1.     배경 지식

1)     혈액 순환

이번 실험에서, 혈압을 측정할 것인데, 그것은 두 가지로 구성되어 있다: 심장 수축 압력(심장이 수축해서 혈액을 밀어낼 때 동맥의 혈액 힘)과 심장 확장 압력(심장 박동 사이의 혈액의 힘). 혈액 순환을 이해하는 것은 혈압을 이해하고 정확하게 측정하도록 도울 것이다.

순환하는 혈액은 인체의 세포 사이에 의사소통 시스템과 수송을 제공하고 최상의 세포 활동을 위해 상대적으로 안정적인 내부 환경을 유지하도록 한다. 혈액이 순환하는 이유는 심장이 혈관의 닫힌 회로를 통하여 피를 밀어내기 때문이다.

심장과 혈관을 통하는 혈액의 흐름은 단방향성이다. 폐와 체정맥에서부터 심장으로 들어간 후 심장에서 나오고 폐와 동맥으로 들어간다.

심장의 공간을 통한 혈액의 흐름이 단방향성인 이유는 심장 내부에 있는 네 개의 벨브때문인데, 그 벨브는 일반적으로 심장 주기 동안에 역행하는 흐름을 막는다.

l  오른쪽 방실 사이의 벨브과 왼쪽 방실 사이의 벨브는 심실에서 심방으로 역행하는 혈액의 흐름을 막는다.

l  폐의 반월판과 대동맥 반월판은 동맥에서 심실로의 역행을 막는다.

좌우 심실은 심장의 주요 펌핑실이다. 심실이 이완(ventricular diastole)하는 동안 방실 사이 벨브는 열리고 반월판을 닫힌다. 그래서 심실은 혈액으로 꽉 찬다. 심실이 수축(ventricular systole)동안에는 방실 사이 벨브는 닫히고 반월판을 열려서 심실에서 동맥으로 혈액이 나간다.

2)     심실의 운동과 혈압

심장 주기의 특성 때문에 심실에 의한 동맥으로의 혈액의 흐름은 연속적이지 않다. 그러므로, 혈압과 동맥의 피의 흐름은 박동성이며, 심실이 수축할 때 증가하고 심실이 이완할 때 감소한다.

위 그래프는 체동맥의 혈압 변화를 나타낸다.

l  수축 압력: 심실이 수축하는 동안 가장 높은 동맥 압력. 휴식 상태의 성인에서 일반적인 범위는 100-139 mm Hg.

l  이완 압력: 심실이 이완하는 동안 가장 낮은 동맥 압력. 휴식 상태의 성인에서 일반적인 범위는 60-89 mm Hg.

수축 압력과 이완 압력의 차를 pulse pressure이라고 부른다. Pulse pressure은 심장의 타격양과 정비례하고 심장 박동수와 주변부의 저항과 반비례한다. 예를 들어, 비트 당 나가는 혈액의 양이 운동 시작 시 증가할 때, 수축 압력은 이완 압력보다 증가하여 pulse pressure이 증가한다.

3)     Mean arteria pressure(MAP)

체회로와 같은 닫힌 회로를 통한 흐름은 흐름에 의해 만들어지는 압력 에너지, 혈관 벽과 피의 내부 점성에 의해 방해되는 흐름에 대한 저항에 의해 결정된다. 흐름(F)과 흐름에 의해 만들어지는 압력(P) 그리고 흐름에 대한 저항(R)은 다음과 같이 표현된다: F=P/R

흐름은 liters/min으로, 압력은 mm Hg로, 저항은 주변부의 저항 단위로 표현된다.

압력(P)는 수축이거나 이완이 아니라 오히려 둘 사이의 압력으로 mean arteria pressure(MAP)라고 불린다. 심장 주기 동안에, 심장은 수축하는 데보다 이완하는 데 더 많은 시간을 쓴다. 그 결과 MAP는 수축과 이완 압력의 수학적 평균이 아니라 대략적인 기하평균이다. MPA는 다음 방정식으로 계산될 수 있다.

4) 간접 혈압 측정법

체동맥 혈압을 측정하는 가장 일반적인 방법은 청진기나 마이크와 혈압계를 사용하는 것이다. 이것은 청진 방법(auscultatory method)라고 불리는 데, 단순히 내부 기관에 의해 만들어지는 소리들의 진단 관찰을 의미한다. 혈압을 측정하는 동안 감지되는 소리를 Korotkoff Sounds라고 한다.

동맥의 압력은 부풀게 되어있는 고무 커브를 놓음으로써 측정되며, 압력 측정기를 붙이고, 팔 주변에서 아래에 있는 동맥을 허탈 상태로 만들기 위해 그것을 부풀린 다음, 청진기나 마이크로 커브 아래에 있는 혈관의 소리를 듣는다.

