임상 심전기생리검사의 기초

전남대학교 의과대학 순환기내과

조정관

임상 심전기생리검사 (cardiac electrophysiology study: EPS)는 심방과 심실의 근육 조직과 자극 생성 및 전도 조직 (동결절, 방실결절, 히스-퍼킨제계)의 전기생리학적 특성을 평가하고 부정맥의 종류와 발생 기전, 해부학적인 기질 및 발생 장소 등을 밝혀내기 위해 시행된다. 환자가 가진 부정맥이 어떤 종류인지는 심전도만으로도 진단할 수 있는 경우가 많으나 정확한 발생기전과 발생 장소는 심전기생리검사의 도움 없이는 알기 어렵다.

본 강좌에서는 심전기생리검사의 기본 원리 및 주요 부정맥의 진단 방법에 대해서 중요한 점만 요약하여 말씀드리고자 한다.

심장의 전기생리

심장 조직은 심방, 심실, 동결절, 방실결절, 히스-퍼킨제계로 구성되어 있다. 심방과 심실 조직은 심방과 심실의 수축에 관여하고 동결절, 방실결절, 히스-퍼킨제계는 자극의 생성과 전달에 관여한다. 동결절, 방실결절과 히스-퍼킨제계는 스스로 탈분극하여 자극을 만들어 낼 수 있는 자동성을 가지고 있고 방실결절과 히스-퍼킨제계는 자극을 심실에 전달하는 역할을 한다.

심장 부정맥은 심장 조직의 전기생리의 변화에 의해서 생기므로 부정맥의 발생 기전을 규명하기 위해서는 심장 조직의 전기생리학적 특성 즉, 자동성 (automaticity), 전도성 (conductivity), 불응성 (refractoriness), 흥분성 (excitability) 등에 대한 평가가 이루어져야 한다. 자동성 또는 자동능은 자발적으로 이완기에 탈분극하여 자극을 방출할 수 있는 능력을 말한다. 동결절, 방실결절, 히스-퍼킨제계 등이 정상적으로 자동능을 가지고 있다. 불완전하게 탈분극되는 비정상 상황에서는 자동능이 없는 조직도 자동능을 가질 수 있다. 조기 또는 지연 후탈분극 (afterdepolarization)에 의한 비정상 자동능을 촉발성 활동 (triggered activity)이라고 한다. 전도성 또는 전도능은 활동 전위를 인접 부위 또는 세포로 전파하는 성질을 말한다. 심장에서 전도는 크게 소디움 통로 의존성, 칼슘 통로 의존성, electrotonic 등 3가지 유형이 있다. 불응성이란 탈분극된 다음 일정 기간 동안 자극에 반응하지 않는 성질을 말하는데 흥분성과 전도능과도 관련이 있다. 불응성은 전압 의존성인 경우와 시간 의존성인 경우가 있다. 전압 의존성 불응성은 Na 통로 의존성 탈분극을 하는 정상 심근 섬유에서 일어난다. 흥분성이란 심장 조직이 외부 자극에 반응하여 탈분극되는 것을 말한다. 흥분성은 전도성, 불응성 등과 상호 의존적이어서 이들을 따로따로 생각할 수 없다. 흥분성이 있는 흥분 조직은 역치 전위 (threshold potential) 이상의 크기를 가진 전류로 자극을 받으면 막전류가 직선적인 전압-전류 관계 곡선에서 벗어나 세포 안이 양성으로 바뀌는 탈분극 반응을 보인다.

임상 심전기생리검사

임상 심전기생리검사 (이하 심전기생리검사)는 전기 자극을 전달하는 전극도자를 심장에 위치시키고 심장을 자극하고 심장의 전기적 활동을 기록하여 심장 조직의 전기생리와 부정맥의 성격 및 발생 기전을 규명하기 위해서 시행하는 침습적인 검사이다.

1. 시술 방법

국소 마취 후 말초 정맥이나 동맥을 통해 전극도자를 심장의 중요한 부위에 위치시키고 전극도자를 통해 심방이나 심실에 전기 자극을 가하고 반응을 기록한다.

