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International Journal of Arrhythmia 2009;10(1): 8-10.
MAIN TOPIC REVIEWS
심방세동의 병태생리

울산대학교 의과대학 내과학교실 남기병  

심방세동의 발생과 유지 기전

  과거 전통적으로 이해되었던 multiple wavelet, leadingcircle 이론에 입각하여 maze 수술만이 심방세동을 완치할 수 있다는 개념이 지배적이었으나,1,2 폐정맥에서 기원하는 빠른 이소박동이 발작성 심방세동을 일으킬 수 있다는 개념이 소개되면서3 심방세동의 병태생리, 치료 면에 많은 변화를 가져왔다. 심방세동의 시작 기전은 이러한 폐정맥이 가장 중요한 역할을 할 것으로 생각되며, 기타 상대정맥, 관정맥동, Marshall vein 등 thoracic vein이 그 시작과 유지에있어 중심 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이는 특히 발작성 심방세동의 기전을 이해하는 데 있어 중요한 개념으로 받아들여지고 있다.4
심방세동이 지속되어 만성화되면 이러한 폐정맥 등의 국소 및 이소박동의 중요성보다는 심방 자체에서 세동이 시작되고 유지되는 기전이 더욱 중요한 역할을 하여 다수의 회귀파가 스스로 생성, 소멸되면서 세동이 자생적으로 유지되는 것으로 알려져 있다(multiple wavelet theory). 최근 이러한 회귀파는 완전히 무질서하고 무작위로 나타나는 것보다는 회귀파의 구동점(mother rotor)이 단일 혹은 다수로 존재하고, 이로부터 인접 심방으로의 전도가 불규칙적으로 일어나므로(fibrillatory conduction) 심방세동의 불규칙적인 파형이 형성된다는 이론이 제시되어 심방세동에 전극도자술이 적용되는 이론적 배경을 이루고 있다.
심방세동의 병태생리를 이해하는 데 있어 또 하나의 중요한 개념은 심방세동에 의한 심방의 ‘재형성(remodeling)’이다.5 이는 심방세동이 일단 시작되면 심방에 여러 가지 변화가 나타나고, 이러한(전기적, 형태학적, 수축력) 변화는 심방세동이 더욱 잘 유지되는 방향으로 전개되므로 심방세동이 더욱 안정된 상태로 유지된다는 이론이다. 이는 마치 승모판 역류가 일단 생기면 역류혈에 의하여 심장이 확장되고, 이러한 확장으로 인하여 역류가 더욱 악화되므로 악순환이 유지되는 것과 비슷한 이치이다. 이러한 악순환은 한번 시작되면 양성 되먹임처럼 작용하여 심방세동을 고착시킬 수 있으며, 치료 면에 있어 불리한 방향으로 작용할 수 있다. 심방세동에서 나타나는 재형성을 세 가지 측면에서 기술하면 다음과 같다.

심방의 재형성

1. 전기적 재형성(electrical remodeling)

  심방이 빠른 속도로 수축하면 이에 수반하여 여러 가지 이온 전류의 변화가 나타난다. 특히 칼슘 전류의 현저한 감소로 인하여 활동 전압의 단축이 나타나고, 활동 전압의 단축은 심방세동 회귀파의 수를 늘려서 심방세동이 더욱 더안정된 상태로 변화하는 데 중요한 역할을 하게 된다.6 또한 칼륨 전류의 감소로 인하여 항부정맥제(이온 전류 차단제)의 효과가 감소하는 결과가 나타난다(Table 1).
심방세동은 세포막에 분포하는 이온 전류의 변화 외에도 세포 내 칼슘 순환에도 중대한 변화를 초래한다.7-10 근장그물(sarcoplasmic reticulum) ryanodine receptor (RyR)의 인산화로 인하여 calstabin2의 해리가 나타나고, 이로 인하여 RyR로부터의 칼슘 방출에 변화, 즉 RyR의 coupled gating 기능의 장애로 인한 칼슘 방출의 무질서한 증가, Ca2+ spark, Ca2+ wave의 증가 등이 나타난다.9 SERCA (sarcoendoplasmic reticulum calcium-ATPase)의 기능을 조절하는 phospholamban의 인산화는 SERCA의 칼슘 재흡수를 증가시킨다. 이는 RyR의 칼슘 방출 증가로 인한 근장그물의 칼슘 고갈(Ca2+ depletion)을 방지하는 역할을 하기는 하지만 이로 인하여 근장그물에서 이완기칼슘 누출(Ca2+ leak)이 나타나는 원인을 제공하기도 한다.10



