01 항상성 유지

호르몬과 항상성 유지

1 호르몬의 종류와 기능

신경계와 같이 내분비계도 호르몬을 통해 일종의 신호를 전달해 주는 역할을 한다. 내분비계의 호르몬 신호는 신경계의 흥분 신호와 달리 온몸에 신호를 전달할 수 있고, 비교적 장시간 유지되는 특징이 있다.

호르몬의 특성

⑴ 내분비샘에서 생성되어 특정 조직이나 기관의 생리 작용을 조절하는 물질이다.

⑵ 혈액에 의해 운반되어 표적 세포나 표적 기관에 작용한다.

⑶ 넓은 범위에 걸쳐 지속적인 조절 작용이 일어난다.

⑷ 생장을 유도하고 물질대사에 영향을 주며, 체내외 환경 변화에 맞추어 분비 시기와 양이 조절된다.

⑸ 미량으로 여러 가지 생리 기능을 조절하고, 과다증과 결핍증이 나타난다.

⑹ 척추동물의 경우 종 특이성이 없어서 다른 종에서도 같은 작용을 한다.

호르몬과 신경의 비교

구분	호르몬	신경
정보 전달	화학 신호	주로 전기 신호
전달 매체	혈액(체액)	뉴런
전달 속도	비교적 느림	빠름
작용 범위	넓음	좁음
특징	표적 기관에만 작용	일정한 방향으로 전달
효과	지속적	일시적

• 호르몬의 표적 기관과 주요 기능

• 내분비샘: 분비관 없이 분비물(호르몬)을 혈액이나 조직액으로 내보낸다. 예) 뇌하수체, 갑상샘 등
• 외분비샘: 분비관을 통해 분비물(소화액)을 체외로 내보낸다. 예) 땀샘, 소화샘, 침샘, 눈물샘 등

 

2 호르몬과 항상성

• 항상성: 체내외 환경 변화에 반응하여 혈당량, 체온, 혈장 삼투압, pH 등의 체내 환경을 정상 범위로 유지하려는 특성이다. 주로 내분비계와 신경계의 작용에 의해 조절된다.

⑴ 항상성 유지의 조절 중추: 간뇌의 시상 하부

⑵ 항상성 유지 기구: 호르몬을 분비하는 내분비계와 신경계의 상호 작용 때문에 항상성 유지

• 항상성 유지의 조절 원리

⑴ 되먹임(피드백): 어떤 변화가 일어날 때 결과(최종 산물)가 원인(초기 단계)에 다시 영향을 미치는 조절 방식이다.

① 음성 되먹임(음성 피드백): 생명 현상에서 가장 흔히 볼 수 있는 조절 작용 방식으로, 결과(어느 과정의 산물)가 원인(과정)을 약화시키는 방향으로 작용해 호르몬의 분비량을 조절하는 방식이다.

티록신 분비의 음성 되먹임 조절

시상 하부에서 분비되는 갑상샘 자극 호르몬 방출 호르몬(TRH)은 뇌하수체 전엽에서 갑상샘 자극 호르몬(TSH)의 분비를 촉진한다.  → TSH는 갑상샘을 자극하여 티록신의 분비를 촉진한다. → 혈중 티록신의 농도가 높아지면 TRH와 TSH의 분비가 억제되고, 그 결과 티록신의 분비가 억제되어 혈중 티록신의 농도가 낮아진다.

② 양성 되먹임: 음성 되먹임과는 반대로 결과가 원인을 강화하는 방향으로 작용하여 호르몬의 분비량을 조절하는 방식이다.

에스트로젠에 의한 황체 형성 호르몬(LH)의 분비 증가, 분만 시 옥시토신의 분비 증가

⑵ 길항 작용: 같은 기관에 작용하지만 서로 반대되는 기능을 수행하여 해당 기관의 기능을 일정한 수준으로 조절하는 작용이다.

교감 신경과 부교감 신경의 작용(심장 박동 속도 조절), 인슐린과 글루카곤의 작용(혈당량 조절), 칼시토닌과 파라토르몬의 작용(혈장의 칼슘 농도 조절)

 

• 항상성 유지

⑴ 체온 조절: 우리 몸에서 일어나느 다양한 물질대사에는 효소가 관여하는데, 단백질이 주성분인 효소는 체온이 너무 낮거나 높으면 제 기능을 할 수 없다. 따라서 체온을 일정하게 유지하는 일은 생명 유지에 매우 중요하다.

