자극과 항상성 함께 봐야 염증 해소 가능

약사와 철학16 생화학에 생명을 더하다Ⅶ[335호] 한국의약통신l승인2017.04.06 15:42:04

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▲ 신창우 약사(충북 단양군 시장약국)

국소 방어보호반응 ‘염증’, 반응부터 치유까지 포함
통증과 발열 동반…근본 원인 못 찾으면 만성으로 이어져

[염증 inflammation]
염증이란 조직에 상해나 파괴가 있을 때, 혈관이 있는 생체조직의 국소적 방어보호 반응이다. 손상에 대한 즉각적인 방응부터 치유에 이르는 일련의 형태학적 및 기능적인 모든 과정을 말한다.
혈관과 혈구 세포를 중심으로 일어나는 반응이다.
신경의 지배를 받지 않고, 혈관이 없는 하등동물에는 일어나지 않는다.

1. 염증의 목적
생체에 가해진 손상의 요인을 제거하고 조직의 재생을 분비하는데 있다. 따라서 염증반응이 일어나지 않는다면 생체는 살아남기 어렵다.
초기세포손상의 억제와 함께 상처부분의 괴사된 세포 및 상처를 입은 조직을 제거함과 동시에 조직재생을 한다.

2. 염증의 원인
조직 손상을 일으키는 모든 인자
∎ 물리적 요인: 화상, 자외선, 방사선, 전기, 타박상, 외상 등
∎ 화학적 요인: 산, 알칼리, 산화제, 알코올, 독소 등
∎ 생물성 원인: 미생물 감염
∎ 면역반응: 항원-항체반응, 과민반응, 자가면역 등

3. 증상
1) 국소적 증상 및 징후
혈관확장에 의한 발적(redness)
부종에 의한 종창(swelling)
발열물질에 의한 발열(heat)
히스타민과 부종에 의한 통증(pain)
통증과 종창에 의한 기능장애(loss of function)

2) 전신적 증상 및 징후
발열, 오한, 발한 백혈구 증가, 피로, 식욕감퇴, 쇠약, 수면양상의 변화

4. 염증의 분류
1) 급성염증
염증반응이 갑자기 시작되어 수일 내지 수 주 동안 지속된다. 국소반응은 기본징후인 발열, 발적, 부종, 통증 및 기능 상실이 특징적이며, 현미경적 소견으로는 혈관성 변화와 삼출물 형성이 주작용이므로 일명 삼출성 염증이라고 한다.

2) 만성염증
만성 염증은 급성 염증으로부터 이행되거나 만성으로 시작된다. 염증지속 기간은 보통 4주 이상 장기화 된다. 염증세포로는 단핵구와 거대세포의 혼합물, 림프구, 형질세포(plasma cell)가 있으며 결합조직의 증식으로 반흔을 남기며 치유된다.

3) 급성염증과 만성염증 

감염(infection)은 반드시 병원성 미생물의 침입에 의해 생긴 염증을 말하고, 염증(inflammation)은 감염을 포함하여 다양한 유형의 유해 인자를 탐지하고 제거하기 위한 반응을 말한다. 염증의 어원은 ‘타다(to set on fire)’라는 의미를 가지고 있는 라틴어의 ‘inflammare’에서 기원한다. 염증을 나타내는 이름들은 췌장염(pancreatitis), 충수돌기염(appendicitis), 후두염(laryngitis), 간염(hepatitis)과 같이 장기 또는 조직명에 ‘~염炎(~itis)’을 붙이는 것이 관례이다.  

염증은 살아 있는 조직에서 유해한 요소에 대한 생체반응 중 하나로 면역세포, 혈관, 분자생물학적인 중간체들이 관여되어 있는 보호반응이자 방어활동이다. 염증이 일어나게 되면 염증세포가 환부에 모이면서 혈관이 팽창되기 때문에 붉어지고(redness), 열(fever)이 나고, 부기(swelling)가 발생하여 통증(pain)이 온다. 이를 급성 염증의 4대 신호라고 하는데, 염증의 원인이 해결되면 이런 반응도 사라진다.

만성염증은 급성염증이 지속적으로 반복되거나 염증 원인이 성공적으로 해결되지 않으면(결핵, 매독, 나균 등) 만성염증 상태가 된다. 또 베체트병, 류마티스 관절염, 루푸스, 크론병 등 자가 면역 질환이 만성염증을 일으키는 대표적인 경우다.

