생리학 리뷰 제9권 1929년 7월 3호
생리적 항상성을 위한 구조(Organization for physiological homeostasis)
월터 B. 캐논, 하버드 의대 생리학 연구실
서론
생물학자들은 오랫동안 생명체가 스스로의 안정성을 유지하는 능력에 깊은 인상을 받아 왔습니다. 질병이 자연의 힘, 즉 자연의 의술(vis medicatrix naturae)에 의해 치유된다는 생각(히포크라테스가 주장했던 생각)은 유기체의 정상 상태가 무너졌을 때 바로잡아 작동할 준비가 된 기관의 존재를 암시합니다.
자기 조절 장치에 대한 더 정확한 현대적 언급은 저명한 생리학자들의 저서에서 찾아볼 수 있습니다. 플루거(1877)는 “생명체의 모든 욕구의 원인은 또한 그 욕구를 충족시키는 원인이다”라는 명제를 제시하며 유기체의 정상 상태 유지를 위한 자연적 조절을 인식했습니다.
마찬가지로 프레데릭(1885)은 “생물은 각각의 교란 요인이 스스로 교란을 중화하거나 복구하기 위한 보상 활동을 유발하는 일종의 기관이다. 생물의 규모가 클수록 이러한 조절 기관은 더 많고, 더 완벽하고, 더 복잡해진다. 이러한 조절 기관은 유기체를 환경에서 발생하는 불리한 영향과 변화로부터 완전히 해방시키는 경향이 있다.”라고 선언했다.
더 나아가 리셰(1900)는 일반적인 현상을 강조했다. “생물은 안정적이다. 생명체는 주변의 거대한, 종종 불리한 힘에 의해 파괴되거나, 해체되거나, 붕괴되지 않기 위해 안정되어야 한다. 겉보기에 모순되는 것처럼 보이지만, 생명체는 흥분할 수 있고 외부 자극에 따라 스스로를 변화시키고 자극에 대한 반응을 조절할 수 있을 때에만 안정성을 유지한다. 어떤 의미에서 생명체는 변화할 수 있기 때문에 안정적이다. 약간의 불안정성은 유기체의 진정한 안정성을 위한 필수 조건이다.”
클로드 베르나르(1878)는 이러한 일반적인 개념에 대해 최초로 보다 정확한 분석을 제공한 공로를 인정받아야 한다. 그는 복잡한 조직을 가진 동물의 경우, 생명체는 그 몸을 감싸고 있는 체액, 즉 혈액과 림프액에 존재하며, 이것이 “내부 환경(milieu interne)” 또는 “내부 환경(interieur)”, 즉 체내 환경, 또는 우리가 신체의 체액 기질(fluid matrix)라고 부를 수 있는 것을 구성한다고 지적했습니다. 이 체액 기질은 유기체 자체에 의해 만들어지고 조절됩니다. 유기체가 더욱 독립적이 되고 외부 세계의 변화로부터 더욱 자유로워짐에 따라, 외부 환경의 변화에도 불구하고 자신의 내부 세계를 일정하게 유지함으로써 그렇게 합니다. 베르나르(1878, i, pp. 113 및 l2l)는 “자유롭고 독립적인 삶의 조건은 바로 ‘내부 환경’의 고정성입니다.”라고 썼습니다. “아무리 다양하더라도 모든 생명 메커니즘은 단 하나의 목적, 즉 체내 환경의 생명 조건을 일정하게 유지하는 것입니다.” 홀데인(1922)의 의견에 따르면, “이보다 더 많은 의미를 품은 문장은 생리학자가 아직까지 만든 적이 없다.”
항상성의 정의.
앞의 인용문에서 제시된 일반적인 개념은 다음과 같이 요약될 수 있습니다. 고도로 발달된 생명체는 호흡계, 소화계, 그리고 표면 수용체, 신경근 기관, 그리고 뼈로 된 지렛대를 통해 주변 환경과 많은 관계를 맺는 개방된 체계입니다. 주변 환경의 변화는 이 체계의 반응을 자극하거나 직접적으로 영향을 미쳐 체계의 내부 교란을 유발합니다. 이러한 교란은 일반적으로 좁은 범위 내에서 유지되는데, 이는 체계 내부의 자동적인 조정이 작동하여 큰 변동을 방지하고 내부 조건을 상당히 일정하게 유지하기 때문입니다.
이러한 일정한 조건을 지칭하기 위해 “평형(equilibrium)”이라는 용어를 사용할 수 있습니다. 그러나 이 용어는 알려진 힘들이 균형을 이루는 폐쇄된 체계에서 비교적 단순한 물리화학적 상태에 적용되는 정확한 의미를 갖게 되었습니다.
L. J. Henderson(1928)은 최근 그의 저서에서 이러한 관점에서 혈액을 다루었습니다. 즉, 그는 혈액에 영향을 미치는 환경과 관련하여 혈액 자체 내의 호흡 기능을 안정적으로 유지하는 중요한 배열을 정의했습니다. 그러나 이러한 배열 외에도 뇌와 신경, 심장, 폐, 신장, 비장 등 다양한 기관의 통합적인 협력이 있으며, 이러한 기관들은 혈액의 호흡 기능에 변화를 줄 수 있는 상황이 발생하면 즉시 작동합니다.
본 논의는 항상성을 달성하기 위한 물리적 배열보다는 생리학적 배열에 관한 것입니다. 신체의 대부분의 정상 상태를 유지하는 조화로운 생리적 반응은 매우 복잡하고 생명체에만 특유하기 때문에, 이러한 상태를 특정 명칭으로 지칭하는 것이 제안되었습니다(Cannon, 1926).
‘정체(stasis)’라는 용어가 고정되고 움직이지 않는 것, 즉 정체를 함축한다는 점에 이의가 제기될 수 있습니다. 그러나 ‘정체’는 단순히 그 자체를 의미하는 것이 아니라 상태를 의미하기도 합니다. 바로 이러한 의미에서 이 용어가 사용됩니다. ‘호모이오(homoio)’의 축약형인 ‘호메오(homeo)’는 ‘호모’ 대신 접두사로 붙습니다. ‘호모’는 ‘유사한’ 또는 ‘비슷한’을 나타내며 어느 정도의 변형을 허용하는 반면, ‘같은’을 의미하는 ‘호메오’는 고정적이고 엄격한 불변성을 나타내기 때문입니다.
‘정역학(statics)’이라는 역학 분야에서처럼, 이 용어의 핵심 개념은 힘의 작용으로 생성되는 정상 상태입니다. 따라서 ‘항상성(homeostatics)’이 ‘항상성(homeostasis)’보다 더 바람직한 것으로 여겨질 수 있습니다. 신체에서 균일성을 유지하기 위해 작용하는 요인들은 종종 매우 생리적인 특성을 지니기 때문에 비교적 단순한 역학적 설명으로 곧바로 설명하려는 시도는 오해의 소지가 있습니다. 이러한 다양한 이유로 ‘항상성(homeostasis)’이라는 용어가 선택되었습니다.
물론, 형용사 형태인 항상성(homeostatic)은 유기체의 정상 상태와 관련된 생리적 반응이나 작용, 또는 상황에 적용될 것입니다.
항상성 조건의 분류.
베르나르(Bernard, 1878, ii, p. 7)에 따르면, 외부 제약으로부터 자유로워지기 위해 신체의 유체 기질에서 일정하게 유지되어야 하는 조건은 물, 산소, 온도, 그리고 영양소(염분, 지방, 당분 포함)입니다. 지난 50년 동안 자연스럽게 새로운 통찰력이 얻어졌으므로 방금 제시된 것보다 더 광범위한 분류가 가능할 것입니다.
그러나 현재 제시된 어떤 분류도 불완전한 것으로 판명될 가능성이 높습니다. 유기체의 최적 활동에 본질적으로 중요한 항상성을 가진 다른 물질과 환경 상태들이 미래에 발견될 가능성이 높습니다. 더욱이, 어떤 분류에서든 항상성 상태들 사이에는 교차 관계가 있을 것입니다. 예를 들어, 체액 내 균일한 삼투압은 체액 내 수분, 염분, 단백질의 비율이 일정하게 유지되는 데 달려 있습니다. 따라서 아래에 제시된 분류는 항상성 범주를 모아 놓은 것 이상으로 간주되어서는 안 됩니다. 이 분류는 유기체가 안정성을 유지하는 방법을 연구하는 데 기초가 되었다는 점에서만 가치가 있습니다.
A. 세포 필요를 위한 물질 공급
1. 에너지 생성, 성장 및 회복에 필요한 물질 – 포도당, 단백질, 지방
2. 수분
3. 염화나트륨, 칼슘을 제외한 기타 무기 성분
4. 칼슘
5. 산소
6. 일반적이고 지속적인 효과를 갖는 내분비
B. 세포 활동에 영향을 미치는 환경 요인
1. 삼투압
2. 온도
3. 수소 이온 농도
위 목록의 각 항목은 생물체의 살아있는 세포가 존재하는 유체 기질의 비교적 균일한 조건에서 존재합니다. 이러한 조건에는 차이가 있지만 일반적으로 그 차이는 좁은 범위 내에 있습니다. 이러한 한계를 초과하면 심각한 결과가 초래되거나 신체에서 손실이 발생할 수 있습니다. 몇 가지 예를 통해 이러한 관계가 명확해집니다.
혈중 포도당이 약 70mgm.%로 감소하면(예: 인슐린) “저혈당 반응”(Fletcher and Campbell, 1922)이 유발되고, 45mgm.% 미만으로 감소하면 경련과 혼수상태 및 사망에 이를 수 있습니다. 170~180mgm.%를 초과하면 신장을 통한 손실이 발생합니다.
체액에 수분이 너무 많으면 두통, 메스꺼움, 현기증, 무력증, 운동 실조를 특징으로 하는 “수분 중독”이 발생합니다(Rowntree, 1922). 반면에 수분이 너무 적으면 혈액량이 감소하고 점도가 높아지며 열이 발생합니다(Keith, 1922; Crandall, 1899).
나트륨(염소 이온과 함께)은 혈장의 삼투압 특성을 일정하게 유지하는 데 특히 중요합니다. 농도가 0.3%에서 0.6%로 상승하면 림프와 세포에서 수분이 빠져나가 발열이 발생할 수 있습니다(Freund, 1913; Cushny, 1926, p. 19). 반면 농도가 감소하면 독성 증상이 나타납니다. 즉, 반사적으로 과민하게 반응하여 쇠약, 떨림, 마비 및 사망이 뒤따릅니다(Griinwald, 1909 참조).
혈액 내 칼슘의 정상 농도는 약 10mg/m입니다. 농도가 절반으로 떨어지면 경련과 경련이 발생할 가능성이 높습니다(MacCallum and Voegtlin, 1909). 농도가 두 배로 상승하면 혈액에 심각한 변화가 발생하여 사망에 이를 수 있습니다(Collip, 1926).
