학문
심장의 자율 박동을 조절하는 동방노드와 자율신경계 영향이 궁금해요
심장이 뇌의 직접적인 지시 없이도 스스로 규칙적인 박동을 유지할 수 있는 동방노드(SA node)의 자극 생성 원리가 궁금합니다. 또한 교감신경과 부교감신경이 아드레날린과 아세틸콜린을 통해 심장 박동수를 조절하는 방식이 알고 싶어요
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심장은 뇌의 지시 없이도 동방결의 자동능을 통해 스스로 박동합니다.
동방결절 세포는 약 -60mV에서 퍼니 전류가 작동하여 양이온을 유입시키고, 막전위를 문턱 전위까지 올립니다.
이후 칼슘 통로가 열려 Ca2+이 급격히 들어오면서 활동 전위가 발생해 심장을 수축시킵니다.
이 자율 자극 생성을 자율신경계가 미세하게 조절하죠.
운동이나 스트레스를 받으면 교감신경은 아드레날린을 분비하고 베타수용체와 결합해 If와 칼슘 유입을 촉진하여 심박수를 올립니다. 반대로 휴식을 하면 부교감신경은 아세틸콜린을 분비하고 M2수용체에 작용해 칼륨을 유출시켜 막전위를 과분극시키고 심박수를 낮춥니다.
이처럼 심장은 동방결절의 자율 전위 발생과 자율신경계의 조화로 상황에 맞는 박동을 유지하는 것입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 심장이 뇌에서 매번 뛰라는 명령을 받아 움직이는 것이 아니라 스스로 규칙적인 박동을 만들어낼 수 있는 이유는 심장 안에 동방결절(SA node)이라는 특수한 심근세포 집단이 존재하기 때문입니다. 동방결절은 오른심방에 위치하며, 일반적인 심근세포와 달리 안정된 막전위를 유지하지 않고 스스로 막전위를 서서히 변화시키는 자발적 흥분성을 가지고 있기 때문에, 외부에서 자극을 주지 않아도 일정한 간격으로 활동전위를 만들어낼 수 있습니다.
동방결절 세포가 박동을 만들어내는 핵심은 막전위가 서서히 상승하는 과정입니다. 세포가 한 번 흥분하고 재분극된 뒤에도 막전위가 다시 천천히 상승하다가 역치에 도달하면 새로운 활동전위가 발생합니다. 이 과정에는 특유의 이온 이동이 관여합니다. 특히 동방결절의 느린 이완기 탈분극을 만들어내는 이온 흐름과 칼슘 이온의 유입이 중요한 역할을 합니다. 역치에 도달하면 칼슘 통로가 열리면서 활동전위의 상승기가 만들어지고, 이후 칼륨 이온이 빠져나가면서 다시 재분극됩니다. 그리고 다시 막전위가 천천히 상승하면서 다음 박동을 준비하는데요, 이 과정이 반복되기 때문에 동방결절은 심장의 천연 박동조율기 역할을 합니다.
동방결절에서 만들어진 전기적 흥분은 심방 전체로 퍼져 심방을 수축시키고, 이어서 방실결절을 거쳐 심실 쪽으로 전달됩니다. 이후 히스다발과 푸르키네 섬유 등을 따라 전기 신호가 심실 전체로 빠르게 퍼지면서 심실이 수축합니다. 따라서 정상적인 심장에서는 동방결절이 가장 먼저 규칙적인 전기 신호를 만들어 심장 전체의 박동 리듬을 이끌게 됩니다. 그렇다고 뇌와 신경계가 심장의 박동에 아무런 영향을 주지 않는 것은 아닙니다. 자율신경계는 동방결절의 자체적인 박동 속도를 조절하는 역할을 합니다. 대표적으로 교감신경은 심장이 더 빠르고 강하게 뛰도록 만들고, 부교감신경은 심장 박동을 느리게 만드는 방향으로 작용합니다. 교감신경이 활성화되면 신경 말단에서 노르에피네프린이 분비되고, 부신에서 분비되는 에피네프린도 혈액을 통해 심장에 영향을 줄 수 있습니다. 이 물질들은 동방결절의 베타1 아드레날린 수용체에 작용하여 세포의 이온 흐름을 변화시키고 이완기 탈분극이 더 빠르게 일어나도록 하며, 결과적으로 역치에 더 빨리 도달하기 때문에 동방결절의 활동전위 발생 빈도가 증가하고 심박수가 빨라집니다. 반대로 부교감신경의 대표적인 신경전달물질인 아세틸콜린은 심장의 무스카린 수용체에 작용합니다. 그러면 동방결절 세포에서 칼륨 이온의 이동 등이 증가하면서 막전위가 더 음성으로 변하고, 다음 활동전위가 발생하기까지 더 오랜 시간이 걸립니다. 결과적으로 동방결절의 박동 빈도가 감소하여 심박수가 느려집니다. 정리하자면 교감신경은 운동이나 긴장 상황에서 심박수를 높여 더 많은 혈액을 공급하도록 하고, 부교감신경은 휴식 상태에서 심박수를 낮춰 에너지를 절약하도록 합니다. 감사합니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
동방노드는 스스로 천천히 탈분극하는 박동원 세포라 일정 간격으로 활동 전위 를 만들어 심장을 뛰게 합니다. 교감신경은 노르아드레날린으로 박동수 수축력을 높이고, 부교감신경은 아세틸콜린으로 박동수를 낮춥니다.