5. 염증에 관여하는 세포

▲ 그림1. 급성염증반응과 삼출

조직 손상이 발생하면 손상된 비만세포와 혈소판은 histamine, serotonin, prostaglandins, luekotrienes 등과 같은 화학적 매개물질을 세포간질액과 혈액으로 분비한다. histamine 등의 혈관 작용성 물질에 의해 세동맥이나 모세혈관의 확장이 일어나 혈류가 증가한다. 확장된 혈관에서는 혈류가 천천히 흐르고, 혈관 내피세포의 사이가 벌어져 혈관 투과성이 증가한다. 이곳으로부터 혈액성분이 혈관 밖으로 새어 나오고, 혈액성분이 혈관 밖으로 새어 나오는 것을 삼출(exudation), 새어 나온 액체를 삼출액(exudate)이라 한다. 삼출액 속에는 다량의 단백질을 함유하고 있다.

1) 호중구(neutrophil)
호중구는 인체에서 가장 많은 비율(50~70%)을 차지하는 백혈구이다. 골수(bone marrow)에 있는 줄기세포에서 형성이 되고, 수명은 짧으며 이동성이 높다. 호중구는 식세포(phagocyte)의 일종으로 정상적으로 혈류를 따라 순환한다. 염증이 시작되는 시기에 가장 빨리 반응하는 세포 중 하나이다. Interleukin-8 (IL-8), C5a, fMLP, Leukotriene B4 그리고 H2O2와 같은 화학신호에 따라 혈관에서 세포간질액을 지나 염증 부위로 이동한다(화학주성 chemotaxis).
호중구는 세균에 비해 정제된 탄수화물(포도당, 과당, 자당, 꿀, 오렌지 주스 등)을 삼키는 경향이 있다.(1973년 Sanchez et al 발견) 호중구의 식세포 능력은 단순당을 섭취하였을 때 영향을 받았고, 공복 상태에서는 식세포 능력이 증가하였다.

2) 호산구(eosinophil)
호산구는 백혈구의 1~6%를 차지하며 흉선 수질, 하부위장관, 난소, 자궁, 지장 및 림프절에 있지만 폐, 피부, 식도 또는 다른 내부장기에는 없다. mast cell과 basophil과 더불어 알레르기 및 천식과 관련된 기전을 제어한다. 비강 점막에 호산구가 축적되면 알레르기성 비염의 주요 진단 기준이 된다.

3) 호염기구(basophil)
호염기구는 과립구(granulocyte, neutrophil, eosinophil, basophil, mast cell) 가운데 수가 가장 적은 세포로 백혈구 중 0.01~0.3%를 차지한다. 호염기구는 비만세포와 형태 및 기능이 유사하다. 두 세포의 공통적인 특징은 histamine(혈관 확장)과 heparin(혈액응고 억제)을 저장하고 분비한다. 호염기구는 혈류를 타고 순환하고, 비만세포는 결합조직에 위치한다. 호염기구는 특정한 염증 반응, 특히 알레르기 반응을 유발하는 염증 반응에 관여한다.

4) 비만세포(mast cell 비만세포)
비만세포는 골수 줄기세포에서 유래된 과립구 유형의 백혈구이고, 과립으로 histamine과 heparin이 풍부하다. 알레르기와 anaphylaxis로 잘 알려져 있지만 비만세포는 중요한 보호 역할을 하고 있으며, 상처 치유, 혈관 신생, 면역 관용, 병원체 방어 및 혈액-뇌 장벽 기능과 밀접한 관련이 되어 있다. 

▲ 그림2. 면역세포

5) 단핵구(monocyte), 대식세포(macrophage)
단핵구는 가장 큰 유형의 백혈구이며, 전체 백혈구의 2~10%를 차지한다. 단핵구(혈액에 존재)는 면역 반응의 영향으로 대식세포(유리형과 고착형이 있음. 조직 고착의 예 kupffer cell) 또는 수지상 세포(dendritic cell 외부와 접촉하는 조직에 존재: 피부, 코, 폐, 위, 장)로 분화할 수 있다. 단핵구의 절반 이상은 비장(spleen)에 저장된다. 단핵구와 대식세포, 수지상 세포는 식균작용, 항원제시 및 cytokine을 생산을 한다.

6) 림프구(lymphocyte)
림프구는 무과립성 백혈구로 전체 백혈구 중에서 30%를 차지한다. 림프구는 NK cell(선천 면역 반응), T cell(세포 매개성 면역), B cell(체액성 면역)로 되어 있으며 주로 lymph에서 발견이 되어서 lymphocyte라 불립니다. 림프구는 항원(antigen)의 침입을 인식하여 항원을 제거하는 작용을 하며, 림프구의 표면의 항원 수용체에 의해 결정된다.

7) 형질세포(plasma cell)
형질세포는 대량의 항체(antibody)를 분비하는 백혈구이다. 혈액과 림프액에 분비된 항체는 항원(외부 물질)을 중화하거나 파괴한다. 형질세포는 수 천 분자의 항체를 분비한다. 

