실험 날 2015년 9월 18일 금 

배경 지식

1-1   운동 단위(Motor units)

  골격근(Skeletal muscles)은 물리적인 일을 한다. 근육이 수축하면 물건을 움직일 수 있는 힘을 낼 수 있다. 어떤 물건을 움직이기 위해서는 충분한 힘을 내야한다.

      골격근을 구성하는 근섬유에는 어느 섬유에도 운동 신경이 분포되어 있는데 한 가닥의 운동 신경의 말단은 많은 가지로 나뉘어져 있으며, 많은 경우는 100가닥 이상의 근섬유에 분포되어 근섬유들을 지배한다. 운동뉴런이 흥분하면 그 지배 하의 근섬유는 거의 동시적으로 흥분하거나 수축된다. 이와 같이 한 가닥의 운동 신경에 지배되는 신경과 근섬유와의 그룹을 운동 단위라고 한다.

뇌나 척수가 근육의 운동단위를 활성화 시킬 때 근섬유는 수축된다.

      근섬유(Muscle fibers)는 수백 개의 운동단위로 이루어져 있다. 근섬유가 기계적인 일을 해냈을 때는 뇌에 의해 활성화된 근육의 많은 운동단위가 일을 하기에 적절한 양일 때이다. 일의 양이 많을수록 활성화된 운동단위는 많다.

1-2 활동 전위(Action potential)

     생물체의 세포나 조직이 활동할 때 일어나는 전압 변화. 세포막에 존재하는 나트륨·칼륨 등은 이온 펌프 활동을 통해 세포 안팎의 이온 조성 차이를 지속시킨다. 이러한 이온 조성차로 세포막 내부 쪽이 60∼90㎷의 음전위(정지전위)를 띠게 된다. 신경·근육 등의 흥분성 세포가 작용하면 세포막 안팎의 극성이 변하여 세포 안이 30∼40㎷의 양전위로 전위되는데, 이때의 전위를 활동전위라고 한다.

*결과 표

 결론

1.     힘을 주면 팔의 전압이 올라가는 이유는 운동단위의 다발인 근섬유에 일을 시키기 위해서 뇌가 명령을 내릴 때 전기적인 신호인 활동전위가 발생하기 때문이다. 손이 큰 힘을 주려면 큰 활동전위가 발생하고 약한 힘을 주면 작은 활동전위가 발생하는 것을 볼 수 있었다.

2.     최대 악력을 주었을 때 각각 오른손은 평균 0.8730mV가 발생하였고 왼손은 평균 0.8117mV가 발생하였다. 이로부터 오른손의 악력이 조금 더 크지만 비슷한 것을 볼 수 있었다.

고찰

1.     신체의 전기적 신호를 실제로 측정해봤는데 이러한 생물적인 신호를 잡아내기 힘들 줄 알았는데 생각했던 것 보다 결과가 잘 나왔다.

2.     손에 힘을 주면 올라가는 활동전위를 기계에 필요한 신호로 이용 할 수 있을 것 같다.

[BEEL]- 안유진 Previous Report 2015-09-18.docx

[BEEL]- 안유진 Result Report 2015-09-24.docx

1.     배경지식

1-1.         Galvanic skin response

이번 섹션에서는, 옴의 법칙을 적용하여 피부의 전기적 저항의 변화를 기록할 것이다.

인간의 피부는 특히 손가락, 손바닥과 발바닥과 같은 맨 끝 영역에서 몇몇 생체전기 현상의 형태를 나타낸다.

l  Galvanic skin resistance (GSR) – 아주 약한 전류가 약 일 인치 떨어진 두 전극 사이에 지속적으로 흐를 때, 그 사이에 기록되는 전기적 저항(galvanic skin resistance)은 피실험자의 감정상태에 따라 다양하게 나타난다.

l  Galvanic skin potential (GSP) – 비슷하게, 전극들이 적절한 전압 증폭기에 연결되어 있고 어떤 외부적인 전류가 없다면, 그들 사이에서 측정되는 전압(galvanic skin potential)은 피실험자의 감정상태에 따라 변한다.

실험 대상의 감정에 연관된 이러한 GSR와 GSP에서의 결합된 변화들은 galvanic skin response를 구성한다.

Galvanic skin response의 생리적인 근간은 자율신경계(주로 교감신경)에서의 변화로 피실험자의 정서적인 상태의 변화에 응하여 피부와 피하 조직에서 일어난다. 주변적인 자율신경계에서의 변화는 피부 혈액의 흐름을 바꿔서 GSR와 GSP를 차례로 바꾼다.

예를 들어, 만약에 고통스러운 자극이 전극에서 떨어진 피부의 한 부분에 가해지면, 그 자극은 땀 분비샘에서 일반적으로 나타나는 교감신경의 분비물을 끌어낼 것이다. 땀의 증가는 피부의 전기적 저항을 작게 하는데, 이는 땀이 피부의 전기 전도성을 증가시키는 물과 전해액을 포함하기 때문이다.

1-2.         정신생리학 변수들의 관측과 기록

육체의 감각적 자극들(고통, 압력, 촉감)에서 감정의 변화는 주변적인 자율신경계

에서의 변화와 galvanic skin response를 끌어낸다. 일반적인 한가지 예를 얼굴 피부 혈관의 혈관확장 현상(얼굴이 빨개지는)과 쑥스러운 감정에서 종종 나타나는 땀의 증가이다.

Galvanic skin response의 감지와 기록은 종종 다른 자율신경계에 영향을 받는 심박수, 호흡율, 혈압과 같은 정신생리학의 변수들의 관측과 기록과 결합된다. 이러한 변수들은 감지하고 기록하는 장치를 polygragh라고 한다. 많은 사람들이 polygragh를 거짓말 탐지기와 같은 의미로 생각하지만, 이것의 글자상의 의미는 “많은 측정”이다. (poly-many, gragh – write)

피부의 전기적 활동(EDA)는 galvanic skin response(GSR)과 피부의 전도성에서의 변화를 나타내는데 사용된다는 같은 의미로 쓰여왔다. 이번 수업에서는 polygragh의 의미에 맞게 세가지 측정을 할 것이다. : (a) EDA, (b) 호흡, (c) 심박수

2.     실험 목표

1)     피부의 전기적 활동을 기록하는 방법에 친숙해진다.

2)     육체적이고 특별한 감각적 자극들에 연관된 호흡율, 심박수, 피부저항의 변화를 관측하고 기록한다.

3)     인지 행동과 감정에 연관된 호흡율, 심박수, 피부저하의 변화를 관측하고 기록한다.

4)     Polygraphy과 그것의 이용가능성의 이해를 얻기위해서 다양한 실험 조건에서 기록된 3채널 poltgram을 분석한다.

3.     실험 부품 및 장비

-BIOPAC disposable vinyl electrodes (EL503) – 3 electrodes per Subject

-BIOPAC Electrode lead set (SS2LA/L)

-BIOPAC EDA setup

-Disposable setup: EDA/GSR Lead (SS57L) and EDA Gelled Electrodes (EL507 x 2)

-Reusable setup: EDA/GSR transducer (SS3LA/L), Electrode gel (GEL1), and flat blade screwdriver

-BIOPAC Respiration transducer (SS5LB or older SS5LA or SS5L)

-BIOPAC PAPER1 Or nine sheets of different colored paper. Recommended: 8-1/2”x 11” sheets in white, black, -green, red, blue, yellow, orange, brown, purple

-Biopac Student Lab System: software BSL 3.7.3 or above data acquisition unit MP36, MP35, or MP30 (Windows only)

-Computer System

4.     실험 방법

1.     피실험자에게 호흡변환기, EAD 변환기, 전극과 전선을 붙인다.

