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인간의 배설계

인간의 배설계는 혈중의 전해질 농도를 조절하고 남아 도는 물질이나 체내 노폐물을 혈액으로부터 걸러내주는 2개의 신장과, 신장에서 걸러진 물질을 아래쪽에 있는 방광으로 운반해주는 2개의 얇은 근육성 관인 수뇨관, 수뇨관을 통해 내려온 소변을 저장하는 주머니 모양의 방광, 그리고 소변을 방광으로부터 체외로 배설시키는 요도로 이루어진다.

신장의 구조와 기능

개요

콩팥이라고도 하며 쌍을 이루는 기관이다.

강낭콩 모양(bean-shaped)이고 생체에서의 색깔은 적황색을 띤다. 복강 내에 12번째 흉추골과 3번째 요추골 사이에 위치하고 있으며 척추의 양옆에서 후복벽에 바싹 붙어 있다. 복막과의 관계에서는 복막 뒤에 위치하는 이른바 후복막장기에 속한다. 안쪽에 위치하는 움푹 들어간 부분을 신장문(腎臟門)이라고 하는데 이 부분을 통해서 신장동맥·신장정맥·림프관·신경·요관이 출입한다.

혈관과 신경

신장동맥은 2번째 요추골의 상단 높이에서 배대동맥에서 나와 신장문으로 들어간다.

신장문으로 들어가기 전에 신장동맥은 이웃한 부신(副腎)과 수뇨관에 가지를 내고, 마지막으로 앞가지와 뒷가지를 낸다. 신장에서 나오는 혈액을 통과하는 신장정맥은 대개 신장동맥의 앞에 위치하며 하대정맥과 거의 90°의 각도로 만난다. 신장은 자율신경계의 교감신경 및 부교감신경의 지배를 받으며, 신장신경에는 수입섬유와 수출섬유가 모두 포함되어 있다.

내부구조

비뇨계

인간의 비뇨계

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신장의 횡단면을 보면 먼저 넓은 공간인 신장동(腎臟洞)이 신장문에 면해 있고, 신장조직층이 그 바깥쪽으로 보인다.

신장조직은 재질과 색깔에 의해서 두 층으로 확연히 구분된다. 신장동 쪽으로, 즉 가장 안쪽에는 신장수질이 비교적 진한 색깔의 원뿔 모양 조직을 이루는데 이를 신장피라미드라 한다. 피라미드의 바닥은 밖을 향하고 있고 꼭대기는 신장동을 향한다. 이와 같이 피라미드 꼭대기가 신장동을 향하여 뻗고 있는 것을 일명 신장유두라고 한다.

수질 바깥쪽에 존재하는, 수질보다 색깔이 연한 과립상의 조직을 피질이라 한다.

이 부분은 피라미드의 바닥을 따라서 활 모양의 안쪽 경계부를 나타내며, 피라미드 사이사이까지 뻗어 있다. 신장피라미드와 이를 덮고 있는 피질 부분을 합하여 신장엽(腎臟葉)이라 한다. 신장동은 깔때기 모양으로 늘어난 수뇨관의 가장 윗부분인 신장깔때기와 신장 내부에서 이 깔때기에 연결되는 큰 술잔 모양의 공간인 큰신장술잔 2, 3개로 구성되어 있으며, 큰신장술잔은 다시 4~12개의 작은신장술잔으로 나누어진다(→ 신장술잔). 작은신장술잔은 신장유두와 바로 연결되며, 신장유두 속에 있는 요집합관의 소변은 신장동으로 흐르게 된다.

신장깔때기는 소변의 첫번째 저장소가 된다.

미세구조

소변을 실제적으로 만들어내는 구조적 단위를 네프론(신원)이라 하는데 각각의 신장에 약 100만 개의 네프론이 존재한다.

네프론은 한쪽 끝이 막혀 있고 팽대되어 있으며 2겹의 막으로 접혀서 컵 모양의 구조를 이루는 아주 가늘고 긴 관인데, 한쪽 끝의 컵 모양 구조를 보먼주머니라 하고 이 주머니는 신장동맥을 통해서 들어온 많은 모세혈관들의 뭉치를 둘러싸고 있다. 이 모세혈관 뭉치를 일명 사구체(絲球體)라고 한다.

보먼주머니와 사구체를 합쳐서 신장소체(腎臟小體)라고 한다. 혈액은 소동맥의 형태로 보먼주머니의 터진 곳을 통하여 사구체로 드나드는데 이 터진 곳을 혈관극(血管極)이라 한다. 신원의 세관(tubule)은 총길이가 30~55㎜이다(→ 신장세관).

보먼주머니와 근위곱슬세관이라 불리는 세관의 시작 부분은 신장의 피질에 위치한다.

세관은 신장피라미드로 내려갔다가 'U'자 모양으로 근위곱슬세관 근처의 피질로 되돌아온다. 이 'U'자 모양의 고리를 헨레루프(loop of Henle)라고 한다. 다시 피질을 향해 올라온 후 세관은 본래의 보먼주머니의 혈관극으로 가서 신원의 마지막 세관인 원위곱슬세관이 된다. 이 세관은 짧은 경계세관을 지나서 집합관에 연결되고 이 집합관들이 모여서 보다 큰 세관이 되고 결국 신장유두와 신장깔때기로 소변을 운반하게 된다.

