스트레스 생리학 (2) 스트레스 호르몬 : 에피네프린 노르에피네프린, 아드레날린 노르아드레날린 차이

5. 스트레스반응

(1) 뇌에서 스트레스를 담당하는 부위

뇌에서 스트레스를 담당하는 부위는 편도체, 시상하부, 전전두엽피질이라고 합니다.

편도체amygdala는 불안, 공포, 공격성, 감정이 개입된 기억 등을 관장하는 기관으로 가장 먼저 스트레스를 감지합니다. 인체의 감각기관이 받아들인 여러 가지 정보는 시상thalamus을 거쳐 편도체로 전달되고 편도체는 들어온 감각정보 중에서 위험 요소가 있는지 알아내고 시상하부로 그에 대응하라는 경보신호를 전달합니다.

시상하부hypothalamus는 항상성 유지 중추로서 편도체가 경보한 위험신호에 민감하게 반응해서 감정표현, 식욕, 갈증, 성욕, 체중 등을 조절합니다.

전전두엽피질prefrontal cortex은 전두엽피질의 앞쪽 부위를 가리킵니다. 전전두엽피질은 실행기능executive function을 주관하여 복잡한 인지 행동 계획, 성격 표현, 의사 결정, 사회적 행동 및 언어 완화 등을 담당합니다. 전전두엽피질은 편도체가 스트레스라고 판단한 감각정보를 재검토하고 객관적이고 이성적으로 판단해서 위험경보에 대한 대처방식을 수립하고 시행합니다.

편도체가 본능적이고 감각적이며(특히 후각 의존적) 공격적이라면 전전두엽피질은 이성적이고 자기 통제적입니다. 스트레스에 효율적으로 대응하기 위해서는 편도체와 전전두엽피질의 활동이 균형을 이루어야 합니다. 편도체가 손상되면 위험한 상황에서도 공포를 느끼지 않으며 거기서 빠져나오려는 노력도 하지 않습니다. 위험경보기능이 마비되었기 때문입니다. 반면 심하거나 반복적인 스트레스를 경험하면 편도체가 더욱 활성화되어 스트레스에 대한 본능적이고 감정적인 반응이 격해지고 편도체를 견제해야 하는 전전두엽피질의 활동은 위축되어 효율적인 대처방안을 수립하는 것이 어려워집니다.

(2) 자율신경계

시상하부는 청반, 교감신경, 뇌하수체를 자극해서 스트레스 반응을 조절합니다. 청반은 뇌의 반응을, 교감신경은 교감신경이 분포된 각 기관의 반응을, 뇌하수체는 호르몬을 통해 여러 분비샘과 전신 세포의 반응을 조절합니다.

가장 먼저 청반과 교감신경이 반응합니다. 숨뇌(연수)의 위쪽 입구에 있는 청반에서 노르에피네프린이 분비되어 노르에피네프린 경로norepinephrine pathway를 통해 뇌를 깨웁니다. 또한 전신의 각 조직 및 기관에 분포되어 있는 교감신경을 따라 순식간에 자극이 전달되면 교감신경 말단에서 노르에피네프린이 분비되어 표적 기관에 작용해서 스트레스에 대한 여러가지 반응을 일으킵니다.

교감신경의 작용으로 전신의 혈관이 수축하고 심장박동이 빨라지며 간, 근육, 지방조직 등에서 에너지로 사용할 수 있는 포도당과 지방산 생성이 증가합니다. 근육이 긴장하고 동공은 확장되며 신경은 예민해지고 반응속도가 빨라집니다. 한 마디로 즉시 사용가능한 피와 에너지를 확보하고 신경이 날카로와지는 것인데 이 반응들은 투쟁 또는 도피가 가능한 상태로 인체를 준비시키는 데 목적이 있습니다.

스트레스가 해소되면 청반과 교감신경은 흥분을 가라앉히고 부교감신경이 나서서 흥분했던 인체를 안정 상태로 되돌립니다. 그러나 스트레스가 해소되지 않고 오랜 기간 지속되면 교감신경과 부교감신경의 균형이 맞지 않아 여러 가지 건강상의 문제들이 발생합니다.

교감신경과 부교감신경의 기능은 워낙 방대하기 때문에 여기에 대해서는 스트레스에 대한 호르몬 반응을 먼저 살펴본 후 자세하게 알아보겠습니다.

