[1] 의료용 전기생리 개요
학습포인트 |
의용전류가 인체에 미치는 효과를 이해하고 있어야 하며, 신경근의 전기적 특성, 전류의 세 가지 효과, 전기치료의 기본 법칙, 전류밀도와 피부저항 감소방법 등에 대한 이해와 학습이 필요하다. |
중요포인트 | 출제연도 |
신경근의 전기적 특성 | 20 22 25 |
전류의 효과 | 21 23 |
전기치료의 기본 법칙 | 20 21 |
전류밀도 | 20 |
1. 세포막의 구조 및 기능
구조 | •세포막은 세포질을 둘러싸고 있는 원형질막 •인지질 이중층: 인질층인 외층과 지질층인 내층으로 구분 |
구성성분 | 단백질 55%, 인지질 25%, 콜레스테롤 13%, 기타 지질 4%, 탄수화물 3% 등 |
기능 | •세포구조 유지 •세포 내 환경 유지 •세포 대사 조절 •대사 활동 •전기적 활동 •내포 및 외포작용 •항원작용 |
2. 세포막의 물질수송의 종류
1) 확산(diffusion)
농도가 높은 곳에서 농도가 낮은 곳으로 물질이 세포막을 통과하는 현상
세포막을 통한 단순확산 | 농도 경사에 의해 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물질이 세포막을 통과하는 현상 |
막공을 통한 단순확산 | •세포막에는 친수성 단백분자로 구성된 0.7~0.8 nm의 막공을 통한 이동(이온통로) •Na, K 등 친수성 극성 분자는 세포막의 막공을 통해 확산 |
촉진확산 | •극성 분자가 세포막에 있는 운반 단백과 결합하여 인지질 이중층을 가로질러 운반되는 것 •농도 경사에 의해 일어나는 수동수송 |
2) 능동 수송
농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 분자나 이온을 수송하는 기전
나트륨–칼륨 펌프 | •Na+: 세포 안쪽 → 바깥쪽, K+: 세포 바깥쪽 → 안쪽으로 운반(ATP 사용) •Na+ – K+펌프: 3개의 Na+과 2개의 K+을 교환함 |
칼슘펌프 | •세포막 안 → 세포 밖으로 퍼냄 •근세포의 근형질세망 및 모든 세포의 미토콘드리아와 같은 소포성 기관에서 펌프질 함(ATP 사용) |
내포 작용과 외포 작용 | •다량의 분자나 거대분자가 세포막을 변형시켜 세포막 안팎으로 운반 •내포 작용: 물질을 세포 안으로 받아들이는 현상 •외포 작용: 반대로 세포 밖으로 내보내는 현상 |
3. 안정막전위
•세포막: 선택적 투과성을 가짐(세포 외부와 세포 내부의 물질 구성에 차이가 발생)
•세포막 내부는 –60 ~ –100 mV의 전위차를 유지
나트륨 이온 | •분포: 세포 밖 ＞ 세포 안 •칼륨 이온보다 투과력이 낮아 느리게 유입 |
칼륨 이온 | •분포: 세포 안 ＞ 세포 밖 •막을 통한 투과성도 좋아 세포 안에서 밖으로 쉽게 투과 |
나트륨–칼륨 펌프 | •나트륨과 칼륨의 이온 농도차를 유지: 나트륨–칼륨 펌프를 통한 능동수송 •펌프의 작용: 세포 밖에 양이온이 더 많아짐 – 세포막 안이 음전위를 띠게 되는 원인 |
신경 세포막의 안정막전위 | –60 ~ –100 mV |
근육 세포막의 안정막전위 | –70 ~ –100 mV(평균 –85 mV) |
4. 활동전위 단계 21 22
잠복기 | 문턱값 자극: 안정막전위에 변화가 나타나는 단계 |
