36장 체온조절, 삼투조절, 배설

블랙든 (Charles Blagden)의 실험 가혹한 환경에 적응해 나가는 생물체의 능력을 증명함 126 ℃ 방에 친구들, 개, 스테이크와 함께 들어감 45뒤 그 방에서 나왔을 때 그들과 개는 건강한 상태 단지, 스테이크만 잘 익어 있었음 산에 오르는 것 v.s 고지에서 지내는 것

항상성 (homeostasis) 같은 상태, 생명 유지위해 필요한 생리적 조건을 일정하게 유지시키는 것 우리 몸은 신경계, 호흡계, 순환계, 면역계 등을 모두 총괄하는 항상적 메커니즘에 의해 작동함 산을 오르는 사람이 호흡을 가다듬기 위해 잠시 쉬는 것; 혈액 속의 산소의 양이 감소했기 때문 항상적 반응은 자율적이며 되먹임 (feedback)에 의해 이루어짐 되먹임은 과정상의 한 결과가 그 결과 이전, 혹은 이후의 과정에 영향을 주는 것 되먹임에는 음성과 양성이 있음

음성되먹임고리와 양성되먹임고리 음성되먹임고리 (negative feedback loop) 자극을 감소시키는 결과를 초래 상황이 적절한 수준에 도달할 때까지 간간히 올라갔다 내려갔다 하면서 정교한 조절함

양성되먹임고리 (positive feedback loop) 반응이 원래의 자극을 더 증가시키는 방향으로 작용 자연상태에서는 흔한 작용은 아니며 질병과 관련이 있음 고혈압 환자의 혈관은 지질, 손상된 세포 등에 의해 혈관이 줄어들어 더 혈압이 높아짐 뚱뚱한 사람이 체중에 대한 열등감으로 우울해지고 그런 상태를 벗어나려 더 먹게 됨 두 개의 중요한 항상성; 체온조절 (thermoregulation)과 삼투조절 (osmoregulation)

체온조절 생물들이 그들의 체온을 일정한 수준 내지는 참을 수 있는 수준으로 유지하는 능력 추울때, 낮은 온도는 대사과정을 저하시키고 체온이 낮아짐 혹한은 세포 속의 물을 얼게 하고 세포 내 물질의 농도가 높아짐, 얼음 조각은 세포를 손상시킴 체온조절에는 체열이 과도하게 높아질 때도 조절 고온은 생화학적 반응 속도를 엄청난 수준으로 가속화시킴 (요리) 고온은 효소와 그 외의 중요한 단백질을 변성시킴 (비가역적 반응) 최적의 체온을 유지하기 위한 물질대사나 행동적인 방법을 이용함 <비가역적 반응>

체온조절의 범주 항온동물 (homeotherm); 체온을 조절하는 동물, 온혈동물 변온동물 (poikilotherm); 능동적으로 체온조절을 하지 않는 동물, 냉혈동물 이온동물 (heterotherm); 어떤 때는 체온을 조절하고 어떤 때는 환경의 온도를 따르는 동물 체온조절 방법; 내온성조절과 외온성조절 내온성조절; 내부의 대사과정을 통해 열을 생산하는 것 (열발생) 외온성조절; 외부의 열을 이용하는 것  몸을 태양에 노출, 온천에 사는 물고기, 벼룩은 개의 몸 중 따뜻한 곳에서 서식

내온성조절 (endothermic regulation) 변화하는 환경 속에서도 안정상태를 유지할 수 있게 해 줌 동물이 일정한 체온을 유지한다면 물질대사에 관련된 화학작용이 보다 일정하게 지속됨 내온성조절을 통해 열사의 사막으로부터 혹한의 극지방까지 다양하게 서식 추운 겨울동안에 비활동적으로 되는 것; 에너지에 대한 요구를 줄이기 위해 내온성동물의 단점; 에너지를 많이 필요로 함 에너지의 원천인 음식을 자주 먹어야 함 내부 체온이 2~3도만 변해도 의사에게 달려가야 함 몸의 크기와 체온; 작은 동물은 부피에 비해 표면적이 커서 열손실이 큼