간뇌 시상 하부의 조절을 받아 체내에서의 열 발생량과 몸의 표면을 통한 열 발산량을 조절하여 체온이 일정하게 유지된다. 정상인은 외부 기온과 관계없이 체온을 36.1 ~ 37.5 ℃로 유지한다.

① 추울 때(체온이 정상 범위보다 낮아졌을 때): 간뇌의 시상 하부가 체온감소 인식 ⟶ 골격근을 수축시켜 몸을 떨리게 함으로써 열 발생량 증가, 교감 신경이 피부에 있는 혈관을 수축시켜 열 발산량 감소(피부 근처를 흐르는 혈액의 양이 감소) ⟶ 체온이 증가하여 정상 범위의 체온 유지

② 더울 때(체온이 정상 범위보다 높아졌을 때): 간뇌의 시상 하부가 체온 증가 감지 ⟶ 피부 근처 혈관이 확장되어 피부로 가는 혈액의 양을 늘리고, 땀 분비 촉진해 열 발산량 증가 ⟶ 체온이 감소하여 정상 범위의 체온 유지

 

⑵ 혈당량(혈액 내 포도당 농도) 조절

사람의 혈당량은 식사 전에 약 100 mg/100 mL(75mg~125mg) 정도로 일정하게 유지된다. 혈당량은 주로 인슐린과 글루카곤의 길항 작용과 음성 되먹임으로 조절되며, 혈당량 증가에는 에피네프린(아드레날린)과 당질 코르티코이드도 관여한다. (혈당량은 주로 이자에서 체내 혈당량을 직접 감지하여 조절함으로써 일정하게 유지되기도 하고 간뇌의 시상 하부에서 자율 신경을 통해 이자나 부신을 자극하여 혈당량 조절 호르몬의 분비를 조절함으로써 일정하게 유지되기도 한다.)

① 고혈당일 때(혈당량이 정상 범위보다 높을 때의 조절)

식사 후 혈당량 증가 → 시상 하부 → 부교감 신경 자극 → 이자의 β 세포에서 인슐린 분비 증가 → 간에서 포도당을 글리코젠으로 합성 촉진, 혈액의 포도당을 세포로 흡수 촉진 → 혈당량 감소(혈당량이 정상 범위까지 낮아지면 음성 피드백에 따라 인슐린 분비량이 감소)

② 저혈당일 때(혈당량이 정삼 범위보다 낮을 때의 조절)

▶ 공복이거나 운동을 마친 직후

혈당량 감소 ⟶ 시상 하부 → 교감 신경 자극 → 이자의 α 세포에서 글루카곤 분비 증가, 부신 속질에서 에피네프린 분비 증가 → 간에서 글리코젠을 포도당으로 분해 촉진(포도당을 혈액으로 방출) → 혈당량 증가(혈당량이 정상 범위까지 높아지면 음석 피드백에 따라 글루카곤의 분비량이 감소)

▶ 공복이거나 운동을 마친 직후 혈당량 감소 ⟶ 시상 하부 → 뇌하수체 전엽에서 부신 겉질 자극 호르몬(ACTH) 분비 증가 → 부신 겉질에서 당질 코르티코이드 분비 증가 → 단백질과 지방을 포도당으로 전환 촉진 → 혈당량 증가

• 길항 작용: 인슐린과 글루카곤은 각각 간에 작용하여 서로의 효과를 줄이는 과정을 거치면서 혈당량이 조절된다.

 

⑶ 혈장 삼투압 조절

호르몬에 의해 체내 수분량과 무기 염류량이 조절됨으로써 삼투압이 일정하게 유지된다. 혈장 삼투압의 조절 중추는 시상 하부이다. 혈장 삼투압은 세포의 모양과 기능을 유지하는 데 중요하다. 혈장 삼투압이 정상 범위보다 높거나 낮으면 부피가 변하고 정상적인 기능을 하기 어렵다.

