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자동능(Automaticity)과 심장의 흥분전도계(Excitatory-Conducting System)
심장은 자율적으로 박동하는 특성을 지니며, 이는 자동능(automaticity)과 흥분전도계(excitatory-conducting system)의 조화를 통해 이루어집니다. 이 시스템은 심장의 전기적 신호를 생성하고 전달하여 심장이 효율적으로 수축하고 이완할 수 있도록 조절합니다.
1. 자동능(Automaticity)
(1) 정의
- 자동능은 심장 근육세포가 외부 신경 자극 없이도 스스로 전기적 신호(활동전위)를 생성하는 능력을 말합니다.
- 이는 동방결절(Sinoatrial node, SA node)의 특수 세포에서 주로 나타나며, 심장박동의 시작점이 됩니다.
(2) 주요 특성
- 자발적 탈분극:
- 심장 특수 세포는 막전위(resting membrane potential)가 안정적이지 않고, 지속적으로 탈분극하여 임계점에 도달하면 활동전위를 발생시킴.
- 속도 조절:
- 교감신경: 심박수 증가.
- 부교감신경: 심박수 감소.
- 기초 심박수:
- 동방결절의 자동능에 의해 설정되며, 분당 약 60~100회.
(3) 이온 채널의 역할
- If 채널(Funny current):
- 자동능의 핵심 기전으로, 탈분극 시 느리게 활성화되며 나트륨(Na⁺)과 칼륨(K⁺)의 혼합 전류를 생성.
- 칼슘 이온(Ca²⁺):
- L형 칼슘 채널이 열려 활동전위를 유발.
- 칼륨 이온(K⁺):
- 재분극 단계에서 칼륨 채널이 열려 막전위를 복원.
2. 흥분전도계(Excitatory-Conducting System)
(1) 흥분전도계의 구성
심장의 흥분전도계는 전기적 신호를 생성하고 심장 전체에 전달하는 특수한 세포들로 이루어져 있습니다.
- 동방결절(Sinoatrial Node, SA Node):
- 심장의 박동을 시작하는 자연 심박조율기(pacemaker) 역할.
- 위치: 우심방의 상벽 근처.
- 생성된 신호는 심방근육으로 퍼지며 심방 수축을 유도.
- 방실결절(Atrioventricular Node, AV Node):
- 위치: 우심방과 우심실 사이의 방실경계.
- 역할:
- 동방결절로부터 신호를 전달받아 심실로 보냄.
- 전달 지연(delay): 약 0.1초 지연되어 심방이 수축을 완료하고 혈액을 심실로 보내는 시간을 확보.
- 히스 다발(Bundle of His):
- 방실결절에서 나온 전기 신호를 심실로 전달.
- 위치: 심실 중격 상부.
- 좌우 다발가지(Bundle Branches):
- 히스 다발이 좌우로 갈라져 좌심실과 우심실로 신호를 전달.
- 푸르킨예 섬유(Purkinje Fibers):
- 좌우 다발가지에서 이어지는 섬유로, 심실 근육세포에 전기 신호를 빠르게 전달하여 심실 전체의 동시 수축을 유도.
(2) 흥분전달 경로
- 동방결절(SA node)에서 신호 생성.
- 신호가 심방근육을 통해 퍼지며 심방이 수축.
- 신호가 방실결절(AV node)로 전달되어 약간 지연.
- 히스 다발(Bundle of His)을 통해 심실로 신호 전달.
- 신호가 좌우 다발가지(Bundle Branches)를 통해 심실벽으로 확산.
- 푸르킨예 섬유(Purkinje fibers)를 통해 심실 전체가 동시 수축.
(3) 각 구조의 고유 박동수
흥분전도계의 각 구조는 고유한 박동수를 가지고 있으며, 동방결절이 이를 주도합니다.
구조 고유 박동수 (bpm) 역할
| 동방결절(SA Node) | 60~100 | 주된 심박 조율기 |
| 방실결절(AV Node) | 40~60 | 보조 심박 조율기 |
| 히스 다발 및 다발가지 | 20~40 | 전기 신호 전달 |
| 푸르킨예 섬유 | 20~40 | 심실 근육 동시 수축 유도 |
3. 자동능과 흥분전도계의 조화
(1) 동기화된 수축
- 흥분전도계는 신호를 빠르고 정밀하게 전달하여 심방과 심실의 수축이 동기화되도록 조절.
- 심방이 먼저 수축하여 심실이 혈액으로 채워지고, 이어서 심실이 강하게 수축하여 혈액을 전신으로 펌프질.
(2) 전기적 전도 속도
- 전기 신호의 전도 속도는 구조에 따라 다릅니다:
- 심방근육: 중간 속도.
- 방실결절: 가장 느림 (지연).
- 푸르킨예 섬유: 가장 빠름.
(3) 자동능의 조절
- 자율신경계의 영향을 받음:
- 교감신경: 심박수 증가 및 수축력 강화.
- 부교감신경: 심박수 감소 및 안정 상태 유지.
4. 자동능과 흥분전도계의 병리학
(1) 부정맥(Arrhythmia)
- 전기 신호의 생성 또는 전달 이상으로 심장 박동이 비정상적.
- 동방결절 문제: 서맥 또는 동성부정맥.
- 방실결절 차단: 방실차단(AV block).
- 비정상적 전기 회로: 심방세동, 심실세동.
(2) 조기흥분 증후군
- 흥분전도계 이상으로 정상 경로 외의 신호 전달.
- 예: Wolff-Parkinson-White(WPW) 증후군.
(3) 심근 허혈
- 관상동맥 질환으로 인해 흥분전도계의 기능 저하.
- 예: 심근경색 후 전도 지연.
5. 결론
자동능과 흥분전도계는 심장이 외부 자극 없이도 박동할 수 있게 하는 중요한 메커니즘입니다. 이 시스템은 심장의 효율적이고 동기화된 수축을 가능하게 하며, 생명 유지를 위한 혈액 순환에 필수적입니다. 이들의 이상은 부정맥, 심박동 장애와 같은 질환으로 이어질 수 있으므로 정밀한 이해와 관리가 필요합니다.
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