도끼로 찍히는 느낌에 비견되는 강력한 전기 충격(제세동) 없이도 악성 부정맥을 치료할 길이 열렸다. 효과적인 부정맥 치료 방법이지만 강력한 충격으로 통증을 동반하는 현재의 삽입형 제세동기의 단점을 극복할 아이디어가 최근 서울대병원과 기초과학연구원(IBS) 연구진에 의해 제시됐다.

서울대병원 순환기내과 이승표 교수와 서울대 공대 김대형(IBS 나노입자연구단 부연구단장)·현택환 교수(IBS 나노입자연구단장) 공동 연구팀이 부정맥 발생 부위를 진단해 큰 충격 없이도 치료할 수 있는 ‘다채널 전기 자극 어레이’를 개발하고, 동물 모델을 통해 효과를 검증했다. 

부정맥은 심장에서 생성하는 전기 신호에 이상이 생기는 질환이다. 심실세동과 심실빈맥은 특히 치명적인 부정맥이다. 대개 갑자기 발생해 급사에 이를 수 있어서 부정맥 위험이 높은 심부전 환자는 예기치 못한 악성 심실 부정맥을 발생 즉시 치료하기 위해 삽입형 제세동기를 체내에 이식한다.

삽입형 제세동기는 부정맥이 시작된 부위만 자극할 수 없어서 불가피하게 심장 전체에 영향을 미칠 만큼 강한 전기충격을 발생시켜 부정맥을 차단한다. 이 충격을 통해 심장 전기 신호의 이상을 리셋하고, 박동을 정상화하는 것이다.

그러나 제세동기의 충격은 환자에게 통증을 일으킬 뿐 아니라 심장의 정상적 수축 기능을 방해할 수도 있어서 개선이 필요한 상황이었다. 연구팀은 부정맥의 시작 부위를 정확히 찾아내고, 해당 부분에만 전기 자극을 적게 가해 충격을 최소화할 수 있는 나노 소재 기반 ‘다채널 전기 자극 어레이(array)’를 제작했다.

해당 어레이는 8개 또는 32개의 전극 채널이 4×2 또는 8×4 로 배치되어 있어 각 전극을 통해 심장의 각 부위에서 전기 신호를 측정한다. 이를 부정맥이 잘 발생하는 심근경색 동물 심장 모델에 적용한 결과, 부정맥의 시작 지점을 정확히 진단할 수 있었다.

강력한 단발성 충격을 주는 기존 삽입형 제세동기와 달리 다채널 전기 자극 어레이는 부정맥이 시작된 부위를 특정해 심장에서 감지하지 못할 정도로 약한 전기 자극(역치하 자극)을 연속적으로 발생시켜 부정맥 전기 신호를 차단할 수 있는 것으로 확인됐다. 큰 충격 없이도 악성 심실 부정맥을 ‘조용하게’ 치료할 수 있는 가능성을 확인한 것이다. 만일 역치하 자극으로 치료가 불가능할 경우, 자극의 강도를 순차적으로 높여 치료할 수 있었다. 

역치하 전기 자극을 지속적으로 가하면 추가적인 악성 심실 부정맥의 발생도 예방할 수 있는 것으로 확인됐다. 동물 모델에서 다채널 전기 자극 어레이를 통해 역치하 전기 자극을 가한 ▲예방군(n=29)과 그렇지 않은 ▲대조군(n=29)으로 나누고 심근경색을 유도한 결과, 부정맥 발생 비율은 예방군과 대조군이 각각 17%, 55%로 대조군에서 3배 이상 높았다.

연구팀은 “다채널 전기 자극 어레이는 악성 부정맥의 진단과 치료뿐 아니라 예방 효과까지 보여줬으며 이는 기존의 삽입형 제세동기 개선에 혁신적 아이디어를 제공하는 것”이라고 강조했다.

이승표 교수는 “악성 심실 부정맥은 심부전 환자에게 동반되는 가장 위험한 합병증 중 하나로 이를 치료하기 위한 강한 제세동 충격을 두려워하는 환자들이 많다”며 “부정맥을 통증 없이 사전에 차단시킬 수 있음을 확인한 이번 연구는 부정맥 치료의 발전에 중요한 단서를 제공했다”고 연구의 의의를 설명했다.