심장 조직의 전기생리를 평가하고 부정맥의 성격과 발생기전을 규명하기 위해서 심방이나 심실에 조기 박동 (extrastimulus)을 가하거나 심방이나 심실을 일정 시간 동안 고속으로 조율한다 (burst pacing). 이와 같은 심장 자극은 심장 자극기를 통해 자극 부위 조직의 자극 역치를 구하여 자극 역치보다 2배 강한 강도로 자극의 주기 간격 (cycle length)과 연결 간격 (coupling interval)을 환자 상황에 맞게 계획하여 가하기 때문에 계획적인 전기 자극 (programmed electrical stimulation: PES) 또는 계획 자극이라고 부른다.

2. 기본 심전기생리의 평가

정상 자극 생성과 전도에 관여하는 조직의 자동능 (동결절), 전도시간 (동방전도, 방실전도), 불응기 (심방, 방실전도로, 심실)를 구한다. 동결절의 자동능은 동결절 회복시간 (sinus node recovery time: SNRT)을 측정하여 평가한다. 방실전도시간은 히스속 전기도에서 심방  (A) 파의 시작에서 심실 (V) 파의 시작까지의 시간으로 측정한다. 방실전도시간 가운데 방실결절 전도시간은 역시 히스속 전기도에서 심방 (A) 파의 시작에서 히스속 전위 (H)까지의 간격 (AH interval)으로, 히스속 하 전도시간은 히스속 전위에서 심실 (V) 파까지의 간격 (HV interval)으로 측정한다.

불응기는 심방이나 심실에 한 개의 조기 자극을 가하여 측정한다. 불응기에는 유효 불응기 (effective refractory period: ERP), 기능 불응기 (functional refractory period: FRP), 상대 불응기 (relative refractory period: RRP) 등이 있는데 기본적인 심전기생리를 평가할 때에는 주로 유효 불응기만 측정한다. ERP는 전파되는 반응 (탈분극 파)을 일으킨 탈분극 파 또는 전기자극의 연결간격 가운데 가장 짧은 연결 간격 또는 탈분극 파를 일으키지 못한 자극의 가장 긴 연결 간격으로, FRP는 측정하고자 하는 조직을 통과한 탈분극 파의 연결 간격 중 가장 짧은 것으로, RRP는 측정하고자 하는 조직에서 전도 속도가 증가하기 시작하는 탈분극 파 또는 전기자극의 연결 간격 중 가장 긴 것으로 정의되고 있다. 예를 들어 방실결절의 ERP는 히스속으로 전도되지 않는 심방 자극의 연결 간격 중 가장 긴 연결 간격 (A1-A2), FRP는 히스속으로 전도되어 나온 히스속 전위의 연결 간격 중 가장 짧은 것 (H1-H2), RRP는 방실결절 전도시간 (A2-H2) 이 증가하기 시작하는 심방 탈분극 파의 연결 간격 중 가장 긴 것 (A1-A2)이다. 심방, 심실, 히스속의 유효 불응기와 기능 불응기 모두 조율 주기 간격이 감소함에 따라 감소하고 기울기는 0.155와 0.120 정도가 된다. 방실결절의 유효 불응기는 조율 주기 간격이 감소함에 따라 증가하며 평균 기울기는 -0.177이고 기능 불응기는 특성 조율 주기 간격 범위 내 (800-400 ms)에서는 약간 감소하는데 기울기는 0.126 정도이다.

3. 부정맥의 평가

가. 동결절 기능부전 (sinus node dysfunction)

동결절 기능부전은 동결절의 자동능의 이상이나 동결절에서 심방으로 전도 이상에 의해서 초래된다. 동결절의 자동능은 심전도로 동성 PP 간격을 측정하여 동결절 율동수를 측정하여 추정할 수 있고 propranolol (0.2 mg/kg)과 atropine (0.04 mg/kg) 정맥 주사로 자율신경계를 완전 차단한 후 내인성 동율동수 (intrinsic sinus rate)를 측정하여 확인할 수 있다. 정상 내인성 동율동수는 118.1 - (0.57 x age)로 계산된다. 또한 adenosine을 정맥으로 주입하여 동율동 주기 간격이 675 ms 이상 증가하는 것으로도 동기능부전을 추정할 수 있다.

