신장에서 물질의 이동 ‘재흡수’

물의 재흡수, 나트륨의 이동에 의해 일어나 한국의약통신l승인2019.04.09 06:00:00

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물의 재흡수, 나트륨의 이동에 의해 일어나
신장 재흡수, 농도 구배에 따른 확산에 의해 발생

물은 흐른다⑨ 신장(kidney) 두 번째 이야기(재흡수 reabsorption)
신장의 주요 기능은 다음과 같다.
① 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 염소, 중탄산염 및 인산염 등 전해질의 조절
② 혈장 부피의 조절
③ 혈장 삼투압의 조절
④ 혈장 수소이온 농도의 조절
⑤ 대사성 폐기물 및 이물질의 제거

신장의 네프론은 사구체 여과(glomerular filtration), 재흡수(reabsorption), 분비(secretion) 세 가지 교환 과정을 통해서 신장의 기능을 수행한다. 혈액은 사구체(glmerulus)에서 보만낭(Bowman’s capsule)으로 여과가 일어나고, 근위 세뇨관(proximal tubule), 헨렌 고리(loop of Henle), 원위 세뇨관(distal tubule) 그리고 집합관(collecting duct)을 통과하면서 재흡수와 분비가 일어나고, 소변을 형성하여 방광으로 배출된다. 

그림1에서 보는 것처럼 인체에 들어오는 다양한 음식과 인체의 대사에 의한 물리적 변화와 신장의 주요 과정(여과, 재흡수, 분비)을 통해 인체의 물리적인 항상성(pH, 전해질 농도, 혈장의 부피, 노폐물의 제거)을 유지한다.

소화관이 인체의 외부인 것과 마찬가지로 신장의 세관(tubule)도 외부로 통하는 통로이다. 소화관에서 물질의 이동을 흡수(absorption, 1차 물질이동)라 하고, 신장에서 물질의 이동을 재흡수(reabsorption, 2차 물질이동)라고 한다. 

1) 신장의 재흡수와 분비(reabsorption & secretion)
사구체와 보만낭을 통과한 여과액(filtrate fluid)은 세관(tubule)을 통과하면서 재흡수와 분비가 일어난다. 사구체를 떠난 원심성 세동맥(efferent arteriole)은 분지되어 세관주위 모세혈관(peritubular capillary)을 형성하고 이것은 세관(tubule)과 헨레 루프(loop of Henle)를 둘러싼다. 세관에서 재흡수 된 물질은 세관주위 모세혈관으로 이동하여 신장 정맥을 통해 인체로 다시 순환한다. 

① 신장 재흡수 기전(reabsorption mechanism)

신장 재흡수는 능동수송, 수동수송 및 전기화학적 기울기(삼투압)에 의해 세관 상피세포를 통과하여 모세혈관으로 물질이 이동하여 일어난다. 물과 용질의 이동은 상피세포를 통과하는 세포횡단 이동(transcellular transport)과 세포사이의 tight junction을 통과하는 세포사이 이동(paracellular transport)이 있다. 

근위세뇨관(proximal tubule)은 물질의 이동이 가장 활발히 일어난다. 근위세뇨관의 상피세포는 소장과 마찬가지로 미세융모(microvilli)가 있고, 미세융모는 확산을 위한 표면적을 증가시키고 흡수, 분비 등 다양한 기능에 관여한다. 상피세포에는 많은 양의 미토콘드리아(mitochondria)가 존재하고, 흡수와 분비에 필요한 에너지를 제공한다. 만약 미토콘드리아의 이상(ATP공급의 감소)은 신장 기능에 심각한 문제를 일으킨다.

∙ 세포횡단 이동(transcellular transport)
세포를 통해 용질 및 물을 운반하는 것으로 상피세포는 일차 및 이차 활성 수송 및 이온채널(ion channel)을 통한 수동 확산을 사용한다. 이 세포횡단 이동은 세관 내강(tubule lumen)에서 혈액으로 이동하는 흡수에 사용되고, 반대로 혈액에서 세관 내강으로 이동하는 분비(secretion)로도 이용된다.

세포횡단 이동은 그림3에서 보는 것처럼 4개의 단계를 거친다. ①이온 채널과 매개체를 통한 apical membrane 통과, ②세포내 세포질에서 확산, ③이온 채널과 매개체를 통한 basolateral membrane 통과, ④peritubular space(세포간질액)에서 모세혈관으로 이동한다.

∙ 세포사이 이동(paracellular transport)
세포사이 이동은 상피세포 사이의 tight junction을 통과하여 물질이 이동한다. 세포사이 이동은 주로 농도 구배에 따라 수동 수송으로 일어나고, 운반체(transporter)가 없기 때문에 peritubular space의 농도에 따라 흡수가 달라진다. 

tight junction은 음전하를 띠며 양전하를 우선적으로 수송하는 것으로 여겨진다.

② Na+/K+ ATPase와 재흡수

물의 재흡수는 삼투(osmosis)에 의해 나타난다. 세관(tubule)에서 모세혈관(peritubular capillary)으로 물질을 능동적으로 이동시키면 혈장의 삼투압이 증가하고, 세관의 삼투압은 감소한다. 삼투압의 차이는 농도 기울기를 형성하고 물은 삼투압이 높은 혈장으로 흐른다.

물의 재흡수는 나트륨의 이동에 의해서 일어난다. 세관의 여과액은 단백질을 뺀 혈장과 동일하다. 세관 내강(tubule lumen)에는 나트륨 농도가 높고 세포내는 나트륨의 농도가 낮다. 따라서 나트륨은 전기화학적기울기에 따라서 세관에서 세포내로 이동한다. 나트륨의 세포내 이동은 cotransporter를 통해서 이동을 한다.

otransporter는 나트륨의 이동(전기화학적 기울기, 수동수송)과 포도당, 아미노산, 인산염(2차 능동수송)의 이동이 함께 일어나는 symporter와 나트륨의 이동과 반대로 수소이온을 배출(2차 능동수송)하는 antiporter가 있다.  

cotransporter(symporter, antiporter)는 세포 내외의 나트륨 농도차이에 의해서 움직이고, Na+/K+ ATPase(1차 능동수송)는 세포내 나트륨을 세포외로 이동시키면서 cotransporter의 작용을 지속시킨다. cotransporter와 Na+/K+ ATPase는 세관 내강에 있는 나트륨을 혈장까지 이동시키고, 나트륨의 이동에 의해 발생한 삼투압(osmotic force)에 의해 세포 내강에 있는 물이 혈장으로 이동하게 된다. 나트륨과 물의 이동은 peritubular space에 정수압(hydrostatic pressure)을 증가시킨다. 삼투압과 정수압은 신장에서 물질의 재흡수에 중요한 힘으로 작용한다.

칼륨은 세관 내강보다 세포내에서 더 높은 농도로 존재한다. 농도 구배로 칼륨은 세포내로 이동할 수 없고, 물이 이동할 때 물과 함께 세포사이 이동(paracellular transport)으로 재흡수 된다.(이것을 ‘solvent drag’라 한다.)

신장에서 재흡수는 전기화학적 기울기 즉 농도 구배에 따른 확산(diffusion)에 의해 일어난다. 확산은 농도가 같아지면 더 이상 일어날 수 없지만, Na+/K+ ATPase에 의해 세포내 나트륨 농도를 낮게 유지함으로써 신장 재흡수에 필요한 농도 구배를 유지한다. 

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