소리는 압축된 혈관을 통한 격변하는 혈액의 흐름에 의해 만들어진다. 커브의 압력이 수축하는 동맥의 압력을 초과할 때, 동맥은 허탈 상태가 되고, 거기를 통과하는 혈액은 멈춰서 어떠한 소리도 발생하지 않는다. 커브의 압력이 천천히 감소하면서, 커브의 압력이 수축하는 동맥의 압력보다 떨어지는 직후에 동맥을 통과하여 혈액이 흐르기 시작한다.

이 때, 하나의 날카로운 박자를 맞추는 소리(Korotkoff sound의 첫 번째)가 동맥 위에서 청진기를 통해 들린다. 이 소리가 처음 들릴 때의 커브 압력은 수축 압력의 근사이다.

커브의 압력이 훨씬 더 줄어들면, 그 소리는 더 커지고, 이완 압력 정도에서 갑자기 소리가 죽는다. (Korotkoff Sound의 두 번째) 혈관이 압력 커브에 의해 더 이상 압박 받지 않고 일반적인 격렬한 혈액의 흐름이 시작되지 않을 때 소리는 없어진다.  

소리가 죽을 때보다 그것이 사라질 때를 결정하는 것이 더 쉽기 때문에, 그리고 둘 사이에 근소한 압력차이 만이 존재하기 때문에, 이 소리의 사라짐은 일반적으로 이완 압력의 지침으로써 사용된다.

위 그래프는 이러한 개념을 요약하는 그림이다. 이 그림은 ECG 파형, Korotkoff sounds, 커브의 압력, 팔의 혈압 파형, 커브 아래의 상완동맥의 상태 사이의 시간에서의 관계를 보여준다. 대동맥 압력 파형의 어두운 영역은 대동맥 압력이 커브의 압력을 초과하자마자 커브 아래를 통과할 수 있는 혈액의 흐름을 나타낸다.

4)     ECG와 Korotkoff sounds사이의 관계

이번 실험에서 알 수 있는 한가지 개념은 ECG 파형과 관련 있는 Korotkoff sounds의 시간이다. 소리는 대략 T-wave의 시간에서 나타난다. 이 소리는 대력 최고 압력(수축)의 시간에서 나타나고, 심장에서 측정된다면 그것은 R-wave 직후에 나타날 것이다. 하지만 압력파가 팔까지 도달하는 데 걸리는 시간 때문에 지연이 있다. 그래서 이 소리는 R-wave와 관련하여 옆으로 이동되어 있다. 비록 ECG 파형이 실험 조건에 따라 다양하지만, 소리의 P-wave와의 관계는 각 조건에서 일정한 간격이어야 한다. 이러한 사실을 이용하여, 실제 Korotkoff sound를 관련 없는 소음과 구별할 수 있다.

편의에 의하여, 간접 방식에 의한 혈압은 비율의 형태로 표현된다: 수축 압력/이완 압력.

[BEEL]- 안유진 Preliminary Report1 2015-12-04.docx

1. 데이터과 계산

   피실험자 프로파일

   이름 안유진    키 173    나이 24        성별 여성    몸무게 59

    

   1. 두 연속된 R wave 사이의 영역을 선택하여 각 데이터를 측정하라. 또한 두 연속된 펄스의 최고점 사이의 영역을 선택하여 각 데이터를 측정하라.

      -편안한 팔

      

      -따뜻한 손

      

      -팔 위로

      

      표 7.1

비교/ 게르겔 리마톤

-편안한 팔

-따뜻한 손

-팔 위로

1. 각 상황에서 개개의 펄스의 최고치를 선택하여 그것들의 진폭을 측정하라.

   -편안한 팔

   

   -따뜻한 손

   

   -팔 위로

   

   표 7.2

비교/ 게르겔 리마톤

1. R-wave와 Pulse peak사이의 interval을 선택하라.

   피실험자의 흉골과 어깨사이의 거리? cm

   피실험자의 어깨와 손가락사이의 거리? cm

   전체 거리? cm

   팔을 편안하게 했을 때의 데이터에서 R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.385sec

   속도? cm/sec

   

   비교/ 게르겔 리마톤

   팔을 편안하게 했을 때의 데이터에서

   R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.395sec

   

    

   팔을 들어올렸을 때의 데이터에서 R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.380sec

   속도? cm/sec

   

    

   비교/ 게르겔 리마톤

   팔을 들어올렸을 때의 데이터에서 R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.610sec

   

1. 질문
   1. 표 7.1의 데이터를 참고하여, 각 조건에 대하여 심장 박동수와 펄스 수의 값이 비슷한가? 왜 그 값들이 다르거나 비슷한지 설명하라.

