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심전도(ECG)
기사의 의료 전문가
최근 리뷰 : 04.07.2025
ECG의 전기생리학적 원리
정지 상태에서 세포막의 바깥 표면은 양전하를 띱니다. 근육 세포 내부에서 미세전극을 사용하여 음전하를 측정할 수 있습니다. 세포가 흥분되면 표면에 음전하가 나타나며 탈분극이 일어납니다. 표면의 음전하가 유지되는 일정 기간의 흥분 후, 전위 변화와 재분극이 일어나 세포 내부에서 음전위가 회복됩니다. 이러한 활동전위 변화는 막을 통한 이온, 주로 Na 이온의 이동에 의해 발생합니다. Na 이온은 먼저 세포 내부로 침투하여 막 안쪽 표면에 양전하를 발생시킨 후 세포외 공간으로 돌아갑니다. 탈분극 과정은 심장 근육 조직 전체로 빠르게 확산됩니다. 세포 흥분 과정에서 Ca 2+ 가 세포 내부로 이동하는데, 이는 전기적 흥분과 그에 따른 근수축 사이의 연관성으로 여겨집니다. 재분극 과정이 끝나면 K 이온이 세포를 떠나 세포외 공간에서 활발하게 추출된 Na 이온과 교환됩니다. 이 경우, 휴지 상태에 들어간 세포 표면에 다시 양전하가 형성됩니다.
전극을 통해 신체 표면에 기록된 전기 활동은 수많은 심장 근세포의 진폭과 방향에 따른 탈분극과 재분극 과정의 합(벡터)입니다. 심근 단면의 흥분, 즉 탈분극 과정은 소위 심장 전도계의 도움을 받아 순차적으로 발생합니다. 심근의 모든 단면으로 점차 퍼지는 일종의 흥분 파면이 있습니다. 이 파면의 한쪽에서는 세포 표면이 음전하를 띠고, 다른 쪽에서는 양전하를 띱니다. 이 경우, 신체 표면의 여러 지점에서 전위 변화는 이 흥분 파면이 심근 전체에 어떻게 퍼지는지, 그리고 심장 근육의 어느 부분이 신체의 해당 부위에 더 많이 투사되는지에 따라 달라집니다.
조직에 양전하와 음전하 영역이 존재하는 이러한 여기 전파 과정은 양전하를 띤 하나와 음전하를 띤 다른 하나의 두 전기장으로 구성된 단일 쌍극자로 나타낼 수 있습니다. 쌍극자의 음전하가 신체 표면의 전극을 향하면 심전도 곡선은 아래로 향합니다. 전기력 벡터의 방향이 바뀌고 양전하가 신체 표면의 해당 전극을 향하면 심전도 곡선은 반대 방향으로 향합니다. 심근에서 이 전기력 벡터의 방향과 크기는 주로 심장 근육 덩어리의 상태와 신체 표면에서 기록되는 지점에 따라 달라집니다. 가장 중요한 것은 여기 과정에서 발생하는 전기력의 합으로, 소위 QRS 복합체를 형성합니다. 이러한 심전도 톱니를 통해 심장의 전기 축 방향을 평가할 수 있으며, 이는 임상적으로도 중요합니다. 심근의 더 강력한 부분, 예를 들어 좌심실에서 여기파가 우심실보다 더 오랫동안 퍼지고, 이는 이 심근 부분이 투사되는 신체의 해당 부분에 있는 주요 ECG 이빨, 즉 R 이빨의 크기에 영향을 미치는 것이 분명합니다.결합 조직이나 괴사된 심근으로 구성된 전기적으로 비활성인 부분이 심근에 형성되면 여기파 전선이 이러한 부분을 중심으로 휘어지고 이 경우 양전하 또는 음전하를 띠고 신체 표면의 해당 부분으로 향할 수 있습니다.이로 인해 신체의 해당 부분에서 ECG에 다른 방향으로 향하는 이빨이 빠르게 나타납니다.심장의 전도계를 따라 여기 전도가 중단되면, 예를 들어 His 묶음의 오른쪽 다리를 따라 여기가 좌심실에서 우심실로 퍼집니다. 따라서 우심실을 덮는 여기파 전선은 일반적인 경로(즉, 여기파가 히스속의 오른쪽 다리에서 시작될 때)와는 다른 방향으로 "진행"합니다. 우심실로의 여기 확산은 더 나중에 발생합니다. 이는 유도에서 R파의 상응하는 변화로 표현되는데, 이 변화에는 우심실의 전기적 활동이 더 크게 투영됩니다.
