심장 심근의 흥분, 심전도 및 관련 용어 설명

심근의 흥분, 심전도

1. 심근의 흥분

사람과 같은 척추동물의 심장은 필요에 따라 자율신경에 의하여 박동을 증가 또는 감소시키기도 하지만, 신경을 절단하여도 주기적으로 흥분성이 나타나 스스로 활동전위를 형성하고 수축할 수도 있습니다. 일반적으로 신경이나 근육조직 같은 흥분성 조직의 활동전위는 나트륨이온의 유입에 의한 탈분극으로 발생하지만, 심근의 결절조직과 푸르킨예 섬유에서의 활동전위는 나트륨이온이 아닌 칼슘이온의 유입에 의해서 이루어집니다. 심장이 혈액을 계속하여 순환시키기 위해서는 일정한 주기를 가지고 활동전위가 발생되어야 합니다. 심근의 수축은 활동전위가 한 번 생길 때마다 1회 수축하게 되는데, 1분 동안 심장이 수축하는 횟수를 심박수라고 합니다. 안정 시의 정상 심박수는 60~100회로 알려져 있습니다. 심장은 활동전위에 의하여 수축되기 때문에, 만일 50mA 이상의 전류가 심장에 가해지게 되면 심실세동에 의하여 심정지가 일어날 수 있습니다. 50mA는 가정에서 많이 쓰는 형광등에 흐르는 전류 136mA의 절반도 되지 않는 전류입니다. 심근 내에서 활동전위가 형성되어 흥분이 발생하는 곳을 박동원이라고 하며 형성된 활동전위는 심장의 다른 곳으로 확대됩니다. 박동원은 결절조직과 푸르킨예 섬유 등의 특수조직에 위치하는데, 결절조직에는 우심방의 대정맥이 들어오는 부위의 동방결절과 우심방의 심방중격에 있는 방실결절 등 두 곳에 있습니다. 동방결절과 방실결절 사이에는 특수한 구조 없이 심방근을 통해서 활동전위가 전도됩니다. 방실결절에 흥분이 도달하게 되면 방실다발을 따라 흥분이 전달된 뒤 심실중격을 사이에 두고 좌우 양쪽 심실근 안쪽에 뻗어 있는 푸르킨예 섬유로 나누어 전파됩니다. 병적인 상태에서는 심장근육 전체가 박동원의 역할을 하는 경우도 있습니다. 흥분의 발생률은 동방결절이 1분간 70~80회, 방실결절이 1분간 40~60회, 심실근이 1분간 20~40회이므로 흥분의 발생률이 가장 높은 동방결절이 평상시 심장의 박동을 유도하는 박동원이 되고 심박수는 1분간 70~80회가 됩니다. 만약 동방결절보다도 더 빠른 흥분 발생률을 가진 박동원이 있다면 그곳이 심장의 박동을 유도하는 박동원이 될 것이며 이곳의 흥분 발생률이 심박수를 결정하게 될 것입니다. 만일 동방결절을 파괴하면 그다음으로 빠른 흥분 발생률을 가진 방실결절이 심장의 박동을 유도하는 박동원이 되며, 방실결절까지도 파괴된다면 그 하부의 박동원이 심장의 박동을 유도하게 될 것입니다. 심장의 흥분이 우심방에 위치한 동방결절에서 발생하여 심방근을 지나 방실결절을 이동하는 동안에는 흥분의 이동 속도가 점차 느려지게 되는데, 이로 인하여 심방의 수축이 완전히 완료된 후에 심실이 수축할 수 있는 어느 정도의 시간 지연이 일어납니다. 이를 방실지연이라고 합니다. 방실지연현상으로 인하여 심방근 수축이 완료된 후 심실근이 수축되는 일련의 과정이 가능해지므로, 혈액이 심방에서 심실로 유입될 수 있는 시간적인 여유가 생기는 것입니다. 만일 방실지연현상 없이 심방근과 심실근이 거의 동시에 수축하게 된다면 혈액이 심방에서 심실로 유입되지 못할 것입니다. 

2. 심전도, 인공심장박동조율기, 자동제세동기

심장의 활동전위의 기간은 다른 조직에서 형성되는 활동전위의 기간보다 상대적으로 대단히 깁니다. 심근은 활동전위가 생성되면 수축을 시작하여 안정전위로 복귀하는 도중에 최대 수축을 하게 됩니다. 심장의 동방결절에서 일어난 흥분, 즉 활동전위의 변화를 체 표면에서 기록하면 그래프로 나타낼 수 있는데, 이것을 심전도라고 합니다. 에인트호번(네덜란드의 생리학자)이 처음으로 인체 표면의 떨어진 두 곳에서 심장의 전기적 흥분을 측정하는 단선검류계를 개발한 이래 심전도법은 많은 발전을 하였으며, 현대 의학에서는 협심증이나 심근경색 등의 관동맥 질환을 비롯하여 여러 가지 부정맥이나 전해질 이상 등의 진단, 수술 중 심장 이상 유무의 조사와 확인 등 심장 기능의 진단에 매우 중요한 수단으로 사용하고 있습니다. 에인트호번은 심전도의 곡선에서 등전위선에서 돌출하는 곳을 각각 P, Q, R, S, T 파라고 명명하였으며 지금까지 이 명칭은 그대로 사용되고 있습니다. P파는 동방결절에서 발생한 활동전위로 인한 심방의 탈분극에 기인하며, PR간격은 방실결절을 통해 심실에 활동전위가 전도되는 기간입니다. QRS군은 좌우 심실에 활동전위가 발생되어 생긴 파형이며, T파는 심실근의 활동전위가 안정전위로 복귀할 때, 즉 재분극 과정에서 생성됩니다. 따라서 QT간격은 심실이 탈분극을 시작하여 재분극을 끝낼 때까지의 시간이며 ST구역은 심실이 탈분극 되어 있는 동안을 나타냅니다. P, Q, R, S, T파의 모양이나 간격, 시간 등은 심근에 이상이 생긴 경우 예민하게 변화하게 됩니다. 인공심장박동조율기는 심장 리듬의 문제를 감지하여 심장이 규칙적으로 박동할 수 있도록 체내에 삽입하는 장치로서 특수 도선을 통해 전기적 자극이 심장에 전달됩니다. 비정상적으로 심장박동수가 느려서 숨이 가쁘고, 어지러움증이나 심계항진, 실신 등을 일으키는 환자에게 가슴 위쪽 또는 복부 쪽에 이식하게 됩니다. 그리고 자동제세동기는 전기충격을 가함으로써 자동으로 '세동'을 제거하는 기계로서, 만일 심정지 환자를 목격한 사람은 구급대가 오기 전에 주변에 자동제세동기가 있는지 확인해 즉시 사용해야 합니다. 심정지는 뇌졸중 뇌출혈 등과 달리 적절한 응급조치만 취하면 큰 후유증 없이 회복할 수 있습니다. 심장은 일정한 전기자극에 따라 박동하는데, 어떠한 이유로 인해 심방과 심실이 '미세한 진동' 상태로 있게 되면 결국 심정지 상태에 이를 수 있습니다. 심정지 후 4분이 지나면 혈액순환 부족으로 뇌는 치명적인 손상을 입습니다. 하지만 미세한 진동 상태에 있는 심장에 외부에서 전기충격을 가하게 되면 심장은 완전한 정지까지 이행하지 않고 박동이 정상적으로 돌아올 수 있습니다.