① 삼투압이 높을 때(체내 수분이 부족하고, 무기 염류량이 많을 때)

▶ 수분량의 조절: 시상 하부 감지 ⟶ 수분량을 조절하는 항이뇨 호르몬(ADH)의 분비 증가 → 콩팥에서 수분 재흡수 촉진 → 오줌량 감소, 체내 수분량 증가 → 체액의 삼투압 감소, 오줌 삼투압 증가

② 삼투압이 낮을 때(체내 수분이 많고, 무기 염류량이 적을 때)

▶ 수분량의 조절: 시상 하부 감지 ⟶ 항이뇨 호르몬(ADH)의 분비 감소 → 콩팥에서 수분 재흡수 억제 ⟶ 오줌량 증가, 체내 수분량 감소 → 체액의 삼투압 증가, 오줌의 삼투압 감소

• 당뇨병

⑴ 혈액 내 포도당의 농도가 높아 오줌으로 다량의 포도당이 빠져나가는 질환이다. 인슐린 분비 이상이나 표적 세포가 인슐린에 적절하게 반응하지 못하기 때문에 나타나는 질병으로, 이로 인해 혈액 내 포도당의 농도가 높게 나타난다.

⑵ 혈액 내 포도당 농도가 높게 유지되면 단백질이나 지질에 탄수화물 가지가 붙어 혈액의 점성이 커진다. 이로 인해 혈액 순환이 잘 안 되어 합병증이 생길 수 있다.

⑶ 증상: 오줌이 자주 마렵고 갈증과 식욕을 많이 느끼며, 시각이 흐려지거나 자주 피곤함을 느낀다.

⑷ 합병증: 체중이 급격하게 줄고, 백내장, 콩팥 장애, 순환 장애에 따른 팔다리 욕창(조직 괴사) 등

⑸ 관리 방법: 식사 후 운동이나 약을 이용해 혈당을 낮게 유지한다.

⑹ 유형

① 제1형 당뇨병: 이자의 β 세포가 파괴되어 인슐린을 생성하지 못한다. 인슐린 처방, 혈당량을 급속히 증가시키는 음식물 섭취 조절

② 제2형 당뇨병: 인슐린의 표적 세포가 인슐린에 정상적으로 반응하지 못한다. 약물치료, 음식물 섭취 조절, 운동

• 거인증과 왜소증(소인증)

⑴ 거인증: 생장 호르몬의 과다 분비에 의한 질환이다.

① 뼈의 생장판이 닫힌 이후(성인)에도 생장 호르몬이 과다 분비되면 말단 비대증의 형태로 나타난다.

② 주로 뇌하수체 종양으로 발병하며, 약물치료나 뇌하수체 종양 제거로 치료한다.

⑵ 왜소증(소인증): 생장 호르몬의 결핍(과소 분비)에 의한 질환이다.

갑상샘 이상으로 발병하는 질환

구분	갑상샘 기능 저하증 (티록신 분비량 과소)	갑상샘 기능 항진증 (티록신 분비량 과다)
증상	⦁대사량 감소 ⦁동작이 느려짐 ⦁갑상샘 비대 ⦁추위에 약함 ⦁마르고 거친 머릿결, 건성 피부 ⦁심장 박동률 감소, 관절염, 근육통 ⦁월경 과다, 불임 ⦁피로감, 건망증 ⦁체중 증가, 변비	⦁대사량 증가 ⦁체온 상승 ⦁갑상샘 비대(종양) ⦁더위에 약함, 다한증(땀이 많음) ⦁탈모, 안구 돌출 ⦁심장 박동률 증가, 근육 위축 ⦁월경 불순, 불임 ⦁수면 장애, 신경질적이고 급한 성격 ⦁체중 감소
치료	아이오딘제 복용	갑상샘 기능 억제제 복용 방사성 아이오딘 치료

• 사람의 내분비샘과 호르몬

⑴ 뇌하수체: 간뇌의 시상 하부 밑에 있는 완두콩만한 크기의 내분비샘이다.