심전기생리검사로 동결절회복시간 (SNRT)을 측정함으로써 동결절 자동능을 평가할 수 있다. 동결절회복시간은 조율 주기 간격을 동율동 주기 간격 (sinus cycle length: SCL) 보다 100 ms 짧게 시작하여 50 ms씩 줄여 350-400 ms까지 줄이면서 각 주기 간격에서 30-45초 동안 우심방을 조율한 다음 심방 조율을 멈추고 심방 조율을 멈춘 때부터 자발적인 동율동이 나타날 때까지 걸리는 시간 가운데 가장 큰 값으로 한다 (그림 1). 수정 동결절회복시간 (corrected SNRT)은 동결절회복시간을 동율동 주기 간격으로 뺀 값 (SNRT - SCL)으로 계산한다. 동결절회복시간은 1400 ms 이하, SCL의 1.5배 이하가 정상이고 수정 동결절회복시간은 550 ms 이하가 정상이며 총 회복시간은 5초 이하가 정상이다.

그림 1. 동결절회복시간의 측정 방법. 심방 (HRA)을 45초 동안 고속으로 조율하다가

조율을 중단하였을 때 자발적인 동율동이 다시 나타날 때까지의 시간으로 측정한다.

여기에서는 SNRT가 2960 ms로 비정상으로 연장되어 있다.

동결절 기능 이상 가운데 동방전도차단은 심전도에서 PP 간격을 분석하여 추정할 수 있고 심전기생리검사로 동방전도시간 (sinoatrial conduction time)을 측정하여 확인할 수 있다. 동방전도시간을 측정하는 방법에는 Strauss법과 Narula법이 있다. Strauss법은 단일 심방 조기 자극을 가하여 심방 조기 자극이 동결절을 재조정한 것이 확인되면 조기 자극 후 나타나는 첫 번째 동성 박동의 연결 간격에서 동율동 주기 간격을 뺀 값 (A2A3 - A1A1)을 2로 나누어 동방전도시간을 측정하는 것이다. Narula법은 동율동 주기 간격 보다 짧은 주기 간격으로 연속으로 8번 조율한 다음 나타나는 첫 번째 동성 박동의 연결 간격에서 동율동 주기 간격을 뺀 값을 2로 나누어 동방전도시간을 측정하는 방법이다. 두 방법 사이에 상관관계가 좋아 어느 방법을 사용하여도 된다. 정상 값은 70-120 ms 이다.

그림 2. 동방전도시간의 측정 방법. Strauss법은 심방 조기자극을 가하여, Narula법은

8개의 빠른 심방 조율을 가하여 동방결절을 재조정한 (reset) 후 나온 동율동의 연결

간격에서 동 주기간격을 빼고 이를 2로 나누어 측정한다. 두 방법 사이에 의미 있는

차이가 없다.

나. 방실전도차단

심전도에서 PR 간격을 측정하고 P파와 QRS파와의 관계를 분석함으로써 방실전도차단의 존재나 정도를 파악할 수 있으나 정확한 차단 부위는 알 수 없다. 하지만 히스속 전기도를 통해서는 방실결절과 히스퍼킨제계 전도 시간을 따로따로 측정할 수 있고 방실전도차단의 부위가 방실결절 (AH 차단)인지, 히스속 안 (intra-His)인지, 히스속 아래 (HV 차단 또는 infra-His)인지 정확하게 진단할 수 있다 (그림 3). 정상 방실결절 전도시간 (AH 간격)은 45-140 ms이고 히스퍼킨제계 전도 시간 (HV 간격)은 35-55 ms이다.

심방 조기 자극을 가하여 방실결절의 유효 불응기, 상대 불응기, 기능 불응기를 측정하고 심방과 심실의 고속조율을 통해 순행성 방실전도차단 주기 간격 (block cycle length)과 역행성 방실전도차단 주기 간격을 측정하여 방실전도계의 기능을 평가할 수 있다. 정상 순행성 방실결절 차단간격은 500 msec 이하, 히스속 하 차단간격은 350 msec 이하이다.

