전기신호의발원지-심근세포
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심근 세포는 몸의 다른 근육과는 생김새가 다릅니다. 중간중간에 디스크가 있습니다.
심근세포의이온채널과 action potential (AP)
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이러한 심근세포의 막에는 여러 이온채널 (이온이 세포내외로 이동하는 통로)이 존재합니다.
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평상시에는 Na과 Ca 이 통과하는 채널이 닫혀있어, 세포 밖의 Na과 Ca 이온이 세포 내로 들어오지 못해, 세포 밖에는 세포 내에 비해 양이온이 훨씬 많아서 세포 안의 전위가 세포 밖보다 90 밀리볼트 낮은 (-90 mv) 상태로 있습니다. 이를 ‘분극상태’라고 합니다 (왼쪽 위 그림)
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외부에서 전기신호가 오면 Na, Ca 채널이 열려 Na+ Ca+ 이온이 세포 내로 들어오므로, 세포 내의 전위가 올라가서 세포 내/외의 전위 차가 거의 없게 됩니다. 이를 ‘탈분극 상태’ 라고 합니다 (왼쪽 아래 그림)
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이러한 세포 내의 전위의 변화를 기록한 그래프가 action potential (AP) 그래프입니다. (오른쪽 그림)
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AP는 여러 phase로 나뉘고, 그 때의 세포막에서의 이온의 이동이 오른쪽 그림에 표시되어 있습니다.
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탈분극이 되는 초기에는 Na+과 Ca+ 채널이 열렸다가 이후에는 다시 Na과 Ca을 세포 밖으로 내보내면서 다시 분극 상태로 돌아가려는 양상을 보입니다. 이를 ‘재분극’이라 합니다.
안정시와 탈분극 시의 세포 내/외 전위차
심근의 Action potential 그래프 및 각 시기 별 심근 세포벽의 이온채널을 통한 이온 이동
심장부위 별 action potential
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동방결절(Sinus node)을 시작으로 해서 탈분극을 유발하는 전기신호가 전달되면서 아래 그림의 위에서부터 아래의 순서대로 탈분극이 일어나며, 이 순차적 탈분극/재분극 전기신호가 심전도로서 기록이 됩니다.
자동능을 가진 심근세포의 action potential
앞의 그림에서 보셨다시피, 심장 내에서도 각 부위별로 AP의 모양이 조금 다른데요, 특히 자동적으로 전기 신호를 만들 수 있는 심근세포는 자동능을 지녔다고 하는데, 자동능을 지닌 세포는 action potential 모양이 특이합니다. 바로 phase 4에서 서서히 알아서 탈분극을 한다는 것입니다. phage 4는 아래 오른쪽 그림에서 보이듯이 세포내외 전위차가 일정하게 유지되고 있는 구간입니다. 보통의 심근세포는 외부에서 전기 신호가 도달해야지만 Phase 0 로 넘어가면서 탈분극이 됩니다.
그러나 왼쪽 그림처럼 자동능을 가진 심근세포는 phase 4에서 세포내/외의 전위차가 외부 자극없이 스스로 서서히 줄어들어 막전위가 어느 임계점 (왼쪽 그림에서 점선) 을 지나면 Phase 0로 넘어가며 전기신호를 만들어 다른 세포로 전달하게 됩니다. 정상 신체에서는 Sinus Node가 이 역할을 합니다.
자동능을 가진 심근세포의 action potnetial
일반적인 심근세포의 action potential
Sinus node (SN)에서의 HR조절
SN에서는 심근세포가 분극이 된 상태 (안정화상태)인 phase 4의 길이를 조절함으로써 HR를 조절합니다.
Phase 0부터 3까지는 길이가 같습니다.
심장 각 부위의 action potential 시기
심장 각 부위에서의 action potential이 발생하는 시기 입니다.
SN가 가장 빠르고 순차적으로 심방, AVN, HIS-Perkinje-심실 순으로 AP가 나타납니다.
이것이 합쳐져 기록된 것이 심전도이며, 각 색깔 별로 반영되는 심전도의 부위가 표시되어 있습니다.
심실은 두껍고 크기 때문에 action potential이 발생하는 시간이 외막과 내막에서 차이가 발생합니다.
심실외막 쪽(Epi)이 좀 더 빨리 탈분극이 끝나고 재분극이 된다는 것을 기억해 두세요.
심전도와 심장 움직임
먼저 왼쪽 그림에사 심전도에서 각 부분의 의미하는 바를 기억해두세요.
P파는 심방의 탈분극, QRS는 심실의 탈분극과정, T 파는 심실의 재분극으로 진행되는 상태를 의미합니다.
중간에 Segment들은 심장 내에서 잠시 전류의 흐름이 없는 상태입니다.
