반달판막 발달

동맥줄기의 심장 쪽 끝에는 심장속막융기(endocardial cushion)라고 하는 네 개의 두꺼워진 부분들이 형성된다.[24] 동맥줄기는 배아 줄기에서 나오는 하나의 유출로이며 나중에 오름대동맥과 허파동맥으로 나누어진다. 나누어지기 전에는 앞쪽, 뒤쪽, 두 개의 가쪽, 이렇게 네 개의 두꺼워진 부분이 만들어진다. 이후 오름대동맥과 허파동맥이 될 부분 사이에 사이막이 만들어진다. 사이막이 형성되면 가쪽의 두 두꺼워진 부분들은 나누어져 오름대동맥과 허파동맥은 각각 세 개의 두꺼워진 부분(앞쪽, 뒤쪽, 그리고 두 개의 가쪽 두꺼워진 부분을 절반씩 가진 결과)을 가지게 된다. 이 세 두꺼워진 부분은 반달판막의 세 개의 첨판의 기원이 된다. 판막은 9주에 고유한 구조로 나타난다. 판막이 성숙하면 바깥의 혈관처럼 나선형으로 약간 회전하며 심장에 가까운 쪽으로 약간 움직인다.[24]

4. 생리학

심장판막의 움직임은 나비에-스토크스 방정식을 이용하여 분석할 수 있다.[1] 경계 조건으로는 혈압, 심낭액, 외부 부하 등을 사용한다.[1]

심장주기 동안 일어나는 다양한 일들을 보여주는 위거스 다이어그램. 대동맥판과 승모판의 열고 닫힘은 압력 곡선에 표시되어 있다.


위의 심초음파에 대한 설명. MV: 승모판, TV: 삼첨판, AV: 대동맥판, Septum: 심실사이막. 실선은 심초음파에서 보이는 사이막과 심장벽을, 점선은 우심실 벽이 있어야 하는 곳을 표시하고 있다. 빨간색 선은 3D-loop를 횡단하는 심초음파에서 왼쪽 위 loop를, 파란색 선은 아래쪽 loop를 나타낸다.


심장판막의 움직임은 좌심실과 우심실에서 각각 대동맥과 허파동맥으로 혈액을 내보낼 때의 혈류역학을 밝히는 데 사용되는 나비에-스토크스 방정식의 경계 조건으로 활용된다.[1]

4. 1. 열린 판막에서의 압력과 혈류 관계

열려 있는 심장판막을 통과하는 혈류량과 압력 감소량은 서로 관련되어 있다. 열린 판막 사이의 압력 감소량( {\Delta}p )은 판막을 통과하는 혈류량(Q)과 다음의 식으로 나타낼 수 있다.[1]

: a{{\partial}Q\over{\partial}t} + bQ^2 = {\Delta}p

이 식은 다음과 같은 조건을 전제로 한다.[1]

  • 유입되는 에너지 보존
  • 첨판 뒤에 혈액이 고이는 부위 존재
  • 나가는 혈액의 운동량 보존
  • 납작한 속도 분포

4. 2. 단자유도계에서의 판막

대동맥판과 승모판은 단자유도계로 간주하여 연구할 수 있다. 이 연구는 판막을 단자유도계 구조라고 생각하는 아이디어와 오일러 방정식에 기반을 두고 있다.

단자유도계에서 대동맥판에 대한 방정식은 다음과 같다.

: {\rho}\left({{\partial}u\over{\partial}t} + {u{\partial}u\over{\partial}x}\right) + {{\partial}p\over{\partial}x} = 0

: {{\partial}A\over{\partial}t} + {{\partial}\over{\partial}x}(Au) = 0

: A(x,t) = A_0 \left(1-[1-{\Lambda}(t)]{x\over{L}}\right)^2

: \int_{0}^{L} p(x,t) {{\partial}A\over{\partial}x}\, dx = [A_0 - A(L,t)] \, p(L,t)

각 문자의 의미는 다음과 같다.

  • ''u'' = 축 방향 속도
  • ''p'' = 압력
  • ''A'' = 판막의 단면적
  • ''L'' = 판막의 축 방향 길이
  • \Lambda^2 (t) = {A(L,t)\over A_0} 일 때 Λ(''t'') = 단자유도계

5. 임상적 중요성

심장판막 질환은 판막의 기능 이상을 의미하며, 크게 협착과 폐쇄 부전(역류) 두 가지 형태로 나타난다.

