심장학 PART 4 부정맥 1

심장학 Electrophysiology

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심장은 다른 세포와 달리 특이적이 전기생리학을 가지고 잇으며, 심장세포의 종류에 다라서 각각 다른 정기생리학적 특징을 가진다. 이는 심장 세포들이 발현하는 이온통로 단백의 수와 종류가 각각 다르기 때문이다. 심장세포를 전기생리학적으로 구분하면 cardiac muscle cell, 조율세포가 있다. cardiac muscle cell은 심방세포와 심실세포를 specialized conducting tissue은 His bundle과 Punkinje fibers를  pacemaker cell은 SA node와 AV node를 포함한다. 

 

 

1. 심근세포

심근세포는 신경이나 골격근 세포에 비해 매우 긴 활동 전위(200~400ms)를 보인다. 또한 전기생리학적으로 phase 0 부터 4까지 5개의 phase로 나뉜다.

 

1)Phases 0(급속 상승기)

pacemaker cell에서 생성된 depolarization wave(탈분극파) 가 cardiac muscle cell의 일부 sodium channel을 활성화 시키고 이를 통해 sodium ion이 세포 내로 유입된다. 그 결과로 막 전위가 증가한ㄷ. 막전위가 점점 증가해 threshold potentail (-70mV)에 도달하면, 더 많은 sodium channel들이 활성화되어 많은 양의  sodium ion이 빠르게 세포내로 유입된다. 이를 phase 0, rapid upstroke(급속 상승기)라고한다. 하지만 이 sodium channel은 몇 msec 동안만 활성화된 상태로 유지되고 불활성화되므로 더 이상의 sodium ion 은 세포내로 유입되지 않는다.

 

2)Phase 1(조기 재분극) 

phase 0, rapid upstroke이후 일부 potassium channel이 활성화 되어 세포내의 postassium ion 세포외로 유출된다. 이로 인해 일시적인 재분극이 발생하여 막전위는 0mV에 가깝게 된다. 이를 phase 1, early repolaizaiton (조기 재분극기)이라 한다.

 

3)Phase 2(고원기)

phase 0, rapid upstroke 에서 막전위가 증가하여, -40mV에 도달하면, L-type calcium channel이 천천히 활성화 되고 이를 통해 calcium ion 이 세포내로 유입된다 L-type calcium channel은 sodisum channel에 비해 활성화 상태가 오래 지속된다. 

phase 1, early repolarization 시기에 세포밖으로 유출되는 potassium ion 에 의한 current 위로 유입되는 calcium ion 에 의한 current가 균형을 이룬다. 그 결과로 막전위는 -0mV 근처에서 plateau를 형성한다. 이를 phase 2, plateau고원기)라고한다. 

 

4)Phase 3(후기 재분극기)

phase 0, rapid upsroke부터 열려있던 calcium channel이 불성화되기 시작하며, 세포 외로 유출되는 potassium ion이 세포 내로 유입되는 calcium ion세포내로 유입되는 calcium ion 보다 많아지게 된다. 그 결과, 막전위는 -90mV로 되돌아가게 된다. 이렇게 재분극이 일어나는 단계를 후기 재분극기라고 한다.

 

5)Phase 4(이완기)

다음 탈분극이 일어나려면 활동전위 동안, 세포 내로 유입된 sodium ion, calcium ion 과 세포 외로 유출된 potassium ion 은 탈분극이 일어나기 전의 상태로 돌아가야 한다. 이과정은 Ion pump인 ATP dependent Na/K pump와 Na/Ca exchanger 가 주로 관여한다. 이렇게 휴지기 이온 상태로 돌아가고 막 전위를 -90mV로 유지하는 단계를 phase 4, diastole(이완기)라고 한다. 

 

심장학 박동조율세포

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pacemaker cells은 위의 cardiac muscle cells 과 비슷하게 전기생리학적으로 총 5개의 phase로 구성되만 cardiac muscle cells과는 달리 일정한 리듬에 따라 스스로 전기신호를 시작할 수 있는 자동능을 가진다. 자동능의 정도는 각 pacemaker cell의 전기생리학적 틀징에 따라 달라진다.

위에서 설명했듯이 SA node 와 AV node 는 pacemaker cell에 포함되며, 이 중 SA node는 native pacemaker로서 정상 심박수를 조절한다. 만약 SA node가 제대로 작동을 혼사거나 전도장애가 발생하면 AV node 뿐만 아니라 심방/심실에 있는 심근세포도 pacemaker cell의 기능을 할 수 있다. 이들을 Latent pacemaker라 하며, 여기서 생성된 박동은 escape beat(이탈박동)이라한다. 만약 이탈박동이 연속해서 나타나면 escape rhythm(이탈율동)이라 한다. 이 이탈율동은 SA node의 기능이 떨어졌을 때 , 심장이 너무 천천히 뛰는 것을 방지하기 위한 하나의 방어 기전이다.

 

1. Slow phase 0 upstroke

pacemaker cell 막전위의 최대 음전압은 -40~-60mV정도로 심근세포 막전위보다 더 높다. pacemaker cell의 막 전위는 - 60mV 로 높게 유지되므로, phase 0, rapid upstroke 를 담당하는 fast sodium channel은 항상 불활성화 상태로 유지된다. 그러므로 pacemmaker cell에서 심근세포와 같이 sodium ion에 의한 rapid upstroke는 일어나지 않는다.

대신 세포 내로 유입되는 calcium ion 에 의해 upstroke가 일어난다. calcium channel이 fast sodium channel에 비해 서서히 열리기 때문에 upstroke가 심근세포의 것과 비교해 느리고 탈분극 된 막 전위도 낮다. 이를 slow phase 0 upsroke라고 한다.

 

2. Phase 4. Spontaneous diastolic depolarization

휴지기 막전위로 일정하게 유지되는 심근세포의 phase 4와는 달리 pacemaker cells의 phase 4는 탈분극이 서서히 일어나며, 휴지기 막전위가 점차 증가하는 양상을 보인다. 이로인해 pacemaker cell이 자동성을 가진다.