2.     피실험자를 감독자와 마주하면서 화면에서 멀리 떨어지도록 앉힌다. 기록자는 화면을 보고 감독자가 피실험자에게 하는 지시를 듣는다.

3.     (segment 1)5초를 기다린다. 그 후 감독자는 피실험자에게 다음과 같은 일을 수행하고 질문 사이사이에 잠깐 식 멈춘다.

a)     조용히 이름을 말한다.

“이름”

b)    조용히 10에서부터 거꾸로 센다.

“10에서부터 거꾸로 세라”

c)     홀수씩 증가시키면서 빼면서 30에서부터 거꾸로 센다.

“30에서부터 거꾸로 세라”

d)    감독자는 피실험자의 한쪽 얼굴을 만진다.

“만져진 얼굴”

4.     (segment 2) 감독자는 피실험자의 얼굴에서 약 2feet의 거리에서 PAPER 1을 잡고 있는다. 감독자는 피실험자에서 각 사각형에 10초동안 집중하도록 지시하고, 요청 사이에 잠깐씩 멈춘다.

5.     (segment 3) 감독자는 피실험자에서 아래의 10개 질문을 물어보고 피실험자의 응답을 적는다. 피실험자는 “yes” 또는 “no”로 대답한다.

a)     Are you currently a student?                                                    Y         N

b)    Are your eyes blue?                                                                   Y         N

c)     Do you have any brothers?                                                         Y         N

d)    Did you earn an “A” on the last physiology exam?                           Y         N

e)     Do you drive a motorcycle?                                                     Y         N

f)      Are you less than 25 years of age?                                             Y         N

g)    Have you ever traveled to another planet?                                    Y         N

h)    Have aliens from another planet visited you?                                Y         N

i)      Do you watch “Survivor”?                                                        Y         N

j)      Have you answered all of the preceding questions truthfully?         Y         N

뇌는 뇌 표면을 바로 감싸며 보호하고 있는 머리뼈인 두개골로 싸여있다. 또한 두피라고 불리는 두꺼운 피부가 두개골의 대부분을 감싸고 있다.

두개골 바로 아래의 가장 큰 뇌의 부분은 대뇌 피질이다. 대뇌 피질은 신경 세포인 뉴런들로 이루어져 있고 이러한 것들은 서로서로 기능적으로 연결되어 있으며 뇌의 다른 부분들과 연결되어 있다. 대뇌 피질 세포에서 받거나 보내는 신경 충격 형태의 활동전위는 항상 존재하며, 자는 동안에도 활성화 상태이다. 의학적이고 법적 감각뿐만이 아니라 생물학적 관점에서 인간의 대뇌 피질에서의 활동 전위의 부재는 사망을 의미한다.

대뇌 피질은 추상적 사고, 추론, 골격근의 자발적이거나 비자발적인 제어, 그리고 신체의 본능적이고 특별한 감각 자극들의 인식과 구별의 기능을 담당한다. 대뇌 피질의 특수한 영역은 다양한 정보를 처리하거나 만들어 낸다.

후두엽은 시각정보를 처리하고, 두정엽은 통각이나 온도 같은 체지각은 처리한다.

뇌의 정보는 주변에서부터 중심부로 전달되고, 그 정보는 대뇌 피질의 다양한 영역에 보내진다. 대뇌 피질은 두개골 바로 아래에 있기 때문에 뇌의 다양한 영역 위에 두피 상에 놓인 전극들은 기능하는 뉴런들의 활동 전위들 감지할 수 있다. 전극들을 사용하여 뇌의 활동을 기록하는 것을 뇌파 전위 기록술(Electroencephalogram) 또는 EEG라고 한다.

하나의 EEG 전극은 주로 바로 아래에 있는 뇌 영역의 활동을 탐지한다. 그럼에도 불구하고 전극들은 수천 개의 뉴런으로부터 정보를 받는다. 사실 대뇌 피질의 1밀리미터 평방에는 100,000개 보다 더 많은 뉴런들이 있다. 정신이 초롱한 사람의 대뇌 피질의 각 영역인 많은 정보를 받고, 통합하고 보내는 데 바쁘기 때문에 이러한 활동은 EEG에서 감지된다.

전극 쌍은 뇌 상의 두 지점 사이의 전위차를 측정한다. 세 번째 전극은 신체의 기준 전위인 GND으로서 귓불에 붙인다.

EEG에 있는 4개의 간단한 주기적인 파형은 alpha, beta, delta, theta 이다. 이 파형들은 주파수와 진폭으로 구별된다. 두피 전극으로 기록되는 진폭들은 uV의 범위에 있다.

ㆍAlpha

4개의 기본 파형들은 각각 특정 상태들과 관련이 있다. 일반적으로 alpha파는 깨어 있지만 눈을 감고 쉬고 있는 성인에게서 두드러지게 나타나는 파형이다. 뇌의 각 영역은 특정 alpha파가 있지만, 가장 큰 진폭의 alpha파는 대뇌 피질의 후두엽과 두정엽 부분에서 측정된다.

많은 연구로부터 다음 사실이 확인되었다.

-여성이 남성보다 alpha파의 주기가 평균적으로 더 크다.

-alpha파는 보통 사교적인 피실험자에게 더 높게 나타난다.

-alpha파의 진폭은 눈을 감은 채 수행되는 피실험자의 정신적 집중 상태에 따라 다양하게 나타난다.

일반적으로 alpha파의 진폭은 피실험자가 눈을 뜨고 외부 감각에 신경 쓸 때 감소하지만 긴장을 푸는 기술을 연마한 피실험자는 눈을 뜨고 있더라도 높은 alpha파 진폭을 유지한다.

ㆍBeta

Beta파는 깨어나서 외부자극에 주의를 기울이거나 특별한 정신적 노력을 기울이는 사람에게서 나타난다. 하지만 역설적이게도 이 파형은 깊은 잠을 자고 있는 동안에도 나타난다. 이때는 REM(눈이 앞 뒤로 움직이는 상태) 수면이라고 한다. beta파의 진폭은 alpha파의 진폭보다 낮다. 이것은 활동 전위가 적다는 것을 의미하는 것이 아니라 양전위와 음전위가 균형을 잡기 시작하여 활동 전위의 합이 적다는 것을 의미한다. beta파는 깨어 있거나 긴장 상태의 더 높은 각성을 나타내어서 기억이나 기억을 되찾는 것과 관계가 있다.

ㆍDelta와 theta

Delta와 theta는 보통 자고 있는 성인에게서 증가하는 저주파 EEG 파형이다. 사람들이 가벼운 수면상태에서 더 깊은 수면상태로 빠질 때(REM 수면 전), alpha파는 감소하고 점점 저주파수인 theta와 delta파로 대체된다.