6. 염증의 증상
염증이 적으면 박테리아와 같은 유해 자극에 의해 점진적으로 조직 파괴를 일으키고, 반대로 만성염증은 알레르기, 치주염, 죽상 동맥 경화증, 류마티스 관절염 및 암과 같은 다수의 질병을 유발할 수 있다. 따라서 염증은 신체에 의해 엄격히 규제된다. 염증의 전형적인 증상인 열, 부기, 통증, 발적은 반드시 필요한 반응이나 염증의 원인이 제거되지 못한 상태에서 지속적으로 나타난다면 인체에 문제를 일으키기도 한다.

▲ 그림3. 염증과 치유

1) 발적과 열감(redness & warm)
mast cell 및 과립구의 탈 과립화에 의해서 분비된 히스타민은 국소 혈관 확장을 일으켜 손상된 조직에 혈류를 증가시킨다. 혈류의 증가는 항체와 백혈구가 혈관에 의해 운반되어 손상된 조직으로 이동시키고, 산소와 영양분이 조직으로 더 많이 이동한다. 모세혈관 확장과 흐르는 혈류의 증가로 발적과 열감(혈액은 열을 이동시킨다)이 발생한다.

2) 종창(swelling)
chemical mediator는 모세혈관의 투과성을 증가시킨다. 모세혈관은 하나의 두꺼운 세포(단층 편형 상피simple squamous epithelium)로 되어있다. 모세혈관의 투과성이 증가되면 혈액에 있는 단백질(단백질의 일부는 항체이다)이 조직으로 이동이 높아지고, 삼투압으로 인해 조직에 더 많은 물이 이동하게 된다. 조직으로 물의 이동은 국소적으로 부종(edema)이 생긴다.

3) 통증(pain)
chemical mediator중 일부 특히 prostaglandin과 kinin은 통증 감각 신경을 활성화시킨다. 통증은 개인이 느끼는 불쾌한 감정으로서 통증이 발생한 상황에서 벗어나고, 손상된 신체 부위를 보호하고, 미래에 유사한 경험을 피하는 동기를 부여한다. 또한, 통증은 인체에 문제가 발생했다는 경고의 의미로 사용된다.

4) 발열(fever)
chemical mediator는 뇌로 전달되어 온도 조절 설정 점(set point)을 높은 수준으로 올린다. 백혈구에서 방출하는 interleukin-1(IL-1)과 prostaglandin은 시상하부의 체온중추에 작용하여서 온도 조절 설정 점을 높이는 작용을 한다. 백혈구에서 생산된 IL-1은 혈류를 타고 뇌혈관장벽이 없는 뇌실 주위 기관까지 도달하고, 뇌 내의 혈관내피세포에 있는 arachidonic acid를 이용해서 prostaglandin E2(PGE2)를 합성한다. PGE2는 뇌 내에 있는 프로스타글란딘 수용체에 결합함으로써 발열 과정이 일어난다.
체온이 1℃ 상승하면 기초대사율은 13% 항진한다. 기초대사율 항진으로 에너지 소비량이 증가하고, 영양소와 산소의 공급을 위해서 심박수와 호흡수가 증가한다. 기초대사율의 증가는 신체가 쉽게 피곤하게 되고, 휴식을 취하게 하려고 한다.
 
5) 염증 증상의 지속
염증 반응(inflammation response)은 인체가 유해한 자극에 대항하는 지극히 정상적인 반응이다. 문제는 유해한 자극이 지속이 되거나, 유해한 자극에 의한 손상된 조직이 복구가 되지 못한다면 염증반응이 지속된다는 것이다. 지속적인 염증은 인체에 유해한 반응을 일으키고, 알레르기, 천식, 동맥경화증, 류마타스 관절염 그리고 암 등 수많은 질환과 관련을 가지고 있다. 현대약학은 이러한 염증반응을 호전하는 많은 약물(chemical mediators의 anti-drug)을 사용하나, 염증을 일으키는 유해한 자극을 제거하는데 한계를 가지고 있다. 또, 손상된 조직을 회복하는데도 많은 관심을 기울이지 못하고 있다.

염증을 일으키는 세균, 외상, 독소 등의 유해한 자극은 결국 항상성(homeostasis)에 문제를 일으킨다. 반대로 항상성에 문제를 일으키는 모든 것은 염증을 일으킬 수 있다는 것이다. 유해한 자극을 일으키는 외부요인과 내부요인(항상성 이상)을 함께 보아야 인체에서 문제를 일으키는 유해한 염증반응을 해소할 수 있을 것이다.

참고문헌
보건의료인을 위한 병태생리학 제1판, Barbara. E. Gould, 계축문학사
알기 쉬운 약물작용 메커니즘, 오오츠 후미코, 도서출판 정다와
위키피디아 검색: inflammation, neurtrophil, eosinophil, basophil, mast cell, monocyte,  lymphocyte, plasma cell

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