[유체역학] 심장 흐름의 유체역학적 고찰 -자연심장 vs. 인공심장에의 비교

1. 서론

심장은 인체 내에서 혈액을 순환시키는 핵심 기관으로, 신체의 모든 조직과 세포에 산소와 영양분을 공급하는 역할을 담당한다. 자연심장은 길이 70~80년 동안 안정적이고 지속적으로 혈액을 펌핑하며, 평균적으로 하루 약 7,200리터의 혈액을 순환시킨다. 이는 심장의 구조와 기능이 매우 정교하게 조율되어 있기 때문이다. 그러나 심장 질환으로 인한 사망률이 세계적으로 높아지면서 인공심장 개발의 필요성이 대두되고 있다. 2020년 세계보건기구(WHO)의 통계에 따르면 심혈관계 질환으로 인한 사망자 수는 전 세계에서 약 1,790만 명으로 전체 사망률의 32%에 해당하며, 이는 매년 증가 추세이다. 자연심장은 콜라겐과 근육 섬유로 구성된 근육심실이 혈액을 강하게 밀어내는 동안, 혈액은 심장 내외의 압력 차와 혈관의 저항에 따라 흐름을 조절받는다. 이러한 생체역학적 특성은 혈액의 원활한 순환과 혈관 손상 방지에 중요한 역할을 한다. 자연심장의 혈류 역학은 매우 복잡하여, 심실 수축과 이완 시 혈류의 비정상적 난류와 와류, 혈류의 비대칭성 등이 관찰된다. 반면, 인공심장은 인공적으로 설계된 기계장치로서, 혈액의 흐름과 심장 기능을 모방하…