전기적 자극 임펄스는 우심방 벽에 위치한 동방 결절(sinoatrial node)에서 발생합니다. 이 임펄스는 심방으로 퍼져 나가 심방의 흥분과 수축을 유발하고, 방실 결절(atrioventricular node)에 도달합니다. 이 결절에서 약간의 지연 후, 자극은 히스속(bundle of His)과 그 분지를 따라 심실 심근으로 퍼져 나갑니다. 심근의 전기적 활동과 흥분의 확산 및 정지와 관련된 동역학은 전체 심장 주기 동안 진폭과 방향이 변하는 벡터로 나타낼 수 있습니다. 또한, 심실 심근의 심내막하층(subendocardial layer)의 흥분이 더 일찍 발생하고, 이어서 흥분파가 심외막 방향으로 확산됩니다.
심전도는 자극에 의한 심근 부위의 순차적인 분포를 반영합니다. 심전도 테이프의 특정 속도에서 심박수는 개별 복소수 사이의 간격으로, 심장 활동의 개별 단계의 지속 시간은 치아 사이의 간격으로 추정할 수 있습니다. 신체 특정 부위에서 기록되는 전압, 즉 개별 심전도 치아의 진폭을 통해 심장 특정 부위의 전기 활동, 그리고 무엇보다도 근육량의 크기를 판단할 수 있습니다.
심전도에서 진폭이 작은 첫 번째 파동은 P파라고 하며 심방의 탈분극과 흥분을 반영합니다. 그 다음 고진폭 QRS 복합체는 심실의 탈분극과 흥분을 반영합니다. 복합체의 첫 번째 음파는 Q파라고 합니다. 다음 파동은 위쪽으로 향하는 R파이고, 다음 음파는 S파입니다. 5번째 파동 다음에 위쪽으로 향하는 파동이 오면 R파라고 합니다. 이 복합체의 모양과 개별 파동의 크기는 같은 사람의 신체 다른 부분에서 기록될 때 상당히 다릅니다. 그러나 위쪽 파동은 항상 R파이고, 음파가 앞에 오면 Q파이고, 그 뒤에 오는 음파는 S파입니다. 아래쪽 파동이 하나만 있으면 QS파라고 합니다. 개별 파동의 상대적 크기를 나타내기 위해 대문자 rRsS와 소문자 rRsS를 사용합니다.
QRS 복합체에 이어 짧은 시간 후에 T파가 나오는데, T파는 위쪽을 향할 수 있습니다. 즉, 양성(대부분의 경우)일 수도 있지만, 음성일 수도 있습니다.
이 파동의 출현은 심실의 재분극, 즉 흥분 상태에서 비흥분 상태로의 전이를 반영합니다. 따라서 QRST(QT) 복합체는 심실의 전기적 수축을 반영합니다. QRST(QT) 복합체는 심박수에 따라 달라지며 일반적으로 0.35~0.45초입니다. 해당 주파수에 대한 정상값은 특수 표를 통해 결정됩니다.
훨씬 더 중요한 것은 ECG에서 다른 두 구간을 측정하는 것입니다.첫 번째는 P파의 시작부터 QRS 복합체의 시작까지, 즉 심실 복합체입니다.이 구간은 흥분의 방실 전도 시간에 해당하며 일반적으로 0.12-0.20초입니다.이 구간이 증가하면 방실 전도 위반이 기록됩니다.두 번째 구간은 QRS 복합체의 지속 시간으로, 심실을 통한 흥분 전파 시간에 해당하며 일반적으로 0.10초 미만입니다.이 복합체의 지속 시간이 증가하면 심실 내 전도 위반이 기록됩니다.때때로 T파 이후에 양성 U파가 기록되는데, 그 기원은 전도계의 재분극과 관련이 있습니다.ECG를 등록할 때 신체의 두 지점 사이의 전위차를 기록합니다.우선 이는 사지의 표준 리드와 관련이 있습니다.리드 I - 왼손과 오른손 사이의 전위차; 리드 II는 오른팔과 왼다리 사이의 전위차이고, 리드 III는 왼다리와 왼팔 사이의 전위차입니다. 또한, 사지에서 측정된 증강 리드(aVR, aVL, aVF)가 기록됩니다. 이는 소위 단극 리드(unipolar lead)로, 두 번째 전극(비활성 전극)이 다른 사지에서 측정된 전극들을 연결한 것입니다. 따라서 전위 변화는 소위 활성 전극에서만 기록됩니다. 또한, 표준 조건에서는 6개의 흉부 리드를 통해 심전도(ECG)도 기록됩니다. 이 경우 활성 전극은 다음 지점의 가슴에 배치됩니다. 리드 V1 - 흉골 오른쪽의 네 번째 늑간, 리드 V2 - 흉골 왼쪽의 네 번째 늑간, 리드 V4 - 심장의 정점 또는 쇄골 중앙선에서 약간 안쪽의 다섯 번째 늑간, 리드 V3 - V2와 V4 지점 사이의 거리 중간에, 리드 V5 - 전방 겨드랑이선을 따라 다섯 번째 늑간, 리드 V6 - 중앙 겨드랑이선을 따라 다섯 번째 늑간.