사람의 정상적인 일일 체온 변화는 36.3°C에서 37.3°C 사이입니다. 24°C까지 떨어지면 치명적이지 않을 수도 있지만(Reincke, 1875), 이 수준은 활동을 할 수 있는 수준보다 훨씬 낮습니다. 만약 체온이 42~43°C로 지속되면 신경 세포의 특정 단백질이 응고되어 위험할 수 있습니다(Halliburton, 1904).
혈액의 수소 이온 농도는 약 pH 6.95와 pH 7.7 사이에서 달라질 수 있습니다. 약 pH 6.95에서 혈액은 혼수상태와 사망을 초래할 정도로 산성화됩니다(Hasselbalch와 Lundsgaard, 1912). pH 7.7 이상에서는 경색이 나타날 정도로 알칼리성이 됩니다(Grant와 Goldman, 1920). pH가 7.4에서 7.0으로 떨어지면 (개의) 심박수가 분당 75회에서 50회로 감소하는 것으로 나타났습니다. pH가 7.0에서 7.8로 상승했을 때 분당 30에서 약 85로 증가했습니다(Andrus and Carter, 1924).
앞서 언급한 사례들은 체액 내 항상성의 중요성을 보여줍니다. 일반적으로 평균 위치에서 벗어나는 변화는 유기체의 활동을 저해하거나 존재를 위협하는 극단에 이르지 않습니다. 이러한 극단에 도달하기 전에, 교란된 상태를 평균 위치로 되돌리기 위해 작용하는 여러 작용들이 자동적으로 작용합니다. 이제 이러한 작용들의 특성에 대한 탐구가 관심사가 됩니다.
항상성 유지에 사용되는 장치들에 대한 귀납적 설명, 즉 각 조건을 어떻게 일정하게 유지하는지 알아보기 위한 목적으로 각 조건을 검토하는 것은 여기에서 허용되는 것보다 더 많은 지면을 필요로 할 것입니다. 그러나 항상성의 작용들을 광범위하게 정의하고 특정 사례를 참고하여 이러한 작용들 중 일부의 작용을 설명하는 것은 가능할 것입니다. 따라서 이 설명은 훨씬 간략해질 수 있습니다. 정상 상태가 공급과 관련된 것인지, 아니면 과정과 관련된 것인지에 따라 두 가지 일반적인 항상성 조절 유형을 구분할 수 있습니다.
공급 조절에 의한 항상성.
공급 항상성의 특징은 A는 일시적인 과잉과 이후의 결핍 및 필요 사이의 조절 수단으로서의 저장이고, B는 견딜 수 없을 정도로 과잉일 때 체내에서 넘치거나 배출되는 것입니다. 저장은 두 가지 유형으로 구분할 수 있습니다. 하나는 다량으로 섭취된 물질이 성긴 조직 간극에 일시적으로 침수되는 것으로, 침수에 의한 저장이라고 할 수 있습니다. 다른 하나는 세포 또는 기타 비교적 고정되고 영구적인 구조에 물질이 포함되는 것으로, 분리에 의한 저장입니다. 이 두 유형의 예를 살펴보겠습니다.
침수에 의한 저장.
이 문구에 함축된 비유는 물이 풍부할 때는 물이 스며들고, 부족할 때는 다시 배수 시스템으로 스며드는 늪이나 늪과 같습니다. 피부 아래, 근육과 근육 다발 주변 및 사이에 있는 느슨하고 성긴 결합 조직, 그리고 신체의 다른 부위에도 이러한 배열이 있는 것으로 보입니다. 결합 조직은 세포외 콜로이드가 가장 풍부하고, 혈관과 밀접한 관계를 맺고 있으며(실제로 혈관을 지지하는 역할을 함), 넓은 표면적을 가지고 있다는 점에서 다른 조직과 구별됩니다.
이러한 구조에는 주로 이동성 수분뿐만 아니라 전해질과 포도당과 같은 용해된 물질도 저장하는 기관들이 있습니다. 여기에는 세포가 거의 없고, 대신 “섬세한 필라멘트로 이루어진 해면 같은 거미줄”이 있으며, 각 필라멘트는 소량의 “시멘트 물질”(Lewis and Bremer, 1927)로 결합된 미세한 섬유로 구성되어 있습니다. 이러한 콜라겐 섬유의 미세한 그물망 안에는 점액질과 소량의 알부민, 글로불린이 존재합니다. 이 그물망 안에는 어떤 방식으로든 물과 그 용해 물질이 결합되어 있는 것으로 보입니다. 저장된 수분, 전해질, 포도당의 비율은 상당히 제한된 범위 내에서 변할 가능성이 높습니다. 그러나 적어도 수분과 전해질은 보유 및 배설 측면에서 어느 정도 독립적으로 영향을 받을 수 있다는 증거가 있으므로, 이들을 별도로 고려합니다.
수분.
수분 저장에 대한 증거는 수분 저장소에서 수분을 추출하고 그 안에 함유된 양을 조사하는 실험을 통해 가장 잘 입증됩니다. 출혈 후 모든 조직은 수분을 잃습니다. 같은 동물(고양이)의 신체 한쪽과 다른 쪽을 비교한 스켈튼(1927)은 출혈 후 조직에서 빠져나가는 수분의 대부분이 근육과 피부, 즉 느슨하고 성긴 조직이 가장 풍부한 곳에서 유래한다는 것을 발견했습니다. 그러나 조직 100g당 수분 함량은 근육에서 나오는 양이 피부에서 나오는 양보다 훨씬 적습니다. 엥겔스(1904)가 개에 대해 관찰한 내용은 스켈튼의 관찰 결과와 일치합니다. 엥겔스는 근육 조직 대부분이 그렇듯 전체 체내 수분의 48%가 근육에 있지만, 약 12%가 피부에 존재하며, 이는 혈액의 약 2배에 달하는 양입니다. 0.6~0.9% 염화나트륨 용액을 정맥에 한 시간 동안 주입한 결과, 690g이 체내에 남아 있었고 근육과 피부가 거의 같은 비율로 용액을 흡수했음을 발견했습니다.
조직에 저장된 수분이 필요에 따라 체외로 배출된다는 것은 베텐도르프(1901)가 수분 결핍 시 혈액 상태에 대해 수행한 연구를 통해 밝혀졌습니다. 물론 그의 개들은 호흡기와 신장을 통해 지속적으로 수분을 잃었습니다. 그런데도 그의 개 한 마리는 3일 동안 혈액의 어는점에 변화가 없었고, 다른 한 마리는 4일 동안 혈액의 어는점만 0.01℃까지 떨어졌습니다. 분명 이러한 불변성은 체내에서 물이 손실되는 속도만큼 빠르게 저수지에서 혈액으로 물이 스며들기 때문일 것입니다.
수분이 어떻게 그곳에 머물고, 혈액의 삼투압 항상성을 유지하는 데 필요한 경우 어떻게 방출되는지는 아직 충분히 설명되지 않았습니다. Starling(1909)이 설명한 것처럼, 모세혈관 벽을 통한 여과압과 단백질의 삼투압 사이의 균형 변화가 중요한 역할을 한다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 그리고 당연히 모세혈관 벽에 영향을 미치는 조건(예: 투과성 증가), 모세혈관 내 혈압의 상승 또는 하강, 또는 혈장 단백질 농도의 변화는 조직의 수분 함량에 영향을 미칩니다. 확산압 또한 활성 인자의 복합체에 관여합니다. 더 나아가, Adolph(1921)와 Baird와 Haldane(1922)이 보여주었듯이, 염화나트륨 섭취는 체내 수분 보유에 현저한 영향을 미칠 수 있습니다. 아마도 다른 전해질 역시 역할을 할 것입니다.
H- 및 OH- 이온 농도가 중요할 수 있다는 증거도 있습니다. 알칼리성 반응으로의 변화는 결합 조직에 의한 수분 흡수를 유발하고, 그 반대의 변화는 방출을 유발합니다(Schade, 1925). 갑상선이 결정적인 요인이라는 것은 점액수종에서 혈장 내 단백질과 조직 내 알부민의 급격한 증가, 그리고 티록신 투여 시 이러한 증상의 소실과 함께 수분과 염화나트륨의 대량 방출을 통해 알 수 있습니다(Thompson, 1926 참조). 예를 들어 출혈 후 혈액 순환에 수분과 염화나트륨이 필요할 때 이러한 다양한 요인들이 어떻게 작용하는지는 명확하지 않으며, 긴급한 연구가 필요합니다. Krogh(1922)는 수분 이동의 배열에 대해 “이러한 메커니즘의 본질은 완전히 알려져 있지 않으며, 나는 그것에 대해 추측조차 하고 싶지 않다”라고 기술했지만, 이는 유기체에 있어 매우 중요한 의미를 갖습니다.
염화나트륨.
혈장 내의 나트륨 이온과 염화물 이온이 독립적으로 변할 수 있으며, 두 이온 중 염기가 훨씬 더 일정한 원소라는 좋은 증거가 있습니다(Gamble과 Ross, 1925; Gamble과 McIver, 1925, 1928 참조). 따라서 유체 기질의 정상 조건에 대한 연구에서는 묶인 염기의 항상성에 중점을 두는 것이 적절할 수 있습니다. 그러나 현재 이용 가능한 대부분의 사실은 염화나트륨의 거동을 조사한 실험에서 나왔기 때문에 이 주제에 대한 현재의 치료는 그 소금과 관련이 있어야 합니다. 체내 염화나트륨 저장에 대한 증거는 다양한 조건에서의 유지에서 발견됩니다.
비교적 일정한 염화물 섭취로 인해 과다한 발한과 피부를 통한 염화물 손실은 소변에서 염화물 배출량의 큰 감소를 동반합니다. 이 상태는 그 후 소금이 풍부한 식단을 섭취하더라도 지속됩니다. 이 연구 방법을 통해 10~14g의 염화나트륨이 보상적으로 체내에 체류하는 것으로 관찰되었습니다(Cohnheim, Kreglinger, and Kreglinger, 1909). 더욱이, 고농도 염화나트륨을 경구 섭취하면 섭취량의 일부만 소변에 배출되고, 대부분은 체내에 저장되어 있습니다. 심지어 이뇨 작용을 할 만큼 충분한 물을 마신다 하더라도 소변의 염분 함량은 낮아 저장되어 있던 염분이 쉽게 배출되지 않습니다(Baird and Haldane, 1922).
체내 염화나트륨 저장량을 살펴보면, 피부에서 염화물의 비율이 가장 높고 근육에서 가장 낮습니다. 실제로 염화물이 풍부한 식단을 섭취하면 체내 염화물의 3분의 1이 피부에 존재할 수 있으며, 염화나트륨 용액을 정맥 주입한 후 피부는 주입량의 28%에서 77%까지 다양한 양의 염화물을 저장할 수 있습니다. 이러한 증거는 염화물이 부족한 식단을 섭취한 동물에 대한 관찰을 통해 뒷받침됩니다. 이러한 상황에서는 체내 염화물 함량의 10분의 1에서 20%가 손실되고, 이 중 60%에서 90%는 피부에서 유래하지만, 피부는 전체 체중의 16%에 불과합니다(Padtberg, 1910). 주목할 점은 혈액이 상대적으로 적은 양의 염화물을 방출한다는 것입니다. 혈액 순환액은 조직 저장소에서 공급받아 일정하게 유지됩니다.
