Homeostasis and Integration : The Foundations of Physiology (2)

 

 

항상성? 그래서 그거 어떻게 하는건데

 

 

 

모든 건 뇌가 지배한다. 물론 가오는 빼고..

 

우리는 조상님들이 늘 강조하셨듯 지조와 절개를 지키고 있었다. 체온, 혈당 등등... 

각설하고 항상성은 앞서 서술하였듯 똑같은 수치를 유지하는게 아니다. 높아지면 낮추려하고, 낮아지면 높여서 일정 범주를 유지하게 한다. 위의 그림에서 볼 수 있듯이 세포가 자신의 일을 수행하려면 일을 제일 잘 할 수 있는 환경을 조성해주어야 하는데 온도가 너무 높아지거나 낮아지면 세포는 대사를 할 수 없다. 이를 뇌가 인식하고 그에 맞게 환경을 설정해준다.

 

 

 

물론 이건 모두가 그러는 것은 아니다. 우리같은 인간은 날씨가 어떠하던 습도가 어떠하던 그런건 알 바 아니다. 내 몸은 늘 36.5 °C로 유지되어야 한다. 당뇨병에 걸리지 않으려면 식사 후 높아진 혈당을 적당한 수준으로 낮춰주어야 한다. 이렇게 내 자신을 늘 통제하는 생명체는 Regulator이다. 위 사진에서 볼 수 있듯 나비는 본인이 조절할 수 있는 능력이 떨어지기 때문에 극한의 환경을 피해야 생존에 유리하다. 이를 Avoider라고 볼 수 있다. 그리고 변하는 온도에 순응하며 살아가는 생물이 있다. 이를 Conformer라고 한다.

 

 

항상성을 유지하는 기작이 다 다르다

 

 

피드백 조절

 

항상성 조절의 대표주자 음성피드백

 

항상성 조절에 있어서 가장 핵심인 조절 방식, Feedback이다. 그 중 Negative feedback은 매우 흔히 관찰할 수 있다.

 

" 결과가 원인을 억제한다. "

 

과잉으로 산물이 생성되지 않도록 필요한 만큼의 물질이 생성되면 반응이 조절되어 통제된다. 왜냐하면 뇌에서 설정한 Set point(설정점)이 있기 때문이다. 우리는 그 수치의 범주에 크게 벗어나야 하지 말아야 한다. 이 논리를 절대 잊지말자.

우리가 집에서 에어컨을 조절하는 방식과 유사하다

 

음성피드백에 대한 대표적인 기작 중 하나이다. 체온이 낮아지면 뇌는 높이도록 Set point를 설정하고 체내 각종 시스템은 이를 위해 일을 하게 된다.

 

 

하지만 Negative feedback에는 단점이 있다. 결과로 인해 원인을 통제받기 때문에 결과가 나오는 시간으로 인해 반응이 딜레이가 발생한다는 점. 딜레이로 인해 새로운 환경에 닥쳤을때 제대로 된 기능들을 수행하지 못할 수도 있다.

그래서 우리는 이를 극복하기 위해 다음과 같은 방법을 수행할 수 있도록 진화했다.

1. Anticipation(미리 예측하는것) 그리고 Feedfoward(피드 포워드) : 환경이 변하기 전 미리 예측해 지연되는 시간을 단축시킨다. 예를 들어 추운 곳에 들어왔을 때 우리 몸은 체온이 더 낮아지기 전에 미리 몸을 떤다. 이를 통해 내부 온도가 변하기전 외부 온도에 대항한다.
2. Acclimatization systems(순응) : 새로운 환경에서 그 환경에 맞게 자신의 몸의 상태를 바꾼다. 예를 들어 겨울이 오면 곰은 체지방층을 늘려 환경 변화에 적응한다.

