인체의 신기한 백업 기능, 항상성과 신항상성 Homeostasis VS Allostasis

 인체에는 항상성이라는 신기한 기능이 있다. 컴퓨터로 생각하면 백업과 비슷한 기능이라고 생각하면 이해하기 쉽다. 항상성이란 쉽게 말해 우리 몸을 원래의 일정한 상태로 되돌리는 기능이다. 간단한 예시로 회복을 위한 염증 반응, 체온을 내리기 위한 땀, 체내 수분량을 줄이기 위한 소변 배출량 증가 등이 있다. 오늘은 인체의 신기한 백업 기능인 항상성과 효율적인 항상성을 위한 재설정 기능인 신항상성에 대해 알아보겠다.

1.   Homeostasis 항상성

 

1)    항상성의 정의

항상성이란 인체 내의 내적 환경을 조절하여 안정되고 일정한 조건을 유지하려는 생리적 특성이라고 정의될 수 있다. 생리학자인 Guyton과 Hall은 ‘배고플 때 음식을 찾고, 두려울 때 피하고, 체온을 일정하게 유지하고, 자손을 번성케 하는 행동은 우리가 스스로 조절할 수 있는 것이 아니라 자동화된 것이며, 이러한 자동화된 시스템을 항상성이다’라고 기술하였다.  항상성 시스템은 설정 되어있는 기준치의 일정범위 내에서 현재 상태에 대한 측정된 정보가 유지될 수 있도록 조절해주는 명령을 내리는 컨트롤타워 역할과 명령에 맞춰 현재의 상태를 원래대로 되돌리는 효과기의 역할을 한다. Homeostasis 항상성 용어는 similar의 의미를 가진 Homeo와 standing still의 stasis의 합성어이다.

항상성: 인체의 생리학적 기능

2)    항상성 작용의 특징

항상성 유지를 위한 신호전달 과정을 요약하여 설명하자면, 크게 자율신경계와 호르몬이 있다. PNS에 속하는 자율신경계는 Neurotransmitter(신경전달물질)를 분비하여 target 기관에 영향을 준다. 호르몬은 혈액을 통해 분비되며 표적 세포에 도달하여 DNA 수준에서의 더 큰 변화를 유발하는 신호라고 할 수 있다. 이러한 항상성 작용에서는 되먹임이라는 Feedback 과정이 이루어지면서 목표 범위에 이르기 위해 지속적으로 현재 상태를 상기시키고, 재차 목표 범위로의 변화를 요구한다. 되먹임 과정이 있기 때문에 크게 범위를 벗어나지 않고 정상 기준치로 돌아가기 유리하다. 항상성은 Cerebral cortex를 통한 의도적인 조절이 아닌 자율신경계를 통한 자동적 반응이다. 하지만 항상 자율신경계의 조절에만 영향을 받는 것은 아니다. 일부 항상성 조절은 주관적인 체험이 일어나기도 한다. 예시로 배고픔이 있다. 이는 욕구를 해결하기 위한 동기로써 항상성 조절을 위한 의도적인 탐색 행위이지만, 생존욕구라는 강제적인 성질에 의한 것이기도 하다. 욕구를 위한 탐색행위, 욕구를 지연시키는 방해요소로 인한 경험 인지, 반복학습을 통한 행위 통제와 변화 등은 항상성 조절 욕구를 지연, 변화시킬 수 있다.
 

3)    항상성 작용 예시

-체온 조절
체온은 음성 되먹임 기전에 의해 조절되는 항상성 작용 중 하나로, 체온이 허용 범위 (약 37도) 이하로 떨어지면 뇌에서 체온 조절중추로 기능하는 부분인 시상하부의 온도감각신경종말에 의해 감지된다. 그러면 이 체온 조절중추는 뼈대근육이나 피부혈관 등 생체기관을 통해 체온을 높이는 기전을 활성화시킨다. 이러한 기전에는 몸의 떨림 유발, 피부혈관을 수축시켜 체내 열 손실 감소(온혈 보유), 행동적 변화 등이 있다.
 
-분만 시 자궁의 수축
분만을 위한 진통이 있을 때, 우리 몸은 자궁의 수축을 위해 옥시토신이라는 호르몬을 분비하여 자궁 수축을 유발한다. 자궁의 수축은 아기의 머리가 자궁목의 수용기를 자극하도록 하며, 이러한 자극에 의해 더 많은 옥시토신이 방출되고 수축력은 더욱 증가된다. 그러나 아기가 태어난 후에는 자궁목의 자극은 사라지고, 옥시토신의 분비 역시 자연스레 감소하게 된다.
 
