혈류

운동 중에 심박출량과 혈압의 급격한 증가는 신체에 총혈류량을 증가시킨다. 이러한 반응은 혈액을 필요로 하는 곳, 주로 운동을 하 고 있는 근육으로 가게 해준다. 그리고 심혈관계의 교감신경 조절은 대사적 요구량이 낮은 신체 부분보다 대사적 요구가 높은 신체 부분에 더 많은 혈액이 흐를 수 있게끔 혈액을 재분배할 수 있다.

1) 운동 중 혈액의 재분배

안정 상태에서 운동을 시작하면, 혈류 패턴이 크게 변화된다. 교감신경의 작용에 의한 국소적인 세동맥의 혈관수축에 의해서 꼭 필 요한 부위가 아닌 곳의 혈류를 제한하여 활동적인 부위로 혈액을 더 보내게 된다. 안정 시에는 심박 출량의 단지 15~20%만이 근육으로 가지만, 고강도 운동 시 근육은 심박출량의 80~85%에 해당하는 혈액을 받게 된다. 근육으로 가는 이러한 혈류의 증가는 일차적으로 신장과 간, 위, 창자가 포함된 내장 순환(splandhric drollation)의 혈류를 줄임으로써 일어난다. 몇 가지 생리적 기전이 운동 중 신체에 혈류를 재분배하는 일을 책임지고 있지만 그것들은 통합된 형태로 함께 작동한다. 이를 설명하기 위해서는 혈류 재분배의 일차적인 원인인 활동근의 증가된 혈류 요구에 대해 초점을 맞춰 생각해 보자. 운동이 시작되면, 운동을 하는 골격근은 즉시 더 많은 산소운반을 필요로 하게 된다. 이와 같은 수요는 운동 중 혈류가 감소되어야 하는 부위(예를 들면 내과 신장 순환)의 혈관에 교감신경 자극이 증가되어 일부 충족된다. 이 부위의 이러한 혈관 수축은 운동하는 골격근으로 심박출량 중 더 많은 양의 혈액이 분배될 수 있게 한다. 골격근에서도 세동맥 벽 안에 있는 수축근섬유에 대한 교감신경 자극이 증가하지만 운동을 하고 있는 근육에서 분비된 국소적인 혈관 확장 물질들이 교감신경 혈관수축 작용을 무마시키게 되어 결과적으로 운동하고 있는 근육에서는 전반적인 혈관확장이 일어난다. 다양한 국소적 혈관확장 물질들이 운동을 하고 있는 골격근으로부터 분비된다. 근육 조직의 대사율이 운동 중에 증가되고 그 결과 대사 부산물이 축적되기 시작한다. 대사가 증가되면 산성화(수소 이온 증가, 즉 pH가 낮아짐)가 일어나고, 이산화탄소 생성량이 증가되며 근육 조직의 온도가 상승한다. 이와 같은 국소적 변화는 세 동맥의 혈관확장을 가져와 국소 모세혈관의 혈류량을 증가시킨다. 국소적 혈관확장은 조직 내의 낮은 산소 분압(partial pressure of oxygen, PO:), 헤모글로빈과 결합된 산소량의 감소, 근육의 수축, 그리고 근수축으로 분비된 그 밖의 혈관 활성 물질(아데노신 등)에 의해서도 이루어진다. 고온 환경에서 운동을 하면 신체 열을 발산하기 위해서 피부 쪽으로 혈류량이 증가한다. 피부혈류량(skin blood flow)의 교감신경조절은 교감 혈관수축 신경섬유(sympethetic valsoconstrictor Tibers)와 교감 활성 혈관확장 신경섬유(sympathetic active Vasotilator tbers)가 서로 상호작용을 하기 때문에 독특하다. 운동을 실시하면 심부 체온(core temperature)이 증가함에 따라 교감 신경에 의한 혈관수축작용이 감소하여, 수동적인 혈관확장이 초기에 일어난다. 그 이후 특정 심부 온도 역치점(threshold)에 도달하면 교감 활성 혈관화장 신경계(sympathetic active veoilatorsystem)의 작용을 통해 피부 혈류량이 급격하게 증가하기 시작한다. 신체 내부에서 대사적으로 발생한 열은 피부 쪽으로 혈액을 이동시켜야만 발산되기 때문에 운동 중 피부 혈류량의 증가는 열 발산을 촉진시킨다. 이러한 피부 쪽으로의 혈류 증가는 체온이 상승하는 속도를 제한한다.

