Transcript 인체생리학-10장. 신장

10. 신장생리
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신장의 구조
요의 형성 과정
신장 기능의 측정
체내 나트륨 함량과 체액량의 조절
체액의 삼투농도 조절
체액의 산성도 조절
1. 신장의 구조
•체액을 일정한 상태로 유지하는 역할을 하는 매우 중요한 장기(몸의 정수기)
횡격막(diaphragm) 아래, 등 쪽으로 좌우 1개씩 자리 잡고 있는 강낭콩 모양
왼쪽 신장은 비장 근처에 자리하며 오른쪽 신장보다 약간 더 크고, 오른쪽
신장은 간 바로 아래에 있기 때문에 위치상 왼쪽 신장보다 아래
1. 신장의 구조
•네프론(nephron) : 신장을 구성하는 기본 단위. 신소체(renal corpuscle)와 신장
요세관(renal tubule)으로 구성
•신소체(말피기소체)
: 사구체(glomerulus)가 보먼주머니(Bowman’s capsule) 안에 담겨 있는 구조
(사구체+보우먼 주머니)
신세동맥(renal arteriole)이 20∼40개 정도의 모세혈관(capillary) 분지로 나뉘어
실타래 모양으로 뭉쳐져 있는 형태
요세관 : ① 근위요세관(proximal tubule), ② 헨레고리(Henle’s loop), ③ 원세관
(distal tubule)으로 구성
1) 피질부 : 신소체, 세뇨관
2) 수질부 : 헨레고리관, 집합관
2. 요의 형성 과정
•신소체에서 형성되었던 사구체여과액은 근위요세관, 헨레고리, 원위요세관,
집합관을 거치는 동안 재흡수와 분비 과정을 거쳐 배설을 위한 요를 형성
•집합관과 수뇨관을 따라 최종적으로 방광(urinary bladder)에 모임
•어떤 물질이 사구체에서 여과된 후 그 중 일부가 요세관에서 재흡수되거나
분비된다면, 그 물질의 요 중 배설량은 사구체여과량과 함께 요세관에서의
재흡수량과 분비량 고려
• 소동맥-사구체-보먼낭-근위세뇨관-헨레고리상·하행각-원위세뇨관-집합관-유두관-수뇨관-방광
-요도(10-3참고)
•어떤 물질의 요 중 배설량
= ①사구체여과량 - ②요세관재흡수량 + ③요세관분비량
*유효여과압=구심성소동맥혈압(70)-보먼내압(10)-모세관
교질삼투압(25) = 35mmHg
2. 요의 형성 과정
1)사구체여과 : 요세관에서 요가 형성되는 첫 번째 단계
•사구체 모세혈관 막의 투과선택성(permselectivity)에 의해 결정
- 통과: 물, 나트륨, 칼륨, 전해질, 포도당, 아미노산
- 통과 못하는 물질 : 혈구, 단백질(모세혈관에 머무름), Hb, 알부민(음전하)
•사구체여과를 일으키는 원동력은 사구체 모세혈관 내의 혈압으로서 크기가
작은 물질들을 구멍 바깥으로 밀어내는 힘
•여과를 방해하는 힘은 사구체 모세혈관 내에 남아 있는 단백질에 의한 교질
삼투압과 보먼주머니 속의 수압으로, 모세혈관 막을 빠져 나오려는 물질에
반하는 힘
•사구체여과율(glomerular filtration rate: GFR) : 단위시간 동안 사구체 모세
혈관 쪽에서 보먼주머니 쪽으로 이동하는 액체의 부피로 신장 기능을 반영
하는 지표
2. 요의 형성 과정
2) 요세관재흡수
•적정한 양의 소변을 배설하여 체액의 양을 유지하고, 영양소, 전해질 등 체
내 대사 과정에 필요한 물질이 배설을 통해 낭비되지 않도록 하려면 요세관
에서 선택적으로 재흡수하는 추가 과정이 필요
(1)나트륨칼륨펌프에 의한 재흡수
•나트륨의 재흡수 과정 - 에너지를 소모하는 능동적 과정인 나트륨칼륨펌프
(Na+/K+pump)에 의해서 이루어진다.
•나트륨칼륨펌프에 의해 양이온인 나트륨이 재흡수  요세관 내외에 전위
차가 형성  음이온인 염소(Cl-)와 중탄산이온(HCO3-)을 끌어들이는 원동력
•재흡수된 나트륨, 염소, 중탄산이온은 요세관 내의 삼투농도를 상승 다시
물을 재흡수시키는 원동력
2. 요의 형성 과정
(2)운반체에 의한 재흡수
•포도당, 아미노산, 인산염(phosphate), 황산염(sulfate), 젖산염(lactate), 비타
민 C 등의 재흡수도 능동적 과정에 의해서 이루어진다.