염화나트륨이 피부에 유지되는 방식, 즉 성긴 조직 표면에 흡착되는 방식이나 성긴 공간의 간질액에 존재하는 용액에 의해 유지되는 방식은 아직 알려져 있지 않습니다. 아마도 삼투압적으로 비활성일 것입니다. 그러나 염화나트륨과 수분이 저장에 밀접한 관련이 있다는 것은 잘 알려진 사실입니다(Adolph, 1921 참조).
포도당.
과도한 염화나트륨과 마찬가지로 과도한 혈당이 일시적으로 저장되는 첫 번째 장소는 피부입니다. 설탕이나 기타 소화가 잘 되는 탄수화물이 식단의 주요 구성 요소일 때 혈당 농도는 일반적으로 약 100mg/m³에서 170mg/m³로 상승합니다.퍼센트(Hansen, 1923). 혈중 당 함량이 높은 이 시기에는 피부에도 당 함량이 높습니다(Folin, Trimble, Newman, 1927). 이는 침수에 의한 저장의 또 다른 예인 것으로 보입니다. 당에는 화학적 변화가 일어나지 않습니다. 임시 저장고에 저장하거나 꺼내는 데 특별한 장치는 필요하지 않습니다. 순환하는 당이 이용되거나 간과 근육 세포에 더 영구적으로 저장됨에 따라 혈당 수치가 떨어집니다. 그러면 피부 공간이나 폐포 조직이 풍부한 다른 부위로 흘러들어간 고농축 포도당은 점차 혈액으로 다시 흘러들어가 정상적인 혈당 경로를 따라 사용되거나 고정 저장고로 들어갑니다.
분리에 의한 저장.
앞서 언급했듯이, 일반적으로 세포 내에서 일어나는 이러한 저장 방식은 안정적이고 지속적입니다. 예를 들어 탄수화물 저장에서는 글리코겐, 단백질 저장에서는 간세포의 불규칙한 덩어리, 지방 저장에서는 지방 조직, 칼슘 저장에서는 장골의 골주(trabeculae)로 나타납니다. 이는 침수에 의한 저장과는 달리 훨씬 더 복잡한 조절을 받습니다. 침수에 의한 저장은 혈류에서 유출되어 혈류로 역류하는 과정으로 볼 수 있으며, 이는 비교적 간단한 과정입니다. 분리에 의한 저장은 일반적으로 신체 상태나 분자 구조의 변화를 수반하며, 신경계 또는 신경내분비계의 지배를 받는 것으로 보입니다. 이러한 다소 잠정적인 진술은 우리의 지식에 큰 공백이 있기 때문이며, 이는 추후 고찰을 통해 밝혀질 것입니다. 탄수화물, 단백질, 지방, 칼슘의 분리 저장을 살펴보겠습니다.
탄수화물.
분리를 통한 항상성의 가장 좋은 예는 탄수화물의 저장 및 방출 방식입니다. 잘 알려진 바와 같이, 탄수화물 음식이 풍부할 때 간의 글리코겐 저장량은 많습니다. 장시간 근육 운동 시 이러한 저장량은 거의 완전히 소모될 수 있습니다(Kulz, 1880). 그러나 이러한 글리코겐이 소모되는 동안 혈당은 신장을 통한 당 손실이나 저혈당으로 인한 장애를 유발하지 않는 농도로 유지됩니다(Campos, Cannon, Lundin, Walker, 1929). 따라서 필요에 따라 간에서 당을 방출하는 메커니즘이 존재해야 합니다.
혈당이 심각하게 낮은 수준으로 떨어지는 것을 막는 요인의 작용에 대한 통찰력은 인슐린의 효과 연구를 통해 얻을 수 있습니다. 앞서 언급했듯이, 인슐린에 의해 혈당 농도가 100cc당 약 70mg/m³로 감소하면 창백함, 빠른 맥박, 동공 확장, 그리고 다량의 발한을 특징으로 하는 “저혈당 반응”이 유발됩니다. 이는 교감신경 지배의 징후입니다. 이것이 자율신경계의 교감신경계 활동의 일반적인 표현의 일부라는 것은 부신 수질의 관여를 통해 알 수 있습니다. 신경이 제거된 심장을 지표로 사용하여, Cannon, McIver, Bliss(1923, 1924)는 혈당이 감소함에 따라 약 70mg/m³/%에서 심장이 더 빨리 뛰기 시작하는 임계점에 도달한다는 것을 발견했습니다. 이 현상은 부신이 비활성화된 경우에는 나타나지 않았습니다. 혈당이 계속 감소하면 심박수가 더 빨라져 아드레닌 분비가 증가했음을 나타냅니다.
그리고 포도당 정맥 주사 또는 생리적 반응으로 인해 혈당이 상승하면 심박수가 원래의 느린 속도로 돌아가 아드레닌 분비가 감소했음을 나타냅니다. 수질부신 분비는 장내 자극에 의해 조절되고, 분비된 아드레닌과 협력하는 이러한 자극은 혈당 증가를 유발하는 데 매우 효과적이기 때문에(Bulatao and Cannon, 1925; Britton, 1928), 혈당 수치가 임계 수준 이하로 감소하면 교감신경-부신 시스템이라는 기관이 작동하여 상태를 교정한다는 것이 분명합니다. 이러한 관찰 결과는 아드레닌의 더 많은 분비를 신호하기 위해 신경이 제거된 홍채를 사용한 Abe(1924)와 이러한 목적으로 두 마리의 개 사이의 부신-경정맥 문합술을 사용한 Houssay, Lewis 및 Molinelli(1924)에 의해 확인되었습니다. 혈당이 떨어지면서 이 기관의 활동이 점점 더 활발해짐에도 불구하고 혈당이 떨어지지 않으면 경련이 발생하고(약 45mg/m에서) 각 경련은 교감신경-부신 활동의 최대치와 관련됩니다. 간에 글리코겐이 충분히 공급되면 이러한 활동은 혈당을 정상 수준으로 회복시키고 경련 발작을 유발하는 상태를 없앨 수 있습니다(McCormick, Macleod, Noble 및 O’Brien, 1923).
이 작용의 중요성은 부신이 불활성화된 건강한 비마취 동물을 대상으로 한 실험을 통해 입증되었습니다. 인슐린 투여 후 혈당 강하는 부신이 불활성화된 고양이에서 임계치에 도달하는 데 덜 지연되었고, 경련성 발작은 부신이 활성화된 동물보다 더 빨리, 더 적은 용량으로 유발되었습니다(Cannon, McIver and Bliss, 1924). 부신 수질 불활성화 후 인슐린에 대한 이러한 민감도 증가는 쥐(Lewis, 1923), 토끼(Sundberg, 1923), 개(Lewis and Magenta, 1925; Hallion and Gayet, 1925)에서도 동일하게 나타났습니다. 정상 동물에서는 효과가 미미한 소량의 인슐린이 에르고타민으로 치료받은 동물에게 경련과 허탈을 동반한 심각한 저혈당을 유발한다는 증거(Burn, 1923)는 이러한 증언과 일치합니다. 왜냐하면 이 약물은 인슐린 작용에는 영향을 미치지 않지만 보호적인 교감신경-부신 기전을 마비시키기 때문입니다. Lewis와 Magenta에 따르면, 장내 신경 절단은 장내 절단으로 한쪽 부신을 제거하고 다른 쪽 부신을 탈신경화하는 것보다 동물의 감각을 더 예민하게 만듭니다. 후자의 경우, 한쪽 장내 신경이 여전히 간에 분포한다는 점에 유의해야 합니다.
혈당이 상승하는 경향이 있을 때 방금 고려한 것과 반대되는 작용이 작용합니다. 이러한 작용의 효능은 과도한 포도당 섭취 시 드러납니다. 혈당은 신장을 통해 배출되는 수준과 거의 같은 수준까지 상승하지만, 일반적으로 그 수준을 넘어서는 경우는 드뭅니다(Hansen, 1923). 침수로 인해 따로 보관된 것을 제외한 과도한 당은 간이나 근육에 저장되거나 지방으로 전환되거나 즉시 활용됩니다.
간과 근육 세포에서 분리에 의한 저장 과정은 인슐린 분비에 의존한다는 증거가 있습니다.
1. 췌장을 제거하면 고혈당이 즉시 나타나고 간의 글리코겐 비축량이 크게 감소합니다.
2. 설탕을 섭취한 췌장이 제거된 개에게 인슐린을 투여하면 혈당이 정상 수준으로 감소하고 간에 글리코겐이 다시 대량으로 축적됩니다(Banting, Best, Collip and Noble, 1922).
3. 소량의 인슐린은 설탕이 공급되지 않더라도 플로리진화된 토끼와 고양이의 간에 글리코겐을 축적시킵니다(Cori, 1925).
4. 머리가 잘리고 내장이 제거된 고양이에게 인슐린을 주입하면 근육 내 당원 축적이 크게 증가하는데, 특히 혈당이 과도하게 공급될 때 더욱 그렇습니다(Best, Hoet, and Marks, 1926).
5. 탄수화물을 공급하면 췌장 잔여물의 췌도 세포가 퇴화되어 과로 증상을 보입니다(Allen, 1920; Homans, 1914).
이러한 증거를 바탕으로 고혈당이 췌도 세포의 분비를 자극하는 것으로 보입니다. 이러한 자극은 직접적일 수 있는데, 췌장의 일부를 피부 아래에 이식하고 나머지 샘을 제거한 경우 당뇨병이 없고, 이식된 조각을 절제했을 때 질병이 나타나는 것(Minkowski, 1908), 미주신경이 절단되었음에도 불구하고 주입된 포도당으로 인한 고혈당이 즉시 감소하는 것(Banting and Gairns, 1924), 또는 췌장이 목의 혈관과 연결된 경우 당뇨병성 고혈당이 감소하는 것(Gayet and Guillaumie, 1928)이 그 예입니다.
또한 인슐린 분비에 대한 신경 조절의 증거가 있는데, 오른쪽 미주신경을 자극하면 혈당이 감소하지만 췌장 혈관이 연결되어 있는 경우에는 혈당이 감소하지 않습니다(Britton, 1925). 그리고 Zunz와 La Barre(1927)에 따르면, 개 A의 췌장정맥이 개 B의 경정맥과 결합한 후, 개 A에 포도당을 주입하면 개 B의 혈당이 떨어지는데, 이는 A의 미주신경을 절단하거나 아트로핀을 투여한 경우에는 발생하지 않는 효과입니다. 이러한 신경 조절이 필요하지 않다고 해서, 신경 조절이 필요하다는 것이 무의미하다는 것을 증명하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 신경 차단술 후 심장은 계속 박동하고 혈액 순환을 유지할 것입니다! 미주신경은 교감신경이 아드레날린 분비를 조절하는 것처럼 인슐린 분비를 미세하게 조절하는 역할을 할 수 있습니다.
