심전도

심장의 수축은 심근세포의 탈분극과 재분극이라는 전기적 활동에 의해 일어난다. 이 활동은 세포막을 가로지르는 이온의 이동, 주로 나트륨 이온, 칼륨 이온, 칼슘 이온의 흐름에 의해 생성된다. 휴지 상태의 심근세포는 세포막 내부가 외부에 비해 음전하를 띠는 안정된 상태, 즉 휴지 막전위를 유지한다.

자극이 가해지면 나트륨 이온이 세포 내로 급격히 유입되며 세포막의 전위가 급상승하는 탈분극이 일어난다. 이어서 칼슘 이온의 유입이 지속되며 고원기를 형성하고, 이후 칼륨 이온의 유출로 막전위가 원래 상태로 회복되는 재분극 과정이 뒤따른다. 이러한 개별 세포의 전기적 활동이 조직 전체로 순차적으로 전파되며, 이 대규모의 전기적 벡터를 체표면에서 기록한 것이 심전도이다.

심전도는 심장의 전기적 활동을 시간에 따른 전위차의 곡선으로 나타낸다. 심장의 전기 충격은 동방결절에서 시작되어 심방을 통해 전도된 후 방실결절, 히스속, 좌우각, 푸르키네 섬유를 거쳐 심실 근육으로 확산된다. 이 과정에서 발생하는 전기적 벡터의 크기와 방향은 심전도 상에 특정한 파형을 만들어낸다.

따라서 심전도 파형의 각 부분은 심장의 특정한 전기생리학적 사건을 직접적으로 반영한다. 기록된 파형의 모양, 지속 시간, 간격의 이상은 해당 부위의 탈분극 또는 재분극 과정에 문제가 있음을 시사하는 근거가 된다.

심전도는 신체 표면에 부착한 전극 사이의 전위차를 기록한다. 이를 위해 국제적으로 표준화된 전극 배치 방법, 즉 유도법이 사용된다. 표준 12유도 심전도는 6개의 사지 유도와 6개의 흉부 유도로 구성되어 심장의 전기 활동을 3차원적으로 관찰할 수 있게 한다.

사지 유도는 두 전극 사이의 전위차를 기록하는 쌍극 유도와, 한 전극과 나머지 전극들의 평균 전위 사이의 차이를 기록하는 단극 유도로 나뉜다. 쌍극 유도인 표준 사지 유도 I, II, III는 각각 오른팔-왼팔, 오른팔-왼발, 왼팔-왼발 사이의 전위차를 측정한다. 단극 사지 유도인 aVR, aVL, aVF는 탐색 전극(각각 오른팔, 왼팔, 왼발)과 중심 말단(나머지 두 사지 전극의 평균) 사이의 전위차를 증폭하여 기록한다. 이들 6개의 유도는 심장을 전면에서 바라보는 횡단면의 전기 활동을 보여준다.

흉부 유도 V1부터 V6까지는 6개의 단극 유도이다. 이들은 특정 흉부 위치에 부착된 탐색 전극과 중심 말단 사이의 전위차를 기록한다. 각 흉부 전극의 표준 위치는 다음과 같다.

이 6개의 흉부 유도는 심장을 수평면(횡단면)에서 관찰하여 심실의 전기 활동이 전흉부로 어떻게 전파되는지 상세히 보여준다. 따라서 12유도 심전도는 서로 다른 각도의 12개 관측창을 통해 심장의 전기적 축, 심방 및 심실의 활성화 패턴, 국소적인 이상을 포괄적으로 평가할 수 있는 기초를 제공한다.

P파는 심방의 탈분극을 나타내는 파형이다. 심방의 전기적 활동이 시작되어 전파되는 과정을 기록하며, 일반적으로 둥근 모양을 가진다. 정상적인 P파는 동방결절에서 시작된 자극이 양쪽 심방을 통해 전도되면서 형성된다. P파의 비정상은 심방비대나 심방세동과 같은 상태를 시사할 수 있다.