탈분극 | •나트륨 통로가 열림 •나트륨 이온이 세포 밖에서 안으로 나트륨 통로를 통해 유입 •전위가 –70 mV에서 +30 mV로 급격히 올라감 |
재분극 | •칼륨 통로가 열림(나트륨 통로는 닫힘) •칼륨 이온이 세포 안에서 밖으로 칼륨 통로를 통해 배출 •전위가 안정막전위 쪽으로 떨어짐 |
과분극 | •안정막전위 수준(–70 mV)으로 전위가 떨어지면 칼륨 이온 통로가 닫힘 •안정막전위보다 아래로 전위의 변화가 더 떨어짐 |
5. 실무율, 가중, 순응 및 불응기
실무율 | •생체에 자극이 왔을 때 신경세포가 작동하는 기전 •일정한 강도에 이르지 못한 자극에 대해서는 전혀 반응하지 않고 무시해버리나 특정 강도의 역치(threshold)를 넘은 자극에 대해서만 일정하게 반응하는 현상 | |
가중 | •흥분성 조직을 역치하 강도로 자극 시, 자극이 누적되어 활동 전압이 유발되는 것 – 시간적 가중: 빈도 – 공간적 가중: 여러 부위 자극 | |
순응 | 일정한 강도의 자극이 계속되면 적응으로 인해 문턱값이 증가되어 역치가 커지는 것 | |
불응기 | 절대적 불응기 | 활동전위가 발생하여 큰 자극을 반복해서 주더라도 전혀 반응이 나타나지 않는 시기 |
상대적 불응기 | 보통 크기의 강도로는 반응이 나타나지 않으나, 매우 큰 강도로 자극하면 반응하는 시기 | |
6. 신경섬유의 특성
1) 신경섬유의 종류(type of nerve fiber)
유수 신경 | A 섬유 | •도약전도(jumping conduction): 랑비에 결절에서 마디에서 마디로 건너뛰는 불연속적인 활동전위 •크고, 전도가 빠름. 운동 및 감각의 신경섬유 •α: 근육으로 가는 편심성 섬유 •β: 촉각, 압각, 골지건 기관의 동심성 섬유(관절위치, 움직임, 감각 등) •γ : 근방추로 가는 편심성 섬유 •δ : 빠른 통증, 온도, 경한 촉각 등을 감지하는 동심성 섬유 |
B 섬유 | •도약전도 •작고 전도가 느림, 자율신경계의 신경절전섬유 | |
무수 신경 | C 섬유 | •국소전류 •느린 통증 전달 •자율신경계의 신경절후섬유 •동심성 섬유인 말초신경과 통증 전달하는 섬유 |
7. 근육
1) 근육의 분류
분류 | 뼈대근 | •수의근 •가로무늬근 |
심장근 | •불수의근 •가로무늬근 | |
민무늬근 | •불수의근 •민무늬근 |
2) 뼈대근의 특성과 기능
특성 | •골격근조직, 결합조직, 신경, 혈관 포함 •700여개로 구성 |
기능 | •골격을 움직임 •자세유지 •연조직 지지 •입구와 출구를 막아줌 •체온유지 |
그림 뼈대근 섬유의 구조
3) 신경의 근육으로 신호 전달
신경근 연접부(neuromuscular junction)를 통해 일어남
1단계 | 신경 세포막의 활동전위가 신경종말 부위에 도달 |
2단계 | 활동전위가 칼슘 통로를 열어 아세틸콜린 방출 |
3단계 | 아세틸콜린이 운동종말판의 나트륨 칼륨 통로를 개방하여 활동전위 발생 |
4단계 | 근육 세포막에 활동전위가 근육 세포막 전체에 막전위를 일으킴 |
4) 근육 수축 과정
1단계 | 막전위가 가로세관의 칼슘이온을 방출 |
2단계 | 트로포닌에 칼슘이온이 결합하면 가려져 있던 활성 부위가 노출 |
3단계 | 마이오신 분자의 머리 부분이 가는 근육섬유의 활성 부위에 결합하여 가교를 형성 |
4단계 | •마이오신 분자의 머리 부분이 회전하면 가는 근육섬유의 액틴분자를 끌어당김 •ADP와 인산기가 떨어져 나감 |
