| 생체신호의 측정 형태 및 종류 | ||||||||||
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1. 개요
혈압(血壓, blood pressure)은 혈관을 따라 흐르는 혈액이 혈관벽에 가하는 압력이다. 심박수, 체온, 호흡과 함께 가장 중요한 생명 징후(바이탈 사인, vital sign)이기도 하다.2. 관계된 물리량
기본적으로 혈압은 특정 구간을 흐르는 혈액의 양인 혈류량(blood flow)과 혈류저항(resistance)에 의해 가장 간단하게 정의된다. 옴의 법칙과 같은 관계를 하고 있는데, 혈류량이 전류, 혈류저항이 전기저항, 혈압차가 전압에 해당한다. 따라서 세 값 간의 관계는 다음과 같다.여기서 측정하기 쉬운 쪽은 혈압차와 혈류량이므로, 보통 구하는 값은 혈류저항이 된다. 어느 부위의 저항을 구하고 싶냐에 따라서 Q, ΔP, R에 대응되는 값이 달라진다. 가령, 체순환계 전체에서의 저항인 총말초저항(total peripheral resistance, TPR)을 구하고 싶다면 체순환계의 혈류량인 심박출량(cardiac output)이 Q에, 체순환계의 시작과 끝인 대동맥과 대정맥의 압력 차이가 ΔP가 된다. 장기 하나에서의 혈류저항을 구하고 싶다면 그 장기로 흐르는 혈액량을 Q, 장기를 드나드는 동맥과 정맥의 혈압 차이를 ΔP에 놓고 계산한다.
혈압은 혈관의 유순도(compliance)를 정의하는 데에 중요하다. 유순도는 혈관이 같은 압력에서 수용할 수 있는 혈액량으로, 정의는 다음과 같다.
[math(C=\displaystyle\frac{V}{P})]
C=혈관의 유순도, V=혈관이 포함하고 있는 혈액의 부피, P=혈관의 혈압
C=혈관의 유순도, V=혈관이 포함하고 있는 혈액의 부피, P=혈관의 혈압
유순도가 큰 정맥은 동맥에 비해 적은 혈압만으로도 많은 혈액을 수용할 수 있다. 다르게 설명하면, 유순도는 탄성(elasticity)의 역수이다. 탄력이 큰 동맥은 압력이 강하게 작용해도 잘 늘어나지 않으므로 혈압이 강해도 혈액을 많이 수용할 수 없다.
3. 혈압의 변동
3.1. 수축기와 이완기
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| 심장 주기(cardiac cycle) 동안의 체순환동맥압 |
- 수축기압은 심장 주기 동안에 측정된 혈압의 최댓값, 즉 혈액이 좌심실로부터 대동맥으로 박출된 직후의 수축기 혈압을 말한다.
- 이완기압은 심장 주기 동안 측정된 혈압의 최솟값, 즉 혈액이 좌심실로 유입되는 중의 확장기 압력을 말한다.
- 맥박압(pulse pressure)은 (수축기압) - (이완기압)으로 정의되며, 심장이 한 번의 심장주기 동안 박출한 혈액량인 일회박출량(stroke volume)의 중요한 판단 지표이다.
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| 평균동맥압의 값 |
- 평균동맥압(mean arterial pressure)은 1회의 심장주기 동안의 평균 체순환동맥압이다. 엄밀히 정의하면 적분을 이용하여 정의해야 하나, 일반적으로는 구하기 쉽게 확장기압과 수축기압 값의 1:2 내분점으로 계산한다. 심장이 확장기에 있는 시간이 더 길기 때문에 평균동맥압이 두 압력의 단순 산술 평균이 아니라는 것에 주의할 필요가 있다. 식으로 써보면 다음과 같다.