① 뇌하수체 전엽

－ 부신 겉질 자극 호르몬(ACTH): 부신 겉질을 자극해 코르티코이드의 분비 촉진

－ 갑상샘 자극 호르몬(TSH): 갑상샘을 자극해 티록신의 분비 촉진

－ 프로락틴(LTH): 임신 시 분비되어 젖샘 발달과 젖 분비 촉진

－ 여포 자극 호르몬(FSH): 여포와 난자 성숙 촉진

－ 황체 형성 호르몬(LH): 배란 및 황체 형성 촉진

－ 생장 호르몬(GH): 성장기에 뼈와 근육 등 결합 조직의 생장 촉진

② 뇌하수체 후엽

－ 항이뇨 호르몬(ADH, 바소프레신): 콩팥에서 수분의 재흡수 촉진

－ 옥시토신: 분만 시 자궁 근육의 수축 촉진

⑵ 갑상샘과 부갑상샘

① 갑상샘: 성대 바로 아래쪽 기관의 연골에 나비 모양으로 붙어 있는 내분비샘이다.

－ 티록신: 세포 호흡 촉진

－ 칼시토닌: 혈장 칼슘 농도 감소

② 부갑상샘: 갑상샘의 뒤쪽에 있는 두 쌍의 콩알 크기만 한 내분비샘이다.

– 파라토르몬: 혈장 내 칼슘 농도 증가

⑶ 생식샘

① 정소: 테스토스테론이 분비되어 정자의 생산을 촉진하고 근육을 발달시키는 등 남성의 2차성징 발현 촉진

② 난소

－ 에스트로젠(여포 호르몬): 여포에서 분비되고, 여성의 2차 성징 발현 촉진

－ 프로게스테론(황체 호르몬): 황체에서 분비되고, 배란을 억제하며, 자궁 내벽을 두껍게 유지하여 임신을 지속시킨다.

⑷ 부신

① 부신 겉질: 부신 겉질 자극 호르몬(ACTH)에 의해 분비 조절한다.

－ 당질 코르티코이드(코르티솔): 혈당량 증가

－ 무기질 코르티코이드(알도스테론): 콩팥의 세뇨관에서 Na+의 재흡수 촉진

② 부신 속질: 교감 신경의 조절을 받는다.

－ 에피네프린: 간에서 글리코젠을 포도당으로 분해하여 혈당량을 증가시키며, 심장 박동을 촉진하고, 혈압 상승 및 혈관 수축 등을 일으킨다.

⑸ 이자: 소화액을 만들어 내는 외분비샘이면서 동시에 내분비샘이다.

① α 세포

－ 글루카곤: 간이나 근육의 글리코젠을 포도당으로 분해하여 혈당량 증가

② β 세포

－ 인슐린: 포도당을 글리코젠으로 합성하여 간이나 근육에 저장하며, 혈액의 포도당을 세포로 이동시켜 혈당량을 감소시키고, 인슐린이 결핍되면 포도당이 오줌 속에 섞여 나오는 당뇨병에 걸린다.

• 티록신 분비와 체온 조절

티록신 분비 조절의 예는 음성 되먹임으로 조절되는 과정을 설명한다. 한 가지 주목해야 할 점은 티록신 농도가 항상 일정하게 유지되는 것은 아니다. 환경에 따라 시상 하부에서 분비되는 TRH의 양이 달라지고 따라서 티록신 농도도 환경에 따라 변하게 된다. 체온 조절의 예는 피부로 가는 혈액의 양을 조절하여 체온이 조절되는 것을 보여 준다. 이는 부신에서 분비되는 에피네프린이 중요한 역할을 한다. 사람의 경우는 티록신이 체온 항상성에 이바지하는 바가 거의 없는 것으로 알려져 있다.

• 혈당량 조절

혈당량이 낮아지는 것은 높아지는 것보다 매우 위험한 상태이다. 신경 세포는 저장된 에너지가 없으므로 혈당이 없는 상태로 몇 분만 지나도 손상을 입기 시작한다. 사람 몸에는 혈당이 낮아지지 않도록 해주는 호르몬이 여러 가지 있어 어느 하나가 작동하지 않는다고 해도 다른 호르몬이 작용하여 혈당을 높게 유지할 수 있다.

• 말단 비대증

말단 비대증은 생장 호르몬의 과다 분비로 일어나는 질환이며 현대 의학에서는 내시경 수술도 가능하고 소마토스타틴이나 도파민을 복용하는 방법도 개발되어 있다. 증세와 부작용 여부에 따라 치료법을 다양하며 이런 치료법의 개발 덕분에 말단 비대증의 증세를 보이는 사람의 수가 많이 줄어들었다.

 

참고자료: 지학사 생명과학1 교과서, EBS 수능특강, 생명과학1