QRS군은 심실의 탈분극을 나타내는 복합파이다. 이 파형은 심실 근육이 빠르게 수축하기 위해 전기적으로 활성화되는 과정을 반영하며, 일반적으로 P파보다 높고 뾰족한 모양을 보인다. QRS군은 순차적으로 나타나는 Q파, R파, S파로 구성된다. Q파는 초기의 하향 편향, R파는 상향 편향, S파는 R파 이후의 하향 편향을 의미한다. QRS군의 지속 시간, 형태, 높이는 심실의 전도 상태와 근육량을 평가하는 데 중요하다.

T파는 심실의 재분극을 나타내는 파형이다. 심실 근육이 이완 준비를 위해 전기적으로 회복되는 과정을 기록하며, 일반적으로 둥글고 비대칭적인 모양을 가진다. T파의 변화는 심근허혈, 전해질 불균형(특히 칼륨), 또는 특정 약물의 영향과 관련될 수 있다. 때때로 T파 뒤에 작은 U파가 관찰되기도 하는데, 그 정확한 기전은 완전히 밝혀지지 않았다.

심전도에서 간격은 두 개의 특정 지점 사이의 시간을 측정한 것이고, 세그먼트는 두 개의 특정 파형 사이의 선분을 의미한다. 이들은 심장 전기 활동의 타이밍과 지속 시간을 정량적으로 평가하는 데 핵심적인 요소이다.

주요 간격으로는 PR 간격, QRS 간격, QT 간격이 있다. PR 간격은 P파의 시작점부터 QRS군의 시작점까지로, 심방에서 심실로의 전기 자극 전도 시간을 반영한다. 정상 범위는 0.12초에서 0.20초 사이이다. QRS 간격은 QRS군의 시작부터 끝까지로, 심실의 탈분극 속도를 나타내며 정상은 0.12초 미만이다. QT 간격은 QRS군의 시작부터 T파의 끝까지로, 심실의 탈분극과 재분극 전체에 걸리는 시간을 의미하며, 심박수에 따라 보정된 QTc 값을 사용한다.

주요 세그먼트로는 PR 세그먼트, ST 세그먼트, TP 세그먼트가 있다. PR 세그먼트는 P파의 끝부터 QRS군의 시작까지로, 일반적으로 기저선과 일치한다. ST 세그먼트는 QRS군의 끝(S파의 끝점, J점)부터 T파의 시작까지로, 가장 임상적으로 중요하다. 정상적으로는 기저선과 수평을 이루지만, 상승이나 하강은 심근경색이나 심근허혈의 중요한 지표가 된다. TP 세그먼트는 T파의 끝부터 다음 P파의 시작까지로, 심장의 전기적 안정기를 나타내며 기저선으로 사용된다.

리듬 분석은 심장의 전기적 활동이 규칙적인지, 그리고 그 기원이 정상적인 동방결절에서 비롯되는지를 평가하는 첫 번째 단계이다. 분석은 일반적으로 표준 12유도 심전도의 한 유도, 주로 리듬을 관찰하기에 좋은 사지유도 II나 V1 유도를 선택하여 수행한다.

먼저 P파의 존재 유무와 형태를 확인한다. 정상 동율동에서는 모든 QRS군 앞에 일정한 모양의 P파가 존재해야 한다. P파가 없거나, 모양이 변하거나, QRS군과의 관계가 불규칙하면 동방결절 이외의 부위에서 심장이 조율되고 있음을 시사한다. 다음으로 R-R 간격을 측정하여 심박동의 규칙성을 평가한다. R파 사이의 간격이 일정하면 규칙적인 리듬, 변동이 있으면 불규칙한 리듬으로 판단한다.

리듬의 기원을 판단하기 위해 P파와 QRS군의 관계를 분석한다. 정상적인 전도 경로를 따른다면, 각 P파 뒤에는 일정한 PR 간격을 두고 QRS군이 따라와야 한다. P파마다 뒤따르는 QRS군이 없거나, PR 간격이 지나치게 짧거나 길어지면, 방실결절이나 히스속을 포함한 전도계에 문제가 있을 수 있다. 최종적으로 심박수를 계산하여 정상 범위(보통 분당 60-100회) 내에 있는지, 느린 서맥인지, 빠른 빈맥인지를 확인한다.