5단계 | •마이오신 분자에 새로운 ATP가 결합되면서 가교 분리 •4~5단계의 과정이 반복되면서 활주가 일어남 |
5) 뼈대근 수축 시 나타나는 근절(sarcomere)의 구조적 변화
육안적 구조 | 구성 섬유 | 수축에 따른 변동 |
A대 | 굵은 섬유 + 가는 섬유 | 길이 변화 없음 |
I대 | 가는 섬유 | 짧아짐 |
H대 | 굵은 섬유 | 짧아짐 |
Z선 | 가는 섬유 | 서로 가까워짐 |
6) 뼈대근의 전기적 특성
연축(twitch) | 근육에 역치 이상의 단일자극을 가했을 때 발생하는 한 번의 근수축과 이완 |
강축(tetanus) | •지속적이고 연축보다 큰 힘을 나타내는 수축: 짧은 시간 간격으로 반복하여 자극 •전류 강도를 증가시킴으로써 강축을 일으킬 수 있음 |
연축과 강축을 결정하는 가장 중요한 요인은 자극빈도(주파수)임 | |
MEMORY KEY | 의료용 전류가 인체에 미치는 효과를 파악하고 반드시 이해하고 있어야 한다. |
8. 전기 치료의 효과 23
열 효과 | •전류가 흐름에 따라 전기에너지가 열에너지로 전환 •열량의 크기: Joule’s 법칙에 의존 – 줄의 법칙: 전류의 제곱에 비례하고, 저항에 비례하며, 통전시간에 비례 | |
화학적 효과 | •연속 직류에서 발생 – 1차 반응: 이온들의 분리와 재분포 – 2차 반응: 분리된 이온들이 새로운 화학 물질을 생성 | |
1차 반응 | •이온의 분리와 재분포 현상 •NaCl = Na+ + Cl-(분리) •H2O = H+ + OH-(분해) | |
2차 반응 | •새로운 화학 물질의 생성 •음극: Na + OH = H↑+ NaOH(수소 발생) •양극: Cl + H = OH↑+ HCl(산소 발생) | |
전자기 효과(역학적 효과) | •신경이나 근육의 전기적 자극을 통한 근육의 수축 유도 •도체나 코일에 전류가 흐르면 전류의 수직 방향으로 자기장 형성 •전자기 유도에 의해 유도전류 발생 | |
9. 전기의 기본 법칙
1) 옴(ohm)의 법칙 20
저항의 단위로 도선의 양 끝에 1 V의 전압을 걸어줄 때 1 A의 전류가 흐르는 도선의 전기 저항이 1 Ω(옴)이 됨
I = V/R | •도선에 흐르는 전류의 세기(I)는 전압(V)에 비례하고, 저항(R)에 반비례 – 전류와 전압은 비례 – 전류와 저항은 반비례 – 전압과 저항은 비례 |
저항률 | 도체의 저항은 도선의 단면적에 반비례하고, 도선의 길이에 비례 |
도전율 | 전류가 잘 흐르는 정도를 나타내는 척도, 저항률의 역수로 나타냄 |
(1) 저항
•체내에서 전류의 흐름을 방해하는 성질
•도체 내의 전류는 자유 전자의 흐름. 이러한 전자들은 진동으로 인하여 금속 원자들과 충돌을 일으키는 등 흐름의 방해를 받음
물체의 저항 | •도체에 흐르는 전류의 흐름을 방해하는 정도 •도체의 길이(L)에 비례, 단면적(S)에 반비례 |
온도에 따른 저항 | •반도체는 온도 상승에 저항이 감소: 전류의 흐름이 빨라짐 •금속은 온도가 상승하면 원자들의 운동이 활발해져서 전자의 이동을 방해하여 저항은 증가 |
2) 피부 저항 25
전류의 종류, 주파수, 강도, 병변 유무에 따라 다름
피부 저항 증가 요인 | •직류전류(화학작용) •낮은 주파수 •높은 전압 •느린 강도 증가시간 •병변(말초 및 중추신경 병변, 말초순환장애, 건선 등 피부질환, 정서장애 등) |
