심장근육의 활동전위는 오랫동안 유지되는 고원기(plateau)를 가지며, 이로 인해 절대 불응기가 길어져 심장이 지속적으로 수축하는 것을 막는다.
❶ 생각해 보셨나요?
근육은 자극을 받으면 수축한다. 자극이 계속 오면 계속 수축한다. 그런데 심장근육은 아무리 자극을 줘도 수축 중에는 반응하지 않는다. 왜 심장은 이 규칙에서 예외인가?
❷ 활동전위는 어떻게 만들어지는가
심장근육 세포가 자극을 받으면 이온의 이동이 시작된다. 세포 안에는 포타슘(K⁺)이 많고, 세포 밖에는 소듐(Na⁺)과 칼슘(Ca²⁺)이 많다. 안정 상태에서 막전위는 약 -90mV다.
자극이 들어오면 세포 밖의 소듐이 빠른 통로(fast Na⁺ channel)를 통해 빠르게 유입되고, 막전위가 +20mV까지 급격히 오른다. 여기까지는 골격근과 비슷하다.
그 다음이 다르다. 골격근에서는 전위가 올라간 뒤 바로 떨어진다. 그런데 심장근육에서는 전위가 오른 뒤 한동안 높은 수준에서 유지된다. 이 구간을 **고원기(plateau)**라고 한다.
고원기가 생기는 이유는 두 가지다.
- 칼슘이 느린 통로(slow Ca²⁺ channel)를 통해 천천히 유입되면서 막전위를 높게 유지한다.
- 포타슘이 밖으로 나가는 속도가 느리다. 세포 내로 칼슘이 들어오는 것이 포타슘의 유출을 방해하기 때문으로 보인다.
이 두 가지가 합쳐져 활동전위 전체 기간이 골격근에 비해 훨씬 길다.
❸ 고원기가 만드는 결과 — 절대 불응기와 조기 수축
활동전위가 유지되는 동안에는 아무리 강한 자극이 들어와도 새로운 활동전위가 발생하지 않는다. 이미 이온 통로들이 열려 작동 중이라 추가 자극에 반응하지 않는 것이다. 이 기간 전체를 **절대 불응기(absolute refractory period)**라고 한다.
활동전위가 거의 끝날 무렵 짧은 구간에서만 조건부로 반응이 가능하다. 약한 자극은 무시되고, 강한 자극이 들어왔을 때만 활동전위가 다시 발생할 수 있다. 이 구간을 **상대적 불응기(relative refractory period)**라고 한다.
상대적 불응기에 강한 자극이 들어와 생기는 수축을 **조기 수축(premature contraction)**이라고 한다. 임상에서 심전도에 나타나는 심실 조기 수축(premature ventricular contraction, PVC)이나 심방 조기 수축이 이와 관련된다. 가슴이 쿵 내려앉는 느낌, 맥이 빠지는 느낌이 이때 생긴다.
골격근과의 차이
골격근에서는 자극 → 전위 상승 → 즉시 하강의 과정이 빠르게 끝난다. 고원기가 없고 절대 불응기도 짧다. 강한 자극이 반복되면 근육은 계속 수축 상태를 유지할 수 있다(강축, tetanus).
심장에서 이런 일이 생기면 심장이 이완되지 못하고 혈액을 내보낼 수 없다. 심장이 골격근과 다른 방식으로 작동하는 것은 이 이완을 반드시 보장하기 위해서다.
❹ 결국
심장근육의 긴 활동전위와 긴 절대 불응기는 심장이 수축과 이완을 규칙적으로 반복하기 위한 구조적 보호 장치다. 이완 없이는 심실에 혈액이 채워지지 않고, 채워지지 않으면 내보낼 것이 없다. 심장이 강축하지 않는 것은 능력의 한계가 아니라 필수 설계다.
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