1.     배경 지식

1-1  심장의 주기능

심장의 주요한 기능은 두 순환계에 혈액을 퍼 올리는 것이다.

1)     폐 순환: 혈액에 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하기 위하여 폐를 거침.

2)     조직 순환: 세포에 산소와 영양분을 전달하고 이산화탄소를 제거함.

1-2   심장 박동에 대한 전기적이고 기계적인 절차

심장은 박동하기 위해서 세 종류의 세포가 필요하다.

1)     전기 신호를 만드는 리듬 생성기들(SA node 또는 일반적으로 심박 조율기)

2)     심박 조율기의 신호를 퍼뜨리는 도체들

3)     기계적으로 혈액을 퍼 올리는 수축성 세포들

심장은 전기적으로 탈분극과 재분극을 반복하는 특수한 심박 조율기 세포를 가지고 있다. 이 전기적 신호는 SA node에서 생성되고 특정한 전도성 길을 거쳐서 심실 근육에 전달된다. Intermodal pathway와 atrial fiber, AV node, bundle of His, 오른쪽과 왼쪽 bundle branch들, 그리고 Purkinje fibers.

탈분극의 전기 신호가 수축성 세포에 도달하면, 이것들은 기계적으로 수축(systole)한다. 재분극 신호가 심근 세포에 도달하면, 이것들은 기계적으로 이완(diastole)한다. 그래서 전기적 신호들은 심장의 기계적 운동을 일으킨다. 기계적 운동은 항상 전기적 사건에 뒤따른다.

SA node는 일반적인 심박 조율기인데, 이것은 각 전기적이고 기계적인 주기를 시작한다. SA node가 탈분극화 되면, 전기적 자극은 심방 근육을 통해 전달되고 근육을 수축하도록 한다. 그래서 SA node의 탈분극화 다음에는 심방 수축이 뒤따른다.

SA node의 신호는 intermodal fiber을 통하여 AV node에 전달된다. (탈분극화 신호는 심실에 곧 바로 전달되지 않는데, 그 이유는 심방과 심실을 분리하는 비전도성 세포가 있기 때문이다.) 이 전기적 신호는 AV node에서 약 0.20초 동안 심방이 수축할 때 지연된다. 그리고 나서 이 전기적 신호는 bundle of His, 오른쪽과 왼쪽 bundle branches, 그리고 Purkinje fiber들을 통하여 좌심실과 우심실에 전달된다. Purkinje fiber들은 전기 신호를 심실 근육에 곧바로 전달하고 심실들은 수축한다(심실 systole). 심실이 수축하는 동안, 심실들은 재분극하기 시작하고 탈분극 주기로 들어간다.

심장은 고유의 박동을 만들지만 심장 박동수(beat per minute or BPM)와 심장이 수축하는 힘은 자동 신경 시스템인 교감부와 부교감부에 의하여 변한다. 교감부(sympathetic)는 SA node의 민감도와 자동성을 높이므로 심장 박동수를 증가시킨다. 또한 심방실 전도 시스템을 지나는 전기 충격들의 전도도를 증가시키고 심방실이 수축하는 힘을 증가시킨다. 숨을 들이마시는 동안 교감부의 영향은 커진다. 부교감부(parasympathetic)는 SA node의 민감도와 자동성을 떨어뜨려 심장 박동수를 떨어뜨린다. 또한 심장의 전도도와 수축력을 감소시킨다. 부교감부의 영향은 숨을 내쉴 때 커진다.

1-3   Electrocardiogram (ECG)

심박 조율기에 의한 전기적 활동은 심장 근육을 움직이기 때문에 심장의 탈분극과 재분극의 ‘메아리들’이 나머지 인체에 전파된다. 몸의 다른 부분에 아주 민감한 전극 한쌍을 둠으로써, 심장의 전기적 활동의 메아리들을 감지할 수 있다. 이러한 전기 신호를 기록하는 것을 Electrocardiogram (ECG)라고 한다. ECG를 통하여 우리는 심장의 기계적 움직임을 추론할 수 있다. 전기적 활동성은 아래 그림과 같이 ECG 주기마다 다르다.

ECG는 심장 내의 변화를 진단하는데 유용하다. 하지만 운동하고 난 후 심장의 위치가 변하기 때문에, 우리는 이러한 전압 변화는 표준화 할 수 없다.

1-4   ECG의 구성 요소

심장의 전기적 사건(ECG)은 보통 P wave와 QRS complex, 그리고 T wave로 쪼개진 등전위 상의 패턴으로 기록된다. ECG의 wave 구성 요소뿐만 아니라, interval들과 segment들이 있다. 등전위 선은 심장의 탈분극과 재분극 순환에 전기적 활동의 시작점이고 ECG 전극들이 전기적 활동을 감지하지 못했음을 나타낸다. Interval은 wave나 complex들을 포함한 시간이다. Segment는 wave와 complex를 포함하지 않은 시간이다.

[BEEL]- 안유진 Preliminary Report1 2015-10-15.docx

1. 데이터와 계산

   이름 안유진    키 173     나이 24        성별 여성    몸무게 59

    

   비교/안드레아스 콜만

   이름 kohlmann andra's    키 170     나이 22        성별 남성    몸무게 72

    

   1. Vital Capacity(VC)

      3.532

       

      비교/안드레아스 콜만

      4.55

       

   2. Comparison of FEVx% to Normal Values

      

비교/안드레아스 콜만

1. MVV Measurement

   

   1. 12초 간격에서 싸이클의 개수: 6
   2. Respiratory cycles per minute(RR) 계산: (RR=12초 간격에서 싸이클 개수*5)

      RR = 30cycles/min

   3. 각 싸이클 측정

1. Average volume per cycle(AVPC) 계산

   위 표의 모든 싸이클에서의 부피를 더한다.