-삼투압
우리 몸은 체내의 수분량의 증감으로 인해 체액의 농도 변화가 일어나면 항상성 작용이 일어난다. 체액의 농도가 낮아지면 시상하부, 뇌하수체 후엽을 거쳐 분비되는 ADH(항 이뇨 호르몬)의 분비도 낮아져, 소변량을 증가시킴으로써 체액의 농도를 정상화 시킨다. 이에 반하여 땀 배출이나 수분의 부족으로 체액 농도가 높아지게 되면, 항 이뇨 호르몬의 분비를 늘려 체내에서 수분이 빠져나가지 못하게 한다. 콩팥에서 수분을 재흡수 과정이 수분량이 더 이상 적어지는 것을 막는다.
 

체내 순환 기능

 

2.    Allostasis 신항상성

 

1)    신항상성의 정의

항상성이 미리 설정된 기준치, 즉 설정 범위 내의 생리적 변화라면 신항상성은 새로운 목표 범위를 설정하여, 새로 설정된 값에 맞게 항상성이 이루어지는 것을 신항상성이라고 한다. 항상성의 기존 값에 계속해서 돌아가려 노력한다면 장기적으로 생각해보았을 때, 효율성이 떨어질 수 있다. 체내 환경의 변화가 지속적으로 발생하여 기준치로 회복하기 위한 비용이 계속해서 발생한다면, 장기적 관점에서는 기준치를 재설정하는 것이 효율적이기 때문이다.
 

2)    신항상성의 특징

신항상성은 항상성의 지속적인 feedback을 멈출 수 있게 되어 최소한의 욕구만을 발생시킨다. 항상성을 위한 기준치가 재설정 되었기 때문에, 신항상성이 이루어진 이후로는 항상성 작용을 위한 비용이 크게 절감되어 효율적인 생리작용에 큰 도움을 준다. 신항상성의 새로운 항상성 범위의 설정은 미래의 환경적 예측이 가능할 때 효율성이 더 높아지게 된다. 이때 목표 값 재설정을 위한 투자비용을 allostatic load라고 부르며, 신항상성 이후에도 새로운 항상성에 적절히 도달하지 못해 계속된 allostatic load가 발생하게 되면 개체는 탈진에 이르게 된다. 개체가 적응을 포기하는 시기까지 도달할 때, 질병이 발생한다고 allostasis 개념을 정립한 Sterling과 Eyer가 개념화하였다.

약물 복용

3)    신항상성의 예시

-약물 금단 증상
Allostasis의 새로운 항상성 기준 값 설정은 약물 금단 증상이 나타나는 이유와 밀접한 연관이 있다. 약물의 사용을 통해 새롭게 설정된 설정 값에 대한 항상성이 이루어지다가, 약물 복용을 끊으면 원래대로 돌아온 환경에 대해서 다시 목표 항상성 기준을 재설정 해야 하는 상황이 발생한다. 약물을 중단한 상태가 항상성을 파괴하는 상태로 인식되고, 약물의 재사용을 위한 욕구가 발생하게 되는데 이것이 바로 금단 증상이다. 앞서 말한 신항상성 변화가 일어나 유지되던 중독 증상이, 뇌에서는 약물 금단이라는 자극이 스트레스로 다가오게 된다는 것이다. 이는 스트레스 호르몬으로 불리는 cortisol 과잉을 일으키는 등 악순환이 약물 금단으로 인해 반복된다.
 
-약물 내성
우리 몸의 항상성은 약물이 없는 기존 상태를 기준으로 작용을 한다. 약물은 기존 신체의 생리적 메커니즘에 교란을 주는 것에 불과하다. 이러한 교란은 약물의 배설, 즉 약의 일시적 효과가 끝난 후에는 문제가 없다는 의미이다. 하지만 지속적인 약물의 자극을 통해 뇌에서 allostasis가 일어나게 되어 변화가 생겨버린다면 문제가 생긴다. 이는 약물의 작용이 일어나는 기준 값, 쉽게 말해 항상성의 지표가 변화됨으로써 반복적으로 같은 약물을 투여할 시 기존 약물의 효과가 감소될 수 있다는 것이다.
약물을 사용한 해당 개체는 이러한 약물 효과의 감소가 일어나는 내성으로 인해 기존 약물 복용량 보다 더 요구하는 양이 많아지게 되며 결국 부적응에 이르게 된다. 이는 약물을 통한 쾌감과 같은 욕구도 변화시키며, 이러한 욕구 또한 금단증상 해소를 위한 항상성 유지 충족 행위의 일종이 될 수 있다.
 
 
 

3.    참고문헌

 
1)    Waugh Grant, <인체생리학>, 정담미디어(2016), 6-8쪽.
 
2)    박서연(Seoyeon Park);강웅구(Ung Gu Kang). 2014, '중독이란 무엇인가( I )', 중독정신의학, 18(1), 3-16.
 
3)    이용제(Yong-Jae Lee). 2021, '호르몬 불균형과 상호작용의 통합적 이해', Journal of Korean Institute for Functional Medicine, 4(2), 29-34. 10.32581/jkifm.2021.4.2.29