심장의 무게는 성인이 약 350~600g으로 남자가 여자보다 약간 더 무겁다. 사람의 심장을 나란히 붙어 있는 이층집 두 채로 비유하면, 오른쪽 집은 온몸을 돌고 온 정맥피가 들어와서 폐로 보내지는 곳이고, 왼쪽 집은 폐로부터 산소가 많은 신선한 동맥피가 들어와서 온몸으로 보내지는 곳이라고 생각하면 된다. 오른쪽 이층집의 윗집과 아랫집 사이에는 삼첨판이라는 칸막이가 있고, 왼쪽 이층집의 위와 아랫집사이에는 이첨판이라는 칸막이가 있어서 혈액이 거꾸로 흐르는 것을 막아준다.
수축과 이완에 의해 심장박동이 나타나는데, 휴식상태에서 심장은 보통 1분에 60~70회 수축한다. 따라서 하루 평균 약 10만 번, 70세를 기준으로 평생 26억 번을 수축한다. 또한 한 번 심장이 수축할 때 대략 80mL 정도의 혈액을 대동맥으로 내보내므로, 1분당 약 5L의 피가 심장을 거쳐 우리 몸을 돌고 40~50초 만에 다시 되돌아오게 된다.
심장박동의 조절
심장박동은 외적으로는 자율신경계와 호르몬의 조절을 받아 이루어진다. 즉, 자율신경계의 교감신경은 심장박동을 증가시키고 부교감신경은 감소시키며 길항적으로 조절한다. 또한 심장박동은 호르몬의 조절을 받는데, 부신에서 분비되는 에피네프린(epinephrine)은 교감신경처럼 심장박동을 증가시킨다. 이외에도 심장 스스로 호르몬을 분비하여 혈압을 감지하고 조절한다.
심장박동의 원리
심장은 이러한 신경이나 호르몬과 연결되지 않아도 스스로 박동을 계속한다. 즉, 심장이 스스로 뛰는 것이다. 이것의 원리는 우심방에 있는 동방결절이라는 근육에서 약 0.8초 간격으로 전기를 발생시키면, 이러한 전류가 심방을 따라 방실결절에 전달되어 심방이 완전히 수축하고, 그다음 양쪽 두 개의 심실을 수축시켜 심장박동의 사이클을 완성하는 것이다. 이러한 신경충격은 심실의 격벽에 있는 히스근색이라는 근육을 따라 심실로 전해지고 푸르킨예 섬유로 흥분이 전달되어 심장은 계속해서 피를 펌프질할 수 있게 된다.
박동
심장의 작용은 펌프와 비슷해서 수축하여 혈액을 동맥 속으로 밀어내고, 확장하여 정맥에서 오는 혈액을 내강에 채운다. 이 때 판막의 개폐가 순차적으로 이루어져서 혈액의 역류를 막아 펌프 작용이 원활하게 반복된다. 이와 같은 심장의 수축과 확장의 반복을 박동(搏動)이라고 한다. 심장이 수축해 있는 기간을 수축기, 확장(이완)해 있는 기간을 이완기라고 한다. 또, 심근은 보통의 골격근과 달리 스스로 흥분하는 능력을 가지는데 이것을 자동성(自動性)이라고 한다. 따라서, 심근의 어느 부분을 잘라 내어도 조건만 좋으면 자발적으로 율동성 수축을 일으킨다.
특히 두드러지는 것은 자극전도계에 속하는 특수근이다. 사람의 심장에서는 먼저 동결절(洞結節)에 흥분이 일어나고, 이 흥분은 즉시 심방의 심근 전체에 퍼져서 심방의 수축이 일어난다. 동시에 이 흥분은 방실결절에도 전달되므로 흥분은 방실속(房室束)에 의해서 좌우의 심실근 전체에 신속하게 전달되어 심실의 수축이 일어난다. 흥분이 방실결절을 통과하는 데에 시간이 걸리므로 심실의 수축은 심방보다 시간적으로 뒤늦게 일어난다.
또, 심장박동의 리듬도 동결절의 자동성에 지배되고 있다. 이것은 동결절의 자동성의 리듬이 가장 빠르기 때문에 다른 부분의 자동성이 겉으로 드러나지 않기 때문이다. 그래서 동결절을 박자잡이라고 한다. 그러나 동결절의 자동성이 정지하면 다음으로 자동성이 강한 방실결절이 박자잡이가 된다. 이 경우 방실결절의 흥분은 심방 ·심실 양쪽에 동시에 전달되므로 동시에 수축하게 된다. 또, 방실 속의 전달이 방해를 받으면 심실의 박동이 일시적으로 정지하지만 상해부(傷害部)보다 말초에 있는 방실 속의 자동성이 나타나서 동결절보다 느린 리듬으로 박동하기 시작한다.
