본문내용
1. 생리학 개요
1.1. 항상성과 체액 조성
인체 내부 환경의 일정성을 유지하는 것은 생명체 생존에 매우 중요하다. 이러한 일정성 유지 기전을 '항상성(homeostasis)'이라고 한다. 항상성은 음성되먹임(negative feedback) 기전에 의해 이루어진다. 즉, 내부 환경의 조건이 변화하면 변화의 반대 방향으로 작용하여 내부 환경의 변화를 최소화시켜주는 기전이다. 대표적인 예로 체온 조절 과정을 들 수 있다. 체내 온도가 상승하면 발한 작용이 일어나 체온을 낮추는 반응이 나타나고, 체온이 하강하면 근육 수축을 통해 체온을 높이는 반응이 일어난다. 이와 같이 항상성 기전은 체내 상태가 적정 범위를 벗어나지 않도록 조절한다.
체액은 세포 내액(intracellular fluid, ICF)과 세포 외액(extracellular fluid, ECF)으로 구분된다. 세포 내액은 전체 체액의 약 40%를 차지하며, 세포 외액은 간질액(interstitial fluid, ISF)과 혈장(plasma)으로 구성되어 전체 체액의 약 20%를 차지한다. 따라서 인체 내 총 체액량은 약 60%에 해당한다.
세포막은 지질 이중층으로 구성되어 있으며, 여기에는 운반체, 이온 통로, 펌프와 같은 운반 단백질이 존재한다. 이를 통해 대부분의 물질들이 물과 함께 선택적으로 이동할 수 있다. 세포 내액은 칼륨(K+) 농도가 높고, 세포 외액은 나트륨(Na+) 농도가 높아 전기적 중성을 유지한다. 또한 세포 내 칼슘(Ca2+) 농도는 세포 외 농도보다 약 10,000배 낮게 유지되며, 이러한 농도 차이는 세포 내 대사 반응에 중요한 역할을 한다.
이와 같이 인체는 음성되먹임 기전을 통해 체내 상태를 일정하게 유지하며, 세포막을 통한 선택적 물질 이동으로 체액 구성 및 조성을 적절히 관리한다. 이는 세포와 조직, 기관 등 모든 생명체 기능이 정상적으로 유지되도록 하는 데 필수적인 생리학적 기전이라고 할 수 있다.
1.2. 세포막을 통한 물질 이동
세포막을 통한 물질 이동은 수동이동과 능동이동으로 나뉜다"
수동이동은 화학적 또는 전기화학적 경사도에 따라 에너지 없이 이루어지는데, 단순확산, 운반체에 의한 촉진확산, 그리고 통로확산이 있다" 단순확산은 세포막의 지질층을 통해 일어나며 저용성 물질이 세포 안팎의 농도차에 비례하여 이동한다" 운반체에 의한 촉진확산은 특정 운반체에 의해 수용성 물질이 이동하는 것으로, 특정 물질만을 선택적으로 이동시킨다" 통로확산은 작은 이온들이 운반단백질 통로를 통해 이동하는 방식이다" 또한 삼투압과 삼투 현상에 의해서도 물의 수동이동이 일어난다"
능동이동은 농도 또는 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 물질이 이동하는 현상으로, 에너지가 필요하다" 1차 능동이동은 ATP 등의 에너지를 사용하여 물질을 이동시키는 방식이고, 2차 능동이동은 이미 형성된 다른 이온의 농도경사를 이용하여 물질을 이동시킨다" 대표적인 1차 능동이동 기전으로 Na-K펌프, Ca펌프, H펌프 등이 있으며, 2차 능동이동으로는 아미노산, 당, 이온 등의 이동이 있다"
따라서 세포막을 통한 물질이동은 수동이동과 능동이동의 다양한 기전을 통해 이루어지며, 이를 통해 세포 내외의 물질 교환 및 항상성 유지가 가능하다"
1.3. 세포막의 흥분성
세포막의 흥분성은 신경계와 근육계의 기능과 밀접하게 관련되어 있다." 세포막의 안정적인 분극 상태는 세포 내외 이온의 농도 차이에 의해 유지되고, 이러한 막전위의 변화에 따라 세포가 흥분성을 나타낸다."
세포막의 흥분성은 다음과 같은 특징을 가진다. 첫째, 분극 상태에서 세포 내부는 -70mV 정도의 음전위를 나타낸다." 이는 K+이온이 세포 내부에 높은 농도로 존재하며, Na+이온은 세포 외부에 높은 농도로 존재하기 때문이다." 둘째, 자극이 가해지면 세포막의 Na+채널이 열려 Na+이 세포 내부로 유입되면서 탈분극이 일어난다." 이를 활동전위라 하며, 이 활동전위는 세포막을 따라 전도된다." 셋째, 활동전위가 지나간 후에는 K+채널이 열려 K+이 세포 밖으로 유출되면서 재분극이 일어난다." 재분극이 끝나면 세포막은 다시 분극 상태로 돌아간다."
이러한 세포막의 흥분성은 신경계와 근육계의 기능에 중요한 역할을 한다." 신경세포는 활동전위를 생성하고 전도하여 정보를 전달하며, 근육세포는 활동전위에 의해 수축하게 된다." 또한 심장근육에서도 이러한 세포막 흥분성에 의해 규칙적인 심장 박동이 가능하다." 따라서 세포막의 정상적인 흥분성은 생명체의 다양한 기능 유지에 필수적인 것이라고 할 수 있다."
2. 신경계의 기능
2.1. 자율신경계의 기능
자율신경계는 의식적으로 조절할 수 없는 자발적인 생명활동을 관장하는 신경계이다. 자율신경계는 교감신경과 부교감신경으로 구...
