제 2강 인체내부환경조절
1. 항상성 : 역동적 안정성 1. 항상성 : 역동적 안정성
v 항상성(homeostasis)
신체 내부환경을 일정하게 유지 또는 변하지 않는 정상상태를 말하는 것으로 외부환경적 자극에 접하여 살고 있으며, 특정자극에 접했을 때 특정 반응을 하고, 유기체가 자신을 구성하고 있는 세포들의 내적 환경을 안정되 게 유지하려는 현상을 의미한다.
- 항상성의 중요문제
① 신체가 부과되는 스트레스의 생리적인 결과들을 얼마나 잘 감소시키 는가?
② 항상성의 조건을 다시 획득하는데 걸리는 속도를 감소시킬 수 있는 가?
v 항정상태(steady state)
신체 내부환경을 일정하게 유지하는 상태로서, 운동시 세포조직의 요구량 과 이러한 요구에 대응하는 신체반응이 균형을 이룬 상태
- 항상성이 잘 유지되면 생명은 지속되지만 그렇지 못하면 큰 피해를 입거 나 죽게 된다. 안정성을 얻으면 동적 평형상태가 되어 비교적 안정되나 실 제로는 끊임없이 변화가 일어나고 있다. 그러한 계(系)는 시험관 안에 있는
용액과 같은 닫힌 계와 비교하여 열린 계라 한다. 생물학적 계들은 모두 조 절된 환경을 의미하는 항상성 조정을 통해 이룩된 동적 평형 또는 안정상태 인 열린 계이다. 동적 평형에는 어느 계든 외부 힘에 저항하여 균형되고 안 정된 상태에 도달하려는 경향이 있다. 그같은 계가 교란되면 내재한 조절기 구가 새로운 균형에 도달하기 위해 변화에 반응한다. 이러한 모든 조정과정 과 조절기능은 대사경로 또는 신경과 호르몬계에 의해 중재되는 항상성 조 절의 보기들이다. 보통 공학과 산업에 사용되는 자율조절기구의 안정성은 자이로스코프, 기계 조속기, 유도장치와 같은 조절기에 의해 이루어진다.
생물학적 계는 기계장치와 비교될 수 있는 조절기들을 갖고 있지만 훨씬 복 잡하다. 이들 두 형태의 계는 압연 철판의 두께를 조정하든 순환계에서 혈 압을 조정하든, 규정된 범위 내에서 계속 활동하고자 하는 목적에 있어서는 비슷하다. 최소한 이론적으로 이들 두 계 사이의 기본적 차이점은, 기계적 조절장치는 작동이 제한되어 있는 반면에 생물학적 조절장치는 보다 융통성 과 적응성이 높다는 점이다.
항상성을 통하여 생물계는 생존하기에 충분할 만큼 효율적으로 행동한다.
반응의 엄청난 다양성으로 인해 어떤 형태의 자극에 대해서도 반응이 가능 하다. 하지만 노력이 허비되지 않기 위해서는 약간의 여과나 유도 메커니즘 이 필요하다. 항상성은 필요할 때만 사용되는 여유부품 대신에 청사진을 저 장한다. 이같은 반응양식은 이미 결정된 한계를 벗어났을 때 작동되고 정상 적인 활동범위로 돌아오면 멈추므로 매우 경제적이다. 항상성의 조절기에는 2가지 형태가 있는데, 한가지는 작동하거나 작동하지 않는 단순한 단속기이 고 다른 하나는 연속적인 조정상태하에 있는 피드백 조절기이다. 단속기는 뚜렷이 구분되는 한계와 범위 안에서 반응하는 반면, 피드백 조절기는 계의 어떤 생성물의 제어효과에 비례하여 반응한다. 어느 형태의 조절이든지 일 정한 반응만을 나타내지는 않고, 단속조절을 위해 미리 정해지고 피드백 조 절을 위해 자율적으로 결정된 평균치 부근에서 유동성있게 변동한다. 단속
조절의 비슷한 예로 실내온도조절기의 작동을 들 수 있다. 자동온도조절기 의 심장부는 바이메탈 조각으로, 이것은 전기회로를 연결시키거나 방해하여 온도변화에 반응한다. 실내가 차가우면 회로가 연결되어 난방장치가 작동하 여 실내온도가 올라가게 되고, 미리 정해놓은 수준에 도달하면 그 수준에서 회로는 끊기어 난방장치가 정지하고 온도가 내려간다.
