복수조절을 위한 신장의 사구체의 구조 및 작용 소변생성 원리의 이해

복수조절을 위한 신장의 사구체의 구조 및 작용 소변생성 원리의 이해 신장기능/질환/패혈증/이미지들 / 각종소화기질환 자료

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복수조절을 위한 신장의 사구체의 구조 및 작용 소변생성 원리

<잠시만....>

아래는 제처가 중증간경화로 복수조절이 잘 되지않아 왜 그런지를 좀더 의학적으로 신장의 구조와 기능 원리에 관하여 심층적으로 알아야 할 필요가 있을것 같아 정리한 글입니다.

그리고 제 처와 같이 중증 간경화로 복수조절에 고생하시는 환자분들에게 조금이라도 도움이 되지 않을까 하여 올려드리는 글 입니다.

복겅에 복수가 차지않고 복강에 차 있는 복수를 원만하게 빼내기 위해서는 물론 이뇨제가 우선적으로 사용되어야 합니다.또한 저염식이나 무염식, 지나친 수분흡수등을 삼가야 하는것은 모두 잘알고 있을것입니다. 그러나 비뇨기계통을 통해 소변이 어떤 원리로 생성되고 배설되는 원리를 잘 알고 있는 사람은 드물것입니다.

그래서 저는  제가 알고있는 범위내에서 위의 방법을 제외하고 다른방법은 없을까를 공부하고 연구하던중 신장의 소변생성원리를 우선 사구체의 구조와 원리 중심으로 설명하고자 합니다. 

 

신장에서 소변을 제대로 생성하기 위해서는 신장의 여러 기관중 보우먼 주머니(사구체주머니)와 사구체의 역할이 제일 크며 무었보다 사구체의 여과압, 교질삼투압, 보우만 주머니의 세포간압, 세뇨관벽압등을 제대로 이해하는것이 중요하고 무엇보다 수축기 혈압이 최하 80mmHg이하로 떨어지면 복수가 잘빠지지않는 원리와 50mmHg이하로 떨어지면 소변이 전혀 생성될수 없다는것을 이해하는것이 매우 중요합니다. 

대개 중증 간경화 환자분들은 비장비대를 많이 동반하고 있어 간문맥 고혈압으로 식도정맥류출혈을 가지고 계신분들이 너무 많습니다. 그리고 중증 간경화로 간의 기능이 많이 떨어져 간의 알부민 생성 능력이 많이 떨어지게 됩니다. 이는 대량의 복수가 차게되는 원인이 되며  또한 간문맥으로 들어가야할 혈액이 간이딱딱해져서 간으로 들어가지 못하고 비장이나 식도 정맥, 위정맥 또는 다른 복부장기로 들어가 식도정맥출혈이나 위정맥출혈을 일으켜 목숨을 매우 위태롭게 하기도 합니다. 따라서 주치의는 식도정맥출혈이나 위정맥출혈을 일으키면 매우 위험하기 때문에 이를 예방하기위해 혈압을 떨어뜨리는 혈압강하제(대개 인데놀을 많이 처방합니다.)를 처방하게된다. 

그렇게 되면 혈압이 제 처의 경우 수축기 혈압이 70mmHg이하로 떨어질때도 많이 있었습니다. 그럴때마다 주치의에게 혈압이 이렇게 낮아도 괜찮으냐고 물어보면 귀찮다는듯이 간경화라서 그런것이며 더 높으면 식도정맥류출혈이 생길수 있다며 혈압에 대해서는 일절 말이없다. 그러나 복수는 엄청나게 차고 이뇨제를 먹어도 잘빠지지를 않아 실제 보호자가 환자를 위해 고통을 덜어줄수있는 일은 아무것도 없습니다.  

복부가 지나치게 팽만하여 숨도 제대로 쉬지를 못하고 식사도 전혀 할수 없고 물조차 먹을수도 없는 제 처나 환자분들의 그 고충은 정말 눈물을 삼킬정도로 비참합니다. 이를 겪어보지 않으신분들은 쉽게 이해가 잘 가지않으실수도 있겠습니다만 실제 현실이 그렇습니다. 그런데 웬일인지 지난 12월 14응급실에  입원했을때는 전혀 뜻하지도 않게 식도정맥류 출혈이 어떤지 식도와 위 내시경 검사를 진행헀다.  