모든 네프론은 비슷한 모양을 하고 있지만 부위에 따라 조금씩 다르다. 수질 근처의 깊은 피질에 존재하는 사구체는 그 헨레루프가 길어서 수질에까지 깊게 뻗어 있는 반면, 얕은 피질에 존재하는 사구체는 헨레루프의 길이가 훨씬 짧다.

신장 내 혈관망

신장 내 혈관망은 신장의 혈액정제장치의 일부분을 이룬다.

① 동맥계통 : 각 신장동맥의 앞가지와 뒷가지는 엽동맥으로 나뉘고 신장유두를 통해서 신장의 실질조직으로 들어간다. 각 엽동맥은 2, 3개의 엽사이동맥으로 나뉘면서 신장피라미드 사이를 주행하게 된다.

엽사이동맥은 수질·피질 경계부에 이르러 약 90°의 각도로 서로 반대 방향으로 꺾어져 수질·피질 경계선을 따라가는 궁상동맥이라는 가지를 내게 된다. 궁상동맥은 소엽사이동맥이라는 많은 가지를 내는데 이 가지들은 피질 부위에서 방사형으로 신장피막을 향해서 뻗어나가 피막 바로 밑에서 모세혈관망을 이룬다. 소엽사이동맥은 주행중에 많은 작은 가지들을 내는데 이들은 수입소동맥을 통해서 사구체에 혈액공급을 하며 각 사구체에서 4~8개의 모세혈관고리를 이룬다.

수입소동맥이 사구체로 들어가는 곳의 입구에는 수입소동맥의 내피가 일부 두꺼워져서 '레닌'이라고 하는 혈압상승물질을 분비한다. 수입소동맥은 사구체를 이룬 후 수출소동맥이 되어 보먼주머니를 떠나는데 피질 부위 수출소동맥의 대부분은 다시 모세혈관이 되어 근위세관과 원위세관에 혈액을 공급한다.

수질 근처의 사구체에서 나온 수출소동맥은 직접 이웃한 세관에 혈액을 공급하는 혈관과 신장피라미드의 꼭대기까지 내려가는 혈관으로 나뉘는데 후자를 곧은 혈관(vasa recta)이라 한다. 이 곧은혈관은 헨레루프와 밀착되어 신장피라미드의 꼭대기(수질부위)까지 내려갔다가 세관과 마찬가지로 머리핀 모양으로 되돌아 올라와 궁상정맥에 합류된다.

이 혈관은 신장 내에서 일어나는 물질의 재흡수와 밀접한 관계가 있다.

② 정맥계통 : 신장의 정맥은 동맥과 동행하기 때문에 이름이 동맥과 유사하다. 신장피막 바로 밑에 있는 정맥은 그 모양이 별 모양으로 생겼기 때문에 별소정맥이라 하는데 소엽사이정맥에 합류된다.

동맥계와는 반대의 순서로 궁상정맥·엽사이정맥·엽정맥이 된다. 엽정맥은 신장동에서 합쳐져서 신정맥의 주된 가지를 이루고 최종적으로 신장문 근처에서 하나의 신정맥을 이룬다.

③ 림프관 계통 : 림프모세관은 신장피막 바로 안쪽에서 하나의 모세관망을 이루고, 신장혈관 주위에서 또 하나의 모세관망을 이룬다. 사구체에는 림프관이 존재하지 않는다.

수뇨관의 구조와 기능

일반적 특징

벽이 두꺼운 가느다란 근육성 관으로 길이가 25~30㎝, 지름이 4~5㎜이며, 소변을 신장에서 방광까지 운반하는 역할을 한다.

복강과 골반강의 내피인 복막의 뒤에 위치하고 있지만 결합조직에 의해서 복막에 붙어 있다. 양쪽의 수뇨관은 남녀를 불문하고 서로 약 5㎝ 떨어져서 방광으로 들어간다. 물론 방광에 소변이 차면 그 간격은 더 멀어진다.

수뇨관의 마지막 2㎝ 정도는 방광벽 속을 비스듬하게 달리고 있어 일종의 밸브 역할을 하게 된다. 즉 방광이 팽창하면 이 부분의 수뇨관에 압력이 가해져 소변이 요관으로 역류하는 것을 방지하게 된다.

수뇨관벽의 구조

수뇨관의 벽은 결합조직으로 되어 있는 바깥층, 근육으로 되어 있는 가운데층, 점막으로 되어 있는 속층의 3개 층으로 되어 있다.

바깥층은 섬유탄성 결합조직으로 되어 있으며 복막 뒤쪽의 결합조직과 연결되어 있다. 가운데 근육층은 불수의근인 평활근으로 되어 있으며 수뇨관의 위아래에서 그 구조가 다르다. 위 2/3는 속세로층·돌림층의 2개의 근육층으로 되어 있고, 아래 1/3은 바깥세로층의 근육으로 되어 있다.

수뇨관이 방광에 들어갈 때는 돌림층은 없어지고 세로층은 방광의 점막에까지 이른다. 점막의 두께는 위에서 아래로 내려갈수록 두꺼워진다. 즉 신장깔때기 부위에서는 2, 3층의 상피로 되어 있으나, 수뇨관에서는 4, 5층, 방광점막에서는 6~8층으로 되어 있다. 수뇨관의 점막은 세로로 주름을 이루고 있어서 어느 정도 늘어날 수 있으며 소변을 밀어내는 힘은 주로 수뇨관벽의 연동운동에 의한다. 수뇨관과 신장깔때기의 점막에는 진정한 의미에서의 분비샘은 없다.

