수분조절 기제와 삼투성 목마름, 그리고 저혈량성 목마름에 대해 알아보겠습니다.
수분은 포유류 신체의 약 70%를 차지합니다. 수분은 좁은 범위 이내에서 조절되어야 하는데 그 이유는 물에 녹아있는 화학물질의 농도가 신체 안의 모든 화학반응의 속도를 결정하기 때문입니다.
순환계에 충분한 체액이 있어야 하는 이유도 혈압을 정상적으로 유지하기 위함입니다. 또한 인간은 음식을 먹지 않고도 몇 주간 살 수 있지만 물 없이는 살 수 없습니다.
목마름은 두 유형으로 구분할 수 있습니다. 짠 음식을 먹으면 삼투성 목마름이 유발되고, 땀을 흘리거나 출혈이 발생해 체액이 손실되면 저혈량성 목마름이 유발됩니다.
수분조절 기제
필요로 하는 수분을 유지하기 위해, 종에 따라 여러 방법을 사용합니다.
물 근처나 물속에 사는 비버를 비롯한 일부 종들은 많은 양의 물을 마시고, 촉촉한 먹이를 먹으며, 많은 양의 묽은 소변을 배출합니다. 반대로 사막 동물들은 물을 마시지 않고도 살아갑니다. 이 동물들은 먹이를 통해 물을 섭취하고, 농도가 매우 진한 소변을 배출하는 것을 포함해 수분 손실을 방지하도록 잘 적응되어 있습니다.
인간은 상황에 따라 계획을 바꿉니다. 만일 마실 것이 충분하지 않다면, 흘리는 땀의 양을 줄이고 진한 소변을 배출하는 방식으로 수분을 보존합니다.
뇌하수체 후엽은 바소프레신이라는 호르몬을 방출시켜, 혈관을 수축시키고 혈압을 상승시킵니다. 혈압이 상승하면 전체 혈액량이 감소한 것을 보상해 줍니다. 또한 바소프레신은 항이뇨호르몬이라고도 알려져 있는데, 그 이유는 이 호르몬이 신장으로 하여금 수분을 재흡수하도록 하여 농축된 소변을 배출하게 하기 때문입니다.
물을 마실 수 없는 상황에서 신체의 수분을 보존하기 위해 수면 중에도 바소프레신이 방출됩니다.
대부분의 경우에 인간은 필요 이상의 물을 마시고 잉여분을 배출합니다. 하지만 과도한 수분 섭취는 체내 염분이 배출될 수 있습니다. 물 마시기의 대부분은 식사와 함께 또는 일상생활에서 이루어집니다.
삼투성 목마름과 삼투압
포유류 체액에 있는 모든 용질의 종합적인 농도는 0.15M(molar) 수준으로 거의 일정합니다.
이렇게 정해진 용질의 농도는 온도의 고정점과 마찬가지로 일종의 고정점으로 간주할 수 있습니다.
따라서 이 고정점에서 벗어날 경우, 용질의 농도를 다시 고정점으로 돌아가게 하는 기제가 활성화됩니다.
삼투압이란 물이 반투과성 막을 통과하여 용질의 농도가 낮은 곳에서 더 높은 곳으로 이동하는 성질입니다.
반투과성막이란 물은 통과할 수 있지만 용질은 통과할 수 없는 막입니다.
왜냐하면 세포막을 기준으로 세포 외부에는 세포외액이 있고 세포 내부에는 세포내액이 있는데, 물은 세포막 사이를 자유롭게 통과하지만 여러 용질은 아주 느리게 통과하거나 전혀 통과하지 못하기 때문입니다.
예를 들어, 인간이 짠 것을 먹으면 나트륨 이온이 혈액과 세포외액을 통해 확산하지만 막을 통과하여 세포 안으로 들어가지는 못합니다. 그 결과 세포 외부 용질의 농도가 내부에 비해 높아져 삼투압이 작용하여 세포 안의 물이 세포외액으로 이동합니다. 어떤 뉴런은 자체의 수분 손실을 탐지하여 정상적인 상태로 회복하도록 삼투성 목마름을 촉발합니다.
삼투압이 목마름을 촉발한 후에는 그만 마셔야 할 때를 아는 것이 중요합니다. 인간은 마신 물이 뇌의 수용체에 작용하여 삼투압이 정상 수준으로 회복될 때까지 마시지는 않습니다. 마신 물은 소화계에서 흡수된 다음 혈액을 거쳐 뇌로 들어가야만 합니다. 이 시간 동안 계속해서 마신다면 너무 많은 물을 마시게 될 것입니다. 즉 신체는 위와 소장의 팽창을 탐지하여 필요한 것 이상의 많은 물을 마시지 않게 됩니다.
저혈량성 목마름과 나트륨 특이적 갈망
땀이나 출혈로 과도한 양의 체액이 빠져나가면, 삼투압은 동일하게 유지되지만 체액이 필요하게 됩니다.
세포로 영양분이 제대로 전달되지 못하고, 심장에서 머리까지 혈액을 공급하기 어려워지게 됩니다.
이렇게 되면 신체에서는 바소프레신과 안지오텐신II가 방출되어 혈관을 수축시킵니다.
혈량이 감소하면 신장에서 레닌이라는 효소가 방출되어 혈액에 있는 안지오텐시노겐이라는 단백질의 일부를 분리해 안지오텐신I을 만들고, 이것은 다시 다른 효소에 의해 안지오텐신II로 전환됩니다. 바소프레신과 마찬가지로 안지오텐신II도 혈관을 수축시켜 낮아진 혈압을 회복시킵니다.
안지오텐신II는 대정맥의 혈압을 탐지하는 수용체와 함께 목마름을 일으키기도 합니다.
이 유형의 목마름은 물과 함께 염분도 보충하여야 한다는 점에서 삼투성 목마름과 다릅니다. 이러한 목마름을 저혈량에 기초한 목마름이라는 의미에서 저혈량성 목마름이라고 합니다. 안지오텐신II가 뇌에 도달하면 뉴런을 자극하고, 뉴런에서 나온 축삭이 안지오텐신II를 신경전달물질로 방출합니다.
삼투성 목마름을 느끼는 동물은 물을 마셔야 하지만 저혈량성 목마름이 있는 동물은 물을 많이 마실 수 없습니다. 그 이유는 체액이 희석되기 때문입니다. 그러므로 염분이 포함된 물에 대한 선호성이 높아집니다.
나트륨 특이적 갈망이라는 선호성은 염분에 대한 요구가 생기자마자 자동으로 발달합니다.
또한 나트륨 특이적 갈망은 부분적으로 호르몬에 의존합니다.
신체의 나트륨 비축량이 적으면 부신에서 알도스테론이 생성되어 신장, 땀샘, 침샘에서 염분이 보존되게 합니다. 알도스테론은 안지오텐신과 함께 혀의 맛 수용체, 뇌 뉴런의 속성을 변화시켜 염분 섭취가 증가하도록 합니다.