평균동맥압 = [math(\displaystyle\frac{2}{3})]확장기압+[math(\displaystyle\frac{1}{3})]수축기압 = 확장기압+[math(\displaystyle\frac{1}{3})]맥박압
3.2. 부위별 혈압
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| 체순환계와 폐순환계의 압력 변화 그래프 |
혈류가 시작하는 대동맥에서의 혈압이 가장 높으며 이때의 평균동맥압이 대략 100mmHg 정도이다. 대동맥에서 바로 갈라져 나온 큰 동맥(large arteries)에서도 대동맥과 거의 같게 높은 혈압을 유지하는데, 이는 큰 동맥의 유순도가 낮아, 즉 탄력이 커서 가능하다. 이후 큰 동맥들의 분지인 작은 동맥(small arteries)에서부터 혈압이 떨어지는 혈압강하가 본격적으로 발생한다. 혈압강하가 발생하는 건 점차 혈관에 저항이 발생하기 때문이다. 세동맥(arteriole)은 전체 혈관계에서 저항이 가장 큰 부분으로, 따라서 혈압강하가 가장 크게 나타난다. 다르게 말해, 혈압은 세동맥을 지나면서 가장 급격하게 떨어진다. 세동맥으로 진입할 때의 평균동맥압이 50mmHg인 것에 반해, 세동맥을 다 지나고 나서의 평균동맥압은 20mmHg 정도에 불과하다. 모세혈관(capillary) 역시 저항이 큰 편이고 체액이 여과되어 나오기 때문에 세동맥 다음으로 큰 혈압강하를 보여준다. 마지막으로 유순도가 동맥에 비해 훨씬 큰 정맥(vein)을 지나면서 혈압은 더욱 떨어진다. 대정맥 진입 시의 평균압력은 대략 4mmHg이며, 우심방으로 체순환을 끝낸 혈액들이 들어올 때의 평균압력은 0~2mmHg이다.
한편, 폐순환계의 혈압은 체순환계와 비교했을 때 훨씬 낮다. 대동맥과 체순환계 큰 동맥들의 평균동맥압이 100mmHg인데 반해 폐동맥(pulmonary a.)의 평균동맥압은 10mmHg에 불과하다. 위에서 나왔던 Q=ΔP/R이라는 식과, 혈액은 같은 양이 순환하므로 우심실의 심박출량(=체순환계의 혈류량)과 좌심실의 심박출량(=폐순환계의 혈류량)은 같다는 사실로부터 생각해 보면 이런 평균혈압의 차이는 폐순환계의 혈류저항이 체순환계의 혈류저항보다 훨씬 낮기 때문이라는 것을 쉽게 추론할 수 있다. 좌변의 Q값이 같은데 ΔP값이 폐순환계에서 더 낮다면 당연히 R 역시 동일한 비율로 낮아야 한다.
중력이 존재하고 혈압이 정맥으로 갈수록 떨어짐에도 불구하고 순환이 계속 일어날 수 있는 것은 정맥의 판막이 혈액 역류를 방지하며, 혈관벽 근육이 수축하여 혈류가 흐르는 원동력으로 작용하기 때문이다. 혈관벽의 평활근(smooth muscle)과는 반대로, 다리 부위에서 환류하는 정맥의 흐름을 돕기 위해 다리 아래쪽의 장딴지근(gastrocnemius m.)과 가자미근(soleus m.)이 '골격근 펌프'(skeletal muscle pump)로 작용하기 때문이다.
3.3. 심장기능곡선과 혈관기능곡선
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| 심장기능곡선과 혈관기능곡선 |
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| 수축력에 따른 변화 |
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| 혈액량에 따른 변화 |
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| 총말초저항에 따른 변화 |
3.4. 혈압의 조절 기전
앞서 말했듯 대동맥과 큰 동맥 가지들에서의 압력은 성인 기준 대략 100mmHg이며, 이 수치는 항상성 유지에 의해 항상 일정하게 유지되는 것이 정상이다. Q=ΔP/R 공식에 의해 평균동맥압은 전체 몸의 혈액량인 심박출량과 전체 몸의 혈류저항인 총말초저항에 의해 달라질 수 있는데, 그렇다면 몸은 어떤 방식을 사용해 이런 동맥압을 일정하게 유지할 수 있는지가 화두가 된다. 동맥압을 조절하는 데에 가장 중요한 두 가지의 기전이 있다. 첫째는 비교적 빠르게 외부 자극에 맞춰 반응하는 신경 매개 기전인 압력수용체 반사(baroreceptor reflex) 기전이고, 둘째는 그보다 훨씬 느리게 호르몬이 혈액량을 조절하여 동맥압을 조절하는 기전인 레닌-안지오텐신-알도스테론계(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)이다.간단하게만 살펴보면, 압력수용체는 속목동맥(internal carotid a.) 시작부분의 목동맥팽대(carotid sinus)와 대동맥활(aortic arch)의 혈관벽에서 동맥압의 변화를 감지하여 이 정보를 숨뇌(medulla oblongata)의 고립로핵(nucleus tractus solitarius)으로 보내며, 고립로핵은 교감신경과 부교감신경 출력을 상황에 맞게 변화시켜 혈관의 수축/이완과 심장의 동방결절(sinoatrial node, SA node) 출력, 수축력 변화에 관여한다. 가령, 동맥압이 증가하면 압력수용체반사가 증가해 고립로핵으로 이 정보가 전달된다. 고립로핵은 동맥압을 정상 수준으로 되돌리기 위해 부교감신경계 출력을 증가시켜 심박수를 감소시켜 심박출량 감소에 기여한다. 또, 교감신경계 출력을 감소시켜 심박수 감소, 심장의 수축력 감소를 통해 심박출량을 감소시킨다. 또 혈관수축이 약화되므로 세동맥이 확장되어 총말초저항이 감소하게 되어 혈압이 감소하며, 정맥을 확장시켜 부하용적이 비부하용적 쪽으로 이동하게 되어 동맥압 감소에 기여한다.
