대뇌순환
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1. 개요
대뇌순환은 뇌에 혈액을 공급하는 과정을 의미하며, 뇌의 해부학적 구조, 혈액 공급 방식, 생리학적 조절 기전을 포함한다. 뇌는 내경동맥과 추골동맥을 통해 혈액을 공급받으며, 앞뇌순환과 뒤뇌순환으로 나뉜다. 윌리스 환은 뇌의 혈액 공급에 백업 역할을 한다. 뇌 혈류는 뇌의 대사 요구에 따라 엄격하게 조절되며, 뇌 혈류 조절 기전에는 대사 조절, 압력 자가 조절, 화학적 조절, 신경 조절 등이 있다. 뇌 혈류량은 ASL, PC-MRI, PET 등의 신경 영상 기술을 통해 측정할 수 있다.
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| 대뇌순환 | |
|---|---|
| 개요 | |
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| 설명 | 뇌 혈액 공급 |
| 혈액 공급 | |
| 관련 항목 | 뇌 |
2. 해부학
대뇌의 해부학적 구조는 뇌로 혈액을 공급하는 동맥과, 혈액을 배출하는 정맥계로 나눌 수 있다. 뇌로 혈액이 공급되는 것은 보통 앞쪽과 뒤쪽으로 나뉘는데, 이것은 혈액을 공급하는 속목동맥과 척추동맥과 관련이 있다.
2. 1. 혈액 공급
뇌로 혈액이 공급되는 것은 보통 앞쪽과 뒤쪽으로 나뉘는데, 이것은 혈액을 공급하는 다른 동맥들과 연관이 있다. 뇌로 혈액을 공급하는 가장 중요한 두 동맥은 속목동맥과 척추동맥이다.뇌로의 혈액 공급은 뇌에 혈액을 공급하는 서로 다른 동맥과 관련하여 일반적으로 전방 및 후방 부분으로 나뉜다. 속목동맥(앞뇌에 공급)과 척추동맥(뇌간과 후방 뇌에 공급)이 뇌에 혈액을 공급하는 주요 동맥이다.[1] 전방 및 후방 뇌 순환은 양측 뒤교통동맥을 통해 상호 연결된다. 이는 윌리스 환의 일부로, 뇌에 백업 순환을 제공한다. 공급 동맥 중 하나가 막히는 경우, 윌리스 환은 뇌 기저부를 따라 전방 및 후방 뇌 순환 사이의 연결을 제공하여, 혈액 공급이 부족하면 허혈이 발생할 수 있는 조직에 혈액을 공급한다.[2]
2. 1. 1. 앞뇌순환
속목동맥과 척추동맥은 뇌로 혈액을 공급하는 데 가장 중요한 두 동맥이다. 뇌로의 혈액 공급은 뇌에 혈액을 공급하는 서로 다른 동맥과 관련하여 일반적으로 앞쪽과 뒤쪽 부분으로 나뉘는데, 앞뇌순환은 뇌의 앞부분, 즉 눈을 포함한 부위에 혈액을 공급한다.[1]
앞뇌순환은 다음 동맥에서 혈액을 공급받는다.
- '''속목동맥''': 이 큰 동맥은 총목동맥의 안쪽 가지이며, 두개골로 들어간다. 반면 바깥목동맥 가지는 얼굴 조직에 혈액을 공급한다. 속목동맥은 앞대뇌동맥으로 분지되고 중간대뇌동맥을 형성한다.[3]
- 앞대뇌동맥 (ACA)
- 앞교통동맥: 뇌실 바닥 내부 및 그를 따라 양측 앞대뇌동맥을 연결한다.
- 중간대뇌동맥 (MCA)
2. 1. 2. 뒤뇌순환
'''뒤뇌순환'''은 후두엽, 소뇌, 뇌간을 포함한 뇌의 뒤쪽 부분에 혈액을 공급하는 것이다. 뒤뇌순환은 다음 동맥에 의해 공급된다.- '''척추동맥''': 쇄골하동맥에서 분기되는 작은 동맥으로, 주로 어깨, 측면 가슴, 팔에 혈액을 공급한다. 인간 두개골 내에서 두 개의 척추동맥은 뇌저동맥으로 합쳐진다.
- * 후하소뇌동맥(PICA)
- 뇌저동맥: 중뇌, 소뇌에 혈액을 공급하며, 보통 후대뇌동맥으로 분기된다.
