생리적 시스템, 신체의 여러 심혈관계 기관(심장과 호흡계)

심장, 혈관, 혈액으로 구성된 심혈관계는 영양 공급, 신체 보호, 심지어 노폐물 운반을 포함해서 많은 역할을 한다. 심혈관계는 신체의 모든 세포에 도달해야 할 뿐만 아니라 모든 신체 계통이 최적의 효율성으로 기능하도록 하기 위해서는 신체 내부 환경에서의 어떠한 변화에도 즉각적으로 반응할 수 있어야 한다. 하지만 우리는 운동 동안 ㅁ낳은 그리고 훨씬 더 긴박한 부담을 심혈관계에 부과하게 된다. 심장, 호흡계, 혈관계가 심폐계를 구성한다. 심장은 신체의 모든 부위로 혈액을 내보내는 근육이다. 호흡계는 신체 조직이 산소를 전달받고 이산화탄소를 제거하도록 해준다. 혈관계는 전체 심폐계의 기능에 필수적인 동맥으로 구성된다. 다음의 내용은 이들 계통의 구조와 기능 그리고 이들 계통이 어떻게 함께 작용하면서 심폐계를 형성하는지에 대해 설명하고 있다. 

-심장: 심장은 건강한 성인의 경우 무게가 250g~350g인 근육기관(심근)이며, 심막이라고 불리는 섬유성 낭으로 둘러싸여 있다. 심장은 중격으로 분리된 4개의 비어있는 방으로 구성되며, 심장 내부를 막처럼 싸고 있는 심내막은 혈관의 내막과 연속되어 있다. 심장은 혈액의 저수지(심방)와 펌프(심실) 기능을 한다. 산소가 부족한 혈액은 상대정맥과 하대정맥을 통해 우심방으로 들어온 다음 삼천판을 통해 우심실로 내려간다. 그런 다음 혈액은 폐 반월판을 통해 폐동맥으로 내보내져서 폐로 이동되며 그곳에서 산소를 얻게 된다 (폐순환). 혈액은 폐정맥을 통해 좌심방으로 되돌아오며, 이첨판(승모판)을 지나 좌심실로 내려간 다음 대동맥 반월판을 통해 대동맥 그리고 체순환으로 내보내진다. 심근세포는 특별한 전도 시스템을 통해 수축하고 이완한다. 탈분극의 시작은 보통 동방결절 혹은 심박조율기에서 일어난다. 그런 다음 활동전위는 심방 그리고 심실 전체로 전달된다. 심장주기는 연속적으로 이루어지는 심장의 수축과 이완으로 구성된다. 심실 확장기 끝부분에서의 심실 혈액량을 확장기말용적이라고 부르며, 수축기 동안 각 심실로부터 분출되는 혈액의 양은 1회 박출량이다. 수축이 끝난 후 심실에 남아 있는 혈액의 양은 수축기말용적이다. 

-호흡계 : 호흡계는 코, 인두, 후두, 기관, 기관지, 폐로 구성된다. 호흡계의 일차적인 역할은 조직으로 산소를 제공하고 조직으로부터 이산화탄소를 제거하는 것이다. 그 이외 기능을 혈액 pH 조절, 혈관작용 물질 생산, 말하기, 그리고 미생물에 대한 방어가 포함된다. 나이가 많아지면서 폐포의 숫자 그리고 폐포 둘레의 모세혈관은 점차 감소한다. 콜라겐과 엘라스틴의 변화로 인해 폐포의 탄력 특성이 감소하므로 남아 있는 폐포의 크기는 현저하게 증가한다. 폐동맥의 두꺼워짐 또한 관찰되었다. 호흡의 약화와 함께 늑골연골의 석회화도 나타난다. 폐 탄력성의 감소, 흉벽 딱딱함의 증가, 호흡근의 근력 감소는 흉곽의 신전성이 저하되는 결과를 가져온다. 이것은 호흡근이 해야 할 일을 약 20% 증가시킨다. 나이가 많아지면서 환기량의 증가는 1회 호흡량의 증가보다는 호흡률에 더 많이 의존하게 된다. 폐 환기는 주변의 공기를 폐 안으로 들여오고 폐 밖으로 내보내는 과정이다. 흡식은 공기가 폐 속으로 들어오도록 흉강 용적의 증가를 가져오는 흡식근의 수축에 의해 이루어지는 능동적 과정이다. 호식은 신전된 폐 조직의 반동과 흡식근의 이완을 통해 공기를 폐 밖으로 내보내는 수동적인 과정이다. 폐 환기는 호흡의 깊이와 빈도에 의해 조절되며 이것은 분당 환기량으로 가장 흔히 표현된다. 분당 환기량은 호흡의 빈도에 의해 1회 호흡량을 곱한 값이다. 폐용적은 호흡계의 상태를 평가하는 데 중요한 자료이며 휴식 또는 운동 동안 폐활량계로 쉽게 측장할 수 있다. 나이가 ㅁ낳아지면서 잔기량은 30~50% 정도 증가할 수 있다. 70세가 되면 폐활량은 40~50%나 감소할 수도 있다. 폐순환은 심장에서 폐로 그리고 다시 심장으로 혈액 이동이다. 폐순환은 폐 가스교환 영역에서의 이산화탄소 전달과 산소 섭취에 요구되는 속도로 폐 모세혈관에 혼합 정맥혈을 제공한다. 이상적인 폐라면 흡기된 공기는 모든 폐포에 도달하고 모든 폐포는 혈액을 동일하게 공급받을 것이다. 그렇지만 폐포의 환기나 폐 모세혈관의 혈류 어느 것도 동일하지 않으며 건강한 사람에게서도 공기와 혈액의 공급은 완벽하게 조화를 이루지 못한다. 폐 기능은 건강한 노인에게 있어 운동의 제한적인 요인이 되지는 않는 것 같다. 그렇지만 숨 가쁨의 증가는 노인들에게서 흔히 관찰되는데, 이것은 호흡근육의 증가된 작업량뿐만 아니라 운동지각도에서의 변화 때문이기도 한다.