(3) 내분비계 - 스트레스 호르몬

스트레스는 전반적으로 인체의 균형을 무너뜨리기 때문에 일주기 리듬Circadian rhythm이 흐트러져 여러 가지 호르몬 분비에 영향을 끼칩니다. 스트레스를 받을 때 부신수질에서 분비되는 에피네프린과 노르에피네프린을 보통 스트레스 호르몬이라고 부릅니다. 그렇지만 스트레스 상황에서는 부신피질호르몬인 코티솔 분비가 급증하기 때문에 코티솔만 스트레스 호르몬이라고 부르기도 합니다. 여기에 더해 글루카곤, 갑상선호르몬(타이록신), 성장호르몬까지 포함해서 스트레스 호르몬이라고 하기도 합니다.

[스트레스 호르몬의 종류]
에피네프린
노르에피네프린
코티솔
글루카곤
타이록신
성장호르몬
남성호르몬

① 시상하부 → 교감신경 → 부신수질 : 에피네프린, 노르에피네프린 분비

부신은 신장의 위에 덮여있는 내분비기관입니다. 부신은 피질(겉질)과 수질(속질)로 나뉘는데 부신피질과 부신수질은 발생학적으로 다른 기관이며 분비되는 호르몬도 다릅니다.

부신피질에서는 당질부신피질호르몬(글루코코티코이드-코티솔, 코티손, 코티코스테론), 무기질부신피질호르몬(미네랄코티코이드-알도스테론), 남성호르몬(안드로젠)을 분비합니다.

부신수질은 교감신경의 신경절후 신경세포가 발달한 것이며 아세틸콜린의 자극을 받아 에피네프린과 노르에피네프린을 분비합니다. 이 물질들은 전신 혈액순환으로 들어가서 호르몬으로 기능합니다.

※ 에피네프린과 노르에피네프린의 차이

에피네프린과 노르에피네프린은 아드레날린, 노르아드레날린이라고도 불립니다. 미국에서는 에피네프린, 영국에서는 아드레날린이라는 용어를 더 많이 쓴다고 합니다.

epinephrine 어원을 뜯어보면 epi는 '위에', nephrine은 '콩팥'이라는 뜻입니다. norepinephrine에서 nor는 normal의 약자로 '전형적인'이라는 의미인데 분자구조 때문에 붙은 말입니다. adrenaline에서 ad는 '~으로, ~에'라는 뜻이며 renal은 '신장의', ine는 화학에서 물질의 이름을 만드는 접미사입니다. 결국 에피네프린이나 아드레날린이나 둘 다 콩팥과 관련이 있다는 뜻입니다.

에피네프린과 노르에피네프린은 둘 다 단백질인 타이로신tyrosine에서 합성됩니다. 타이로신→도파민→노르에피네프린→에피네프린 순서로 합성됩니다. 노르에피네프린은 청반과 교감신경 말단에서 생성되며 부신수질에서도 일부가 생성됩니다. 에피네프린은 주로 부신수질에 있는 노르에피네프린에 메틸기가 붙어서 만들어지며 교감신경 말단에서도 소량이 생성됩니다.

또한 두 호르몬 모두 일주기리듬에 따라 적은 양이 분비되고 있으나 에피네프린은 스트레스를 받는 동안에 왕성하게 방출되는 경향이 있고 노르에피네프린은 분노를 느낄 때, 주의를 집중할 때, 운동할 때처럼 자발적인 활동이 일어날 때 왕성하게 분비됩니다. 즉 에피네프린은 신체적인 위협, 소음, 밝은 빛, 춥거나 더운 온도 등의 스트레스 환경에 처했을 때 분비되는 반면 노르에피네프린은 그에 더해 적극적으로 스트레스를 주는 요인에 대처할 때 분비되는 경향이 있습니다. 실제로 노르에피네프린은 힘을 낼 수 있도록 우울증 환자에게 처방되기도 합니다.

NE은 교감신경의 신경전달물질입니다. 교감신경의 신경절후 축삭에서 합성되어 소포에 저장되었다가 활동전위가 신경아래로 이동하면 교감신경 말단에서 방출됩니다. 다음은 NE 합성과 방출의 과정입니다.

1. 타이로신이 교감신경 축삭 안으로 운반됩니다.

2. 타이로신은 타이로신수산화효소Tyrosine hydroxylase(TH)에 의해 엘도파L-DOPA로 변환됩니다.

3. 엘도파는 도파탈이산화탄소효소DOPA decarboxylase(DDC)에 의해 도파민DA로 전환됩니다.