비록 delta와 theta파가 자는 동안 주로 나타나지만 깨어 있는 사람에서부터 이 파형들이 나타나는 경우도 있다. 예를 들어 theta파는 좌절하는 감정 반응의 짧은 사이에 나타날 수 있고 Delta파는 집중을 요하는 어려운 정신 활동 중에 증가할 수 있다. 일반적으로 delta와 theta파들은 개개인에 따라 다양하게 나타난다.

 2. 실험 목표

1. 깨어있는 피 실험자가 눈을 떴을 때와 감았을 때의 EEG를 측정한다.
2. 복잡한 EEG파에서 alpha, beta, delta, and theta를 분석한다.

실험자는 피실험자를 안정되게 유지시키면서 다음 표와 같이 눈을 깜빡이도록 하고 기록자는 눈 상태가 변할 때마다 그래프에 표시를 한다.

 4. 실험 결과

0 – 20초까지 눈을 떴을 때의 기록

21 – 40초까지 감았을 때의 기록

41 – 60초까지 눈을 떴을 때의 기록

2.데이터 분석

Table 3.2 Standard Deviation[Stddev] 단위는 uV

Table 3.3 Frequency (Hz)

[BEEL]- 안유진 Previous Report 2015-10-02.docx

[BEEL]- 안유진 Result Report 2015-10-15.docx

1.     배경지식

1-1.         눈알의 외적 근육

눈알의 운동은 눈알의 표면에 붙어있는 여섯 개의 작은 수의근의 개별적인 수축에 의해 만들어진다. 여섯 개중의 네 개의 근육은 rectimuscles(rectus, straight)라고 일컬어진다. : the superior rectus, the inferior rectus, the medial rectus, the lateral rectus. 나머지 두 근육은 눈알의 표면에 비스듬히 붙어져 있으며 superior oblique와 inferior oblique라고 불린다. 총괄하여, 여섯 개의 근육을 extrinsic eye muscles라고 부른다.

외적 근육의 수축은 뇌와 좌우 두개골 쌍에서의 motor pathway의 방식으로 제어된다. 두개골 신경3(oculomotor nerve)는 superior oblique와 lateral rectus를 제외한 모든 외적 안구 근육을 제어한다. 두개골 신경4(trochlear nerve)는 superior oblique를, 두개골 신경5(abducens nerve)는 lateral rectus를 제어한다.

일반적인 사람이 물체 하나를 응시할 때, 시각의 고정 점은 망막의 와에 있는 해당 감각 영역에 투영된다. 후두엽의 피질은 각 망막으로부터의 감각 정보를 통합하여, 일반적으로 단일한 이미지를 만들어낸다. 만약 눈의 가지런함에 혼란이 있다면, 망막에서 전달하는 정보의 손실이 있고 그 결과는 복시 또는 두 개의 상이 될 것이다. 눈을 응시하는 지점으로 움직이는 합심한 눈의 운동과 눈 바깥은 근육에서의 기본적인 응시 방향을 다음과 같다.

사람이 머리를 움직이지 않고 흔들리는 시계 추와 같은 움직이는 물체를 보는 것을 유지할 때, 두 눈은 정확하게 움직여야 하고 움직이는 물체의 깨끗하고 단일한 상을 만들기 위해 필요한 감각 정보를 얻기 위해서 뇌의 다른 부위들과 협력해야 한다.

1-2.         Electrooculography (EOG)

조정된 자발적 안구 운동은 전두엽의 motor 피질에서 시작되고 통제된다. 안구의 외적 근육의 제어와 관련된 뇌의 피질의 활동성은 기존의 EEG 기술로 감지하고 기록할 수 있다. Electrooculography (EOG)는 electrooculograms의 측정화 해석인 데, electrooculogram은 피실험자가 머리의 움직임없이 눈을 하나의 고정점에서 다른 점으로 움직이는 동안 얻어지는 EEG 추적이다.

2.     실험 목표

1)     수평면상의 EOG를 기록하고 다음 조건의 눈의 움직임과 비교한다. : 추 응시하기, 추 시뮬레이션, 조용히 읽기, 큰 소리로 읽기, 도전적인 물체를 읽기

2)     수직면상의 EOG를 기록하고 수직면상에 있는 물체의 실체 추적과 가상 추적동안의 눈의 움직임을 비교한다.

3)     두 줄의 문장을 조용히 읽을 때와 크게 읽을 때의 숫자와 단속적 운동의 시간을 기록하고, 단속적 안구 운동에 쓰이는 시간의 퍼센트를 계산한다.

3.     실험 부품 및 장비

- 2 x BIOPAC electrode lead set (SS2LA/L)

- BIOPAC disposable vinyl electrodes (EL503), 6 electrodes per subject

- BIOPAC electrode gel (GEL1) and abrasive pad (ELPAD) or skin cleanser of alcohol prep

- Pendulum for horizontal tracking (metronome may be used; signal pattern will be constant vs diminishing)

- Pen or other real object for vertical tracking

- Passages for reading: Passage 1 – easily uderstandable (i.e., entertainment article) Passage 2 – challenging material (i.e., scientific article)

- BIOPAC Student Lab System: software BSL 3.7.5 or above data acquisition unit MP36, MP35, MP30 (Windows only), or MP45

- Computer System

4.     실험 방법

1)     다음과 같이 피실험자에게 6개의 전극을 붙인다. 그리고 CH1에서부터 수평 전선 세트를 전극에 연결한다. 다음 CH2에서부터 수직 전선 세트를 연결한다.

2)     화면 중앙에 나란히 맞춰진 눈 화면에서부터 25-50cm정도 떨어지게 피실험자를 위치시킨다.

3)     프로그램 조정을 위하여 피실험자는 화면상의 점을 눈만을 이용하여 따라간다.

4)     (segment 1 - 추) 감독자는 피실험자 앞에 추를 잡고 있고 피실험자는 눈이 수평선을 유지하도록 추에 초점을 맞춘다. 기록을 시작하고 추를 움직인다. 피실험자는 추가 멈출 때까지 추를 응시한다.

5)     (segment 2 – 가상의 추) 피실험자는 가상적으로 추의 움직임을 따라간다.

6)     (segment 3 – 수직적 추적) 감독자는 피실험자의 앞에 앉고 피실험자는 눈이 수직선을 유지하도록 펜에 초점을 맞춘다. 기록을 시작하고 피실험자는 감독자가 피실험자의 시각 영역에서 펜을 움직이는 동안 그것을 추적한다.

7)     (segment 4 – 가상의 수직 추적) 피실험자는 가상의 수직운동을 추적한다.

8)     (segment 5 – 조용히 읽기 - 쉬움) 감독자는 피실험자 앞에 읽을 것을 잡고 있는다. 피실험자는 머리를 움직이지 않고 전체 문장을 읽을 수 있어야 한다. 피실험자는 20초 동안 한 문장을 읽는다.

9)     (segment 6 – 조용히 읽기 – 어려움) 피실험자는 20초 동안 두 문장을 읽는다.

10)  (segment 7 – 크게 읽기) 피실험자는 20초 동안 두 문장을 읽는다.

11)  (segment 8 – 점 그래프) 점 그래프는 클릭한다.

1.     배경 지식

1)     인간의 심혈관계

인간의 심혈관계는 심장과 두 개의 회로를 형성하기 위해 배열된 혈관으로 구성되어 있다: 체순환회로와 폐순환회로.