레닌-안지오텐신-알도스테론계에서는 동맥압 감소가 일어나면 레닌을 활성화시켜 안지오텐신 1, 안지오텐신 2, 알도스테론을 차례로 전환, 합성한다. 알도스테론은 배설계에 작용하는 호르몬으로, 나트륨 이온이 재흡수(reabsorption)되는 걸 증진하여 혈압 상승에 기여한다. 또, 안지오텐신 2는 세동맥을 수축시켜 총말초저항을 증가시키고, 항이뇨 호르몬(ADH) 분비를 촉진하며 갈증을 유발하여 수분의 섭취와 재흡수를 증가시키는 방법으로 혈압을 원래대로 돌리는 데에 기여한다.
4. 측정
혈압은 원래 혈관마다, 부위마다도 다양하게 나누어지만, 임상적 혹은 일반적으로 혈압이라고 말하면 동맥압을 뜻하고, 특정 부위의 혈압은 다른 용어로 사용하는 게 일반적이다. 예를 들어 중심정맥압(CVP), 폐동맥압(PAP), 폐동맥쐐기압(PAWP) 같은 용어들이 있다. 주로 쓰이는 측정 위치로 보자면 팔꿈치 안쪽의 상완동맥(brachial a.)에서 측정된 값이다. 상완동맥은 심장에서 나온 혈액을 전달하는 팔 윗부분의 큰 혈관이다. 혈압을 정확하게 지속적으로 측정하려면 A-line을 잡지만, 침습적이기에 중환자에게나 쓰이고 일반적인 경우라면 비침습적이고 비교적 간편한 간이 혈압계로 측정하는 게 일반적.5. 정상 혈압
혈압의 단위는 mmHg이며[1], 정상 혈압은 수축기 혈압 100~130mmHg, 이완기 혈압 70~85mmHg 내외이다. 이보다 일정 수준 이상 높아지면 고혈압, 낮아지면 저혈압이라고 한다. 그리고 수축기와 이완기 혈압의 차이인 맥압(pulse pressure)은 정상적인 경우 40mmHg 정도이고, 80mmHg 이상이면 위험하다고 본다.다음은 18세 이상의 사람에 적용되는 미국에서의 혈압 분류이다. 측정값은 올바른 방법으로 2회 이상 측정된 값이어야 한다. 영국에서는 140/90mmHg 이상의 혈압을 모두 고혈압이라고 칭한다. 다음은 AHA(American Heart Association)의 분류법을 따른 것이다.
성인의 혈압 분류[2]
6. 혈압과 질병
다양한 병리적인 이상에 의해서 혈압이 비정상적으로 낮아지거나, 반대로 높아질 수 있다. 각각 저혈압(hypotension)과 고혈압(hypertension)이라고 부른다. 가령, 동맥을 딱딱하게 만들어 동맥의 유순도를 낮추는 동맥경화증(arteriosclerosis)은 유순도의 정의인 C=V/P에 의해 같은 혈액이 흐를 때, C가 감소하였으니 P의 변화량이 커지게 한다. 이때 동일한 확장기압에 대하여 수축기압과 평균동맥압이 모두 증가하는 양상이 나타난다. 반대로, 대동맥이 좁아지는 협착(sternosis)이 나타나면 한번에 심장에서 박출되는 혈액량(V)이 감소하므로 동일한 C에 대하여 P가 감소한다. 즉, 평균동맥압과 수축기압이 모두 감소한다.6.1. 저혈압
6.2. 고혈압
[1] 읽는 법은 밀리미터 머큐리(Millimeter of Mercury), 줄여서 밀리머큐리(Mili-Mercury).[2] 다만 혈압이 100/70mmHg이면 저혈압으로 보는 편이다.