폐순환
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1. 개요
폐순환은 심장에서 폐를 거쳐 다시 심장으로 순환하는 혈액의 흐름을 의미한다. 고대 이집트, 그리스 시대를 거쳐 이븐 알 나피스, 미겔 세르베토, 윌리엄 하비 등의 연구를 통해 점차 밝혀졌다. 폐순환은 우심실에서 폐동맥을 통해 폐로 이동, 폐포에서 가스 교환 후 폐정맥을 통해 좌심방으로 돌아오는 구조를 갖는다. 주요 기능은 가스 교환, 혈액 여과, 호르몬 조절 등이며, 태아 순환에서는 폐를 우회하는 경로를 가진다. 폐고혈압, 폐색전증, 심장 내 단락 등 다양한 의학적 상태와 관련되며, 척추동물에서 나타나며 육상 진출에 따라 발달한 구조로 보인다.
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| 폐순환 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 계통 | 순환계의 일부 |
| 기능 | 심장에서 폐로, 폐에서 심장으로 혈액을 운반 |
| 상세 정보 | |
| 시작 | 우심실 |
| 끝 | 좌심방 |
| 관여 혈관 | 폐동맥 폐정맥 |
| 설명 | 심장에서 폐로 혈액을 운반하여 산소를 공급받고, 다시 심장으로 되돌아오는 순환 경로이다. |
2. 역사
R. A. 영은 히포크라테스의 글을 인용하며 초기 그리스인들이 폐순환에 대해 알고 있었다고 주장한다.[29]
이븐 알 나피스는 1242년 자신의 저서 ''Commentary on Anatomy in Avicenna's Canon''에서 폐순환을 최초로 기술했으며, 이후 미카엘 세르베투스가 "Manuscript of Paris"에서 이에 대해 기술하였다.[30] 
폐순환의 발견은 여러 과학자들에게 귀속되어 왔으며, 그 공헌도는 자료마다 다르게 평가된다. 현대 의학 문헌에서는 윌리엄 하비에게 그 발견의 공로를 돌리는 경우가 많지만,[16][17] 히포크라테스, 미겔 세르베토, 이븐 알-나피스, 쿠스타 이븐 루카 등에게 공로를 돌리는 경우도 있다.[18][19][21][20]
심혈관계에 대한 원시적인 묘사는 여러 고대 문화에서 발견된다. 순환에서 공기의 역할을 가장 먼저 묘사한 것은 기원전 3500년 이집트에서였다.
2. 1. 고대와 중세
고대 이집트인들은 심장과 혈관의 연결을 인식했지만, 폐의 역할에 대한 개념은 없었다.[24] 에드윈 스미스 파피루스(기원전 1700년경)와 에버스 파피루스(기원전 1550년경)는 심장의 중요성과 혈관과의 연결을 강조했지만, 혈액 순환의 원동력을 심장의 압력이 아닌 혈관 속 공기로 보았다.[24]히포크라테스는 그의 저서 ''히포크라테스 전집''에서 폐순환을 전신 순환과 분리된 별개의 시스템으로 처음 묘사했다.[21] 그는 간과 비장에서 생성된 혈액이 심장으로 이동하여 폐에 의해 냉각된다고 보았다.[19] 심장을 두 개의 심실과 모든 혈관의 중심점으로 묘사하고, 일부 혈관은 혈액만, 다른 혈관은 공기만 운반한다고 보았다. 그는 공기 운반 혈관이 폐정맥을 통해 좌심실로, 폐동맥을 통해 우심실로 공기를 운반한다고 가정했다. 또한 공기를 포착하는 두 개의 심방의 존재를 제안했다. 그러나 그의 폐순환과 심장 기능에 대한 개념은 현대적 기준으로는 대체로 부정확했다.[22]
갈레노스(129년경 ~ 210년경)는 동맥이 공기뿐만 아니라 혈액도 운반한다고 제안했다.[19] 그는 간이 모든 혈관의 기원이며, 심장은 혈액이 통과하는 기관이라고 생각했다.[23] 그의 이론에서 공기는 폐로 흡입되어 프네우마가 되고, 폐정맥을 통해 심장의 좌심실로 전달되어 혈액을 냉각시킨다. 이 혼합물은 동맥을 통해 신체로 운반된다. 또한 우심실은 혈액을 폐로 운반하여 불순물을 배출한다고 썼다. 그러나 그는 심실 간 중격에 작은 구멍이 있어 혈액이 심실 사이로 흐른다고 믿었다.[22]
아비센나(980년경 ~ 1037년)는 ''의학 정전''에서 갈레노스의 부정확한 폐순환 견해를 따랐다.[19]