심장의 주 기능은 폐정맥에서 혈액을 받아서 체동맥으로 그것을 밀어내는 것이다. 그리고 체정맥으로부터 혈액을 받아서 그것을 폐동맥으로 밀어낸다. 정맥에서 혈액을 받아 동맥으로 그것을 밀어내는 것과 관련된 심장의 전기적이고 기계적인 절차를 cardiac cycle이라고 한다. 심장의 가장 단순한 비유는 왼쪽과 오른쪽이 분리된 두 개짜리 펌프이다.

심장과 혈관을 통한 일반적인 혈액의 흐름은 단방향이며 다음과 같다.

Left ventricle – systemic arterial vessels – systemic capillaries – systemic venous vessels – right atrium – right ventricle – pulmonary arterial vessels – pulmonary capillaries – pulmonary venous vessels – left atrium – left ventricle.

심장의 왼쪽을 통한 혈액의 흐름은 심방들 사이와 심실들 사이의 벽에 의해서 오른쪽의 혈액의 흐름과 구분된다.

2)     혈액의 단방향성과 심장 벨브

심장의 각 방을 통한 혈액의 단방향의 흐름은 방실 사이 벨브와 반월판에 의해 보장된다.

l  Aortic valve: 심장의 왼쪽에서 반월판

l  Tricuspid valve: 심장의 오른쪽에서 방실 사이 벨브

l  Pulmonary valve: 심장의 오른쪽에서 반월판

l  Mitral valve: 심장의 왼쪽에서 방실 사이 벨브

방실 사이 벨브는 심실 쪽으로 열려서 혈액을 심방에서 심실로 흐르게 하지만 역방으로는 흐르지 못 하게 한다. 이 벨브는 심실 압력이 심방 압력보다 작을 때 열리고, 그렇게 하여 심실을 혈액으로 차도록 만든다. 그리고 이 벨브는 심실 압력이 심방보다 클 때 닫혀서 혈액이 뒤로 흐르는 것을 막는다.

반월판은 동맥 쪽으로 열려서 혈액이 심실 압력이 동맥에서의 압력보다 더 클 때 심실에서 나가도록 한다. 이 벨브는 심실 압력이 동맥 압력보다 작을 때 닫히고, 그로 인해 혈액이 역방향으로 흐르는 것을 막는다. 심장 주기 동안에 반월판들은 방실 사이 벨브와 마찬가지로 동시에 열리고 닫힌다.

3)     심장 소리

네 개의 주요 심장 소리는 벨브가 열리고 닫히는 것과 심장 주기 동안에 심장 내부의 혈액의 흐름과 관련 있다. 이러한 소리들은 심장 위 가슴의 앞 표면에서 상응하는 위치에 청진기를 놓음으로써 들을 수 있다.

l  첫 번째 소리: 심실이 수축하는 동안에 일어나며 방실 사이 벨브가 닫히고 반월판이 열림으로써 발생한다. 소리는 “럽-덥”

l  두 번째 소리: 심실이 이완할 때 일어나고 반월판이 닫히고 방실 사이 벨브가 열릴 때 발생한다. 소리는 “럽”

l  세 번째 소리: 방실 사이 벨브가 열린 직후에 심실이 빠르게 차면서 일어나는 난류에 의해 발생한다.

l  네 번째 소리: 심방이 수축하는 동안 심방에서 심실로 혈액이 흘러가는 것과 관련된 난류에 의해서 일어난다.

첫 번째와 두 번째 심장 소리는 날카롭고 구분되며 쉽게 들린다. 세 번째 소리는 두 번째에 바로 따라서 들리고 진폭이 더 낮아서 구분하기 힘들다. 네 번째 소리는 낮은 진폭 때문에 감지하기 힘들다. 이러한 이유 때문에, 심장 소리 측정은 종종 오직 첫 번째와 두 번째 심장 소리만 말한다.

상응하는 벨브 소리를 듣기 위해서 청진기를 놓는 것은 다음과 같다.

4)     ECG 전기적 신호와 심장 소리의 관계

심장 벨브의 열리고 닫힘 그리고 그것들이 만드는 소리들은 심장 주기의 기계적인 사건이다. 이것들은 심장 주기의 전기적 사건 다음에 일어난다.

각 심장 소리는 SA node에 의해 발생되는 신호로 시작한다. 그 신호가 심방 근육을 통해 퍼질 때 심방을 수축에 의해 반응한다. 이 때, 심실들은 이완하고 방실 사이 벨브들은 열리며 반월판들은 닫힌다. 심실들은 혈액으로 가득 차고 방출은 준비한다.

AV node는 이 신호를 잡고, 짧은 지연 후에 신호를 심방이 수축하도록 자극하는 방실 사이 전도 시스템 아래로 이 신호를 보낸다. 심실들이 수축할 때, 심실 압력은 심방 압력보다 커지고 방실 사이 벨브들은 닫힌다. (첫 번째 심장 소리)

심실들의 압력은 계속 증가하고, 그것이 심방의 압력을 초과할 때, 반월판이 열리고 혈액은 빠르게 폐와 대동맥으로 나간다. 심실들은 수축을 완료하고 이완에 들어간다. 심실들이 이완할 때 심실 압력은 심방 압력보다 낮아지고 반월판을 닫힌다. (두 번째 소리)

심실의 압력이 심방 압력보다 떨어질 때, 방실 사이 벨브는 열리고 심실은 다시 채워지기 시작한다. 이 때 심방과 심실들은 이완하고 다음 심장 주기의 전기적 신호를 기다린다.

위의 그래프는 심장 소리와 ECG 전기적 신호의 시간 관계를 보여준다. 이것은 심장의 왼쪽에 대한 대동맥과 심실과 심방의 압력 그래프이다.

    1.     배경 지식

1)     혈액 순환

이번 실험에서, 혈압을 측정할 것인데, 그것은 두 가지로 구성되어 있다: 심장 수축 압력(심장이 수축해서 혈액을 밀어낼 때 동맥의 혈액 힘)과 심장 확장 압력(심장 박동 사이의 혈액의 힘). 혈액 순환을 이해하는 것은 혈압을 이해하고 정확하게 측정하도록 도울 것이다.

순환하는 혈액은 인체의 세포 사이에 의사소통 시스템과 수송을 제공하고 최상의 세포 활동을 위해 상대적으로 안정적인 내부 환경을 유지하도록 한다. 혈액이 순환하는 이유는 심장이 혈관의 닫힌 회로를 통하여 피를 밀어내기 때문이다.

심장과 혈관을 통하는 혈액의 흐름은 단방향성이다. 폐와 체정맥에서부터 심장으로 들어간 후 심장에서 나오고 폐와 동맥으로 들어간다.

심장의 공간을 통한 혈액의 흐름이 단방향성인 이유는 심장 내부에 있는 네 개의 벨브때문인데, 그 벨브는 일반적으로 심장 주기 동안에 역행하는 흐름을 막는다.

l  오른쪽 방실 사이의 벨브과 왼쪽 방실 사이의 벨브는 심실에서 심방으로 역행하는 혈액의 흐름을 막는다.

l  폐의 반월판과 대동맥 반월판은 동맥에서 심실로의 역행을 막는다.

