신사구체여과율 높으면 - sinsagucheyeogwayul nop-eumyeon

신장 자가조절· 신경조절· 호르몬 기전 있어
사구체 여과…사구체 모세혈관의 높은 압력으로 발생

물은 흐른다⑩ 신장(kidney) 세 번째 이야기
∙ Juxtaglomerular apparatus(JGA, 또는 juxtaglomerular complex)
juxtaglomerular apparatus(이하 JGA)는 신장의 구조 단위 중 네프론의 기능을 조절한다. JGA는 세 가지 유형의 세포 macula densa cell, juxtaglomerular cell(또는 granular cell), extraglomerular mesangial cell로 구성된다.

juxtaglomerular cell(JA cell, 또는 granular cell)은 상피세포와 유사하고 레닌(renin)을 합성, 저장, 분비한다. JA cell에서 레닌은 베타1-아드레날린성 수용체(β1-adrenergic receptor)의 자극, 신장관류 압력(renal perfusion pressure)의 감소, 사구체 여과율 감소로 인한 macrula densa cell에서 NaCl의 농도 감소에 반응하여 분비된다.
*신장관류 압력 = 평균동맥 압력(mean arterial pressure) - 신장정맥 압력(renal venous pressure)

macula densa cell은 네프론의 원위 세뇨관(distal tubule)에서 재흡수 되는 NaCl의 농도 변화에 반응한다. NaCl의 농도 증가는 세포 신호를 통해 인접한 구심성 세동맥(afferent arteriole)을 수축시킨다. 이것은 사구체 모세혈관에 유입되는 혈액량이 감소하고, 사구체 여과율을 감소시킨다. NaCl의 농도 감소는 구심성 세동맥 혈관을 확장시키고, 레닌 방출을 증가시키기 위해 일산화질소(NO)와 프로스타글란딘(prostaglandin) 생성을 증가시킨다.

사구체 여과율이 너무 높으면 필요한 물질을 빨리 재흡수 할 수 없고, 소변으로 잃어버리게 되고, 사구체 여과율이 너무 낮으면 노폐물을 포함하여 대부분의 물질이 재흡수 된다. 인체는 사구체 여과율을 조절함으로써 항상성을 유지하고, 사구체 여과율을 조절하는 기전으로는 신장 자가조절(renal autoregulation), 신경조절(neural control), 호르몬 기전(hormonal mechanism)이 있다. 

사구체 여과(glomerular filtration)는 사구체 모세혈관의 높은 압력 때문에 발생한다. 사구체 모세혈관은 구심성(afferent) 및 원심성 세동맥(efferent arteriole) 사이에 있다. 두 세동맥의 직경을 조절함으로써 사구체 여과에 필요한 압력을 조절하여 사구체 여과율(glomerular filtration rate, GFR)을 조절한다.

1) 신장 자가조절(renal autoregulation)
자가조절(autoregulation)은 많은 생물학적 시스템 내에서 일어나는 현상으로, 자극에 대한 시스템의 반응을 조정하는 내부 적응 기전이 발생한다. 인체의 대부분 시스템은 자가조절을 가지고 있고, 특히 신장(사구체 여과율), 심장(관상 동맥 순환) 및 뇌(뇌의 압력)에서 가장 명확하게 관찰된다.

신장은 전신 혈압의 변화(80~180mmHg)에도 불구하고, 신장 자가조절(renal autoregulation)을 통해 안정적인 사구체 여과율을 유지한다. 신장 자가조절에는 myogenic mechanism과 tubuloglomerular feed back mechanism이 있다.

① myogenic mechanism
myogenic mechanism은 혈압의 증가 또는 감소에 대응하여 동맥(artery)과 세동맥(arteriole)의 변화를 통해 혈관 내 혈류를 일정하게 유지하는 기전이다. myogenic mechanism은 신경 자극과 같은 외부의 조절에 의한 것이 아니라 근세포(myocyte) 자체에 의해 일어나는 수축과 이완을 말한다.

신장의 동맥혈압 상승하면 구심성 세동맥(afferent arteriole)이 늘어난다. 세동맥에 있는 평활근이 동맥압을 감지하고, 이온 채널의 변화가 일어난다. 전압의존성 칼슘채널(voltage dependent calcium channel, VDCC)이 열리고, 세포외액의 칼슘이 혈관 평활근 세포로 유입된다. 칼슘의 유입은 평활근의 수축을 일으키고, 혈관을 수축시킨다.

이와 같은 일련의 반응은 매우 빠르게(3~10초 사이) 일어나고, 동맥혈압에 의해 사구체 여과율의 변화를 최소화 한다. 

