핵심 해설
이 문제는
심장 근육세포(Cardiac Myocyte)의
활동전위(Action Potential) 각 상(Phase)별 이온 이동을 이해하고 있는지 묻는 기초의학(생리학) 문제예요. 특히
2상(Plateau Phase)은 심장 근육만의 독특한 특징으로, 긴 불응기(Refractory Period)를 만들어 심장이 tetany(강직성 수축) 없이 규칙적으로 수축과 이완을 반복할 수 있게 해줍니다.
1.
핵심 개념 분석 (Key Concept): 심장 활동전위는 0상(탈분극), 1상(초기 재분극), 2상(평탄기), 3상(재분극), 4상(안정기)으로 구분됩니다. 2상(plateau phase)에서는
핵심! L형 칼슘 채널(L-type Calcium Channel)을 통해
칼슘 이온(Ca²⁺)이 세포 내로 천천히 유입되고, 동시에
지연성 칼륨 채널(Delayed Rectifier K⁺ Channel)을 통해 칼륨 이온(K⁺)이 세포 밖으로 유출되면서 두 이온 전류가 평형을 이루어 막전위가 0mV 부근에서 유지됩니다.
2.
정답 근거 (Answer Rationale): ②번
칼슘 이온의 L형 칼슘 채널을 통한 세포 내 유입이 2상 유지의 가장 직접적인 원인입니다. 이 칼슘 유입은 근소포체(Sarcoplasmic Reticulum)에서 칼슘 유도 칼슘 방출(Calcium-Induced Calcium Release, CICR)을 촉발하여 심근의 수축(Excitation-Contraction Coupling)을 일으킵니다.
3.
오답 분석 (Distractor Analysis):
-
혼동 주의! ①번
나트륨 이온의 급속한 세포 내 유입은 활동전위 0상(rapid depolarization phase)의 핵심 사건이며,
속 나트륨 채널(Fast Na⁺ Channel)을 통해 일어납니다. 2상과 혼동하지 마세요.
- ③번
염소 이온의 세포 내 유입은 심장 활동전위에서 주요 역할을 하지 않습니다. 주로 신경세포나 평활근에서 억제성 시냅스 후 전위(IPSP)와 관련됩니다.
- ④번
칼륨 이온의 급속한 세포 외 유출은 주로 1상(초기 재분극)에서 일시적으로 나타나는 일시적 외향 전류(transient outward current, I_to)와 3상(재분극)의 주된 전류이며, 2상에서는 지연성 칼륨 채널에 의해 느리게 유출됩니다. "급속한" 유출은 2상의 특성이 아닙니다.
- ⑤번
마그네슘 이온의 세포 외 유출은 심장 활동전위의 주요 이온 이동에 포함되지 않습니다. 마그네슘(Mg²⁺)은 세포 내에서 여러 효소의 보조인자로 작용하지만, 활동전위 형성에 직접 관여하지는 않습니다.
4.
연관 개념 정리 (Related Concepts):
L형 칼슘 채널 차단제(Calcium Channel Blocker, CCB)는 2상의 칼슘 유입을 억제하여 심근 수축력(-Inotropic effect)과 전도 속도(-Chronotropic/Dromotropic effect)를 감소시킵니다. 반면
칼륨 채널 차단제(예: Amiodarone)는 재분극(3상)을 지연시켜 활동전위 기간(APD)을 연장시킵니다. 두 약물의 작용 기전을 활동전위 상과 연결지어 이해하면 약리학 문제에도 대비할 수 있어요.
개념 정리: 심장 활동전위 각 상의 핵심 이온 이동을 표로 정리하면 다음과 같습니다.
| Phase | 명칭 | 주요 이온 이동 | 주요 채널 |
|---|
| 0상 | 탈분극(Depolarization) | Na⁺ 급속 유입 | 속 나트륨 채널(Fast Na⁺ Channel) |
| 1상 | 초기 재분극(Early Repolarization) | K⁺ 급속 유출 (I_to) | 일시적 외향 칼륨 채널 |
| 2상 | 평탄기(Plateau) | Ca²⁺ 유입 ↔ K⁺ 유출 (평형) | L형 칼슘 채널 & 지연성 칼륨 채널 |
| 3상 | 재분극(Repolarization) | K⁺ 급속 유출 | 지연성 정류 칼륨 채널 |
| 4상 | 안정기(Resting) | Na⁺/K⁺ ATPase, Na⁺/Ca²⁺ 교환 | 이온 펌프 및 교환체 |
한눈에 비교!:
심장 활동전위 vs 골격근 활동전위
| 특징 | 심장 근육 | 골격근 |
|---|
| 활동전위 기간 | 길다 (200~400ms) → 긴 불응기 | 짧다 (1~5ms) |
| 2상(Plateau) 유무 | 있음 (Ca²⁺ 의존) | 없음 |
| 수축 방식 | 단일 수축 후 이완 (Tetany 방지) | 강한 자극 시 tetany 가능 |
암기 팁:
"0상: 나(Na) 급속, 2상: 칼(Ca) 평탄"으로 외우세요. 0상은 나트륨이 급속히 들어와 급격히 올라가고, 2상은 칼슘이 들어와 평탄한 고원을 만듭니다.
국시 빈출 포인트: 이 문제는 기초의학 생리학 영역에서 매우 자주 출제되는 유형입니다. 특히 각 상의 이온 이동을 직접 묻거나, 활동전위 기간이 긴 이유(2상의 칼슘 유입), 또는 심전도(ECG) 파형(QRS, ST, T파)과의 연관성을 묻는 형태로 변형되어 나올 수 있어요. (예: "ST분절은 활동전위 중 어떤 상에 해당하는가?" → 2상)
기출 변형 주의!: "디곡신(Digoxin) 중독 시 활동전위에 미치는 영향"이나 "고칼슘혈증(Hypercalcemia)이 심장 활동전위를 어떻게 변화시키는가" 등 임상 상태와 연결된 문제로 확장될 수 있습니다. 고칼슘혈증은 2상의 Ca²⁺ 유입이 이미 많아져 활동전위 기간을 단축시키고, 불응기를 줄여 조기 탈분극(early afterdepolarization, EAD) 위험을 높입니다.