좌우 심실은 심장의 주요 펌핑실이다. 심실이 이완(ventricular diastole)하는 동안 방실 사이 벨브는 열리고 반월판을 닫힌다. 그래서 심실은 혈액으로 꽉 찬다. 심실이 수축(ventricular systole)동안에는 방실 사이 벨브는 닫히고 반월판을 열려서 심실에서 동맥으로 혈액이 나간다.

2)     심실의 운동과 혈압

심장 주기의 특성 때문에 심실에 의한 동맥으로의 혈액의 흐름은 연속적이지 않다. 그러므로, 혈압과 동맥의 피의 흐름은 박동성이며, 심실이 수축할 때 증가하고 심실이 이완할 때 감소한다.

위 그래프는 체동맥의 혈압 변화를 나타낸다.

l  수축 압력: 심실이 수축하는 동안 가장 높은 동맥 압력. 휴식 상태의 성인에서 일반적인 범위는 100-139 mm Hg.

l  이완 압력: 심실이 이완하는 동안 가장 낮은 동맥 압력. 휴식 상태의 성인에서 일반적인 범위는 60-89 mm Hg.

수축 압력과 이완 압력의 차를 pulse pressure이라고 부른다. Pulse pressure은 심장의 타격양과 정비례하고 심장 박동수와 주변부의 저항과 반비례한다. 예를 들어, 비트 당 나가는 혈액의 양이 운동 시작 시 증가할 때, 수축 압력은 이완 압력보다 증가하여 pulse pressure이 증가한다.

3)     Mean arteria pressure(MAP)

체회로와 같은 닫힌 회로를 통한 흐름은 흐름에 의해 만들어지는 압력 에너지, 혈관 벽과 피의 내부 점성에 의해 방해되는 흐름에 대한 저항에 의해 결정된다. 흐름(F)과 흐름에 의해 만들어지는 압력(P) 그리고 흐름에 대한 저항(R)은 다음과 같이 표현된다: F=P/R

흐름은 liters/min으로, 압력은 mm Hg로, 저항은 주변부의 저항 단위로 표현된다.

압력(P)는 수축이거나 이완이 아니라 오히려 둘 사이의 압력으로 mean arteria pressure(MAP)라고 불린다. 심장 주기 동안에, 심장은 수축하는 데보다 이완하는 데 더 많은 시간을 쓴다. 그 결과 MAP는 수축과 이완 압력의 수학적 평균이 아니라 대략적인 기하평균이다. MPA는 다음 방정식으로 계산될 수 있다.

4) 간접 혈압 측정법

체동맥 혈압을 측정하는 가장 일반적인 방법은 청진기나 마이크와 혈압계를 사용하는 것이다. 이것은 청진 방법(auscultatory method)라고 불리는 데, 단순히 내부 기관에 의해 만들어지는 소리들의 진단 관찰을 의미한다. 혈압을 측정하는 동안 감지되는 소리를 Korotkoff Sounds라고 한다.

동맥의 압력은 부풀게 되어있는 고무 커브를 놓음으로써 측정되며, 압력 측정기를 붙이고, 팔 주변에서 아래에 있는 동맥을 허탈 상태로 만들기 위해 그것을 부풀린 다음, 청진기나 마이크로 커브 아래에 있는 혈관의 소리를 듣는다.

소리는 압축된 혈관을 통한 격변하는 혈액의 흐름에 의해 만들어진다. 커브의 압력이 수축하는 동맥의 압력을 초과할 때, 동맥은 허탈 상태가 되고, 거기를 통과하는 혈액은 멈춰서 어떠한 소리도 발생하지 않는다. 커브의 압력이 천천히 감소하면서, 커브의 압력이 수축하는 동맥의 압력보다 떨어지는 직후에 동맥을 통과하여 혈액이 흐르기 시작한다.

이 때, 하나의 날카로운 박자를 맞추는 소리(Korotkoff sound의 첫 번째)가 동맥 위에서 청진기를 통해 들린다. 이 소리가 처음 들릴 때의 커브 압력은 수축 압력의 근사이다.

커브의 압력이 훨씬 더 줄어들면, 그 소리는 더 커지고, 이완 압력 정도에서 갑자기 소리가 죽는다. (Korotkoff Sound의 두 번째) 혈관이 압력 커브에 의해 더 이상 압박 받지 않고 일반적인 격렬한 혈액의 흐름이 시작되지 않을 때 소리는 없어진다.  

소리가 죽을 때보다 그것이 사라질 때를 결정하는 것이 더 쉽기 때문에, 그리고 둘 사이에 근소한 압력차이 만이 존재하기 때문에, 이 소리의 사라짐은 일반적으로 이완 압력의 지침으로써 사용된다.

위 그래프는 이러한 개념을 요약하는 그림이다. 이 그림은 ECG 파형, Korotkoff sounds, 커브의 압력, 팔의 혈압 파형, 커브 아래의 상완동맥의 상태 사이의 시간에서의 관계를 보여준다. 대동맥 압력 파형의 어두운 영역은 대동맥 압력이 커브의 압력을 초과하자마자 커브 아래를 통과할 수 있는 혈액의 흐름을 나타낸다.

4)     ECG와 Korotkoff sounds사이의 관계

이번 실험에서 알 수 있는 한가지 개념은 ECG 파형과 관련 있는 Korotkoff sounds의 시간이다. 소리는 대략 T-wave의 시간에서 나타난다. 이 소리는 대력 최고 압력(수축)의 시간에서 나타나고, 심장에서 측정된다면 그것은 R-wave 직후에 나타날 것이다. 하지만 압력파가 팔까지 도달하는 데 걸리는 시간 때문에 지연이 있다. 그래서 이 소리는 R-wave와 관련하여 옆으로 이동되어 있다. 비록 ECG 파형이 실험 조건에 따라 다양하지만, 소리의 P-wave와의 관계는 각 조건에서 일정한 간격이어야 한다. 이러한 사실을 이용하여, 실제 Korotkoff sound를 관련 없는 소음과 구별할 수 있다.

편의에 의하여, 간접 방식에 의한 혈압은 비율의 형태로 표현된다: 수축 압력/이완 압력.

[BEEL]- 안유진 Preliminary Report1 2015-12-04.docx

1. 데이터과 계산

   피실험자 프로파일

   이름 안유진    키 173    나이 24        성별 여성    몸무게 59

    

   1. 두 연속된 R wave 사이의 영역을 선택하여 각 데이터를 측정하라. 또한 두 연속된 펄스의 최고점 사이의 영역을 선택하여 각 데이터를 측정하라.

      -편안한 팔

      

      -따뜻한 손

      

      -팔 위로

      

      표 7.1

비교/ 게르겔 리마톤

-편안한 팔

-따뜻한 손

-팔 위로

1. 각 상황에서 개개의 펄스의 최고치를 선택하여 그것들의 진폭을 측정하라.