방광의 구조와 기능

일반적 특징

방광은 속이 비어 있는 근육성 기관으로 소변을 저장하며, 골반바닥 중에서 앞부분을 차지하고 있고 치골결합의 바로 뒤, 복막의 아래에 위치한다. 크기와 형태는 저장하고 있는 소변의 양에 따라 달라지는데, 비어 있을 경우 4면체의 형태이며 골반 내에 위치하게 되고 팽창하게 되면 달걀형으로 바뀌어 하복부까지 이르게 된다.

방광은 방광꼭대기·방광몸통·방광바닥·방광목으로 나눌 수 있다. 방광목은 요도의 입구를 둘러싸는 부위로 남자의 방광목은 전립선에 단단히 붙어 있다. 방광의 윗면은 3각형 모양이고 복막으로 덮여 있다. 방광은 골반강 바닥의 주된 부분을 차지하는 항문올림근에 의해 지지되고, 내장 쪽 골반근막으로 덮여 있으며 약간의 지지를 받는다.

혈액공급과 신경지배

방광의 혈액공급은 위방광동맥·중간방광동맥·아래방광동맥에 의해서 이루어진다. 위방광동맥은 방광의 윗부분에, 중간방광동맥은 방광의 바닥에, 그리고 아래방광동맥은 아래외측면에 혈액을 공급한다. 방광의 신경지배는 자율신경계의 교감신경과 부교감신경에 의해서 이루어진다.

교감신경은 방광의 팽만감을 중추신경계에 전달하여 방광근육의 이완과 조임근의 수축에 관여하므로 소변을 참는 역할을 하고, 부교감신경은 방광근육을 수축시키고 조임근을 이완시키므로 배설이 되게 한다.

방광벽의 구조

방광벽은 바깥쪽에서부터 안쪽으로 근막·근육층·점막밑조직·점막의 4개 층으로 이루어져 있다. 방광의 윗면은 장막으로 덮여 있으며 이것은 다시 복막과 연결되어 있다. 근막은 근육을 덮고 있는 것과 같은 결합조직의 층이다. 근육층은 근섬유의 방향에 따라 3개의 층으로 이루어지는데 안쪽과 바깥쪽에 있는 세로로 배열된 근섬유와 중간층의 환형의 근섬유가 있다.

이 근육들은 강력한 방광배뇨근으로서 소변을 배출시키는 역할을 한다. 점막밑조직은 성긴 결합조직으로서 탄력섬유를 함유하고 있다. 점막은 방광의 내피조직으로 소변이 침투할 수 없게 되어 있으며 요관 및 요도의 점막과도 연결되어 있다.

요도의 구조와 기능

요도는 소변을 방광으로부터 밖으로 내보내는 통로이다. 남성의 요도 길이는 약 20㎝이며 소변·정액·전립선·분비액 등을 운반한다. 또한 방광 쪽으로부터 전립샘·격막·해면체 부분 등의 3부분으로 나뉜다. 전립샘부분은 방광에서 시작하여 전립선을 모두 통과하면서 거의 수직으로 내려가는데 그 길이는 2.5~3㎝이다.

격막 부분은 2층의 비뇨생식막 사이의 부위로, 요도에서 지름이 가장 좁고 요도괄약근으로 둘러싸여 있으며 그 양옆에 2개의 작은 분비샘(요도망울샘)이 있다. 해면체 부분은 음경의 요도해면체 속을 지난다.

여성의 요도는 남성에 비해 훨씬 짧아서 3~4.5㎝에 불과하며 남성보다 확장성이 크다. 방광에서 시작하여 약간 아래로 전진하여 비뇨생식막을 통과하는데 남성과 마찬가지로 요도괄약근이 둘러싸고 있다. 치골결합의 바로 뒤쪽 아래에 위치하고 있고 가장 윗부분을 제외하면 질의 앞벽 속에 묻혀 있는 셈이다. 바깥요도구멍은 질 입구의 바로 앞쪽, 소음순 사이에 위치하고 음핵보다 약 2.5㎝ 뒤에 있다.

신장의 일반적 기능

신장

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개요

사람의 신장은 지상에서의 생활에 적응할 수 있도록 진화되어서 수분과 염분이 잘 보존되고 노폐물은 농축된 상태로 배설되며 혈액과 조직액의 부피, 화학조성 및 삼투압의 조절이 원활하게 되어 있다. 동맥혈압에 의해 혈액이 사구체의 모세혈관을 거쳐서 네프론 속에서 걸러지게 된다. 이어서 몸에 필요한 물질들은 혈액으로 재흡수되고, 그 나머지가 소변이 된다. 결국 신장은 외부환경의 큰 변화에도 불구하고 내부환경이 일정하게 유지되도록 만드는 역할을 한다.

조절기능

신장은 3가지의 필수적이며 상호 연관성이 있는 특성을 조절한다. 즉 수분의 양과 산염기 균형, 삼투압을 조절하여 수분과 전해질의 균형이 유지된다. 신장을 모두 제거한다면 즉시 소변성분들이 혈액에 축적되는 요독증에 걸리게 되며 치료받지 않으면 2~3주 내로 사망한다. 혈액에 비정상적인 물질이 존재하거나 정상적인 물질이라도 과량 존재하면 신장은 이를 배설하여 정상화시킨다. 신장은 단백질 대사산물을 배설하는 유일한 기관이며 약과 독성물질도 제거해준다. 한편 신장은 몸에 유용한 물질은 빠져나가지 않도록 잡아두는 역할도 한다.