1. 저온에 적응된 나방의 내온성조절 밤나방류; 저온에 적응한 온대지방종, 일시적으로 내온성이 되는 동물, 이온동물 휴식할 때는 외온성이고 비행할 때는 내온성 비상근 (flight muscle)이 제대로 기능하기 위해서는 가슴 부위가 30도가 되어야 함 생성된 열을 비상근이 있는 가슴부위에 보존하기 위한 방법 털로 덮인 가슴 (절연 효과), 가슴 뒤쪽의 일련의 주머니들이 열이 방출되는 것을 막아줌 역류열교환의 구조; 저온에 적응된 동물에서 발견됨, 열의 교환은 반대 방향으로 흐르는 액체가 서로 가까이 지나가고 그 두 액체의 온도가 다르기 때문에 일어나는 구조 밤나방류에서의 열교환은 가슴과 복부에서 일어남 대부분의 나방은 열교환구조가 없어서 두 종류의 나방은 경쟁이 낮아짐 밤나방류는 저온일 때, 다른 나방들은 고온일 때 비행 가능

2. 참다랭이의 내온성조절-저온에 적응된 어류 대양에 사는 대부분의 물고기는 체온조절 능력이 없음 체온조절을 하는 물고기들은 모두 물질대사로 체온을 조절하는 내온성동물 내온성 항온동물인 참다랭이는 움직임이 빠르고 저온의 물에 사는 포식자 빠른 속도로 헤엄치는 데 필요한 그들의 근육은 낮은 온도인 물 속에서도 활발한 기능을 함 체온조절 능력이 없는 물고기와 내온성동물인 물고기의 순환계 비교 (그림 36-5) 저온성동물의 물고기는 작은 가지 형태의 순환계; 몸 중심부의 체온을 일정하게 유지 못함 참다랭이는 역류열교환구조를 가진 순환계가 있음 몸 내부 중앙은 피부보다 10도 정도 높고 피부는 주위의 해수 온도와 같음 역류열교환을 효율적으로 활용하여 열이 몸의 내부 중앙에 보존됨 혈관그물망; 검은색의 수영근 (swimming muscle)의 온도를 높게 유지하는 역류열교환구조

3. 조류와 포유류의 체온조절 열을 만들어 내고 유지하는 방법을 가짐 냉각 메커니즘도 가지고 있음 1) 몸의 크기와 열의 생성 체온조절이 가장 중요한 이유는 대사율 때문 대사율; 단위시간당 생산되는 몸 전체의 에너지 몸의 크기가 작을수록 대사율이 높고 대사율이 높을수록 더 많은 열이 생성됨 (그림 36-7) 벌새 (hummingbird); 이온동물로 간주, 밤에 아무것도 먹지 않을 때 대사율을 감소시킴 땃쥐; 바퀴벌레 크기의 포유류, 대사율이 높음, 많은 산소를 섭취, 몸무게의 75%의 먹이섭취 코끼리; 대사율이 가장 낮음

2) 열의 생성 능동적 혹은 수동적으로 열을 만들고 유지 열 생성의 3가지 주요한 메커니즘 (화학에너지를 열에너지로 전환) 산화적 호흡 시에 ATP가 합성되면서 열이 생성되는 과정 몸을 떨면서 열을 생성하는 것으로 서로 상반되는 근육이 동시에 수축되어 생기는 현상 갈색지방 (brown fat)을 사용; 갈색지방에는 수많은 미토콘드리아가 있으며 이들은 ATP를 만들지 않고 모두 열로 전환, 갈색지방에 있는 혈관을 따라 열을 몸 전체로 전달

갈색지방에 의한 열의 생성은 어린 아기, 박쥐, 동면하는 포유류 등에서 관찰됨 동면하는 포유류는 동면에 들어가기 전에 엄청난 양의 먹이를 먹고 갈색지방을 비롯하여 많은 지방을 축적함 갈색지방의 대사는 호르몬에 의해 시작되며 몸을 재빨리 정상 상태로 돌리는 데 필요한 체열을 제공함

