생존과 번식(survival and reproduction)

신창우 약사 한국의약통신l승인2019.08.12 06:06:00

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섭식, 번식, 감정, 면역 임상문제 환경변화에 영향 받아
생존은 유기체의 행동에 대한 기본 원칙 세우는 동기

▲ 항상성 조절

섭식, 번식, 감정 및 면역과 관련된 임상문제는 날씨와 계절을 포함한 환경변화에 영향을 받는 것으로 입증됐다. 시상하부는 내부 상태를 감지하고 생리적 반응과 행동 반응을 조정하여 항상성 조절(체온, 섭취, 번식 및 인체 방어 등)을 통해 유기체의 생존을 가능하게 한다. 또, 환경으로부터의 물리적, 화학적 자극을 받은 유기체는 행동 및 관련된 생리 기능을 조절함으로써 환경에 적응한다.

환경에 적응할 때 유기체의 행동을 지시하는 신경계의 반응은 중요한 요소이다. 행동은 의식적으로 통제될 수 있지만, 본능에 의한 행동에 의도와 강도를 주는 것은 무의식적인 과정에 의해 나타난다. 기본적인 욕구는 기아, 갈증, 성관계와 같은 생존과 번식에 필요한 기본 행동과 관련된다. 음식섭취, 공격적 행동 및 성적 충동은 시사하부의 신경자극에 의해 만들어질 수 있고, 시상하부는 생존과 번식에 필요한 동기 부여된 행동과 밀접한 관련이 있다.

시상하부는 인체 전반에 걸쳐 다양한 정보를 수집하고 통합하며, 신경계 및 내분비계의 조화로운 제어를 통해 항상성을 유지와 인체의 중요한 행동에 영향을 미친다. 에너지 대사(energy metabolism)는 음식의 섭취와 소화에 의해 조절되고, 체온은 복잡한 상호작용과 여러 기관계의 활성에 의해 일정 수준(약 36.5℃)으로 유지된다. 번식 활동(reproductive behavior)은 생식기와 내분비 조절이 하나가 되어 작용한다. 감정(두려움, 분노 등)표현은 시상하부에 의해 부분적으로 제어되며, 수면주기와 각성상태에도 영향을 미친다.

생존은 유기체의 행동에 대한 기본 원칙을 세우는 주요 동기이고, 생리적 결핍은 우선순위를 정하고 행동하게 한다. 생명은 다양한 위기를 극복하고 생존하고 있으며, 번식은 종(種, species)의 멸종을 막는 중요한 수단이다. 유기체는 생존과 번식에 필요한 활동(behavior)을 하고, 시상하부는 생존과 번식에 중추적인 역할을 한다.   

1) 월경주기(menstrual cycle)

난소(ovary)에는 원시 난포(primary follicle)가 존재하고 난포에는 감수분열로 완성된 난자(ovum)가 들어있다. 성숙한 난자의 생산은 약 28일 주기로 생성되며, 하나의 원시 난포(하나의 난자를 함유)는 뇌하수체 전엽, 시상하부 및 난소 자체로부터 오는 호르몬의 영향으로 성숙한다. 성숙한 난포(mature follicle)에서 성숙한 난자(mature ovum)를 분비하는 과정을 배란(ovulation)이라고 한다. 난포에서 분비된 난자는 난관(fallopian tube)으로 이동하고, 난자를 분비한 난포는 황체(corpus luteum)가 된다.

월경주기는 난소(ovarian cycle)를 기준으로 난포기(follicular phase, 배란 전)와 황체기(luteal phase, 배란 후)로 나누고, 자궁주기(uterine cycle)는 자궁 내막(endometrium)을 기준으로 월경(menses), 증식기(proliferative phase). 분비기(secretory phase)로 나눌 수 있다. 난자의 생산은 난소에서 일어나고, 출생 전까지 태아의 보호와 영양공급은 자궁의 역할이다. 월경주기는 호르몬의 증가와 감소로 조절된다.

▲ 월경주기(menstrual cycle)

① GnRH(Gonadotropin-releasing hormone, 성선자극호르몬 분비호르몬)

시상하부에서 분비되는 GnRH는 신경호르몬(neurohormone)으로 뇌하수체에 작용하여 LH와 FSH의 합성과 분비에 관여하는 단백질을 활성화시킨다. 이 과정은 피드백루프(feedback loop)에 의한 조절과 GnRH의 박동성 분비의 크기와 빈도에 의해 제어된다. GnRH의 박동성 분비가 낮은 빈도에서는 FSH를 분비하고, GnRH의 박동성 분비가 높은 빈도에서는 LH를 분비한다. 남성의 경우 GnRH는 일정한 빈도로 박동성 분비되나, 여성은 월경주기 동안 GnRH의 박동성 분비 횟수는 다양하고, 배란 직전에 GnRH가 급증한다. 무엇보다 GnRH는 단일 호르몬으로 난포 성장, 배란 및 황체 유지의 복잡한 과정을 조절한다.

프로락틴(prolactin)이 증가하면 GnRH 활성을 감소시키고, 고인슐린혈증(hyperinsulinemia)은 GnRH의 박동성 분비를 증가시켜 무질서한 LH 및 FSH활성을 유발한다.

② FSH와 LH

(Follicle-stimulating hormone : 난포자극 호르몬, Luteinizing hormone : 황체형성 호르몬)

FSH와 LH는 뇌하수체 전엽에서 분비되는 호르몬으로 생존에 필수호르몬은 아니지만 번식에 필수 호르몬으로 생식선(고환, 난소)에 작용한다. FSH는 GnRH에 의해 제어되고 인히빈(inhibin)에 의해서 억제된다. LH도 GnRH에 의해 제어되고 인히빈(inhibin) 및 성호르몬은 LH에 영향을 미치지 않는다.  