산염기 균형

신장은 정상적인 대사과정에서 생기는 과량의 수소 이온을 배설하기 위해 암모니아를 만들어 암모니아염의 형태로 수소 이온을 배설시킨다.이러한 기능을 수행해야 하기 때문에 신장에는 많은 양의 혈액이 통과한다. 즉 하루에 1,800ℓ의 혈액이 통과하는데 이는 총혈액량의 약 400배에 해당되고, 1일 심장박동량의 1/4에 해당된다. 매일 170ℓ의 물이 혈액으로부터 신장세관으로 들어가는데 거의 대부분이 신장세관의 내피세포에 의해서 재흡수된다. 그래서 실제 소변량은 하루에 1.5ℓ쯤 된다.

배설 이외의 기능

신장은 배설 이외의 기능도 가지고 있다. 다음의 3가지의 물질을 혈액으로 분비하는데 첫째, 레닌이라는 물질로서 혈압상승을 유발한다. 둘째, 적혈구형성촉진제인 에리트로포이에틴(erythropoietin)으로 혈색소와 적혈구 형성에 매우 중요한 역할을 한다. 셋째, 1,25-디히드록시콜레칼시페롤이라는 물질로서 이는 비타민 D의 활성형이다.

신장혈액순환

신장 내 혈압

신장동맥은 짧고 배대동맥으로부터 직접 나오기 때문에 신장 내 혈압이 높게 유지된다. 다른 곳에서와 마찬가지로 신장의 혈액관류의 속도나 양은 신장 내 혈압과 혈관저항에 의해서 정해진다. 실험에 의하면 신장 내의 혈관저항은 주로 사구체 소동맥에서 생긴다. 혈관벽의 평활근은 교감신경계에 의해서 수축되고 부교감신경계에 의해서 이완된다.

레닌과 밀접한 관계를 갖는 안지오텐신 및 에피네프린·노르에피네프린도 혈관의 평활근을 수축시키는 작용을 한다. 프로스타글란딘 또한 혈관저항에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

신장혈류에 영향을 미치는 인자

신장은 전신혈압과 무관하게 자기 스스로 신혈류량을 유지할 수 있다. 그 메커니즘은 명확하게 알려져 있지 않지만 몇 가지의 가설이 있다. 첫째, 사구체 소동맥벽의 평활근이 일정한 내재적 근수축력을 가지고 있다는 가설이다. 둘째, 레닌과 안지오텐신이라는 물질의 사구체 소동맥에 대한 혈압조절 작용에 의한다는 가설이다.

셋째, 전신혈압이 상승하면 혈액의 점성도 높아지기 때문에 신장의 혈류량은 일정하게 유지된다는 가설이다. 넷째, 동맥압의 변화는 신장조직액에 의해서 정맥과 모세혈관에 가해지는 압력을 변화시켜준다는 가설이다. 신장의 혈류량은 서 있을 때보다 누워 있을 때 많고 열이 있을 때 많아진다. 그러나 과로하거나 아플 때 또는 불안할 때는 줄어든다.

사구체압

혈압과 혈관저항 등은 사구체에서 혈액이 여과되는 과정에 중요하다. 사구체압은 전신혈압의 영향을 받지만 수출소동맥·수입소동맥의 수축력에 의해 다소 변형된다. 정상적으로 사구체압은 약 45㎜Hg인데 이는 다른 부위의 모세혈관압보다는 높은 것이다. 신혈류량과 마찬가지로 사구체여과율(glomerular filtration rate)도 혈류의 자동조절 메커니즘에 의해 일정한 범위 내에서 유지된다.

그러나 이 범위를 벗어나게 되면 혈류의 큰 변화가 발생하게 된다. 수입소동맥이 심하게 조여지면 신장혈류량·사구체압·사구체여과율 등이 줄어들고, 수출소동맥이 조여지면 신장혈류량은 감소하나 사구체압·사구체여과율은 증가한다.

소변의 형성과 구성성분

개요

소변과 혈장은 그 구성성분이 전혀 다르다. 예를 들어 소변에는 포도당이나 단백질은 없고 암모니아와 크레아티닌은 다량 함유되어 있다. 한편 나트륨·칼슘은 소변이나 혈액 모두에 소량으로 존재한다.

사구체 여과

소변의 형성은 먼저 많은 양의 혈액이 사구체 내의 모세혈관에서 여과되어 보먼주머니로 들어가는 것으로부터 시작된다.

이 과정에는 3개의 장벽이 있는데, 첫째, 가장 안쪽에 존재하는 유창내피세포이고, 둘째, 그 내피세포의 기저막이며, 셋째, 가장 바깥쪽에 존재하는 문어발세포라 불리는 커다란 상피세포이다. 이 3가지의 장벽을 넘어야 비로소 보먼주머니로 들어가게 되는데 물질의 크기와 전기적 성질 등에 따라 여과 여부가 결정된다.

신장세관의 기능

일단 보먼주머니로 여과되어 들어온 여과물은 다시 신장세관을 통과하게 된다. 신장세관에서는 여과된 물질의 대부분이 재흡수되는데 구체적으로 보면 근위세뇨관에서는 여과된 포도당 모두, 수분·나트륨의 70％, 칼륨·염소 이온의 대부분, 그리고 약간의 요산과 40％의 요소를 재흡수한다. 신장세관의 재흡수 능력은 정해져 있어서 예를 들어 정상인 경우에는 신장세관을 통과하는 포도당 모두가 재흡수되는 반면 당뇨병 등의 경우에는 혈중포도당 농도가 상승되어 있어 신장세관이 흡수할 수 있는 양보다 더 많은 양이(또는 신장세관에서 흡수할 수 있는 속도보다 더 빠른 속도로) 신장세관을 통과하기 때문에 일부는 재흡수되지 못하게 된다.

