생리학에 관하여 - 심근

1. 구조와 수축 형태

 골격근은 필요에 따라 운동을 수행하지만 심근은 규칙적이고 불수의적인 운동을 평생 계속하는 근육이다. 다른 장기와 달리 심장은 강하게 그리고 일시에 장기 전체가 수축과 이완을 하게 되며 이를 심장박동이라 한다. 이러한 심장박동을 하기 위해 심근은 넓은 보자기와 같은 형태의 근육 몇 개로 구성되어 있다. 심장의 수축기에는 마치 손아귀에 공을 넣고 짜는 것처럼 심근이 전체적으로 수축하여 내부 압력을 높임으로써 심장 내부의 혈액을 분출하게 된다. 심근은 골격근과 같이 가로무늬가 있는 근육이고, 근수축 단위인 근필라멘트를 가지고 있지만 골격근에 비하여 가로무늬가 덜 선명하고 덜 규칙적이다. 또한 심근 섬유는 중첩되어 평행하게 늘어서 있으나 가지를 치고 있는 경우도 있으며, 세포 사이에 세포 간 연락을 맡아보는 간극결합(gap junction)들이 존재하며 이들이 모여 검은 선상 모양의 개재판(intercalated disc)을 이루고 있다. 심근은 골격근과는 달리 한 세포막에 활동전위가 일어나면 간극결합을 통하여 모든 세포에 활동전위가 전달되어 근섬유들이 동시에 수축한다.

 심근의 필라멘트 역시 트로포닌과 프로포미오신을 가지고 있으며 골격근에서와 같이 칼슘에 대한 감수성을 갖는다. 골격근에서는 칼슘이 근형질세망에 저장되어 있다가 근섬유 내로 유리되어 근수축을 일으키지만 심근에서는 세포외액(extracellular fluid, ECF)으로부터 들어온다. 이 칼슘은 다시 세포 내 기관인 소포체로부터 칼슘을 유리시키고 이에 의존하여 근필라멘트의 활주가 일어난다.

 

2. 수축기전 및 특성

 복부의 여러 내장근육들은 자율신경을 차단하여도 특정 자극원이 있으면 운동이 일어난다. 예를 들면 소화산물이 소장에 들어오면 연동운동이 스스로 일어날 수 있다. 이와 같이 심장도 스스로 박동하는 능력을 가지고 있어 이를 '자동능'이라 한다. 심근의 활동전위 발생은 박동조율기(pacemaker)라는 특정 조직에서 스스로 일어나게 된다. 일반 심근과 달리 박동 조율기 조직은 막전위가 불안정한 특수세포로 이루어져 있으므로 활동전위 사이에 느리게 탈분극을 하는데 이를 전전위(prepotential) 또는 박동조율기 전위라 부른다.

 일단 역치 이상의 자극이 전달되면 심근 세포막의 탈분극은 급속히 일어나나 재분극이 일어나는 과정은 골격근에 비하여 매우 길다. 심근의 수축은 탈분극 직후에 나타나기 시작하여 재분극이 반쯤 진행될 때까지 지속되다가 이완기를 맞게 된다.

 심근 세포막의 활동전위가 일어나고 있는 동안에는 거의 절대불응기에 있기 때문에 심근 수축곡선의 1/2이 지난 후에야 다음 자극을 받아들일 수 있다. 그러므로 심근에서는 반복되는 유효자극에도 강축현상은 거의 나타나지 않으며 불완전하나마 수축곡선이 중첩되었다 하더라도 강축으로 이어지지는 않는다.

 심근에 강축이 일어나지 않는 이유가 두 가지 더 있는데, 기외수축과 대상성휴식 현상 덕분이다. 심근의 수축곡선의 1/2이 지난 다음에 자극을 새로 가하면 더욱 큰 수축곡선이 얻어지게 되는데, 이러한 현상을 기외수축(extracontraction)이라 한다. 기외수축 후에는 수축을 1회 휴식하는데 이를 대상성 휴식(compensatory pause)이라 한다. 심근의 강축은 심한 통증을 유발하기도 하지만 심박동에 영향을 주어 심장마비를 일으킬 수 있으므로 생리적으로 강축이 일어나지 않도록 진화하여 온 것으로 보인다.

 

3. 심근의 신진대사

 심근의 세포에는 총 부피의 40%에 육박하는 미토콘드리아를 가지고 있어 심장운동 시 산소 소비율이 상당히 높음을 알 수 있다. 그러나 심장의 산소 의존도는 매우 탄력적으로 조절될 수 있어 평상 시 혐기성 상태에서 에너지대사가 일어나는 비율은 1% 미만이지만 산소 부족 상태가 되면 이 비율이 크게 증가하여 10%까지 올라가게 된다. 심근에는 미오글로빈이 풍부하여 평상시 다량의 산소를 보유할 수 있다.

 심근은 관상심장동맥으로부터 공급되는 다양한 에너지원을 상황에 맞게 이용한다. 심근에 필요한 에너지의 60% 정도는 지방으로부터, 35% 정도는 포도당으로부터, 그리고 나머지는 케톤체와 아미노산으로부터 얻게 된다. 그러나 사람이 포도당을 많이 섭취하면 심근은 에너지원으로 탄수화물 대사물인 젖산과 피루브산을 더 많이 이용하고 절식 시에는 지방을 더 많이 이용한다. 당뇨 환자의 경우 심근에서 포도당의 이용은 줄고 지방의 이용은 증가한다. 

 

4. 심근 이상

 심근비대증(hypetropic cardiomyopathy)이란 유전성 심장질환의 하나로 심장의 벽이 두꺼워져 혈액 분출에 장애가 생기는 병이다. 좌심실에서 대동맥으로의 혈액 분출이 힘들어지게 되므로 심박출량이 감소하고, 각 혈관에 혈액의 공급이 원활하지 않게 된다. 운동을 할 때 관상순환계에 공급되는 혈액이 제한되면서 협심증이 나타나고, 차차 심장의 흥분전도계가 손상되어 부정맥이 발생한다. 방치하게 되면 심부전으로 악화되어 치명적이게 된다.

 심근염(myocarditis)이란 디프테리아균 등의 세균이나 콕사키형 등의 바이러스 감염으로  인하여 심근장애를 일으키는 질환이다. 발열이 있고, 맥박이 빨라지며 심장에 통증이 생긴다. 특히 운동할 때 호흡곤란증이 심하고 부종, 부정맥, 울혈성심부전 증상이 나타난다.