심장에 산소와 영양을 보내는 '심장 동맥'이 막힘으로써 일어나는 병이 '협심증(Angina Pectoris)'과 '심근 경색(Myocardial Infarction)'이다. 이러한 심장병으로 인해 사망하는 사람의 수는 계속 늘어나고 있다. 갑자기 사망하는 돌연사의 70~80%는 심장병이 원인이라고 한다. 심장병의 메커니즘과, 고도의 수술법, 재생 의료 등 최신 의료법에 대해 알아보자.
0. 목차
- 심장 동맥
- 허혈성 심장 질환의 메커니즘
- 심장 동맥 중재술
- 심장 동맥 바이패스 수술
- 여러 가지 심장병
- 최종적으로 심부전 상태에 빠진다.
1. 심장 동맥
우리가 매일 살아갈 수 있는 이유는 심장이 24시간 쉬지 않고 박동하면서 산소와 영양소를 몸 구석구석까지 보내 주기 때문이다. 1회의 박동으로 내보낼 수 있는 혈액의 양은 약 70~80mL이다. 심장은 분당 60~70회 박동하므로 분당 5~6L의 혈액을 내보내는 셈이다. 심장이 '펌프(Pump)' 기능을 하기 위해서는 산소와 영양이 계속 공급되어야 하는데, 심장의 근육층과 심장 바깥막에 혈액을 공급하는 것이 '심장 동맥(관상 동맥)'이다.
'심장 동맥'에 어떤 문제가 생겨 '심장 근육 세포'로 충분한 혈액이 가지 않으면, '심장 근육 세포'는 '허혈 상태(산소 결핍 상태)'가 되고 수십 분 만에 죽는다. 허혈에 의해 일어나는 심장의 병이 '협심증'이나 '심근경색' 등 '허혈성 심장 질환'이다. '협심증'은 심장 동맥이 막힘에 따라 가슴이 아픈 상태이며, '심근 경색'은 혈관이 완전히 막혀 심장 근육이 죽는 상태이다.
1-1. 혈액으로 가득 찬 심장이 왜 산소 결핍 상태가 될까?
신선한 혈액을 보내야 할 심장이 산소 결핍 상태에 빠진다는 것은 언뜻 이해가 안 될 수가 있다. 하지만 심장 조직에 산소를 보내는 것은 어디까지나 심장에서 일단 나와 심장 동맥을 통해 돌아온 혈액이다. 그리고 심장의 구석구석까지 산소와 영양을 보내기 위해 심장 근육 조직에 들어가 있는 모세 혈관은 심장이 수축할 때 팽창하는 심장 근육에 의해 눌리게 된다. 그래서 이들 모세 혈관으로 이어지는 심장 동맥은 다른 혈관에 비해 혈액이 흐르기 어렵다는 특징이 있어 심장이 '허혈 상태(산소 결핍 상태)'에 빠지기 쉽다.
'심장 동맥에 걸리는 저항(혈액이 흐르기 어려움)'은 위팔 등의 혈관에 비해 2배 정도나 높다고 한다. 나아가 동맥 경화 등에 의해 심장 동맥의 혈관벽이 단단해진 경우는 심장 동맥 말단에 이르는 혈액의 양은 더욱 줄어든다. 그 결과, 심장에 충분한 혈액을 보낼 수 없어 '허혈 상태(산소 결핍 상태)'에 빠지는 것이다.
2. 허혈성 심장 질환의 메커니즘
'협심증'은 크게 '안정시 협심증'과 '노작성 협심증'의 두 종류로 나눌 수 있다.
- 안정시 협심증(연축성 협심증): '안정시 협심증'은 혈관이 일시적으로 경련해 좁아짐으로써, 혈류가 나빠져 일어나는 협심증이다. 안정시나 취침 중에 발작이 일어나는 특징이 있다. 혈관은 '혈관 평활근'이라는 근육으로 덮여 있으며, 교감 신경과 부교감 신경으로 이루어지는 '자율 신경'이 그 근조직의 수축과 확장을 제어함으로써 혈압이 정상으로 유지된다. 그런데 자율 신경에 문제가 생기면, 심장 동맥이 급히 수축해 혈류가 나빠짐으로써 '안정시 협심증'이 일어난다. 치료약으로는 니트로글리세린이 사용되는 경우가 있다.
- 노작성 협심증: '노작성 협심증'의 주된 원인은 '동맥 경화'이다. 동맥경화가 진행되면, 동맥의 벽에 면역 세포인 대식 세포가 모여 혈액 속의 콜레스테롤을 받아들임으로써 '아테로마'라는 팽창부를 만든다. 아테로마에 의해 혈관이 좁아짐으로써 혈류가 악화되어 증상이 나타난다. 나아가 동맥 경화를 일으킨 혈관은 약해지기 때문에, 손상될 때 작은 '핏덩어리(혈전)'가 생긴다. 그리고 이 혈전이 혈관을 막음으로써 '심근 경색'이 일어난다.