- * 전하소뇌동맥(AICA)
- * 교뇌가지
- * 상소뇌동맥(SCA)
- 후대뇌동맥(PCA)
- 후교통동맥
2. 2. 윌리스 고리 (Circle of Willis)
윌리스 고리(Circle of Willis)는 뇌에 혈액을 공급하는 데 있어 중요한 역할을 하는 순환계의 일부이다. 속목동맥과 척추동맥에서 나오는 혈류는 양쪽 뒤교통동맥을 통해 서로 연결된다. 이러한 연결 덕분에, 만약 뇌로 혈액을 공급하는 주요 동맥 중 하나가 막히는 경우가 발생하더라도, 윌리스 고리는 뇌의 바닥 부분에서 앞쪽과 뒤쪽 순환계를 연결하여 혈액을 지속적으로 공급할 수 있게 해준다. 결과적으로 뇌 허혈이 발생할 수 있는 위험을 줄이고, 뇌 조직에 필요한 혈액 공급을 보장한다.[2]2. 3. 정맥 배수
대뇌의 정맥 배출은 얕은 부분과 깊은 부분의 두 부분으로 나눌 수 있다.얕은 정맥계는 경막 정맥동, 정맥동으로 구성되어 있으며, 이는 경막 내부에 위치한다. 따라서 경막 정맥동은 대뇌 표면에 위치한다. 이 정맥동 중 가장 두드러진 것은 뇌궁의 정중선 아래 시상면에 위치하며, 뒤쪽과 아래쪽으로 정맥동 합류와 연결되는 상시상 정맥동이다. 여기서 얕은 정맥 배출은 깊은 정맥계를 주로 배출하는 정맥동과 합류한다. 여기에서 두 개의 횡정맥동이 갈라져 측면과 아래쪽으로 S자형 곡선을 따라 이동하여 두 개의 경정맥을 형성하는 S자 정맥동을 형성한다. 목에서 경정맥은 경동맥의 위쪽 경로와 평행하며 혈액을 상대정맥으로 배출한다. 정맥은 관련 경막 정맥동을 관통하여 지주막과 경막을 관통하는 '''연결 정맥'''으로, 내용물을 정맥동으로 배출한다.[4]
깊은 정맥계는 주로 뇌의 깊은 구조 내부의 일반적인 정맥으로 구성되어 있으며, 이는 중뇌 뒤에서 합쳐져 대뇌 정맥 (갈렌 정맥)을 형성한다. 이 정맥은 하시상 정맥동과 합쳐져 직상 정맥동을 형성하며, 이는 위에서 언급한 얕은 정맥계와 정맥동 합류에서 합류한다.
3. 뇌 혈관의 성숙
뇌 혈관의 성숙은 출생 후에 일어나는 중요한 과정이다.[5] 이는 뇌 기능에 필수적인 주요 장벽 및 수축 특성의 획득을 포함한다. 초기 출생 후 단계 동안, 내피 세포(ECs)와 혈관 평활근 세포(VSMCs)는 상당한 분자 및 기능적 변화를 겪는다.
내피 세포는 유해 물질을 배출하여 뇌를 보호하는 데 도움이 되는 중요한 유출 수송체인 P-당단백질을 발현하기 시작한다.[6] 이 유출 능력은 점진적으로 습득되며 출생 후 시기에 완전히 기능하게 된다. 또한, 처음에는 동맥 네트워크를 채우는 VSMC는 평활근 액틴(SMA) 및 미오신-11과 같은 수축성 단백질을 발현하기 시작하여 VSMC를 혈관의 긴장도와 뇌 혈류를 조절할 수 있는 수축성 세포로 변환시킨다.
VSMC에서 Myh11의 발현은 발달 스위치 역할을 하며, 출생부터 2세에서 5세까지 상당한 상향 조절이 일어난다.[5] 이는 혈관 수축성 확립과 뇌 순환 전반의 기능에 필요한 중요한 시기이다.