   반면에 수축단백(contractile protein)의 조절에 관여하는myosin binding protein-C의 인산화 감소는 actin과myosin의 결합 장애를 초래한다. 이러한 칼슘 순환의 장애는 심방의 전기적 변화 특히 이완기 세포 내 칼슘 증가에 의한 afterdepolarization을 유발시켜 심방세동을 유발, 악화, 유지시키는 데 기여하고 심방의 수축력 저하를 초래한다.10 한편 세포 사이의 연결을 담당하는 connexin의 감소가 나타나 세포간 전도 속도가 느려지며, 이는 활동 전압의 단축과 함께 회귀회로 길이(wavelength)의 감소를 야기함으로써 심방세동이 지속되는 데 좋은 조건을 제공한다. 11

2. 수축력 재형성(contractile remodeling)

  심방세동은 심방 수축력의 현저한 저하를 동반하는데,이는 전술한 칼슘 전류의 저하7, RyR의 과인산화(hyperphosphorylation)에 의한 FK506 binding protein  (calstabin)의 분리와 이로 인한 RyR 민감도 변화9, actinmyosin의 상호작용을 돕는 myosin binding protein-C (MyBP-C)의 저인산화(hypophosphorylation)에 의한 수축력 저하10 등에 의하여 나타나는 것으로 알려져 있다. 이러한 수축력 저하는 또한 심방세동의 동율동 전환 후에도 현저하게 나타나서 동율동 전환 직후에 나타나는 혈전증 발생의 원인이 된다.12

3. 구조적 재형성(structural remodeling)

  심방세동이 지속되면 세포 내 칼슘 축적, 세포 내 미세기관의 변화(Table 2)와 함께, 산화 스트레스, 염증 반응,레닌-안지오텐신-알도스테론계(renin-angiotensinaldosteronesystem) 활성화, 신장(stretch) 등이 동반되고 이러한 동반 요인들은 심방의 구조적인 변화를 초래한다. 심방은 심실에 비하여 심장근 세포 대 세포외기질의 비중이 높고, 세포외기질의 섬유아세포는 심방세동 발생시angiotensin II, TGF-β1 (transforming growthfactor-β1) 등 다양한 매개체를 통하여 증식과 collagen단백 형성을 증가시켜 심방의 섬유화, 확장 등의 변화로 나타난다.13

심방세동의 병태생리에 입각한약물 치료의 적용

   심방세동의 약물 치료는 부작용 및 낮은 효과로 인하여그 역할이 많이 위축되고 있는 실정이나, 최근 이러한 심방세동의 병태생리에 근거하여 전통적인 항부정맥제 외에 좀 더 근본적으로 심장의 구조적, 전기적 변화를 막기위한 비항부정맥제 치료가 활발히 임상에 적용되고 있으며, ACE (angiotensin converting enzyme) 억제제,ARB (angiotensin II receptor blocker), statin,omega-3 지방산 등의 upstream therapy가 주목받고있다.

References

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  2. Nattel S. New ideas about atrial fibrillation 50 years on. Nature.2002;415:219-226.
  3. Haissaguerre M, Jais P, Shah DC, Takahashi A, Hocini M,Quiniou G, Garrigue S, Le Mouroux A, Le Metayer P, Clementy J.Spontaneous initiation of atrial fibrillation by ectopic beatsoriginating in the pulmonary veins. N Engl J Med. 1998;339:659-666.
  4. Chou CC, Chen PS. New concepts in atrial fibrillation:mechanism and remodeling. Med Clin North Am. 2008;92:53-63.
  5. Allessie M, Ausma J, Schotten U. Electrical, contractile and structural remodeling during atrial fibrillation. Cardiovasc Res.2002;54:230-246.
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