위에 제시된 일반적인 계획은 그림 1에 도식적으로 표현되어 있습니다. Hansen(1923)이 지적했듯이, 혈당은 비교적 좁은 범위 내에서 정상적인 변동을 보입니다. 이러한 기복은 혈당 수치를 낮추거나 높이는 상반되는 요인들의 작용으로 인해 발생할 수 있습니다. 알려진 혈당 상승 요인(일반적으로 주로 교감신경-부신 기관)이 간에 저장된 당을 배출하지 못하면 혈당 수치가 약 70mg/m²에서 약 45mg/m²로 떨어지고, 심각한 증상(경련 및 혼수)이 발생할 수 있습니다. 70mg/m²에서 45mg/m² 사이의 범위는 안전 한계로 간주될 수 있습니다. 반면, 혈당을 낮추는 요인(섬엽 또는 미주신경 섬엽 기관)이 효과가 없으면 혈당 수치가 약 180mg/m²로 상승하고, 그 후 신장을 통해 당이 소실되기 시작합니다. 100mg 또는 120mg에서 180mg까지의 범위는 경제성의 한계로 간주될 수 있습니다. 그 이상의 경우 체내 항상성은 설탕에 포함된 에너지와 신체가 이를 포도당으로 전환하는 데 사용할 수 있는 에너지를 낭비하는 데 달려 있습니다.
1 최근 Cori와 Cori(1928)는 이러한 견해에 반하는 증거를 제시했습니다. 그들은 “에피네프린의 가장 두드러진 효과는 말초 조직에서 관찰되며, 근육 글리코겐의 동원과 혈당 이용 감소로 구성된다”고 주장합니다. 또한 인슐린은 말초 조직에서 혈당 이용 증가와 “간 글리코겐의 보상적 동원”으로 인해 간 저장량이 빠르게 소실된다고 합니다.
오랫동안 받아들여져 온 증거와 상반되는 이러한 주장은 논평을 필요로 합니다.
첫째, 그들은 생리학적 한계를 훨씬 초과하는 아드레날린(0.2mg/kJ)과 인슐린(7.5단위/kJ)을 투여했습니다(70kJ의 경우 아드레날린 14cc와 인슐린 525단위에 해당!). 흰쥐(이들이 사용한 쥐)에서 아드레날린 투여량의 20분의 1을 투여했을 때 뚜렷한 생리적 효과가 나타났습니다. 그들은 아드레닌 복용량이 느리고 상당히 고르게 흡수되었다고 주장하지만 실제 증거는 제시하지 않습니다. 그리고 실험에서 가장 높은 혈당이 일찍 나타났고 가장 낮은 당뇨와 관련이 있었다는 사실은 그들의 주장이 근거가 없고 엄청난 복용량이 순환을 방해했다는 것을 나타냅니다. 더 나아가, 그들은 “근육 글리코겐의 동원”이 글리코겐을 젖산으로 바꾸고, 이 순환하는 젖산에서 간에 의한 글리코겐의 재구성으로 구성된다고 설명합니다. 그러나 근육의 글리코겐은 사용하기 위해 존재합니다. 사용하지 않고 “동원”하는 것은 사격선에서 병력을 철수하여 막사에 정착시키는 것과 같습니다!다시 말하지만, 아드레닌이 “혈당 활용이 감소하기 때문에” 고혈당을 유발한다고 선언하면서 그들은 다음과 같은 증거를 무시합니다.
1. 아드레닌을 정맥 주사하면 잠복기가 거의 없이 혈당이 상승합니다(Tatum, 1921).
2. 감정적 흥분은 몇 분 안에 혈당을 30% 이상 높일 수 있지만 부신 절제술 후에는 그렇지 않다(Britton, 1928). 또한 장내 근육을 자극했을 때도 동일한 현상이 나타난다(Macleod, 1913).
3. 아드레날린 주사 후 간 정맥의 혈당이 빠르게 상승한 후 문맥이나 대퇴정맥에서 혈당과 같아지는 것은 나중에서야이다(Vosburgh and Richards, 1903).
이 모든 증거는 고혈당이 너무 일찍 나타나고 말초 조직에서 포도당을 사용하지 못하는 데 기인한 것이 간에서 비롯된 것이 분명하기 때문에 이들의 견해에 반대된다. 게다가 아드레닌이 “혈당 이용 감소”를 유발한다는 그들의 믿음은 포도당과 아드레닌을 심폐 준비에 공급하면 설탕 소비량이 이전 양의 약 4배로 증가한다는 관찰 결과(Patterson 및 Starling, 1913)와 모순되며, 달리기로 지친 개는 피하 주사로 소량의 아드레닌(k당 0.02-0.04mgm, 때때로 반복)을 투여하면 계속 운동할 수 있고(즉, 근육의 설탕을 사용) 17~44%의 추가 에너지를 소모하지만, 대량(k당 0.17mgm, 코리스가 사용하는 것보다 적음)을 투여하면 그렇지 않다는 관찰 결과(Campos, Cannon, Lundin 및 Walker, 1929)와 모순됩니다. 마지막으로, 그들은 과량의 인슐린 투여 후 간 저장량 고갈의 원인으로 “간 글리코겐의 보상적 동원”을 언급하지만, 보상 과정의 본질에 대해서는 암시하지 않습니다. 다만 교감신경-부신 기관을 활성화시킬 수 있는 저혈당 수치를 보고합니다. 이러한 다양한 이유로 코리와 코리의 견해는 아드레닌과 인슐린의 작용에 대한 결론을 뒷받침하지 못하는 것으로 보입니다.
단백질.
단백질의 항상성은 아마도 신체 구조의 불변성에서 널리 드러납니다. 여기에는 혈액도 포함되며, 우리는 신체의 체액 기질을 균일하게 유지하는 조건에 관심이 있으므로, 특히 이 부분에만 주의를 기울이겠습니다.
혈장 단백질의 불변성의 중요성은 강조할 필요가 없습니다. 혈장 단백질은 삼투압을 발생시키고 일반적으로 모세혈관 벽을 통해 빠져나가지 않기 때문에 혈액에 용해된 염이 혈관 주위 공간으로 자유롭게 이동하고 신장 사구체를 통해 체외로 배출되는 것을 방지합니다(Starling, 1909). Barcroft와 Straub(1910)가 토끼의 혈액을 상당량 채취하여 적혈구를 분리한 후, 혈장 대신 같은 양의 링거액에 현탁하여 다시 주입했을 때, 그 차이는 단지 콜로이드의 감소에 불과했습니다. 소변 분비는 40배 증가했습니다. Whipple, Smith, Belt(1920)가 혈장 단백질이 1%로 감소했을 때 간, 비장, 신장, 장 점막, 폐가 울혈되고 장 내 체액이 축적되는 “쇼크” 현상이 발생하는 것도 같은 맥락입니다. 그러나 혈장 단백질의 항상성은 혈액량의 항상성을 제공할 뿐만 아니라, 출혈 시 적어도 하나(피브리노겐)는 혈액 자체의 보존에 필수적입니다. 따라서 체내 체액 기질의 존재 자체는 혈장 내 단백질의 항상성에 달려 있으며, 일반적으로 혈장 단백질은 다양한 건강 및 질병 상태에서도 놀라울 정도로 일정합니다.
혈액은 체내에서 단백질을 정량적으로 제거하고 그 복원을 연구할 수 있는 유일한 조직입니다. 플라스마파레시스로 혈장 단백질이 약 6%에서 약 2%로 감소하면 15분 이내에 농도가 빠르게 상승하고, 그 후 처음 24시간 동안 약 40%까지 점진적으로 회복되며, 2~7일 안에 완전히 회복됩니다. 혈관에서 염 용액이 빠져나가는 것이 빠른 상승의 원인일 수 있지만, 보관된 단백질이 긴급하게 방출되기 때문이라는 주장도 제기되었습니다(Kerr, Hurwits 및 Whipple, 1918). 회복이 더딘 것은 확실히 간에 기인하는 것으로 보이며, 그 이유는 다음과 같습니다. 1. 인이나 클로로포름으로 간이 손상된 경우 혈장 단백질의 회복이 지연됩니다. 2. 에크 누공이 있는 개는 플라스마파레시스 후 처음 3일 동안 회복되지 않을 수 있습니다. 3. 일반적으로 24시간 이내에 완전히 회복되는 피브리노겐은 간이 기능하지 못하면 회복되지 않습니다(Foster 및 Whipple, 1922, Meek, 1912).
간이 혈장 내 단백질의 항상성에 중요하다는 증거는 단백질이 간 내에 저장되는지에 대한 의문을 제기합니다. 조직학적 및 생화학적 방법을 통해 얻은 결과는 간 세포가 예비 단백질뿐만 아니라 예비 탄수화물도 운반할 수 있다는 결론을 뒷받침하는 데 일치합니다. Afanassiew(1883)는 풍부한 “알부민”을 섭취한 개의 간 세포가 크기가 증가하고 구조 가닥 사이에 단백질 과립을 포함한다는 초기 관찰을 했으며, 이는 Berg(1914, 1922), Cahn-Bronner(1914), Stiibel(1920), 그리고 Noel(1923)에 의해 확인되었습니다. 요약하자면, 이러한 최근 조직학적 연구는 동물에게 단백질을 공급하면 간 세포에 미세한 방울이나 덩어리가 나타나고, 이것이 MilIon 시약과 반응하여 단순 단백질의 닌히드린 반응을 일으키고, 금식 시 사라졌다가 단백질이나 아미노산을 공급받으면 다시 나타난다는 것을 보여줍니다. 자이츠(Seitz, 1906)의 생화학적 분석은 사료를 먹인 동물의 간의 총 질소량이 신체의 나머지 부분과 비교하여 공복 상태의 동물보다 2~3배 더 높다는 것을 발견했는데, 이는 티히메네프(Tichmeneff, 1914)의 연구 결과로 뒷받침되었습니다. 그는 생쥐를 이틀 동안 굶긴 후 절반을 죽였고, 나머지 생쥐들에게는 익힌 고기를 충분히 먹인 후 죽인 후 두 그룹의 간을 비교했습니다. 체중 백분율로 표현했을 때, 육식을 먹인 동물의 간은 약 20% 증가했고, 간의 질소 함량은 53~78% 증가했습니다.