심전도에서 심전도 축은 심장의 평균 전기적 활동 방향을 나타낸다. 이는 심실 탈분극 과정인 QRS군의 주요 벡터 합을 의미하며, 전방면에서 시계 방향으로 0도에서 +180도 사이의 각도로 표현된다. 정상 심전도 축은 일반적으로 -30도에서 +90도 사이에 위치하며, 이를 정상축이라고 한다.

축의 이상은 심장의 해부학적 위치 변화나 전도계의 이상을 시사한다. 축이 -30도보다 왼쪽으로 치우친 경우 좌축편위, +90도보다 오른쪽으로 치우친 경우 우축편위라고 한다. 좌축편위는 좌심실 비대, 좌각 전도阻滞, 하벽 심근경색 등에서 나타날 수 있다. 우축편위는 우심실 비대, 우각 전도阻滞, 만성 폐쇄성 폐질환, 좌후분지 전도阻滞 등과 연관된다.

축 분석은 주로 사지 유도(I, II, III, aVR, aVL, aVF)를 사용하여 수행된다. 가장 간단한 방법은 I번 유도와 aVF 유도의 QRS군 주향성을 확인하는 것이다. 두 유도 모두에서 QRS군이 양성(+)이면 정상축이다. I번 유도 양성, aVF 유도 음성(-)이면 좌축편위 가능성이 높다. I번 유도 음성, aVF 유도 양성이면 우축편위를 시사한다. 두 유도 모두 음성이면 극축편위(extreme axis deviation)를 고려한다.

심전도에서 심비대와 허혈을 평가하는 것은 심장의 구조적 변화와 혈류 공급 문제를 파악하는 데 중요하다. 심비대는 심방이나 심실의 벽이 두꺼워지거나 심장 내강이 확장된 상태를 의미하며, 특정 유도에서의 전압 증가나 파형 변화를 통해 추정한다. 예를 들어, 좌심실 비대는 V5, V6 유도에서 높은 R파와 V1, V2 유도에서 깊은 S파를 보이며, 우심실 비대는 V1 유도에서 우세한 R파를 특징으로 한다. 심방 비대는 P파의 폭 증가(좌심방) 또는 높이 증가(우심방)로 나타난다.

허혈 평가는 주로 ST 분절과 T파의 변화에 초점을 맞춘다. 심근에 혈류 공급이 부족해지면 ST 분절이 상승하거나 하강할 수 있다. ST 분절 상승은 급성 심근경색이나 협심증에서 흔히 관찰되며, 특정 유도에서의 변화는 혈관이 막힌 위치를 추정하는 데 도움을 준다. ST 분절 하강은 수평형이나 하향형으로 나타나며, 운동부하 검사 중 발생하면 유의미한 관상동맥 질환을 시사한다. 또한, T파의 역전(음성 T파)이나 고봉 T파도 허혈이나 심근경색의 후유증을 나타낼 수 있다.

이러한 평가는 정량적 기준에 의존한다. 다음 표는 주요 지표와 그 임상적 의미를 요약한다.

심전도는 비대와 허혈을 선별하는 유용한 도구이지만, 민감도와 특이도에 한계가 있다. 따라서 심전도 소견은 환자의 증상, 병력 및 심초음파, 관상동맥 조영술 같은 다른 영상 검사 결과와 함께 종합적으로 해석해야 한다.

부정맥은 심장의 전기적 활동이 비정상적으로 빠르거나, 느리거나, 불규칙한 상태를 총칭한다. 심전도는 부정맥의 유형을 식별하고 그 기전을 평가하는 데 필수적인 도구이다. 부정맥은 발생 부위(심방, 심실, 접합부)와 심박수(빈맥, 서맥), 규칙성에 따라 분류된다.

심방에서 기원하는 부정맥에는 조기 심방 수축, 심방 세동, 심방 조동 등이 포함된다. 심방 세동에서는 P파가 사라지고 불규칙한 기저선과 불규칙한 R-R 간격이 관찰된다. 심방 조동은 톱니모양의 "F파"가 특징이다. 방실결절 부위의 부정맥으로는 방실결절 회귀성 빈맥 같은 상심실성 빈맥이 있으며, 갑작스럽게 시작되고 끝나는 규칙적인 빠른 심박수를 보인다.