• 비슷하다. 심실의 수축에 의하여 혈액이 몸 전체로 흘러가면 동맥의 압력이 발생하게 되는 데, 이러한 동맥의 압력 파가 손가락 끝까지도 전달된다. 따라서 관측되는 펄스 수가 동맥의 압력파인데 이것이 심장 박동수에 의해 결정되므로 비슷할 수 밖에 없다.

   

1. 표 7.2를 참고하여, 각 조건들간에 얼마나 많은 QRS complex의 진폭이 변화했는가?

• 온도 변화 – 편안한 팔    -0.113mV    팔 위로 – 편안한 팔    0.168Mv

1. 표 7.2를 참고하여, 팔의 위치에 따라 얼마나 많은 펄스 진폭이 바뀌었는가?

• 온도 변화 – 편안한 팔    -0.166mV    팔 위로 – 편안한 팔    0.075mV

1. 표 7.2의 데이터를 참고하여, QRS complex의 진폭이 펄스 진폭과 함께 변화했는가? 그 이유는?

• QRS complex의 진폭이 커지면 펄스의 진폭도 증가하였다. 그 이유는 심장의 수축이 크면 클수록 더 많은 혈액을 밀어내므로 동맥의 압력도 커지기 때문이다.

   

1. 손가락 끝에 혈액의 양을 변화시키는 메커니즘을 설명하라.

• 손가락이 따뜻해지면 혈액은 적게 흐르게 된다.

   

1. 이 보고서의 섹션 C의 데이터를 참고하여, 만약 속도 차이가 있다면 그것을 설명하시오.

• 팔을 편안하게 했을 대와 들어올렸을 때의 R-wave와 pulse peak사이의 속도 차이가 거의 없다.

   

1. 심장 싸이클의 어떤 구성요소(심방 수축과 이완, 심실 수축과 이완)가 펄스 tracing에서 식별될 수 있는가?

• ECG의 R-wave와 T-wave가 pulse에서 관측 가능하기 때문에 펄스 tracing을 통하여 심실의 수축과 이완을 식별할 수 있다.

   

1. 당신은 다른 학생의 계산된 펄스 파의 속도가 당신의 것과 매우 근접할 것으로 예상하는가? 그 이유는 무엇인가?

• 비슷하지 않다. 게르겔이 팔을 들어올렸을 때의 압력파의 전파속도가 더 느리다. 혈관의 단단함이 압력파가 빨리 전달되는 요인인데, 내가 더 혈관벽이 단단한 것 같다.

   

1. 팔의 위치가 바뀌었을 때 일어나는 진폭과 주파수의 변화를 설명하시오.

• 팔을 들어올렸을 때 진폭이 더 커지지는 것은 두 피실험자가 일치하지만, 유진은 팔을 들어올렸을 때 주파수가 증가하였고 게르겔은 팔을 들어올렸을 때 주파수가 감소하였다. 어쨌든 진폭이 증가하는 이유는 혈액을 높은 곳까지 전달하기 위해서는 더 쎈 압력이 필요하기 때문에 심장의 수축이 더 강하기 때문이다.

1. 고찰
   1. 남성에 비하여 여성의 심장과 손 끝의 펄스의 주파수가 더 높은데, 이것은 혈액은 몸 전체로 밀어내기 위하여 여성의 심장이 빠르게 뛰는 것을 의미한다.
   2. 또한, 여성의 심장과 손가락 끝 펄스의 진폭이 더 큰데, 이것은 여성의 심장이 더 세게 수축하는 것을 의미한다.

      이로부터 여성의 심장이 혈액을 밀어내기 위하여 더 많은 일을 하는 것 같다. 그리고 남성에게서 심장의 근육이나 혈관벽의 근육이 더 발달하기 때문에 심장이 더 많은 일을 할 필요가 없는 것 일수도 있다.

   3. 전달되는 시간차이가 있긴 하지만 손가락 끝의 펄스로부터 ECG를 추측할 수 있다. 특히 ECG의 P와 T wave가 식별 가능하기 때문에 심실의 수축과 이완을 판별할 수 있다.

    

1.     배경지식

1-1.         심실들의 전기적 활동

이번 섹션에서는 펄스를 만들면서 체순환에 혈액을 공급하는 좌심실의 활동에 대해 알아볼 것이다.