3) 열의 손실을 줄이기 위한 메커니즘 생성된 열을 유지하는 것도 매우 중요 역류열교환; 인간은 팔에 가지고 있음 몸이 따뜻할 때는 피가 피부 근처에 있는 정맥으로 인해 상당한 열을 잃게 됨 몸이 차가울 때는 피가 팔 깊숙이 동맥과 평행하게 놓여 있는 정맥으로 인해 몸의 열이 보존됨 (본래 방어메커니즘으로 작용) 팔다리가 차가우면 효율적으로 일할 수 없게 됨, 얼거나 동상에 걸릴 수도 있음 사람은 몸 내부의 온도가 위험 수준에 도달하기 전에 손가락과 발가락을 먼저 잃게 되며 내부기관은 생존을 위한 싸움에서 우선 순위를 갖음

새들은 겨울에 빙점에 가까운 물을 건너다니지만 정상체온을 유지할 수 있음; 발에 있는 역류열교환구조로 인해 따뜻한 다리를 유지하거나 발에 있는 조직의 세포막에 불포화지방이 높은 농도로 존재 포유류는 혹한에 대한 적응으로 지방을 사용 고래, 물개, 바다코끼리와 같이 바다에 사는 포유류는 두꺼운 지방층에 의해 열손실을 줄임 대부분의 지방과는 달리 이 지방층은 풍부한 혈액을 공급받는다는 점에서 갈색지방과 비슷 극지방의 차가운 물에서는 혈관이 닫혀있어 열손실을 줄이고 더운 바다나 해변에서 햇볕을 쬐고 있을 때는 혈관이 열려 몸에 열이 빠져나갈 수 있게 함

포유류의 체모나 조류의 깃털은 절연 기능 포유류는 조밀하고 부드러운 털과 이것 위에 놓인 길고 거친 보호털이 있음 보호털은 습기나 물리적 상처로부터 피부를 보호하며 수생 포유류에서는 이 보호털층이 방수의 역할을 함 북극곰의 털은 태양열 수집기로 작용; 자외선을 흡수하여 빛을 흡수하는 검은 피부로 전달 사람의 체모는 동물과 달리 땀을 흘리는 능력을 가짐; 뜨거운 기후로부터 진화했을 가능성

4) 열의 방출 메커니즘 조류와 포유류에서 열의 방출은 피부와 호흡을 통해 일어남 피부와 같이 바깥과 접한 부분에서 열은 온도가 낮은 주변으로 복사됨 피부가 다른 물체와 접촉할 때 열은 전도에 의해 빠져나감 차가운 공기 분자에 의해 열이 나가는 대류의 방법; 증발 증발을 통한 열의 감소는 조류와 포유류에서 체온조절의 절대적 방법 동물의 표면에서 물이 증발할 때 열도 나감 동물은 체온감소를 위해 몸에 물을 적시는데 주변의 물, 침, 오줌 등을 이용함 땀샘은 인간, 말, 유인원에서 중요한 기관 포유류와 조류는 입을 통해 열을 내보냄 새들은 목플러터 (gular flutter)를 통해 열을 내보냄 체온의 감소는 체액의 양에 달려 있으며 체액은 반드시 일정한 수준으로 유지 (탈수 방지)

4. 행동에 의한 적응 생리적으로 조절할 뿐아니라 행동적으로 조절 행동적 조절은 내부 메커니즘이 체온조절을 제대로 할 수 없을 때 일어남 새가 나무에 쉬거나 물에 들어가면서 체온을 감소시킴 개가 땅을 파고 흙에 배를 대고 누워 체온을 감소시킴 사막에 사는 설치류는 밤이 될 때까지 습기가 많은 굴에서 지냄 사람은 에어컨 아래서 (?)

5. 내적인 체온조절 인간은 37도를 중심으로 극히 좁은 범위 내에서 체온을 유지 뇌는 뇌를 흐르는 혈액의 온도를 감지하는 실질적인 체온조절기 뇌는 온도에 매우 민감하며 뇌가 견딜 수 있는 범위는 매우 좁고 쉽게 손상됨 뇌에서 온도를 감지하는 부위는 시상하부

시상하부는 피부에 있는 감각수용기로부터 온도 정보를 받음 시상하부에 분포된 감지기에서 혈관의 온도를 감지 혈액의 온도가 0.01도만 변해도 신경신호에 변화가 일어남 시상하부는 자율신경계 자극

