압력과 부피에 대한 논리를
이야기하고 싶습니다
그리고 제가 일으켰을 수도 있는
오해들을 다시 재확립하고 싶습니다
오해를 불러서 죄송하게 생각합니다
하지만 이 기회에 압력과 부피에 대한 새로운 논리를 쌓고
지금까지 배운 것들을 반영해보는데
매우 좋은 기회가 될 것 같습니다
부피를 x축으로 하고 압력을 y축으로 하는 그래프를 그려 봅시다
첫 번째로 시작하고 싶은 것 중 하나는
수축기말 압력-부피 관계선이었습니다
그림처럼 일차함수의 형태로 그려졌습니다
그래서 이 직선이
압력과 부피 사이의 관계라고 했습니다
여기서 바로 꺼내고 싶었던 말은
부피를 증가시킨다는 생각이었습니다
그래서 노란색 선을 따라 이동할수록 부피가 증가합니다
이 그래프를 그린 방법은; 말하기 전에
칠판에 공간을 조금 더 크게 만들겠습니다
그래서 때로는 부피가 증가하는 그림을 그리는 방법이
오해를 불러일으킬 소지가 있습니다
과거에는, 예를 들어, 칠판에 그려진 것처럼
좌심실을 그렸던 적이 있습니다
그후 저는 혈액이 좌심실로 들어갈때
이렇게 말했습니다
더 많은 혈액이 심장을 채우게 된다고 말했습니다
이런 분류의 그림을 그렸었는데
이러한 심장 그림은 확실히 몇 가지를 말해줍니다
그 중 하나는 채우기가 일어나고 있다는 것입니다
이 사실은 인정하는 부분입니다
하지만 만족스럽지 못한 부분은
심장이 기본적으로 고정된 부피라는
관점으로 보는 것입니다
칠판에 그려져 있는 좌심실이
고정된 부피를 가진 것처럼 보입니다
다시 말해, 좌심실 그림은 혈액이 채워지는 것이
마치 잔에 물을 채우는 것처럼 보이게 만듦니다
근본적으로, 좌심실이 잔처럼 보이게 만듦니다
그래서 좌심실에 혈액이 채워지는 올바른 방법은
이것이 조금 더 적당합니다
이 좌심실 그림과 같이 기본적으로 더 작은 좌심실이
혈액으로 채워진다는 것의
문맥을 파악할 수 있어야 합니다
시간이 지나면 완전히 혈액으로 가득 찰 것입니다
처음에는 작은 부피로 시작합니다
그 후 혈액이 더 유입되면 좌심실의 부피가 더 커지게 됩니다
그리고 마지막으로 최대 부피가 될 때까지 채워지게 됩니다
이렇게 좌심실의 부피가 혈액의 유입에 의해 순차적으로 커지는 것이
어떤 일이 있는지에 대한 더 정확한 그림이라고 말할 수 있겠습니다
당연히, 이 세 좌심실은
서로 다른 시간때에 일어나는 일입니다
두 번째 그림은 혈액의 유입을 잘 보여주고 있기 때문에
혈액이 심장을 채우고 있다는 생각을 할 수 있습니다
그에 이어 첫번째 그림보다
부피가 변화한다는 것을 더 확실하게 보여줍니다
좌심실의 부피는 변하기 때문에 고정된 것이 아닙니다
그게 맞습니다
두 번째 그림이 좌심실을 보는 더 낳은 관점입니다
그리고 심장에 혈액이 채워지는 과정이
풍선과 비슷하다는 유추를 할 수 있습니다
좌심실은 유리와 같이 고정된 부분이 아니라는 점을
확실히 하고 싶습니다
그것은 마치 풍선과 같습니다
부피가 고정되어 있지 않습니다
실제로 부피는 변화합니다
그래서 두 번째 그림이 더 정확한 심장에 대한 관점입니다
이런 고정되어있는 것처럼 보인 좌심실을 그려 정말 죄송합니다
솔직하게 말하자면, 그저 채워지는 과정이 무엇인지 보여주고 싶었고
햇갈리게 만들려는 의도는 전혀 없었습니다
너무 급하게 그리느라 그림을 잘못 그린 것 같습니다
그 점을 명백하게 하고 싶습니다
이 두 번째 그림이 혈액이 유입되는 올바른 과정입니다
그럼 한 단계 더 나아가서
이렇게 했었다면 어떻게 했을까요?