2) 심혈관계 유동

일정한 강도에서 장시간 유산소 운동을 하거나 고온 환경에서 유산소 운동을 하면 1회 박출량이 점차로 감소하고 심박수는 증가한 다. 이로 인해 심박출량은 잘 유지되지만 동맥 혈압은 감소한다. 이러한 변화를 전체적으로 심혈관계 유동 (cardiovascular drift)이라고 하며 일반적으로 체온 상승 및 탈수와 연관되어 있다. 심혈관계 유동은 체열 상실을 위해 확장된 피부 혈관으로 배분되는 심박출량 비율을 점차적으로 증가시켜 심부온도의 증가를 둔화시킨다. 몸을 식히기 위해서 더 많은 혈액이 피부로 이동됨에 따라 심장으로 돌아오는 혈액량은 줄어들어 전부하(preload)가 감소한다. 또한 땀을 흘림으로서 혈장량이 약간 줄어들고 혈장이 모세혈관 막을 통하여 주위 조직 내로 이동되기 때문에 혈액량이 줄어든다. 이 요소들이 결합하여 심실 충만압(ventricular filling pressure)을 떨어뜨린다. 이것으로 인해 우심방으로 돌아오는 정맥환류가 감소되며 결국 확장말기 용량이 줄어든다. 확장말기 용량의 감소로 인하여 1회 박출량이 감소된다 (SV=EDV-ESV). 따라서 심박출량(cardiac output, Q=SVx HR) 을 유지하기 위해 1회 박출량의 감소를 보상하기 위한 심박수 증가 현상이 일어난다.

3) 혈류 공급을 위한 경쟁

체내 다른 모든 부위의 혈류 수요량에 더해서 운동에 의한 수요가 첨가되면 한정된 심박출량을 확보하기 위한 경쟁이 일어난다.
유효 혈류량(available blood flow)에 대한 이러한 경쟁은 특정 상태에 따라 여러 혈관상(vasoular beds) 사이에 발생할 수 있다. 예로, 식후에 운동 중인 골격근과 위장계(gastrointestinal system) 사이의 혈류량 경쟁을 들 수 있다. McKirnan 등은 돼지를 대상으로 운동 중에 식사와 공복이 혈류 분배에 미치는 영향에 대한 연구를 하였다. 돼지를 두 집단으로 나누어 한 집단은 운동 전 14~17시간 공복을 유지시켰다. 다른 집단은 아침에 사료를 2회에 걸쳐 나누어 먹였다. 절반은 운동 90~120분 전에 사료를 먹이고 나머지 절반은 운동 30~45분 전에 먹였다. 그러고 나서 두 집단의 돼지는 똑같이 약 65% VOasuz 강도의 달리기를 실시하였다.
운동 중 뒷다리 근육의 혈류량은 공복 집단보다 식사를 한 집단 에서 18%가 더 낮았고 소화기관의 혈류량은 23%가 더 높았다. 사람의 경우도 비슷한 결과가 나왔는데 식사 후 운동에서, 운동근으로 재분배되는 위장계의 혈류량이 감소하였다. 실질적인 측면에서 적용하자면, 이러한 결과는 운동선수들이 운동근에 혈류량을 최대화하기 위해서는 시합 전 식사 타이밍에 주의를 기울여야 함을 시사하고 있다. 혈류 공급을 위한 경쟁의 또 다른 예로는 더운 환경에서의 운동에서 볼 수 있다. 이 경우는, 유효 심박출량(available cardiac output)에 대한 경쟁은 체온 조절 목적을 위한 피부 순환과 운동 중인 근육 사이에서 발생된다.