항상성의 정의와 의의

어서 오세요~ 힐링 만다린입니다:)

 

오늘은 일정한 상태를 유지하려는 성질을 의미하는 생물체의 항상성에 대해 소개하고자 합니다.

 

항상성은 hemostasis로 다양한 자극에 반응하여 개체 혹은 세포가 생존에 필요한 안정적인 상태를 능동적으로 일정하게 유지하려는 성질을 의미합니다. homeo와 stasis 를 합성한 단어로, 오늘날에 항상성은 생물체 외에 지구 환경의 동적인 변화를 매우 안정된 상태로 유지하는 과정 등에도 광범위하게 사용되고 있습니다. 주변 환경에 의해 깨진 평형 상태를 원래대로 복구하여 최적화된 상태를 만드는 것, 인체의 체온과 혈압 유지 작용 그리고 혈액 속의 이온 농도과 혈당 유지 등이 대표적인 예입니다. 

 

피드백 루프 과정이 항상성을 설명하기 위해 많이 사용되는 구조식인데, 동물은 체온, 수분, 혈중 포도당 농도의 항상성 유지를 위해 평형 상태를 거스르는 변화 신호를 감지하고, 수용하여 조절 기관으로 신호를 보내고, 조절 기관은 다시 평형 상태로 되돌릴 수 있는 반응을 매개하여서 평형 상태를 유도하게 되는 조절 매커니즘을 가동하게 됩니다.

 

항상성을 적절히 작용하려면 수용체(receptor), 조절중추(control center) 및 효과기(effector) 등 적어도 세 가지 요소가 필요합니다. 수용체는 말 그래도 변화를 감지하는 요소로 열이나 기계적 자극 등을 감지하여 조절중추로 신호를 보냅니다. 그러면 그 조절중추는 효과기로 신호를 전달하여 최종적으로 작용하는 목표를 갖으며, 이미 발생한 변화를 안정된 원래 상태로 되돌려 놓는 역할을 담당합니다. 세포 수준에서 수용체의 예로 핵수용체를 들 수 있습니다. 핵수용체는 음성피드백으로 특정 유전자의 발현 조절을 유도함으로서 세포의 안정된 상태를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 

 

동물의 항성성에 대한 대표적인 예시들의 항상성 메커니즘을 말씀드리겠습니다.

1) 체온조절

지나치게 춥거나 더운 환경에 노출되면 몸 표면의 수용체가 감지하고, 두뇌는 체온조절 중추인 시상하부에 체온이 지나치게 높아지거나 낮아졌음을 알립니다. 예를 들어, 심한 운동으로 체온이 상승하게 되면 바로 체온을 낮춰야 하는데, 피부의 혈액 순환을 증가시켜 열 발산과 땀 증발 그리고 호흡량을 극대화시킵니다.

 

2) 혈당 조절

사람의 혈당은 80-100 mg/dL 정도로 유지되는데, 식사를 하지 않은 경우 70-90 mg/dL, 식사 후(2시간)에는 120-140 mg/dL 정도가 정상 혈당의 범위입니다. 혈당 농도는 인슐린과 글루카곤 호르몬에 의해 조절됩니다. 혈중 포도당의 농도가 높아지면, 인슐린이 췌장 베타 세포에서 분비되어 혈액 속의 포도당을 세포 내부로 흡수시키거나 간에서 글리코겐 합성을 촉진하여 혈중 포도당 농도를 낮추어 줍니다. 반면, 혈중 포도당 농도가 낮아지면, 글루카곤이 췌장 알파 세포에서 분비된 후 간에 작용하여 글리코겐을 포도당으로 분해하여 혈류로 방출하는 과정을 촉진하여서 혈중 포도당 농도를 높여줍니다. 만약 당류가 함유된 식사를 마치면 혈중 당 농도가 상승할 것이고 췌장의 베타세포가 인슐린을 분비하기 시작하는데, 인슐린은 몸 구석 구석의 지방 세포나 근육 세포 등에 신호 물질로 작용하여 혈액에 녹아 있는 포도당을 각 세포 안으로 흡수하도록 도와줍니다. 세포에 흡수된 포도당은 세포 호흡을 거쳐 생명 활동에 반드시 필요한 에너지인 ATP를 공급합니다. 사람의 혈당은 또한 여분의 포도당이 글리코겐으로 전환되어 간에 저장되는 과정을 유도하는데, 혈중 당 농도가 정상 농도에 비해 저하되면 글루카곤이 글리코겐을 분해하여 포도당으로 전환 시킨 뒤 혈액 속으로 내 보냅니다. 결국 혈중 당 농도가 상승하여 정상적인 농도를 유지하게 되면서 인슐린과 글루카곤 호르몬 분비에 의해 혈당의 항상성이 유지됩니다. 

 

3) 혈중 pH 조절

혈중 pH는 7.365 정도로 조절됩니다.

 

4) 체내 수분과 이온 균형 조절

신장이 체내 수분과 이온 균형을 맞춰줍니다. 과다한 수분와 이온은 오줌을 통해 배설되고, 염과 요소는 신장을 통해 배출되면서 포유류의 항상성 조절에 중요한 기관으로 그 기능을 수행합니다. 

혈액과 림프액은 수분 부족 시, 세포에 저장된 수분으로 보충되고, 입과 목이 건조하면 갈증을 느껴 외부로부터 수분을 섭취합니다. 

 

5) 산소와 이산화탄소 조절

혈액의 산소 포화도가 감소하거나 이산화탄소 농도가 증가하면 심박수와 혈류량을 증가시키고 호흡 속도 및 호흡량을 증가시켜 체내의 산소, 이산화탄소를 조절합니다.

 

6) 수면시간

수면 시간은 수면 습관, 마지막으로 숙면을 취하고 나서 지난 시간에 따른 수면욕, 그리고 회복을 위한 수면의 이상적인 시각이 언제인지 결정하는 활동일주기에 따라 변화합니다. 수면시간 역시 항상성에 의해 조절됩니다.

 

대부분의 질환은 항상성의 불균형에서 비롯된다고 해도 과언이 아닙니다. 항상성 조절에 관여하는 인자들에 결함이 생겨 항상성 유지가 불가능해지기 때문에 유전적 혹은 후성적 기능 장애를 동반한 질환이 발생되는 것입니다. 대표적인 예로 제 1형 당뇨병이 있습니다. 제1형 당뇨병은 인슐린을 생성하는 췌장 베타 세포가 파괴되는 질환으로, 체내 인슐린 생성이 정상적으로 되지 않아 혈당을 낮추는 인슐린의 작용이 없어서 지속적인 혈당이 상승하는 고혈당 증상이 나타나는 것이 특징입니다. 인슐린에 의한 혈당 조절이 불가능해질 뿐만 아니라, 인슐린이 매개하는 세포 내 신호전달 과정도 균형을 잃게되어, 내부적, 외부적 요인에 의해 항상성이 깨지고 질병이 유발되게 됩니다.

 

생명체는 노화되면서 항상성 조절계의 효율이 감소되고, 내부 환경은 점진적으로 불안정해집니다. 따라서 질병 위험 요소가 늘어나고 노화와 연관된 신체적 변화가 나타나는 것인데 그것을 극복하려는 욕구인 항상성 감각에 민감해질 수 있는 방법은 없을까라는 생각이 듭니다.

 

그럼, 오늘 하루도 힐링하세요:)