좌심실의 한 단면을 보기 위해
각각 다른 상태인 세 개의 좌심실을 칼로 자른다고 했으면 어떨까요?
만약 칼로 자른 윗부분을 제거하고
잘라진 부분의 단면을 보게 된다면
신비롭게 보이지 않을까요?
그리고 심장의 단면을 보게 된다면
놀라운 모습일 것입니다
한번 그 단면을 그려 보겠습니다
그리고 그림을 보는 것이 더 도움이 많이 될 것입니다
단면이 왜 그렇게 생겼는지도 함께 알려드리겠습니다
가장 작게 보이는 좌심실의 단면은 이렇게 보일 것입니다
중간에 있는 그림은 그 전보다 조금 더 크게 보일 것입니다
그리고 가장 큰 좌심실은 훨씬 큰 단면을 가지고 있을 것입니다
다시 한번 말하지만 이 그림은 단면을 보려주고 있기 때문에
좌심실과 다를 것이 없습니다
단지 좌심실의 단면을 보고 있는 것 뿐입니다
그리고 당연히 세 단면들은 혈액으로 가득 차 있어야 합니다
저는 이런 방식으로 도표를 사용할 것입니다
이러한 단면 그림들을 통해
더 사실적인 감각을 느끼기 위해 좌심실에 혈액이 유입되는 것이
어떻게 생겼는지 보여줄 것입니다
그 과정에서 나오는 흥미로운 문제들도 보게 될 것입니다
시작해보죠
몇 개의 원을 먼저 그립시다
가장 큰 원은 압력 부피 관계선의 위쪽에 그릴 것입니다
중간 지점에는 큰 원보다 부피가 조금 더 작은 원이 있다고 합시다
그리고 가장 아랫부분에는 부피가 더 작은 원을 그립시다
가장 작은 원은 부피 축 밑에 그립시다
이제 세가지 부피를 다 그리고 나서
혈액이 채워지는 과정이기 때문에 당연히 색칠을 해야죠
하지만 곡선의 가장 밑에
아주 작은 원이 있는데 부피도 작지만
혈액이 채워지기까지 시간이 걸린다는 점을 인정해야 할 것입니다
부피가 0일때, 곡선 상에서
혈액이 없는 부분일때,
좌심실은 비어 있을 것입니다
그리고 사실 혈액을 조금 유입할 것입니다
한번 혈액을 채운다고 생각해봅시다
중간까지만요
그러면 반만 채워진 좌심실이 나옵니다
혈액을 채우는 과정을 좌심실이 꽉 찰때까지 계속합니다
원래부터 이 압력-부피 관계선을 따라 좌심실의 부피가 변화하는 것입니다
여기서 핵심은, 꽉 찬 심실이 되기 전까지는
압력변화가 전혀 없다는 점입니다
전에 압력-부피 관계선을 그렸을 때도
지금 보시는 것과 같이 그렸습니다
하지만 사실을 말하자면 특히 곡선의
밑부분이 살짝 다르게 보입니다
그 부분을 지우고 다시 정확하게 그리겠습니다
이것이 곡선을 더 정확하게 그리는 방법입니다
원래부터 심실이 꽉 찰때까지의 곡선 부분은
거의-아니 진짜 압력 변화가 없습니다
거의 압력 변화라고 말하면 안됩니다
그리고 꽉 찬 상태가 되었을 때
비로소 압력의 증가가 보이기 시작합니다
압력의 증가의 실현 방식은 부피의 증가에 있습니다
부피의 증가가 바로 압력이 증가하면서 보이게 되는 현상입니다
심실의 부피가 커지는 것을 보게 되기 시작합니다
따라서 아주 약한 압력이 있을지라도
좌심실을 확장시킬 것입니다
실제로 좌심실의 부피가 커진다는 것을 통해 발견하실 수 있습니다
처음에 좌심실의 크기 변화는 없습니다
하지만 좌심실에 압력이 가해지기 시작할 때 비로소
크기가 변화하기 시작합니다
제가 왜 이 노란 곡선이 틀렸는지 이제 납득이 가실 것입니다
헷갈리지 않게 이 노란 곡선을 완전히 지우겠습니다
수축기 말 압력-부피 관계선을 그렸는데
추가하고 싶은 것은 확장기 말 압력-부피 관계선 입니다
우리는 그 곡선이 하얀색 선처럼 그려진다는 것을 대충 알고 있습니다
수축기 말 관계선과 비교하기 위해서
마찬가지로 확장기 말 관계선 이름을 노란색으로 쓰겠습니다
이것이 바로 확장기 말 압력-부피 관계선입니다
그럼 이번엔 단면적은 어떻게 생겼을까요?
