신장의 기능 및 생리(Basic renal physiology)

1. 신장의 기능

신장은 우리 몸에서 중요하고 다양한 일들을 수행한다.

- 필터의 기능: 대사 산물이자 노폐물을 몸 밖으로 배출하는 역할을 한다. 예를들면 요소, 요산, 크레아틴, 빌리루빈 그리고 기타 약물이나 식품 첨가제, 독소와 같은 외부 화학물질 등이 있다.

- 전해질을 조절함으로써 중요한 내부 환경을 유지한다. (Na+, K+, Cl-, Ca2+, Mg2+, PO42-, H+)

- 체내 삼투압과 체액 부피를 물과 소금 함량을 통하여 조절한다.

- 신장은 혈압과 칼슘대사 그리고 혈구 생산 등에 중요한 호르몬들을 생산하고, 활성화 시킨다.

  - 레닌(Renin): 혈류아 혈압, 나트륨 조절 등에 관여

  - 1,25-dihydroxycholecalciferol(calcitriol) : 비타민D의 활성화 형태인 비타민D3로 부터 유래. 이 호르몬은 장내 칼슘 흡수율을 높여준다.

  - Erythropoietin(에이스로포이에이틴) : 적혈구 생성, 골수로 부터 적혈구 생성 조절에 관여한다.

  - 프로스타글란딘은 혈관의 수축정도에 관여한다. 프로스타글란딘은 혈관 확장을 도운다.

 

요관(ureters)은 방광으로 소변을 이동시키는데 근육 연동운동에 의해서 이동시킨다. 신장의 무게는 대략 전체 체중의 0.5%정도 차지한다. 

신장의 바깥쪽을 겉질(cortex)라고 하고, 안쪽을 수질(medulla)라고 한다.

겉질에는 보먼주머니와 사구체, proximal and the distal convoluted tubules (근위,원위곡세뇨관)이 위치한다. 

신장의 안쪽에는 vasa recta, 헨리고리, 집합관(collecting duct)가 위치한다.

 

네프론(Nephron)

신장의 가장 기본적인 기능적 단위를 네프론이라고 한다.

신장의 사이즈나 동물의 종에 따라서 네프론 수가 다 다르다. 강아지가 고양이보다 더 많은 네프론을 가지고 있다.

네프론을 구성하는 것은 말피기소체(renal corpuscle)와 기타 세관 조직까지 합친 것을 통틀어 말한다.

네프론은 윗부분 네프론과, 수질에 가까운 네프론으로 구분할 수 있다. 

겉질네프론은 비교적 짧은 헨레 고리를 가지고, 반면에 수질에 가까운 네프론(juxtamedullary nephrons)은 겉질과 수질이 맞닿는 경계에서 시작하기 때문에 더 긴 헨리고리를 가지고 있다. 더 긴 헨레고리를 가지고 있다는 것은 훨씬 소변을 더 농축시킬 수 있다는 의미이다.

수질부분이 아래로 내려갈수록 농도가 짙어지면서 농도 경사를 이루고 있어서 소변 농축이 더 잘 일어나게 한다.

네프론은 교감신경의 영향을 받는다. ( Nephron is innervated with sympathetic nerves) -> 그래서 사구체로 들어가는 혈류나 혈압을 조절한다. -> change afferent pressure resistance

 

사구체(Gloerulus)

사구체는 혈관들이 뭉쳐진 것으로, 혈액 속 물질들을 투과시킨다.

보먼주머니에 의해서 쌓여 있고, 여기로 소변이 필터된다.

큰 정수압(hydrostatic pressure)에 의해서 물이나 이온, 작은 분자물질들이 보먼주머니로 필터되서 들어간다. 

사구체 여과율에는 정수압 뿐만 아니라 삼투압도 작용하는데, 도합 net pressure가 사구체에서 보먼주머니로 향하는 압력이 클때 여과가 일어난다. 사구체 여과에 반대되는 압력에는 보먼주머니 속의 삼투압과 보먼주머니 속 정수압이 해당된다.

