기능

신장은 혈액에서 대사 노폐물을 제거하고 체외로 이것을 배출한다. 이것은 또한 에리트로포이에틴(Erythropoietin)이라는 호르몬을 분비해 적혈구 형성 속도를 조절하는데 도움을 주며 레닌(Renin)이라는 효소를 분비함으로써 혈압을 조절하는 데 도움을 주며 비타민D를 활성화시켜 칼슘의 흡수를 조절하는 데 도움을 주는 것을 포함하는 다양하고 중요한 조절 기능을 수행한다.

신장은 또한 체액의 양, 구성, 및 pH를 조절하는 데 도움을 준다. 이들 기능은 소변을 생성하는 복잡한 기전을 포함하고 있다. 그중 네푸론의 기능에는 혈액으로부터 노폐물을 제거하고 체액내 수분과 전해질 농도를 조절하는 것이 포함돼 있다. 이들 기능의 최종 산물이 요이며 이것은 체외로 배출되고 함께 노폐물, 과도한 수분 및 과도한 전해질을 실어 나른다.

1) 사구체여과(Glomerular Filtration)
요의 형성은 수분과 여러 용해돼 있는 물질이 사구체 모세혈관에서 여과돼 보우만 주머니로 들어갈 때부터 시작된다. 모세혈관 벽을 통한 이들 물질의 여과는 신체 전반에 걸쳐 다른 모세혈관의 소동맥 말단에서 일어나는 여과와 매우 비슷하다. 그러나 사구체 모세혈관은 혈관벽에 나있는 수많은 작은 개구부(창)의 존재 때문에 다른 조직에 있는 모세혈관보다 훨씬 더 투과성이 강하다. 다른 모세혈관의 경우처럼 사구체 모세혈관 벽을 통한 물질의 이동에 관계된 주요 힘은 혈액내 압력이다(사구체 정수압).

또한 이들의 운동에는 사구체 내 혈장의 정수압과 보우만 주머니 내의 정수압이 영향을 미친다. 이들 두 가지 압력의 증가는 모세혈관내 이동을 억제하고 그래서 여과를 감소시킨다. 사구체에서 물질들을 밀어내는 데 작용하는 순수한 압력을 여과압이라 부르며 이것은 사구체의 정수압에서 반대로 작용하는 압력의 합을 뺌으로써 계산될 수 있다.

결과적인 사구체 여과는 보우만 주머니에서 일어나며 이것은 여과시켜 어느정도 같은 성분을 갖고 신체의 어느 부위에나 존재하는 체액이 된다. 즉 사구체 여과물은 대부분 수분이며 여과되지 못하는 거대 단백질 분자들을 제외하고는 반드시 혈장과 같은 물질들을 갖게 된다.

좀더 자세히 말하면 사구체 여과물에는 수분, 글루코스, 아미노산, 요소, 요산, 크레아틴, 크레아티닌 그리고 나트륨, 염소, 칼륨, 칼슘, 중탄산, 인산 및 황산이온이 포함돼 있다.

2) 세관 재흡수(Tubular Reabsorption)
만약 신장세관에 들어가는 사구체 여과물의 구성성분을 세관을 빠져나가는 요의 성분과 비교해 보면 세관을 통과하는 체액에 변화가 일어난다는 것이 명백해진다. 예를 들어 글루코스는 여과물에는 존재하지만 요중에는 없다. 또한 요소와 요산은 사구체 여과물보다는 요중에 상당히 짙게 농축돼 있다.

체액 구성의 이같은 변화는 대부분 세관 재흡수의 결과이다. 이같은 과정에 의해 물질들이 사구체 여과물에서 신장세관의 상피세포를 통해 세관 주위 모세혈관의 혈액으로 수송된다. 수출소동맥은 세관주위 모세혈관보다 훨씬 좁기 때문에 전자에서부터 후자로의 혈류는 상대적으로 낮은 압력에 놓이게 된다.