수축기 말 관계선 그래프에서 무작위 점을 몇 개 고르겠습니다
표시한 점은 그려져 있는 각각의 그림에 대응된다고 합시다
그러면 점에 대응되는 확장기 말에서의 부피-압력 상태를 찾으려면
점을 부피 축에 수직으로 내려 만나는 점을 보면 되는 것입니다
두 점 중 더 왼쪽에 있는 점은 특정한 부피를 갖습니다
더 오른쪽에 있는 점도 마찬가지이고요
그리고 그 점들을 따라서.....
사실 그 점들을 확장기 말 압력-부피 관계선에 표시해봅시다
또 특정한 점에 대응되겠죠
위에서 그린것과 마찬가지로 비슷하게 다른 곡선에서도 그릴 수 있습니다
좀 더 왼쪽에 있는 점에 대응되는 그림은 한 이 정도일 것입니다
그 다른 점은 처음 것보다 조금 클 것입니다
크기는 첫 번째보다 조금 더 크게 그려지겠죠
그래서 지금 그림에는 두 개의 곡선이 그려져 있습니다
그렇죠?
그리고 이 두 그림들을 위에 그려진 다른 두 그림들과 최대한
비슷하게 그릴려고 합니다
색칠도 하고요
지금 보이는 것이 바로 특정한 점에서의 부피입니다
실제로 같은 점에서의 각각의 부피들을 비교해 볼때
비슷하게 보일 것입니다
전혀 다르게 보이지 않습니다
이제 남은 문제는 사람들이 가장 많이
햇갈릴 수 있는 문제인데,
어떻게 그림이 똑같은데도
수축기 말 관계선에서의 압력은 말도 안되게 큰 반면
확장기 말에서는 왜 엄청 작은지 궁금할 것입니다
놀랍게도, 압력은 전혀 다르게 보이지 않습니다
이 사실을 알아내기 위해 - 제가 생각하기에 근육에서 어떤
현상이 일어나고 있는지를 알 수 있는 쉬운 요령이 있습니다
근육 세포들은 z선 내에서 수축과 이완을 하고 있습니다
수축기 말에서도 마찬가지로 수축 현상이 매우 활발히 진행되고 있습니다
그래프 선상에서도 마찬가지이고요
사실, 수축기 말 곡선 모든 부분에서 수축이 일어나고 있습니다
몇백개의 화살표를 그리는 것보다
모든 구간에서 수축이 일어난다는 점을 이용해 그림을 조금 더
단순화할 수 있습니다
따라서 몇백개의 화살표를 그리는 대신
실제로 화살표들을 이어서 그리면
원래 화살표들이 수축을 의도했던 것과
비슷한 효과를 낼 수 있습니다
밧줄이나 밴드처럼 간단하게 표현할 수 있습니다--
밧줄이나 밴드가 위쪽 또는 아래쪽으로 당기는 것을 상상해 보세요
위에 그려진 것처럼 밴드가 당기는 것은
생각해보면 수백개의 작은 근육들이
수축하는 것과 동일한 효과라는 것을 알 수 있습니다
조금 더 나아가서, 당신은
사람들이 밴드를 홱 당기는 것으로 생각할 수도 있습니다
이것이 사람들이 밴드를 홱 당기는 것을
제가 이미지화하는 방식입니다
밴드를 두고 두 일꾼이 서로 반대로 잡아당긴다고 가정해봅시다
만약 그들이 서로 반대로 당기고 있었다면
우리가 일반적으로 생각하는 수축의 이미지를 줍니다
이런 일꾼들이
모든 구간에서 밴드를 잡아당기는 것이라고 생각할 수 있습니다
잡아당기는 것을 통해 수축할 수 있는 힘을 얻습니다
일꾼들이 서로 반대 방향으로 밴드를 당기는 것이
제가 수축을 생각하는 방법입니다
그리고 일꾼들이 심장을 둘러싼 생각할 수 있는 모든 방향으로
밴드를 당긴다고 하는 것이 바로 수축된 심장의 모습이 되는 것입니다
이런 일꾼들이 줄을 엄청 세게 당기고 있기 때문에
심실 안에서 압력이 커지는 것입니다
반면 확장기 말에서는 수축이 일어나고 있지 않습니다--
왜냐하면-- 확장기 말에 일꾼들이 있나요?
