[생리학] 13. 심장과 순환 (5) 심장의 전기적 활동과 심전도

13. 심장과 순환

 

13.5 심장의 전기적 활동과 심전도

심박조율기 전위(pacemaker potential)와 활동전위(action potential)는 심장의 특정 세포들이 생성하는 전기 신호입니다.

심박조율기 전위는 심장의 특정 부위에 위치한 심박조율기 세포에서 발생합니다. 이러한 세포들은 자발적으로 전위를 생성하고, 심장의 자율적인 수축과 이완을 조절합니다. 심박조율기 세포들은 일반 심근 세포보다 전위 안정상태에서 조금 더 양성이 유지되는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 세포들은 특정 이온 채널의 활성화와 비활성화에 의해 전위가 발생합니다. 이 이온 채널은 주로 투과성이 낮은 칼륨(K⁺) 이온 채널과 칼슘(Ca²⁺) 이온 채널입니다. 심박조율기 전위는 조절 가능한 극성을 가지며, 이것이 심박조율기 세포가 특정 전위 값에 도달하면 활동전위가 발생하게 됩니다.

 

 

활동전위는 심장의 심근 세포에서 발생하는 전기 신호로, 심장의 수축을 일으키는 주요한 역할을 합니다. 심근 세포의 활동전위는 심박조율기 세포와 다른 유형의 심근 세포에서 발생합니다. 활동전위는 여러 단계로 구성되며, 일반적으로 다음과 같은 과정을 따릅니다.

① 양극화(polarization) : 심근 세포는 휴식 상태에서 안정 상태로 극성화되어 있습니다. 이때, 세포 외부와 내부 사이의 전위 차이가 존재하게 됩니다.

② 탈분극(depolarization) : 심근 세포가 자극을 받으면 전위 차이가 감소하면서 전기적으로 활성화됩니다. 이때, 세포 내부에서 양성 전하가 증가하고 세포 외부와의 전위 차이가 감소합니다. 이러한 변화는 이온 채널의 활성화와 비활성화에 의해 조절됩니다. 일반적으로 나트륨(Na⁺) 이온 채널의 활성화로 인해 전위가 급격하게 상승하게 됩니다.

③ 최대 활성화(peak activation) : 전위가 최고치에 도달하면 활동 전위의 최대 활성화 상태에 도달합니다. 이때, 세포 내부에서 양전하가 음전하보다 약간 높아지며, 이온의 이동이 일시적으로 멈춥니다.

④ 재분극(repolarization) : 최대 활성화 이후, 세포는 전위 차이를 복원하기 위해 다시 안정 상태로 돌아갑니다. 이때, 세포 외부로 양전하가 빠져나가고 세포 내부의 음전하가 회복됩니다. 주로 칼륨(K⁺) 이온 채널의 활성화로 인해 전위가 다시 하강하게 됩니다.

⑤ 후과분극(afterhyperpolarization) : 재분극 이후, 일부 심근 세포는 잠시 동안 과분극(hyperpolarization) 상태에 돌입할 수 있습니다. 이 단계에서는 세포 내부의 음전하가 안정 상태보다 더 낮아지며, 전위 차이가 증가합니다. 이후 세포는 다시 안정 상태로 돌아가고, 다음 신호를 기다립니다.

심박조율기 전위와 활동전위는 심장의 정상적인 동작에 중요한 역할을 합니다. 이러한 전기적인 활동은 심장의 수축과 이완을 조절하여 심장의 기능을 유지합니다.

 

(1) 흥분전도

흥분전도(conduction of excitation)는 심장에서 전기 신호가 전파되어 심장 세포들이 동기적으로 수축하는 과정을 말합니다. 심장은 자체적으로 전기적인 활동을 생성하고 전기 신호를 조절하여 정상적인 심장 수축을 유지합니다.

심장의 전기 신호는 특정 부위에서 발생한 후 심장 조직을 따라 전파됩니다. 이러한 전파는 전기적으로 연결된 섬유들을 통해 이루어지며, 다음과 같은 경로를 따릅니다.

① 심장의 심박조율기 세포에서 전위가 생성됩니다. 이전에 설명한 것처럼 심박조율기 세포는 심장의 자극을 생성하는 특수한 세포로 전위가 시작되는 곳입니다.

② 심박조율기 세포에서 생성된 전위는 심장의 낭세포와 심근세포로 전파됩니다. 심근세포의 심박조율기 세포와 다른 유형의 심근세포들은 특정한 전기적 특성을 가지고 있습니다.

③ 전파는 심장 조직의 특수한 경로를 따라 전해집니다. 이 경로는 심장의 특정 부위에 위치한 전도 조직으로 구성되어 있으며, 전파의 속도와 방향을 조절합니다. 심장 전도 조직은 주로 신경 섬유로 이루어져 있으며, 심장의 전기 신호를 조절하는 역할을 합니다.

④ 전파가 심장의 다른 부위로 전파되면, 심근세포들이 동기적으로 수축하기 시작합니다. 이러한 수축은 전기 신호에 의해 조절되는데, 활동전위가 생성되고 심근 섬유의 단방향 전도를 통해 전파됩니다.

흥분 전도는 정확한 타이밍과 순서로 전기 신호가 전파되어 심장의 각 부위가 동기적으로 수축하도록 유지합니다. 이러한 전도 체계는 심장의 협응 된 수축을 가능하게 하며, 정상적인 심장 기능과 혈액 공급을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

(2) 심전도

심전도(electrocardiogram, EKG)는 심장의 전기 활동을 기록하는 검사입니다. 이 검사는 심전계(electrocardiograph)라는 기기를 사용하여 심전도파를 측정하고 표시합니다. 심전도는 심장의 전기 신호가 심근을 통과하면서 발생하는 전기 활동을 나타내며, 심장의 기능과 리듬을 평가하는 데 사용됩니다.

심전도는 피부에 전극을 부착하여 심장의 전기 활동을 기록합니다. 일반적으로 가슴에 여러 개의 전극을 부착하며, 이러한 전극은 심전도기에 연결되어 전기 신호를 측정합니다. 심전도파는 P파, QRS파, T파와 같은 여러 부분으로 구성되며, 이러한 파형은 심전도기에서 그래프로 표시됩니다.

P파는 심장의 심방에서 발생한 전기 활동을 나타내며, 심장의 심방 수축을 준비하는 신호입니다. QRS파는 심실에서의 전기 활동을 나타내며, 심방의 수축을 유발합니다. T파는 심실의 재분극을 나타내는 신호입니다. 심전도는 심장의 전기 활동을 측정하여 다음과 같은 정보를 제공합니다.

① 심장의 리듬과 심박수 : P파와 R파의 간격을 측정하여 심박수와 심장 리듬을 확인할 수 있습니다.

② 심전도 패턴 : QRS파, ST 세그먼트, T파의 형태와 시간 간격을 분석하여 심장의 전기적인 이상을 탐지할 수 있습니다.

③ 심장의 전기축 : 심전도의 전기축 측정을 통해 심장의 전기적인 활동 방향을 확인할 수 있습니다.

심전도는 심장 질환, 심박 조절 이상, 전기 활동 이상 등 다양한 심장 문제를 평가하는 데 사용됩니다. 이 검사는 비침습적이며 비교적 간단하게 수행될 수 있어서 많이 사용되고 있습니다.