자율신경계는 부신을 자극 자극을 받은 부신은 에피네프린을 생성하여 혈액으로 보냄 에피네프린은 간에서 글리코겐을 포도당으로 전환 포도당이 혈액으로 방출되면 세포들은 호흡활동을 증가시켜 열을 방출 에피네프린은 또한 갈색지방으로부터 열을 생성시킴

시상하부는 자율신경계를 자극하여 피부로 흐르는 혈액을 감소시킴 시상하부는 뇌하수체를 자극하여 갑상선자극호르몬을 분비 갑상선은 티록신이라는 호르몬 분비 티록신은 세포의 호흡 활동을 증가시켜 열의 생성을 가속화시킴 증가된 열은 시상하부가 감지하고 뇌하수체를 다시 자극하여 열생산을 감소 (음성되먹임) 시상하부는 항상적 조절 구조로서 생물을 정교하게 조절, 특히 체온조절을 담당

6. 외온성조절 외온성조절 동물이 갖는 장점은 대사에 드는 비용이 적다는 점 음식을 별로 필요로 하지 않기에 적게 먹고 오랫동안 굶을 수 있음 단점은 밤이나 추운 계절에는 활동이 위축됨

1) 추위에 대한 적응 빙점 이하로 내려갈 때 세포 내에 액체가 얼면 세포막과 세포내 소기관들은 손상됨 만약 세포 내의 액체가 얼지않는다면 문제는 없음 외온성동물에서는 세포간액이 얼게 됨 세포간액의 농도가 높아지면 삼투작용으로 세포들은 탈수됨 탈수된 세포들은 다시 따뜻하게 될 때까지 아무 문제없이 생존 가능 수많은 외온성동물들은 체액 속에 부동물질을 갖기 때문에 어는 현상을 방지함 기생성 말벌류는 몸의 글리세롤 농도를 증가; 체액의 빙점이 약 -17도 낮아짐 어떤 곤충의 유충은 -47도에서도 체액이 얼지 않음 남극해에 사는 물고기는 부동물질로 당단백질을 갖음

2) 외온성동물의 행동적 적응 외온성동물의 체온은 주변의 온도에 달려있기 때문에 행동적인 온도조절이 대단히 중요 적절한 장소를 찾아가서 적절한 양의 열을 잃거나 얻을 수 있는 노력이 필요 사막에 사는 메뚜기는 새벽에 햇볕을 찾아 많은 햇볕을 쪼일 수 있도록 몸을 길게 뻗음 꿀벌은 추운 날에는 떼를 이룸으로써 열을 모으고, 더운 날에는 물을 날라다가 날개로 부채질을 해서 벌통의 온도를 감소시킴 민물에 사는 물고기는 따뜻해진 얕은 물에서 시원한 깊은 물로 오가면서 상황을 조절함 온대지방에 사는 파충류는 이리저리 적절한 곳을 찾아 몸을 움직임으로써 체온을 유지 뿔도마뱀은 피부의 색깔을 변화시키면서 태양에너지를 반사하거나 흡수 색소 알갱이들이 함께 모이면 피부는 밝아지고 많은 빛에너지를 반사, 알갱이들이 흩어지면 피부색은 검게되고 많은 빛에너지를 흡수

삼투조절과 배설 동물들이 세포 내의 물과 이온의 농도를 조절하는 메커니즘 대부분의 세포는 약2/3가 물로 되어있음 세포액 내의 이온농도 중요 삼투조절; 물과 이온의 균형을 적절하게 유지하는 과정 배설; 과도한 물과 이온을 몸 밖으로 제거

질소노폐물의 생성 아미노산은 단백질의 구성물질 단백질은 소화과정 중에 개개의 아미노산으로 분해된 후 장의 벽을 통해 혈액으로 흡수 이런 아미노산은 세포 내에서 새로운 단백질을 만드는데 사용되거나, 지방산이나 탄수화물로 전환되어 저장, 호흡연료로 사용 이런 과정에서 질소 조각들이 생성되며 이들이 축적되면 상당히 해로운 물질이 될 수 있음