다시 말해서 혈중농도와 사구체여과율에 의해 특정물질의 신장세관 통과량(속도)이 결정되며, 특정물질에 대한 신장세관의 최고 재흡수 능력이 존재한다. 근위세뇨관에서 일단 재흡수 과정을 거친 액체가 헨레루프로 오게 되는데 헨레루프는 하행각과 가장 아래의 구부러지는 곳 및 다시 올라가는 상행각으로 나뉘는데, 하행각과 구부러지는 곳에서는 수분과 각종 전해질에 대한 투과성이 높아서 수분·전해질이 자유로이 드나든다. 그 결과 혈장 삼투압과 유사하다. 그러나 상행각은 전혀 달라서 수분과 전해질에 대한 투과성이 낮아 수분과 전해질이 수동적으로 드나들지 못하고 오히려 헨레루프 내의 나트륨·염소를 능동적으로 헨레루프 밖의 조직으로 내보낸다. 그 결과 헨레루프 내의 삼투압은 떨어지고 고리 주위 조직의 삼투압이 높아져서 최고 혈장의 4배까지 된다. 이와 같이 삼투압이 낮아진 헨레루프 내의 액체가 원위세뇨관으로 가면 근위세뇨관에서와 같이 나트륨의 능동적 재흡수가 일어나지만 수분에 대한 투과성이 떨어져 수분의 이동은 없다. 따라서 원위세뇨관의 액체는 혈장에 비해 삼투압이 낮고, 특히 나트륨의 농도가 낮은 채로 유지된다.

소변의 축적과 배출

네프론을 거치면서 형성된 소변은 마지막으로 15~20개의 집합관으로 들어가는데 이들은 수질에 있는 신장유두로 열려 있고 이어서 작은신장술잔으로 열려 있다. 작은신장술잔은 다시 2, 3개의 큰신장술잔에 연결되고 끝으로 신장깔때기로 이어지면서 요관으로 들어서게 된다. 소변은 신장작은술잔·신장큰술잔·요관에 고였다가 평활근의 연속적인 연동운동에 의해 방광으로 내려가게 되는데 이 연동운동은 10~15초 간격으로 일어난다. 이 연동운동이 가장 중요한 역할을 하지만 중력도 소변 배설에 도움이 되기 때문에 서 있을 때의 속도가 빠르다.

배뇨를 위한 방광의 구조를 보면 먼저 소변을 배출시키기 위한 중간층의 강력한 배뇨근이 있고, 소변을 참기 위한 2개의 조임근이 있다. 그 하나는 방광삼각에 위치해 있는 요도 입구 주위를 싸고 있는 속조임근이고 다른 하나는 요도의 격막부분 등을 둘러싸고 있는 바깥조임근이다. 속조임근은 불수의적이나 비깥조임근은 수의적이어서 소변을 참는 데 중요한 역할을 한다.

배뇨와 관련된 방광지배신경에는 3가지가 있는데, 배뇨근을 지배하는 부교감신경과 소변이 어느 정도 고일 때까지는 요도를 닫아주는 내괄약근을 지배하는 교감신경, 그리고 소변이 어느 정도 차서 배뇨를 해야 하나 임의로 참아야 하는 경우에 바깥조임근을 수축하여 어느 정도 참게 해주는 체성신경이 있다. 배뇨와 참음의 메커니즘을 요약하면 배뇨시에는 부교감신경이 자극되어 배뇨근이 수축되고 교감신경과 체성신경은 억제되어 속조임근과 바깥조임근은 이완된다.

반대로 소변이 어느 정도 고여 있을 때는 교감신경의 반사적 자극에 의해 속조임근이 수축되어 요도 입구를 막고 부교감신경은 억제되어 배뇨근이 이완된다. 그러나 소변이 많이 차게 되어도 배뇨할 수 없는 상황일 경우에는 부교감신경이 자극되어 배뇨근이 수축되고, 교감신경이 억제되어 속조임근이 열리지만 체성신경, 즉 수의적으로 조절할 수 있는 신경의 지배를 받는 바깥조임근이 강력하게 수축하므로 배뇨는 일어나지 않는다. 결국 배뇨를 결정하는 가장 중요한 근육은 바깥조임근이다. 배뇨감을 느끼기 시작하는 것은 소변이 방광에 약 400㎖쯤 찼을 때이다. 그러나 600~800㎖는 수의근인 바깥조임근의 수축에 의해서 배뇨가 억제될 수 있다.

결론적으로 배뇨는 척수에 의해 지배받는 무의식적 또는 반사적 신경경로와 대뇌에 의해서 지배받는 의식적 신경경로의 혼합에 의해서 복잡하게 이루어진다. 소변이 방광에 가득 차지 않았더라도 의식적으로 배뇨를 하고자 할 때의 과정은 다음과 같다.

