항상성
恒常性, homeostasis
생명의 특성 중 하나로, 자신의 최적화 상태를 지속적으로 유지하려는 특성이다. 대부분의 생명 현상들은 이를 유지하기 위해 일어난다. 항상성은 생명 현상에 있어 매우 중요한 개념으로, 질병에 관한 핵심적인 정의 중 하나가 바로 이 '''"항상성이 깨지는 것"'''이다.[1] 또한 "항상성이 영구히 깨지는 것"을 죽음을 정의하는 개념으로 사용하기도 한다.
인간의 항상성에 가장 깊이 관여하는 기관은 신경계와 내분비계로, 상태의 변화에 따라 민감한 반응을 보인다. 예를 들면, 만약 몸의 체온이 높다고 판단한 뇌가 몸에서 땀이 나도록 명령하면 신경은 내분비계에다가 뇌의 명령을 전달하고, 내분비계는 실제로 땀을 배출하여 인간의 몸에서 땀이 난다. 주위의 온도가 다시 낮아질 때도 이와 마찬가지다.
다른 생명에서도 항상성은 적용된다. 예를 들면, 바다에서 서식하는 어류는 항상성을 유지시키기 위해(=체내 염분 농도를 낮게 유지하기 위해) 진한 오줌을 소량 내보내지만, 강에서 서식하는 어류는 거꾸로 체내 염분 농도를 높게 유지해야 하므로 연한 오줌을 다량 내보낸다. 따라서 외부의 자극에 대해 체내의 변화를 최소화해야 하므로, 음성 피드백이 일어난다.
체중 감량은 물론 증량도 매우 어려운 이유가 바로 빙하기를 거치며 완성된 인체의 뛰어난 지방/혈당 관련 항상성 유지 능력에 있다. 단기간에 체지방의 비축 상태가 변화하면 인체는 그에 반발하여 본래의 상태를 유지하기 쉽게 적응하는데, 덕분에 난데없이 열량 섭취가 대폭 증가한 현대에 와서는 엄청난 골칫거리가 되었다.
항상성은 호르몬과 신경(자율신경계)에 의해 유지된다. 항상성 조절 중추는 간뇌의 시상 하부이며, 시상 하부는 환경의 변화를 감지하여 신경의 흥분과 호르몬의 분비량을 조절함으로써 몸이 환경 변화에 대처하도록 한다. 항상성 유지에는 크게 혈당량 조절, 체온 조절, 삼투압 조절이 있다.
호르몬은 내분비샘에서 생성되며, 별도의 생성 기관 없이 혈액이나 조직액으로 분비된다. 내분비샘과 외분비샘을 비교해보자. 외분비샘은 분비관이 있고 내분비샘은 별도의 분비관이 없다. 호르몬은 혈액이나 조직액을 통해 이동하다가 수용체를 가진 표적세포 혹은 표적 기관에 작용한다. 호르몬은 미량으로 생리 기능을 조절하고, 부족하면 결핍증, 많으면 과다증을 일으킨다. 여기까지 기본적으로 알고 있어야 할 호르몬의 배경지식이다.
호르몬과 신경을 통한 효과 비교를 하자면, 호르몬은 전달 속도가 느리지만 효과는 지속적이다. 신경을 통한 효과는 뉴런을 통해 일어나는데 전달 속도는 빠르지만 효과는 일시적이다. 우리 몸의 주요 호르몬은 뇌하수체의 전엽(여기서 분비되는 호르몬은 다른 내분비샘을 자극한다.)에 생장 호르몬, 갑상샘 자극 호르몬, 부신 겉질 자극 호르몬, 생식샘 자극 호르몬, 후엽의 항이뇨 호르몬(ADH)[2], 옥시토신과 부갑상샘의 파라토르몬, 갑상샘의 티록신[3], 칼시토닌, 이자의 인슐린[4], 글루카곤[5], 부신의 겉질[6]에 당질 코르티코이드[7], 무기질 코르티코이드, 속질[8]의 에피네프린(아드레날린)[9], 난소의 에스트로겐, 프로게스테론, 정소의 테스토스테론 등이 있다. 특히 인슐린과 글루카곤은 길항 작용을 한다는 것을 기억해두어야 한다. 포도당을 글리코젠으로 전환하여 간에 저장하면 혈액 속 포도당의 양이 줄어들어 혈당량을 조절할 수 있다. 글리카곤은 글리코젠을 포도당으로 분해하여 혈액 속 포도당 양을 증가시킨다. 그리고 분비되는 티록신의 양이 너무 많으면 시상하부와 뇌하수체 전엽을 억제하여 갑상샘 자극 호르몬, 방출 호르몬과 갑상샘 자극 호르몬 분비량이 감소하게 된다. 결과적으로 갑상샘을 덜 자극하여 티록신도 감소하게 된다. 이를 음성 피드백이라고 하며 일정하게 유지시키려는 성질을 알 수 있다. 인슐린이나 글루카곤의 분비는 혈당량에 의해 음성 피드백으로 조절된다.