탈아미노화반응에서 아미노기 (-NH2)는 아미노산으로부터 떨어져 나와 암모니아 (NH3)로 제거 암모니아는 물속에 있는 수소원자와 결합하여 암모늄이온 (NH4+)으로 전환 물에 사는 동물은 안전하게 암모니아를 제거, 육상동물에서는 물 보존이라는 문제를 가짐 많은 동물에서 암모니아는 요산 (uric acid)이나 요소 (urea)로 전환 요산; 반고체이고 물에 녹지 않는 물질로 곤충, 파충류, 조류의 중요한 질소노폐물 요소; 요산에 비해 용해도가 높고, 지렁이, 물고기, 양서류, 포유류의 주요한 질소노폐물 요소는 물에 녹아서 소변을 통해 배출 개구리의 경우, 성체는 요소로 올챙이는 암모니아 형태로 질소를 배출 어떤 도롱뇽, 땅 위에 있을 때는 요소로 생식을 위해 물속으로 들어갈 때는 암모니아를 배출 질소노폐물을 생성하는 과정도 물을 보유해야 하는 필요에 따라 달라짐

삼투환경 새로운 환경에 놓인 동물은 수분조절이라는 문제에 직면함 1) 바다환경 바다에 사는 동물들은 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 염소 등의 이온들로 이루어진 액체에 살고 있음 이러한 이온들은 동물들의 삼투작용에 문제를 일으킬 수 있기 때문에 적응이 필요 해수는 생물체 보다 이온이 많은 고장액 상태이며 생물체는 저장액 상태 이온들은 안으로 들어가려 하고 물은 밖으로 나가려 함 수중 동물의 적응방법; 삼투조절형 동물과 삼투순응형 동물

(1) 삼투순응형 동물 주변의 농도에 순응하여 몸 내부의 농도를 수동적으로 변화시킴 에너지를 별로 소비하지 않기 때문에 많은 해산동물들은 이 방법을 사용함 삿갓조개류의 한 종은 해수의 염도가 변해도 1.5~5%의 넓은 범위의 변화에 적응 상어와 가오리는 순응형이거나 적어도 부분적으로 순응형임 혈액과 조직 내의 요소 농도를 높임으로써 바깥의 해수와 동등한 삼투 조건을 형성 능동수송을 통해 염을 밖으로 내보냄으로써 과도한 염의 섭취를 피하며 일어나는 장소는 직장으로 열려있는 특수한 분비선

(2) 삼투조절형 동물 주변의 염도변화에 상관없이 내부의 용매 농도를 상대적으로 일정하게 유지 바다에 사는 절지동물은 삼투조절형 동물 새각류의 한 종은 해수로 된 연못에 살고 있고 환경의 농도가 1~30% 정도 변화더라도 생존 삼투조절기관은 아가미; 염류선 (salt gland)은 염을 능동적으로 혈액 밖으로 수송 대부분의 바다 척추동물들은 삼투조절형 동물 아가미에는 특수한 구조인 염을 거르는 세포들이 있어서 몸으로부터 염을 능동적으로 수송 다른 이온들은 신장에 의해 배설되거나 장을 통해 빠져 나감 바다에 사는 새나 파충류는 신장 대신에 눈 근처에 특수한 염류선을 사용하여 염을 배출 해산 포유류는 효율적인 신장을 가지고 염류를 방출 그들은 해수를 마시는 대신에 먹는 물고기를 통해 용질의 농도가 낮은 액체를 섭취하여 물을 얻음

2) 민물의 환경 민물은 생물에 비해 저장액이기 때문에 삼투현상을 통해 세포 내로 물이 들어가게 됨 생물이 과도한 물을 밖으로 내보낼 수 없다면 세포는 부풀어서 터져버림 민물은 생물들이 필요로 하는 이온들이 환경 속에 많지 않음 특히, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등이 많이 부족함 이온은 확산을 통해 생물 몸 밖으로 나가게 되고 생물은 에너지를 소비하는 능동수송을 통해 다시 세포 내로 흡수하는데 그러한 수송은 피부, 아가미, 신장을 통해 일어남 민물에 사는 동물들은 질소노폐물을 암모니아 형태로 배출 단순한 삼투조절 시스템은 플라나리아의 불꽃세포 혹은 원신관이며 이는 배설기관의 역할 민물고기에서는 아가미를 통해 염의 능동수송이 일어남 개구리의 경우, 올챙이는 암모니아로 질소노폐물을 배출하고 성체는 요소로 배출 양서류의 염의 능동수송은 피부를 통해 일어남