심실성 부정맥은 일반적으로 더 위험한 것으로 간주된다. 조기 심실 수축은 조기 발생한, 넓고 변형된 QRS 군으로 나타난다. 심실 빈맥은 연속적인 넓은 QRS 군의 빈맥이며, 심실 세동은 형태와 크기가 불규칙한 혼돈된 심실 파형이 특징으로, 펌프 기능이 정지된 상태이다. 서맥성 부정맥에는 동성 서맥, 방실 차단 등이 있다. 방실 차단은 그 정도에 따라 1도(PR 간격 연장), 2도(일부 P파 후 QRS 탈락), 3도(심방과 심실 박동의 완전 분리)로 구분된다.

심근 허혈은 심장 근육에 혈액 공급이 부족한 상태를 의미하며, 심전도는 이를 감지하는 중요한 도구이다. 허혈성 변화는 주로 심근 경색과 협심증에서 관찰되며, 특정 심전도 유도에서의 ST 분절 및 T파 이상으로 나타난다.

가장 특징적인 소견은 ST 분절의 변화이다. ST 분절의 상승은 일반적으로 급성 관상동맥 폐쇄에 의한 전층성 심근 경색(STEMI)을 시사한다. 이는 해당 관상동맥이 담당하는 영역의 유도에서 보이며, 상승의 형태는 오목형보다는 볼록형인 경우가 많다. 반면, ST 분절의 하강은 하층형 또는 수평형으로 나타나며, 이는 불안정형 협심증이나 비-ST 상승 심근 경색(NSTEMI)에서 흔히 관찰된다. 특히 운동 부하 검사 중 발생하는 수평형 또는 하강형 ST 분절 하강은 운동 유발성 심근 허혈의 진단 기준으로 사용된다[5].

T파의 변화도 허혈을 나타내는 중요한 지표이다. 급성 허혈 시에는 고봉형 또는 대칭성 음성 T파가 나타날 수 있다. 특히 가슴 유도(V1-V6)에서 깊게 찌그러진 음성 T파는 전벽 심근 허혈을 강력히 시사한다. 또한, 병적 Q파의 출현은 과거에 심근 경색이 발생하여 심근이 괴사되고 흉터 조직으로 대체되었음을 의미한다. Q파는 일반적으로 경색 후 수시간에서 수일 내에 나타나며 영구적으로 남는다.

이러한 변화의 분포는 관상동맥의 폐색 부위를 추정하는 데 도움을 준다. 예를 들어, 하지 유도(II, III, aVF)의 변화는 우관상동맥 또는 우회관상동맥의 병변을, 전벽 유도(V1-V4)의 변화는 전하행관상동맥의 병변을 시사한다. 그러나 심전도만으로 모든 허혈성 변화를 진단할 수 있는 것은 아니며, 증상, 효소 검사, 영상의학적 검사 등과 종합적으로 판단해야 한다.

혈청 내 주요 전해질 농도의 이상은 심근 세포의 탈분극과 재분극 과정에 영향을 미쳐 특정한 심전도 소견을 초래한다. 가장 흔히 평가되는 것은 칼륨과 칼슘의 농도 변화이다.

고칼륨혈증은 초기에는 T파가 높고 뾰족해지는 특징을 보인다. 중등도 이상으로 진행되면 P파의 소실, QRS군의 확대, 그리고 최종적으로는 사인파 형태를 띠며 심실세동이나 무수축으로 진행될 수 있다. 저칼륨혈증은 반대로 U파의 출현, T파의 평탄화 또는 역전, ST 세그먼트의 함몰을 유발하며, 심한 경우 심실빈맥과 같은 심각한 부정맥을 유발할 수 있다.

고칼슘혈증은 QT 간격, 특히 ST 세그먼트를 단축시킨다. 반면 저칼슘혈증은 ST 세그먼트의 현저한 연장을 통해 전체 QT 간격을 길게 만든다. 마그네슘 농도의 변화도 심전도에 영향을 미칠 수 있으나, 그 소견이 덜 특이적이며 주로 칼륨과 칼슘 대사에 간접적으로 관여한다. 이러한 심전도 변화는 전해질 교정 후 비교적 빠르게 정상화되는 경우가 많다.

표준 12유도 심전도는 가장 일반적으로 시행되는 심전도 검사 방식이다. 이 방법은 심장의 전기 활동을 12개의 서로 다른 각도(유도)에서 관찰하여 3차원적 정보를 제공한다. 12개의 유도는 6개의 사지 유도와 6개의 흉부 유도로 구성된다.