•각 물질에 대해 특이성을 지니는 요세관 세포의 운반체(carrier)가 이들의
재흡수에 관여각 물질별 운반체의 수는 제한되어 있으므로 일정량 이상의
재흡수는 불가능
•이들 물질이 혈중에 과량 존재할 경우 요세관으로 여과된 다량의 물질 중
한정된 양만큼만 재흡수되고 재흡수되지 못한 나머지는 요를 통해 배설되므
로, 체내에 과량으로 축적되는 것 방지
2. 요의 형성 과정
(3)삼투압이뇨
•만니톨(mannitol)은 사구체에서 여과되지만 요세관에서 재흡수되지 않는 물질.
•정맥 주사하게 되면 사구체에서 여과된 만니톨이 요세관 강 내에 계속 남아 삼
투압을 증가  수분의 재흡수를 방해  요세관 강 내에 많은 양의 수분으로 인
해 나트륨 농도가 낮아지면 결국에는 나트륨의 재흡수가 방해되어 많은 양의 나
트륨, 염소 등 이온과 다량의 수분이 포함된 요가 배설되는 연쇄적인 과정
(4)재흡수의 조절
•재흡수 정도는 물질에 따라 다르며 같은 물질이라도 체내 조건에 따라 달라진다.
(*탈수 상태- 여과된 양의 99.5% 이상, 물을 과량 마신 상태- 80% 정도만 재흡수)
•정상인의 경우 포도당, 아미노산 등의 영양물질과 체내 산-염기 평형 유지에 필
요한 중탄산이온은 사구체여과 후 요세관에서 거의 대부분이 재흡수
2. 요의 형성 과정
3)요세관분비
•신장으로 들어온 총혈장량의 약 20%만 사구체여과를 통해 요세관으로 흘러
들어가 배설
•사구체여과만으로는 체내에 존재하는 독성 물질을 체외로 배설하는 것이
비효율적  효과적인 배설을 위한 요세관분비 과정이 필요
•물질에 따라 선택성이 있는 과정
•능동적 분비와 수동적 분비로 구분
*능동적 분비 기전에 의해 조절되는 물질-유기산 분비계와 유기염기 분비계
근위요세관에서 각 분비계당 한 가지 운반체에 의해서 조절혈액 내에 두
종류 이상의 유기산 또는 두 종류 이상의 유기염기가 함께 있을 때운반체
에 대해서 유기산들끼리나 유기염기들끼리 서로 경쟁하여 한 종류의 물질이
단독으로 존재할 때보다 분비가 억제 : 상호억제(reciprocal inhibition)현상
3. 신장 기능의 측정
1)혈장청소율(plasma clearance)
•그 물질의 혈장 내 농도에 대해 단위 시간 동안 요를 통해 배설되는 양
2)사구체여과율의 측정
•어떤 물질이 사구체여과 후 요세관에서 재흡수 또는 분비가 전혀 일어나지
않는다면
•대표적인 물질: 다당류의 일종인 이눌린(inulin), 만니톨, 크레아티닌
*이눌린을 혈관 내에 주사한 후 이눌린의 혈장 농도와 단위시간당 요 중으로
배설되는 양 측정이눌린의 혈장청소율 산출
3. 신장 기능의 측정
3)신혈장류량의 측정
•어떤 물질이 사구체여과 후 요세관에서 재흡수는 되지 않고 분비만 일어난
다면
•대표적인 물질: 유기산과 유기염기
*유기산의 하나인 PAH를 혈관 내에 소량 주사한 후 PAH의 혈장 농도와
단위시간당 요 중으로 배설되는 PAH의 양 측정PAH의 혈장청소율 산출
4. 체내 나트륨 함량과 체액량의 조절
•세포내액(intracellular fluid: ICF)과 세포외액(extracellular fluid: ECF)
세포외액의 전해질 함량을 조절함으로써 삼투압과 수분 함량을 조절
이를 통해 간접적으로 세포내액의 삼투압과 수분함량을 조절
•일반적으로 사구체에서 여과된 나트륨의 99% 이상은 요세관과 집합관에서
재흡수되고 1% 미만만이 요 중으로 배설
•체내 나트륨 보유량이 변화할 경우, 나트륨 재흡수조절을 통해 소변으로의
나트륨 배설량을 변화시킴으로써 체내 삼투농도와 수분 함량을 조절
(*나트륨은 요세관 분비 과정을 거치지 않는다.)
•요세관 및 집합관 상피세포 내 나트륨은 세포측면막(basolateral
membrane)에 존재하는 나트륨칼륨펌프에 의해 간질액 쪽으로 이동
4. 체내 나트륨 함량과 체액량의 조절
4. 체내 나트륨 함량과 체액량의 조절
1) 사구체여과율의 변화 시
•사구체여과율은 신혈장류량에 영향 받음
•신혈장류량의 감소  신장의 산소 고갈상태
•지속적인 신혈장류량의 증가와 이로 인한 사구체여과율의 증가
 사구체에 손상
•또한 사구체여과율이 정상 범위를 벗어나게 되면 체내 전해질과 수분 균형
이 깨질 수 있다.
*사구체여과율에 변화가 일어나면 사구체옆장치( juxtaglomerular
apparatus)가 이를 감지하고 다시 정상 수준으로 되돌리기 위해 연쇄반응
(cascade)을 일으킨다.