   합 =     14.14 liters

   AVPC = 합/싸이클 개수 = 14.14/6 = 2.356 liters

2. MVV 계산

   MVV = AVPC*RR = 2.356*30 = 70.68 liters/min

    

    

   비교/안드레아스 콜만

   

3. 12초 간격에서 싸이클의 개수: 9.5
4. Respiratory cycles per minute(RR) 계산: (RR=12초 간격에서 싸이클 개수*5)

   RR = 47.5cycles/min

5. 각 싸이클 측정

1. Average volume per cycle(AVPC) 계산

   위 표의 모든 싸이클에서의 부피를 더한다.

   합 =     17.155 liters

   AVPC = 합/싸이클 개수 = 17.155/9.5 = 1.805 liters

2. MVV 계산

   MVV = AVPC*RR = 1.805*47.5 = 85.737 liters/min

1.     배경 지식

1)     호흡계의 능력 평가

호흡계와 폐기관계는 숨을 들이쉬는 동안에 산소를 공급하는 중요한 기능을 수행하고, 숨을 내쉬는 동안에는 CO2를 제거하며, 산성화시키는 CO2를 제거함으로써 인체의 PH를 조절한다. 산소는 세포대사에서 중요하기 때문에, 폐기관계가 제공하는 산소의 양은 일의 능력과 신진대사의 상한 제한을 설정하는 데 중요하다. 따라서, 폐의 부피와 공기의 흐름을 측정하는 것은 한 사람의 건강과 능력을 평가하는 데 중요한 도구이다.

이번 실험에서 측정할 것

l  Forced Vital Capacity(FVC): 한 사람이 최대로 숨을 들이쉰 후 강력히 숨을 내쉴 수 있는 공기의 최대량.

l  Forced Expiratory Volume(FEV): 한 사람이 1,2,3초 간격에서 강력히 공기를 배출하는 FVC의 퍼센트.

l  Maximal Voluntary Ventilation(MVV): 전체적인 폐의 통풍을 평가하기 위해서 부피와 공기의 흐름의 비율을 결합한 폐 기능 테스트.

이러한 측정은 한 사람이 그의 호흡계의 능력에 근거하여 할 수 있는 일의 상한 제한을 가리킨다. 한 사람의 최대로 숨을 들이쉰 후 최대로 숨을 내쉬면서 이것을 따를 때, 숨을 내쉬는 공기의 양은 그 사람의 Single Stage Vital Capacity(SSVC)이다. 최대로 숨을 내쉬는 데 필요한 시간은 SSVC를 결정하는 요소가 아니다.

폐는 흉부의 빈 공간에 놓여있기 때문에, 생명에 필수적인 용량은 개인의 흉부 공간의 크기에 따라 제한 받는다. 그러므로, 크기와 관련된 변수들(나이, 성별, 몸무게)는 호흡계 능력에 영향을 준다.

심지어 한 사람 내에서도, 호흡은 공급과 수요는 활동 수준과 건강에 따라 다르다. 그에 따라, 통풍의 속도와 깊이는 고정적이지 않고 오히려 인체의 변하는 필요에 따라 일정하게 수정되어야 한다. 휴식상태보다 활동성을 늘리면, 폐를 통하여 안과 밖으로 흐르는 공기의 부피와 속도 또한 변한다. 이 부피에서의 변화와 이러한 변화가 얼마나 빨리 나타나는가 하는 것은 한 사람의 호흡계 건강을 평가하는 데 사용된다.

폐의 부피, 폐의 능력, 폐의 공기의 흐름 속도는 종종 호흡계의 건강을 진단하고 표현하는 데 측정된다.

2)     FEV와 MVV 측정

이번 실험에서, 폐의 흐름 속도를 측정하기 위한 두 가지 실험을 할 것이다.

l  Forced Expiratory Volume(FEV)

l  Maximal Voluntary Ventilation(MVV)

Ø  실험#1: Forced Expiratory Volume(FEV)

FEV는 피실험자가 생명유지에 필요한 공기는 배출시켜야 하는 시간상에서 한계가 있는 실험이다. FEV1, FEV2, FEV3은 최대로 숨을 들이 쉰 후에 1초, 2초, 3초의 기간에서 강제로 숨을 배출시킬 수 있는 생명에 필요한 용량의 퍼센트로써 정의된다.

Ø  실험#2: Maximal Voluntary Ventilation(MVV)

MVV는 폐와 호흡 근육의 최고치 수행을 측정한다. MVV는 숨을 가능한 빠르고 깊게 쉬는 동안에 일분 내에 폐 시스템을 통하여 움직이는 공기의 부피로써 계산된다. 그리고 나서, MVV를 측정하기 위해서, 호흡 주기 당 평균 부피(liters)는 분당 싸이클들의 부피(liter/min)에 의해 곱해진다.

MVV는 또한 12초 주기에 움직이는 전체 공기 부피에서 추정될 수 있다. (12초에서 전체 부피 * 5 = MVV)

MVV는 당신의 폐 시스템이 일이나 운동을 하는데 당신의 능력에 얼마나 많이 제한을 두는지에 대한 측정이다.  

2[BEEL]- 안유진 Preliminary Report1 2015-11-27.docx