혈장 단백질의 항상성에 대한 실험은 간이 필요한 경우 이러한 물질의 중요한 공급원임을 시사하고, 위에서 인용된 증언은 간을 단백질의 저장 장소로 간주하는 것을 정당화하지만, 저장 및 방출 방식은 거의 완전히 알려지지 않았습니다. 실제로 Stiibel(1920)은 아드레닌을 피하 주사하면 간세포 내 작은 단백질 방울이나 덩어리가 크게 감소할 수 있음을 관찰했습니다. 만약 피브리노겐이 간에 의존하는 것처럼 이러한 덩어리가 혈액 응고에 필수적인 단백질 원소를 공급하는 데 도움이 된다면, 아드레닌에 의한 이러한 덩어리의 방출과 교감신경-부신 기관을 자극하는 조건들이 더 빠른 응고 현상을 설명할 수 있을 것입니다. 아드레닌 주사 후(Cannon and Gray, 1914; La Barre, 1925; Hirayama, 1925 참조), 장내 자극 후(Cannon and Mendenhall, 1914), 또는 교감신경을 활성화시키는 대량 출혈 후(Gray and Lunt, 1914) 응고가 더 빠르지만, 이는 혈액이 간과 장을 통해 흐를 수 있을 때에만 가능합니다. 이 범주에는 저혈당 반응이 최고조에 달했을 때 혈액 응고가 매우 빠르게 진행되는 것도 포함됩니다(Macleod, 1924). 이때 교감신경-부신 활동이 최대가 됩니다.
또한 갑상선은 저장과 방출을 모두 조절하는 중요한 기관입니다. Boothby, Sandiford, Slosse(1925)는 균일한 질소 섭취 시 티록신이 새로운 높은 대사 수준을 형성하는 동안 음의 질소 균형이 존재한다고 보고했습니다. 이러한 균형이 형성된 후에는 체내 질소 축적량이 줄어듭니다.
이제 갑상선 투여량을 중단하면(균일한 질소 섭취가 지속되는 동안) 새로운 낮은 대사 수준에 도달할 때까지 양의 균형이 유지됩니다. 즉, 더 많은 질소가 축적됩니다. 이러한 영향은 정상인보다 점액수종 환자에게서 훨씬 더 두드러집니다. 실제로 Boothby가 제시했듯이 점액수종의 “부종”은 피부 안팎에 비정상적인 양의 단백질이 축적되는 것일 수 있습니다. 앞서 언급된 갑상선 치료의 효능은 점액수종 환자의 혈장 단백질 증가와 조직 알부민 수치 감소에 미치는 영향으로, 갑상선이 단백질 조절 및 대사와 어떤 식으로든 연관되어 있다는 견해를 뒷받침합니다.
앞선 고찰을 통해 혈장 단백질의 항상성이 생체의 혈관 내 및 혈관 외 체액 기질의 양과 특성을 유지하고, 기질의 필수 요소인 혈액 손실로부터 생체를 보호하는 데 중요한 역할을 한다는 점이 밝혀졌지만, 아직 밝혀내야 할 부분이 얼마나 많은지도 드러났습니다. 다른 유용한 자료와 마찬가지로, 여기에서도 항상성은 저장을 통해 달성되는데, 저장은 충분함과 필요함 사이에 위치하며, 이러한 측면에서 간은 중요한 역할을 합니다. 교감신경-부신 기관은 저장으로부터의 방출에 영향을 미치는 것으로 보이며, 갑상선의 활동 변화 또한 결정적인 요인일 수 있습니다. 비축량 관리를 위해 특별한 기관이 필요한가? 우리는 알지 못합니다.
지방.
블루어(1922)에 따르면, 혈액 내 지방, 콜레스테롤, 레시틴의 농도는 같은 종의 동물에서는 거의 일정하지만, 종에 따라 크게 다를 수 있습니다. 잘 알려진 바와 같이, 지방 섭취는 “소화성 지방혈증”을 유발하여 혈액 내 지방 함량이 개에서는 최대 3%, 사람에서는 2%까지 상승할 수 있습니다. 혈액 내 지방 함량이 비교적 크게 증가하더라도 심각한 결과는 나타나지 않는 것으로 보입니다. 병적인 상태(예: 당뇨병)에서는 지방혈증 비율이 뚜렷한 증상 없이 10%, 15%, 심지어 20%까지 상승할 수 있습니다. 반면 정상 혈액 내 지방은 놀라울 정도로 지속됩니다. 탄수화물과 단백질만 장기간 섭취해도 지방혈증 수치가 감소하지 않으며, 단기간 금식 시 실제로 지방혈증 수치가 상승할 수 있습니다(Schulz, 1896). 단, 2주간의 금식 후에는 수치가 서서히 감소할 수 있습니다. 혈액 내 지방이 완전히 없어질 수 있는지, 그리고 만약 그렇다면 그 상태에 장애가 수반되는지는 아직 밝혀지지 않은 의문입니다.
상대적 또는 완전한 기아에도 불구하고 여러 날 동안 지질혈증 수치가 일정하게 유지되는 것은 저장된 지방을 혈류로 가져오는 지배 기관이 있음을 시사합니다. Lusk(1928, p. 107)가 언급했듯이, “기아 상태에서의 수명은 일반적으로 시작 시 유기체에 존재하는 지방의 양에 따라 달라집니다.” 탄수화물을 섭취하지 않으면 지방은 간에 저장됩니다(Rosenfeld, 1903). 또한 피부 아래, 장막 아래(예: 신장 주변), 망막, 근섬유 사이 및 내부에도 저장됩니다. 어떤 개인에서 다른 개인보다 더 많은 지방이 저장되는 이유는 알려져 있지 않습니다. 갑상선 기능 저하증에서는 일반적으로 확산성 비만이 나타날 수 있으며, 이러한 비만은 갑상선 치료로 빠르게 사라집니다. 뇌간 표면의 누두돌기와 유두체 사이에 미세한 상처가 생기면 지방 과다증이 발생하며(Bailey and Bremer, 1921), 이 부위에 종양이나 다른 병변이 생기는 경우도 마찬가지입니다. Grafe(1927)는 편측성 지방 조직의 비대 또는 위축 사례를 언급하며, 지방의 처리가 시상하부 영역에서 조절되는 교감신경의 조절 하에 있다고 주장합니다. 편측 교감신경 절제술 후 체중이 두 배가 될 때까지 생존한 새끼 고양이는 신체 양쪽의 지방량이나 분포에 뚜렷한 차이가 없다는 점에 유의해야 합니다(Cannon, Newton, Bright, Menkin and Moore, 1929).
지방 저장 조절이 모호하다면, 지방 방출 조절은 훨씬 더 모호합니다. 신체의 에너지를 유지하기 위해 지방이 필요할 때, 지방 세포가 거의 비워질 때까지 지방 조직에서 제거됩니다. 그러나 기아로 사망하더라도 다른 조직의 지방 함량은 정상과 크게 다르지 않을 수 있습니다(Terroine, 1914). 지방이 지방 저장고에서 이동하는 원인은 알려져 있지 않습니다. “금식하는 기관은 체내 지방 저장소에서 지방을 끌어들이고, 이 지방은 순환 혈액을 통해 기관으로 이동한다”는 Lusk의 발언은 아마도 설명을 의도한 것이 아니었을 것이며, 실제로도 그렇습니다.
Kastle과 Loevenhart(Loevenhart, 1902 참조)가 기술한 바와 같이, 리파아제에 의해 매개되는 가역 반응은 지질 수치의 항상성 유지에 중요한 요인일 수 있습니다. 이 효소는 수치가 상승하면 저장을, 수치가 하락하면 방출을 선호합니다. 하지만 이러한 점에 대해서는 더 많은 정보가 필요합니다.
칼슘.
칼슘은 골격과 치아 성장, 골절 복구, 신경 및 근육 조직의 적절한 과민성 유지, 혈액 응고, 그리고 유용한 모유 생성 등 특별하고 다양한 용도로 사용되므로 신체 경제에서 매우 중요한 요소입니다.당, 단백질, 지방과 마찬가지로 칼슘은 예외적인 경우에 큰 수요가 있을 수 있습니다.그러나 그러한 상황에서는 심각한 결과가 초래될 수 있으므로 혈액 내 양을 크게 줄여서는 안 됩니다.앞서 언급했듯이 일반적으로 혈액 내 칼슘 항상성은 약 10mgm.%입니다.부갑상선을 제거(나트륨과 칼륨 비율 변화 없음)하거나 구연산나트륨을 주사하여 혈액 칼슘이 7mgm.% 미만으로 낮아지면 경련과 강직성 경련이 발생하며, 심각도는 이용 가능한 칼슘 결핍 정도로 측정됩니다. 이러한 증상은 정상 수치를 회복하기에 충분한 가용성 칼슘염을 주입하면 빠르게 완화됩니다(MacCallum and Voegtlin, 1909; MacCallum and Vogel, 1913; Trendelenburg and Goebel, 1921). 반면, 부갑상선 추출물 주입으로 혈중 칼슘 농도가 약 20mg/m³/% 이상으로 상승하면 혈액에 심각한 변화가 발생합니다. 즉, 점도가 크게 증가하고 삼투압이 상승하며, 혈액 인산염이 두 배로 증가하고, 비단백질 및 요소질소의 양이 정상의 4배가 됩니다. 이러한 변화는 구토, 혼수상태, 혈액 순환 장애와 관련이 있습니다(Collip, 1926). 혈중 칼슘의 항상성은 분명히 매우 중요합니다.
다른 물질의 항상성과 마찬가지로, 칼슘의 항상성은 저장을 통해 가능해지고, 풍부할 때 축적되었다가 필요할 때 활용됩니다. Bauer, Aub, 그리고 Albright(1929)의 최근 연구에 따르면, 장골의 골소주(trabeculae)는 칼슘이 부족한 지속적인 식단과 성장에 의해 쉽게 사라지고, 칼슘이 풍부한 식단을 섭취하면 쉽게 회복된다는 것이 밝혀졌습니다. 따라서 골소주는 편리하게 이용할 수 있는 칼슘의 저장고 역할을 합니다.
칼슘 항상성이 어떻게 조절되는지는 아직 밝혀지지 않았습니다. 다음은 부갑상선과 칼슘 항상성 조절의 연관성을 보여주는 증거입니다.
1. 부갑상선을 일부 또는 완전히 제거하면 위에서 언급한 바와 같이 혈액의 칼슘 함량이 감소하고, 성장하는 치아의 상아질 침착에 결함이 생기며, 골절 부위의 굳은살 발달에도 결함이 발생합니다(Erdheim, 1911).
2. 칼슘이 부족한 식단은 부갑상선 과형성을 유발합니다(Marine, 1913; Lute, 1923). 임신과 수유도 부갑상선 과형성을 유발하지만, 혈중 칼슘 농도는 감소하지 않습니다.
3. 구루병이나 골연화증과 같이 뼈의 석회화 결함을 특징으로 하는 질병은 부갑상선 비대를 동반합니다(Strada, 1909; Weichselbaum, 1914 참조).
