운동과 순환계통
운동과 순환계통(물질의 흡수 · 운반 체내 운송계통) 개요
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- 호흡 - 산소, 소화 - 영양소
- 세포대사 - 노폐물, 이산화탄소 운반 배출(콩팥, 허파)
- 혈관계통(심장-펌프, 혈관-도로망, 혈액-운송수단) / 림프계통
- 허파순환(오른심실→허파→왼심방) / 온몸순환(왼심실→온몸→오른심방)
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심장의 구조
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- 가슴우리 중앙, 약간 왼쪽 기울어, 주먹크기
- 심장벽 3층(속막/근육층/바깥막) / 심장막공간(심장막액) / 섬유심장막(2겹)
- 심방atrium 2개(오른심방, 왼심방) / 심실ventricle 2개(오른심실, 왼심실)
- 판막(혈액 한방향 흐름 역할-역류방지)
삼첨판막(오른심방↔오른심실), 이첨판막(승모판막)(왼심실↔왼심방)
허파동맥판막(오른심실↔허파동맥), 대동맥판막(왼심실↔대동맥)
- 심장혈관
허파정맥(→왼심방), 대정맥(→오른심방)
허파동맥(오른심실→), 대동맥(왼심실→)
심장동맥(심장근육 혈액공급)
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심장의 기능(1. 심장주기)
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- 수축기systole 심실혈액 → 온몸 / 허파
- 이완기diastole 혈액 유입 → 심방 / 심실
- 자극전도계impulse conducting system
동굴심방결절S-A node →방실결절A-V node →방실다발→프르킨예섬유purkinje fibers
- 심장주기 0.8초(심방수축기 0.11초 / 심실수축기 0.27초 / 이완기 0.4초)
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심장의 기능(2. 심전도)
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- 심전도electrocardiograph,ECG(심장 전기활동 → 피부표면 측정-허혈성심장질환,심장근육이상,부정맥 진단)
- P 심방수축(0.11초)
- P-Q 방실결절 도달 흥분→심실전도 지연
- QRS 심실근육 전체 흥분확산(심실수축),
- T 심실이완(심실 재분극) 상승 또는 함몰 → 심근허혈(협심증/심근경색)
심장비대 / 전도차단 / 약물투여
- R-R간격 심박수 ↑- R간격 좁아짐, 심박불일정 - R간격 불일정
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심장의 기능(3. 심장혈관과 심장근육 대사)
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- 심장동맥 펌핑량 7,500 L /일
- 심장동맥 펌핑혈액 5%, 심장근육 - 혈액내 산소 70-80% 추출사용(다른 조직 25% 추출사용)
- 무산소성 대사능력↓, 유산소성 대사능력↑(미토콘드리아 농도 가장높고, 모세혈관 풍부)
- 운동(조직 저산소상태hypoxia)
아데노신adenosine(ATP분해산물) 증가 → 심장혈관 확장 자극
교감신경 흥분(에피네프린 호르몬 분비증가) → 심장혈관 확장
- 에너지원 글루코스, 지방산, 젖산(해당과정 결과)
- 심장혈류 장애
협심증angina pectoris(안정,불안정형, 이형성) 혈전, 운동 - 가슴통증, 압박감(혈류공급 방해)
니트로글리세린 설하정
- 신경전달물질, 혈관-기계적 스트레스→ 산화질소NO(L-arginine amino aced에 의해 생성) 방출
→ 혈관벽수용체자극(운동, 정서적스트레스) → (세동맥벽민무늬근육이완) 혈관확장
심근경색myocardial imfarction 혈류공급차단 근육 괴사
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심장의 조절기전(심박수의 조절 - 신경성, 호르몬성, 내인성)
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- 심박수의 조절 (신경성-연수 심장운동중추)
자율신경(교감신경) 노에피네프린 심장흥분 촉진-수축리듬 짧게, 수축 강하게