전형적인 피드백 또는 폐쇄회로에서는 입력이 제어조절기 방식에 의해 출 력과 연결되어 있다. 출력으로부터의 피드백은 그 장치의 정해진 노선을 따 르고 제어조절기의 활동수준에 영향을 준다. 음성적(陰性的)인 경우 활동을 감속시키고 양성적(陽性的)인 경우 활동을 가속시킨다. 공학적 계에서는 제 어 조절기가 컴퓨터, 플라이휠 또는 다른 구동장치이다. 입력정보에 대한 계의 반응은 입력에 직접적으로 비례하는 직선적 반응일 수도 있고 비직선 적일 수도 있는데 생물계는 거의 비직선적인 반응을 보인다.
항상계는 혈액 속의 백혈구 수준, 밀밭 내 쥐의 수, 또는 뼈의 인 농도 등 어디에서도 볼 수 있다. 고위 수준과 저위 수준 사이의 범위는 생명을 유지하기 위한 정상적 범위인 항상성의 수준을 구성한다. 두 수준중 어느 하나에 도달하면 음성 피드백을 통해 수정하여 계를 정상적 범위에 되돌려 놓는다. 계 안에서 일어나는 진동은 정상 상태로부터의 이탈에 대한 조정을 반영한다. 그러한 조정들은 완벽하지 못하여 반응에는 항상 어떤 지체가 존 재한다. 지체가 너무 크면 보상 반응이 과도하게 일어나 증가량이 지나치게 되고 그러한 과도상태가 계속되면 '이탈상태'라 불리는 상황이 초래되어 그 계가 붕괴되는 결과를 낳을 수도 있다. 어떤 상황에서는 항상성의 수준이 상향 또는 하향 조정될 수 있고, 그때 계가 살아남기 위해서는 진동이 새로 형성된 한계 내에서 유지되어야 한다.
v 적응(adaptation)
- 특정한 외적 자극에 대해 적절한 반응을 거듭하면서 경험하는 형태적이 고 기능적인 변화가 긍정적인 상태를 말한다.
- 반복적인 운동자극, 즉 트레이닝에 의해서 어느 정도 지속적인 기능적 변화
2. 신체 조절체계 2. 신체 조절체계
: 신체의 수백개의 다양한 조절체계의 목적 -
생리적 변인들을 조절하고 일정하게 유지하는 것
* 조절체계의 획득
* 조절체계의 획득
: 항상성으로부터 벗어나는 것을 방지할 수 있는 조절체계의 정확성 : 항상성으로부터 벗어나는 것을 방지할 수 있는 조절체계의 정확성
3. 조절체계의 원리 3. 조절체계의 원리
: 생물학적 조절체계는 신체의 물리적·화학적 변인들을 일정하게 유지하기 위한 일련의 상호 연관된 구성요소
( 가정의 난방을 일정온도로 조절하는 자동 온도조절 장치와 비슷함 )
1) 부적 피드백 (Negative feedback system) 1) 부적 피드백 (Negative feedback system)
2) 조절체계의 긍정적 효과 2) 조절체계의 긍정적 효과
조절체계가 항상성을 유지시키는 정확성을 체계의 긍정적 효과(gain) 라 하며 조절체계가 할 수 있는 능력으로 간주
4. 항상성 조절의 예 4. 항상성 조절의 예
1) 동맥혈압의 조절
1) 동맥혈압의 조절
2) 혈당조절
2) 혈당조절
3) 항상성 조절을 위한 스트레스 호르몬의 역할 3) 항상성 조절을 위한 스트레스 호르몬의 역할
5. 운동 : 항상성 조절의 예 5. 운동 : 항상성 조절의 예
v 운동은 항상성을 유지하기 위한 인체조절체계에 도전하는 것
- 시원한 환경에서의 운동은 인체의 많은 조절체계를 이용하여 항정상태를 유지할 수 있으나, 덥고 습한 환경에서의 고강도 운동이나 장시간 운동은 인체의 조절체계 능력을 초과하여 항상성 조절에 심각한 불균형을 초래한 다.