심장판막 질환은 심초음파를 통해 진단한다. 손상된 판막은 판막성형술로 수리하거나 인공심장판막으로 판막치환술을 시행하여 치료할 수 있다. 감염이 원인인 경우에는 항생제 치료가 필요할 수 있다.[26]

5. 1. 심장 판막 질환의 종류

심장판막증은 판막의 기능 이상을 가리키는 일반적인 용어이다. 주로 두 가지 형태로 나누어지는데, 첫 번째 형태는 역류(regurgitation, 또는 insufficiency, incompetence)로 기능이 정상이 아닌 판막이 혈류가 잘못된 방향으로 흐르는 것을 막지 못하는 상황이다.[25] 두 번째는 협착으로 판막이 좁아진 상황이다.[26]

역류는 판막의 폐쇄부전이나 기능 이상으로 인해 혈액이 잘못된 방향으로 흐르면서 발생한다. 역류는 대동맥판 역류, 승모판 역류, 허파동맥판 역류, 삼첨판 역류 등 모든 판막에서 발생할 수 있다. 다른 심장판막증은 협착으로 판막이 좁아지는 것이다. 마찬가지로 대동맥판 협착, 승모판 협착, 삼첨판 협착, 허파동맥판 협착 등 모든 판막이 협착될 수 있다. 승모판 협착은 류마티스열의 흔한 합병증이다. 판막의 염증은 감염성 심내막염에 의해 발생할 수 있으며 주로 세균 감염이 원인이지만 가끔 다른 생명체에 의해 발생할 수도 있다. 세균은 손상된 판막에 더 쉽게 부착된다.[27] 염증 반응을 일으키지 않는 또 다른 유형의 심내막염은 비세균성 혈전 심내막염이다. 이 질환은 이전에 손상되지 않은 판막에서 주로 발견된다.[27] 주된 심장판막증은 판막에 점액변성이라는 결합조직의 약화가 발생하는 승모판 탈출증이다. 두꺼워진 승모판의 첨판은 수축기 동안 좌심방 쪽으로 잘못 이동한다.[26]

5. 2. 심장 판막 질환의 원인

심장판막 질환은 크게 혈액이 역류하는 역류(기능부전)와 판막이 좁아지는 협착으로 나뉜다.[25][26] 역류는 판막의 폐쇄 부전이나 기능 이상으로 인해 발생하며, 대동맥판역류, 승모판역류, 허파동맥판역류, 삼첨판역류 등 모든 판막에서 나타날 수 있다. 협착은 판막이 좁아지는 현상으로, 대동맥판협착, 승모판협착, 삼첨판협착, 허파동맥판협착 등이 있다. 승모판협착은 류마티스열의 흔한 합병증이다.[26]

판막 염증은 주로 세균 감염인 감염성 심내막염에 의해 발생할 수 있지만, 다른 미생물에 의해서도 발생할 수 있다. 세균은 손상된 판막에 쉽게 부착된다.[27] 염증 반응을 일으키지 않는 심내막염으로는 비세균성 혈전 심내막염이 있으며, 이는 이전에 손상되지 않은 판막에서 주로 발견된다.[27] 승모판탈출증은 판막의 점액변성으로 결합조직이 약화되어 발생하며, 두꺼워진 승모판 첨판이 수축기 동안 좌심방 쪽으로 이동한다.[26]

심장판막 질환은 선천적(예: 대동맥판역류)이거나 후천적(예: 감염성 심내막염)일 수 있다. 심혈관질환, 결합조직질환, 고혈압 등과 관련될 수 있다.