이븐 알 나피스는 1242년에 ''아비센나의'' ''정전'' ''해부학 주석''에서 심실 중격의 구멍 존재를 부정하고, 혈액이 우심실에서 좌심실로 가는 유일한 방법은 폐순환이라고 추측했다. 그는 폐의 해부학을 명확하고 기본적으로 정확하게 묘사했다.[27] 그러나 그는 좌심실에서 혈액과 공기의 혼합물로부터 형성되는 생명력의 개념을 믿었다.[27]
2. 2. 르네상스와 근대
레오나르도 다 빈치(1452 – 1519 CE)는 심장이 근육이라는 것을 제안한 최초의 인물 중 한 명이었지만, 갈레노스의 순환 이론을 따랐고 심실 간 구멍의 존재를 옹호했다.[22] 안드레아스 베살리우스(1514 – 1564 CE)는 1543년 저서 ''De humani corporis fabrica libri septem''에서 심실 간 구멍의 존재에 의문을 제기하며 갈레노스의 순환 해부학 견해를 수정했다.[26]스페인 미겔 세르베토는 유럽에서 폐순환을 정확하게 묘사한 최초의 의사였다.[18] 그의 주장은 이븐 알 나피스의 주장과 대체로 일치했다. 이후 수세기 동안 세르베토는 종종 폐순환의 발견자로 인정받았지만, 일부 역사가들은 그가 자신의 저작을 쓸 때 이븐 알-나피스의 저작에 접근했을 가능성이 있다고 생각한다.[19] 세르베토는 자신의 연구 결과를 ''Christianismi Restitutio''(1553)에 발표했는데, 이는 가톨릭과 칼뱅주의자 모두에게 이단으로 간주된 신학 저작이었다. 그 결과, 책과 저자 모두 화형에 처해졌고, 저작의 사본은 거의 살아남지 못했다.[19]
이탈리아 의사 레알도 콜롬보(c. 1515 – 1559 CE)는 1559년 ''De re anatomica libri XV''라는 책을 출판하여 폐순환을 정확하게 묘사했다. 콜롬보가 독자적으로 결론에 도달했는지, 아니면 알-나피스와 세르베토의 저작에 어느 정도 근거했는지는 역사학자들 사이에서 여전히 논쟁거리이다.[19][22]
1628년, 영국의 의사 윌리엄 하비(1578 – 1657 AD)는 논문 ''Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus''에서 당시 전 세계 학자들보다 폐순환에 대해 가장 완전하고 정확한 묘사를 제공했다. 그의 모델은 거시적 수준에서 여전히 폐순환에 대한 현대적 이해와 일치한다.[16]
3. 구조
산소가 고갈된 혈액은 심장을 떠나 폐로 간 다음 다시 심장으로 들어간다.[2] 산소가 고갈된 혈액은 폐동맥을 통해 우심실에서 나온다.[2] 우심방에서 혈액은 삼첨판 (또는 우심방실판)을 통해 우심실로 펌핑된다. 그런 다음 혈액은 우심실에서 폐동맥판을 거쳐 폐동맥으로 펌핑된다.[2] 정맥혈은 폐동맥판을 나온 직후 좌우 2개의 폐동맥으로 분기되어 기관지와 나란히 가지를 치면서 소엽의 중심에 도달하여 모세 혈관으로서 폐포 벽을 둘러싼다. 여기서 가스 교환을 하여 동맥혈이 된 후, 소폐정맥으로서 소엽 간격벽을 달려 좌우 폐에서 상하 2개씩, 총 4개의 폐정맥이 되어 좌심방으로 돌아온다.
3. 1. 폐동맥
우심실에서 나온 혈액은 폐동맥판을 통해 좌우 주 폐동맥으로 이동하며, 이는 각 폐로 연결된다.[3][6] 폐동맥은 매우 얇은 벽을 가진 모세 혈관으로 더 가늘게 나뉘어져 폐포와 만나 가스 교환을 한다.[4] 폐동맥은 내탄성막과 외탄성막을 모두 가지고 있다.[5]폐동맥은 대동맥에 비해 혈관벽이 얇고 수축성이 부족하지만, 신전성이 풍부하다. 이 때문에 폐동맥의 동맥압은 체혈압의 약 1/6 정도로 낮다. 폐모세 혈관의 직경은 약 5μm로, 다른 모세 혈관보다 가늘며, 호중구나 적혈구보다도 작다. 폐모세 혈관은 혈관 내피의 종대나 주변의 부종, 흉강 내압 및 혈류량 증대에 의해 쉽게 확장된다. 이 모세 혈관은 폐포를 둘러싸는 빽빽한 그물 구조를 만들어 효율적인 가스 교환을 가능하게 하며, 그 면적은 테니스 코트 1면 정도에 달한다.