자율신경(부교감신경) 미주신경10 심장흥분 감소(아세틸콜린 분비)←운동(미주신경 억제)
- 심박수의 조절 (호르몬성)
흥분 교감신경 부신속질 자극 → 노에피네프린,에피네프린 분비(혈중) 심장흥분↑
갑상샘호르몬 → 심박수↑
- 심박수의 조절(내인성)
심장근육 온도 ↑ → 박동↑
심방 충만압(심장으로 혈류유입↑) → 박동↑
심장조직내의 포타슘 (자극전도 역치 도달 영향), 칼슘 전해질 균형 변화
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운동과 심박수의 조절(변화)
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- 운동 전 심박수의 상승
정서적 흥분, 불안 → 심장운동중추(숨뇌) 자극 → 흥분발생(가장자리계통limbic system)
- 운동시 심박수의 상승
근육, 관절수용체 신경반사 → 심장운동중추 → 미주신경 억제(심박수↑)
운동지속 → 에피네프린 분비 증가 → 심장운동 촉진
혈중 이산화탄소 농도↑, pH↑(젖산) → 화학수용기 자극(대동맥활, 목동맥토리) →심장운동중추 자극
- 운동후 심박수
심박수 급격 감소(근육, 관절수용체 신경반사 중지), 심장근육 온도감소, 에피네프린 감소, 젖산 감소
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운동과 심박출량CO cardiac output의 변화
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- 심박출량(혈액박출량/분, 안정성인 4-6ℓ). 심박출량 = 심박수 HRheart rate × 1회박출량SV stroke volume
- 최대운동시 심박출량 최대 4배 증가(30ℓ/분)
심박수 3배 증가(190-200회/분)
1회박출량 2배 증가(150ml/회)
- 1회 박출량 결정요인 - 심장으로 돌아오는 정맥환류량 / 심장 수축력 / 대동맥, 허파동맥 혈압
남자 ↑, 운동선수 ↑
최대강도 40-60% 되는 강도(심박수 120-130회) 고원高原현상(증가정체, 플레토plateau현상)
누운자세 1회박출량 → 선자세 보다 훨씬 큼(1회 박출량 감소←정맥환류량↓-중력 다리혈액 체류)
운동 지침 - 쓰러짐 = 박출량↑(?)
기립성저혈압orthostatic hypotension
박출량 감소(설때) → 압력수용기(대동맥활) → 심장운동중추→심박수 증가 반사의 비정상
목욕탕 실신 정맥환류량 감소(저류) → 1회박출량 감소
- 심박수 최대운동 이를때 까지 직선적 증가(심박출량의 지속 증가 원인)
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운동과 혈류의 변화
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- 활동근육 혈류의 변화
· 평시 비해 10-20배 속도 산소 소비(혈류량↑ 필요)
혈류재분배 (평시근육 총혈액량의 20%(1,000㎖) 공급 → 운동근육 85-90%. 21,000㎖ 공급)
활동근육 혈관확장 (장딴지근gastrocnemius m. 25㎖/min(평시) → 375㎖/min(운동, 15배))
세동맥벽 민무늬근육고리 → 이완(혈관확장) / 모세혈관(이전)조임근(민무늬근) → 이완(혈관확장)
혈관수축이완 반복 → 혈류속도↑
정기적 운동 심장동맥 곁순환로 발달 → 심장동맥질환 예방효과
· 혈관 수축이완 혈관벽의 민무늬근육 분포 자율신경섬유에 의해 조절, 내인성인자 영향
- 운동시 내장영역의 혈류
· 내장(간, 지라, 위, 콩팥) 혈액의 활동근육 이동(80% 혈류재분배) - 교감신경 작용
(내장 - 평시 혈중산소 10-25% 사용 → 운동시 산소추출↑-여유력)
- 운동시 피부의 혈류
최대운동 초기 피부혈류 → 다소 감소 · 운동지속 → 혈액일부 피부로 전환(근육 생성열 → 피부 전도-체온조절)
혈류전환 평시의 4-7배 증가
최대운동(근육-혈액 최우선 요구) → 피부혈류 일부 활동근육으로 되돌아감
- 운동시 심장의 혈류
심장동맥 혈류 5배 증가(심장근육 자체 산소수요량 충족위해)
혈관확장작용 - 노에피네프린, 산소부족, 대동맥압 상승
훈련(단련) 심박수 감소 → 심장 이완기 길어짐 ← 심장동맥으로 혈류유입량 증가
- 지방조직의 혈류
장시간 운동 - 피하, 콩팥주변 지방조직 혈류 4-7배 증가(에너지로 지방동원?)