   -편안한 팔

   

   -따뜻한 손

   

   -팔 위로

   

   표 7.2

비교/ 게르겔 리마톤

1. R-wave와 Pulse peak사이의 interval을 선택하라.

   피실험자의 흉골과 어깨사이의 거리? cm

   피실험자의 어깨와 손가락사이의 거리? cm

   전체 거리? cm

   팔을 편안하게 했을 때의 데이터에서 R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.385sec

   속도? cm/sec

   

   비교/ 게르겔 리마톤

   팔을 편안하게 했을 때의 데이터에서

   R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.395sec

   

    

   팔을 들어올렸을 때의 데이터에서 R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.380sec

   속도? cm/sec

   

    

   비교/ 게르겔 리마톤

   팔을 들어올렸을 때의 데이터에서 R-wave와 Pulse peak 사이의 시간? 0.610sec

   

1. 질문
   1. 표 7.1의 데이터를 참고하여, 각 조건에 대하여 심장 박동수와 펄스 수의 값이 비슷한가? 왜 그 값들이 다르거나 비슷한지 설명하라.

• 비슷하다. 심실의 수축에 의하여 혈액이 몸 전체로 흘러가면 동맥의 압력이 발생하게 되는 데, 이러한 동맥의 압력 파가 손가락 끝까지도 전달된다. 따라서 관측되는 펄스 수가 동맥의 압력파인데 이것이 심장 박동수에 의해 결정되므로 비슷할 수 밖에 없다.

   

1. 표 7.2를 참고하여, 각 조건들간에 얼마나 많은 QRS complex의 진폭이 변화했는가?

• 온도 변화 – 편안한 팔    -0.113mV    팔 위로 – 편안한 팔    0.168Mv

1. 표 7.2를 참고하여, 팔의 위치에 따라 얼마나 많은 펄스 진폭이 바뀌었는가?

• 온도 변화 – 편안한 팔    -0.166mV    팔 위로 – 편안한 팔    0.075mV

1. 표 7.2의 데이터를 참고하여, QRS complex의 진폭이 펄스 진폭과 함께 변화했는가? 그 이유는?

• QRS complex의 진폭이 커지면 펄스의 진폭도 증가하였다. 그 이유는 심장의 수축이 크면 클수록 더 많은 혈액을 밀어내므로 동맥의 압력도 커지기 때문이다.

   

1. 손가락 끝에 혈액의 양을 변화시키는 메커니즘을 설명하라.

• 손가락이 따뜻해지면 혈액은 적게 흐르게 된다.

   

1. 이 보고서의 섹션 C의 데이터를 참고하여, 만약 속도 차이가 있다면 그것을 설명하시오.

• 팔을 편안하게 했을 대와 들어올렸을 때의 R-wave와 pulse peak사이의 속도 차이가 거의 없다.

   

1. 심장 싸이클의 어떤 구성요소(심방 수축과 이완, 심실 수축과 이완)가 펄스 tracing에서 식별될 수 있는가?

• ECG의 R-wave와 T-wave가 pulse에서 관측 가능하기 때문에 펄스 tracing을 통하여 심실의 수축과 이완을 식별할 수 있다.

   

1. 당신은 다른 학생의 계산된 펄스 파의 속도가 당신의 것과 매우 근접할 것으로 예상하는가? 그 이유는 무엇인가?

• 비슷하지 않다. 게르겔이 팔을 들어올렸을 때의 압력파의 전파속도가 더 느리다. 혈관의 단단함이 압력파가 빨리 전달되는 요인인데, 내가 더 혈관벽이 단단한 것 같다.

   

1. 팔의 위치가 바뀌었을 때 일어나는 진폭과 주파수의 변화를 설명하시오.

• 팔을 들어올렸을 때 진폭이 더 커지지는 것은 두 피실험자가 일치하지만, 유진은 팔을 들어올렸을 때 주파수가 증가하였고 게르겔은 팔을 들어올렸을 때 주파수가 감소하였다. 어쨌든 진폭이 증가하는 이유는 혈액을 높은 곳까지 전달하기 위해서는 더 쎈 압력이 필요하기 때문에 심장의 수축이 더 강하기 때문이다.

1. 고찰
   1. 남성에 비하여 여성의 심장과 손 끝의 펄스의 주파수가 더 높은데, 이것은 혈액은 몸 전체로 밀어내기 위하여 여성의 심장이 빠르게 뛰는 것을 의미한다.
   2. 또한, 여성의 심장과 손가락 끝 펄스의 진폭이 더 큰데, 이것은 여성의 심장이 더 세게 수축하는 것을 의미한다.

      이로부터 여성의 심장이 혈액을 밀어내기 위하여 더 많은 일을 하는 것 같다. 그리고 남성에게서 심장의 근육이나 혈관벽의 근육이 더 발달하기 때문에 심장이 더 많은 일을 할 필요가 없는 것 일수도 있다.

   3. 전달되는 시간차이가 있긴 하지만 손가락 끝의 펄스로부터 ECG를 추측할 수 있다. 특히 ECG의 P와 T wave가 식별 가능하기 때문에 심실의 수축과 이완을 판별할 수 있다.

    

1.     배경지식

1-1.         심실들의 전기적 활동

이번 섹션에서는 펄스를 만들면서 체순환에 혈액을 공급하는 좌심실의 활동에 대해 알아볼 것이다.

심장 싸이클동안에 ECG의 QRS complex로 나타나는 심실들의 전기적 활동은 심실 근육의 수축의 기계적인 활동에 앞선다. 수축은 R wave의 최고치에서 시작하에 T wave의 끝에서 끝난다. T wave는 심실들의 재분극을 나타내는 데, 심실들의 수축되어 있는 중에 일어난다. 심실 이완은 심실 근육이 이완되는 기간으로써 수축의 끝에서 시작하여 다음 R wave의 최고치까지 지속된다.  

1-2.         동맥 벽에 의한 압력파

심실의 수축은 혈액을 동맥으로 밀어낸다. 좌심실에서부터 혈액은 대동맥과 나머지 몸 전체에 흘러간다. 대동맥과 다른 동맥들은 근육질의 벽을 가지고 있는데, 그것은 심장 수축 동안에 혈액을 받기 위해서 동맥벽을 살짝 팽창하도록 한다. 그리고 동맥의 탄력 있는 반동은 몸의 나머지 부위에 혈액을 계속 밀어내도록 돕는다.  심장 싸이클 전체에 걸친 동맥의 압력은 혈액을 흐르게 하는 주요 힘이다.

심실의 펌핑하는 움직임은 동맥 벽을 통해 전해지는 압력의 파형을 시작하게 한다. 그 압력은 심장이 수축 동안에는 증가하고 심장이 이완하는 동안에는 감소한다. 혈관의 단단함은 압력 파가 잘 전달되도록 한다. 벽이 더 단단할수록, 압력 파는 더 빨리 전달된다.

1-3.         혈액의 흐름

압력 파가 손가락 끝과 같은 주변부에 전달될 때, 거기에는 증가된 혈액 량의 파형이 있다. 세포들과 기관들의 크기는 혈관이 팽창하거나 수축할 때 그리고 혈액의 파형이 각 심장 싸이클동안에 혈관을 통해 지나갈 때 변한다. 기관들의 혈액 량의 변화는 심혈관계의 역할을 하는 자율신경계, 환경 요인(온도), 기관의 신진대사 등 다양한 것들에 영향을 받는다.

예를 들어, 온도 통제는 피부에서의 혈액 흐름을 통제하는 것들 포함한다. 열이 보존되어야 된다면, 피부의 혈액은 최소한으로 흐르고 초과된 열이 만들어지면 그 반대가 일어난다.

