원위 세관과 집합세관은 에너지를 직접 소비하는 일차능동분비(primary active secretion)로 수소 이온을 내보내며, 이 방식만이 소변 pH를 4.5까지 낮출 수 있다.
❶ 생각해 보셨나요?
근위 세관에서도 수소 이온을 대량으로 분비합니다. 그런데 그 과정만으로는 소변이 pH 6.7보다 더 산성이 되지 않는다고 합니다. 왜 한계가 있는 걸까요? 그리고 몸은 더 강하게 산을 배설해야 할 때 어떻게 하는 걸까요?
❷ 근위 세관의 한계 — 간접 구동의 한계
근위 세관과 헨레 루프(Henle’s loop) 상행지, 원위 세관 전반부에서는 수소 이온 분비가 소듐 이온과의 교환(Na-H exchanger)을 통해 일어난다. 소듐의 농도 기울기가 동력이 되는 간접 방식이다.
이 방식으로는 아무리 많이 분비해도 소변 pH가 약 6.7 아래로는 내려가지 않는다. 분비력에 상한선이 있는 것이다.
❸ 원위 세관·집합세관의 방식 — 모터를 달다
원위 세관 후반부와 집합세관에는 다른 구조가 있다. ATP를 직접 소비하는 H⁺-ATPase가 수소 이온을 세관 내강으로 강제로 밀어낸다. 다른 이온의 도움이 필요 없다.
나머지 과정은 동일하다. 세포 안에서 CO₂와 H₂O로부터 탄산(H₂CO₃)이 만들어지고, 이것이 수소 이온과 중탄산염(HCO₃⁻)으로 분리된다. 수소 이온은 세관 내강으로 분비되고, 중탄산염은 기저막을 통해 혈액으로 나간다. 이 과정의 순 결과는 여과된 중탄산염의 재흡수와 같다.
직접 에너지를 사용하는 이 방식으로는 수소 이온 농도를 최대 900배까지 농축할 수 있다. 소변 pH가 4.5까지 떨어질 수 있는 것은 이 때문이다.
일차능동분비가 필요한 이유
산을 소변으로 배설하기 위해서는 단순한 재흡수를 넘어서는 강한 분비력이 필요하다. 인산염, 암모니아 같은 소변 내 완충제와 결합한 수소 이온을 소변에 붙들어 두려면, 세관 내강 속 수소 이온 농도가 충분히 높아야 한다. 그 농도를 만들어내는 것이 바로 이 H⁺-ATPase다.
❹ 결론적으로
근위 세관이 여과된 중탄산염을 대부분 회수하는 역할을 담당한다면, 원위 세관과 집합세관은 그것을 넘어서 산을 실제로 ‘배설’하는 역할을 담당한다. 에너지를 쓰는 만큼 더 강하게 산을 내보낼 수 있다.
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선행: acidbase12-respiratory-control 연관: acidbase18-phosphate-buffer 다음: acidbase19-ammonia-buffer