4. 부갑상선을 절제한 쥐에 부갑상선을 이식하면 정상 칼슘 함량의 상아질을 형성하는 능력이 회복됩니다(Erdheim, 1911). 그러나 부갑상선이 칼슘 항상성을 어떻게 조절하는지, 즉 직접 작용하는지 아니면 신경의 자극을 받는지, 단독으로 작용하여 저장이나 방출에 영향을 미치는 활성의 증가 또는 감소를 통해 작용하는지, 또는 다른 작용제와 협력하는지, 어쩌면 길항적인지 여부는 아직 연구가 필요합니다.
티록신의 약력학적 작용은 칼슘 대사에 갑상선뿐만 아니라 부갑상선에도 관여하는 것으로 보입니다(Aub, Bauer, Heath and Ropes, 1929). 티록신 투여는 정상인이든 점액수종증 환자든 소변과 대변의 칼슘 손실을 크게 증가시킵니다. 또한 갑상선기능항진증에서 뼈가 골다공증을 보이고 칼슘 배설이 크게 증가한다는 증거도 있습니다.
부갑상선은 칼슘을 저장하고 갑상선은 칼슘을 방출하는 역할을 하는 것으로 추정되는데, 티록신은 저칼슘 테타니 상태에서 혈중 칼슘 농도를 증가시킵니다. 그러나 이러한 암시는 검증되기 전까지는 의심의 여지가 있습니다. 위에서 언급한 아드레날린과 인슐린 작용 실험에서 보듯이, 생리학적 범위를 초과하는 용량으로 투여된 강력한 약력학적 제제는 복잡하고 간접적인 효과를 나타낼 수 있기 때문입니다.
배고픔과 갈증의 항상성 연결점.
앞서 논의된 내용에서 저장은 수요와 공급 사이의 조절 매개체로 강조되었습니다. 그러나 저장의 이면에 저장될 수 있는 식량을 확보하는 것은 강력한 동기 부여 요인, 즉 식욕과 배고픔, 갈증입니다. 이전에 음식과 음료에 대한 즐거운 경험 때문에 식욕은 이러한 경험을 새롭게 하도록 유도하며, 이를 통해 저장을 위한 재료가 섭취됩니다. 저장이 제대로 이루어지지 않으면 배고픔과 갈증은 강력한 자극으로 나타납니다. 배고픔은 공복 시 강한 수축으로 인해 발생하는 매우 불쾌한 통증을 특징으로 하며, 음식을 섭취하면 이러한 통증이 사라집니다(Cannon and Washburn, 1912; Carlson, 1916). 갈증은 입안이 건조하고 끈적거리는 불편한 감각으로, 이는 침샘(침을 만들기 위해 물이 필요함)이 입을 촉촉하게 유지하지 못하기 때문으로 설명될 수 있습니다. 물을 삼키고 흡수하면 침샘과 신체의 다른 부위에 물이 공급되고, 결과적으로 입을 촉촉하게 하여 갈증이 사라집니다(Cannon, 1918). 이러한 자동적인 메커니즘을 통해 음식과 물을 저장하는 데 필요한 물질이 확보됩니다.
오버플로우.
혈당의 증가와 관련하여, 혈액 성분의 상향 변화를 확인하는 수단으로 오버플로우를 사용하는 것이 언급되었습니다. 과도한 당분뿐만 아니라 과도한 수분, 즉 신장에서 과도하게 배출되는 것도 있습니다. 나트륨, 칼륨, 염소 이온. 현대 소변 형성 이론(Cushny, 1926)에 따르면, 이들은 모두 “역치 물질”입니다. 이들은 혈액 내 정상적인 상태를 유지할 수 있는 수준으로만 신장 세뇨관에서 재흡수됩니다. 그 이상의 물질은 모두 체외로 배출됩니다.
흥미로운 점은 이러한 물질들이 주로 침수나 범람에 의해 저장된다는 것입니다. 그러나 이러한 예비 공급이 충분할 때, 오버플로우 인자가 항상성을 유지하는 능력은 놀랍습니다. Haldane과 Priestley(1915)가 보고한 6시간 동안 5.5리터의 물을 마셨다는 놀라운 기록은 혈액 추정량의 3분의 1을 초과하는 양으로, 신장을 통해 매우 정확하게 배출되어 헤모글로빈 수치가 눈에 띄게 감소하지 않았다는 것입니다. 이는 신장이 배수로로서의 효능을 보여줄 뿐만 아니라 체내에서 체액 기질의 일정성을 유지하는 기능을 한다는 것을 보여줍니다.
폐와 신장은 모두 혈액의 유출을 담당합니다. 잘 알려진 바와 같이, 동맥혈에 탄산이 약간 과다하게 존재하면 폐환기가 크게 증가합니다. 따라서 잉여 이산화탄소는 매우 신속하고 효과적으로 제거되어 폐포의 공기는 거의 일정하게 유지됩니다(Haldane, 1922). 이러한 방식으로 혈액에서 일정 수위로 설정된 댐을 통해 잉여 이산화탄소가 흘러나갈 수 있도록 합니다. 결과적으로, 일반적인 상황에서 혈액의 수소 이온 농도는 상당히 균등하게 유지되며, 알칼리성 또는 산성 방향으로의 과도한 변화로 인한 해로운 영향을 피할 수 있습니다.
조절 과정에 의한 항상성.
신체에는 실제로 물질의 사용을 수반하지만, 연속적인 과정의 속도 변화에 훨씬 더 크게 의존하기 때문에 합리적으로 별도의 범주로 분류할 수 있는 정상 상태가 있습니다. 우리는 그중 두 가지, 즉 중성 유지와 균일한 온도 유지(항온 동물에서)를 살펴볼 것입니다. 이러한 과정에 관련된 생리적 조절은 매우 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명이나 많은 참고 문헌 없이 간략하게만 설명하더라도 조절 방식을 설명하기에 충분할 것입니다.
중성 유지.
혈액 내 수소 이온 농도 변화를 좁은 범위로 제한하는 것의 중요성은 이미 강조되었습니다. 이 농도는 혈액 내 H2CO₃:NaHC0₃의 비율에 의해 결정됩니다. 고산 지대로 이동하면 탄산의 압력이 약해지고, 이 비율은 낮아지며 pH가 상승합니다. 이러한 상황에서 혈액 알칼리도 pH가 회복될 때까지 감소합니다. 해수면으로 돌아오면 반대 과정이 발생하여 정상적인 조절이 다시 이루어질 때까지 계속됩니다. 이는 Y. Henderson(1925)에 따르면 “혈액 내 알칼리의 양이 증가”하기 때문이며, 이는 혈액에서 조직이나 소변으로 산성 성분이 이동함으로써 달성될 가능성이 높습니다.
그러나 혈액과 조직 사이의 이러한 조절 뒤에는 선제적 작용을 통해 혈액을 위험으로부터 보호하는 예방 조치가 있습니다. 살아있는 세포에서는 산성 대사산물이 지속적으로 생성되며, 이러한 물질이 세포 내에 축적되면 추가적인 작용을 방해하거나 방해합니다. 유기체에는 이러한 돌발 상황을 미연에 방지하기 위한 정교한 장치가 준비되어 있습니다. 물론 비휘발성 산을 조절하는 능력은 제한적입니다. 하지만 다양한 방법으로 처리할 수 있습니다.
예를 들어, 근수축 시 생성되는 젖산은 일부가 즉시 중화됩니다. 최근 피스크와 서브바로(1929)가 발견한 인산크레아틴은 근육 세포 내 젖산을 중화하는 데 매우 효과적인 기능을 하는 것으로 보입니다. 산의 다른 부분은 곧 산화되고, 나머지는 중성 글리코겐으로 재생성됩니다. 이 세 가지 처리 방법의 지속적인 효과를 위해서는 충분한 산소 공급이 필수적입니다. 근육과 아마도 다른 조직들도 젖산을 축적하면서도 활동함으로써 “산소 부채”에 빠지지만, 이러한 상태는 부채의 크기에 따라 큰 일 수행 능력 감소, 허용되는 부채량의 제한, 그리고 최종 지불에 대한 명확한 요구로 특징지어집니다. 그러나 비휘발성 산이 휘발성 탄산으로 연소될 때, 이는 혈액 반응에 미미한 변화만 주어지고 거의 무한한 양으로 운반되어 배출될 수 있는 형태가 됩니다. 격렬한 근육 운동 중에는 가능한 한 많은 산소가 공급되어야 합니다. 체내에는 산소가 거의 저장되지 않습니다. 공기 호흡을 하는 동물은 산소의 바다에 둘러싸여 있습니다. 문제는 무한한 외부 공급원에서 필요한 조직으로 산소를 전달하는 것입니다. 이를 위해 순환 및 호흡 과정을 크게 가속화해야 합니다. 다행히 휘발성 산을 제거하기 위해 필요한 이러한 조절은 산을 휘발성으로 만들어 쉽게 배출되도록 하는 산소를 조직으로 운반하는 데 필요한 조절과 정확히 일치합니다.
격렬한 근육 활동 시, 호흡 중추의 산 작용으로 인해 폐환기량이 분당 6리터에서 60리터 또는 80리터 이상으로 증가할 수 있습니다. 이러한 상황에서는 교감신경-부신계가 활성화되며(Cannon and Britton, 1927), 이로 인해 세기관지가 확장되어 더 넓은 통로가 더 많은 양의 공기를 앞뒤로 이동시키는 데 도움이 될 가능성이 높습니다.
장내 혈관의 수축, 활동적인 근육에 의해 모세혈관과 정맥에 가해지는 압력, 그리고 횡격막의 펌핑 작용으로 인해 분당 심장으로 돌아오는 혈액량이 더 많아집니다. 따라서 심장은 박동당 더 많은 혈액을 받습니다. 심장의 긴장, 정맥 쪽, 그리고 잘 충전된 교감신경의 참여는 정상보다 두 배 더 빨리 박동할 수 있습니다. 더 많은 혈액을 공급하고 더 빠른 혈액을 내보냅니다.
또한 미주신경 긴장도가 약해지고, 안정 시 가속도가 증가합니다. 심장에서 분당 훨씬 더 많은 혈액을 내보내고 내장 영역이 좁아지면 동맥압이 현저히 상승합니다. 활동하는 근육에서는 세동맥이 확장되고 이를 통해 여러 개의 통로가 닫힙니다. 열린 모세혈관에는 많은 통로가 있습니다. 더 높은 동맥압은 풍부한 혈류를 유도합니다. 증거에 따르면 총 순환 속도는 최대 4배까지 증가할 수 있습니다. 그러나 소포가 더 빨리 움직이도록 만들어 더 효과적으로 활용될 뿐만 아니라, 비장에 저장된 소포가 배출되어 소포의 수가 증가합니다(Barcroft, 1926 참조). 이는 장골의 수축이나 심장의 가속과 마찬가지로 교감신경계가 생성하는 효과입니다(Izquierdo and Cannon, 1928 참조). 산이 생성되고 특히 산소가 필요한 활동적인 근육에서, 과도한 이산화탄소 자체는 소포에서 산소를 배출하고 폐로 운반하는 것을 용이하게 합니다. 이러한 방식으로 국소 혈류는 최대 9배까지 증가하고 산소 전달량은 휴식 시보다 최대 18배까지 증가할 수 있습니다(Bainbridge, 1923). 따라서 짧은 시간 안에 근육 활동을 통해 생산되는 젖산의 양이 혈액의 완충액에 의해 중화되는 양보다 훨씬 많음에도 불구하고(이러한 상태는 필연적으로 죽음을 초래함) 혈액의 반응은 아주 미미하게만 변화합니다.