3) 육상의 환경 육상동물들은 물을 많이 먹고, 효율적으로 물을 보존하는 배설계, 물을 잘 통과시키지 않는 피부, 탈수의 문제를 해결하도록 노력

(1) 육상 무척추동물 지렁이는 습기찬 환경 속에서 살고 있음 각 체절에 있는 액체들은 계속 여과되지만 상당히 복잡한 구조를 가진 신관에 의해 재흡수 쌍으로 된 신관은 바로 앞에 있는 체절 속의 액체를 청소하는 일을 함 물, 미네랄 등의 필수적인 물질들은 혈액으로 재흡수되고 용해되어 있는 노페물은 외신문이라는 구멍을 통해 밖으로 배출 절지동물이 물의 손실을 줄이는 방법; 왁스로 된 방수성의 각피, 보호가 잘 되는 호흡기관, 반고체 상태의 요산으로 질소노폐물을 배출 곤충의 배설계는 말피기관으로 알려진 속이 비고 끝이 막혀 있는 관상구조 물 보존 방법; 물이 필요하지 않은 질소노폐물의 형태로 배설, 말피기관으로부터 오는 액체가 후장의 벽에서 다시 재흡수됨 요산 배설의 단점은 많은 에너지와 복잡한 경로가 요구된다는 것

(2) 육상 척추동물 호흡하고 질소노폐물을 제거하는 과정에서 물을 계속 소실하게 됨 물의 손실을 줄이기 위해 물을 다시 보충해야 하는 문제를 갖게 됨 파충류와 조류는 요산을 생성함으로써 물을 보존 포유류의 일차적인 질소노폐물은 요소이며 요소가 제거되려면 물이 필요 물을 보존하는 기능을 하는 신장이 대단히 중요한 작용을 함

사람의 배설기관 다른 포유류와 마찬가지로 인간은 매우 복잡하고 효율적인 신장을 가짐 신장의 중요한 역할은 질소성 노폐물인 요소를 배설하고 수분과 미네랄을 보존하고 조절하는 것

사람의 배설계 사람의 배설계는 신장, 수뇨관, 방광, 요도, 신장에 분포하는 혈관 등을 포함 혈관은 쌍으로 된 신장동맥, 신장정맥, 그리고 가지로 이루어짐 신장동맥으로 들어가는 혈액은 대동맥에서 직접 오기 때문에 상당히 큰 압력하에 있음 신장이 제대로 기능하기 위해서는 일정한 혈압이 유지되어야 하고 혈압이 떨어지면 신장의 기능이 치명적이 됨 신장은 피질, 수질, 신우로 구성 피질은 신장의 여과 단위인 네프론 (nephron)과 그에 분포하는 혈관들로 이루어짐 각 네프론은 보먼주머니와 세뇨관으로 구성 세뇨관은 수질과 피질 사이에 기다란 고리를 형성하고 이들은 모두 수집관을 통해 신우로 들어감 신우 수질 피질 수뇨관 방광 요도

요의 생성 네프론이 혈액으로부터 여과되어 온 물질들을 받음으로써 요 (urine)의 생성이 시작됨 생성된 요는 집합관을 통과하여 신우로 들어감 신우는 생성된 요가 모이는 첫번째 장소 수뇨관을 통해 방광으로 갔다가 요도를 통해 밖으로 배출

네프론의 구조 신장에는 약 100만 개의 네프론이 있으며 이들 네프론은 여과 단위 네프론은 보먼주머니로부터 시작되며 모세혈관 덩어리인 사구체를 둘러싸는 일종의 주머니 보먼주머니에서 기다란 세뇨관이 시작됨 사구체는 신장동맥의 한 가지인 수입소동맥에서 나오는 모세혈관으로 이루어짐 사구체의 모세혈관을 통과한 혈액은 수출소동맥으로 들어가고 수출소동맥은 다시 가지를 쳐서 네프론 전체에 정교한 모세혈관망을 형성 모세혈관들이 소맥을 형성한 후 다른 네프론에서 오는 소맥들과 결합하여 신장정맥을 형성 이 혈관들은 네프론의 주요 기능인 사구체에서의 여과와 세뇨관에서의 재흡수에 결정적 역할을 함