그림 3. 히스속 전기도를 통한 방실전도차단 부위의 진단. 심방 조율 (주기 간격:

630 ms)에 의해 2;1 방실전도차단이 히스속 아래 (infra-His)에서 일어난 것이 보인

다 (방실차단 주기간격: 630 ms). 히스속 아래 차단과 함께 히스속 전위가 2개로

넓게 분열되어 있어 히스속 내 전도 지연 (1도 히스속 내 차단)도 보인다.

다. 심실상성 빈맥

심실상성 빈맥에는 동빈맥, 심방빈맥, 심방조동, 심방세동, 방실결절회귀성 빈맥, 방실회귀성 빈맥 등이 있다. 이들 부정맥은 대부분 빈맥 발작 당시의 심전도만으로도 감별이 가능하나 심전도로 감별이 어려운 경우, 빈맥이 의심되나 심전도로 기록이 안 된 경우나 정확한 해부학적인 기질을 파악하기 위해서는 심전기생리검사가 필요하다.

1. 해부학적인 기질의 진단

발작성 심실상성 빈맥증 (paroxysmal supraventricular tachycardia: PSVT)의 거의 대부분을 차지하는 방실결절회귀성 빈맥 (AV node reentrant tachycardia: AVNRT)과 방실회귀성 빈맥 (AV reentrant tachycardia: AVRT)은 명확한 해부학적 기질로서 방실결절 이중전도로 (dual pathway)나 방실우회로 (AV bypass tract)를 가지고 있다. 따라서 PSVT가 의심되거나 이미 확인된 환자에서 심전기생리검사로 방실결절 이중전도로나 방실우회로의 확인은 PSVT 발생기전의 규명에 매우 중요한 단서를 제공한다.

방실결절 이중전도로의 존재는 심방 조기 자극을 10 ms씩 짧게 가하면서 AH 간격 (또는 H1H2)을 측정하여 AH 간격 (또는 H1H2)이 50 ms 이상 연장되는 현상 (AH jump)이 일어나는지 여부로 진단한다 (그림 4). 방실결절 이중전도로가 있을 경우 방실결절 급속전도로 (fast pathway)의 유효 불응기는 AH jump를 일으킨 조기 자극의 연결 간격이며 완속전도로 (slow pathway)의 유효 불응기는 방실전도차단을 일으킨 조기 자극의 연결 간격이 된다. 방실결절의 역행성 전도 특성은 심실을 자극하여 순행성 전도 특성을 평가하는 방법과 같은 방법으로 평가한다.

A	B	C

그림 4. 방실결절 이중전도로의 확인. 심방 조기자극의 연결간격을 10 ms씩 줄여 가

면서 조기자극을 줄 때 연결간격 320 ms에서 (B) AH간격이 260 ms에서 330 ms로

로 급격히 연장 되는 것 (AH jump)이 보인다. 연결간격 270 ms에서 (C) 방실전도

차단이 일어난다. 이것으로 방실결절에 이중전도로가 존재하며 급속전도로의 유효

불응기는 320 ms, 완속전도로의 유효 불응기는 270 ms인 것을 알 수 있다.

방실우회로의 존재는 심전도에서 델타파의 존재로 확인할 수도 있으나 델타파가 없거나 불분명한 경우에는 우심실을 조율하거나 심실상성 빈맥을 유발한 후 역행성 심방 활성이 히스속 전기도보다 관상정맥동 (coronary sinus)이나 우심방 전기도에서 더 빨리 나타나는 것으로 방실우회로의 존재를 알 수 있다 (그림 5).

그림 5. 방실우회로의 존재와 위치 진단. 심실 조율이나 (왼쪽) 방실회귀성 빈맥 시

(오른쪽) 역행성 심방 활동이 관상정맥동 전극도자 (CS)의 7-8번 쌍 (CS7-8)에서

가장 빠르다. 이것으로 방실우회로가 좌후벽에 있다는 것을 알 수 있다.