피부 저항을 감소시키는 방법 | •피부 청결: 피부 탈락 세포, 기름 등이 묻어있지 않도록 깨끗이 씻음 •온습포 또는 적외선 등으로 5~10분간 열을 가함 •전극을 습하게 하거나 전극풀 등을 사용 – 탄소 실리콘 전극은 전극풀을 사용 – 습식 패드 전극은 전도액을 사용 •전극의 크기를 크게 하거나 전극과 전극의 거리를 좁힘 |
3) 패러데이 법칙(Faraday’s law) 21
•전자기 유도 현상에 의해 유도전류 발생하는 원리에 대해 기술한 법칙
•회로 외부에 형성된 자기장의 변화가 발생할 때, 이로 인해 기전력이 생기는 현상에서 이 기전력은 자기력의 시간적 변화와 코일 회로의 감은 횟수에 비례
제1법칙 | 고정된 도체에 자석의 움직임에 의해 전류가 발생 |
제2법칙 | 고정된 자석에 도체의 움직임에 의해 전류가 발생 |
전자기 유도 | •자기장에 의해 전기장을 만들어 내는 현상 •코일 속을 지나는 자속이 변화함에 따라 코일에 기전력이 유도되는 현상 |
유도 기전력 | 코일에 유도되는 기전력 |
유도 전류 | 유도 기전력에 의한 전류 |
4) 줄(Joule’s)의 법칙
•도선에 전류가 흐르면 열이 발생
•줄의 공식에 의해 도체 내에서 발생하는 열량
Q = 0.24 I2 Rt(cal) |
•단위 시간당 발열량(Q)은 전류 세기(I)의 제곱과 전기 저항(R) 및 통전 시간(t)에 비례 •전류 세기(전류 강도) 제곱에 비례 •저항에 비례 •통전시간에 비례 |
5) 키르히호프(Kirchhoff’s)의 법칙
전하량 보존의 법칙
제1법칙 | •전류의 법칙 •전하량 보존의 법칙 •전기회로의 임의의 절점에 대해서 절점으로 흘러들어오는 전류의 총합과 흘러나가는 전류의 총합은 같음 |
제2법칙 | •전압의 법칙 •전기에너지 보존의 법칙 •전기회로의 임의의 닫힌회로에서 전압의 방향을 한 방향으로 했을 때 각 구간의 전압 상승의 총합과 전압 강하의 총합은 같음 |
10. 전류밀도 20
•단위 면적당 흐르는 전류의 양
•신체 조직의 특정한 횡단면을 통과한 전류의 양
단위 | •mA/cm2 •전류 강도의 제곱에 비례, 전극 표면적에 반비례 |
전류밀도 증가방법 | •전류의 강도를 크게 하고 전극의 접촉면이 작으면 전류밀도는 증가 •전극의 모양, 전극 배치 방법은 전류밀도와 관계있음 |
전류밀도 감소방법 | •전류 강도를 작게 함 •전극 크기를 크게 함 |
11. 단속시간 비(on–off ratio)와 순환 주기(duty cycle)
단속시간 비 (on–off ratio) | •전류의 통전시간과 단속시간의 비율 •일정 시간 동안 전류를 통전과 단속을 통해 변조하는 방법 •전기자극의 역학적 효과를 위한 중요한 요인 – 근재교육, 관절운동범위 증진, 정맥순환 증진 등 |
순환주기 (duty cycle) | •= 활동주기 •맥동렬 또는 돌발의 총시간에 대한 통전시간의 백분율 •순환주기 = 맥동렬기간 × 100/총주기시간 |
MEMORY KEY | 신경근의 전기적 특성, 전류의 세 가지 효과, 전기치료의 기본 법칙, 전류밀도와 피부 저항 감소방법 등을 반드시 이해하고 있어야 한다. |
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