사지 유도는 두 개의 유형으로 나뉜다. 3개의 표준 사지 유도(I, II, III)와 3개의 증강 사지 유도(aVR, aVL, aVF)가 있다. 표준 유도는 두 사지 사이의 전위차를 기록하며, 증강 유도는 한 사지의 전극을 활성 전극으로 사용하고 나머지 두 사지의 전극을 연결하여 기준 전위를 만드는 방식으로 기록한다. 흉부 유도(V1~V6)는 6개의 특정 위치에 전극을 부착하여 횡단면에서 심장의 전기 활동을 관찰한다.

각 유도는 심장의 특정 부위에 대한 정보에 민감하다. 예를 들어, 하벽은 주로 II, III, aVF 유도에서, 전벽은 V1~V4 유도에서, 측벽은 I, aVL, V5, V6 유도에서 잘 관찰된다. 따라서 12유도 심전도는 심근경색의 위치를 추정하거나, 심실비대의 패턴을 평가하는 데 필수적이다.

검사 시에는 환자가 편안하게 누운 상태에서 가슴과 팔, 다리의 피부에 전극을 부착한다. 기록은 일반적으로 각 유도당 2.5초 정도의 파형을 연속적으로 얻으며, 전체 기록은 약 10초가 소요된다. 이 짧은 기록 동안에도 부정맥이나 급성 허혈의 징후를 포착할 수 있다.

홀터 모니터링은 24시간에서 48시간, 때로는 그 이상의 기간 동안 지속적으로 심전도를 기록하는 검사법이다. 미국의 생리학자 노먼 홀터가 1949년 개발한 기술을 기반으로 하여, 그의 이름을 따서 명명되었다. 이 검사는 환자가 일상생활을 하는 동안 심전도 신호를 휴대용 장치로 기록하여, 표준 12유도 심전도 검사로 포착하기 어려운 일시적이거나 간헐적인 부정맥이나 허혈성 변화를 발견하는 데 주로 사용된다.

검사는 일반적으로 가슴에 부착된 전극을 휴대용 기록 장치에 연결하여 수행된다. 환자는 검사 기간 동안 가능한 정상적인 활동을 유지하되, 특정 증상(예: 어지러움, 두근거림, 흉통)이 발생한 시간과 활동 내용을 일지에 기록하도록 교육받는다. 기록된 데이터는 이후 컴퓨터로 분석되어, 증상과 심전도 소견의 연관성을 평가한다.

기술의 발전으로 최근에는 무선 원격 모니터링이 가능한 장치나 14일 이상 장기간 기록이 가능한 이벤트 모니터도 사용된다. 이러한 장치는 증상이 매우 드물게 발생하는 경우에 특히 유용하다. 홀터 모니터링은 일상 활동 중의 심장 전기 활동에 대한 귀중한 정보를 제공하지만, 피부 자극이나 기록 일지의 부정확성 같은 기술적 한계도 존재한다.

부하 심전도는 운동을 통해 심장에 부하를 가하면서 심전도를 기록하는 검사법이다. 운동부하검사라고도 불린다. 이 검사는 휴식 상태에서는 정상으로 보이지만, 운동 시 발생하는 허혈성 심장질환, 협심증, 또는 일부 부정맥을 발견하는 데 주로 사용된다. 또한 심장 재활 프로그램의 효과 평가나 운동 능력을 측정하는 목적으로도 활용된다.

검사는 주로 트레드밀(러닝머신)이나 자전거 에르고미터를 사용하여 수행된다. 점진적으로 운동 강도를 높여가며 심박수, 혈압, 호흡, 증상 및 심전도 변화를 모니터링한다. 표준적인 프로토콜로는 브루스 프로토콜이 널리 사용된다. 검사는 목표 심박수에 도달하거나, 심전도상 유의미한 심근 허혈 소견이 나타나거나, 환자가 심한 흉통이나 호흡곤란 등의 증상을 호소할 때 중단된다.