결과는 혈압 강하제인 인데놀을 4~5년을 먹어서인지 식도상태는 가장 좋은 F1등급을 받아 지금은 인데놀을 모두 끊고 섭생으로 혈압 올리는데 많은 노력을 기울리고 있다. 그래서 그런지 이뇨제는 먹고있긴 하지만 전처럼 복수도 많이 차지않고 복수도 잘빠지는거 같아 한결 마음이 편하다. 그래서 식도정맥류가 심하다면 어쩔수 없이 혈압강하제를 먹어야 하지만 그렇지 않으신 환자분들로 평소에 저혈압이 있으시고 복수가 조절이 잘 되지않으시분들은 수축기 혈압이 최소한 90mmHg 이하로 떨어지지 않토록 관리 하시는것이 복수관리에 매우 중요하다는점을 말씀 드립니다. 

가능 하시다면 90mmHg이상 100mmHg까지 나올수 있도록 하시면 복수조절은 큰 문제가 없을것으로 생각됩니다. 혈압이 80mmHg이면 사구체 여과압은 실제 동맥혈압의 70%정도이므로 56mmHg로 실제 삼투압 35mmHg를 빼면 21mmHg정도 밖에 되지않아 거의 소변으로 나오는 양은 극히 적다고 봐야 합니다.  

그러나 동맥혈압이 정상혈압인 110인사람은 사구체 혈압이 77까지도 올라가므로 수입세동맥쪽의 모세혈관 혈압은 77-35=42mmHg가되어 소변이 충분하게 잘 빠질수가 있습니다. 최소한 소변이 빠질려면 혈장교질삼투압25mmHg + 보우만주머니 세포간압 10mmHg=35mmHg보다 사구체 여과압은 훨씬 높아야 합니다. 이는 아래글을 잘 읽어 보시면 아실수가 있으며 그 이유를 관련 그림들을 보며 상세하게 알아보도록 하겠습니다. 참고하시기 바랍니다.=>기도하는 마음

         

1.신장의 기본기능

신장은 강낭콩 모양으로복부후면 좌우측에 두개가 있으며 혈액을 정화하고 단백질을 분해하며 삼투압을 조절하는 역할을 하는 장기입니다.

신장이 하고 있는 기능은  

1) 체내 노페물 제거

2) 인체내 수분 균형 및 산, 알칼리 평형의 유지

3) 혈압을 조절하는 호르몬의 분비

4) 성장을 조절하는 비타민의 합성

5) 적혈구 생성의 조절

6) 미네랄의 재흡수와 배설을 조절

 

신장은 24시간 쉬지 않고 일하며 하루에도 약 200L의 수분을 거르고 재흡수하여

이중 약 2L가 방광에서 약 1~8시간 머무른 뒤 소변으로 배설됩니다.

2. 신장의 구조

- 네프론 : 사구체, 보먼주머니, 세뇨관

- 말피기소체 : 사구체, 보먼주머니

- 신동맥에서 나온 혈관 ⇨ 사구체(실타래 모양) : 모세혈관 ⇨ 세뇨관 감쌈 ⇨ 신정맥

- 보먼주머니 ⇨ 세뇨관 ⇨ 집합관 ⇨신우 ⇨ 수뇨관 ⇨ 방광 ⇨ 요도

<그림설명>신장은 아래 그림처럼 크게나누어 피질,수질,신동맥,신정맥, 신우 세뇨관으로 구성되어있으며 이는 아래그림의 가장우측에 있는 네프론 다발들로 이루어져 있습니다. 

개별 신장의 상세도

<그림설명>아래는 신장의 종단면을 보여주는것으로 상세한 구조와 각부분의 명칭을  보여준것으로 위 그림의 네프론 다발로 구성되어있습니다.

<그림설명>아래그림은 신장내에 있는 한개한개의 네프론의 위치와 개략적인 구조를 보여준것입니다. 네프론은 소변을 만들어내는 콩팥의 구조와 기능의 기본 단위로, 사구체(토리)와 이를 싸고 있는 보먼주머니, 요세관으로 구성됩니다. 요세관은 토리쪽세관(근위세관), 콩팥세관고리(헨레고리), 먼쪽세관(원위세관) 및 집합관의 순으로 구성됩니다. 토리를 통과한 여과액은 요세관에서 재흡수 및 분비작용을 거치고 소변이 만들어진다. 좌우 신장에는 각각 110만~160만 개의 네프론이 있어 총 250만 개 정도의 네프론이 있다.콩팥은 배의 복막안(복막강)에 오른쪽, 왼쪽에 쌍으로 2개가 위치하며 네프론은 콩팥 내에 존재하는 구조적, 기능적 단위이다.