2. 심실상성 빈맥의 감별진단

동빈맥, 심방빈맥, 심방조동, 심방세동, 방실결절회귀성 빈맥, 방실회귀성 빈맥 등 심실상성 빈맥 가운데 심전기생리검사로도 쉽게 감별되지 않는 것이 방실결절회귀성 빈맥과 방실회귀성 빈맥 (특히 중격부 우회로에 의한 경우)이다. 방실결절회귀성 빈맥과 방실회귀성 빈맥의 감별은 빈맥의 해부학적인 기질의 차이에 따른 회귀회로의 차이에 의해 빈맥 시 역행성 심방 활성화 방향, 심실 파에서 심방 파까지 시간 간격 (VA interval), 심실 조기자극에  대한 반응의 차이를 이용하여 한다 (그림 6). 방실결절회귀성 빈맥과 중격부 우회로를 이용한 방실회귀성 빈맥의 감별이 특히 어려운 것은 빈맥 시 역행성 심방 활성화 방향이 비슷하기 때문이다.

A	B

그림 6. 방실결절회귀성 빈맥 (A)과 방실회귀성 빈맥 (B)의 회귀회로. 방실결절

회귀성 빈맥은 회귀회로가 방실결절에 있어 심방 (A)과 심실 (V)이 거의 동시에

흥분되고 방실회귀성 빈맥은 회귀회로가 심방 (A), 방실전도계 (AH, HV), 심실

(V), 방실우회로 (VA)를 이용하여 형성되기 때문에 심방 (A)과 심실 (V)이 순차

적으로 흥분된다.

심실상성 빈맥을 감별할 때에는 제일 먼저 빈맥 시 또는 우심실 조율 시 심방 활성화 과정을 분석한다. 빈맥 시 심방 활성화 방향이 하방이거나 우심실 조율 시 실방전도 (VA conduction)가 없으면 심방빈맥으로 진단해도 된다. 빈맥이나 우심실 조율 시 가장 빠른 역행성 심방 활동이 심방 하중격부 (히스속 전극도자)가 아니고 좌심방 (관상정맥동 전극도자)이나 우심방 자유벽 (우심방 전극도자)에서 나타나는 편심성 (eccentric) 경우는 거의 대부분 방실회귀성 빈맥이다. 하지만 비전형적인 (slow-slow 또는 fast-slow형) 방실결절회귀성 빈맥일 경우도 있어 감별이 요한다. 감별진단은 빈맥 시 히스속이 불응기에 있을 때 심실 조기자극에 의한 심방 조기흥분 여부를 이용하여 한다. 히스속이 불응기에 있을 때 조기흥분이 되면 방실회귀성 빈맥이고, 안 되면 비전형적인 방실결절회귀성 빈맥이다 (그림 7).

심방 활성화 방향이 중심성 (concentric)인 경우에는 방실결절회귀성 빈맥과 중격부 우회로를 이용한 방실회귀성 빈맥을 감별해야 하는데 빈맥 시 실방전도시간이 60 ms 미만이면 방실결절회귀성 빈맥으로 진단한다. 실방전도시간이 60 ms 이상이면 빈맥 시 심실 조기자극을 가하여 히스속이 불응기일 때 심방 조기흥분이 가능하면 방실회귀성 빈맥으로 진단한다. 반면에 보다 빠른 심실 조기자극에 의해 히스속이 30-60 ms 조기흥분될 때 심방 활성화 시간이 앞당겨지면 방실결절회귀성 빈맥으로 진단하고 심방 활동에 영향이 없으면 심방빈맥으로 진단한다 (표 1).

그림 7. 빈맥 시 심실 조기자극에 의한 심실상성 빈맥의 감별. 다음 히스속 전위가

나온 직후 즉, 히스속이 불응기에 있을 때 가한 심실 조기자극에 의해 심방 활동이

22 msec 앞당겨지는 것이 보인다. 이로써 정상 방실전도계를 우회하는 방실우회로

가 있음을 알 수 있고 따라서 환자의 빈맥은 방실회귀성이라고 진단할 수 있다.

