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1. 개요
프랑크-스탈링 법칙(Frank-Starling law) 또는 프랑크-스탈링 관계(Frank-Starling relationship)는 심실에서 내보내는 혈액량인 심박출량(cardiac output), 또는 일회박출량(stroke volume)[1]이 수축 직전(확장기 끝)의 심실에 존재하는 혈액량인 확장기말용적(end diastolic volume, EDV), 또는 우심방압력(right atrial pressure, RAP)에 의해 결정된다는 법칙이다. 법칙의 이름은 독일의 생리학자 오토 프랑크(Otto Frank)와 영국의 생리학자 어니스트 스탈링(Ernest Starling)의 이름에서 따온 것이다.2. 정맥환류와 심박출량
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| 좌심실의 압력-용적 고리(pressure-volume loop)[2] |
심박출량은 항정 상태(평형 상태, operating state)에서 정맥환류량(venous return)과 같다. 위 그래프에서처럼 정맥환류량이 어떠한 이유로 증가할 경우 심장으로 들어오는 혈액의 양이 많아지므로 확장기말용적이 증가한다. 늘어난 확장기말용적으로 인해 근육섬유의 길이가 늘어나고, 길이-장력 관계(length-tension relationship)에 의해 길이가 늘어난 심장근육 섬유는 더 강하게 혈액을 박출할 수 있게 된다.[3] 따라서, 더 많은 혈액이 심장에서 나가게 된다. 결론은 정맥환류량의 증가는 정상적인 심장근육에서 심박출량과 일회박출량의 증가로 이어진다는 것이다.
3. 심장기능곡선과 혈관기능곡선
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| 심장기능곡선과 혈관기능곡선 |
위의 심장기능곡선(cardiac function curve)과 혈관기능곡선(vascular function curve)을 통해 프랑크-스탈링 관계를 보다 쉽게 해석할 수 있다. 그래프의 x축은 우심방압력이나 확장기말용적이며, 빨간 심장기능곡선의 y축이 심박출량, 파란 혈관기능곡선의 y축은 정맥환류량이다. 가령, 심장기능곡선이 심근의 수축력 증가로 인해 반시계 방향으로 회전(=기울기가 증가)했을 때, 심장기능곡선과 혈관기능곡선의 새로운 교점은 심박출량과 정맥환류량이 둘 다 증가한 교점에서 형성된다.
[1]
심박출량은 일회박출량과 심박수의 곱으로 정의되므로,
심박수가 변하지 않았다면 이 둘은 비례 관계에 있다.
[2]
LV는 Left Ventricle(
좌심실), SV는 Stroke Volume(일회박출량)을 가리킨다.
[3]
보다 정확히는, 이건
골격근보다 심장근육이 훨씬 늘어나기 힘들기 때문에 가능하다. 본래 길이-장력 관계에서는 장력이 최대가 되는 근육세포의 길이인 Lmax가 존재하며, 따라서 그 길이보다 근육세포가 더 늘어나면 오히려 수축력이 떨어진다. 심장근육은 생체 내에서 Lmax 이상으로 근육세포가 늘어날 수 없기 때문에 확장기말용적의 증가가 무조건 심박출량 증가로 이어진다.