[출처] 초간단 개념 이해 - 네프론|작성자 IT입문

 

<그림설명>아래는 위 그림의 단위 네프론의 상세한 구조를 보여준것으로 이는 크게 나누면 혈관내에서 노폐물을 여과시키는 사구체(보우먼주머니와 토리) 그리고  소변을 생성하여 혈관으로부터 빠저나온 인체에 필요한 성분들을 재흡수하는 는 세뇨관의 개략적인 구조를 보여준것이다.

자료]신장의 구조와 기능|작성자 KODA

<그림설명>아래는 위의 그림에서 사구체주머니(보우먼주머니)의 개략적인 구조를 보여주는 그림입니다.

                      

                    보우만주머니내의 사구체 상세도 

사구체, 보우만 주머니의 각부에 미치는 압력

<그림설명>사구체 주머니는 수입동맥과 수출동맥의 미세한 혈관뭉치로 이루어져있으며 이 사구체주머니가 신장에서 가장 기본적인 기능을 하는 기관입니다. 아래는 수입세동맥의 혈압과 보우먼 주머니내에 있는 모세혈관의 혈압(삼투압), 보우먼낭의 세포와 세뇨관의 내압을 표시한것으로 이러한 압력들의 차이로 사구체에서 수분과 노폐물이 세뇨관으로 빠저나오는 원리로 신장을 이해하는데 가장 중요한 대목입니다. 이는 매우 중요한것으로 좀더 상세하게 설명드립니다.

사구체는 소동맥이 갑자기 모세혈관으로 갈라져 얽힌 실타래 처럼 생긴 부분을 말합니다. 사구체주머니(보먼 주머니)가 둘러싸고 있습니다.

신장의 네프론에서 일어나는 오줌의 생성은 보먼주머니로 들어오는 수입세동맥은 사구체로 들어오게 됩니다. 이 사구체의 내벽에는 수많은 작은 구멍(토리구멍, fenestrae)이 있으며 모세혈관보다 투과성이 높습니다. 직경이 약 10nm정도의 다공성막으로 혈액이 이곳을 통과할때 직경이 7nm이상의 큰물질(혈구, 단백질등)은 통과하지 못하고 이보다 작은 물질만이 여과되어 세뇨관공간내로 들어가게 되는것입니다. 

이러한 말피기소체에서의 여과는 여과압(수입세동맥이 보우만주머니안의 모세혈관에서 노폐물이나 수분이 빠저나게하는 압력)에 의해 결정되는데, 혈압(정수압)은 일반조직에 분포하는 모세혈관의 혈압보다 높아서 약 60-75 mmHg이고   혈액의 교질 삼투압(수입세동맥이 보우만주머니안의 모세혈관에서 노폐물이나 수분이 빠저나오지 못하게하는 압력)은 약 25 mmHg~30 mmHg입니다.

즉 사구체에서 노폐물과 수분이 빠저나오는 것은 사구체의 여과압이 혈액의 교질삼투압보다 크기때문입니다.

 

사구체의 혈압이 일반 모세혈관보다 높은 것은 사구체내의 모세혈관이 세동맥(유출세동맥)에 연결되어 있기 때문이며, 보먼주머니 공간의 내압이 10 mmHg이고 - <[사구체 여과압 = 사구체 정수압 -(혈장교질삼투압+보만공간 정수압)] = 70-(25+10)=35 mmHg >이 35mmHg이므로 일반조직의 여과압인 10 mmHg에 비하여 월등히 높기 때문에 사구체 내에서 여과가 용이하게 이루어지는 것입니다. 반면 동맥혈압이 50 mmHg이하에서는 사구체의 여과가 일어나지 않으며 오줌의 생산도 정지되게 됩니다.

 

사구체를 의학에서는 "토리"라는 말로 사용하는데, 토리는 긴 모세혈관이 복잡하게 엉켜있기 때문에 여과하는 막의 넓이가 매우 넓게 분포되어 있습니다.

[출처] 사구체에서의 유체 정압|작성자 조 다니엘

 

<그림설명>혈압조절을 위한 레닌-안지오텐신-알도스테론 시스텝

(renin-angiotensin-aldosterone system)의 작동원리

혈압의 감지는 방사구체장치(사구체 근처 존재)에서 일어납니다.

방사구체 장치를 상세히 알기위해서는 아래의 제 블로그링크를 참조하시기바랍니다.

링크(방사구체장치) : http://blog.naver.com/kimyhkimyh/220897361420

혈액량이 줄거나 혈압이 떨어지거나 또는 이 두 가지가 같이 생기게 되면 신장(콩팥) 에 있는 특수한 세포에서 레닌(renin)이 분비됩니다. 레닌은 일단 혈액에 들어오면, 레닌-안지오텐신 시스텝(renin-angiotensin system)이라는 효소에 의한 연쇄반응을 일으켜, 안지오텐신 II(angiotensin II) 호르몬을 생성하도록 합니다.