이어 “이번에 검증된 기술을 실제 부정맥 환자들에게도 적용할 수 있도록 더 큰 어레이로 성능을 향상시키고 부정맥 진단·치료·예방의 자동화 알고리즘을 개발하는 연구를 추진할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 기초과학연구원(IBS)의 지원을 받아 수행됐으며, 미국과학진흥협회의 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 최근호에 게재됐다.

코로나19 유행 기간 국내 소아청소년의 복부 비만과 비알코올성 지방간질환 유병률이 증가한 것으로 나타났다. 용인세브란스병원 소아청소년과 송경철 교수, 강남세브란스병원 소아청소년과 채현욱 교수 연구팀의 연구 결과다. 

코로나19 유행으로 성인의 비만 및 이와 관련한 만성질환 발생이 증가하고 있다는 보고는 있었으나, 국내 소아청소년을 대상으로 이러한 질환의 유병률 변화 추세를 밝힌 연구는 부족했다. 이에 연구팀은 코로나19 유행 이후 국내 소아청소년의 비만 및 복부 비만 증가에 따른 비알코올성 지방간질환의 유병률 변화 추세를 알아보고자 연구를 수행했다.

연구에는 국민건강영양조사 ‘2018~2020 국민건강통계’ 자료가 활용됐다. 이 중 당뇨병을 가진 경우, B형‧C형 간염에 감염된 경우를 제외한 총 1428명의 소아청소년을 대상으로 연구가 진행됐다. 복부 비만은 동일 연령‧성별과 비교한 허리둘레가 90백분위수 이상인 경우로 정의했고, 비알코올성 지방간질환은 B형‧C형 간염이 없으면서 알라닌 아미노전이효소(Alanine Aminotransferase, ALT) 수치가 정상 범위 이상으로 상승하는 경우로 정의했다.

연구 결과 2018년, 2019년과 비교해 2020년 국내 소아청소년의 허리둘레는 71.0cm에서 72.9cm로 증가했다. 체질량지수에 따라 정상‧과체중‧비만으로 그룹을 나누었을 때, 비만 그룹에서의 복부 비만 유병률은 75.6%에서 92.7%로, 비알코올성 지방간질환 유병률은 45.8%에서 62.5%로 증가했다. 복부 비만과 비알코올성 지방간질환을 동시에 가진 비만 소아청소년은 40.7%에서 57.8%로 증가했다.

지역별 분석 결과 대도시에서는 복부 비만 및 비알코올성 지방간질환 유병률의 변화가 뚜렷하지 않았다. 대도시 외 지역에서는 비알코올성 지방간질환의 유병률이 15.2%에서 24.9%로, 복부 비만과 비알코올성 지방간질환을 동시에 가진 경우는 7.0%에서 15.7%로 증가했다. 

연구팀은 이전의 연구를 통해 국내 소아청소년의 비만 및 관련 만성질환 유병률의 증가를 확인한 바 있다. 이번 연구는 이러한 유병률 악화 추세가 코로나19 유행 이후에도 지속되고 있음을 보여줬고 그 원인으로 사회적 거리두기 및 활동량 감소, 식습관 변화와 같은 생활습관의 변화가 지목된다. 

연구팀은 “이전 연구 결과와 달리 정상 체중 그룹보다는 비만 그룹에서 비알코올성 지방간질환 유병률의 증가가 뚜렷한 것에 대해서는 복부 비만의 증가에 따른 결과일 수 있다”고 설명했다.

그러면서 “대도시 외 지역에서 복부 비만 및 비알코올성 지방간질환의 유병률 증가가 두드러진 것은 상대적으로 열악한 지역 의료 환경이 원인일 수 있으며, 재택근무 및 가족이 함께 지내는 시간이 증가함에 따라 대도시의 가정에서 자녀 양육 및 건강 관리에 긍정적 효과가 나타났을 것”이라는 추측도 덧붙였다.

송경철 교수는 “코로나19 유행에 따른 거리두기는 끝나가지만, 코로나19가 비만 및 내분비대사질환에 미치는 영향은 이후에도 지속해서 나타날 것”이라며 “소아청소년의 비만 및 관련 만성질환에 대한 지속적인 관심과 연구뿐 아니라 이를 뒷받침하는 적극적인 모니터링과 관리 정책이 필요한 시점”이라고 강조했다.

이번 연구 결과는 연세의대 종합 학술지 ‘연세의학저널(Yonsei Medical Journal, YMJ)’에 최근 게재됐다. 

이지혜 다른기사 보기