신체 조절체계 <인체 내부의 환경 조절>

신체 조절 체계

신체는 수백 개의 다양한 조정체계를 가지고 있으며 이러한 조절체계의 전체적인 목적은 생리적 변인들을 조절하고 일정하게 유지하는 것입니다. 조절체계의 복잡한 현상은 대부분 세포 내에서 이루어지며, 단백질 합성과 분해, 에너지 생산과 영양소의 적정량 유지들의 세포활동을 조절합니다. 따라서 신체의 모든 기관은 항상성을 유지하기 위해 작용합니다. 예를 들어 폐와 심장은 산소를 공급하고 세포외액에서 이산화탄소를 제거하기 위해 함께 작용합니다. 심폐계는 안정 시뿐만 아니라 고강도운동 시에도 산소와 이산화탄소를 정상 수준으로 유지하는데, 이는 조절체계가 우수하다는 것을 나타냅니다.

 

조절체계의 원리

신체가 어떻게 안정적인 내부환경을 유지하는지 자세히 이해하기 위해서는 집의 난방과 냉방을 일정온도로 조절하는 자동온도 조정중추를 생각하면 됩니다. 자동온도 조절센터를 20도로 맞추어 놓았다고 가정하면, 방의 설정 온도가 20도에서 상승 또는 하강하면 냉난방 장치가 작동되어 방 안의 온도를 유지합니다. 만약 방 안의 온도가 상승하면 자동온도 조절센터는 에어컨에 신호를 보내 작동시켜서 방 안의 온도를 유지합니다. 이와 반대로 온도가 설정온도보다 내려가면 난방기구를 작동시킵니다. 이 두 가지 경우 모두에서, 조절 센터에 의한 반응은 초기보다 높거나 낮은 온도를 수정하는 것입니다.

 

기계적인 조절체계와 같이 생물학적 조절체계(biologicak control system)는 신체의 화학적 또는 신체적 변수들을 일정한 수준으로 유지하는 일련의 내부연결 요소들의 과정입니다. 생물학적 조절체계는 세 가지 요소로 구성되어 있습니다.

1. 감각기 또는 수용기
2. 반응을 통합하는 조정중추
3. 원하는 효과를 생성하는 기관들인 효과기

이 세 가지 요소들은 인체의 내부환경을 가능한 범위 내에서 조정합니다. 이 생체조절체계를 작동시키기 위한 자극은 환경적 요인에서 감지할 수 있는 온도와 혈압 등이며, 이러한 자극들은 수용기(sensor, receptor)를 흥분시켜서 조절중추(control center)인 통합중추(integration center)로 신호를 보냅니다. 통합중추는 자극의 강도를 평가하고 효과기(effector)로 신호를 보내어 방해요인을 변화시킴으로써 내부환경을 정상적으로 유지시킵니다. 정상적인 내부환경은 조정체계를 작동시켰던 최초의 신호를 감소시키는데, 이러한 형태의 피드백을 부적피드백이라 합니다. 부적피드백에 대한 더 자세한 내용은 아래와 같습니다.

■ 부적피드백

대부분의 신체 조절체계는 부적피드백(negative feedback)을 통해 작동합니다. 부적피드백은 항상성을 유지하기 위해 각 요소들을 일반 수치로 되돌리는 역할을 한다는 점에서 생체 방제계에서 중요한 부류입니다. 세포외액의 이산화탄소가 정상보다 높으면 수용기를 자극하고 이러한 정보는 통합중추인 호흡조정중추로 보내져 호흡을 증가시키고 더 많은 공기가 폐로 유입되게 합니다. 효과기 역할을 하는 호흡근육은 호흡을 증가시켜 세포외액의 이산화탄소를 정상으로 낮추어 항상성을 유지하게 됩니다. 이러한 형태의 신호체계를 부적이라고 정의한 이유는 조정체계의 반응이 자극에 대해 반대 방향으로 작용하기 때문입니다. 즉, 이러한 종류의 피드백이 음성인 것은 이상화 탄소 농도가 증가하면 초기 자극의 반대로 정상수치로 농도를 낮추는 생리학적 일들을 야기하기 때문입니다.

■ 긍정 피드백

비록 부적피드백이 신체에 항상성을 유지하는 데 사용되는 피드백의 주된 유형이지만, 긍정피드백(positive feedback)도 존재합니다. 이 메커니즘은 초기자극을 증가시키는 역할을 합니다. 이러한 피드백의 유형을 긍정이라고 하며, 이는 반응이 자극과 같은 방향이기 때문입니다.

 

긍정피드백 메커니즘의 전형적인 예로, 여성이 출산할 때의 분만수축 상승을 들 수 있습니다. 예를 들어 가의 머리가 자궁 하부로 이동할 때, 증가한 압력이 자궁의 좁은 부분인 자궁경부의 감각 수용기를 자극합니다. 이렇게 흥분된 감각들은 조정중추인 뇌로 신경 신호를 전달하고, 뇌는 뇌하수체에서 옥시토신 호르몬을 방출합니다. 옥시토신은 혈액을 거쳐 자궁으로 전달되어 수축을 더욱 활성화시킵니다. 진통이 지속되면서, 자궁경부는 더 많은 자극이 주어져 자궁 수축이 더 활성화되고, 출산이 일어날 때까지 자궁수축이 더 강해집니다. 출산 후에는 옥시토신 방출을 위한 자극(압력)은 중지되고 긍정피드백 메커니즘이 멈추게 됩니다.

■ 조절체계의 긍정효과

조절체계가 항상성을 유지시키는 메커니즘을 체계의 긍정효과라 하며 조절체계가 할 수 있는 능력으로 간주합니다. 즉, 대량의 증정효과를 지닌 조절체계는 적은 효과를 가진 조절체계보다 항상성 유지를 위해 방해요인을 제거하는 능력이 더욱 큽니다. 일반적으로 신체 대부분의 중요한 조절체계는 대량의 긍정효과를 갖고 있습니다. 예를 들어 체온조절체계, 호흡을 조절하는 호흡시스템, 혈액을 운반하는 심혈관시스템은 대량의 긍정효과를 갖고 있는데 이는 사람의 생명을 좌우하는 매우 중요한 시스템들입니다.

 

※ 요약

• 생물학적 조절체계는 수용기, 조절중추, 효과기로 구성되어 있다.
• 대부분의 조절체계는 부적피드백의 형태로 작동한다.
• 조절체계가 항상성을 유지하는 현상을 체계의 긍정효과라 한다. 따라서 대량의 긍정효과를 가진 조절체계는 적게 가진 체계보다 항상성을 유지하는 능력이 좋다.

다음시간에 이어서 신체 조절체계 2부를 포스팅 하겠습니다.

긴 글 읽어 주셔서 감사합니다 ^^.