 

안지오텐신 II는 부신피질(suprarenal cortex)에서 알도스테론의 생산을, 뇌하수체 후엽에서는 ADH의 생산을 촉진하게 되구요. 이 두 호르몬은 함께 콩팥에서 염분과 수분의 재흡수를 촉진합니다. 또한 안지오텐신 II는 갈증이 나게 만들고, 혈압을 올리는 역할을 합니다. 

혈압 감소 → 방사구체 감지 → [레닌-안지오텐신 활성화] → 부신피질 자극 → 무기질 코르티코이드(알도스테론) 분비 증가 → [Na+ 재흡수 촉진 -->수분 재흡수 촉진] → 혈압 상승 [출처] 혈압의 감지는 방사구체장치 - 레닌-안지오텐신 시스템|작성자 조 다니엘

토리의 구조<그림설명>토리에 있는 고리 모양의 가는 동맥에서는 내피와 발돌기층, 바닥막에 부착된 혈관사이세포(mesangialcell)가 보인다. 토리모세혈관 바닥의 압력은 다른 모세혈관보다 매우 높다. 혈관사이세포는 이러한 높은 압력에 견딜 수 있는 구조로 되어 있다.

아래 그림은 보우만 주머니 내의 수입동맥(들세동맥)과 수출동맥(날세동맥)의 모세혈관을 확대해서 그린 그림으로  모세혈관보다 큰 적혈구나 백혈구,단백질등은 모세혈관 밖으로 쉽게 빠저나갈수 없으며 이들보다 크기가 작은 노폐물이나 단른 유기물질,수분등은 토리상피세포의 여과틈새를 빠저나와 세뇨관속으로 들어가게 된다.

그럼 소변의 형성에 관하여 좀더 상세하게 살펴보기로 한다.

소변의 형성은 결과적으로 혈액의 성상을 항상 노폐물 없이 깨끗하고 우리몸의 신진대사를 보다 원활하게 유지하도록 변화시키는 방법이다.

소변의 형성원리

<그림설명>아래는 전체적인 소변의 생성과정을 간단하게 표시한것으로보우먼 주머니에서 소변이 여과되어 세뇨관을 지나면서 세뇨관을 감싸고 있는 수출동맥혈관에서 노폐물이 세뇨관에 재분비가 되고 세뇨관으로 빠저나온 물이나 포도당, 아미노산,무기염류등 우리몸에 필요한성분들이 수출동맥혈관으로 재흡수되고 남은 것들이 집수관을 거처 방광으로 들어간후 소변으로 빠저나오는것을 볼수 있다.

   

 

1. 사구체의 여과

사구체여과는 소변을 만드는 첫 번째 단계이다.

여과: 혈액이 사구체모세혈관으로 들어옴 ⇨ 사구체모세혈관막 ⇨ 사구체낭(보우먼 주머니)으로 여과

사구체모세혈관의 내피세포는 창이라고 불리는 큰 구멍을 가짐(위의 토리의 구조에서 여과틈새:filtration slits) 지름이 모세혈관 구멍보다 큰 물질 (혈구) 는 여과되지 못하고 그 외의 혈장내의 대부분 용질(인체내에서 불필요한 노페물이나 독소, 체액, 그리고 과다섭취한 유기물질이나 영양소)들은 여과된다.

(1) 사구체초여과

사구체낭에 여과되는 체액은 혈액의 정수압에 의해 형성되기 때문에 사구체초여과라고 부름

사구체와 사구체낭 사이의 여과를 가능하게 만드는 원동력은 다른 모세혈관에서와 마찬가지로 스탈링의 힘 or 스탈링의 압력이다.

 

 

네 개의스탈링의 압력 ★

➊사구체의 모세혈관압 (여과촉진)=>사구체의 모세혈관에서 노페물이나 수분을 빠지게하는 힘

➋ 사구체의 교질삼투압 (여과방해)=>사구체의 모세혈관에서 노페물이나 수분이 빠지지 

   못하게하는 힘

➌ 사구체낭의 정수압

➍ 사구체낭의 교질삼투압 (여과방해)

 

그러나 사구체에서 사구체낭으로 여과되는 단백질의 양은 무시해도 좋은 정도로 작기 때문에 사구체낭의 교질삼투압은 0 이라고 할 수 있다.