- 운동시 뇌혈류의 변화
뇌혈류 700-840㎖/분(왼·오른 속목동맥 각각 1/3, 척추뇌바닥동맥 1/3)
25-30% 증가(운동조절 관여 - 겉질 운동영역, 소뇌, 척수혈류)
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운동과 혈압의 변화
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- 혈압bp, blood pressure(혈관 흐르는 혈액이 혈관속벽을 미는 힘, 압력)과 혈류순환
안정시 정상혈압 수축기혈압systolic bp 120mmHg 이완기혈압diastolic bp 80mmHg
유체(액·기체) 압력↑→ 압력↓(용적-관을 흐르는 유체압력은 관의 용적에 반비례) 흐름
대동맥 > 소동맥 > 세동맥 > 모세혈관-총단면적 대동맥의 130배, 4-6mmHg(세포-혈관 물질교환 시간)
세정맥→소정맥→대정맥→오른심방(정맥혈회귀)
① 근육수축 펌프작용(역류방지-판막)
② 호흡에 의한 펌프작용
들숨 가로막 내려가 배안압력↑-가슴안 압력↓-정맥혈 오른심방 밀려듦
날숨 배안압력↓-배안 정맥혈관에 다리쪽으로부터 혈액채워지고 →뒤이은 들숨(정맥혈회귀)
- 운동시 혈압의 변화(평시혈압↑ → 운동시 혈압↑)
동맥혈압 변화 - 심박출량, 혈관 내경, 혈약량의 변화
혈압 = 심박출량CO × 총말초저항(TPR-세동맥 직경에 반비례 ← 저항혈관)
운동 → 활동근육 혈관확장(저항감소) ← 혈압 상승-심박출량 크게 증가 / 비활동조직 혈관수축(저항증대)
운동 → 이완기혈압 변화 없거나 약간 상승(세동맥 저항에 의해 조절)
운동 → 혈압 상승 소근육(팔)운동(혈류저항 감소폭 적음) > 대근육(다리)운동
등척성수축운동 → 수축 · 이완기 혈압 모두 급격상승
(상승 이유 - 활동근육의 신경반사 증가-압박받는 혈관내로 혈액 밀어내기)
운동멈춤(근육활동 일시에 중단)
→ 혈압 급격 저하(정맥혈관 근육수축-펌프작용중단, 확장된 혈관-혈액저류)
→ 정맥환류량 감소 → 심박출량 급격 감소 → 뇌빈혈(뇌혈류 부족-졸도위험) 초래 ← 마무리운동
→ 완전탈진 -누운자세 휴식(뇌빈혈 방지)
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운동과 혈액
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- 빈혈 판단 ① 헤마토크리트hematocrit,Hct -침전 고형성분(대부분 적혈구) % = 적혈구수↓ = 빈혈anemia
헤마토크리트치 남자 45%, 여자 40%
② 혈색소hemoglobin(산소, 이산화탄소 결합) 함유량(혈액 100㎖/g) 남자 16g/㎗, 여자 14g/㎗
- 적혈구의 생산과 순환
생산 뼈 적색골수(조혈세포) 핵×(합성 · 분열×, 해당과정에 의해서만 ATP 생산(미토콘드리아×)
평균수명 120일(생애 75,000번 순환)
적혈구 생산속도 조절
산소감소(혈액)-콩팥 자극 → 에리스로포이에틴erythropoietin 분비 증가
→ 적색골수 자극(적혈구생산 증가) → 산소증가(혈액)
적혈구 용혈
늙은 적혈구(탄성↓) - 모세혈관통과×, 근육 기계적압박 →적혈구 터짐손상
→ 지라 · 간 - 완전파괴(큰포식세포, 식균작용) → 글로빈globin, 헴heme 으로 분해
→ 헴heme → 철iron(적색골수 이송 - 새로운 혈색소hemoglobin 합성),
빌리버딘biliverdin(빌리루빈bilirubin 전환 - 쓸개즙 구성) 으로 분해
백혈구 종류와 기능
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과립형 중성구 식균작용(감염부 가장 먼저 나타남)