실제적인 혈액의 흐름은 압력 파형의 전달보다 느리다. 대동맥은 대략 40-50 cm/sec로 몸에서 피가 가장 빨리 움직이지만, 압력 파형의 속도는 훨씬 더 빠를 수 있다.

심장에서부터 주변부로의 압력 파형의 이동속도는 심장의 수축하는 능력, 혈액 압력, 동맥들의 상대적인 탄력성, 동맥의 지름 등 많은 밀접한 연관성을 갖는 요소에 의해 영향을 받을 수 있다.

기관 내부의 혈액 량의 변화에 대한 연구를 plethysmography라고 한다.

2.     실험 목표

1)     Plethysmography의 원리와 주변부의 혈액 양의 변화를 재는 데에서 그것의 유용함에 대해 익숙해 진다.

2)     주변부의 혈액 양에서의 변화와 다양한 실험적이고 생리적인 상태에서 압력 파형을 기록하고 관찰한다.

3)     심장과 손가락 사이를 통하는 압력 파형의 근사화된 속도를 측정한다.

4)     일반적인 심장활동과 연관 있는 전기적 활동과 그것이 몸 전체로 퍼지는 피의 흐름과 어떻게 관련이 있는 지 설명한다.

3.     실험 부품 및 장비

- Electrode lead set (SS2LA/L)

- Disposable vinyl electrodes (EL503), 3 per subject

- Pulse plethysmograph (SS4L/A)

- Ruler or measuring tape

- Ice water or warm water in a plastic bucket

- Electrode gel or abrasive pad or skin cleanser or alcohol prep

- Biopac Student Lab System

- Computer System

4.     실험 방법

1.     CH1에 전극, CH2에 전압 변환기를 연결한다.

2.     다음과 같이 피실험자에게 전극과 전선을 연결한다.

3.     압력 변환기를 오른손 검지 끝에 감싼다.

4.     피실험자를 안정되게 앉아있도록 한다.

5.     15초 동안 기록한다. (Segment1)

6.     피실험자는 기록하는 않는 손(왼손)을 따뜻하거나 차가운 물에 잡아넣는다. 30초 동안 기록한다. (Segment2)

7.     피실험자는 변환기가 붙어있는 손(오른손)을 머리위로 들어올린 채 자세를 유지한다. 60초 동안 기록한다. (Segment3)

1. 실험 목표
   1. 다음 조건에서 Lead 1과 Lead 2의 ECG를 측정: 누움, 앉음, 앉은 채로 깊은 숨을 쉼
   2. 기록된 ECG Lead1과 2을 계산되어 표시된 ECG Lead2와 비교한다. 그리고 Einthoven의 법칙을 확인하기 위해 R wave의 진폭을 사용한다.
   3. ECG Lead1과 3에 있는 QRS complex의 진폭과 극성으로부터 유도되는 벡터를 사용하여 Frontal 평면상에 심실들의 평균 전기축을 근사 한다.
   4. Lead1과 3의 벡터로부터 유도된 벡터를 이용하여 Frontal 평면상에 심실들의 평균 정전위를 근사 한다.

        

1. 실험 순서
   1. 설정
   2. 컴퓨터를 켜고 BIOPAC MP3X가 꺼져있는지 확인한 다음, 전극 SS2LZ/L을 CH1와 CH2에 연결하고 BIOPAC MP3X unit을 켠다..
   3. Fig 5.6 과 같이 피실험자에 전극 6개를 붙이고 전선을 연결한다.

      

   4. Fig 6.7에서 LEAD1에 따라 첫 번째 전선을 채널1에서 전극에 연결한다. 또한 LEAD3에 의거하여 전선을 채널2에서 전극으로 연결한다.

      

   5. 피실험자를 눞히고 긴장을 풀도록 한다.
   6. Biopac Student Lab Program을 시작한다.

1. 조정

Calibrate를 눌러서 조정 데이터가 Fig 6.8 과 같이 나오면 다음 단계로 넘어가고 그렇지 않으면 조정을 다시 한다.

1. 데이터 기록

***ECG는 골격은의 수축에 의한 작은 전압 변화에 민감하다. 그렇기 때문에 피실험자는     안정을 취하고 말을 하거나 웃으면 안 된다.

누운 상태의 피실험자의 ECG를 30초 동안 기록한다.



1. 피실험자는 빨리 일어나서 의자에 앉고 안정을 취한다. 피실험자가 앉는 즉시 실험자는 10초동안 ECG를 기록한다.
2. 그 후 피실험자는 앉아서 소리가 들리도록 숨을 한번 들이마셨다가 내쉬고 실험자는 이 부분을 표시한다.



1. 피실험자에게서 전극을 제거한다.

  

피실험자 프로파일

    이름: 안유진     키: 173

    나이: 24        성별: 여성    몸무게: 60

1. 데이터와 그래프

A. Einthoven의 법칙-계산된 확인: Lead1 + Lead3 = Lead2 (R wave)

표 6.1 누움

B. 심실들(QRS 축)의 평균 전기축과 평균 심실 잠재력 - R wave

표 6.2 QRS

C. 심실들(QRS 축)의 평균 전기축과 평균 심실 잠재력 – Q, R, S의 크기를 추가한 표 6.3을 사용한 더 정확한 근사 - 누움

표 6.3 QRS

[BEEL]- 안유진 Result Report 2015-11-13.docx

1.     배경 지식

1-1  평균 전기축

1. 각 심장 주기의 전기적 활성은 SA node(주요 심박 조율기)의 탈분극으로 시작한다.

2. 탈분극의 파형은 심방으로 퍼져서 심방근의 수축을 시작하도록 한다. 심방의 탈분극은 ECG의 P wave로 측정된다. 심방의 재분극은 탈분극 즉시 일어나고, ECG의 PR segment로 측정된다.

3. AV node에서는 전기 신호가 느려지는데, 이것은 심방이 완전히 수축하는 데 충분한 시간(그 신호가 AV bundle, 좌우 bundle branches, 심실 심근의 purkinje fibers 까지 전도되기 전에)을 제공한다.

4. 심실의 탈분극은 ECG의 QRS로 기록되고, 심실의 재분극은 T wave로 기록된다.

심장 싸이클동안에, 전류는 특수한 경로를 따라 퍼져서 위에서 요약한 특수한 절차에 따라 그 경로를 탈분극화한다. 그 결과, 전기적 활성화는 방향성(전기적 축에 의해 표현되는 공간적인 방향)을 가진다. 이러한 심장 싸이클동안에 전류의 우세한 방향을 “평균 전기축(mean electrical axis)”이라 부른다.

일반적으로, 성인에서 평균 전기축은 심장의 아래에서 정점까지와 더 낮은 왼쪽 갈비뼈를 가리키는 심실 사이 격막의 왼쪽을 연장하는 선을 따라 놓여있다.

ECG에서 기록되는 전압의 크기는 탈분극되는 세포의 양에 정비례한다. 심장의 대부분의 질량은 심실근으로 이루어져있기 때문에 가장 주되게 기록되는 파형인 QRS complex는 심실들의 탈분극을 나타낸다. 게다가, 좌심실의 질량이 우심실 질량보다 훨씬 더 크기 때문에, 더 많은 QRS complex는 좌심실의 탈분극을 나타낸다. 그리고 평균 전기축의 방향은 심실사이 격막의 왼쪽을 향한다.