심장 싸이클동안에 ECG의 QRS complex로 나타나는 심실들의 전기적 활동은 심실 근육의 수축의 기계적인 활동에 앞선다. 수축은 R wave의 최고치에서 시작하에 T wave의 끝에서 끝난다. T wave는 심실들의 재분극을 나타내는 데, 심실들의 수축되어 있는 중에 일어난다. 심실 이완은 심실 근육이 이완되는 기간으로써 수축의 끝에서 시작하여 다음 R wave의 최고치까지 지속된다.  

1-2.         동맥 벽에 의한 압력파

심실의 수축은 혈액을 동맥으로 밀어낸다. 좌심실에서부터 혈액은 대동맥과 나머지 몸 전체에 흘러간다. 대동맥과 다른 동맥들은 근육질의 벽을 가지고 있는데, 그것은 심장 수축 동안에 혈액을 받기 위해서 동맥벽을 살짝 팽창하도록 한다. 그리고 동맥의 탄력 있는 반동은 몸의 나머지 부위에 혈액을 계속 밀어내도록 돕는다.  심장 싸이클 전체에 걸친 동맥의 압력은 혈액을 흐르게 하는 주요 힘이다.

심실의 펌핑하는 움직임은 동맥 벽을 통해 전해지는 압력의 파형을 시작하게 한다. 그 압력은 심장이 수축 동안에는 증가하고 심장이 이완하는 동안에는 감소한다. 혈관의 단단함은 압력 파가 잘 전달되도록 한다. 벽이 더 단단할수록, 압력 파는 더 빨리 전달된다.

1-3.         혈액의 흐름

압력 파가 손가락 끝과 같은 주변부에 전달될 때, 거기에는 증가된 혈액 량의 파형이 있다. 세포들과 기관들의 크기는 혈관이 팽창하거나 수축할 때 그리고 혈액의 파형이 각 심장 싸이클동안에 혈관을 통해 지나갈 때 변한다. 기관들의 혈액 량의 변화는 심혈관계의 역할을 하는 자율신경계, 환경 요인(온도), 기관의 신진대사 등 다양한 것들에 영향을 받는다.

예를 들어, 온도 통제는 피부에서의 혈액 흐름을 통제하는 것들 포함한다. 열이 보존되어야 된다면, 피부의 혈액은 최소한으로 흐르고 초과된 열이 만들어지면 그 반대가 일어난다.

실제적인 혈액의 흐름은 압력 파형의 전달보다 느리다. 대동맥은 대략 40-50 cm/sec로 몸에서 피가 가장 빨리 움직이지만, 압력 파형의 속도는 훨씬 더 빠를 수 있다.

심장에서부터 주변부로의 압력 파형의 이동속도는 심장의 수축하는 능력, 혈액 압력, 동맥들의 상대적인 탄력성, 동맥의 지름 등 많은 밀접한 연관성을 갖는 요소에 의해 영향을 받을 수 있다.

기관 내부의 혈액 량의 변화에 대한 연구를 plethysmography라고 한다.

2.     실험 목표

1)     Plethysmography의 원리와 주변부의 혈액 양의 변화를 재는 데에서 그것의 유용함에 대해 익숙해 진다.

2)     주변부의 혈액 양에서의 변화와 다양한 실험적이고 생리적인 상태에서 압력 파형을 기록하고 관찰한다.

3)     심장과 손가락 사이를 통하는 압력 파형의 근사화된 속도를 측정한다.

4)     일반적인 심장활동과 연관 있는 전기적 활동과 그것이 몸 전체로 퍼지는 피의 흐름과 어떻게 관련이 있는 지 설명한다.

3.     실험 부품 및 장비

- Electrode lead set (SS2LA/L)

- Disposable vinyl electrodes (EL503), 3 per subject

- Pulse plethysmograph (SS4L/A)

- Ruler or measuring tape

- Ice water or warm water in a plastic bucket

- Electrode gel or abrasive pad or skin cleanser or alcohol prep

- Biopac Student Lab System

- Computer System

4.     실험 방법

1.     CH1에 전극, CH2에 전압 변환기를 연결한다.

2.     다음과 같이 피실험자에게 전극과 전선을 연결한다.

3.     압력 변환기를 오른손 검지 끝에 감싼다.

4.     피실험자를 안정되게 앉아있도록 한다.

5.     15초 동안 기록한다. (Segment1)

6.     피실험자는 기록하는 않는 손(왼손)을 따뜻하거나 차가운 물에 잡아넣는다. 30초 동안 기록한다. (Segment2)

7.     피실험자는 변환기가 붙어있는 손(오른손)을 머리위로 들어올린 채 자세를 유지한다. 60초 동안 기록한다. (Segment3)