3. 2. 폐
폐동맥은 이산화 탄소를 배출하고 산소를 호흡을 통해 흡수하는 폐로 산소가 고갈된 혈액을 운반한다.[3] 폐동맥은 매우 얇은 벽을 가진 매우 가는 모세 혈관으로 더 나뉜다.[4]
정맥혈은 폐동맥판을 나온 직후 좌우 2개의 폐동맥으로 분기되어 기관지와 나란히 가지를 치면서 소엽의 중심에 도달하여 모세 혈관으로서 폐포 벽을 둘러싼다. 여기서 가스 교환을 하여 동맥혈이 된다.
폐동맥은 대동맥에 비해 혈관벽이 얇고 수축성이 부족한 대신 신전성이 풍부하다. 이 때문에 폐동맥의 동맥압도 낮아 평균 폐동맥압은 체혈압의 약 1/6이다. 또한, 폐모세 혈관의 직경도 5마이크로미터(μm) 정도로 다른 모세 혈관보다 가늘고, 호중구나 적혈구보다 작다. 폐모세 혈관은 혈관 내피의 종대나 주변의 부종, 흉강 내압 및 혈류량의 증대에 의해 쉽게 확장된다. 이 모세 혈관은 폐포를 둘러싸는 듯한 빽빽한 그물 구조를 만들어 효율적인 가스 교환을 실현하고 있다. 그 면적은 테니스 코트 1면 분량에 달한다고 한다.
3. 3. 폐정맥
폐정맥은 산소가 풍부한 혈액을 폐에서 좌심방으로 되돌려 보내는 역할을 한다.[3][6] 좌우 폐에서 상하 2개씩, 총 4개의 폐정맥이 좌심방으로 연결된다. 폐정맥은 단일 (외측) 탄성층을 가지고 있다. 폐순환에 소요되는 시간은 4~6초이며, 이 중 적혈구가 폐모세 혈관을 통과하는 시간은 안정 시 0.75초, 운동 시 0.25초이다.4. 기능
폐순환의 주요 기능은 가스 교환이다. 폐는 폐포에서 산소를 받아들이고 이산화 탄소를 배출한다. 폐포를 둘러싼 빽빽한 그물 구조의 모세 혈관은 효율적인 가스 교환을 가능하게 하며, 그 면적은 테니스 코트 1면 분량에 달한다고 한다.
폐순환은 혈전 등을 포착하여 용해 등으로 제거하는 '''혈액 여과 작용'''도 수행한다. 너무 큰 혈전은 폐색전증을 일으킬 수 있다.
또한, 폐 모세혈관에 존재하는 안지오텐신 전환 효소(ACE)는 레닌-안지오텐신-알도스테론계에서 안지오텐신 I을 II로 전환시키고, 브라디키닌을 불활성화하며 노르에피네프린을 제거하는 역할을 한다.
5. 특징
폐순환에서 정맥혈은 폐동맥판을 나와 좌우 2개의 폐동맥으로 분기되어 기관지와 나란히 가지를 치면서 소엽 중심에 도달, 모세 혈관으로서 폐포 벽을 둘러싼다. 여기서 가스 교환이 이루어져 동맥혈이 된 후, 소폐정맥으로서 소엽 간격벽을 달려 좌우 폐에서 상하 2개씩, 총 4개의 폐정맥이 되어 좌심방으로 돌아온다. 폐순환에는 4~6초가 소요되며, 이 중 적혈구가 폐모세 혈관을 통과하는 시간은 안정 시 0.75초, 운동 시 0.25초이다.
폐동맥은 대동맥에 비해 혈관벽이 얇고 수축성이 부족하지만, 신전성이 풍부하다. 따라서 폐동맥의 동맥압은 낮아 평균 폐동맥압이 체혈압의 약 1/6이다. 폐모세 혈관 직경도 약 5μm로 다른 모세 혈관보다 가늘어, 호중구나 적혈구보다 작다. 폐모세 혈관은 혈관 내피 종대, 주변 부종, 흉강 내압 및 혈류량 증대에 의해 쉽게 확장된다. 이 모세 혈관은 폐포를 둘러싸는 빽빽한 그물 구조를 만들어 효율적인 가스 교환을 가능하게 한다. 그 면적은 테니스 코트 1면 정도라고 한다.