 

항상 항상성 유지를 하는건 아니다(라임 오졌고)

Homeostasis를 유지하지 않는 경우

• Dormancy(휴면) : 휴면이라 함은 겨울잠. 겨울잠을 자는 포유류는 Negative feedback이 작동하지 않는다. 그래서 이때 생존을 위해 에너지 사용을 최소한으로 줄이기 위해 체내 환경을 조정한다.
• On-demand regulation(수요조절) : 음식물을 소화할 때 음식물이 위장에 유입되면 위의 평활근과 분비선이 활성화되지만 음식물이 위장 안에 없다면 비활성화되는 매커니즘이 존재한다. 이는 Homeostasis라고 볼 수 없으며 Rheostasis라고 본다. Rheostasis는 조절된 변동상태라고 알아두자.
• Reset systems(리셋 시스템) : 이는 Set point가 관여한다. 일시적인 리셋으로는 고열이 있다. 체온의 설정점을 높인다. 보통 바이러스 등의 병원체를 사멸시키기 위함인데 설정점을 높이게 되면 우리 몸의 단백질에도 영향이 가므로 최후의 보루라고 할 수 있다. 일종의 스팀팩..? 영구적인 리셋으로는 2차 성징이다. 남자는 남성호르몬의 비율이, 여자는 여성호르몬의 비율이 높아진다. 주기적 리셋의 경우 여성의 월경, 겨울잠으로 설정점이 바뀌는 경우를 볼 수 있다.
• Positive feedback systems(양성피드백) : 급격한 변화가 일어날 때 내 몸에서도 신속한 변화를 만들어 내기 위해 나타나는 매커니즘이다. 대표적으로 출산 시 자궁 수축이 그 예이다. 수축이 끝날 때까지 더 수축을 촉진하게 된다. 항상성을 유지하기 위해서는 이 피드백은 자주 일어나는 매커니즘이 아니다.

 

음성이 있다면 양성도 있을터   코로나처럼(?)

 

Positive feedback은 증폭이라 할 수 있다. 하지만 항상성을 유지해야 하는 우리 몸에서는 흔히 관찰되지 않는다. 특정한 상황에서 이 매커니즘은 발동한다.

Oxytocin(옥시토신 호르몬)과 출산 중 자궁수축 : 매우 대표적인 케이스. 옥시토신의 분비가 계속 증가하여 경부를 계속 압박한다. 이는 출산이 완료되면 catastrophy로 종료된다.

 

하지만 여기서 Positive feedback은 위험을 초래할 수 있다. 앞서 언급했듯 항상성 유지가 깨질 수 있고 이는 생명에 위협이 될 수 있다. 때문에 이는 목적을 달성하면 중단되어야 한다.

 

Instrinsic controls(내재적 조절) : 세포 그 자체가 하는 것. 항상성 유지. 외부의 관여가 거의 없는 상황이다. Tissu면 tissue 그 자체에서, organ이면 organ 그 자체로 조절된다. ATP를 많이 만들어 내기 위해서는 산소를 많이 소비해야한다. 만들어낸 ATP를 muscle이 사용한다. 산소 소비량이 많아진다는 것은 이산화탄소가 늘어난다는 것. 그 결과 Hydrogen ion의 농도가증가하고 이는 곧 pH가 변화한다. 즉, pH를 우리 몸이 인식한다는 것은 산소 레벨을 측정한다는 것이다. 산소가 부족해지면 그 곳에 혈류량을 늘려야한다. 혈관의 두께를 키워야 하므로 smooth muscle이 이완.

 

Extrinsic controls(외재적 조절) : Organ 자체로 본다면 organ의 활동을 변화시키기 위해 그 organ 밖에서 시작되는 조절. 신경계가 우선순위를 판단하여 혈액을 소화 시스템에서 근육 시스템으로 전환시키는 매커니즘이 예. 초식동물은 상대적으로 뇌가 작고 소장이 길다. 야채는 소화가 잘 안되기 때문.

 

 

동물의 신체 시스템은 기능에 따라 여러 그룹으로 분류되고 그 그룹들은 서로 상호작용하여 항상성 유지에 기여한다.