세뇨관은 기부세뇨관, 헨레고리, 말부세뇨관의 세 부분으로 구성됨 기부세뇨관은 꼬불꼬불한 길을 형성하다가 U자 모양의 헨레고리로 이어짐 이 고리는 물을 보존하는 기능을 하는 모든 신장에서 발견되며 사막에 사는 포유류에서 더욱 발달 헨레고리를 형성한 후에 세뇨관은 다시 꼬여서 말부세뇨관을 형성 말부세뇨관은 집합관과 만나게 되며 이 관은 수많은 네프론으로부터 오는 세뇨관들과 연결 수입소동맥과 말부세뇨관은 방사구체장치를 이루고 나트륨의 재흡수에 매우 중요

네프론의 작용 네프론의 주요한 기능은 여과, 능동수송, 엔도시토시스, 엑소시토시스, 확산, 삼투현상 등의 과정에서 나타남 역류교환 메커니즘

1) 보먼주머니 신장동맥으로부터 분지된 수입소동맥은 보먼주머니로 들어가는 사구체라는 모세혈관 덩어리를 형성 소동맥의 혈액이 사구체로 밀려들어갈 때 압력이 크기 때문에 혈액 전체 부피의 약 1/5이 모세혈관벽을 통해 보먼주머니로 여과됨 모세혈관벽에 있는 작은 구멍들이 체와 같은 구조를 이루고 있어서 이러한 여과를 도와줌 분자량이 큰 분자들은 여과되지 않음 여과된 물질들은 이온과 작은 분자인 포도당, 아미노산, 요소 등 중요한 물질들이 많음 혈액으로부터 걸러진 물의 99% 이상은 집합관을 떠나기 전에 다시 혈액으로 재흡수

2) 기부세뇨관에서의 재흡수 네프론으로 들어가는 여과물은 극히 묽은 상태 기부세뇨관을 통과할 때 여과물은 농도가 높고 고장 상태인 수출소동맥과 접촉하면서 삼투압의 차이로 인해 물이 요로부터 혈액으로 자연히 재흡수 나트륨, 포도당, 아미노산들도 능동수송되어 세뇨관 주변의 세포로 되돌아감 염소이온들은 수동적으로 나트륨 이온을 따라 들어감 나트륨 이온의 능동수소은 나트륨-칼륨 이온 교환펌프에 의해 여과액으로부터 나트륨이 펌프되어 나가는 동시에 칼륨이 펌프되어 들어감 칼륨은 요가 집합관으로 떠나기 전에 다시 재흡수 기부세뇨관을 떠날 때 여과액 속에는 요소, 여러가지 독성 물질 (약간의 암모니아, 크레아틴, 요산), 약간의 염류, 그리고 상당한 양의 물이 들어감

3) 헨리고리의 작용 여과액 속에 들어있는 물과 염의 대부분은 헨레고리와 집합관에서 혈액으로 재흡수 물의 재흡수는 역류교환에 의해서 일어남 네프론의 역류 메커니즘은 네프론 밖 주변의 염과 요소의 농도를 높이도록 농축시키는 수단 주변에 고장 상태가 형성되면 물은 바깥으로 확산 주변의 혈액은 네프론 주변보다도 더 고장 상태이므로 물은 근처의 모세혈관으로 다시 확산되어 들어감

해부학적으로 헨레고리의 하행지, 상행지, 집합관 세 부분들은 서로 S자 모양을 이루며 평행하게 놓여 있음 보먼주머니와 기부세뇨관은 신장의 피질부위에 놓여 있고 헨레고리와 집합관은 수질 부위에 들어 있음 수질의 조직액은 상대적으로 고장 상태이기 때문에 묽은 요가 헨레고리의 하행지를 따라 내려갈 때 수동적인 확산에 의해 물을 잃게 되고 염을 얻게 됨 헨레고리 기부의 요는 많은 양의 물을 잃고 많은 염을 얻는데, 이 염들은 다시 재흡수되야 함 헨레고리의 상행지에서는 염이 네프론으로부터 주변의 조직으로 능동수송 능동수송을 통해 혈액은 염을 다시 소유하게 되며 신장 수질 부분은 세뇨관 내의 요에 비해 고장 상태를 그대로 유지할 수 있음