4. 도파민은 소포안으로 운반된 후 도파민베타수산화효소Dopamine beta-hydroxylase에 의해 노르에피네프린Norepinephrine(NE)로 전환됩니다.

5. 활동전위가 축삭을 따라 내려오면 세포막이 탈분극되어 칼슘이온이 축삭안으로 들어갑니다.

6. 증가한 세포내 칼슘농도는 소포를 세포막 근처로 이동시키고, 소포와 세포막이 융합되면 NE가 신경접합틈으로 방출됩니다.

7. 방출된 노르에피네프린은 접합후수용체에 결합해서 효과기관을 자극합니다. 이때 어떤 수용체와 결합하는가에 따라 효과기관의 반응이 달라집니다.

교감신경의 자극을 받아 부신수질에서 분비되는 에피네프린과 노르에피네프린의 비율은 4:1 정도로 에피네프린이 더 많습니다. 순환되는 노르에피네프린의 대부분은 혈관에 분포된 교감신경 말단에서 넘쳐나온 것입니다. 교감신경 말단에서 분비된 노르에피네프린은 대부분 신경에서 재흡수되어 대사되고 적은 양만 혈액으로 확산되어 전신으로 순환됩니다. 그러나 교감신경의 흥분이 고조되는 시기에는 혈액으로 유입되는 노르에피네프린 역시 급격히 증가합니다. 혈액으로 들어온 노르에피네프린은 호르몬으로 작용하여 에피네프린과 함께 전신의 기관에 있는 수용체와 결합하여 작용을 나타냅니다.

에피네프린과 노르에피네프린은 췌장의 글루카곤과 함께 간에 저장된 글리코겐을 분해하여 포도당으로 전환합니다. 지방세포에서는 지방을 유리지방산과 글리세롤로 가수분해합니다. 유리지방산은 근육에서 에너지원으로 사용될 수 있고 글리세롤은 포도당 생합성의 원료가 됩니다. 이 작업들은 스트레스 대항하여 당장 쓸 수 있는 최대의 에너지를 확보하는 데 목적이 있습니다.

순환되는 에피네프린과 노르에피네프린은 공통적으로 심박수와 심근수축력을 증가시키고, 대부분의 체동맥과 정맥에서 혈관수축 작용을 합니다. 그 결과 전신 혈관 저항이 증가하고 심박출량이 증가하여 혈압이 오릅니다. 이 작업의 목적은 순환혈액량을 늘리고 혈액순환속도를 높여서 늘어난 대사작용을 감당하기 위한 것입니다.

의학드라마를 보면 심장마비나 심실세동 환자에게 심장충격기로 전기충격을 주기 전에 에피네프린을 투여하는 장면이 자주 나옵니다. 이때 에피네프린은 강심제로 쓰입니다. 에피네프린과 노르에피네프린이 비슷한 작용을 하지만 심장에 문제가 있을 때 에피네프린을 투여하는 이유는 에피네프린이 가지고 있는 아드레날린 수용체에 대한 친화성 때문입니다. 에피네프린은 혈관수축 작용을 하는 알파1 수용체에 결합하지만 혈관확장 작용을 하는 베타2 수용체에도 결합하기 때문에 혈관수축작용은 상쇄되고 심장에 대한 수축효과만 남습니다. 이와 달리 노르에피네프린은 알파 수용체에 대한 친화성이 더 강하기 때문에 말초혈관 확장효과가 없어서 혈관수축작용이 강하게 일어납니다.

또한 에피네프린은 기관 및 기관지에 있는 베타2 수용체와 결합기 때문에 천식에 대한 응급약물로 사용됩니다. 그러나 혈장 농도가 너무 높아지면 폐동맥과 폐정맥을 수축시켜 오히려 가스교환을 방해하기 때문에 천식에 사용될 때는 흡입기를 통해 호흡기로 직접 분무하는 방식을 택합니다.

아드레날린 수용체에 대한 자세한 내용은 다음 장에 나옵니다.