서로 밴드를 잡아당기고 있나요?
아닙니다
근육 세포들은 완전히 이완되어 있습니다
일꾼들은 놀고 휴식을 취하고 있습니다
일꾼들은 당기는 일을 전혀 하지 않고 있다는 점을 알 수 있습니다
그 결과, 압력의 증가가 거의 없습니다
압력이 매우 낮은 상태를 유지합니다
두 그래프 상의 부피가 같은데도 불구하고
압력에 차이가 있는 것이 바로 그 이유입니다
사람들을 혼란에 빠뜨리는 마지막 질문 --- 저는 이 질문에
대답하기 위해 밑에 공간을 만들 것인데--
그것이 바로 '수축기 말 심실에 왜 혈액이 들어있느냐' 입니다
수축기 말은 혈액이 대동맥으로 빠져나가는 때가 아닌가요?
심실에 왜 혈액이 존재해요?
비어있어야 하는 것 아닌가요?
질문에 답하기 위해서-압력 부피 루프를 그려볼 수 있습니다
루프를 색깔을 다르게 하기 위해 보라색으로 그릴 것입니다
수축이 보라색 점이 찍혀있는 부분부터 일어난다고 해봅시다
보라색 점이 수축을 시작하는 지점입니다
그 다음 보라색 지점에서 올라가는 선을 그릴 것입니다
그 후 심실에서 박출이 일어난다고 해봅시다
보라색 선이 또 일꾼을 타고 넘어간다고 해봅시다
마지막으로 보라색 줄을 타고 있는
부피 구간을 그리겠습니다
하얀색으로 표시된 부피 구간은 변하지 않기 때문에
일정한 부피로 볼 수 있습니다
하얀색 구간 바로 다음부터, 심실박출이 일어납니다
하얀색 점과 만나는 부분까지 모두 심실박출이 일어나는 구간입니다
저는 휘어져 있는 선 밑에다가 'ejection' 이라고 쓰겠습니다
심실박출은 이렇게 둔덕 위로
일어나고 있습니다
다시 말해, 하얀색 선으로 잘린 구간 사이에서 심실박출이 일어나고 있습니다
새로 그은 하얀색 수직선에서는 이런 그림을 그릴 수 있습니다
저는 제 심장이 꽉 차있다고 말할 수 있습니다
제 심장의 모습은- 조금 더 크게 그립시다
제 심장은 엄청 가득 차있을 것입니다
깔끔하게 그려볼께요
제 심장은 이렇게 생겼을 것입니다
제 심장이 이렇게 크면-- 색칠 먼저 하겠습니다
심실박출이 일어날 때 어떤 일이 일어나고 있을까요?
이 큰 심장을 복사해서 화면 위에다가 보여드리겠습니다
복사한 심장을 위쪽에다가 끌고 오겠습니다
지금 위에 있는 심장으로 순환이 시작된다면
박출을 할 때, 이런 현상이 일어날 것입니다
일정량의 혈액이 빠져나가고
혈액의 일부분만 남아 있을 것입니다
제가 검은색으로 색칠한 부분을 제외한 부분이
남은 혈액의 양입니다
지금 그 부분을 자르겠습니다
그리고 도넛 모양처럼 생긴 도형이
바로 일회박출량인 것입니다
생각해보면 많은 양의 혈액이 실제로 대동맥으로 이동합니다
물론, 이 과정은 매우 중요합니다
그리고 혈액의 일부만 남았습니다
따라서 수축이 시작될 때, 박출 전 단계에서
혈액이 많다는 점을 발견할 수 있습니다
그 부분에서 시작합니다
그 후 심장에서 많은 혈액을 잃습니다
도넛 모양의 이 도형이 박출되는 혈액의 양인 것입니다
그 후에는 심장에 혈액이 조금 남아있습니다
그 부분이 바로 수축기 말인 것입니다 그리고 수축기 말에서
혈액은 조금 남아 있지만, 수축을 시작했을때 만큼
혈액이 많이 있지는 않은 것입니다