1-2  전극이 놓이는 위치

몸은 전기 전도성이 있는 이온을 가진 유체를 포함한다. 이것이 피부표면에서 심장 안과 주변의 전기적 활성도를 측정 가능하게 한다. 이것은 또한 다리와 팔이 몸통의 단순한 확장으로 역할을 하도록 한다. 다리에서의 측정은 사타구니에서 일어나는 이것들의 근사치를 내고 팔에서의 측정은 그에 상응하는 어깨에서의 측정의 근차치를 낸다.

이상적으로, 전극은 피실험자의 편의를 위해 발목과 손목, 팔목에 놓는다. ECG 기록계가 적절히 작동하기 위해서는 몸에서 GND 참조점이 필요하다. 이 그라운드는 그 발목의 오른쪽 다리에 놓인 전극에서 얻을 수 있다.

1-3  ECG

몸을 삼차원으로 나타내기 위해서, 심전도 검사에서는 세 평면이 정의된다. bipolar limb leads는 frontal 평면에 있는 심장 싸이클의 전기적 활성도를 기록한다. 그리고 bipolar limb leads는 벡터 심전도의 원리를 소개하기 위해서 이번 레쓴에서 사용될 것이다.

ECG lead는 피부에 놓인 전극들에서 검출되는 심장에서 만들어진 전기적 활성을 기록하는 장치이다. 양극성의 두 개의 별개의 전극으로 구성된 한 선을 bipolar lead라고 한다. 선의 막대기를 연결하는 가상의 선은 lead axis라 부른다. 전극이 놓인 위치는 선이 기록하는 방향(음에서 양의 전극 쪽으로 향하는 방향)을 결정한다. ECG 기록계는 양과 음의 전극 사이의 차이를 계산하고, 전압 차이의 변화를 시간과 함께 나타낸다. 표준 임상 ECG는 12 선을 기록하는데, 이것들 중 세 개를 표준 (bipolar) limb leads라 부른다.

표준 bipolar limb leads의 극성과 축은 다음을 따른다.

bipolar limb lead에서 lead 1과 3에서 측정되는 전기적 흐름의 합은 lead2에서 측정되는 전기 흐름의 합과 같다. 이 관계는 Einthoven’s law라고 불리는데, 이것은 수학적으로 다음과 같이 표현된다:

Lead1 + Lead3 = Lead2

그래서 만약 어떤 두 lead의 값을 안다면 다른 세 번째 lead의 값을 계산할 수 있다.

lead의 측정을 나타내는 좋은 수학적 도구는 벡터이다. 벡터는 속도처럼 크기와 방향을 가지는 독립체이다. 심장 싸이클동안의 어떤 순간이든, 한 벡터는 lead를 통해 보여지는 실 전기적 활동성을 나타낼 것이다. 하나의 전기적 벡터는 진폭, 방향, 극성을 가지고 일반적으로 화살표처럼 시각화 된다.

-화살표의 길이는 전기적 흐름의 크기를 나타낸다.

-화살표의 방향은 전류의 방향을 나타낸다.

-화살표의 끝은 전기적 흐름의 양극을 나타낸다.

-화살표의 꼬리는 전기적 흐름의 음극을 나타낸다.

bipolar limb lead 축들은 Einthoven’s triangle이라 불리는 정삼각형을 그리기위해 사용되는데, 그것의 중심에는 심장이 놓여있다.

삼각형의 각 변은 bipolar limb lead들 중의 하나를 나타낸다. 세 bipolar limb lead들의 양의 전극들은 심장의 중심점에서 영의 참조점으로부터 전기적으로 같은 거리에 있다. 그래서 정삼각형의 세 변은 방향의 각도에 변화없이 그것들의 중심점들이 심장의 중심점에서 교차하도록 오른쪽, 왼쪽, 아래로 항상 변환될 수 있다.

1-4  평균 전기축을 근사화하는 방법

하나의 벡터는 어떤 즉각적인 때라도 심장의 전기적 활성을 나타낼 수 있다. 심장의 평균 전기적 축은 심장 싸이클에 일어나는 모든 벡터들의 총체이다.

심실의 탈분극에 의해 일어나는 QRS interval은 심장의 주된 전기적 활동을 나타내기 때문에, 이 interval을 관찰 함으로써 평균 전기축을 근사화할 수 있다. (먼저 R wave의 진폭, 그리고 나서 결합된 Q, R, S wave들)

QRS 축이라고 불리는 결과적으로 얻어진 벡터는 심장의 평균 전기축을 근사화한다. frontal 평면에서 평균 전기축의 초기 근사는 Lead1과 Lead3로부터 R wave의 크기를 그림으로써 만들어질 수 있다. 

R wave의 크기는 다음과 같이 표시한다.

1. 벡터들의 끝으로부터 수직선을 그린다.(Lead의 축에 오른쪽 각)

2. 이 두 수직선들의 교차점을 정한다.

3. 0.0점에서부터 교차점까지 새로운 벡터를 그린다.

결과적으로 얻어진 벡터의 방향은 심장의 평균전기축을 근사화한다. 벡터의 길이는 심장의 평균 potential을 근사화한다.

평균 전기축을 근사화하는 더 정확한 방법은 R wave의 크기만을 사용하는 대신, 한 lead에 대한 Q,R,S potential들을 대수적으로 더하는 것이다. 나머지 절차들은 위해서 요약한 것과 같다.

심실의 평균 전기축의 일반적인 범위는 대략 –30~+90이다. 축은 몸의 자체 변화로 살짝 이동될 수 있다. 그리고 이 일반적 범위에서 개인간의 심장의 질량, 흉곽에서 심장의 방향, 몸무게, 심장 전도 시스템의 해부상의 분포로 인해 다양하게 나타날 수 있다.

1-5 평균 전기축의 비정성화

QRS축의 방향이 일반적인 것에서부터 –30 ~ -90 사이의 변화한 것을 left axis deviation(LAD)라고 부른다. Left axis deviation은 비정상적이다.

left axis deviation은 좌심실이 탈분극하는 것을 일반적인 것보다 더 오래 걸리게 할 때 발생한다. 이것의 한 가지 원인은 고혈압과 대동맥 협장과 관련된 좌심실의 비대이다. 또한 left axis deviation은 전도 경로나 좌심실근이 손상되었을 때 일어날 것이다. 그것은 탈분극 신호를 막거나 느리게 만들기 때문이다. 그리고 이것의 일반적인 원인은 관상동맥 혈관 패색과 약물의 남용을 포함한다.

QRS축의 방향이 일반적인 것에서 +90 ~ +180사이로 변화한 것을 right axis deviation(RAD)라고 한다. 길고 좁은 가슴과 수직적인 심장을 가진 젊은 성인인 몇몇 경우에는 right axis deviation은 정상적일 수 있지만 이것 또한 비정상이다.

대부분의 성인에서 right axis deviation은 일반적으로 우심실의 비대나 우심실의 전도 시스템의 손상과 관련이 있다. 두 경우에서 right axis deviation은 우심실의 탈분극 신호가 느려지거나 막힘으로써 일어난다