심실 심근의 가장 두드러진 전기적 활동은 흥분 기간, 즉 심근의 탈분극 기간, 즉 QRS 복합체가 발생하는 기간 동안 감지됩니다. 이 경우, 심장의 발생하는 전기적 힘의 합력인 벡터는 수평 제로선을 기준으로 신체 정면의 특정 위치를 차지합니다. 심장의 이른바 전기적 축의 위치는 사지에서 다양한 리드의 QRS 복합체의 이빨 크기에 의해 추정됩니다. 전기적 축은 편향되지 않았거나 리드 I, II, III에서 최대 R 이빨을 가진 중간 위치를 차지하는 것으로 간주됩니다(즉, R 이빨이 S 이빨보다 상당히 큽니다). QRS 복합체의 전압과 R 파의 크기가 리드 I에서 최대이고 리드 III에서 S 파가 크게 증가하면서 R 파가 최소이면 심장의 전기적 축이 왼쪽으로 편향되었거나 수평으로 위치한 것으로 간주됩니다. 심장의 전기 축은 수직으로 위치하거나 오른쪽으로 휘어져 있으며 리드 III에서 최대 R 파가 나타나고 리드 I에서 뚜렷한 S 파가 나타납니다. 심장의 전기 축 위치는 심장 외 요인에 따라 달라집니다. 횡격막 위치가 높고 과격한 체질을 가진 사람의 경우 심장의 전기 축은 왼쪽으로 휘어져 있습니다. 키가 크고 마른 사람이며 횡격막 위치가 낮은 사람의 경우 심장의 전기 축은 정상적으로 오른쪽으로 휘어져 더 수직에 위치합니다. 심장의 전기 축 편차는 병리학적 과정, 즉 심근 질량의 우세, 즉 각각 좌심실 비대(축이 왼쪽으로 편차) 또는 우심실 비대(축이 오른쪽으로 편차)와 관련될 수도 있습니다.
흉부 리드 중 V1과 V2는 우심실과 심실중격의 전위를 더 크게 기록합니다. 우심실은 비교적 약하고 심근의 두께가 얇기 때문에(2-3mm) 여기가 비교적 빠르게 퍼집니다. 이와 관련하여 리드 V1에서는 일반적으로 매우 작은 R파가 기록되고, 그 다음에 깊고 넓은 S파가 나타나며, 이는 여기파가 좌심실을 따라 퍼지는 것과 관련이 있습니다. 리드 V4-6은 좌심실에 더 가깝고 그 전위를 더 크게 반영합니다. 따라서 리드 V4-6에서 최대 R파가 기록되고, 특히 리드 V4, 즉 심장 정점 영역에서 두드러지는데, 이는 심근의 두께가 가장 두껍고, 따라서 여기파가 퍼지는 데 더 많은 시간이 필요하기 때문입니다. 이러한 리드에서 작은 Q파도 나타날 수 있으며, 이는 심실중격을 따라 여기가 더 일찍 퍼지는 것과 관련이 있습니다. 중간 전흉부 리드 V2, 특히 V3에서 R파와 S파의 크기는 거의 같습니다. 오른쪽 흉부 리드 V1-2에서 R파와 S파가 정상에서 다른 편차 없이 거의 같다면 심장의 전기 축이 오른쪽으로 편향되어 회전합니다. 왼쪽 흉부 리드에서 R파와 S파가 거의 같다면 전기 축이 반대 방향으로 편향됩니다. 리드 aVR의 파동 모양에 특히 주의해야 합니다. 심장의 정상 위치를 고려할 때 오른손의 전극은 마치 심실강으로 향하는 것과 같습니다. 이와 관련하여 이 리드의 복합체 모양은 심장 표면에서 본 정상적인 ECG와 같습니다.
심전도(ECG)를 해석할 때 등전위 ST 분절과 T파의 상태에 많은 주의를 기울입니다. 대부분의 리드에서 T파는 양성이며 진폭은 2~3mm에 달합니다. 이 파는 리드 aVR(보통)에서 음성이거나 평활할 수 있으며, 리드 III과 V1에서도 마찬가지입니다. ST 분절은 일반적으로 등전위입니다. 즉, T파 끝과 다음 P파 시작 사이의 등전위선 높이에 있습니다. 오른쪽 흉부 리드 V1-2에서 ST 분절이 약간 상승할 수 있습니다.
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