4. 체내 나트륨 함량과 체액량의 조절
◇사구체옆장치( juxtaglomerular apparatus)
: 신혈장류량과 사구체여과율을 감지하고 조
절하기에 매우 유리한 신소체의 혈관극
(vascular pole)과 원위요세관 사이에 위치
-치밀반세포(macula densa cell), 과립세포
(granular cell), 혈관사이세포(토리사이질세
포, mesangial cell) 등의 세 부분으로 구성
◇레닌-안지오텐신-알도스테론 계통(reninangiotensin-aldosterone system:
RAAS) : 레닌에서 알도스테론에 이르는 일련의 과정
4. 체내 나트륨 함량과 체액량의 조절
2) 체내 나트륨 보유량의 변화 시
•많은 양의 나트륨을 섭취한 경우, 신장에서 나트륨 배설을 증가
•나트륨 섭취량이 부족한 경우, 소변을 통한 나트륨 배설량이 감소
체내 나트륨 균형 유지혈압의 변화 사전에 방지
*나트륨 배설량은 사구체여과율 및 요세관과 집합관에서의 나트륨 재흡수
율의 변화를 통해 조절
(1)사구체여과율의 조절
•사구체여과율의 변화 정도는 미미  나트륨 재흡수율의 변화가 나트륨 보
유량 조절을 위한 주요한 기전
4. 체내 나트륨 함량과 체액량의 조절
(2) 알도스테론에 의한 조절
•사구체옆장치의 치밀반세포는 사구체여과액의 나트륨 농도 변화를 감지하
고 과립세포는 레닌의 분비를 조절함으로써 레닌-안지오텐신-알도스테론
계통에 의해 원위요세관과 집합관에서 나트륨의 재흡수 정도를 조절
(3) 심방나트륨이뇨펩티드에 의한 조절
•심방나트륨이뇨펩티드(atrial natriuretic peptide: ANP)는 강력한 혈관확장
제(vasodilator)로서 세포외액량 증가에 의한 혈압 상승에 대응하여 심방의
근육 세포가 분비하는 호르몬
 나트륨과 수분의 배설을 증가시켜 증가된 체액에 의한 순환계의 부담을
덜어 주어 혈압을 저하시키는 효과
5. 체액의 삼투농도 조절
•체액 삼투농도는 300 mOsm/L 내외로 일정하게 유지
•요세관과 집합관에서의 수분 재흡수는 나트륨과 염소의 이동에 따라 형
성된 삼투농도 차이에 의함.
•물을 너무 많이 마셔서 체액의 삼투농도가 낮아지거나 심한 탈수로 인해
삼투농도가 증가된 경우 등  신장과 내분비기관과의 밀접한 상호작용에
의해 수분을 선택적으로 재흡수함으로써 체액의 삼투농도 정상화
•수분의 선택적인 재흡수를 위해서는
신장의 수질 및 피질조직과 요세관에
형성되어 있는 특수한 삼투농도의
기울기가 중요한 역할
신장 수질 내 삼투농도
(약 1,400 mOsm/L까지 상승)가
높게 유지될 수 있는 것은 요세관과
혈관계의 구조 및 기능상의 특성 때문
5. 체액의 삼투농도 조절
•하행각을 따라 주행할 때에는 확산에 의해
많은 양의 용질을 받아들이고 수분을 내어
놓다가, 다시 피질 쪽으로 돌아 나오는 상
행각을 따라 주행할 때에는 많은 양의 용질
을 내어놓고 수분을 받아들임
헨레고리에 나란히 주행하고 있는 직혈
관(vasa recta)의 머리핀 모양 고리는 수질
간질액 내의 용질이 모세혈관으로 확산에
의해 손실되는 것을 최소화함으로써 삼투
농도를 보존할 수 있는 구조
6. 체액의 산성도 조절
•생체 내에서 일어나는 수많은 생화학적 대사반응의 효소는 단백질이기 때
문에 체액은 수소이온농도에 민감하다. 이 때문에 생체는 세포외액의 pH를
매우 좁은 범위 내에서 세밀하게 조절하고 있고 이에 의해 세포내액의 pH
를 간접적으로 조절
1) 호흡계에 의한 조절
•체내 대사작용의 결과 생성된 이산화탄소(CO2)는 체액에 녹아 탄산(H2CO3)
이 되고 다시 중탄산이온(HCO3-)과 수소이온(H+)으로 해리된다.
•폐에서는 이 반응의 역반응을 진행하여 수소이온을 다시 이산화탄소로
전환해서 호기에 섞어 체외로 배출
6. 체액의 산성도 조절
2) 신장에 의한 조절
•체내 단백질의 분해대사(이화, catabolism) 과정에서 인산(H3PO4)과 황산
(H2SO4) 및 기타 유기산이 형성  신장에서 요를 통해 체외로 배설
•형성된 산은 일단 혈장 내의 완충염인 탄산수소나트륨(NaHCO3)에 의해 중화
 인산수소이나트륨(Na2HPO4)과 황산나트륨(Na2SO4) 등의 중성염과 이산화
탄소로 전환
6. 체액의 산성도 조절
(1) 인산수소나트륨이온
(2) 황산이온
(3) 중탄산 이온