이중도메인 모델 (Bidomain Model)
쉽게 풀면
같은 자리에 두 개의 도로망이 겹쳐 깔려 있다고 상상해 보십시오. 하나는 세포 안쪽끼리를 잇는 길이고, 다른 하나는 세포 바깥 조직액을 잇는 길입니다. 두 길은 세포막이라는 문으로 연결되어 있어서 안쪽 길을 달리던 전류가 문을 통해 바깥 길로 빠져나가기도 하고 다시 들어오기도 합니다. 이중도메인 모델은 이 두 길의 전위를 각각 미지수로 두고, 문을 통과하는 막전류가 이온 채널 방정식으로 결정된다고 봅니다. 심장 근육은 섬유 방향으로는 전기가 잘 통하고 옆 방향으로는 덜 통하는데, 두 길의 이런 방향성이 서로 다르다는 점까지 담아낼 수 있다는 것이 이 모델의 강점입니다.
왜 중요한가
제세동 전기충격처럼 조직 바깥에서 전류를 흘려 넣는 상황은 세포 외 공간의 전위를 따로 다루어야만 설명할 수 있습니다. 심장제세동 역치 예측, 부정맥 회귀 회로 시뮬레이션, 조직 모델에서 심전도 유도체계 파형을 계산하는 연구가 모두 이 모델 위에서 이루어집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
외부 전기자극을 주면 조직 일부는 전위가 올라가고 인접 부위는 내려가는 상반된 반응이 함께 나타나는데, 세포 내외 전도이방성의 차이에서 비롯되는 이 현상을 모델이 재현했다는 뜻입니다.
외부 자극 없이 정상적인 흥분 전파만 관찰할 때는 두 공간의 전도 이방성이 비례한다고 두어 방정식을 하나로 줄여도 결과 차이가 작다는 판단에서 계산을 단순화했다는 의미입니다.
심근 섬유가 놓인 방향에 따라 전기가 퍼지는 속도가 다르므로 그 값을 실험치로 맞추자, 모델이 예측한 흥분 도달 시각의 분포가 실제 측정과 맞아떨어졌다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
이중도메인 방정식은 세포 내 전위와 세포 외 전위에 대한 두 개의 편미분방정식과, 막전위를 매개로 결합된 이온 전류 모델로 구성됩니다. 세포 내외 전도도 텐서가 서로 비례하면 방정식은 단일도메인 모델로 축약되지만, 실제 심근에서는 이 비례 관계가 성립하지 않아 외부 자극 시 조직 곳곳에 가상 전극이 만들어집니다. 이 가상 전극 극성 현상은 제세동 메커니즘을 설명하는 핵심 근거로 인용됩니다. 다만 심장 전체를 밀리미터 이하 격자로 풀어야 해 계산량이 매우 커서, 병렬 계산과 축약 모델이 함께 연구됩니다.
주의할 점
체적도체이론처럼 조직을 균질한 하나의 도체로 보는 접근과 혼동하기 쉽습니다. 이중도메인 모델은 세포 내외 공간을 각각 연속체로 평균화한 모델이므로, 세포 하나하나의 형태나 간극결합 배치를 그대로 묘사하지는 못한다는 한계가 있습니다.