② tubuloglomerular feedback mechanism
tubuloglomerular feedback mechanism(이하 TGF)은 사구체 여과율의 변화를 감지하고 세뇨관(tubule)의 흐름을 조절하는 신장 내부의 피드백 시스템이다. TGF의 조절은 헨레 루프(loop of Henle)의 두꺼운 상지(thick ascending limb)가 사구체 옆을 지나면서 형성된 juxtaglomerular apparatus(그림1 참고)에서 수행한다.

두꺼운 상지(thick ascending limb) 세포는 세뇨관에서 세포주위 간질(interstitium)로 물은 투과시키지 않고 NaCl을 펌핑(pumping)하여 재흡수 한다. TGF는 염소 이온(Cl-) 농도가 macrula densa(이하 MD)에 의해 감지되는 음성 피드백 루프(negative feedback loop)이다. MD 세포는 염소의 농도에 따라 구심성 세동맥(afferent arteriole)의 근육 긴장을 조절한다.

MD 세포에 염소이온이 낮으면 구심성 세동맥을 확장하고, 여과압을 높이고 여과액을 증가시킨다. 근위세뇨관(proximal tubule)으로 여과액이 증가하면 두꺼운 상지(thick ascending limb)에 재흡수 되지 않은 물질이 많아지고 NaCl의 재흡수가 증가된다. MD 세포에는 증가된 염소 농도를 감지하면, 구심성 세동맥의 평활근을 수축시켜 다시 사구체 흐름을 감소시킨다.

즉, MD는 사구체 여과율의 지표로서 NaCl의 농도를 사용한다. NaCl의 농도가 높으면 사구체 여과율이 높다는 것이고, NaCl의 농도가 낮으면 사구체 여과율이 낮은 것으로 인식한다. MD 세포는 NKCC2(Na-K -2Cl cotransporter 2)를 이용하여 NaCl을 재흡수 하고, 퓨린 신호전달(purinergic signaling)의 개념을 기반으로 한다. 

MD세포 : macula densa 세포, NKCC2 : Na-K-2Cl cotransporter 2, PGE2 : prostaglandin E2
JG 세포 : juxtaglomerular cell, RAAS : renin angiotensin aldosterone system 

2) 신경조절(neural control)
과도한 체액 손실로 인해 혈압이 너무 낮아지면 교감 신경계(sympathetic nervous system)는 노르에피네프린(norepinephrine)을 분비하고, 부신에서는 에피네프린(epinephrine)을 분비한다. 분비된 신경전달물질은 평활근 수축을 일으켜 구심성 세동맥을 자극한다.

이것을 순서대로 보면 ①출혈, 설사 또는 탈수로 인한 세포외액의 부피 손실 ②평균 동맥 혈압(mean arterial blood pressure, MAP)의 저하, ③감소된 MAP는 동맥 압수용체(arterial baroreceptor)에 감지 ④교감 신경계 활성화 ⑤평활근 수축 및 구심성 세동맥 수축 ⑥사구체 여과율 감소로 이어진다.   
반대로 부교감신경계(parasympathetic nervous system)는 아세틸콜린(acetyl-choline)을 분비하고, 아세틸콜린은 상피세포(epithelial cell)에 작용하여 산화질소(NO)의 분비를 촉진하고 혈관을 확장한다.

3) 호르몬 기전(hormonal mechanism)
(藥師 그리고 藥事⑦ 약사는 생명을 향한다Ⅶ, 물은 흐른다③ 전해질균형을 참고)
신장 자가조절과 신경 조절은 여과되는 혈액의 압력이나 부피에 따라 사구체 여과율을 조절하거나 재흡수되는 전해질(NaCl)의 농도에 따라 사구체 여과율에 영향을 미친다. 호르몬 기전 또한 마찬가지로 사구체 여과율이 감소하면 레닌(renin) 분비를 시작으로 레닌-안지오텐신-알도스테론(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)을 자극한다. 이 기전은 나트륨(Na+)과 물의 재흡수를 증가시키고, 칼륨(K+)의 분비를 증가시킨다. 재흡수의 증가는 신장 세포에 있는 transporter와 Na+/K+ ATPase의 증가에 기인한다.
즉, 호르몬 기전은 사구체 여과율에 영향을 미치는 것과 동시에 재흡수와 분비에 관련된 transporter와 Na+/K+ ATPase에도 영향을 미친다.

참고문헌
위키피디아 검색 : Juxtaglomerular apparatus, myogenic mechanism, autoregulation
                 tubuloglomerular feedback mechanism