▲ 난포와 황체

FSH는 난포의 성숙을 촉진한다. 인간(동물을 포함하여)에게 FSH를 투여하면 과배란(superovulation)을 일으켜 통상적인 수보다 많은 성숙한 난포를 증가시키고, 난포와 함께 성숙된 난자도 증가한다.

LH는 생식선(고환, 난자)에서 성호르몬 분비를 자극한다. 난소에 있는 Theca세포는 LH 자극에 반응하여 테스토스테론을 분비하고, 테스토스테론은 인접한 Granulosa세포에 의해 에스트로겐으로 전환된다. LH의 급격한 분비는 성숙한 난포를 파열시켜 난자를 배출하고, 배란이 일어난 난포의 잔여세포가 증식하여 황체가 된다. LH의 자극을 받은 황체는 프로게스테론을 분비한다.

③ 에스트로겐과 프로게스테론

에스트로겐과 프로게스테론은 여성의 신체적 특성을 담당한다.

⦁ 에스트로겐(estrogen)

에스트로겐의 기능은 기관(organ)에 따라 다르게 나타나는데 자궁(uterine)에서 에스트로겐의 작용은 월경으로 손실된 자궁내막을 재생시키고, 뼈 흡수(Bone resorption)를 감소시켜 뼈 손실을 막는다. 질(vagina)의 점막을 촉촉하게 유지하고, 유방과 여성 생식기의 발달을 자극한다. 에스트로겐은 갑상선 결합 글로불린(thyroid binding globulin, TBG)의 생성을 증가시킨다. TBG의 증가는 갑상선 호르몬과 결합하고, 갑상선 호르몬의 기능을 감소시킨다. 갑상선 호르몬 감소로 신신대사가 감소되고, 지방 축적을 증가(태아에게 에너지 공급)시킨다.

⦁ 프로게스테론(progesterone)

프로게스테론은 에스트로겐과 같은 기관(organ)에 영향을 주지만 작용은 다르게 나타난다. 프로게스테론은 배란 후 난소(황체)에서 생성되고, 임신을 위해 자궁점막을 유지시키는 역할을 한다. 임신이 없으면 프로게스테론은 감소하고 월경이 시작된다. 프로게스테론은 유방 세포 성장 및 증식 속도를 감소시키고, 유방에서 세포 사멸을 통해 암 예방에 중요한 작용을 한다. 에스트로겐은 뼈 파괴 속도를 감소시키고, 프로게스테론은 조골세포(osteoblast)를 자극하여 뼈를 생성하는 역할을 한다. 갑상선 결합 글로불린을 감소시키고, 갑상선 호르몬 작용을 증가시켜 신진대사를 증가시킨다. 프로게스테론은 알도스테론(aldosterone) 수용체를 차단하고, 정상적인 체액 손실과 부종 감소 역할을 한다.

2) 키스펩틴(kisspeptin) : GnRH의 조절

키스펩틴(kisspeptin)은 사춘기에 성선자극호르몬 분비호르몬(GnRH)의 분비를 개시하는 중요한 역할을 한다. 키스펩틴은 시상하부에서 주로 발현되지만 뇌의 다른 부위(hippocampus 등)에서도 발현된다. 키스펩틴은 GnRH 뉴런을 자극하고, GnRH 분비를 조절한다.  

▲ 키스펩틴과 GnRH의 조절

이화작용과 동화자용 모두 인체의 대사는 물질의 변화를 가져온다. 세포 및 기관은 대사 상태의 변화에 대한 응답으로 대사 신호(포도당, 지방, 아미노산의 변화, 단백질 대사 등)를 보낸다. 또, 인체의 내분비관은 음식의 섭취 및 혈중 농도에 반응하여 인슐린과 글루카곤(췌장), 그렐린(위), 콜레시스토키닌(십이지장), 아디포넥틴과 렙틴(지방세포) 등 다양한 호르몬을 분비한다.

혈중 물질 및 호르몬의 변화는 시상하부에서 통합된다. 시상하부는 전신 대사 신호를 바탕으로 자율신경계와 내분비계를 조절하여 인체의 대사와 행동을 변화시키고, 감정에도 다양한 영향을 준다. 키스펩틴과 GnRH의 상호작용은 번식(reproduction)에 영향을 미친다. 인체에 영양이 부족하게 되면 아디포넥틴과 그렐린이 분비되고, 키스펩틴의 효능이 감소한다. 영양이 풍부하면 렙틴과 인슐린이 증가하고, 키스펩틴의 효능이 증가한다. 키스펩틴의 효능의 증가와 감소에 따라 GnRH의 분비가 변하게 되고, 번식 기능에 영향을 미치게 된다.

여성은 기아상태나 스트레스 상황에서 월경주기에 문제가 발생하는 것을 쉽게 경험하게 된다. 그리고 배란(ovulation)은 LH의 급격한 증가로 인해 발생한다. 월경주기 중 LH의 급격한 증가를 설명하기는 어렵지만 분명한 사실은 신체가 번식을 위한 준비가 되어있고, 시상하부는 전신 대사의 신호를 감지하여 호르몬 분비를 변화시킨다.

참고문헌

biology encyclopedia : hypothalamus, Female Reproductive System

위키피디아 검색 : GnRH, FSH, LH, estrogen, progesterone, kisspeptin

VIVO pathophysiology, Gonadotropins: Luteinizing and Follicle Stimulating Hormones

frontiers in endocrinology : Metabolic Impact on the Hypothalamic Kisspeptin-Kiss1r Signaling Pathway

   

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