또한 세관 주위 모세혈관 벽은 다른 모세 혈관의 것보다 훨씬 더 투과성이 있다. 이들 두 가지 인자는 신장세관으로부터 체액 재흡수율을 증가시킨다. 비록 세관 재흡수는 신장세관을 통해 일어나지만 이들의 대부분은 근위곱슬세관 부위에서 일어난다. 이들 부위의 상피 세포는 이들의 자유 표면에 미세 융모라 불리는 수많은 미세한 돌기들을 가지고 있다.

이들 미세한 돌출물은 사구체 여과물에 노출되는 표면적을 크게 증대시키며 재흡수 과정을 증가시킨다. 신장세관의 여러 구역들은 특별한 형태의 수송을 사용해 특수한 물질들을 재흡수하도록 맞춰져 있다. 예를 들어 글루코스 재흡수는 능동 수송에 의해 근위세관의 벽을 통해 일차적으로 일어난다.

또한 수분은 삼투에 의해 근위 세관의 상피세포를 통해 재빨리 재흡수된다. 그러나 원위 세관 부위는 거의 물을 투과하지 못한다. 대개 사구체 여과물중의 모둔 글루코스는 재흡수 된다.

왜냐하면 이것을 수송하는 데 충분한 양의 담체 분자가 존재하기 때문이다. 그러나 때때로 혈장 글루코스 농도가 증가하고 만약 이것이 신장 혈장 역치라 불리는 위험 수위에 도달하면 능동 수송 기전이 잡아갈 수 있는 것 이상의 더 많은 글루코스 분사자 여과물에 존재하게 된다. 결국 일부 글루코스는 여과물에 남아 있게 되고 요로 배출된다.

아미노산 또한 사구체 여과물에 들어가서 확실하게는 3개의 다른 능동 수송기전에 의해 근위곱슬세관에서 재흡수된다. 근위곱슬세관의 상피세포에 의해 재흡수되는 다른 물질들에는 크레아틴, 유산, 구연산, 요산, 비타민C, 인산이온, 황산이온, 칼슘이온, 칼륨이온 및 나트륨 이온이 포함된다. 한 종류로서 이들 물질은 한정된 수송량을 갖고고 있는 능동 수송기전에 의해 재흡수된다. 이같은 물질은 이들의 사구체 여과물중의 농도가 특별한 역치를 초과하기 전까지는 요중에는 나타나지 않는다.

3) 세관분비(Tubular Secretion)
세관 분비(세관 배설)은 이것에 의해 어떤 물질이 세관 주위 모세혈관의 혈장에서 신장세관의 체액으로 수송되는 과정이다. 결국 요로 배설되는 특별한 물질의 양은 사구체에서 혈장으로 여과되는 양보다 훨씬 더 크다. 몇몇 물질들은 재흡수에 이용되는 것과 유사한 능동 수송 기전에 의해 분비된다.

그러나 분비 기전은 반대 방향으로 물질을 수송한다. 예를 들어 페니실린, 크레아티닌 및 히스타민을 포함하는 어떤 유기화합물은 근위곱슬구역의 상피세포에 의해 세관 체액으로 능동적으로 분비된다. 수소이온도 또한 능동적으로 분비된다.

이 경우 신장 세관의 근위부는 수소 이온 농도가 유사한 혈장과 세관 체액 사이에서 다량의 수소 이온을 분비하도록 특수화돼 있다.

수소 이온의 분비는 체액의 pH를 조절하는 데 중요한 역할을 수행한다. 비록 사구체여과물에서 대부분의 칼륨 이온은 근위곱슬세관에서 능동적으로 재흡수되지만 일부는 원위구역과 집합관에서 수동적으로 분비된다.

이 과정 중 세관체액에서 나트륨 이온에 대한 능동적인 재흡수는 세관내에 음전하를 만들어 낸다. 양전하를 띤 칼륨이온(K+)은 음전화를 띤 영역에 끌려 들어가기 때문에 이들 이온은 세관 상피세포를 통해 세관 체액으로 이동한다.