한편, 심방은 동결절의 지배를 받고 있어 정상적인 리듬으로 박동하므로, 이 경우에는 박자잡이가 2개가 되어 심방과 심실은 각각 다른 리듬으로 박동하게 된다. 박동수에는 개인차가 있고 상태에 따라 상당한 차이가 나며, 또 연령과 성에 따라서도 다르다. 그러나 안정상태에 있을 때의 한 개인에 대한 박동수는 거의 일정하다. 안정상태에 있을 때의 각 연령층의 표준 박동수는 유유아(乳幼兒)가 100∼140, 초등학교 아동이 80∼90, 청장년이 60∼80, 노인이 60∼70이고, 여자는 남자보다 많다.
운동 ·식사 ·목욕 중일 때는 많아지고, 수면 중에는 작아진다. 박동수와 체온과는 밀접한 관계가 있는데 체온이 1℃ 상승함에 따라 박동수는 약 8이 증가한다. 또, 박동수는 일반적으로 몸이 작은 동물일수록 많다. 이것은 체용적(體容積)에 비해 체표면적이 커서 열발산이 왕성하므로 이것을 보충하기 위해서 혈액의 순환이 잘 되게 하기 때문인 것으로 생각되고 있다. 예를 들면, 코끼리는 30∼40, 개는 90∼120, 토끼는 140∼160, 쥐는 200∼300 등이다.
내압
심장의 박동에 따라 심방 ·심실 ·대동맥 등의 내압(內壓)은 복잡하게 변동한다. 이들 각 부분의 압력의 상호관계로부터 판막의 개폐나 혈액의 이동이 규정되므로 심장내압은 심장의 펌프 작용을 이해하는 데 있어 중요하다. 아래［그림]의 심장내압 곡선을 왼쪽 끝부터 훑어보면 심방의 내압은 증가하고 있다. 이것은 이완기에 혈액이 끊임없이 심방으로 들어오기 때문이다. 이어서 수축기 직전에 그 증가량이 약간 많아진다(a파). 이것은 심방이 수축하기 때문이다. 다음에 선 1에서 심실의 수축이 시작된다. 이 때까지는 심방내압이 심실내압보다 약간 높기 때문에 혈액은 심방에서 심실로 흐르게 된다. 그러나 심실이 수축하면 심실내압이 심방내압보다 훨씬 높아지므로 혈액은 심실에서 심방으로 역류하려고 한다. 그러나 이 역류가 시작되려고 하면 방실판이 곧 닫힌다.
[심장박동에 따른 심장내압의 변화]
심실내압의 증가는 매우 급격히 이루어지므로 방실판은 심방쪽으로 팽창하여 심방내압을 높여서 b파를 생성한다. 다음에 심방내압의 저하가 일어난다. 이것은 심실의 수축에 의해서 방실판이 아래쪽으로 당겨져서 심방내압이 넓어지는 것과, 약 70 cc의 혈액이 심장에서 혈관으로 밀려나와 흉곽을 떠남으로써 흉강내압(胸腔內壓)이 내려가기 때문이다. 그러나 대정맥으로부터 혈액이 계속 흘러들어오고 있으므로 심방내압은 곧 상승하기 시작한다. 그리하여 선 6에서 다시 심실내압보다 높아져서 혈액이 심실로 흘러들려고 하며 그 충격으로 방실판이 열려서 혈액이 급속히 심실로 들어가기 때문에 심실내압은 더욱 내려간다. 심실내압곡선을 보면 이완기에는 심실내압이 심방내압보다 약간 낮으므로 혈액은 심방에서 심실로 흐르며, 심방 수축 중에도 양쪽 방의 압력은 평행으로 상승한다. 심실의 수축이 시작되면 심실내압은 급격히 상승하여 심방내압을 웃돌게 된다.
두 선이 교차할 때 혈액이 흐르는 방향이 반대로 되며, 이로 인해서 방실판이 닫히고 심실은 밀폐된 방이 된다. 이 때문에 심실내압은 급격히 상승한다. 선 2에서 심실내압은 대동맥압을 능가하게 된다. 그 결과 혈액은 심실에서 밀려나와 대동맥판을 열게 된다. 심실은 계속해서 강하게 수축하고 있으므로 혈액이 밀려나오고 있음에도 불구하고 압력은 선 3까지 계속 상승한다. 여기에서 발생한 큰 압력 때문에 혈액은 급속히 심실을 빠져나간다. 이것은 심실용적곡선을 보면 뚜렷해진다. 선 3을 넘으면 심실내압은 하강하기 시작한다.