항상성의 가장 훌륭한 예는 신체 체액 기질의 pH입니다. 항상성은 폐환기와 혈류의 지속적인 과정을 가속화하거나 지연시킴으로써 관리됩니다. 이 글에서는 다루지 않을 혈액 자체의 물리화학적 변화는 이러한 생리적 과정의 미세한 변화에 따른 영향을 크게 감소시킵니다. 호흡 정도는 호흡 중추 세포의 수소 이온 농도에 크게 영향을 받지만, 동시에 혈중 탄산 농도 증가에도 영향을 받습니다. 이러한 장애는 저절로 치유되며, 호흡이 가빠져 농도가 낮아지면 호흡이 멈춥니다. 혈액 순환 조절도 이와 유사하게 관리될 수 있습니다.
심장 박동이 빨라지고, 혈관이 수축되며(활동 영역 제외), 비장이 수축되는 것은 교감신경계의 기능을 나타냅니다. 약간의 자발적인 활동조차도 시스템을 작동하게 하며(Cannon and Britton, 1927), 질식은 이 시스템에 매우 효과적인 자극이 됩니다(Cannon and Carrasco-Formiguera, 1922). 교감신경 조절 중추는 호흡 중추와 마찬가지로 영향을 받을 수 있습니다. 산소 부족이나 탄산 과다로 인해 교감신경 조절 중추에 산성도가 발생할 수 있으며, 그 주된 결과는 자극일 수 있습니다. 이러한 가설은 질식과 호흡 공기 중 이산화탄소 증가가 동맥 혈압을 상승시킨다는 Mathison(1911)의 실험 결과와, 근육 대사산물이 교감신경-부신계를 활성화시킨다는 Cannon, Linton, Linton(1924)의 관찰을 통해 뒷받침됩니다. 격렬한 근육 운동에서 호흡 기관과 순환 기관이 유기체의 필요에 맞게 조정되는 데에는 놀라울 정도로 밀접한 상관관계가 있는데, 이는 두 기관 모두 자발적인 행동에 따른 자극에 의해 더 빠른 작동을 시작하지만, 혈액 내 수소 이온 농도가 증가함에 따라 추가 작업을 수행하면서 그 기능이 유지되고, 나중에는 추가 활동으로 인해 수소 이온 농도가 휴식 수준으로 낮아져 점차 평온한 일상 기능으로 돌아갈 수 있기 때문이다.
균일한 체온 유지.
체내 화학 변화가 일정한 속도로 일어나도록 유리한 환경을 조성하는 데 있어 균일한 체온의 중요성은 굳이 강조할 필요가 없습니다. 또한 정상 체온보다 비교적 낮은 온도 상승의 위험과 정상 체온보다 훨씬 낮은 온도로 떨어질 경우의 억제 효과 또한 잘 알려져 있습니다. 그러나 현재 논의될 일반적인 고려 사항을 위해 체온이 상승하거나 하강할 때 발생하는 변화에 대해 간략히 언급하는 것이 적절합니다.
체온이 상승하는 방향으로 변하면 말초 혈관이 이완되어 따뜻한 혈액이 표면에 노출되고, 이로 인해 열이 차가운 환경으로 빠져나갈 수 있습니다. 만약 이러한 변화가 효과가 없다면, 땀이 나고 피부는 증발로 인해 차가워지며, 피부를 통해 흐르는 풍부한 혈액은 그로 인해 열을 잃게 됩니다. 용종증은 땀샘이 부족한 동물에게 특히 유용합니다.
반면에 체온 변화가 하강 방향으로 나타나면, 말초 혈관이 수축되고 털과 깃털이 곤두서 피부 근처에 전도성이 낮은 공기층이 형성됩니다. 이러한 열 보존 수단이 체온 저하를 막지 못하면, 열 생성을 증가시킬 수 있는 아드레날린이 혈류로 방출됩니다(Cannon, Querido, Britt#on and Bright, 1927). 이렇게 생성된 열이 충분하지 않으면, 체온 저하에 대한 최후의 자동 방어 수단으로 떨림이 사용됩니다.
체온 항상성을 유지하는 이러한 고효율 장치는 끊임없이 진행되는 열 생성 및 열 손실 과정을 가속화하거나 지연시키는 것만으로도 충분합니다. 조절을 담당하는 섬세한 온도 조절 장치는 시상하부에 위치하는 것으로 보이며(Isenschmid, 1926; Rogers, 1920), 혈액 온도 변화에 직접적으로 영향을 받는 것으로(Kahn, 1904; O’Connor, 1919; Sherrington, 1924), 또한 반사적으로 영향을 받는 것으로(Hill, 1921 참조) 여겨집니다. 전체 시스템의 효율성 외에도 주목할 만한 특징은 항상성 유지 장치의 다양성, 변화에 대한 일련의 방어 체계에서의 출현, 그리고 열의 보존, 생성 및 소산에 대한 교감신경계의 긴밀한 관여입니다.
항상성에서 자율신경계의 규칙
항상성 조절자는 자동적으로 작용합니다. 골격근과 횡격막은 물론 대뇌 피질의 제어를 받지만, 체온(떨림)과 평형 상태(빠른 호흡) 조절 기능은 뇌간 하부에서 관리됩니다. 그리고 대부분의 조절자는 자발적으로 조절되지 않습니다. 일반적으로 자율신경계, 또는 내분비 기관과 협력하는 자율신경계가 작용합니다. 이러한 사실은 미주신경-섬신경계와 교감신경-부신이 혈당 수치에 미치는 영향, 미주신경과 교감신경이 심박수에 미치는 영향, 그리고 격렬한 근육 활동 중 교감신경이 혈관에 미치는 영향, 그리고 체온이 떨어지는 경향이 있을 때 열 생성을 촉진하는 교감신경-부신 기능에서 확인할 수 있습니다.
방금 언급한 사실들은 신경계의 “수의적” 기능과 “불수의적” 또는 “식물적” 기능 사이에 오랫동안 인식되어 온 구분을 강조합니다. 생리학에서 심리학적, 식물학적 함의를 갖는 용어는 제거하는 것이 바람직합니다. 신경계의 두 가지 관계, 즉 외부 환경과 내부 환경 간의 관계는 이러한 상반되는 기능에 기반하여 구분되어야 함을 자연스럽게 시사합니다. “수의적” 또는 뇌척수액계는 외수용기와 뼈로 된 지렛대를 작동하는 근육으로 정교하게 구성되어 있으며, 노동, 달리기, 또는 싸움을 통해 외부 환경이나 그 환경 속 유기체의 위치를 변화시키도록 설계되었습니다. 이러한 것들은 외부 환경 변화 활동으로, 따라서 “수의적” 시스템은 외부 환경 변화 시스템으로 간주하는 것이 적절할 것입니다. 그러나 외부 환경 변화 활동은 혈당을 활용하고 혈액으로 산성 노폐물과 과도한 열을 배출하는 등 내부 환경에 동시적인 변화를 일으켜야 합니다. 이러한 상황에서 “불수의적” 신경계는 지속적인 외부 자극 작용을 위해 내부 환경의 “적합성”을 유지하는 방식으로 심장, 평활근, 그리고 분비샘에 작용함으로써 제 역할을 수행합니다. “불수의적” 신경계의 이러한 상호 작용 기능 때문에 상호 작용계라고 부르는 것이 타당합니다. 외부 자극계의 비활성은 유기체의 기저 상태를 확립하는데, 이는 외부 자극계의 최소 기능은 상호 작용계의 최소 기능을 수반하기 때문입니다. 외부 자극 작용은 상호 작용에 반영되는데, 내부 장애가 증가하면 상호 작용도 증가하고 장애가 완화되면 감소합니다.
지금까지 내분비계는 세 부분으로 구성되어 있지 않고, 각 부분마다 뚜렷한 일반적 기능을 가진 단일 기관으로 여겨져 왔습니다. 캐넌(1914)은 이러한 기능을 다음과 같이 요약했습니다. 천골(sacral)은 속이 비어 있는 장기를 비우는 반사 작용군입니다. 두개골(cranial)은 보호적이고 보수적이며, 기능을 증진시키는 일련의 반사 작용입니다. 중간 또는 교감신경(sympathetic division)은 신체의 저항을 위한 힘을 동원하는 기관입니다. 헤스(Hess, 1926)도 유사한 견해를 표명했는데, 그는 두개골 부분의 “조직학적(histotropic)” 기능이 조직의 안녕을 증진하는 데 있고, 교감신경 부분의 “작용학적(ergotropic)” 기능이 일 수행 능력을 증가시키는 데 있음을 인정했습니다. 앞서 논의된 아이디어는 1914년에 표명된 견해를 약간 수정한 것입니다. 외분비계 활동에 유리한 조건의 유지를 자율신경계의 주요 기능으로 간주한다면, 강조점은 다소 다르게 배치될 것입니다. 따라서 천골 자율신경계는 운동의 지속이라는 기능을 가지고 있지만, 극심한 신체적 노력을 방해할 수 있는 방광과 직장의 짐을 비우는 데에도 유용합니다. 이는 강한 감정(예: 두려움)이 투쟁을 준비하기 위해 이러한 장기를 비우는 잘 알려진 효과와 일치합니다. 마찬가지로, 두개 자율신경계는 다른 보존적 기능을 가지고 있지만, 심각한 장애가 발생할 수 있을 때 체액 기질을 일정하게 유지하는 데 필요한 조치를 제공하고 보존하는 데 있어 그 보존적 용도를 두드러지게 나타냅니다. 즉, 조용한 시간에 심장의 박동을 억제하여 심장이 휴식과 회복을 할 수 있도록 하고, 위장관 운동을 촉진하고 소화액 분비를 자극하여 에너지 생성 물질의 비축을 확보하며, 미주신경-섬신경계를 통해 이러한 비축량 중 일부를 저장하는 데 더욱 유용한 것으로 보입니다. 그러나 천골과 두개의 이러한 구분은 항상성을 보호하기 위해 간접적이고 다소 원격적으로 작용합니다. 내부 환경의 변화를 막기 위해 직접적이고 신속하게 작용하는 것은 중간 또는 교감신경 구분입니다. 즉, 예비 에너지를 동원하고 연속적인 과정의 속도를 변경합니다. 앞 페이지에서 반복적으로 언급했듯이, 이 구분은 신체의 체액 기질을 일정하게 유지하는 역할을 하므로 항상성의 특별하고 직접적인 요인으로 간주하는 것이 적절합니다. 교감신경 구분, 즉 신경 자극과 아드레날린이 협력하는 교감신경-부신 기관이 항상성을 보장하는 역할을 하며, 이러한 목적을 위해 외수용계가 기능할 때 상호 작용한다는 생각은 “긴급 이론”(Cannon, 1914a)을 근본적으로 수정한 것이 아닙니다. 최근 연구에 따르면, 응급 상황이 발생하지 않거나 외부 세계에 현저한 변화나 격렬한 반응이 나타나지 않으면 교감신경-부신 기관은 필수적이지 않으며, 결과적으로 장애가 발생하지 않고 완전히 제거될 수 있습니다(Cannon, Newton, Bright, Menkin, and Moore, 1929). 상황이 내부 환경을 변화시킬 때 한계가 나타나며, 바로 그때 교감신경-부신 기관의 중요성이 분명해집니다. 그러나 위에서 살펴본 바와 같이, 이 기관은 극도의 노력을 요구하는 심각한 위기 상황에서 항상성을 유지하는 역할뿐만 아니라, 신체의 체액 기질을 변화시킬 수 있는 사소한 외부적 조절에도 역할을 합니다.