폐순환은 폐라는 하나의 장기로 혈류를 보내 체순환과 다르다. 순환계에서 폐는 직렬로 연결되어, 혈액 대부분이 폐를 통과하므로 폐순환에 장애가 생기면 심박출량에 직접 영향을 미친다. 안정 시에는 전체 혈관의 약 1/4만 열려 있어 예비량이 크다. 따라서 폐혈관 내압 상승에 유연하게 대응할 수 있으며, 폐혈관 저항은 낮아 체순환의 약 1/6 정도이다.
폐혈관은 저산소 상태(산소 분압 70mmHg 이하)에서 혈관 수축을 일으켜 폐동맥압을 높이고, 환기가 적은 부분의 혈류를 줄인다. 이를 Hypoxic pulmonary vasoconstriction|저산소성 폐혈관 수축영어이라고 한다.[1]
6. 발달
태아 순환에서 폐순환 고리는 사실상 우회된다.[7] 태아의 폐는 쪼그라들고, 혈액은 우심방에서 직접 난원공(쌍을 이루는 심방 사이의 열린 통로)을 통해 좌심방으로 이동하거나, 동맥관(폐동맥과 대동맥 사이의 단락)을 통해 이동한다.[7]
출생 시 폐가 팽창하면 폐 압력이 떨어지고 혈액은 우심방에서 우심실로, 그리고 폐 순환로를 통과한다. 수개월에 걸쳐 난원공은 닫히고 타원 오목으로 알려진 얕은 함몰 부위를 남긴다.[7][8] 양수에 있는 태아는 태반을 통해 모체로부터 산소를 얻고 있기 때문에 폐에서 가스 교환을 하지 않는다. 따라서 폐에 많은 혈류를 보낼 필요가 없으므로 태아 순환에서는 폐동맥과 대동맥 사이에 션트(단락로)가 존재한다. 이는 동맥관이라고 하며, 출생 후 브라디키닌의 작용에 의해 혈관이 조여져 닫힌다. 성인에게서 동맥관의 잔유물이 동맥관 인대로 남지만, 닫히지 않으면 동맥관 개존증이 된다.
7. 임상적 의의
폐순환에 영향을 미치는 여러 가지 의학적 상태가 있다. 폐고혈압은 폐동맥의 저항이 증가하는 질환이며,[9] 폐색전증은 색전증에 의해 폐동맥이나 그 분지가 막히는 질환이다.[10] 심장 내 단락은 심장 일부 사이의 부자연스러운 연결로 인해 혈류가 폐를 우회하게 만드는 상태이며,[12] 혈관 저항[13], 폐 단락 등도 폐순환에 영향을 미치는 요인이다.
7. 1. 폐고혈압
폐고혈압은 폐동맥의 저항이 증가하는 질환이다.[9]7. 2. 폐색전증
폐색전증은 색전증에 의해 폐동맥 또는 그 분지가 막히는 질환으로, 보통 심부 정맥 혈전증으로부터의 혈전이 원인이다.[10] 호흡 곤란 또는 흉통을 유발할 수 있으며, CT 폐동맥 혈관 조영술 또는 환기-관류 스캔을 통해 진단한다. 헤파린 및 와파린과 같은 항응고제로 치료하는 경우가 많다.[11]8. 계통과의 관계
척추동물에서 폐순환은 양서류, 파충류, 조류, 포유류에서 나타난다. 어류는 대부분 폐가 호흡기로 기능하지 않는다. 실제로 호흡에 사용되는 폐어 등에서도 폐순환은 존재하지 않고, 대략적으로 다른 장기와 같다. 따라서 육상 진출에 따라 발달한 구조로 보인다. 양서류는 혈관 배치는 폐순환이 있지만, 심장의 구조에서 두 개의 심방이 있으나 심실은 하나뿐이어서 폐순환에서 돌아온 혈액은 정맥혈과 섞여 버려, "모든 혈액이 폐를 거쳐 전신으로 간다"는 효과는 충분하지 않다. 파충류는 심실에 칸막이가 생겨, 불충분하지만 그 효과가 있다.
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