오른쪽 그림의 아래를 보면 실제 심방과 심실에서의 action potential 이 어느 시점에서 나타나는지를 보여주고 있으며, 점선으로 표시된 부분은 실제 심방과 심실의 근육이 수축하는 시점을 보여줍니다. 먼저 탈분극 신호가 지나가고 실제 근육 수축은 조금 시간차를 두고 일어난다는 것을 알 수 있습니다.
한편 심방의 재분극 과정은 심실보다 전기 에너지가 낮고 심실의 탈분극파인 QRS 발생시기와 겹치기 때문에 QRS에 뭍히기 때문에 심전도에는 나타나지 않습니다.
아래는 심전도 각 부분 별 심장에서의 상황을 그림으로 나타내었습니다.
심장의 각 부분에서 탈분극이 심전도에는 어느 부위에 반영되는지 한번씩 보세요.
오른쪽 끝 그림은 심장의 각 부위별로 action potential의 파형 형태가 조금 다름을 보여줍니다.
이 모든 전기신호가 합쳐서 그림 오른쪽 가장 아래의 최종 EKG 형태로 기록됩니다.
재분극은 탈분극이 끝나고 다시 phase 4로 돌아가는 과정을 말하며, 심전도에서는 T wave에 해당합니다.
아래 오른쪽 그림을 보면 Phase 0에서 빠르게 탈분극이 된 뒤 phase 1,2 에서 탈분극 상태가 유지되다가 Phase 3로 접어들면서 세포막의 전위가 급격히 하락하고 있습니다.
Phase 1과 2 부분은 절대적 불응기 (absolute refractory period; ARP) 라고 하며, 이 때는 어떤 전기적 자극이 와도 다시 탈분극을 하지 않습니다. 그러나 Phase 3 부분은 상대적 불응기 (relative refracory period) 로서 어느 수준이상의 자극이 들어오면 다시 phase 0상태의 탈분극이 유발될 수 있습니다.
한편 phase 1부터 phase3 도입부 정도까지를 effective refractory period (ERP) 라고 하며, 그 뒤로 phase 4 시작점까지의 재분극 과정을 relative refractory (RRP) 라고도 부릅니다.
심전도 기록의 원리
심전도는 피부에 전극을 붙이고 전기의 흐르는 방향과 세기를 그래프로 기록합니다.
먼저, 전기흐름이 전극쪽으로 다가오면 심전도에서는 상향파로, 멀어지면 하향파로 기록됩니다.
심전도 기록의 원리
심장의 전기흐름에는 힘이 있습니다. 전극을 향해 오거나 멀어지는 전류(탈분극)의 힘이 강하면 상향(하향)파의 높이(깊이)가 커집니다.
심전도 전극 – Bipolar limb leads
심전도 전극에는 먼저 (+)와 (-) 가 모두 있는 양극성 사지유도 I, II, III 가 있습니다.
이것을 Bipolar limb leads라고 합니다. 왼쪽 그림은 심전도의 최초 발명가 아인트호벤이 심전도를 기록하고 있는 사진입니다. 오른쪽 그림은 각 양극성 사지유도의 (+)과 (-) 극의 위치를 보여줍니다.
Augmented Limb Leads
사지 유도 중에서는 I, II, III에 추가로 (+) 극만 있는 단극유도인 aVR, aVL, aVF 유도가 있습니다.
총6개의 Limb lead가 심장신호를 관찰
이렇게 해서 사지유도는 총 6개가 있습니다.
Coronal plane 에서 각 사지 유도 방향이 서로 어느 정도의 각도를 이루고 있는지 기억하세요
Lead 별 상향/하향파로 전기방향 알기
심장의 전기흐름은 심방, 심실 모두에서 우상에서 좌하로 향합니다.
전류가 최초로 심장의 우상단 끝에 있는 SN에서 발생하고, 좌심실에 전기신호가 가장 나중에 전달되기 때문입니다.
Coronal plae에서 유도 I의 (+) 극을 0도로 정의하고, 시계방향으로 180도, 반시계방향으로 180도로 정합니다. 앞으로 coronal plane에서 전류 흐름을 이야기할 때 이 정의를 따라 표현합니다.
P 파의 벡터방향 (Limb Leads)
심방을 탈분극을 나타내는 P파의 방향은 언제나 좌하방을 향합니다.
이는 유도 I 의 (+)극에 가까워지고, 유도 aVF의 (+)극에 가까워지는 방향입니다.
따라서 I, aVF에서 모두 상향파로 기록이 됩니다.
이 조건을 모두 만족하는 전류흐름 방향은 0도에서 90도 사이가 됩니다.
QRS파의 벡터방향 (Lim leads)
심실의 탈분극을 의미하는 QRS파(그 중에서도 R파)의 벡터 방향도 대개 0도에서 90도 사이 방향으로 향합니다. -30 도까지는 정상범주로 간주합니다.