 

[표] 에피네프린과 노르에피네프린의 차이

이름	에피네프린 Eepinephrine	노르에피네프린 Norepinephrine
다른 이름	아드레날린 Adrenaline	노르아드레날린 Noradrenaline
약어	EPI	NE, NA
화학식	C9H13NO3	C8H11NO3
전구체	노르에피네프린 Norepinephrine	도파민 Dopamine
분비 장소	부신수질, 교감신경 말단	청반, 교감신경 말단, 부신수질
역할	주로 호르몬으로 작용	주로 신경전달물질로 작용
분비 시기	스트레스 상황에 많이 분비	활동시에 많이 분비
수용체친화성	알파수용체와 베타수용체에 고루 작용	주로 알파수용체에 작용
주로 알파수용체에 작용	심장에 더 영향	혈관에 더 영향
심장	심박수 증가, 심근수축력 증가로 심박출량 증가
혈관	혈관 수축으로 혈압 상승
간	글리코젠 분해, 포도당 생성 후 혈액으로 방출하여 혈당 상승
췌장	글루카곤 분비 자극, 인슐린 분비 억제로 연료 저장 억제
골격근	혐기적 글리코젠 분해로 젖산 생성
기타	I형 과민반응에서 비만세포와 호염구로부터 매개체의 방출을 억제	에피네프린보다 작용성이 약함
약물적응증	아나필락시스, 천식 발작, 심정지, 심실세동, 감염, 마취 연장, 산동	저혈압을 유발하는 패혈성 쇼크, ADHD, 우울증
부작용	빈맥, 고혈압, 심근허혈, 폐부종, 위와 신장 혈류저하, 유산

② 시상하부 → 뇌하수체 → 부신피질 : 코티솔 분비

시상하부에서 부신피질자극호르몬방출인자Corticotrophic Releaseing Factor=CRF가 생산되어 뇌하수체로 이동합니다. 뇌하수체는 부신피질자극호르몬방출인자CRF의 영향을 받아 부신피질자극호르몬AdrenoCorticoTropic Hormone=ACTH을 방출합니다. 부신피질자극호르몬ACTH의 영향을 받은 부신피질은 코티솔cortisol을 분비합니다. (그림 스트레스에 대한 호르몬 반응 참조)

코티솔은 아드레날린 수용체의 합성과 기능에 필수적인 호르몬으로 자율신경이 정상적으로 기능하는데 중요한 역할을 합니다. 코티솔이 없으면 스트레스에 대처하는 것은 물론 정상적인 대사기능이 불가능할 정도로 생존이 어려워집니다.

스트레스가 시작되면 가장 먼저 교감신경 말단에서 노르에피네프린이 분비되어 표적기관에 작용하고, 다음으로 교감신경의 영향을 받아 부신수질에서 에피네프린이 분비됩니다. 부신피질자극호르몬의 작용을 받아 부신피질에서 분비되는 코티솔은 여러 단계를 거치는만큼 시간이 좀 걸립니다.

에피네프린의 반감기는 2~3분인데 비해 코티솔의 반감기는 60~90분으로 훨씬 긴 시간 동안 작용하기 때문에 스트레스가 누적됨에 따라 코티솔 농도가 누적됩니다. 그러나 만성 스트레스 상황에서는 코티솔에 대한 민감도가 떨어지는 코티솔 내성이 생겨서 코티솔 농도가 높아도 제대로 역할을 하지 못하는 현상이 나타납니다. 반감기가 짧은 에피네프린도 스트레스가 반복되면 반감기가 점점 길어져서 농도가 누적됩니다.

에피네프린과 노르에피네프린은 스트레스에 대한 즉각적인 반응에, 코티솔은 장기적인 반응에 대처합니다. 그러나 코티솔이 에피네프린과 노르에피네프린의 작용을 강화하기 때문에 스트레스가 심할 때는 흥분한 신체가 안정 상태로 돌아오는 데 훨씬 더 긴 시간이 필요합니다.

코티솔은 스트레스를 받을 때만 분비되는 것이 아니라 일주기 리듬이 있습니다. 활동을 시작하는 아침에 분비가 많고 저녁이 될수록 줄어드는 것이 보통이지만 지속적인 스트레스 상황에서는 코티솔 분비가 증가하고 누적되어 만성 스트레스 증상이 발생합니다.

코티솔의 영향으로 간세포에서는 아미노산, 젖산, 글리세롤을 재료로 포도당을 생합성합니다. 포도당 생합성은 평상시의 6~10배 정도 증가하고 남는 포도당은 글리코겐 형태로 간에 저장합니다. 근육에서는 불필요한 단백질을 분해하여 아미노산을 생성해서 포도당 합성의 재료로 만들기 때문에 스트레스가 장기화되면 근육이 소모됩니다.