먼저 대뇌에서 배뇨의 의지가 골반신경을 타고 배뇨근에 전달되고 동시에 의식적으로 요도괄약근을 이완시킨다. 뿐만 아니라 앞에서 설명된 배뇨반사회로는 일단 의식적으로 시작된 배뇨가 유지되도록 배뇨근을 수축시키고 요도조임근을 이완하게 만드는데 방광이 완전히 비워질 때까지 계속된다. 이때 배뇨를 돕기 위해 복압을 높이는 근육들도 동시에 수축한다. 이를테면 배의 근육들이 수축되고 횡격막이 내려오며 일시적으로 호흡이 정지된다. 이와 반대로 회음부에 있는 근육들은 이완되어 배뇨에 저항이 없도록 해준다.

신장의 기능검사

신장(Kidney)

신장의 구조

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정량검사

사구체여과율검사와 신장혈류량검사법이 주종을 이룬다. 사구체여과율검사는 이눌린이라는 물질을 이용하여 측정할 수 있는데 이 물질은 사구체여과를 통해서만 배설되고 세뇨관에 의한 분비나 재흡수가 일어나지 않기 때문에 단위시간(대개 1분)당 여과된 이눌린을 함유하는 혈장의 양이 곧 사구체여과율이 된다.

성인 남자는 체표면적 1.73㎡ 약 125㎖/min이고 여자는 이것의 85％ 정도이다. 신장혈류량 검사는 파라아미노히프르산(paraaminohippuric acid/PAH)이라는 물질을 이용한다. PAH는 혈중에 주입되는 즉시 사구체여과와 세뇨관분비를 통해서 소변으로 배출된다. 이 물질을 함유한 혈액이 한 번 신장을 통과하면 90％가 제거되고 10％만이 신장정맥을 통해서 혈중으로 되돌아온다. 따라서 이 물질의 클리어런스(clearance)는 거의 신혈장유량(renal plasma flow/RPF)에 육박하게 되어 600㎖/min정도이다.

이를 유효신혈장유량(effective renal plasma flow/ERPF)이라 부르며 실제 신혈장유량은 700ml 정도이다. 이 2가지 검사를 통해서 신장을 경유하는 혈액의 몇 ％가 사구체를 통해서 여과되는지 알 수 있는데 정상적으로 600ml 중에 125ml, 즉 약 20％에 이른다. 고혈압환자의 경우 이 비율이 크게 변할 수 있다.

영상 검사

방사선 등에 의한 영상관찰은 신장의 해부학적 위치와 구조를 파악하고 신장·골반·요관의 기능 수준을 결정하는 데 이용된다. 다른 검사에 앞서 제일 먼저 시행하는 것으로 방사선촬영이 있는데 이 방법은 가장 간단하지만 신장의 크기·윤곽·위치뿐만 아니라 비뇨기계통 내에 요로결석이 있는지도 알려준다. 배설성비뇨기조영검사는 요로결석의 경우 매우 좋은 진단방법이다. 그밖에 환자에게 고통을 덜 주는 방법으로 초음파검사와 자기공명영상(magnetic resonance imaging/MRI)이 있다.

배설성비뇨기조영검사는 방사선 투과성이 낮은 물질(흔히 요오드를 함유함)을 정맥주사한 후 이 물질이 신장에서 여과되는 동안에 방사선촬영을 하면 여과되는 통로는 주위 조직보다 더 하얗게 나오기 때문에 신장의 모양을 정확히 볼 수 있다. 뿐만 아니라 요로결석으로 비뇨기의 어느 한 부분이 막혀서 그 근위부가 팽대되었거나 신장 내에 종양이 생겼을 때 명확한 진단이 가능하다. 또한 양쪽 신장의 대략적인 기능의 비교가 가능하며 방광의 파열이나 종양도 진단할 수 있다.

초음파검사나 MRI는 환자의 고통을 덜어줄 뿐만 아니라 검사에 따르는 위험도도 훨씬 적다. 이 방법들은 신장이나 주위 조직에 존재하는 종양을 진단하기 쉽고, 종양과 낭포의 감별도 가능하다. 특히 초음파검사는 비교적 간단하며 다발성낭포신(polycystic kidney) 진단에 매우 유용하다.

마지막으로 신장생검이 있는데 이는 특수하게 제작된 가느다란 바늘로 등의 피부를 뚫고 신장의 극히 일부를 떼어내어 그 조직학적 성상을 현미경으로 관찰하는 것으로 정확한 진단이 가능할 뿐만 아니라 병의 예후까지도 알려주는 좋은 검사법이다.

신장에서 호르몬의 역할

신장의 기능을 조절하는 여러 종류의 호르몬들이 존재하는데, 신장 밖에서 만들어지는 것도 있고 신장 자체에서 만들어지는 것도 있다.

신장 밖에서 만들어지는 항이뇨호르몬(ADH)은 집합관의 수분과 염분에 대한 투과성을 변화시킴으로써 수분의 배설을 조절한다. 부신피질호르몬은 직접·간접으로 신장기능에 영향을 미친다. 히드로코르티손은 상처 입은 후나 수술 후 등의 스트레스 상황에서 분비가 증가하며 칼륨·수소 이온의 배설을 촉진하고 나트륨의 배설은 억제한다. 또한 이 호르몬은 단백질의 분해를 촉진하여 질소의 배설을 증가시키며 수분대사에도 영향을 미친다.

알도스테론은 원위세뇨관에서 나트륨이 재흡수되는 것을 도와주고 대신 칼륨·수소 이온을 배설되게 하여 전해질대사에 영향을 미친다. 이 호르몬의 역할은 한마디로 나트륨 이온의 재흡수 펌프 기능을 강화해주는 것이라고 볼 수 있고, 세뇨관 기능에 있어서 가장 중요한 부신호르몬이다. 이 호르몬은 소화관의 나트륨 이온 흡수에 영향을 미치기도 한다. 따라서 알도스테론은 전체적인 나트륨 균형에 중요한 영향을 끼친다.

