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- 3D 영상, 심장 근육 흉터 조직의 선택적 교란 효과 밝혀
- 심장의 흉터 조직이 심박수에 따라 심장의 전기 신호 전달을 변화시킨다
- 심장이 더 빨리 박동하면 심장 근육의 전기 신호가 흉터 조직에 의해 약화되거나 차단돼
- 많은 환자에게 갑자기 심장마비가 발생하는 이유를 설명

돌연 심장사 원인 밝혀져
3D 영상, 심장 근육 흉터 조직의 선택적 교란 효과 밝혀

젊고 건강하다고 여겨지는 사람들이 돌연 심장사로 사망하는 이유는 무엇일까? 왜 초기 징후가 나타나지 않는 걸까? 이제 새로운 3D 심장 분석으로 그 원인이 밝혀졌다. 연구에 따르면, 건강하다고 여겨지는 사람들의 심장에도 흉터 조직이 형성될 수 있으며, 이 조직은 일반적인 심장 검사에서는 드러나지 않는다. 그러나 심장이 더 강하게 박동해야 하는 경우(예: 운동 중) 이러한 흉터는 심장의 전기 전도를 방해하여 심부전을 유발한다. 

▲ 심장 근육의 흉터 조직은 전기 자극(색깔 있음)의 전달을 방해하지만, 항상 그런 것은 아니다. 따라서 심장 부정맥과 급성 심장사는 종종 운동 중에만 발생한다. © 프라이부르크 대학 병원

건강하다고 여겨지는 젊은 사람들의 심장이 갑자기 리듬을 잃고 심부전이 발생하는 경우가 종종 있다. 그러나 이러한 돌연 심장사의 원인은 아직 부분적으로만 이해되고 있다. 일반적인 가설은 감염, 과로, 유전적 소인 등으로 인해 심장에 미묘한 손상이나 흉터가 이미 존재한다는 것이다. 심장사 전에 이러한 변화가 왜 발견되지 않는지는 아직 밝혀지지 않았다.

심장의 새로운 3D 영상

이제 새로운 영상 기술이 그 해답을 제시한다. 프라이부르크 대학교의 프란체스코 지아르디니가 이끄는 연구진은 고해상도 3D 현미경 이미지와 영상화된 심장의 전기생리학적 측정을 결합했다. 이 조합을 통해 심근의 미세한 변화와 심장의 전기 전도에 미치는 영향을 모두 볼 수 있게 되었다. 연구팀은 이 기술을 사용하여 급성 심장사 유전적 소인을 가진 생쥐의 심장과 심장 기능을 검사했다.

▲ 심장의 3D 재구성: 근육 세포(색상) 사이에 흉터 조직(회색)이 섞여 있다. © 프라이부르크 대학 병원

영상은 심장의 흉터 조직이 항상 심장 기능을 방해하는 것은 아니라는 것을 보여주었다. 오히려 심박수에 따라 심장의 전기 신호 전달을 변화시킨다. 정상적이고 차분한 심박수에서는 전기 자극이 변형된 조직을 거의 방해받지 않고 통과한다. 따라서 이러한 흉터의 영향은 정상적인 조건에서는 일반적으로 감지되지 않는다.

"저역 통과 필터"로서의 흉터 조직

그러나 신체 활동이나 심한 스트레스 시에는 이러한 현상이 변한다. 심장이 더 빨리 박동하면 심장 근육의 전기 신호가 흉터 조직에 의해 약화되거나 차단된다. "이는 스트레스가 적을 때 정상으로 보이는 심장 부위에서도 심장 부정맥이 재발하는 것을 촉진한다"고 연구진은 설명했다. 최악의 경우, 전도 장애가 너무 심해 심장이 완전히 멈춘다.

▲ CTRL 및 DSG2 심장의 좌심실 활성화 지도는 저속 및 고속 페이싱 시 DSG2 심장의 전진 파면 변형을 보여준다. 활성화 시간은 색상으로 표시되었으며, 검은색 선은 1ms 분해능의 등시선을 나타낸 다. (출처: Published: 06 October 2025 / Correlative imaging integrates electrophysiology with three-dimensional murine heart reconstruction to reveal electrical coupling between cell types / nature cardiovascular research)

지아르디니와 그의 동료들은 이러한 주파수 의존적 효과를 기술적 "저역 통과 필터"에 비유했다. 빠른 펄스는 특정적으로 감쇠되는 반면, 느린 펄스는 영향을 받지 않는다. 지아르디니의 동료인 피터 콜은 "우리 연구는 심장의 흉터 조직이 단순히 방해하는 것이 아니라 심장 기능에 적극적으로 영향을 미친다는 것을 보여준다"고 말했다.

▲ 투명화된 DSG2 심장의 좌심실 광학 단면: 심근 형광(회색)과 산란 신호(빨간색)는 XYZ에서 3.25×3.25×3.1µm3의 복셀 크기로 영상화되었다. 삽입 그림 1: 심근의 세포 조직. 삽입 그림 2: 좌심실 벽 섬유화 부위 내 세포외 기질 분포. 이러한 특징은 분석된 모든 샘플에서 일관되게 관찰되었다.(출처: Published: 06 October 2025 / Correlative imaging integrates electrophysiology with three-dimensional murine heart reconstruction to reveal electrical coupling between cell types / nature cardiovascular research)

▲ d, e, mesoSPIM 장치를 사용하여 형광 신호(Fluor.; 회색)와 산란광(빨간색)을 검출하여 얻은 투명화된 마우스 심실 전체(d, CTRL; e, DSG2)의 3D 재구성.

디지털 쌍둥이와 임상 시험

이는 많은 환자에게 갑자기 심장마비가 발생하는 이유를 설명한다. 또한 앞으로 이러한 연구 결과는 위험군 환자를 조기에 식별하고 더욱 구체적으로 모니터링하는 데 도움이 될 수 있다. 이를 위해서는 현재 쥐에서 얻은 결과를 추가 시험을 통해 검증해야 한다. 지아르디니 연구팀은 또한 심장 상태를 판별하는 데 사용할 수 있는 환자의 디지털 쌍둥이를 개발하는 것을 목표로 한다.

연구팀의 장기적인 목표는 영상 기술을 더욱 발전시켜 임상적으로 활용할 수 있도록 하는 것이다. 예를 들어, 개별 위험 평가나 심근 질환 및 흉터 조직 환자의 치료 계획 수립에 활용할 수 있다.

참고: Nature Cardiovascular Research, 2025; doi: 10.1038/s44161-025-00728-9
출처: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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