항상성의 원리와 항상성 유지의 예

1. 항상성의 정의와 개념

(1) 항상성이란?

항상성은 영어로 homeostasis라고 하며 한자로는 恒常性라고 합니다.

항상성이라는 용어를 처음 사용한 사람은 1926년 미국의 생리학자 월터 브래드포드 캐논(Walter Bradford Cannon, 1871~1945)이지만, 항상성과 유사한 개념을 처음 사용한 사람은 프랑스의 내과의사 클로드 베르나르(Claude Bernard, 1813~1878)입니다.

 

세포

(2) 클로드 베르나르의 내부환경

베르나르는 일반생리학의 창시자로서 내부환경이라는 용어를 1865년에 처음으로 사용했습니다. 베르나르의 내부 환경(Milieu intérieur = Internal environment)이란 세포외액(ECF. Extracellular fluid = 細胞外液) 환경중에서도 특히 간질액(interstitial fluid = 間質液)이 다세포생물의 조직과 기관을 안정적으로 보호하는 생리적 능력을 두고 한 말입니다.

그는 ‘모든 생명기관의 목적은 항상 한 가지 목적을 가지고 있다. 그것은 내부 환경에서 생명의 일정한 조건을 유지하는 것이다. 내부 환경의 안정성이 곧 자유롭고 독립적인 생명의 조건이다.’라고 했습니다.

베르나르는 프랑스 과학자 최초로 국장(國葬)이 치러질 만큼 존경을 받았지만 내부환경에 대한 그의 주장은 처음에는 인정받지 못해서 1911년판 백과사전에도 실리지 못했습니다.

(3) 월터 캐논의 항상성

항상성(homeostasis)이라는 용어를 처음으로 사용한 사람은 1926년 미국 생리학자 캐논(Walter Bradford Cannon)입니다.

① 항상성 어원

homeostasis는 homeo + stasis로 이루어진 합성어인데 homeo 뜻은 비슷하다, 유사하다, 닮았다 등을 의미합니다. stasis 뜻은 standing still, 즉 현상을 유지하다는 말입니다. 라틴어로 같다(same)는 homo인데 캐논은 homo 대신 homeo를 사용함으로써 똑 같은 환경이 아니라 비슷한 조건을 유지하는 상태라는 의미를 나타냈고 이는 베르나르의 일정한 내부환경과 유사한 의미입니다.

② 세포외액의 항상성

항상성의 정의는 유기체가 내적, 외적인 여러 변화 속에서도 형태적, 생리적으로 안정된 범위를 유지해서 생존을 유지하는 성질을 말합니다. 이 때 말하는 항상성은 인체 내부환경의 안정성을 의미하는데 이는 세포외액 구역 (extracellular fluid cpmpartment, ECF)의 안정성으로 대변될 수 있습니다. 이는 세포가 세포를 둘러싼 환경의 영향을 강하게 받는데다 이 세포를 둘러싼 환경 즉, 세포외액(즉 혈액)을 채취해서 검사하는 것이 용이하기 때문입니다.

다세포동물의 세포는 물로 이루어진 세포외액에 둘러싸여 있는데 세포외액은 생물체의 외부환경과 세포내액 사이에서 전이부위로 작용하고 있습니다. 몸의 바깥세상과 대부분의 세포 사이에서의 완충지대 역할을 하는 세포외액의 구성요소들을 상대적으로 안정되게 유지하기 위한 엄청난 생리학적 작용들이 진화해왔고, 세포외액의 조성이 정상 값을 벗어나게 되면 보상 메커니즘이 작동하여 세포외액을 정상으로 돌려놓게 됩니다.

③ 세포에 영향을 줄 수 있는 환경요소

캐논은 세포에 영향을 줄 수 있는 환경요소에는 삼투압, 온도, pH 등이 있고, 세포가 필요로 하는 물질로는 영양소, 물, 나트륨, 칼슘, 여러 가지 무기이온 및 산소, 그리고 ‘일반적이고 지속적인 효과를 나타내는 내분비물질’ 등이 있다고 구분했습니다.

이 항상성은 수치적인 평형을 의미하는 것이 아닙니다. 예를 들어 세포외액의 나트륨과 염소 농도는 높고 칼륨 농도는 낮지만 세포내액에서는 반대로 칼륨 농도가 높고 나트륨과 염소 농도가 낮습니다.

 

평형

④ 항상성 붕괴

일반적으로 항상성이 깨지게 될 때 인체는 이를 보상하려고 하는데 이 보상작용이 성공적이면 항상성은 회복되고 보상작용이 실패하면, 즉 신체가 항상성을 유지할 수 없다면 정상적인 기능이 붕괴되어 질환상태 또는 병리적 상태가 나타난다고 봅니다.

그러나 일정한 수치를 유지한다는 것이 반드시 건강상태를 의미하는 것은 아닙니다. 고혈압이나 고혈당처럼 인체가 계속 특정한 상태를 유지할 수도 있는데 그게 반드시 건강한 상태라고 볼 수는 없다는 뜻입니다.

2. 항상성 유지의 원리

 

항상성 조절 메카니즘은 2가지가 있습니다. 하나는 국소조절, 다른 하나는 장거리 반사조절입니다.

(1) 국소조절

국소조절은 관계하는 조직이나 세포에 한정됩니다. 한 세포나 그 주변 세포그룹 근처에서 변화를 알아채고 즉시 응답하는데 대개는 화학물질을 방출합니다. 예를 들어 어떤 조직에서 산소농도가 줄어들면 모세현관의 세포가 혈액의 산소농도가 떨어졌다는 것을 감지하고 화학신호를 분비하여 응답합니다. 이 화학신호분자는 혈관근육으로 퍼져나가 혈관근육을 이완시켜 혈관을 넓혀주고 그 결과 혈류량이 늘어 그 지역으로 보다 많은 혈액과 산소를 공급하게 됩니다.

(2) 반사조절

반사조절은 전신적으로 일어나기 때문에 장거리 소통과 조절이 필요한데 여기에는 응답고리(response loop)와 되먹임고리(feedback loop)가 있습니다.

(3) 항상성 조절기전

모든 항상성 조절기전은 최소한 다음의 3가지 변수에 의해 조절됩니다.

수용기(recepter) - 통제소(통합중추, control centre) - 효과기(effector)

수용기에서 감지한 외부 또는 내부환경의 변화에 대해 통제소에서 적절한 응답을 결정하고 지시를 내려 보내면 효과기가 지시를 수용합니다.

쉬운 비유로는 실내온도를 조절하는 시스템을 들 수 있습니다. 실내온도를 26도로 설정해 놓았을 때 온도계가 26도를 넘어가면 에어컨에서 찬 공기가 나와 방안 공기를 냉각하고, 26도에 미치지 못하면 따뜻한 공기가 나와서 방안 공기를 가열하는 것과 같은 원리입니다.

3. 항상성 유지의 예

항상성 유지의 예.txt

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