항상성은 체내 평형 상태 유지되는 과정

신창우 약사 한국의약통신l승인2019.07.29 09:00:00

크게

작게

메일

인쇄

신고

항상성은 인체를 구성하는 모든 세포대사의 합으로 만들어져

시상하부 변화 항상성 회복시키는 조절시스템 기능 변화시켜

내분비계(endocrine system)

내분비선(endocrine glands)은 호르몬이라는 화학적 물질을 순환계로 방출하고, 먼 표적기관의 대사를 조절한다. 호르몬은 탄수화물, 단백질, 지방 등 물질 대사를 조절하고, 성장과 생식에 중요한 역할을 한다. 호르몬은 에이코사노이드(eicosanoids), 스테로이드(steroid) 및 단백질 유도체(amine, peptide, protein) 3가지로 구별할 수 있으며 다양한 화학구조를 가지고 있다.

신경계(nervous system)

신경계는 신체에 신호를 전달함으로써 행동과 감각 정보를 조정한다. 신경계의 구조는 중추신경계(CNS)와 말초신경계(PNS)로 구성되고, 말초신경계는 체성신경계와 자율신경계로 구분이 된다. 자율신경계는 교감신경계와 부교감신경계로 나뉜다. 신경세포(neuron)는 다른 세포에 신호를 정확하게 보낼 수 있는 구조이다. 신경세포는 축삭(axon)이라 불리는 얇은 섬유를 따라 이동하는 전기화학적 파동의 형태로 보내고, 시냅스(synapse)에서는 신경전달물질이 분비된다. 신경세포의 신호를 받은 세포는 흥분, 억제 또는 조절된다. 신경계의 주요기능은 환경변화에 따라 신체의 기능을 제어하는 것이다. 

▲ 신경계와 내분비계

항상성(homeostasis)은 생리적 기능 및 체액과 조직의 화학적 조성과 관련하여 체내의 평형 상태가 일정하게 유지되는 과정이다. 인체의 다양한 생리적 상태(체온, 체중, 삼투압 등)가 안정화 되는 수준이나 지점을 설정점(set point)이라고 한다. 예를 들어 체온의 설정점은 약 36.5℃이고, 조절중추(control center)는 뇌 및 신체를 모니터하고, 음성되먹임(negative feedback)을 이용해 체온 편차를 조절한다. 조절중추에 의한 설정점은 규칙적인 방법으로 재설정된다. 체온은 일주기리듬(circadian rhythm)에 따라 밤에 가장 낮고, 낮에는 높은 온도를 나타낸다. 정상적인 체온 설정점 변화에는 생리주기와 감염이 포함된다.

1) 시상하부(hypothalamus)

① 시상하부의 기능

시상하부(hypothalamus)는 다양한 기능을 가진 다수의 작은 핵을 포함하는 뇌의 일부분이다. 시상하부는 시상 아래에 있으며 변연계(limbic system)의 일부분으로 아몬드만한 크기이다. 시상하부의 가장 중요한 기능 중 하나는 뇌하수체를 통해 신경계와 내분비계를 연결하고, 특정 대사과정과 자율신경계의 활동을 조절한다. 이것을 통해 인체는 항상성을 유지하고, 체온, 갈증, 식욕 및 체중 조절, 체액 균형, 혈압 및 심박수, 수면주기, 성욕 등 인체의 필수 기능을 한다. 

▲ 시상하부의 구조 및 기능

② 시상하부와의 연결

시상하부는 중추신경계의 여러 부분들과 상호 연결되어 있으며, 특히 뇌간(brain stem) 및 망상체부활계(reticular activating system)와 깊은 연관이 있다. 변연계(limbic system)의 한 부분인 시상하부는 다른 변연계인 시상(thalamus), 소뇌편도(amygdala), 해마(hippocampus)와 연결되고, 자율신경계의 영역들과도 연결된다.