2-1. 왜 니트로글리세린이 협심증 약으로 사용되는가?
'니트로글리세린(Nitroglycerin)'을 협심증 약으로 사용하게 된 배경에는 흥미로운 일화가 남아 있다. 1900년대 당시 니트로글리세린으로 다이너마이트를 제조하는 공장에서는 기묘한 현상이 일어나고 있었다. 공장에서 일하는 여러 협심증 환자가 '근무 중에는 왠지 협심증 발작이 줄어드는데, 집에 돌아가면 다시 발작이 일어난다.'는 것이었다. 이런 현상에서부터 연구가 진행된 결과, 니트로글리세린에 혈관 확장 작용이 있음이 발견되었다. 다이너마이트를 발명하고 노벨상을 만든 '알프레드 노벨(Alfred Bernhard Nobel)'은 만년에 협심증으로 괴로워했는데, 그때 니트로글리세린을 처방받았다고 한다.
1998년에는 '니트로글리세린[C3H5(NO3)3]'이 분해되어 만들어지는 일산화질소가 어떻게 혈관 확장을 일으키는지를 규명한 미국의 과학자 세 사람에게 노벨 의학·생리학상이 수여되었다.
2-2. 혈전을 방지하는 아스피린이 심근 경색을 예방한다.
혈전이 혈관을 막아 생기는 질환이 '심근 경색'이다. 한번 죽은 심장 근육의 조직은 그 후 혈류 부족이 해소되어도 되살아나지 않는다. 그래서 1분이라도 빨리 적절한 조치를 해야 한다. '심근 경색'은 '동맥 경화'로 만들어진 아테로마가 부서져 '혈전(작은 핏덩어리)'이 생겨 혈류가 완전히 막힘으로써 발생한다. '심근 경색'의 치료 수단으로, 혈전이 만들어지지 않게 하는 '아스피린'을 투여하는 경우도 있다. '아스피린(Aspirin)'은 혈전의 근원인 '혈소판(Platelet)'이 응집하는 능력을 저하시켜 심근 경색이 일어나는 것을 예방한다.
3. 심장 동맥 중재술
3-1. 가슴을 열지 않고도 혈관의 막힘을 해소한다.
'협심증'이나 '심근 경색'의 치료에서는 '심장 동맥의 좁아진 부위(협착부)'를 빨리 찾아내 혈관을 넓히는 일이 중요하다. 그래서 이루어지는 치료법이 '심장 동맥 중재술(PCI: Percutaneous Coronary Intervention)'이다. PCI에서는 먼저 손목이나 넓적다리에서 지름 2mm 정도의 '카테터(Katheter)'를 삽입한다. 카테터가 심장 동맥 입구까지 도달하면, 거기서부터 더욱 가느다란 '가이드 와이어(Guide Wire)'를 뻗어 심근 경색의 협착부까지 나아간다. '가이드 와이어'를 따라 풍선과 '스텐트(Stent)'라는 '그물눈 모양의 금속'을 통과시킨다. 그리고 풍선을 펴서 혈관벽에 스텐트를 밀어붙임으로써 혈관을 넓히는 것이다.
3-2. 면역 반응을 억제하는 약품이 서서히 녹아 나온다.
카테터 치료는 수술 시간이 짧고 개복도 하지 않기 때문에 환자에게 가하는 신체적 부담이 적으며, 기본적으로는 수술 뒤 며칠이 지나면 퇴원할 수 있다. 그러나 스텐트 삽입에 의해 혈관벽이 조금 손상될 경우, 면역 반응이 일어날 가능성이 있다. 이 면역 반응이 방아쇠가 되어 혈관을 구성하는 '평활근 세포'가 증식하거나, 염증에 의해 혈소판이 활성화함으로써 혈전이 만들어지는 바람에 다시 혈관이 막히는 경우가 있다. 이것을 막기 위해 항혈전약인 '아스피린(Aspirin)'을 오랜 기간 계속 복용하게 된다. 이 번잡함을 해소하기 위해 스텐트 표면에 면역 반응을 억제하는 약이 도포되어 있는 것을 사용한다. 스텐트 표면에 면역 반응을 억제하는 약이 녹아 나옴으로써 다시 혈전이 만들어지는 것을 막는다.
이러한 녹는 '스텐트(Stent)'는 수술용 봉합사로 사용되는 생체 흡수성 물질로 만들어진 것으로, 스텐트를 시술하고 약 3년 동안 염증을 억제하는 약품을 방출하면서 병변부를 계속 확장하며, 그 후에는 분해되어 몸속에 흡수된다. 이런 '생체 흡수성 스텐트'는 종래의 금속제 스텐트처럼 몸속에 남지 않기 때문에 항혈전약의 복용 기간을 단축시키는 등의 장점이 있다.
4. 심장 동맥 바이패스 수술
4-1. 막힌 혈관을 우회해 신선한 혈액을 보낸다.
심장 동맥에 복수의 협착부가 있을 경우나, 심장 동맥읜 근원이 막혀있어 카테터 치료가 어려운 경우에는 '심장 동맥 바이패스 수술(Cardiac Artery Bypass Surgery)'이 이루어진다.
