심혈관계통과 운동의 관계

운동 중에 심장과 심혈관계통은 어떤 일을 할까?

 

 

심장혈관계통의 중요한 역할은 산소와 영양소의 전달, 이산화탄소와 대사의 노폐물 제거, 외부 바이러스 침입에 대한 면역, 호르몬, 체온, 산과 염기의 균형과 체액균형 유지 등이다. 심장은 심장혈관계통의 중심기관으로 신체 각 조직에 혈액을 보내는 기능을 하는 중요한 기관이다. 근육과 심장의 펌프 활동으로 지속해서 조직에 혈액을 보내는 역할을 한다. 심장혈관계통은 혈액 흐름의 경로에 따라 허파순환과 온몸순환으로 구분된다. 

 

심장의 오른심실은 허파로 혈액을 보내는 펌프작용을 하며, 왼심실은 허파를 제외한 인체의 모든 부위로 혈액을 보내는 펌프작용을 한다. 온몸을 순환하고 돌아오는 혈액은 오른심방과 오른심실을 거쳐 다시 허파로 보내지며, 허파에서 가스교환을 마친 혈액은 왼심방과 왼심실을 거쳐 다시 온몸으로 보내지게 된다. 오른심실과 허파, 왼심방의 순환경로를 소순환 또는 허파순환이라 하고, 왼심실과 온몸 그리고 오른심방의 순환경로는 온몸순환이라고 한다. 심장의 심방은 심방사이막에 의하여 오른심방과 왼심방으로, 심실 사이막에 의하여 오른심실과 왼심실로 나누어진다. 오른심방은 몸을 순환하고 들어오는 모든 정맥혈을 받아들이며, 오른심실은 오른심방으로부터 들어온 혈액을 가스교환을 위하여 우리 몸속의 폐로 보내는 기능을 한다. 왼심방은 심장의 왼쪽 뒤에 있으며, 허파에서 가스 교환된 동맥혈을 운반하는 4개의 허파정맥을 가지고 있다. 왼심실은 왼심방으로부터 들어온 혈액을 온몸으로 보내는 역할을 한다. 

 

심박출량은 심장의 수축에 의해 1분간 나오는 혈액량으로 정의할 수 있다. 심박출량은 심박수와 1회 박출량에 의해 결정된다. 운동선수와 일반인 모두 안정상태에서는 분당 약 5리터의 심박출량을 나타낸다. 그러나 운동강도가 격렬해짐에 따라 심박출량은 일반인은 20리터, 잘 훈련된 선수는 40리터까지 증가한다. 이와 같은 심박출량의 증가는 대부분 심박수의 증가에서 비롯되고, 일정한 부분은 1회 박출량의 증가에 의해서도 일어난다. 지구력 운동선수와 일반인이 안정상태에서 심박수가 다른 이유는 지구력 훈련이 심장의 활동을 느리게 하는 미주신경의 긴장 상태를 지속시켜 훈련으로 강화된 심장근육이 계속된 심장수축을 가능하게 하기 때문이다. 

 