5. 3. 심장 판막 질환의 증상 및 합병증

심장판막증은 판막 기능 부전의 일반적인 용어이다. 주된 증상으로 대동맥판 질환은 호흡곤란, 삼첨판 질환은 간 기능 이상이나 황달을 유발할 수 있다.[26] 감염성 심내막염 같은 감염이 원인일 경우, 발열과 함께 손발톱에 손발톱선상출혈이 나타나거나, 제인웨이병변, 오슬러결절, 로스반점 등 특이 증상이 나타날 수 있다.[26] 심장판막증의 주요 합병증은 혈액 난류로 인한 혈전 생성과 심부전이다.[26]

5. 4. 심장 판막 질환의 진단 및 치료

심장판막증은 심초음파를 통해 진단한다.[26] 손상되고 결함이 있는 판막은 판막성형술을 통해 판막을 그대로 둔 채로 고쳐 쓰거나 인공심장판막으로 판막치환술을 시행할 수 있다. 감염이 원인인 경우 항생제 치료가 필요할 수도 있다.[26]

5. 5. 선천성 심장병

가장 흔한 판막 기형은 선천성 심장병(CHD)의 일종인 이첨대동맥판이다. 이첨대동맥판은 배아 발생 동안 두 개의 첨판이 융합되어 정상적인 세 첨판을 가지는 대동맥판 대신 두 개의 첨판만을 가지게 되는 상태이다. 이 상태는 석회화 대동맥판협착이 발생하기 전까지 종종 진단되지 않는다.[28][29]

덜 흔한 CHD로는 삼첨판폐쇄, 허파동맥판폐쇄, 엡스타인 기형이 있다. 삼첨판폐쇄는 삼첨판이 전혀 생성되지 않아 우심실이 제대로 발달되지 못하거나 아예 생기지 않기도 한다. 허파동맥판폐쇄는 허파동맥판이 완전히 닫히는 기형이다. 엡스타인 기형은 삼첨판의 사이막 첨판이 제 위치에 있지 않아 심방이 정상보다 커지고 심실은 반대로 작아지는 기형이다.

6. 역사

심장 판막의 기능에 대한 연구는 오랜 역사를 가지고 있다. 인공 심장 판막 개발은 심장 판막 질환 치료에 획기적인 발전을 가져왔다.

심실이 수축할 때 심장 판막의 그림

참조

[1] 백과사전 Heart Valves http://www.americanh[...] American Heart Association, Inc 2010-08-05
[2] 웹사이트 Pressure Gradients http://www.cvphysiol[...] Richard E. Klabunde 2009-07-02
[3] 웹사이트 Cardiac Valve Disease http://www.cvphysiol[...] Richard E. Klabunde 2007-04-05
[4] 문서 SUNYAnatomyLabs
[5] 문서 SUNYAnatomyLabs
[6] 학술지 The Heart and Cardiovascular System 1992-07-01
[7] 학술지 Anatomy of the mitral subvalvular apparatus. 2018-05
[8] 문서 Patterns Of Systolic Stress Distribution On Mitral Valve Anterior Leaflet Chordal Apparatus. A Structural Mechanical Theoretical Analysis http://www.fondazion[...] 2000-04
[9] 서적 Larsen's human embryology Churchill Livingstone/Elsevier 2009
[10] 웹사이트 An Overview of Heart Valve Disease https://www.webmd.co[...] 2021-05-09
[11] 서적 Davidson's principles and practice of medicine Churchill Livingstone/Elsevier 2011
[12] 서적 Robbins Basic Pathology Saunders/Elsevier
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[14] 문서 Cardiovascular calcification: Orbicular origins
[15] 웹사이트 대한의협 의학용어 사전 https://www.kmle.co.[...]
[16] 웹인용 To be a relentless force for a world of longer, healthier lives https://www.heart.or[...] 2022-05-04
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[19] 저널 The Heart and Cardiovascular System 1992-07-01
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[21] 저널 Anatomy of the mitral subvalvular apparatus. 2018-05
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[23] 웹사이트 대한해부학회 의학용어 사전 https://www.kmle.co.[...]
[24] 서적 Larsen's human embryology https://archive.org/[...] Churchill Livingstone/Elsevier 2009
[25] 웹인용 An Overview of Heart Valve Disease https://www.webmd.co[...] 2021-05-09
[26] 서적 Davidson's principles and practice of medicine. Churchill Livingstone/Elsevier 2010
[27] 서적 Robbins Basic Pathology https://archive.org/[...] Saunders/Elsevier
[28] 문서 Nano-analytical electron microscopy reveals fundamental insights into human cardiovascular tissue calcification
[29] 문서 Cardiovascular calcification: Orbicular origins


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