신장 내에서 만들어지는 호르몬을 살펴볼 때 사구체곁복합체(juxtaglomerular apparatus)를 고려하지 않을 수 없다. 복합체는 네프론의 보먼주머니로 들어가는 입구 근처에 있는 수입소동맥의 벽에 존재하는 커다란 원주형의 과립세포집단으로, 비대칭적으로 존재한다. 이 세포들 속의 과립에는 레닌이라는 물질이 들어 있는데, 이는 순수하게 신장에서 만들어지는 물질이다.

레닌은 혈액으로 들어가서 혈압조절물질의 전구물질로서 비활동형인 안지오텐신 I을 만든다. 이 물질은 안지오텐신Ⅱ로 변하는데, 이것은 혈관을 수축하여 매우 강력하게 혈압을 상승시키는 물질이다. 사구체곁복합체의 레닌 생성은 혈압의 강하에 의해서 유도되며 혈압의 상승에 의해서 억제된다. 혈압이 떨어지면 안지오텐신 Ⅱ의 생성에 의해 혈압이 오를 뿐만 아니라 부신피질로부터 알도스테론의 분비가 촉진된다.

그밖에 신장기능에 영향을 주는 호르몬 또는 호르몬 유사물질들로는 칼슘 이온의 대사를 조절하는 부갑상선호르몬과 지방산으로부터 만들어지는 프로스타글란딘이라는 호르몬 유사물질 등이 있다. 도파민도 염분의 균형에 영향을 주는 호르몬으로서 신장호르몬으로 추정된다.

배설계의 생물학적 고찰

대부분 임신기간 동안에는 사구체여과율이 50％ 정도 증가된다. 이는 임신 중기 3개월 동안 신장혈류량이 약 25％ 증가되기 때문에 나타나는 현상이다. 또한 임신시에는 사구체를 통과한 여과물에 보다 많은 포도당이 함유되어 있기 때문에 흔히 당뇨가 나타난다.

뿐만 아니라 염분의 축적과 함께 신체에 부종이 나타나기도 한다. 신장깔때기나 요관이 커지거나 확장되는데 이는 호르몬의 영향도 있지만 태아를 품고 있는 자궁의 크기가 커짐에 따라 비뇨기계통이 눌리기 때문이기도 하다. 이러한 변화들로 인해 임신중에는 비뇨기계통이 쉽게 감염된다. 태아의 신장은 태어나기 전부터 기능을 하기 시작하지만 태어나기 직전까지도 배설기능의 약 반 정도는 태반순환을 거쳐 모체의 신장을 이용하여 이루어진다.

출생과 동시에 모체에 의한 배설기능은 사라지게 되며 신생아의 사구체여과율은 30㎖로서 75㎖인 성인의 여과율에 비해 40％에 불과하다. 세뇨관의 기능은 만 1세가 지나야 비로소 완전한 기능을 갖추게 된다. 신생아의 24시간 소변량은 20㎖에 불과하며 수분의 배설과 나트륨·칼륨·인산의 제거율도 낮고 어떤 경우에는 소변에 단백질이 섞여 나오기도 한다. 이와 같이 신생아의 신장기능이 부실하기 때문에 구토·설사에 의해서 쉽게 탈수에 빠지거나 신부전에 빠지게 된다.

비뇨기계통의 이상과 질환

개요

비뇨기의 질환은 크게 노폐물의 배설과 적절한 양과 성분의 체액 유지가 이루어지지 않는다는 점에서 문제가 된다.

배설의 과정은 소변의 형성이 전부가 아니며 이후의 과정 또한 중요한데, 이 배설과정이상으로 인해 여러 가지 질환이 초래될 수 있다.

급성신부전증

신장의 기능이 갑자기 나빠져서 소변이 거의 만들어지지 않기 때문에 배출되어야 할 물질들이 체내에 남아 있는 상태를 말하는데, 2가지의 원인이 있다.

첫째, 심한 출혈 등과 같이 혈액의 절대량이 감소되어 심장박출량이 불충분하여 신장순환이 심하게 억제되어 있는 상황에서 일어난다. 사구체를 통과하는 혈류량이 너무 적기 때문에 충분한 배설이 이루어지지 않는 것이 1차적인 원인이지만, 더욱 중요한 것은 신장조직에 동맥혈액이 지속적으로 불충분하게 공급됨에 따라 궁극적으로 신장조직이 괴사에 빠지는 것이다. 이러한 급성신부전을 일으키는 직접적 원인에는 출혈을 동반하는 다발성 상처, 패혈증, 자궁에서의 치명적 출혈을 동반하는 인공유산 또는 자연유산, 심한 설사나 화상으로 인한 체액의 손실, 수혈반응, 심한 심장질환 등이 있다.

둘째, 독성물질에 의한 것이다.

많은 독성물질들이 신장을 통해서 배설되는데 소변 내의 다른 성분들과 마찬가지로 독성물질들도 농축이 된다. 세뇨관세포에 손상을 줄 정도로 농축되게 되면 손상된 세뇨관세포들 때문에 신장은 급작스럽게 그 기능을 잃게 되고 급성신부전에 빠진다. 이러한 독성물질의 종류는 매우 많은데 중금속(수은·비소·우라늄 등)·유기용매(사염화탄소·프로필렌글라이콜·메틸알코올 등)와 여러 유기물질, 항생제(술폰아미드·아미노글리코시드·암포테리신 등), 그리고 몇 종류의 곰팡이가 있다.