 

세뇨관의 기능(Tubular function)

거의 모든 용질의 재흡수는 근위세뇨관(proximal tubule)에서 일어나며 헨리고리에서 소변의 농축이 일어난다.

근위세뇨관은 처음에는 굽어지다가 나중에는 쭉 뻗는 형태이다. 세포의 형태는 Columnar epithelial cells이며 brush border가 있어서 표면적을 넓혀주고 재흡수를 효과적으로 일어나게하는 역할을 한다. Endocytic capability도 잘 발달되어 있어서 많은 양의 재흡수된 산물들을 잘 소화할 수 있게 발달되어있다.

 

헨레고리(Loop of Henle)

소변을 농축시키는 역할이다.

신장 겉질보다 수질의 농도가 훨씬 높은데 이것은 포유류가 자신의 체내 농도보다 훨씬 높은 진한 소변을 배출할 수 있는 원리이다.

 

사구체 여과: 혈액 속에 포함된 물질들을 거른다. 용질의 같은 경우는 혈장과 비슷한 구성을 가지지만, 중간사이즈나 큰 분자의 단백질, 세포 구성물들은 통과하지 못한다.

세뇨관 재흡수 작용: 세뇨관강에서 세뇨관 주변 혈관속으로 다시 용액과 용질이 들어가는 것을 말한다. 사구체에서 걸러진 용액과 용질은 거의 세뇨관 단계에서 다시 재흡수 된다.

Water and solutes from loop of Henle move into blood vessel(vasa recta)

세뇨관 분비작 작용: 세뇨관 주변 혈관에서 다시 새뇨관 강으로 들어오는 작용을 말한다.

 

따라서 크게 신장에서는 사구체 여과, 분비와 재흡수에 의해 일어난다.

 

 

 

사구체 여과

소변의 형성은 사구체 여과에서 부터 시작되는데 엄청난 양의 혈관속 용액이 필터장벽을 거쳐서 보먼주머니로 들어간다.

모든 혈관속 물질들이 여과되는 것은 아니다. 분자량이 큰 것들 예를들면 단백질과 같은 물질은 통과할 수 없다.

그래서 알부민과 같이 단백질에 결합을 잘하는 약물의 경우 신장을 통해서 배출되기 어렵다.

포도당같은 물질들은 여과가 일어나지만 다시 재흡수가 거의 100%일어나서 다시 몸속으로 들어온다.

여과작용은 사구체 확산 압력에 의해서 영향을 받는데 이것은 체내 혈압이나 수입관과 수출관의 압력, 수축정도 차이에 의해서 결정된다.

 

사구체 여과율(Glomerular filtration rate; GFR)

신장을 통하는 혈류는 간적접으로 여과율에 영향을 끼친다 -> 물과 나트륨의 분비를 결정짓는 역할이다.

 

Filteration fraction = GFR/RPF

*RPF: Renal plasma flow

 

사구체 여과에 영향을 주는 것들에는 다음과 같다.

1. Filtration barrier: endothelial cells, glomerular basement membrane, podocytes(족세포)

2. Staling forces : bulk flow process

3. autoregulation: control renal blood flow and GFR

4. Influence of Hormones / Nerves: Regulates blood flow and GFR 

 

신장에 영향을 주는 호르몬들.

ADH 

-뇌하수체 후엽에서 분비가 되며 물의 재흡수를 촉진한다. Collecting Duct에 작용한다.

알도스테론

-adreanal gland에서 생성되는 스테로이드 호르몬으로, 나트륨의 재흡수를 촉진한다.

심방이뇨펩타이드(ANP)

-심장세포에서 생성되며 나트륨의 배출에 관여한다.

파라토이드 호르몬

-부갑상샘에서 생성되며 인 배출, 칼슘재흡수(혈중 칼슘농도 증가), 칼시트리올 생성에 관여한다.

안지오텐신2

- 나트륨의 농도를 유지하게 촉진한다.