체내 항상성 조절에 관한 몇 가지 가정.
약 4년 전, 캐넌(1925)은 신체의 항정 상태를 유지하는 생리적 요인과 관련된 여섯 가지 잠정적 명제를 제시했습니다. 앞서 논의한 항상성에 대한 내용과 관련하여 이 명제들을 다시 살펴보는 것이 적절할 것입니다.
1. “우리 몸이 나타내는 것처럼 불안정한 물질로 구성되어 지속적으로 교란되는 환경에 노출된 개방계에서, 항정 상태는 그 자체로 작용 기관들이 이러한 항정 상태를 유지하기 위해 작용하고 있거나 작용할 준비가 되어 있다는 증거입니다.” 이는 확실한 추론입니다. 특정 항정 상태(예: 혈당, 체온, 혈액 중성)가 조절되는 방식에 대한 통찰력과 다른 항정 상태도 유사하게 조절된다는 확신에 기반한 추론입니다. 앞 페이지에서 인용된 사례들은 이러한 목적을 위해 유기체에서 작용하는 다양한 작용 기관들을 보여주었습니다. 예를 들어 혈장 단백질, 지질혈증, 혈중 칼슘의 항정 상태가 어떻게 발생하는지는 알 수 없지만, 아마도 잘 알려진 항상성 사례에서 작용하는 것과 마찬가지로 정교한 장치들에 의해 발생할 것입니다. 물론 이 관심 영역은 문제들로 가득 차 있습니다. 매우 중요한 문제들이며, 해결을 위한 시도를 불러일으키고, 이 문제들이 해결됨에 따라 첫 번째 공준에 표현된 확신은 정당화될 수 있습니다.
2. “상태가 안정 상태를 유지하는 것은 변화에 대한 모든 경향성이 변화에 저항하는 요인 또는 요인들의 효율성 증가에 의해 자동적으로 충족되기 때문입니다.” 갈증, 저혈당 반응, 혈액 산성화에 대한 호흡 및 순환 반응, 열 생성 기능은 모두 항상성 교란이 심해질수록 더욱 강해지고, 교란이 해소되면 모두 즉시 가라앉습니다. 다른 정상 상태에서도 유사한 조건이 적용될 수 있습니다. 물론 병적인 약함이나 결함처럼 상태가 안정 상태를 유지하지 못할 수도 있으며, 바로 이러한 이유로 이 공준은 조건부로 설정되었습니다. 로트카(1925)가 지적했듯이, 생명체에 필수적이고 영구적인 안정성이 부족하기 때문에 이러한 조건부 진술은 단순한 물리 또는 화학 시스템에 적용되는 르 샤틀리에의 엄격한 원리와 뚜렷하게 구별됩니다. 실제로 Y. Henderson(1925)이 지적했듯이, 생리학적 평형 개념과 화학적 평형 개념은 상당히 다릅니다. “하나는 자신을 유지하기 위해 에너지를 소모하고, 방해를 받으면 회복하기 위해 에너지를 소모합니다… 다른 하나는 균형을 찾으려고 할 때 오히려 역동성 있게 감소합니다.”
3. “한 방향으로 작용하여 정상 상태를 유지하는 요인이 같은 지점에서 반대 방향으로 작용하는 것은 아닙니다.” 이 제안은 생리학적 작용에만 국한되어야 했지만, 410쪽 각주에서 논의된 질문과 관련이 있습니다. 생리학적 용량의 아드레날린은 간에서 글리코겐을 방출하고 글리코겐 저장량을 증가시키는가? 인슐린도 마찬가지로 간의 글리코겐 저장량과 반대로 작용하는가? 언급된 각주에서 이러한 작용제 중 단 하나의 반대 작용에 대한 증거를 인정하지 않은 이유가 제시되었습니다. 강직성 유형(중간 정도의 활동)의 영향을 미치는 인자가 존재할 수 있으며, 이러한 인자는 상하로 변화할 수 있고, 특정 지점에서 “높은” 농도에서는 작용하지만 “낮은” 농도에서는 작용하지 않을 수 있습니다. 반대되는 신경 영향의 조절을 받는 부신 수질(Cannon and Rapport, 1921)이 이러한 유형의 인자로 언급될 수 있습니다.
4. “신체의 한 영역에서는 길항적인 항상성 인자가 다른 영역에서는 협력적일 수 있습니다.” 교감신경-부신 및 미주신경-섬신경의 영향은 간에는 서로 반대되는 작용을 하지만, 근육에 대해서는 협력하는 것으로 보입니다. 예를 들어, 근육 세포가 당을 효과적으로 이용하게 합니다(Burn and Dale, 1924). 이러한 인자의 효과에 대해서는 알려진 바가 너무 적어 현재로서는 이 가정이 큰 의미를 갖기 어렵습니다.
5. “항상성 상태를 결정하는 조절 체계는 동시에 또는 순차적으로 작용하는 여러 협력적인 요인들로 구성될 수 있다.” 이 주장은 일련의 방어 기작이 차례로 사용되는 체온 강하 방지책과 혈액의 균일한 반응을 유지하기 위한 정교하고 복잡한 방안에서 잘 드러난다.
6. “항상성 상태를 한 방향으로 변화시킬 수 있는 요인이 알려져 있을 때, 그 요인의 자동적인 조절이나 반대 효과를 갖는 요인 또는 요인들을 찾는 것이 합리적이다.” 이 가정은 이전 가정들에 함축되어 있다. 이는 항상성이 우연이 아니라 조직적인 정부의 결과이며, 이를 관리하는 기관을 찾으면 결국 발견될 것이라는 확신을 재차 강조하는 것으로 표현된다.
독자들은 항상성 상태뿐만 아니라 이를 확립하고 유지하는 방안에 대한 우리의 지식에도 큰 간극이 있다는 사실에 깊은 인상을 받았을 것이다. “알려지지 않았다”라는 표현을 반복해서 사용해야 했다. 정상 상태와 같이 생명체의 특징적인 특징들이 그토록 적은 관심을 받았다는 것은 놀라운 일입니다. 아직 답해야 할 의문점들이 무수히 많습니다.
예를 들어, 잘 알려진 이러한 항상성 반응에 대한 효과적인 자극에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 혈당 조절에 영향을 받는 수용체가 있을까요? 아니면 조절 요인들이 대뇌 중추에 직접적인 작용을 할까요? 또한, 위에서 고려하지 않았던 항상성 요인들이 있습니다. 예를 들어 고지대에 서식하는 생물에서 생성되는 적혈구의 증가, 장기간의 추운 날씨에 더 굵어지는 털의 성장, 그리고 칼슘 대비 인의 안정화, 기초 대사의 불변성을 통해 혈액 내 티록신 함량의 불변성을 입증하는 증거, 그리고 다른 정상 상태(체중, 성별 등)에서 다른 내분비 생성물이 균일하게 순환한다는 증거 등이 있습니다. 이러한 반응들을 비롯하여 체액 기질의 균일성을 유지하는 데 유용한 많은 다른 반응들이 제기하는 질문들은 흥미로운 연구 분야를 제공합니다.
앞의 두 절에서는 항상성 각 부분의 기능과 관련된 자율신경계를 정의하고, 항상성에 관한 몇 가지 가정을 제시했는데, 이는 이러한 주장을 확정적인 것으로 받아들이기보다는 추가 연구를 위한 시사점을 제공할 수 있다는 생각에서였습니다. 실제로 이러한 관점은 이 고찰 전체에 걸쳐 널리 퍼져 있음을 인정해야 합니다. 필자는 신체의 다양한 기관의 특정 활동에 대한 연구가 일반적으로 인정되는 수준보다 훨씬 더 발전하여 유기체 전체에서 이러한 기관들의 상호작용을 검토할 수 있게 되었다고 믿습니다. 기관과 기관의 내부 환경 간의 관계는 기관의 가능한 통합 기능을 조사하는 데 시사점을 제공하는 것으로 보입니다. 이러한 과정에서는 나중에 수정해야 할 오류가 발생할 가능성이 높고, 조잡한 아이디어는 427 반드시 투사될 것이며, 기관에 대한 설명은 나중에 다듬어야 합니다. 신체의 정상 상태를 조절하는 현재가 부적절하고 임시적인 것으로 판명될 가능성이 높지만, 현재 다루고 있는 항상성의 사실들이 매우 중요하다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 이 설명은 적어도 그 사실들과 그 중요성에 대한 관심을 불러일으키는 데 도움이 될 것입니다. 이 사실들은 생물학적 조직과 활동의 뛰어난 특징으로서 중요합니다. 또한 신체의 복잡한 장애를 이해하는 데에도 중요합니다. 왜냐하면 일반적으로 협력하는 여러 부분들이 규칙적인 상태를 유지하는 상태에서, 불규칙성에 대한 완전한 통찰력은 그 부분들의 협력 방식을 학습함으로써만 얻을 수 있기 때문입니다. 다시 말해, 항상성을 달성하는 효과적인 방법은 정상 상태가 아직 잘 발달되지 않은 시스템에서의 방법과 비교할 때 중요합니다. 고등 동물의 항상성 조절은 아마도 수많은 진화적 시도의 결과일 것이며, 최종적으로 달성된 안정성에 대한 지식은 하등 동물에서 작동하는 덜 효율적인 장치, 그리고 사회 및 경제 조직의 안정성 확보 시도와 관련하여 시사점을 제공합니다. 마지막으로, 물리적, 화학적 관점에서 생물학적 과정에 대한 지속적인 분석을 위해서는 이러한 과정들이 어떻게 활성화되어 기능을 수행하고 다시 비활성화 상태로 돌아가는지에 대한 완전한 이해가 필요합니다. 실제로 생물체의 조절은 생리학의 핵심 문제입니다. 이러한 모든 이유로 생물학적 항상성 유지를 위한 작용 기작에 대한 추가 연구가 필요합니다.