신장의 구조

1) 신장(Kidney)
신장은 매끄러운 표면을 갖고 있는 적갈색의 공 모양의 기관이다. 이것은 성인의 경우 길이가 약 12cm이고 폭이 6cm이며, 두께는 3cm로 질긴 섬유성인 막(섬유성막)으로 싸여있다.

신장은 척추의 양쪽에 복강의 후벽에 위치하고 있다. 비록 신장의 위치가 자세와 호흡운동에 따라 약간씩 변화하지만 이것의 상부와 하부 경계는 일반적으로 12번째 흉추와 3번째 요추 사이에 각각 위치하고 있다. 왼쪽 신장은 대게 오른쪽 신장보다 약 1.5~2cm 정도 높다. 신장은 복막 후강에 위치하고 있으며 이것은 등의 심부 근육의 앞에 그리고 벽측복막의 뒤쪽에 존재하고 있음을 의미한다.

신장은 신장을 감싸고 있는 결합조직과(신근막)과 지방조직 덩어리(신지방)에 의해 위치가 고정된다. 각 신장의 외측면은 볼록하지만 그 내측면은 매우 오목하다. 결과적인 중앙 함몰부는 신동이라 불리는 텅빈 방에 다다르게 된다. 이 신동의 입구를 신장문이라 부르며 이곳을 통해 여러 혈관, 신경, 림프관 및 요관이 통과한다.

신장을 구성하는 물질은 크게 둘로 나눌 수 있다. 내부 수질과 외부 피질이다. 신장수질은 신장 피라미드라 불리는 원뿔 모양의 조직 덩어리로 구성돼 있으며 이들의 밑바닥은 신장의 볼록한 면쪽으로 향하고 있으며 꼭대기는 신장유두를 형성한다.

2) 신혈관(Renal Blood Vessels)
배 대동맥에서 시작된 신동맥을 통해 혈액이 신장에 공급된다. 이들 동맥은 비교적 많은 양의 혈액을 수송한다. 사실 사람이 휴식을 취할 때 이들은 대개 신장으로 전체 심박 출량의 15%~30%을 수송한다. 신장 동맥은 문을 통해 신장으로 들어가고 엽사이 동맥이라 불리는 여러 개의 가지로 나눠져 신장 피라미드 사이를 지나간다.

수질과 피질 사이의 접합점에서 엽사이 동맥은 궁형동맥(궁상동맥)이라는 일련의 불완전한 활모양을 형성하면서 가지가 쳐진다. 이것은 차례로 엽사이 동맥이 된다.

구심성 동맥이라 불리는 엽사이 동맥의 측면 가지가 네푸론으로 들어간다. 정맥 혈액이 일반적으로 동맥경로에 해당하는 일련의 혈관을 통해 되돌아 나온다. 예를 들어 정맥 혈액은 소엽사이, 궁상, 엽사이 및 신장정맥을 통해 지나간다. 그런데 신장정맥은 복강을 지나가면서 하대정맥과 연결된다.

3) 네푸론(신원)(Nephrons)
신장에는 약 1백만개의 네푸론이 포함돼 있으며 각각은 신장소체와 신장세관으로 구성돼 있다. 대부분의 네푸론은 신장의 표면 가까이에 있는 신장 피질에 위치하고 있는 소체를 갖고 있다. 이들은 피질성 네푸론이라 부르며 이들은 비교적 짧은 신원고리를 갖지고 있어 신장의 수질까지는 대개 도달하지 못한다.

수질곁 네푸론이라 부르는 또 다른 무리는 신장 수질 가까이에 소체를 갖고 있고 이들의 신원의 고리는 수질 속으로 깊이 뻗어 있다. 비록 이들은 전체의 약 20% 정도만 차지하고 있지만 이들 네푸론은 요를 충족시키는 과정을 조절하는 데 중요한 역할을 수행한다.

사구체를 형성하는 모세혈관 덩어리는 수입소동맥으로부터 시작한다. 수출소동맥은 복잡하며 자유롭게 상호 연결된 모세혈관 망으로 가지가 쳐있으며 이것이 신장세관의 여러 부위를 감싸고 있다.