벡터의 방향을 Axis (축) 이라고 하며 “OO도(degree)”라고 표현합니다.
axis 라고 하면 일반적으로 QRS 파의 Axis를 의미합니다. 당연하게도 P파와 T파도 axis 가 있습니다.
“AXIS”
좌심실의 탈분극(QRS)파의 벡터방향(Axis)
ECG눈금으로 Axis 계산 – I, aVF 이용
Axis 의 각도는 EKG에서 나타나는 파의 높이를 바탕으로 벡터합을 구하는 방식으로 계산할 수 있습니다.
벡터합을 구하는 방법은 중고등학교 수학시간에 이미 배운 바 있습니다.
아래 그림에서 유도 I과 aVF에서 나타나는 양성파의 높이를 사용하여 두 방향으로의 힘의 벡터합을 구하면 합벡터 방향은 70도가 되는 것을 알 수 있습니다.
Axis는 사실 실시간 변화한다
보통 우리가 말하는 AXIS는 평균 AXIS 또는 Axis의 벡터합을 말합니다.
전류의 방향과 세기는 사실 심장 내의 각 부위로 전류가 흘러가면서 시시각각으로 변합니다.
아래 그림은 좌심실의 탈분극 과정에서 벡터의 방향과 (붉은 화살표) 그 때에 유도 II 에서 기록되는 QRS파형을 보여주고 있습니다.
좌심실 탈분극 초기(그림 A) 에는 심실중격의 왼쪽이 먼저 탈분극이 되고, 다음으로 심실중격의 우측 부분이 탈분극 되므로, 초기의 전류방향은 오른쪽입니다. 따라서 유도 II (+)극에서 멀어지는 방향이라 QRS의 초기에는 음성파인 Q파가 나타나게 됩니다.
이후 좌심실의 각 부위로 전류가 흘러가면서 전류방향은 유도 II에 가까워지는 방향으로 바뀌고, (R파)
마지막으로 좌심실의 위쪽 부분이 탈분극되면서 II에서 멀어지는 방향으로 기록됩니다. (S파)
Axis 변위
앞서 설명했듯이 QRS의 Axis는 -30도에서 90도까지는 일반적으로 정상으로 간주합니다.
이 범위에서 벗어나면 axis의 변위가 있다고 하며, 90도를 넘어가면 우측 축변위, -30보다 넘어가면 좌측 변위가 있다고 합니다.
-90도에서 180도 까지 구간은 극단적인 범위라고 부릅니다.
오른쪽 그림은 축의 변이가 나타나는 대표적인 사례와 그 때의 V1/V2 및 V5/V6 유도에서의 파형을 나타냅니다. 가장 위쪽의 정상 상황에서의 파형과 비교해보세요. V1/V2는 심장의 오른쪽에 부착하는 유도이고, V5/V6는 심장의 왼쪽편에 부착하는 유도입니다.
좌심실 비대가 발생하면 축이 좀 더 왼쪽으로 치우치게 됩니다. 우심실은 그 반대입니다.
축이 변위가 생기면 그 방향에 따라 V1/V2, V5/V6의 파형이 변합니다.
Axis를 사용한 진단 활용 예 – VT 감별
axis의 변위를 보면 앞서의 좌심실/우심실 비대 처럼 일부 진단에 도움이 될 수 있습니다.
한편 오른쪽 그림처럼 넓은 QRS 빈맥 상황에서는 이 빈맥이 VT냐 아니냐를 구분하는 것이 매우 중요하지만 어렵습니다. 그런데 유도 I과 aVF를 보면 모두 R파가 음성파로 기록되고 있습니다. 이는 axis가 극단적 범위인 -90~180 도 구간에 있다는 것을 의미하고, 따라서 해당 심전도는 VT일 것이라고 강력하게 추정할 수 있습니다. 이 때 Axis는 진단에 큰 도움이 됩니다.
Precordial (Chest) Lead
사지 유도 외에도 흉부에는 6개의 흉부 단극유도가 있습니다. chest 또는 precordial lead라고 합니다.
아래 그림은 각 유도를 부착하는 위치와, 각 유도 별로 반영하는 심실의 부위를 나타냅니다.
오른쪽 그림에서 보듯이 RV는 LV의 앞에 있습니다.
심실중격(Interventricular septum; IVS)은 심실의 전벽 (ant wall)에 해당합니다.
Chest lead의 axis
Cross sectional plane에서 QRS파의 벡터방향을 나타낸 그림입니다.
좌심실이 우심실보다 왼쪽/뒤쪽으로 있기에 R파는 왼쪽 옆구리쪽으로 향하게 됩니다.
따라서 흉부유도에서 심장의 오른쪽에 붙는 유도인 V/V2에서는 R파가 작게 기록되고, V6로 갈수록 강한 양성파를 보이게 됩니다.