혈당량 조절의 중추는 간뇌 시상하부와 이자다. 이 중 최고 중추는 시상하부이다. 고혈당일 때는 식사 후 부교감 신경이 흥분하여 이자의 베타 세포에서 인슐린이 분비되어 혈당량을 감소시키고, 저혈당일 때는 공복 상태가 지속되거나 운동 시 교감 신경이 흥분하여 이자의 알파세포에서 글루카곤의 분비가 촉진된다. 글루카곤의 분비로 글리코젠의 분해로 혈액 속의 포도당이 증가한다. 또 뇌하수체 전엽에서 부신 겉질 자극 호르몬이 나오고 당질 코르티코이드가 분비된다. 이 외에도 부신 속질에서 분비되는 에피네프린(아드레날린)도 혈당량 증가 효과가 있다.[10]
1. 개요
생명의 특성 중 하나로, 자신의 최적화 상태를 지속적으로 유지하려는 특성이다. 대부분의 생명 현상들은 이를 유지하기 위해 일어난다. 항상성은 생명 현상에 있어 매우 중요한 개념으로, 질병에 관한 핵심적인 정의 중 하나가 바로 이 '''"항상성이 깨지는 것"'''이다.[1] 또한 "항상성이 영구히 깨지는 것"을 죽음을 정의하는 개념으로 사용하기도 한다.
인간의 항상성에 가장 깊이 관여하는 기관은 신경계와 내분비계로, 상태의 변화에 따라 민감한 반응을 보인다. 예를 들면, 만약 몸의 체온이 높다고 판단한 뇌가 몸에서 땀이 나도록 명령하면 신경은 내분비계에다가 뇌의 명령을 전달하고, 내분비계는 실제로 땀을 배출하여 인간의 몸에서 땀이 난다. 주위의 온도가 다시 낮아질 때도 이와 마찬가지다.
다른 생명에서도 항상성은 적용된다. 예를 들면, 바다에서 서식하는 어류는 항상성을 유지시키기 위해(=체내 염분 농도를 낮게 유지하기 위해) 진한 오줌을 소량 내보내지만, 강에서 서식하는 어류는 거꾸로 체내 염분 농도를 높게 유지해야 하므로 연한 오줌을 다량 내보낸다. 따라서 외부의 자극에 대해 체내의 변화를 최소화해야 하므로, 음성 피드백이 일어난다.
체중 감량은 물론 증량도 매우 어려운 이유가 바로 빙하기를 거치며 완성된 인체의 뛰어난 지방/혈당 관련 항상성 유지 능력에 있다. 단기간에 체지방의 비축 상태가 변화하면 인체는 그에 반발하여 본래의 상태를 유지하기 쉽게 적응하는데, 덕분에 난데없이 열량 섭취가 대폭 증가한 현대에 와서는 엄청난 골칫거리가 되었다.
2. 항상성 유지
항상성은 호르몬과 신경(자율신경계)에 의해 유지된다. 항상성 조절 중추는 간뇌의 시상 하부이며, 시상 하부는 환경의 변화를 감지하여 신경의 흥분과 호르몬의 분비량을 조절함으로써 몸이 환경 변화에 대처하도록 한다. 항상성 유지에는 크게 혈당량 조절, 체온 조절, 삼투압 조절이 있다.
호르몬은 내분비샘에서 생성되며, 별도의 생성 기관 없이 혈액이나 조직액으로 분비된다. 내분비샘과 외분비샘을 비교해보자. 외분비샘은 분비관이 있고 내분비샘은 별도의 분비관이 없다. 호르몬은 혈액이나 조직액을 통해 이동하다가 수용체를 가진 표적세포 혹은 표적 기관에 작용한다. 호르몬은 미량으로 생리 기능을 조절하고, 부족하면 결핍증, 많으면 과다증을 일으킨다. 여기까지 기본적으로 알고 있어야 할 호르몬의 배경지식이다.