표 1. 심실상성 빈맥의 감별에 유용한 심전기생리검사 지표

심방 활성화 방향		실방전도	심실 자극에 대한 반응	빈맥의 종류
하방		없음	없음	심방빈맥
상방	중심성*	<60 ms	반응에 무관하게 AVNRT	전형적인 AVNRT
		≧60 ms	히스 속 불응기에 심방 조기 흥분 가능	AVRT (중격 또는 좌후벽 우회로)
			히스 속 30-60 ms 조기흥분 시 심방 활성화 시간 앞당겨짐	AVNRT
			히스 속 30-60 ms 조기흥분 에도 심방 활성화 시간 불변	심방빈맥 (중격 또는 관정맥동 주변부)
	편심성	있음**	히스 속 불응기에 심방 조기 흥분 가능	AVRT
			히스 속 30-60 ms 조기흥분 시 심방 활성화 시간 앞당겨짐	비전형적인 AVNRT
		없음	없음	심방빈맥

*중심성: 심방 활성화가 중격부에서 가장 빠른 경우, **빈맥 시와 심실 조율 시 심방

활성화 과정이 같은 경우 (다른 경우는 실방전도가 없는 경우로 간주)

라. 심실빈맥의 진단

심실빈맥의 진단은 비정상 또는 넓은 QRS파 빈맥에서 편위전도되거나 각차단에 동반된 심실상성 빈맥을 감별해 내는 것이다. 체표 심전도에서와 마찬가지로 방실해리를 확인하면 심실빈맥을 진단할 수 있다. 심실빈맥의 70%에서는 방실해리가 있기 때문에 대부분의 넓은 QRS파 빈맥은 히스속 전기도나 우심방 전기도에서 심방 파가 심실 파와 관계가 없는 것 (방실해리)을 확인함으로써 감별이 가능하다. 나머지 30%에서는 심실 파가 심방 파 또는 히스 속 전위와 1:1의 관계를 가지고 있는데 이 때에는 심실 활동이 심방 파를 이끌어 가는지 심방 활동이 심실 파를 이끌어 가는지를 구별해야 한다. 이는 히스속 전기도에서 방실전도가 정상 방실전도계를 이용하여 정상적으로 일어나는지를 확인하면 알 수 있다. 즉 히스속 전기도에서 HV 간격의 정상 (35-55 ms) 여부를 확인하면 된다 (그림 8). HV 간격이 너무 짧거나 순서가 뒤바뀌어 있으면 심실빈맥일 가능성이 매우 높은데 역방향성 (antidromic) 방실회귀성 빈맥이나 조기흥분성 (preexcited) 심실상성 빈맥과 감별해야 한다. 손쉬운 방법은 빈맥 시 우심방을 빈맥 율동수보다 빨리 조율하여 QRS파가 정상화되는지를 보는 것이다 (그림 9). 정상화되면 심실빈맥이고 변화가 없거나 더욱 넓어지면 심실상성 빈맥의 편위전도나 심실 조기흥분이다.

그림 8. 심실빈맥의 진단. 우심방 전기도 (HRA)에서 심방 활동 (A파)이 심실 파와

전혀 관계가 없고 히스 속 전기도에 히스 속 전위가 모든 심실 파 앞에 나오지만

HV 간격이 16 msec로 비정상적으로 짧기 때문에 심실빈맥으로 진단할 수 있다.

그림 9. 심방 고속조율에 의한 심실빈맥의 감별진단. 우심방 전기도 (HRA)에서 심방

활동 (A파)이 심실 파와 관계가 없어 심실빈맥으로 진단할 수 있는데 심방 고속조율

(S)로 QRS파가 정상화되는 것으로도 진단이 가능하다.

맺음말

이상으로 심장의 전기생리학적 특성과 이를 평가하는 심전기생리검사에 대해서 기본적인 내용을 정리해보았다. 본 강좌가 심장의 전기생리와 심전기생리검사에 대한 이해의 폭을 넓히고 부정맥을 이해하는 데 도움이 되기를 바란다.

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