심박수는 운동강도에 비례하여 증가한다. 운동 중의 심박수 증가는 교감신경의 항진에 의하여 이루어지기도 하나, 주로 부교감신경 즉 미주신경의 긴장 감소에 의하여 나타난다. 이 외에도 심박수는 환경변화, 혈액 내 산소압의 감소 및 탄산 가스압의 증가, 혈액의 산성, 체온상승, 젖산 등의 영향을 받는다. 성인의 안정심박수는 분당 약 60회에서 80회 사이이며, 장기간 훈련을 통해 안정심박수가 점차 감소하게 된다. 특히 장거리 달리기 선수는 주로 심폐지구력 훈련을 하므로 안정심박수가 분당 60회 이하로 낮아지는 느린맥을 이루게 되는데, 전문 마라톤 선수 중에는 안정심박수가 40회 이하인 사람도 있다. 장기간 훈련을 하면 미주신경 긴장이 항진되고, 심장근육의 수축력이 강해지고, 1회 박출량이 커져 느린맥인데도 인체를 순환하는 혈액량은 감소하지 않는다. 그래서 적은 심박수로서도 충분한 혈액을 효과적으로 공급할 수 있기 때문에 심장 기능이 우수한 스포츠심장이 되는 것이다. 혹독한 훈련의 결과로 나타나는 안정상태의 운동성 느린맥은 오랜 기간의 고강도 훈련에 달려있고 훈련에 의한 안정심박수 감소의 크기는 체력이 우수한 사람이 적었다. 안정 심박출량은 거의 비슷하지만, 운동선수 혹은 훈련받은 사람들이 일반인보다 안정 시 1회 박출량이 많다. 특히 훈련 결과로써 나타나는 안정 1회 박출량의 변화는 선수와 일반인을 비교면 뚜렷하게 나타난다. 이 효과는 장기간의 집중적인 훈련에 의해서만 생겨나는 것으로, 일반인을 단지 몇 달간 훈련한 몇몇 연구에서는 안정 1회 박출량의 증가가 나타나지 않았다고 보고하고 있다. 주어진 강도의 준 최대 운동을 할 때 산소소비량은 훈련 전과 훈련 후를 비교하여 같거나 약간 낮아진다. 고도로 훈련된 선수와 훈련되지 않은 피실험자를 비교해 보면 산소소비량의 감소 차이는 매우 뚜렷하게 나타난다. 이러한 차이는 훌륭한 선수와 보통 선수 사이에도 명확하다. 이런 결과는 운동 중의 인체 효율성이 증대된 것을 가리킨다. 왜냐하면 동정맥 산소 차가 증가하면 조직에서 더 많은 산소가 추출되기 때문이다. 트레이닝하면 준 최대 운동 중에 1회 박출량이 증가하여 심박출량은 동일하거나 조금 감소하며, 교감신경의 자극을 통한 심박수가 증가하려는 필요성이 많이 감소한다. 

 

훈련 후 준 최대 운동 중 심장혈관계통 변화의 대표적인 사례는 다음과 같다. 산소 섭취량은 변하지 않거나 조금 줄어들고, 젖산의 양이 감소하고, 심박출량은 변함없거나 약간 줄어든다. 1회 박출량도 증가하며, 심박수는 줄어들며, 운동 근육의 kg당 혈류의 양도 감소한다. 최대 운동 시에 분당 소비되는 산소량에 대해서는 그동안 연구가 많이 진행되었다. 잘 계획된 훈련에 의하여 최대로 섭취할 수 있는 산소의 양은 향상 정도가 작았다. 최대산소섭취량의 증가는 여러 가지 요소에 의해서 좌지우지된다. 심박출량에 증가를 통해 활동하는 근육으로 산소방출량의 증가 및 심박출량의 증가는 각 근육섬유에 대한 산소공급량의 증가를 의미하는 것은 아니고 오히려 더 많은 활동은 수에 의해 심박출량이 늘어난다고 볼 수 있다. 

 

운동을 할 때는 뼈대 근육에 필요한 산소량을 증가시키기 위해서는 근육의 혈류량을 증가시켜야 하지만, 비활동기관의 혈류량은 줄어들게 하여야 한다. 운동을 할 때는 근육의 혈류량은  증가하지만, 내장의 혈류량은 감소하게 된다. 고강도 운동을 할 때는 총심박출량에 대한 뇌의 혈액 분배 비율은 안정상태에 비해 줄어들게 된다. 그러나 뇌에 전달되는 혈액의 절대량은 안정 수준보다 약간 늘어난다. 안정상태와 비교해서 운동 시에는 배속기관의 혈류량이 감소한다. 안정상태에서의 뼈대 근육의 혈액 분배량은 약 20%이지만, 최대 운동 시 수축하는 뼈대 근육의 혈류 분배량은 총심박출량의 약 80~85%로 증가한다. 이러한 사실은 매우 격렬한 운동을 할 때는 근육의 산소요구량이 매우 크다는 것을 의미한다.