Catecholamine, 위기상황 시 혈액공급 및 평활근 조절로 소화·배뇨 억제
면역 단백질 활성 증가로 나타난 불필요한 염증반응 cortisol로 감소시켜

무생물인 바위가 위험을 느끼거나 위험한 경우는 없습니다. 바위는 어떠한 자극이 있더라도 반응을 하지 않습니다. 생명은 무생물인 바위와 다릅니다. 위험을 느끼고, 자극이 오면 반응을 합니다. 인간도 생명으로서 위험을 피하고, 자극에 대해서 저항하며 적응하고 생존합니다.

낮과 밤, 봄여름가을겨울, 비(눈)와 바람 등 자연의 변화와 배고픔과 배부름, 사냥을 하거나 맹수에게 쫓기기도 합니다. 자극의 변화는 중추신경계에 전달이 되고, 변화에 따라서 신경계와 호르몬계는 여러 가지 명령을 인체의 조직과 기관에 내립니다. 특히, 생명에 위험을 주는 자극이나 적응하지 못한 자극에 인체는 더 많은 활동과 에너지가 필요합니다.

대뇌변연계(limbic system)는 이러한 자극에 대응하여 SAM pathway(sympathomedullary pathway)와 HPA axis(hypothalamic pituitary adrenal axis)를 자극합니다.

1) SAM pathway와 HPA axis의 인체 반응

부신은 뚜렷하게 다른 catecholamine과 steroid hormone을 분비합니다. Catecholamine은 저혈당(hypoglycemia)이나 인체 활동(exercise) 등에 따른 스트레스에 대한 즉각적인 반응으로 에너지 대사와 심박출량 등 생리적 기능을 조절합니다. Steroid hormone은 스트레스에 대한 장기간 작용으로 cortisol, aldosterone, androgen이 작용합니다. Cortisol은 포도당 이용을 조절하고, 면역항상성(immune homeostasis)에 중요한 역할을 합니다. 또한 aldosterone은 Na+ 및 체액의 항상성을 조절하고, 부신은 androgen의 전구체인 dehydroepiandrosterone sulfate(DHEAS)를 분비해 여성의 androgen합성에 중요한 역할을 합니다.

부신은 자극에 대한 반응과 그에 따른 여러 가지 대사를 변화시킵니다.

① 심폐기능의 변화

Catecholamine은 심장의 β1-adrenergic receptor에 작용해서 동방결절(SA node)에서 심장 박동 증가(chronotropic), 방실결절(AV node)에서 자극 전도 증가(dromotropic), 심장 근육의 수축력을 증가(inotropic)시킵니다. 이 작용을 통해서 주어진 시간에 심장은 더 많은 혈액을 순환시킵니다.

Catecholamine은 β2-adrenergic receptor에 작용해서 기관지 근육 및 작은 관상동맥, 간 동맥, 근육 동맥을 이완시킵니다. 근육과 심장에 더 많은 산소 및 에너지를 공급하게 됩니다.

β1,2-adrenergic receptor는 신장의 juxtaglomerular cell(JG cell)에 작용해서 renin의 분비를 촉진합니다.

Renin은 낮은 혈압이나 Na+이 부족할 때 분비됩니다. 교감신경의 흥분은 renin의 분비를 촉진시키고, 차례로 angiotensin, aldosterone, ADH의 분비를 증가시켜서 Na+와 물의 재흡수를 증가시킵니다. 혈액의 양이 증가되고 혈압이 증가하면서 심박출량은 더욱 증가하게 됩니다.

Cortisol은 erythropoietin(EPO, glycoprotein hormone)합성을 자극합니다. Erythropoietin은 적혈구 생산에 필수 호르몬으로 cortisol의 자극에 의해서 생산이 증가되며, 스트레스 반응 시 산소공급을 하는데 필수적인 역할을 합니다.

② 포도당 및 에너지 대사

위험이나 자극에 대한 반응은 즉각 일어나야 하며, 이러한 반응에 필요한 에너지는 인체에 저장된 것을 가지고 움직이게 됩니다. 한정된 에너지(특히 포도당)를 가지고 움직여야 하기에 인체는 포도당이 반드시 필요한 곳에서만 소비되게 대사를 움직입니다. 인체에 저장된 포도당은 glycogen입니다. 포도당으로 전환이 가능한 에너지원이 glycerol과 lactate, 그리고 glucogenic amino acid입니다.

Catecholamine은 α2-adrenergic receptor에 작용을 하여서 insulin분비를 억제(β2-adrenergic receptor도 인슐린분비 억제)하고 glucagon분비를 촉진합니다. α1-adrenergic receptor는 당신생반응(gluconeogenesis)과 글리코겐분해반응(glycogenolysis)을 촉진합니다. β2-adrenergic receptor는 지방분해(lipolysis)와 당분해(glycolysis)를 촉진합니다.

Cortisol은 당신생반응에 필요한 phosphoenolpyruvate carboxykinase, fructose-1,6-bisphosphatase, glucose-6-phosphatase의 유전자 전사를 증가시킵니다. 또, Glucose transporter type 4(GLUT4)를 감소시켜서 근육과 지방세포에 포도당이 들어가는 것을 막습니다. Cortisol은 근육에서 단백질분해(proteolysis)를 증가시키고 단백질 합성을 억제하여 gluconeogenesis에 필요한 재료(source)를 공급합니다.

