심장이 한 일의 양은 압력과 용적의 변화로 계산하며, 정상 상황에서는 압력-용적 일이 대부분이지만 대동맥판막 협착증에서는 혈류 가속에 필요한 에너지가 전체의 절반 이상을 차지하게 된다.
❶ 생각해 보셨나요?
심장이 “일을 많이 한다”는 말은 자주 쓰지만, 그 일의 양을 실제로 계산할 수 있다는 사실은 낯설다. 중학교 물리에서 배운 ‘일 = 힘 × 이동거리’가 심장에 그대로 적용된다.
❷ 압력과 용적으로 심장의 일을 어떻게 나타내는가
물체를 10N의 힘으로 3m 이동시키면 30줄(J)의 일을 한 것이다. 심장도 같은 원리로 작동한다.
- 힘에 해당하는 것: 심실이 내보내는 압력 (pressure)
- 이동거리에 해당하는 것: 용적의 변화 (volume change) — 혈액이 얼마나 내보내졌는가
심장의 압력-용적 관계를 그래프로 그리면 하나의 루프가 그려진다. 이 루프가 감싸는 면적이 심장이 한 일의 양이다. 이를 압력-용적 일(pressure-volume work) 또는 **외적 일(external work)**이라 부른다.
심장이 하는 일의 두 가지 성분
정상 상태에서 심장이 하는 일은 압력-용적 일이 거의 대부분을 차지한다. 그런데 여기에 더해 심장은 혈액을 실제로 가속시켜 내보내야 한다. 판막을 통과할 때 혈액이 빠르게 이동해야 하므로, 이 가속에 필요한 에너지가 별도로 소모된다. 이를 **혈류의 운동 에너지(kinetic energy of blood flow)**라 한다.
정상에서는 이 운동 에너지가 전체에서 차지하는 비중이 크지 않다.
❸ 대동맥판막 협착증에서 왜 심장이 더 힘들어지는가
대동맥판막 협착증(aortic stenosis)에서는 판막 구멍이 좁아진다. 같은 양의 혈액을 내보내려면 좁은 구멍을 통과시켜야 하므로 혈액을 훨씬 강하게 가속시켜야 한다.
이렇게 되면 운동 에너지에 드는 부분이 크게 늘어난다. 협착이 심한 경우, 전체 심장 일의 50% 이상이 운동 에너지 형성에 사용된다.
즉 대동맥판막 협착증은 단순히 압력 부하가 걸리는 문제가 아니라, 심장이 쓸데없는 가속 일을 추가로 해야 하는 상황이다.
❹ 결국
심장의 일은 압력-용적 일(외적 일)과 혈류 운동 에너지 두 가지로 구성된다. 정상에서는 전자가 지배적이지만, 대동맥판막 협착증처럼 출구가 좁아지면 후자가 비대하게 늘어나 심장 전체의 에너지 소모가 급증한다.
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