4. 생리학
'''뇌 혈류'''(CBF)는 주어진 시간 동안 뇌로 공급되는 혈액을 의미한다.[7] 성인의 경우, 뇌 혈류는 일반적으로 분당 750 밀리리터 또는 심박출량의 15.8 ± 5.7%이다.[8] 이는 분당 뇌 조직 100g당 평균 50~54 밀리리터의 관류에 해당한다.[9][10][11] 뇌 혈류/심박출량의 비율(CCRI)은 심박출량이 변하지 않음에도 불구하고 10년마다 1.3% 감소하며, 성인 수명 전반에 걸쳐 여성은 남성보다 더 높은 CCRI를 가진다.[8] 뇌 혈류는 체질량 지수와 반비례 관계를 갖는다.[8]
뇌 혈류는 뇌의 대사 요구를 충족시키기 위해 엄격하게 조절된다.[9][12] 너무 많은 혈액(과혈류)은 두개내압(ICP)을 높여 뇌 조직을 압박하고 손상시킬 수 있다. 뇌 혈류가 분당 100g당 18~20 ml 미만으로 떨어지면 허혈이 발생하고, 분당 100g당 8~10 ml 미만으로 떨어지면 조직이 사망한다. 뇌 조직에서는 허혈성 연쇄 반응이 촉발되어 뉴런의 손상과 사망을 초래할 수 있다. 의료 전문가는 쇼크, 뇌졸중, 뇌부종, 외상성 뇌 손상과 같은 질환을 가진 환자의 적절한 뇌 혈류를 유지하기 위한 조치를 취해야 한다.
뇌 관류 압력(CPP)은 평균 동맥압(MAP)에서 두개내압(ICP)을 뺀 값으로 정의된다. 정상인의 경우 50 mm Hg 이상이어야 하며, 두개내압은 15 mm Hg 이상이 되어서는 안 된다(20 mm Hg의 ICP는 두개내 고혈압으로 간주된다).[14]
4. 1. 뇌혈류 조절 기전
뇌 혈류는 혈액의 점성, 혈관의 확장 정도, 뇌로의 혈류의 순 압력(뇌 관류 압력) 등 여러 요인에 의해 결정되며, 이는 신체의 혈압에 의해 결정된다.[14] 뇌 혈관은 뇌 자가 조절이라고 하는 과정에서 직경을 변경하여 혈류를 변경할 수 있다. 전신 혈압이 상승하면 수축하고 낮아지면 확장한다.[15] 세동맥은 또한 다양한 화학적 농도에 반응하여 수축하고 확장한다. 예를 들어 혈액 내 이산화 탄소 수치가 높으면 확장하고 이산화 탄소 수치가 낮으면 수축한다.[15]예를 들어, 동맥 이산화 탄소 분압(PaCO2)이 40 mmHg(정상 범위 38–42 mmHg)[16]이고 뇌 혈류(CBF)가 분당 100g당 50 ml인 사람을 가정해 보자. PaCO2가 30 mmHg로 떨어지면, 이는 PaCO2의 초기 값에서 10 mmHg 감소를 나타낸다. 결과적으로, CBF는 PaCO2가 1mmHg 감소할 때마다 분당 100g당 1ml 감소하여, 새로운 CBF는 분당 뇌 조직 100g당 40ml가 된다. 실제로, 20–60 mmHg 범위에서 PaCO2가 1 mmHg 증가하거나 감소할 때마다, CBF 값의 약 1–2 ml/100g/min 또는 2–5%에 해당하는 CBF 변화가 동일한 방향으로 발생한다.[17] 이것이 호흡 패턴의 작은 변화가 PaCO2 변화를 통해 전반적인 CBF의 상당한 변화를 일으킬 수 있는 이유이다.[17]
CBF는 뇌 관류 압력(CPP)을 뇌혈관 저항(CVR)으로 나눈 값과 같다.[18]
:CBF = CPP / CVR
CBF의 조절은 CPP에 영향을 미치는 요인과 CVR에 영향을 미치는 요인의 관점에서 고려된다. CVR은 다음 네 가지 주요 메커니즘에 의해 조절된다.
# 대사 조절 (또는 '대사 자가 조절')
# 압력 자가 조절
# 화학적 조절 (동맥 pCO2 및 pO2에 의해)
# 신경 조절
증가된 두개내압(ICP)은 주로 두 가지 기전을 통해 뇌 세포의 혈액 관류를 감소시킨다.
- 증가된 ICP는 증가된 간질 정수압을 구성하며, 이는 차례로 뇌내 혈관에서 모세 혈관 여과에 대한 구동력을 감소시킨다.
- 증가된 ICP는 뇌 동맥을 압박하여 뇌혈관 저항(CVR)을 증가시킨다.
4. 2. 영상
동맥 스핀 표지(ASL), 위상 대비 자기 공명 영상(PC-MRI), 양전자 방출 단층 촬영술(PET)은 뇌 혈류량을 측정하는 데 사용될 수 있는 신경 영상 기술이다. ASL과 PET는 특정 뇌 영역 내의 국소 뇌 혈류량(rCBF)을 측정하는 데에도 사용될 수 있다.한 위치에서의 rCBF는 분자 확산에 의해 시간에 따라 측정될 수 있다.[19]
참조
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서적
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옛 대한의협 3 의학용어 사전
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