Catecholamine과 cortisol의 작용으로 glycogen(간, 근육), 중성지방(지방조직), 단백질(근육조직)이 분해됩니다. 혈중에 glucose, 중성지방, 아미노산의 증가 및 lactate(근육에서 glycolysis작용으로)와 glycerol도 증가합니다. 간에서는 gluconeogenesis뿐만 아니라 ketogenesis도 증가하여 신경조직에 필요한 glucose와 ketone body를 제공합니다. 또, lipolysis를 통해서 근육에 에너지원으로 유리지방산(free fatty acid)을 공급합니다.

③ 인체보호

SAM pathway와 HPA axis는 위험이나 자극으로부터 인체를 보호하는 역할을 합니다. 심폐기능이 증가하면서 산소의 공급을 증가시키고, 인체에 저장된 에너지를 사용함으로써 뇌에는 포도당을 근육에는 유리지방산을 공급합니다. 공급된 산소와 에너지원은 빠르게 대사를 하면서 신체가 빠르게 움직일 수 있게 도와줍니다.

인체는 에너지의 효과적인 사용을 위해서 위기를 모면할 때 필요 없는 조직의 작용을 억제합니다. 또한, 대사의 증가로 인해서 나타나는 잘못된 반응을 억제합니다.

• 조직의 억제

α1-adrenergic receptor는 피부, 소화기계, 신장, 뇌의 혈액공급을 억제하고, 요관, 정관, 요도괄약근, 자궁 및 눈의 모양체 평활근을 수축시킵니다. α2-adrenergic receptor는 항문괄약근을, β2-adrenergic receptor는 요도괄약근을 수축시킵니다. 또한, β2-adrenergic receptor는 배뇨근과 자궁근육을 이완시킵니다.

위기 상황은 신체의 활동을 필요로 합니다. Catecholamine은 혈액공급과 평활근의 수축과 이완을 통해서 신체의 활동에 방해가 되는 소화와 배뇨를 억제합니다.

Cortisol은 HPG axis(hypothalamic-pituitary-gonadal axis)를 억제함으로서 생식기능을 억제합니다.

• 면역항상성(immune homeostasis)

α1-adrenergic receptor는 땀샘을 자극하여서 땀을 분비시키고, cortisol은 catecholamine과 함께 염증성 cytokine을 억제하고 항염증성 cytokine의 분비를 촉진합니다. 특히 cortisol은 phospholipase A2를 억제함으로써 prostaglandin, thromboxane 그리고 leukotriene을 억제합니다. 또, cortisol은 lysosomal membrane을 안정화시켜 proteolytic enzyme의 분비를 감소시킵니다.

SAM pathway와 HPA axis는 에너지 대사를 증가시킵니다. 에너지 대사의 증가는 인체에 열이 증가하게 되며 enzyme을 비롯해서 인체의 모든 활성이 증가하게 됩니다. 당연히 인체의 면역을 담당하는 단백질(prostaglandin, thromboxane, leukotriene)의 활성도 증가하게 됩니다. 면역 단백질의 활성 증가는 인체에 불필요한 염증반응이 증가하게 되고, 인체 자신을 해치는 염증반응까지 나타날 수 있습니다.

땀의 분비를 통해서 체온을 낮추어 지나친 효소 활성을 감소시키고, cortisol의 작용으로 부상 등으로 나타나는 염증반응을 억제함으로써 인체를 보호하는 작용을 합니다.

2) 맺음말

지구상에는 많은 동물이 생존하고 있고 서로 다른 생존방식을 가지고 있습니다. 그 중에서 공통점이 있는데 위기의 순간에는 자신을 보호하고 상당히 빠르게 움직인다는 것입니다. 세상에서 가장 느린 동물인 나무늘보는 매우 적은 양의 근육을 가지고 있습니다. 또한 신진대사율도 낮고 체온도 30~34℃로 낮습니다. 이런 낮은 신진대사율 덕택에 매우 적은 양의 음식만으로도 생존이 가능합니다. 물론 자신이 위험한 순간에는 매우 빠르게 움직이며 자신을 보호합니다.

SAM pathway와 HPA axis는 위기 때 인체를 빠르게 움직이게 도와주며, 인체를 보호하는 역할을 가지고 있습니다. 비록 많은 에너지를 소비하고 많은 에너지 섭취가 필요하지만 SAM pathway와 HPA axis는 생존에 가장 중요한 역할을 수행합니다.

생명은 항상 자극을 받게 됩니다. 또한 자극에 대해서 반응을 합니다.

해가 뜨면 눈을 뜨고, 밤이 되면 잠을 잡니다. 배가 고프면 먹이를 찾고, 먹이를 먹으면 휴식을 취합니다. 맹수가 나타나면 도망가고, 토끼가 나타나면 잡으러 쫓아갑니다. 시대가 흘러서 불을 다룰 줄 알고 농사를 지을 줄 알게 됩니다. 먹이가 증가하고 추운 겨울도 지낼 수 있기에 과거보다 생존하는 인간도 늘어나고 해야 할 일도 늘어납니다. 활동이 늘어날수록 SAM pathway와 HPA axis도 더 자주 인체를 보호하게 됩니다.

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참고문헌

위키피디아 검색 ; α1, α2, β1, β2 adrenergic receptor, cortisol, aldosterone

adrenal gland, enzyme, fight and flight response

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