부하 심전도에서 진단적 판독의 주요 기준은 심전도의 ST 분절 변화이다. 운동 중 또는 운동 후에 ST 분절이 수평적으로 또는 하향 경사로 1mm 이상 내려가는(ST 분절 강하) 소견은 심근 허혈을 시사하는 중요한 지표이다. 그 외에도 심한 부정맥 발생, 혈압의 비정상적인 반응, 또는 전형적인 흉통 증상이 나타나는지도 함께 평가한다.

이 검사는 비침습적이고 비교적 간편하지만, 일부 한계점을 가진다. 특히 기저 심전도에 좌심실 비대, 심실 조기 수축, 또는 심실 전도 장애가 있는 경우 판독이 어려울 수 있다. 또한 민감도와 특이도가 100%가 아니므로, 검사 결과는 환자의 증상, 위험 인자, 그리고 다른 검사 소견과 종합적으로 해석해야 한다.

심전도는 심장의 전기적 활동을 기록하여 다양한 심장 질환을 진단하는 데 핵심적인 도구로 활용된다. 가장 기본적이면서도 즉각적인 진단적 가치는 부정맥의 탐지에 있다. 심방 및 심실의 조기 수축, 심방세동, 심실빈맥, 방실차단 등 리듬 이상을 정확히 식별하고 분류할 수 있어, 치료 방침을 신속히 결정하는 근거를 제공한다.

허혈성 심장질환의 진단에서도 심전도는 필수적이다. 특히 급성 심근경색이 의심되는 환자에서, 특정 유도에서의 ST 분절 상승, Q파의 출현, T파의 역전 등은 심근의 손상 부위와 범위를 추정하게 한다. 또한 운동 부하 검사 중 발생하는 ST 분절의 하강은 운동 유발성 심근허혈을 시사하는 중요한 소견이다.

심전도는 구조적 이상을 간접적으로 평가하는 데도 유용하다. 심방 비대나 심실 비대는 특정 파형의 진폭과 지속 시간 변화로 추정할 수 있다. 또한 전해질 불균형(예: 고칼륨혈증, 저칼륨혈증)이나 약물 영향(예: 디곡신 효과)이 심전도 파형에 특징적인 변화를 일으켜, 이에 대한 단서를 제공하기도 한다.

이처럼 심전도는 비침습적이고 신속하게 시행될 수 있으며, 심장의 전기생리학적 상태에 대한 풍부한 정보를 제공한다. 따라서 이 검사는 응급실, 외래, 병동을 막론하고 심장 질환 평가의 초기 선별 검사이자 모니터링의 기본이 된다.

심전도는 심장 질환의 진단뿐만 아니라, 이미 진단된 환자의 지속적인 모니터링과 질병 경과나 치료 반응에 대한 예후 평가에 핵심적인 역할을 한다. 특히 만성 심부전, 심근경색 후 상태, 부정맥 등을 가진 환자에서 정기적인 심전도 검사를 통해 심장 기능의 변화를 추적한다. 이를 통해 약물 치료의 효과를 평가하거나, 질환이 진행되는지를 판단하여 치료 계획을 조정하는 근거로 활용된다.

심근경색 환자의 경우, 급성기 이후에 시행되는 심전도는 심근 재관류의 성공 여부나 추가적인 허혈의 발생을 모니터링하는 데 중요하다. 또한, 부정맥 환자에서 항부정맥제나 카테터 절제술 등의 치료 후, 심전도를 통해 부정맥의 재발 유무나 새로운 형태의 부정맥 발생을 감시한다.

심전도는 단순한 진단 도구를 넘어 환자의 예후를 예측하는 데도 유용한 정보를 제공한다. 예를 들어, QT 간격의 연장은 심실세동과 같은 생명을 위협하는 부정맥의 위험 증가와 관련이 있다. 심근경색 후 심전도에서 특정한 심실조기수축 패턴이나 심실 빈맥이 관찰되면, 갑작스런 심장사의 위험이 높아질 수 있다는 지표가 된다.

이러한 예후 평가는 홀터 모니터링이나 이벤트 레코더와 같은 장기 모니터링 기기를 통해 더욱 정확해진다. 이들 장비는 일상 생활 중 발생하는 일시적이거나 증상과 연관된 부정맥을 포착하여, 환자의 실제 위험도를 더 잘 반영하는 정보를 제공한다.