호르몬과 신경을 통한 효과 비교를 하자면, 호르몬은 전달 속도가 느리지만 효과는 지속적이다. 신경을 통한 효과는 뉴런을 통해 일어나는데 전달 속도는 빠르지만 효과는 일시적이다. 우리 몸의 주요 호르몬은 뇌하수체의 전엽(여기서 분비되는 호르몬은 다른 내분비샘을 자극한다.)에 생장 호르몬, 갑상샘 자극 호르몬, 부신 겉질 자극 호르몬, 생식샘 자극 호르몬, 후엽의 항이뇨 호르몬(ADH)[2], 옥시토신과 부갑상샘의 파라토르몬, 갑상샘의 티록신[3], 칼시토닌, 이자의 인슐린[4], 글루카곤[5], 부신의 겉질[6]에 당질 코르티코이드[7], 무기질 코르티코이드, 속질[8]의 에피네프린(아드레날린)[9], 난소의 에스트로겐, 프로게스테론, 정소의 테스토스테론 등이 있다. 특히 인슐린과 글루카곤은 길항 작용을 한다는 것을 기억해두어야 한다. 포도당을 글리코젠으로 전환하여 간에 저장하면 혈액 속 포도당의 양이 줄어들어 혈당량을 조절할 수 있다. 글리카곤은 글리코젠을 포도당으로 분해하여 혈액 속 포도당 양을 증가시킨다. 그리고 분비되는 티록신의 양이 너무 많으면 시상하부와 뇌하수체 전엽을 억제하여 갑상샘 자극 호르몬, 방출 호르몬과 갑상샘 자극 호르몬 분비량이 감소하게 된다. 결과적으로 갑상샘을 덜 자극하여 티록신도 감소하게 된다. 이를 음성 피드백이라고 하며 일정하게 유지시키려는 성질을 알 수 있다. 인슐린이나 글루카곤의 분비는 혈당량에 의해 음성 피드백으로 조절된다.
3. 혈당량 조절
혈당량 조절의 중추는 간뇌 시상하부와 이자다. 이 중 최고 중추는 시상하부이다. 고혈당일 때는 식사 후 부교감 신경이 흥분하여 이자의 베타 세포에서 인슐린이 분비되어 혈당량을 감소시키고, 저혈당일 때는 공복 상태가 지속되거나 운동 시 교감 신경이 흥분하여 이자의 알파세포에서 글루카곤의 분비가 촉진된다. 글루카곤의 분비로 글리코젠의 분해로 혈액 속의 포도당이 증가한다. 또 뇌하수체 전엽에서 부신 겉질 자극 호르몬이 나오고 당질 코르티코이드가 분비된다. 이 외에도 부신 속질에서 분비되는 에피네프린(아드레날린)도 혈당량 증가 효과가 있다.[10]
4. 항상성이 나타나는 예시
- 체온
- 혈당
- 각종 호르몬
- 혈액의 삼투압
- 마약류의 금단현상 : 마약으로 인해 도파민 등의 호르몬이 과다분비되면 몸은 이것을 수용하는 수용기의 양을 스스로 줄인다. 그래서 마약 투여를 중지한다고 바로 없앴던 수용기가 다시 돌아오지 않으므로 금단현상이 일어나는 것이다.
[1] 대표적으로 인체가 혈당 조절 능력을 상실하는 당뇨병이 있다. 일반적인 당뇨병은 인슐린은 적절히 분비되나 인슐린 저항성으로 인해 혈당 조절 능력을 상실하고, 1형 당뇨병은 호르몬 분비에 이상이 생겨 아예 인슐린의 분비가 되지 않는다. 각각의 공통점은 인슐린으로 작동하는 혈당 조절 기작에 문제가 생겨 인체의 항상성이 깨지는 것이다. 여기에 자가면역질환까지 겹치면 1A형 당뇨병이 된다.[2] 표적기관은 콩팥이며 수분 재흡수를 촉진시킨다.[3] 간과 근육에서 물질대사(세포 호흡)를 촉진하여 열을 발생시킨다.[4] 혈당량을 낮춘다.[5] 혈당량을 높인다.[6] 호르몬에 의해 자극받는다.[7] 혈당량을 높인다.[8] 신경에 의해 자극받는다.[9] 열 발생량 증가, 혈당량을 증가시킨다.[10] 즉, 혈당량을 높여주는 글루카곤 분비에 이상이 생겨도 에피네프린(아드레날린)이 대체할 수 있어 상대적으로 문제가 없지만, 혈당량을 낮춰주는 인슐린을 대체할 수 있는 호르몬은 없기 때문에 당뇨병에 걸린다.