이밖에 급성사구체신염에 의해서도 급성신부전이 올 수 있고 어떤 이유에서든 소변의 흐름이 막히면 역류압에 의해 급성신부전이 나타날 수 있다.

급성신부전의 경과는 3개의 단계로 구분된다. 즉 시작단계·급성신부전단계·회복단계로 나뉜다. 시작단계에는 혈뇨나 옆구리통증과 같은 일반적 증상을 관찰할 수 있으며 신속한 원인 치료에 의해서 회복될 수 있는 단계이다. 급성신부전단계는 핍뇨가 특징이며 적은 양의 소변에 적혈구나 헤모글로빈 같은 혈색소가 섞여 나오기도 한다.

이 단계에서는 각종 물질에 대한 적절한 배설이 이루어지지 않기 때문에 많은 환자들이 죽는다. 급성신부전 단계를 지나면 대부분의 환자들은 회복단계에 들어가 생존할 수 있으며 소변의 양이 다시 증가하게 된다.

만성신부전증

종종 요독증(uremia)이라는 용어와 만성신부전이 구별 없이 사용되기도 하지만, 요독증은 혈중 요소의 농도가 상승되어 있음을 뜻하는 말이다.

따라서 요독증은 순전히 화학적인 의미를 갖고 있으며 신장이 1차적인 병변이 아닌 여러 질병에서 나타날 수 있으며 급성신부전의 경우에도 나타날 수 있다. 급성신부전의 경우와 마찬가지로 만성신부전을 일으키는 원인도 다양하다. 가장 흔한 2가지의 원인으로는 사구체신염과 신우신염이 있다. 그밖의 다른 이유들로는 고혈압으로 오는 신장손상과 요로결석과 같이 요로를 막는 질환에 의해서 오는 신장손상이 있으며 그밖에도 수없이 많은 원인들이 있다.

만성신부전의 병리적 특징은 점차적으로 네프론이 파괴된다는 것이며 최종적으로 전체 네프론 수의 1/20까지 줄어들기도 한다.

따라서 이 질환의 초기에는 남아 있는 네프론이 과보상에 가까운 기능을 수행하기 때문에 피곤감이나 빈뇨감 외의 다른 증상은 느끼지 못한다. 환자는 빈혈과 요색소의 체내 축적이 겹쳐서 대개 창백해 보인다. 말기에 이르면 쉽게 감염되고 다른 합병증이 잘 생긴다. 대개의 증상이 요소혈증으로 인해서 발생하므로 하루에 18~20㎎의 고단백질로 단백질의 섭취를 제한한다.

사구체신염

흔히 신장염이라고 불리기도 한다.

염증성 질환으로 실제 세균감염과 밀접한 관련을 갖는데, 연쇄상구균의 감염으로 병이 시작되고 다른 감염에 의해서 악화되는 것으로 알려져 있다. 그러나 실제로 세균에 의해서 병이 생기고 악화되는 것은 아니고 항원-항체 복합체가 사구체혈관에 쌓여서 신장 기능이 떨어지는 것으로, 일종의 면역성 질환이라고 할 수 있다. 이러한 상태가 수주 혹은 수개월 경과될 때 신부전에 빠질 수 있다.

종양

신장 실질의 가장 흔한 종양으로는 신장세포암종을 들 수 있는데 상피세포에서 기원하는 악성종양이다.

이 종양은 거의 증상이 없다가 폐로 전이되어 혈담이나 심한 기침으로 발견되거나 뼈에 전이되어 병리적 골절이 일어남으로써 발견된다. 흔히 첫 증상으로 혈뇨가 나타난다. 종양은 밖에서 만져지기도 하지만 방사선이나 초음파에 의해서 보다 정확한 진단이 가능하다.

신장 이외의 요로질환

요로폐쇄·요도염·방광염 등이 있다.

요로폐쇄의 원인으로는 요로결석·종양·외상·요로감염 등이 있다. 요로결석은 그 크기가 다양하며, 성분을 보면 인산칼슘·옥살산칼슘·요산·시스틴(cystine) 등이 있다. 주원인으로는 요로감염, 칼슘의 높은 배설률, 소변의 낮은 생성률, 통풍 등이 있다.

심한 통증을 동반하기도 하는데 수술로 제거하는 것이 가장 적절한 치료방법이지만 최근에는 결석의 크기가 비교적 작을 경우 레이저 쇄석기를 이용해 비외과적인 방법으로 치료하기도 한다.

외상의 경우 대개 아랫부분의 요로가 문제가 된다. 즉 요도가 외상으로 막혀서 소변이 통과되지 못해 심한 경우 급성신부전이 오기 때문에 신속한 외과적 치료가 필요하다. 종양은 흔하게 발생하지는 않지만 생길 경우 혈뇨에 의해서 발견된다. 여성은 남성보다 요도가 짧기 때문에 요로감염에 쉽게 노출된다. 특히 임신시에는 발병률이 증가한다.

요도염은 배뇨시 심한 통증을 느끼고 방광까지 침입하면 통증과 빈뇨를 동반하게 된다. 방광염은 이 증상들 외에 열이 나고 아랫배가 아프기도 하다. 진단은 증상과 소변의 미생물학적 검사를 통해서 이루어지고, 치료에는 술파제나 광범위항생제를 투여하는 방법이 있다.