약사, 물질 위에 서다⑱

1) 시상하부(hypothalamus)

시상하부는 다양한 기능을 가진 여러 가지 작은 핵으로 구성된 뇌 영역이다. 시상하부의 핵은 신경호르몬을 합성하고 분비함으로써 뇌하수체를 통해 신경과 내분비계 사이의 통로 역할을 한다. 시상하부는 기아, 갈증, 체온, 감정, 성욕, 출산, 혈압과 심박수, 소화액 생산, 체액 균형, 일주기 리듬 등 항상성 기능을 조절 및 유지하는 것이다. 시상하부는 혈압 및 순환계의 호르몬 수치를 포함한 내부 및 외부 환경의 다양한 신호에 반응한다.  

① 시상하부의 핵

시상하부의 핵은 혈액공급의 유래에 따라 앞쪽 지역(anterior region), 중앙 지역(tuberal region), 뒤쪽 지역(posterior region)으로 3가지 하위분류로 구성된다. 또, 형태 및 기능 영역에 따라 측면(lateral), 중앙(medial), 뇌실주위(periventricular)로 세분된다.
 

ⅰ) 앞쪽 시상하부 핵(Anterior Hypothalamic Nuclei)

앞쪽 시상하부 핵은 시신경교차 지역(supraoptic region)으로도 알려져 있듯이 시각교차(optic chiasm) 위에 있다. 대표적인 핵으로 실방핵(paraventicular nucleus)과 시각교차위핵(supraoptic nucleus)이 있다. 앞쪽 시상하부 핵은 옥시토신, 바소프레신, CRH, TRH, GnRH 및 소마토스타틴의 분비에 관여한다.  일주기 리듬, 체온조절(헐떡거림, 발한) 및 성별 간의 발달 차이와 같이 중요한 신체 기능 중 일부가 수행된다.  

ⅱ) 중앙 시상하부 핵(tuberal hypothalamic nuclei)
중앙 시상하부 핵은 시상하부에서 가장 크며, dorsomedial 및 복내측핵(ventromedial nucleus)은 기아와 포만을 조절한다. 또, 복내측핵은 두려움과 공격성에 중요한 역할을 하는 것으로 보인다.
 

ⅲ) 뒤쪽 시상하부 핵(posterior hypothalamic nuclei)
뒤쪽 시상하부 핵은 기억, 혈압 상승, 떨림, 에너지 균형, 수유, 수면, 각성 및 학습과 같은 기능을 제어한다. 이 핵의 손상은 저체온증을 유발하고, 핵 시냅스를 통해 척수의 교감신경계에 영향을 미친다.

2) 시상하부의 기능

시상하부의 기능은 인체의 다양한 정보를 통합하고, 그에 따른 다양한 반응으로 설명된다. 시상하부는 변연계(limbic system), 뇌간(brain stem) 및 척수(spinal cord), 뇌하수체와 연결되어 있다.

① 신경/내분비 기능

시상하부에 의해 제어되는 3가지 주요 계는 자율신경계, 신경내분비계 및 변연계이다. 시상하부는 다양한 생리학적 지표를 감시하고, 생리학적 지표의 변화에 따라 자율신경계, 신경내분비계, 변연계의 신호 및 호르몬의 분비를 변경한다. 생리학적 지표의 변화와 시상하부의 조절에 의해 설정점(set points)을 설정하고, 항상성을 유지한다. 

② 시상하부는 혈액의 구성 및 삼투압을 감시한다

시상하부는 뇌에서 가장 혈관이 많은 지역 중 하나이고, 뇌로 물질을 교환할 수 있는 유창 모세혈관(fenestrated capillary, 뇌혈관장벽을 우회)을 가지고 있다. 예를 들면,

⦁시각교차위핵(supraoptic nucleus)은 혈중 삼투압을 감시하는 삼투압수용기(osmoreceptor)로 작용하고, 체액이 부족한 경우 바소프레신을 혈액으로 방출한다.

⦁복내측핵(ventromedial nucleus)은 포도당수용기(glucoreceptor)로서 혈중 포도당을 감시하고, 식욕을 조절한다.

⦁시상하부(lamina terminalis 부위)에 발열원으로 알려진 인터루킨-1(interleukin-1)이나 종양 괴사인자(tumor necrosis factor)가 결합하면 이 분자들은 중추신경계로 운반하고 프로스타글란딘(prostaglandin)을 합성한다. 이것은 시상하부의 전방핵(anterior nucleus)에 작용하고 체온 설정값의 변화를 시작하여 열이 나게 된다.

⦁뇌하수체 표적 분비선에서 생성된 혈중 호르몬(예, 에스트로겐, 프로게스테론, 코티솔, 티록신 등)은 수용체에 작용하고, 시상하부-뇌하수체전엽 시스템에 피드백 작용을 한다.
 

3) 항상성과 대사

항상성은 외부 환경의 변화에도 불구하고 인체의 내부 상태를 일정하게 유지하는 현상을 의미한다. 항상성이 중요한 이유는 생명의 대사 과정은 매우 특정한 물리적, 화학적 환경에서만 일어날 수 있기 때문이다.

시상하부는 외부의 다양한 자극에 반응하여 변연계, 내분비계, 자율신경계를 통해 인체의 대사를 조절하고, 항상성을 유지하는 중요한 역할을 한다. 생존과 직결된 항상성은 체온, pH, 포도당 농도, 이산화탄소와 산소의 농도, 삼투압 및 전해질 농도이고, 이러한 물리적, 화학적 환경에서 물질의 이동 및 ATP생성이 가능하기 때문이다.

많은 질병은 항상성의 실패의 결과이다. 스트레스에 대한 인체의 저항은 에너지 대사의 증가 방향으로 움직이게 된다. HPA axis, HPT axis의 흥분과 SAM pathway를 통한 교감신경의 흥분으로 에너지 생성을 증가시키는 환경으로 혈액의 구성을 바꾼다.

하지만 스트레스(그림3 참고, 외부의 스트레스, 트라우마)의 제거가 불가능하거나, 세포내에서 포도당이나 중성지방을 ATP로 바꾸는 효소 및 보조인자(thiamine, niacin, carnitine 등)의 부족으로 충분한 ATP가 생성되지 못한다면 HPA axis, HPT axis, SAM pathway의 지속적인 흥분된다. 이것의 결과는 항상성의 실패로 포도당 상승, 심박수 및 혈압의 상승, 중성지방의 증가 등이 나타나게 되는 것이다. 

※ 참고문헌
위키피디아 검색 : hypothalamus
medscape.com : Hypothalamus Anatomy
Human BRAIN FACTS : What Is Hypothalamus, Parts Of Hypothalamus With Pictures