4) 말부세뇨관과 집합관에서의 재흡수 나트륨 이온은 능동수송되어 밖으로 나가고 염소 이온은 뒤따라 나가게 됨 물은 이온기울기를 따르는데 염과 물을 잃은 세뇨관내의 여과액은 근처의 모세혈관과 등장액 상태가 되기 때문에 물은 더 이상 이동하지 않을 수 있음 그러나 요는 집합관을 통해 흘러가야 하므로 다시 한 번 고장액 상태의 수질을 통과해야 함 고장액 상태에서 요는 또 다시 물을 잃게 됨 집합관에서는 요소에 대한 역류 메커니즘도 형성되어 요소가 집합관으로부터 수질로 확산되어 들어감

5) 세뇨관 분비 세뇨관 분비는 재흡수와는 반대로 물질을 모세혈관으로부터 집합관과 말부세뇨관 쪽으로 수송하는 것 암모니아, 수소이온, 칼륨이온, 유기산, 크레아틴 등은 세뇨관의 분비작용을 통해 모세혈관으로부터 네프론으로 수송 세뇨관의 분비는 노폐물을 제거하는 마지막 메커니즘

네프론 기능의 조절 시상하부는 항상성 유지에 관련된 수많은 기능을 함 시상하부내 모세혈관 속의 삼투압이나 물의 양을 측정하는 일도 담당 혈액이 저장 상태라면 신장은 보다 많은 물을 요로 방출할 것 혈액이 고장 상태라면 신장은 방출되는 물의 양을 줄임 이 경우 시상하부의 뉴런은 항이뇨호르몬을 뇌하수체후엽으로 분비 뇌하수체후엽의 모세혈관은 이 호르몬을 혈액으로 방출 집합관의 상피세포는 이 호르몬의 자극을 받음 항이뇨호르몬은 집합관의 상피세포로 하여금 물에 대한 투과도를 높이게 함으로써 보다 많은 물이 집합관을 떠나 혈액으로 다시 들어감 혈액의 삼투농도가 정상으로 회복되면 시상하부의 자극은 감소되고 항이뇨호르몬의 분비도 감소되고 요의 양은 늘어남 물을 먹게 되면 혈액은 다시 묽어지고 시상하부는 항이뇨호르몬의 분비를 중지하고 신장은 요의 양을 증가시킴

호르몬 메커니즘은 염화나트륨의 양을 조절하는데 작용 알도스테론; 부신피질에서 분비되는 호르몬 염화나트륨의 조절과 알도스테론의 관계는 아직 불분명 방사구체장치 세포들은 사구체로 들어가는 혈관내의 혈압 변화를 감지 혈압이 최적 상태 이하로 떨어져 있다면 효소 레닌의 분비를 자극 레닌은 안지오텐신이라는 혈액단백질을 활성시킴 이 단백질은 부신피질을 자극하여 알도스테론의 분비를 촉진

알도스테론은 네프론의 말부세뇨관과 집합관을 자극 알도스테론의 영향을 받아 나트륨 이온을 관 밖으로 내보내고 혈액으로 돌려보내는 속도를 높임 물이 그 뒤를 따라나가게 되고 음성되먹임고리를 형성해야 할 만큼 혈압이 올라갈 때까지 혈압을 계속 증가시킴 이 메커니즘의 두 가지 중요성 (a) 여과작용을 충분히 수행할 수 있을 만큼의 혈압을 유지시킨다는 것 (b) 알도스테론에 의해 나트륨 수송이 증가되면 동시에 칼륨 이온의 배출이 증가된다는 것

배설계의 다른 항상성 메커니즘 혈액의 산성도 조절 혈액의 산성도는 좁은 범위내에서 유지됨 요의 산성도는 pH4에서 9까지 변할 수 있기 때문에 혈액내의 과도한 수소 이온이나 수산화이온은 다른 독성 물질들과 같이 신장의 분비작용을 통해 제거됨 알도스테론은 수소이온이 요로 방출되는 것을 가속화시킴 환경의 잠재적 변화 속에서 고도로 체계화된 상태를 유지해 나가기 위해서 엔트로피의 증가에 대항하여야 함 몸의 항상적 메커니즘은 변화하는 환경속에서 적절한 조건을 유지해주는 역할을 함