혈류역학(Hemodynamics)
혈류역학은 혈액이 심장과 혈관계를 통해 순환하는 물리적 원리를 연구하는 학문으로, 혈압, 혈류량, 혈관저항 등의 다양한 변수를 다룹니다. 혈류는 심장의 펌프 작용, 혈관의 탄성, 혈액의 점도, 압력 차이 등에 의해 조절됩니다.
1. 혈류역학의 기본 원리
(1) 심장의 펌프 기능과 심박출량 (Cardiac Output, CO)
심장은 혈액을 전신으로 보내는 펌프 역할을 하며, 심박출량(CO)은 혈액이 1분 동안 심장에서 방출되는 양을 의미합니다.
CO=HR×SV
- CO (Cardiac Output, 심박출량): 1분당 방출되는 혈액량 (정상: 4~8 L/min)
- HR (Heart Rate, 심박수): 1분당 심장 박동 수
- SV (Stroke Volume, 1회 박출량): 1회 심장 수축 시 방출되는 혈액량
(2) 혈압(Blood Pressure, BP)과 혈류량(Blood Flow, Q)
혈압은 심장이 수축할 때와 이완할 때의 압력 차이로 인해 생성되며, 이는 혈류를 추진하는 원동력이 됩니다.
BP=CO×SVR
- BP (Blood Pressure, 혈압): 혈액이 혈관벽에 가하는 압력
- SVR (Systemic Vascular Resistance, 전신혈관저항): 혈류에 저항을 가하는 혈관의 저항
혈류량(Q, Flow)의 계산:
Poiseuille 법칙에 따라 혈류량(Q)은 다음과 같이 표현됩니다.
Q=ΔP/
- Q : 혈류량
- ΔP : 혈압 차이 (혈관의 양 끝 압력 차이)
- R : 혈관 저항
즉, 혈압이 증가하면 혈류량도 증가하지만, 혈관저항이 증가하면 혈류량은 감소합니다.
2. 혈관 저항 (Vascular Resistance)
혈관 저항은 혈류에 반하는 힘으로, 혈관의 직경, 길이, 혈액 점도 등에 의해 결정됩니다.
R=8ηL/
- R : 혈관 저항
- : 혈액 점도 (Viscosity)
- L : 혈관 길이
- r : 혈관 반지름
Poiseuille 법칙에 따른 혈관 반지름과 혈류의 관계
혈관 반지름이 2배 증가하면 저항은 16배 감소하며, 반대로 혈관 반지름이 절반으로 줄어들면 저항은 16배 증가합니다. 따라서 혈관 수축과 이완이 혈류역학에서 매우 중요한 역할을 합니다.
3. 혈액의 점도(Viscosity)와 혈류 형태
혈액의 점도는 적혈구 수, 혈장 단백질 농도 등에 의해 결정되며, 점도가 증가하면 혈관 저항도 증가하여 혈류가 감소합니다.
- Laminar Flow (층류): 정상적인 혈류 형태, 혈관 중앙에서 혈액 속도가 가장 빠르고 벽에서는 느림.
- Turbulent Flow (난류): 혈관이 좁아지거나(협착), 혈압이 증가하면 혈류가 불규칙해짐 → 심잡음 발생 가능.
- Reynolds 수 (Re): 층류와 난류를 결정하는 지표. Reynolds 수가 2000 이상이면 난류가 발생할 가능성이 높음.
Re=ρvd / η
- ρ : 혈액 밀도
- v : 혈류 속도
- d : 혈관 직경
- : 혈액 점도
4. 혈압 조절 기전
혈압은 자율신경계, 호르몬, 국소 조절 기전에 의해 조절됩니다.
(1) 신경성 조절
- 교감신경 (Sympathetic Nervous System) → 혈관 수축(혈압 상승), 심박수 증가
- 부교감신경 (Parasympathetic Nervous System) → 혈관 확장(혈압 감소), 심박수 감소
(2) 호르몬 조절
- 레닌-안지오텐신-알도스테론 시스템(RAAS): 안지오텐신 II → 혈관 수축 → 혈압 상승
- 바소프레신(항이뇨호르몬, ADH): 신장에서 수분 재흡수 증가 → 혈압 상승
- 심방 나트륨이뇨 펩타이드(ANP): 혈관 확장 → 혈압 감소
(3) 자가조절 (Autoregulation)
- 대뇌, 신장, 심장 등 중요 장기는 혈압 변화에도 일정한 혈류를 유지하기 위해 혈관 내벽의 조절 기전이 작용함.
5. 혈류역학적 변화가 임상에서 중요한 이유
혈류역학적 변화는 다양한 질환에서 중요한 역할을 합니다.
질환 혈류역학적 변화
| 고혈압 | 혈관 저항 증가로 심장 부담 증가 |
| 심부전 | 심박출량 감소, 혈액 순환 저하 |
| 쇼크 | 혈압 감소로 말초조직에 혈류 공급 저하 |
| 죽상경화증 | 혈관이 좁아져 혈류 감소, 혈압 상승 |
| 폐동맥고혈압 | 폐혈관 저항 증가로 우심실 부담 증가 |
결론
혈류역학은 혈액 순환의 기본 원리를 설명하는 중요한 개념으로, 심장의 펌프 작용, 혈관 저항, 혈압 조절 메커니즘 등이 유기적으로 작용합니다. 이러한 개념은 고혈압, 심부전, 쇼크 등의 다양한 질환에서 임상적으로 매우 중요한 의미를 가지므로, 혈역학적 원리를 이해하는 것이 필수적입니다.