'바이패스 수술(Bypass Surgery)'이란 그 이름대로 몸의 다른 부분에서 가지고 온 혈관으로 '바이패스(우회로)'를 만들어서, 혈관이 좁아지거나 막힌 곳의 다음 부분의 혈류를 개선하는 치료법이다. 바이패스 수술에 사용되는 혈관은 잘라도 몸의 기능에 그다지 영향이 나타나지 않는 것이 사용된다. 일반적으로 심장 가까이 있는 '내흉 동맥(internal thoracic artery)'이나 넓적다리를 지나는 '대복재 정맥(greater saphenous vein)' 등이 사용된다. 바이패스 수술의 성공률은 99%를 넘으며, 5년 이내의 협심증 재발률은 3% 이하로 안정성이 높다.
4-2. 심장을 멈추지 않고 심장 동맥의 우회로를 만든다.
매분 60회 이상 박동하는 심장을 어떻게 수술할까? 예전에는 인공 심폐를 연결해 혈류를 유지하고, 약품으로 심장을 멈춘 뒤 수술했다. 그러나 요즘은 '스태빌라이저(Stabilizer, 안정기)'라는 기구로 수술 부위를 고정함으로써 심장을 멈추지 않고 바이패스 수술을 하는 비율이 늘어나고 있다.
'스태빌라이저(Stabilizer)'는 맨 앞에 '음압(물체의 내부 압력이 외부 압력보다 낮은 상태)'을 걸게 되어 있어, 심장 표면을 빨아들일 수 있다. 이에 의해 수술 부위가 고정된다. 심장을 멈추지 않고 실시하는 이 수술법에서는 신체에 대한 부담을 줄일 수 있다고 한다.
4-3. 로봇 수술
나아가 가슴을 열지 않고 수술하는 '로봇수술'의 도입도 진행된다. '로봇 수술'이란 저침습 수술 지원 로봇 '다 빈치' 등을 사용해 환자의 신체에 5~10mm 정도의 작은 구멍을 몇 군데 뚫고 로봇팔과 내시경을 집어넣어 하는 수술을 말한다. 수술 지원 로봇 '다 빈치(Da Vinci)'는 미국의 '인튜이티브(Intuitive)'사에서 만들었다. 집도의는 내시경으로 촬영되는 환자 몸속의 영상을 보면서 원격 조작으로 수술한다. 최근에는 8K 화질이나 3D 영상으로 촬영할 수 있는 내시경도 개발되어 수술 부분을 매우 선명하게 볼 수 있다.
5. 여러 가지 심장병
심장병에는 지금까지 알아본 협심증이나 심근 경색 등 '허혈성 심장 질환' 이외에도 많은 병이 있다. 먼저 큰 비율을 차지하는 병이 '부정맥'이다. 심장 근육은 일정한 리듬으로 보내지는 전기 신호에 의해 수축과 확장을 되풀이한다. 이 전기 신호는 우심방 '굴심방 결절(동방결절)'이라는 곳에서 발신되어 '방실 결절'을 지나 심장 전체로 질서 있게 전해진다. 이 전기 신호에 의해 심장은 정상으로 혈액을 내보낼 수 있다. 하지만 심장 근육은 수축시키는 일련의 메커니즘에 어떤 이상이 나타나면, 심장 박동의 리듬이 일정하지 않게 되거나 이상하게 빨라지거나 느려지는 경우가 있다. 이것이 '부정맥'이다.
가장 위험한 부정맥이 '심실 세동(Ventricular Fibrillation)'이다. '심실 세동'이란 심실이 떨리기만 하고 수축하지 않기 때문에, 혈액을 온몸으로 보내지 못하는 병이다. 돌연사의 70~80%는 '급성 심근 경색'으로부터 '심실 세동'에 이름으로써 생긴다고 한다. 이런 경우 1초라도 빨리 'AED(자동 체외 제세동기)'를 사용해 전기 충격을 가함으로써 심장을 정상 리듬으로 돌리거나, 심장 마사지를 해서 목숨을 구해야 한다.
또 심장 근육의 벽이 두꺼워지거나 반대로 얇아지거나 함으로써 심장의 작용이 약해지는 '심근증(Myocardia)'도 심장병의 일종이다. 또 심장의 4개 방의 경계에 있는 '판막'이 열리는 범위가 좁아져 혈액의 흐름을 방해하거나, 제대로 닫히지 않가 혈액이 역류하는 '심장판막증(Valvular Disease)'도 심장병의 일종이다.
6. 최종적으로 심부전 상태에 빠진다.
이들 심장병이 원인이 되어 심장 펌프 능력이 떨어지면, 최종적으로 심장은 '심부전(심장 기능 상실)' 상태에 빠진다. '심부전(심장 기능 상실)'은 병명이 아니라, 심장이 가지고 있는 펌프의 활동이 불충분해진 상태를 나타내는 말이다.