심실은 선 4까지 수축을 계속하고 있으나 수축하는 것보다 빨리 혈액이 빠져나가기 때문이다. 선 4에서 수축기가 끝나고 심실력이 느슨해지기 시작하면 심실에는 이제 혈액이 약간 남아 있으므로 압력이 급격히 내려가기 시작한다. 선 5에서 심실내압이 대동맥압 이하로 내려간다. 여기에서 대동맥의 혈액은 심실을 향해서 역류하기 시작하고, 이로 인해 대동맥판이 닫혀서 심실은 폐쇄된 방이 되지만 혈액이 들어오지 않으므로 심방내압보다 낮아진다.
대동맥압곡선을 보면 이완기에는 대동맥의 압력이 차차 하강하고 있는데, 이 시기에는 대동맥판이 닫혀 있어 대동맥에 있는 혈액이 말초혈관 쪽으로 흘러가기 때문이다. 선 2에서 대동맥판이 열리고 다량의 혈액이 심실에서 대동맥으로 밀려나오기 때문에 대동맥압이 증가한다. 선 3과 선 4의 사이에서 대동맥으로 흘러들어가는 양보다 흘러나오는 양이 많아지므로 압력이 내려간다. 마지막으로 이완기가 시작되면 심실의 압력은 급속히 내려가며, 선 5에서 혈액은 심실로 역류하려고 하나 대동맥판이 닫히기 때문에 일과성(一過性)의 대동맥압의 상승이 일어난다. 그 후 대동맥 내의 혈액의 흐름이 다시 한 방향으로 된 다음 대동맥판이 열릴 때까지 압력이 차차 하강한다.
심박출량
1분간에 좌심실 또는 우심실에서 밀려나오는 혈액의 양을 심박출량(心搏出量)이라 한다. 정상 상태에서는 좌심실 ·우심실에서 밀려나오는 혈액량은 같으므로, 전체적으로 심장에 의해서 밀려나오는 혈액량은 심박출량을 2배하면 된다. 심박출량은 심박수와 심박동 때마다 밀려나오는 혈액량에 의해서 계산할 수 있다.
보통 1회의 박동에 의해서 약 70cc의 혈액이 밀려나오고, 심박수를 1분간에 70이라고 하면 심박출량은 4,900cc가 된다. 그러나 운동을 하고 있을 때는 박동 때마다의 혈액량이 200cc나 되고, 여기에 심박수의 증가도 가세하여 심박출량은 휴식 때의 약 6배까지 증가하는 일이 있다. 이 밖에 심박출량은 식사 후나 흥분할 때에도 증가한다. 또, 휴식 때나 잠을 잘 때는 신체 각부의 혈액요구가 가장 낮은 상태에 있기 때문에 심박출량은 당연히 감소한다.
신경지배
심장은 필요에 따라 신체각부에 보내는 혈액량을 조절해야 하는데, 이 조절은 주로 자율신경에 의해서 이루어진다. 심장으로 가는 신경에는 부교감신경과 교감신경이 있다. 부교감신경의 작용은 박동수를 줄이고, 심방의 수축력을 저하시켜 박출량을 줄이며, 방실 사이의 전도를 느리게 하는 것 등이다. 따라서, 심장의 모든 활동을 감소시키도록 작용한다. 휴식 때에는 보통 부교감신경의 작용이 우세해진다. 즉, 몸이 쉬고 있을 때는 심장도 휴식할 수 있는 방향으로 작용한다.
반대로 교감신경은 모든 것을 촉진적으로 작용한다. 이 효과는 운동할 때 급속한 혈액순환이 요구되는 경우에 필요하다. 이들 심장신경은 연수(延髓)에 있는 심장억제중추와 심장촉진중추에 의해서 통제 ·제어된다. 그리고 이들 양 중추는 다시 고위중추(高位中樞)의 영향을 받는다. 예를 들면, 정신적 흥분은 흔히 촉진중추에 활력을 부여하여 심박수를 증가시키지만, 심한 정신적 충격을 받았을 때는 억제중추(抑制中樞)의 활동이 강해져서 심박수가 감소하며 심할 때는 심장박동이 멎는다.