호산구 알러지반응, 기생충감염 대항
호염구 히스타민histamine(손상부 혈류증가→염증반응-침입미생물 확산지연) 분비
헤파린heparin(혈액응고 억제) 분비
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무과립형 단핵구 큰포식세포(식균작용)
림프구 T 림프구 - 세포성 면역(미생물, 암세포,변이세포 공격)
B 림프구 - 항체형성(외부세포, 단백질 공격)
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지구성 운동(1시간 이상)과 혈액의 특성 변화
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- 운동과 혈장이동
영향인자 → 운동유형, 단련정도, 운동강도, 기온
① 혈액농축(혈관밖으로 혈장 이동) - 혈장량 손실
혈장량 손실 원인
- 활동근육(다리)의 국부수축→ 정맥(기계적압박) - 모세혈관압 상승
→ 모세혈밖으로 혈장이동 증가(여과)
- 포타슘, 인, 젖산(삼투성물질)-사이질액 축적 → 혈장이 사이질액으로 이동(삼투압)
- 땀(수분손실) → 사이질액 삼투질농도 증가
② 혈액희석(혈관내로 사이질액이나 세포내액의 이동)
- 적혈구수와 헤모글로빈 농도
혈액농축 - 단위면적당 적혈구수, 헤모글로빈 농도, 헤마토크리트치 상승(희석-반대현상)
운동후 혈액부피당 적혈구수 증가 이유
① 혈액농축
② 지라 저장 적혈구 방출(교감흥분→부신속질 에피네프린 분비증가 → 지라 적혈구 방출 증가)
지라 저장 혈액 350㎖ - 적혈구 농도 40% ↑
- 운동과 백혈구수
단시간 심한운동 → 림프구 증가,
장시간 운동 → 림프구, 호산성 백혈구 감소, 호중성 백혈구 증가
증가 원인 - 순환혈류 증가 → 허파, 간, 지라 백혈구 빠져나옴
- 운동과 혈액 pH 운동강도↑→ 에너지생산 젖산과정(무산소성해당과정) 의존 → 체내 젖산축적 → pH 감소
- 운동과 혈액온도 뼈대 근육수축과정(열생산 70%) → 혈액온도 상승
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운동성 빈혈sports anemia
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- 적혈구 생산/파괴 균형×(적혈구수 · 헤모글로빈량↓)
- 운동초기(근육수축, 지면과 반복적인 충돌-모세혈과 압박, 혈액 일시적 산성화) → 적혈구 파괴 · 용혈
- 적혈구 파괴 · 용혈의 체내 처리한계 도달 → 혈뇨(헤모글로빈 배출)
- 운동(적혈구파괴율↑) → 노화적혈구 소멸, 적혈구 신생능력↑(골수) = 젊은 적혈구량↑
- 훈련초기 운동성 빈혈 방지 → 조혈영양소(단백질 섭취 2배 증가, 철분 · 비타민 B12 · 엽산) 공급
- 장기훈련, 지구성운동 → 잠재철분결핍성빈혈 빈도↑ → 적혈구 용혈, 땀(1-3ℓ/일, )-땀100㎖당 철분(30-40㎕)손실
- 일반 식사 철분 흡수율 2-10% → 철분 2.4-12mg / 일 추가 섭취필요
- 체급별선수(체중감량-감식), 여자(월경) 관리 필요
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혈액도핑blood doping
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- 혈액(사전-경기 5-6주전-인체 손실혈액 보충기간. 채혈-자신, 타인. 800-1,200㎖)
→ 경기전 주입(전혈 or 적혈구) → 혈액량↑(산소운반능력↑)
- IOC 금지 (검사방법×)
- 도핑 긍정효과 - 최대산소섭취량↑, 심박출량 ↑, 지구력 개선.