코티솔만 분비될 때는 혈당이 그리 높지 않으나 에피네프린과 코티솔이 함께 분비될 때는 혈당이 급격하게 증가합니다. 코티솔만 분비될 때 혈당이 낮은 이유는 코티솔은 포도당을 생합성하는 것과 동시에 글리코젠으로 저장하기 때문입니다. 이와 달리 에피네프린은 포도당을 만들면서 글루카곤 분비를 자극하고 인슐린 분비를 억제하기 때문에 혈당수치를 높입니다. 코티솔, 에피네프린, 글루카곤이 합쳐지면 어마어마한 혈당상승 효과가 발생합니다.

지방조직에서는 축적된 지방산을 분해해서 글리세롤과 유리지방산이 만들어집니다. 글리세롤은 포도당 생합성의 원료가 되고 유리지방산은 근육에서 에너지원으로 사용될 수 있습니다.

림프절은 축소되고 면역이 억제되어 염증에 대한 과잉반응을 방지합니다.

뼈에서는 골흡수가 증가되고 저장된 칼슘을 혈액으로 방출합니다. 이 칼슘은 스트레스 반응에서 근육 수축, 신경전달물질 분비, 혈액 응고 등에 사용됩니다.

뉴런과 부신수질에서 카테콜아민 합성을 증가시킵니다. 카테콜아민이 시상과 해마에 작용하여 신경의 흥분도가 높아지고 단기의 감정적인 기억은 활성화되는 대신 장기기억은 쇠퇴합니다.

세포에서는 칼륨과 교환하여 나트륨을 흡수하고, 신장에서는 나트륨과 수분을 재흡수하고 칼륨을 배출합니다. 많아진 나트륨은 물을 보유하여 혈류를 늘려서 고혈압의 원인 중 하나가 됩니다.

스트레스에 대항하는 동안 소모된 에너지를 보충하고 장기적으로 더 많은 에너지를 체내에 비축하기 위해 식욕이 증가하며 그 결과 복부에 지방이 축적될 수 있습니다.

면역 반응은 강화 또는 억제 작용이 있으며 염증은 억제합니다.

③ 시상하부 → 뇌하수체 → 갑상샘 : 타이록신 분비

시상하부에서 갑상샘자극호르몬방출인자Thyrotrophin Releasing Factor=TRF가 생산되어 뇌하수체로 이동합니다. 뇌하수체는 갑상샘자극호르몬방출인자TRF의 영향을 받아 갑상샘자극호르몬Thyroid Stimulating Hormone=TSH을 방출합니다. 갑상샘에서는 타이록신을 분비합니다. (그림 스트레스에 대한 호르몬 반응 참조)

타이록신의 영향으로 탄수화물과 단백질 분해가 증가하고 기초대사량이 증가하며 체온이 상승합니다. 에피네프린, 노르에피네프린의 효과를 강화하여 심박수·심박출량과 함께 환기율이 증가합니다.

④ 베타 엔도르핀

스트레스 상황에서 분비되는 또 다른 호르몬은 베타엔도르핀β-endorphin입니다. 베타 엔도르핀은 일반적으로 통증에 대한 반응으로 뇌하수체에서 방출되어 중추신경계와 말초신경계 모두에서 작용합니다. 뇌하수체는 시상하부에서 분비되는 부신피질자극호르몬방출인자CRF에 반응하여 ACTH와 같은 양의 베타엔도르핀을 생산합니다.

스트레스일 때 베타 엔도르핀이 분비되어 투쟁 또는 도피 반응 중에 생길 수 있는 통증과 상해에 대비한 진통효과와 기분조절의 역할을 하는 것으로 알려져 있습니다.

베타 엔도르핀은 격렬한 유산소 운동, 섹스, 음악 듣기, 초콜릿 먹기와 같은 상황에서 행복한 기분을 느끼게 합니다. 운동 중에 방출되는 베타엔도르핀의 효과는 러너스 하이runners' high라고 알려져 있습니다. 휴식 중에는 베타엔도르핀 생성이 하향 조정되기 때문에 운동을 하던 사람은 같은 느낌을 받기 위해 더 열심히 운동을 할 수 있습니다. 운동 외에 웃음 역시 엔도르핀 방출을 자극할 수 있습니다.

⑤ 기타

이외에도 항이뇨호르몬, 성호르몬, 성장호르몬 등 수많은 호르몬이 스트레스의 영향을 받아 분비장애를 초래합니다.

 

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