정서적 반응과 행동을 위한 변연계의 출력 경로(output pathway)에 시상하부가 이용된다. 변연계와 시상하부의 상호관계는 감정적 행동과 함께 나타나는 자율신경의 활성을 설명할 수 있다. 예를 들면 당혹스러울 때 얼굴이 붉어지는 것, 불안하거나 두려울 때 입이 마르면서 손에선 땀이 나고, 성욕 또한 시상하부의 기능이 된다. 

▲ 시상하부의 구심성과 원심성 연결

③ 뇌실주위기관 circumventricular organ

뇌는 신경호르몬(GnRH, melatonin 등)의 분비와 혈액의 구성요소를 모니터하는데 필요한 특화된 영역(그림4 참고)이 존재한다. 이 영역을 뇌실주위기관(circumventricular organ, CVO)이라 하고, 다른 뇌의 부위와 달리 혈관-뇌장벽(blood-brain barrier)이 없고, 투과성이 좋은 모세혈관이 있다.

▲ 뇌실주위기관(circumventricular organ)

뇌실주위기관은 항상성과 체액 균형에 필요한 감각기관과 분비기관으로 분류된다. 감각기관은 혈액 내 신호를 감지하고 그 정보를 다른 뇌 영역에 신경전달 능력을 가지고 있다. 분비기관은 뇌가 감지한 내부 신호 및 외부자극에 반응하여 말초혈액으로 호르몬을 분비한다.

뇌실주위기관의 투과성은 신경내분비 기능의 필수적인 부분이다. OVLT와 SFO(그림4참고)에 있는 신경세포는 혈액과 뇌척수액과 밀접한 관계를 가지고 있다. 여기서 수집된 정보는 시상하부의 핵에 투영되고, 시상하부는 median eminence와 뇌하수체 후엽을 통해 신경호르몬의 분비를 조절한다.

④ 생존과 번식(survival and reproduction)

부상이나 감염에서 오는 통증 및 정서적 고통에 의해 생성되는 스트레스 자극은 신체 기능과 화학적 불균형을 일으키고, 신체의 감각 신경은 신체 기능과 화학적 불균형을 감지한다. 이러한 신호(자극)는 중추신경계로 전달되고, 시상하부 핵에 있는 설정점 신경(set point neuron)을 자극한다. 시상하부의 변화는 스트레스 자극을 상쇄하고, 항상성을 회복시키는 조절시스템의 기능을 변화시킨다. 조절시스템에는 자율신경계, 내분비계 및 면역계의 기능 변화가 있고, 변연계와 함께 행동과 감정의 변화를 일으킨다.  

▲ 인체의 대사흐름

시상하부는 일정한 내부 환경을 유지하기 위해 인체의 대사를 조절하는 중요한 역할을 하고, 항상성은 음성되먹임(negative feedback)을 통해 설정점(set point)이라고 알려진 목표 값을 유지한다.

생명은 크게 “fight & flight” 와 “rest & digest” 2가지 환경에 노출이 되고, 노출된 환경에 따라 생명반응은 다르게 나타나다. 또, 먹는 음식이 다르고, 감정이 다름에도 불구하고 항상성은 늘 일정하게 유지한다.

항상성은 인체를 구성하는 모든 세포대사의 합으로 만들어진다. 그림5에서 보는 것처럼 세포는 다른 세포의 영향을 받고, 인체의 대사는 계속해서 변하게 된다. 생명은 흐르는 강물과 같이 항상 똑같아 보이지만 단 1초도 같은 적이 없다. 생명은 고정된 것이 아니라 흐름을 통해서 이해해야 하고, 생명에 주는 도움은 흐름을 도와주는 것이다.

참고문헌

위키피디아 검색 : endocrine system, nervous system, hypothalamus, circumventricular organ

Neuroscience(McGovern Medical school) online, Chapter 1: Hypothalamus: Structural Organization

The Hypothalamus-Pituitary Axis, 저자 : Linda Johnston Rohrbasser, Hussain Alsaffar, Joanne Blair 

 

한국의약통신  pharmacy@binews.co.kr
<저작권자 © 한국의약통신, 무단 전재 및 재배포 금지>

한국의약통신의 다른기사 보기

인기기사

기사 댓글
첫번째 댓글을 남겨주세요.