순환계와 심장

동물이 혈액 또는 혈림프를 몸 전체로 이동시키는 방법과 심장이 조직의 요구에 맞춰 전달되는 압력과 흐름을 생성하는 방법에 대해 설명합니다.

Definition

순환계는 기체, 영양분, 노폐물, 호르몬 및 열을 동물의 몸 전체로 운반하는 펌프, 유체 및 혈관의 배열이며, 심장은 리드미컬한 수축으로 흐름을 구동하는 압력을 생성하는 근육 펌프입니다.

Scope

이 주제는 내부 운송의 비교 생리학을 다룹니다: 개방형 및 폐쇄형 순환계, 단일 및 이중 순환, 척추동물 및 무척추동물 심장의 구조와 전기적 활동, 심장 주기, 심박출량 및 혈압 조절. 혈관 저항과 용량이 흐름을 어떻게 분배하는지, 그리고 순환이 신체 크기, 활동 및 호흡 전략에 어떻게 맞춰지는지를 다룹니다. 다루는 내용은 임상적이라기보다는 비교적이고 기전적입니다.

Core questions

• 개방형 순환계와 폐쇄형 순환계를 구별하는 특징은 무엇이며, 이들의 장단점은 무엇입니까?
• 심장 박동은 어떻게 시작되고 퍼지며, 심장 주기는 어떻게 구성됩니까?
• 신체의 변화하는 요구에 맞춰 심박출량은 어떻게 조절됩니까?
• 조류와 포유류에서 이중 순환이 진화한 이유는 무엇이며, 어떤 이점을 제공합니까?

Key theories

프랭크-스탈링 관계

심장 수축력은 심장이 채워지는 정도에 따라 증가하므로, 제한된 범위 내에서 심장은 자신에게 돌아온 혈액량을 자동으로 펌프질하여 심박출량을 정맥 환류에 맞춥니다.

심장 박동의 근원성 기원

척추동물의 심장에서는 리듬이 신경이 아닌 특수 박동원 근육 세포 내에서 발생하며, 충격은 심장 근육을 통해 퍼져 수축을 조절하고, 신경 및 호르몬 입력은 박동 속도와 힘을 조절합니다.

Mechanisms

폐쇄형 시스템은 혈액을 혈관 내에 가두어 높은 압력과 정교한 분포 제어를 유지할 수 있는 반면, 개방형 시스템은 낮은 압력으로 혈림프에 조직을 직접 담급니다. 척추동물의 심장은 근원성으로 박동합니다: 박동원 세포가 자발적으로 탈분극하고 충격이 전도 조직과 근육을 통해 퍼져 채우기와 박출의 조화로운 심장 주기를 생성합니다. 박출량은 채우기(프랭크-스탈링 기전)와 수축력에 의해 결정되며, 심박수는 자율 신경 및 호르몬 입력에 의해 결정되므로 심박출량은 이들의 곱과 같습니다. 동맥, 세동맥, 모세혈관 및 정맥은 압력을 조절하고 흐름을 분배하기 위해 저항과 순응도가 다르며, 어류의 단일 순환, 양서류 및 파충류의 중간 심장, 그리고 조류와 포유류의 완전히 분리된 이중 순환은 가스 교환 및 대사 요구에 맞춰진 연속적인 해결책을 나타냅니다.

Clinical relevance

잠수 동물의 극심한 서맥과 작은 내온 동물의 높은 심박출량을 포함한 비교 심장 생리학은 심혈관 성능 및 그 조절의 원리를 밝혀줍니다. 이 항목은 교육용 참고 자료이며 의학적 지침이 아닙니다.

History

1628년 윌리엄 하비의 혈액 순환 시연은 심혈관 생리학의 기초를 세웠고, 이후 프랭크와 스탈링은 심박출량의 길이-장력 기반을 확립했습니다. 비교 생리학은 이러한 원리를 다양한 동물 심장과 순환계에 걸쳐 확장하여 순환계 설계와 신체 크기, 생활 방식 및 호흡 전략을 연관시켰습니다.

Key figures

• William Harvey
• Otto Frank
• Ernest Starling
• Knut Schmidt-Nielsen

Seminal works

• hill2016
• randall2002
• schmidtnielsen1997

Frequently asked questions

개방형 순환과 폐쇄형 순환의 차이점은 무엇입니까?

폐쇄형 시스템에서는 혈액이 혈관 내에 머무르며 혈관을 통해 심장으로 돌아옵니다. 개방형 시스템에서는 펌프가 혈림프를 신체 공간으로 비워 조직을 직접 담그고, 그 후 혈림프가 다시 배수됩니다.

프랭크-스탈링 기전은 무엇입니까?

이는 심장이 더 많이 채워질 때 더 강하게 수축하는 경향을 말하며, 외부 제어 없이도 받는 만큼의 혈액을 거의 정확하게 펌프질합니다.