 

GFR = Kf [(Pgc-Pbs) - πgc] / 사구체 여과율 mL/min)

 

Kf = 여과계수(mL/min)

Pgc = 사구체 모세혈관압 50mmHg

⟶ 여과를 촉진시키는 압력

⟶ 수축기 80~180mmHg가 유지되어야만 50mmHg를 유지함

 

Pbs = 사구체낭의 정수압 (10mmHg) ⟶ 여과 방해압력

πgc = 사구체의 교질삼투압 (30mmHg) ⟶ 여과 방해압력=>25~30mmHg사이로보면된다.

<여과초기>

  사구체 모세혈관압 (50mmHg)=> 50~55mmHg사이로본다.

- 사구체 교질삼투압 (30mmHg)

- 사구체낭의 정수압 (10mmHg)

────────────────

여과압력               10mmHg

⟶ 사구체의 모세혈관압이 더 높기 때문에 여과가 이루어짐

 

<여과말기>

  사구체 모세혈관압 (50mmHg)

- 사구체 교질삼투압 (40mmHg)

- 사구체낭의 정수압 (10mmHg)

────────────────

여과압력                 0mmHg

⟶ 여과압력이 0이어서 여과가 이루어지지 않음 (소변X 무뇨증)

⟶ 사구체 교질삼투압이 높아짐! (삼투압-짠 음식 섭취 시 물마시지 않으면 소변의양↓)

위의 사구체 모세혈관압이 지나치게 높던가 낮으면 위의 RAA(레닌-안지오텐신-알도스테론 시스텝)에 의해 자동적으로 사구체 모세혈관압이 50~55mmHg정도로 조절된다.

(2) 사구체의 여과율의 조절

사구체여과율에 영향을 미치는 것 - 수입소동맥의 혈관 확장과 수축

수입소동맥의 지름의 변화는 외인성(교감신경) 과 내인성(혈압) 조절에 의해서 나타남

교감신경의 흥분(혈압 증가)은 수입소동맥 수축 촉진 ⇨ GFR (사구체 여과율) 감소 ⇨ 소변생성 이 감소하게된다. 

응급상황이 발생하여 혈압의 저하가 나타날 시 혈압의 저하를 보충, 혈액을 중요기관으로 전환되는 계기를 마련할 필요가 있으나 혈액의 양이 외부요인이나 지나친 출혈이 없는상태라면

RAA(레닌-안지오텐신-알도스테론 시스텝)에 의해 자동적으로 사구체모세혈관압이 

50~55mmHg정도로 조절된다. 

전신의 동맥혈압 80mmHg로 떨어지면 실제 수입세동맥의 혈압은 전신동맥의 70%밖에 되지않으므로 실제 수입세동맥의 혈압은 56mmHg까지 떨어지게 되어 상대적으로 모세혈관의 압력은 많이 떨어지게 되므로 소변생성이 극히 적어지게 된다. 

 

조직모세혈관과 세뇨관의 물과 무기질의 흡수와 재흡수의 작용기전01

<그림설명>아래 그림은 사구체에서 생성된 노폐물이 세뇨관의 어느 위치에서 혈관으로부터 빠저나온 어떤 무기물질이 혈관으로 재흡수가 되고 이뇨제의 종류에 따라 세뇨관의 어느위치에서 아떤 작용을 하여 이뇨작용을 촉진하는지등을 보여주는 그림입니다. 

물과,무기질의 흡수와 재흡수

 

<그림설명> 위의 그림은 근위곱슬세뇨관과 원위곱슬세뇨관에서 각 무기질과 물이 세뇨관의 어느위치에서 조직모세혈관으로 재흡수되고 세뇨관안에는 칼륨과 수소 소변만 남게되는 과정을 설명한것으로 빨간색으로 표시된 물질들과 화살표는 신장의 피질과 수질 조직의 모세혈관으로 재흡수되는것을 표시하며 녹색으로 표시된 물질(칼륨,수소,노변은)은 신장의 피질조직의 모세혈관에서 원위 세뇨관으로 분비되는것을 나타냅니다.    

조직모세혈관과 세뇨관의 물과 무기질의 흡수와 재흡수의 작용기전02 

<그림설명>

<그림설명>사구체 내의 혈액에서 보먼 주머니로 여과된 물은 세뇨관을 따라 내려가면서 세뇨관 내의 원뇨와 이를 둘러싼 모세 혈관 내 혈액 간의 농도차로 인한 삼투 현상으로 세뇨관에서 모세 혈관 쪽으로 99%정도가 재흡수됩니다

[출처] 복수조절을 위한 신장의 사구체의 구조 및 작용 소변생성 원리의 이해|작성자 기도하는 마음