속질의 고농도 환경은 직혈관(vasa recta)의 반류 교환(countercurrent exchange) 구조 덕분에 씻겨 내려가지 않고 유지된다.
❶ 생각해 보셨나요?
소변을 농축하려면 콩팥 속질의 삼투농도가 높게 유지되어야 한다. 그런데 혈관은 끊임없이 그 속질을 통과한다. 혈관이 그냥 쭉 지나간다면, 용질을 잔뜩 싣고 나가는 셈이 되어 속질 농도가 무너질 것이다. 콩팥은 이 문제를 어떻게 해결하는가.
❷ 직혈관은 왜 U자형으로 꺾여 있는가
직혈관(vasa recta)은 속질을 직선으로 파고든 다음 다시 위로 올라온다. 이 U자형 구조가 반류 교환을 가능하게 한다.
혈관이 아래로 내려올 때, 주변 속질은 아래로 갈수록 농도가 높다(300 → 600 → 800 → 1200 mOsm/L). 내려오는 혈액은 주변 용질이 안으로 들어오고 물이 밖으로 나가면서 점점 농도가 높아진다. 가장 아래에서 다시 위로 올라올 때는 거꾸로 일어난다. 주변보다 농도가 높아진 혈액이 올라오면서, 올라갈수록 더 낮은 농도의 속질과 만나게 되고, 올라올 때마다 용질을 조금씩 주변으로 돌려준다.
즉 내려갈 때 흡수한 용질을 올라올 때 다시 돌려주기 때문에, 용질이 혈관을 타고 사라지지 않는다. 이것이 반류 교환이다.
직혈관이 속질 농도를 높이는 것은 아니다
반류 교환계는 이미 만들어진 농도 기울기를 유지하는 역할을 한다. 속질의 고농도를 처음 만드는 것은 헨레고리(loop of Henle)의 반류 증폭(countercurrent multiplication)이다. 직혈관은 그 환경을 지켜주는 것이다.
❸ 속질 혈류량이 늘어나면 어떻게 되는가
반류 교환도 한계가 있다. 속질로 들어오는 혈류량이 지나치게 늘면, 교환이 따라가지 못하고 용질이 씻겨 나간다. 속질 삼투농도가 무너지면 소변 농축 능력도 함께 떨어진다.
혈관 이완제를 사용하거나, 혈압이 급격히 오를 때 이런 일이 생길 수 있다.
그래도 정상 상태에서는 속질 혈류량이 신혈류량(renal blood flow)의 약 1%에 불과하다. 원래부터 적은 혈류량이 들어오도록 설계되어 있어, 농도 기울기가 쉽게 무너지지 않는다.
❹ 결국
소변을 농축하는 데는 두 가지 조건이 필요하다. ADH와 속질 삼투농도. 직혈관의 반류 교환계는 두 번째 조건인 속질 삼투농도가 혈관에 의해 허물어지지 않도록 유지한다. 속질 혈류량 자체가 워낙 적고, 그마저도 반류 구조로 용질을 돌려주기 때문에 고농도 환경이 지속될 수 있다.
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