부정효과 - 혈중적혈구농도 지나친↑→혈액 점성↑(혈류저해)
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훈련과 순환계통의 적응
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- 훈련과 심장의 형태적 · 기능적 변화(스포츠 심장)
형태적 변화 심장용적 증대, 심장벽 두께 증가(모세혈관 발달)
기능적 변화 심장근육의 수축력 증대 / 1회 박출량 증대 / 최대심박출량 증대
/ 안정시 · 최대운동시 심박수 감소(운동성 서맥) ← 1회박출량 증가(심장 예비력 증대)
운동유형에 따라 다름 지구성운동-심실용적↑, 순발력(역도,포환던지기)-심장벽두께 증대
운동성 서맥(1회박출량 증가) 기전. 반복운동 → 부교감(미주신경) 흥분 증가 → 심장 제어작용 증가
① 심장용적 증대 → 심실 혈액유입량 증가 → (수축력↑)1회박출량 증가
② 심박수 감소 → 이완기 연장(=혈액 유입시간 연장) → 다량혈액 심실유입
(=심장근육 신장-등척성. 프랭크-스탈링 법칙frank-starling's low)
동일작업 심박수 협심증환자 160회/분, 일반인 120회/분, 지구성운동선수 100회/분
③ 훈련 근육섬유막 → 칼슘(세포외액) 결합능력 증대 → 근원섬유 교차결합↑ → 수축력↑
- 뼈대근육 모세혈관밀도의 증가
지구성 훈련 ↑→ 활동근육 모세혈관 20-50% ↑(산소 수송로 발달)
- 평시 / 운동시 혈압의 변화
장기간 지속운동 → 혈압 안정유지 기여
운동 심박출량 / 심박수 증가 → 동맥벽 기게적 수축, 이완(←동맥벽 탄성저하 예방)
장기간 비활동생활 동맥 혈류속도(느린상태) → 내벽 지질침착(동맥경화 위험-탄성저하,내경감소)→혈압↑
정상인 운동(최대심박출량, 총혈류량 증가) → 혈압저하현상 없음. ∵ 총 말초저항(세동맥 지름) 감소
- 운동이 혈액성분에 미치는 영향
지구성훈련 → 총혈액량 증가(적혈구수 10-20%, 혈장량 20-30% 증가)
적혈구수 증가 이유 반복운동 → 콩팥(적혈구 생산 관여 호르몬(에리스로포이에틴) 분비촉진)
혈장량 증가 이유 혈장단백(알부민) 증가 → 혈액 삼투농도↑(=혈관내 수분보유력 증가)
→ 혈액 점도↓(=혈류저항 ↓) - 땀분비 탈수 열환경에서 운동시 생리적 잇점
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순환계통의 개선과 최대산소섭취량(VO2max, ℓ. 최대운동시 미토콘드리아에서 에너지생성위해 소비한 산소량)
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- 순환계통 최대기능적능력평가 유력지표(일반인 30-55㎖/kg/min, 운동선수 55-90㎖/kg/min).
평시 산소섭취량 약 0.25ℓ/분, 심한 운동시 10-20배 증가.
- 체중 영향(체중↑- 산소소비량 ↑) - 체중 1kg당 산소섭취량 ㎖/kg/min
- 정상인 최대산소섭취량 결정요인
① 심장기능 ② 혈류 순환능력 ③ 근육조직의 산소이용 대사능력
- 최대산소섭취량(VO2max) = 최대심박출량(25ℓ/min) × 최대동맥 · 정맥 산소차(20 - 2 = 18㎖. 0.18ℓ/min)
운동강도 증가 - 동맥혈 산소농도 변화 없으나(20㎖) 정맥혈 산소농도 현저 저하(2㎖)
25ℓ/min × 0.18ℓ/min = 4.5ℓ/min(=4,500㎖/min) ÷ 체중 70kg = 64.3 ㎖/kg/min
- 최대산소섭취량과 최대심박출량의 관계(비례적)
지구성 운동선수 최대운동시 심박출량 30ℓ/분(안정시의 5-6배)
동일한 산소섭취수준에서 여성 심박출량 → 5-10% 높음(남성보다 헤모글로빈 농도 10% 낮음 보상)
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운동전 준비운동과 운동후 마무리운동의 필요성
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준비운동의 필요성
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- 근육 인대 등의 손상위험성 최소화 - 인대 힘줄 근육 탄성 최고 적정온도 39℃ (온도 낮음-탄성저하)
- 운동피로의 조기발현 예방
- 신경계통의 통적 기능조절 향상
- 심장손상 위험 감소
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마무리운동의 필요성
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- 젖산, 브라디키닌bradykinin(근육통증, 경직 원인) 등 피로물질 제거 → 근육혈류속도 서서히 감소(피로물질 신속제거)
정적휴식(의자 앉아 휴식)보다 동적휴식(VOmax의 50% 강도 달리기)이
젖산 제거율 크다(젖산 추가연소, 호흡활동 - 인체 산성화 완충작용)
- 뇌빈혈 예방(근육 갑작정지(펌프작용 소실)→정맥환류혈량 감소→심박출량 감소→뇌빈혈 가능성)
- 근육통증이나 근육 경직 예방
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